專利名稱：磁傳感裝置、電流傳感裝置和磁傳感元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用以測定較大磁場的磁傳感裝置，和測定電流所產(chǎn)生磁場，藉以測定電流的電流傳感裝置，以及用以測定磁場的磁傳感元件。
背景技術：
磁傳感裝置和利用該磁傳感裝置的非接觸型的電流傳感裝置，自古以來開發(fā)有許多種產(chǎn)業(yè)上有用的方式。但是，其利用領域特殊所以到目前沒有很大市場。因此，在成本方面目前尚未充分地開發(fā)。
然而，在最近由于環(huán)保問題，廢氣的限制，所以盛行電動汽車和太陽能發(fā)電的開發(fā)。在電動汽車和太陽能發(fā)電中，為操作數(shù)KW～數(shù)十10KW的直流電力，需要有非接觸型的電流傳感裝置用以測定數(shù)十～數(shù)百安的直流電流。此種電流傳感裝置因為需要量很大，要求特性好，不能使價格低廉，所以妨礙電動汽車和太陽能發(fā)電的普及。另外，在象電動汽車這樣的在嚴格環(huán)境中使用的電流傳感裝置中，要求10年以上長期間的可靠性。在此種電流傳感裝置中，社會上要求其特性良好，廉價，和長期間的具有高可靠性。
在以非接觸方式測定電流的情況下，利用變壓器的原理可以很簡單的測定交流成分。但是，直流成分不能以此方法測定，所以采用以磁傳感裝置測定電流所產(chǎn)生的磁場的方法。此種電流傳感裝置的構造通常是在與被測電流交鏈的磁軛設有空隙，在該空隙設置磁傳感裝置的磁傳感元件。
在此種電流傳感裝置使用的磁傳感元件大多使用霍爾(Hall)元件，也有利用磁阻效應(MR)元件或磁通量閘元件的實例。
在上述電動汽車和太陽能發(fā)電的用途中，被測定電流為10-500安培。因此，作為磁傳感元件主要使用適于測定高磁場的霍爾元件或GMR(巨磁阻效應)元件。
并不只限于使用霍爾元件或GMR元件，一般在電流傳感裝置中，以往為改善線性(linearity)或輸出的溫度相關性，如日本特公昭62-2208S號專利公報所示，根據(jù)磁傳感裝置的輸出，產(chǎn)生與由被測定電流生成的被測定磁場相反方向的磁場，為使在磁軛中的磁場大致為零的狀態(tài)，亦即，施加在磁傳感裝置的磁場為接近零的狀態(tài)下，使磁傳感裝置進行動作，已知使磁傳感裝置的輸出進行負反饋的技術，以下將此種技術稱為負反饋法。
另外，在電流傳感裝置中，如日本特公昭63-57741號專利公報所示，在被測定電流所產(chǎn)生的被測定磁場重疊一定的交流磁場，控制與該交流磁場對應的磁傳感裝置的輸出使其經(jīng)常成為一定，藉以提高測定精度。以下將此種技術稱為交流重疊法。
在磁傳感元件中有霍爾元件，MR元件，GMR元件，磁通量閘(flux-gate)元件等的各種元件。這些元件分別有其適用的磁場測定范圍。因此，以往需要依照被測定磁場的大小，選擇磁傳感元件。但是各個元件因為其輸出的大小、線性、溫度相關性等特性不同，所以在磁場測定范圍方面存在即使選擇適于被測定磁場大小的磁傳感元件，也不一定能滿足所需要的精度的問題。另外，也會有不存在具有適合于被測定磁場大小的磁場測定范圍的磁傳感元件的問題。
如上所述，為改善線性和輸出的溫度相關性所以采用負反饋法。但是在負反饋法中，必需產(chǎn)生與被測定電流所產(chǎn)生的被測磁場大小相同方向相反的負反饋磁場。例如，在測定100安培電流的情況時，即使產(chǎn)生負反饋磁場用的線圈的匝數(shù)成為100圈時，亦需要1安培的反饋電流。因此，在負反饋法中，會發(fā)生線圈大型化，電力損失，發(fā)熱等問題，以往要解決此問題是困難的。
另外，在負反饋法中，為使磁傳感元件通常在磁場接近零的狀態(tài)下進行動作，所以當使用輸出較小的霍爾零件作為磁傳感元件時，受到元件本身或直流放大電路漂移的強大影響，會產(chǎn)生精度劣化的問題。
在GMR元件中，雖然輸出較大，但由于磁阻效應與磁場方向沒有相關性，所以會有不能判別被測定磁場的方向(在電流傳感裝置情況下為被測定電流的方向)的問題。因此，以往，在使用GHR元件測定磁場的情況下，對于被測定磁場的變化，磁傳感裝置的輸出單調(diào)地進行變化，以此方式施加偏移磁場。但是，在這種情況當被測定磁場與偏移磁場方向相反，而且被測定磁場的絕對值超過偏移磁場的絕對值時，對于被測定磁場的變化，磁傳感裝置的輸出變成不保持單調(diào)性，所以當采用負反饋法時有負反饋系統(tǒng)失控的問題。
交流重疊法也是用以提高精度的技術。但是，交流重疊法的前提是要能確保磁傳感裝置的線性。因此，只利用交流重疊法并不能改善線性。
在此種現(xiàn)有磁傳感裝置或電流傳感裝置中，要以良好的精度測定任意大小的磁場或電流(尤其是大磁場或大電流)是困難的。
另外，在使用在現(xiàn)有技術中開發(fā)的霍爾元件的電流傳感裝置中，有下面所述的問題。
(1)靈敏度低。
(2)靈敏度的偏差大。
(3)溫度特性不良。
(4)偏移電壓的處理麻煩。
在磁阻效應元件中，除了上述問題外，還有直線性不良的問題。
對于霍爾元件的問題，開發(fā)有數(shù)種解決手段。這些等手段之一有例如上述負反饋法。在該負反饋法中，使與元件輸出成正比例的磁場反相，并施加到磁傳感元件，利用負反饋使元件輸出經(jīng)常成為一定，用來改善靈敏度的偏差，溫度特性，和線性。
但是，在使用負反饋法的情況下，需要對磁傳感元件施加與被檢測磁場相同大小的反向負反饋磁場。因此，如電動汽車和太陽能發(fā)電的用途那樣，在檢測數(shù)百安培的電流的情況時，即使負反饋磁場產(chǎn)生線圈的圈數(shù)成為100匝，反饋電流也為數(shù)安培。因此，實際上用此方法當構成電流傳感裝置時，會變成極大型和高價格。
假如磁傳感元件具有高靈敏度時，只將被檢測磁場之一部分(例如1/100)施加到元件，雖然要考慮減少反饋電流，但是因為作為磁傳感元件的霍爾元件的靈敏度低，所以有困難。
另外，磁通量閘元件主要在用于微小磁場檢測中被開發(fā)，大電流檢測用的技術的開發(fā)尚未發(fā)達。但是，磁通量閘元件具有可用簡單的構造獲得高靈敏度的特征，所以逐漸的改進有利于用在大電流用電流傳感裝置的磁檢測部。
下面將使用

圖13用來說明最簡單的磁通量閘元件的動作原理。圖13是特性圖，用來表示卷繞在磁芯上的線圈的電感和線圈電流的關系。因為磁芯具有磁飽和特性，所以當線圈電流增大時，磁芯的有效導磁系數(shù)降低，線圈的電感減少。因此，利用磁鐵等對磁芯施加偏移磁場B時，在外部磁場Ho重疊在偏移磁場上時，可用線圈電感的變化用來測定外部磁場Ho的大小。此為最簡單的磁通量閘元件的動作原理。另外，圖13中偏移磁場B和外部磁場Ho都用換算成線圈電流的大小表示。
但是，在此種方法中，因磁鐵所產(chǎn)生的磁場強度，或磁鐵與磁芯的位置關系等會使偏移點B的位置變化，所以需要將外部磁場為零時的電感量調(diào)整為一定值。然而，該值對于溫度變化和其他的外來擾亂的不穩(wěn)定性，補償極為困難。因此，上述方法不實用。
在棒狀磁芯中，為成為開路磁路，磁滯的影響通常相當少。其中，如磁芯的磁滯可以忽視，則磁芯的飽和特性與線圈電流的方向無關，使線圈電流成為正向時，和成為負向時的電感變化特性是相同的。例如，圖13的P+點和P-點表示絕對值相等的正向線圈電流和負向線圈電流。在這些點附近，對于線圈電流絕對值的變化，其電感的變化特性相同。因此，對線圈施加在峰值時使磁芯進入飽和區(qū)域的交流電流，假如測定電流的正負的在各峰值時的電感減少部分之差時，在外部磁場為零時，該差通常為零。而且，即使由于溫度變化或外來擾亂使磁芯特性變化時，該差亦不變。另外，在本申請中，磁芯的飽和區(qū)域是指磁場的絕對值大于磁芯的導磁系數(shù)為最大導磁系數(shù)時的磁場的絕對值的區(qū)域。
另一方面，在對磁芯施加外部磁場時，如圖13所示，該外部磁場Ho在沿電流的正向施加時，在電流的正峰(例如圖13的Q+點)使電感量減少，在負峰(例如圖13的Q-點)使電感量增加，所以該差為零以外的值。該電感量之差因為與外部磁場相關，所以通過測定該電感量之差，可以用來測定外部磁場。
依照這種方式，對線圈施加在峰值時使磁芯進入飽和區(qū)域的交流電流，測定在電流的正負的各個峰值的電感減少部分之差，此種方法在本申請中稱為大振幅激勵法。
使用此種大振幅激勵法的磁傳感裝置被揭示在日本特公昭62-55111號，日本國專利案特公昭63-52712號，和日本國專利案特開平9-61506號等專利公報中。另外，在日本實公平7-23751號專利公報揭示通過使用2個偏移用磁鐵可以進行與大振幅激勵法同樣的測定的技術。大振幅激勵法可以除去溫度變化和外表擾亂的影響，是非常優(yōu)良的方法。但是，當對線圈施加足以使磁芯飽和的交流電流時會有下面所述的問題，所以不那么簡單。因此，以往的用途只限于使用于有小飽和磁場的非晶形磁芯等小磁場檢測用的磁傳感裝置。
另外，當以非接觸方式檢測直流電流時，一般采用的方法是利用磁傳感元件檢測電流所產(chǎn)生的磁場。在此種方法中，在電流路徑周圍設置具有空隙的磁軛，將磁傳感元件設在空隙中，利用該磁傳感元件測定空隙中磁場。當電流值為I，空隙長度為g時，則空隙中磁場的強度H變成為H＝I/g。
在電流傳感裝置中，對采用負反饋法時，作為磁傳感元件考慮使用由在一個磁芯上卷繞一個線圈構成的磁通量閘元件。另外，在日本特開昭60-185179號專利公報，和日本特開平9-257835號專利公報記載有在使用磁通量閘元件的磁傳感裝置中采用負反饋法的實例。
在電流傳感裝置中，使用磁通量閘元件，在采用負反饋法的情況下，雖對線圈施加由被測定電流產(chǎn)生的磁場，但利用負反饋電流線圈產(chǎn)生的磁場剛好抵消被施加磁場。因此，要使測定電流范圍變大時，需要使負反饋電流變大，或是使磁軛的空隙長度g變大藉以使施加磁場變小。
但是，使空隙g變大時，變成需要大的磁軛，會有不經(jīng)濟的問題。另外，使反饋電流變大時，會產(chǎn)生消耗電力變大，誘發(fā)線圈發(fā)熱等不良現(xiàn)象的問題。
另外，為使對磁傳感元件的施加磁場小于被測定磁場，可以考慮使磁通分流藉以只使一部分磁通通過磁傳感元件的方法，在該方法中存在難以使分流比正確的確定的問題。
如上所述，以往在磁傳感裝置或電流傳感裝置中，當要使測定范圍擴大，藉以可以測定大磁場或大電流時，需要使磁軛的空隙擴大或使負反饋電流變大，如上所述，因為任何一種情況均會有問題，所以不容易實現(xiàn)。
