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[TECHNISCHES GEBIET]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung und ein elektrisches Stromerfassungsverfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms, der durch einen elektrischen Strompfad fließt, unter Verwendung von Magnetismusdetektorelementen.
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[STAND DER TECHNIK]
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Auf dem Gebiet beispielsweise der Motorantriebstechnologie etc. für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge etc. wird ein relativ großer Strom verwendet, und somit besteht eine Nachfrage nach elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen, die für kontaktfreie Messung eines hohen Stroms geeignet sind. Einige von solchen elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen verwenden (ein) Magnetismusdetektorelement(e) zur Erfassung der Stärke eines Magnetfelds, das durch einen zu messenden elektrischen Strom erzeugt wird, wodurch die Stärke des zu messenden elektrischen Stroms erfasst wird. Das Magnetismusdetektorelement ist beispielsweise ein Hall-Element, das den Hall-Effekt verwendet, ein AMR-Element, das einen anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt verwendet, ein GMR-Element, das einen Riesenmagnetwiderstand(GMR) Effekt verwendet oder ein TMR-Element, das einen tunnel-magnetoresistiven (TMR) Effekt verwendet, etc..
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Die Magnetismusdetektorelemente sind nahe einem elektrischen Strompfad eines Messobjekts angeordnet, und Leitungen zum Eingeben/Ausgeben von Signalen zu/von den Magnetismusdetektorelementen sind ebenfalls nahe dem elektrischen Strompfad angeordnet. Wenn daher der Stromwert in dem elektrischen Strompfad mit einer hohen Frequenz mit ungefähr einigen zehn kHz bis mehrere hundert kHz variiert, tritt eine induzierte elektromotorische Kraft zwischen den Leitungen der Magnetismusdetektorelemente auf, und ein induziertes elektromotorisches Kraftrauschen wird den Ausgaben der Magnetismusdetektorelemente überlagert, was eine Abnahme der Erfassungsgenauigkeit verursacht. Wenn zwei Magnetismusdetektorelemente verwendet werden, werden herkömmlich die Impedanzen von Leiterbildern von zwei Ausgabeleitungen derart angepasst, dass die Rauschkomponente aufgrund der Spannungsvariation ausgelöscht wird (siehe z. B. PTL 1).
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[Druckschriften liste]
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[Patentliteratur]
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Bei dem in PTL 1 beschriebenen Stromsensor sind zwei Magnetismusdetektorelemente auf einer Hauptfläche einer Schaltungsplatte angeordnet, welche derart angeordnet ist, dass ihre Hauptoberfläche im Wesentlichen orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung der stromführenden Leitung ist. Daher erstrecken sich sowohl die Magnetismusdetektorelemente als auch die Schaltungsplatte in einer Ebene im Wesentlichen orthogonal zur stromführenden Leitung, und dies erschwert eine Verkleinerung der Vorrichtung. Speziell in einem Fall, in dem mehrere elektrische Strompfade parallel angeordnet sind, beispielsweise im Fall von elektrischen Strompfaden zum Zuführen elektrischer Ströme zu einem Dreiphasenmotor, ist es wünschenswert, die Größe der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung in einer Ausrichtungsrichtung der elektrischen Strompfade möglichst weitgehend zu reduzieren.
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Außerdem werden bei dem in PTL 1 beschriebenen Stromsensor nur die Ausgabeleitungen der Magnetismusdetektorelemente berücksichtigt, aber irgendwelche anderen Leitungen, wie z. B. eine Antriebsstromleitung oder eine Erdungsleitung werden nicht berücksichtigt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung und ein elektrisches Stromerfassungsverfahren bereitzustellen, durch die eine kompaktere Vorrichtung möglich ist, und es möglich ist, induziertes elektromotorisches Kraftrauschen durch eine induzierte elektromotorische Kraft zwischen Leitungen zu reduzieren.
