电流检测装置及电流检测方法与流程

本发明涉及使用磁检测元件来检测流过电流电路的电流的电流检测装置及电流检测方法。

背景技术：

例如，在混合动力汽车、电动汽车等的电机驱动技术等领域，为了处理较大的电流，要求以非接触方式能够测定大电流的电流检测装置。作为这样的电流检测装置，有使用磁检测元件来检测由被测定电流所产生的磁场的强度，来检测被测定电流的大小的装置。作为磁检测元件，有利用霍尔效应的霍尔元件、利用各向异性磁阻效应(AMR：Anisotropic Magneto-Resistive effect)的AMR元件、利用巨磁阻效应(GMR：Giant Magneto-Resistive effect)的GMR元件、利用隧道磁阻效应(TMR：Tunnel Magneto-Resistive effect)的TMR元件等。

将磁检测元件设置在测定对象的电流电路附近，将用于对磁检测元件输入输出信号的布线也设置在电流电路附近。因此，当在电流电路中产生数十kHz～数百kHz程度的高频的电流值变化时，在磁检测元件的布线间产生感应电动势，电磁感应噪音加到磁检测元件的输出上，从而检测精度降低。以往，在使用2个检测元件的情况下，调整对2个输出布线的导电图案的电阻，由此来消除因电压变动产生的噪音成分(例如，参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012-225872号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

专利文献1中记载的电流传感器中，2个磁检测元件配置在布线基板的主表面中，该主表面配置为相对电流线的延伸方向大致垂直。因此，磁检测元件及布线基板，任一个均在与电流线大致垂直的表面上展开，成为装置的小型化的障碍。特别地，如果并联设置多个向3相电机提供电流的电流电路等这样的电流电路，希望电流检测装置在电流电路的排列方向上尽可能小型化。

另外，在专利文献1所记载的电流传感器中，仅仅考虑了磁检测元件的输出布线，对于驱动电流的布线、接地线等其他布线没有进行考虑。

本发明的目的在于，提供一种能够实现装置的小型化且能够降低因布线间的感应电动势产生的电磁感应噪音的电流检测装置及电流检测方法。

解决课题的手段

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种电流检测装置，其包括磁检测元件、检测电路以及多根布线；所述磁检测元件检测由流过电流电路的电流所产生的磁场的强度；所述检测电路基于所述磁检测元件的输出来检测流过所述电流电路的电流的大小；所述多根布线与所述磁检测元件连接，向着远离所述电流电路的方向延伸；其中，所述磁检测元件设置为其磁感应轴的方向存在于第1平面上，所述第1平面与所述电流电路的通电方向平行且与所述多根布线的延伸方向平行，所述多根布线配置在与所述第1平面相垂直的第2平面的同一平面上。

另外，本发明目的在于解决上述课题，提供一种电流检测方法，设置磁检测元件以及多根布线，所述检测元件检测由流过电流电路的电流所产生的磁场的强度，所述多根布线与所述磁检测元件连接，向着远离所述电流电路的方向延伸；所述磁检测元件设置为其磁感应轴的方向存在于第1平面上，所述第1平面与所述电流电路的通电方向平行且与所述多根布线的延伸方向平行；所述多根布线配置在与所述第1平面相垂直的第2平面的同一平面上；其中，基于所述磁检测元件的输出来检测流过所述电流电路的电流的大小。

发明效果

根据本发明，可以提供一种能够实现装置小型化且能够降低由布线间的感应电动势产生的电磁感应噪音的电流检测装置及电流检测方法。因此，能够以小型的结构，高精度地检测流过电流电路的电流所产生的磁场，从而能够精度良好地检测流过电流电路的电流。

附图说明

图1是用于说明根据本发明第1实施方式的电流检测装置的图。

图2是根据本发明第1实施例的电流检测装置的立体图。

图3是根据本发明第1实施例的电流检测装置的俯视图。

图4是显示磁检测部2的结构的图。

图5是图3中A-A线横截面图。

图6是显示布线基板10的各布线层的图。

图7是用于说明根据本发明第2实施方式的电流检测装置的图。

图8是根据本发明第2实施例的电流检测装置的立体图。

图9是根据本发明第2实施例的电流检测装置的俯视图。

具体实施方式

第1实施方式

图1是说明根据本发明第1实施方式的电流检测装置的图。当电流在箭头I的方向上(X方向)流过由虚线所示的电流电路1时，在电流电路1的正下方的位置处，在箭头B的方向(Y方向)上产生磁场。电流检测装置的磁检测部2检测由流过电流电路1的电流所产生的磁场的强度。

