专利名称：电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定电流大小的电流传感器，特别是涉及能够减小来自外干扰的电磁噪声的电流传感器。
背景技术：
近年，在电动汽车和太阳能电池等领域，伴随电动汽车和太阳能电池装置的大输出化 高性能化，处理的电流值不断增大，非接触地测定直流大电流的电流传感器被广泛使用。作为这种电流传感器，提出了具备通过导体周围的磁场变化来检测在导体中流过的被测定电流的磁性传感器的电流传感器。此外，作为电流传感器，开发了减小来自外干扰的噪声的电流传感器。作为减小来自外干扰的噪声的电流传感器，例如，提出了取得两个磁性传感器的输出信号的差动的电流传感器(专利文献1)。在该专利文献1中记载的电流传感器将电流线作为Z轴，将与电流线正交的一个轴作为X轴，将与Z轴和X轴正交的一个轴作为Y轴， 隔着X轴在Y轴方向邻接地配置有一对磁性传感器。而且，一对磁性传感器的磁场检测方向朝向X轴方向。根据此结构，通过使一对磁性传感器进行差动动作，信号线的被测定电流所形成的磁场的X分量以反相进行了加法处理，并以同相除去了除此之外的外干扰。专利文献1 JP特开2002-131342号公报但是，在上述专利文献1中记载的电流传感器，因为在噪声环境严重的磁性传感器的附近进行信号处理，所以在取出传感器的输出信号时，在信号线中附着噪声，存在测定精度降低的问题。
发明内容
本发明鉴于这样的问题点而作，目的在于提供一种即使在设置于噪声环境严重的位置的情况下，也能够抑制噪声所导致的测定精度的降低的电流传感器。本发明的电流传感器的特征在于，具备第一磁性传感器和第二磁性传感器，其配置于被测定电流所流过的电流线的周围，通过来自所述被检测电流的感应磁场而输出相互大致反相的输出信号；连接部，其连接于所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的输出信号的输出目标的电子设备；和差动部，其连接在所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的各自的信号线的所述连接部侧，对所述第一磁性传感器的输出信号和所述第二磁性传感器的输出信号进行差动运算。根据此结构，第一、第二磁性传感器输出相互大致反相的输出信号，在第一、第二磁性传感器的信号线中同样地附着噪声，因此能够通过差动运算来使输出信号增加，同时减小输出信号所含有的噪声。此外，因为在第一、第二磁性传感器的信号线的连接部侧进行差动运算，所以能够在远离噪声环境严重的第一、第二磁性传感器的位置上，并且在输出目标的电子设备的附近减小噪声分量，能够对电子设备输出抑制了测定精度降低的传感器输出ο
在本发明的电流传感器中，优选具备屏蔽部，其以覆盖所述第一磁性传感器和所 述第二磁性传感器的各自的信号线的方式进行设置。根据此结构，能够减小第一、第二磁性 传感器的各自的信号线中附着的噪声，能够提高測定精度。在本发明的电流传感器中，优选所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器以所 述电流线为中心，点对称地配置，且敏感度轴方向彼此相同。根据此结构，能够消除灵敏度 方向的外干扰磁场，因此能够提高測定精度。 在本发明的电流传感器中，优选所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器是包 括如下部件的磁平衡式传感器磁性传感器元件，其特性根据来自所述被测定电流的感应 磁场而变化；和反馈线圏，其配置于所述磁性传感器元件的附近，用于产生抵消所述感应磁 场的抵消磁场。根据此结构，通过使用磁平衡式传感器作为磁性传感器，能够进一歩提高测 定精度。(发明效果)本发明的电流传感器，具备第一磁性传感器和第二磁性传感器，其配置于被測定 电流所流过的电流线的周围，通过来自所述被检测电流的感应磁场而输出相互大致反相的 输出信号；连接部，其连接于所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的输出信号的输 出目标的电子设备；和差动部，其连接在所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的各 自的信号线的所述连接部侧，对所述第一磁性传感器的输出信号和所述第二磁性传感器的 输出信号进行差动运算。因此，即使在电流传感器设置于噪声环境严重的位置的情况下，也 能够抑制噪声所导致的測定精度的降低。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的图。图2是本发明的实施方式所涉及的电流传感器的模块图。图3是本发明的实施方式所涉及的电流传感器的噪声的减小方法的说明图。图4是使用了本发明的实施方式所涉及的电流传感器的输出结果的说明图。(符号说明)1电流传感器2电流线3安装框体4连接器(连接部)5屏蔽线(屏蔽部)6连接器侧框体2IA第一磁性传感器2IB第二磁性传感器22A、22B 控制部23差动部211反馈线圈212桥接电路221、223 差动电流放大器
