电流检测器的制造方法
电流检测器的制造方法
【专利摘要】一种电流检测器，包括磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于磁芯上的间隙内，霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在间隙内将霍尔元件面贴装在贴装面上，其中，在连接霍尔元件的一个输出端子与放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，磁场的变化基于被检测电流的变化，电磁感应部由沿电路基板的贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
【专利说明】电流检测器
[0001]本申请是申请日为2011年4月20日、申请号为201110099721.9、发明名称为“电
流检测器”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于电流测定或者过电流检测、电流反馈控制等的磁比例式电流检测器。
【背景技术】
[0003]这种电流检测器(电流传感器)采用了如下的方法:通过磁芯(core)聚集由于导通被检测电流而产生的磁通，再用霍尔元件将该磁通转换为电压信号来检测电流值。另外，从霍尔元件得到的输出电压经运算放大器等放大器被放大，且被用作传感器的检测信号。
[0004]通常，霍尔元件的输出电压与通过磁芯间隙(霍尔元件的磁敏部)的磁场的大小(磁通量)成比例。但是，由于未通过霍尔元件的磁敏部而通过磁敏部的外侧的磁通对电流的检测不起作用，因而实际上得到的霍尔元件的输出电平在表观上具有降低的倾向。关于该问题，日本专利第2552683号公报中公开了如下的现有技术:通过在霍尔元件的双面或者单面上配置高导磁率的强磁性体片，从而将间隙内的磁通密度扩大后施加到霍尔元件上。
[0005]依照上述现有技术，可以考虑通过将施加到霍尔元件的磁通密度扩大为通常的2倍?5倍，从而被检测电流本身在比较小的范围内，将从霍尔元件得到的输出电压倍增，也能够提高电流的检测精度。
[0006]使用了电流检测器的过电流的早期检测在诸如变换器、电动机控制装置、焊接机、电梯等电机系统中是重要的问题。但是，既然电流检测器使用了磁芯或者运算放大器，则就无法完全去除磁芯或者运算放大器所固有的延迟因素。即，磁芯具有由涡流损耗、磁滞损耗这样的铁损所产生的延迟因素。另外，在运算放大器存在有压摆率(through rate)和GB积这样的电延迟因素。这样的延迟因素在过电流等产生时，就是使检测信号的输出延迟的主要原因，使过电流的早期检测变得困难。
[0007]可以认为在间隙内产生的磁场在某种程度稳定的状况下，上述现有技术对提高检测精度是有效的。但是，像瞬间过电流这样被检测电流在某一时刻变化较大的状况下，由于磁芯本身存在延迟因素，因而不论设置了多少强磁性体片，也未必能够借此提高检测信号的响应性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种即使在电流检测器中具有不可避免的延迟因素，也能够改善其响应性的技术。
[0009]为了解决上述问题，作为改善针对被检测电流变化的响应性的方法，本发明的发明人正是着眼于感应电动势的大小与磁场的变化率成比例这一定律，从而想到了如下的解决方法。
[0010]S卩，本发明第一方面的电流检测器包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于该磁芯上的间隙内，用于输出与被检测电流导通时在间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；以及放大器，用于放大从该霍尔兀件输出的电压信号。
[0011]尤其是，本发明的电流检测器在连接霍尔元件的输出端子与放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化而产生感应电动势的电磁感应部，其中，该磁场的变化基于被检测电流的变化。
[0012]根据本发明的电流检测器，尤其是在被检测电流变化时可以发挥有用性。也就是说，如果被检测电流变化(例如，产生过电流)，则与其相伴磁场也急剧地变化，因而就能够根据电流的瞬时变化而从电磁感应部得到较大的感应电动势。此时，感应电动势作用于抬高从霍尔元件输出的电压信号的方向，由此提高输出电压的上升沿响应性。因此，即使磁芯或者运算放大器等放大器分别存在有不可避免的延迟因素，也能够部分补偿其响应延迟而大大地提高作为电流检测器的响应性。
[0013]另外，本发明的电流检测器可以还具备电路基板。电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在间隙内将霍尔元件面贴装在贴装面上。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。
[0014]根据上述方式，则例如在电路基板的贴装面上，(I)作为围绕霍尔元件的外周的形状的导电图案能够配置电磁感应部、或(2)作为在与霍尔元件分离的位置上形成开口的导电图案可以配置电磁感应部。如果是上述(I)的配置，则能够随着在间隙内贯通霍尔元件(磁敏面)的磁场的变化而得到感应电动势。另外，如果为上述(2)的配置，则能够随着穿过间隙外侧的磁场的变化而得到感应电动势。不论是哪一种配置，通过使在被检测电流变化时磁场变化，从而都能够用对应于磁场变化率的大小的感应电动势来抬高从霍尔元件输出的输出电压，进而能够提高电流检测器的响应性。
[0015]或者，本发明的电流检测器可以具备另一方式的电路基板。另一方式的电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在与贴装面交叉的方向上连接了从霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装霍尔元件。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。
[0016]在上述另一方式中，电路基板在间隙的外侧形成导电图案的电磁感应部。在这种情况下，通过使在间隙的外侧产生的磁场(磁通)交错地通过呈环状或者线圈状的电磁感应部的开口，从而就能够随着该磁场的变化而得到感应电动势。因而，同样地通过使在被检测电流变化时磁场变化，从而能够用对应于磁场变化率的大小的感应电动势来抬高从霍尔元件输出的输出电压，进而能够提高电流检测器的响应性。
[0017]在上述其他方式中，从磁通相对于电路基板的通过方向观察,也可以仅在间隙的中心线的任一单侧形成有导电图案。在这种情况下，由于能够仅在间隙的中心线的单侧使磁通交错地通过电磁感应部的开口，因而能够有效地充分利用有限的贴装面的区域以形成导电图案。
[0018]或者，在上述其他方式中，从磁通相对于电路基板的通过方向观察，导电图案跨过间隙的中心线形成在中心线的两侧，且在导电图案形成为环或线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
[0019]在这种情况下，如果在间隙的中心线的一侧和另一侧上交错的磁场分别在电磁感应部的开口变化，则在两侧双方的感应电动势沿相互抵消的方向作用，而通过增大任意一侧的开口面积，从而就能够有效地产生感应电动势。
[0020]另外，磁芯也可以包括:环状的主体，形成在间隙内通过霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从主体分支地形成，分支部形成经由电路基板通过电磁感应部的第二磁路。
