專利名稱：電流檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從磁場(chǎng)中檢測(cè)流經(jīng)導(dǎo)體的電流的大小的電流檢測(cè)器。
技術(shù)背景以往， 一直使用一種下述這樣的電流檢測(cè)器，即，無需在電線、母 線等的導(dǎo)體上插入電流計(jì)、或使電流作為電壓來測(cè)量用的電阻，即可檢 測(cè)流經(jīng)電線、母線等導(dǎo)體的電流。例如，眾所周知這樣一種電流檢測(cè)器，如專利文獻(xiàn)l所示，其是以 纏繞母線的方式來配設(shè)具有磁隙的強(qiáng)磁芯的，并在上述磁隙內(nèi)配置有磁 感應(yīng)元件。專利文獻(xiàn)l:日本專利特開平8-15330號(hào)公報(bào)然而，根據(jù)以往的電流檢測(cè)器，因?yàn)橐姓加每臻g的磁芯，所以裝 置被大型化。另外，當(dāng)將多個(gè)母線相鄰地配置時(shí)，由于因相鄰的母線所 產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)外加在磁感應(yīng)元件上，因此成為檢測(cè)精度下降的原因。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)省空間、并可進(jìn)行高精度的電 流檢測(cè)的電流檢測(cè)器。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的電流檢測(cè)器，其特征在于具備母線， 其具有能改變電流的方向的電流方向變換部；以及磁檢測(cè)器，其被配置 在上述母線的上述電流方向變換部。根據(jù)本發(fā)明的電流檢測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間、并且可以進(jìn)行高精 度的電流檢測(cè)。


圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電流檢測(cè)器的立體圖。圖2是圖1的電流檢測(cè)器的分解立體圖。圖3是表示磁檢測(cè)器的構(gòu)成的立體圖。圖4是表示GER元件的特性的特性圖。圖5是表示由磁偏置磁鐵產(chǎn)生的磁偏置的形成的說明圖。圖6是表示母線的凹部在通電時(shí)的磁通產(chǎn)生狀況。圖7是表示母線的電流和施加在磁檢測(cè)器上的磁通密度的關(guān)系的實(shí)施例 1的特性圖。圖8是設(shè)置有屏蔽構(gòu)件的磁檢測(cè)器(實(shí)施例2)的電流-磁通密度的特 性圖。圖9是沒有屏蔽構(gòu)件的磁檢測(cè)器(對(duì)比例)的電流-磁通密度的特性圖。圖IOA、 IOB表示作為導(dǎo)體的母線的其它的形狀的立體圖。 符號(hào)說明如下2...磁檢測(cè)器； 5...屏蔽構(gòu)件； 21...基板；1…基板； 4A 4C…母線； ll...突出部； 23A、 23B.,.磁偏置磁鐵 25…磁輒；41A、 41B…平4亍部；26…樹月旨盒； 42…連結(jié)部；3…凹部； IO...電流檢測(cè)器； 22...磁檢測(cè)元件； 24A 24C…引線端子； 40...端子安裝孑L; 43A、 43B…端子部。
具體實(shí)施方式
(電流檢測(cè)器的構(gòu)成)圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電流檢測(cè)器的立體圖。 圖2是圖1的電流檢測(cè)器的分解立體圖。電流檢測(cè)器IO,被構(gòu)成為具有基板l，其形成有布線圖；磁檢測(cè) 器2，其被安裝在基板1的規(guī)定位置；母線4A 4C，其具有可供磁檢 測(cè)器2嵌入的凹部3以及用于對(duì)電源電纜等端子進(jìn)行螺絲固定的端子安 裝孔40;以及屏蔽構(gòu)件5，其以圍繞磁檢測(cè)器2和凹部3的外側(cè)的方式 被安裝。此外，雖然在實(shí)際中，需要有保持基板1和母線4A 4C的構(gòu) 件等，但在圖l及圖2中僅圖示出了主要部件。基板1，使用如玻璃環(huán)氧樹脂等的材料，并被加工成在一邊設(shè)置有 突出部ll的形狀，在突出部11上搭載有磁檢測(cè)器2。雖然省略圖示，
