電流傳感器的製作方法

2023-05-26 12:14:26 1

專利名稱：電流傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測定電流大小的電流傳感器，特別是涉及能夠減小來自外幹擾的電磁噪聲的電流傳感器。
背景技術：
近年，在電動汽車和太陽能電池等領域，伴隨電動汽車和太陽能電池裝置的大輸出化 高性能化，處理的電流值不斷增大，非接觸地測定直流大電流的電流傳感器被廣泛使用。作為這種電流傳感器，提出了具備通過導體周圍的磁場變化來檢測在導體中流過的被測定電流的磁性傳感器的電流傳感器。此外，作為電流傳感器，開發了減小來自外幹擾的噪聲的電流傳感器。作為減小來自外幹擾的噪聲的電流傳感器，例如，提出了取得兩個磁性傳感器的輸出信號的差動的電流傳感器(專利文獻1)。在該專利文獻1中記載的電流傳感器將電流線作為Z軸，將與電流線正交的一個軸作為X軸，將與Z軸和X軸正交的一個軸作為Y軸， 隔著X軸在Y軸方向鄰接地配置有一對磁性傳感器。而且，一對磁性傳感器的磁場檢測方向朝向X軸方向。根據此結構，通過使一對磁性傳感器進行差動動作，信號線的被測定電流所形成的磁場的X分量以反相進行了加法處理，並以同相除去了除此之外的外幹擾。專利文獻1 JP特開2002-131342號公報但是，在上述專利文獻1中記載的電流傳感器，因為在噪聲環境嚴重的磁性傳感器的附近進行信號處理，所以在取出傳感器的輸出信號時，在信號線中附著噪聲，存在測定精度降低的問題。

發明內容
本發明鑑於這樣的問題點而作，目的在於提供一種即使在設置於噪聲環境嚴重的位置的情況下，也能夠抑制噪聲所導致的測定精度的降低的電流傳感器。本發明的電流傳感器的特徵在於，具備第一磁性傳感器和第二磁性傳感器，其配置於被測定電流所流過的電流線的周圍，通過來自所述被檢測電流的感應磁場而輸出相互大致反相的輸出信號；連接部，其連接於所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的輸出信號的輸出目標的電子設備；和差動部，其連接在所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的各自的信號線的所述連接部側，對所述第一磁性傳感器的輸出信號和所述第二磁性傳感器的輸出信號進行差動運算。根據此結構，第一、第二磁性傳感器輸出相互大致反相的輸出信號，在第一、第二磁性傳感器的信號線中同樣地附著噪聲，因此能夠通過差動運算來使輸出信號增加，同時減小輸出信號所含有的噪聲。此外，因為在第一、第二磁性傳感器的信號線的連接部側進行差動運算，所以能夠在遠離噪聲環境嚴重的第一、第二磁性傳感器的位置上，並且在輸出目標的電子設備的附近減小噪聲分量，能夠對電子設備輸出抑制了測定精度降低的傳感器輸出ο
在本發明的電流傳感器中，優選具備屏蔽部，其以覆蓋所述第一磁性傳感器和所 述第二磁性傳感器的各自的信號線的方式進行設置。根據此結構，能夠減小第一、第二磁性 傳感器的各自的信號線中附著的噪聲，能夠提高測定精度。在本發明的電流傳感器中，優選所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器以所 述電流線為中心，點對稱地配置，且敏感度軸方向彼此相同。根據此結構，能夠消除靈敏度 方向的外幹擾磁場，因此能夠提高測定精度。 在本發明的電流傳感器中，優選所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器是包 括如下部件的磁平衡式傳感器磁性傳感器元件，其特性根據來自所述被測定電流的感應 磁場而變化；和反饋線圏，其配置於所述磁性傳感器元件的附近，用於產生抵消所述感應磁 場的抵消磁場。根據此結構，通過使用磁平衡式傳感器作為磁性傳感器，能夠進一歩提高測 定精度。(發明效果)本發明的電流傳感器，具備第一磁性傳感器和第二磁性傳感器，其配置於被測定 電流所流過的電流線的周圍，通過來自所述被檢測電流的感應磁場而輸出相互大致反相的 輸出信號；連接部，其連接於所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的輸出信號的輸 出目標的電子設備；和差動部，其連接在所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的各 自的信號線的所述連接部側，對所述第一磁性傳感器的輸出信號和所述第二磁性傳感器的 輸出信號進行差動運算。因此，即使在電流傳感器設置於噪聲環境嚴重的位置的情況下，也 能夠抑制噪聲所導致的測定精度的降低。


