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電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電流傳感器。該電流傳感器包括：四個(gè)磁傳感器元件，所述磁傳感器元件配置在與被測(cè)量電流垂直的平面內(nèi)，具有線性對(duì)稱的磁特性曲線，并且將磁場(chǎng)的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出；電橋電路，包括所述四個(gè)磁傳感器元件；以及偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件，向所述磁傳感器元件施加偏壓磁場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】電流傳感器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)基于2013年07月16日向日本特許廳提交的日本專利申請(qǐng)2013-147732號(hào)和2014年1月21日向日本特許廳提交的日本專利申請(qǐng)2014-008274號(hào)，因此將所述日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種使用磁傳感器元件的電流傳感器。

【背景技術(shù)】
[0004]電流傳感器中的一種使用磁傳感器兀件。磁傳感器兀件將磁場(chǎng)的大小轉(zhuǎn)換為與電阻變化或電動(dòng)勢(shì)等對(duì)應(yīng)的電信號(hào)并輸出。
[0005]當(dāng)以非接觸方式檢測(cè)流過(guò)電線的電流的大小時(shí)，如果電線的中心和電流傳感器的相對(duì)位置偏移，則有時(shí)產(chǎn)生測(cè)量誤差。
[0006]因此，作為降低電流傳感器的位置偏移誤差的方法提出了一種使用聚磁磁芯或多個(gè)磁傳感器元件的方案。
[0007]另外，位置偏移誤差是指在電流傳感器和被測(cè)量電流所流過(guò)的電線的相對(duì)位置偏移時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差。
[0008]并且，聚磁磁芯是指由具有高導(dǎo)磁率的軟磁性金屬形成、且聚集磁通的效果高的磁芯。
[0009]圖17是表示使用聚磁磁芯的以往的電流傳感器的一例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖(日本專利公開公報(bào)特開2002-303642號(hào))。如圖17所示，當(dāng)使用聚磁磁芯1時(shí)，霍爾元件2測(cè)量沿聚磁磁芯1產(chǎn)生的磁通量。因此，即使當(dāng)電線3的位置在聚磁磁芯1內(nèi)偏移時(shí)，測(cè)量到的磁通量幾乎不變化。其結(jié)果，幾乎不產(chǎn)生測(cè)量誤差。
[0010]然而，當(dāng)使用聚磁磁芯時(shí)，例如由于因振動(dòng)引起的聚磁磁芯偏移、聚磁磁芯的生銹、因溫度變化引起的聚磁磁芯的特性變差和/或因聚磁磁芯引起的傳感器的直線性和/或滯后性變差，有時(shí)測(cè)量精度會(huì)變差。此外，在磁不飽和狀態(tài)下使用聚磁磁芯。因此，聚磁磁芯的尺寸變大。其結(jié)果，傳感器本身的尺寸變大。
[0011]圖18是表示具有多個(gè)配置在電線周圍的霍爾元件的以往的電流傳感器的一例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖(日本專利公開公報(bào)特開2007-107972號(hào))。如圖18所示，多個(gè)霍爾元件4配置在以電線5為中心的基板6的圓周上。在圓周上相鄰的霍爾元件之間以串聯(lián)方式電連接。
[0012]在上述結(jié)構(gòu)中，由于電線5和電流傳感器的相對(duì)位置偏移，各霍爾兀件4的輸出變化。上述變化在霍爾元件4的輸出之和上產(chǎn)生的變化中被抵消。即使當(dāng)電線5的位置偏移時(shí)，全部霍爾元件4的輸出之和幾乎不變化。因此，幾乎不產(chǎn)生測(cè)量誤差。
[0013]在圖18所示的以往的結(jié)構(gòu)中，霍爾元件4的靈敏度較低。因此，電流傳感器的靈敏度低。為了提高電流傳感器的靈敏度，可以考慮使用多個(gè)元件。但是，在這種情況下，電流傳感器整體的尺寸變大。其結(jié)果，元件個(gè)數(shù)和成本增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種電流傳感器，該電流傳感器具有低消耗電力、高靈敏度特性、小型且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠降低位置偏移誤差，以及使用價(jià)格低的磁傳感器元件。
[0015]本發(fā)明第一方式的電流傳感器包括:四個(gè)磁傳感器元件，所述磁傳感器元件配置在與被測(cè)量電流垂直的平面內(nèi)，具有線性對(duì)稱的磁特性曲線，并且將磁場(chǎng)的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出；電橋電路，包括所述四個(gè)磁傳感器元件；以及偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件，向所述磁傳感器元件施加偏壓磁場(chǎng)。
