CN105518472A - 电流传感器 - Google Patents
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Abstract
电流传感器(1)具备:第一电流路径(301);第一磁传感器(131b),其被配置在第一电流路径的附近;第二磁传感器(131a),其隔着第一电流路径配置在第一磁传感器的相反侧;第二电流路径(302);第三磁传感器(132b),其被配置在第二电流路径的附近;第四磁传感器(132a),其隔着第二电流路径配置在第三磁传感器的相反侧;以及信号处理部,其根据第一磁传感器的输出和第二磁传感器的输出来生成基于第一被测定电流的量的信号,根据第三磁传感器的输出和第四磁传感器的输出来生成基于第二被测定电流的量的信号,其中,第一磁传感器和第二磁传感器被配置在距第二电流路径相等距离的位置处,第三磁传感器和第四磁传感器被配置在距第一电流路径相等距离的位置处。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有磁传感器的电流传感器。
背景技术
众所周知的是,电流传感器例如具有磁传感器,输出大小与由流过导体的电流产生的磁场成比例的信号。例如在专利文献1中公开了一种电流传感器,其具备基板、设置于基板的多个磁场转换器即磁传感器、以及电流导体,其中,多个磁传感器检测在一个通道的电流导体中流过的电流。
专利文献1:国际公开第2006/130393号小册子
发明内容
发明要解决的问题
在现有的电流传感器中,在存在供被测定电流流过的多个路径(通道)的情况下,为了使通过各个被测定电流流过而产生的磁通不对相互之间的磁传感器产生影响,需要磁屏蔽对策或者隔开固定的间隔来配置该多个路径等的对策。
特别地,当在作为电流传感器的主要用途之一的三相电动机的逆变器控制中使用的情况下,一般地,需要对两个相的电流进行检测,因此使用两个电流传感器。但是,随着逆变器的小型化而要求电流检测的节省空间化成为大的问题。
作为解决该问题的方法,开始讨论能够实现电流传感器的小型化的无芯型电流传感器,但是由于不具有磁芯而很难实施磁屏蔽,因此如何降低外部磁场的影响成为了课题。另外,为了实现更加小型化而使传感器的双通道化有效,但是通过被测定电流流过而产生的磁通对其它通道的磁传感器产生影响,因此至今很难实现。
本发明是鉴于这样的状况而完成的,目的在于在多个电流路径中降低通过各电流路径的被测定电流而产生的磁通相互之间干扰,从而能够进行正确的电流检测。
用于解决问题的方案
用于解决上述的课题的电流传感器具备:第一电流路径,第一被测定电流流过该第一电流路径;第一磁传感器,其被配置在所述第一电流路径的附近;第二磁传感器,其隔着所述第一电流路径配置在所述第一磁传感器的相反侧;第二电流路径,第二被测定电流流过该第二电流路径;第三磁传感器,其被配置在所述第二电流路径的附近;第四磁传感器,其隔着所述第二电流路径配置在所述第三磁传感器的相反侧;以及信号处理部,其根据所述第一磁传感器的输出和所述第二磁传感器的输出来生成基于所述第一被测定电流的量的信号,根据所述第三磁传感器的输出和所述第四磁传感器的输出来生成基于所述第二被测定电流的量的信号,其中,所述第一磁传感器和所述第二磁传感器被配置在距所述第二电流路径相等距离的位置处,所述第三磁传感器和所述第四磁传感器被配置在距所述第一电流路径相等距离的位置处。
也可以是,所述第一电流路径具有第一路径、相对于第一路径弯曲的第二路径以及相对于第二路径进一步弯曲的第三路径,所述第二电流路径具有第四路径、相对于第四路径弯曲的第五路径以及相对于第五路径进一步弯曲的第六路径,所述第二路径是与将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段平行的路径,所述第五路径是与将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段平行的路径。
也可以是,所述第一磁传感器被配置在被所述第一电流路径包围的区域内,所述第二磁传感器隔着所述第一路径配置在所述第一磁传感器的相反侧,所述第三磁传感器被配置在被所述第二电流路径包围的区域内,所述第四磁传感器隔着所述第四路径配置在所述第三磁传感器的相反侧。
也可以是,所述第二路径是以将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段的垂直平分线为对称轴的线对称的路径,所述第五路径是以将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段的垂直平分线为对称轴的线对称的路径。
也可以是,所述第一路径是与所述第二路径的一端连接并且以所述第二路径的一端为起点向远离或靠近所述第三磁传感器和所述第四磁传感器的方向延伸的路径,所述第三路径是与所述第二路径的另一端连接并且以所述第二路径的一端为起点向远离或靠近所述第三磁传感器和所述第四磁传感器的方向延伸的路径,所述第四路径是与所述第五路径的一端连接并且以所述第五路径的一端为起点向远离或靠近所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的方向延伸的路径,所述第六路径是与所述第五路径的另一端连接并且以所述第五路径的一端为起点向远离或靠近所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的方向延伸的路径。
也可以是,所述第一路径与所述第二路径形成的角度、所述第二路径与所述第三路径形成的角度、所述第四路径与所述第五路径形成的角度以及所述第五路径与所述第六路径形成的角度为90度。
也可以是,所述信号处理部根据所述第一磁传感器的输出与所述第二磁传感器的输出之差来生成基于所述第一被测定电流的量的信号,根据所述第三磁传感器的输出与所述第四磁传感器的输出之差来生成基于所述第二被测定电流的量的信号。
也可以是,所述第一电流路径和所述第二电流路径是U字型的电流路径。
也可以是,所述第一电流路径与所述第二电流路径处于相对于所述第二路径与所述第五路径之间的规定的点大致点对称的位置关系。
也可以是,在将所述第一路径、所述第一磁传感器以及第二磁传感器设为第一图案并将所述第四路径、所述第三磁传感器以及第四磁传感器设为第二图案时,所述第一图案与所述第二图案处于相对于所述第二路径与同所述第二路径相对的所述第五路径之间的规定的点大致点对称的位置关系。
也可以是,将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段的垂直平分线通过所述第三磁传感器的中心,将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段的垂直平分线通过所述第一磁传感器的中心。
也可以是,还具备:引线框,其形成信号端子;密封构件,其用于密封所述第一电流路径、所述第二电流路径以及所述第一磁传感器至所述第四磁传感器;第一电流端子,其与所述第一电流路径连接,成为所述第一被测定电流的入口;第二电流端子,其与所述第一电流路径连接,成为所述第一被测定电流的出口;第三电流端子,其与所述第二电流路径连接,成为所述第二被测定电流的入口;以及第四电流端子,其与所述第二电流路径连接,成为所述第二被测定电流的出口;其中,所述密封构件在俯视时为矩形形状,所述第一电流端子至所述第四电流端子以及形成所述信号端子的引线框在俯视时从所述密封构件的侧面露出。
也可以是,所述第一电流端子和所述第二电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、位于与形成所述信号端子的引线框露出的侧面呈直角的方向上的侧面露出,所述第三电流端子和所述第四电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、与所述第一电流端子和所述第二电流端子露出的侧面相对的侧面露出。
也可以是,所述第一电流端子至所述第四电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、与形成所述信号端子的引线框露出的侧面相对的侧面露出。
也可以是,还具备:以包围所述第二磁传感器的方式配置并且与所述第一路径和所述第二路径中的某一方连接而不与另一方连接的导体;以及以包围所述第四磁传感器的方式配置并且与所述第四路径和所述第五路径中的某一方连接而不与另一方连接的导体。
也可以是,还具备:第三电流路径;第五磁传感器,其被配置在所述第三电流路径的附近;以及第六磁传感器,其隔着所述第三电流路径配置在所述第五磁传感器的相反侧,其中,所述第一电流路径、所述第二电流路径以及所述第三电流路径分别是在流过不同相的导体中形成的电流路径,所述第三电流路径具有第七路径、相对于第七路径弯曲的第八路径以及相对于第八路径进一步弯曲的第九路径,所述第五磁传感器被配置在被所述第三电流路径包围的区域内,所述第六磁传感器隔着所述第七路径配置在所述第五磁传感器的相反侧,将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段、将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段、以及将所述第五磁传感器和所述第六磁传感器连结的线段相互平行。