圖1是表示本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的圖。圖2是本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的模塊圖。圖3是本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的噪聲的減小方法的說明圖。圖4是使用了本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的輸出結果的說明圖。(符號說明)1電流傳感器2電流線3安裝框體4連接器(連接部)5屏蔽線(屏蔽部)6連接器側框體2IA第一磁性傳感器2IB第二磁性傳感器22A、22B 控制部23差動部211反饋線圈212橋接電路221、223 差動電流放大器
222、224 I/V 放大器231差動放大器
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發明的實施方式進行詳細的說明。圖1是表示本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的圖。另外，為了說明的方便， 用虛線表示了安裝框體3和連接器側框體6。在本實施方式中，圖1所示的電流傳感器1 是將與電流線中流過的被測定電流相應的輸出信號輸出到例如ECU (Electronic Control Unit)等設備的電流傳感器。電流傳感器1具備安裝於電流線2的安裝框體3 ；和通過屏蔽線5而連接於輸出目標設備的連接器4。連接器4通過連接器側框體6而連接於屏蔽線 5。在安裝框體3內，隔著電流線2上下相對地配置有基板11、12，在基板11上設置有第一磁性傳感器21A和控制部22A(參照圖2)，在基板12上設置有第二磁性傳感器21B 和控制部22B(參照圖2)。在各基板11、12和電流線2之間，設置有絕緣間隔部件14、15。 各基板11、12被該絕緣間隔部件14、15從電流線2在上下方向隔開相同距離。此外，第一、 第二磁性傳感器21A、21B在基板11、12上以相對於電流線2的中心相互成為點對稱的位置且各自的磁阻效應元件的靈敏度軸方向相同的方式來進行配置。另外，第一、第二磁性傳感器21A、21B不限定於上述配置結構，只要以通過來自在電流線2中流過的被測定電流的感應磁場而輸出彼此大致反相的輸出信號的方式來配置，則可任意配置。在此所說的大致反相，包括以在差動運算後能夠得到充足傳感器輸出程度的相移後的範圍。在連接器側框體6內，容納有在基板17上形成了差動電路的差動部23。在差動部 23上，連接有分別從第一、第二磁性傳感器21A、21B延伸出的信號線。差動部23對分別從第一、第二磁性傳感器21A、21B輸出的輸出信號進行差動運算，並通過連接器4輸出到輸出目標設備。像這樣，差動部23設置於與設置第一、第二磁性傳感器21A、21B的基板11、12 不同的基板17上，以在輸出目標設備的附近進行差動運算的方式構成。另外，連接器側框體6也可以以能夠減小外幹擾噪聲的影響的方式被屏蔽。屏蔽線5在內側容納第一、第二磁性傳感器21A、21B的各信號線，一端固定於安裝框體3，另一端固定於連接器側框體6。根據此結構，屏蔽線5在安裝框體3與輸出目標設備之間，防止了在第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中附著噪聲。另外，屏蔽線 5隻要是能夠減小外幹擾噪聲對各信號線的影響的結構即可，例如，將在被絕緣的狀態下覆蓋各信號的周圍的金屬膜與連接器側框體6內的基板17的接地圖案接地而構成。此外，安裝框體3為非磁性的金屬製品，防止了在第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中附著噪聲。並且，因為安裝框體3連接於基板11、12的接地圖案，所以能夠防止外幹擾噪聲的傳播。圖2是表示本發明的實施方式所涉及的電流傳感器的模塊圖。第一、第二磁性傳感器21A、21B是磁平衡式傳感器，由如下部件構成反饋線圈211，其以能夠產生抵消被測定電流所產生的磁場的方向的磁場的方式進行配置；橋接電路212，其由作為磁性檢測元件的兩個磁阻效應元件和兩個固定電阻元件構成。控制部22A包括如下部件差動電流放大器221，其對第一磁性傳感器21A的橋接電路212的差動輸出進行放大，並控制反饋線圈211的反饋電流；和I/V放大器222，其將第一磁性傳感器21A的反饋電流變換為電壓。控制部22B包括如下部件差動電流放大器223，其對第二磁性傳感器21B的橋接電路212的差動輸出進行放大，並控制反饋線圈211的反饋電流；和I/V放大器224，其將第二磁性傳感器21B的反饋電流變換為電壓。