专利名称：电流检测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在电流的测量或检测中使用的磁平衡方式的电流检测器及其制造方法。
背景技术：
磁平衡方式的电流检测器由具有间隙的磁性体芯、卷绕在磁性体芯上的二次绕组、磁敏(感磁)元件(例如霍尔元件，以下称为霍尔元件)以及对来自霍尔元件的输出进行电流放大的电路构成。这种电流检测器将通过被检测电流产生的磁场收集在磁性体芯中，并通过配置在磁性体芯的间隙中的霍尔元件将磁束转换为电压来输出。另外，例如作为该磁平衡方式的电流检测器的用途，有伺服电机中的电流测量。电流检测器进行针对电机的电流测量，将该测量值反馈到伺服放大器，作为控制参数的一个来使用。另外，在磁平衡方式的电流检测器中，卷绕在磁性体芯上的二次绕组向抵消由被检测电流产生的磁场的方向卷绕。当流过被测量电流时，与电流对应的磁场会在霍尔元件上产生输出电压，从该霍尔元件输出的电压信号通过电流放大电路而转换为电流，并反馈到二次绕组。上述的电流检测器以如下所述的方式进行工作由二次绕组产生的磁场(消除磁场)和由被测量电流产生的磁场相互抵消，间隙内的磁场始终为0。使流过二次绕组的消除电流通过输出电阻，并进行电压转换而作为输出来取出(例如，参照专利文献1)。专利文献1日本特开2007-147460号公报如上所述，磁平衡方式的电流检测器具有以下所述的结构，即针对被测量电流形成的磁场，在二次绕组中以抵消该磁场的方式产生磁场，并且该电流检测器相当于按照使磁芯内的磁束始终为零的方式进行工作的封闭式的电流检测器。此处，关于该电流检测器中的输出精度，存在卷数的误差、配置在磁芯的间隙内的霍尔元件的位置、二次绕组的位置、被测量电流导体的位置、磁芯间隙端面的加工质量等各种误差因素，但是很难通过对这些因素的全部进行管理来制造高精度的电流检测器。例如，在上述以往的磁平衡式电流检测器中，由于配置在磁芯的间隙内的霍尔元件的位置、即卷绕了二次绕组的磁芯与霍尔元件之间的位置关系，会使霍尔元件周围的消除磁场的强度变化，因此这些装配位置的精度会很大地影响电流的检测精度。由于上述的其他因素也会影响到电流的检测精度，因此很难按照每个产品来调整精度，其结果，很难通过对所有因素引起的误差进行统一管理和消除来改善产品的成品率。因此，作为这种问题的解决方案，期望开发如下的技术通过后续工序对由其他各种因素造成误差的部分进行调整，实现电流检测器中的电流检测精度的高精度化。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够实现电流检测精度的高精度化的磁平衡式电流检测器。另外，本发明的另一目的在于，提供一种能够通过后续工序对由其他因素造成误
3差的部分进行调整，并且能够制造电流检测精度高的磁平衡式电流检测器的电流检测器制造方法。本发明的发明人对在磁平衡式电流检测器中能够通过后续工序对由其他因素造成电流检测精度误差的部分进行调整的电流检测器的结构及其制造方法进行了专心研究， 其结果，提出了如下的磁平衡式电流检测器的结构及其制造方法通过绕组抽头切换使二次线圈(二次绕组)的卷数具有自由度，能够通过后续工序对由其他因素造成电流检测精度误差的部分进行调整，根据该结构及制造方法，可知通过绕组抽头切换来实现高精度化， 从而对于通过提高电流检测器的调整精度来改善产品的成品率是非常有效的。S卩、根据本发明，能够得到一种电流检测器，该电流检测器至少包含磁芯；二次线圈，其隔着预定的卷绕单元以预定的匝数卷绕在该磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的间隙中，该电流检测器的特征在于，其具有多个抽头，它们连接在所述二次线圈的输出侧，在所述卷绕单元的所述二次线圈的卷绕侧隔开预定的间隔，分别对应不同的卷数而设置；以及抽头切换单元，其通过选择所述多个抽头中的期望的一个抽头来切换要使用的抽头。另外，优选的是，所述多个抽头通过具有预定电阻值的电阻来连接，并且具有使该电阻在电气上有效或无效的单元。