CN103635818A - 电流传感器 - Google Patents

Abstract

用于检测流过汇流条（100）的电流的电流传感器（1）包括：基座（10），其被附到所述汇流条（100）；磁性薄膜（20），其被安装在所述基座（10）上；发光装置，其向所述磁性薄膜（20）照射光；感光装置，其检测从所述发光装置照射到所述磁性薄膜（20）且从所述磁性薄膜（20）反射的光；差分放大器，其将所述感光装置检测到的光信号转换成流过所述汇流条（100）的电流；以及容纳部件（30）和销（40），其限制所述磁性薄膜（20）相对于所述汇流条（100）的相对旋转。

Description

电流传感器

技术领域

本发明涉及电流传感器，更具体地，涉及利用磁性薄膜通过光检测电流的电流传感。

背景技术

对于使用光的电流测量装置，建议了一种电流测量装置（例如，参见日本专利申请公开No.7-174790（JP7-174790A））。在该电流测量装置中，从光源发射的光被偏振器转换成线性偏振光，所述线性偏振光的偏振方向由于磁光效应被磁光元件旋转，具有任何偏振方向的线性偏振光被检偏器分离成两个正交偏振分量并且然后在不同的方向上被发射，于是被分离成两个偏振分量的光束的强度分别单独地被两个感光器转换成电信号。

此外，对于检测流过汇流条（bus bar）的电流的值的电流传感器，已经公开了一种技术：在保持磁芯的芯保持器上设置凸起（boss），汇流条具有装配到所述凸起的孔，于是磁芯被固定地定位在汇流条上（例如，参见日本专利申请公开No.2008-275566（JP2008-275566A））。

发明内容

用于从磁盘或磁光盘读取信息或向其写入信息的、利用磁性薄膜的通过光进行的电流检测具有这样的特征：电流检测的灵敏度取决于向磁性膜施加磁场的方向而变化。即，当在组装电流传感器时检测磁场的磁性薄膜的安装位置有偏差时，向磁性薄膜施加磁场的方向也有偏差，因此磁性薄膜的磁化的容易程度改变。因此，在磁性薄膜的特性之间存在差异。例如，一些磁性薄膜被较小的磁场磁化，另一些磁性薄膜除非施加大的磁场才被磁化。磁性薄膜的特性之间的差异直接显现为电流传感器的特性，因此电流传感器的特性可能彼此有偏差。

本发明提供了一种电流传感器，该电流传感器抑制了传感器的特性的差异，从而使得可以提高检测电流的精确度。

本发明的一方面涉及一种用于检测流过汇流条的电流的电流传感器。所述电流传感器包括：基座，其被附到所述汇流条；磁性薄膜，其被安装在所述基座上；发光装置，其向所述磁性薄膜照射光；感光装置，其检测从所述发光装置照射到所述磁性薄膜且从所述磁性薄膜反射的光；计算装置，其将所述感光装置检测到的光信号转换成流过所述汇流条的电流；以及旋转限制部，其限制所述磁性薄膜相对于所述汇流条的相对旋转。

在该电流传感器中，所述旋转限制部可以包括安装位置限制部和基座固定部，所述安装位置限制部限制所述磁性薄膜在所述基座上的安装位置，所述基座固定部限制所述基座相对于所述汇流条的相对旋转。

在该电流传感器中，所述安装位置限制部可以具有围绕所述磁性薄膜的壁部。

在该电流传感器中，所述基座固定部可以具有基准销，所述基准销从所述基座朝向所述汇流条凸出并且被插入形成于所述汇流条中的基准孔中。

所述电流传感器还可以包括：限制部件，其限制照射到所述磁性薄膜的入射光的路径相对于所述磁性薄膜的表面的角度以及从所述磁性薄膜反射的反射光的路径相对于所述磁性薄膜的所述表面的角度。

根据本发明的该方面，该电流传感器能够抑制传感器的特性的差异，由此使得可以提高电流检测精确度。

附图说明

下面将参考附图描述本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中相似的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是示出根据本发明实施例的电流传感器的配置的横截面视图；

