CN104297548A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电流传感器。该电流传感器包括：四个磁传感器元件，所述磁传感器元件配置在与被测量电流垂直的平面内，具有线性对称的磁特性曲线，并且将磁场的大小转换为电信号并输出；电桥电路，包括所述四个磁传感器元件；以及偏压磁场施加构件，向所述磁传感器元件施加偏压磁场。

Description

电流传感器
相关申请的交叉参考
本申请基于2013年07月16日向日本特许厅提交的日本专利申请2013-147732号和2014年1月21日向日本特许厅提交的日本专利申请2014-008274号,因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种使用磁传感器元件的电流传感器。
背景技术
电流传感器中的一种使用磁传感器元件。磁传感器元件将磁场的大小转换为与电阻变化或电动势等对应的电信号并输出。
当以非接触方式检测流过电线的电流的大小时，如果电线的中心和电流传感器的相对位置偏移，则有时产生测量误差。
因此，作为降低电流传感器的位置偏移误差的方法提出了一种使用聚磁磁芯或多个磁传感器元件的方案。
另外，位置偏移误差是指在电流传感器和被测量电流所流过的电线的相对位置偏移时产生的测量误差。
并且，聚磁磁芯是指由具有高导磁率的软磁性金属形成、且聚集磁通的效果高的磁芯。
图17是表示使用聚磁磁芯的以往的电流传感器的一例的结构的说明图(日本专利公开公报特开2002-303642号)。如图17所示，当使用聚磁磁芯1时，霍尔元件2测量沿聚磁磁芯1产生的磁通量。因此，即使当电线3的位置在聚磁磁芯1内偏移时，测量到的磁通量几乎不变化。其结果，几乎不产生测量误差。
然而，当使用聚磁磁芯时，例如由于因振动引起的聚磁磁芯偏移、聚磁磁芯的生锈、因温度变化引起的聚磁磁芯的特性变差和/或因聚磁磁芯引起的传感器的直线性和/或滞后性变差，有时测量精度会变差。此外，在磁不饱和状态下使用聚磁磁芯。因此，聚磁磁芯的尺寸变大。其结果，传感器本身的尺寸变大。
图18是表示具有多个配置在电线周围的霍尔元件的以往的电流传感器的一例的结构的说明图(日本专利公开公报特开2007-107972号)。如图18所示，多个霍尔元件4配置在以电线5为中心的基板6的圆周上。在圆周上相邻的霍尔元件之间以串联方式电连接。
在上述结构中，由于电线5和电流传感器的相对位置偏移，各霍尔元件4的输出变化。上述变化在霍尔元件4的输出之和上产生的变化中被抵消。即使当电线5的位置偏移时，全部霍尔元件4的输出之和几乎不变化。因此，几乎不产生测量误差。
在图18所示的以往的结构中，霍尔元件4的灵敏度较低。因此，电流传感器的灵敏度低。为了提高电流传感器的灵敏度，可以考虑使用多个元件。但是，在这种情况下，电流传感器整体的尺寸变大。其结果，元件个数和成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流传感器，该电流传感器具有低消耗电力、高灵敏度特性、小型且简单的结构，并且能够降低位置偏移误差，以及使用价格低的磁传感器元件。
本发明第一方式的电流传感器包括：四个磁传感器元件，所述磁传感器元件配置在与被测量电流垂直的平面内，具有线性对称的磁特性曲线，并且将磁场的大小转换为电信号并输出；电桥电路，包括所述四个磁传感器元件；以及偏压磁场施加构件，向所述磁传感器元件施加偏压磁场。
本发明第二方式的电流传感器在第一方式的电流传感器的基础上，所述磁传感器元件是电阻根据磁场的施加而变化的磁阻元件。本发明第三方式的电流传感器在第一方式的电流传感器的基础上，所述磁传感器元件是电阻抗根据磁场的施加而变化的磁阻抗元件。
本发明第四方式的电流传感器在第一～第三中任意一种方式的电流传感器的基础上，所述偏压磁场施加构件包括永久磁铁。
本发明第五方式的电流传感器在第一～第四中任意一种方式的电流传感器的基础上，所述电流传感器还具有由非磁性体构成的传感器基板，所述传感器基板用于安装所述磁传感器元件。
本发明第六方式的电流传感器在第五方式的电流传感器的基础上，在所述传感器基板的一面上安装有所述磁传感器元件，在所述传感器基板的另一面上配置有所述偏压磁场施加构件。
本发明第七方式的电流传感器在第六方式的电流传感器的基础上，所述电流传感器还具有由磁性材料构成的安装构件，所述安装构件用于将所述偏压磁场施加构件安装在所述传感器基板上。
本发明第八方式的电流传感器在第一～第七中任意一种方式的电流传感器的基础上，所述偏压磁场施加构件配置成其磁极方向与表示所述磁传感器元件的最大灵敏度的感磁方向平行。
本发明第九方式的电流传感器在第一～第八中任意一种方式的电流传感器的基础上，所述电桥电路在其内部配置有流动有被测量电流的电线。
由此，能够提供一种电流传感器，该电流传感器具有低消耗电力、高灵敏度特性、小型且简单的结构，并且能够降低位置偏移误差，以及价格较低。
附图说明
图1是表示本发明一种实施方式的电流传感器的一个实施例的结构的说明图。
图2是线性对称的磁特性曲线CH的说明图。
图3是图1的局部放大图。
图4的(A)、(B)是偏压磁场的说明图。
图5是本发明一种实施方式的电流传感器的电路例子的图。
图6是本发明一种实施方式的电流传感器的其他实施例的结构的说明图。
图7是用于测量位置偏移误差的本发明一种实施方式的电流传感器的电路例子的图。
图8是表示由具有图7的电路构成的电流传感器和电线的相对位置偏移而产生的误差的测量结果的例子的图。
