电流传感器的制造方法
电流传感器的制造方法
【专利摘要】电流传感器包括：磁电转换元件(20)；以及将由测量对象电流引起的磁场施加到磁电转换元件(20)的磁场集中核心(30)。垂直于电流流动方向的磁场集中核心(30)的平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件(20)布置在间隙中。用于流动电流的导体的一部分被磁场集中核心(30)包围。磁场集中核心(30)包括两个第一磁性构件(31)和至少一个第二磁性构件(32)，第一磁性构件和第二磁性构件在电流流动方向上交替堆叠。经由一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
【专利说明】电流传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2011年12月27日提交的日本专利申请N0.2011-286446和2012年12月12日提交的日本专利申请N0.2012-271568，这两个申请的公开通过引用被并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及包括磁电转换元件和磁场集中核心的电流传感器，该磁场集中核心用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场，并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件。
【背景技术】
[0004]传统上，例如，如在专利文献N0.1中描述的，专利文献N0.1提出了电流传感器，其包括:用于根据测量对象电流提供第一磁通量的核心，该核心被形成为具有间隙的环形形状并围绕电流路径的一部分，其中电流(即，测量对象电流)作为测量对象而流动；以及布置在间隙中的磁性传感器。上述核心由多层形成，所述多层堆叠并由具有板形状的磁性材料制成。
[0005]这里，考虑到在专利文献N0.1中描述的电流传感器中，增加由磁性材料制成的堆叠层的数量以便抑制核心的磁饱和，且核心的垂直于第一磁通量的流动方向的横截面形状被放大。当横截面形状被放大时，用于减小第一磁通量的密度的退磁场增加。因此，核心的磁饱和被抑制。然而，当测量对象电流是交变电流时，可能会产生下面的困难。
[0006]当交变电流在电流路径中流动时，用于产生抵消第一磁通量的磁场的涡电流在核心中产生。鉴于宏观角度，一个大的涡电流似乎在核心的外皮处产生。核心的横截面面积越大且核心的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度越短，宏观涡电流就越大。因此，即使核心的横截面面积被放大以便抑制核心的磁饱和，流经核心的第一磁通量的分布也可能被涡电流改变，从而降低电流的检测精度。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I
[0010]JP-A-2007-40758
【发明内容】
[0011]本公开的目的是提供电流传感器，其中抑制了电流的检测精度的降低。
[0012]根据本公开的方面，电流传感器包括:用于将施加磁场转换成电信号的磁电转换元件，以及用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件的磁场集中核心。磁场集中核心具有垂直于测量对象电流的流动方向的平面形状，该平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件布置在间隙中。交变电流作为测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分由磁场集中核心包围。磁场集中核心包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件，这两个磁性构件在交变电流的流动方向上交替地堆叠。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
[0013]在上面的电流传感器中，因为宏观涡电流很小，由涡电流引起的流经核心的测量对象磁场的分布的变化被抑制。此外，施加到磁电转换元件的测量对象磁场的减小被抑制。此外，因为流经核心的测量对象磁场的分布的变化和测量对象磁场的减小被抑制，因此抑制了电流的检测精度的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]根据参考附图进行的下面的详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显。在附图中:
[0015]图1是根据第一实施例的电流传感器的粗略结构的截面图；
[0016]图2是沿着图1中的线I1-1I截取的磁场集中核心的截面图；
[0017]图3(a)是示出在磁场集中核心处产生的涡电流的图，而图3(b)示出核心的等效电路；
[0018]图4是示出磁场集中核心的变形的截面图；
[0019]图5是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0020]图6是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0021]图7是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0022]图8是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0023]图9是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0024]图10是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0025]图11是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0026]图12是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0027]图13是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；以及
[0028]图14是示出磁场集中核心的另一变形的截面图。
【具体实施方式】
[0029]将参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施例。
[0030](第一实施例)
[0031]将参考图1到图3(b)说明根据本实施例的电流传感器100。在下文中，垂直于彼此的三个方向被定义为X方向、Y方向和Z方向。Y方向对应于流动方向。在这里，图1示出沿着由X方向和Z方向定义的X-Z平面的截面图。图2示出沿着由Y方向和Z方向定义的Y-Z平面的截面图。此外，稍后描述的图4到图13是沿着Y-Z平面的截面图。图14是沿着X-Z平面的截面图。在图2中，没有示出外壳60。图4到图13的截面图对应于图2。因此，图4到图13所示的截面图是沿着图1中的线I1-1I截取的截面图。
[0032]电流传感器100主要包括传感器衬底10、在传感器衬底10上形成的磁电转换元件20、和用于包围传感器衬底10和测量对象导体90中的每个的磁场集中核心30，其中测量对象电流在Y方向上流动。电流传感器100基于由测量对象电流所产生的磁场(即，测量对象磁场)而引起的磁电转换元件20的输出信号的变化，来测量该测量对象电流。根据本实施例的电流传感器100除了上述元件10到30以外还包括电路板40、支承衬底50和外壳60。在这里，测量对象电流是交变电流。
[0033]传感器衬底10由半导体衬底制成。磁电转换兀件20形成在传感器衬底10的一侧10a(即，形成表面IOa)。如图1所示，传感器衬底10经由具有导电性的结构件11被支承衬底50支承。传感器衬底10电连接到电路板40，其固定到支承衬底50。
[0034]根据本实施例的磁电转换元件20是具有随着施加磁场而变化的电压(即，霍尔电压)的霍尔元件。磁电转换元件20具有特性，使得磁电转换元件20的电压随着与形成表面IOa交叉的施加磁场而变化。虽然没有在附图中示出，磁电转换元件20包括用于使电流在沿着形成表面IOa的一个方向上流动的两个端子和沿着形成表面IOa布置并在垂直于该一个方向的另一方向上并排布置的两个检测端子。连接两个端子的线和连接两个检测端子的另一条线提供交叉形状。当在两个端子之间流动的电流与磁通量交叉时，霍尔电压在与磁通量施加方向和电流流动方向垂直的方向上产生。霍尔电压由上述两个检测端子检测。
[0035]磁场集中核心30由具有高磁导率的材料制成。磁场集中核心30具有在X-Z平面上的平面形状，其是具有间隙的环形形状(即，平面C形)。两个端部30a布置在X方向上，从而形成间隙。传感器衬底10布置在间隙中。端部30a的端表面30b和形成表面IOa平行于Y-Z平面,且端表面30b和形成表面IOa在X方向上彼此相对。
