专利名称：电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流传感器，尤其涉及使用磁传感器的电流传感器。
背景技术：
近年来，随着电子仪器的普及，检测电流的电流传感器的需求也逐渐增加。特别 是，随着作为测量对象的仪器的小型化，电流传感器自身也必须小型化，并且还需要通过简 化构造而降低成本。当然也需要提高电流检测的精密度、灵敏度。专利文献1公开了电流传感器的一个例子。该专利文献1中公开的磁传感器的大 致结构如图IA所示。如该图所示，磁传感器是用具备凸部102a的磁体芯102包覆形成于 印刷线路基板101上的被测电流图案103，通过在该凸部102a之间的印刷线路基板101的 部位上配置磁传感器104，得到与被测电流成比例的输出电信号。具体而言，如果使电流流过被测电流图案103，则由该电流产生磁场，该磁场被磁 体芯102增强。于是，由于在磁体芯102相向的凸部102a之间，即配置有磁传感器104的 间隙之间，产生强磁场，因此通过检测该磁场可以检测电流。特别是，通过在磁体芯102的 左右侧面进行凹型的沟加工，形成不分割该磁体芯102即可安装在印刷线路基板101的结 构。并且，由于用上述磁体芯102包覆磁传感器104，因而可屏蔽外部磁噪声。然而，在上述电流传感器的磁体芯102中，会产生连外部磁噪声都检测到的问题。 具体而言，图IB表示专利文献1公开的磁体芯102，如果在图的纵向方向即实线箭头(実践 矢印一実線矢印)方向产生外部磁场，则在形成有凸部102a之处，如虚线箭头所示，外部磁 场被增强并能穿过凸部102a之间。因此，即使在电流未流过被测电流图案103的状态下， 越是高灵敏度的磁传感器有时也就越容易检测到外部磁噪声，从而产生电流检测精密度下 降的问题。此外，上述磁体芯102在内表面具有凸部102a因此形状复杂，从而产生部件成 本增加的问题。专利文献1 日本特开2008-20403号公报

发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述课题，即提供一种成本低且可抑制外部磁噪声 的误测的可靠性高的电流传感器。为实现上述目的，作为本发明一个实施方式的电流传感器包括被测电流线路，其具有将同一线路的一部分平行配设的平行配设部，从而使作为 测量对象的电流在相反的方向上流通；磁检测设备，其配置于位于上述平行配设部上的平行线路之间，以检测相对于由 该平行线路形成的平面垂直方向的磁场； 电流检测设备，其根据上述磁检测设备检测出的磁场，检测流过上述被测电流线 路的电流；以及 磁体芯，其围绕上述平行配设部，以增强由于电流流过位于上述平行配设部的平行线路而在该线路周围产生的磁场。并且，上述磁体芯采用以下结构具有夹着由上述平行线路所形成的平面且相向 的一对壁部，上述一对壁部在位于上述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其它部分 的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离。此外，在上述磁体芯的上述一对 壁部之间，配置上述磁检测设备。作为本发明另一个实施方式的电流传感器的制造方法包括对被测电流线路配置磁检测设备，该被测电流线路具有将同一线路的一部分平行 配设的平行配设部从而使作为测量对象的电流在相反的方向上流通，该磁检测设备在位于 上述平行配设部上的平行线路之间，用于检测相对于由该平行线路形成的平面垂直方向的 磁场；将上述磁检测设备与电流检测设备连接，该电流检测设备根据该磁检测设备检测 出的磁场来检测流过上述被测电流线路的电流；配置磁体芯，该磁体芯围绕上述平行配设部以增强由于电流流过位于上述平行配 设部的平行线路而在该线路周围产生的磁场，同时还具有夹着由上述平行线路所形成的平 面且相向的一对壁部，该一对壁部在位于上述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其 它部分的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离。并且装配上述磁体芯时， 在该磁体芯的上述一对壁部之间配置上述磁检测设备。本发明通过采用上述结构，可提供低成本化以及抑制了外部磁噪声的检测的高精 密度的电流传感器。


图IA是表示与本发明相关的电流传感器的结构图。
图IB是表示与本发明相关的电流传感器的动作图。
图2是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。
图3A是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。图3B是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。 图4是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。
图5是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。图6是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。 图7是表示实施方式1中电流传感器的结构和装配的状态图。 图8是表示实施方式1中电流传感器的结构的概略图。图9是说明图5和图8公开的磁体芯的功能的图。 图10是说明图5和图8公开的磁体芯的功能的图。
图11是说明图5和图8公开的磁体芯的功能的图。图12是表示图1公开的磁传感器的结构图。
图13是图12公开的磁传感器的俯视图。图14是图12公开的GMR芯片的局部放大图。图15是表示由图12公开的GMR芯片上形成的GMR元件构成的电桥电路的图。图16A是说明GMR元件的特性的图。
