电流检测装置

摘要

本发明公开一种电流检测装置。该电流检测装置能够减小结构的尺寸，并且能够进行霍尔元件的故障检测而不受外部磁场的影响。该电流检测装置包括相对地设置在位于电流路径上方的板的前表面(23a)和后表面(23b)上的两个磁检测器(15、16)，以便检测由在电流路径(11)中流动的电流产生的磁场的强度；安装在所述电流路径(11)上的电磁屏蔽框架部件(14)，以便两个磁检测器(15、16)和这两个磁检测器设置在其中的电流路径(11)的部件容纳在该电磁屏蔽框架部件的内部；以及从分别由两个磁检测器检测的磁场之间的差判断在两个磁检测器的任何一个中是否发生故障的控制电路。调节两个磁检测器(15、16)的灵敏度，以便从取决于检测的磁场强度的两个磁检测器输出的电流值在正常状态下是彼此相同的。

权利要求

1.一种电流检测装置，包括：

两个磁检测器，所述两个磁检测器相对地配置在位于电流路径上方的板的正表面和背表面上，以便检测由在所述电流路径中流动的电流产生的磁场的强度，其中，所述两个磁检测器位于与所述电流路径相距不同的距离处，并且所述两个磁检测器暴露在所述磁场的强度不同的位置处；

电磁屏蔽框架部件，所述电磁屏蔽框架部件安装在所述电流路径上，使得所述两个磁检测器所配置在的所述电流路径的一部分和所述两个磁检测器容纳在所述电磁屏蔽框架部件的内部；以及控制电路，该控制电路从分别由所述两个磁检测器检测的磁场之间的差来判定在所述两个磁检测器的任何一个中是否发生故障，其中，所述两个磁检测器彼此具有不同的特性，并且调节所述两个磁检测器的灵敏度，使得依据检测的磁场强度从所述两个磁检测器输出的电流值在正常状态下是彼此相同的。

2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中

所述两个磁检测器的每个设置成位于在该电流路径的沿着其宽方向的中心处。

说明书

电流检测装置

[0001] 本申请是2011年4月28日申请的名为“电流检测装置”(国际申请号：PCT/JP2011/060369，国际公开号：WO 2011/136328，进入中国国家阶段日期：2012年10月29日，申请号：
201180021550.6)的申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种电流检测装置，该电流检测装置利用设置在诸如电机这样的轿车电子设备中的电流路径附近的磁检测器，检测在该电流路径中流过的电流的值，并且特别是涉及一种能够检测发生在该磁检测器中的故障的电流检测装置。

背景技术

[0003] 为了检测在连接车辆的车载蓄电池和车辆的电子设备的电流路径中(例如，在汇流排中)流动的电流，使用电流检测装置。例如，如专利文献1所示，电流检测装置包括环形的芯、通过使该芯的一部分开口而形成的磁隙、以及设置在该磁隙中的霍尔元件，并且该电流检测装置构造成由设置在该磁隙中的霍尔元件来检测在插入该环形的芯中的电流路径中流动的电流的值。

[0004] 因此，在该电流检测装置中，当由流过该电流路径的电流在环形的芯中产生磁场时，由于根据磁场的霍尔效应，磁隙中的霍尔元件产生电压(霍尔电压)。在这时，该芯起到增强在电流路径中流动的电流产生的磁场的作用。由于霍尔元件产生的霍尔电压对应于该芯中的磁场强度并且对应于产生该磁场强度的在电流路径中流动的电流的值，所以该电流值可以被检测。

[0005] 在这种电流检测装置中，为了获得足够水平的检测电流以便电流检测性能不会下降，在该芯的磁隙中设置两个霍尔元件。因而，与一个霍尔元件的情况相比较，能够检测到几乎两倍水平的电流。两个霍尔元件沿着芯的厚度方向或沿着穿过该磁隙的磁力线的方向并置。

