CN103238079B - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种维持高精度的电流测量、缓和了安装精度的电流传感器。具备由被串联连接的多个磁传感器单元(11a～11h)构成的磁传感器模块，磁传感器单元具有灵敏度轴相互为逆向的第1磁传感器元件(12a)和第2磁传感器元件(12b)，第1磁传感器单元的第1端(12aa)连接第1电位源，第1磁传感器单元的第3端(12ba)连接第2电位源，最终磁传感器单元的第2端(12ab)和第4端(12bb)被连接而成为传感器输出端，除第1磁传感器单元(11a)之外的磁传感器单元(11b～11h)的第1端与相邻的磁传感器单元的第2端连接，第3端与相邻的磁传感器单元的第4端连接，多个第1磁传感器元件的灵敏度轴和多个第2磁传感器元件的灵敏度轴沿着同心圆配置。

Description

电流传感器
技术领域
本发明涉及能以非接触的方式测量被测量电流的电流传感器(sensor)。
背景技术
在电动汽车或混合动力汽车(hybrid car)中的电动机(motor)驱动技术等领域之中，由于处理较大的电流，因此面向这种用途而要求能以非接触的方式测量大电流的电流传感器。而且，作为这种电流传感器，提出一种通过磁传感器来检测因被测量电流而产生的磁场的变化的方式。例如，在专利文献1中公开了一种作为磁传感器用的元件而使用了磁阻元件的电流传感器。
-在先技术文献-
-专利文献-
专利文献1：日本特开2002-156390号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
然而，在上述这种非接触型电流传感器中，由于通过磁传感器来检测因被测量电流而产生的磁场的变化，因此相对于被测量电流所流通的电流线而言磁传感器的安装位置只要稍有偏移，就会产生大的测量误差。为此，相对于被测量电流所流通的电流线，要求以高的安装精度来配置包括磁传感器在内的电流传感器。
但是，如果提高相对于电流线的电流传感器的安装精度，则电流传感器安装容易度会下降。因而，在非接触型电流传感器中，难以在确保安装容易度的同时将电流测量精度保持得较高。
本发明正是鉴于上述点而完成的，其目的在于提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
-用于解决技术间题的技术方案-
本发明的电流传感器，其特征在于，具备磁传感器模块(module)，所述磁传感器模块由被串联连接的多个磁传感器单元(unit)构成，所述磁传感器单元具有：灵敏度轴相互为逆向的第1磁传感器元件和第2磁传感器元件、与所述第1磁传感器元件的一端连接的第1端、与所述第1磁传感器元件的另一端连接的第2端、与所述第2磁传感器元件的一端连接的第3端、和与第2磁传感器元件的另一端连接的第4端，第1磁传感器单元的所述第1端连接第1电位源，所述第1磁传感器单元的所述第3端连接第2电位源，最终磁传感器单元的所述第2端和所述第4端被连接而成为传感器输出端，除第1磁传感器单元之外的所述磁传感器单元的所述第1端与相邻的磁传感器单元的所述第2端连接，除第1磁传感器单元之外的所述磁传感器单元的所述第3端与相邻的磁传感器单元的所述第4端连接，多个所述第1磁传感器元件的所述灵敏度轴和多个所述第2磁传感器元件的所述灵敏度轴沿着同心圆配置。
根据该构成，由于磁传感器元件的灵敏度轴沿着同心圆配置，因此能够在电流测量时包围被测量电流所流通的电流线的周围地检测感应磁场，并使用该测量值来算出电流值。在这种构成中，可以通过其他磁传感器单元来消除(cancel)由相对于电流线的位置偏移而在一个磁传感器单元中表现出的影响。因而，纵使向电流线的电流传感器的安装精度不变高，也可进行高精度的电流测量。也就是说，能够提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
在本发明的电流传感器中，也可具备一个所述磁传感器模块，该所述磁传感器模块具有从所述同心圆的中心起等角度间隔地配置的所述多个磁传感器单元。此外，所述磁传感器模块也可包括4个以上的磁传感器单元。此外，所述磁传感器模块也可包括偶数个磁传感器单元。根据这些构成，能够更适当地消除由相对于电流线的位置偏移而带来的影响，能够维持更高的电流测量精度。
在本发明的电流传感器中，也可具备多个所述磁传感器模块，每一个所述磁传感器模块具有从所述同心圆的中心起等角度间隔地配置的所述多个磁传感器单元。此外，所述多个磁传感器模块也可合计包括4个以上的磁传感器单元。此外，所述多个磁传感器模块也可合计包括偶数个磁传感器单元。根据这些构成，能够更适当地消除由相对于电流线的位置偏移而带来的影响，能够维持更高的电流测量精度。
在本发明的电流传感器中，所述多个磁传感器单元也可被配置在同一圆上。根据该构成，磁传感器单元的配置整齐而能够充分地消除由相对于电流线的位置偏移而带来的影响，能够获得更高的电流测量精度。
本发明的电流传感器也可在所述磁传感器单元中使得第1磁传感器元件和第2磁传感器元件的灵敏度的绝对值大致相等。此外，所述磁传感器单元也可包括被设置在同一基板的第1磁传感器元件和第2磁传感器元件，从而由一个芯片(chip)构成。根据该构成，由于能够减低同一磁传感器单元内的第1磁传感器元件以及第2磁传感器元件的灵敏度偏差，因此能够获得更高的电流测量精度。
在本发明的电流传感器中，作为所述第1磁传感器元件以及所述第2磁传感器元件也可使用GMR元件。
在本发明的电流传感器中，也可在所述同心圆的中心配置被测量电流所流通的电流线。
-发明效果-