發(fā)明的公開本發(fā)明之第1目的是提供可用良好的精度測定任意大小磁場或電流的磁傳感裝置和電流傳感裝置。
本發(fā)明之第2目的是提供可以很容易擴大磁場或電流的測定范圍的磁傳感裝置、電流傳感裝置和磁傳感元件。
本發(fā)明之第3目的是提供可以很容易測定大磁場或大電流的磁傳感裝置、電流傳感裝置和磁傳感元件。
本發(fā)明的第1磁傳感裝置或電流傳感裝置具備有磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號；負反饋裝置，用來產(chǎn)生負反饋磁場，藉以使上述磁檢測部的輸出負反饋到上述磁檢測部；和磁性體，被設在上述磁檢測部周圍，或成為該磁檢測部的一部分，用來使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和對上述負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。
在本發(fā)明的第1磁傳感裝置或電流傳感裝置中，利用設在磁檢測部的周圍，或成為磁檢測部的一部分的磁性體，使對被測定磁場的反磁場系數(shù)和對負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。利用這種方式，可以使負反饋磁場的大小與被測定磁場的大小不同。
在本發(fā)明的第1磁傳感裝置或電流傳感裝置中，可以使磁性體具有用以收納磁檢測部的空洞，該磁性體被設在磁檢測部的周圍；而磁檢測部被收納在上述磁性體的空洞內(nèi)。
另外，在本發(fā)明的第1磁傳感裝置或電流傳感裝置中，亦可以使磁檢測部具有磁芯，和被卷繞在該磁芯上用以檢測上述被測定磁場的線圈；磁性體是可以成為磁檢測部的一部分的磁芯。另外，在本申請中，磁芯是指由具有磁飽和特性的磁性體構成，卷繞有線圈的芯。
本發(fā)明之第2磁傳感裝置或電流傳感裝置具備有磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號；和磁性體，具有用以收納上述磁檢測部的空洞；上述磁檢測部被收納在上述磁性體的上述空洞內(nèi)，根據(jù)與上述磁性體的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與上述空洞的形狀相關的第2反磁場系數(shù)的至少一方，用來將上述被測定磁場和施加在上述磁檢測部的磁場之比設定成為指定的值。
在本發(fā)明的第2磁傳感裝置或電流傳感裝置中，根據(jù)與磁性體形狀有關的第1反磁場系數(shù)和與空洞的形狀有關的第2反磁場系數(shù)中的至少一方，用來將被測定磁場和施加在磁檢測部上的磁場之比設定為指定的值。利用這種方式可以使施加在磁檢測部的磁場成為適于磁檢測部的磁場測定范圍的值。
在本發(fā)明第2磁傳感裝置或電流傳感裝置中，可以使空洞具有開口部，朝向與上述被測定磁場的磁通通過方向交叉的方向進行開口。
另外，在本發(fā)明第2磁傳感裝置或電流傳感裝置中也可以使磁檢測部被配置在空洞內(nèi)，以使其具有與檢測靈敏度相關的高靈敏度方向，使高靈敏度方向和被測定磁場的磁通通過方向一致。
另外，本發(fā)明第2磁傳感裝置或電流傳感裝置還可以備有負反饋磁場施加裝置，用來對磁檢測部施加用以使磁檢測部的輸出進行負反饋的負反饋磁場。在這種情況下，也可以使上述負反饋磁場施加裝置被設置在上述空洞內(nèi)，用來使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和對上述負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。
另外，本發(fā)明第2磁傳感裝置或電流傳感裝置還可以備有基準磁場施加裝置，用來對上述磁檢測部施加基準交流磁場，藉以控制上述磁檢測部對上述被測定磁場的特性。在這種情況下，也可以將基準磁場施加裝置設在磁性體的外部。
本發(fā)明的第3磁傳感裝置或電流傳感裝置具備有磁通量閘磁傳感元件，具有磁芯，和卷繞在上述磁芯上的用以檢測所施加的被測定磁場的線圈；和檢測裝置，通過檢測上述線圈電感的變化，用來檢測被測定磁場；上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)，和對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。
在本發(fā)明第3磁傳感裝置或電流傳感裝置中，因為磁芯對被測定磁場的反磁場系數(shù)和磁芯對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同，所以在將負反饋電流供給到線圈時，當與2個反磁場系數(shù)相等的情況比較，可以變化負反饋電流。
在本發(fā)明的第3磁傳感裝置或電流傳感裝置中，也可以使上述磁芯具有對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對上述線圈的磁場的反磁場系數(shù)的形狀。
另外，在本發(fā)明的第3磁傳感裝置或電流傳感裝置中，亦可以使上述磁芯具有與被測定磁場和線圈產(chǎn)生的磁場的任何一個有關并形成開路磁路的形狀。
另外，在本發(fā)明的第3磁傳感裝置或電流傳感裝置中，亦可以使上述磁芯所具有的形狀使與被測定磁場有關地形成開路磁路，和使與線圈所產(chǎn)生的磁場有關地形成閉路磁路。
另外，本發(fā)明的第3磁傳感裝置或電流傳感裝置還具備負反饋裝置，通過將用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋的負反饋電流供給線圈，從線圈產(chǎn)生用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋的負反饋磁場。
本發(fā)明的磁通量閘磁傳感元件，具備有磁芯，和卷繞在上述磁芯上的用以檢測所施加的被測定磁場的線圈，上述磁芯所具有的形狀使對上述被測磁場的反磁場系數(shù)，和對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。
在本發(fā)明的磁傳感元件中，因為磁芯對被測定磁場的反磁場系數(shù)和磁芯對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同，所以在將負反饋電流供給線圈時，與2個反磁場系數(shù)相等的情況比較，可變化負反饋電流。
另外，在本發(fā)明的磁傳感元件中亦可以使磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對上述線園所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)。
另外，在本發(fā)明的磁傳感元件中亦可以使上述磁芯所具有的形狀使與被測定磁場和線圈所產(chǎn)生的磁場的任何一個有關地形成開路磁路。
另外，在本發(fā)明的磁傳感元件中亦可以使上述磁芯所具有的形狀與上述被測定磁場有關地形成開路磁路，并與上述線圈產(chǎn)生的磁場有關地形成閉路磁路。
本發(fā)明之其他目的，特征和優(yōu)點通過以下說明當可充分明白。
附圖面的簡單說明圖1是說明圖，用來表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造；圖2是斜視圖，用來表示在圖1的磁性體形成空洞的方法的一實例；圖3是斜視圖，用來表示在圖1的磁性體形成空洞的方法的另一實例；
圖4是剖面圖，用來表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造；圖5是剖面圖，用來表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造的一實例；圖6是剖面圖，用來表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造的另一實例；圖7是剖面圖，用來表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造；圖8是剖面圖，用來表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造；圖9是剖面圖，用來表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的磁傳感元件的構造；圖10是剖面圖，用來表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的磁傳感元件的構造；圖11是電路圖，用來表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的電流傳感裝置的構造；圖12是特性圖，用來表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的電流傳感裝置的特性的一實例；圖13是說明圖，用來說明磁通量閘元件的動作原理；實施本發(fā)明的最佳形態(tài)下面將參照附圖用來詳細的說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
第1實施形態(tài)圖1是說明圖，用來表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的磁傳感裝置的結構。
本實施形態(tài)的磁傳感裝置具備有磁檢測部101，用來輸出與磁場對應的信號；和磁性體110，具有用來收納磁檢測部101的空洞111；磁檢測部101被收納在磁性體110的空洞111內(nèi)，根據(jù)與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與空洞111的形狀相關的第2反磁場系數(shù)中的至少一方，將被測定磁場H與施加在磁檢測部101的磁場之比設定成規(guī)定的值。
空洞111亦可以具有開口部，朝向與被測定磁場H的磁通通過方向交叉的方向例如正交方向進行開口。在這種情況下，如有需要亦可以利用與磁性體110不同的另一磁性體來閉塞開口部。
