JP2001284823A - 組み込まれた電流検出部を備えた電気的な導体の多層装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の導体を備えた多層装置で上下に流れる
電流または相並んで流れる電流をホールセンサの配置に
よって測定することができるような多層装置を提供す
る。 【解決手段】 多層装置８が少なくとも２つの導体路
２，２ａを有しており、該導体路が絶縁部１０によって
互いに分離されており、導体路２，２ａが、それぞれ測
定部１１，１１ａを有しており、該測定部に導体路２，
２ａが切欠き６を備えており、該切欠きが、導体路２，
２ａにおける電流パスを方向付けており、各測定部１
１，１１ａに、所属の導体路内の電流を検出する磁気的
な差センサ１，１ａが対応しており、該差センサが、多
層パネルまたは多層プリント配線板８に組み込まれてお
り、磁気的な差センサが、差回路の形に互いに接続され
ている少なくとも２つのプレート形のホール素子３から
成っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組み込まれた電流
検出部を備えた複数の電気的な導体を備えた多層装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば原動機としての電気モータまた
は燃料モータと、補機のための複数の電気モータとから
成っていてよい、複数の電気モータの装置を制御する場
合には、個々の電気モータのために必要となる電流が、
しばしば多層パネルまたは多層プリント配線板、つまり
それぞれ絶縁層により互いに分離されている複数の銅層
に案内されるが、しかし多層パネルまたは多層プリント
配線板に設けられた複数の電子コンポーネントによって
制御されかつコントロールされる。この場合、電流のコ
ントロールおよび防護のためには、しばしば電流を同じ
多層パネルまたは多層プリント配線板から測定すること
が必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、複数の電気的な導体を備えた多層装置において
上下に流れる電流または相並んで流れる電流をホールセ
ンサの配置によって測定することができるような装置を
提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、たとえば多層パネルまたは多層プ
リント配線板のような電気的な導体の多層装置におい
て、当該多層装置が少なくとも２つの導体路を有してお
り、該導体路が、少なくとも１つの絶縁部によって互い
に分離されており、前記導体路が、それぞれ少なくとも
１つの測定部を有しており、該測定部に前記導体路が複
数の切欠きを備えており、該切欠きが、前記導体路にお
ける電流パスを方向付けており、各測定部に、所属の導
体路内の電流を検出する少なくとも１つの磁気的な差セ
ンサが対応しており、該差センサが、多層パネルまたは
多層プリント配線板に組み込まれており、磁気的な差セ
ンサが、差回路の形に互いに接続されている少なくとも
２つのプレート形のホール素子から成っているようにし
た。

【０００５】

【発明の効果】本発明によれば、連続する複数の層から
成る、たとえば多層パネルまたは多層プリント配線板の
ような電気的な導体の多層装置が、少なくとも２つの導
体路を有しており、これらの導体路が少なくとも１つの
絶縁部によって互いに分離されている。各導体路は少な
くとも１つの測定部を有しており、この測定部では、導
体路が複数の切欠きを備えており、これらの切欠きが導
体路における電流パスを方向付けている。各測定部に
は、少なくとも１つの差センサが対応しており、この差
センサは所属の導体路内の電流を検出する。このような
磁気的な差センサは当該多層装置に組み込まれて統合さ
れている。この磁気的な差センサは、差回路の形に互い
に接続された少なくとも２つのプレート形のホール素子
から成っている。

【０００６】多層パネルに電流測定部を組み込むことに
より、多層パネルに組み込まれた導体路のために従来付
加的に設けられていた電流検出システムを不要にするこ
とができる。

【０００７】請求項２以下には、本発明の有利な構成が
記載されている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。

【０００９】図１には、本発明において使用される測定
原理を説明するために、複数の切欠きを備えた導体路に
対する差センサの相対的な位置決めを示す三次元の分解
図が示されている。