图16B是说明GMR元件的特性的图。图17是表示对应GMR芯片的磁场的状态图。图18是表示实施方式1中对于磁传感器的磁场的状态图。图19是说明实施方式2中磁体芯的结构和功能的图。图20是表示实施方式2中磁体芯内部产生的磁场的状态图。图21是表示实施方式3中磁体芯的结构图。图22是表示实施方式4中屏蔽板的结构图。图23A是表示实施方式5中壳体(case)的结构图。图23B是表示实施方式5中壳体的结构图。图24是表示实施方式6中GMR传感器的结构图。图25是表示实施方式6中对应GMR传感器的磁场的状态图。图26是表示实施方式6中GMR传感器的另一个结构图。图27是表示实施方式6中对应另一个结构的GMR传感器的磁场的状态图。符号说明12345671011、1221、22233131a、31b32、34、3具体实施例方式<实施方式1>参照图2至图18对本发明的第一实施方式进行说明。图2至图7是表示电流传 感器的结构和装配的状态图。图8是表示电流传感器的结构的概略图。图9至图11是表 示对电流传感器产生的磁场的状态图。图12至图18是说明构成电流传感器的磁传感器的 详细结构和动作的图。首先，参照图2至图7说明电流传感器的结构和装配顺序。图2表示作为构成电流 传感器的基体的基板1的表面，图3A表示其背面。如图2和图3A所示，基板1是大致长方 形的薄板构件。如图3所示，在基板1的背面，沿该基板1的表面搭载有U字形(二字形) 的电流条2。
基板
电流条(bar) 磁传感器 线圈 磁体芯 屏蔽板 壳体 控制器 切口部 直线部 连接线路部 GMR芯片 元件形成部 磁体
上述电流条2 (被测电流线路)作为电流流通的线路而起作用，两端形成了端子， 可以与在作为计测对象的仪器(被测电流仪器)上形成的端子连接。如果将电流条2与作 为测量对象的仪器的端子连接，则电流从一端流向另一端，因此本发明的电流传感器，将从 该仪器流出的电流作为测量对象，发挥测量其值的作用。应予说明，本发明的电流传感器可 以装入作为测量对象的仪器内处于常时安装的状态，也可以在需要时再安装到仪器上。上述电流条2具体形成呈U字形(二字形)。因此，分别位于端部的两根直线部 21,22相互平行，形成平行配设部。电流条2构成同一线路，因此在上述平行直线部21、22 中流通方向相反的电流。其中，上述电流条2连接并搭载在基板1的背面，因此，由该电流条2自身即两根 直线部21、22所决定的平面，处于与基板1的表面平行的位置关系。因此，如上所述，如果 在平行的各直线部21、22中流通方向相反的电流，则围绕该各直线部21、22产生磁场，该磁 场在各直线部21、22之间的中央部分处于相对于基板1大致垂直的方向。另外，电流条2由一体形于在基板1上的导线(Trace Wire)等构成，但不一定仅 限于上述结构。此外，电流条2不一定仅限于U字形，可以由平行配设的部分形成以使同一 线路的一部分流通方向相反的电流。为了控制形成电流条2的直线部21、22中流通的电流，也可如图3B所示，在电流 条2的一端子与电流条2的另一端子的邻接之处，形成将该电流条2的一端子与电流条2 的另一端子连接的连接线路部23。通过形成这样的结构，当流过电流条2的端子之间的电 流较大时，可以使流过电流条2的直线部21、22的电流降低，因此在测定直流大电流时最为 理想。另外，为了降低制造成本，上述连接线路部23和电流条2最好一体形成。在上述基板1上，在电流条2的外侧、具体而言与各直线部21、22邻接，形成与该 直线部21、22平行延伸的特定宽度的切口即切口部11、12。该切口部11、12以一定宽度切 入基板1内部而形成，为了安装后述的磁体芯5而将该磁体芯5的壁部53、54插入其中。在上述基板1的表面上，在与上述电流条2的空间部相对应的部分、特别是在位于 平行的各直线部21、22之间的中央部分，搭载有磁传感器3(磁检测设备)。该磁传感器3 能够检测相对于基板1垂直方向的磁场。因此，由电流流过上述电流条2所产生的磁场的方 向，在两根直线部21、22之间处于相对于基板1垂直的方向，因此可以检测该磁场。并且， 将检测从磁传感器3输出的信号的回路作为控制器10 (参照图8)搭载于基板1上，搭载于 该基板1上的磁传感器3与控制器10连接。另外，关于控制器10如后所述。另外，本实施方式中，作为磁传感器3的一个例子，使用如后所述的巨磁阻效应 (Giant Magneto Resistive effect,GMR)元件(磁阻效应元件)，但也可以是霍尔元件、隧 道磁阻效应(Tunnel Magneto-Resistance, TMR)元件，只要是能够检测在相对于基板1垂 直方向上产生的磁场则可以是任意磁传感器。磁传感器3的详细结构如后所述。如图4所示，基板1的表面搭载有大致圆筒形的线圈4。具体而言，线圈4具有缠 绕在大致圆筒形线轴的外周的结构。应予说明，线圈4可以没有线轴，也可以是空芯线圈。 并且，线圈4可以是中空的并以在中空内部的中心设置上述磁传感器3的状态搭载于基板1 上。线圈4的高度为，使形成用于检测后述磁传感器3中所形成的磁场的元件的元件面位 于该线圈4高度方向的中央。另外，由于分别配置在基板1的表面和背面的线圈4和电流 条2分别流通电流，因此在基板1中，至少在搭载线圈4、磁传感器3和电流条2的部分，使其表面和背面相互绝缘。通过使电流流过上述线圈4中流通，可以在该线圈4的内部和周围产生磁场。特 别是可以在线圈4中空的中心部分产生相对于基板1垂直方向的磁场。因此，通过控制流 过线圈4的电流的方向和强度，可以使线圈4产生磁场，该磁场的方向与因电流流过上述电 流条2而产生的相对于基板1垂直方向的磁场相反，从而可抵消由电流条2所产生的磁场。如上所述，将控制流过线圈4的电流的回路作为控制器10(参照图8)搭载于基板 1上，并且将搭载于该基板1上的线圈4与控制器10连接。该控制器10具有对从上述磁 传感器3输出的信号进行检测、并且根据该输出信号来控制流过线圈4的电流的功能。