[0016]本發(fā)明第二方式的電流傳感器在第一方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述磁傳感器元件是電阻根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻元件。本發(fā)明第三方式的電流傳感器在第一方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述磁傳感器元件是電阻抗根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻抗元件。
[0017]本發(fā)明第四方式的電流傳感器在第一?第三中任意一種方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件包括永久磁鐵。
[0018]本發(fā)明第五方式的電流傳感器在第一?第四中任意一種方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述電流傳感器還具有由非磁性體構(gòu)成的傳感器基板，所述傳感器基板用于安裝所述磁傳感器元件。
[0019]本發(fā)明第六方式的電流傳感器在第五方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，在所述傳感器基板的一面上安裝有所述磁傳感器元件，在所述傳感器基板的另一面上配置有所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件。
[0020]本發(fā)明第七方式的電流傳感器在第六方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述電流傳感器還具有由磁性材料構(gòu)成的安裝構(gòu)件，所述安裝構(gòu)件用于將所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件安裝在所述傳感器基板上。
[0021 ] 本發(fā)明第八方式的電流傳感器在第一?第七中任意一種方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件配置成其磁極方向與表示所述磁傳感器元件的最大靈敏度的感磁方向平行。
[0022]本發(fā)明第九方式的電流傳感器在第一?第八中任意一種方式的電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述電橋電路在其內(nèi)部配置有流動(dòng)有被測(cè)量電流的電線。
[0023]由此，能夠提供一種電流傳感器，該電流傳感器具有低消耗電力、高靈敏度特性、小型且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠降低位置偏移誤差，以及價(jià)格較低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0025]圖2是線性對(duì)稱的磁特性曲線CH的說(shuō)明圖。
[0026]圖3是圖1的局部放大圖。
[0027]圖4的(A)、⑶是偏壓磁場(chǎng)的說(shuō)明圖。
[0028]圖5是本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的電路例子的圖。
[0029]圖6是本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0030]圖7是用于測(cè)量位置偏移誤差的本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的電路例子的圖。
[0031]圖8是表示由具有圖7的電路構(gòu)成的電流傳感器和電線的相對(duì)位置偏移而產(chǎn)生的誤差的測(cè)量結(jié)果的例子的圖。
[0032]圖9是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0033]圖10的(A)?(F)是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0034]圖11的(A)?(F)是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0035]圖12的(A)?(F)是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0036]圖13的(A)?(F)是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0037]圖14的(A)?