222、224 I/V 放大器231差动放大器
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。图1是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的图。另外，为了说明的方便， 用虚线表示了安装框体3和连接器侧框体6。在本实施方式中，图1所示的电流传感器1 是将与电流线中流过的被测定电流相应的输出信号输出到例如ECU (Electronic Control Unit)等设备的电流传感器。电流传感器1具备安装于电流线2的安装框体3 ；和通过屏蔽线5而连接于输出目标设备的连接器4。连接器4通过连接器侧框体6而连接于屏蔽线 5。在安装框体3内，隔着电流线2上下相对地配置有基板11、12，在基板11上设置有第一磁性传感器21A和控制部22A(参照图2)，在基板12上设置有第二磁性传感器21B 和控制部22B(参照图2)。在各基板11、12和电流线2之间，设置有绝缘间隔部件14、15。 各基板11、12被该绝缘间隔部件14、15从电流线2在上下方向隔开相同距离。此外，第一、 第二磁性传感器21A、21B在基板11、12上以相对于电流线2的中心相互成为点对称的位置且各自的磁阻效应元件的灵敏度轴方向相同的方式来进行配置。另外，第一、第二磁性传感器21A、21B不限定于上述配置结构，只要以通过来自在电流线2中流过的被测定电流的感应磁场而输出彼此大致反相的输出信号的方式来配置，则可任意配置。在此所说的大致反相，包括以在差动运算后能够得到充足传感器输出程度的相移后的范围。在连接器侧框体6内，容纳有在基板17上形成了差动电路的差动部23。在差动部 23上，连接有分别从第一、第二磁性传感器21A、21B延伸出的信号线。差动部23对分别从第一、第二磁性传感器21A、21B输出的输出信号进行差动运算，并通过连接器4输出到输出目标设备。像这样，差动部23设置于与设置第一、第二磁性传感器21A、21B的基板11、12 不同的基板17上，以在输出目标设备的附近进行差动运算的方式构成。另外，连接器侧框体6也可以以能够减小外干扰噪声的影响的方式被屏蔽。屏蔽线5在内侧容纳第一、第二磁性传感器21A、21B的各信号线，一端固定于安装框体3，另一端固定于连接器侧框体6。根据此结构，屏蔽线5在安装框体3与输出目标设备之间，防止了在第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中附着噪声。另外，屏蔽线 5只要是能够减小外干扰噪声对各信号线的影响的结构即可，例如，将在被绝缘的状态下覆盖各信号的周围的金属膜与连接器侧框体6内的基板17的接地图案接地而构成。此外，安装框体3为非磁性的金属制品，防止了在第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中附着噪声。并且，因为安装框体3连接于基板11、12的接地图案，所以能够防止外干扰噪声的传播。图2是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的模块图。第一、第二磁性传感器21A、21B是磁平衡式传感器，由如下部件构成反馈线圈211，其以能够产生抵消被测定电流所产生的磁场的方向的磁场的方式进行配置；桥接电路212，其由作为磁性检测元件的两个磁阻效应元件和两个固定电阻元件构成。控制部22A包括如下部件差动电流放大器221，其对第一磁性传感器21A的桥接电路212的差动输出进行放大，并控制反馈线圈211的反馈电流；和I/V放大器222，其将第一磁性传感器21A的反馈电流变换为电压。控制部22B包括如下部件差动电流放大器223，其对第二磁性传感器21B的桥接电路212的差动输出进行放大，并控制反馈线圈211的反馈电流；和I/V放大器224，其将第二磁性传感器21B的反馈电流变换为电压。差动部23包括对I/V放大器222、224的差动输出进行放大的差动放大器231。