具 体而言，控制器10控制流过该线圈4的电流的值，使得用线圈4产生的磁场抵消由电流条 2产生的磁场以使利用磁传感器3检测出的磁场的值为“0”，。另外，关于控制器10的具体 动作如后所述。控制器10具有以下功能在使利用磁传感器3检测出的磁场值为“0”的状态下， 将根据流过线圈4的电流而实施特定运算所得的值，作为流过电流条2的电流值进行检测， 并输出到外部。即，控制器10具有根据流过线圈4的电流而检测出流过电流条2的电流的 功能。另外，该功能换言之，即控制器10根据磁传感器3检测出的磁场的值来控制流过线 圈4的电流值以对流过电流条2的电流进行检测，因此可以说该功能是根据磁传感器3检 测出的磁场来检测流过电流条2的电流。另外，本实施方式中，根据流过线圈4的电流值来检测流过电流条2的电流值，因 此线圈4和控制器10作为电流检测设备而起作用。但是，控制器10也可以从利用磁传感 器3检测出的磁场值经过特定运算来检测流过电流条2的电流值。在该情况下，控制器10 中不具备控制线圈的功能(线圈控制设备)，控制器10只起到电流检测设备的作用。如图5所示，在基板1上装配有环状且端面呈矩形(长方形)的磁体芯5。换言 之，磁体芯5是将一定宽度的带状体形成环状体，使其端面为长方形。再换言之，磁体芯5 呈筒状，带状体的宽度方向即与筒状体的高度方向(长度方向)相对应。另外，磁体芯5例 如由软磁体形成。如图5所示，将构成磁体芯5的相向的一对壁部、此处为其中构成短边的一对壁部 (图8中符号53、54所示的壁部)，以相对于上述基板1垂直设置的状态，分别插入形成于 该基板1上的各切口 11、12中，从而可以将该磁体芯5装配到基板1内。换言之，此处将与 构成长边的长边侧的一对壁部(图8中符号51、52所示的壁部)相连的短边侧的壁部(另 一对壁部)，从磁体芯5的端面侧插入各切口 11、12中。于是，构成磁体芯5长边侧的一对 壁部(图8中符号51、52所示的壁部)处于与基板1平行的位置。换言之，长边侧的一对 壁部51、52处于与由电流条2形成的平面平行的位置。此外，长边侧的一对壁部51、52，其 内表面是平坦的。同样，短边侧的一对壁部53、54，其内表面也是平坦的。应予说明，磁体芯5与基板1垂直的短边侧的一对壁部53、54，也可以由分别位于 比该各壁部53、54更外侧的、曲率大致相同的一对曲线壁部形成。另外，各壁部连接的部 分，即各壁部垂直相交的部分也可以不垂直相交而相互平滑连接形成曲线状，例如连接形 成特定半径的圆弧状。通过形成上述构造，有可能可降低后述局部磁场的产生。在此，图8表示电流传感器的大致结构，如上所述，围绕装配于基板1上的电流条 2、磁传感器3和线圈4的配置磁体芯5。由此，电流条2、磁传感器3和线圈4形成被夹在磁体芯5长边侧的一对壁部51、52之间而配置的状态。接着，参照图9至图11，对上述磁体芯5的功能进行说明。首先，如果电流流过电 流条2，则在该电流条2的周围产生磁场。此时，如图9所示，加入电流流过电流条2，则在 电流条2的各直线部21、22周围产生如虚线箭头所示磁场。于是，该产生的磁场，被位于电 流条2周围的磁体芯5进一步增强，在电流条2的相互平行设置的各直线部21、22之间的 中央，产生相对于由该电流条2所形成的平面垂直方向的磁场，该磁场形成比没有磁体芯5 的情况更强的状态。如图9所示，由于在电流条2的各直线部21、22之间的中央配置磁传 感器3，因此可利用该磁传感器3来检测磁场。由于在电流条2的各直线部21、22之间的中央还配置了线圈4，因此可以产生将 由电流条2所产生且相对于基板1垂直的磁场抵消的磁场。此时，控制器10测量来自磁传 感器3的检测值，控制流过线圈4的电流值以使该检测值为“0”。例如，如果磁传感器3检 测出特定值的磁场，则控制电流流过线圈4，使该电流的大小与该检测值相对应、方向为产 生反方向磁场的方向。即，利用磁传感器3检测出的磁场值越大，流过线圈4的电流值就越 大。并且，此时将与流过线圈4的电流值成正比的值作为流过电流条2的电流值。因此，控 制器10将对流过线圈4的电流值进行特定运算所得的值，作为流过电流条2的电流值输出 到外部。磁体芯5不仅使如上所述由电流流过电流条2所产生的磁场增强，而且具有屏蔽 外部磁场以抑制该外部磁场被磁传感器3检测的功能。此时，例如，如图10的实线箭头所 示，在相对于基板1垂直的方向，即相对于由电流条2所形成的平面垂直的方向上，产生外 部磁场。于是，该外部磁场如虚线箭头所示，虽然导通磁体芯5本体，但是在配置有磁传感 器3的内部空间其强度减小。特别是，本实施方式中的磁体芯5长边侧的一对壁部51、52 的内表面平坦，因而该一对壁部51、52相互间的距离一定。因此，在图IB所说明的形成有 凸部102a的芯102中，虽然有时外部磁场被增强且能被磁传感器检测到的强度的磁场通过 凸部102a之间，但本发明的磁体芯5中，使通过内部的外部磁场强度大幅减小，从而可以屏 蔽该外部磁场。其结果可抑制由磁传感器3检测出外部磁场。如图11的实线箭头所示，由磁体芯5引起的磁屏蔽效果对于与基板1平行的方向 的外部磁场也相同，该外部磁场如虚线箭头所示，虽然导通磁体芯5本体，但在配置有磁传 感器3的内部空间其强度大幅减小，可以屏蔽该外部磁场。另外，在将上述磁体芯5装配在基板1上之前，如图6所示，在基板1上围绕线圈 4和位于其内部的磁传感器3装配有比线圈4大一圈的圆筒形软磁体屏蔽板6，该屏蔽板6 具有与基板1的表面平行并载置于该基板1上的开口。并且也围绕该屏蔽板6设置上述磁 体芯5。此外，如图7所示，用壳体7围绕如上所述装配在基板1上的所有结构，构成电流 传感器。应予说明，壳体7例如为难燃性材料。并且，壳体内部用橡胶类、树脂类的模具密 封。接着，参照图12至图18对本实施方式的磁传感器3的详细结构进行说明。首先， 本实施方式的磁传感器3包括搭载于基板1上的GMR芯片31、配置于该GMR芯片31上表面 的磁体32。