在本发明的电流传感器中，由于具备多个磁传感器单元且每一个磁传感器单元具有灵敏度轴沿着同心圆配置的第1磁传感器元件以及第2磁传感器元件，因此能够在电流测量时包围被测量电流所流通的电流线的周围地检测感应磁场，并使用该测量值来算出电流值。在这种构成中，可以通过沿着同心圆配置的其他磁传感器单元来消除由相对于电流线的位置偏移而在一个磁传感器单元中表现出的影响。因而，纵使向电流线的电流传感器的安装精度不变高，也可进行高精度的电流测量。也就是说，能够提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
附图说明
图1是对实施方式1所涉及的电流传感器的构成例进行表示的示意图。
图2是表示实施方式1所涉及的磁传感器单元的构成例的示意图。
图3是用于对实施方式1所涉及的磁阻效应元件的制造方法进行说明的图。
图4是用于对实施方式1所涉及的磁阻效应元件的制造方法进行说明的图。
图5是表示电流传感器与电流线之间的位置关系的示意图。
图6A是表示位置偏移量与各磁传感器单元所接受的磁通密度之间的关系的图表(graph)。图6B是表示位置偏移量与各磁传感器单元所接受的磁通密度的总和之间的关系的图表。
图7A～图7D是使磁传感器单元数不同的电流传感器的示意图。图7E是表示通过计算机仿真(simulation)所求出的电流线位置偏移量与电流传感器的输出变动率之间的关系的图表。
图8是表示在施加了固定的外部磁场的条件与没有施加外部磁场的条件下，通过计算机仿真所求出的电流线位置偏移量与电流传感器的输出变动率之间的关系的图表。
图9A是表示在与电流传感器接近的位置处配置了其他电流线的状态的示意图。图9B～D是使磁传感器单元数以及配置不同的电流传感器的示意图。
图10A、B是表示各磁传感器单元的灵敏度偏差所带来的影响的图表。图10C、D是表示各磁传感器单元的角度偏差所带来的影响的图表。
图11是对实施方式2所涉及的电流传感器的构成例进行表示的示意图。
图12是对实施方式2所涉及的电流传感器的构成例进行表示的功能框图。
图13是对实施方式2所涉及的电流传感器的变形例进行表示的示意图。
图14是对实施方式2所涉及的电流传感器的变形例进行表示的示意图以及功能框图。
具体实施方式
在以非接触的方式测量电流的电流传感器中，如果电流线与电流传感器之间的位置关系稍有偏移，则会产生大的测量误差。其原因在于，电流传感器内的磁传感器元件所接受的磁场的强度是将与作为磁场的源的被测量电流相距的距离作为参数(parameter)来决定的。如果磁传感器元件与被测量电流之间的距离变小则磁场变强，电流传感器的测量值在“+”方向上偏移。如果磁传感器元件与被测量电流之间的距离变大则磁场变弱，电流传感器的测量值在“-”方向上偏移。
本发明者们关注于该点，认为通过将电流传感器构成为能够在被测量电流的周围使由感应磁场而产生的磁传感器元件的特性变动相加，从而能够消除+方向的影响和-方向的影响并减低位置偏移的影响，能够维持高的电流测量精度。即、本发明的主旨在于，通过沿着同心圆配置多个磁传感器元件，以使包围被测量电流所流通的电流线被配置的轴，从而在维持高的电流测量精度的同时减低位置偏移的影响，缓和相对于电流传感器的安装精度的要求。以下，参照附图对实施方式进行详细地说明。
(实施方式1)
在本实施方式中，针对由包括多个磁传感器单元的一个磁传感器模块而构成的电流传感器进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的电流传感器的俯视的示意图。图1所示的电流传感器1由包括在相当于俯视情况下的正八边形的顶点的位置处配置的磁传感器单元11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h在内的一个磁传感器模块而构成。另外，在图1中，针对在相当于正八边形的顶点的8处配置了8个磁传感器单元的构成、即8个磁传感器单元沿着同心圆配置的构成进行表示，但是电流传感器的构成并不限于此。磁传感器单元的数量只要为多个即可。此外，磁传感器单元只要配置成至少包围俯视情况下的一点(一轴、中心)即可。例如，磁传感器单元也可配置在俯视情况下的多边形(不限于正多边形)的顶点上或圆周上。
在电流传感器1中，被测量电流所流通的电流线(未图示)，在俯视情况下与各磁传感器单元11a～11h相距大致等距离处的点A(轴A)附近，被配置在附图纵深方向上。换言之，各磁传感器单元11a～11h在投影到与被测量电流所流通的方向(电流线延伸的方向)垂直的平面上的情况下，被配置在相当于与点A(轴A)相距大致等距离的正八边形的顶点的位置。点A在俯视情况下相当于配置各磁传感器单元11a～11h的同心圆的中心。另外，电流线的位置并不限于此。在本实施方式所涉及的电流传感器1中，相对于电流线与电流传感器1(或各磁传感器单元11a～11h)之间的相对位置关系的要求被缓和。换言之，电流线与电流传感器1(或各磁传感器单元11a～11h)之间的位置关系相关的制约变小，配置的自由度提高。因而，电流线也可配置在从点A(轴A)偏移的位置。其中，为了获得减低位置偏移的影响这一效果，期望电流线在俯视情况下被配置在由各磁传感器单元11a～11h包围的区域。
与各磁传感器单元11a～11h的附图纵深方向(被测量电流所流通的方向、电流线延伸的方向)相关的配置是任意的。如果在与被测量电流所流通的方向垂直的平面上具有上述的位置关系，则能够补偿位置偏移的影响。即、各磁传感器单元11a～11h并不限于被配置在同一平面内。例如，各磁传感器单元11a～11h也可配置成以电流线作为中心轴的螺旋状。以下，在没有特别提及的情况下，各构成要素的配置设为投影到与被测量电流所流通的方向垂直的平面上的俯视图相应的配置。