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[Lösung des Problems]
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Zur Lösung des obigen Problems stellt die Erfindung eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung bereit, umfassend:
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Magnetismusdetektorelemente zum Erfassen einer Stärke eines
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Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad fließt;
eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Größe eines elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad fließt, basierend auf einer Ausgabe der Magnetismusdetektorelemente; und
eine Mehrzahl von Leitungen, die mit den Magnetismusdetektorelementen verbunden sind und sich in einer Richtung weg von dem elektrischen Strompfad erstrecken,
wobei die Magnetismusdetektorelemente derart angeordnet sind, dass eine Richtung einer magnetsensitiven Achse in einer ersten Ebene parallel zu einer Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads und parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Mehrzahl von Leitungen liegt, und
wobei die Mehrzahl von Leitungen in ein und derselben Ebene einerzweiten Ebene orthogonal zur ersten Ebene angeordnet sind.
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Zur Lösung des obigen Problems stellt die Erfindung ferner ein elektrisches Stromerfassungsverfahren bereit, umfassend:
Bereitstellen von Magnetismusdetektorelementen zum Erfassen einer Stärke eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad fließt, und von einer Mehrzahl von Leitungen, die mit den Magnetismusdetektorelementen verbunden sind und sich in einer Richtung weg von dem elektrischen Strompfad erstrecken;
Anordnen der Magnetismusdetektorelemente derart, dass eine Richtung einer magnetsensitiven Achse davon in einer ersten Ebene parallel zu einer Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads und parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Mehrzahl von Leitungen liegt;
Anordnen der Mehrzahl von Leitungen in ein und derselben Ebene einer zweiten Ebene orthogonal zur ersten Ebene; und
Erfassen einer Größe eines elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad fließt, basierend auf einer Ausgabe der Magnetismusdetektorelemente.
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Basierend auf der Erfindung ist es möglich, eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung und ein elektrisches Stromerfassungsverfahren bereitzustellen, durch die eine kompaktere Vorrichtung ermöglicht wird, und es ist möglich, ein induziertes elektromotorisches Kraftrauschen durch eine induzierte elektromotorische Kraft zwischen Leitungen zu reduzieren. Mit einer kompakten Konfiguration ist es somit möglich, sehr genau ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad fließt, und somit möglich, genau den elektrischen Strom zu erfassen, der durch den elektrischen Strompfad fließt.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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1 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer elektrischen Stromerfassungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Perspektivansicht, die eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 1 der Erfindung zeigt.
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3 ist eine Draufsicht, die die elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 1 der Erfindung zeigt.
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4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Magnetismuserfassungsbereichs 2 erläutert.
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5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 3.
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6 ist ein Diagramm, das jede von Verdrahtungsschichten einer Schaltungsplatte 10 erläutert.
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7 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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8 ist eine Perspektivansicht, die eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 2 der Erfindung zeigt.
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9 ist eine Draufsicht, die die elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 2 der Erfindung zeigt.
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[Beschreibung von Ausführungsformen]
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer elektrischen Stromerfassungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform der Erfindung. Wenn ein elektrischer Strom in der Richtung des Pfeils 1 (in der X-Richtung) durch einen elektrischen Strompfad 1 fließt, der durch eine gepunktete Linie angedeutet ist, wird ein Magnetfeld in der Richtung des Pfeils B (in der Y-Richtung) an einer Position unmittelbar unter dem elektrischen Strompfad 1 erzeugt. Der Magnetismuserfassungsbereich 2 der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung erfasst eine Stärke des Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt.
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Der Magnetismuserfassungsbereich 2 hat ein oder mehrere Magnetismusdetektorelemente, von denen jedes eine magnetsensitive Achse in der Richtung des Pfeils D1 (die positive Y-Richtung) oder in der Richtung des Pfeils D2 (die negative Y-Richtung) hat.
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Mehrere Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f, die mit den Magnetismusdetektorelementen verbunden sind und sich in einer Richtung weg von dem elektrischen Strompfad 1 erstrecken, sind in der Nähe des Magnetismuserfassungsbereichs 2 vorgesehen. In der ersten Ausführungsform erstreckt sich jede der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in der Y-Richtung, die orthogonal ist zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung).
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Eine erste Ebene 20 parallel zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) und parallel zur Erstreckungsrichtung der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (der Y-Richtung in der ersten Ausführungsform) ist durch eine gepunktete Linie in 1 angedeutet. In der ersten Ausführungsform ist die erste Ebene 20 eine Ebene, die sich in der X-Richtung und der Y-Richtung erstreckt. Eine zweite Ebene 30 orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ist ebenfalls durch eine gepunktete Linie in 1 angedeutet. In der ersten Ausführungsform ist die zweite Ebene 30 eine Ebene, die sich in der Y-Richtung und der Z-Richtung erstreckt.