具体而言，如图12所示，GMR芯片31形状为大致长方体，在与基板1相连的底面的相反侧的上表面，具有形成了四个61 元件附、1 2、1 3、1 4的元件面。这些GMR元件R1、 R2、R3、R4按照图15所示的方式连接，构成电桥电路。S卩，GMR元件Rl、R3和GMR元件R2、 R4分别串联连接，该串联连接的GMR元件R1、R3和R2、R4，相对于电源并联连接，构成闭合 回路。由此，能够检测出GMR元件Rl和R3的连接点Va与GMR元件R2和R4的连接点Vb 之间的差动电压。应予说明，预先在GMR芯片31上形成如上所述能够检测差动电压的电桥 电路。并且，本实施方式中，特别是如图13所示，四个GMR元件中，在如图15所示的电桥 电路中相邻而不相连接的两个成对的GMR元件Rl、R4，形成在大致相同的位置即元件形成 部31a。此外，电桥电路中相邻而不相连接的另外两个成对的GMR元件R2、R3形成在大致 相同的位置即元件形成部31b。其中，图14表示元件形成部31a的放大图，如该图所示，两个GMR元件Rl、R4在同 一位置形成回纹波形形状(meander) (Ζ字形)。并且，元件形成部31b上的GMR元件R2、R3 也同样地，在同一位置形成回纹波形形状。另外，所有的GMR元件Rl、R2、R3、R4都被磁化 固定在同一方向即箭头A方向上。形成有每两个GMR元件(Rl和R4、R2和R3)的各元件形成部31a、31b，相互分离 形成。例如，图13所示，在GMR芯片31的长边方向即GMR元件的磁化固定方向的一端附近 和中央附近，形成了各元件形成部31a、31b。此时，在各元件形成部31a、31b之间，空出能够 配置磁体32的区域。另外，关于磁体32如后所述。其中，参照图16对本发明中所用的GMR元件的特性进行说明。GMR元件是根据输 入的磁场方向而改变输出的电阻值的自旋阀型GMR元件(巨磁阻效应元件)。并且，图16 表示磁场H相对于GMR元件的倾斜角(侵入角)与电阻值的关系。图16A的例子中的GMR芯片31，其上表面形成有GMR元件。该GMR元件被磁化固 定在箭头A方向上从而能够检测该箭头A方向的磁场。并且，图16A中，GMR元件配置在相对于该GMR元件的形成面垂直入射的磁场H中。 此时，如图16B所示，GMR元件的电阻值为“Ro”。与之相对，如果磁场H的方向倾斜，则如图 16A的虚线所示，磁场H相对于GMR元件面的入射角，仅从垂直方向倾斜-Δ θ (Δ (δ)用 于表示变化量)、或者+Δ θ的角度。于是，由于GMR元件如上所述被磁化固定在一个方向 上，因此使该方向上磁场的方向改变，如图16Β所示，MR电阻值改变。由此，GMR元件具有以 下特性在入射的磁场方向为垂直的状态下将电阻值设定为Ro时，该磁场H的方向仅倾斜 微小角度时，电阻值变化特别大。其中，图17是表示上述GMR芯片31的侧视图，是表示将该GMR芯片31配置在磁 场H中时的状态图。应予说明，该图中未配置磁体32。如该图所示，从磁场H相对于GMR元 件Rl、R2、R3、R4的磁化固定方向A垂直的状态改变该磁场H的方向时，相对于所有GMR元 件Rl、R2、R3、R4仅改变大致相同的角度。于是，使所有GMR元件Rl、R2、R3、R4的电阻值仅 改变大致相同的值。但是此时，在由GMR元件Rl、R2、R3、R4构成的如图15所示的电桥电 路中，难以检测到上述连接点Va-Vb之间的差动电压。与之相对，本发明的磁传感器3，在上述GMR芯片31所形成的电桥电路周围，配置 了使输入GMR元件Rl、R2、R3、R4的磁场H的方向改变的磁体32。具体而言，本实施方式 的磁传感器3，在上述GMR芯片31上所形成的电桥电路的各元件形成部31a、31b之间载置了磁体32。应予说明，磁体32例如为软性铁氧体(软磁体)。由此，本实施方式中，特别是 磁体32和GMR元件R1、R2、R3、R4形成沿该GMR元件的磁化固定方向A以同一直线状配置 的状态。另外，磁体32的配置位置并不仅限于上述位置。例如，可以不载置于GMR芯片31 上，而配置在该GMR芯片31的上方。并且，也不一定限定于配置在各元件形成部31a、31b 之间。接着，参照图18对上述结构的磁传感器3的动作进行说明。与上述图17的例子 同样，图18表示在相对于GMR元件Rl、R2、R3、R4的元件面大致垂直的磁场H中配置磁传 感器3的情况。因此，本实施方式中，如该图所示，从磁体32的更上方至该磁体32的中心 附近，磁场H被磁体32吸引，此外从磁体32的中心附近至形成有各元件形成部31a、31b的 下方，磁场H向离开磁体32的方向弯曲。于是，对夹着磁体32设置的各元件形成部3la、3lb (GMR元件(Rl和R4、R2和R3))， 分别入射反方向的磁场H。具体而言，如图18的虚线箭头Y1、Y2所示，对于元件形成部31a 的GMR元件Rl、R4，入射向与磁化固定方向A同一方向变化的磁场H，对于元件形成部31b 的GMR元件R2、R3，入射向与磁化固定方向A反方向变化的磁场H。另外，为了使上述磁场 H容易入射到GMR元件中，可在GMR芯片31的底面、即在GMR芯片31与基板1之间配置另 外的磁体。如上所述通过向各GMR元件入射磁场，可以使电桥电路中GMR元件Rl、R4的电阻 值和GMR元件R2、R3的电阻值，分别变为相反的符号。例如，GMR元件R1、R4的电阻值仅变 化+ Δ R，GMR元件R2、R3的电阻值仅变化-Δ R。由此，使差动电压的检测点即Va和Vb的 差增大，从而可以检测较大的差动电压值。另外，检测差动电压的回路例如为参照图8说明 的控制器10，形成于基板1上。因此，如图12所示，通过将形成于GMR芯片31的元件面上 的端子31c和形成于基板1上的端子33连接，可以用基板1上的控制器10检测差动电压。并且，上述控制器10，根据从GMR芯片31的电桥电路检测到的动作电压值，控制该 线圈4中流通的电流，以使线圈4产生将所产生的磁场抵消的反方向的磁场。