[0006] 因此，在现有技术的电流检测装置中，通过在芯的磁隙中设置两个霍尔元件，能够检测到希望水平的电流。

[0007] 引用列表

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：JP-A-2007-155400

[0010] 专利文献2：日本专利申请No.2008-306360

发明内容

[0011] 技术问题

[0012] 但是，在现有技术的电流检测装置中，由于需要其中两个霍尔元件设置在磁隙中的环形芯，所以存在整个装置的尺寸变大的不便，并且由于电流路径放置在芯的内部的事实，还存在所述芯对于电流路径的安装结构受限制的不便。虽然专利文献2中公开的电流检测装置使得环形的芯是不必需的，但是两个磁检测器必需设置在同一平面上，在这种情况下这对于减小整个装置的尺寸也是不利的。2010年6月10日公开了作为JP-A-2010-127896的专利文献2。

[0013] 鉴于上面提到的情况进行本发明，并且本发明的目的是提供一种电流检测装置，其能够减小装置的尺寸，并且能够以高精度进行霍尔元件的故障确定而不受外部磁场影响。

[0014] 问题的解决方案

[0015] 本发明的上述目的通过下面的结构实现。

[0016] (1)一种电流检测装置，包括：

[0017] 两个磁检测器，所述两个磁检测器相对地配置在位于电流路径上方的板的正表面和背表面上，以便检测由在所述电流路径中流动的电流产生的磁场的强度；

[0018] 电磁屏蔽框架部件，所述电磁屏蔽框架部件安装在所述电流路径上，使得所述两个磁检测器和所述两个磁检测器所配置在的所述电流路径的部分容纳在所述电磁屏蔽框架部件的内部；以及

[0019] 控制电路，该控制电路从分别由所述两个磁检测器检测的磁场之间的差来判定在所述两个磁检测器的任何一个中是否发生故障，其中，

[0020] 调节所述两个磁检测器的灵敏度，使得依据检测的磁场强度从所述两个磁检测器输出的电流值在正常状态下是彼此相同的。

[0021] 根据该电流检测装置，由于不需要包括像以前的结构中的芯并且只有至少一个磁检测器应当设置在同一个平面上，因此能够简化该电流检测装置并减小该电流检测装置的尺寸，并且能够容易进行磁检测器(霍尔元件)的故障确定而不受外部磁场的影响。

[0022] (2)根据结构(1)的电流检测装置，其中，所述两个磁检测器的每个设置成位于在该电流路径的沿着其宽方向的中心处。

[0023] 根据该电流检测装置，由于两个磁检测器设置在从电流路径产生的磁场强度容易成为最大的这些部分处，因此能够充分精确地测量流经该电流路径的电流的大小。

[0024] 本发明的有益效果

[0025] 根据本发明的电流检测装置，由于不需要包括像以前的结构的芯，并且只有至少一个磁检测器应当设置在同一个平面上，因此能够简化该电流检测装置并减小该电流检测装置的尺寸，并且能够容易进行磁检测器(霍尔元件)的故障确定而不受外部磁场的影响。

附图说明

[0026] [图1]是根据本发明的电流检测装置的侧视图。

[0027] [图2]是图1所示的电流检测装置的俯视图。

[0028] [图3]是沿着由图2所示的III-III表示的线截取的该电流检测装置的剖视图。

[0029] [图4]是从概念上描述在电磁屏蔽框架部件内的如图2所示形成霍尔IC的磁检测器的安装位置的俯视图。

[0030] [图5]是沿着由图4所示的V-V表示的线截取的在电磁屏蔽框架部件内的剖视图。

[0031] [图6]是示出在电磁屏蔽框架部件内，电流路径沿着汇流排的宽度方向所产生的磁通量Bw的分布的说明图。

[0032] [图7]是示出在电磁屏蔽框架部件内，电流路径沿着汇流排的长度方向所产生的磁通量B1的分布的说明图。

[0033] [图8]是示出该电流检测装置的故障检测电路的方框图。

[0034] [图9]是表示从Y中心位置在Y方向上的距离与磁通量密度的关系的图表。

[0035] [图10]是示出当利用其灵敏度能够调节的两个霍尔IC时的故障检测区的图表。

[0036] 参考记号列表

[0037] 11：汇流排(电流路径)

[0038] 14：电磁屏蔽框架部件

[0039] 15、16：霍尔IC(磁检测器)

[0040] 23a、23b：正表面、背表面

[0041] 32：故障判定电路

具体实施方式

[0042] 下面，将参考附图来描述根据本发明的电流检测装置的优选实施例。在该实施例中，采用霍尔IC作为磁检测器，该磁检测器检测由流经电流路径的电流产生的磁场强度。