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Die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 sind derart angeordnet, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen (die Richtungen der Pfeile D1 und D2) in der ersten Ebene 20 liegen. Ferner sind die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f auf der gleichen Ebene der zweiten Ebene 30 angeordnet.
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Da die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 derart angeordnet sind, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen in der ersten Ebene 20 liegen, ist es möglich, die Größe in einer Richtung orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ebenso wie orthogonal zur Erstreckungsrichtung der mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (der Y-Richtung in der ersten Ausführungsform) zu reduzieren (es ist möglich, die Größe in der Z-Richtung zu reduzieren), verglichen mit dem Fall, bei dem die Magnetismusdetektorelemente in der zweiten Ebene 30 angeordnet sind (verglichen mit beispielsweise PTL 1). Speziell in dem Fall, dass mehrere elektrische Strompfade parallel angeordnet sind, wie z. B. in dem Fall von elektrischen Strompfaden zum Zuführen elektrischer Ströme zu einem Dreiphasenmotor, ist es wünschenswert, die Größe der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung in einer Ausrichtungsrichtung der elektrischen Strompfade möglichst weitgehend zu reduzieren.
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Da ferner die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in ein und derselben Ebene gemäß der zweiten Ebene 30 angeordnet sind, wird ein induziertes elektromotorisches Kraftrauschen, das durch induzierte elektromotorische Kraft zwischen Leitungen verursacht wird, verglichen mit dem Fall reduziert, bei dem mehrere Leitungen in der ersten Ebene 20 angeordnet sind. Das heißt, wenn mehrere Leitungen in der ersten Eben 20 angeordnet sind, schneidet ein Magnetfeld, das erzeugt wird aufgrund einer Variation des Werts des elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, die erste Ebene 20 zwischen Leitungen an einer Position, die in der Y-Richtung von direkt unter dem elektrischen Strompfad 1 entfernt ist. Dies bildet eine Schleife zwischen den Leitungen, und eine induzierte elektromotorische Kraft tritt auf. Wenn hingegen mehrere Leitungen in ein und derselben Ebene gemäß der zweiten Ebene 30 angeordnet sind, schneidet das Magnetfeld nicht die erste Ebene 20 zwischen den Leitungen, und das Auftreten einer induzierten elektromotorischen Kraft zwischen den Leitungen wird somit verhindert.
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Ferner sind die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 derart angeordnet sind, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen (die Richtungen der Pfeile D1 und D2) entlang der gleichen Richtung wie oder entlang der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Magnetfelds sind, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt. Als Folge hiervon wird das Magnetfeld, das erzeugt wird durch den elektrischen Strom, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, mit größerer Sensitivität erfasst, als in dem Fall, bei dem die Richtungen der magnetsensitiven Achsen die Richtung des Magnetfelds schneiden. Vorzugsweise liegen die Richtungen der magnetsensitiven Achsen der Magnetismusdetektorelemente in der ersten Ebene 20 und erstrecken sich entlang der zweiten Ebene 30, sie können jedoch geringfügig um bis zu ungefähr ± 10° relativ zur zweiten Ebene 30 geneigt sein.
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(Funktionen und Effekte der ersten Ausführungsform)
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Die folgenden Funktionen und Effekte werden in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhalten.
- (1) Da die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 derart angeordnet sind, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen in der ersten Ebene 20 liegen, die parallel zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 ist (der X-Richtung) und auch parallel zur Erstreckungsrichtung der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (der Y-Richtung), ist es möglich, die Größe in einer Richtung orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ebenso wie orthogonal zur Erstreckungsrichtung der mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (der Y-Richtung) zu reduzieren (es ist möglich, die Größe in der Z-Richtung zu reduzieren). Da außerdem die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in ein und derselben Ebene gemäß der zweiten Ebene 30 angeordnet sind, die orthogonal ist zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung), wird ein induziertes elektromotorisches Kraftrauschen reduziert, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft zwischen Leitungen verursacht wird. Mit einer kompakten Konfiguration ist es somit möglich, sehr genau ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, und somit möglich, genau den elektrischen Strom zu erfassen, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt.
