專利名稱：電流傳感器及其附著結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種電流傳感器和電流傳感器的附著結(jié)構(gòu)，電流傳感器包括具有磁阻元件的磁傳感器。
背景技術(shù)：
例如,JP 2007-155399A描述了一種電流傳感器,包括產(chǎn)生偏置磁場的偏置磁體和具有磁阻元件的磁傳感器，磁阻元件的電阻值根據(jù)施加到其上的磁場變化。相對于電流通路，例如匯流條，布置這樣的電流傳感器，使得偏置磁場的方向平行于電流通路中流動的電流方向，以檢測電流(在下文中也稱為檢測電流)。在檢測電流在電流通路中流動時,在垂直于偏置磁場的方向上產(chǎn)生電流磁場。電流磁場與檢測電流的大小成正比。這樣一來，為電流傳感器施加了合成磁場，由偏置磁場和電流磁場構(gòu)成。由于磁阻兀件的電阻值根據(jù)合成磁場變化，所以電流傳感器根據(jù)合成磁場輸出傳感器信號。作為磁阻元件的范例，通常，已知有各向異性磁阻(AMR)元件、巨磁阻(GMR)元件和隧道磁阻(TMR)元件。對于各向異性磁阻元件，電阻值根據(jù)施加到其上的合成磁場的角度，以正弦波的二次諧波或余弦波的二次諧波形式變化。對于巨磁阻元件和隧道磁阻元件，電阻值根據(jù)施加到其上的合成磁場的角度，以正弦波或余弦波的形式變化。因此，具有這些磁阻元件的電流傳感器輸出包含正弦值的傳感器信號或包含余弦值的傳感器信號。不過，包含依據(jù)合成磁場角度的正弦值和余弦值的傳感器信號不是相對于檢測電流線性輸出的。因此，檢測精度根據(jù)檢測電流而變化。換言之，在輸出的傳感器信號線性高的區(qū)域中，檢測精度高。不過，在輸出的傳感器信號線性低的區(qū)域中，檢測精度低。在這里，輸出的傳感器信號的線性，亦即，線性輸出，表示檢測電流和傳感器信號(電壓)彼此具有比例關(guān)系的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的目的是提供一種電流傳感器，能夠輸出相對于電流通路中流動的檢測電流具有線性關(guān)系的傳感器信號并改善檢測精確度。本公開的另一目的是提供電流傳感器的一種附著結(jié)構(gòu)。根據(jù)本公開的一方面，電流傳感器包括磁場產(chǎn)生元件、磁傳感器和信號處理單元。磁場產(chǎn)生兀件產(chǎn)生垂直于第一磁場的第二磁場，第一磁場是由電流通路中流動的電流產(chǎn)生的。磁傳感器包括由釘扎層、隧道層和自由層形成的磁阻元件。釘扎層具有固定的磁化方向。隧道層由絕緣構(gòu)件提供并設(shè)置于釘扎層和自由層之間。自由層具有磁化方向根據(jù)外部磁場變化的性質(zhì)。磁傳感器產(chǎn)生第一信號和第二信號中的至少一個，第一信號包含取決于第二磁場與由第一磁場和第二磁場構(gòu)成的合成磁場之間界定的角度的正弦值，第二信號包含取決于第二磁場和合成磁場之間界定的角度的余弦值。信號處理單元接收第一信號和第二信號中的至少一個。信號處理單元包括計算電路。計算電路利用第一信號和第二信號中的至少一個，根據(jù)第二磁場和合成磁場之間界定的角度計算正切值并輸出包含正切值的傳感器信號。在以上結(jié)構(gòu)中，計算電路計算第二磁場和合成磁場之間界定的角度的正切值并輸出包含正切值的傳感器信號。亦即，計算電路將第一磁場除以第二磁場，并輸出與第一磁場成正比的傳感器信號。因此，傳感器信號具有相對于檢測電流線性變化的性質(zhì)，因此改善了檢測精確度。例如，所述電流傳感器附著于所述電流通路，使得所述第二磁場的方向平行于所述電流通路中流動的電流方向。


從參考附圖做出的以下詳細描述，本公開的以上和其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，附圖中由相似的附圖標(biāo)記表示相似部分，其中
圖示；
圖1是示出了根據(jù)本公開第一實施例，附著于匯流條的電流傳感器的示意結(jié)構(gòu)的
圖2是示出了圖1中所示電流傳感器示意截面圖的圖示；
圖3是圖1所示電流傳感器的示意電路圖4是示出了根據(jù)第一實施例的磁傳感器磁阻元件的示意截面圖的圖示；
圖5是示出了根據(jù)第一實施例，在匯流條中流動的檢測電流和傳感器信號之間的
關(guān)系的曲線圖
程圖;