差動部23包括對I/V放大器222、224的差動輸出進行放大的差動放大器231。反饋線圈211配置於橋接電路212的磁阻效應元件的附近，用於產生抵消由被測定電流所產生的感應磁場的抵消磁場。作為橋接電路212的磁阻效應元件，可以列舉 GMR(Giant Magneto Resistance 巨磁阻)元件禾口 TMR(Tunnel Magneto Resistance 隨道式磁阻)元件等。磁阻效應元件由於來自被測定電流的感應磁場的施加而電阻值發生變化。通過由兩個磁阻效應元件和兩個固定電阻元件構成橋接電路212，能夠實現高靈敏度的電流傳感器。此外，通過使用磁阻效應元件，能夠容易地在與設置電流傳感器的基板面平行的方向上配置靈敏度軸，並能夠使用平面線圈。橋接電路212具備產生與被測定電流所產生的感應磁場相應的電壓差的兩個輸出。橋接電路212的兩個輸出被差動電流放大器221、223放大，被放大後的輸出作為電流 (反饋電流)被提供給反饋線圈211。該反饋電流對應於與感應磁場相應的電壓。此時，在反饋線圈211中，產生與抵消感應磁場的抵消磁場。然後，成為了感應磁場和抵消磁場相抵消的平衡狀態時的反饋線圈211中流過的電流被I/V放大器222、2M變換為電壓，該電壓成為傳感器輸出。另外，在差動電流放大器221中，通過將電源電壓設定為與I/V變換的基準電壓 + (反饋線圈電阻的額定內最大值χ滿刻度(full scale)時反饋線圈電流)接近的值，由此反饋電流自動地被限制，能夠起到保護磁阻效應元件和反饋線圈的效果。此外，雖然在此對橋接電路212的兩個輸出的差動進行放大後使用於反饋電流，但也可以從橋接電路中只將中點電位作為輸出，並根據與規定的基準電位的電位差來作為反饋電流。差動放大器231將I/V放大器222、2M的輸出信號的差動值作為傳感器輸出來處理。通過進行這種處理，第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中的地磁等外部磁場的影響被消除，能夠更高精度地測定電流。下面，參照圖3，對噪聲的減小方法進行說明。如圖3所示，第一、第二磁性傳感器21A、2IB在基板11、12上，以相對於電流線2的中心彼此成為點對稱的位置並各自的磁阻效應元件的靈敏度軸方向成為相同方向的方式來進行配置。在此狀態下，若在電流線2中流過被測定電流，則在電流線2的周圍產生箭頭 Ha所示的那種磁場。因此，第一、第二磁性傳感器21A、21B通過來自被測定電流的感應磁場能夠得到相互反相的輸出信號。此外，第一、第二磁性傳感器21A、21B配置於噪聲環境嚴重的位置，例如，受到箭頭Hb所示的那種地磁等外幹擾磁場的影響。在此情況下，在第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中由於外幹擾磁場的影響而附加相互同相的噪聲。然後，來自第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號在連接器4側(輸出目標設備側)輸入到差動放大器231，在差動放大器231中進行差動運算。在此情況下，在第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中，基於被測定電流的感應磁場的輸出分量相互反相， 因此被進行加法處理。另一方面，在第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號中，基於外幹擾磁場的噪聲分量相互同相，因此被除去。這樣一來，電流傳感器1的測定精度得到了提高。此時，差動放大器231所進行的差動運算，在遠離了噪聲環境嚴重的位置的噪聲環境良好的連接器4側進行。因此，能夠減小附著於差動運算後的傳感器輸出的噪聲，從而抑制測定精度的降低。另外，在本實施方式中，採用了使用磁平衡式傳感器作為第一、第二磁性傳感器的結構，但不限定於此結構。磁性傳感器只要為根據來自流過電流線的被測定電流的感應磁場而輸出相互大致反相的輸出信號的磁性傳感器即可，例如，也可以使用磁比例式傳感器。 通過使用磁比例式傳感器，與使用磁平衡式傳感器的結構相比，能夠減小消耗功率。此外，在本實施方式中，採用了與連接器4鄰接地設置差動部23的結構，但差動部 23隻要設置於第一、第二磁性傳感器21A、21B的各自的信號線的連接器4側即可。即，差動部23隻要為充分遠離了噪聲環境嚴重的第一、第二磁性傳感器21A、21B的位置，而遠離連接器4地設置即可。在此，對使用了本發明的電流傳感器的輸出結果進行說明。在此，比較使用了本發明的電流傳感器的輸出結果和使用了比較例的電流傳感器的輸出結果，來進行說明。