- (2) Da die Richtungen der magnetsensitiven Achsen (die Richtungen der Pfeile D1 und D2) der Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 entlang der gleichen Richtung wie oder entlang der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Magnetfelds sind, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, kann das Magnetfeld, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, mit hoher Sensitivität erfasst werden.
- (3) Die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind in ein und derselben Ebene der zweiten Ebene 30 angeordnet, die orthogonal ist zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung). Wenn daher die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f bis zu den jeweils gewünschten Positionen verlaufen, wird die benötigte Leitungslänge minimiert, und dies erlaubt eine weitere Verkleinerung der Vorrichtung.
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(Beispiel 1)
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2 ist eine Perspektivansicht, die eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 1 der Erfindung zeigt. Beispiel 1 entspricht der ersten Ausführungsform und ist so konfiguriert, dass der Magnetismuserfassungsbereich 2 mit den Magnetismusdetektorelementen auf der Schaltungsplatte 10 montiert ist, die eine Multilayer-Struktur hat, gebildet mit mehreren Verdrahtungsschichten, auf denen die mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f vorgesehen sind.
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Die Schaltungsplatte 10 ist unter dem elektrischen Strompfad 1 angeordnet, durch den ein elektrischer Strom in der Richtung des Pfeils 1 fließt (die X-Richtung). Der Magnetismuserfassungsbereich 2 mit den Magnetismusdetektorelementen (später beschrieben) ist auf der Schaltungsplatte 10 montiert, und die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 sind derart angeordnet, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen in der in 1 gezeigten ersten Ebene 20 liegen. Die Schaltungsplatte 10 liegt ebenfalls in der in 1 gezeigten ersten Ebene 20.
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3 ist eine Draufsicht, die die elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 1 der Erfindung zeigt. Mehrere erste Anschlüsse 11a, 11b, 11c, 11d, 11e und 11f, die mit den Magnetismusdetektorelementen des Magnetismuserfassungsbereichs 2 verbunden sind, und mehrere zweite Anschlüsse 12a, 12b, 12c, 12d, 12e und 12f zum Eingeben/Ausgeben von Signalen zu/von den Magnetismusdetektorelementen sind auf der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte 10 vorgesehen. Die mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind ebenfalls auf der Schaltungsplatte 10 vorgesehen und verbinden die mehreren ersten Anschlüsse 11a, 11b, 11c, 11d, 11e und 11f mit den mehreren zweiten Anschlüssen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e und 12f. Von den mehreren Leitungen ist nur die Leitung 13a auf der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte 10 angeordnet.
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4 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration des Magnetismuserfassungsbereichs 2. In Beispiel 1 hat der Magnetismuserfassungsbereich 2 eine Vollbrückenkonfiguration mit vier Magnetismusdetektorelementen 3, 4, 5 und 6. Jedes der Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 ist mit einem GMR-Element gebildet und erfasst die Stärke eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad fließt.
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Das GMR-Element hat eine höhere Sensitivität als das Hall-Element. Genauer gesagt, während die minimale erfassbare Magnetfeldsensitivität des Hall-Elements 0,5 Oe beträgt (0,05 mT ausgedrückt als magnetische Flussdichte in Luft) ist jene des GMR-Elements 0,02 Oe (0.002 mT ausgedrückt als magnetische Flussdichte in Luft). Außerdem ist die Antwortgeschwindigkeit des GMR-Elements schneller als bei anderen Magnetismusdetektorelementen wie z. B. dem Hall-Element. Ferner erfasst das GMR-Element direkt das Magnetfeld selbst und kann somit auch auf eine sehr kleine Veränderung des Magnetfelds sehr genau reagieren, im Gegensatz zu beispielsweise einer Spule etc., die eine Veränderung in einem Magnetfeld erfasst. Die Verwendung des GMR-Elements als Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 verbessert somit die Genauigkeit der Erfassung eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad fließt.
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Die Magnetismusdetektorelemente 3 und 4 sind in Reihe verbunden, und die Magnetismusdetektorelemente 5 und 6 sind in Reihe verbunden. Ferner ist ein Knotenpunkt der in Reihe verbundenen Magnetismusdetektorelemente 3 und 4 parallel zu einem Knotenpunkt der in Reihe verbundenen Magnetismusdetektorelemente 5 und 6 angeschlossen.