【００１０】差センサ１は、有利には金属製の導体から
製作されている電気的な導体路２に配置されている。こ
の差センサ１は自体公知の形式で、２つのプレート形の
ホール素子３から形成されており、両ホール素子３は１
つのチップ４に載置されて、接続されている。差センサ
１は有利にはモノリシックに製造され、商業ベースで種
々の配置構成で入手可能である。たいてい、チップ４上
には、さらに評価ユニットも一緒に集積されているの
で、測定信号ΔＵ_Ｈを直接にセンサから、たとえばデジ
タルの形で読み取ることができる。プレート形の両ホー
ル素子３は、たとえば１〜１０ｍｍの相互間隔を置いて
設けられている。両ホール素子３の間隔は電流ブリッジ
５の寸法設定に左右され、この電流ブリッジ５自体の寸
法設定（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｅｒｕｎｇ）は、導体路
２が案内しようとする規定の電流に左右される。導体路
２はスリット状で細長い方形の複数の切欠き６を有して
おり、これらの切欠き６内に差センサ１のプレート形の
ホール素子３を嵌め込むことができる。切欠き６の寸法
（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｅｎ）は、たとえば電流ブリッジ
５の寸法と同じオーダにある。切欠き６は導体路２内の
全電流ＩをＳ字形の電流パスに沿って差センサ１の両ホ
ール素子３を巡るように案内する。これによって、各ホ
ール素子３は３つの側で、導体路２に案内される全電流
Ｉの流れによって流過されるので、ホール素子３を巡る
Ｓ字形の電流パスの個々の導体区分の磁界成分はホール
素子３の場所で増幅するように互いに重畳される。差セ
ンサ１は、流れ矢印７により示した主流方向で導体路２
に配置されている。言い換えれば、差センサ１は、プレ
ート形の両ホール素子３が１つの共通の仮想線、有利に
は中心線に沿って、長手方向で主流方向７に対して平行
に位置するように導体路２に配置されている。さらに、
図１には、両ホール素子３への電流Ｉ_{ｃｏｎｓｔ}の電流
供給が概略的に示されている。

【００１１】プレート形のホール素子３が方向に関連し
て磁界を測定するので、つまり磁界の方向が逆向きにな
るとホール電圧の極性が変化するので、特殊に形成され
た導体路２を有する差センサ１の、図１につき説明した
配置に基づき、互いに逆向きの前符号を有する２つのほ
ぼ等大のホール電圧の差を測定する装置が提供される。
これにより、差センサ１の場所で差を有しない電圧成
分、たとえば地磁界または両ホール素子３のオフセット
成分は測定されなくなる。さらに、利用可能な測定信号
が、ファクタ２だけ増幅される。

【００１２】図２〜図３に示したように多層パネルの平
行な平面に配置されている、互いに隣接した、電流を案
内する複数の導体路からの漂遊磁界は、これらの互いに
隣接した導体路の磁界が第１の導体路の差センサの場所
で差成分を有している場合にのみ、図１に示した磁気的
な差センサ１による電流検出に対して影響を与える。そ
うでない場合には、互いに平行な導体路の漂遊磁界は第
１の導体路の差センサによる電流検出に対して影響を与
えない。この原理は本発明によれば、組み込まれた電流
検出部を備えた多層導体パネルを構築するために有利に
利用される。