并且，控制器 10根据流过线圈4的电流值，检测出流过电流条2的电流值，并输出到外部。如上所述，本实施方式的电流传感器由于磁体芯5的结构简单，因此可以低成本 制造，同时可以抑制外部磁噪声的误测，精密度高。另外，通过使用上述结构的磁传感器3，可实现磁场的检测精密度的提高。特别是 在本实施方式中，由磁化固定方向面向同一方向配置的多个GMR元件(磁阻效应元件)形 成磁传感器3，因此可在一个芯片上形成将该多个GMR元件连接而成的电桥电路，因而可减 小每个GMR元件的偏差。因此，可抑制电桥电路中的补偿电压，从而实现进一步提高磁场检 测精密度。此外，由于不是在多个分离的芯片上形成构成电桥电路的GMR元件，而是在一个 芯片上形成GMR元件，因此可实现芯片整体的小型化，由此可提高芯片的制造效率，实现传 感器的低成本化。〈实施方式2>接着，参照图19至图20对本发明的第二实施方式进行说明。图19表示本实施方 式的电流传感器的大致结构，图20是表示磁场状态的图。本实施方式中的电流传感器中，磁体芯5的形状与上述实施方式1不同。具体而 言，如图19所示，本实施方式的磁体芯5端面为环状，而面向基板1的一对壁部51、52的形状，以在其中央部分相互分离的状态形成。即，形成长边侧的一对壁部51、52的各壁部51、 52，分别在中央以特定角度弯曲形成山型，由该弯曲形成的各凹部处面向磁体芯5本体的 内部侧，即位于相向的配置。并且，各壁部的弯曲部分位于中央，因此，处于一对壁部51、52 相互间的距离在其中央部分最远的状态。此外，一对壁部51、52的中央部分，位于电流条2 的各直线部21、22之间的中央，也是磁传感器3和线圈4的配置位置。考虑到在装配了上述形状的磁体芯5的电流传感器的电流条2中，如图19所示电 流流过电流条2的情况。于是，在电流条2的各直线部21、22周围如虚线箭头所示产生磁 场，该产生的磁场被位于电流条2周围的磁体芯5进一步增强，在电流条2相互平行设置的 各直线部21、22之间的中央，产生相对于由该电流条2形成的平面垂直方向的磁场，形成比 没有磁体芯5时磁场更强的状态。另外，图20是表示电流条2流通电流时产生的磁场的方 向的模拟图。如上所述，由于磁体芯5的中央在相对于基板1垂直的方向上产生被增强的 磁场，因此可以利用配置在电流条2各直线部21、22之间的中央的磁传感器3来检测磁场。上述形状的磁体芯5，其相向的一对壁部51、52在位于电流条2的各直线部21、22 之间的部分、特别是壁部51、52在该各直线部21、22之间的中央部分的相互间的距离，大于 该直线部21、22所处的部分。因此，即使在产生相对于由电流条2的直线部21、22形成的 平面垂直方向的外部磁场的情况下，在磁传感器3所处的中央部分其强度减小，因而可以 有效进行磁屏蔽。其结果可以抑制由磁传感器3误测到外部磁噪声。另外，磁体芯5的形状不限于上述形状。例如，磁体芯5的一对壁部51、52也可在 中央部分凸起而弯曲形成曲线形状。总之，包括上述实施方式1的情况在内，磁体芯5的一 对壁部51、52中，在配置有磁传感器3的部分的相互间的距离，最好不短于其它部分的相互 间的距离。于是，磁传感器3所处的部分，通过磁体芯5使外部磁场减小，从而可以有效屏 蔽该外部磁场，同时还可以使由电流流过电流条2所产生的磁场增强。〈实施方式3>接着，参照图21对本发明的第三实施方式进行说明。图21表示本实施方式的电 流传感器的结构，尤其表示磁体芯的另一结构。如该图所示，本实施方式的磁体芯5与上述实施方式1中同样，端面为长方形形 状，形成筒状。本实施方式中，特别是与基板1平行、且面向该基板1设置的长边侧的一对 壁部51、52，进一步加宽而形成。即，实施方式1中磁体芯5，位于筒状体高度方向(长度) 的各壁部的宽度是一定的，而本实施方式中长边侧的一对壁部51、52的宽度，比与该长边 侧的一对壁部51、52连接的短边侧的一对壁部53、54的宽度更宽。应予说明，图21中，仅 图示了位于基板1表面侧的壁部51，但与该壁部51相同，位于基板1背面侧的壁部52的宽 度也比短边侧的壁部53、54更宽。通过将磁体芯5形成上述形状，可以更广地覆盖用磁传感器3能够检测到的磁场 的方向即相对于基板1的垂直方向。因此，可以进一步减轻磁传感器3中外部磁场噪声的影响。〈实施方式4>接着，参照图22对本发明的第四实施方式进行说明。图22表示本实施方式的电 流传感器的结构，尤其表示屏蔽板的另一结构的构成。如该图所示，本实施方式的屏蔽板6与上述实施方式1不同，形成端面为矩形(此处为正方形)的筒状体。并且，该屏蔽板6的内部与实施方式1相同，大于线圈4的外形， 能围绕该线圈4和位于其内部的磁传感器3装配在基板1上。通过使用上述屏蔽板6，可以屏蔽与基板1平行方向上的对于磁传感器3的外部磁 场。另外，屏蔽板6也可为任意端面形状的筒状体。〈实施方式5>接着，参照图23，对本发明的第五实施方式进行说明。图23表示本实施方式的电 流传感器的结构，尤其表示壳体另一结构的构成。应予说明，图23A表示壳体的分解图，图 23B表示装配有组装后的壳体的电流传感器。如图23A、图23B所示，围绕本实施方式的基板1和磁传感器3等的壳体7，与上述 实施方式1不同，由3层结构形成。具体而言，在位于内侧和外侧的难燃性材料的各层71， 73之间，设置了软铁、坡莫合金这样的透磁率高的金属材料层72，从而形成3层结构。由此， 壳体7也具有屏蔽外部磁场的功能，可实现电流传感器精密度的进一步提高。〈实施方式6>参照图24至图27对本发明的第六实施方式进行说明。另外，本实施方式中，表示 上述磁传感器3的另一个结构例。如图24所示，本实施方式的磁传感器3，除具备上述实施方式1中配置在GMR芯片 31上的磁体32之外，还具备两个其它磁体34、35(例如，软性铁氧体(软磁体))。另外，与 实施方式1不同，随之还在GMR芯片31的两端形成各元件形成部3la、3lb。