图2是该电流传感器的平面图；

图3是沿着图2中的III-III线截取的电流传感器的横截面视图；

图4是电流传感器的分解透视图；

图5是示出在电流传感器中使用的光学系统的配置的示意图；

图6是示出磁性薄膜被定位的状态的示意性平面图；以及

图7是示出磁性薄膜未对准的状态的示意性平面图。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的实施例。注意，在图中，相似的附图标记表示相同或相应的部件，并且不重复对它们的描述。

图1是示出根据本实施例的电流传感器1的配置的横截面视图。图2是电流传感器1的平面图。图3是沿着图2中的III-III线截取的电流传感器1的横截面视图。图4是电流传感器1的分解透视图。将参考图1-图4描述根据本实施例的电流传感器1的配置。

电流传感器1用于检测流过长的纤细棒形导电汇流条100的电流。电流传感器1包括磁性薄膜20。磁性薄膜20由具有磁晶各向异性的材料制成。磁性薄膜20被安装在基座10上。

基座10具有平面的（板状）体部12和一对腿部16。磁性薄膜20被安装在体部12上。所述一对腿部16从体部12的面之一凸出。体部12在与腿部16从其凸出的面相反的另一面具有平面的矩形凹部14。凹部14形成为使得体部12的一部分是凹陷的。每个腿部16在其远端具有爪部18。基座10由例如树脂材料制成。

汇流条100具有在厚度方向上延伸穿过（或穿透）汇流条100的通孔102。腿部16分别插入穿过通孔102，并且延伸穿过通孔102的腿部16的下端处的爪部18与汇流条100的所述相反面啮合。通过这样做，基座10被固定到汇流条100上。注意，不限于以下配置：基座10通过爪部18与通孔102的啮合而被固定到汇流条100上；例如，基座10可以被固定地旋到汇流条100上。

汇流条100具有用作基准孔的一对通孔103。通孔103在厚度方向上延伸穿过（或穿透）汇流条100。基座10的体部12具有在厚度方向上延伸穿过（或穿透）体部12的一对通孔13。通孔13和103形成为使得通孔13和103在基座10的腿部16被装配到汇流条10的通孔102以将体部12置于汇流条100的表面上的状态下分别彼此重叠。用作基准销的销40被设置成在基座10被组装到汇流条100的状态下延伸穿过通孔13和103。

容纳部件30被装配到形成于基座10的体部12中的凹部14。容纳部件30容纳磁性薄膜20。磁性薄膜20经由容纳部件30被安装在基座10上。容纳部件30具有用于容纳磁性薄膜20的容纳孔。容纳孔形成为使得磁性薄膜20的背面与容纳孔的底面32接触，并且磁性薄膜20的侧端面面对容纳孔的内壁表面34。当磁性薄膜20具有方形平面形状时，容纳孔的平面形状也是方形。容纳孔的尺寸（除厚度外）分别等于磁性薄膜20的纵向和横向长度或者（只要磁性薄膜20不失去作为磁性薄膜的功能）分别略小于磁性薄膜20的纵向和横向长度，以便磁性薄膜20装配到容纳孔。因此，抑制了容纳在容纳孔中的磁性薄膜20相对于容纳部件30的未对准。

容纳部件30的形状在平面图中是矩形的。在容纳部件30的中心形成方形的平面形状容纳孔。在容纳部件30的两个长边处，容纳部件30的厚度从容纳孔朝向容纳部件的边缘逐渐增加（斜削部分（tapered portion））。斜削部分用作限制部件36。限制部件36限制朝向容纳在容纳孔中的磁性薄膜20的表面22照射的入射光的路径相对于磁性薄膜20的表面的角度、以及反射光（即，从磁性薄膜20的表面22反射的入射光）的路径相对于磁性薄膜20的表面22的角度。

图5是示出在电流传感器1中使用的光学系统的配置的示意图。注意，为了简化，图5、图6和图7（稍后描述）仅示出了参考图1-图4描述的电流传感器1的配置中的用于传输输出电流的汇流条100和安装在汇流条100上的磁性薄膜20。电流传感器1利用被固定地附到汇流条100的磁性薄膜20来检测流过汇流条100的电流。