[0021]根据上述构成，在间隙内，通过第一磁路的磁场(磁通)的变化能够从霍尔元件得到输出电压。另一方面，在间隙的外侧，通过第二磁路的磁场(磁通)的变化能够得到感应电动势。于是，即使在间隙的外侧也能够产生充分大的磁场，进而能够随其变化有效地产生感应电动势。
[0022]综合以上方面，本发明的电流检测器能够减轻在构造上不可避免的延迟因素的影响，进而大大地提高针对被检测电流的变化的响应性。于是，便能够有助于提高使用了电流检测器的电机系统的安全性，进而提高其可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示一种实施方式的电流检测器的构成的示意图。
[0024]图2是将一种实施方式的电流检测器的输出特性与比较例进行对比表示的输出曲线图。
[0025]图3是表示将霍尔元件形成为面贴装型时的结构示例的立体图，其中，图3的(A)是表示电磁感应部的配置例I的立体图，图3的⑶是表示电磁感应部的配置例2的立体图。
[0026]图4是表示将霍尔元件形成为引线安装型时的结构示例的立体图。
[0027]图5是单独表示电路基板的正视图。
[0028]图6是表示磁芯的其他结构示例的纵截面图。
【具体实施方式】
[0029]下面，将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0030]图1是表示一种实施方式的电流检测器100的构成的示意图。下面，将说明电流检测器100的构成。
[0031][磁芯]
[0032]电流检测器100具备例如铁氧体制的磁芯102。该磁芯102整体上呈大致四方环状(环状)。在磁芯102的内侧(环的内周)形成有大致矩形状的电流导通部102a。在该电流导通部102a上插入贯通有总线等导体105。电流检测器100将通过导体105的电流作为检测对象。磁芯102沿被检测电流(If)流经导体105时所产生的磁场的环绕方向呈环状配置。此外，在被检测电流(If)为比较低的水准(微弱电流)的情况下，可以将多匝导体105缠绕在磁芯102上。
[0033][间隙]
[0034]如上所述，磁芯102呈大致四方环状。因此，在磁芯102分别包括一对短边部102b和长边部102c。另外，通过在磁芯102的例如一侧长边部102c的途中部分切开，从而形成有间隙(gap) 102d。此外，间隙102d也可以在一对短边部102b上形成。
[0035][霍尔元件]
[0036]电流检测器100具备有霍尔元件106。霍尔元件106是在插入到间隙102内的状态下被安装到磁芯102上的。霍尔元件106是一种用于输出对应于在间隙102d内产生的磁场的强度(磁通量)的电压信号(Vh:霍尔电压)的磁敏元件。此外，霍尔元件106是通过例如树脂密封而被封装的电子元件。例如，通过未图示的电源回路向霍尔元件106供给控制电流(Ic)0
[0037][放大器]
[0038]另外，电流检测器100还具备诸如运算放大器等放大器108，霍尔元件106的输出端子分别经由电阻110、112与该放大器108的同相输入端子(+)和反相输入端子(一)连接。从霍尔元件106输出的输出电压通过信号路径118输入至放大器108的各输入端子。
[0039]在电流检测器100中，放大器108构成同相放大电路。该同相放大电路将从霍尔兀件106输出的电压信号(端子间电压)放大，并将其结果作为输出电压(Vout)输出。此夕卜，经由反馈电阻114将输出电压(Vout)负反馈到放大器108的反相输入端子(一)。另夕卜，从例如偏移调整电路116向同相输入端子(+)输入偏移电压。偏移电压用于调整(补偿)在被检测电流(If)非导通时的输出电压(Vout)值。此外，在不特别需要这种偏移调整的情况下，可以不设置偏移调整电路116。
[0040][电磁感应部]
[0041]并且，电流检测器100在信号路径118的途中还具备电磁感应部120。S卩，电磁感应部120是将信号路径118的一部分形成为了环状或者线圈状的导电通路。电磁感应部120与霍尔元件106同样地设置在磁通贯通的位置上。上述霍尔元件106用于输出与由于被检测电流(If)的导通而产生的磁场的大小成比例的电压信号的元件。而电磁感应部120产生与磁场(磁通)的变化率成比例的感应电动势。此外,关于优选的电磁感应部120的配置示例，将使用另外的附图在后面进行说明。
[0042]本发明的发明人根据由电磁感应部120所产生的感应电动势(ε )的大小与磁场
(φΒ)随时间的变化率(一dq>B/dt)成比例这一定律，发现了如下现象:尤其是在被检测电
流(If)的变化时期(瞬时响应)，在电磁感应部120所产生的比较大的感应电动势对改善输出电压(Vout)的响应性是有效的。以下，列举具体示例来验证本实施方式中的响应性的改善。
[0043][输出特性]
[0044]图2是将本实施方式的电流检测器100的输出特性与比较例(现有技术)对比表示的输出曲线图。此外，可以与本实施方式对比的比较例例如是在图1的构成中，不具有相当于电磁感应部120的构成的电流检测器(现有的电流检测器)。另外，在图2中，横轴方向上表示随着被检测电流的导通所经过的时间，纵轴方向上表示输出电压(Vout)的电平。
[0045]例如，以如下情况为例:在初始状态下被检测电流(If)为非导通(O电平)，其后阶梯状地使固定值的被检测电流(例如过电流)导通。此时，图2中实线所示的输出电平的变化表示使用了本实施方式的电流检测器100时的特性。另外，图2中点划线所示的输出电平的变化表示使用了比较例的电流检测器时的特性。
[0046][比较例的特性][0047]首先，比较例的输出特性相对于被检测电流的变化(阶梯输入)显示了延迟。即，在这里，在开始了被检测电流的导通之后，在时刻t3输出电平达到了阈值(Vb)，其后在经过了一定程度的时间后输出电平接近于恒定值(Va)。此外，如果电流检测器的输出电平达到阈值(Vb)，则能够检测出在该时刻(t3)发生了过电流等。
[0048]比较例中所看到的延迟一般来说是起因于磁芯、运算放大器等放大器所具有的固有延迟因素而出现的。这种延迟对电流检测器而言是在构造上不可避免的。磁芯的延迟因素是诸如涡流损耗、磁滞损耗这样的铁损因素。另外，放大器的延迟因素是诸如压摆率和GB积这些因素。
[0049][实施方式的特性]
[0050]然后，观察本实施方式的电流检测器100的输出特性可知，在与比较例相比早的时刻tl输出电平达到阈值(Vb)，并且，在时刻t3之前的时刻t2输出电平超过了恒定值(Va)。输出电平在显示了一些过冲(overshoot)之后稳定在恒定值(Va)上。
[0051]在本实施方式的电流检测器100中，也存在有上述那样的在构造上不可避免的延迟因素，在输出电平上一定产生了所有的延迟。另外，在本实施方式的电流检测器100中，能够与在被检测电流的导通初期(例如原点?时刻tl的期间)所产生的磁场的变化率成比例地得到感应电动势。该感应电动势将在霍尔元件106的输出端子之间产生的电位差(与磁场成比例的电压信号)被整体抬高，与比较例相比，有助于提高输出电压(Vout)的上升沿响应性。
[0052]如上所述，依照本实施方式的电流检测器100，即使磁芯102、放大器108分别存在有不可避免的延迟因素，也能够部分补偿其响应延迟，进而缩短输出电压(Vout)上升至阈值(Vb)的电平的时间。
[0053][配置例]
[0054]接下来，列举几个示例对电流检测器100中的霍尔元件106、电磁感应部120的具体配置和方式进行说明。
[0055][面贴装型]