圖6是示出了根據(jù)本公開第二實施例的電流傳感器的示意圖的圖示圖7是示出了根據(jù)本公開第三實施例的電流傳感器的示意圖的圖示圖8是示出了根據(jù)本公開第四實施例的電流傳感器的示意圖的圖示圖9是根據(jù)本公開第五實施例的電流傳感器的示意電路圖10是用于解釋根據(jù)第五實施例的電流傳感器中角位移的圖示；
圖11是示出了根據(jù)第五實施例向電流傳感器的存儲部分寫入角位移的過程的流
圖12是示出了根據(jù)本公開第六實施例的電流傳感器的示意圖的圖示；
圖13A是示出了根據(jù)第六實施例，由第一偏置磁體的第一偏置磁場和電流磁場構(gòu)成的第一合成磁場的圖不;圖13B是示出了根據(jù)第六實施例，由第二偏置磁體的第二偏置磁場和電流磁場構(gòu)成的第二合成磁場的圖示；圖14是示出了根據(jù)第六實施例，匯流條中流動的檢測電流和電流傳感器輸出的傳感器信號之間的關(guān)系的圖示；圖15
圖16
圖17
圖18示；
圖19示；
圖19是示出了根據(jù)本公開第十一實施例的電流傳感器磁傳感器的示意圖的圖
圖20是示出了根據(jù)本公開第十二實施例的電流傳感器磁傳感器的磁阻元件的示意截面圖的圖示；圖21是示出了根據(jù)本公開另一實施例，匯流條中流動的檢測電流和電流傳感器輸出的傳感器信號之間的關(guān)系的圖示；以及圖22A是示出了根據(jù)本公開另一實施例，在車輛發(fā)動機處于關(guān)閉狀態(tài)時，匯流條中流動的檢測電流和電流傳感器輸出的傳感器信號之間的關(guān)系的圖示；以及圖22B是示出了根據(jù)本公開另一實施例，在發(fā)動機處于工作狀態(tài)時，匯流條中流動的檢測電流和電流傳感器輸出的傳感器信號之間的關(guān)系的圖示。
具體實施例方式(第一實施例)在下文中將參考圖1到5描述本公開的第一實施例。例如，根據(jù)第一實施例的電流傳感器用于檢測在匯流條中流動的電流(在下文中也稱為檢測電流)，匯流條連接到車載電池等。參考圖1和2，電流傳感器I包括襯底10、磁傳感器20、偏置磁體30、電路芯片40、引線50和模制樹脂60。襯底10具有第一表面IOa和與第一表面IOa相反的第二表面10b。磁傳感器20、偏置磁體30和電路芯片40設(shè)置于襯底10的第一表面IOa上。磁傳感器20的輪廓基本為矩形，包括磁阻元件。偏置磁體30的輪廓基本為矩形，向磁傳感器20施加偏置磁場Bb。電路芯片40利用從磁傳感器20輸出的信號進行計算。在本實施例中，偏置磁體30對應(yīng)于磁場產(chǎn)生兀件，電路芯片40對應(yīng)于信號處理單兀。而且，偏置磁場Bb對應(yīng)于第二磁場。偏置磁體30設(shè)置于襯底10的第一表面IOa上,磁傳感器20設(shè)置于偏置磁體30上。換言之，磁傳感器20隔著偏置磁體30設(shè)置于襯底10的第一表面IOa上。與磁傳感器20與基本矩形偏置磁體30的角相鄰布置的布置相比，這種布置限制了偏置磁場Bb，使其不會部分不均勻地施加到磁傳感器20。亦即，如下文將要詳細描述的，磁傳感器20包括多個磁阻元件。這種布置減少了影響多個磁阻元件的每個的偏置磁場Bb的角度不均勻。利用模制樹脂60密封襯底10、磁傳感器20、偏置磁體30、電路芯片40和引線50并配置為模制1C。引線50通過絲線(未示出)電連接到電路芯片40。引線50與襯底10相對的末端向模制樹脂60外部突出，提供外引線。如圖1所示，將具有上述配置的電流傳感器I附著于匯流條70，以檢測匯流條70中流動的電流。匯流條70對應(yīng)于電流流經(jīng)的電流通路。將電流傳感器I附著于匯流條70，使得偏置磁場Bb的方向平行于匯流條70中流動的電流方向。換言之，將電流傳感器I附著于匯流條70，使得偏置磁場Bb的方向和匯流條70中流動的電流產(chǎn)生的電流磁場Bi的方向彼此垂直。于是，為磁傳感器20施加偏置磁場Bb和電流磁場Bi形成的合成磁場Bs。在圖1中，箭頭Dl表示匯流條70中流動的電流方向。在本實施例中，電流磁場Bi對應(yīng)于第一磁場。接下來，將描述電流傳感器I的電路結(jié)構(gòu)。如圖3所示，磁傳感器20包括第一檢測單元21和第二檢測單元22。第一檢測單元21包括四個磁阻元件21a到21d，被配置成形成電橋電路。第二檢測單元22包括四個磁阻元件22a到22d，被配置成形成電橋電路。圖4是示出了磁阻元件21a的截面圖作為范例的圖示。如圖4所示,磁阻元件21a包括磁化方向固定到預(yù)定方向的釘扎層23,絕緣材料制成的隧道層24以及磁化方向根據(jù)外部磁力而變化的自由層25。