另外，根据本发明，能够得到一种电流检测器的制造方法，该电流检测器至少包含磁芯；二次线圈，其隔着预定的卷绕单元以预定的匝数卷绕在该磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的间隙中，该电流检测器的制造方法的特征在于，包含以下工序设置多个抽头和抽头切换单元，所述多个抽头连接在所述二次线圈的输出侧，在所述卷绕单元的所述二次线圈的卷绕侧隔开预定的间隔，分别对应于不同的卷数而设置，所述抽头切换单元通过选择所述多个抽头中的期望的一个抽头来切换要使用的抽头，作为将所述磁敏元件配置在所述磁芯的间隙内的工序的后续工序，至少包含通过所述抽头切换单元切换要使用的抽头的工序。另外，优选的是，所述多个抽头通过具有预定电阻值的电阻来连接，除了所述切换要使用的抽头的工序以外，还具有使所述电阻在电气上有效或无效的工序。根据本发明，能够提供如下所述的磁平衡式电流检测器及其制造方法能够通过绕组抽头切换而使二次线圈(二次线圈)的卷数具有自由度，并通过后续工序对由其他因素造成电流检测精度误差的部分进行调整。


图1是将使用了本发明的实施方式所涉及的电流检测器的伺服电机的控制系统与被控制电机一起表示的框图。图2是用于说明本发明的实施方式所涉及的电流检测器的动作原理的图。图3是表示本发明的实施方式所涉及的电流检测器的卷绕了二次线圈(二次绕组)的线轴和设置在该线轴上的卷数抽头的图。图4是在本发明的实施方式所涉及的电流检测器中，从实现了基于卷数抽头切换的高精度化的实施例1的结构中提取PCB (Printed Circuit Board 印刷电路基板)的卷数抽头部来表示的图，示出了对PCB的图案进行激光微调的例子。
图5是在本发明的实施方式所涉及的电流检测器中，从通过组合了卷数抽头切换和微调电阻而实现了高精度化的实施例2的结构中提取PCB的卷数抽头部来表示的图，示出了在对PCB的图案进行激光微调的同时，也通过配置电阻来进行微调的例子。图6是在本发明的实施方式所涉及的电流检测器中，从通过卷数抽头切换来实现多量程方式的实施例3的结构中提取PCB的卷数抽头部来表示的图，示出了在对PCB的图案进行激光微调的同时，也通过电阻微调来进行精度调整的例子。附图标记100,300 电流检测器；102 磁芯；104 二次绕组；106 霍尔元件；108 电流放大电路；112 电流线；If 被检测电流；120 线轴；120AU20B 凸缘部；130 =PCB ；200、 200Α-1、200Α-2、200Α-3、200Α-4、200Α-5 抽头；200B-1、200B-2、200B-3、200B-4、200B_5 抽头；203N、503N 微调电阻。
具体实施例方式参照附图详细说明本发明的实施方式所涉及的电流检测器。本实施方式所涉及的电流检测器作为磁平衡方式的电流检测器，例如用于伺服电机中的电流测量。图1是将使用了本实施方式的电流检测器100的伺服电机的控制系统与被控制电机一起表示的框图。图1所示的伺服电机的控制系统具有被控制电机92、伺服放大器94、控制器96以及磁平衡方式的电流检测器100。电流检测器100对流到被控制电机92的电流进行测量， 其测量值被反馈到伺服放大器94，作为控制器96的控制参数的一个来使用。图2是用于说明本实施方式所涉及的磁平衡方式的电流检测器100的动作原理的图。如该图所示，磁平衡方式的电流检测器100具有磁芯102，其由具有间隙的大致环状的磁性体构成；二次绕组，其卷绕在该磁芯102上；作为磁敏元件的霍尔元件106，其配置在磁芯102的间隙部102a中；以及电流放大电路108，其对霍尔元件106的霍尔电压Vh进行放大，并且将该放大的电压转换为电流Ih。二次绕组104的一端与电流放大电路108连接， 另一端经由负载电阻110接地。电流线112在被磁芯102围绕的空间内，配置在与磁芯102 的轴心正交的方向上。另一方面，上述的二次绕组104朝抵消(消除)由流过电流线112 的被检测电流If产生的磁场的方向卷绕。