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JPH0366808B2 - - Google Patents
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JPH0366808B2 - - Google Patents

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JPH0366808B2
JPH0366808B2 JP61184489A JP18448986A JPH0366808B2 JP H0366808 B2 JPH0366808 B2 JP H0366808B2 JP 61184489 A JP61184489 A JP 61184489A JP 18448986 A JP18448986 A JP 18448986A JP H0366808 B2 JPH0366808 B2 JP H0366808B2
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JP
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magnetic flux
transformer
magnetic
hall element
insulating substrate
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Satoru Inagi
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Tamura Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は磁束平衡法を利用する装置に使用され
る磁束平衡法用トランスに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a transformer for magnetic flux balancing method used in a device using magnetic flux balancing method.

(従来技術およびその問題点) 磁束平衡法とは、コイルもしくはトランスの磁
束を外部回路からコイルへ励磁を行うことにより
零となるように制御することを言い、その応用に
より絶縁アンプ、磁気センサ等を構成することが
できる。
(Prior art and its problems) The magnetic flux balance method refers to controlling the magnetic flux of a coil or transformer so that it becomes zero by exciting the coil from an external circuit, and its application can be applied to isolated amplifiers, magnetic sensors, etc. can be configured.

しかして、このような磁束平衡法に用いられる
トランスは、動作がバランスしている定常状態に
おいては磁束が零であり、また、過渡状態ではそ
の極性が明確に検出できる機能を有していること
が必要である。
However, the transformer used in such a magnetic flux balance method has a function in which the magnetic flux is zero in a steady state where the operation is balanced, and the polarity can be clearly detected in a transient state. is necessary.

従来、このようなトランスを構成する場合、分
割ボビン等を使用し、1次コイルと2次コイルと
を絶縁し、鉄芯の磁路の途中にギヤツプを設け、
そこにホール素子を挿入するといつた構成がとら
れていた。
Conventionally, when configuring such a transformer, a split bobbin or the like was used to insulate the primary coil and secondary coil, and a gap was placed in the middle of the magnetic path of the iron core.
The structure was such that a Hall element was inserted there.

そのため、形状が大型であり、ハイブリツド
IC等に高密度実装するといつたことが困難であ
り、ひいては応用範囲が限られてくるといつた欠
点があつた。
Therefore, the shape is large and hybrid
The drawback was that it was difficult to implement high-density mounting on ICs, etc., and the range of applications was limited.

(問題点を解決するための手段) 本発明は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、その目的とするところは、薄型、小型で、磁
束の漏洩および外部からの磁気の影響を極少に抑
え、かつ他の回路への適用性が高く、低価格に製
造することのできる磁束平衡法用トランスを提供
することにある。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been proposed in view of the above points, and its purpose is to be thin and compact, and to minimize leakage of magnetic flux and the influence of external magnetism. It is an object of the present invention to provide a transformer for the magnetic flux balance method that can be manufactured at low cost, has high applicability to other circuits, and can be manufactured at low cost.

本発明は上記の目的を達成するため、セラミツ
ク等よりなる絶縁基板と、この絶縁基板に設けら
れた孔部に埋め込まれたホール素子と、このホー
ル素子の周囲であつて前記絶縁基板の両面に夫々
印刷された第1、第2のコイルと、これらのコイ
ルの面上を被覆した磁性体とを備えてなることを
要旨としている。
In order to achieve the above object, the present invention includes an insulating substrate made of ceramic or the like, a Hall element embedded in a hole provided in the insulating substrate, and a hole on both sides of the insulating substrate around the Hall element. The gist of the device is to include first and second coils that are printed respectively, and a magnetic material that coats the surfaces of these coils.

(作用) 本発明では、薄型平板状の絶縁基板の適位置に
形成された窓状の孔部を介し鉄芯として機能する
集磁材を有するホール素子を面実装し、かつその
周囲であつて絶縁基板の両面にうずまき状をなす
第1、第2のコイルを印刷して構成し、更にその
周囲を磁性体によりシールドすることにより、ト
ランスの厚みを極めて薄くし、小型・軽量とする
と共に、量産化に適したものとし、更に磁束の漏
洩および外部からの磁気の影響を極少に抑えて安
定な動作を得るようにし、加えて他の回路を絶縁
基板に多層化可能として汎用性をもたせている。
(Function) In the present invention, a Hall element having a magnetic flux collecting material functioning as an iron core is surface-mounted through a window-like hole formed at an appropriate position of a thin flat insulating substrate, and around the By printing spiral-shaped first and second coils on both sides of an insulating substrate and shielding the periphery with a magnetic material, the thickness of the transformer can be made extremely thin, making it compact and lightweight. We have made it suitable for mass production, minimized leakage of magnetic flux and the influence of external magnetism to obtain stable operation, and added versatility by allowing other circuits to be multilayered on an insulated substrate. There is.