堆疊釘扎層23、隧道層24和自由層25，使得隧道層24位于釘扎層23和自由層25之間。盡管未示出，但磁阻元件21a還包括下電極和上電極。在圖4中，釘扎層23的磁化方向由箭頭D2示出。磁阻元件21b到22d具有與磁阻元件21a類似的結(jié)構(gòu)。磁阻元件22a到22d具有與磁阻元件21a類似的結(jié)構(gòu)，但磁阻元件22a到22d的釘扎層23的磁化方向垂直于磁阻元件21a的釘扎層23的磁化方向。換言之，在第一檢測單元21中，磁阻元件21a到21d的釘扎層23的磁化方向彼此平行。此外,第二檢測單元22的每個磁阻元件22a到22d的釘扎層23的磁化方向垂直于第一檢測單元21的每個磁阻元件21a到21d的釘扎層23的磁化方向。在圖3中，實線箭 頭表示每個磁阻元件21a到21d和22a到22d的磁化方向。磁傳感器20設(shè)置于襯底10的第一表面IOa上,使得第一檢測單兀21的磁化方向垂直于偏置磁場Bb，第二檢測單元22的磁化方向平行于偏置磁場Bb。因此，如圖1所示，在將偏置磁場Bb和合成磁場Bs之間界定的角度定義為Θ時，第一檢測單兀21輸出均包含sin0的信號Val、Va2，第二檢測單元22輸出均包含cos Θ的信號Vbl、Vb2。在這里，包含sin0的信號對應(yīng)于包含依據(jù)角度Θ的正弦值的第一信號，包含cos Θ的信號對應(yīng)于包含依據(jù)角度Θ的余弦值的第二信號。電路芯片40包括電源電路41、第一差分放大電路42、第二差分放大電路43和計算電路44。電源電路41包括恒壓電路等。電源電路41連接到第一檢測單元21的磁阻元件21a和磁阻元件21d之間的中點以及第二檢測單元22的磁阻元件22a和磁阻元件22d之間的中點。電源電路41將通過端子45從電源供應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換成恒定電壓Vcc，并將恒定電壓Vcc施加到第一檢測單元21的磁阻元件21a和磁阻元件21d之間的中點以及第二檢測單元22的磁阻元件22a和磁阻元件22d之間的中點。第一檢測單元21的磁阻元件21b和磁阻元件21c之間的中點通過端子46連接到地。而且，第二檢測單元22的磁阻元件22b和磁阻元件22c之間的中點通過端子46連接到地。第一差分放大電路42連接到第一檢測單元21。具體而言，第一差分放大電路42的倒相輸入端子連接到磁阻元件21c和磁阻元件21d之間的中點以在中點接收電壓Val。第一差分放大電路42的非倒相輸入端子連接到磁阻元件21a和磁阻元件21b之間的中點以在中點接收電壓Va2。第一差分放大電路42放大電壓Val和電壓Va2之間的差異并向計算電路44輸出信號Va。在從第一檢測單元21向第一差分放大電路42提供包含sin0的信號作為電壓Val，Va2時，將信號Va表達為以下公式I。[公式I]Va=G (Va2-Val) =G · Vcc · K(t) · sin θ
在公式I中，G表示第一差分放大電路42的放大因數(shù)，Vcc表示施加到第一檢測單元21的電壓，k (t)表示第一檢測單元21的溫度特性。第二差分放大電路43連接到第二檢測單元22。第二差分放大電路43具有與第一差分放大電路42類似的結(jié)構(gòu)。第二差分放大電路43的倒相輸入端子連接到磁阻元件22c和磁阻元件22d之間的中點以在中點接收電壓Vbl。第二差分放大電路43的非倒相輸入端子連接到磁阻元件22a和磁阻元件22b之間的中點以在中點接收電壓Vb2。第二差分放大電路43放大電壓Vbl和電壓Vb2之間的差異并向計算電路44輸出信號Vb。在從第二檢測單元22向第二差分放大電路43提供包含cos 0的信號作為電壓Vbl, Vb2時，將信號Vb表達為以下公式2。[公式2]Vb=G (Vb2-VbI) =G Vcc K(t) cos 0在公式2中，G表示第二差分放大電路43的放大因數(shù)，Vcc表示施加到第二檢測單元22的電壓，k (t)表示第二檢測單元22的溫度特性。由于第一差分放大電路42和第二差分放大電路43具有類似結(jié)構(gòu)，所以在第一差分放大電路42和第二差分放大電路43之間，放大因數(shù)G是相同值。此外，第一檢測單元21的磁阻元件21a到21d和第二檢測單元22的磁阻元件22a到22d除其磁化方向之外，具有類似結(jié)構(gòu)。因此，在第一檢測單元21和第二檢測單元22之間，溫度特性k (t)是相同值。計算電路44利用從第一和第二差分放大電路42、43輸出的信號Va、Vb,根據(jù)偏置磁場Bb和合成磁場Bs之間界定的角度0計算正切值。