磁检测部2包含1个或多个磁检测元件，各磁检测元件的磁感应轴为箭头D1的方向(以Y方向为正向)或箭头D2的方向(Y方向为负方向)。

在磁检测部2的附近设置有与磁检测元件连接的、在从电流电路1远离的方向上延伸的多个布线13a、13b、13c、13d、13e、13f。在本实施方式中，各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f向着与电流电路1的通电方向(X方向)垂直的Y方向延伸。

图1中，将与电流电路1的通电方向(X方向)平行且与多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(本实施方式中，Y方向)也平行的第1平面20，用虚线示出。在本实施方式中，第1平面20为在X方向及Y方向展开的平面。另外，在图1中将与电流电路1的通电方向(X方向)垂直的第2平面30，用虚线示出。在本实施方式中，第2平面30为在Y方向及Z方向展开的平面。

磁检测部2的磁检测元件的磁感应轴的方向(箭头D1、D2的方向)设置为位于第1平面20上。并且，各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在第2平面30的同一平面上。

磁检测部2的磁检测元件设置为磁感应轴的方向位于第1平面20上，因此，与将磁检测元件配置在第2平面30上的情况(例如专利文献1)相比，可以将垂直于电流电路1的通电方向(X方向)且也垂直于多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(本实施方式中，Y方向)的方向(Z方向)的尺寸减小。特别是，如果将向3相电机提供电流的电流电路等这样的多个电流电路并联设置，希望电流检测装置在电流电路的排列方向上尽可能小型化。

并且，由于将各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在第2平面30的同一平面上，与将多根布线配置在第1平面20上的情况向比，降低了由布线间的感应电动势引起的电磁感应噪音。即，在将多根布线配置在第1平面20上的情况下，从电流电路正下方向着Y方向在远离的位置处，在布线与布线之间，由于流过电流电路1的电流值的变动所产生的磁场，与第1平面20交叉。因此，在布线间形成环，产生感应电动势。相对于此，在将多根布线配置在第2平面30的同一平面上的情况下，磁场在布线与布线之间不与第2平面30相交叉，因此抑制了布线间的感应电动势的产生。

另外，磁检测部2的磁检测元件，其磁感应轴的方向(箭头D1、D2的方向)设置为与流过电流电路1的电流所产生的磁场方向相同方向或相反方向。由此，与磁感应轴的方向和磁场方向交叉的情况相比，可以更高灵敏度地检测因流过电流电路1的电流所产生的磁场。需要说明的是，磁检测元件的磁感应轴的方向优选为在第1平面20上且沿着第2平面30延伸，但是也可以相对第2平面30倾斜直至大致±10°左右。

第1实施方式的作用及效果

根据以上说明的第1实施方式，得到如下的作用及效果。

(1)由于磁检测部2的磁检测元件设置为，位于磁感应轴的方向与电流电路1的通电方向(X方向)相平行且也与多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(Y方向)相平行的第1平面20上，可以减小在与电流电路1的通电方向(X方向)垂直且与多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(Y方向)也垂直的方向(Z方向)的尺寸。并且，由于各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在与电流电路1的通电方向(X方向)相垂直的第2平面30的同一平面上，降低了因布线间的感应电动势引起的电磁感应噪音。因此，可以以小型的结构，高精度地检测出由于流过电流电路1的电流所产生的磁场，能够精度良好地检测流过电流电路1的电流。

(2)由于磁检测部2的磁检测元件的磁感应轴的方向(箭头D1、D2的方向)，与因流过电流电路1的电流所产生的磁场方向为相同方向或相反方向，因此可以高灵敏度地检测因流过电流电路1的电流所产生的磁场。

(3)由于将各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在与电流电路1的通电方向(X方向)垂直的第2平面30上，在各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f延伸至所期待的位置的情况下，可以将所需的布线长度抑制为最小值，能够进一步使得装置小型化。

第1实施例

图2是根据本发明第1实施例的电流检测装置的立体图。本实施例对应于第1实施方式，在具有由多个布线层形成的多层结构的布线基板10上，设置多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f，搭载包含磁检测元件的磁检测部2。