【００１３】このような多層導体路パネルは図２および
図３に例示的に図示されている。互いに交互に重なり合
う複数の層から成る多層パネルまたは多層プリント配線
板８は、支持体９に少なくとも２つの導体路２，２ａを
有している。両導体路２，２ａは少なくとも１つの絶縁
層１０によって互いに分離されている。各導体路２，２
ａはそれぞれ少なくとも１つの測定部１１，１１ａを有
している。測定部１１，１１ａでは、導体路２，２ａが
切欠きを備えており、これらの切欠きが導体路２，２ａ
に設けられた電流パスを方向付けている。これらの測定
部１１，１１ａの近傍またはこれらの測定部１１，１１
ａには、それぞれ少なくとも１つの磁気的な差センサ
１，１ａが設けられており、この差センサ１，１ａは同
じく多層パネルまたは多層プリント配線板８に組み込ま
れている。磁気的な差センサ１，１ａは図１につき説明
したように、少なくとも２つのプレート形のホール素子
３から成っており、これらのホール素子は差回路を形成
するように互いに接続されている。ホール素子３のため
の供給線路ならびにホール電圧を取り出すための測定線
路は図２には図示されていない。これらの線路がどのよ
うにかつどこに敷設されているかは、当業者に委ねられ
ている。当業者により、これらの供給線路および測定線
路の、パネルの各使用事例に合わせて最も好都合な敷設
経過が選択される。最も好都合な敷設経過は、パネルへ
の各構成素子の実装に関連している。このためには周知
のように、無数の可能性が存在しているので、これらの
可能性を全て列挙することは不可能である。これらの供
給線路および測定線路がどのようにかつどこに延びてい
るのかは、本発明にとって重要な特徴ではない。それゆ
えに、単に２つの可能性だけを例にとって説明してみる
と、これらの線路の敷設は、たとえば支持体９上で行わ
れるか、または支持体９内で行われ得る。図２に示した
実施例では、多層パネルまたは多層プリント配線板８が
２つの別個の導体路２，２ａを有しており、両導体路
２，２ａは多層パネルまたは多層プリント配線板８の互
いに平行に配置された、互いに異なる層に延びている。
しかし、これらの導体路は別の実施例では、多層パネル
または多層プリント配線板８の同一の層に互いに分離さ
れて延びていてもよい。さらに、図２に示した実施例で
は、２つの測定部１１，１１ａが設けられており、両測
定部１１，１１ａにはそれぞれ１つの差センサ１，１ａ
が対応配置されている。一方の差センサ１は一方の測定
部１１に対応していて、他方の差センサ１ａは他方の測
定部１１ａに対応している。これにより、一方の差セン
サ１は一方の導体路２内の電流を測定し、他方の差セン
サ１ａは他方の導体路２ａ内の電流を測定する。測定部
を備えた導体路の数および導体路に対応する差センサの
数は、任意に拡張可能である。この場合、水平方向で１
つの層に付加的な導体路を相並んで位置するように配置
することによっても、拡張された多層パネルまたは多層
プリント配線板の付加的な層に別の導体路２，２ａを鉛
直方向で加えることによっても、拡張を行うことができ
る。後者の場合には、導体路の個々の層が、それぞれ１
つの絶縁層１０によって次の導体路から分離されなけれ
ばならない。多層パネルまたは多層プリント配線板の同
一の層に複数の導体路を相並んで位置するように配置す
る場合には、既に存在する空間的な距離によって導体路
の相互絶縁が得られる。しかし通常では、多層パネルま
たは多層プリント配線板の安定性を高めるために、多層
パネルまたは多層プリント配線板の１つの層内の複数の
導体路の間の間隙は、電気的に絶縁性の材料で埋められ
る。たとえば、２〜５個の別個の導体路を備えた多層パ
ネル、または５〜１０個の別個の導体路を備えた多層パ
ネルまたは１０〜１００個の別個の導体路を備えた多層
パネルまたは１００〜１０００個の別個の導体路を備え
た多層パネルが挙げられる。可能となる導体路の数は原
理的に無制限であるが、使用時にそれぞれ規定されたパ
ネル用途およびその都度実現されるパネルレイアウトに
よってのみ制限される。