因此，与由GMR 元件形成的电桥电路连接的端子(图12的符号31c所示的端子)，在GMR芯片31的元件面 的空白区域形成。具体而言，本实施方式的磁传感器3，在GMR芯片31的各元件形成部3la、3Ib的更 外侧，分别配置磁体34、35。换言之，对于元件形成部31a在GMR芯片31位于元件形成部 31b侧的相反侧的端部、对于元件形成部31b则在GMR芯片31位于元件形成部31a侧的相 反侧的端部，分别配置磁体34、35。由此，如图24所示，各磁体34、35处于配置在形成于上 述各元件形成部3la、3Ib上的GMR元件Rl、R2、R3、R4的元件面下方的状态。接着，参照图25对上述结构的磁传感器3的动作进行说明。图25与上述图18的 例子相同，表示在相对于GMR元件Rl、R2、R3、R4的元件面大致垂直的磁场H中配置磁传感 器3的情况。因此，从磁体32中心附近至形成有各元件形成部31a、31b的下方，与上述相 同，磁场H向离开磁体32的方向弯曲，并且，被设置在GMR芯片31的两端部的各磁体34、 35吸引。因此，与上述实施方式1的情况相比，磁场H对于各元件形成部31a、31b (GMR元件 (Rl和R4、R2和R3))分别以更大的角度向反方向入射。具体而言，如图25的虚线箭头Y1、 Y2所示，对元件形成部31a的GMR元件R1、R4入射向与磁化固定方向A同一方向变化的磁 场H，对元件形成部31b的GMR元件R2、R3入射向与磁化固定方向A反方向变化的磁场H。于是，在电桥电路中，GMR元件Rl、R4的电阻值和GMR元件R2、R3的电阻值分别向 相反的符号变化。由此，差动电压的检测点即Va和Vb的差变大，从而可以检测到较大的差 动电压值。另外，如图26所示，相对于上述图24所示的结构，磁传感器3不具备符号32所示 的磁体，可以是在GMR芯片31的两端侧分别具备符号34、35所示的磁体(例如，软性铁氧 体(软磁体))的结构。
在这样的结构下，如图27所示，在形成有各元件形成部31a、31b的部分，与上述相 同，磁场H的方向被设置在GMR芯片31两端部的各磁体34、35吸引而改变。因此，对各元 件形成部31a、31b (GMR元件(Rl和R4、R2和R3))，分别入射具有反方向角度的磁场H。即， 如图27的虚线箭头Y1、Y2所示，对元件形成部31a的GMR元件R1、R4入射向与磁化固定方 向A同一方向变化的磁场H，对元件形成部31b的GMR元件R2、R3入射向与磁化固定方向A 反方向变化的磁场H。于是，电桥电路中，GMR元件Rl、R4的电阻值、GMR元件R2、R3的电阻值，分别向相 反符号变化。由此，差动电压的检测点即Va和Vb之差增大，从而可检测到较大的差动电压值。〈实施方式7>接着，对本发明的第七实施方式进行说明。另外，本实施方式中，对电流传感器进 行简要说明。本实施方式的电流传感器包括被测电流线路，其具有将同一线路的一部分平行配设的平行配设部，从而使作为 测量对象的电流在相反的方向上流通；磁检测设备，其配置于位于上述平行配设部上的平行线路之间，以检测相对于由 该平行线路形成的平面垂直方向的磁场；电流检测设备，其根据上述磁检测设备检测出的磁场，检测流过上述被测电流线 路的电流；以及磁体芯，其围绕上述平行配设部，以增强由于电流流过位于上述平行配设部的平 行线路而在该线路周围产生的磁场。并且，上述磁体芯采用以下结构具有夹着由上述平行线路所形成的平面且相向 的一对壁部，上述一对壁部在位于上述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其它部分 的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离。此外，在上述磁体芯的上述一对 壁部之间，配置上述磁检测设备。上述电流传感器中采用以下结构上述磁体芯的上述一对壁部在位于上述平行线 路之间的中央部分的相互间的距离，与其它部分的相互间的距离相等，或者大于其它位置。 并且，理想的是，上述磁体芯的上述一对壁部的各内侧面平坦，并且相对于由上述平行线路 所形成的平面平行。根据上述电流传感器，首先，如果在被测电流线路流通电流，则位于平行配设部的 平行配设的各线路中，流过方向相反的电流。于是，在被测电流线路周围产生磁场，特别是 在位于平行线路部的平行线路之间，产生与由该平行线路形成的平面大致垂直的磁场。该 产生的磁场被磁体芯增强，从而可以利用配置在平行线路之间的磁检测设备进行检测。此时，磁体芯的一部分即相向的一对壁部，在位于上述平行线路之间的部分、特别 是在平行线路间的中央部分的一对壁部相互间的距离，与其它部分的相互间的距离相等， 或者大于其它部分的相互间的距离。因此，一对壁部相互间的距离在平行线路之间、特别是 中央部分，与其它部分相比更远。因此，即使在磁体芯的外部产生相对于由平行线路形成的 平面垂直方向的外部磁场时，也可以使通过磁检测设备所处的一对壁部之间空间部分的外 部磁场的强度减少，从而可以抑制由该磁检测设备检测到外部磁场。其结果可以提供能够实现由磁体芯形状的简单化而产生的低成本化，同时还抑制了外部磁噪声的检测的高精密 度电流传感器。特别是通过使一对壁部的内表面，与由位于平行线路部的平行线路形成的 平面平行且平坦，可以使相互之间的距离一定，因此，与上述相同，在可以抑制外部磁噪声 的检测的同时，还可以实现磁体芯形状的进一步简单化。上述电流传感器中，上述电流检测设备包括线圈，其配置于上述磁体芯内，并且 由于电流流过而产生相对于由位于上述平行配设部的平行线路所形成的平面垂直方向的 磁场；控制流过该线圈的电流的线圈控制设备。上述线圈控制设备采用以下结构控制流 过该线圈的电流，以使上述线圈产生与该磁场反方向且将由上述磁检测设备检测出的磁场 抵消的其它磁场，同时还根据流过该线圈的电流来检测流过上述被测电流线路的电流。由此，流过线圈的电流值的大小，与流过被测电流线路的电流成正比，因此可容易 且高精密度地对电流进行测量。