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Die Magnetismusdetektorelemente 3 und 6, die auf einer Diagonalen angeordnet sind, sind derart angeordnet, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen, die durch die Pfeile angeordnet sind, beide gleich sind. Die Magnetismusdetektorelemente 4 und 5, die auf einer anderen Diagonalen angeordnet sind, sind derart angeordnet, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen, die durch die Pfeile angeordnet sind, beide gleich sind und entgegengesetzt sind zu den Richtungen der magnetsensitiven Achsen der Magnetismusdetektorelemente 3 und 6.
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Zwischen einem Anschluss Vcc und einem Anschluss GND wird eine Treibspannung angelegt an den Knotenpunkt der in Reihe verbundenen Magnetismusdetektorelemente 3 und 4 und an den Knotenpunkt der in Reihe verbundenen Magnetismusdetektorelemente 5 und 6. Eine erste Ausgabe wird von einem Anschluss Vout1 zwischen den Magnetismusdetektorelementen 3 und 4 ausgesandt, und eine zweite Ausgabe wird von einem Anschluss Vout2 zwischen den Magnetismusdetektorelementen 5 und 6 ausgesandt. Eine Erfassungsschaltung 7 erfasst die Größe des elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad 1 fließt, basierend auf einer Differenz zwischen der von dem Anschluss Vout1 ausgesandten ersten Ausgabe und der vom Anschluss Vout2 ausgesandten zweiten Ausgabe.
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An dem Magnetismuserfassungsbereich 2 ist ferner eine (nicht gezeigte) Vormagnetisierungsspule vorgesehen zum Erzeugen eines magnetischen Vormagnetisierungsfelds, das an das GMR-Element angelegt werden soll, und zwei (nicht gezeigte) Anschlüsse sind ebenfalls vorgesehen, um eine Spannung an die Vormagnetisierungsspule anzulegen. Somit sind insgesamt sechs Anschlüsse an dem Magnetismuserfassungsbereich 2 in Beispiel 1 vorgesehen.
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Mit Bezug zu 3 ist der erste Anschluss 11a beispielsweise mit dem Anschluss Vcc verbunden. Der erste Anschluss 11b ist beispielsweise mit dem Anschluss GND verbunden. Der erste Anschluss 11c ist beispielsweise mit dem Anschluss Vout1 verbunden. Der erste Anschluss 11d ist beispielsweise mit dem Anschluss Vout2 verbunden. Die ersten Anschlüsse 11e und 11f sind jeweils verbunden beispielsweise mit den Anschlüssen für die Vormagnetisierungsspule. Die jeweiligen Anschlüsse des Magnetismuserfassungsbereichs 2 sind mit den ersten Anschlüssen 11a, 11b, 11c, 11d, 11e und 11f beispielsweise durch Drahtbonden etc. verbunden.
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5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 3. Die Schaltungsplatte 10 hat eine Multilayer-Struktur, gebildet mit mehreren Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f. In Beispiel 1 hat jede der Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f eine Dicke von zum Beispiel ungefähr 0,2 mm. Die Leitung 13a ist auf der Verdrahtungsschicht 14a angeordnet. Die Leitung 13b ist auf der Verdrahtungsschicht 14b angeordnet. Die Leitung 13c ist auf der Verdrahtungsschicht 14c angeordnet. Die Leitung 13d ist auf der Verdrahtungsschicht 14d angeordnet. Die Leitung 13e ist auf der Verdrahtungsschicht 14e angeordnet. Die Leitung 13f ist auf der Verdrahtungsschicht 14f angeordnet. Ein Isolationsmaterial ist auf jeder der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f auf den Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f vorgesehen.
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Die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind an der gleichen lateralen Position in der Zeichnung und auf der gleichen Ebene gemäß der zweiten Ebene 30, wie in 1 gezeigt, angeordnet. D. h., die mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind auf den Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f der Schaltungsplatte 10 derart angeordnet, dass sie voneinander in einer Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 beabstandet sind.
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Ferner müssen die Leitungen, die mit der Vormagnetlsierungsspule für die Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 verbunden sind, nicht an der gleichen Position wie andere Leitungen angeordnet sein. Wenn z. B. die Leitungen 13e und 13f mit der Vormagnetisierungsspule verbunden sind, können daher die Leitungen 13e und 13f auf irgendeiner der Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c und 14d derart angeordnet sein, dass sie zu der anderen Leitung auf der gleichen Schicht parallel sind.