反馈线圈211配置于桥接电路212的磁阻效应元件的附近，用于产生抵消由被测定电流所产生的感应磁场的抵消磁场。作为桥接电路212的磁阻效应元件，可以列举 GMR(Giant Magneto Resistance 巨磁阻)元件禾口 TMR(Tunnel Magneto Resistance 隨道式磁阻)元件等。磁阻效应元件由于来自被测定电流的感应磁场的施加而电阻值发生变化。通过由两个磁阻效应元件和两个固定电阻元件构成桥接电路212，能够实现高灵敏度的电流传感器。此外，通过使用磁阻效应元件，能够容易地在与设置电流传感器的基板面平行的方向上配置灵敏度轴，并能够使用平面线圈。桥接电路212具备产生与被测定电流所产生的感应磁场相应的电压差的两个输出。桥接电路212的两个输出被差动电流放大器221、223放大，被放大后的输出作为电流 (反馈电流)被提供给反馈线圈211。该反馈电流对应于与感应磁场相应的电压。此时，在反馈线圈211中，产生与抵消感应磁场的抵消磁场。然后，成为了感应磁场和抵消磁场相抵消的平衡状态时的反馈线圈211中流过的电流被I/V放大器222、2M变换为电压，该电压成为传感器输出。另外，在差动电流放大器221中，通过将电源电压设定为与I/V变换的基准电压 + (反馈线圈电阻的额定内最大值χ满刻度(full scale)时反馈线圈电流)接近的值，由此反馈电流自动地被限制，能够起到保护磁阻效应元件和反馈线圈的效果。此外，虽然在此对桥接电路212的两个输出的差动进行放大后使用于反馈电流，但也可以从桥接电路中只将中点电位作为输出，并根据与规定的基准电位的电位差来作为反馈电流。差动放大器231将I/V放大器222、2M的输出信号的差动值作为传感器输出来处理。通过进行这种处理，第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中的地磁等外部磁场的影响被消除，能够更高精度地测定电流。下面，参照图3，对噪声的减小方法进行说明。如图3所示，第一、第二磁性传感器21A、2IB在基板11、12上，以相对于电流线2的中心彼此成为点对称的位置并各自的磁阻效应元件的灵敏度轴方向成为相同方向的方式来进行配置。在此状态下，若在电流线2中流过被测定电流，则在电流线2的周围产生箭头 Ha所示的那种磁场。因此，第一、第二磁性传感器21A、21B通过来自被测定电流的感应磁场能够得到相互反相的输出信号。此外，第一、第二磁性传感器21A、21B配置于噪声环境严重的位置，例如，受到箭头Hb所示的那种地磁等外干扰磁场的影响。在此情况下，在第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中由于外干扰磁场的影响而附加相互同相的噪声。然后，来自第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号在连接器4侧(输出目标设备侧)输入到差动放大器231，在差动放大器231中进行差动运算。在此情况下，在第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中，基于被测定电流的感应磁场的输出分量相互反相， 因此被进行加法处理。另一方面，在第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号中，基于外干扰磁场的噪声分量相互同相，因此被除去。这样一来，电流传感器1的测定精度得到了提高。此时，差动放大器231所进行的差动运算，在远离了噪声环境严重的位置的噪声环境良好的连接器4侧进行。因此，能够减小附着于差动运算后的传感器输出的噪声，从而抑制测定精度的降低。另外，在本实施方式中，采用了使用磁平衡式传感器作为第一、第二磁性传感器的结构，但不限定于此结构。磁性传感器只要为根据来自流过电流线的被测定电流的感应磁场而输出相互大致反相的输出信号的磁性传感器即可，例如，也可以使用磁比例式传感器。 通过使用磁比例式传感器，与使用磁平衡式传感器的结构相比，能够减小消耗功率。此外，在本实施方式中，采用了与连接器4邻接地设置差动部23的结构，但差动部 23只要设置于第一、第二磁性传感器21A、21B的各自的信号线的连接器4侧即可。即，差动部23只要为充分远离了噪声环境严重的第一、第二磁性传感器21A、21B的位置，而远离连接器4地设置即可。在此，对使用了本发明的电流传感器的输出结果进行说明。在此，比较使用了本发明的电流传感器的输出结果和使用了比较例的电流传感器的输出结果，来进行说明。图 4是表示电流传感器的输出结果的图，实线表示了本发明的电流传感器的输出结果，虚线表示了比较例的电流传感器的输出结果。