[0056]图3是显示将霍尔元件106采用了面贴装型时的结构示例的立体图。关于电磁感应部120的配置，图3所示的结构示例还显示了不同的两种示例。以下，分别对其进行说明。
[0057][配置例I]
[0058]图3的(A):电流检测器100具备电路基板122，在该电路基板122上面贴装有霍尔元件106和放大器108。在面贴装型的霍尔元件106上，例如，在封装(密封树脂)的侧面上形成有端子106a。另外，在电路基板122的贴装面上形成有导电图案(pattern) 124、126，在贴装面上，霍尔元件106的端子106a锡焊在这些导电图案124、126上。在相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由过孔(via) 128与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。因此，导电图案124、126构成了图1所示的信号路径118的一部分。在图3中，放大器108未显不。
[0059]在将霍尔元件106形成为面贴装型的情况下，电路基板122成为与霍尔元件106一起插入至间隙102d内配置的结构。此时，间隙102d内产生的磁通BI大致垂直地贯通霍尔元件106的磁敏面。[0060]在图3中的(A)的配置例中，电磁感应部120是由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现的，这种环在间隙102d的外侧形成有开口。在这种情况下，在通过间隙102d的外侧的磁通B2贯通环的开口时，能够随着该磁场的变化而产生感应电动势。
[0061][配置例2]
[0062]图3中的(B):在配置例2中，在电路基板122的贴装面上，霍尔元件106的端子106a也分别锡焊在这些导电图案124、126上。另外，在相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由未图示的过孔与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。
[0063]该配置例2虽然也是将霍尔元件106形成为面贴装型的结构，但电磁感应部120的配置与配置例I不同。也就是说，在配置例2的情况下，由导电图案124、126形成的环以在贴装面上围绕霍尔元件106的方式形成，且这种环在间隙102d的内侧形成有开口。因而，在配置例2的情况下，就能够随在通过间隙102d内的磁通BI贯通环的开口时的磁场的变化而产生感应电动势。
[0064]此外，在配置例I和配置例2中，由于产生感应电动势的磁通(B1、B2)不同，因而在需要更高的响应性的情况下，优选使用能够以更大的磁通BI获得感应电动势的配置例2。
[0065][引线安装型]
[0066]图4是显示将霍尔元件106采用引线安装型时的结构示例的立体图。图4的结构示例示出了电磁感应部120的配置例3。
[0067]在引线安装型的霍尔元件106中设置有例如从封装的侧面突出的引线端子106b(未图示全部)。另外，在电路基板122的贴装面上，与导电图案124、126—起地形成有未图示的通孔。在将霍尔元件106的引线端子106b插入至通孔内的状态下，分别将导电图案124、126与引线端子106b锡焊。
[0068]此外，在图4的结构示例中，在电路基板122的相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由过孔128与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。在这里，列举了将引线端子106b插入到通孔后再锡焊的示例，但引线端子也可以锡焊在导电图案124,126的焊盘(land)上。
[0069][配置例3]
[0070]在将霍尔元件106采用引线安装型的情况下，电路基板122成为其贴装面沿磁通BI的贯通方向配置的结构。于是，霍尔元件106成为经由引线端子106b从贴装面大致垂直地突出的姿势的状态下插入至间隙102d内的状态。在这种情况下，间隙102d内产生的磁通BI大致垂直地贯通霍尔元件106的磁敏面。
[0071]在图4的配置例3中，电磁感应部120由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现。另外，导电图案124、126形成的环在间隙102d的外侧形成有与磁通BI平行的开口。在这种情况下，由于通过间隙102d的外侧的磁通B2交错地通过环的开口，因而能够随着该磁场的变化而产生感应电动势。
[0072][配置例4][0073]另外，图5是在将霍尔元件106形成为插入(通孔)安装型时的结构示例中，将电路基板122单独显示的正视图。图5的结构示例示出了与图4不同的电磁感应部120的配置例4。
[0074]在该配置例4中，电磁感应部120也是由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现。但是，在配置例4中，以跨过在磁通的通过方向上观察到的间隙102d的中心线CL的方式在中心线CL的两侧形成有环。但是，如果在中心线CL的两侧上着眼于各自的开口，则一侧(图5中上侧)的开口面积Al比另一侧(图5中下侧)的开口面积A2大。在图5中，在各个开口面积Al、A2上分别标有不同种类的影线。
[0075]在配置例4的情况下，由于在中心线CL的两侧形成有电磁感应部120的环，因而如图5所示，即磁通B2通过了该环，两侧的环由于磁通B2的U形转弯也会互相抵消感应电流。但是，由于在中心线CL的两侧各环的开口面积Al、A2不同(Al >A2)，因而在上侧的环上更多的磁通B2交错通过。因而，在配置例4中，也能够随通过电磁感应部120的磁场的变化而产生感应电动势。在这种配置例4中，对于例如由于布局(layout)上的原因而在贴装面上无法仅在中心线CL的单侧上形成导电图案124、126的环的情况也是有效的。
[0076][其它的结构示例]
[0077]接下来，图6是表示磁芯102的其他结构示例的纵截面图。在该结构示例中，对霍尔元件106采用了引线安装型。另外，关于电磁感应部120，例如，采用了如图3那样仅在中心线CL的单侧形成环的配置。下面，将更具体地说明。
[0078]在该构造示例中，在磁芯102上形成有分支部102e。分支部102e是从构成磁芯102的主体的一个短边部102b呈L字状突出而形成的。更详细而言，分支部102e的基端与短边部102b和长边部102c之间的角部连结，并由此沿短边部102b的长度方向突出并延伸。此时，电路基板122是在使霍尔元件106的贴装面与长边部102c平行相对的状态下进行配置的。分支部102e通过电路基板122的一侧边缘的外侧(在图6中为上侧)而延伸至霍尔元件106的贴装面的相反侧，并由此沿相反侧的贴装面与长边部102c平行地弯曲。然后，分支部102e从弯曲点延伸至通过间隙102d位置的位置，其前端朝向相反侧的贴装面弯曲为钩形状。
[0079]另外，在形成有间隙102d的长边部102c上，在隔着电路基板122而与分支部102e的前端面相对的位置上形成有突起部102f。并且，分支部102e和突起部102f都由与磁芯102的主体(短边部102b、长边部102c)相同的磁性材料形成。
[0080]上述分支部102e与由磁芯102的主体形成的环状磁路(第一磁路)相区别，形成从环状磁路分支的另一磁路(第二磁路)。即，由于导通被检测电流而产生的磁场在环状磁路上通过间隙102d，并使磁通BI贯通霍尔元件106。与其同时，磁场也在由分支部102e形成的另一磁路通过。此时，通过使磁通B3在分支部102e的前端与突起部102f之间穿过，从而能够使磁通B3贯通形成在电路基板122上的电磁感应部120(在图6中，作为导电图案并未图示)的开口。