在电流沿着箭头I的方向(X方向)流动的电流电路1的下方，设置有布线基板10。布线基板10上搭载有包含后述的磁检测元件的磁检测部2，磁检测部2的磁检测元件，其磁感应轴的方向设置为存在于图1的第1平面20上。布线基板10也同样地设置为存在于图1的第1平面20上。

图3是根据本发明第1实施例的电流检测装置的俯视图。布线基板10的上表面上设置有与磁检测部2的磁检测元件相连接的多个第1端子11a、11b、11c、11d、11e、11f以及用于对磁检测元件输入输出信号的多个第2端子12a、2b、12c、12d、12e、12f。另外，在布线基板10上设置有将多个第1端子111a、11b、11c、11d、11e、11f与多个第2端子12a、2b、12c、12d、12e、12f之间相连的多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f。需要说明的是，在布线基板10的上表面上，仅配置这些多根布线之中的布线13a。

图4是显示磁检测部2的结构的图。在本实施例中，磁检测部2是具有4个磁检测元件3、4、5、6的全桥结构。各磁检测元件3、4、5、6由GMR元件构成，检测由流过电流电路的电流所产生的磁场的强度。

GMR元件与霍尔元件相比具有高灵敏度。更具体而言，霍尔元件的最小磁场检测灵敏度为0.5Oe(换算成空气中的磁感应强度为0.05mT)，相对于此，GMR元件的为0.02Oe(换算成空气中的磁感应强度为0.002mT)。另外，GMR元件与例如霍尔元件等其他磁检测元件相比，应答速度快。并且，GMR元件与例如捕捉磁场的变化的线圈等不同，其直接检测磁场本身，因此可以敏感地对应于磁场的微小的变化。因此，作为各磁检测元件3、4、5、6使用GMR元件，由此能够提高由流过电流电路的电流所产生的磁场的检测精度。

磁检测元件3与磁检测元件4串联连接，磁检测元件5与磁检测元件6串联连接。并且，磁检测元件3、4的串联连接部与磁检测元件5、6的串联连接部并联连接。

位于对角线方向上的磁检测元件3与磁检测元件6，配置为由箭头所示的磁感应轴的方向为相互相同的方向。位于另一方对角线方向上的磁检测元件4与磁检测元件5，配置为由箭头所示的磁感应轴的方向为相互相同的方向，且与磁检测元件3及磁检测元件6的磁感应轴的方向为相反方向。

磁检测元件3、4的串联连接部以及磁检测元件5、6的串联连接部上，在端子Vcc与端子GND之间施加驱动电压。且，第1输出从磁检测元件3和磁检测元件4之间的端子Vout1输出，第2输出从磁检测元件5和磁检测元件6之间的端子Vout2输出。检测电路7，基于由端子Vout1输出的第1输出与由端子Vout2输出的第2输出之间的差，检测流过电流电路1的电流的大小。

进一步，在磁检测部2中设置有产生对GMR元件的偏置磁场且未图示的偏置线圈，并设置有用于对偏置线圈施加电压的未图示的2个端子。因此，在本实施例中，磁检测部2设置有共计6个端子。

在图3中，第1端子11a连接于例如端子Vcc。第1端子11b连接于例如端子GND。第1端子11c连接于例如端子Vout1。第1端子11d连接于例如端子Vout2。第1端子11e、11f分别连接于例如用于偏置线圈的端子。磁检测部2的各端子与第1端子11a、11b、11c、11d、11e、11f例如通过引线键和等进行连接。

图5是图3的A-A线横截面图。布线基板10具有由多个布线层14a、14b、14c、14d、14e、14f形成的多层结构。本实施例中，各布线层14a、14b、14c、14d、14e、14f的厚度例如为0.2mm左右。布线层14a中配置有布线13a。布线层14b中配置有布线13b。布线层14c中配置有布线13c。布线层14d中配置有布线13d。布线层14e中配置有布线13e。布线层14f中配置有布线13f。在各布线层14a、14b、14c、14d、14e、14f的布线13a、13b、13c、13d、13e、13f之上填充有绝缘材料。

各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在图中横向的相同位置处，配置在图1的第2平面30的同一平面上。因此，将多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置为在布线基板10的多个布线层14a、14b、14c、14d、14e、14f内，在布线基板10的厚度方向上间隔开。