[0043] 图1是根据本发明的电流检测装置的侧视图。图2是图1所示的电流检测装置的俯视图。图3是沿着由图2所示的III-III表示的直线截取的该电流检测装置的剖视图。图4是从概念上描述在电磁屏蔽框架部件内的如图2所示形成霍尔IC的磁检测器的安装位置的俯视图。图5是沿着由图4所示的V-V表示的线截取的在电磁屏蔽框架部件内的剖视图。图6是示出在电磁屏蔽框架部件内，电流路径沿着汇流排的宽度方向所产生的磁通量Bw的分布的说明图。图7是示出在电磁屏蔽框架部件内，电流路径沿着汇流排的长度方向所产生的磁通量B1的分布的说明图。图8是示出该电流检测装置的故障检测电路的方框图。图9是表示从Y中心位置在Y方向上的距离与磁通量密度的关系的图表。图10是示出当利用其灵敏度能够调节的两个霍尔IC时的故障检测区的图表。

[0044] 该实施例的电流检测装置包括作为形成该电流检测装置的外形的壳体的基底块12和端子块13，覆盖该基底块12和端子块13的侧表面电磁屏蔽框架部件14，以及装接于端子块13上的两个霍尔IC 15、16。基底块12是位于汇流排11下方(图1和图3中的下侧)的壳体，并且固定于该汇流排11。另一方面，端子块13是位于汇流排11上方的壳体，并且当放置在基底块12上时被固定。该电磁屏蔽框架部件14安装在汇流排11上，使得两个霍尔IC 15、
16和设置在霍尔IC 15、16附近的汇流排11的一部分容纳在内部。

[0045] 如果电流在汇流排11中流动，则围绕该汇流排11将产生磁场。该磁场由安装在端子块13上的霍尔IC 15、16中的每个霍尔元件(磁性检测元件)来检测，并且每个霍尔元件检测的电压被每个霍尔IC 15、16中的放大电路放大，并且输出与检测到的磁场成比例的电压值。即，根据从霍尔元件的输出，对在汇流排11中流动的电流值进行检测。

[0046] 基底块12用诸如塑料的绝缘材料模制，并且在基底块12的顶表面上形成嵌合槽口(凹槽)17，该嵌合槽口容纳汇流排11的特定长度并且嵌合于该汇流排11。从顶部到底部贯穿的螺纹孔18设置在沿着基底块12的长度方向(图2所示的X方向)两端的附近。这些螺纹孔18用来将汇流排11牢牢地拧紧到基底块12上。用于电磁屏蔽框架部件14的嵌合槽口(凹槽)
19形成在基底块12的底表面上，该电磁屏蔽框架部件14用于沿着长度方向(X方向)的特定宽度覆盖基底块12和端子块13侧表面(沿着Y方向的侧表面)和基底块12的底表面。当电磁屏蔽框架部件14安装在基底块12和端子块13上时，该电磁屏蔽框架部件14被容纳在嵌合槽口(凹槽)19中。

[0047] 汇流排11是其横向(Y方向)尺寸不变的导电板并且安装孔20设置，成在对应于形成在基底块12上的螺纹孔18的部分处贯穿。因此，通过将汇流排11安装于基底块12上的嵌合槽口17，并且从汇流排11的上表面通过安装孔20将止动螺钉12a拧紧在螺纹孔18中，汇流排11能够牢固地装接于该基底块12。因而，汇流排11由基底块12稳定地支撑。

[0048] 端子块13用绝缘的塑料材料模制并且放置在基底块12上。端子块13一体地具有用于收纳霍尔IC的IC收纳凹口21和用于容纳配对连接器(图中未示出)的连接器插入筒22。绝缘板23固定于IC收纳凹口21，并且两个霍尔IC 15、16和导电的电路布图(图中未示出)排布在该绝缘板23的正表面23a和背表面23b上。每个霍尔IC 15、16都是将霍尔元件与放大电路集成而作为磁检测器的芯片，并且使用输出与检测到的磁场强度成比例的电压的模拟型芯片。放大电路将电压输出放大，并且将电压输出转换成电流值并且输出该结果。霍尔IC15、16对IC收纳凹口21的排布部位在后面描述。

