本申请以第2018－225746号日本专利申请(申请日：2018年11月30日)为基础申请并对其主张优先权。并且，本申请通过引用该基础申请而包含了该基础申请的全部内容。
本发明的实施方式涉及电流检测装置。
背景技术：
电流检测装置使应检测的电流流过线圈，并检测由该线圈产生的磁场，由此检测电流。例如，通过霍尔元件检测所产生的磁场。为了使电流检测装置高性能且稳定地进行动作，通常已知有在线圈和霍尔元件之间设置屏蔽层(屏蔽片)的构造。
在设置屏蔽层的构造中，在屏蔽层上产生涡电流，并产生与由线圈产生的磁场反向的磁场。因此，由线圈产生的有效的磁场被通过涡电流而产生的反向的磁场抵消，因而在霍尔元件检测出的磁场不足，导致来自霍尔元件的驱动电路的输出电压降低。因此，在以往的电流检测装置中，通过放大电路将来自霍尔元件的驱动电路的输出电压放大，进行电流的检测。
但是，放大电路的放大率具有界限，并且在放大电路的放大率过大时，噪声有可能混入霍尔元件的驱动电路中，电流检测装置的性能降低。
技术实现要素：
实施方式提供一种电流检测装置，即使是设置了屏蔽层的构造，也能够提高通过霍尔元件检测出的磁场。
实施方式的电流检测装置具有线圈图案、磁场检测元件和屏蔽层。线圈图案由圆弧形状的平面线圈、和从圆弧形状的平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部构成。磁场检测元件在与平面线圈的平面正交的方向上离开线圈图案而配置，并被设置成接收线圈图案产生的第1方向的磁场。屏蔽层设于线圈图案和磁场检测元件之间，具有缝隙部。
附图说明
图1是有关本实施方式的电流检测装置的整体结构图。
图2是有关本实施方式的电流检测装置的侧视图。
图3是用于说明线圈图案和屏蔽层的配置的主视图。
图4是用于说明在屏蔽层产生的涡电流的一例的图。
图5是表示在两个线圈图案16a、16b流过的交流电流的频率和所产生的磁场的磁通密度的关系的曲线图。
图6是用于说明缝隙部的另一种结构的图。
图7是用于说明缝隙部的另一种结构的图。
图8是表示在两个线圈图案16a、16b流过的交流电流的频率和所产生的磁场的磁通密度的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行详细说明。
首先，根据图1及图2说明有关本实施方式的电流检测装置的结构。
图1是有关本实施方式的电流检测装置的整体结构图。图2是有关本实施方式的电流检测装置的侧视图。
电流检测装置1检测流过配线l1的电流i。所检测的电流是直流或者交流。电流检测装置1由通过层叠而形成的一片基板11构成。本实施方式的电流检测装置1被用于ac/dc适配器、通用逆变器或电机可变速设备的控制装置、功率模块的过电流保护等。
另外，在本实施方式中，通过层叠来形成一片基板11即电流检测装置1，但也可以是，例如通过将两片基板或者三片以上的基板进行贴合，形成本实施方式的电流检测装置1。
基板11具有矩形的形状，具有正面侧的平坦面11a和背面侧的平坦面11b。另外，基板11的形状不限于矩形的形状，也可以是其它的形状，例如圆形的形状等。
在面11a上设有放大电路12和驱动霍尔元件19的驱动电路13，放大电路12将在后述的霍尔元件19检测出的电压信号放大。
并且，在面11a上形成有用于连接两条配线l1的焊盘14a及14b、从焊盘14a及14b延伸的配线图案15a及15b、以及具有圆弧形状的平面线圈和从平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部的线圈图案16a。
线圈图案16a具有一端部16a1和另一端部16a2，一端部16a1与配线图案15a连接。由此，由配线l1输入的电流i从线圈图案16a的一端部16a1流过另一端部16a2。
并且，在面11b形成有具有圆弧形状的平面线圈和从平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部的线圈图案16b。线圈图案16b具有一端部16b1和另一端部16b2。线圈图案16b的一端部16b1与线圈图案16a的另一端部16a2电连接。并且，线圈图案16b的另一端部16b2与配线图案15b电连接。
具体地，线圈图案16b的一端部16b1通过多个配线图案20及设置在多个接触孔(即导通孔)内的多个导体21，与线圈图案16a的另一端部16a2电连接。并且，线圈图案16b的另一端部16b2通过多个配线图案22及设置在多个接触孔内的多个导体23，与配线图案15b电连接。
由此，从线圈图案16a的另一端部16a2输入的电流i，从线圈图案16b的一端部16b1流过另一端部16b2。其结果是，通过线圈图案16a产生的磁场的方向和通过线圈图案16b产生的磁场的方向相同。在下面的说明中，将通过线圈图案16a及16b产生的磁场的方向称为第1方向。
在线圈图案16a和霍尔元件19之间设有屏蔽层17a，用于屏蔽电磁噪声进入霍尔元件19或者霍尔元件19的驱动电路。同样，在线圈图案16b和霍尔元件19之间设有屏蔽层17b，用于屏蔽电磁噪声进入霍尔元件19或者霍尔元件19的驱动电路。屏蔽层17a及17b是铜、铝等导电材料的片状部件。