但在突出部11上，設(shè)置有可供磁檢測(cè)器2的引線端子插入的通孔。磁檢測(cè)器2，是將如GMR ( Giant magnetoresistive effect:高磁阻 效果)元件、MR ( magnetoresistive effect)元件(磁阻效果元件)、空 穴元件、空穴IC等應(yīng)用在磁檢測(cè)元件中而構(gòu)成的。在這些元件中，因 為GMR元件檢測(cè)靈敏度最高，所以可以構(gòu)成高靈敏度的磁檢測(cè)器2。 磁檢測(cè)器2，在使用有GMR元件、MR元件的情況下，即成為具有了 磁偏置磁鐵的構(gòu)成。在使用空穴元件的情況下，則不需要磁偏置磁鐵。 此外，在本實(shí)施方式中，雖然將磁檢測(cè)器2僅設(shè)置在母線4B上，但也 可以設(shè)置在母線4A、 4C上。母線4A~4C呈相同形狀，是將如由銅或銅合金組成的金屬材料做 成帶狀，并在其中間部設(shè)置有電流方向變換部的構(gòu)件，上述電流方向變 換部，是通過"3"字形狀的彎曲加工而做成的、并被形成為含有使母 線變形成直角的一對(duì)平行部和連結(jié)一對(duì)平行部的連結(jié)部的形狀的凹部3。 此外，將母線4A-4C制為相同形狀的理由，是由于考慮到三相交流的 電平衡性以及批量生產(chǎn)性，但即使不制為相同形狀也可以構(gòu)成本發(fā)明的 實(shí)施方式所涉及的電流檢測(cè)器。凹部3，由與磁檢測(cè)器2的上下面相對(duì)的平行部41A、 41B,以及使 它們連結(jié)起來的連結(jié)部42構(gòu)成。通過相對(duì)于圖2中的平行部41A、 41B 而言在上下方向上來延伸平板狀的端子部43A、 43B，從而構(gòu)成母線 4A~4C。此外，母線4A 4C具有如最大可流過400A的厚度及寬度。屏蔽構(gòu)件5呈四方筒狀，使用厚度如1 ~ 3mm左右的磁屏蔽性能優(yōu) 良的磁性體構(gòu)成。(磁檢測(cè)器的構(gòu)成)圖3是表示磁檢測(cè)器的構(gòu)成的立體圖。圖3是將線性輸出類型的 GMR元件應(yīng)用于磁檢測(cè)元件22中而構(gòu)成的磁檢測(cè)器2。該磁檢測(cè)器2， 被構(gòu)成為具備基板21;被安裝在基板21—側(cè)的表面的規(guī)定位置上的 磁檢測(cè)元件22;與磁檢測(cè)元件22相鄰并被安裝于基板21的兩側(cè)的、由 N極和S極構(gòu)成的一對(duì)磁偏置(bias)磁鐵23A、 23B;被設(shè)置在基板 21另一側(cè)的表面、并且借助布線圖而與磁檢測(cè)元件22的電極(未圖示) 相連接的引線端子24A~24C;以在兩側(cè)裝配有磁鐵23A、 23B的狀態(tài)
而被安裝在基板21上的、由磁性金屬材料構(gòu)成的磁軛25;以及密封除 引線端子24A ~ 24C的前端部以外的部分的樹脂盒26。磁檢測(cè)元件22，是對(duì)如反強(qiáng)磁性層、強(qiáng)磁性層(釘扎層)、非磁性 層及強(qiáng)磁性層(自由層)進(jìn)行層疊而構(gòu)成的。自由層是磁化方向隨外部 磁場(chǎng)變化的層。釘扎層具有如下特性，即當(dāng)磁化方向和自由層平行時(shí)電 阻抗變高，而相反時(shí)電阻抗變低。利用這種電阻抗的變化，可以檢測(cè)出 由母線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小和方向。磁軛25，是將如由鐵或含鐵的金屬構(gòu)成的板帶狀的材料加工成"3" 字形狀而構(gòu)成的，并承擔(dān)著用于將由磁偏置磁鐵23A、 23B產(chǎn)生的偏置 磁通B施加于磁檢測(cè)元件22的磁回路的一部分。(磁檢測(cè)元件的特性)圖4是表示GMR元件的特性的特性圖。GMR元件(磁檢測(cè)元件 22 ),如圖4所示，對(duì)平行地外加在成膜面上的磁場(chǎng)，以磁通密度B( mT ) 的0點(diǎn)為中心，在左右兩側(cè)，即在+側(cè)和-側(cè)生成阻抗變化率MR( % )。圖4所示的特性表示一旦電流的方向改變，磁場(chǎng)就會(huì)變成相反方向， 但是，即使磁場(chǎng)變成相反方向，也不清楚圖中的A， B點(diǎn)的電流的方向 是+、-中的哪一個(gè)。因此，在本實(shí)施方式中，將磁偏置磁鐵23A、 23B 借助磁軛25而配置在磁檢測(cè)器2的兩側(cè)，并且如圖5所示，在一個(gè)方 向(平行于由母線4B產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向)上施加磁偏置。(由磁偏置磁鐵形成的磁偏置)圖5是表示由磁偏置磁鐵產(chǎn)生的磁偏置的形成的說明圖。并且，在 圖5中，示意地表示使用平板狀的母線。