也可以是,所述第一电流路径至所述第三电流路径的各所述电流路径形成为通过在所述电流路径形成的凹槽来改变电流方向。
也可以是,相邻的所述电流路径的所述凹槽形成为沿各相的导体的延展方向彼此相距一对磁传感器之间的间隔的2倍以上的距离。
也可以是,两个相的各自的一对磁传感器被配置为沿各相的导体的延展方向相互错开一对磁传感器的间隔的1/2的距离,剩余的一个相的一对磁传感器被配置为沿所述导体的延展方向错开所述一对磁传感器的间隔的2倍以上的距离。
也可以是,各所述电流路径分别形成在各相的作为导体的汇流条内,所述各相的所述汇流条与印刷电路板一体形成为汇流条基板。
也可以是,在所述汇流条基板中,所述汇流条的正面和背面两面被所述印刷电路板夹持。
也可以是,在所述汇流条基板中,在所述汇流条设置有狭缝。
也可以是,在所述汇流条基板设置有贯通所述汇流条和基板预浸料的贯通狭缝,所述贯通狭缝的内壁通过所述基板预浸料而形成为不使所述汇流条露出。
也可以是,在所述汇流条基板的所述贯通狭缝中,各所述磁传感器的感磁部落入到比所述汇流条基板的安装面靠内侧的位置,从而被配置在汇流条的厚度中心附近。
也可以是,在所述汇流条基板中,在各所述磁传感器的安装面的相反侧的面具备与各该磁传感器相对且以桥架方式配置的磁性材料。
也可以是,在所述汇流条基板中,所述磁性材料经由通过孔加工或凹槽加工而形成的汇流条基板的槽而延伸至所述磁传感器附近。
也可以是,在所述汇流条基板中,在所述磁传感器的封装体的上面具备以桥架在所述各相的各所述磁传感器上的方式配置的磁性体材料。
也可以是,所述汇流条包括U相汇流条、与所述U相汇流条相邻的V相汇流条、以及与所述V相汇流条相邻的W相汇流条,其中,所述第一电流路径在所述U相汇流条内形成,所述第二电流路径在所述W相汇流条内形成,所述第三电流路径在所述V相汇流条内形成,在所述第三电流路径形成的所述凹槽形成为相对于在所述第一电流路径形成的所述凹槽和在所述第二电流路径形成的所述凹槽沿所述汇流条的延展方向相距一对磁传感器之间的间隔的2倍以上的距离。
也可以是,所述电流路径在所述印刷电路板内的金属层内形成。
也可以是,所述信号处理IC和/或各磁传感器被安装在所述印刷电路板上。
也可以是,所述磁传感器的内部具备磁性体镀层或磁性体片。
发明的效果
根据本发明的电流传感器,在多个电流路径中降低通过各电流路径的被测定电流而产生的磁通的相互干扰,从而能够精确地检测电流。
附图说明
图1是用于说明本实施方式中的用于实现电流检测的电流传感器的概要的图。
图2是示出第一实施方式所涉及的电流传感器的内部构造的一例的图。
图3是示出图2的电流传感器内部的侧面的一例的图。
图4A是示出图2的电流传感器的封装体外观的一例的图。
图4B是示出图2的电流传感器的封装体外观的一例的图。
图5A是示出第一实施方式所涉及的电流传感器进行电动机的电流检测的情况下的情形的图。
图5B是示出第一实施方式所涉及的电流传感器进行电动机的电流检测的情况下的情形的图。
图6是示出信号处理IC的内部的结构例的功能模块图。
图7是用于说明在第一实施方式的电流传感器中各磁传感器的位置关系的图。
图8是示出第二实施方式所涉及的电流传感器的内部构造的一例的图。
图9是示出图8的电流传感器内部的侧面的一例的图。
图10是示出被设置为信号端子侧的引线框比被测定电流端子侧的引线框高的电流传感器内部的侧面的一例的图。
图11是示出被设置为被测定电流端子侧的引线框比信号端子侧的引线框低的电流传感器内部的侧面的一例的图。
图12是示出第三实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图13是示出第一实施方式所涉及的电流传感器中的突出部的变形例的图。
图14A是示出第四实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图14B是示出第四实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图15是示出第五实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图16是示出第六实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图17是示出第七实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图18是示出第八实施方式所涉及的电流传感器的结构例的图。
图19是用于说明通过本实施方式的电流传感器实现的电流检测的概念的图。
具体实施方式
以下,详细说明用于实施本发明的方式(以下称为“本实施方式”。)。此外,本发明并不是限定于以下的本实施方式,能够在其要旨的范围内进行各种变形来实施。此外,在附图中,只要没有对上下左右等的位置关系进行特殊说明,则就是基于附图所示的位置关系。并且,附图的尺寸比率并不限定于图示的比率。
首先,参照图19来说明通过本实施方式的电流传感器1实现的电流检测的概念。
本实施方式的电流传感器1具备用于检测磁通的多个磁传感器131a、131b、132a、132b、第一被测定电流所流过的第一电流路径301、以及第二被测定电流所流过的第二电流路径302。
在本实施方式中,磁传感器131a、131b、132a、132b是检测磁通或者根据输入磁场来进行电气输出(电流或电压)的元件即可,例举出霍尔元件、磁阻元件、霍尔IC、磁阻IC等。
第一磁传感器131b被配置在第一电流路径301的附近。第二磁传感器131a隔着第一电流路径301配置在第一磁传感器131b的相反侧。第三磁传感器132b被配置在第二电流路径302的附近。第四磁传感器132a隔着第二电流路径302配置在第三磁传感器132b的相反侧。
第一磁传感器131b和第二磁传感器131a被配置在距第二电流路径302相等距离的位置处。也就是说,当将第一磁传感器131b与第二电流路径302之间的最短距离设为L1、将第二磁传感器131a与第二电流路径302之间的最短距离设为L2时,第一磁传感器131b和第二磁传感器131a被配置在L1=L2的位置处。
第三磁传感器132b和第四磁传感器132a被配置在距第一电流路径301相等距离的位置处。也就是说,当将第三磁传感器132b与第一电流路径301之间的最短距离设为L3、将第四磁传感器132a与第一电流路径301之间的最短距离设为L4时,第三磁传感器132b和第四磁传感器132a被配置在L3=L4的位置处。
电流传感器1具备信号处理IC(信号处理部),该信号处理IC(信号处理部)根据第一磁传感器131b的输出和第二磁传感器131a的输出来生成基于第一被测定电流的量的信号,并且根据第三磁传感器132b的输出和第四磁传感器132a的输出来生成基于第二被测定电流的量的信号,在后文中说明该信号处理IC(信号处理部)。信号处理IC根据第一磁传感器131b的输出与第二磁传感器131a的输出之差来生成基于第一被测定电流的量的信号。另外,信号处理IC根据第三磁传感器132b的输出与第四磁传感器132a的输出之差来生成基于第二被测定电流的量的信号。
第一磁传感器131b和第二磁传感器131a被配置在距第二电流路径302相等距离的位置处。因此,流过第二电流路径302的第二被测定电流在第一磁传感器131b的位置所生成的磁场与在第二磁传感器131a的位置所生成的磁场相等。通过计算第一磁传感器131b的输出与第二磁传感器131a的输出之差,来消除第二被测定电流的影响。
同样地,第三磁传感器132b和第四磁传感器132a被配置在距第一电流路径301相等距离的位置处。因此,流过第一电流路径301的第一被测定电流在第三磁传感器132b的位置所产生的磁场与在第四磁传感器132a的位置所产生的磁场相等。通过计算第三磁传感器132b的输出与第四磁传感器132a的输出之差,来消除第二被测定电流的影响。
接着,参照图1来说明用于实现该电流检测的电流传感器1的概要。
在本实施方式中,第一电流路径301具有第一路径301a、相对于第一路径301a弯曲的第二路径301b、以及相对于第二路径301b进一步弯曲的第三路径301c。第二电流路径302具有第四路径302a、相对于第四路径302a弯曲的第五路径302b、以及相对于第五路径302b进一步向内侧弯曲的第六路径302c。
第二路径301b是与将第三磁传感器132b和第四磁传感器132a连结的线段平行的路径,第五路径302b是与将第一磁传感器131b和第二磁传感器131a连结的线段平行的路径。由此,第二被测定电流在第一磁传感器131b的位置所生成的磁场与在第二磁传感器131a的位置所生成的磁场相等。另外,第一被测定电流在第三磁传感器132b的位置所生成的磁场与在第四磁传感器132a的位置所生成的磁场相等。
各路径301a~301c、302a~302c既可以是直线,也可以是曲线,还可以是直线和曲线的组合。
优选的是,第一路径301a是与第二路径301b的一端连接并且以第二路径301b的一端为起点向远离或靠近第三磁传感器132b和第四磁传感器132a的方向延伸的路径。由此,第一路径301a对第三磁传感器132b和第四磁传感器132a施加的磁场的影响变小。更加优选的是,第一路径301a与第二路径301b形成的角度是90度。