[0081]依照图6所示的另外的构造示例，由于能够使用不是从磁芯102漏出的磁通而是在磁芯102本身(包括分支部102e和突起部102f)内穿过的主磁通B3，因而能够获得充分大的感应电动势。尤其是图6的构造示例，对于由于贴装面上的布局上的限制而无法在霍尔元件106的最近处配置电磁感应部120的情况也是有效的。[0082]本发明并不仅限于上述实施方式，能够进行各种变形实施。在一种实施方式中，在各配置例中都将电磁感应部120形成为平面的环状，但可以将导电图案成为了螺旋线圈状，也可以通过在电路基板122的双面或者内层将导电图案多层化，进而形成为立体的线圈状。
[0083]另外，磁芯102的形状不仅可以为四角环形状，还可以为其它的多角环形状，也可以为圆形状或者椭圆形状。另外，磁芯102可以使用铁素体以外的磁性材料(硅钢版、铁-镍合金等)来制作，并且在磁芯102上能够采用环状结构或者层压结构。此外，磁芯102的具体形状和大小、厚度等规格能够根据实际上作为对象的被检测电流的特性恰当地变更。
[0084]虽然在图1所示的电流检测器100的整体构成中，电磁感应部120与放大器108的同相输入端子(+)侧连接，但也可以使电磁感应部120与反相输入端子(一)侧连接，还可以使电磁感应部120分别与两个输入端子(+)、(一)连接。另外，电磁感应部120的开口面也可以沿与间隙102d的截面水平或者垂直的任意一个方向形成。
[0085]总之，用于使由电磁感应部120所产生的感应电动势提高输出电压(Vout)的上升沿响应性的条件就该由下述组合来决定:(I)由导电图案124、126形成的线圈的缠绕方向、
(2)通过电磁感应部120的开口的磁通的方向、(3)使电磁感应部120与放大器108的(+)侧、(一)侧中的哪一侧连接。因而，只要这些(I)?(3)的条件的组合是有助于提高响应性的，则可以适当地变更图1所示的配置，也能够使被检测电流(If)的方向(磁通的方向)变为相反。
[0086]另外，连同图示列举的电流检测器100和其一部分结构只不过是优选的一个示例，而在基本结构上附加各种要素或者替换一部分，也能够优选地实施本发明，这是不言而喻的。
【权利要求】
1.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿与通过所述间隙内的磁通交叉的方向配置，在所述间隙内将所述霍尔元件面贴装在所述贴装面上，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由沿所述电路基板的所述贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
2.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿在所述间隙内观察到的磁通的通过方向配置，且在与所述贴装面交叉的方向上连接了从所述霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装所述霍尔元件，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的 变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由沿所述电路基板的所述贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
3.根据权利要求1或2所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案在所述电路基板的双面或内层配置为多层。
4.根据权利要求2所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，仅在所述间隙的中心线的任一单侧形成有所述导电图案。
5.根据权利要求2所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，所述导电图案跨过所述间隙的中心线形成在所述中心线的两侧，且在所述导电图案形成为螺旋状的线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
6.根据权利要求2、4及5中任一项所述的电流检测器，其特征在于， 所述磁芯包括:环状的主体，形成在所述间隙内通过所述霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从所述主体分支地形成，所述分支部形成经由所述电路基板通过所述电磁感应部的第二磁路。
7.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿与通过所述间隙内的磁通交叉的方向配置，在所述间隙内将所述霍尔元件面贴装在所述贴装面上，所述电流检测器的特征在于，在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由在所述电路基板的双面或内层配置为多层的导电图案构成。
8.根据权利要求7所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案沿所述电路基板的所述贴装面形成为环状或线圈状。
9.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿在所述间隙内观察到的磁通的通过方向配置，且在与所述贴装面交叉的方向上连接了从所述霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装所述霍尔元件，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部 由在所述电路基板的双面或内层配置为多层的导电图案构成。
10.根据权利要求9所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案沿所述电路基板的所述贴装面形成为环状或线圈状。
11.根据权利要求10所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，仅在所述间隙的中心线的任一单侧形成有所述导电图案。
12.根据权利要求10所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，所述导电图案跨过所述间隙的中心线形成在所述中心线的两侧，且在所述导电图案形成为环或线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的电流检测器，其特征在于， 所述磁芯包括:环状的主体，形成在所述间隙内通过所述霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从所述主体分支地形成，所述分支部形成经由所述电路基板通过所述电磁感应部的第二磁路。
【文档编号】G01R19/00GK103983832SQ201410211519
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年4月20日 优先权日:2010年4月23日
【发明者】龙末洋 申请人:株式会社田村制作所