[0036]由磁场集中核心30集中的磁通量穿过磁场集中核心30环流。接着，磁通量从一端30a放出。放出的磁通量的一部分被释放到外部，而所放出的磁通量的另一部分流到另一端30a中。然后，放出的磁通量的另一部分再次穿过磁场集中核心30环流。如上所述，因为传感器衬底10布置在两个端部30a之间形成的间隙中，从一端30a放出的磁通量施加到形成表面10a。施加的磁场产生霍尔电压。霍尔电压经由结构件11输出到电路板。
[0037]电路板40是用于处理来自磁电转换元件20的输出信号的处理电路在半导体衬底上形成。电路板40提供用于基于霍尔电压来计算测量对象电流的电流值的功能。电路板40连同结构件11 一起安装在支承衬底50上。
[0038]支承衬底50是用于使结构件11和电路板40电连接的配线形成在由非磁性材料制成的衬底上。衬底10、40经由结构件11和上述配线彼此电连接。
[0039]外壳60容纳传感器衬底10、电路板40和支承衬底50。根据本实施例的外壳60由树脂塑模制成，该树脂塑模整体化地固定传感器衬底10、电路板40和支承衬底50，并覆盖它们以便保护。外壳60由具有非磁性和绝缘特性的材料制成。
[0040]接着，将说明根据本实施例的电流传感器100的特性。如图2所示，通过在Y方向上交替地堆叠第一磁性材料31和第二磁性材料32来形成磁场集中核心30。经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的一部分经由空隙面向彼此。第一和第二磁性材料31、32具有板形状，其具有垂直于Y方向的主表面，且在Y-Z平面上的平面形状是具有间隙的环形形状(即，平面C形)。根据本实施例的磁场集中核心30如图2所示形成，使得第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分彼此连接，第一磁性材料31的彼此相邻的两个外部部分经由空隙彼此相对，且第二磁性材料32的彼此相邻的两个内部部分经由空隙彼此相对，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32交替堆叠。
[0041 ] 在本实施例中，绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32中的每个的主表面上形成。磁性材料31、32经由两个绝缘材料33彼此连接。绝缘材料33的构成材料可优选地是具有绝缘和低电介质特性的材料，以便使磁性材料31、32电隔离并抑制宏观涡电流的生成。
[0042]如图3(a)和3(b)所示，电容器由经由绝缘材料33面向彼此的磁性材料31、32形成。在磁性材料31、32之间的阻抗与绝缘材料33的介电常数和交变电流的频率成反比。当交变电流的频率低时，阻抗高。在这种情况下，涡电流(在图3(a)和3(b)中被示为实线箭头)独立地在每个磁性材料31、32中产生。当交变电流的频率高时，阻抗低。在这种情况下，磁性材料31、32容易电连接到彼此。在这种情况下，容易产生在图3(a)和3 (b)中被示为虚线的宏观涡电流。因此，优选地，绝缘材料33的构成材料是具有低介电常数的材料。
[0043]接着，将说明根据本实施例的电流传感器100的功能效应。如上所述，通过在Y方向上交替堆叠第一磁性材料31和第二磁性材料32来形成磁场集中核心30。经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的一部分经由空隙面向彼此。在这种情况下，磁场集中核心30的横截面面积与第一磁性材料的主表面的整个面积和第二磁性材料的主表面的整个面积连接到彼此的情况相同。然而，磁场集中核心30的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度被伸长。此外，在第一磁性材料31的未连接到第二磁性材料32的部分中流动的涡电流彼此抵消。因此，宏观涡电流的生成区域是第一磁性材料31的一部分和第二磁性材料32的一部分连接到彼此的区域(其为如图2中的虚线所示的区域)。因此，实际存在的涡电流的幅值很小。因此，如上所述，因为宏观涡电流很小，因此由涡电流引起的流经磁场集中核心30的测量对象磁场的分布的变化被抑制。
[0044]磁场集中核心30的横截面面积和端表面30b的表面积由每个下列项的侧面组成:彼此连接的第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分；第一磁性材料31的外部部分；以及第二磁性材料32的内部部分。从磁场集中核心30放出的测量对象磁场与端表面30b的表面积成比例。因此，与端表面30b的表面积由彼此连接的第一磁性材料31和第二磁性材料32的侧面组成的情况比较，施加到磁电转换元件20的测量对象磁场的减小被抑制。因此，如上所述，流经磁场集中核心30的测量对象磁场的分布变化和减小被抑制。因此，抑制电流的检测精度的降低。
[0045]在这里，在图2中被示为虚线的区域的表面积等于附加表面的表面积。区域的表面积的幅值大于磁电转换兀件20面向端表面30b的面向表面的表面积。
[0046]经由一个第一磁性材料31彼此相邻的第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对。在这种情况下，与经由多个第一磁性材料31彼此相邻的第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对的情况比较，磁场集中核心30的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器100的尺寸的增加被抑制。
[0047]经由一个第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对。在这种情况下，与经由多个第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料经由空隙彼此相对的情况比较，磁场集中核心30的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器100的尺寸的增加被抑制。
[0048]第一磁性材料31和第二磁性材料32经由两个绝缘材料33彼此连接。在这种情况下，在磁性材料31、32之间的电耦合减小，使得涡电流的生成被抑制。因此，抑制了流经磁场集中核心30的测量对象磁场的减小，且抑制了电流的检测精度的降低。[0049]传感器衬底10、电路板40和支承衬底50整体化地固定在外壳60中，使得传感器衬底10、电路板40和支承衬底50被覆盖和保护。在这种情况下，在非预期部分之间经由具有导电性的外来颗粒而导致的不必要的电连接被抑制。此外，在传感器衬底10、电路板40和支承衬底50之间的连接的机械强度提高了。
[0050]本实施例提供了一个示例，使得相邻彼此的两个第一磁性材料31经由空隙彼此相对，且相邻彼此的两个第二磁性材料32经由空隙彼此相对。可选地，可提供下列结构:彼此相邻的两个第一磁性材料31可经由绝缘体(未示出)彼此相对，且彼此相邻的两个第二磁性材料32可经由绝缘体(未示出)彼此相对。
[0051 ] 在本实施例中，绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32中的每个的主表面上形成。本实施例提供一个不例，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32经由分别在第一磁性材料31和第二磁性材料32上形成的两个绝缘材料33彼此接合。可选地，如图4所示，可提供一种结构，使得绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32之一的主表面上形成,使得第一磁性材料31和第二磁性材料32经由一个绝缘材料33彼此接合。可选地，如图5所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合。
[0052]本实施例提供了一个示例，使得第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分彼此连接，彼此相邻的两个第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对，且彼此相邻的两个第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对。可选地，如图6到8所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31的主表面的中心和第二磁性材料32的主表面的整体可彼此连接,且彼此相邻的第一磁性材料31的外部部分和第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对，且彼此相邻的第一磁性材料31的一个内部部分(即，一端)和第一磁性材料31的另一内部部分(即，另一端)经由空隙彼此相对。在该变形中，在Z方向上的第二磁性材料32的长度比第一磁性材料31短。