比较例所涉及的电流传感器在如下这一点上与本发明的电流传感器不同在第一、第二磁性传感器21A、21B的附近进行了差动运算处理。如图4的虚线所示，在比较例所涉及的电流传感器的传感器输出中，在每个规定的周期中含有较大的噪声分量。该噪声在从大约-5V到大约+15V之间振动，使测定精度显著降低。因此，在比较例所涉及的电流传感器中，必须设置从输出信号中除去噪声分量的滤波器电路，而滤波器电路的设计等花费大量的时间。另一方面，如图4的实线所示，在本发明所涉及的电流传感器1的传感器输出中，通过差动放大器231的差动运算而除去了较大的噪声分量，能够得到大约+6V的固定的输出。像这样，根据本发明的电流传感器1，通过简易的结构，与比较例所涉及的电流传感器相比，能够大幅减小传感器输出中所包含的噪声分量。像这样，在本实施方式中，差动放大器231远离噪声环境严重的第一、第二磁性传感器21A、21B，且与输出目标设备的附近的连接器4邻接地设置。因此，第一、第二磁性传感器21A、21B的输出信号在输出目标设备的附近进行差动运算从而除去噪声，因此能够对输出目标设备输出高精度的传感器输出。此外，因为差动放大器231远离噪声环境严重的位置地设置，所以能够抑制在差动运算后的传感器输出中掺入噪声，能够提高测定精度。本发明不限定于上述实施方式，可以进行各种变更来实施。例如，可以适当变更上述实施方式中的各元件的连接关系、大小等来实施。此外，在上述实施方式中，对将磁阻效应元件使用于磁平衡式电流传感器的情况进行了说明，但也可以将霍尔元件或其他磁性检测元件使用于磁平衡式电流传感器而构成。并且，在上述实施方式中，采用了通过屏蔽线来屏蔽从第一、第二磁性传感器延伸出的信号线的结构，但也可以采用不设置屏蔽线的结构。 即使为这种结构，也能够对输出目标设备输出减小了噪声分量的传感器输出。此外，本发明可以不脱离本发明的范围地适当变更来实施。(产业上的可利用性)本发明可以应用于检测电动汽车或混合动力汽车的电动机驱动用的电流的大小的电流传感器。
权利要求
1.一种电流传感器，其特征在于，具备第一磁性传感器和第二磁性传感器，其配置于被测定电流所流过的电流线的周围，通过来自所述被检测电流的感应磁场而输出相互大致反相的输出信号；连接部，其连接于所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的输出信号的输出目标的电子设备；和差动部，其连接在所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的各自的信号线的所述连接部侧，对所述第一磁性传感器的输出信号和所述第二磁性传感器的输出信号进行差动运算。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，具备屏蔽部，其以覆盖所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器的各自的信号线的方式进行设置。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器以所述电流线为中心，点对称地配置，且敏感度轴方向彼此相同。
4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器是包括如下部件的磁平衡式传感器磁性传感器元件，其特性根据来自所述被测定电流的感应磁场而变化；和反馈线圈，其配置于所述磁性传感器元件的附近，用于产生抵消所述感应磁场的抵消磁场。
全文摘要
提供一种即使在设置于噪声环境严重的位置的情况下，也能够抑制噪声所导致的测定精度降低的电流传感器。为此，本发明的电流传感器(1)的特征在于，具备第一磁性传感器(21A)和第二磁性传感器(21B)，其配置于被测定电流所流过的电流线(2)的周围，通过来自被检测电流的感应磁场而输出相互大致反相的输出信号；连接器(4)，其连接于第一磁性传感器(21A)和第二磁性传感器(21B)的输出信号的输出目标的电子设备；和差动部(23)，其与第一磁性传感器(21A)和第二磁性传感器(21B)的各自的信号线的连接器(4)邻接，对第一磁性传感器(21A)的输出信号和第二磁性传感器(21B)的输出信号进行差动运算。
文档编号G01R19/00GK102313831SQ20111016222
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年7月7日
发明者田村学 申请人:阿尔卑斯绿色器件株式会社