【专利摘要】一种电流检测器，包括磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于磁芯上的间隙内，霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在间隙内将霍尔元件面贴装在贴装面上，其中，在连接霍尔元件的一个输出端子与放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，磁场的变化基于被检测电流的变化，电磁感应部由沿电路基板的贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
【专利说明】电流检测器
[0001]本申请是申请日为2011年4月20日、申请号为201110099721.9、发明名称为“电
流检测器”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于电流测定或者过电流检测、电流反馈控制等的磁比例式电流检测器。
【背景技术】
[0003]这种电流检测器(电流传感器)采用了如下的方法:通过磁芯(core)聚集由于导通被检测电流而产生的磁通，再用霍尔元件将该磁通转换为电压信号来检测电流值。另外，从霍尔元件得到的输出电压经运算放大器等放大器被放大，且被用作传感器的检测信号。
[0004]通常，霍尔元件的输出电压与通过磁芯间隙(霍尔元件的磁敏部)的磁场的大小(磁通量)成比例。但是，由于未通过霍尔元件的磁敏部而通过磁敏部的外侧的磁通对电流的检测不起作用，因而实际上得到的霍尔元件的输出电平在表观上具有降低的倾向。关于该问题，日本专利第2552683号公报中公开了如下的现有技术:通过在霍尔元件的双面或者单面上配置高导磁率的强磁性体片，从而将间隙内的磁通密度扩大后施加到霍尔元件上。
[0005]依照上述现有技术，可以考虑通过将施加到霍尔元件的磁通密度扩大为通常的2倍?5倍，从而被检测电流本身在比较小的范围内，将从霍尔元件得到的输出电压倍增，也能够提高电流的检测精度。
[0006]使用了电流检测器的过电流的早期检测在诸如变换器、电动机控制装置、焊接机、电梯等电机系统中是重要的问题。但是，既然电流检测器使用了磁芯或者运算放大器，则就无法完全去除磁芯或者运算放大器所固有的延迟因素。即，磁芯具有由涡流损耗、磁滞损耗这样的铁损所产生的延迟因素。另外，在运算放大器存在有压摆率(through rate)和GB积这样的电延迟因素。这样的延迟因素在过电流等产生时，就是使检测信号的输出延迟的主要原因，使过电流的早期检测变得困难。
[0007]可以认为在间隙内产生的磁场在某种程度稳定的状况下，上述现有技术对提高检测精度是有效的。但是，像瞬间过电流这样被检测电流在某一时刻变化较大的状况下，由于磁芯本身存在延迟因素，因而不论设置了多少强磁性体片，也未必能够借此提高检测信号的响应性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种即使在电流检测器中具有不可避免的延迟因素，也能够改善其响应性的技术。
[0009]为了解决上述问题，作为改善针对被检测电流变化的响应性的方法，本发明的发明人正是着眼于感应电动势的大小与磁场的变化率成比例这一定律，从而想到了如下的解决方法。
[0010]S卩，本发明第一方面的电流检测器包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于该磁芯上的间隙内，用于输出与被检测电流导通时在间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；以及放大器，用于放大从该霍尔兀件输出的电压信号。
[0011]尤其是，本发明的电流检测器在连接霍尔元件的输出端子与放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化而产生感应电动势的电磁感应部，其中，该磁场的变化基于被检测电流的变化。
[0012]根据本发明的电流检测器，尤其是在被检测电流变化时可以发挥有用性。也就是说，如果被检测电流变化(例如，产生过电流)，则与其相伴磁场也急剧地变化，因而就能够根据电流的瞬时变化而从电磁感应部得到较大的感应电动势。此时，感应电动势作用于抬高从霍尔元件输出的电压信号的方向，由此提高输出电压的上升沿响应性。因此，即使磁芯或者运算放大器等放大器分别存在有不可避免的延迟因素，也能够部分补偿其响应延迟而大大地提高作为电流检测器的响应性。
[0013]另外，本发明的电流检测器可以还具备电路基板。电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在间隙内将霍尔元件面贴装在贴装面上。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。
[0014]根据上述方式，则例如在电路基板的贴装面上，(I)作为围绕霍尔元件的外周的形状的导电图案能够配置电磁感应部、或(2)作为在与霍尔元件分离的位置上形成开口的导电图案可以配置电磁感应部。如果是上述(I)的配置，则能够随着在间隙内贯通霍尔元件(磁敏面)的磁场的变化而得到感应电动势。另外，如果为上述(2)的配置，则能够随着穿过间隙外侧的磁场的变化而得到感应电动势。不论是哪一种配置，通过使在被检测电流变化时磁场变化，从而都能够用对应于磁场变化率的大小的感应电动势来抬高从霍尔元件输出的输出电压，进而能够提高电流检测器的响应性。
[0015]或者，本发明的电流检测器可以具备另一方式的电路基板。另一方式的电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在与贴装面交叉的方向上连接了从霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装霍尔元件。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。
[0016]在上述另一方式中，电路基板在间隙的外侧形成导电图案的电磁感应部。在这种情况下，通过使在间隙的外侧产生的磁场(磁通)交错地通过呈环状或者线圈状的电磁感应部的开口，从而就能够随着该磁场的变化而得到感应电动势。因而，同样地通过使在被检测电流变化时磁场变化，从而能够用对应于磁场变化率的大小的感应电动势来抬高从霍尔元件输出的输出电压，进而能够提高电流检测器的响应性。
[0017]在上述其他方式中，从磁通相对于电路基板的通过方向观察,也可以仅在间隙的中心线的任一单侧形成有导电图案。在这种情况下，由于能够仅在间隙的中心线的单侧使磁通交错地通过电磁感应部的开口，因而能够有效地充分利用有限的贴装面的区域以形成导电图案。
[0018]或者，在上述其他方式中，从磁通相对于电路基板的通过方向观察，导电图案跨过间隙的中心线形成在中心线的两侧，且在导电图案形成为环或线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
[0019]在这种情况下，如果在间隙的中心线的一侧和另一侧上交错的磁场分别在电磁感应部的开口变化，则在两侧双方的感应电动势沿相互抵消的方向作用，而通过增大任意一侧的开口面积，从而就能够有效地产生感应电动势。
[0020]另外，磁芯也可以包括:环状的主体，形成在间隙内通过霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从主体分支地形成，分支部形成经由电路基板通过电磁感应部的第二磁路。