【００１４】測定部１１，１１ａは互いに空間的に分離
されている。測定部１１，１１ａは導体路２，２ａに設
けられた切欠き６により特徴付けられる。これらの切欠
き６により、導体路に電流パスが的確に規定されかつ案
内される。可能となる電流パスの１例は図１につき詳し
く説明した通りである。重要となるのは、電流パスが、
対応する差センサの場所で、差成分を有する磁界を形成
すること、そしてこの差成分が、導体路に流れる電流に
対して比例していることである。このような測定部を形
成するための１つの可能性が図２に示されている。図２
の実施例では、電流パスが図１に示した実施例の場合と
同様に形成されている。切欠き６を備えた第１の測定部
１１は第１の導体路２に配置されている。この第１の測
定部１１には、第１の差センサ１が対応している。この
第１の差センサ１は第１の導体路２内の電流を検出す
る。別の測定部１１ａは第１の測定部１１から空間的に
分離されていて、切欠き６と共に別の導体路２ａに配置
されている。この別の測定部１１ａには、別の差センサ
１ａが対応している。この別の差センサ１ａは別の導体
路２ａ内の電流を検出する。両導体路２，２ａの磁界は
切欠き６に基づき測定部でしか差成分を有しず、かつ測
定部１１，１１ａ自体が互いに空間的に分離されている
ので、第１の導体路２の磁界は別の測定部１１ａにおけ
る電流検出に影響を与えない。逆に、導体路２ａの磁界
も第１の測定部１１における電流検出に影響を与えな
い。このことは、空間的な分離が十分な大きさである場
合には常に云える。第１の測定部１１の磁界の差成分が
別の測定部１１ａの磁界の差成分とオーバラップしなけ
れば、分離は十分な大きさで行われていると云える。す
なわち、測定部の分離は空間的に任意の方向で行うこと
ができ、そして空間的な分離の程度は測定部における磁
界の広がりにしか関連していない。これらの磁界の具体
的な広がりは、多種多様のファクタ、たとえば電流強
さ、シールド、絶縁層の厚さ、切欠き６の構成上の設
計、パネルレイアウト等に関連している。それゆえに、
可能となる全てのバリエーションを記載することは不可
能である。しかし、当業者にはこの説明をもって技術的
な教示が与えられており、この教示によって当業者は、
その都度のパネル使用事例のために適切な空間的分離を
見出すことができる。

【００１５】図２に示した実施例では、測定部のこのよ
うな空間的分離が、パネル平面９，１０，２，２ａに関
しても、水平方向においても、鉛直方向においても与え
られている。図２に示した実施例では、差センサが唯一
つのセンサ層１２の形で多層パネルまたは多層プリント
配線板８に組み込まれている。多層パネルまたは多層プ
リント配線板８の層構築はこの場合、自体公知の構築技
術を用いて行われるので、これに関しては詳しい説明を
省略する。唯一つのセンサ層１２に種々の差センサを配
置することには、次のような利点がある。すなわち、こ
れらの差センサの配線もやはりセンサ層１２で行なわ
れ、ひいては多層パネルまたは多層プリント配線板８に
同じく付加的な層の形で存在するその他の導体路２，２
ａからエレガントに解放されている。さらに、コンパク
トな付加的なセンサ層１２により、多層パネル全体また
は多層プリント配線板全体の安定性に関して利点が得ら
れる。付加的なセンサ層１２は多層パネルまたは多層プ
リント配線板の剛性を高め、それゆえにパネルの剛性が
重要となるような使用事例において有利に使用される。

【００１６】図３に示した実施例は、測定部１１，１１
ａにおける切欠き６の構成上の設計ならびに多層パネル
または多層プリント配線板８における差センサ１，１ａ
の取付けとを異ならせた点で、図２に示した実施例とは
異なっている。差センサ１，１ａはこの実施例では、多
層パネルまたは多層プリント配線板８に導入された孔１
３内に配置されている。これにより、図２に示したよう
な付加的なセンサ層を不要にすることができる。このこ
とは、多層パネルまたは多層プリント配線板８が材料節
約の目的でできるだけ少数の層だけで製作されなければ
ならない場合に有利である。さらに、切欠き６によって
測定部１１，１１ａを形成する際にかかる構成上の手間
も、図２の実施例に比べて減じられている。すなわち、
切欠き６の数は測定部１つ当たり４つから３つに減じら
れている。このことはもちろん、図２の実施例の場合と
は異なる電流案内を生ぜしめ、ひいては測定部１１，１
１ａに図２の実施例と比べて変えられた電流パスを生ぜ
しめる。孔１３はこの実施例では個々の導体路２，２ａ
の電流ブリッジ５を貫通していて、ひいては測定部１
１，１１ａの各３つの切欠き６のうちの１つを形成して
いる。孔１３内には、測定部１つ当たりそれぞれ１つの
差センサ１，１ａが配置されている。孔１３内での差セ
ンサ１，１ａの配置はこの場合、導体路２，２ａの上方
にそれぞれ１つのプレート形のホール素子が位置し、か
つ導体路２，２ａの下方にそれぞれ１つのプレート形の
ホール素子が位置するように選択されている。これによ
って、この実施例は次のような別の利点を有している。
すなわち、これらの差センサをあとから多層パネルまた
は多層プリント配線板８内に持ち込むことができ、そし
て多層パネルまたは多層プリント配線板８における差セ
ンサの取付けをリバーシブル（可逆的）に行うことがで
きる。差センサの着脱自在の取付けにより、欠陥のある
差センサを交換することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】切欠きを備えた導体路に対して相対的に位置決
めされた差センサを示す、本発明で使用される測定原理
を説明するための三次元分解斜視図である。