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6 ist ein Diagramm zur Erläuterung jeder der Verdrahtungsschichten der Schaltungsplatte 10. 6 ist eine Perspektivansicht in dem Zustand, in dem die in 5 gezeigten mehreren Verdrahtungsschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f separiert und vertikal angeordnet sind. Die Leitung 13a auf der Verdrahtungsschicht 14a ist an einem Ende mit dem ersten Anschluss 11a verbunden, und am anderen Ende mit dem zweiten Anschluss 12a.
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Die Leitung 13b auf der Verdrahtungsschicht 14b ist an einem Ende mit dem ersten Anschluss 11b und am anderen Ende mit dem zweiten Anschluss 12b verbunden. Der erste Anschluss 11b der Verdrahtungsschicht 14b und der erste Anschluss 11b der Verdrahtungsschicht 14a sind durch ein Durchgangsloch verbunden, welches in der Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 vorgesehen ist. Ferner sind der zweite Anschluss 12b der Verdrahtungsschicht 14b und der zweite Anschluss 12b der Verdrahtungsschicht 14a durch ein anderes Durchgangsloch verbunden, welches in der Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 vorgesehen ist.
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Die Leitung 13c auf der Verdrahtungsschicht 14c ist an einem Ende mit dem ersten Anschluss 11c verbunden und am anderen Ende mit dem zweiten Anschluss 12c. Der erste Anschluss 11c der Verdrahtungsschicht 14c und der erste Anschluss 11c der Verdrahtungsschicht 14a sind durch ein Durchgangsloch verbunden, welches in der Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 vorgesehen ist. Ferner sind der zweite Anschluss 12c der Verdrahtungsschicht 14c und der zweite Anschluss 12c der Verdrahtungsschicht 14a durch ein anderes Durchgangsloch verbunden, welches in der Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 vorgesehen ist. Die anderen Verdrahtungsschichten 14d bis 14f sind in der gleichen Weise konfiguriert.
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(Effekte von Beispiel 1)
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Da in dem oben beschriebenen Beispiel 1 die Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 auf der Schaltungsplatte 10 montiert sind, die eine Multilayer-Struktur hat, gebildet mit mehreren Verdrahtungsschichten, und die mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f auf den mehreren Verdrahtungsschichten der Schaltungsplatte 10 derart angeordnet sind, dass sie voneinander in der Dickenrichtung der Schaltungsplatte 10 beabstandet sind, ist es möglich, die Größe in einer Richtung orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ebenso wie orthogonal zur Erstreckungsrichtung der mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (der Y-Richtung) weiter zu reduzieren (es ist möglich, die Größe in der Z-Richtung weiter zu reduzieren).
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(zweite Ausführungsform)
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7 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer elektrischen Stromerfassungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In der zweiten Ausführungsform erstreckt sich jede der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in einer Richtung, die um einen Winkel 8 in der X-Richtung relativ zur Y-Richtung geneigt ist, welche orthogonal ist zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung). Eine zweite Ebene 30', die um den Winkel θ in der X-Richtung relativ zur zweiten Ebene 30 geneigt ist, welche orthogonal ist zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ist in 7 durch eine gepunktete Linie angedeutet. Die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind auf ein und derselben Ebene gemäß der zweiten Ebene 30' angeordnet. Die verbleibende Konfiguration ist die gleiche wie in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
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Da die Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 derart angeordnet sind, dass die Richtungen der magnetsensitiven Achsen in der ersten Ebene 20 liegen, ist es möglich, die Größe in einer Richtung orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ebenso wie orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f (eine Richtung geneigt um den Winkel θ in der X-Richtung relativ zur Y-Richtung in der zweiten Ausführungsform) zu reduzieren (es ist möglich, die Größe in der Z-Richtung zu reduzieren).
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Da außerdem die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f auf ein und derselben Ebene gemäß der zweiten Ebene 30' angeordnet sind, wird ein induziertes elektromotorisches Kraftrauschen, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft zwischen Leitungen verursacht wird, verglichen mit dem Fall reduziert, wenn mehrere Leitungen in der ersten Ebene 20 angeordnet sind.