同样地,优选的是,第三路径301c是与第二路径301b的另一端连接并且以第二路径301b的一端为起点向远离或靠近第三磁传感器132b和第四磁传感器132a的方向延伸的路径。更加优选的是,第二路径301b与第三路径301c形成的角度是90度。
优选的是,第四路径302a是与第五路径302b的一端连接并且以第五路径302b的一端为起点向远离第一磁传感器131b和第二磁传感器131a的方向延伸的路径。由此,第四路径302a对第一磁传感器131b和第二磁传感器131a施加的磁场的影响变小。更加优选的是,第四路径302a与第五路径302b形成的角度是90度。
同样地,优选的是,第六路径302c是与第五路径302b的另一端连接并且以第五路径302b的一端为起点向远离第一磁传感器131b和第二磁传感器131a的方向延伸的路径。更加优选的是,第五路径302b与第六路径302c形成的角度是90度。
另外,在第一电流路径301中,在从第一路径301a到第二路径301b为向左弯曲的情况下,具有进一步向左弯曲的第三路径301c,在从第一路径301a到第二路径301b为向右弯曲的情况下,具有进一步向右弯曲的第三路径301c。第二电流路径302也与第一电流路径301同样地形成。第一磁传感器131b被配置在被第一电流路径301包围的区域内,第三磁传感器132b被配置在被第二电流路径302包围的区域内。
在本实施方式中,第一电流路径301与第二电流路径302处于相对于第二路径301b与第五路径302b之间的任意点大致点对称的位置关系。
此外,只要第一电流路径301与第二电流路径302之间的配置关系为大致点对称即可,各电流路径的形状、磁传感器的配置不限定于图1所示出的例子,也能够进行变更。
第三磁传感器132b在俯视时被配置在从将第一磁传感器131b和第二磁传感器131a连结的线段PP′上的处于第一磁传感器131b与第二磁传感器131a之间的任意的位置与线段PP′正交的虚拟直线c上。第一磁传感器131b与第三磁传感器132b同样地,在俯视时被配置在从将第三磁传感器132b和第四磁传感器132a连结的线段上的处于第三磁传感器132b与第四磁传感器132a之间的任意的位置正交的虚拟直线上。
这样,配置为第一电流路径301与第二电流路径302之间的配置关系为大致点对称,进一步地配置为将第一磁传感器131b和第二磁传感器131a连结的线的中线通过第五路径302b的中央。由此,通过来自第二电流路径302的电流而产生的、第一磁传感器131b和第二磁传感器131a中的各磁通(B21、B22)的大小和朝向相同。
在此,B21是通过电流流过第二电流路径302而在第一磁传感器部产生的磁通,B22是通过电流流过第一电流路径301而在第二磁传感器部产生的磁通。
当将与来自第一电流路径301的电流相应地产生的、第一磁传感器131b中的磁通和第二磁传感器131a中的磁通分别设为(B1、B1’)时,由于B21=B22,因此通过下述的式表示第一磁传感器131b所接受的磁通与第二磁传感器131a所接受的磁通之间的差Φ。
B1+B21(第一磁传感器)-(-B1’+B22)(第二磁传感器)=B1+B1’(1)
能够根据上述式(1)来消除来自第二电流路径的磁通的干扰,提高电流检测的精度。
关于第三磁传感器132b的磁通与第四磁传感器132a的磁通之间的差,也与上述式(1)所示同样,能够在第三磁传感器132b和第四磁传感器132a中消除来自第五电流路径的磁通的干扰,提高电流检测的精度。
另外,在本实施方式中,优选的是,第一磁传感器131b与第二磁传感器131a的中线通过第五路径302b的中央部。优选的是,第三磁传感器132b与第四磁传感器132a之间的线段的中线通过第二路径301b的中央部。
在此,中央部表示将第五路径302b或第二路径301b的长度三等分的情况下的中心侧的1/3的区域。
更加优选的是,所配置位置使从将第一磁传感器131b和第二磁传感器131a连结的中点延伸的法线与第五路径302b的中点相交、并且使从将第三磁传感器132b和第四磁传感器132a连结的直线的中点延伸的法线与第二路径301b的中点相交处。
如后述那样,本实施方式的电流传感器1是将用于检测磁通的多个磁传感器131a、131b、132a、132b、第一被测定电流所流过的第一导体、第二被测定电流所流过的第二导体、用于对来自磁传感器131a、131b、132a、132b的输出进行处理的信号处理IC、以及形成信号端子的引线框密封而得到的电流传感器。
而且,在本实施方式的电流传感器1中,优选的是,后述的第一导体具有第七导体部分(与后述的突出部14a_1相对应),该第七导体部分被配置为与第一导体部分之间具有空隙并且将第二磁传感器131a包围,且与第二导体部分(与第二路径301b相对应)相连接。
或者,优选的是,后述的第一导体具有第八导体部分(与后述的突出部14a_2相对应),该第八导体部分被配置为与第二导体部分之间具有空隙并且将第二磁传感器131a包围,且与第一导体部分(与第一路径301a相对应)相连接。
另外,后述的第一导体也可以是以下结构,具有被配置为将第二磁传感器131a包围的与第二导体部分(与第二路径301b相对应)相连接的第十一导体部分以及与第一导体部分(与第一路径301a相对应)相连接的第十二导体部分,并且在第十一导体部分与第十二导体部分之间具有空隙。
另外,优选的是,后述的第二导体具有第九导体部分(与后述的突出部14b_1相对应),该第九导体部分被配置为与第四导体部分(与第四路径302a相对应)之间具有空隙并且将第四磁传感器132a包围,且与第五导体部分(与第五路径302b相对应)相连接。
或者,优选的是,后述的第二导体具有第十导体部分(与后述的突出部14b_2相对应),该第十导体部分被配置为与第五导体部分之间具有空隙并且将第四磁传感器132a包围,且与第四导体部分相连接。
或者,后述的第二导体也可以是以下结构,具有被配置为将第二磁传感器131a包围的与第四导体部分(与第四路径302a相对应)相连接的第十三导体部分以及与第五导体部分(与第五路径302b相对应)相连接的第十四导体部分,并且在第十三导体部分与第十四导体部分之间具有空隙。
电流传感器1还具有上述的第七导体部分~第十导体部分(后述的突出部14a_1、14b_1、14a_2、14b_2),由此在第一磁传感器131b和第二磁传感器131a中由于流过第一导体的电流而产生的发热的影响为相同的程度,在第三磁传感器132b和第四磁传感器132a中由于流过第二导体的电流而产生的发热的影响也为相同的程度,因此两者之间不存在环境温度的差,电流检测的精度进一步提高。
在本实施方式中,将磁传感器131a、131b和第一导体的配置图案称为第一图案。将磁传感器132a、132b和第二导体的配置图案称为第二图案。在该情况下,第一图案与第二图案处于相对于第二路径301b与同第二路径301b相对的第五路径302b之间的任意的点大致点对称的位置关系。以下,对电流传感器1的具体的实施方式进行详细说明。
<第一实施方式>
以下,参照图2~图7来说明本发明的电流传感器的一个实施方式。
实施方式所涉及的电流传感器1例如是包括霍尔元件等磁传感器和信号处理IC的混合构造的IC封装体型传感器。
图2是示出第一实施方式所涉及的电流传感器1的内部构造的一例的图。
该电流传感器1与两个电流检测通道对应,根据来自各通道的电流来进行电流检测。如图2所示,电流传感器1具备与两个通道的输入对应的被测定电流端子12a、12b、导体14a、14b、磁传感器131a、131b、132a、132b、信号处理IC20以及信号端子41a、41b。在该电流传感器1中,分别通过设置在各通道的磁传感器组、即一对磁传感器131a、131b和一对磁传感器132a、132b来进行各通道的磁通密度的检测。
此外,例如通过在半导体封装体中使用的引线框的形态来说明导体14a、14b。另外,被测定电流端子12a、12b分别包括成为对应导体的被测定电流的入口的电流端子、以及成为被测定电流的出口的电流端子。
在图2中,信号端子41a、41b的数量并不限于图2示出的例子,也能够进行变更。另外,也能够将设置在各通道的磁传感器的数量设为三个以上。
导体(第一导体)14a形成为使来自被测定电流端子12a的被测定电流I沿电流路径流过。在该实施方式中,在导体14a例如形成有两个间隙101a、101b,在各间隙101a、101b内分别配置有磁传感器131a、131b。由此,磁传感器131a、131b根据流过导体14a的被测定电流I来进行电流检测。将上述的磁传感器131a、131b以及第一导体的配置图案称为第一图案。
另外,导体(第二导体)14b也形成为使被测定电流I从被测定电流端子12b流过。而且,在导体14b的各间隙102a、102b内分别配置有磁传感器132a、132b。由此,磁传感器132a、132b根据流过导体14b的被测定电流I来进行电流检测。将上述的磁传感器132a、132b以及第二导体的配置图案称为第二图案。
作为磁传感器131a、131b、132a、132b,例如有霍尔元件、磁阻元件、霍尔IC、磁阻IC等。