另外，在圖5 (d)的圖中的 (a)、 (b)、 (c)，表示對(duì)應(yīng)于圖5的(a) ~ (c)的狀態(tài)的動(dòng)作點(diǎn)。如圖5 (a)所示，當(dāng)電流未流經(jīng)母線4B時(shí)，會(huì)從磁偏置磁鐵23A 向磁偏置磁鐵23B，對(duì)磁檢測(cè)元件22施加圖5的(d)中所示的B1值 的偏置磁通亦即傾斜特性的中間大小的磁通，從而由圖4所示的磁通密 度0 (mT)的位置轉(zhuǎn)移至圖5(d)所示的Bl的位置。在圖5 (a)所示狀態(tài)下，當(dāng)在母線4B中流有向圖5 (b)所示的垂 直紙面向外方向的電流時(shí)，由母線4B產(chǎn)生的磁通密度相對(duì)于Bl為- B2)的磁通密度對(duì)應(yīng)的阻抗變化率MR ( % )。另外，在圖5(a)所示狀態(tài)下，當(dāng)在母線4B中流有向如圖5 (c) 所示的的垂直紙面向里方向的電流時(shí)，如圖5(c)所示，由母線4B產(chǎn) 生的磁通密度為+B2，該磁通密度形成為與圖5(b)相反的方向，可 檢測(cè)出與(Bl+B2)的磁通密度相對(duì)應(yīng)的阻抗變化率MR ( % )。如以上所述，通過利用磁偏置磁鐵23A、 23B來對(duì)磁檢測(cè)元件22 施加最佳的偏置磁場(chǎng)，使得用圖4所示的特性的右側(cè)部分(圖5 (d) 中所示的特性)即可進(jìn)行檢測(cè)動(dòng)作，從而可進(jìn)行電流方向的檢測(cè)。(電流檢測(cè)器的組裝)首先，準(zhǔn)備如圖3所示構(gòu)成的磁檢測(cè)器2，并將該磁檢測(cè)器2安裝 在圖2所示的基板1的突出部11的規(guī)定位置上，并將引線端子24A~ 24C焊接在基板l之上的布線圖上。然后，將突出部11和磁檢測(cè)器2， 如圖1所示地嵌入母線4B的凹部3中。最后，將屏蔽構(gòu)件5外嵌在母 線4B的凹部3所形成的部分。然后，通過將按如上組裝的磁檢測(cè)器2、母線4B，以及基板l、母 線4A、 4C以規(guī)定的定位了的狀態(tài)進(jìn)行樹脂封裝(未圖示)，從而完成 如圖1所示的電流檢測(cè)器10。(電流檢測(cè)器的動(dòng)作)下面，對(duì)電流檢測(cè)器的動(dòng)作進(jìn)行說明。電流檢測(cè)器10，被搭載在 如混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的變壓器單元上，并在母線4A 4C中流有向三相 電極供給的電流。在此，雖然在各母線4A 4C中均流有電流，但是做 成僅在母線4B進(jìn)行電流檢測(cè)的構(gòu)造。磁檢測(cè)器2，通過連接有未圖示 的放大器等而進(jìn)行電流檢測(cè)，其結(jié)杲顯示在未圖示出的顯示器等中，或 被利用在未圖示出的控制裝置中。當(dāng)在母線4B中流有電流時(shí)，則會(huì)根據(jù)通過電流的大小和方向而像 圖5 (b)、 (c)中說明過那樣產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)相對(duì)母線4B沿如圖5(b) 所示的方向流有電流時(shí)，會(huì)成為從圖5(d)的Bl向左側(cè)偏移的檢測(cè)值； 當(dāng)相對(duì)母線4B，沿圖5 (c)所示的方向流有電流時(shí)，會(huì)成為從圖5(d) 的Bl向右側(cè)偏移的檢測(cè)值。
本實(shí)施方式，雖然不具有用于捕捉來自通電時(shí)的母線4B的磁通的 磁芯，但是，盡管呈空心構(gòu)造，卻能使產(chǎn)生的磁通增大。對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行 說明。(母線的凹部在通電時(shí)的磁通的產(chǎn)生)圖6表示母線的凹部在通電時(shí)產(chǎn)生的磁通的狀況。在圖6中，僅圖 示出了母線4B的上下的平行部41A、 41B,而省略了連結(jié)部42、端子 部43A、 43B的圖示。如圖6(a)所示，磁檢測(cè)器2，被以上下面在平行部41A、 41B之 間的方式配置。因此，由分別流經(jīng)母線4B的平4亍部41A、 41B的電流 產(chǎn)生的磁場(chǎng)，會(huì)全部經(jīng)過磁檢測(cè)器2內(nèi)。該上下兩個(gè)磁場(chǎng)，如圖6(b) 所示，即使在電流的方向變化時(shí)，也會(huì)同樣經(jīng)過磁檢測(cè)器2內(nèi)。