上述电流传感器中采用以下结构将上述磁检测设备所具有的检测磁场的元件的 形成面，配置在上述线圈的内部中央。由此，可在磁检测设备的元件面附近产生由于线圈中流通电流而产生的磁场。因 此，可以使线圈中产生磁场，该磁场将由被测电流线路中流通的电流所产生的磁场在磁检 测设备的元件面附近抵消，从而可对电流进行更高精密度的测量。上述电流传感器中采用以下结构将上述被测电流线路，上述磁检测设备和上述 线圈，分别绝缘地搭载在同一基板的表面和背面。由此，可以在维持上述功能的同时确实地 绝缘配置电流流通的被测电流线路和线圈。上述电流传感器采用以下结构上述磁体芯形成环状，在搭载有上述被测电流线 路和上述磁检测设备的基板上，设置将与上述磁体芯的上述一对壁部相互连接的另一对壁 部能分别插入的各切口部。由此，在环状磁体芯的一对板面部之间设置被测电流线路和磁 检测设备可以容易地安装该磁体芯。上述电流传感器中采用以下结构使上述磁体芯的一对壁部的至少一个壁部的宽 度，比连接该一对壁部之间的另一对壁部的宽度更宽。由此，可以用磁体芯更广地覆盖可利 用磁检测设备检测到的磁场方向侧，从而可以进一步有效屏蔽对于该磁检测设备的外部磁 场噪声。上述电流传感器中采用以下结构在上述磁体芯内具备屏蔽板，该屏蔽板在相对 于由位于上述平行配设部的平行线路形成的平面垂直的方向上开口，并屏蔽与该平面平行 方向的外部磁场。由此，可以更确实地屏蔽与由平行线路形成的平面平行的方向上的外部 磁场。上述电流传感器中，上述磁检测设备具有将根据输入的磁场方向而改变输出电阻 值的多个磁阻效应元件连接，并具有能检测出特定连接点之间差动电压的结构的电桥电 路，同时使上述磁阻效应元件的磁化固定方向均面向同一方向配置该磁阻效应元件，并在 上述电桥电路的周围配置使输入上述磁阻效应元件的磁场方向改变的磁体。上述电流检测 设备采用下列结构根据由上述电桥电路检测的动作电压来检测流过上述被测电流线路的 电流。上述电流传感器中，采用以下结构上述电桥电路具备四个上述磁阻效应元件，同 时在大致相同的位置设置该电桥电路中相邻而不相连接的两个成对的上述磁阻效应元件形成元件形成部，对应各对该磁阻效应元件形成两处元件形成部，在该两处元件形成部之 间配置上述磁体。上述电流传感器中，采用以下结构将上述磁体载置于形成有上述磁阻效应元件 的面上。并且，上述电流传感器中采用以下结构上述磁体为软磁体。此外，上述电流传感 器中采用以下结构使上述磁阻效应元件和上述磁体沿上述磁阻效应元件的磁化固定方向 配置在同一直线上。根据上述结构，首先，由于上述电桥电路由磁化固定方向面向同一方向而配置的 多个磁阻效应元件形成，因此可在一个芯片上形成，从而可减小每个电阻值的偏差。并且， 由于在电桥电路的周围配置有磁体，因此对于具有同一磁化固定方向而形成的磁阻效应元 件，磁传感器的周围所存在的磁场方向因磁体而改变。由此，根据磁体的配置，可以使一个 方向的外部磁场在磁阻效应元件之间变为不同方向。例如，在大致相同的位置上设置电桥 电路中相邻而不相连接的两个成对的磁阻效应元件形成两个元件形成部，配置磁体使磁场 对一个元件形成部在磁化固定方向上入射，而对另一个元件形成部在其反方向上入射。由 此，由于从电桥电路输出较大的差动电压，因此可实现一个方向的磁场的检测精密度的提 高，进而可实现流过被测电流线路的电流的测量精密度的提高。上述电流传感器可以采用本发明其它实施方式的制造方法来制造。本发明其它实 施方式的电流传感器的制造方法包括对被测电流线路配置磁检测设备，该被测电流线路具有将同一线路的一部分平行 配设的平行配设部从而使作为测量对象的电流在相反的方向上流通，该磁检测设备在位于 上述平行配设部上的平行线路之间，用于检测相对于由该平行线路形成的平面垂直方向的 磁场；将上述磁检测设备与电流检测设备连接，该电流检测设备根据该磁检测设备检测 出的磁场来检测流过上述被测电流线路的电流；配置磁体芯，该磁体芯围绕上述平行配设部以增强由于电流流过位于上述平行配 设部的平行线路而在该线路周围产生的磁场，同时还具有夹着由上述平行线路所形成的平 面且相向的一对壁部，该一对壁部在位于上述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其 它部分的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离；以及装配上述磁体芯时，在该磁体芯的上述一对壁部之间配置上述磁检测设备。上述电流传感器的制造方法包括在装配上述磁体芯之前配置线圈，该线圈由于电流流过而产生相对于由位于上述 平行配设部的平行线路所形成的平面垂直方向的磁场；将上述线圈与线圈控制设备连接，该线圈控制设备控制流过该线圈的电流，以使 上述线圈产生与该磁场反方向且将由上述磁检测设备检测出的磁场抵消的其它磁场，同时 还根据流过该线圈的电流来检测流过上述被测电流线路的电流；以及装配上述磁体芯将上述线圈配置在该磁体芯内。产业上的可利用性本发明中的电流传感器，可以测量流过各种被测电流仪器的电流，并将该测量结 果用于该仪器的电流控制。例如，可用于电梯、工作仪器等中装配的发动机的控制、熔接机 的电流控制、电动汽车等的电流控制、大厦的电流管理等，具有产业上的可利用性。
权利要求
一种电流传感器，其包括被测电流线路，其具有将同一线路的一部分平行配设的平行配设部，从而使作为测量对象的电流在相反的方向上流通；磁检测设备，其配置于位于所述平行配设部上的平行线路之间，以检测相对于由该平行线路形成的平面垂直方向的磁场；电流检测设备，其根据所述磁检测设备检测出的磁场，检测流过所述被测电流线路的电流；以及磁体芯，其围绕所述平行配设部，以增强由于电流流过位于所述平行配设部的平行线路而在该线路周围产生的磁场；所述磁体芯具有夹着由所述平行线路所形成的平面且相向的一对壁部，所述一对壁部在位于所述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其它部分的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离；在所述磁体芯的所述一对壁部之间，配置所述磁检测设备。