需要说明的是，连接磁检测元件3、4、5、6的偏置线圈的布线，不必一定要与其他布线配置在相同位置。因此，例如，在布线13e、13f连接偏置线圈的情况下，也可以将布线13e、13f在布线层14a、14b、14c、14d的任一层内，与该层内的其他布线并列设置。

图6是显示布线基板10的各布线层的图。图6是将图5所示的多个布线层14a、14b、14c、14d、14e、14f进行剥离并配置在上下方向上时的立体图。在布线层14a中，布线13a的一端连接第1端子11a，另一端连接第2端子12a。

在布线层14b中，布线13b的一端连接第1端子11b，另一端连接第2端子12b。布线层14b的第1端子11b与布线层14a的第1端子11b，通过在基板10的厚度方向上设置的通孔相连接。另外，布线层14b的第2端子12b与布线层14a的第2端子12b，通过在基板10的厚度方向上设置的通孔相连接。

在布线层14c中，布线13c的一端连接第1端子11c，另一端连接第2端子12c。布线层14c的第1端子11c与布线层14a的第1端子11c，通过在基板10的厚度方向上设置的通孔相连接。另外，布线层14c的第2端子12c与布线层14a的第2端子12c，通过在基板10的厚度方向上设置的通孔相连接。以下，布线层14d～14f也具有相同的结构。

第1实施例的效果

根据以上说明的第1实施例，将磁检测元件3、4、5、6搭载在具有由多个布线层形成的多层结构的布线基板10上，将多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置为在布线基板10的多个布线层内，在布线基板10的厚度方向上间隔开，由此，可以使得与电流电路1的通电方向(X方向)垂直且与多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(Y方向)也垂直的方向(Z方向)的尺寸进一步减小。

第2实施方式

图7是说明根据本发明第2实施方式的电流检测装置的图。在本实施方式中，各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f相对于与电流电路1的通电方向(X方向)相垂直的Y方向，沿着向X方向倾斜有角度θ的方向延伸。图7中，将相对电流电路1的通电方向(X方向)的垂直面30，向着X方向倾斜角度θ的第2平面30’用虚线示出。各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在第2平面30’的同一平面上。其他结构与图1所示的第1实施方式相同。

由于磁检测部2的磁检测元件设置为磁感应轴的方向存在于第1平面20上，因此可以减小与电流电路1的通电方向(X方向)垂直且与多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向(本实施方式中，相对Y方向，向着X方向倾斜角度θ)也垂直的方向(Z方向)上的尺寸。

并且，由于各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在第2平面30’的同一平面上，因此与将多根布线配置在第1平面20上的情况相比，由布线间的感应电动势引起的电磁感应噪音得以降低。

第2实施方式的作用及效果

根据以上说明的第2实施方式，能够获得与第1实施方式中说明的(1)及(2)的作用与效果相同的作用与效果。

进一步，由于将布线13a、13b、13c、13d、13e、13f配置在相对于与电流电路1的通电方向(X方向)的垂直面30，向着电流电路1的通电方向(X方向)倾斜角度θ的第2平面30’内，因此布线13a、13b、13c、13d、13e、13f可以在所期望的方向上延伸，增加装置结构的自由度。

第2实施例

图8是根据本发明第2实施例的电流检测装置的立体图。本实施例对应于第2实施方式，在具有由多个布线层形成的多层结构的布线基板10’内，设置多根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f，搭载包含磁检测元件的磁检测部2。

在图2所示的第1实施例中，布线基板10设置为长度方向为Y方向。相对于此，在本实施例中，布线基板10’设置成长度方向为相对Y方向向着X方向倾斜角度θ的方向。

图9为根据本发明第2实施例的电流检测装置的俯视图。在布线基板10’上搭载的磁检测部2，设置为相对布线13a、13b、13c、13d、13e、13f的延伸方向，倾斜角度θ。由此，将各布线13a、13b、13c、13d、13e、13f设置为在相对于与电流电路1的通电方向(X方向)的垂直Y方向，向着X方向倾斜角度θ的方向上延伸，即使如此，磁检测部2的磁检测元件的磁感应轴的方向也可以与由流过电流电路1的电流所产生的磁场方向为相同方向或相反方向。布线基板10’的多层结构与图5及图6所示的第1实施例的结构相同。