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(Funktionen und Effekte der zweiten Ausführungsform)
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Die gleichen Funktionen und Effekte wie in (1) und (2), beschrieben in der ersten Ausführungsform, werden in der zweiten Ausführungsform erzielt.
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Da ferner die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in der zweiten Ebene 30' angeordnet sind, welche um den Winkel θ in der Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) relativ zur zweiten Ebene 30 orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) geneigt ist, ist es möglich, die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in einer gewünschten Richtung verlaufen zu lassen, und dies erhöht den Freiheitsgrad der Konfiguration der Vorrichtung.
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(Beispiel 2)
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8 ist eine Perspektivansicht, die eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 2 der Erfindung zeigt. Beispiel 2 entspricht der zweiten Ausführungsform und ist derart konfiguriert, dass der Magnetismuserfassungsbereich 2 mit den Magnetismusdetektorelementen auf einer Schaltungsplatte 10' montiert ist, die eine Multilayer-Struktur hat, gebildet mit mehreren Verdrahtungsschichten, auf denen die mehreren Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f vorgesehen sind.
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In dem in 2 gezeigten Beispiel 1 ist die Schaltungsplatte 10 derart angeordnet, dass ihre longitudinale Richtung mit der Y-Richtung zusammenfällt. Hingegen ist die Schaltungsplatte 10' in Beispiel 2 derart angeordnet, dass ihre longitudinale Richtung entlang einer Richtung verläuft, die um einen Winkel θ in der X-Richtung relativ zur Y-Richtung geneigt ist.
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9 ist eine Draufsicht, die die elektrische Stromerfassungsvorrichtung in Beispiel 2 der Erfindung zeigt. Der Magnetismuserfassungsbereich 2 ist auf der Schaltungsplatte 10' derart montiert, dass er um einen Winkel θ relativ zur Erstreckungsrichtung der Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f geneigt ist. Selbst wenn die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f derart angeordnet sind, dass sie sich in einer Richtung erstrecken, die um den Winkel θ in der X-Richtung relativ zur Y-Richtung geneigt ist, welche orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads 1 (der X-Richtung) ist, können als Folge hiervon die magnetsensitiven Achsen der Magnetismusdetektorelemente des Magnetismuserfassungsbereichs 2 die gleiche Richtung wie oder die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung des Magnetfelds haben, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, welcher durch den elektrischen Strompfad 1 fließt. Die Multilayer-Struktur der Schaltungsplatte 10' ist die gleiche wie die Struktur in dem in den 5 und 6 gezeigten Beispiel 1.
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(Effekte von Beispiel 2)
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Die gleichen Effekte wie in Beispiel 1 werden in dem oben beschriebenen Beispiel 2 erzielt.
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(Zusammenfassung von Ausführungsformen)
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Technische Ideen, die sich aus den Ausführungsformen verstehen, werden nachfolgend unter Angabe der Bezugszeichen etc. beschrieben werden, die für die Ausführungsformen verwendet werden. Allerdings soll kein unten beschriebenes Bezugszeichen die Bestandteile in den Ansprüchen auf die Elemente etc. beschränken, die speziell in den Ausführungsformen beschrieben werden.
- [1] Elektrische Stromerfassungsvorrichtung, umfassend:
Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6) zum Erfassen einer Stärke eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad (1) fließt;
eine Erfassungsschaltung (7) zum Erfassen einer Größe eines elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad (1) fließt, basierend auf einer Ausgabe der Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6); und
eine Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f), die mit den Magnetismusdetektorelementen (3, 4, 5, 6) verbunden sind und sich in einer Richtung weg von dem elektrischen Strompfad (1) erstrecken,
wobei die Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6) derart angeordnet sind, dass eine Richtung einer magnetsensitiven Achse davon in einer ersten Ebene (20) parallel zu einer Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) und parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) liegt, und
wobei die Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) in ein und derselben Ebene einer zweiten Ebene (30/30') orthogonal zur ersten Ebene (20) angeordnet sind.
- [2] Die elektrische Stromerfassungsvorrichtung definiert durch [1], wobei die zweite Ebene (30) orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) ist.
- [3] Die elektrische Stromerfassungsvorrichtung definiert durch [1], wobei die zweite Ebene (30') in der Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) relativ zu einer Ebene orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) geneigt ist.