[0053]此外，如图9到11所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31的内部部分的主表面和第二磁性材料32的整体主表面彼此连接，以及彼此相邻的第一磁性材料31的端部经由空隙彼此相对。在该变形中，第二磁性材料32在Z方向上的长度比第一磁性材料31短。
[0054]在这里，在上面的变形中，当第二磁性材料32在Y方向上的长度比第一磁性材料31短时，在经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的端部之间的距离缩短。因此，这些端部电连接到彼此，使得由端部电连接的区域也提供涡电流的生成区域。因此，测量对象磁场可被涡电流减小。因此,优选地,第二磁性材料32在Y方向上的长度比第一磁性材料31长。在这种情况下，由涡电流引起的测量对象磁场的减小被抑制，涡电流被设置成使得端部电连接到彼此，使得由端部电连接的区域也提供涡电流的生成区。
[0055]本发明提供了一个示例，使得第一磁性材料31经由一个第二磁性材料32彼此相邻。然而，在第一磁性材料31之间形成的第二磁性材料32的数量不限于上面的示例。例如，如图12所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31经由两个第二磁性材料32彼此相邻。
[0056]本实施例提供一个示例，使得第二磁性材料32经由一个第一磁性材料31彼此相邻。然而，在第二磁性材料32之间形成的第一磁性材料31的数量不限于上面的示例。例如，如图13所示，可提供一种结构，使得第二磁性材料32经由两个第一磁性材料31彼此相邻。
[0057]在本实施例中，说明了磁场集中核心30的形状。没有具体描述磁场集中核心30的制造方法。磁场集中核心30制造成使得第一磁性材料31和第二磁性材料32在Y方向上堆叠，且它们在下面的每种情况下被加热并在Y方向上被加压:第一磁性材料31和第二磁性材料32经由绝缘材料33彼此接合的情况以及第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合的情况。可选地，磁场集中核心30可通过另一方法制造，使得具有在X-Z平面上的平面形状(其为具有间隙的环形形状)和不同直径的磁性材料34从磁性材料34的中心到磁性材料34的外部堆叠成多个层。在这里，在具有环形形状的板堆叠成多个层之后，多个层的一部分可被移除，使得间隙形成。在这些情况下，制造出图2和4到13所示的磁场集中核心30。在磁性材料31、32之间的边界仅在图2和4到13中示出，以便使每个材料31、32的位置清楚。因此，边界未被示出，以便规定每个磁场集中核心30通过第一所述方法制造。即使在应用上述制造方法之一时,也能制造出磁场集中核心30。通过上述制造方法提供的磁性材料31、32分别具有特定的形状。磁性材料31、32仅仅在概念上被描述，使得磁性材料31、32分别不限于特定的形状。
[0058]在这里，当第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合时，图5、8和11所示的磁场集中核心30被制造，使得烧结材料填充在具有腔的模子中，该腔具有与图5、8和11所示的磁场集中核心30的轮廓相同的形状，且烧结材料被加热并加压。可选地，图5、8和11所示的磁场集中核心30可被制造成使得涂有树脂的粉末压紧材料填充在具有与图5、8和11所示的磁场集中核心30的轮廓相同的形状的模子中，且粉末压紧材料被加热并加压。在这些情况下，不形成磁性材料31、32之间的边界。
[0059]本实施例提供了一个示例，使得外壳60由树脂塑模制成，该树脂塑模用于整体化地固定传感器衬底10、电路板40和支承衬底50，并用于覆盖和保护传感器衬底10、电路板40和支承衬底50。外壳60可以是任何外壳,只要外壳60能够提供用于容纳传感器衬底
10、电路板40和支承衬底50的功能并由具有非磁性和绝缘特性的材料制成。例如，外壳60可具有圆柱形形状。在传感器衬底10、电路板40和支承衬底50布置在外壳60中之后,树脂被注入并凝固，使得传感器衬底10、电路板40和支承衬底50固定在外壳60中。
[0060]本公开具有以下方面。
[0061]根据本公开的一方面，电流传感器包括:用于将施加的磁场转换成电信号的磁电转换元件；以及用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件的磁场集中核心。磁场集中核心具有垂直于测量对象电流的流动方向的平面形状，该平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件布置在间隙中。交变电流作为测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分由磁场集中核心包围。磁场集中核心包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件，至少两个第一磁性构件和至少一个第二磁性构件在交变电流的流动方向上交替地堆叠。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
[0062]在上面的电流传感器中，磁场集中核心包括交替堆叠的第一磁性材料和第二磁性材料。经由第二磁性构件彼此相邻的第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。因此，磁场集中核心的横截面面积与下面的情况相同:第一磁性材料的整体和第二磁性材料的整体连接到彼此。然而，磁场集中核心的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度被伸长。此外，流经第一磁性材料的未连接到第二磁性材料的部分的涡电流彼此抵消。在这种情况下，宏观涡电流的生成区是第一磁性材料和第二磁性材料的部分连接到彼此所在的区域。因此，实际存在的涡电流的幅值很小。因此，如上所述，因为宏观涡电流变小，由涡电流引起的流经磁场集中核心的测量对象磁场的分布的变化被抑制。
[0063]在这里，磁场集中核心的横截面面积和提供间隙的端部的面向表面的表面积由第一磁性材料和第二磁性材料连接到彼此的其它部分以及第一磁性材料的经由空隙或绝缘体彼此相对的部分来提供。从面向表面放出的测量对象磁场与面向表面的表面积成比例。因此，与由连接到彼此的第一磁性材料和第二磁性材料来提供面向表面的表面积的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁场的减小被抑制。
[0064]因此，如上所述，流经磁场集中核心的测量对象磁场的分布变化和测量对象磁场的减小被抑制。
[0065]可选地，电流传感器还可包括:一个或多个第二磁性构件。至少两个第一磁性构件和至少两个第二磁性构件在交变电流的流动方向上交替堆叠。至少两个第一磁性构件和至少两个第二磁性构件中的每个具有垂直于交变电流的流动方向的平面形状，平面形状是具有间隙的环形形状。第一磁性构件的环形形状的内部部分和第二磁性构件的环形形状的外部部分彼此连接。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的环形形状的外部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。经由至少一个第一磁性构件彼此相邻的至少两个第二磁性构件的环形形状的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，磁场集中核心的横截面面积和面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料的部分和第二磁性材料的部分、第一磁性材料的外部部分、以及第二磁性材料的内部部分提供。因此，与由彼此连接的第一磁性材料和第二磁性材料来提供面向表面的表面积的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁性材料的减小被抑制。
[0066]可选地，经由仅仅一个第一磁性构件(31)彼此相邻的两个第二磁性构件的内部部分可经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，与经由多个第一磁性材料彼此相邻的两个第二磁性材料的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对的情况比较，磁场集中核心的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器的尺寸的增加被抑制。
[0067]可选地，第一磁性构件的中心部分和至少一个第二磁性构件可彼此连接。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的两个第一磁性构件的环形形状的外部部分和内部部分中的一个经由空隙或绝缘体彼此相对。