【図２】本発明の有利な実施例による多層プリント配線
板を側方から見た断面図と、上から見た平面図である。

【図３】本発明の別の有利な実施例による多層プリント
配線板を側方から見た断面図と、上から見た平面図であ
る。

【符号の説明】

１，１ａ 差センサ、 ２，２ａ 導体路、 ３ ホー
ル素子、 ４ チップ、 ５ 電流ブリッジ、 ６ 切
欠き、 ８ 多層プリント配線板、 ９ 支持体、 １
０ 絶縁層、 １１，１１ａ 測定部、 １２ センサ
層、 １３ 孔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続する複数の層（２，２ａ，９，１
   ０）から成る多層装置（８）において、当該多層装置
   （８）が少なくとも２つの導体路（２，２ａ）を有して
   おり、該導体路（２，２ａ）が、少なくとも１つの絶縁
   部（１０）によって互いに分離されており、前記導体路
   （２，２ａ）が、それぞれ少なくとも１つの測定部（１
   １，１１ａ）を有しており、該測定部（１１，１１ａ）
   に前記導体路（２，２ａ）が複数の切欠き（６）を備え
   ており、該切欠き（６）が、前記導体路（２，２ａ）に
   おける電流パスを方向付けており、各測定部（１１，１
   １ａ）に、所属の導体路（２，２ａ）内の電流を検出す
   る少なくとも１つの磁気的な差センサ（１，１ａ）が対
   応しており、該差センサ（１，１ａ）が、多層パネルま
   たは多層プリント配線板（８）に組み込まれており、磁
   気的な差センサ（１，１ａ）が、差回路の形に互いに接
   続されている少なくとも２つのプレート形のホール素子
   （３）から成っていることを特徴とする、組み込まれた
   電流検出部を備えた電気的な導体の多層装置。
2. 【請求項２】 導体路（２，２ａ）が、互いに分離され
   た状態で、１つの共通の層に配置されている、請求項１
   記載の多層装置。
3. 【請求項３】 導体路（２，２ａ）が、互いに平行な別
   々の層（２，２ａ）に配置されている、請求項１記載の
   多層装置。
4. 【請求項４】 導体路（２，２ａ）が、当該多層装置
   （８）のそれぞれ１つの完全な層（２，２ａ）を形成し
   ている、請求項３記載の多層装置。
5. 【請求項５】 導体路（２，２ａ）が、絶縁層（１０）
   によって分離されている、請求項３または４記載の多層
   装置。
6. 【請求項６】 差センサ（１，１ａ）が、１つの共通の
   センサ層（１２）に配置されている、請求項１から５ま
   でのいずれか１項記載の多層装置。
7. 【請求項７】 差センサ（１，１ａ）が、当該多層装置
   （８）に設けられた複数の孔（１３）内に配置されてい
   る、請求項１から５までのいずれか１項記載の多層装
   置。
8. 【請求項８】 差センサ（１，１ａ）が、当該多層装置
   に可逆的に組み込まれている、請求項７記載の多層装
   置。