第2实施例的效果

根据以上说明的第2实施例，可以得到与第1实施例中所说明的效果相同的效果。

实施方式的总结

接下来，对于从以上说明的实施方式所把握的技术思想，援引实施方式中的附图标记等进行记载。但是，以下记载中的各附图标记，不是用于将权利要求书中的构成要素限定为实施方式中具体示出的部件等。

[1]电流检测装置，包括磁检测元件(3、4、5、6)、检测电路(7)以及多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)；所述磁检测元件(3、4、5、6)检测由流过电流电路(1)的电流所产生的磁场的强度；所述检测电路(7)基于磁检测元件(3、4、5、6)的输出来检测流过电流电路(1)的电流的大小；所述多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)连接于磁检测元件(3、4、5、6)，向着远离电流电路(1)的方向上延伸；磁检测元件(3、4、5、6)设置为，磁感应轴的方向存在于与电流电路(1)的通电方向平行且与多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)的延伸方向也平行的第1平面(20)上；将多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)配置在与第1平面(20)垂直的第2平面(30/30’)的同一平面上。

[2]如上述[1]的电流检测装置，第2平面(30)垂直于电流电路(1)的通电方向。

[3]如上述[1]的电流检测装置，第2平面(30’)相对于与电流电路(1)的通电方向垂直的平面，向着电流电路(1)的通电方向倾斜。

[4]电流检测装置，具有搭载磁检测元件(3、4、5、6)的布线基板(10/10’)，布线基板(10/10’)具有由多个布线层形成的多层结构，将多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)配置为在布线基板(10/10’)的多个布线层内，在布线基板(10/10’)的厚度方向上间隔开。

[5]电流检测方法，设置检测由流过电流电路(1)的电流所产生的磁场的强度的磁检测元件(3、4、5、6)以及与磁检测元件(3、4、5、6)相连接且向着远离电流电路(1)的方向延伸的多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)；将磁检测元件(3、4、5、6)设置为，磁感应轴的方向存在于与电流电路(1)的通电方向平行且与多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)的延伸方向也平行的第1平面(20)上；将多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)配置在与第1平面(20)垂直的第2平面(30/30’)的同一平面上；基于磁检测元件(3、4、5、6)的输出来检测流过电流电路(1)的电流的大小。

[6]如上述[5]的电流检测方法，使得第2平面(30)与电流电路(1)的通电方向垂直相交。

[7]如上述[5]的电流检测方法，使得第2平面(30’)相对于与电流电路(1)的通电方向垂直的面，向着电流电路(1)的通电方向倾斜。

[8]电流检测方法，将磁检测元件(3、4、5、6)搭载于具有由多个布线层形成的多层结构的布线基板(10/10’)上，将多根布线(13a、13b、13c、13d、13e、13f)配置为在布线基板(10/10’)的多个布线层内，在布线基板(10/10’)的厚度方向上间隔开。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不是用于限定本发明的权利要求范围。另外，需要留意的是，实施方式中说明的所有的特征的组合并非是用于解决发明的课题的手段所必须的。

本发明在不脱离其宗旨的范围内可以进行适当变形来实施。例如，上述实施例中，作为各磁检测元件3、4、5、6使用了GMR元件，但也可以使用其他磁检测元件，例如霍尔元件、AMR元件、TMR元件等。另外，上述实施例中，设置了4个磁检测元件3、4、5、6，但磁检测元件的个数不限于此。

并且，以上说明的实施方式中，设置了6根布线13a、13b、13c、13d、13e、13f，但布线的根数不限于此，本发明可以适用于具有与磁检测元件相连接的多根布线的情况。

在上述实施方式中，对于布线基板10/10’及其布线13a、13b、13c、13d、13e、13f呈直线状地从电流电路远离的情况进行了说明，但是也可以构成为呈例如圆弧状、锯齿状、梳齿状等非直线状从电流电路远离。

附图标记说明

1…电流电路

2…磁检测部

3、4、5、6…磁检测元件

7…检测电路

10，10’…布线基板

11a、11b、11c、11d、11e、11f…第1端子

12a、2b、12c、12d、12e、12f…第2端子

13a、13b、13c、13d、13e、13f…布线

14a、14b、14c、14d、14e、14f…布线层

20…第1平面

30、30’…第2平面