另外，在该磁平衡式电流检测器100中，不仅二次绕组104的卷绕方向，电流放大电路108的放大率等也按照使被检测电流If流过电流线 112而在磁芯102内产生的磁场与电流Ih流过二次绕组104而在磁芯102内产生的磁场抵消的方式设定。在具有以上结构的磁平衡式电流检测器100中，使霍尔元件106根据被检测电流If而产生的霍尔电压Vh通过电流放大电路108首先转换为电流Ih，并输出到二次绕组 104 (进行反馈)。这样，当电流Ih流过二次绕组104时，基于被检测电流If的磁场和基于上述电流Ih (由二次绕组104产生)的磁场(所谓的消除磁场)抵消而形成平衡状态。艮口、 按照使基于被检测电流If的磁场与消除磁场相互抵消、间隙部102a内的磁场始终为0的方式进行工作。此时，将上述负载电阻110中的电压下降量在端子Rl与R2之间检测为传感器输出电压，如果根据该传感器输出电压检测上述电流Ih，则能够检测流过电流线112 的被检测电流If。另外，在电流放大电路108的端子Al与A2之间连接有未图示的直流电源。另外，Ic表示霍尔元件106的驱动用电流。
根据这样的磁平衡式电流检测器100，由于还可以适当地抑制霍尔元件106的由温度依赖性引起的温度漂移，并且被检测电流If与传感器输出电压VH之间的线性也很好，因此能够高精度地检测被检测电流If。另外，要想制作如上所述的磁平衡式电流检测器100，需要将二次线圈(二次绕组)卷绕在线轴上，但是如上所述，由于二次线圈(二次绕组)的卷数与消除电流的大小有关，因此卷数如何偏差会产生特性的偏差。因此，本发明的发明人准备了如图3所示的卷数抽头，尝试解决该问题。另外，本实施方式的电流检测器 100是作为将二次绕组卷绕2000匝的规格来进行说明的。图3是表示电流检测器100的卷绕了二次线圈(二次绕组)的线轴和设置在该线轴上的卷数抽头的图。如图3所示，电流检测器100的用于卷绕二次线圈(二次绕组) 的线轴120具有凸缘部120A和120B，分别等间隔地设置有多个抽头200。凸缘部120A 上设有抽头 200Α-1、200Α-2、200Α-3、200Α-4、200Α-5。凸缘部 120B 上设有抽头 200B-1、 200B-2、200B-3、200B-4、200B-5。该抽头例如构成为抽头200A-1相当于绕组开端，其他抽头 200B-1、200A-2、200B-2、200A-3、200B-3、200A-4、200B-4、200A-5、200B-5 分别相当于第 1996匝、第1997匝、第1998匝、第1999匝、第2000匝、第2001匝、第2002匝、第2003匝、 第2004匝的抽头。这样，如果电流检测器100是将二次绕组卷绕2000匝的规格，则在理论上，只要准备按照每一匝为基准的卷数抽头，就能将输出的精度管理在士0.025%。因此，例如电流检测器100在作为通常的精度而要求保证士0.25%时，能够使不良率无限地接近零，显著改善成品率。进而，也能够保证高精度。图4是在本实施方式所涉及的电流检测器100中，从实现了基于卷数抽头切换的高精度化的实施例1的结构中提取PCB的卷数抽头部来表示的图，示出了对PCB的图案进行激光微调的例子。即、详细地说，本实施方式所涉及的电流检测器100虽然在线轴120上形成二次线圈(二次绕组)JfifiPCB 130的图案形成卷数抽头中的端子部和连接部，用微调器(激光微调)去掉不需要的抽头。在图4所示的实施例1中，为了有效利用N(如果是 2000匝，则第2000匝)抽头，并使N-I (如果是2000匝，则第1999匝)、N_2 (如果是2000 匝，则第1998匝)、N+1 (如果是2000匝，则第2001匝)、N+2 (如果是2000匝，则第2002 匝)抽头无效，用微调器(激光微调)去掉它们的连接部200Ν-1、200Ν-2、200Ν+1、200Ν+2， 并且不进行电连接。