另外，磁檢測部101亦可以使用與檢測靈敏度有關的對施加磁場具有角度相關性和具有高靈敏度方向的磁檢測部。在這種情況下，最好將磁檢測部101配置在空洞111內(nèi)，使高靈敏度方向與被測定磁場H的磁通通過方向一致。
另外，磁傳感裝置還具有反饋線圈112作為負反饋磁場施加裝置(負反饋裝置)，用來對磁檢測部101施加負反饋磁場，藉以使磁檢測部101的輸出進行負反饋。該反饋線圈112例如被設在空洞111內(nèi)，并卷繞在磁檢測部101的周圍。當將反饋線圈112設在空洞111內(nèi)時，磁性體110對被測定磁場的反磁場系數(shù)與磁性體110對負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。另外，只要能對磁檢測部101施加負反饋磁場，也可以將反饋線圈112直接卷繞在磁檢測部101上。另外，只要能夠對磁檢測部101施加負反饋磁場，該負反饋磁場施加裝置不一定要形成如反饋線圈112那樣的線圈形狀。
另外，該磁傳感裝置還具備有基準磁場用線圈113，作為基準磁場施加裝置，用來對磁檢測部101施加基準交流磁場，藉以控制磁檢測部101對被測定磁場H的特性。該基準磁場用線圈113例如被設在磁性體110的外部，卷繞在磁性體110的周圍。另外，基準磁場用線圈113亦可以不直接設在磁性體110上，而是設在磁性體110所施加的磁場的磁路中。
磁檢測部101可以使用霍爾元件，MR元件，旋轉管(spinbulb)型等GMR元件，磁通量閘元件等各種磁傳感元件。另外，因為霍爾元件的輸出小，所以在使用霍爾元件時，需要進行直流放大等工作。
在磁檢測部101的兩端連接有磁檢測部連接線121，在反饋線圈112的兩端連接有反饋線圈連接線122，在基準磁場用線圈113的兩端連接有基準磁場用線圈連接線123。磁檢測部連接線121連接處理電路124使其處理磁檢測部101的輸出信號，并對輸出端子127輸出與被測定磁場對應的輸出信號。在反饋線圈連接線122連接有反饋電流源125用來對反饋線圈112供給反饋電流。該反饋電流源125所供給的反饋電流被處理電路124控制。在基準磁場用線圈連接線123連接有交流電源126，用來對基準磁場用線圈113供給規(guī)定的交流電流。
在空洞111具有開口部的情況下，磁檢測部連接線121和反饋線圈連接線122可以從該開口部引出到外部。即使在開口部閉塞時，也可以使用在磁性體110上形成導電圖形的公知技術，引出到外部。
下面將說明包含有處理電路124、反饋電流源125和交流電流源126的圖1所示磁傳感裝置的作用。在被收納在磁性體110的空洞111內(nèi)的磁檢測部101，如后面所述，施加對被測定磁場H具有規(guī)定的比例的磁場。處理電路124用來處理磁檢測部101的輸出信號，藉以對輸出端子127輸出與被測定磁場對應的輸出信號。另外，處理電路124用來控制反饋電流源125，利用反饋電流源125將與磁檢測部101的輸出信號對應的反饋電流供給反饋線圈112。依照這種方式，從反饋線圈112按照被測定磁場產(chǎn)生與施加在磁檢測部101的磁場方向相反，絕對值相等的磁場，控制成使施加在磁檢測部101的磁場經(jīng)常大致為零。利用這種方式用來抑制由于磁檢測部101的靈敏度的偏差和溫度相關性所造成的輸出變動。
另外，從交流電源126對基準磁場用線圈113供給規(guī)定的交流電流，由基準磁場用線圈113產(chǎn)生交流磁場。在磁檢測部101施加有與該交流磁場對應的基準交流磁場，使其重疊在與被測定磁場對應的磁場上。處理電路124輸出從磁檢測部101的輸出信號中除去基準交流磁場成分后的信號。另外，處理霞路124從磁檢測部101的輸出信號中抽出基準交流磁場成分，調(diào)整處理電路124的輸出信號，以使該基準交流磁場成分的大小成為一定，利用這種方式用來提高磁傳感裝置的測定精度。
另外，反饋線圈112和基準磁場用線圈113的設置是用來改善線性和輸出的溫度相關性等，藉以提高磁傳感裝置的測定精度，依照情況的不同亦可以省略其中一方或雙方。
圖2表示在磁性體110形成空洞111的方法的一實例。在該實例中，在長方形形狀的第1磁性體110A的一個面上，設置作為空洞111的淺凹狀的凹陷，當將磁檢測部101收納在該凹陷內(nèi)之后，利用例如板狀的第2磁性體110B閉塞凹陷，從而形成被閉塞的空洞111。在這種情況下，利用第1磁性體110A和第2磁性體110B構成磁性體110。
圖3表示在磁性體110形成空洞111的方法的另一實例。在此實例中，例如對長方體形狀的磁性體110形成規(guī)定剖面形狀的孔，朝向與被測定磁場的磁通通過方向正交的方向進行開口，藉以形成空洞111。當將磁檢測部101收納在空洞111內(nèi)之后，如有需要亦可以利用別的磁性體用來閉塞空洞111的開口部。
在磁性體110使用鐵氧體時，利用燒結使鐵氧體粉粒體成形為所希望的形狀，從而能形成具有空洞111的磁性體110。在這種情況下，加工費不會增加。
下面將說明在本實施形態(tài)的磁傳感裝置中，根據(jù)與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)，和與空洞111的形狀相關的第2反磁場系數(shù)中至少一方，可以將被測定磁場H與施加在磁檢測部101的磁場的比例設定成規(guī)定的值。
在被置于磁場中的磁性體的兩端，感應出與磁場方向相反的磁極。因此，磁性體內(nèi)部的磁場是從外部磁場中減去所感應出的磁極的磁場所形成之差的值，小于外部磁場。磁性體內(nèi)部磁場少于外部磁場的比例，用反磁場系數(shù)或作為自行退磁率的已知系數(shù)表示。磁性體的反磁場系數(shù)只由磁性體的形狀決定。例如，在與外部磁場平行的細長的棒狀磁性體中其反磁場系數(shù)大致為零，在與外部磁場垂直的薄扳狀的磁性體中其反磁場系數(shù)大致為1。因此，在與外部磁場平行的細長的捧狀磁性體中，內(nèi)部磁場大致等于外部磁場，在與外部磁場垂直的薄板狀磁性體中，內(nèi)部磁場成為外部磁場的磁性體導磁系數(shù)分之一。在本發(fā)明中，將與該磁性體的形狀相關的磁性體的反磁場系數(shù)稱為第1反磁場系數(shù)。通過適當?shù)卦O計磁性體形狀，使第1反磁場系數(shù)成為所希望的值，可用從1到磁性體的導磁系數(shù)分之一之間的任意倍率，用來將外部磁場變換成為磁性體內(nèi)部的磁場。
與此對應的，在被磁化的磁性體中的空洞中，在空洞的壁感應出的磁極的磁場，變成與磁性體內(nèi)部的磁場相同方向。因此，在該空洞壁所感應出的磁極的磁場的作用是使空洞內(nèi)部的磁場大于磁性體內(nèi)部的磁場。在本發(fā)明中，空洞內(nèi)的磁場對磁性體內(nèi)部的磁場的增加的比例稱為反磁場系數(shù)。該空洞的反磁場系數(shù)與空洞的形狀相關。例如，空洞的反磁場系數(shù)，在平行于磁性體內(nèi)部磁場的細長管狀的空洞中，大致為零，在垂直于磁性體內(nèi)部磁場的薄間隙狀空洞中，大致為1。因此，在平行于磁性體內(nèi)部磁場的細長管狀空洞中，空洞內(nèi)部的磁場大致等于磁性體內(nèi)部的磁場。在垂直于磁性體內(nèi)部的磁場的薄間隙狀空洞中，空洞內(nèi)部磁場相對磁性體內(nèi)部磁場成為磁性體相對導磁率倍。在本發(fā)明中，與該空洞的形狀相關的空洞的反磁場系數(shù)稱為第2反磁場系數(shù)。通過適當?shù)脑O計空洞形狀使第2反磁場系數(shù)成為所希望的值。可用從1到磁性體的相對導磁率之間的任意倍率，將磁性體內(nèi)部磁場變換成為空洞內(nèi)部的磁場。
依照以上所說明方式，適當?shù)脑O計磁性體110的形狀和空洞111的形狀，通過將第1反磁場系數(shù)和第2反磁場系數(shù)設定成所希望的值，可以將被測定磁場H與施加在磁檢測部1的磁場之比設定成規(guī)定的值。另外，亦可以只將第1反磁場系數(shù)和第2反磁場系數(shù)中之一方設定成所希望的值，用來將被測定磁場H與施加在磁檢測部1的磁場之比設定成規(guī)定的值。但是，最好是適當?shù)脑O定第1反磁場系數(shù)和第2反磁場系數(shù)雙方，用來增加磁性體110和空洞111的形狀設計的自由度。
下面將更具體的說明根據(jù)第1反磁場系數(shù)和第2反磁場系數(shù)的至少一方，將被測定磁場H與加在磁檢測部1的磁場之比設定成規(guī)定的值。
使具有空洞111的磁性體110的相對導磁率為μs，第1反磁場系數(shù)為Nm，第2反磁場系數(shù)為Nk。將該磁性體110放置在磁場H中時，磁性體110的內(nèi)部磁場Hm可用下列式(1)表示。
Hm＝H/(1+Nm(μs-1)…………(1)與磁性體110相比，假如空洞111很小時，空洞111的內(nèi)部磁場Hk可用下到式(2)表示。
HK＝Hm(1+NK(1+μs-1))…………(2)因此，利用式(1)和式(2)，空洞111的內(nèi)部磁場HK可用下列式(3)表示。
Hk＝H({1+Nk(μs-1)}/{1+Nm(μs-1)}………(3)由式(3)可以了解，通過適當設計磁性體110的形狀和空洞111的形狀，并將第1反磁場系數(shù)Nm和第2反磁場系數(shù)Nk設定為所希望的值，可以用來將被測定磁場H與施加到收納在空洞111內(nèi)的磁檢測部101的磁場Hk之比設定成為規(guī)定的值。利用這種方式，可以進行超過磁檢測部101本身的磁場測定范圍的高磁場的測定。另外，將該磁傳感裝置使用到電流傳感裝置中時，可以進行大電流測定。
另外，在實際上由于有空洞111的存在，磁性體110內(nèi)部的磁通分布會有變化，第2反磁場系數(shù)變得更加復雜，但是由于本發(fā)明本質(zhì)的說明不變，所以下面將說明上述式(1)-(3)成立。
下面說明的方法是假如使施加在磁檢測部101的磁場小于被測定磁場時，就使磁通分流，只有一部分磁通通過磁檢測部101。但是，在此種方法中，問題是容易產(chǎn)生磁場泄漏，而且磁檢測部101也容易受到噪聲磁場的影響。與此不同，在本實施形態(tài)中，不需要考慮到磁場泄漏，可以任意地設定磁場變換比，利用磁性體110對噪聲磁場進行磁屏蔽使磁檢測部101穩(wěn)定，與使磁通分流方法比較時，具有較多的優(yōu)點。