因此，與母線為平板的以往的電流檢測(cè)器相比，在本實(shí)施方式所涉 及的電流檢測(cè)器10中，因?yàn)橛赡妇€4B施加有2倍的磁通，所以，即使 做成空心的構(gòu)成，也可以進(jìn)行電流檢測(cè)。另外，由于可以實(shí)現(xiàn)部件數(shù)量 和使用有空穴元件的電流檢測(cè)器為同等程度，所以不會(huì)導(dǎo)致成本增加。當(dāng)在各母線4A 4C中均流有電流時(shí)，根據(jù)分別流經(jīng)母線4A、 4C 中的電流，而分別在母線4A、4C中產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)，會(huì)由于母線4A~ 4C比較靠近，使得磁場(chǎng)的一部分對(duì)母線4B和磁檢測(cè)器2造成影響。但 是，由于屏蔽構(gòu)件5被外嵌在母線4B的凹部3上，所以可以降低對(duì)磁 檢測(cè)器2造成的影響。(實(shí)施方式的效果) 根據(jù)本實(shí)施方式，可取得下述效果。(1)通過在形成于母線4B上的凹部3的平行部41A、 41B的之間 配置磁檢測(cè)元件22，使得在通電時(shí)，對(duì)磁檢測(cè)元件22施加有分別來自 平行部41A、 41B的磁通，所以即使做成空心的構(gòu)成，也能夠得到足夠 的檢測(cè)靈敏度，因此可以實(shí)現(xiàn)由空心帶來的小型化。(2 )由于利用屏蔽構(gòu)件5和母線4B的凹部3來將磁檢測(cè)器22從外 部磁場(chǎng)中屏蔽，所以能降低來自相鄰的母線4A、 4C的磁通的影響，從 而可以改善檢測(cè)精度。(實(shí)施例)接下來，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。 (實(shí)施例1 )圖7是表示母線的電流和施加在磁檢測(cè)器上的磁通密度的關(guān)系的 特性圖。在圖l和圖2中所示的構(gòu)成的磁檢測(cè)器2中，對(duì)在母線4B中 流有0 ~350A的電流時(shí)的磁通密度進(jìn)行了測(cè)量(圖中左側(cè)的縱軸)。其結(jié)果如圖7所示，以約30(mT)為界，在線性的特性區(qū)域內(nèi)， 可以測(cè)量對(duì)應(yīng)于電流方向的磁通密度。即可以檢測(cè)電流方向。另外，也對(duì)來自與母線4B相鄰的母線4A、 4C的影響度(％ )進(jìn) 行了測(cè)量。該測(cè)量，是通過在母線4B中有階段性地流有0 350A范圍 內(nèi)的電流，且在母線4A、 4C中流有350A (固定)的電流而進(jìn)行的。其結(jié)果，如圖7所示，影響度(圖中的右側(cè)的縱軸)被限制在0.2% 以內(nèi)，可知以基本無影響的狀態(tài)完成。這是由于設(shè)置有屏蔽構(gòu)件5的緣 故。為了進(jìn)行比較，對(duì)在圖1和圖2的構(gòu)成中，在不設(shè)置屏蔽構(gòu)件5來 測(cè)量影響度的情況下，可確定磁檢測(cè)器2會(huì)因來自母線4A、 4C的磁通 而受到2.7~3%的影響。另外，與以往具有磁芯的電流檢測(cè)器相比，在 以與實(shí)施例同樣的條件來測(cè)量來自相鄰的母線的影響度的情況下，測(cè)量 到了 0. 8%左右的影響度。綜上所述，可知本實(shí)施例是極難受到來自相 鄰的母線的影響的構(gòu)造。(實(shí)施例2 )圖8是設(shè)置了屏蔽構(gòu)件5的情況下的磁檢測(cè)器2的電流-磁通密度 的特性圖。另外，圖9作為對(duì)比例，為未設(shè)置屏蔽構(gòu)件5時(shí)的磁檢測(cè)器 2的電流-磁通密度的特性圖。在圖8所示的實(shí)施例2中，流經(jīng)母線4B的電流為300A時(shí)的磁通密 度是22mT。與此相對(duì)，圖9的對(duì)比例中，流經(jīng)母線4B的電流為300A 時(shí)的磁通密度是14.5 mT。因此，實(shí)施例2的磁通密度為對(duì)比例的約1.52 倍。這表示通過設(shè)置了屏蔽構(gòu)件5，從而磁通密度增加亦即靈敏度增加。 另外，伴隨著磁通密度的增加，就可以減小磁檢測(cè)器2受到的來自外部 磁場(chǎng)的影響(實(shí)施例3 )圖10A、 10B是表示作為導(dǎo)體的母線的其它的形狀的立體圖。圖 IOA，具有包圍母線4D的凹部3的圓弧狀的不同部分亦即第1部分41C 和第2部分41D。由流經(jīng)該第1部分41C的電流所產(chǎn)生的第l磁通和由 流經(jīng)第2部分41D的電流所產(chǎn)生的第2磁通，在凹部3的區(qū)域內(nèi)疊加。 