- [4] Die elektrische Stromerfassungsvorrichtung, umfassend: eine Schaltungsplatte (10/10'), auf der die Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6) montiert sind,
wobei die Schaltungsplatte (10/10') eine Multilayer-Struktur umfasst, umfassend eine Mehrzahl von Verdrahtungsschichten, und
wobei die Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) auf der Mehrzahl von Verdrahtungsschichten der Schaltungsplatte (10/10') derart angeordnet sind, dass sie voneinander in einer Dickenrichtung der Schaltungsplatte (10/10') beabstandet sind.
- [5] Elektrisches Stromerfassungsverfahren, umfassend:
Bereitstellen von Magnetismusdetektorelementen (3, 4, 5, 6) zum Erfassen einer Stärke eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen elektrischen Strompfad (1) fließt, und von einer Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f), die mit den Magnetismusdetektorelementen (3, 4, 5, 6) verbunden sind und sich in einer Richtung weg von dem elektrischen Strompfad (1) erstrecken;
Anordnen der Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6) derart, dass eine Richtung einer magnetsensitiven Achse in einer ersten Ebene (20) parallel zu einer Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) und parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) liegt;
Anordnen der Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) in ein und derselben Ebene einer zweiten Ebene (30/30') orthogonal zur ersten Ebene (20); und
Erfassen einer Größe eines elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Strompfad (1) fließt, basierend auf einer Ausgabe der Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6).
- [6] Das elektrische Stromerfassungsverfahren, definiert durch [5], wobei die zweite Ebene (30) orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) ist.
- [7] Das elektrische Stromerfassungsverfahren, definiert durch [5], wobei die zweite Ebene (30') in der Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) relativ zu einer Ebene orthogonal zur Stromführungsrichtung des elektrischen Strompfads (1) geneigt ist.
- [8] Das elektrische Stromerfassungsverfahren, wobei die Magnetismusdetektorelemente (3, 4, 5, 6) auf einer Schaltungsplatte (10/10') montiert sind, umfassend eine Multilayer-Struktur, die eine Mehrzahl von Verdrahtungsschichten umfasst, und
wobei die Mehrzahl von Leitungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) auf der Mehrzahl von Verdrahtungsschichten der Schaltungsplatte (10/10') derart angeordnet sind, dass sie voneinander in einer Dickenrichtung der Schaltungsplatte (10/10') beabstandet sind.
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung gemäß Ansprüchen nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Ferner ist zu beachten, dass nicht alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale erforderlich sind, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
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Die Erfindung kann in geeigneter Weise modifiziert und implementiert werden, ohne ihren Bereich zu verlassen. Beispielsweise können, obwohl die GMR-Elemente als die Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 in den Beispielen verwendet werden, andere Magnetismusdetektorelemente alternativ verwendet werden, beispielsweise Hall-Elemente, AMR-Elemente oder TMR-Elemente. Außerdem ist die Zahl der Magnetismusdetektorelemente, obwohl vier Magnetismusdetektorelemente 3, 4, 5 und 6 in den Beispiel vorgesehen sind, hierauf nicht beschränkt.
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Außerdem ist die Zahl der Leitungen, obwohl sechs Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f in den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sind, hierauf nicht beschränkt. Die Erfindung ist auf Vorrichtungen anwendbar, die mehrere Leitungen haben, welche mit den Magnetismusdetektorelementen verbunden sind.
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Die Schaltungsplatte 10/10' und die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e und 13f sind in den Ausführungsformen linear separiert von dem elektrischen Strompfad vorgesehen, sie können aber nicht-linear separiert von dem elektrischen Strompfad vorgesehen sein, beispielsweise auf kreisförmige Weise, auf Sägezahn-Weise oder auf eine Kamm-Zahn-Weise etc..
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrischer Strompfad
- 2
- Magnetismuserfassungsbereich
- 3, 4, 5, 6
- Magnetismusdetektorelement
- 7
- Erfassungsschaltung
- 10, 10'
- Schaltungsplatte
- 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f
- erster Anschluss
- 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f
- zweiter Anschluss
- 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f
- Leitung
- 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f
- Verdrahtungsschicht
- 20
- erste Ebene
- 30, 30'
- zweite Ebene