下面將說明空洞111具有開口部時的效果。即使空洞111不是密閉構造，也可用與被測定磁場的方向正交的空洞111的面的剖面積和空洞111的被測定磁場方向的長度之比，來設定第2反磁場系數(shù)。因此，用以使磁檢測部101插入到空洞111內(nèi)的至少為1個開口部，可以設置在與被測定磁場交叉的方向，例如正交方向。依照這種方式，通過設置開口部，可以使磁檢測部101安裝變得容易。
下面將說明作為該磁檢測部101使用與檢測靈敏度有關的具有高靈敏度方向的磁檢測部時的效果。在空洞111被密閉時，磁檢測部101其周圍全體被磁性體110包圍，來自外部的噪聲磁場被屏蔽，因此工作穩(wěn)定。即使在空洞111有開口部時，磁檢測部101因為除了開口部外被磁性體110包圍，所以來自外部噪聲磁場被屏蔽，因此工作穩(wěn)定。在空洞111有開口部時，作為磁檢測部101使用與檢測靈敏度有關的具有高靈敏度方向的磁檢測部，高靈敏度方向與被測定磁場H的磁通通過方向一致，使低靈敏度方向朝向空洞111的開口部，假如以此方式配置磁檢測部101，可以提高對噪聲磁場的承受性。
下面將說明本實施形態(tài)的磁傳感裝置備有反饋線圈112作為負反饋磁場施加裝置，用來對磁檢測部101施加負反饋磁場，藉以使磁檢測部101的輸出進行負反饋時的效果。以往，在測定大直流電流的電流傳感裝置中，為改善線性和輸出的溫度相關性很難采用非常有效的負反饋法，因為必需使利用反饋電流所產(chǎn)生磁動勢大小與被測定電流所產(chǎn)生磁動勢大小相同。
但是，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，當與被測定磁場相比，施加在磁檢測部101上的磁場可以變小，所以負反饋磁場也可以比被測定磁場小。例如，使被測定電流成為100A(安培)，在與其交鏈的磁軛上設置10mm之間隙時，在間隙內(nèi)的磁場為10000A/m。假如使磁軛的相對導磁系數(shù)成為1000時，磁軛中磁場因為磁通密度的連續(xù)性，所以成為間隙內(nèi)磁場的1/1000的10A/m。
其中，假如在磁軛設置反磁場系數(shù)為Hk的空洞111，空洞111中磁場依照式(2)變?yōu)?0×(1+Nk×999)。當Hk＝0.02(相當于空洞111剖面直徑與長度之比為10左右的情況)時，在空洞111內(nèi)的磁場變成為大約210A/m。因此，對于磁檢測部101，假如設置用以抵消該空洞111內(nèi)磁場的磁場產(chǎn)生裝置時，則可以采用負反饋法。
產(chǎn)生210A/m的磁場可以通過使21mA的電流流過密繞了直徑0.1絕緣銅線形成的螺管線圈(10000圈/m)來實現(xiàn)。因此，依照本實施形態(tài)，不需要大反饋電流，可以采用具有顯著特性改善效果的負反饋法，利用這種方式可以提高檢測精度。
另外，在上述說明中是將空洞111直接設在磁軛，但是也可以與磁軛分開設置具有空洞111的磁性體110，使在空洞111內(nèi)收納有磁檢測部101的磁性體110與磁軛互相組合，用來形成磁路。
下面將說明本實施形態(tài)的磁傳感裝置具備有基準磁場用線圈113作為基準磁場施加裝置，用來對磁檢測部101施加基準交流磁場，用以控制該磁檢測部101對被測定磁場H的特性時的效果。通過采用上述負反饋法可以大幅度地改善磁檢測部101的特性，但是由于空洞111的尺寸偏差(djspersion)產(chǎn)生反磁場系數(shù)的偏差，和由于磁軛間隙尺寸偏差產(chǎn)生對磁檢測部101施加的磁場的偏差等，對于影響洌定精度的各種偏差未加校正。
但是，通過采用負反饋法，因為可以保證磁檢測部101的線性，所以可以使用交流重疊法。在使用交流重疊法時，例如，如圖1所示的在磁性體110的外周部設置基準磁場用線圈113，在磁軛設置基準磁場用線圈113，對該基準磁場用線圈113供給規(guī)定的交流電流，利用基準磁場用線圈113產(chǎn)生交流磁場。對磁檢測部101施加與該交流磁場對應的基準交流磁場。然后，利用處理電路124從磁檢測部101的輸出信號中抽出基準交流磁場成分，通過調(diào)整處理電路124的輸出信號使該基準交流磁場成分的大小成為一定，可以對上述空洞111的尺寸偏差所造成的反磁場系數(shù)的偏差，和由于磁軛的間隙的尺寸的偏差造成的對磁檢測部101的施加磁場的偏差等，以及對測定精度會有影響的各種偏差等，進行完全的校正，藉以提高磁傳感裝置的測定精度。
包含以上說明的本實施形態(tài)的磁傳感購置的效果可以綜合如下。
首先，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，因為可以根據(jù)第1反磁場系數(shù)和第2反磁場系數(shù)的至少一方，將被測定磁場H與施加在磁檢測部101上的磁場之比設定為規(guī)定的值，所以可以測定超過所使用的磁檢測部101的磁場測定范圍的磁場，尤其是可以進行高磁場，大電流的測定。
另外，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，因為可以很容易地采用負反饋法或交流重疊法，所以可以依照需要任意地進行線性和輸出的溫度相關性的改善，可以提高測定精度。另外，通過在空洞111內(nèi)設置作為負反饋磁場施加裝置的反饋線圈112，可以不需要大的反饋電流。
另外，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，因為磁檢測部101被磁性體110包圍，所以來自外部的噪聲磁場被屏蔽，可以使工作穩(wěn)定。
另外，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，磁檢測部101可以使用磁傳感元件(以往，因磁場測定范圍不適合于被測定磁場的大小而不能采用)。因此，以往相對被測定磁場的變化能確保輸出的單調(diào)性，使即使在磁場測定范圍點不能采用的磁傳感元件，亦可以使用，通過采用此種磁傳感元件，即使使用負反饋法亦不會有負反饋系統(tǒng)失控的問題。
同樣的，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝量，以往，對于輸出變大，磁場測定范圍點不能采用的磁傳感元件，變成也可以使用，通過采用此種磁傳感元件，可以實現(xiàn)輸出變大時，漂移影響很小的磁傳感裝置。
另外，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，因為基本上形成將磁檢測部101收納在磁性體110的空洞111內(nèi)的構造，所以可用廉價提供構造簡單，精度良好的磁傳感裝置。尤其是在磁性體110形成具有開口部的空洞111時，磁檢測部101的設置簡單，可以更廉價地提供磁傳感裝置。另外，通過采用交流重疊法，對于由于空洞111的尺寸偏差所造成的反磁場系數(shù)偏差，由于磁軛間隙尺寸偏差所造成的對磁檢測部101的施加磁場的偏差，以及對測定精度有影響的各種偏差，不需要進行機械式調(diào)整就可以校正，所以可以廉價地提供精度良好的磁傳感裝置。
第2實施形態(tài)下面將參照圖4用來說明本發(fā)明第2實施形態(tài)的磁傳感裝置。本實施形態(tài)的磁傳感裝置被設計成適于用來進行高磁場的測定。該磁傳感裝置具備有磁檢測部101，用來輸出與磁場對應的信號；和磁性體110，具有用以收納該檢測部101的空洞111；磁檢測部101被收納在磁性體110的空洞111內(nèi)，根據(jù)與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與空洞111的形狀相關的第2反磁場系數(shù)的至少一方，用來將被測定磁場H與施加在磁檢測部101上的磁場之比設定成規(guī)定值。
該磁傳感裝置還具有反饋線圈112作為負反饋磁場施加裝置，用來對磁檢測部101施加負反饋磁場，藉以使磁檢測部101的輸出進行負反饋。該反饋線圈112被設在空洞111內(nèi)，卷繞在磁檢測部101的周圍。
該磁傳感裝置還具備有基準磁場用線圈113，作為基準磁場施如裝置，用來對磁檢測部101施加基準交流磁場，藉以控制磁檢測部101對被測定磁場H的特性。該基準磁場用線圈113設置在磁性體110外部并被卷繞在磁性體110周圍。
在本實施形態(tài)的磁傳感裝置中，當使磁性體的相對導磁率μs成為1000，使第1反磁場系數(shù)Nm成為0.5，和使第2反磁場系數(shù)Nk成為0.02時，空洞111內(nèi)部的磁場Hk依照式(3)成為0.42H。
亦即，施加在磁檢測部101的磁場成為被測定磁場H的4.2％。換言之，在本實施形態(tài)的磁傳感裝置中，可以測定磁檢測部101的最大可測定磁場的大約24倍的高磁場。
另外，在本實施形態(tài)的磁傳感裝置中，反饋線圈112的磁動勢一般是被測定磁場的4.2％就足夠了。另外，基準磁場用線圈113的磁動勢一般只要是被測定磁場的1％左右足夠了。因此，依照本實施形態(tài)的磁傳感裝置，反饋用線圈112的消耗電流和基準磁場用線圈113的消耗電流均非常小，可以成為實用的磁傳感裝置。
本實施形態(tài)的其他構造、作用和效果均與第1實施形態(tài)相同。
第3實施形態(tài)下面將參照圖5和圖6說明本發(fā)明的第3實施形態(tài)的磁傳感裝置。本實施形態(tài)的磁傳感裝置是只將與磁性體的形狀相關的第1反磁場系數(shù)設定成為所希望的值，用來將被測定磁場和施加在磁檢測部的磁場之比設定成為規(guī)定的值。
圖5是說明圖，用來表示本實施形態(tài)的磁傳感裝置的結構一例。該磁傳感裝置在將磁檢測部101收納在第2實施形態(tài)的磁傳感裝置的空洞111內(nèi)之后，將磁性材料等磁性體115充填在空洞111內(nèi)的間隙中。
在本實施形態(tài)的磁傳感裝置中，對磁檢測部101施加磁性體110內(nèi)部的磁場。該磁場由外部磁場H，和與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)Nm決定。