2.如权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁体芯的所述一对壁部在位于所述平 行线路之间的中央部分的相互间的距离，与其它部分的相互间的距离相等，或者大于其它 部分的相互间的距离。
3.如权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁体芯的所述一对壁部的各内侧面平 坦，并且相对于由所述平行线路所形成的平面平行。
4.如权利要求1所述的电流传感器，其中，所述电流检测设备包括线圈，其配置于所述磁体芯内，并且由于电流流过而产生相对 于由位于所述平行配设部的平行线路所形成的平面垂直方向的磁场；控制流过该线圈的电流的线圈控制设备，所述线圈控制设备控制流过该线圈的电流， 以使所述线圈产生与该磁场反方向且将由所述磁检测设备检测出的磁场抵消的其它磁场， 同时还根据流过该线圈的电流来检测流过所述被测电流线路的电流。
5.如权利要求4所述的电流传感器，其中，将所述磁检测设备所具有的检测磁场的元 件的形成面，配置在所述线圈的内部中央。
6.如权利要求4所述的电流传感器，其中，将所述被测电流线路，所述磁检测设备和所 述线圈，分别绝缘地搭载在同一基板的表面和背面。
7.如权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁体芯形成环状；在搭载有所述被测电流线路和所述磁检测设备的基板上，设置将与所述磁体芯的所述 一对壁部相互连接的另一对壁部能分别插入的各切口部。
8.如权利要求1所述的电流传感器，其中，使所述磁体芯的一对壁部的至少一个壁部 的宽度，比连接该一对壁部之间的另一对壁部的宽度更宽。
9.如权利要求1所述的电流传感器，其中，在所述磁体芯内具备屏蔽板，该屏蔽板在相 对于由位于所述平行配设部的平行线路形成的平面垂直的方向上开口，并屏蔽与该平面平 行方向的外部磁场。
10.如权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁检测设备具有将根据输入的磁场方向而改变输出电阻值的多个磁阻效应元件连接，并具有能检测出特定连接点之间差动电压的结构的电桥电路，同时使所述磁阻 效应元件的磁化固定方向均面向同一方向配置该磁阻效应元件，并在所述电桥电路的周围 配置使输入所述磁阻效应元件的磁场方向改变的磁体；所述电流检测设备根据由所述电桥电路检测的动作电压来检测流过所述被测电流线 路的电流。
11.如权利要求10所述的电流传感器，其中，所述电桥电路具备四个所述磁阻效应元 件，同时在大致相同的位置设置该电桥电路中相邻而不相连接的两个成对的所述磁阻效应 元件形成元件形成部，对应各对该磁阻效应元件形成两处元件形成部，在该两处元件形成 部之间配置所述磁体。
12.如权利要求11所述的电流传感器，其中，将所述磁体载置于形成有所述磁阻效应 元件的面上。
13.如权利要求10所述的电流传感器，其中，所述磁体为软磁体。
14.如权利要求10所述的电流传感器，其中，使所述磁阻效应元件和所述磁体沿所述 磁阻效应元件的磁化固定方向配置在同一直线上。
15.一种被测电流仪器，其特征在于具备权利要求1所述的所述电流传感器。
16.一种电流传感器的制造方法，其包括对被测电流线路配置磁检测设备，该被测电流线路具有将同一线路的一部分平行配设 的平行配设部，从而使作为测量对象的电流在相反的方向上流通，该磁检测设备在位于所 述平行配设部上的平行线路之间，用于检测相对于由该平行线路形成的平面垂直方向的磁 场；将所述磁检测设备与电流检测设备连接，该电流检测设备根据该磁检测设备检测出的 磁场来检测流过所述被测电流线路的电流；配置磁体芯，该磁体芯围绕所述平行配设部以增强由于电流流过位于所述平行配设部 的平行线路而在该线路周围产生的磁场，同时还具有夹着由所述平行线路所形成的平面且 相向的一对壁部，该一对壁部在位于所述平行线路之间的部分的相互间的距离，与其它部 分的相互间的距离相等，或者大于其它部分的相互间的距离；以及装配所述磁体芯时，在该磁体芯的所述一对壁部之间配置所述磁检测设备。
17.如权利要求16所述的电流传感器的制造方法，其包括在装配所述磁体芯之前配置线圈，该线圈由于电流流过而产生相对于由位于所述平行 配设部的平行线路所形成的平面垂直方向的磁场；将所述线圈与线圈控制设备连接，该线圈控制设备控制流过该线圈的电流，以使所述 线圈产生与该磁场反方向且将由所述磁检测设备检测出的磁场抵消的其它磁场，同时还根 据流过该线圈的电流来检测流过所述被测电流线路的电流；以及装配所述磁体芯将所述线圈配置在该磁体芯内。
全文摘要
本发明提供电流传感器，其包括被测电流线路，其具有将同一线路的一部分平行配设的平行配设部，从而使作为测量对象的电流在相反的方向上流通；磁检测设备，其配置于位于上述平行配设部上的平行线路之间，以检测相对于由该平行线路形成的平面垂直方向的磁场；电流检测设备，其根据上述磁检测设备检测出的磁场，检测流过上述被测电流线路的电流；磁体芯，其围绕上述平行配设部，以增强由于电流流过位于上述平行配设部的平行线路而在该线路周围产生的磁场。并且，上述磁体芯采用以下结构具有夹着由上述平行线路所形成的平面且相向的一对壁部，在上述磁体芯的上述一对壁部之间配置上述磁检测设备。
文档编号G01R19/00GK101900754SQ201010192638
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年5月27日
发明者笠岛多闻 申请人:新科实业有限公司