[0068]可选地，经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的两个第一磁性构件的环形形状的外部部分和内部部分中的另一个经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，磁场集中核心的横截面面积和面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料的部分和第二磁性材料的部分、第一磁性材料的外部部分和第二磁性材料的内部部分提供。因此，与面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料和第二磁性材料提供的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁性材料的减小被抑制。
[0069]当第二磁性材料在流动方向上的长度比第一磁性材料短时，在经由第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料的外部部分和内部部分中的一个(在下文中被定义为侧面)之间的距离被缩短。因此，侧面电连接到彼此，使得电连接的区域也提供涡电流的生成区，且因此测量对象磁场可能被涡电流减小。因此，可选地，每个第二磁性构件的宽度可在交变电流的流动方向上长于第一磁性构件。在这种情况下，由涡电流引起的测量对象磁场的减小被抑制，当侧面电连接到彼此使得电连接的区域提供涡电流的生成区时，涡电流产生。
[0070]可选地，经由仅仅一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分可经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，与经由多个第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料的部分经由空隙或绝缘体彼此相对的情况比较，磁场集中核心的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器的尺寸的增加被抑制。
[0071]可选地，至少两个第一磁性构件和第二磁性构件中的每个可经由绝缘材料彼此接合。在这种情况下，减小了在磁性材料(31、32)之间的电耦合，从而抑制涡电流的生成。因此，流经磁场集中核心的测量对象磁场的减小被抑制，且因此电流的检测精度的减小被抑制。
[0072]可选地，电流传感器还可包括:电路板，其上布置用于处理来自磁电转换元件的输出信号的处理电路。
[0073]可选地，电流传感器还可包括:用于支承磁电转换元件和电路板的支承衬底。
[0074]可选地，电流传感器还可包括:用于容纳磁电转换元件、电路板、支承衬底和磁场集中核心的外壳。
[0075]可选地，磁场集中核心包括面向彼此的两个端部。间隙设置在这两个端部之间。每个端部具有包括附加表面的面向表面。附加表面包括连接到第二磁性构件的第一磁性构件的横截面的部分和连接到第一磁性构件的第二磁性构件的横截面的部分。附加表面是横截面，其作为第一磁性构件的横截面的部分和第二磁性构件的横截面的部分之和被获得。附加表面的表面积等于或大于磁电转换兀件的面向表面。
[0076]虽然本公开参考其实施例被描述，应理解，本公开不限于实施例和结构。本公开旨在涵盖各种修改和等效布置。此外，虽然具有各种组合和配置，然而其它组合和配置——包括更多、更少或仅单个元件——也在本公开的精神和范围内。
【权利要求】
1.一种电流传感器,包括: 磁电转换兀件(20),其用于将施加磁场转换成电信号；以及 磁场集中核心(30)，其用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到所述磁电转换元件(20)， 其中所述磁场集中核心(30)具有垂直于所述测量对象电流的流动方向的平面形状，所述平面形状是具有间隙的环形形状， 其中所述磁电转换元件(20)布置在所述间隙中， 其中交变电流作为所述测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分被所述磁场集中核心(30)包围， 其中所述磁场集中核心(30)包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件(31)和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件(32)，所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少一个第二磁性构件(32)在所述交变电流的流动方向上交替堆叠，并且 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的所述至少两个第一磁性构件(31)的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括: 一个或多个第二磁性构件(32)， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少两个第二磁性构件(32)在所述交变电流的流动方向上交替地堆叠， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少两个第二磁性构件(32)中的每个具有垂直于所述交变电流的流动方向的平面形状，所述平面形状是具有间隙的环形形状， 其中所述第一磁性构件(31)的环形形状的内部部分和所述第二磁性构件(32)的环形形状的外部部分彼此连接， 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的所述至少两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对，并且 其中经由至少一个第一磁性构件(31)彼此相邻的所述至少两个第二磁性构件(32)的环形形状的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于， 经由仅一个第一磁性构件(31)彼此相邻的两个第二磁性构件(32)的所述内部部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
4.根据权利要求1所述的电流传感器， 其中所述第一磁性构件(31)的中心部分和所述至少一个第二磁性构件(32)彼此连接，并且 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分和内部部分中的一个经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
5.根据权利要求4所述的电流传感器， 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分和内部部分中的另一个经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
6.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于， 每个第二磁性构件(32)的宽度在所述交变电流的所述流动方向上比所述第一磁性构件(31)长。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电流传感器， 其中经由仅一个第二磁性构件(32)彼此相邻的至少两个第一磁性构件(31)的部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的电流传感器， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述第二磁性构件(32)中的每个经由绝缘材料(33)彼此接合。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的电流传感器，还包括: 电路板(40),在所述电路板(40)上布置有用于处理来自所述磁电转换兀件(20)的输出信号的处理电路。
10.根据权利要求9所述的电流传感器，还包括: 用于支承所述磁电转换元件(20)和所述电路板(40)的支承衬底(50)。
11.根据权利要求10所述的电流传感器，还包括: 用于容纳所述磁电转换元件(20)、所述电路板(40)、所述支承衬底(50)和所述磁场集中核心(30)的外壳(60) ο