[0021]根据上述构成，在间隙内，通过第一磁路的磁场(磁通)的变化能够从霍尔元件得到输出电压。另一方面，在间隙的外侧，通过第二磁路的磁场(磁通)的变化能够得到感应电动势。于是，即使在间隙的外侧也能够产生充分大的磁场，进而能够随其变化有效地产生感应电动势。
[0022]综合以上方面，本发明的电流检测器能够减轻在构造上不可避免的延迟因素的影响，进而大大地提高针对被检测电流的变化的响应性。于是，便能够有助于提高使用了电流检测器的电机系统的安全性，进而提高其可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示一种实施方式的电流检测器的构成的示意图。
[0024]图2是将一种实施方式的电流检测器的输出特性与比较例进行对比表示的输出曲线图。
[0025]图3是表示将霍尔元件形成为面贴装型时的结构示例的立体图，其中，图3的(A)是表示电磁感应部的配置例I的立体图，图3的⑶是表示电磁感应部的配置例2的立体图。
[0026]图4是表示将霍尔元件形成为引线安装型时的结构示例的立体图。
[0027]图5是单独表示电路基板的正视图。
[0028]图6是表示磁芯的其他结构示例的纵截面图。
【具体实施方式】
[0029]下面，将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0030]图1是表示一种实施方式的电流检测器100的构成的示意图。下面，将说明电流检测器100的构成。
[0031][磁芯]
[0032]电流检测器100具备例如铁氧体制的磁芯102。该磁芯102整体上呈大致四方环状(环状)。在磁芯102的内侧(环的内周)形成有大致矩形状的电流导通部102a。在该电流导通部102a上插入贯通有总线等导体105。电流检测器100将通过导体105的电流作为检测对象。磁芯102沿被检测电流(If)流经导体105时所产生的磁场的环绕方向呈环状配置。此外，在被检测电流(If)为比较低的水准(微弱电流)的情况下，可以将多匝导体105缠绕在磁芯102上。
[0033][间隙]
[0034]如上所述，磁芯102呈大致四方环状。因此，在磁芯102分别包括一对短边部102b和长边部102c。另外，通过在磁芯102的例如一侧长边部102c的途中部分切开，从而形成有间隙(gap) 102d。此外，间隙102d也可以在一对短边部102b上形成。
[0035][霍尔元件]
[0036]电流检测器100具备有霍尔元件106。霍尔元件106是在插入到间隙102内的状态下被安装到磁芯102上的。霍尔元件106是一种用于输出对应于在间隙102d内产生的磁场的强度(磁通量)的电压信号(Vh:霍尔电压)的磁敏元件。此外，霍尔元件106是通过例如树脂密封而被封装的电子元件。例如，通过未图示的电源回路向霍尔元件106供给控制电流(Ic)0
[0037][放大器]
[0038]另外，电流检测器100还具备诸如运算放大器等放大器108，霍尔元件106的输出端子分别经由电阻110、112与该放大器108的同相输入端子(+)和反相输入端子(一)连接。从霍尔元件106输出的输出电压通过信号路径118输入至放大器108的各输入端子。
[0039]在电流检测器100中，放大器108构成同相放大电路。该同相放大电路将从霍尔兀件106输出的电压信号(端子间电压)放大，并将其结果作为输出电压(Vout)输出。此夕卜，经由反馈电阻114将输出电压(Vout)负反馈到放大器108的反相输入端子(一)。另夕卜，从例如偏移调整电路116向同相输入端子(+)输入偏移电压。偏移电压用于调整(补偿)在被检测电流(If)非导通时的输出电压(Vout)值。此外，在不特别需要这种偏移调整的情况下，可以不设置偏移调整电路116。
[0040][电磁感应部]
[0041]并且，电流检测器100在信号路径118的途中还具备电磁感应部120。S卩，电磁感应部120是将信号路径118的一部分形成为了环状或者线圈状的导电通路。电磁感应部120与霍尔元件106同样地设置在磁通贯通的位置上。上述霍尔元件106用于输出与由于被检测电流(If)的导通而产生的磁场的大小成比例的电压信号的元件。而电磁感应部120产生与磁场(磁通)的变化率成比例的感应电动势。此外,关于优选的电磁感应部120的配置示例，将使用另外的附图在后面进行说明。
[0042]本发明的发明人根据由电磁感应部120所产生的感应电动势(ε )的大小与磁场
(φΒ)随时间的变化率(一dq>B/dt)成比例这一定律，发现了如下现象:尤其是在被检测电
流(If)的变化时期(瞬时响应)，在电磁感应部120所产生的比较大的感应电动势对改善输出电压(Vout)的响应性是有效的。以下，列举具体示例来验证本实施方式中的响应性的改善。
[0043][输出特性]
[0044]图2是将本实施方式的电流检测器100的输出特性与比较例(现有技术)对比表示的输出曲线图。此外，可以与本实施方式对比的比较例例如是在图1的构成中，不具有相当于电磁感应部120的构成的电流检测器(现有的电流检测器)。另外，在图2中，横轴方向上表示随着被检测电流的导通所经过的时间，纵轴方向上表示输出电压(Vout)的电平。
[0045]例如，以如下情况为例:在初始状态下被检测电流(If)为非导通(O电平)，其后阶梯状地使固定值的被检测电流(例如过电流)导通。此时，图2中实线所示的输出电平的变化表示使用了本实施方式的电流检测器100时的特性。另外，图2中点划线所示的输出电平的变化表示使用了比较例的电流检测器时的特性。
[0046][比较例的特性][0047]首先，比较例的输出特性相对于被检测电流的变化(阶梯输入)显示了延迟。即，在这里，在开始了被检测电流的导通之后，在时刻t3输出电平达到了阈值(Vb)，其后在经过了一定程度的时间后输出电平接近于恒定值(Va)。此外，如果电流检测器的输出电平达到阈值(Vb)，则能够检测出在该时刻(t3)发生了过电流等。
[0048]比较例中所看到的延迟一般来说是起因于磁芯、运算放大器等放大器所具有的固有延迟因素而出现的。这种延迟对电流检测器而言是在构造上不可避免的。磁芯的延迟因素是诸如涡流损耗、磁滞损耗这样的铁损因素。另外，放大器的延迟因素是诸如压摆率和GB积这些因素。
[0049][实施方式的特性]
[0050]然后，观察本实施方式的电流检测器100的输出特性可知，在与比较例相比早的时刻tl输出电平达到阈值(Vb)，并且，在时刻t3之前的时刻t2输出电平超过了恒定值(Va)。输出电平在显示了一些过冲(overshoot)之后稳定在恒定值(Va)上。
[0051]在本实施方式的电流检测器100中，也存在有上述那样的在构造上不可避免的延迟因素，在输出电平上一定产生了所有的延迟。另外，在本实施方式的电流检测器100中，能够与在被检测电流的导通初期(例如原点?时刻tl的期间)所产生的磁场的变化率成比例地得到感应电动势。该感应电动势将在霍尔元件106的输出端子之间产生的电位差(与磁场成比例的电压信号)被整体抬高，与比较例相比，有助于提高输出电压(Vout)的上升沿响应性。
[0052]如上所述，依照本实施方式的电流检测器100，即使磁芯102、放大器108分别存在有不可避免的延迟因素，也能够部分补偿其响应延迟，进而缩短输出电压(Vout)上升至阈值(Vb)的电平的时间。
[0053][配置例]
[0054]接下来，列举几个示例对电流检测器100中的霍尔元件106、电磁感应部120的具体配置和方式进行说明。
[0055][面贴装型]
[0056]图3是显示将霍尔元件106采用了面贴装型时的结构示例的立体图。关于电磁感应部120的配置，图3所示的结构示例还显示了不同的两种示例。以下，分别对其进行说明。
[0057][配置例I]