[0049] 另一方面，多个连接销24中每个的一端从连接器插入筒22的底部伸出，并且每个这些连接销24的另一端埋设在端子块13中。埋设在端子块13中该连接销24的另一端经由埋设在绝缘板23中的引线25连接于霍尔IC 15、16的连接端子。当阴连接器(图中未示出)嵌合在连接器插入筒22中时，并且在该阴连接器一侧处的连接端子插入连接销24中的时候，霍尔IC 15、16的输出信号能够被引出到外部电路。

[0050] 电磁屏蔽框架部件14形成为U状，以便覆盖基底块12和端子块13的侧表面(特别是在基底块12和端子块13的侧表面之中面向容纳霍尔IC 15、16的IC收纳凹口21侧表面那些部分)，并且正如上面所提到的，安装嵌合在基底块12的嵌合槽口19中。在该电磁屏蔽框架部件14中，沿着高度方向(Z轴方向)伸出的夹紧爪26形成在基底块12和端子块13的侧表面被覆盖的部分的端部处，并且夹紧爪26被夹紧并连接装接于IC收纳凹口21的上开口边缘21a。当汇流排11和连接装接于汇流排11的基底块12被收纳U形形状的内部时，通过将电磁屏蔽框架部件14的夹紧爪26夹紧并装接到IC收纳凹口21的上开口边缘21a，使放置在基底块12上的端子块13牢固地保持在基底块12上。因此，汇流排11确定地保持在块12和13之间。
当电磁屏蔽框架部件14覆盖IC收纳凹口21的侧表面时，能够防止电磁波从IC收纳凹口21的外面传播到IC收纳凹口21的内部。

[0051] 正如上面所提到的，长的汇流排11插入形成在基底块12的中间部分中的嵌合槽口17中。优选调整基底块12的形状和嵌合槽口17的切割长度，使得当从上面看基底块12时，汇流排11的中心线(穿过汇流排11的宽度方向中心的直线)和基底块12的中心线(穿过该基底块12的顶表面的宽度方向中心的直线)相一致。图4示出汇流排11的中心线和基底块12的中心线与中心线B一致。通过使基底块12的宽度(Y方向)尺寸和放置在该基底块12上的端子块
13的宽度尺寸相等，覆盖基底块12和端子块13的电磁屏蔽框架部件14的宽度方向(Y方向)的中心与每个中心线相一致。

[0052] 当汇流排11安装于电磁屏蔽框架部件14时，该电磁屏蔽框架部件14防止电磁波传播到IC收纳凹口21的内部和电磁屏蔽框架部件14的内部，从汇流排11产生的磁场强度对于平面A对称地分布。如图4所示，平面A是在电磁屏蔽框架部件14的长度方向(X方向)上垂直相交的平面，并且是位于电磁屏蔽框架部件14的长度方向两端的中心的平面。在这个实施例中，为了使从汇流排11产生的磁场强度在电磁屏蔽框架部件14内部对于平面A对称地分布，通过使电磁屏蔽框架部件14的形状是长方体并且设定了将长方体分成同样形状的两个长方体的平面A，电磁屏蔽框架部件14内部的磁场强度的分布是对称的。于是，在通过穿过霍尔IC 15、16并且从电磁屏蔽框架部件14中的底壁沿着Z方向位于高度C处的中心线B中，电磁屏蔽框架部件14内部汇流排11所产生的磁通量Bw的分布如图6所示。在图6的分布中，宽度表示在X方向上的位置，其中平面A的位置为0(由于电磁屏蔽框架部件14沿着长度方向的长度为12mm，假定X宽度的最大值为6mm，并且假定最小值为-6mm)，而纵轴表示磁场的强度Bw。在电磁屏蔽框架部件14的内部，磁场强度分布为沿着长度方向在电磁屏蔽框架部件14的中心O附近最大(在图6中，大约5mT),并且随着沿长度方向朝向电磁屏蔽框架部件14的两端而减小(在图6中，大约1.4mT)。即，磁场强度分布成沿着长度方向(X方向)从平面A朝着电磁屏蔽框架部件14的两端(每个都位于图6中沿着长度方向距中心0为6mm的位置处)对称地减小。在电磁屏蔽框架部件14内部出现这样的磁场强度分布的理由，即，为什么磁场强度沿着电磁屏蔽框架部件14的长度方向在中心0附近变成最大，是因为从汇流排11产生的磁场在电磁屏蔽框架部件14的内壁表面的任意部分被反射(该电磁屏蔽框架部件14设置成以便严格防止电磁波从电磁屏蔽框架部件14的外面传播到内部，并且同时还实现在电磁屏蔽框架部件14内部的电磁波的不传播到外面的作用)，并且这种反射的磁场可以沿着电磁屏蔽框架部件14的长度方向传播而穿过中心0附近的部分。