各磁传感器单元11a～11h分别具有灵敏度轴相互为逆向的磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a以及磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b。作为磁传感器元件，例如能够举出磁阻效应元件或霍尔元件等，但是尤其期望适用GMR(Giant Magneto Resistance：巨磁阻)元件等磁阻效应元件。
在此，磁传感器元件12a的灵敏度轴朝向沿着同心圆逆时针旋转的方向。此外，磁传感器元件12b的灵敏度轴朝向沿着同心圆顺时针旋转的方向。这样，为了高效地检测被测量电流，期望磁传感器元件12a以及12b的灵敏度轴朝向与被测量电流所引起的感应磁场平行的方向。也就是说，期望磁传感器元件12a以及12b的灵敏度轴朝向由各磁传感器单元11a～11h形成的圆周的切线方向。其中，磁传感器元件12a以及12b的灵敏度轴的朝向并不限于此。只要磁传感器元件12a以及12b的灵敏度轴不朝向与被测量电流所引起的感应磁场垂直的方向，就能检测被测量电流。
在电流传感器1中，磁传感器单元(第1磁传感器单元)11a中的磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a的第1端(未图示)与磁传感器单元11a的端子12aa(第1端)连接，且在端子12aa连接着提供电源电位Vdd(第1电位)的电位源。此外，磁传感器单元11a中的磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b的第1端(未图示)与磁传感器单元11a的端子12ba(第3端)连接，且在端子12ba连接着提供接地电位GND(第2电位)的电位源。此外，与磁传感器单元11a相邻的磁传感器单元(最终磁传感器单元)11h中的磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a的第2端(未图示)与磁传感器单元11h的端子12ab(第2端)连接，且磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b的第2端(未图示)与磁传感器单元11h的端子12bb(第4端)连接。而且，磁传感器单元11h的端子12ab和端子12bb被电连接，从而构成了输出传感器输出Out的输出端子。
此外，在电流传感器1中，灵敏度轴方向成为逆时针旋转的方向的所有磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a被串联连接。此外，灵敏度轴方向成为顺时针旋转的所有磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b被串联连接。更为具体而言，任意的磁传感器单元中的端子12aa(磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a的第1端)、和与之相邻的磁传感器单元中的端子12ab(磁传感器元件(第1磁传感器元件)12a的第2端)被电连接。此外，任意的磁传感器单元中的端子12ba(磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b的第1端)、和与之相邻的磁传感器单元中的端子12bb(磁传感器元件(第2磁传感器元件)12b的第2端)被电连接。其中，连接电位源的端子、构成输出端子的端子从上述的连接关系之中排除。
即、磁传感器单元11a中的磁传感器元件12a的第1端(相当于端子12aa)、和磁传感器单元11a中的磁传感器元件12b的第1端(相当于端子12ba)经由其他磁传感器单元而被电连接，从而构成了闭合电路。该闭合电路是所谓的半桥(half bridge)电路。由于该半桥电路能够将反映出各磁传感器元件的电压降的电位作为传感器输出Out进行输出，因此能够获得反映出感应磁场所引起的各磁传感器元件的特性变动的传感器输出Out。因而，可以根据传感器输出Out来算出被测量电流的电流值。
另外，在作为磁传感器元件12a以及磁传感器元件12b而使用磁阻效应元件的情况下，如图2所示，期望在各磁传感器单元11a～11h中，被用作磁传感器元件12a以及磁传感器元件12b的磁阻效应元件31a以及磁阻效应元件31b被设置在同一基板，并由一个芯片构成。通过将磁阻效应元件31a以及磁阻效应元件31b设置在同一基板，从而能够抑制磁阻效应元件31a与磁阻效应元件31b之间的偏差(灵敏度的偏差等)，提高电流测量精度。另外，如图2所示，磁阻效应元件31a以及磁阻效应元件31b的平面形状成为蜿蜒(meander)形状。
图3以及图4是用于对被用作磁传感器元件12a以及磁传感器元件12b的灵敏度轴为逆向的(相差180°)磁阻效应元件的制造方法进行说明的剖面示意图。首先，在图3A所示的基板41上依次形成种子(seed)层42a、第1强磁性膜43a、反平行耦合膜44a、第2强磁性膜45a、非磁性中间层46a、软磁性自由层(自由(free)磁性层)47a、48a、以及保护层49a。在第1强磁性膜43a以及第2强磁性膜45a的成膜中，在磁阻效应元件中的蜿蜒形状的条纹(stripe)宽度方向上施加磁场。在图3中，关于第1强磁性膜43a而言，所施加的磁场的方向为从纸面里侧朝向跟前侧的方向，关于第2强磁性膜45a而言，所施加的磁场的方向为从纸面跟前侧朝向里侧的方向。此外，在软磁性自由层(自由磁性层)47a、48a的成膜中，在磁阻效应元件中的蜿蜒形状的条纹纵长方向上施加磁场。
其次，如图3B所示，在保护层49a上堆积抗蚀剂(resist)材料，利用照相平版印刷法(photolithography)以及蚀刻(etching)，在一方的形成有磁阻效应元件的区域上形成抗蚀剂层51。其次，如图3C所示，利用离子铣削(ion milling)等方法，去除所露出的层叠膜，以使另一方的形成有磁阻效应元件的区域的基板41露出。