在该实施方式的电流传感器1中,导体14a、14b、磁传感器131a、131b、132a、132b以及信号处理IC20如图2所示那样被环氧树脂等模制树脂80密封而形成为同一半导体封装体(以下简称为“封装体”。)。
在本实施方式的电流传感器1中,在导体14a、14b中,被测定电流I1、I2沿各自的电流路径流过,但是随着该被测定电流I1的电流变大而在导体14a中的发热变大,从而被导体14a包围的磁传感器131b与磁传感器131a相比周围温度变高,由于磁传感器所具有的温度依存性而使得在取得磁传感器131b的输出与磁传感器131a的输出之差的情况下容易产生电流I1的检测误差。在测定电流I2的电流变大了的情况下也同样地,在导体14b中发热变大,从而被导体14b包围的磁传感器132b与磁传感器132a相比周围温度变高,在取得磁传感器132b的输出与磁传感器132a的输出之差的情况下容易产生电流I2的检测误差。
从该观点出发,在本实施方式的电流传感器1中,为了使磁传感器131a的周围温度与磁传感器131b的周围温度之间不出现大的差,而以由作为发热源的导体14a包围磁传感器131a的方式设置有突出部14a_1(在图2中由斜线表示。与第七导体部分相对应)。同样地,为了使磁传感器132a的周围温度与磁传感器132b的周围温度之间不出现大的差,而以由作为发热源的导体14b包围磁传感器132a的方式设置有突出部14b_1(在图2中由斜线表示。与第九导体部分相对应。)。
在电流传感器1中,当被测定电流I流过导体14a、14b时,产生与流过导体14a、14b的电流量和电流方向相应的磁场。在该实施方式中,磁传感器131a、131b分别被配置在各间隙101a、101b内。而且,在图2(俯视图)的例子中,各磁传感器131b被配置为被导体14a包围。由此,在磁传感器131b的位置受到来自导体14a的被测定电流I的影响而磁场变强,其结果,与磁传感器131a的位置相比磁通密度增加。
另外,磁传感器132a、132b被配置在各间隙102a、102b内,并且被配置为被导体14b包围。由此,在磁传感器132b的位置由被测定电流I生成的磁场也变强,从而与磁传感器132a的位置相比磁通密度增加。
在磁传感器131a、131b的位置由被测定电流I形成的磁通的朝向互不相同(负或正侧的Z方向)。另外,在磁传感器132a、132b的位置由被测定电流I形成的磁通的朝向也互不相同(正或负侧的Z方向)。由此,在各通道的电流检测中,通过计算磁传感器131a的输出与磁传感器131b的输出之差和磁传感器132a的输出与磁传感器132b的输出之差,能够得到高的输出,并且能够消除均匀的外部磁噪声。
磁传感器131a、131b、132a、132b检测通过被测定电流I而产生的磁通密度,并将与磁通密度相应的电信号输出到信号处理IC20。
在图2中,信号处理IC20被配置在形成信号端子41a、41b的引线框30的上方。在该电流传感器1中,各磁传感器131a、131b、132a、132b和信号处理IC20在同一封装体内以包括各自独立的芯片的混合形态构成。
磁传感器131a、131b与导体14a分离地配置,始终为不与导体14a接触的状态。由此,不使导体14a与磁传感器131a、131b之间电导通,确保用于维持绝缘的空隙(clearance)。另外,关于磁传感器132a、132b,也与导体14b分离地配置,始终为不与导体14b接触的状态。由此,成为导体14b与磁传感器132a、132b之间也不电导通的状态,确保用于维持绝缘的空隙(clearance)。
在图2中,为了支承磁传感器13a、13b而设置有绝缘构件141(在图2中由虚线表示。),为了支承磁传感器132a、132b而设置有绝缘构件142(在图2中由虚线表示。)。作为绝缘构件141、142,例如使用包含绝缘耐压性高的聚酰亚胺材料的绝缘带。此外,作为该绝缘构件141、142,不限于聚酰亚胺带,例如也能够应用将粘合剂涂布于聚酰亚胺构件、陶瓷构件、硅基材等绝缘构件而得到的绝缘片。
磁传感器131a、131b经由引线(金属线)60a、60b而与信号处理IC20电连接,磁传感器132a、132b经由引线61a、61b而与信号处理IC20电连接。
信号处理IC20经由引线70a、70b而分别与信号端子41a、41b电连接。信号端子41a、41b构成为取出信号处理IC20的输出(电流值)。
信号处理IC20例如包括LSI(LargeScaleIntegration:大规模集成电路),在该实施方式中,例如具备存储器、处理器、偏置电路、校正电路以及放大电路等。关于该信号处理IC20的电路结构,在后述中详细说明。
图3是示出电流传感器1内部的侧面的一例的图。
绝缘构件141形成为与形成导体14a的引线框背面的一部分接合来支承磁传感器131a、131b(参照图2、图3)。另外,绝缘构件142形成为与形成导体14b的引线框背面的一部分接合来支承磁传感器132a、132b(参照图2、图3)。
绝缘构件141、142例如包括耐压性优异的聚酰亚胺材料的绝缘带,以如图3所示的状态被粘贴在形成导体14a、14b的引线框背面,来从背面支承磁传感器131a、131b、132a、132b。磁传感器131a、131b、132a、132b也可以例如隔着粘片膜等绝缘构件而与绝缘构件141、142粘合。
在图3中,磁传感器131a被配置为在形成于导体14a处的间隙101a内落入形成导体14a的引线框的厚度。同样地,关于图2所示的磁传感器131b、132a、132b,也被配置为在形成于导体14a、14b的各间隙101b、102a、102b内落入形成导体14a、14b的引线框的厚度。由此,在电流传感器1中,磁传感器131a、131b、132a、132b的各感磁面的高度位置被设定在从引线框的底面至上表面的高度之间(优选的是中央),因此能够在磁传感器131a、131b、132a、132b的各感磁面捕捉更多的通过被测定电流I而产生的磁通,其结果,电流检测灵敏度提高。
图4是示出电流传感器1的封装体外观的一例的图,图4A示出封装体俯视图,图4B示出封装体侧视图。
如图4A和图4B所示,电流传感器1形成为被模制树脂80密封。
被测定电流端子12a、12b和信号端子41a、41b从封装体的四个侧面被取出。
接着,参照图5来说明将电流传感器1与电动机连接来进行电动机的矢量控制的情况的概要。图5是示出电流传感器1进行电动机202的电流检测的情况下的情形的图,图5A示出以往的应用例,图5B示出本实施方式的应用例。
图5A和图5B所示的电动机204是三相(U相、V相、W相)式的感应电动机。在该电动机204中,对电动机204的两个相(U相和V相)的电流值、即两个通道的电流值进行检测并且通过矢量控制装置205进行矢量控制。
转换器部201将来自交流电源200的交流电压转换为直流电压,逆变器部203将该直流电压转换为交流电压。电容器202使转换后的直流电压平滑。
在图5A的例子中,利用两个电流传感器301、302来检测U相的电流值和V相的电流值,但是在图5B的例中,利用本实施方式的电流传感器1来检测U相的电流值和V相的电流值。这意味着,使用一个电流传感器就能够对两个通道的电流值进行检测。因而,检测两个通道的电流值时所需的电流传感器的设置空间与以往相比变小,从而能够实现电流传感器的空间节省化。另外,两个通道之间的配置被固定,因此与使用两个电流传感器的情况相比,能够排除由安装到印刷电路板时的配置误差对性能产生的影响。
图6是信号处理IC20的一例的功能模块图。该信号处理IC20具备偏置电路201、校正电路202以及放大电路203。偏置电路201与磁传感器131a、131b、132a、132b连接,向磁传感器131a、131b、132a、132b供给电源。换言之,偏置电路201是用于向磁传感器131a、131b、132a、132b施加(流入)激励电流的电路。
校正电路202基于一对磁传感器131a、131b的输出的差来消除在外部产生的磁场的影响(抵消同相的噪声)并计算电流值。另外,校正电路202基于一对磁传感器132a、132b的输出的差来消除在外部产生的磁场的影响并计算电流值。
另外,校正电路202例如基于动作温度,按照预先存储在存储器中的温度校正系数来校正磁传感器131a、131b、132a、132b的输出值。因此,温度依存性小,从而能够进行高精度的电流检测。
放大电路203将来自校正电路202的输出值放大。
接着,参照图7来说明磁传感器131a、131b、132a、132b的位置关系。
图7是用于说明磁传感器131a、131b、132a、132b的位置关系的图。
如图7所示,在该电流传感器1中,导体14a、14b形成为分别与U相的通道的输入、V相的通道的输入对应,使被测定电流I1(U相)、I2(V相)沿コ字状的电流路径流过。
磁传感器131a、131b与磁传感器132a、132b之间隔开规定的间隔地在Y方向上并列配置。
在图7中,将磁传感器131a、131b之间的间隔和磁传感器132a、132b之间的间隔均设为P。该P与具有相互相对的电流路径的导体部(电流I的流动方向互不相同的导体部)之间的间隔相同。
如图7所示,磁传感器131a、131b被配置为分别相对于各磁传感器131a、131b例如在Y方向上错开1/2P。