[0053] 电磁屏蔽框架部件14的形状不限于长方体，而可以是其他的形状，只要当在汇流排11的长度方向上垂直相交的平面划分该电磁屏蔽框架部件14的内部时得到相同形状的两个空间。当介电材料包围电磁屏蔽框架部件14的内部，并且在汇流排11的长度方向上垂直相交的平面划分该电磁屏蔽框架部件14的介电材料内部时，这两个空间内部的磁场强度的分布可以成为对称的。简言之，从电流路径产生的磁场强度对于在汇流排11的长度方向上垂直相交的平面A仅仅必需成为对称分布的。

[0054] 如图4所示，在汇流排11的纵向上，霍尔IC 15、16的前后部分设置成对于平面A是对称的。如图5所示，这些霍尔IC 15、16在电磁屏蔽框架部件14中设置在不同的高度(Z方向)C和D处。在这里，两个霍尔IC 15、16描述成分别设置在沿着中心线B的两个位置中。从而，由于霍尔IC 15、16设置在从汇流排11产生的磁场强度容易成最大的位置中，所以实现了能够以足够的精度测量流经汇流排11的电流的大小的效果。

[0055] 因此，由于沿着汇流排纵向的霍尔IC 15、16的前后部分设置成对于上面提到的平面A是对称的,并且两个霍尔IC 15、16在电磁屏蔽框架部件14中设置在不同的高度(Z方向)C和D处，因此两个霍尔IC 15、16暴露在磁场强度不同的位置。因此，正如下面所描述的，调节两个霍尔IC 15、16的灵敏度以便根据检测的磁场强度而输出的电流值在正常状态下彼此相同。即，使用不同特性的霍尔IC 15、16。因此，每个霍尔IC 15、16在正常情况下将输出相同水平的电流值。

[0056] 另一方面，当如上所述设置的霍尔IC 15、16的输出电流值不同时，可以确定霍尔IC 15、16中的任意一个发生故障。图8是霍尔IC 15、16的故障检测电路。在该故障检测电路中，电流比较器31比较霍尔IC15、16的输出电流。根据这个比较结果，故障判定电路32判断霍尔IC15、16中是否任意一个发生故障，或两个霍尔IC 15、16都正常，并且判断结果显示在指示器33上。

[0057] 霍尔IC 15、16设置成通过汇流排11的横向的中心线B，并且霍尔IC 15、16在汇流排横向中的左右部分变成对于图5所示的平面A′对称，该平面A′与汇流排11垂直相交。

[0058] 当汇流排11安装于电磁屏蔽框架部件14时，电磁屏蔽框架部件14防止电磁波传播到IC收纳凹口21的内部和电磁屏蔽框架部件14的内部，汇流排11产生的磁场强度对于平面A′对称地分布。如图5所示，平面A′是穿过汇流排11的横向的中心线B(参考图4)并且与汇流排11垂直相交的平面，汇流排11沿着在电磁屏蔽框架部件14长度方向(X方向)上延伸。为了使从汇流排11产生的磁场强度在电磁屏蔽框架部件14内部对于平面A对称分布，通过使电磁屏蔽框架部件14的形状是长体并且设定将长方体分成同样形状的两个长体的平面A′,使电磁屏蔽框架部件14内部的磁场强度的分布是对称的。于是，在穿过霍尔IC 15、16并且在Z方向上位于距离电磁屏蔽框架部件14的底壁高度C处的横向(Y方向)中，汇流排11在电磁屏蔽框架部件14内部产生的磁通量B1的分布如图7所示。在图7的分布中，该宽度表示Y方向上的位置，其中平面A′的位置为0，并且纵轴表示磁场的强度B1。在电磁屏蔽框架部件14内部，磁场强度分布成沿着横向的汇流排11的中心0的附近最小，并且沿着横向朝着汇流排11的两端增加。即，磁场强度分布成从平面A′沿着横向(Y方向)朝着汇流排11的两端对称地增加。在电磁屏蔽框架部件14内部出现这样的磁场强度分布的原因是因为汇流排11截面沿着宽度方向对称的。