圖6是說明圖，用來表示本實施形態(tài)的磁傳感裝置的構造的另一例。該磁傳感裝置設有形成一體的磁性體130，用來代替圖5中的磁性體110和磁性體115。磁檢測部101埋入到磁性體130內(nèi)部。此種構造的磁傳感裝置是這樣獲得的，例如，作為磁性體130使用樹脂和磁性材料的混合材料，在將磁檢測部101埋入到內(nèi)部的狀態(tài)下，形成規(guī)定形狀的磁性體130。
本實施形態(tài)的其他結構、作用和效果均與第2實施形態(tài)相同。
第4實施形態(tài)下面將參照圖7說明本發(fā)明第4實施形態(tài)的電流傳感裝置。該電流傳感裝置包含有本實施形態(tài)的磁傳感裝置。另外，以下以電流傳感裝置為中心進行說明，以下說明兼作本實施形態(tài)的磁傳感裝置的說明。
本實施形態(tài)的電流傳感裝置具有磁軛142，被設置成包圍用以使被測定電流通過的導電部141。并呈一部分欠缺的環(huán)狀；和磁性體110，配置在該磁軛142的欠缺了的部分上。在磁性體110設有空洞111，在該空洞111內(nèi)收納有磁檢測部101。
在本實施形態(tài)的電流傳感裝置中，根據(jù)與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與空洞111的形狀相關的第2反磁場系數(shù)之至少一方，用來將由被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場和施加在磁檢測部101的磁場之比設定為規(guī)定的值。
該電流傳感裝置還具有反饋線圈112作為負反饋磁場施加裝置，用來對磁檢測部101施加負反饋磁場，藉以使磁檢測部101的輸出進行負反饋。該反饋線圈112設置在空洞111內(nèi)，卷繞在磁檢測部101的周圍。
該電流傳感裝置還具有基準磁場用線圈113，作為基準磁場施加裝置，用來對磁場檢測部101施加基準交流磁場，藉以控制磁檢測部101對被測定磁場的特性。該基準磁場用線圈113卷繞在磁軛142的一部分的周圍。
在此處使磁性體110兩端部與磁軛142之間的空隙長度分別為G1，G2，則這些空隙長度之和成為G＝G1+G2。
下面將說明本實施形態(tài)的電流傳感裝置的作用。在該電流傳感裝置中，利用在導電部141內(nèi)沿與紙面垂直方向流動的被測定電流用來產(chǎn)生磁場。該磁場在本實施形態(tài)中稱為被測定磁場。該被測定磁場施加在磁性體110上。在磁檢測部101施加對被測定磁場形成規(guī)定之比的磁場。被測定磁場大小依照被測定電流大小進行變化。此外，按照被測定電流的方向，被測定磁場的方向也會變化。電流傳感裝置通過測定由該被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場，用來間接的測定該被測定電流。另外，在使用圖7所示的裝置作為磁傳感裝置時，該磁傳感裝置可以直接測定被測定磁場。
在本實施形態(tài)的電流傳感裝置中，從實用觀點來看，不能使磁軛142和磁性體110的形狀隨便地變大。另外，磁檢測部101需要某種程度大小，所以空洞111小型化受到限度。因此，任意的設定磁性體110的形狀，任意設定第1反磁場系數(shù)Hm，會受到限制。
但是，與磁性體110的形狀相關的第1反磁場系數(shù)Nm即使變小時，因為磁軛142和磁性體110通過G1，G2的空隙形成大致閉路磁路，如果泄漏磁通被忽視時，磁性體110內(nèi)部的磁場，假如磁性體110的導磁系數(shù)還大于1時，就成為磁性體110的導磁系數(shù)分之一。這相當于第1反磁場系數(shù)Nm為1。
在此處使磁性體110的相對導磁系數(shù)為以μsm，磁軛142的相對導磁系數(shù)為μsy，則μsm＞＞1，μsy＞＞1。當磁性體110的內(nèi)部磁場為Hm，長度G的空隙中的磁場為Hg時，因為Hg＝1/G，Hm＝Hg/μsm，所以空洞111內(nèi)的磁場Hk可以用下式表示。
HK＝(1/6μsm){1+NK(μsm-1)}其中，當被測定電流為100A，總空隙長度G＝G1+G2為10mm，第2反磁場系數(shù)Hk為0.02(相當于空洞111的剖面的直徑與長度之比為10的情況)，μsm為1000時，則空洞111內(nèi)的磁場Hk可以用下式求得。
Hk＝209.8＝210A/m因此，磁檢測部101可以使用旋轉燈型的GMR元件或磁通量閘元件等的高靈敏度的磁傳感元件。此種高靈敏度磁傳感元件，如采用負反饋法那樣，當磁傳感元件在磁場為零的附近進行動作時，磁傳感元件的輸出信號噪聲比(S/N)變高，工作穩(wěn)定。另外，在旋轉燈型的GMR元件和通量閘元件中，因為使元件輸出的單調(diào)性被保證，所以假如使用單調(diào)性被保證的元件時，不會有反饋系統(tǒng)失控的問題。
另外，在空洞111內(nèi)的磁場Hk為210A/m時，變成需要210A/m的負反饋磁場，該210A/m磁場的產(chǎn)生可以通過使21mA的電流流經(jīng)以直徑0.1mm的絕緣銅線密繞而成的螺管線圈(100圈/cm)未實現(xiàn)。另外，當線圈的圈數(shù)為100圈時，基準磁場用線圈113所需要的電流成為由被測定電流所產(chǎn)生的磁動勢100A/m的1％時是10mA。依照此種方式的本實施形態(tài)時，當與使用負反饋法時需要大反饋電流的已知技術的電流傳感裝置比較，可以利用微小的反饋電流和交流重疊用的交流電流，實現(xiàn)具有同等精度，穩(wěn)定性，偏差減小效果等的電流傳感裝置。
本實施形態(tài)的其他構造，作用和效果與第1實施形態(tài)相同。
第5實施形態(tài)下面將參照圖8說明本發(fā)明第5實施形態(tài)的電流傳感裝置。該電流傳感裝置只將與磁性體內(nèi)空洞的形狀相關的第2反磁場系數(shù)設定為所希望的值，和將被測定磁場與施加在檢測部的磁場之比設定為規(guī)定的值的實例。
在本實施形態(tài)的電流傳感裝置中，設置在內(nèi)部末包含空洞和磁檢測部的磁性體150，用以代替圖7所示的電流傳感裝置中的磁性體110。另外，在本實施形態(tài)的電流傳感裝置中，在圖7所示的電流傳感裝置的磁軛142的內(nèi)部設置空洞111，將磁檢測部101收納在該空洞111內(nèi)。本實施形態(tài)的磁軛142與本發(fā)明的具有空洞的磁性體對應。
在本實施形態(tài)的電流傳感裝置中，在磁檢測部101施加有空洞111內(nèi)部的磁場。該磁場是由與被測定電流對應的被測定磁場，和與空洞111的形狀相關的第2反磁場系數(shù)Nk來決定。
本實施形態(tài)的其他構造、作用和效果與第4實施形態(tài)相同。
依照包含有第1至第5實施形態(tài)的本發(fā)明的磁傳感裝置或電流傳感裝置時，因為根據(jù)與磁性體形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與空洞的形狀相關的第2反磁場系數(shù)中至少一方，用來將被測定磁場和施加在磁檢測部的磁場之比設定成規(guī)定的值，所以可以使施加在磁檢測部的磁場成為適于磁檢測部的磁場測定范圍的值，其結果是可以很容易采用特性良好的磁檢測部，和采用可以提高測定精度的技術，可以以良好的精度測定任意大小的磁場或電流。另外，因為磁檢測部被磁性體進行磁屏蔽，所以對于噪聲磁場具有穩(wěn)定性。
另外，在空洞具有開口部朝向與被測定磁場之磁通通過方向交叉的方向進行開口時，使磁檢測部安裝到空洞變得容易。
另外，磁檢測部與檢測靈敏度有關并有高靈敏度方向，在將磁檢測部配置在空洞內(nèi)使高靈敏度方向和被測定磁場的磁通通過方向一致時，可以更進一步地提高對噪聲磁場的穩(wěn)定性。
另外，磁傳感裝置或電流傳感裝置具備有負反饋磁場施加裝置，用來對磁檢測部施加負反饋磁場，用以使磁檢測部的輸出進行負反饋時，還可以改善線性和輸出的溫度相關性，提高測試精度。
另外，在將負反饋磁場施加裝置設在空洞內(nèi)時，即使在測定高磁場或大電流的情況，也可以使反饋電流很小。
另外，在磁傳感裝置或電流傳感裝置具備有基準磁場施加裝置，用來對磁檢測部施加基準交流磁場，用以控制該磁檢測部對被測定磁場的特性時，可以更進一步校正對測定精度有影響的各種偏差。
第6至第8實施形態(tài)的概要下面將說明本發(fā)明的第6至第8實施形態(tài)的概要。在第6至第8實施形態(tài)中，磁通量閘磁傳感元件具備有磁芯，和卷繞在該磁芯上的用以檢測所施加的被測定磁場的線圈，該磁芯所具有的形狀使對被測定磁場的反磁場系數(shù)和對線圈產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。尤其是在第6至第8實施形態(tài)中，磁芯具有的形狀，使對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)。
下面將說明磁芯對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)，和磁芯對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)。
被放置在平行磁場Hg的磁場中的磁性體中的磁場Hs用下列式(4)表示。
Hs＝Hg/{1+Ns(μs-1)}………(4)在上式中，Ns為反磁場系數(shù)，μs為磁性體的相對導磁系數(shù)。在此處簡單的說明反磁場系數(shù)。在被放置于磁場中的磁性體的兩端，感應出與磁場相反方向的磁極。因此，磁性體內(nèi)部的磁場成為從外部磁場中減去被感應出的磁極的磁場的值，成為小于外部磁場。磁性體內(nèi)部磁場小于外部磁場的比例，用反磁場系數(shù)或自行退磁率的已知系數(shù)表示。磁性體的反磁場系數(shù)只由磁性體的形狀決定。
以Hg表示被測定磁場，或被測定電流所產(chǎn)生的磁場時，在捧狀磁芯，磁芯對Hg的反磁場系數(shù)Hs，和對卷繞在磁芯上的線圈產(chǎn)生的磁場(為簡化使其近似平行磁場)的反磁場系數(shù)Hc變得相等。因此，在使用負反饋法時，用負反饋電流在線圈上產(chǎn)生的磁場必需是Hg。當在捧狀磁芯上卷繞寬度b(m)之n圈的線圈時，在簡單的近似法中，當線圈電流為i時，所產(chǎn)生的磁場為ni/b，在磁芯中的磁場Hc以下列式(5)表示。