(F)是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0038]圖15是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0039]圖16是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0040]圖17是表示使用聚磁磁芯的以往的電流傳感器的一例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0041]圖18是表示具有多個(gè)配置在電線周圍的霍爾元件的以往的電流傳感器的一例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，出于說(shuō)明的目的，為了提供對(duì)所公開的實(shí)施方式的徹底的理解，提出了許多具體的細(xì)節(jié)。然而，顯然可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的前提下實(shí)施一個(gè)或更多的實(shí)施方式。在其它的情況下，為了簡(jiǎn)化制圖，示意性地示出了公知的結(jié)構(gòu)和裝置。
[0043]下面，利用附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是表示本實(shí)施方式的電流傳感器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。如圖1所示，本實(shí)施例具有基板7和四個(gè)磁傳感器兀件8a?8d。磁傳感器兀件8a?8d安裝在基板7的一面上,并具有規(guī)定的位置關(guān)系。磁傳感器元件8a?8d具有圖2所示的線性對(duì)稱的磁特性曲線CH。此外，在基板7上設(shè)置有切槽7a。切槽7a中插入有具有圓形斷面形狀的電線9，并且被測(cè)量電流在所述電線9中流動(dòng)。另外，如圖3所示，本實(shí)施例具有用于安裝磁傳感器元件8a?8d的傳感器基板11(圖1中省略了傳感器基板11)。另外，在圖3中僅表示了磁傳感器元件8a?8d中的磁傳感器元件8a。
[0044]基板7相對(duì)于電線9設(shè)置成使基板7的平面與流過(guò)電線9的被測(cè)量電流垂直。四個(gè)磁傳感器元件8a?8d配置在圓A的圓周上，該圓A以電線9為中心、如虛線所示具有規(guī)定半徑。磁傳感器元件8a?8d配置在內(nèi)接于圓A的正方形B的各頂點(diǎn)上，并且使表示它們的最大靈敏度的感磁方向朝向上述圓A的切線方向。
[0045]利用圖3所示的永久磁鐵10 (偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件)，分別對(duì)上述四個(gè)磁傳感器元件8a?8d向箭頭Ca?Cd的方向施加偏壓磁場(chǎng)。永久磁鐵10可以針對(duì)四個(gè)磁傳感器元件8a?8d分別設(shè)置。永久磁鐵10配置在基板7的另一面上。向沿著圓A的圓周相鄰的磁傳感器元件8a?8d施加的偏壓磁場(chǎng)的方向，沿著上述圓A的圓周相互相反。另外，圓A表示各磁傳感器元件8a?8d的感磁方向。實(shí)線所示的圓D表示由流過(guò)電線9的被測(cè)量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向。
[0046]圖3是圖1的局部放大圖。如圖3所示，磁傳感器元件8a?8d配置在傳感器基板11的一個(gè)面上。此外，永久磁鐵10配置在傳感器基板11的另一個(gè)面上。永久磁鐵10配置成其磁極方向與磁傳感器元件8a?8d的感磁方向平行。利用由非磁性體構(gòu)成的傳感器基板11來(lái)適當(dāng)調(diào)節(jié)永久磁鐵10和磁傳感器元件8a?8d之間的距離，能夠向磁傳感器元件8a?8d施加最適合的偏壓磁場(chǎng)。另外，在磁傳感器元件8a?8d的兩端分別安裝有布線焊盤12、13。此外，橢圓E表示由永久磁鐵10產(chǎn)生的磁通。
[0047]圖4的⑷、⑶是偏壓磁場(chǎng)的說(shuō)明圖。圖4的⑷表示無(wú)偏壓磁場(chǎng)時(shí)的磁特性曲線CH。圖4的⑶表示具有偏壓磁場(chǎng)時(shí)的磁特性曲線CH。無(wú)偏壓磁場(chǎng)時(shí)，如圖4的㈧所示，動(dòng)作點(diǎn)處于磁特性曲線CH的極大值。在這種情況下，如圖4的⑶所示，通過(guò)施加偏壓磁場(chǎng)，能夠使動(dòng)作點(diǎn)移動(dòng)到磁特性曲線CH上的任意點(diǎn)。
[0048]圖5表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的電路的例子。如圖5所示，沿著圖1的圓A的圓周相鄰的磁傳感器元件8a?8d之間電連接。由此，形成電橋電路。如圖1所示，在上述電橋電路內(nèi)部配置有流過(guò)被測(cè)量電流的電線9。
[0049]如圖5所示，磁傳感器元件8a的一端與輸入端子T1連接，并且與磁傳感器元件8b的一端連接。磁傳感器元件8a的另一端與輸出端子T3連接，并且與磁傳感器元件8d的另一端連接。磁傳感器元件8b的另一端與輸出端子T4連接，并且與磁傳感器元件8c的另一端連接。磁傳感器元件8c的一端與輸入端子T2連接，并且與磁傳感器元件8d的一端連接。輸入端子T2與共同電位點(diǎn)連接。
[0050]利用圖5的電路構(gòu)成，向輸出端子T3輸出磁傳感器兀件8a和磁傳感器兀件8d的連接點(diǎn)的中點(diǎn)電位VI。向輸出端子T4輸出磁傳感器元件8b和磁傳感器元件8c的連接點(diǎn)的中點(diǎn)電位V2。