屏蔽层17a及17b分别具有缝隙部18a及18b。在通过线圈图案16a及16b产生了第1方向的磁场的情况下，在屏蔽层17a及17b产生涡电流。通过在屏蔽层17a及17b产生的涡电流，产生与第1方向的磁场反向的第2方向的磁场。在屏蔽层17a及17b设置的缝隙部18a及18b具有用于减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场的功能。
在基板11内设有作为磁力传感器的霍尔元件19。霍尔元件19被配置成位于两个线圈图案16a和16b之间。更具体地，霍尔元件19被配置成位于屏蔽层17a和17b之间。作为磁场检测元件的霍尔元件19产生与磁通密度成比例的电动势，并输出与电动势对应的电压信号。
即，两个线圈图案16a和16b分别具有圆弧形状的平面线圈和从平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部。霍尔元件19在与两个线圈图案16a和16b的平面正交的方向上离开各线圈图案16a、16b而配置，并被设置成当电流流过两个线圈图案16a和16b时接收各线圈图案16a、16b形成的磁场。
更具体地，线圈图案16a产生的磁通的中心轴和线圈图案16b产生的磁通的中心轴位于同一轴上，霍尔元件19被设置在线圈图案16a、16b之间的上述同一轴上。
霍尔元件19的输出信号(电压信号)通过在基板11上及基板11内设置的多个配线图案及在多个接触孔内设置的多个导体，输入至被配置在基板11上的放大电路12并被放大。霍尔元件19检测通过输入至线圈图案16a、16b的电流i而产生的磁通，由此输出电压信号，但电压的振幅较小。因此，通过放大电路12将电压放大，由此观测输入线圈图案16a、16b的电流i。
(线圈图案及屏蔽层的结构)
图3是用于说明线圈图案和屏蔽层的结构的主视图。另外，在图3中对线圈图案16a及屏蔽层17a的结构进行说明，线圈图案16b及屏蔽层17b的结构分别与线圈图案16a及屏蔽层17a的结构相同。
如图3所示，线圈图案16a由在中心具有孔的圆弧形状的平面线圈16a3、和从圆弧形状的平面线圈16a3的端部延伸的相互平行的直线部16a4构成。
屏蔽层17a具有缝隙部18a，用于减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场。缝隙部18a构成为具有矩形形状的开口部18a1、和从开口部18a1延伸的至少两个以上的缝隙18a2，开口部18a1被设置成在俯视观察线圈图案16a时包括(贯通)圆弧形状的平面线圈16a3的中心的孔。至少两个以上的缝隙18a2相对于矩形形状的开口部18a1的上下方向对称地延伸。
图4是用于说明在屏蔽层产生的涡电流的一例的图。
在屏蔽层17a产生的涡电流流入缝隙部18a的两个缝隙18a2之间，通过开口部18a1的缘部进行反射。此时，流入两个缝隙18a2的涡电流和从两个缝隙18a2之间流出的涡电流相互抵消，因而通过涡电流而产生的第2方向的磁场减小。特别是流入两个缝隙18a2的涡电流和从两个缝隙18a2之间流出的涡电流是平行的，因而抵消效果增大。
在本实施方式中，缝隙部18a的各缝隙18a2的形状为矩形的形状。在这种情况下，流入两个缝隙18a2之间的涡电流的方向和从两个缝隙18a2之间流出的涡电流的方向成为完全相反的方向(180°)，因而抵消效果最大。
另外，缝隙部18a的各缝隙18a2的形状不限于矩形的形状，也可以是其它的形状。在这种情况下，流入两个缝隙18a2之间的涡电流的方向和从两个缝隙18a2之间流出的涡电流的方向有时不会成为完全相反的方向(180°)，但是将流入的涡电流和流出的涡电流抵消的效果是充分的。
通过涡电流而产生的第2方向的磁场是与通过线圈图案16a产生的第1方向的磁场反向的。因此，通过霍尔元件19检测出的通过线圈图案16a产生的第1方向的磁场，被通过涡电流而产生的第2方向的磁场抵消而减小。
在本实施方式中，通过在屏蔽层17a设置的缝隙部18a，能够减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场。因此，通过线圈图案16a产生的第1方向的磁场、和通过涡电流而产生的与通过线圈图案16a产生的第1方向的磁场反向的第2方向的磁场的抵消效果减小。其结果是，电流检测装置1能够提高能够通过霍尔元件19检测的磁场。
同样地，在屏蔽层17b的缝隙部18b中，也能够减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场。由此，通过线圈图案16b产生的第1方向的磁场和通过涡电流而产生的第2方向的磁场的抵消效果减小，能够提高能够通过霍尔元件19检测的磁场。
图5是表示在两个线圈图案16a、16b流过的交流电流的频率和所产生的磁场的磁通密度的关系的曲线图。在图5中示出了与屏蔽层17a、17b的材料和有无缝隙部18a、18b对应的磁通密度的变化。
折线31表示屏蔽层17a、17b的材料是铝、有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。并且，折线32表示屏蔽层17a、17b的材料是铜、有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。