Hc＝(ni/b)/{1+Nc(μs-1)}………(5)在使用負反饋法時，因為Hs＝-Hc，所以在Ns＝Nc時可以獲得下列式(6)的關系。
Hg＝-ni/b………(6)因此，在Ns＝Nc時，磁軛的空隙長g不變，亦即Hg不變，負反饋電流i減小，或是相反地，負反饋電流i不增加，為使Hg變大，必須使線圈的卷繞寬度(線圈軸向長度)b變小，或是使圈數(shù)n增加。但是，任何一種情況都會由于線材太細等而受到限制。
但是，在此處磁芯對被測定磁場Hg的反磁場系數(shù)Hs和磁芯對卷繞在磁芯上的線圈所產(chǎn)生的磁場(為簡化使其近似平行磁場)的反磁場系數(shù)Hc不同，當Ns＞Nc時，依照式(4)，(5)變成Hc＞Hs，其他的條件不變時可以使被測定磁場或被測定電流變大。
因為反磁場系數(shù)與磁通通過方向的磁性體的剖面積和長度相關，所以要使Ns＞Nc時，可以使磁芯對施加磁場的磁通的外觀長度和磁芯對線圈所產(chǎn)生的磁場的磁通的外觀長度不同。在簡單實例中，其實現(xiàn)是在コ字形磁芯的縱棒部分卷繞線圈，沿縱捧部分的軸向施加被測定磁場，該コ字形磁芯具有中央棒狀部分；和從該棒狀部分兩端部沿與捧狀部分軸向正交方向延伸的部分。
另外，使用公知的環(huán)形磁芯的通量閘元件對勵磁磁場的反磁場系數(shù)為零，但是其構造和目的，效果與本發(fā)明的磁傳感元件不同。前者的動作原理如下所述。前者因為環(huán)形磁芯內(nèi)的勵滋磁通成為圓環(huán)路徑，所以平行施加的外部磁場所產(chǎn)生的磁通，在圓環(huán)路徑的一部分加到環(huán)形磁芯內(nèi)的勵磁磁通，在另外一部分別相減。因此，在環(huán)形磁芯內(nèi)產(chǎn)生的磁通的大部分和小部分加上外部磁場的磁通，如果在磁通變大的部分使磁芯飽和時，勵磁磁通會漏出到磁芯外。假如勵磁磁通成為一定時，該泄漏磁通的大小會受外部磁場大小的影響。因此，將包含有勵磁繞組的環(huán)形磁芯全體插入到別的線圈，利用該線圈來檢測該泄漏磁通，藉以檢測外部磁場。與此不同，在本發(fā)明的磁傳感元件中，卷繞在磁芯上的線圈成為用以檢測外部磁場的線圈，通過檢測該線圈的電感的變化來檢測外部磁場，所以不需要泄漏磁通檢測用的線圈。另外，在使用環(huán)形磁芯的通量閘元件中，完全不需要考慮使具有所希望的對外部磁場的反磁場系數(shù)的形狀的加工。
第6實施形態(tài)下面將說明本發(fā)明第6實施形態(tài)的磁傳感元件。圖9是剖面圖，用來表示本實施形態(tài)的磁傳感元件的結構。該磁傳感元件是磁通量閘傳感元件，具有磁芯1，和卷繞在該磁芯1上的用以檢測所施加的被測定磁場的線圈2。該磁芯1對應于本發(fā)明的磁性體。
磁芯1是鼓型的磁芯，具有圓柱形狀的芯部1a，和形成在該芯部1a兩端部的圓板形狀的突緣部1b。該磁芯1與被測定磁場和線圈2所產(chǎn)生的磁場均有關，形成開路磁路。其一例是芯部1a的直徑為0.8mm，厚度為0.5mm，突緣部1b的直徑為2mm，厚度為0.5mm。另外，其一例是磁芯1由Ni-Cu-Zn系列鐵氧體材料形成，相對導磁系數(shù)μs為500。
線圈2卷繞在磁芯1的芯部1a的周圍。線圈2的一例是以直徑0.03mm的氨基甲酸脂被覆導線卷繞180圈形成。
圖9所示的磁傳感元件的電感為350μH，電感減半時的線圈電流為60mA。
下面將說明本實施形態(tài)的磁傳感元件的作用。該磁傳感元件被用在磁傳感裝置或電流傳感裝置。實質(zhì)上，該磁傳感元件，對于圖9中以符號H表示的被測定磁場(包含由被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場)，被配置成使芯部1a的軸向與其平行。例如，在使用大振幅激勵法時，對于線圈2施加交流磁場，藉以使磁芯1在峰值時進入飽和區(qū)域，利用檢測線圈2的電感的變化用來檢測被測定磁場。另外，在使用負反饋法時，對線圈2供給負反饋電流藉以產(chǎn)生與被檢測磁場相同大小的反方向磁場。
當對本實施形態(tài)的磁傳感元件施加圖9中用符號H所示的外部磁場(被測定磁場)時，要解析式地求得磁芯1對外部磁場的反磁場系數(shù)Hs，和對卷繞在磁芯1上的線圈2產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)Hc，會有困難，可以依照下面所述方式，根據(jù)實測值進行概算。
在圖9所示的磁傳感元件中，用以使線圈2的內(nèi)部磁場為零的線圈電流，依照實際測試時當H＝1000AT/m時為5mA。另一方面，當反磁場系數(shù)Ns，Nc相等時，用以使線圈2內(nèi)部的磁場成為零的線圈電流i，可以使用式(6)以下述方式近似地求得。
H＝(180Xi/1.5)×1000當H＝1000AT/m時i＝8.3mA依照這種方式，用以使線圈2內(nèi)部磁場成為零的線圈電流的實測值，在反磁場系數(shù)Ng，Nc相等時，成為線圈電流值的大約1/1.6。因此，從該電流值之比求得的反磁場系數(shù)變成為Ns＝1.6Nc。亦即，依照本實施形態(tài)的磁傳感元件，當與反磁場系數(shù)Ns，Nc相等的情況比較時，對于相同的外部磁場(被測定磁場)，用以將其抵消的負反饋電流減少成為1/1.6。
在此處，等值的反磁場系數(shù)Ns遠大于反磁場系數(shù)Nc的理由如下所述。亦即，以磁芯1的中心線上的磁路長度來看時，大致而言，磁芯1對被測定磁場的反磁場系數(shù)Ns，與直徑0.8mm，長度2.5mm的磁芯的反磁場系數(shù)等價，磁芯1對線圈2所產(chǎn)生磁場的反磁場系數(shù)Nc與直徑0.8mm，長度4mm的磁芯的反磁場系數(shù)等價，所以磁路的長度之比不會很大。
如以上所說明之方式，依照本實施形態(tài)的磁傳感元件，因為磁芯1對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)Ns，和磁芯1對線圈2所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)Nc不同，所以在將負反饋電流供給到線圈2時，當與2個反磁場系數(shù)Ns，Nc相等比較時，可以變化負反饋電流，可以很容易擴大磁場或電流的測定范圍。特別是依照本實施形態(tài)，因為磁芯1對施加的被測磁場的反磁場系數(shù)Ns大于磁芯1對線圈2所產(chǎn)生磁場的反磁場系數(shù)Nc，所以在將負反饋電流供給到線圈2時，當與2個反磁場系數(shù)Ns，Nc相等的情況比較時，可以使負反饋電流變小，可以很容易測定大磁場或大電流。
第7實施形態(tài)下面將說明本發(fā)明的第7實施形態(tài)的磁傳感元件。圖10是剖面圖，用來表示本實施形態(tài)的磁傳感元件的構造。本實施形態(tài)的磁傳感元件與第6實施形態(tài)的磁傳感元件同樣具備有磁芯1和線圈2，另外，還設有被覆層3，利用使鐵氧體粉混合在樹脂涂料中所形成的磁性涂料，覆蓋線圈2外側而形成。被覆層3連結在磁芯1的2個突緣部1b之間。
其一實例是被覆層3的厚度為平均0.5mm，被覆層3的相對導磁系數(shù)為12。在本實施形態(tài)的磁傳感元件中，線圈2的電感為1mH，電感減半的線圈電流為30mA。
在本實施形態(tài)中，以磁芯1和被覆層3作為磁芯來看時，該磁芯形成與被測定磁場有關的開路磁路，但是與線圈2所產(chǎn)生的磁場有關形成閉路磁路。因此，磁芯對線圈2所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)Hc大幅度地減小。在這種情況下，用以使線圈2的內(nèi)部磁場為零的線圈電流，依照實測當H＝1000AT/m時，成為2.4mA。依照此結果，等值的反磁場系數(shù)成為Hs＝3.5Nc。亦即，在本實施形態(tài)中，當與反磁場系數(shù)Ns，Nc相等的情況比較時，負反饋電流可以成為1/3以下。
本實施形態(tài)的其他構造，作用和效果與第6實施形態(tài)相同。
第8實施形態(tài)下面將說明本發(fā)明的第8實施形態(tài)的電流傳感裝置。圖11是電路圖，用來表示本實施形態(tài)的電流傳感裝置的構造。本實施形態(tài)的電流傳感裝置的構成是使用第6實施形態(tài)的磁傳感元件。另外，該電流傳感裝置包含有本實施形態(tài)的磁傳感裝置。
本實施形態(tài)的電流傳感裝置具備有磁軛62，被設置成包圍被測定電流通過的導電部61，在其一部分具有間隙。另外，在磁軛62的間隙內(nèi)配置有第6實施形態(tài)的磁測感元件。在圖11所示的電流傳感裝置中，除去磁軛62的部分就成為磁傳感裝置。
下面將說明本實施形態(tài)的電流傳感裝置的電路構造。另外，運算放大器用的正、負電源電路依照習慣在圖中未顯示。
在線圈2的一端連接有檢測線圈20的一端。測線圈20的另一期接地。在線圈2的另一端連接反饋電流路徑用線圈6的一端。反饋電流路徑用線圈6的另一端，通過電容器7接地。
電流傳感裝置還具有驅動電路，具有在其一部分包含有線圈2的串聯(lián)諧振電路，用來將在串聯(lián)諧振電路流動的諧振電流作為交流電流供給到線圈2藉以使磁芯I達到飽和區(qū)城；和檢測/反饋電路，通過檢測與線圈2的電感變化對應的在線圈2流動的諧振電流的變化，來檢測被測定磁場，同時通過將負反饋法用的負反饋電流供給到線圈2，用線圈2產(chǎn)生負反饋法用的負反饋磁場。該檢測/反饋電路對應于本發(fā)明的負反饋裝置。
驅動電路具有包含串聯(lián)諧振電路的振蕩電路。該振蕩電路以下述方式構成。亦即，振蕩電路具有晶體管11。晶體管11的基面通過諧振用電容器12連接到線圈2的另一端。晶體管11的基極連接反饋用電容器13的一端。反饋用電容器14一端和晶體管11的射極，連接到反饋用電容器13的另一端。反饋用電容器14另一端接地。晶體管11的射極通過負載用線圈15接地。晶體管11的集電極連接到電源輸入端16，同時通過偏置電阻17連接到基極。該振蕩留路成為克拉普(clapp)振蕩電路的結構。當電容器12，13，14的電容量分別為Cs，Cb，Ce時，則Cs＜＜Cb，Ce。