[0058]图3的(A):电流检测器100具备电路基板122，在该电路基板122上面贴装有霍尔元件106和放大器108。在面贴装型的霍尔元件106上，例如，在封装(密封树脂)的侧面上形成有端子106a。另外，在电路基板122的贴装面上形成有导电图案(pattern) 124、126，在贴装面上，霍尔元件106的端子106a锡焊在这些导电图案124、126上。在相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由过孔(via) 128与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。因此，导电图案124、126构成了图1所示的信号路径118的一部分。在图3中，放大器108未显不。
[0059]在将霍尔元件106形成为面贴装型的情况下，电路基板122成为与霍尔元件106一起插入至间隙102d内配置的结构。此时，间隙102d内产生的磁通BI大致垂直地贯通霍尔元件106的磁敏面。[0060]在图3中的(A)的配置例中，电磁感应部120是由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现的，这种环在间隙102d的外侧形成有开口。在这种情况下，在通过间隙102d的外侧的磁通B2贯通环的开口时，能够随着该磁场的变化而产生感应电动势。
[0061][配置例2]
[0062]图3中的(B):在配置例2中，在电路基板122的贴装面上，霍尔元件106的端子106a也分别锡焊在这些导电图案124、126上。另外，在相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由未图示的过孔与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。
[0063]该配置例2虽然也是将霍尔元件106形成为面贴装型的结构，但电磁感应部120的配置与配置例I不同。也就是说，在配置例2的情况下，由导电图案124、126形成的环以在贴装面上围绕霍尔元件106的方式形成，且这种环在间隙102d的内侧形成有开口。因而，在配置例2的情况下，就能够随在通过间隙102d内的磁通BI贯通环的开口时的磁场的变化而产生感应电动势。
[0064]此外，在配置例I和配置例2中，由于产生感应电动势的磁通(B1、B2)不同，因而在需要更高的响应性的情况下，优选使用能够以更大的磁通BI获得感应电动势的配置例2。
[0065][引线安装型]
[0066]图4是显示将霍尔元件106采用引线安装型时的结构示例的立体图。图4的结构示例示出了电磁感应部120的配置例3。
[0067]在引线安装型的霍尔元件106中设置有例如从封装的侧面突出的引线端子106b(未图示全部)。另外，在电路基板122的贴装面上，与导电图案124、126—起地形成有未图示的通孔。在将霍尔元件106的引线端子106b插入至通孔内的状态下，分别将导电图案124、126与引线端子106b锡焊。
[0068]此外，在图4的结构示例中，在电路基板122的相反侧的贴装面上也形成有未图示的两个导电图案，这些导电图案经由过孔128与导电图案124、126连接。另外，在相反侧的贴装面上，两个导电图案经由晶片电阻部件(图中都未显示)与放大器108的各输入端子连接。在这里，列举了将引线端子106b插入到通孔后再锡焊的示例，但引线端子也可以锡焊在导电图案124,126的焊盘(land)上。
[0069][配置例3]
[0070]在将霍尔元件106采用引线安装型的情况下，电路基板122成为其贴装面沿磁通BI的贯通方向配置的结构。于是，霍尔元件106成为经由引线端子106b从贴装面大致垂直地突出的姿势的状态下插入至间隙102d内的状态。在这种情况下，间隙102d内产生的磁通BI大致垂直地贯通霍尔元件106的磁敏面。
[0071]在图4的配置例3中，电磁感应部120由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现。另外，导电图案124、126形成的环在间隙102d的外侧形成有与磁通BI平行的开口。在这种情况下，由于通过间隙102d的外侧的磁通B2交错地通过环的开口，因而能够随着该磁场的变化而产生感应电动势。
[0072][配置例4][0073]另外，图5是在将霍尔元件106形成为插入(通孔)安装型时的结构示例中，将电路基板122单独显示的正视图。图5的结构示例示出了与图4不同的电磁感应部120的配置例4。
[0074]在该配置例4中，电磁感应部120也是由上述导电图案124、126在贴装面上形成的环而实现。但是，在配置例4中，以跨过在磁通的通过方向上观察到的间隙102d的中心线CL的方式在中心线CL的两侧形成有环。但是，如果在中心线CL的两侧上着眼于各自的开口，则一侧(图5中上侧)的开口面积Al比另一侧(图5中下侧)的开口面积A2大。在图5中，在各个开口面积Al、A2上分别标有不同种类的影线。
[0075]在配置例4的情况下，由于在中心线CL的两侧形成有电磁感应部120的环，因而如图5所示，即磁通B2通过了该环，两侧的环由于磁通B2的U形转弯也会互相抵消感应电流。但是，由于在中心线CL的两侧各环的开口面积Al、A2不同(Al >A2)，因而在上侧的环上更多的磁通B2交错通过。因而，在配置例4中，也能够随通过电磁感应部120的磁场的变化而产生感应电动势。在这种配置例4中，对于例如由于布局(layout)上的原因而在贴装面上无法仅在中心线CL的单侧上形成导电图案124、126的环的情况也是有效的。
[0076][其它的结构示例]
[0077]接下来，图6是表示磁芯102的其他结构示例的纵截面图。在该结构示例中，对霍尔元件106采用了引线安装型。另外，关于电磁感应部120，例如，采用了如图3那样仅在中心线CL的单侧形成环的配置。下面，将更具体地说明。
[0078]在该构造示例中，在磁芯102上形成有分支部102e。分支部102e是从构成磁芯102的主体的一个短边部102b呈L字状突出而形成的。更详细而言，分支部102e的基端与短边部102b和长边部102c之间的角部连结，并由此沿短边部102b的长度方向突出并延伸。此时，电路基板122是在使霍尔元件106的贴装面与长边部102c平行相对的状态下进行配置的。分支部102e通过电路基板122的一侧边缘的外侧(在图6中为上侧)而延伸至霍尔元件106的贴装面的相反侧，并由此沿相反侧的贴装面与长边部102c平行地弯曲。然后，分支部102e从弯曲点延伸至通过间隙102d位置的位置，其前端朝向相反侧的贴装面弯曲为钩形状。
[0079]另外，在形成有间隙102d的长边部102c上，在隔着电路基板122而与分支部102e的前端面相对的位置上形成有突起部102f。并且，分支部102e和突起部102f都由与磁芯102的主体(短边部102b、长边部102c)相同的磁性材料形成。
[0080]上述分支部102e与由磁芯102的主体形成的环状磁路(第一磁路)相区别，形成从环状磁路分支的另一磁路(第二磁路)。即，由于导通被检测电流而产生的磁场在环状磁路上通过间隙102d，并使磁通BI贯通霍尔元件106。与其同时，磁场也在由分支部102e形成的另一磁路通过。此时，通过使磁通B3在分支部102e的前端与突起部102f之间穿过，从而能够使磁通B3贯通形成在电路基板122上的电磁感应部120(在图6中，作为导电图案并未图示)的开口。