計算電路44根據(jù)正切值輸出信號，作為來自端子47的傳感器信號。具體而言，計算電路44從第一差分放大電路42接收由公式I表達的信號Va，并從第二差分放大電路43接收由公式2表達的信號Vb。計算電路44通過將信號Va除以信號Vb計算正切值(tan 0 )。計算電路44輸出對應(yīng)于計算結(jié)果的信號，作為傳感器信號。換言之,如圖1所示，通過將電流磁場Bi除以偏置磁場Bb獲得正切值(即tan 0= Bi/Bb)。因此，計算電路44輸出對應(yīng)于Bi/Bb的信號，作為傳感器信號。亦即，偏置磁場Bb是由偏置磁體30提供的，是恒定的。因此，計算電路44輸出與電流磁場Bi成正比的信號作為傳感器信號，其中電流磁場是由匯流條70中流動的檢測電流產(chǎn)生的。因此，傳感器信號是相對于匯流條70中流動的檢測電流線性變化的信號。圖5是示出了匯流條70中流動的檢測電流和傳感器信號之間關(guān)系的曲線圖。偏置磁場Bb和合成磁場Bs之間界定的角度0與匯流條70中流動的檢測電流值成正比地增力口。因此，如圖5中所示，從計算電路44輸出的傳感器信號線性地對應(yīng)于匯流條70中流動的檢測電流。換言之，從計算電路44輸出的傳感器信號與匯流條70中流動的檢測電流具有線性關(guān)系?！?br> 如上所述，計算電路44輸出與正切值對應(yīng)的傳感器信號。在這種情況下，計算電路44可以輸出將預(yù)定偏移增加到作為傳感器信號計算的正切值的值或可以輸出正切值自身作為傳感器信號。在本實施例中，例如，計算電路44直接輸出正切值作為傳感器信號。換言之，對應(yīng)于正切值的傳感器信號表不包含正切值的傳感器信號。如上所述，在根據(jù)本實施例的電流傳感器I中，計算電路44利用從第一和第二檢測單元21、22，通過第一和第二差分放大電路42、43提供的信號Va、Vb，根據(jù)偏置磁場Bb和合成磁場Bs界定的角度0計算正切值，并輸出與正切值對應(yīng)的信號作為傳感器信號。亦即，計算電路44將電流磁場Bi除以偏置磁場Bb (即Bi/Bb)，并輸出與電流磁場Bi成正比的傳感器信號。因此，傳感器信號相對于檢測電流具有線性關(guān)系(比例關(guān)系)。這樣一來，減小了檢測精度隨著檢測電流大小而發(fā)生的變化?？梢蕴峁┥鲜鲭娏鱾鞲衅鱅而無需相對于常規(guī)電流傳感器的額外部分。因此，電流傳感器I的制造成本不會大幅增加。此外，計算電路44將公式I表達的信號Va除以公式2表達的信號Vb。因此，消除了信號Va、Vb中包含的溫度特性。因此，電流傳感器I能夠輸出沒有溫度特性的傳感器信號。(第二實施例)在下文中將描述本公開的第二實施例。在根據(jù)第二實施例的電流傳感器I中，偏置磁體30的形狀與第一實施例不同。第二實施例的電流傳感器I的其他結(jié)構(gòu)將與第一實施例相同，將不再重復(fù)其結(jié)構(gòu)。圖6是示出了根據(jù)第二實施例的電流傳感器I的示意圖的圖示。如圖6所不,偏置磁體30具有第一部分130a和第二部分130b。第一部分130a在預(yù)定方向上延伸，例如平行于匯流條70中流動的檢測電流的方向。第二部分130b從第一部分130a的相對端垂直延伸。換言之，偏置磁體30基本是U形。磁傳感器20設(shè)置于偏置磁體30界定的空間中。換言之，磁傳感器20設(shè)置于偏置磁體30的第二部分130b之間。在這種情況下，沿著從界定北極的第二部分130b之一到界定南極的另一第二部分130b的方向產(chǎn)生偏置磁場Bb。此外,磁傳感器20設(shè)置于第二部分130b之間。在這種結(jié)構(gòu)中，與磁傳感器20與矩形偏置磁體的角相鄰設(shè)置的結(jié)構(gòu)比較，不太可能向磁傳感器20部分不均勻地施加偏置磁場Bb。(第三實施例)在下文中將描述本公開的第三實施例。根據(jù)第三實施例的電流傳感器I具有與第一實施例不同的磁場產(chǎn)生元件。第三實施例的其他結(jié)構(gòu)將與第一實施例相同，將不會重復(fù)其描述。圖7是示出了根據(jù)第三實施例的電流傳感器I的示意圖的圖示。如圖7中所示，電流傳感器I具有襯底10上的鐵芯線圈31取代偏置磁體30。利用模制樹脂60密封鐵芯線圈31。鐵芯線圈31包括鐵芯31a和鐵芯31a周圍纏繞的繞組。鐵芯3Ia包括在一個方向延伸的第一部分31b,以及從第一部分31b的相對末端垂直延伸的第二部分31c。