[0051]圖6是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖6中在圖1的實(shí)施例中追加了用于測(cè)量位置偏移誤差的坐標(biāo)軸。
[0052]圖7表示用于測(cè)量位置偏移誤差的本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器的電路的例子。圖7中，與圖5共同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。如圖7所示，電橋電路的輸出端子T3與包含多個(gè)運(yùn)算放大器的測(cè)量放大器AMP的非反轉(zhuǎn)輸入端子連接。輸出端子T4與測(cè)量放大器AMP的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。
[0053]測(cè)量放大器AMP的輸出端子與裝置整體(電流傳感器)的輸出端子T5連接。輸入端子T2與磁傳感器元件8c和磁傳感器元件8d的連接點(diǎn)以及共同電位點(diǎn)連接。此外，輸入端子T2與裝置整體的輸出端子T6連接。
[0054]在圖6和圖7所示的構(gòu)成中，如果電線9中有電流流動(dòng)，則四個(gè)磁傳感器元件8a?8d的磁特性根據(jù)該電流的大小和偏壓磁場(chǎng)方向而變化。其結(jié)果，構(gòu)成電橋電路的各磁傳感器元件8a?8d的電壓下降的大小變化。根據(jù)這些電壓下降的大小的變化，電橋電路的中點(diǎn)電位VI和中點(diǎn)電位V2向正負(fù)相反方向變化。如果各磁傳感器元件8a?8d的特性完全相同，則電橋電路的輸出電壓是由一個(gè)磁傳感器元件測(cè)量時(shí)的四倍。
[0055]研究了本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器和電線9的相對(duì)位置偏移的情況。當(dāng)電流傳感器和電線9的相對(duì)位置偏移時(shí)，各磁傳感器元件8a?8d中與電線9的距離變遠(yuǎn)的磁傳感器元件的磁特性的變化變小。另一方面，上述距離變近的磁傳感器元件的磁特性的變化變大。在本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器中，向規(guī)定的方向施加有偏壓磁場(chǎng)。由此，即使電線9向與基板相同的平面內(nèi)的任意方向偏移時(shí)，電橋電路的中點(diǎn)電位VI和中點(diǎn)電位V2都向正負(fù)相同方向變化。因此，電橋電路的輸出電壓幾乎不變化。
[0056]圖8表示在圖7的電路構(gòu)成中因電流傳感器和電線9的相對(duì)位置偏移而產(chǎn)生的誤差(位置偏移誤差)的測(cè)量結(jié)果的例子。圖8中，橫軸表示電線9和電流傳感器的相對(duì)位置偏移的距離，縱軸表示測(cè)量誤差的大小。在上述測(cè)量中，作為磁傳感器元件8a?8d，使用包含納米粒子膜和軟磁性薄膜的磁阻元件。將相鄰的磁傳感器元件8a?8d之間的直線距離設(shè)置為23mm。測(cè)量了測(cè)量放大器AMP的輸出電壓。
[0057]按照?qǐng)D8的測(cè)量結(jié)果，本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器，即使在電流傳感器和電線9的相對(duì)位置偏移5_時(shí)，其測(cè)量誤差也在1.5%以下。另一方面，當(dāng)僅以一個(gè)磁傳感器元件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果相對(duì)位置偏移5_，則測(cè)量誤差達(dá)到19.8%。
[0058]由此，可以看出，本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器與以往的電流傳感器相比，在電流傳感器和電線9的相對(duì)位置偏移5_時(shí)，測(cè)量誤差降低至1/13。即，本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器具有降低位置偏移誤差的效果。
[0059]研究了向本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器施加地磁那樣的相同的磁場(chǎng)的情況。在這種情況下，四個(gè)磁傳感器元件8a?8d的磁特性根據(jù)該磁場(chǎng)的大小和偏壓磁場(chǎng)方向而變化。在電橋電路內(nèi)，各磁傳感器元件8a?8d的電壓下降的大小變化。根據(jù)這些電壓下降的大小的變化，圖5所示的中點(diǎn)電位VI和中點(diǎn)電位V2向正負(fù)相同方向且以相同大小變化。因此，電橋電路的輸出電壓幾乎不變化。
[0060]此外，在本發(fā)明一種實(shí)施方式的電流傳感器中，當(dāng)周圍的溫度變化時(shí)，磁傳感器元件8a?8d的磁特性變化。在這種情況下，全部磁傳感器元件8a?8d的磁特性向同一方向變化。因此，圖5所示的中點(diǎn)電位VI和中點(diǎn)電位V2向正負(fù)相同方向變化。因此，電橋電路的輸出電壓幾乎不因溫度變化而變化。