(実施例) 以下、実施例を示す図面に沿つて本発明を詳述
する。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing examples.

第1図は本発明にかかる磁束平衡法用トランス
の第1の実施例を示したものであり、イは部分的
に拡大した平面図、ロはそのA−A断面図であ
る。
FIG. 1 shows a first embodiment of a transformer for magnetic flux balance method according to the present invention, in which A is a partially enlarged plan view and B is a sectional view taken along the line A-A.

第1図において、1はセラミツクの如き材料に
より形成された、例えば略矩形を呈する薄型平板
状の絶縁基板であり、その略中央部に略矩形の孔
部1aが形成され、この孔部1a内にフラツトパ
ツケージ型のホール素子(例えばInSb型ホール
素子)2が埋め込まれるように配置され面実装さ
れている。また、2bは磁気を導きやすくするた
めにホール素子本体2aの両面を被つたフイライ
トの如き集磁材、2cは絶縁基板1上のパターン
(図示せず)に半田付けされて結線および固定を
行うためのリード足である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a thin flat insulating substrate made of a material such as ceramic and having a substantially rectangular shape. A flat package type Hall element (for example, an InSb type Hall element) 2 is embedded and surface mounted. In addition, 2b is a magnetic flux collecting material such as fillite that covers both sides of the Hall element body 2a to facilitate guiding of magnetism, and 2c is soldered to a pattern (not shown) on the insulating substrate 1 for connection and fixing. This is the lead leg for.

なお、上記において孔部1aは絶縁基板1上の
中央部に限られないことは言うまでもなく、ま
た、孔部1aの形状も図示の角形に限られるもの
ではない。
It goes without saying that the hole 1a is not limited to the central portion of the insulating substrate 1 in the above description, and the shape of the hole 1a is not limited to the rectangular shape shown.

一方、絶縁基板1の両面には孔部1a、ホール
素子2を中心として導体パターンによりうずまき
状に第1、第2のコイル3,4が形成されてい
る。3aはコイル3の引出線であり、クロスオー
バー(既に形成された導体パターンの上に絶縁層
を介して形成された導体パターン)によつて中心
部から外側部分に引き出されている。次いで、コ
イル3,4の面上にはホール素子2の部分を除き
ガラス保護体5を介して磁性体ペースト6が塗布
され、コイル3,4のインダクタンスを高めると
共に磁気の漏洩および外部からの影響を少なくし
ている。第1図イにおいて斜線部は磁性体ペース
ト6により覆われている部分を示している。
On the other hand, on both sides of the insulating substrate 1, first and second coils 3 and 4 are formed in a spiral shape by a conductive pattern around the hole 1a and the Hall element 2. Reference numeral 3a denotes a lead wire of the coil 3, which is drawn out from the center to the outside by a crossover (a conductor pattern formed on an already formed conductor pattern via an insulating layer). Next, a magnetic paste 6 is applied to the surfaces of the coils 3 and 4 through the glass protector 5 except for the Hall element 2 to increase the inductance of the coils 3 and 4 and to prevent magnetic leakage and external influences. is decreasing. In FIG. 1A, the shaded area indicates the area covered with the magnetic paste 6.

第2図は上記の磁束平衡法用トランスの製造手
順を示したものであり、先ずイの如く絶縁基板1
に孔部1aを形成し、次いでロの如く絶縁基板1
の両面に導体ペーストを印刷することによりコイ
ル3,4を形成し、次いでハの如くコイル3,4
の面上にガラス保護体5を被覆し、その上にニの
如く磁性体ペースト6を塗布し、最後に絶縁基板
1の一方の側からホール素子2を裏返しにして埋
め込み、リード足2cを半田付けにして固定す
る。なお、ハイブリツドIC等に実装する際には
コイル3,4の導体パターンの形成は他の配線用
の導体パターンと同時に形成することができ、ま
た、ホール素子2の取付も他の部品のマウントと
同時に行うことができる。
Figure 2 shows the manufacturing procedure of the above-mentioned transformer for magnetic flux balance method.
A hole 1a is formed in the insulating substrate 1 as shown in FIG.
Coils 3 and 4 are formed by printing conductive paste on both sides of the coil 3 and 4 as shown in C.
A glass protector 5 is coated on the surface of the insulating substrate 1, and a magnetic paste 6 is applied thereon as shown in D.Finally, the Hall element 2 is turned upside down from one side of the insulating substrate 1 and embedded, and the lead legs 2c are soldered. Attach and secure. Note that when mounting on a hybrid IC, etc., the conductor patterns for the coils 3 and 4 can be formed at the same time as the conductor patterns for other wiring, and the mounting of the Hall element 2 can be done simultaneously with the mounting of other components. Can be done at the same time.