其次，如图4A所示，在已露出的基板41上依次形成种子层42b、第1强磁性膜43b、反平行耦合膜44b、第2强磁性膜45b、非磁性中间层46b、软磁性自由层(自由磁性层)47b、48b、以及保护层49b。在第1强磁性膜43b以及第2强磁性膜45b的成膜中，在磁阻效应元件中的蜿蜒形状的条纹宽度方向上施加磁场。在图4中，关于第1强磁性膜43b而言，所施加的磁场的方向为从纸面跟前侧朝向里侧的方向，关于第2强磁性膜45b而言，所施加的磁场的方向为从纸面里侧朝向跟前侧的方向。此外，在软磁性自由层(自由磁性层)47b、48b的成膜中，在磁阻效应元件中的蜿蜒形状的条纹纵长方向上施加磁场。
其次，如图4B所示，在保护层49a、49b上堆积抗蚀剂材料，利用照相平版印刷法以及蚀刻，在磁阻效应元件的形成区域上形成抗蚀剂层52。其次，如图4C所示，利用离子铣削等方法，去除所露出的层叠膜，以形成磁阻效应元件31a、31b。
根据上述的制造方法，在两个磁阻效应元件31a、31b中，因为自栓销(selfpinned)固定型的强磁性固定层的磁化方向成为逆向(相差180°的方向)，所以能够抑制两个磁阻效应元件31a、31b的特性偏差。因而，通过将这种磁阻效应元件31a、31b用作磁传感器元件12a、12b，从而能够提高电流测量精度。
图5是表示在本实施方式中的电流传感器1之中发生相对于电流线2的安装位置偏移的样态的示意图。在此，考虑如图5所示那样，将与电流传感器1的各磁传感器单元11a～11h相距相等距离处的点(相当于图1的点A)作为电流线2的基准位置，使电流线2在磁传感器单元11c的方向(图中箭头的方向)上移动(位置偏移)。此时，与电流线2的基准位置相距的位置偏移量(mm)、与各磁传感器单元11a～11h所接受的磁通密度(mT)之间的关系如图6A所示。即、各磁传感器单元11a～11h所接受的磁通密度随着电流线位置偏移量而变化较大。另外，电流传感器1的各磁传感器单元11a～11h已配置在与电流线2的基准位置(图1的点A)相距10mm的位置。
另一方面，各磁传感器单元11a～11h所接受的磁通密度的总和(合计值)如图6B所示那样。此时，各磁传感器单元11a～11h所接受的磁通密度的总和几乎不受到电流线2的位置偏移的影响。这表示：通过包围电流线地配置多个磁传感器单元来构成电桥(bridge)电路以使检测多个磁传感器单元的特性变化的总和，从而能够充分地减低电流线的位置偏移的影响。
在本实施方式中的电流传感器1中，如上所述，由于构成电桥电路以使检测多个磁传感器单元的特性变化的总和，从而能够将电流测量精度维持得较高，并且能够缓和向被测量电流所流通的电流线的安装精度。
另外，为了充分地减低电流线的位置偏移的影响，期望各磁传感器单元被配置在各磁传感器单元所接受的磁通密度以与电流线相距的距离的一次函数进行近似表现的区域。在这种区域中，通过夹持轴A(中心轴)而面对面的磁传感器单元的特性变动，能够适当地消除因位置偏移引起所产生的磁传感器单元的特性变动。此外，为了充分地消除位置偏移的影响，期望使用三个以上的磁传感器单元。其原因在于，在两个磁传感器单元中有可能无法补偿与连结两个磁传感器单元的线垂直的方向上的位置偏移。此外，期望磁传感器单元相对于电流传感器1的轴A(中心轴)而均等地配置。通过采用这种配置，从而能够充分缓和位置偏移的影响。尤其是，期望配置偶数个磁传感器单元，以使磁传感器单元相对于电流传感器1的轴A(中心轴)相对置。通过这样配置多个磁传感器单元，从而能够进一步缓和位置偏移的影响。另外，磁传感器单元的个数并不限定于偶数。
此外，期望各磁传感器单元被配置成任意的磁传感器单元与电流传感器1的轴A之间的间隔成为大致固定。由此，适当地缓和了面对面的磁传感器单元所引起的位置偏移。其中，在严格意义上，没有必要为固定的间隔。从同样的观点出发，期望多个磁传感器单元被配置成大致正多边形状、或大致同心圆状。其中，在严格意义上，没有必要为正多边形状、同心圆状。此外，期望多个磁传感器单元相互被配置成大致等间隔。
图7A～图7D是使磁传感器单元数不同时的电流传感器1的示意图。在图7A所示的电流传感器1中，2个磁传感器单元夹持电流线2地配置。此外，在图7B所示的电流传感器1中，4个磁传感器单元相对于电流线2而被配置成大致点对称。此外，在图7C所示的电流传感器1中，6个磁传感器单元相对于电流线2而被配置成大致点对称。此外，在图7D所示的电流传感器1中，8个磁传感器单元相对于电流线2而被配置成大致点对称。
图7E是按图7A～图7D所示的每一个电流传感器1而示出通过计算机仿真所求出的电流线位置偏移量(mm)与电流传感器1的输出变动率(％)之间的关系的图表。由图7E可知，如果电流传感器1内的磁传感器单元数增加，则即便电流线位置偏移量变大，也能抑制传感器输出的变动。由该仿真结果可知，磁传感器单元数设为4以上是有效的。
图8是表示在施加了固定的外部磁场的条件和没有施加外部磁场的条件下，通过计算机仿真所求出的电流线位置偏移量(mm)与电流传感器1的输出变动率(％)之间的关系的图表。另外，在电流传感器1中，磁传感器单元数设为8。由图8可知，电流传感器1没有受到固定的外部磁场的影响。其原因在于，通过磁传感器单元内的灵敏度轴为逆向的一对磁传感器元件、和多个磁传感器单元，能够消除外部磁场的影响。这样，本实施方式的电流传感器1即便在减低外部磁场的影响以提高电流测量精度的方面也是有效的。另外，为了充分地消除外部磁场的影响，期望磁传感器单元内的两个磁传感器元件的灵敏度的绝对值大致相等。