如图5所示，由发光装置50产生的光通过偏振棱镜52和会聚透镜54向磁性薄膜20照射。从磁性薄膜20的表面反射的反射光经由会聚透镜54和四分之一波片56进入分束器58，被分束器分成两个光束，并且然后这两个光束分别进入光电二极管61和62。光电二极管61和62包含在感光装置60中。感光装置60检测从所述发光装置50照射到磁性薄膜20且从磁性薄膜20反射的光。光电二极管61和62分别检测分别进入光电二极管61和62的光束的强度，并且将所检测到的强度输入到差分放大器70中。差分放大器70是将分别由光电二极管61和62检测到的光学信号转换成流过汇流条100的电流的计算装置。

当没有电流流过汇流条100时，分别进入两个光电二极管61和62的光束的强度彼此相等，因此被输入了光电二极管61和62的输出的差分放大器70的输出为零。另一方面，当电流流过汇流条100时，在汇流条100周围发生磁场，并且该磁场被施加到磁性薄膜20。在图5中，示出了电流流过汇流条100的方向CD和磁性薄膜20被由该电流产生的磁场磁化的方向MD。磁性薄膜20的磁矩旋转，从而改变被分束器58分割并且分别进入两个光电二极管61和62的光束的强度，引起进入光电二极管61和62的光束的强度之间的差分。由此，从差分放大器70出现输出。

将描述在如此配置的电流传感器1被用于检测流过汇流条100的电流时磁性薄膜20的未对准的影响。图6是示出磁性薄膜20被定位的状态下的电流传感器1的示意性平面图。图7是示出磁性薄膜20未对准的状态下的电流传感器1的示意性平面图。在图6和图7中，电流如箭头CD所指示地从图中的下侧朝向上侧流过汇流条100，在磁性薄膜20的位置处由该电流产生的磁场的方向由箭头MD指示。

由于磁性薄膜20的材料的磁晶各向异性，磁性薄膜20具有易于被磁化的晶体取向（易磁化轴）和难以被磁化的晶体取向（难磁化轴）。在图6和图7中，易磁化轴由交替的一长两短虚线EMA指示，并且难磁化轴由交替的一长两短虚线HMA指示。

图6中所示的磁性薄膜20被定位的状态是这样的状态：其中，磁性薄膜20相对于汇流条100的相对位置被设定成使得易磁化轴EMA沿流过汇流条100的电流的方向CD对准，并且难磁化轴HMA沿磁性薄膜20中的磁场方向MD对准。图6中所示的定位状态是理想状态，其中由流过汇流条100的电流产生的磁场在沿着难磁化轴HMA的方向上被施加到磁性薄膜20。

另一方面，图7中所示的磁性薄膜20未对准的状态是这样的状态：磁性薄膜20相对于汇流条100相对旋转一角度θ，因此易磁化轴EMA和难磁化轴HMA分别从电流方向和磁场方向MD偏离一角度θ。在图7中所示的未对准状态下，具有通过将图6中所示的理想状态下的施加到磁性薄膜20的磁场的大小乘以cosθ而获得的大小的磁场在沿着难磁化轴HMA的方向上被施加到磁性薄膜20，并且具有通过将所述理想状态下的施加到磁性薄膜20的磁场的大小乘以sinθ而获得的大小的磁场在沿着易磁化轴EMA的方向上被施加到磁性薄膜20。

当发生磁性薄膜20的未对准时，磁性薄膜20的磁化方向与理想状态相比未在一个方向上对准，并且向磁性薄膜20施加磁场的方向改变。结果，从磁性薄膜20的表面22反射的反射光发生特性差异，并且电流传感器1具有不同的特性。由此，电流检测的灵敏度降低，并且电流传感器1的测量精确度降低。因此，为了提高电流传感器1的测量精确度，重要的是将磁性薄膜20相对于汇流条10的相对位置保持在图6所示的理想状态。

因此，根据本实施例的电流传感器1包括用于限制磁性薄膜10相对于汇流条100的相对旋转的旋转限制部。在本实施例的情况下，该旋转限制部包括安装位置限制部和基座固定部。安装位置限制部限制磁性薄膜20在基座10上的安装位置。基座固定部限制基座10相对于汇流条100的相对旋转。