次に第3図は本発明の第2の実施例を示したも
のであり、第1図に示した第1の実施例がコイル
3,4の面上にガラス保護体5を介して磁性体ペ
ースト6を塗布するようにしていたのに対して、
この第2の実施例ではコイル3,4の面上に接着
剤7を塗布した後、外面に予め蒸着、スパツタ等
により磁性体膜9が形成されたフイルム8を貼り
付けるようにして製造工程を単純化するようにし
ている。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, in which the first embodiment shown in FIG. Whereas I was trying to apply paste 6,
In this second embodiment, after coating the adhesive 7 on the surfaces of the coils 3 and 4, the manufacturing process is carried out by pasting a film 8 on which a magnetic film 9 has been previously formed by vapor deposition, sputtering, etc. on the outer surface. I'm trying to simplify it.

第4図はその製造手順を示したものであり、先
ずイの如く絶縁基板1に孔部1aを形成し、次い
でロの如く絶縁基板1の両面にコイル3,4を形
成し、次いでハの如く絶縁基板1の一方の側から
ホール素子2を裏返しにして埋め込んでリード足
2cを半田付けして固定し、最後にニの如くコイ
ル3,4の面上に接着剤7を塗布した後に外面に
磁性体膜9が形成されたフイルム8を貼り付け
る。
FIG. 4 shows the manufacturing procedure. First, the hole 1a is formed in the insulating substrate 1 as shown in A, then the coils 3 and 4 are formed on both sides of the insulating substrate 1 as shown in B, and then the coils 3 and 4 are formed on both sides of the insulating substrate 1 as shown in C. The Hall element 2 is turned upside down and embedded from one side of the insulating substrate 1 as shown in FIG. A film 8 on which a magnetic film 9 is formed is attached.

次に第5図は本発明の磁束平衡法用トランスを
絶縁アンプに適用した例である。第5図におい
て、11,13は入力端子、12,14は出力端
子であり、入力端子13は入力側のグランドG1
に、出力端子14は出力側のグランドG2に夫々
接続されている。また、入力端子11は抵抗R1
を介してオペアンプIC1の反転入力端子に接続さ
れ、オペアンプIC1の非反転入力端子は抵抗R3
介してグランドG1に接続され、オペアンプIC1
出力端子は抵抗R4を介してトランスT1の1次コ
イルn1(第1図ないし第4図におけるコイル3,
4の何れか一方に相当する。)の一端に接続され
ると共に抵抗R2を介して自己の反転入力端子に
接続され、1次コイルn1の他端はグランドG1
接続されている。
Next, FIG. 5 shows an example in which the magnetic flux balance method transformer of the present invention is applied to an insulated amplifier. In Fig. 5, 11 and 13 are input terminals, 12 and 14 are output terminals, and input terminal 13 is connected to the ground G 1 on the input side.
In addition, the output terminals 14 are respectively connected to the ground G2 on the output side. In addition, the input terminal 11 is connected to a resistor R 1
The non-inverting input terminal of the operational amplifier IC 1 is connected to the ground G1 through the resistor R3 , and the output terminal of the operational amplifier IC1 is connected to the transformer through the resistor R4 . Primary coil n 1 of T 1 (coil 3 in Figures 1 to 4,
Corresponds to either one of 4. ) and is also connected to its own inverting input terminal via a resistor R 2 , and the other end of the primary coil n 1 is connected to ground G 1 .