如上所述，预先用PCB 130的图案形成图4所示的抽头部，进行精度调整的结果， 如果用微调器(激光微调)去掉不需要的抽头的连接部，则在进行这样的二次线圈(二次绕组)的接线工序中，能够调整和校正由上述各种误差因素引起的精度的偏差。图5是在本实施方式所涉及的电流检测器100中，从通过组合了卷数抽头切换和微调电阻而实现了高精度化的实施例2的结构中提取PCB 130的卷数抽头部来表示的图， 示出了在对PCB 130的图案进行激光微调的同时，也通过配置电阻来进行微调的例子。艮口、 详细地说，本实施例2的电流检测器100也在线轴120上形成二次线圈(二次绕组)，但是通过PCB 130的图案来形成卷数抽头中的端子部和连接部，特别是在这些抽头与输入侧之间配置共同的微调电阻，不仅用微调器(激光微调)去掉不需要的抽头，对于有效利用的抽头，也根据需要，通过去掉其微调电阻，进一步提高电流检测精度的调整精度。如图5所示，在该实施例2中，在抽头N、N-I、N_2、N+1、N+2与输入侧之间配置共同的微调电阻203N。然后，首先为了有效利用N(如果是2000匝，则第2000匝)抽头，并使N-I (如果是2000匝，则第1999匝)、N_2 (如果是2000匝，则第1998匝)、N+1 (如果是 2000匝，则第2001匝)、N+2(如果是2000匝，则第2002匝)抽头无效，用微调器(激光微调)去掉这些连接部200Ν-1、200Ν-2、200Ν+1、200Ν+2，并且不进行电连接。除此之外，即使对于作为有效利用的抽头的N抽头，也通过去掉该共同的微调电阻203N，进一步提高电流检测精度的调整精度。这样，预先用PCB 130的图案形成如图5所示的抽头部，进而在抽头N、N_l、N_2、 N+1、N+2与输入侧之间，配置共同的微调电阻，为了使不需要的抽头无效，不仅用微调器 (激光微调)去掉这些连接部，而且对于有效利用的抽头，也通过根据精度调整的需要去掉该共同的微调电阻，能够进一步提高电流检测精度的调整精度。图6是在本实施方式所涉及的电流检测器100中，从通过卷数抽头切换实现多量程方式的实施例3的结构中提取PCB 130的卷数抽头部来表示的图，示出了在对PCB130的图案进行激光微调的同时，也用电阻微调来进行精度调整的例子。即、这里所说的多量程方式是如下的方式，即相对于上述的实施例1及2的电流检测器100是将二次绕组卷绕2000 匝的规格，实施例3的电流检测器300能够改变二次绕组的卷数(匝数)来使用。即、详细地说，本实施例3的电流检测器300也在线轴120上形成二次线圈(二次绕组)，但通过PCB 130的图案来形成卷数抽头中的端子部和连接部，特别是在这些抽头与输入侧之间配置共同的微调电阻，通过用微调器(激光微调)来去掉不需要的抽头，能够选择二次绕组的卷数(匝数)。然后，根据需要，通过去掉该共同的微调电阻来进行精度调整。如图6所示，在该实施例3中，在抽头500T、1000T、2000T、4000T、5000T与输入侧之间配置共同的微调电阻503Ν。然后，首先如果作为二次绕组的卷数(匝数)选择2000 匝，则为了有效利用2000匝的抽头2000Τ，并使500、1000、4000、5000的抽头500Τ、1000Τ、 4000Τ、5000Τ无效，用微调器(激光微调)去掉这些连接部500Ν、1000Ν、4000Ν、5000Ν，并且不进行电连接。除此之外，对于作为有效利用的抽头的2000Τ的抽头，也根据精度调整的需要，通过去掉该共同的微调电阻503Ν，进行电流检测精度的调整。这样，预先用PCB 130的图案形成如图6所示的抽头部，进而在抽头500Τ、1000Τ、 2000Τ、4000Τ、5000Τ与输入侧之间配置共同的微调电阻，为了使不需要的抽头无效，不仅用微调器(激光微调)去掉这些连接部，而且对于有效利用的抽头，也根据精度调整的需要， 通过去掉该共同的微调电阻，不仅能够选择二次绕组的卷数(匝数)，还能够进行电流检测精度的调整。产业上的可利用性本发明是在线轴等上卷绕二次线圈(二次绕组)的磁平衡式电流检测器，只要能够在线轴和基板上形成抽头，作为磁敏元件，就不限定于使用霍尔元件，也能够广泛地适用到使用MR元件等的其他电流检测器。