如图9A的示意图所示，在与电流传感器1(以及电流线2)接近的位置处配置了其他电流线3的状态下，通过计算机仿真求出在电流线3中流通规定的电流时的电流传感器1的电流测量精度。在此，将电流线2-电流线3之间的距离d作为参数，关于磁传感器单元的数量以及配置不同的电流传感器1进行了计算机仿真。在以下的表中示出该仿真结果。另外，在表中，“4传感器A”表示如图9B所示那样电流传感器1由4个磁传感器单元构成的情况下的仿真结果，“4传感器B”表示如图9C所示那样电流传感器1由4个磁传感器单元构成的另一情况下的仿真结果，“8传感器”表示如图9D所示那样电流传感器1由8个磁传感器单元构成的情况下的仿真结果。
[表1]
在图9A所示那样的状态下，通常流通电流线3的电流线的影响成为较大问题。另一方面，在本实施方式中的电流传感器1中，虽然由磁传感器单元的数量、配置会存在程度上的差异，但是却能减低相邻的电流线3的影响。其原因在于，通过磁传感器单元内的灵敏度轴为逆向的一对磁传感器元件、和多个磁传感器单元，能够消除来自电流线3的影响。另外，由上述表可知那样，通过将磁传感器单元的数量设得较多，从而可以进一步减低相邻的电流线3的影响。
图10是表示在电流测量中通过计算机仿真求出各传感器单元的灵敏度偏差、角度偏差所带来的影响的结果的图表。图10A、图10B表示各磁传感器单元的灵敏度偏差为0％、1％、3％、5％的各情况下的、电流线位置偏移量(mm)与电流传感器1的输出变动率(％)之间的关系。在此，图10A是磁传感器单元为8个的情况下的仿真结果，图10B是磁传感器单元为4个的情况下的仿真结果。图10C、图10D表示各传感器单元的角度偏差为0度、1度、5度、7度的各情况下的、电流线位置偏移量(mm)与电流传感器1的输出变动率(％)之间的关系。在此，图10C是磁传感器单元为8个的情况下的仿真结果，图10D是磁传感器单元为4个的情况下的仿真结果。
由图10所示的结果可知，各磁传感器单元的灵敏度偏差以及角度偏差越小则可以越减小输出变动率，从而能够提高电流测量精度。在理想情况下，期望各传感器单元的灵敏度(灵敏度的绝对值)相等，期望不存在各传感器单元的角度偏差。另外，增多磁传感器单元的数量即便在灵敏度偏差、角度偏差的影响缓和这方面上也是有效的。
如上所述，在本实施方式的电流传感器中，由于配置有多个磁传感器单元以使在电流测量时包围被测量电流所流通的电流线被配置的轴的周围，因此能够在整个电流线的周围检测感应磁场，并根据其总和来算出电流值。在这种构成中，可以通过配置在轴的周围的其他磁传感器单元来消除由相对于电流线的位置偏移而在一个磁传感器单元中表现出的影响。因而，纵使向电流线的电流传感器的安装精度不变高，也可进行高精度的电流测量。也就是说，能够提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
本实施方式所涉及的构成能够与其他实施方式所涉及的构成适当地组合起来进行实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，针对由包括多个磁传感器单元的多个磁传感器模块而构成的电流传感器进行说明。另外，关于与实施方式1等同的构成，省略详细说明。
图11是表示本实施方式所涉及的电流传感器的俯视情况的示意图。图11所示的电流传感器4由包括在相当于俯视情况下的正八边形的顶点的位置处配置的磁传感器单元41a、41b、41c、41d在内的磁传感器模块4a、和包括磁传感器单元41e、41f、41g、41h在内的磁传感器模块4b而构成。另外，在图11中，针对在相当于正八边形的顶点的8处配置了合计8个的磁传感器单元的构成、即8个磁传感器单元沿着同心圆配置的构成进行表示，但是电流传感器的构成并不限于此。电流传感器中包含的磁传感器单元的数量只要为多个即可。此外，磁传感器单元只要配置成至少包围俯视情况下的一点(一轴、中心)即可。例如，磁传感器单元也可配置在俯视情况下的多边形(不限于正多边形)的顶点上或圆周上。
在电流传感器4中，被测量电流所流通的电流线(未图示)，在俯视情况下与各磁传感器单元41a～41h相距大致等距离处的点A(轴A)附近，被配置在附图纵深方向上。换言之，各磁传感器单元41a～41h在投影到与被测量电流所流通的方向(电流线延伸的方向)垂直的平面上的情况下，被配置在相当于与点A(轴A)相距大致等距离的正八边形的顶点的位置。点A在俯视情况下相当于与配置各磁传感器单元41a～41h的同心圆的中心。另外，电流线的位置并不限于此。在本实施方式所涉及的电流传感器4中，相对于电流线与电流传感器4之间的相对位置关系的要求被缓和。换言之，电流线与电流传感器4之间的位置关系相关的制约变小，配置的自由度提高。因而，电流线也可配置在从点A(轴A)偏移的位置。其中，为了获得减低位置偏移的影响这一效果，期望电流线在俯视情况下被配置在由各磁传感器单元41a～41h包围的区域。
与各磁传感器单元41a～41h的附图纵深方向相关的配置是任意的。如果在被测量电流所流通的方向垂直的平面上具有上述的位置关系，则能够补偿位置偏移的影响。即、各磁传感器单元41a～41h并不限于被配置在同一平面内。例如，各磁传感器单元41a～41h也可配置成以电流线作为中心轴的螺旋状。以下，在没有特别提及的情况下，各构成要素的配置设为投影到与被测量电流所流通的方向垂直的平面上的俯视情况相应的配置。
各磁传感器单元41a～41h的构成与实施方式1所涉及的磁传感器单元的构成相同。即、各磁传感器单元41a～41h分别具有灵敏度轴相互为逆向的磁传感器元件(第1磁传感器元件)42a以及磁传感器元件(第2磁传感器元件)42b。磁传感器元件的构成与实施方式1相同。
在电流传感器4的磁传感器模块4a中，磁传感器元件42a的灵敏度轴朝向沿着同心圆顺时针旋转的方向。此外，磁传感器元件42b的灵敏度轴朝向沿着同心圆逆时针旋转的方向。其中，磁传感器模块4a中的磁传感器元件42a以及42b的灵敏度轴的朝向并不限定于此。