另一方面，折线33表示屏蔽层17a、17b的材料是铝、没有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。并且，折线34表示屏蔽层17a、17b的材料是铜、没有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。
如图5所示，在所检测的电流的频率较低时，通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度，不因屏蔽层17a、17b的材料、有无缝隙部18a、18b而变化。
但是，在所检测的电流的频率提高时，通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度，在有缝隙部18a、18b时和没有时大不相同。例如，在频率是1m(1.e 06)hz以上的情况下，在有缝隙部18a、18b时和没有缝隙部18a、18b时，磁通密度大不相同。
具体地，在屏蔽层17a、17b的材料是铝、有缝隙部18a、18b的情况下(折线31)，与屏蔽层17a、17b的材料是铝、没有缝隙部18a、18b的情况相比(折线33)，磁通密度增大2倍以上。
这样，通过在噪声降低用的屏蔽层17a、17b设置缝隙部18a、18b，能够降低通过涡电流而产生的第2方向的磁场。通过涡电流而产生的第2方向的磁场，与通过平面线圈16a3产生的第1方向的磁场反向。
并且，通过涡电流而产生的第2方向的磁场削弱通过平面线圈16a3产生的第1方向的磁场。在本实施方式中，由于能够减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场，因而能够减小将第1方向的磁场抵消的效果，通过霍尔元件19检测高的磁场。
因此，根据上述的实施方式的电流检测装置，能够提高通过霍尔元件检测出的磁场。
本实施方式的屏蔽层17a、17b的作用是屏蔽电磁噪声进入霍尔元件19或者霍尔元件19的驱动电路，因而不能将屏蔽层17a、17b从电流检测装置1中完全去除或者在霍尔元件19附近的屏蔽层17a、17b设置较大的开口。但是，当在线圈图案16a和霍尔元件19之间以及线圈图案16b和霍尔元件19之间设置屏蔽层17a、17b时，将导致通过霍尔元件19检测出的磁通降低。
与此相对，本实施方式的电流检测装置1通过在屏蔽层17a、17b设置上述的缝隙部18a、18b，能够屏蔽电磁噪声进入霍尔元件19或者霍尔元件19的驱动电路，并且如图5所示，能够提高通过霍尔元件19检测出的磁通。即，本实施方式的电流检测装置1能够一并实现降低进入霍尔元件19或者霍尔元件19的驱动电路的电磁噪声、以及增大通过霍尔元件19检测出的磁通的效果。
另外，两个线圈图案16a、16b分别由在中心具有孔的圆弧形状的平面线圈、和从圆弧形状的平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部构成，但两个线圈图案16a、16b的形状不限于这些形状。例如，两个线圈图案16a、16b的圆弧形状的平面线圈也可以是具有多个匝数的旋涡形状的平面线圈。并且，两个线圈图案16a、16b的圆弧形状的平面线圈还可以是四边形的平面线圈或者三角形的平面线圈。另外，两个线圈图案16a、16b的从圆弧形状的平面线圈的端部延伸的直线部相互平行，但不限于此，也可以不相互平行。
并且，在上述的实施方式中，设置成两个线圈图案16a、16b夹着霍尔元件19，但线圈图案也可以是一个。另外，在上述的实施方式中，设置成两个屏蔽层17a、17b夹着霍尔元件19，但屏蔽层也可以是一个。例如，当在电流检测装置1设有一个线圈图案及一个屏蔽层的情况下，在一个线圈图案和霍尔元件19之间配置一个屏蔽层即可。
(变形例1)
另外，在上述的实施方式中，缝隙部18a构成为具有矩形形状的开口部18a1、和相对于开口部18a1的上下方向对称地延伸的至少两个以上的缝隙18a2，但不限于此，缝隙部18a也可以是图6及图7所示的结构。
图6是用于说明缝隙部的另一种结构的图。图6所示的屏蔽层41与上述的实施方式一样具有缝隙部42，用于减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场。
缝隙部42构成为具有圆形形状的开口部43、和至少两个以上的缝隙44，开口部43被设置成在俯视观察线圈图案16a时包括(贯通)圆弧形状的平面线圈16a3的中心的孔。另外，缝隙部42构成为具有连接至少两个以上的缝隙44中相邻的缝隙44的一端部或者另一端部的连接部45。
图7是用于说明缝隙部的另一种结构的图。另外，在图7中，对与图6相同的结构标注相同的标号并省略说明。图7所示的屏蔽层41a与上述的实施方式一样具有缝隙部42a，用于减小通过涡电流而产生的第2方向的磁场。缝隙部42a构成为具有在规定的位置连接至少两个以上的缝隙44中相邻的缝隙44的连接部45a。
(变形例2)