另外，在上述实施例中，虽然将本发明的电流检测器适用到伺服电机的控制系统， 但是本发明的电流检测器当然也能够广泛地适用于除此之外的用途。另外，在上述的实施例中，虽然使用了矩形状的磁芯，但是当然也可以适用于使用例如椭圆环状的磁芯、圆形状的环形磁芯等其他形状的磁芯的电流检测器。进而，在上述的实施例中，在多个抽头与输入侧之间配置共同的微调电阻，对于有效利用的抽头，根据精度调整的需要，去掉了其共同的微调电阻，但是也可以按照多个抽头的各连接部，例如在其中间部分别配置微调电阻，对于有效利用的抽头，根据精度调整的需要，去掉其中的一个微调电阻。 另外，在本发明中，“使电阻在电气上有效或无效”还包含例如相反地起初存在断开的电阻线，通过连接这些电阻线使其有效的情况。所谓“使电阻有效或无效”可以是那种起初是连接但能够断开的线，或者起初是断开但能够连接的线，进而也可以不是线，而是具有预定电阻值(不是在市场上出售的电阻)的面金属。其宗旨是包含所有这样的东西。另外，由于只要是在电的意思上的“电阻”即可，因此当然也包含可变电阻。如果是可变电阻， 使其改变的(设定的)电阻值有效或无效。
权利要求
1.一种电流检测器，该电流检测器至少包含磁芯；二次线圈，其隔着预定的卷绕单元以预定的匝数卷绕在该磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的间隙中，该电流检测器的特征在于，其具有多个抽头，它们连接在所述二次线圈的输出侧，在所述卷绕单元的所述二次线圈的卷绕侧隔开预定的间隔，分别对应不同的卷数而设置；以及抽头切换单元，其通过选择所述多个抽头中的期望的一个抽头来切换要使用的抽头。
2.根据权利要求1所述的电流检测器，其特征在于，所述多个抽头通过具有预定电阻值的电阻来连接，并且具有使该电阻在电气上有效或无效的单元。
3.一种电流检测器的制造方法，该电流检测器至少包含磁芯；二次线圈，其隔着预定的卷绕单元以预定的匝数卷绕在该磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的间隙中，该电流检测器的制造方法的特征在于，包含以下工序设置多个抽头和抽头切换单元，所述多个抽头连接在所述二次线圈的输出侧，在所述卷绕单元的所述二次线圈的卷绕侧隔开预定的间隔，分别对应于不同的卷数而设置，所述抽头切换单元通过选择所述多个抽头中的期望的一个抽头来切换要使用的抽头，作为将所述磁敏元件配置在所述磁芯的间隙内的工序的后续工序，至少包含通过所述抽头切换单元切换要使用的抽头的工序。
4.根据权利要求3所述的电流检测器的制造方法，其特征在于，所述多个抽头通过具有预定电阻值的电阻来连接，除了所述切换要使用的抽头的工序以外，还具有使所述电阻在电气上有效或无效的工序。
全文摘要
本发明提供一种电流检测器及其制造方法。该电流检测器是高精度的磁平衡式电流检测器，其具有多个抽头(N、N-1、N-2、N+1、N+2)，它们连接在二次线圈的输出侧，在包含线轴(120)和PCB(130)的卷绕单元中的二次线圈的卷绕侧隔开预定的间隔，分别对应于不同的卷数而设置；作为抽头切换单元的各连接部(200N、200N-1、200N-2、200N+1、200N+2)，选择要使用的一个抽头(N)，用激光微调去掉与其他抽头(N-1、N-2、N+1、N+2)对应的各连接部(200N-1、200N-2、200N+1、200N+2)，使其不进行电连接，从而改变二次线圈的卷绕数来进行精度调整。另外，通过用激光微调去掉与所有的抽头对应的共同的微调电阻(203N)，进一步进行精度的微调整。
文档编号G01R19/00GK102243265SQ201110103820
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月25日 优先权日2010年4月28日
发明者小林正和, 神山直太 申请人:株式会社田村制作所