在磁传感器模块4a中，磁传感器单元(第1磁传感器单元)41a中的磁传感器元件42a的第1端(未图示)与磁传感器单元41a的端子42aa连接，且在端子42aa连接着提供接地电位GND的电位源。此外，磁传感器单元41a中的磁传感器元件42b的第1端(未图示)与磁传感器单元41a的端子42ba连接，且在端子42ba连接着提供电源电位Vdd的电位源。此外，磁传感器单元(最终磁传感器单元)41d中的磁传感器元件42a的第2端(未图示)与磁传感器单元41d的端子42ab连接，且磁传感器元件42b的第2端(未图示)与磁传感器单元41d的端子42bb连接。而且，磁传感器单元41d的端子42ab与端子42bb被电连接，从而构成了输出传感器输出Out1的输出端子。
此外，在磁传感器模块4a中，灵敏度轴方向成为顺时针旋转的方向的所有磁传感器元件42a被串联连接。此外，灵敏度轴方向成为逆时针旋转的所有磁传感器元件42b被串联连接。更为具体而言，任意的磁传感器单元中的端子42aa、和与之相邻的磁传感器单元中的端子42ab被电连接。此外，任意的磁传感器单元中的端子42ba、和与之相邻的磁传感器单元中的端子42bb被电连接。其中，连接电位源的端子、构成输出端子的端子从上述的连接关系之中排除。
即、在磁传感器模块4a中，磁传感器单元41a中的磁传感器元件42a的第1端(相当于端子42aa)、和磁传感器单元41a中的磁传感器元件42b的第1端(相当于端子42ba)经由其他磁传感器单元而被电连接，从而构成了闭合电路。该闭合电路是所谓的半桥电路。由于该半桥电路能够将反映出各磁传感器元件的电压降的电位作为传感器输出Out1进行输出，因此能够获得反映出感应磁场所引起的各磁传感器元件的特性变动的传感器输出Out1。
在电流传感器4的磁传感器模块4b中，磁传感器元件42a的灵敏度轴朝向沿着同心圆顺时针旋转的方向。此外，磁传感器元件42b的灵敏度轴朝向沿着同心圆逆时针旋转的方向。也就是说，磁传感器模块4a的磁传感器元件42a的灵敏度轴和磁传感器模块4b的磁传感器元件42a的灵敏度轴成为相同的朝向。磁传感器模块4a的磁传感器元件42b的灵敏度轴和磁传感器模块4b的磁传感器元件42b的灵敏度轴成为相同的朝向。这样，通过使磁传感器元件的灵敏度轴一致，从而能够防止在各磁传感器模块所接受的感应磁场的磁通密度中产生差异。此外，由于磁传感器单元的封装构成仅为一个种类即可，因此能够抑制制造成本(cost)。其中，磁传感器元件42a以及42b的灵敏度轴的朝向并不限定于此。
在磁传感器模块4b中，磁传感器单元(第1磁传感器单元)41e中的磁传感器元件42a的第1端(未图示)与磁传感器单元41e的端子42aa连接，且在端子42aa连接着提供电源电位Vdd的电位源。此外，磁传感器单元41e中的磁传感器元件42b的第1端(未图示)与磁传感器单元41e的端子42ba连接，且在端子42ba连接着提供接地电位GND的电位源。此外，磁传感器单元(最终磁传感器单元)41h中的磁传感器元件42a的第2端(未图示)与磁传感器单元41h的端子42ab连接，且磁传感器元件42b的第2端(未图示)与磁传感器单元41h的端子42bb连接。而且，磁传感器单元41h的端子42ab和端子42bb被电连接，从而构成了输出传感器输出Out2的输出端子。
此外，在磁传感器模块4b中，灵敏度轴方向成为顺时针旋转的方向的所有磁传感器元件42a被串联连接。此外，灵敏度轴方向成为逆时针旋转的所有磁传感器元件42b被串联连接。更为具体而言，任意的磁传感器单元中的端子42aa、和与之相邻的磁传感器单元中的端子42ab被电连接。此外，任意的磁传感器单元中的端子42ba、和与之相邻的磁传感器单元中的端子42bb被电连接。其中，连接电位源的端子、构成输出端子的端子从上述的连接关系之中排除。
即、在磁传感器模块4b中，磁传感器单元41e中的磁传感器元件42a的第1端(相当于端子42aa)、和磁传感器单元41e中的磁传感器元件42b的第1端(相当于端子42ba)经由其他磁传感器单元而被电连接，从而构成了闭合电路。该闭合电路是所谓的半桥电路。由于该半桥电路能够将反映出各磁传感器元件的电压降的电位作为传感器输出Out2进行输出，因此能够获得反映出感应磁场所引起的各磁传感器元件的特性变动的传感器输出Out2。
图12是表示本实施方式所涉及的电流传感器4的构成例的功能框图。电流传感器4的磁传感器模块4a、4b与对这些输出进行差动运算的差动放大器(amplifier)5连接。如上所述，在电流传感器4中，磁传感器模块4a连接着对灵敏度轴配置成逆时针旋转的磁传感器42b的端子42ba提供电源电位Vdd的电位源，连接着对灵敏度轴配置成顺时针旋转的磁传感器42a的端子42aa提供接地电位GND的电位源。另一方面，磁传感器模块4b连接着对灵敏度轴配置成顺时针旋转的磁传感器42a的端子42aa提供电源电位Vdd的电位源，连接着对灵敏度轴配置成逆时针旋转的磁传感器42b的端子42ba提供接地电位GND的电位源。这样，由于磁传感器模块4a以及磁传感器模块4b中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系互逆，因此从磁传感器模块4a以及磁传感器模块4b中获得存在输出的正负大致反转的关系的输出Out1以及输出Out2。由差动放大器5运算输出Out1与输出Out2之差，从而能够高精度地算出被测量电流。