鐵芯31a基本為U形。繞著鐵芯31a的第一部分31b纏繞繞組。繞組電連接到電路芯片40，從電路芯片40向其供應(yīng)預(yù)定電流。亦即,在本實施例中,在向鐵芯線圈31供應(yīng)電流時產(chǎn)生偏置磁場Bb。將偏置磁場Bb施加到磁傳感器20。于是，鐵芯線圈31對應(yīng)于磁場產(chǎn)生元件。在向鐵芯線圈31供應(yīng)電流時，在平行于圖7的左右方向的方向上產(chǎn)生偏置磁場Bb。磁傳感器20設(shè)置于鐵芯線圈31界定的空間中。換言之，磁傳感器20設(shè)置于基本U形的鐵芯31a界定的內(nèi)部空間(間隙)中。在這種情況下，通過向鐵芯線圈31供應(yīng)電流來產(chǎn)生偏置磁場Bb。因此，可以通過改變供應(yīng)給鐵芯線圈31的電流來任意改變偏置磁場Bb的大小。這樣一來，可以靈活地改變檢測靈敏度和檢測范圍，從而改善適用性。鐵芯31a的形狀不限于基本U形。鐵芯31a可以具有僅包括第一部分31b的形狀。在上文中，已經(jīng)描述了通過向鐵芯線圈31供應(yīng)電流來產(chǎn)生偏置磁場Bb的范例。作為另一范例，可以向沒有鐵芯的空氣芯線圈供應(yīng)電流來產(chǎn)生偏置磁場Bb。在這種情況下，由于偏置磁場產(chǎn)生元件不包括鐵芯，可以減小磁場Bb的溫度特性。因此，改善了檢測精確度。而且，在由沒有鐵芯的空氣芯線圈提供磁場產(chǎn)生元件的情況中，磁傳感器20可以設(shè)置于空氣芯線圈內(nèi)部。因此，可以減小電流傳感器I的尺寸。(第四實施例)在下文中將描述本公開的第四實施例。在根據(jù)第四實施例的電流傳感器I中，磁場產(chǎn)生元件具有與第三實施例不同的結(jié)構(gòu)。第四實施例的其他結(jié)構(gòu)將與第三實施例相同，將不會重復(fù)其描述。圖8是示出了根據(jù)第四實施例的電流傳感器I的示意圖的圖示。如圖8所不,偏置磁體30不設(shè)置于襯底10上。相反，電流傳感器I具有線圈32,由模制樹脂60外部纏繞的繞組提供線圈32。線圈32電連接到電路芯片40，從電路芯片40向其供應(yīng)預(yù)定電流。通過向線圈32供應(yīng)電流來產(chǎn)生偏置磁場Bb。將偏置磁場Bb施加到磁傳感器20。亦即，線圈32對應(yīng)于磁場產(chǎn)生元件。在向線圈32供應(yīng)電流時，在平行于圖8的左右方向的方向上產(chǎn)生偏置磁場Bb。利用絕緣構(gòu)件覆蓋線圈32。于是，在將電流傳感器I附著于匯流條70時，線圈32未電連接到匯流條70。在這種情況下，也將實現(xiàn)類似于第三實施例的有利效果。(第五實施例)在下文中將描述本公開的第五實施例。在上述每個實施例中，配置電流傳感器1，使得第一檢測單元21的磁化方向垂直于偏置磁場Bb，第二檢測單元22的磁化方向平行于偏置磁場Bi。此外，將電流傳感器I附著于匯流條70，使得第一檢測單元21的磁化方向平行于電流磁場Bi，第二檢測單元22的磁化方向垂直于電流磁場Bi。不過，有可能磁傳感器20從預(yù)定布置位置未對準(zhǔn)或位移。而且，有可能電流傳感器I與預(yù)定布置位置未對準(zhǔn)或發(fā)生位移。亦即，由于磁傳感器20和偏置磁體30之間的角位移，有可能第一檢測單元21的磁化方向不垂直于偏置磁場Bb，第二檢測單元22的磁化方向不平行于偏置磁場Bb。而且，由于電流傳感器I (磁傳感器20)和匯流條70之間的角位移，有可能第一檢測單元21的磁化方向不平行于電流磁場Bi，第二檢測單元22的磁化方向不垂直于電流磁場Bi。在這種情況下，從第一和第二檢測單元21、22輸出的信號Val、Va2、Vbl、Vb2包含這種角位移造成的分量。因此，如果計算電路44直接輸出通過將信號Va除以信號Vb提供的信號作為傳感器信號，傳感器信號包含由于角位移造成的分量，因此將降低檢測精確度。在根據(jù)本實施例的電流傳感器I中，計算電路44被配置成針對上述每個實施例補償角位移。本實施例的其他結(jié)構(gòu)將與第一實施例相同，將不會重復(fù)其描述。圖9是根據(jù)本實施例的電流傳感器I的不意電路圖。如圖9所示，電路芯片40包括連接到計算電路44的存儲部分48。例如，由EPROM等提供存儲部分48。存儲部分48通過端子49接收磁傳感器20和偏置磁體30之間的角位移以及電流傳感器I (磁傳感器20)和匯流條70之間的角位移，并在其中存儲角位移。