[0059] 因此，由于沿着汇流排宽度方向的霍尔IC 15、16的左右部分设置成对于平面A′是对称的，并且正如上面所提到的，两个霍尔IC 15、16在电磁屏蔽框架部件14内部位于不同的高度(Z方向)C和D处，两个霍尔IC 15、16暴露在磁场强度不同的地方。因此，正如上面所提到的，调节两个霍尔IC 15、16的灵敏度，使得根据检测的磁场而输出的电流值在正常状态下是彼此相同的。因此，每个霍尔IC 15、16将输出相同水平的电流值。另一方面，当如上所述设置的霍尔IC 15、16的输出电流值不同时，可以确定霍尔IC 15、16的两者中的任何一个发生故障。

[0060] 霍尔IC 15、16沿着作为高度方向的Z轴线方向(分开地)设置，并且沿着作为汇流排横向的Y方向指向中心(A′)，并且沿着作为汇流排纵向的X方向指向中心(A)。当假定100A的电流在汇流排11中流动时，由流进汇流排11中的电流在汇流排11的宽度方向中心沿着Y方向上产生的磁通量密度B100像例如图9所示图表那样。即，如果到汇流排11的表面的距离L变得越长，磁通量密度B100将变得越小。例如，霍尔IC 16在图5所示的位置C的磁通量密度B100是0.07mT/A，而霍尔IC 15在位置D的通量密度是0.059mT/A。因此，由于在C和D产生的磁通量密度彼此不同，所以调节霍尔IC 15、16的灵敏度以便得到相同的输出。

[0061] 图10示出了当使用其灵敏度可以在0.05到0.3V/mT的范围内调节的两个霍尔IC 15、16时，在最大电流下能够输出1.5V电压的电流检测范围。通过由位置C和D的磁通量密度B100(参考图9)以及霍尔IC A和霍尔IC B的灵敏度S的计算，能够获得这些电流检测范围。从图10的图表能够看到，当两个霍尔IC A和霍尔IC B的输出电流I相同时，重叠的范围(85到
428A)变成可能的故障检测范围。如果单独的灵敏度是对应的，则能够测量更宽的电流范围。也就是，如图10所示，通过改变霍尔IC A和霍尔IC B的输出，宽范围的电流测量成为可能。当使用其灵敏度可以在0.05到0.3V/mT的范围内调节的两个霍尔IC A和霍尔IC B时，可能的故障检测范围是85到428A，并且宽的电流测量范围是72至508A。

[0062] 如上所述，根据该实施例，不需要包括像以前的结构的芯。不需要像现有技术的例子那样，平行地设置两个霍尔IC使得它能够比较传感器输出并且确定电流传感器的故障。因此，在同一平面上设置一个磁检测器，并且能够实现电流检测装置的简化和小型化。

[0063] 通过改变霍尔IC 15、16的灵敏度，能得到相同的输出，并且通过比较输出，能够进行故障诊断。因而，磁检测器(霍尔元件)的故障确定能够容易进行，而不受外部磁场的影响。

[0064] 如果对于霍尔IC 15、16设置单独的灵敏度，能够以足够的精度检测宽的电流范围而不增大尺寸。

[0065] 虽然在这个实施例中描述了检测流入汇流排11的电流所产生的磁场，但是在不同于汇流排的电流路径中，例如通常的电线中流动的电流，可以利用上面提到的电磁屏蔽框架部件和霍尔IC来检测，并且霍尔元件的故障检测也能够像上面一样进行。

[0066] 虽然参考实施例详细地描述了本发明，但是应当明白，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以进行各种改变和修改。

[0067] 本申请基于2010年4月28日提交的本专利申请(专利申请No.2010-104291)，其内容通过引用结合于此。