磁传感器131a、131b被配置在距导体14b的点R相等距离r的位置处。点R表示导体14b的沿Y方向形成的边的中点。在该情况下,在磁传感器131a、131b的各位置,通过流过导体14b的电流I2而产生的磁通的大小相同,因此通过取得磁传感器131a、131b的差,能够完全消除来自导体14b的影响。即,能够避免各通道之间的相互干扰。
另外,磁传感器132a、132b被配置在距导体14a的点O相等距离r的位置处。点O表示导体14a的沿Y方向形成的边的中点。在该情况下,在磁传感器132a、132b的各位置,通过流过导体14a的电流I1而产生的磁通也为相同的值,因此通过取得磁传感器132a与132b之差,能够完全消除来自导体14b的影响。即,在该情况下也能够避免各通道之间的磁通的相互干扰。
如以上所说明的那样,根据本实施方式的电流传感器1,能够进行两个通道的电流检测。
另外,在电流传感器1中,关于各通道,由磁传感器131a、131b、132a、132b检测相反朝向的磁通并进行差检测。因而,关于各通道,能够消除均匀的外部磁噪声,因此能够提高电流传感器1的电流检测精度。
并且,在电流传感器1中,基于磁传感器131a、131b、132a、132b与各通道之间的位置关系,来进行磁传感器131a、131b、132a、132b的位置决定以避免产生各通道之间的相互干扰。因此,能够避免各通道之间的磁通的相互干扰,因此在无芯型电流传感器中也能够实现多通道化。
<第二实施方式>
接着,参照图8~图9来说明第二实施方式的电流传感器1A。
在上述的电流传感器1中,以各磁传感器和信号处理IC的混合形态为例进行了说明,但是也能够应用各磁传感器和信号处理IC在同一硅片上一体地成型的硅单片形态。
在图8中,作为以所涉及的单片形态形成的电流传感器1A的一例,示出了与图1同样的具有导体14a、14b的电流传感器1A。图9是示出与图8相同的电流传感器1A的侧面的一例。
在图8和图9中,除了以单片形态形成以外,在本实施方式中与图2和图3所示出的结构大致相同。以下,以与图2和图3之间的差异为中心来说明本实施方式的电流传感器1A的结构。
在图8和图9的结构例中,在导体14a的上方隔着绝缘构件106(例如粘片膜)层叠有信号处理IC120。该信号处理IC120被配置在形成信号端子141a、141b的引线框上。
如图8所示,四个磁传感器131a、131b、132a、132b与图2示出的磁传感器同样地,在俯视时被配置在导体14a、14b的各间隙101a、101b、102a、102b内。而且,磁传感器131a、131b、132a、132b被配置为被对应的各导体14a、14b包围,检测与流过导体14a、14b的被测定电流I相应的磁通。
然而,在该实施方式中,各磁传感器131a、131b、132a、132b和信号处理IC120为在硅片上一体地成型的硅单片形态,因此如图9所示,在信号处理IC120内形成了各磁传感器131a、131b、132a、132b。
在该情况下,各磁传感器131a、131b分别被配置在各间隙101a、101b的上方,检测基于流过导体14a的被测定电流I而产生的磁通。另外,各磁传感器132a、132b分别被配置在各间隙102a、102b的上方,检测基于流过导体14b的被测定电流I而产生的磁通。
在图8和图9中,在电流传感器1A中,导体14a、14b、磁传感器131a、131b、132a、132b以及信号处理IC20被环氧树脂等模制树脂180密封而形成为同一半导体封装体。
在该实施方式中,在磁传感器131a、131b、132a、132b的感磁面上,通过例如镀磁性体而形成有磁性材料80a、80b。此外,作为磁性材料80a、80b的结构例,也可以是铁氧体等的磁性体片。由此,当被测定电流I流过导体14a、14b时,通过被测定电流I而产生的磁通容易聚集到磁传感器131a、131b、132a、132b的感磁部。因而,电流传感器1A的电流检测灵敏度提高。
另外,在该电流传感器1A中也同样,当被测定电流I流过导体14a、14b时,磁传感器131a、131b、132a、132b根据流过对应的导体14a、14b的被测定电流I的朝向来检测相反朝向的磁通。由此,与第一实施方式同样地,在进行电流检测时,利用对应的一对磁传感器131a、131b的磁通的差和一对磁传感器132a、132b的磁通的差能够消除干扰磁场的影响。
另外,在本实施方式的电流传感器1A中,磁传感器131a、131b、132a、132b也与图7所示的结构同样地被配置以避免产生各通道之间的磁通的相互干扰,因此即使是无芯型电流传感器也能够高精度地检测两个通道的电流。
接着,对第二实施方式的变形例进行说明。
[变形例1]
在图8所示的电流传感器1A中,形成信号端子141a、141b的引线框30被设定在与导体14a、14b相同的高度,但是设为引线框30比导体14a、14b高的结构也能够得到与第二实施方式同样的效果。在图10中示出这样构成的电流传感器。
在图10所示的电流传感器中,构成为引线框30比导体14a、14b高。
[变形例2]
图8所示的被测定电流端子112a、112b的导体14a、14b也可以构成为比形成信号端子141a、141b的引线框30低。在图11中示出这样构成的电流传感器。
在图11所示的电流传感器中,被测定电流端子112a、112b被设定得比图8所示的情况低,导体114a、114b比引线框30低。这样,导体114a、114b也成为不与引线框30接触状态,从而能够得到与第二实施方式同样的效果。
<第三实施方式>
接着,参照图12来说明第三实施方式的电流传感器1B。
在上述的电流传感器1、1A中,以电流检测功能被密封在IC封装体内的形态为例进行了说明,也可以应用在基板上使用分立元件构成各构成要素的模块形态。
图12是以所涉及的模块形态形成的电流传感器1B的结构例,(a)示出主视图,(b)示出侧视图。
如图12所示,电流传感器1B具备基板300,在该基板300上具备信号用连接器301、信号处理IC302、与两个通道1、2的输入对应的导体303、305以及磁传感器304a、304b、306a、306b。导体303、305分别与图1所示的导体14a、14b相对应,磁传感器304a、304b、306a、306b分别与图2所示的磁传感器131a、131b、132a、132b相对应。信号处理IC302与图2所示的信号处理IC20相对应。
磁传感器304a、304b、306a、306b的位置关系在本实施方式中也与图7所示的位置关系相同。在该情况下,磁传感器304a、304b被配置在距导体305的点R相等距离r的位置处。另外,磁传感器306a、306b被配置在距导体303的点O相等距离r的位置处。由此,能够避免通道1、2之间的磁通的相互干扰。
另外,在本实施方式的电流传感器1B中也能够与第一实施方式的电流传感器同样地进行两个通道的电流检测。
并且,在电流传感器1B中也形成为关于各通道,由磁传感器304a、304b、306a、306b检测相互相反朝向的磁通并进行差检测。因而,能够消除外部磁噪声,因此能够提高电流传感器1B的电流检测精度。
[变形例]
上述的各实施方式所涉及的电流传感器1~1B只不过是例示,能够进行如以下所述的变更。
第一实施方式的突出部14a_1、14b_1也可以如例如图13所示那样形成。图13的突出部(第八导体部分)14a_2被配置为与导体14a的第二导体部分(与图1的第二路径301b相对应)之间具有空隙101a并且包围磁传感器131a,且形成为与第一导体部分(与图1的第一路径301a相对应)相连接。图13的突出部(第十导体部分)14b_2被配置为与导体14b的第五导体部分(与图1的第五路径302b相对应)之间具有空隙102a并且包围磁传感器132a,并且形成为与第四导体部分(与图1的第四路径302a相对应)相连接。这样也能够得到与第一实施方式所示的电流传感器同样的效果。
各实施方式的导体14a、14b、303、305的大小、形状也可以根据电流传感器的规格进行变更。能够将导体14a、14b、303、305设为コ字型或U字型。
<第四实施方式>
以上,没有言及到对三相交流系统的各相设置两个磁传感器来检测三个相的电流值的情况,但是在该实施方式中,也可以将电流传感器构成为对三个相的电流值进行检测。图14是第四实施方式的电流传感器500的结构例,图14A示出了电流传感器500的内部构造,图14B示出了电流传感器500的侧面。该电流传感器500例如是包括印刷电路板以及被测定电流所流过的导体的模块型的电流传感器(在以下的实施方式的说明中也同样),其中,所述印刷电路板用于安装霍尔元件等磁传感器和信号处理IC。
在图14A所示的例子中,针对三相(U相、V相、W相)的各相设置有两个磁传感器。即,与U相对应地设置有两个磁传感器505a、505b,与V相对应地设置有两个磁传感器506a、506b,与W相对应地设置有两个磁传感器507a、507b。
在图14中,与各相对应的两个磁传感器的位置与第一实施方式的情况同样地使通过被测定电流而形成的磁通的朝向不同。
在图14A和图14B中,在印刷电路板501安装有与各相对应的上述的磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b以及信号处理IC520,并且形成有印刷布线。