檢測/反饋電路依下述方式構成。在線圈2和檢測用線圈20的連接點，連接有電容器21的一端，電容器21的另一端通過電阻22接地。這些電容器21和電阻22構成微分電路，用來對檢測用線圈20的兩端產(chǎn)生的電壓進行微分，并輸出與被測定磁場對應的信號。
在電容器21和電阻22的連接點連接有二極管23的陽極和二極管25的陰極。二極管23的陰極通過電容器24接地。二極管25的陽極通過電容器26接地。二極管23和電容器24構成正向峰值保持電路，二極管25和電容器26構成負向峰值保持電路。
在二極管23和電容器24的連接點，連接著電阻27的一端。在二極管25和電容器26的連接點，連接著電阻28的一端。各個電阻27，28的另一端連接到電阻31的一端。電阻27，28構成電阻加算電路，用來使在正向峰值保持電路中保持的正向輸出值和在負向峰值保持電路中保持的負向輸出值進行加算。在電阻31的一端出現(xiàn)與外部磁場對應的檢測信號。
電阻31的另一端連接到運算放大器32的反相輸入端。運算放大器32的非反相出入端通過電阻33接地。另外，運算放大器32的輸出端通過電阻34連接到反相輸入端。這些運算放大器32，電阻31，33，34構成反相放大器。
運算放大器32的輸出端連接到輸出檢測用電阻35的一端。輸出檢測用電阻35的另一端連接到反饋電流路徑用線圈6和電容器7的連接點。電阻35的一端通過電阻36連接到運算放大器38的非反相輸入端，電阻35的另一端通過電阻37連接到運算放大器38的反相輸入端。運算放大器38的非反相輸入端通過電阻39接地。運算放大器38的輸出端通過電阻40連接到反相輸入端，同時連接到檢測輸出端41。運算放大器38和電阻36，37，39，40構成差動放大器。
另外，檢測用線圈20，反饋電流路徑用線圈6和電容器7作為驅動電路的振蕩電路的一部分，亦作為檢測/反饋電路的一部分。
下面將說明本實施形態(tài)的電流傳感裝置的作用。利用振蕩電路對線圈2供給使磁芯1達到飽和區(qū)域的交流電流。該交流電流是諧振電流，對于被電源電壓限制的電流值成為諧振電路的Q值倍。在本實施形態(tài)中使用檢測諧振電流的波形變化的方法，該方法是取出線圈2的電感的變化作為電流傳感裝置的輸出信號。具體地說，利用由電容器21和電阻22構成的微分電路，對與線圈2串聯(lián)連接的大飽和電流的檢測用線圈20兩端的電壓進行微分。另外，利用由二極管23和電容器25構成的正向峰值保持電路，保持微分電路輸出的正向輸出值，利用由二極管24和電容器26構成的負向峰值保持電路，保特微分電路輸出的負向輸出值，利用由電阻27，28構成的電阻加算電路使正向輸出值和負向輸出值進行加算，從而獲得與外部磁場對應的檢測信號。
當沒有外部磁場時，檢測用線圈20的兩端的電壓波形的微分波形中的正部分和負部分對稱，微分波形的正負各峰值的值之和(絕對值之差)為零。與此不同，當線圈2被施加有外部磁場時，微分波形中的正部分和負部分成為非對稱。其結果是微分波形的正負各峰值的值之和(絕對值之差)成為零以外的值，該值與外部磁場相關。因此，依照本實施形態(tài)時，可利用微分波形的正負的各峰值之和(絕對值之差)，來測定外部磁場。
依照這種方式，檢測/反饋電路根據(jù)在線圈2中流動的諧振電流中的使磁芯1達到飽和區(qū)域的部分，檢測被測定電流。或是該檢測/反饋電路4根據(jù)在線圈2中流動的諧振電流中的正負非對稱成分檢測被測定磁場。
利用由電阻27，28構成的電阻加算電路所獲得的檢測信號，被由運算放大器32和電阻31，33，34構成的反相放大器進行反相放大，通過輸出檢測用電阻35，加到反饋電流路徑用線圈6和電容器7的連接點。利用這種方式，經(jīng)由反饋電流路徑用線圈6對線圈2供給負反饋電流，向線圈2提供與外部磁場相反方向的磁動勢。在本實施形態(tài)中，因為反相放大器具有正負兩極性的輸出，所以為使與外部磁場的正負(以一個方向及為正)對應的負正反饋電流從反相放大器輸出端流到線圈2，所以將線圈2測的接地端接地。
外部磁場的測定以下述方式進行。利用輸出檢測用電阻35，將負反饋電流，即與外部磁場成正比的電流變換為電壓，利用由運算放大器38和電阻35，36，31，40構成的差動放大器對該電壓進行放大，然后將其施加到檢測輸出端41。從該檢測輸出端41輸出與外部磁場對應的檢測輸出信號。
外部磁場和負反饋電流產(chǎn)生的磁動勢的平衡，只要線圈2的安匝數(shù)不變該平衡就不變。因此，本實施形態(tài)的電流傳感裝置其靈敏度偏差很小，線性良好，而且對于溫度和電源電壓等的變化非常穩(wěn)定。另外，用大振幅激勵法的偏差在原理上為零，所以不會由于外來干擾而漂移。
下面將說明實際制成的電流傳感裝置的一具體實例。在該實例中，磁軛62使用由Mn-Zn系列的鐵氧體形成的環(huán)形磁心。磁軛62的形狀是外徑20mm，內(nèi)徑10mm，厚度5mm，具有寬度8mm的間隙。電流傳感裝置的總體形狀可以成為20mm×35mm×6mm的極小型。該電流傳感裝置用±5V的電源進行動作，當測定電流為零時，消耗電流為+27mA，-2mA。另外，在該電流傳感裝置中，由負反饋電流所造成的消耗電流增加，每10A測定電流時為5mA。另外，該電流傳感裝置的重量為10g。
圖12表示通過被配置在磁軛62的內(nèi)側的導電部61的被測定電流與電流傳感裝置的輸出電壓的關系的一實例。如該圖所示，依照本實施形態(tài)的電流傳感裝置時，可以在極寬廣的電流值的范圍獲得具有良好線性的電壓特性。另外，圖12表示具有圖11未示出的偏移補償時的輸出特性。
如以上所說明那樣，依照本實施形態(tài)的電流傳感裝置，可以像使用負反饋法那樣將負反饋電流所造成的消耗電流的增加抑制為最小限度，不會產(chǎn)生發(fā)熱等問題，對于產(chǎn)業(yè)上，尤其是電動汽車和太陽能發(fā)電的直流電流的控制具有很大貢獻。
另外，依照本實施形態(tài)時，因為將諧振電路的諧振電流供給到線圈2，所以可以很容易地將使磁芯1達到飽和區(qū)域的交流電流供給到線圈2。另外，除了線圈2外，在磁芯1不需要卷繞勵磁用的線圈，所以構造簡單。
另外，依照本實施形態(tài)時，因為通過對線圈2交流式并聯(lián)連接的反饋電流路徑用線圈6，對線圈2供給負反饋法用的負反饋電流，所以不會有諧振電流損失，可以很容易地將反饋電流供給到線圈2。
另外，依照本實施形態(tài)，通過對諧振電路插入檢測用線圈20，不會使諧振電路的Q值下降，亦即，供給到線圈2的諧振電流不會發(fā)生不足，可以很簡單地獲得伏特級檢測輸出。另外，峰值保持電路也可以使用由二極管和電容器構成的簡單的廉價電路。另外，檢測用線圈20即使其電感量只為線圈2的電感量的百分之幾，也可以獲得很大的輸出。因此，檢測用線圈20可以減少圈數(shù)，通常因為飽和電流值很大，所以不會由于線圈2的驅動電流(諧振電流)而飽和。
利用這些技術，可以使用鐵氧體磁芯等的飽和磁場大，非線性大的磁芯，因而可以使用大振幅法和負反饋法，使使用磁通量閘元件用來進行大磁場或大電流的檢測成為可能。
除了可以抑制負反饋電流的增加這樣的特征外，本實施形態(tài)的電流傳感裝置還具有下列特征。
(1)因為可以使用負反饋法，所以可以自動地改善靈敏度偏差和濕度特性。
(2)因此不需要靈敏度調(diào)整和溫度特性校正。
(3)另外，亦不需要偏差調(diào)整。
(4)因為可以使用大振幅激勵法，所以特性良好。
(5)傳感器部不需要特殊的工作方法。
(6)因為利用諧振電流，所以可用低電壓電源，高頻率驅動傳感線圈。
(7)因為不需要使用任何特殊材科或特殊工作方法就可以制造，電路也非常簡單，所以可以極廉價地制造，能適應大量需要。
(8)頻率響應性良好。
(9)因為利用諧振電流，所以消耗電力很少。
(10)因為構造簡單，所以體積小，重量輕。
另外，圖11所示的電流傳感裝置中的磁傳感元件中可以使用第7實施形態(tài)的磁傳感元件。另外，磁芯形狀并不只限于第6或第7實施形態(tài)所示的形狀，只要能夠使對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)和對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同，可以使用任意形狀。
另外，在第8實施形態(tài)中所說明的實例是使用克拉普振蕩電路作為振蕩電路，但是本發(fā)明并不限于此，也可以使用考皮茲(colppits)振蕩電路或哈特里(Hartley)振蕩電路等其他振蕩電路。
依照包含第6至第8實施形態(tài)的本發(fā)明的磁傳感元件、磁傳感裝置或電流傳感裝置，因為磁芯對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)和磁芯對線圈所產(chǎn)生磁場的反磁場系數(shù)不同，所以在將負反饋電流供給線圈時，與2個反磁場系數(shù)相等情況比較時，變成可以改變負反饋電流，所以可以根容易地擴大磁場或電流的測定范圍。
另外，在使磁芯對施加的被測定磁場的反磁場系數(shù)大于磁芯對線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)時，當將負反饋電流供給線圈的情況下，與2個反磁場系數(shù)相等的情況比較，負反饋電流可以變小，可以很容易測定大磁場或大電流。
根據(jù)以上的說明可知，可以實施本發(fā)明的各種形態(tài)和變化例。因此，在下列權利要范圍的同等范圍內(nèi)，本發(fā)明亦可以實施上述最佳形態(tài)以外的形態(tài)。
權利要求
1.一種磁傳感裝置，其特征是具有磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號；負反饋裝置，用來產(chǎn)生負反饋磁場，用以使上述磁檢測部的輸出，負反饋到上述磁檢測部；和磁性體，設置在上述磁檢測部周圍，或成為該磁檢測部一部分，并使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和對上述負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。
2.權利要求1的磁傳感裝置，其特征在于上述磁性體具有用以收納上述磁檢測部的空洞，并設置在上述磁檢測部周圍；和上述磁檢測部被收納在上述磁性體的上述空洞內(nèi)。