圖 4是表示電流傳感器的輸出結果的圖，實線表示了本發明的電流傳感器的輸出結果，虛線表示了比較例的電流傳感器的輸出結果。比較例所涉及的電流傳感器在如下這一點上與本發明的電流傳感器不同在第一、第二磁性傳感器21A、21B的附近進行了差動運算處理。如圖4的虛線所示，在比較例所涉及的電流傳感器的傳感器輸出中，在每個規定的周期中含有較大的噪聲分量。該噪聲在從大約-5V到大約+15V之間振動，使測定精度顯著降低。因此，在比較例所涉及的電流傳感器中，必須設置從輸出信號中除去噪聲分量的濾波器電路，而濾波器電路的設計等花費大量的時間。另一方面，如圖4的實線所示，在本發明所涉及的電流傳感器1的傳感器輸出中，通過差動放大器231的差動運算而除去了較大的噪聲分量，能夠得到大約+6V的固定的輸出。像這樣，根據本發明的電流傳感器1，通過簡易的結構，與比較例所涉及的電流傳感器相比，能夠大幅減小傳感器輸出中所包含的噪聲分量。像這樣，在本實施方式中，差動放大器231遠離噪聲環境嚴重的第一、第二磁性傳感器21A、21B，且與輸出目標設備的附近的連接器4鄰接地設置。因此，第一、第二磁性傳感器21A、21B的輸出信號在輸出目標設備的附近進行差動運算從而除去噪聲，因此能夠對輸出目標設備輸出高精度的傳感器輸出。此外，因為差動放大器231遠離噪聲環境嚴重的位置地設置，所以能夠抑制在差動運算後的傳感器輸出中摻入噪聲，能夠提高測定精度。本發明不限定於上述實施方式，可以進行各種變更來實施。例如，可以適當變更上述實施方式中的各元件的連接關係、大小等來實施。此外，在上述實施方式中，對將磁阻效應元件使用於磁平衡式電流傳感器的情況進行了說明，但也可以將霍爾元件或其他磁性檢測元件使用於磁平衡式電流傳感器而構成。並且，在上述實施方式中，採用了通過屏蔽線來屏蔽從第一、第二磁性傳感器延伸出的信號線的結構，但也可以採用不設置屏蔽線的結構。 即使為這種結構，也能夠對輸出目標設備輸出減小了噪聲分量的傳感器輸出。此外，本發明可以不脫離本發明的範圍地適當變更來實施。(產業上的可利用性)本發明可以應用於檢測電動汽車或混合動力汽車的電動機驅動用的電流的大小的電流傳感器。
權利要求
1.一種電流傳感器，其特徵在於，具備第一磁性傳感器和第二磁性傳感器，其配置於被測定電流所流過的電流線的周圍，通過來自所述被檢測電流的感應磁場而輸出相互大致反相的輸出信號；連接部，其連接於所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的輸出信號的輸出目標的電子設備；和差動部，其連接在所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的各自的信號線的所述連接部側，對所述第一磁性傳感器的輸出信號和所述第二磁性傳感器的輸出信號進行差動運算。
2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特徵在於，具備屏蔽部，其以覆蓋所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器的各自的信號線的方式進行設置。
3.根據權利要求2所述的電流傳感器，其特徵在於，所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器以所述電流線為中心，點對稱地配置，且敏感度軸方向彼此相同。
4.根據權利要求3所述的電流傳感器，其特徵在於，所述第一磁性傳感器和所述第二磁性傳感器是包括如下部件的磁平衡式傳感器磁性傳感器元件，其特性根據來自所述被測定電流的感應磁場而變化；和反饋線圈，其配置於所述磁性傳感器元件的附近，用於產生抵消所述感應磁場的抵消磁場。
全文摘要
提供一種即使在設置於噪聲環境嚴重的位置的情況下，也能夠抑制噪聲所導致的測定精度降低的電流傳感器。為此，本發明的電流傳感器(1)的特徵在於，具備第一磁性傳感器(21A)和第二磁性傳感器(21B)，其配置於被測定電流所流過的電流線(2)的周圍，通過來自被檢測電流的感應磁場而輸出相互大致反相的輸出信號；連接器(4)，其連接於第一磁性傳感器(21A)和第二磁性傳感器(21B)的輸出信號的輸出目標的電子設備；和差動部(23)，其與第一磁性傳感器(21A)和第二磁性傳感器(21B)的各自的信號線的連接器(4)鄰接，對第一磁性傳感器(21A)的輸出信號和第二磁性傳感器(21B)的輸出信號進行差動運算。
文檔編號G01R19/00GK102313831SQ20111016222
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月16日 優先權日2010年7月7日
發明者田村學 申請人:阿爾卑斯綠色器件株式會社