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的电流传感器， 其中所述磁场集中核心(30)包括面向彼此的两个端部(30a)， 其中所述间隙设置在所述两个端部(30a)之间， 其中每个端部(30a)具有包括附加表面的面向表面(30b)， 其中所述附加表面包括连接到所述第二磁性构件(32)的所述第一磁性构件(31)的横截面的部分和连接到所述第一磁性构件(31)的所述第二磁性构件(32)的横截面的部分， 其中所述附加表面是横截面，所述横截面作为所述第一磁性构件(31)的横截面的部分和所述第二磁性构件(32)的横截面的部分之和被得到，并且 其中所述附加表面的表面积等于或大于所述磁电转换元件(20)的所述面向表面(30b)。
【文档编号】G01R15/20GK104024869SQ201280064942
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】酒井亮辅, 车户纪博, 野村江介, 笹田一郎 申请人:株式会社电装, 国立大学法人九州大学
【专利摘要】电流传感器包括：磁电转换元件(20)；以及将由测量对象电流引起的磁场施加到磁电转换元件(20)的磁场集中核心(30)。垂直于电流流动方向的磁场集中核心(30)的平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件(20)布置在间隙中。用于流动电流的导体的一部分被磁场集中核心(30)包围。磁场集中核心(30)包括两个第一磁性构件(31)和至少一个第二磁性构件(32)，第一磁性构件和第二磁性构件在电流流动方向上交替堆叠。经由一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
【专利说明】电流传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2011年12月27日提交的日本专利申请N0.2011-286446和2012年12月12日提交的日本专利申请N0.2012-271568，这两个申请的公开通过引用被并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及包括磁电转换元件和磁场集中核心的电流传感器，该磁场集中核心用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场，并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件。
【背景技术】
[0004]传统上，例如，如在专利文献N0.1中描述的，专利文献N0.1提出了电流传感器，其包括:用于根据测量对象电流提供第一磁通量的核心，该核心被形成为具有间隙的环形形状并围绕电流路径的一部分，其中电流(即，测量对象电流)作为测量对象而流动；以及布置在间隙中的磁性传感器。上述核心由多层形成，所述多层堆叠并由具有板形状的磁性材料制成。
[0005]这里，考虑到在专利文献N0.1中描述的电流传感器中，增加由磁性材料制成的堆叠层的数量以便抑制核心的磁饱和，且核心的垂直于第一磁通量的流动方向的横截面形状被放大。当横截面形状被放大时，用于减小第一磁通量的密度的退磁场增加。因此，核心的磁饱和被抑制。然而，当测量对象电流是交变电流时，可能会产生下面的困难。
[0006]当交变电流在电流路径中流动时，用于产生抵消第一磁通量的磁场的涡电流在核心中产生。鉴于宏观角度，一个大的涡电流似乎在核心的外皮处产生。核心的横截面面积越大且核心的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度越短，宏观涡电流就越大。因此，即使核心的横截面面积被放大以便抑制核心的磁饱和，流经核心的第一磁通量的分布也可能被涡电流改变，从而降低电流的检测精度。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I
[0010]JP-A-2007-40758
【发明内容】
[0011]本公开的目的是提供电流传感器，其中抑制了电流的检测精度的降低。
[0012]根据本公开的方面，电流传感器包括:用于将施加磁场转换成电信号的磁电转换元件，以及用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件的磁场集中核心。磁场集中核心具有垂直于测量对象电流的流动方向的平面形状，该平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件布置在间隙中。交变电流作为测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分由磁场集中核心包围。磁场集中核心包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件，这两个磁性构件在交变电流的流动方向上交替地堆叠。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
[0013]在上面的电流传感器中，因为宏观涡电流很小，由涡电流引起的流经核心的测量对象磁场的分布的变化被抑制。此外，施加到磁电转换元件的测量对象磁场的减小被抑制。此外，因为流经核心的测量对象磁场的分布的变化和测量对象磁场的减小被抑制，因此抑制了电流的检测精度的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]根据参考附图进行的下面的详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显。在附图中:
[0015]图1是根据第一实施例的电流传感器的粗略结构的截面图；
[0016]图2是沿着图1中的线I1-1I截取的磁场集中核心的截面图；
[0017]图3(a)是示出在磁场集中核心处产生的涡电流的图，而图3(b)示出核心的等效电路；
[0018]图4是示出磁场集中核心的变形的截面图；
[0019]图5是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0020]图6是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0021]图7是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0022]图8是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0023]图9是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0024]图10是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0025]图11是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0026]图12是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；
[0027]图13是示出磁场集中核心的另一变形的截面图；以及
[0028]图14是示出磁场集中核心的另一变形的截面图。
【具体实施方式】
[0029]将参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施例。
[0030](第一实施例)
[0031]将参考图1到图3(b)说明根据本实施例的电流传感器100。在下文中，垂直于彼此的三个方向被定义为X方向、Y方向和Z方向。Y方向对应于流动方向。在这里，图1示出沿着由X方向和Z方向定义的X-Z平面的截面图。图2示出沿着由Y方向和Z方向定义的Y-Z平面的截面图。此外，稍后描述的图4到图13是沿着Y-Z平面的截面图。图14是沿着X-Z平面的截面图。在图2中，没有示出外壳60。图4到图13的截面图对应于图2。因此，图4到图13所示的截面图是沿着图1中的线I1-1I截取的截面图。
[0032]电流传感器100主要包括传感器衬底10、在传感器衬底10上形成的磁电转换元件20、和用于包围传感器衬底10和测量对象导体90中的每个的磁场集中核心30，其中测量对象电流在Y方向上流动。电流传感器100基于由测量对象电流所产生的磁场(即，测量对象磁场)而引起的磁电转换元件20的输出信号的变化，来测量该测量对象电流。根据本实施例的电流传感器100除了上述元件10到30以外还包括电路板40、支承衬底50和外壳60。在这里，测量对象电流是交变电流。
[0033]传感器衬底10由半导体衬底制成。磁电转换兀件20形成在传感器衬底10的一侧10a(即，形成表面IOa)。如图1所示，传感器衬底10经由具有导电性的结构件11被支承衬底50支承。传感器衬底10电连接到电路板40，其固定到支承衬底50。
[0034]根据本实施例的磁电转换元件20是具有随着施加磁场而变化的电压(即，霍尔电压)的霍尔元件。磁电转换元件20具有特性，使得磁电转换元件20的电压随着与形成表面IOa交叉的施加磁场而变化。虽然没有在附图中示出，磁电转换元件20包括用于使电流在沿着形成表面IOa的一个方向上流动的两个端子和沿着形成表面IOa布置并在垂直于该一个方向的另一方向上并排布置的两个检测端子。连接两个端子的线和连接两个检测端子的另一条线提供交叉形状。当在两个端子之间流动的电流与磁通量交叉时，霍尔电压在与磁通量施加方向和电流流动方向垂直的方向上产生。霍尔电压由上述两个检测端子检测。