存儲部分48對應(yīng)于存儲元件。計算電路44在利用從第一和第二差分放大電路42，43輸出的信號Va、Vb計算傳感器信號時，讀出存儲部分48中存儲的角位移。計算電路44利用角位移進行補償計算并輸出計算結(jié)果作為傳感器信號。在下文中，將描述利用磁傳感器20和偏置磁體30之間的角位移和電流傳感器(磁傳感器20)和匯流條70之間的角位移進行補償計算的運算表達式。圖10是解釋角位移的圖示。在圖10中，Bb表示施加到磁傳感器20的理想偏置磁場；Bi表示施加到磁傳感器20的理想電流磁場；Bs表示由理想偏置磁場Bb和理想電流磁場Bi構(gòu)成的理想合成磁場。而且，Bb’表示實際施加到磁傳感器20的實際偏置磁場；Bi’表示施加到磁傳感器20的實際電流磁場；Bs’表示實際偏置磁場Bb’和實際電流磁場Bi’ 構(gòu)成的實際合成磁場。此外，a表示磁傳感器20和偏置磁體30之間的角位移，即理想偏置磁場Bb和實際偏置磁場Bb’之間界定的角度；P表示磁傳感器20和匯流條70之間的角位移，即理想電流磁場Bi和實際電流磁場Bi’之間界定的角度。此外，0表示理想偏置磁場Bb和理想合成磁場Bs之間界定的角度；0 ’表示理想偏置磁場Bb和實際合成磁場Bs’之間界定的角度。在這里，理想偏置磁場Bb是要平行于第二檢測單元22的磁化方向的偏置磁場。換言之，理想偏置磁場Bb是在磁傳感器20和偏置磁體30之間沒有角位移時施加到磁傳感器20的偏置磁場。亦即，理想偏置磁場Bb和實際偏置磁場Bb’之間界定的角度a對應(yīng)于第二檢測單元22的磁化方向和實際偏置磁場Bb’之間界定的角度。理想電流磁場Bi是平行于第一檢測單元21的磁化方向的電流磁場。換言之，理想電流磁場Bi是在磁傳感器20和匯流條70之間沒有角位移時施加到磁傳感器20的電流磁場。亦即，理想電流磁場Bi和實際電流磁場Bi’之間界定的角度P對應(yīng)于第一檢測單元21的磁化方向和實際電流磁場Bi’之間界定的角度。在本實施例中，理想電流磁場Bi對應(yīng)于理想第一磁場，理想偏置磁場Bb對應(yīng)于理想第二磁場。在理想偏置磁場Bb和實際偏置磁場Bb’之間界定的角度為角度a (在下文中簡稱為角位移a )的情況下，理想電流磁場Bi和實際電流磁場Bi’之間界定的角度是角度3(在下文中簡稱為角度P )，如圖10所示，理想偏置磁場Bb和實際合成磁場Bs’之間界定的角度為角度9’。因此，在計算電路44中通過將信號Va除以信號Vb計算tan 0 ’，并表達為以下公式3。[公式3]
權(quán)利要求
1.一種用于檢測電流通路中流動的電流的電流傳感器，所述電流產(chǎn)生第一磁場，所述電流傳感器包括磁場產(chǎn)生兀件(29, 30, 30a, 30b, 31, 32),產(chǎn)生垂直于所述第一磁場的第二磁場；包括磁阻元件(21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d)的磁傳感器(20)，所述磁阻元件包括釘扎層(23)、隧道層(24)和自由層(25)，所述釘扎層(23)具有固定的磁化方向，所述隧道層由絕緣構(gòu)件提供并設(shè)置于所述釘扎層和所述自由層之間，所述自由層具有磁化方向根據(jù)外部磁場改變的性質(zhì)，所述磁傳感器產(chǎn)生第一信號和第二信號中的至少一個，所述第一信號包含取決于所述第二磁場與所述第一磁場和所述第二磁場構(gòu)成的合成磁場之間界定的角度的正弦值，所述第二信號包含取決于所述第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度的余弦值；以及接收所述第一信號和所述第二信號中的至少一個的信號處理單元(40)，所述信號處理單元包括計算電路(44)，其中所述計算電路利用所述第一信號和所述第二信號中的至少一個，根據(jù)所述第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度計算正切值，并輸出包含所述正切值的傳感器信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中所述磁傳感器(20)包括第一檢測單元(21)和第二檢測單元(22)，所述第一檢測單元和所述第二檢測單元的每個都包括磁阻元件，設(shè)置所述第一檢測單元的磁阻元件和所述第二檢測單元的磁阻元件，使得其釘扎層的磁化方向彼此垂直，所述第一檢測單元的磁阻元件輸出所述第一信號，所述第二檢測單元的磁阻元件輸出所述第二信號，并且所述計算電路通過將所述第一信號除以所述第二信號來計算所述正切值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流傳感器，其中將平行于所述第二檢測單元的釘扎層磁化方向的第二磁場定義為理想第二磁場， 