[0061 ] 另外，在上述實(shí)施例中，作為磁傳感器元件8a?8d的一例使用了包含納米粒子膜和軟磁性膜的磁阻元件。磁傳感器元件8a?8d并不限于此，也可以是相對(duì)于磁場(chǎng)的施加其電阻發(fā)生變化的各向異性磁阻元件(AMR)、巨磁阻元件(GMR)、隧道磁阻元件(TMR)等磁阻元件。此外,磁傳感器元件8a?8d例如可以是相對(duì)于磁場(chǎng)的施加其電阻抗發(fā)生變化的、由軟磁性材料構(gòu)成的非晶態(tài)導(dǎo)線或薄膜構(gòu)成的磁阻抗元件。
[0062]此外，永久磁鐵10可以是以釤和鈷為主成分的釤鈷磁鐵。此外，永久磁鐵10例如也可以是以釹、鐵、硼為主成分的釹磁鐵、以氧化鐵為主成分的鐵氧體磁鐵、以鋁、鎳、鈷、鐵為主成分的鋁鎳鈷磁鐵、以及以鐵、鉻、鈷為主成分的磁鐵。
[0063]此外，在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了利用永久磁鐵10向磁傳感器兀件8a?8d施加偏壓磁場(chǎng)的方法。關(guān)于偏壓磁場(chǎng)的施加，只要向磁傳感器兀件8a?8d的感磁方向施加規(guī)定大小的偏壓磁場(chǎng)即可。永久磁鐵的位置和個(gè)數(shù)并不限于上述實(shí)施例。
[0064]在圖3的實(shí)施例中，使用的偏壓磁場(chǎng)強(qiáng)度為200e左右。因此，永久磁鐵10直接安裝在非磁性的傳感器基板11上。當(dāng)施加數(shù)0e程度的低偏壓磁場(chǎng)時(shí)，如圖9所示，永久磁鐵10可以通過(guò)由軟磁性材料構(gòu)成的軟磁性結(jié)構(gòu)件(安裝構(gòu)件)14安裝在非磁性的傳感器基板11上。在圖9的實(shí)施例中，永久磁鐵10的兩磁極面的至少一部分被軟磁性結(jié)構(gòu)件14覆蓋。由此，在連接兩磁極面的狀態(tài)下，施加偏壓磁場(chǎng)。另外，在圖9中僅表示了磁傳感器元件8a?8d中的磁傳感器元件8a。
[0065]圖10的(A)?(F)也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖10的(A)?(C)所示的實(shí)施例是未設(shè)置非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖10的(A)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖10的(B)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖10的(C)是上述實(shí)施例的仰視圖。圖10的(D)?(F)所示的實(shí)施例是設(shè)置有非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖10的(D)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖10的(E)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖10的(F)是上述實(shí)施例的仰視圖。
[0066]如圖10的⑶所示，在由非磁性材料構(gòu)成的傳感器基板11的一面(上面)上，配置有磁傳感器元件(感磁元件)8a?8d，其磁極方向與感磁方向A平行。另外，圖10的
(A)?(F)中僅表不了磁傳感器兀件8a?8d中的磁傳感器兀件8a。在磁傳感器兀件8a?8d的兩端設(shè)置有布線焊盤12、13。在傳感器基板11的另一面(下面)上固定連接有匚形狀的軟磁性結(jié)構(gòu)件14的連接部14a。永久磁鐵10的兩磁極面的一部分嵌合在軟磁性結(jié)構(gòu)件14的開口部14b，使永久磁鐵(襯底磁鐵)10的兩磁極的磁場(chǎng)方向保持與感磁方向A相同且平行的狀態(tài)。
[0067]如圖10的(E)所示，可以在傳感器基板11和軟磁性結(jié)構(gòu)件14的連接部14a之間設(shè)置由非磁性材料構(gòu)成的間隔件15。
[0068]在此,磁傳感器兀件(感磁兀件)8a?8d具有相對(duì)于施加磁場(chǎng)成線性對(duì)稱的輸出特性。永久磁鐵10起到向磁傳感器元件8a?8d施加偏壓磁場(chǎng)的作用。軟磁性結(jié)構(gòu)件14覆蓋永久磁鐵10的兩磁極面的至少一部分。由此，軟磁性結(jié)構(gòu)件14起到連接永久磁鐵10的兩磁極面的作用。
[0069]圖11的(A)?(F)也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖11的(A)?(C)所示的實(shí)施例是未設(shè)置非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖11的(A)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖11的(B)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖11的(C)是上述實(shí)施例的仰視圖。圖11的(D)?(F)所示的實(shí)施例是設(shè)置有非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖11的(D)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖11的(E)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖11的(F)是上述實(shí)施例的仰視圖。