各相的导体502、503、504例如是汇流条,与三相逆变器600和三相电动机700连接。例如,当以图14所示的例子进行说明时,汇流条502~504和印刷电路板501一体地形成。以下,将此称为汇流条基板。
关于该实施方式的汇流条基板,汇流条的正面和背面两面被印刷电路板501夹持。在该情况下,汇流条502~504被嵌入到印刷电路板501内,因此能够在印刷电路板501的两面安装部件,并且能够在安装部件与汇流条之间维持高的绝缘耐压性。
信号处理IC520与磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b以及连接器530电连接,能够计算三个相的电流值,并且能够将计算出的电流值输出到外部。在该情况下,在该信号处理IC20中也与第一实施方式(图6)同样地具备偏置电路201、校正电路202以及放大电路203。例如,在图14的例子中,偏置电路201是用于向磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b施加(流入)激励电流的电路。
校正电路202基于与各相对应的一对磁传感器的输出的差,来消除在外部产生的磁场的影响(抵消同相的噪声)并计算电流值。另外,校正电路202基于一对各磁传感器的输出的差,来消除在外部产生的磁场的影响并计算电流值。另外,校正电路202例如基于动作温度,按照预先存储在存储器中的温度校正系数来校正磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的输出值。因此,温度依存性小,从而能够进行高精度的电流检测。放大电路203与图6所示的放大电路同样地形成为将来自校正电路202的输出值放大。
[磁传感器的配置]
接着,参照图1和图14来说明通过电流传感器500实现的磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的配置。
磁传感器505a、505b与U相的汇流条502的第一电流路径对应地配置。与图1所示的情况同样地,在图14的例子中,汇流条502具有第一路径502a、相对于第一路径502a弯曲的第二路径502b以及相对于第二路径502b进一步弯曲的第三路径502c,并且以隔着第三路径502c的方式配置磁传感器505a、505b。将该磁传感器505a、505b的配置图案称为第一图案。
上述的路径502a~502c沿凹槽521的形状形成,磁传感器505a被配置在凹槽521的外侧,磁传感器505b被配置在凹槽521的内侧。
磁传感器507a、507b与W相的汇流条504的第三电流路径对应地配置。与图1所示的情况同样地,在图14的例子中,汇流条504具有第四路径504a、相对于第四路径504a弯曲的第五路径504b以及相对于第五路径504b进一步弯曲的第六路径504c,并且以隔着第四路径504a的方式配置磁传感器507a、507b。在该实施方式中,将该磁传感器507a、507b的配置图案称为第二图案。
上述的路径504a~504c沿凹槽541的形状形成,磁传感器507a被配置在凹槽541的外侧,磁传感器507b被配置在凹槽541的内侧。
第一图案(第一电流路径)和第二图案(第二电流路径)为了消除通道之间的磁通的干扰而与图1所示的情况同样地形成。即,第一电流路径与第二电流路径处于相对于第二路径502b与第五路径504b之间的任意点大致点对称的位置关系。并且,磁传感器507a在图14A的俯视图中被配置在从将磁传感器505a和磁传感器505b连结的线段上的任意的位置与该线段正交的虚拟直线上。磁传感器505b也在图14A的俯视图中被配置在从将磁传感器507a和磁传感器507b连结的线段上的任意的位置正交的虚拟直线上。
在图14中,磁传感器506a、506b与V相的汇流条503的第三电流路径对应地配置。在图14的例子中,汇流条503具有第七路径503a、相对于第七路径503a弯曲的第八路径503b以及相对于第八路径503b进一步弯曲的第九路径503c,并且以隔着第七路径503a的方式配置磁传感器506a、506b。在该实施方式中,将该磁传感器506a、506b的配置图案称为第三图案。
上述的路径503a~503c沿凹槽531、532的形状形成,磁传感器506a被配置在凹槽531的内侧,磁传感器506b被配置在凹槽532的内侧。
图14A所示的磁传感器506a、506b被配置为与U相和W相各相的一对磁传感器(505a、505b)、(507a、507b)平行。将该配置称为第三图案。
此时,如果U相的磁传感器505a与V相的磁传感器506a之间的距离相对于U相的两个磁传感器505a、505b之间的距离d足够长,则能够忽略通过来自V相的汇流条503的电流而产生的磁通对磁传感器505a、505b的电流检测的影响。同样地,如果W相的磁传感器507a与V相的磁传感器506a之间的距离相对于W相的两个磁传感器507a、507b之间的距离d足够长,则能够忽略通过来自V相的汇流条503的电流而产生的磁通对磁传感器507a、507b的电流检测的影响。也就是说,在电流传感器500中配置为能够降低各通道之间的磁通的相互干扰。因而,电流传感器500能够高精度地检测三个通道的电流。
在图14A中,例如,关于两个相(U相、W相)的汇流条502、504的电流路径被配置为相对于各相(U相、W相)的一对磁传感器之间的间隔d,第一电流路径与第二电流路径之间沿Y方向(各相的导体的延展方向)错开d/2,剩余的一个相(V相)的汇流条503的第三电流路径被配置为沿Y方向错开一对磁传感器的间隔d的2倍以上的距离。由此,在U相、W相之间与图1所示的情况同样地,能够通过计算两个磁传感器的输出的差来消除相互干扰的磁场的影响。并且,在U相与V相之间(W相与V相之间也同样)也同样,在一对磁传感器的位置处通过流过直线形状的第七路径503a的电流而产生的磁通的影响变小。
在图14A中,当将各相的一对磁传感器之间的间隔设为d时,相邻的相的汇流条的凹槽形成为沿Y方向分离d的2倍以上的距离。由此,在各相的磁传感器中能够减小流过其它相的电流的影响。
在图14B中,在汇流条基板501的贯通狭缝内,磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b被配置为它们的感磁部落入到比汇流条基板的安装面更靠近内侧。作为其结果,各磁传感器的感磁部被配置在汇流条的厚度中心附近。由此,在电流传感器500中,能够在磁传感器131a、131b、132a、132b的各感磁面捕捉更多的通过被测定电流I而产生的磁通,作为其结果,电流检测灵敏度提高。
此外,上述的贯通狭缝贯通汇流条502~504和基板预浸料,贯通狭缝的内壁通过上述基板预浸料而形成为不使汇流条502~504露出。由此,能够在被安装在汇流条基板内的部件与汇流条502~504之间维持高的绝缘性能。
此外,在上述中对以使磁传感器的感磁部落入到汇流条基板的安装面的内侧的方式进行配置的例进行了说明,但是也可以将磁传感器配置在汇流条基板的安装面上。在将磁传感器安装在汇流条基板的安装面上的情况下,不需要汇流条基板的加工。
在图14B中,在汇流条基板中,汇流条502~504的正面和背面两面被印刷电路板501夹持。由此,汇流条502~504被嵌入到汇流条基板501内,从而能够在汇流条基板的两面安装部件。
<第五实施方式>
在第五实施方式的电流传感器500A中,也可以对汇流条502、503、504的形状进行变更。
图15是示出包括所涉及的汇流条502~504的电流传感器500A的结构例的图。此外,该电流传感器500A的结构与图14A和图14B所示出的结构大致相同。在本实施方式的以下的说明中,只要没有特殊描述,直接使用在第四实施方式的说明中使用的附图标记等。
在图15的例中,汇流条502中的电流方向随着凹槽521a而发生变化(例如,正的Y方向→正的X方向→正的Y方向→负的X方向→正的Y方向等),汇流条503中的电流方向随着凹槽506a、506b而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向等),汇流条504中的电流方向随着凹槽541a而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向→正的X方向→正的Y方向等)。
通过该汇流条502~503,也使磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b与第四实施方式的结构同样地被配置为不产生各通道之间的磁通的相互干扰,因此电流传感器500A能够高精度地检测三个通道的电流。
<第六实施方式>
在第六实施方式的电流传感器500B中,如图16所示那样变更了汇流条502、503、504的形状。
图16是示出包括所涉及的汇流条502~504的电流传感器500B的结构例的图。此外,该电流传感器500B的结构与图14A和图14B所示出的结构相比,只变更了汇流条502~504的形状这一点不同。在本实施方式的以下的说明中,只要没有特殊描述,直接使用在第四实施方式的说明中使用的附图标记等。
在图16中,电流传感器500B还具备未图示的信号处理IC和连接器。