3.如權利要求1的磁傳感裝置，其特征在于上述磁檢測部具有磁芯，和卷繞在該磁芯上的用以檢測上述被測定磁場的線圈；上述磁性體是成為上述磁檢測部一部分上述磁芯。
4.一種磁傳感裝置，其特征在于磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號和磁性體，具有用以收納上述磁檢測部的空洞；上述磁檢測部被收納在上述磁性體的上述空洞內(nèi)，根據(jù)與上述磁性體形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與上述空洞的形狀相關的第2反磁場系數(shù)的至少一方，將上述被測定磁場和施加在上述磁檢測部的磁場之比設定成規(guī)定的值。
5.如權利要求4的磁傳感裝置，其特征在于上述空洞具有開口部，朝向與上述被測定磁場的磁通通過方向交叉的方向進行開口。
6.如權利要求4的磁傳感裝置，其特征在于上述磁檢測部被配置在上述空洞內(nèi)，使其具有與檢測靈敏度相關的高靈敏度方向，使高靈敏度方向和上述被測定磁場的磁通通過方向一致。
7.如權利要求4的磁傳感裝置，其特征在于還具有負反饋磁場施加裝置，用來對上述磁檢測部施加負反饋磁場，用以使上述磁檢測部的輸出進行負反饋。
8.如權利要求7的磁傳感裝置，其特征在于上述負反饋磁場施加裝置設置在上述空洞內(nèi)，使上述磁性體對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和上述磁性體對上述負反饋磁場之反磁場系數(shù)不同。
9.如權利要求4的磁傳感裝置，其特征在于還具有基準磁場施加裝置，用來對上述磁檢測部施加基準交流磁場，藉以控制上述磁檢測部對上述被測定磁場的特性。
10.如權利要求9的磁傳感裝置，其特征在于上述基準磁場施加裝置設置在上述磁性體外部。
11.一種磁傳感裝置，其特征是具有磁通量閘磁傳感元件，它具有磁芯，和卷繞在上述磁芯上的用以檢測所施加之被測定磁場之線圈；和檢測裝置，通過檢測上述線圈的電感的變化，來檢測被測定磁場；上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)，和對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。
12.如權利要求11的磁傳感裝置，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對上述線圈所產(chǎn)生磁場的反磁場系數(shù)。
13.如權利要求11的磁傳感裝置，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使與上述被測定磁場和上述線圈所產(chǎn)生的磁場的任何一個有關地形成開路磁路。
14.如權利要求11的磁傳感裝置，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使與上述被測定磁場有關地形成開路磁路，和與上述線圈所產(chǎn)生的磁場有關地形成閉路磁路。
15.如權利要求11的磁傳感裝置，其特征在于還具備有負反饋裝置，通過將用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋的負反饋電流供給上述線圈，從上述線圈產(chǎn)生負反饋磁場，用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋。
16.一種電流傳感裝置，通過測定由被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場，來測定被測定電流，其特征是具有磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號；負反饋裝置，用來產(chǎn)生負反饋磁場，藉以使上述磁檢測部的輸出負反饋到上述磁檢測部；和磁性體，設置在上述磁檢測部的周圍，或成為該磁檢測部的一部分，用來使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和對上述負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。
17.如權利要求16的電流傳感裝置，其特征在于上述磁性體具有用以收納上述磁檢測部的空洞，并被設置在上述磁檢測部的周圍；上述磁檢測部被收納在上述磁性體的上述空洞內(nèi)。
18.如權利要求16的電流傳感裝置，其特征在于上述磁檢測部具有磁芯，和卷繞在該磁芯上用以檢測上述被測定磁場的線圈；上述磁性體是成為上述磁檢測部的一部分的上述磁芯。
19.一種電流傳感裝置，通過測定由被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場，來測定被測定電流，其特征是具有磁檢測部，用來輸出與按照被測定磁場施加的磁場對應的信號；和磁性體，具有用以收納上述磁檢測部的空洞；上述磁檢測部被收納在上述磁性體的上述空洞內(nèi)，根據(jù)與上述磁性體的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與上述空洞的形狀相關的第2反磁場系數(shù)的至少一方，將上述被測定磁場與施加在上述磁檢測部的磁場之比設定為規(guī)定的債。
20.權利要求的電流傳感裝置，其特征在于上述空洞具有開口部，朝向與上述被測定磁場的磁通通過方向交叉的方向進行開口。
21.如權利要求19的電流傳感裝置，其特征在于上述磁檢測部配置在上述空洞內(nèi)，具有與檢測靈敏度相關的高靈敏度方向，使高靈敏度方向和上述被測定磁場的磁通通過方向一致。
22.如權利要求19的電流傳感裝置，其特征在于還具備有負反饋磁場施加裝置，用來對上述磁檢測部施加負反饋磁場，藉以使上述磁檢測部的輸出進行負反饋。
23.如權利要求22的電流傳感裝置，其特征在于上述負反饋磁場施加裝置設置在上述空洞內(nèi)，使上述磁性體對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)和上述磁性體對上述負反饋磁場的反磁場系數(shù)不同。
24.如權利要求19的電流傳感裝置，其特征在于還具有基準磁場施加裝置，用來對上述磁檢測部施加基準交流磁場，藉以控制上述磁檢測部對上述被測定磁場的特性。
25.如權利要求24的電流傳感裝置，其特征在于上述基準磁場施加裝置設置在上述磁性體外部。
26.一種電流傳感裝置，通過測定由被測定電流產(chǎn)生的被測定磁場測定被測定電流，其特征是具有磁通量閘磁傳感元件，它具有磁芯，和卷繞在上述磁芯上用以檢測被施加的被測定磁場的線圈；和檢測裝置，通過檢測上述線圈的電感變化檢測被測定磁場；上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)與對上述線圈產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。
27.如權利要求26的電流傳感裝置，其特征在于上述磁芯具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)。
28.如權利要求26的電流傳感裝置，其特征在于上述磁芯所具有形狀使與上述被測定磁場和上述線圈所產(chǎn)生的磁場的任何一個有關地形成開路磁路。
29.如權利要求26的電流傳感裝置，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使與上述被測定磁場有關地形成開路磁路，和使與上述線圈所產(chǎn)生的磁場有關地形成閉路磁路。
30.如權利要求26的電流傳感裝置，其特征在于還具有負反饋裝置，通過將用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋的負反饋電流供給上述線圈，從上述線圈產(chǎn)生負反饋磁場，用以使上述檢測裝置的輸出進行負反饋。
31.一種磁傳感元件，具有磁芯，和卷繞在上述磁芯上用以檢測被施加的被測定磁場的線圈，其特征是上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)與對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)不同。
32.如權利要求31的磁傳感元件，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使對上述被測定磁場的反磁場系數(shù)大于對上述線圈所產(chǎn)生的磁場的反磁場系數(shù)。
33.如權利要求31的磁傳感元件，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使與上述被測定磁場和上述線圈所產(chǎn)生的磁場的任何一個有關地形成開路磁路。
34.如權利要求31的磁傳感元件，其特征在于上述磁芯所具有的形狀使與上述被測定磁場有關地形成開路磁路，和使與上述線圈所產(chǎn)生的磁場有關地形成閉路磁路。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供可以根容易地擴大磁或電流的測定范圍的磁傳感裝置、電流傳感裝置和磁傳感元件。本發(fā)明磁傳感裝置具有:磁檢測部(101),用來輸出與磁場對應的信號;和磁性體(110),具有用以收納磁檢測部(101)的空洞(111);磁檢測部(101)被收納在磁性體(110)的空洞(111)內(nèi),根據(jù)與磁性體(110)的形狀相關的第1反磁場系數(shù)和與空洞(111)的形狀相關的第2反磁場系數(shù)的至少一方,將被測定磁場(H)和施加在磁檢測部(101)的磁場之比設定為規(guī)定的值。該磁傳感裝置還具有:反饋線圈(112),用來對磁檢測部(101)施加負反饋磁場;和基準磁場用線圈(113),用來對磁檢測部(101)施加基準交流磁場,藉以控制磁檢測部(101)的特性。
文檔編號G01R15/14GK1272920SQ9980094
公開日2000年11月8日 申請日期1999年7月2日 優(yōu)先權日1998年10月14日
發(fā)明者中川士郎, 田中克明, 藪崎勝巳, 沖田美久 申請人:Tdk株式會社