[0035]磁场集中核心30由具有高磁导率的材料制成。磁场集中核心30具有在X-Z平面上的平面形状，其是具有间隙的环形形状(即，平面C形)。两个端部30a布置在X方向上，从而形成间隙。传感器衬底10布置在间隙中。端部30a的端表面30b和形成表面IOa平行于Y-Z平面,且端表面30b和形成表面IOa在X方向上彼此相对。
[0036]由磁场集中核心30集中的磁通量穿过磁场集中核心30环流。接着，磁通量从一端30a放出。放出的磁通量的一部分被释放到外部，而所放出的磁通量的另一部分流到另一端30a中。然后，放出的磁通量的另一部分再次穿过磁场集中核心30环流。如上所述，因为传感器衬底10布置在两个端部30a之间形成的间隙中，从一端30a放出的磁通量施加到形成表面10a。施加的磁场产生霍尔电压。霍尔电压经由结构件11输出到电路板。
[0037]电路板40是用于处理来自磁电转换元件20的输出信号的处理电路在半导体衬底上形成。电路板40提供用于基于霍尔电压来计算测量对象电流的电流值的功能。电路板40连同结构件11 一起安装在支承衬底50上。
[0038]支承衬底50是用于使结构件11和电路板40电连接的配线形成在由非磁性材料制成的衬底上。衬底10、40经由结构件11和上述配线彼此电连接。
[0039]外壳60容纳传感器衬底10、电路板40和支承衬底50。根据本实施例的外壳60由树脂塑模制成，该树脂塑模整体化地固定传感器衬底10、电路板40和支承衬底50，并覆盖它们以便保护。外壳60由具有非磁性和绝缘特性的材料制成。
[0040]接着，将说明根据本实施例的电流传感器100的特性。如图2所示，通过在Y方向上交替地堆叠第一磁性材料31和第二磁性材料32来形成磁场集中核心30。经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的一部分经由空隙面向彼此。第一和第二磁性材料31、32具有板形状，其具有垂直于Y方向的主表面，且在Y-Z平面上的平面形状是具有间隙的环形形状(即，平面C形)。根据本实施例的磁场集中核心30如图2所示形成，使得第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分彼此连接，第一磁性材料31的彼此相邻的两个外部部分经由空隙彼此相对，且第二磁性材料32的彼此相邻的两个内部部分经由空隙彼此相对，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32交替堆叠。
[0041 ] 在本实施例中，绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32中的每个的主表面上形成。磁性材料31、32经由两个绝缘材料33彼此连接。绝缘材料33的构成材料可优选地是具有绝缘和低电介质特性的材料，以便使磁性材料31、32电隔离并抑制宏观涡电流的生成。
[0042]如图3(a)和3(b)所示，电容器由经由绝缘材料33面向彼此的磁性材料31、32形成。在磁性材料31、32之间的阻抗与绝缘材料33的介电常数和交变电流的频率成反比。当交变电流的频率低时，阻抗高。在这种情况下，涡电流(在图3(a)和3(b)中被示为实线箭头)独立地在每个磁性材料31、32中产生。当交变电流的频率高时，阻抗低。在这种情况下，磁性材料31、32容易电连接到彼此。在这种情况下，容易产生在图3(a)和3 (b)中被示为虚线的宏观涡电流。因此，优选地，绝缘材料33的构成材料是具有低介电常数的材料。
[0043]接着，将说明根据本实施例的电流传感器100的功能效应。如上所述，通过在Y方向上交替堆叠第一磁性材料31和第二磁性材料32来形成磁场集中核心30。经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的一部分经由空隙面向彼此。在这种情况下，磁场集中核心30的横截面面积与第一磁性材料的主表面的整个面积和第二磁性材料的主表面的整个面积连接到彼此的情况相同。然而，磁场集中核心30的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度被伸长。此外，在第一磁性材料31的未连接到第二磁性材料32的部分中流动的涡电流彼此抵消。因此，宏观涡电流的生成区域是第一磁性材料31的一部分和第二磁性材料32的一部分连接到彼此的区域(其为如图2中的虚线所示的区域)。因此，实际存在的涡电流的幅值很小。因此，如上所述，因为宏观涡电流很小，因此由涡电流引起的流经磁场集中核心30的测量对象磁场的分布的变化被抑制。
[0044]磁场集中核心30的横截面面积和端表面30b的表面积由每个下列项的侧面组成:彼此连接的第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分；第一磁性材料31的外部部分；以及第二磁性材料32的内部部分。从磁场集中核心30放出的测量对象磁场与端表面30b的表面积成比例。因此，与端表面30b的表面积由彼此连接的第一磁性材料31和第二磁性材料32的侧面组成的情况比较，施加到磁电转换元件20的测量对象磁场的减小被抑制。因此，如上所述，流经磁场集中核心30的测量对象磁场的分布变化和减小被抑制。因此，抑制电流的检测精度的降低。
[0045]在这里，在图2中被示为虚线的区域的表面积等于附加表面的表面积。区域的表面积的幅值大于磁电转换兀件20面向端表面30b的面向表面的表面积。
[0046]经由一个第一磁性材料31彼此相邻的第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对。在这种情况下，与经由多个第一磁性材料31彼此相邻的第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对的情况比较，磁场集中核心30的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器100的尺寸的增加被抑制。
[0047]经由一个第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对。在这种情况下，与经由多个第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料经由空隙彼此相对的情况比较，磁场集中核心30的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器100的尺寸的增加被抑制。
[0048]第一磁性材料31和第二磁性材料32经由两个绝缘材料33彼此连接。在这种情况下，在磁性材料31、32之间的电耦合减小，使得涡电流的生成被抑制。因此，抑制了流经磁场集中核心30的测量对象磁场的减小，且抑制了电流的检测精度的降低。[0049]传感器衬底10、电路板40和支承衬底50整体化地固定在外壳60中，使得传感器衬底10、电路板40和支承衬底50被覆盖和保护。在这种情况下，在非预期部分之间经由具有导电性的外来颗粒而导致的不必要的电连接被抑制。此外，在传感器衬底10、电路板40和支承衬底50之间的连接的机械强度提高了。
[0050]本实施例提供了一个示例，使得相邻彼此的两个第一磁性材料31经由空隙彼此相对，且相邻彼此的两个第二磁性材料32经由空隙彼此相对。可选地，可提供下列结构:彼此相邻的两个第一磁性材料31可经由绝缘体(未示出)彼此相对，且彼此相邻的两个第二磁性材料32可经由绝缘体(未示出)彼此相对。
[0051 ] 在本实施例中，绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32中的每个的主表面上形成。本实施例提供一个不例，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32经由分别在第一磁性材料31和第二磁性材料32上形成的两个绝缘材料33彼此接合。可选地，如图4所示，可提供一种结构，使得绝缘材料33在第一磁性材料31和第二磁性材料32之一的主表面上形成,使得第一磁性材料31和第二磁性材料32经由一个绝缘材料33彼此接合。可选地，如图5所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合。
[0052]本实施例提供了一个示例，使得第一磁性材料31的内部部分和第二磁性材料32的外部部分彼此连接，彼此相邻的两个第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对，且彼此相邻的两个第二磁性材料32的内部部分经由空隙彼此相对。可选地，如图6到8所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31的主表面的中心和第二磁性材料32的主表面的整体可彼此连接,且彼此相邻的第一磁性材料31的外部部分和第一磁性材料31的外部部分经由空隙彼此相对，且彼此相邻的第一磁性材料31的一个内部部分(即，一端)和第一磁性材料31的另一内部部分(即，另一端)经由空隙彼此相对。在该变形中，在Z方向上的第二磁性材料32的长度比第一磁性材料31短。