[0070]如圖11的(B)所示，在由非磁性材料構(gòu)成的傳感器基板11的一面(上面)上，配置有磁傳感器元件8a?8d，其磁極方向與感磁方向A平行。另外，圖11的(A)?(F)中僅表示了磁傳感器元件8a?8d中的磁傳感器元件8a。在磁傳感器元件8a?8d的兩端設(shè)置有布線焊盤12、13。在傳感器基板11的另一面(下面)上固定連接有匚形狀的軟磁性結(jié)構(gòu)件14的、與連接部14a相鄰的一個(gè)側(cè)面部。上述實(shí)施例的軟磁性結(jié)構(gòu)件14是從圖10的
(B)的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)90°的狀態(tài)。永久磁鐵10的兩磁極面的一部分嵌合在軟磁性結(jié)構(gòu)件14的開口部14b,使永久磁鐵10的兩磁極的磁場(chǎng)方向保持與感磁方向A相同且平行的狀態(tài)。
[0071]如圖11的(E)所示，可以在傳感器基板11和軟磁性結(jié)構(gòu)件14的一個(gè)側(cè)面部之間設(shè)置由非磁性材料構(gòu)成的間隔件15。
[0072]圖12的(A)?(F)也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖12的(A)?(C)所示的實(shí)施例是未設(shè)置非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖12的(A)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖12的(B)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖12的(C)是上述實(shí)施例的仰視圖。圖12的(D)?(F)所示的實(shí)施例是設(shè)置有非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖12的(D)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖12的(E)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖12的(F)是上述實(shí)施例的仰視圖。
[0073]如圖12的(B)所示，在由非磁性材料構(gòu)成的傳感器基板11的一面(上面)上，配置有磁傳感器元件8a?8d，其磁極方向與感磁方向A平行。另外，圖12的(A)?(F)中僅表示了磁傳感器元件8a?8d中的磁傳感器元件8a。在磁傳感器元件8a?8d的兩端設(shè)置有布線焊盤12、13。在傳感器基板11的另一面(下面)上固定連接有永久磁鐵10的端面，使永久磁鐵10的兩磁極的磁場(chǎng)方向保持與感磁方向A相同且平行的狀態(tài)。在上述實(shí)施例中，軟磁性結(jié)構(gòu)件14是從圖10的(B)的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)180°的狀態(tài)。軟磁性結(jié)構(gòu)件14的連接部14a作為底面而露出。
[0074]如圖12的(E)所示，可以在傳感器基板11和軟磁性結(jié)構(gòu)件14的開口部14b之間設(shè)置由非磁性材料構(gòu)成的間隔件15。
[0075]圖13的(A)?(F)也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖13的(A)?(C)所示的實(shí)施例是未設(shè)置非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖13的(A)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖13的(B)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖13的(C)是上述實(shí)施例的仰視圖。圖13的(D)?(F)所示的實(shí)施例是設(shè)置有非磁性間隔件的結(jié)構(gòu)。圖13的(D)是上述實(shí)施例的俯視圖。圖13的(E)是上述實(shí)施例的側(cè)視圖。圖13的(F)是上述實(shí)施例的仰視圖。
[0076]如圖13的(B)所示，在由非磁性材料構(gòu)成的傳感器基板11的一面(上面)上，配置有磁傳感器元件8a?8d，其磁極方向與感磁方向A平行。另外，圖13的(A)?(F)中僅表示了磁傳感器元件8a?8d中的磁傳感器元件8a。在磁傳感器元件8a?8d的兩端設(shè)置有布線焊盤12、13。在傳感器基板11的另一面(下面)上配置有匚形狀的軟磁性結(jié)構(gòu)件14。永久磁鐵10的兩磁極面的一部分嵌合在軟磁性結(jié)構(gòu)件14的開口部14b，使永久磁鐵10的兩磁極的磁場(chǎng)方向與感磁方向A垂直。在上述實(shí)施例中，軟磁性結(jié)構(gòu)件14是從圖10的(B)的狀態(tài)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)90°的狀態(tài)。