在图16的例中,汇流条502中的电流方向随着凹槽521b、522b、523b而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向→正的X方向→正的Y方向等),汇流条503中的电流方向随着凹槽531b、532b而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向→正的X方向等),汇流条504中的电流方向随着凹槽541b、542b、543b而发生变化(例如,正的Y方向→正的X方向→正的Y方向→负的X方向→正的Y方向等)。
通过该汇流条502~503,也使磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b与第四实施方式的结构同样地被配置为不产生各通道之间的磁通的相互干扰,因此电流传感器500B能够高精度地检测三个通道的电流。
<第七实施方式>
在第七实施方式的电流传感器500C中,如图17所示那样变更了汇流条502、503、504的形状。并且,在该电流传感器500C中具备三个信号处理IC508、509、520。
图17是示出包括所涉及的汇流条502~504和信号处理IC508、509、520的电流传感器500C的结构例的图。此外,该电流传感器500C的结构与图14A和图14B所示出的结构大致相同。在本实施方式的以下的说明中,只要没有特殊描述,直接使用在第四实施方式的说明中使用的附图标记等。
在图17的例中,汇流条502中的电流方向随着凹槽521c、522c而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向→正的X方向→正的Y方向等),汇流条503中的电流方向随着凹槽531c、532c而发生变化(例如,正的Y方向→负的X方向→正的Y方向→正的X方向→正的Y方向等),汇流条504中的电流方向随着凹槽541c、542c而发生变化(例如,正的Y方向→正的X方向→正的Y方向→负的X方向→正的Y方向等)。
通过汇流条502~503,也使磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b与第四实施方式的结构同样地被配置为不产生各通道之间的磁通的相互干扰,因此电流传感器500C能够高精度地检测三个通道的电流。
在图17中,信号处理IC508、509、520构成为分别检测U相、V相、W相的电流值。即,信号处理IC508基于磁传感器505a的输出与磁传感器505b的输出之差来检测U相的电流值,信号处理IC509基于磁传感器506a的输出与磁传感器506b的输出之差来检测V相的电流值,信号处理IC520基于磁传感器507a的输出与磁传感器507b的输出之差来检测W相的电流值。而且,信号处理IC508、509、520分别与连接器530电连接,信号处理IC508、509、520的输出被输出到连接器530。这样也能够得到与第四实施方式同样的效果。
<第八实施方式>
第八实施方式的电流传感器的特征在于,在磁传感器的安装面的相反侧的面具备与两个磁传感器相对且以桥架的方式配置的磁性材料。
图18示出了包括所涉及的磁性材料514、524、534的电流传感器500D的结构例。此外,磁性材料514、524、534以外的电流传感器500D的结构与图17所示的结构相同。
图18所示的磁性材料514、524、534例如与图8和图9中的磁性材料相对应,例如是磁性体镀层、铁氧体等的磁性体片。由此,当电流流过汇流条502~504时,通过该电流而产生的磁通容易聚集到磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的感磁部。另外,能够阻止从汇流条基板的背面接受到的外部磁噪声。因而,电流传感器500D的电流检测灵敏度提高。
在图18中,磁性材料514、524、534被加工为经由通过孔加工或凹槽加工而形成的汇流条基板的槽而从印刷电路板的背面延伸至磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b附近这样的例如E字型的形状。由此,能够使通过流过汇流条502~504的电流而产生的磁通聚集到磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b,从而电流传感器500D的电流检测灵敏度提高。
[变形例]
上述的各实施方式所涉及的电流传感器500~500C只不过是例示,能够进行如以下所述的变更。
关于各实施方式的汇流条(导体)502~504的大小、形状,只要能够改变电流方向即可,也可以根据电流传感器的规格等进行变更。例如也可以设为U字状等。
关于各实施方式的凹槽的形状、磁传感器的配置,只要能够以高精度进行三个通道的电流检测即可,能够进行变更。
在第八实施方式中,磁性材料514、524、534被设置在了磁传感器的背面,但是也可以是,在各实施方式的汇流条基板中,在磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的封装体上面以桥架在各相的两个磁传感器上的方式配置。由此,能够阻止从磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的封装体的上面接受到的外部磁噪声。
各实施方式的磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b的内部也可以具备磁性体镀层或磁性体片。这样也使磁通向磁传感器505a、505b、506a、506b、507a、507b聚集的聚集力提高,从而电流传感器的电流检测灵敏度提高。
附图标记说明
1、1A、1B:电流传感器;14a、14b、303、305:导体;12a、12b:被测定电流端子;131a、131b、132a、132b:磁传感器;20、120、302:信号处理IC。
Claims (31)
1.一种电流传感器,其特征在于,具备:
第一电流路径,第一被测定电流流过该第一电流路径;
第一磁传感器,其被配置在所述第一电流路径的附近;
第二磁传感器,其隔着所述第一电流路径配置在所述第一磁传感器的相反侧;
第二电流路径,第二被测定电流流过该第二电流路径;
第三磁传感器,其被配置在所述第二电流路径的附近;
第四磁传感器,其隔着所述第二电流路径配置在所述第三磁传感器的相反侧;以及
信号处理部,其根据所述第一磁传感器的输出和所述第二磁传感器的输出来生成基于所述第一被测定电流的量的信号,根据所述第三磁传感器的输出和所述第四磁传感器的输出来生成基于所述第二被测定电流的量的信号,
其中,所述第一磁传感器和所述第二磁传感器被配置在距所述第二电流路径相等距离的位置处,所述第三磁传感器和所述第四磁传感器被配置在距所述第一电流路径相等距离的位置处。
2.根据权利要求1所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流路径具有第一路径、相对于第一路径弯曲的第二路径以及相对于第二路径进一步弯曲的第三路径,
所述第二电流路径具有第四路径、相对于第四路径弯曲的第五路径以及相对于第五路径进一步弯曲的第六路径,
所述第二路径是与将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段平行的路径,所述第五路径是与将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段平行的路径。
3.根据权利要求2所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一磁传感器被配置在被所述第一电流路径包围的区域内,
所述第二磁传感器隔着所述第一路径配置在所述第一磁传感器的相反侧,
所述第三磁传感器被配置在被所述第二电流路径包围的区域内,
所述第四磁传感器隔着所述第四路径配置在所述第三磁传感器的相反侧。
4.根据权利要求2或3所述的电流传感器,其特征在于,
所述第二路径是以将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段的垂直平分线为对称轴的线对称的路径,
所述第五路径是以将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段的垂直平分线为对称轴的线对称的路径。
5.根据权利要求2~4中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一路径是与所述第二路径的一端连接并且以所述第二路径的一端为起点向远离或靠近所述第三磁传感器和所述第四磁传感器的方向延伸的路径,
所述第三路径是与所述第二路径的另一端连接并且以所述第二路径的一端为起点向远离或靠近所述第三磁传感器和所述第四磁传感器的方向延伸的路径,
所述第四路径是与所述第五路径的一端连接并且以所述第五路径的一端为起点向远离或靠近所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的方向延伸的路径,
所述第六路径是与所述第五路径的另一端连接并且以所述第五路径的一端为起点向远离或靠近所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的方向延伸的路径。