在上述的实施方式的图5中，对与屏蔽层17a、17b的材料和有无缝隙部18a、18b对应的磁通密度的变化进行了说明，而在变形例2中，对与屏蔽层17a、17b的厚度和有无缝隙部18a、18b对应的磁通密度的变化进行说明。
图8是表示在两个线圈图案16a、16b流过的交流电流的频率和所产生的磁场的磁通密度的关系的曲线图。在图8中示出了与屏蔽层17a、17b的厚度和有无缝隙部18a、18b对应的磁通密度的变化。另外，屏蔽层17a、17b的材料是铝。
折线51表示屏蔽层17a、17b的厚度是5μm、有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。并且，折线52表示屏蔽层17a、17b的厚度是11μm、有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。
另一方面，折线53表示屏蔽层17a、17b的厚度是5μm、没有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。并且，折线54表示屏蔽层17a、17b的厚度是11μm、没有缝隙部18a、18b时的磁通密度的变化。
如图8所示，在所检测的电流的频率较低时，通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度不因屏蔽层17a、17b的厚度和有无缝隙部18a、18b而变化。
但是，如果所检测的电流的频率提高，则通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度，在有缝隙部18a、18b时和没有时大不相同。例如，在频率是1m(1.e 06)hz以上的情况下，在有缝隙部18a、18b时和没有缝隙部18a、18b时，磁通密度大不相同。
另外，在没有缝隙部18a、18b的情况下，磁通密度根据屏蔽层17a、17b的厚度而大不相同。即，如图8的折线53、54所示，随着屏蔽层17a、17b的厚度增厚，通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度大幅降低。
另一方面，在有缝隙部18a、18b的情况下，磁通密度对屏蔽层17a、17b的厚度的依存性低。即，如图8的折线51、52所示，即使是屏蔽层17a、17b的厚度增厚的情况下，通过两个线圈图案16a、16b产生的磁通密度也未大幅降低。
这样，通过在屏蔽层17a、17b设置缝隙部18a、18b，能够不依赖于屏蔽层17a、17b的厚度，通过霍尔元件19检测较高的磁场。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅是作为示例而示出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式可以通过其他各种各样的方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围下可以进行各种的省略、替换和变更。这些实施方式和其变形包含在发明的范围和主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其均等的范围中。
1.一种电流检测装置，其特征在于，具有：
线圈图案，包括圆弧形状的平面线圈、和从所述圆弧形状的平面线圈的端部延伸的相互平行的直线部；
磁场检测元件，在与所述平面线圈的平面正交的方向上离开所述线圈图案而配置，并被设置成接收所述线圈图案产生的第1方向的磁场；以及
屏蔽层，设于所述线圈图案和所述磁场检测元件之间，具有缝隙部。
2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，
所述缝隙部具有开口部、和从所述开口部延伸的至少两个以上的缝隙，在俯视观察所述线圈图案时，所述开口部包括在所述平面线圈的中心设置的孔。
3.根据权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，
所述缝隙部具有连接所述至少两个以上的缝隙中相邻的缝隙的一端部或者另一端部的连接部。
4.根据权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，
所述缝隙部具有在规定的位置连接所述至少两个以上的缝隙中相邻的缝隙的连接部。
5.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，
所述线圈图案包括第1及第2线圈图案，
所述第1线圈图案产生的磁通的中心轴和所述第2线圈图案产生的磁通的中心轴位于同一轴上，
所述磁场检测元件被设置在所述第1及第2线圈图案之间并且在所述同一轴上。
6.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，
所述屏蔽层屏蔽电磁噪声进入所述磁场检测元件或者所述磁场检测元件的驱动电路。
7.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，
所述电流检测装置具有：
放大电路，将通过所述磁场检测元件检测出的电压信号放大；
驱动电路，对所述磁场检测元件进行驱动。
技术总结