將平行于所述第一檢測單元釘扎層的磁化方向的第一磁場定義為理想第一磁場，其中所述信號處理單元包括存儲部分(48)，所述存儲部分存儲所述理想第二磁場和所述第二磁場之間界定的角度α，以及所述理想第一磁場和所述第一磁場之間界定的角度 β ,其中，將所述理想第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度定義為Θ ’，將把所述第一信號除以所述第二信號獲得的值定義為tan Θ ’，并且其中所述計算電路利用所述存儲部分中存儲的角度α和β并基于如下公式，計算 tan9作為正切值 tan 沒’.cos -sin 遼tan 沒=-tan (9'· sin β + cos β 。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流傳感器，其中將平行于所述第二檢測單元的釘扎層磁化方向的第二磁場定義為理想第二磁場， 其中所述信號處理單元包括存儲部分(48)，所述存儲部分存儲所述理想第二磁場和所述第二磁場之間界定的角度α，其中，將所述理想第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度定義為Θ ’，將把所述第一信號除以所述第二信號獲得的值定義為tan Θ ’，并且其中所述計算電路利用所述存儲部分中存儲的角度α并基于如下公式，計算tan Θ作為正切值tan Θ =tan θ ' · cos a -sin α 0
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流傳感器，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中在所述計算電路從所述磁傳感器接收所述第一信號和所述第二信號之一時，所述計算電路從所述第一信號的正弦值計算余弦值或從所述第二信號的余弦值計算正弦值，并且所述計算電路基于計算的余弦值和正弦值之一以及接收到的第一信號和第二信號之一計算正切值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件包括磁體(30，30a, 30b),并且所述磁傳感器設(shè)置于所述磁體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件包括基本U形的磁體(30)，所述磁體具有第一部分(130a)和從所述第一部分的相對末端垂直延伸的第二部分(130b),并且所述磁傳感器設(shè)置于所述U形磁體的第二部分之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件包括線圈(31，32 )，被配置成在被供以電流時產(chǎn)生所述第二磁場。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件包括薄膜線圈，在被供以電流時產(chǎn)生所述第二磁場，并且所述薄膜線圈設(shè)置于所述磁傳感器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流傳感器，其中配置所述磁場產(chǎn)生元件，使得在預(yù)定時刻改變供應(yīng)給所述線圈的電流值時，改變所述第二磁場的大小。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件包括鐵磁膜(29)，并且所述鐵磁膜設(shè)置于所述磁阻元件的自由層上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁阻元件的釘扎層包括鐵磁膜，并且由所述鐵磁膜提供所述磁場產(chǎn)生元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁傳感器是多個磁傳感器(20)之一，并且配置所述磁傳感器(20)，使得施加到每個磁傳感器(20)的所述第二磁場大小不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流傳感器，其中配置所述磁傳感器(20 )，使得所述磁場產(chǎn)生元件和每個磁傳感器之間的距離不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流傳感器，其中所述磁場產(chǎn)生元件是多個磁場產(chǎn)生元件(30a，30b)之一，每個都產(chǎn)生具有不同大小的第二磁場。