6.根据权利要求2~5中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一路径与所述第二路径形成的角度、所述第二路径与所述第三路径形成的角度、所述第四路径与所述第五路径形成的角度以及所述第五路径与所述第六路径形成的角度为90度。
7.根据权利要求1~6中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述信号处理部根据所述第一磁传感器的输出与所述第二磁传感器的输出之差来生成基于所述第一被测定电流的量的信号,根据所述第三磁传感器的输出与所述第四磁传感器的输出之差来生成基于所述第二被测定电流的量的信号。
8.根据权利要求1~7中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流路径和所述第二电流路径是U字型的电流路径。
9.根据权利要求1~8中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流路径与所述第二电流路径处于相对于所述第二路径与所述第五路径之间的规定的点大致点对称的位置关系。
10.根据权利要求9所述的电流传感器,其特征在于,
在将所述第一路径、所述第一磁传感器以及第二磁传感器设为第一图案并将所述第四路径、所述第三磁传感器以及第四磁传感器设为第二图案时,
所述第一图案与所述第二图案处于相对于所述第二路径与同所述第二路径相对的所述第五路径之间的规定的点大致点对称的位置关系。
11.根据权利要求1~10中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段的垂直平分线通过所述第三磁传感器的中心,
将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段的垂直平分线通过所述第一磁传感器的中心。
12.根据权利要求1~11中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,还具备:
引线框,其形成信号端子;
密封构件,其用于密封所述第一电流路径、所述第二电流路径以及所述第一磁传感器至所述第四磁传感器;
第一电流端子,其与所述第一电流路径连接,成为所述第一被测定电流的入口;
第二电流端子,其与所述第一电流路径连接,成为所述第一被测定电流的出口;
第三电流端子,其与所述第二电流路径连接,成为所述第二被测定电流的入口;以及
第四电流端子,其与所述第二电流路径连接,成为所述第二被测定电流的出口;
其中,所述密封构件在俯视时为矩形形状,
所述第一电流端子至所述第四电流端子以及形成所述信号端子的引线框在俯视时从所述密封构件的侧面露出。
13.根据权利要求12所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流端子和所述第二电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、位于与形成所述信号端子的引线框露出的侧面呈直角的方向上的侧面露出,
所述第三电流端子和所述第四电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、与所述第一电流端子和所述第二电流端子露出的侧面相对的侧面露出。
14.根据权利要求12所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流端子至所述第四电流端子在俯视时从所述密封构件的侧面中的、与形成所述信号端子的引线框露出的侧面相对的侧面露出。
15.根据权利要求2~6中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,还具备:
以包围所述第二磁传感器的方式配置并且与所述第一路径和所述第二路径中的某一方连接而不与另一方连接的导体;以及
以包围所述第四磁传感器的方式配置并且与所述第四路径和所述第五路径中的某一方连接而不与另一方连接的导体。
16.根据权利要求1~15中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,还具备:
第三电流路径;
第五磁传感器,其被配置在所述第三电流路径的附近;以及
第六磁传感器,其隔着所述第三电流路径配置在所述第五磁传感器的相反侧,
其中,所述第一电流路径、所述第二电流路径以及所述第三电流路径分别是在流过不同相的导体中形成的电流路径,
所述第三电流路径具有第七路径、相对于第七路径弯曲的第八路径以及相对于第八路径进一步弯曲的第九路径,
所述第五磁传感器被配置在被所述第三电流路径包围的区域内,
所述第六磁传感器隔着所述第七路径配置在所述第五磁传感器的相反侧,
将所述第一磁传感器和所述第二磁传感器连结的线段、将所述第三磁传感器和所述第四磁传感器连结的线段、以及将所述第五磁传感器和所述第六磁传感器连结的线段相互平行。
17.根据权利要求16所述的电流传感器,其特征在于,
所述第一电流路径至所述第三电流路径的各所述电流路径形成为通过在所述电流路径形成的凹槽来改变电流方向。
18.根据权利要求17所述的电流传感器,其特征在于,
相邻的所述电流路径的所述凹槽形成为沿各相的导体的延展方向彼此相距一对磁传感器之间的间隔的2倍以上的距离。
19.根据权利要求18所述的电流传感器,其特征在于,
两个相的各自的一对磁传感器被配置为沿各相的导体的延展方向相互错开一对磁传感器的间隔的1/2的距离,
剩余的一个相的一对磁传感器被配置为沿所述导体的延展方向错开所述一对磁传感器的间隔的2倍以上的距离。
20.根据权利要求16~19中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
各所述电流路径分别形成在各相的作为导体的汇流条内,所述各相的所述汇流条与印刷电路板一体形成为汇流条基板。
21.根据权利要求20所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板中,所述汇流条的正面和背面两面被所述印刷电路板夹持。
22.根据权利要求21所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板中,在所述汇流条设置有狭缝。
23.根据权利要求22所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板设置有贯通所述汇流条和基板预浸料的贯通狭缝,所述贯通狭缝的内壁通过所述基板预浸料而形成为不使所述汇流条露出。
24.根据权利要求23所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板的所述贯通狭缝中,各所述磁传感器的感磁部落入到比所述汇流条基板的安装面靠内侧的位置,从而被配置在汇流条的厚度中心附近。
25.根据权利要求20~24中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板中,在各所述磁传感器的安装面的相反侧的面具备与各该磁传感器相对且以桥架方式配置的磁性材料。
26.根据权利要求25所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板中,所述磁性材料经由通过孔加工或凹槽加工而形成的汇流条基板的槽而延伸至所述磁传感器附近。
27.根据权利要求20~26中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
在所述汇流条基板中,在所述磁传感器的封装体的上面具备以桥架在所述各相的各所述磁传感器上的方式配置的磁性体材料。
28.根据权利要求20~27中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述汇流条包括U相汇流条、与所述U相汇流条相邻的V相汇流条、以及与所述V相汇流条相邻的W相汇流条,
其中,所述第一电流路径在所述U相汇流条内形成,
所述第二电流路径在所述W相汇流条内形成,
所述第三电流路径在所述V相汇流条内形成,
在所述第一电流路径形成的所述凹槽形成为相对于在所述第二电流路径形成的所述凹槽沿所述汇流条的延展方向相距一对磁传感器之间的间隔的一半的距离,
在所述第三电流路径形成的所述凹槽形成为相对于在所述第一电流路径形成的所述凹槽和在所述第二电流路径形成的所述凹槽沿所述汇流条的延展方向相距一对磁传感器之间的间隔的2倍以上的距离。
29.根据权利要求20~28中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述电流路径在所述印刷电路板内的金属层内形成。
30.根据权利要求20~29中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述信号处理IC和/或各磁传感器被安装在所述印刷电路板上。
31.根据权利要求1~30中的任一项所述的电流传感器,其特征在于,
所述磁传感器的内部具备磁性体镀层或磁性体片。
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