由于本实施方式所涉及的电流传感器4也具备多个磁传感器单元、且每一个磁传感器单元具有灵敏度轴沿着同心圆配置的第1磁传感器元件以及第2磁传感器元件，因此能够在电流测量时包围被测量电流所流通的电流线的周围地检测感应磁场，并使用该测量值来算出电流值。在这种构成中，可以通过沿着同心圆配置的其他磁传感器单元来消除由相对于电流线的位置偏移而在一个磁传感器单元中表现出的影响。因而，纵使向电流线的电流传感器的安装精度不变高，也可进行高精度的电流测量。也就是说，能够提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
进而，本实施方式所涉及的电流传感器4成为使作为半桥电路的2个磁传感器模块4a、4b组合起来的全桥(full bridge)构造。因而，能将构成各半桥电路的磁传感器元件以及磁传感器单元的个数设为实施方式1所涉及的半桥电路的1/2。由此，因为能够将各半桥电路中的电压降抑制在约1/2，所以即便将施加电压设为约1/2也可进行适当的电流测量。
图13以及图14是关于本实施方式所涉及的电流传感器的变形例进行表示的示意图。图13A所示的电流传感器6由包括在相当于俯视情况下的正八边形的顶点的位置处配置的磁传感器单元61a、61b、61c在内的磁传感器模块6a、和包括磁传感器单元61d、61e、61f、61g、61h在内的磁传感器模块6b而构成。即、构成磁传感器模块6a的磁传感器单元的数量为3个，构成磁传感器模块6b的磁传感器单元的数量为5个，这些不同。除构成磁传感器模块6a、6b的磁传感器单元的数量以外，其余与电流传感器4相同。
该电流传感器6也成为使作为半桥电路的2个磁传感器模块6a、6b组合起来的全桥构造。因而，与实施方式1所涉及的半桥电路相比，能够削减构成各半桥电路的磁传感器元件以及磁传感器单元的个数。由此，能够减小各半桥电路中的电压降，因而即便减小所施加的电压也可以进行适当的电流测量。
图13B所示的电流传感器7由包括在相当于俯视情况下的正八边形的顶点的位置处配置的磁传感器单元71a、71b、71c、71d在内的磁传感器模块7a、和包括磁传感器单元71e、71f、71g、71h在内的磁传感器模块7b而构成。在电流传感器7中，构成各磁传感器模块的磁传感器单元被交替地配置。更为具体而言，各磁传感器沿着同心圆逆时针旋转且按磁传感器单元71a、71h、71b、71g、71c、71f、71d、71e的顺序配置。除构成磁传感器模块7a、7b的磁传感器单元的配置以外，其余与电流传感器4相同。
该电流传感器7也成为使作为半桥电路的2个磁传感器模块7a、7b组合起来的全桥构造。因而，能够将构成各半桥电路的磁传感器元件以及磁传感器单元的个数设为实施方式1所涉及的半桥电路的1/2。由此，能够将各半桥电路中的电压降抑制在约1/2，从而即便将所施加的电压设为约1/2也可以进行适当的电流测量。
图14A所示的电流传感器8由包括在相当于俯视情况下的正八边形的顶点的位置处配置的磁传感器单元81a、81b在内的磁传感器模块8a、包括磁传感器单元81c、81d在内的磁传感器模块8b、包括磁传感器单元81e、81f在内的磁传感器模块8c、和包括磁传感器单元81g、81h在内的磁传感器模块8d而构成。即、电流传感器8由4个磁传感器模块构成，且每一个磁传感器模块由各2个磁传感器单元构成。
在电流传感器8中，磁传感器82a的灵敏度轴朝向沿着同心圆顺时针旋转的方向。此外，磁传感器元件82b的灵敏度轴朝向沿着同心圆逆时针旋转的方向。磁传感器模块8a、8d连接着对灵敏度轴配置成逆时针旋转的磁传感器82b提供电源电位Vdd的电位源，连接着对灵敏度轴配置成顺时针旋转的磁传感器82a提供接地电位GND的电位源。另一方面，磁传感器模块8b、8c连接着对灵敏度轴配置成顺时针旋转的磁传感器82a提供电源电位Vdd的电位源，连接着对灵敏度轴配置成逆时针旋转的磁传感器82b提供接地电位GND的电位源。也就是说，磁传感器模块8a、8b中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系互逆。此外，磁传感器模块8c、8d中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系互逆。此外，磁传感器模块8a、8d中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系相等。此外，磁传感器模块8b、8c中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系相等。其中，磁传感器元件82a以及82b的灵敏度轴的朝向并不限定于此。
图14B是表示本实施方式所涉及的电流传感器8的构成例的功能框图。电流传感器8的磁传感器模块8a、8b与对这些输出进行差动运算的差动放大器9a连接。电流传感器8的磁传感器模块8c、8d与对这些输出进行差动运算的差动放大器9b连接。进而，差动放大器9a、9b与对这些输出进行差动运算的差动放大器9c连接。如上所述，在电流传感器8中，磁传感器模块8a、8b中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系互逆，且磁传感器模块8c、8d中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系互逆。因而，从磁传感器模块8a以及磁传感器模块8b中输出存在输出的正负大致反转的关系的输出Out1以及输出Out2，从磁传感器模块8c以及磁传感器模块8d中输出存在输出的正负大致反转的关系的输出Out3以及输出Out4。
此外，磁传感器模块8a、8d中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系相等，磁传感器模块8b、8c中的电位源与灵敏度轴方向之间的关系相等。由此，由差动放大器9a所运算的输出Out1与输出Out2之差、和由差动放大器9b所运算的输出Out3与输出Out4之差，成为正负大致反转的关系。因而，通过差动放大器9c对输出Out1与输出Out2之差、和输出Out3与输出Out4之差进一步进行差动运算，从而能够高精度地算出被测量电流。