一方、磁気検出手段としてのホール素子H(第
1図ないし第4図におけるホール素子2に対応す
る。)がトランスT1の磁束と結合するように設け
られ、ホール素子Hの一対の電極には直流電圧+
V、−Vが印加され、他の一対の電極は抵抗R5
R7を介してオペアンプIC2の反転入力端子、非反
転入力端子に夫々接続されている。また、オペア
ンプIC2の出力端子は出力端子12に接続される
と共に抵抗R8を介してトランスT1の2次コイル
n2(第1図ないし第4図におけるコイル3,4の
何れか一方に相当する。)の一端に接続され、更
にコンデンサC1および抵抗R6の直列回路を介し
て自己の反転入力端子に接続されている。なお、
2次コイルn2の他端はグランドG2に接続されて
いる。
On the other hand, a Hall element H (corresponding to the Hall element 2 in FIGS. 1 to 4) serving as a magnetic detection means is provided so as to couple with the magnetic flux of the transformer T1 , and a pair of electrodes of the Hall element H DC voltage +
V, -V are applied, and the other pair of electrodes has a resistance R 5 ,
It is connected to the inverting input terminal and non-inverting input terminal of operational amplifier IC 2 via R7 . In addition, the output terminal of operational amplifier IC 2 is connected to output terminal 12 and connected to the secondary coil of transformer T 1 via resistor R 8 .
n 2 (corresponding to either one of coils 3 or 4 in Figures 1 to 4), and is further connected to its own inverting input terminal via a series circuit of capacitor C 1 and resistor R 6 . It is connected. In addition,
The other end of the secondary coil n2 is connected to ground G2 .

動作にあつては、入力端子11,13間に印加
された信号がオペアンプIC1により増幅され、抵
抗R4を介してトランスT1の1次コイルn1に電流
が供給されて磁束が発生しようとする。この磁束
はホール素子Hにより検出され、ホール素子Hは
その磁束の向き、量に応じた信号を出力し、この
信号はオペアンプIC2により増幅され、抵抗R8
介してトランスT1の2次コイルn2に供給される。
ここで、ホール素子Hの出力の極性とオペアンプ
IC2の入出力端子の極性と1次コイルn1、2次コ
イルn2の極性とはオペアンプIC2からの電流によ
りトランスT1の磁束が打ち消される方向に設定
されているため、ホール素子Hの感度が充分高
く、かつオペアンプIC2の利得が充分大きければ、
トランスT1の磁束が零となつた状態で回路がバ
ランスすることになる。
In operation, a signal applied between input terminals 11 and 13 is amplified by operational amplifier IC 1 , and current is supplied to primary coil n 1 of transformer T 1 via resistor R 4 to generate magnetic flux. shall be. This magnetic flux is detected by the Hall element H, and the Hall element H outputs a signal according to the direction and amount of the magnetic flux. This signal is amplified by the operational amplifier IC 2 and sent to the secondary of the transformer T 1 via the resistor R 8 . Supplied to coil n 2 .
Here, the polarity of the output of the Hall element H and the operational amplifier
The polarity of the input/output terminal of IC 2 and the polarity of the primary coil n 1 and secondary coil n 2 are set in the direction in which the magnetic flux of the transformer T 1 is canceled by the current from the operational amplifier IC 2 , so the Hall element H If the sensitivity of is high enough and the gain of operational amplifier IC 2 is large enough, then
The circuit is balanced when the magnetic flux of transformer T1 becomes zero.

しかして、トランスT1の1次コイルn1による
磁束(1次コイルn1に流れる電流に比例)は入力
信号に比例し、また、2次コイルn2による磁束
(2次コイルn2に流れる電流に比例)はオペアン
プIC2の出力信号に比例し、かつ両者の磁束は大
きさが等しく向きが逆となることから、入力信号
と出力信号とは比例することになり、更に入力側
と出力側とは直流的に絶縁されていることから絶
縁アンプとして機能することになる。
Therefore, the magnetic flux due to the primary coil n 1 of the transformer T 1 (proportional to the current flowing through the primary coil n 1 ) is proportional to the input signal, and the magnetic flux due to the secondary coil n 2 (current flowing through the secondary coil n 2) is proportional to the input signal. (proportional to the current) is proportional to the output signal of operational amplifier IC 2 , and the magnetic fluxes of both are equal in magnitude and opposite in direction, so the input signal and output signal are proportional, and furthermore, the input and output signals are proportional to each other. Since it is DC-insulated from the other side, it functions as an isolated amplifier.

(発明の効果) 以上のように本発明の磁束平衡法用トランスに
あつては、セラミツク等よりなる絶縁基板と、こ
の絶縁基板に設けられた孔部に埋め込まれたホー
ル素子と、このホール素子の周囲であつて前記絶
縁基板の両面に夫々印刷された第1、第2のコイ
ルと、これらのコイルの面上を被覆した磁性体と
にて構成したから、 (イ) トランスに作用する磁束が零であり、また磁
性体およびホール素子に設けられた集磁材が鉄
芯として機能するため、製造技術が許す限り極
度に薄くすることができ、かつ小型、軽量のト
ランスとすることができる。
(Effects of the Invention) As described above, the transformer for the magnetic flux balance method of the present invention includes an insulating substrate made of ceramic or the like, a Hall element embedded in a hole provided in the insulating substrate, and a Hall element embedded in a hole provided in the insulating substrate. (b) Magnetic flux acting on the transformer Since the magnetic material and the magnetic flux collecting material provided in the Hall element function as an iron core, it is possible to make the transformer as extremely thin as manufacturing technology allows, and it can also be made into a small and lightweight transformer. .