图1到图4中所示的容纳磁性薄膜20的容纳部件30用作安装位置限制部。在磁性薄膜20容纳在容纳部件30的容纳孔中的情况下，磁性薄膜20被容纳孔的内壁表面34围绕。容纳孔的内壁表面34用作包围容纳在容纳孔中的磁性薄膜20的垂直壁部。装配在形成于基座10中的凹部14中的容纳部件30具有用于固定磁性薄膜20的垂直壁部。通过这样做，限制了磁性薄膜20相对于基座10的未对准。

图1到图4中所示的销40用作所述基座固定部。用作基准销的两个销40被设置成穿过通孔13和通孔103。通孔13被形成在基座10中。通孔103被形成在汇流条100中并且用作基准孔。通过这样做，限制了磁性薄膜20在旋转方向上相对于基座100的未对准。

注意，只要基准销从基座10朝向汇流条100凸出并且被插入穿过通孔103，基准销可以具有任何配置，并且不限于这样的实例：其中，使用作为与基座10和汇流条100分开的部件的销40。例如，基座10的体部12可以部分地具有被插入穿过通孔103的凸起。此外，例如，通孔103可以不在厚度方向上延伸穿过汇流条100，或者基准销可以被插入从在放置基座10的体部12的那侧的汇流条100的表面凹陷的闭端孔（closed-end hole）中。

如上所述，在根据本实施例的电流传感器1中，磁性薄膜20被相对于汇流条100定位以限制磁性薄膜20相对于汇流条100的相对旋转。磁性薄膜20在汇流条100上的安装位置被限制为形成这样的结构：该结构使得在将磁性薄膜20组装到汇流条100时的变化最小。通过这样做，可以抑制磁性薄膜20相对于汇流条100的未对准，并且可以抑制电流传感器1的特性的变化。因此，可以提高电流传感器1检测电流的精确度。

此外，电流传感器1具有限制部件，该限制部件限制入射光到达磁性薄膜20的角度和从磁性薄膜20反射的光的角度。光相对于磁性薄膜20的入射和反射角度被定义为：在入射光的行进方向与磁性薄膜20的表面的法线之间形成的角度以及在反射光的行进方向与磁性薄膜20的表面的法线之间形成的角度。然而，当入射角度和反射角度过大时，担心电流传感器1的灵敏度降低。相对于磁性薄膜20的厚度具有足够高度的限制部件36被设置在磁性薄膜20周围。通过这样做，入射角度的范围和反射角度的范围被适当地限制为使得可以最优化电流传感器1的灵敏度。

上文描述了本发明的实施例，然而，上述实施例是示例性的并且在所有方面都不是限制性的。因此本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述限定。本发明的范围旨在包含在所附权利要求及其等效物的范围内的所有修改。

根据本发明实施例的电流传感器1特别地可以有利地应用于这样的逆变器电流传感器：该逆变器电流传感器用于检测流过用于驱动电动车辆的电动机的逆变器的电流。

Claims (6)

1.一种用于检测流过汇流条的电流的电流传感器，包括：

基座，其被附到所述汇流条；

磁性薄膜，其被安装在所述基座上；

发光装置，其向所述磁性薄膜照射光；

感光装置，其检测从所述发光装置照射到所述磁性薄膜且从所述磁性薄膜反射的光；

计算装置，其将所述感光装置检测到的光信号转换成流过所述汇流条的电流；以及

旋转限制部，其限制所述磁性薄膜相对于所述汇流条的相对旋转。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中

所述旋转限制部包括安装位置限制部和基座固定部，所述安装位置限制部限制所述磁性薄膜在所述基座上的安装位置，所述基座固定部限制所述基座相对于所述汇流条的相对旋转。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其中

所述安装位置限制部具有围绕所述磁性薄膜的壁部。

4.根据权利要求2所述的电流传感器，其中

所述安装位置限制部具有容纳孔，所述磁性薄膜被装配到所述容纳孔。

5.根据权利要求2或3所述的电流传感器，其中

所述基座固定部具有基准销，所述基准销从所述基座朝向所述汇流条凸出并且被插入形成于所述汇流条中的基准孔中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电流传感器，还包括：

限制部件，其限制照射到所述磁性薄膜的入射光的路径相对于所述磁性薄膜的表面的角度以及从所述磁性薄膜反射的反射光的路径相对于所述磁性薄膜的所述表面的角度。

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