[0053]此外，如图9到11所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31的内部部分的主表面和第二磁性材料32的整体主表面彼此连接，以及彼此相邻的第一磁性材料31的端部经由空隙彼此相对。在该变形中，第二磁性材料32在Z方向上的长度比第一磁性材料31短。
[0054]在这里，在上面的变形中，当第二磁性材料32在Y方向上的长度比第一磁性材料31短时，在经由第二磁性材料32彼此相邻的第一磁性材料31的端部之间的距离缩短。因此，这些端部电连接到彼此，使得由端部电连接的区域也提供涡电流的生成区域。因此，测量对象磁场可被涡电流减小。因此,优选地,第二磁性材料32在Y方向上的长度比第一磁性材料31长。在这种情况下，由涡电流引起的测量对象磁场的减小被抑制，涡电流被设置成使得端部电连接到彼此，使得由端部电连接的区域也提供涡电流的生成区。
[0055]本发明提供了一个示例，使得第一磁性材料31经由一个第二磁性材料32彼此相邻。然而，在第一磁性材料31之间形成的第二磁性材料32的数量不限于上面的示例。例如，如图12所示，可提供一种结构，使得第一磁性材料31经由两个第二磁性材料32彼此相邻。
[0056]本实施例提供一个示例，使得第二磁性材料32经由一个第一磁性材料31彼此相邻。然而，在第二磁性材料32之间形成的第一磁性材料31的数量不限于上面的示例。例如，如图13所示，可提供一种结构，使得第二磁性材料32经由两个第一磁性材料31彼此相邻。
[0057]在本实施例中，说明了磁场集中核心30的形状。没有具体描述磁场集中核心30的制造方法。磁场集中核心30制造成使得第一磁性材料31和第二磁性材料32在Y方向上堆叠，且它们在下面的每种情况下被加热并在Y方向上被加压:第一磁性材料31和第二磁性材料32经由绝缘材料33彼此接合的情况以及第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合的情况。可选地，磁场集中核心30可通过另一方法制造，使得具有在X-Z平面上的平面形状(其为具有间隙的环形形状)和不同直径的磁性材料34从磁性材料34的中心到磁性材料34的外部堆叠成多个层。在这里，在具有环形形状的板堆叠成多个层之后，多个层的一部分可被移除，使得间隙形成。在这些情况下，制造出图2和4到13所示的磁场集中核心30。在磁性材料31、32之间的边界仅在图2和4到13中示出，以便使每个材料31、32的位置清楚。因此，边界未被示出，以便规定每个磁场集中核心30通过第一所述方法制造。即使在应用上述制造方法之一时,也能制造出磁场集中核心30。通过上述制造方法提供的磁性材料31、32分别具有特定的形状。磁性材料31、32仅仅在概念上被描述，使得磁性材料31、32分别不限于特定的形状。
[0058]在这里，当第一磁性材料31和第二磁性材料32在没有绝缘材料33的情况下彼此接合时，图5、8和11所示的磁场集中核心30被制造，使得烧结材料填充在具有腔的模子中，该腔具有与图5、8和11所示的磁场集中核心30的轮廓相同的形状，且烧结材料被加热并加压。可选地，图5、8和11所示的磁场集中核心30可被制造成使得涂有树脂的粉末压紧材料填充在具有与图5、8和11所示的磁场集中核心30的轮廓相同的形状的模子中，且粉末压紧材料被加热并加压。在这些情况下，不形成磁性材料31、32之间的边界。
[0059]本实施例提供了一个示例，使得外壳60由树脂塑模制成，该树脂塑模用于整体化地固定传感器衬底10、电路板40和支承衬底50，并用于覆盖和保护传感器衬底10、电路板40和支承衬底50。外壳60可以是任何外壳,只要外壳60能够提供用于容纳传感器衬底
10、电路板40和支承衬底50的功能并由具有非磁性和绝缘特性的材料制成。例如，外壳60可具有圆柱形形状。在传感器衬底10、电路板40和支承衬底50布置在外壳60中之后,树脂被注入并凝固，使得传感器衬底10、电路板40和支承衬底50固定在外壳60中。
[0060]本公开具有以下方面。
[0061]根据本公开的一方面，电流传感器包括:用于将施加的磁场转换成电信号的磁电转换元件；以及用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到磁电转换元件的磁场集中核心。磁场集中核心具有垂直于测量对象电流的流动方向的平面形状，该平面形状是具有间隙的环形形状。磁电转换元件布置在间隙中。交变电流作为测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分由磁场集中核心包围。磁场集中核心包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件，至少两个第一磁性构件和至少一个第二磁性构件在交变电流的流动方向上交替地堆叠。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
[0062]在上面的电流传感器中，磁场集中核心包括交替堆叠的第一磁性材料和第二磁性材料。经由第二磁性构件彼此相邻的第一磁性构件的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。因此，磁场集中核心的横截面面积与下面的情况相同:第一磁性材料的整体和第二磁性材料的整体连接到彼此。然而，磁场集中核心的横截面形状的外部形状的轮廓的总长度被伸长。此外，流经第一磁性材料的未连接到第二磁性材料的部分的涡电流彼此抵消。在这种情况下，宏观涡电流的生成区是第一磁性材料和第二磁性材料的部分连接到彼此所在的区域。因此，实际存在的涡电流的幅值很小。因此，如上所述，因为宏观涡电流变小，由涡电流引起的流经磁场集中核心的测量对象磁场的分布的变化被抑制。
[0063]在这里，磁场集中核心的横截面面积和提供间隙的端部的面向表面的表面积由第一磁性材料和第二磁性材料连接到彼此的其它部分以及第一磁性材料的经由空隙或绝缘体彼此相对的部分来提供。从面向表面放出的测量对象磁场与面向表面的表面积成比例。因此，与由连接到彼此的第一磁性材料和第二磁性材料来提供面向表面的表面积的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁场的减小被抑制。
[0064]因此，如上所述，流经磁场集中核心的测量对象磁场的分布变化和测量对象磁场的减小被抑制。
[0065]可选地，电流传感器还可包括:一个或多个第二磁性构件。至少两个第一磁性构件和至少两个第二磁性构件在交变电流的流动方向上交替堆叠。至少两个第一磁性构件和至少两个第二磁性构件中的每个具有垂直于交变电流的流动方向的平面形状，平面形状是具有间隙的环形形状。第一磁性构件的环形形状的内部部分和第二磁性构件的环形形状的外部部分彼此连接。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的环形形状的外部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。经由至少一个第一磁性构件彼此相邻的至少两个第二磁性构件的环形形状的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，磁场集中核心的横截面面积和面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料的部分和第二磁性材料的部分、第一磁性材料的外部部分、以及第二磁性材料的内部部分提供。因此，与由彼此连接的第一磁性材料和第二磁性材料来提供面向表面的表面积的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁性材料的减小被抑制。
[0066]可选地，经由仅仅一个第一磁性构件(31)彼此相邻的两个第二磁性构件的内部部分可经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，与经由多个第一磁性材料彼此相邻的两个第二磁性材料的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对的情况比较，磁场集中核心的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器的尺寸的增加被抑制。
[0067]可选地，第一磁性构件的中心部分和至少一个第二磁性构件可彼此连接。经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的两个第一磁性构件的环形形状的外部部分和内部部分中的一个经由空隙或绝缘体彼此相对。