17.根據(jù)權(quán)利要求14中的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁傳感器是兩個磁傳感器，所述計算電路利用從兩個磁傳感器中的每個輸出的第一信號和第二信號中的至少一個計算兩個正切值，所述計算電路向所述正切值之一增加預(yù)定偏移，所述正切值之一是利用從兩個磁傳感器中被施加了比兩個磁傳感器中另一個更小的第二磁場的一個輸出的第一信號和第二信號中的至少一個而計算的，并且所述計算電路比較被增加預(yù)定偏移的正切值和所述兩個正切值中的另一個，并輸出絕對值更小的一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述信號處理單元設(shè)置于電路芯片中，并且所述磁傳感器和所述電路芯片整體密封于模制樹脂中。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁傳感器密封在模制樹脂中，并且所述信號處理單元通過引線電連接到所述磁傳感器，以接收所述第一信號和所述第二信號中的至少一個，所述引線從模制樹脂內(nèi)部延伸到所述模制樹脂外部。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，還包括磁芯(80)，所述磁芯具有帶間隙的圓柱形狀，以圍繞所述電流通路，所述磁芯集中所述第一磁場，并且所述磁傳感器設(shè)置于所述磁芯的間隙中。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的電流傳感器，其中所述磁傳感器包括用于集中所述第一磁場的磁芯(27 )。
22.—種附著結(jié)構(gòu)，包括電流通過其流動的電流通路，所述電流產(chǎn)生第一磁場；以及電流傳感器，用于檢測所述電流通路的電流，所述電流傳感器包括磁場產(chǎn)生兀件(29, 30, 30a, 30b, 31, 32),產(chǎn)生垂直于所述第一磁場的第二磁場；包括磁阻元件(21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d)的磁傳感器(20)，所述磁阻元件包括釘扎層(23)，隧道層(24)和自由層(25)，所述釘扎層(23)具有固定的磁化方向，所述隧道層由絕緣構(gòu)件提供并設(shè)置于所述釘扎層和所述自由層之間，所述自由層具有磁化方向根據(jù)外部磁場改變的性質(zhì)，所述磁傳感器產(chǎn)生第一信號和第二信號中的至少一個，所述第一信號包含取決于所述第二磁場與所述第一磁場和所述第二磁場構(gòu)成的合成磁場之間界定的角度的正弦值，所述第二信號包含取決于所述第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度的余弦值；以及 接收所述第一信號和所述第二信號中的至少一個的信號處理單元(40)，所述信號處理單元包括計算電路(44)，其中所述計算電路利用所述第一信號和所述第二信號中的至少一個，根據(jù)所述第二磁場和所述合成磁場之間界定的角度計算正切值，并輸出包含所述正切值的傳感器信號，其中所述電流傳感器附著于所述電流通路，使得所述第二磁場的方向平行于所述電流通路中流動的電流方向。
全文摘要
在一種用于檢測電流通路中流動的電流的電流傳感器中，磁場產(chǎn)生元件產(chǎn)生垂直于第一磁場的第二磁場，第一磁場由電流通路中的電流產(chǎn)生，磁傳感器產(chǎn)生第一信號和第二信號中的至少一個，第一信號包含取決于第二磁場與由第一磁場和第二磁場構(gòu)成的合成磁場之間界定的角度的正弦值，第二信號包含取決于該角度的余弦值。信號處理單元包括計算電路，計算電路利用第一信號和第二信號中的至少一個計算正切值并輸出包含正切值的傳感器信號。
文檔編號G01R19/00GK103018522SQ20121035048
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者野村江介, 車戶紀博 申請人:株式會社電裝