另夕卜，具有圖10B所示形狀的母線4E也同樣，具有包圍母線4E的凹 部3的平面狀的不同部分亦即第1部分41E和第2部分41F。由流經(jīng)該 第1部分41E的電流所產(chǎn)生的第1磁通和由流經(jīng)第2部分41F的電流所 產(chǎn)生的第2磁通，在凹部3的區(qū)域內(nèi)疊加。即使在上述所示的其它的形 狀中，只要是流經(jīng)的電流的方向不同的、且至少是具有第l和笫2部分 的形狀的作為導(dǎo)體的母線，則在凹部3的區(qū)域內(nèi)磁通被疊加，從而提高 配置于凹部3中的磁檢測(cè)器2的檢測(cè)靈敏度。其它的構(gòu)成等，和圖1~ 圖3所示的構(gòu)成相同。(其它的實(shí)施方式)此外，本發(fā)明不局限于上述各實(shí)施方式，只要在不脫離或不變更本 發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種電流檢測(cè)器，其特征在于，具備母線，具有改變電流的方向的電流方向變換部；以及磁檢測(cè)器，被配置在上述母線的上述電流方向變換部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述母線的 上述電流方向變換部包括上述母線被變形成直角的一對(duì)平行部、和連結(jié) 上述一對(duì)平行部的連結(jié)部；上述磁檢測(cè)器被配置在上述一對(duì)平行部之 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè) 器包括搭載在基板上的磁檢測(cè)元件、和包圍上述基板并且使上述磁檢測(cè) 元件位于兩端部之間的磁輒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁軛在 上述兩端部具有一對(duì)磁偏置磁鐵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè) 元件是GMR元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè) 元件是空穴元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè)器， 在上述基板上具有輸出端子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè)器 包括多個(gè)具有上述基板、上述磁檢測(cè)元件以及上述磁軛、且與多個(gè)母線 相對(duì)應(yīng)的磁檢測(cè)器，并且上述磁檢測(cè)器被搭載在共同的絕緣性基板上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述母線作為 三相交流用，以3個(gè)相同形狀的母線平行的方式來配置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流檢測(cè)器，其特征在于，上述磁檢測(cè) 器由外嵌在上述母線的上述一對(duì)平行部的屏蔽構(gòu)件所屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種節(jié)省空間、并可進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)的電流檢測(cè)器。在該電流檢測(cè)器的基板(1)的突出部(11)上安裝有磁檢測(cè)器(2)，并以嵌入母線(4B)的凹部(3)中的方式安設(shè)突出部(11)和磁檢測(cè)器(2)。母線(4A)～(4C)呈相同形狀，凹部(3)呈“コ”字形狀。通過將凹部(3)制為“コ”字形狀，由流經(jīng)挾持磁檢測(cè)元件的母線(4B)的平行部(41A、41B)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，會(huì)全部經(jīng)過磁檢測(cè)器(2)，所以利用空心的構(gòu)成即可獲得足夠的檢測(cè)靈敏度，又可以實(shí)現(xiàn)小型化。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101149402SQ20071015301
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者村木均至, 田中賢次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東海理化電機(jī)制作所