[0068]可选地，经由至少一个第二磁性构件彼此相邻的两个第一磁性构件的环形形状的外部部分和内部部分中的另一个经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，磁场集中核心的横截面面积和面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料的部分和第二磁性材料的部分、第一磁性材料的外部部分和第二磁性材料的内部部分提供。因此，与面向表面的表面积由彼此连接的第一磁性材料和第二磁性材料提供的情况比较，施加到磁电转换元件的测量对象磁性材料的减小被抑制。
[0069]当第二磁性材料在流动方向上的长度比第一磁性材料短时，在经由第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料的外部部分和内部部分中的一个(在下文中被定义为侧面)之间的距离被缩短。因此，侧面电连接到彼此，使得电连接的区域也提供涡电流的生成区，且因此测量对象磁场可能被涡电流减小。因此，可选地，每个第二磁性构件的宽度可在交变电流的流动方向上长于第一磁性构件。在这种情况下，由涡电流引起的测量对象磁场的减小被抑制，当侧面电连接到彼此使得电连接的区域提供涡电流的生成区时，涡电流产生。
[0070]可选地，经由仅仅一个第二磁性构件彼此相邻的至少两个第一磁性构件的部分可经由空隙或绝缘体彼此相对。在这种情况下，与经由多个第二磁性材料彼此相邻的第一磁性材料的部分经由空隙或绝缘体彼此相对的情况比较，磁场集中核心的尺寸的增加被抑制。因此，电流传感器的尺寸的增加被抑制。
[0071]可选地，至少两个第一磁性构件和第二磁性构件中的每个可经由绝缘材料彼此接合。在这种情况下，减小了在磁性材料(31、32)之间的电耦合，从而抑制涡电流的生成。因此，流经磁场集中核心的测量对象磁场的减小被抑制，且因此电流的检测精度的减小被抑制。
[0072]可选地，电流传感器还可包括:电路板，其上布置用于处理来自磁电转换元件的输出信号的处理电路。
[0073]可选地，电流传感器还可包括:用于支承磁电转换元件和电路板的支承衬底。
[0074]可选地，电流传感器还可包括:用于容纳磁电转换元件、电路板、支承衬底和磁场集中核心的外壳。
[0075]可选地，磁场集中核心包括面向彼此的两个端部。间隙设置在这两个端部之间。每个端部具有包括附加表面的面向表面。附加表面包括连接到第二磁性构件的第一磁性构件的横截面的部分和连接到第一磁性构件的第二磁性构件的横截面的部分。附加表面是横截面，其作为第一磁性构件的横截面的部分和第二磁性构件的横截面的部分之和被获得。附加表面的表面积等于或大于磁电转换兀件的面向表面。
[0076]虽然本公开参考其实施例被描述，应理解，本公开不限于实施例和结构。本公开旨在涵盖各种修改和等效布置。此外，虽然具有各种组合和配置，然而其它组合和配置——包括更多、更少或仅单个元件——也在本公开的精神和范围内。
【权利要求】
1.一种电流传感器,包括: 磁电转换兀件(20),其用于将施加磁场转换成电信号；以及 磁场集中核心(30)，其用于集中由测量对象电流引起的测量对象磁场并用于将集中的测量对象磁场施加到所述磁电转换元件(20)， 其中所述磁场集中核心(30)具有垂直于所述测量对象电流的流动方向的平面形状，所述平面形状是具有间隙的环形形状， 其中所述磁电转换元件(20)布置在所述间隙中， 其中交变电流作为所述测量对象电流所流经的测量对象导体的一部分被所述磁场集中核心(30)包围， 其中所述磁场集中核心(30)包括由第一磁性材料制成的至少两个第一磁性构件(31)和由第二磁性材料制成的至少一个第二磁性构件(32)，所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少一个第二磁性构件(32)在所述交变电流的流动方向上交替堆叠，并且 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的所述至少两个第一磁性构件(31)的部分通过空隙或绝缘体彼此相对。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括: 一个或多个第二磁性构件(32)， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少两个第二磁性构件(32)在所述交变电流的流动方向上交替地堆叠， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述至少两个第二磁性构件(32)中的每个具有垂直于所述交变电流的流动方向的平面形状，所述平面形状是具有间隙的环形形状， 其中所述第一磁性构件(31)的环形形状的内部部分和所述第二磁性构件(32)的环形形状的外部部分彼此连接， 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的所述至少两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对，并且 其中经由至少一个第一磁性构件(31)彼此相邻的所述至少两个第二磁性构件(32)的环形形状的内部部分经由空隙或绝缘体彼此相对。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于， 经由仅一个第一磁性构件(31)彼此相邻的两个第二磁性构件(32)的所述内部部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
4.根据权利要求1所述的电流传感器， 其中所述第一磁性构件(31)的中心部分和所述至少一个第二磁性构件(32)彼此连接，并且 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分和内部部分中的一个经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
5.根据权利要求4所述的电流传感器， 其中经由所述至少一个第二磁性构件(32)彼此相邻的两个第一磁性构件(31)的环形形状的外部部分和内部部分中的另一个经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
6.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于， 每个第二磁性构件(32)的宽度在所述交变电流的所述流动方向上比所述第一磁性构件(31)长。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电流传感器， 其中经由仅一个第二磁性构件(32)彼此相邻的至少两个第一磁性构件(31)的部分经由所述空隙或所述绝缘体彼此相对。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的电流传感器， 其中所述至少两个第一磁性构件(31)和所述第二磁性构件(32)中的每个经由绝缘材料(33)彼此接合。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的电流传感器，还包括: 电路板(40),在所述电路板(40)上布置有用于处理来自所述磁电转换兀件(20)的输出信号的处理电路。
10.根据权利要求9所述的电流传感器，还包括: 用于支承所述磁电转换元件(20)和所述电路板(40)的支承衬底(50)。
11.根据权利要求10所述的电流传感器，还包括: 用于容纳所述磁电转换元件(20)、所述电路板(40)、所述支承衬底(50)和所述磁场集中核心(30)的外壳(60) ο
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的电流传感器， 其中所述磁场集中核心(30)包括面向彼此的两个端部(30a)， 其中所述间隙设置在所述两个端部(30a)之间， 其中每个端部(30a)具有包括附加表面的面向表面(30b)， 其中所述附加表面包括连接到所述第二磁性构件(32)的所述第一磁性构件(31)的横截面的部分和连接到所述第一磁性构件(31)的所述第二磁性构件(32)的横截面的部分， 其中所述附加表面是横截面，所述横截面作为所述第一磁性构件(31)的横截面的部分和所述第二磁性构件(32)的横截面的部分之和被得到，并且 其中所述附加表面的表面积等于或大于所述磁电转换元件(20)的所述面向表面(30b)。
【文档编号】G01R15/20GK104024869SQ201280064942
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】酒井亮辅, 车户纪博, 野村江介, 笹田一郎 申请人:株式会社电装, 国立大学法人九州大学
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