[0077]如圖13的(E)所示，可以在傳感器基板11和軟磁性結(jié)構(gòu)件14之間設(shè)置非磁性材料的間隔件15。
[0078]在上述圖10的⑷?(F)到圖13的⑷?(F)的結(jié)構(gòu)中，永久磁鐵10和軟磁性結(jié)構(gòu)件14的配置方法不同。因此，向磁傳感器元件8a?8d施加的磁場(chǎng)的強(qiáng)度也分別不同。在上述結(jié)構(gòu)中，向磁傳感器兀件8a?8d施加的偏壓磁場(chǎng)，比使用單體永久磁鐵10時(shí)(未使用軟磁性結(jié)構(gòu)件14時(shí))的磁場(chǎng)弱。
[0079]圖14的㈧?(F)是表示用于確認(rèn)非磁性間隔件15的效果的磁檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。另外，作為磁傳感器元件8a?8d使用包含納米粒子膜和軟磁性薄膜的隧道磁阻元件。作為非磁性間隔件15使用厚度為0.5_的石英板。此外，配置磁傳感器元件8a?8d的傳感器基板11的厚度也為0.5mm。
[0080]圖15也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。該實(shí)施例中，使圖1所示的實(shí)施例中的電流傳感器的基板7沿切槽7a的長(zhǎng)邊方向縮短。在圖15中與圖1相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。如圖15所示，在基板7上，四個(gè)磁傳感器元件8a?8d配置在以被測(cè)量電流所流過(guò)的電線9為中心的圓的圓周上。磁傳感器元件8a?8d配置在以切槽7a的長(zhǎng)邊方向?yàn)槎踢叺摹?nèi)接于以電線9為中心的圓的長(zhǎng)方形的各頂點(diǎn)上，并且使它們的感磁方向朝向上述圓的切線方向。上述實(shí)施例的偏壓磁場(chǎng)的施加和檢測(cè)電路等與圖1所示的實(shí)施例相同。
[0081]在圖15的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)改變磁傳感器元件8a?8d的配置，能夠使基板7的長(zhǎng)度L比圖1的結(jié)構(gòu)短。其結(jié)果，能夠使電流傳感器小型化。由此，容易在配電盤內(nèi)等電流傳感器的設(shè)置空間小的場(chǎng)所測(cè)量電流。
[0082]圖16也是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。在上述實(shí)施例中，電線9是具有矩形斷面形狀的母線。如圖16所示，基板7設(shè)置成其基板面與垂直于被測(cè)量電流的平面平行。在基板7上，四個(gè)磁傳感器元件8a?8d配置在包圍被測(cè)量電流所流過(guò)的電線9的橢圓的圓周上。磁傳感器元件8a?8d配置在內(nèi)接于上述橢圓的長(zhǎng)方形的各頂點(diǎn)上，并且使其感磁方向朝向上述橢圓的切線方向。向沿著橢圓的圓周相鄰的磁傳感器元件8a?8d施加的偏壓磁場(chǎng)的方向，沿著上述橢圓的圓周相互相反。另外，在上述實(shí)施例中，偏壓磁場(chǎng)的施加方法和檢測(cè)電路與圖1的實(shí)施例相同。
[0083]關(guān)于在母線中流動(dòng)的電流的測(cè)量，由上述電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈橢圓狀。由于，如圖1所示，在磁傳感器元件8a?8d配置為圓形的狀態(tài)下，感磁方向幾乎不與產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向相交。因此，電流的檢測(cè)靈敏度變小。因此，如圖16所示，通過(guò)將磁傳感器元件8a?8d配置為橢圓狀，能夠以高靈敏度測(cè)量由母線產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
[0084]如上所述，按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，能夠得到一種電流傳感器，該電流傳感器具有低消耗電力、高靈敏度特性、小型且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠降低位置偏移誤差，以及使用價(jià)格較低的磁傳感器元件。
[0085]如上所述，本發(fā)明的一種實(shí)施方式涉及一種高靈敏度的電流傳感器，該電流傳感器能夠以非接觸方式檢測(cè)流過(guò)電線的電流的大小，即使在電流傳感器和電線的相對(duì)位置變化時(shí)也能夠降低測(cè)量誤差。另外，本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電線還包括母線等具有圓形以外的斷面形狀的電線。