[0081]依照图6所示的另外的构造示例，由于能够使用不是从磁芯102漏出的磁通而是在磁芯102本身(包括分支部102e和突起部102f)内穿过的主磁通B3，因而能够获得充分大的感应电动势。尤其是图6的构造示例，对于由于贴装面上的布局上的限制而无法在霍尔元件106的最近处配置电磁感应部120的情况也是有效的。[0082]本发明并不仅限于上述实施方式，能够进行各种变形实施。在一种实施方式中，在各配置例中都将电磁感应部120形成为平面的环状，但可以将导电图案成为了螺旋线圈状，也可以通过在电路基板122的双面或者内层将导电图案多层化，进而形成为立体的线圈状。
[0083]另外，磁芯102的形状不仅可以为四角环形状，还可以为其它的多角环形状，也可以为圆形状或者椭圆形状。另外，磁芯102可以使用铁素体以外的磁性材料(硅钢版、铁-镍合金等)来制作，并且在磁芯102上能够采用环状结构或者层压结构。此外，磁芯102的具体形状和大小、厚度等规格能够根据实际上作为对象的被检测电流的特性恰当地变更。
[0084]虽然在图1所示的电流检测器100的整体构成中，电磁感应部120与放大器108的同相输入端子(+)侧连接，但也可以使电磁感应部120与反相输入端子(一)侧连接，还可以使电磁感应部120分别与两个输入端子(+)、(一)连接。另外，电磁感应部120的开口面也可以沿与间隙102d的截面水平或者垂直的任意一个方向形成。
[0085]总之，用于使由电磁感应部120所产生的感应电动势提高输出电压(Vout)的上升沿响应性的条件就该由下述组合来决定:(I)由导电图案124、126形成的线圈的缠绕方向、
(2)通过电磁感应部120的开口的磁通的方向、(3)使电磁感应部120与放大器108的(+)侧、(一)侧中的哪一侧连接。因而，只要这些(I)?(3)的条件的组合是有助于提高响应性的，则可以适当地变更图1所示的配置，也能够使被检测电流(If)的方向(磁通的方向)变为相反。
[0086]另外，连同图示列举的电流检测器100和其一部分结构只不过是优选的一个示例，而在基本结构上附加各种要素或者替换一部分，也能够优选地实施本发明，这是不言而喻的。
【权利要求】
1.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿与通过所述间隙内的磁通交叉的方向配置，在所述间隙内将所述霍尔元件面贴装在所述贴装面上，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由沿所述电路基板的所述贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
2.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿在所述间隙内观察到的磁通的通过方向配置，且在与所述贴装面交叉的方向上连接了从所述霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装所述霍尔元件，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的 变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由沿所述电路基板的所述贴装面形成为螺旋状的导电图案构成。
3.根据权利要求1或2所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案在所述电路基板的双面或内层配置为多层。
4.根据权利要求2所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，仅在所述间隙的中心线的任一单侧形成有所述导电图案。
5.根据权利要求2所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，所述导电图案跨过所述间隙的中心线形成在所述中心线的两侧，且在所述导电图案形成为螺旋状的线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
6.根据权利要求2、4及5中任一项所述的电流检测器，其特征在于， 所述磁芯包括:环状的主体，形成在所述间隙内通过所述霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从所述主体分支地形成，所述分支部形成经由所述电路基板通过所述电磁感应部的第二磁路。
7.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿与通过所述间隙内的磁通交叉的方向配置，在所述间隙内将所述霍尔元件面贴装在所述贴装面上，所述电流检测器的特征在于，在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部由在所述电路基板的双面或内层配置为多层的导电图案构成。
8.根据权利要求7所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案沿所述电路基板的所述贴装面形成为环状或线圈状。
9.一种电流检测器，包括:磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于所述磁芯上的间隙内，所述霍尔元件用于输出与被检测电流导通时在所述间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；放大器，用于放大从所述霍尔元件输出的电压信号；以及电路基板，所述电路基板的贴装面沿在所述间隙内观察到的磁通的通过方向配置，且在与所述贴装面交叉的方向上连接了从所述霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装所述霍尔元件，所述电流检测器的特征在于， 在连接所述霍尔元件的一个输出端子与所述放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化产生感应电动势的电磁感应部，其中，所述磁场的变化基于所述被检测电流的变化， 所述电磁感应部 由在所述电路基板的双面或内层配置为多层的导电图案构成。
10.根据权利要求9所述的电流检测器，其特征在于， 所述导电图案沿所述电路基板的所述贴装面形成为环状或线圈状。
11.根据权利要求10所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，仅在所述间隙的中心线的任一单侧形成有所述导电图案。
12.根据权利要求10所述的电流检测器，其特征在于， 从磁通相对于所述电路基板的通过方向观察，所述导电图案跨过所述间隙的中心线形成在所述中心线的两侧，且在所述导电图案形成为环或线圈进行观察时的开口中，任一侧的开口面积大于另一侧的开口面积。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的电流检测器，其特征在于， 所述磁芯包括:环状的主体，形成在所述间隙内通过所述霍尔元件的第一磁路；以及分支部，从所述主体分支地形成，所述分支部形成经由所述电路基板通过所述电磁感应部的第二磁路。
【文档编号】G01R19/00GK103983832SQ201410211519
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年4月20日 优先权日:2010年4月23日
【发明者】龙末洋 申请人:株式会社田村制作所
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