该电流传感器8是使基于磁传感器模块8a、8b的全桥构造、和基于磁传感器模块8c、8d的全桥构造组合起来而构成的。因而，能够将构成作为半桥电路的各磁传感器模块的磁传感器元件以及磁传感器单元的个数设为实施方式1所涉及的半桥电路的1/4。由此，能够将各半桥电路中的电压降抑制在约1/4，从而即便将所施加的电压设为约1/4也可以进行适当的电流测量。
本实施方式所涉及的构成能够与其他实施方式所涉及的构成适当地组合起来进行实施。
如上，在本发明的电流传感器中，由于具备多个磁传感器单元且每一个磁传感器单元具有灵敏度轴沿着同心圆配置的第1磁传感器元件以及第2磁传感器元件，因此能够在电流测量时包围被测量电流所流通的电流线的周围地检测感应磁场，并使用该测量值来算出电流值。在这种构成中，可以通过沿着同心圆配置的其他磁传感器单元来消除由相对于电流线的位置偏移而在一个磁传感器单元中表现出的影响。因而，纵使向电流线的电流传感器的安装精度不变高，也可进行高精度的电流测量。也就是说，能够提供一种将电流测量精度维持得较高、且向被测量电流所流通的电流线的安装精度得以缓和的电流传感器。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更并加以实施。例如，上述实施方式中的各元件的连接关系、大小等只要不变更本发明的宗旨，就可以进行适当地变更。此外，上述实施方式所示的构成、方法等也可适当地组合起来加以实施。除此之外，本发明在不脱离本发明范围之中可适当地变更并加以实施。
-产业上的可用性-
由于相对于安装精度的要求被缓和，因此本发明的电流传感器例如能够用作相对于电流线可任意安装的通用电流传感器。
本申请基于2010年12月2日提出申请的日本特愿2010-269175。其内容全部包含于此。

Claims (12)

1.一种电流传感器，其特征在于，具备磁传感器模块，所述磁传感器模块具有多个磁传感器单元且由所述多个磁传感器单元连接而成，每一个所述磁传感器单元分别具有第1磁传感器元件和第2磁传感器元件，
所述磁传感器单元具有：与所述第1磁传感器元件的一端连接的第1端、与所述第1磁传感器元件的另一端连接的第2端、与所述第2磁传感器元件的一端连接的第3端、和与所述第2磁传感器元件的另一端连接的第4端，
作为所述磁传感器模块的一端的第1磁传感器单元的所述第1端连接第1电位源，
所述第1磁传感器单元的所述第3端连接第2电位源，
作为所述磁传感器模块的另一端的最终磁传感器单元的所述第2端和所述第4端被连接而成为传感器输出端，
除所述第1磁传感器单元之外的所述磁传感器单元的所述第1端与在所述第1磁传感器单元侧相邻的磁传感器单元的所述第2端连接，除所述第1磁传感器单元之外的所述磁传感器单元的所述第3端与在所述第1磁传感器单元侧相邻的磁传感器单元的所述第4端连接，
多个所述第1磁传感器元件被串联地电连接、且多个所述第2磁传感器元件被串联地电连接，
所述第1磁传感器元件的灵敏度轴和所述第2磁传感器元件的灵敏度轴相互为逆向，
多个所述第1磁传感器元件的所述灵敏度轴和多个所述第2磁传感器元件的所述灵敏度轴沿着同心圆配置。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述电流传感器具备一个所述磁传感器模块，该所述磁传感器模块具有从所述同心圆的中心起等角度间隔地配置的所述多个磁传感器单元。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器模块包括4个以上的磁传感器单元。
4.根据权利要求2或3所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器模块包括偶数个磁传感器单元。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述电流传感器具备多个所述磁传感器模块，每一个所述磁传感器模块具有从所述同心圆的中心起等角度间隔地配置的所述多个磁传感器单元。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，
所述多个磁传感器模块合计包括4个以上的磁传感器单元。
7.根据权利要求5或6所述的电流传感器，其特征在于，
所述多个磁传感器模块合计包括偶数个磁传感器单元。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述多个磁传感器单元被配置在同一圆上。
9.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
在所述磁传感器单元中，所述第1磁传感器元件和所述第2磁传感器元件的灵敏度的绝对值大致相等。
10.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器单元包括被设置在同一基板的第1磁传感器元件和第2磁传感器元件，从而由一个芯片构成。
11.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
作为所述第1磁传感器元件以及所述第2磁传感器元件而使用巨磁阻元件。
12.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
在所述同心圆的中心配置被测定电流所流通的电流线。
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