[0086]此外，本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電流傳感器可以是以下第一?第四電流傳感器。第一電流傳感器在使用磁傳感器元件將磁場(chǎng)的大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出的電流傳感器的基礎(chǔ)上，包括:電橋電路，由磁特性曲線為線性對(duì)稱的四個(gè)磁傳感器元件形成；以及偏壓磁場(chǎng)施加裝置，向所述各磁傳感器元件施加偏壓磁場(chǎng)，所述磁傳感器元件配置在與被測(cè)量電流垂直的平面內(nèi)。
[0087]第二電流傳感器在第一電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述磁傳感器元件是電阻根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻元件、或電阻抗根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻抗元件。
[0088]第三電流傳感器在第一或第二電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述偏壓磁場(chǎng)施加裝置至少包括永久磁鐵。
[0089]第四電流傳感器在第一?第三電流傳感器中的任意一個(gè)電流傳感器的基礎(chǔ)上，所述磁傳感器元件安裝在由非磁性體構(gòu)成的傳感器基板上。
[0090]出于示例和說(shuō)明的目的已經(jīng)給出了所述詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)上面的教導(dǎo)，許多變形和改變都是可能的。所述的詳細(xì)說(shuō)明并非沒(méi)有遺漏或者旨在限制在這里說(shuō)明的主題。盡管已經(jīng)通過(guò)文字以特有的結(jié)構(gòu)特征和/或方法過(guò)程對(duì)所述主題進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，權(quán)利要求書中所限定的主題不是必須限于所述的具體特征或者具體過(guò)程。更確切地說(shuō)，將所述的具體特征和具體過(guò)程作為實(shí)施權(quán)利要求書的示例進(jìn)行了說(shuō)明。
【權(quán)利要求】
1.一種電流傳感器，其特征在于包括: 四個(gè)磁傳感器元件，所述磁傳感器元件配置在與被測(cè)量電流垂直的平面內(nèi)，具有線性對(duì)稱的磁特性曲線，并且將磁場(chǎng)的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出； 電橋電路，包括所述四個(gè)磁傳感器元件；以及 偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件，向所述磁傳感器元件施加偏壓磁場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述磁傳感器元件是電阻根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述磁傳感器元件是電阻抗根據(jù)磁場(chǎng)的施加而變化的磁阻抗元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件包括永久磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器還具有由非磁性體構(gòu)成的傳感器基板，所述傳感器基板用于安裝所述磁傳感器元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流傳感器，其特征在于，在所述傳感器基板的一面上安裝有所述磁傳感器元件，在所述傳感器基板的另一面上配置有所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器還具有由磁性材料構(gòu)成的安裝構(gòu)件，所述安裝構(gòu)件用于將所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件安裝在所述傳感器基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，所述偏壓磁場(chǎng)施加構(gòu)件配置成其磁極方向與表示所述磁傳感器元件的最大靈敏度的感磁方向平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，所述電橋電路在其內(nèi)部配置有流動(dòng)有被測(cè)量電流的電線。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104297548SQ201410319248
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】三戶慎也, 竹中一馬, 加藤曉之 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社