(ロ) コイルを被覆した磁性体がシールドとしての
働きを行うため、磁束の漏洩および外部の磁気
による影響を少くすることができる。
(b) Since the magnetic material covering the coil acts as a shield, leakage of magnetic flux and the influence of external magnetism can be reduced.

(ハ) コイルが導体パターンと同じであることか
ら、他の回路を多層化することが可能である。
(c) Since the coil is the same as the conductor pattern, other circuits can be multilayered.

(ニ) ホール素子としては零付近の磁束を検出する
のみであるため、特性のリニアリテイは必要な
く、高感度であればよいので、安価な素子を使
用することができる。
(d) Since the Hall element only detects magnetic flux near zero, linearity of characteristics is not required and high sensitivity is sufficient, so an inexpensive element can be used.

(ホ) コイルの作成およびホール素子の取付がハイ
ブリツドIC等の製造工程と同時に行えるため、
ハイブリツドICへの実装が容易であり、生産
コストの低下および高密度実装により小型、薄
型化を図ることができる。
(E) Coil creation and Hall element installation can be done simultaneously with the manufacturing process of hybrid ICs, etc.
It is easy to mount on hybrid ICs, and can be made smaller and thinner by reducing production costs and high-density mounting.

等の効果がある。There are other effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明にかかる磁束平衡法用トランス
の第1の実施例を示したものであり、イは部分的
に拡大した平面図、ロはそのA−A断面図、第2
図はその製造手順を示す図、第3図は本発明の第
2の実施例を示したものであり、イは部分的に拡
大した平面図、ロはそのA−A断面図、第4図は
その製造手順を示す図、第5図は本発明の磁束平
衡法用トランスを用いた絶縁アンプの例である。 1……絶縁基板、1a……孔部、2……ホール
素子、2a……ホール素子本体、2b……集磁
材、2c……リード足、3,4……コイル、3a
……引出線、5……ガラス保護体、6……磁性体
ペースト、7……接着剤、8……フイルム、9…
…磁性体膜。
FIG. 1 shows a first embodiment of a transformer for magnetic flux balance method according to the present invention, in which A is a partially enlarged plan view, B is a sectional view taken along line A-A, and FIG.
The figure shows the manufacturing procedure, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, A is a partially enlarged plan view, B is a sectional view taken along the line A-A, and FIG. 5 is a diagram showing the manufacturing procedure, and FIG. 5 is an example of an isolation amplifier using the transformer for magnetic flux balancing method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Insulating substrate, 1a...Hole, 2...Hall element, 2a...Hall element body, 2b...Magnetic collecting material, 2c...Lead leg, 3, 4...Coil, 3a
... Leader wire, 5 ... Glass protector, 6 ... Magnetic paste, 7 ... Adhesive, 8 ... Film, 9 ...
...Magnetic film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 セラミツク等よりなる絶縁基板と、この絶縁
基板に設けられた孔部に埋め込まれたホール素子
と、このホール素子の周囲であつて前記絶縁基板
の両面に夫々印刷された第1、第2のコイルと、
これらのコイルの面上を被覆した磁性体とを備え
てなる磁束平衡法用トランス。 2 磁性体は、コイルの面上にガラス保護体を介
して磁性体ペーストを塗布することにより形成さ
れてなる特許請求の範囲第1項記載の磁束平衡法
用トランス。 3 磁性体は、コイルの面上に接着剤を塗布した
後、外面に磁性体膜が形成されたフイルムを貼り
付けることにより形成されてなる特許請求の範囲
第1項記載の磁束平衡法用トランス。
[Scope of Claims] 1. An insulating substrate made of ceramic or the like, a Hall element embedded in a hole provided in the insulating substrate, and a material printed on both sides of the insulating substrate around the Hall element, respectively. first and second coils;
A transformer for magnetic flux balance method, comprising a magnetic material coated on the surface of these coils. 2. The transformer for magnetic flux balance method according to claim 1, wherein the magnetic body is formed by applying a magnetic paste on the surface of the coil through a glass protector. 3. The transformer for magnetic flux balance method according to claim 1, wherein the magnetic material is formed by applying an adhesive onto the surface of the coil and then pasting a film on the outer surface of which a magnetic material film is formed. .
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