图9是表示本发明一种实施方式的电流传感器的其他实施例的结构的说明图。
图10的(A)～(F)是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图11的(A)～(F)是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图12的(A)～(F)是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图13的(A)～(F)是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图14的(A)～(F)是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图15是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图16是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。
图17是表示使用聚磁磁芯的以往的电流传感器的一例的结构的说明图。
图18是表示具有多个配置在电线周围的霍尔元件的以往的电流传感器的一例的结构的说明图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。
下面，利用附图对本发明的一种实施方式进行详细说明。图1是表示本实施方式的电流传感器的一个实施例的结构的说明图。如图1所示，本实施例具有基板7和四个磁传感器元件8a～8d。磁传感器元件8a～8d安装在基板7的一面上，并具有规定的位置关系。磁传感器元件8a～8d具有图2所示的线性对称的磁特性曲线CH。此外，在基板7上设置有切槽7a。切槽7a中插入有具有圆形断面形状的电线9，并且被测量电流在所述电线9中流动。另外，如图3所示，本实施例具有用于安装磁传感器元件8a～8d的传感器基板11(图1中省略了传感器基板11)。另外，在图3中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。
基板7相对于电线9设置成使基板7的平面与流过电线9的被测量电流垂直。四个磁传感器元件8a～8d配置在圆A的圆周上，该圆A以电线9为中心、如虚线所示具有规定半径。磁传感器元件8a～8d配置在内接于圆A的正方形B的各顶点上，并且使表示它们的最大灵敏度的感磁方向朝向上述圆A的切线方向。
利用图3所示的永久磁铁10(偏压磁场施加构件)，分别对上述四个磁传感器元件8a～8d向箭头Ca～Cd的方向施加偏压磁场。永久磁铁10可以针对四个磁传感器元件8a～8d分别设置。永久磁铁10配置在基板7的另一面上。向沿着圆A的圆周相邻的磁传感器元件8a～8d施加的偏压磁场的方向，沿着上述圆A的圆周相互相反。另外，圆A表示各磁传感器元件8a～8d的感磁方向。实线所示的圆D表示由流过电线9的被测量电流产生的磁场的方向。
图3是图1的局部放大图。如图3所示，磁传感器元件8a～8d配置在传感器基板11的一个面上。此外，永久磁铁10配置在传感器基板11的另一个面上。永久磁铁10配置成其磁极方向与磁传感器元件8a～8d的感磁方向平行。利用由非磁性体构成的传感器基板11来适当调节永久磁铁10和磁传感器元件8a～8d之间的距离，能够向磁传感器元件8a～8d施加最适合的偏压磁场。另外，在磁传感器元件8a～8d的两端分别安装有布线焊盘12、13。此外，椭圆E表示由永久磁铁10产生的磁通。
图4的(A)、(B)是偏压磁场的说明图。图4的(A)表示无偏压磁场时的磁特性曲线CH。图4的(B)表示具有偏压磁场时的磁特性曲线CH。无偏压磁场时，如图4的(A)所示，动作点处于磁特性曲线CH的极大值。在这种情况下，如图4的(B)所示，通过施加偏压磁场，能够使动作点移动到磁特性曲线CH上的任意点。
图5表示本发明一种实施方式的电流传感器的电路的例子。如图5所示，沿着图1的圆A的圆周相邻的磁传感器元件8a～8d之间电连接。由此，形成电桥电路。如图1所示，在上述电桥电路内部配置有流过被测量电流的电线9。
如图5所示，磁传感器元件8a的一端与输入端子T1连接，并且与磁传感器元件8b的一端连接。磁传感器元件8a的另一端与输出端子T3连接，并且与磁传感器元件8d的另一端连接。磁传感器元件8b的另一端与输出端子T4连接，并且与磁传感器元件8c的另一端连接。磁传感器元件8c的一端与输入端子T2连接，并且与磁传感器元件8d的一端连接。输入端子T2与共同电位点连接。
利用图5的电路构成，向输出端子T3输出磁传感器元件8a和磁传感器元件8d的连接点的中点电位V1。向输出端子T4输出磁传感器元件8b和磁传感器元件8c的连接点的中点电位V2。
图6是表示本发明一种实施方式的电流传感器的其他实施例的结构的说明图。图6中在图1的实施例中追加了用于测量位置偏移误差的坐标轴。
图7表示用于测量位置偏移误差的本发明一种实施方式的电流传感器的电路的例子。图7中，与图5共同的部分采用相同的附图标记。如图7所示，电桥电路的输出端子T3与包含多个运算放大器的测量放大器AMP的非反转输入端子连接。输出端子T4与测量放大器AMP的反转输入端子连接。
测量放大器AMP的输出端子与装置整体(电流传感器)的输出端子T5连接。输入端子T2与磁传感器元件8c和磁传感器元件8d的连接点以及共同电位点连接。此外，输入端子T2与装置整体的输出端子T6连接。
在图6和图7所示的构成中，如果电线9中有电流流动，则四个磁传感器元件8a～8d的磁特性根据该电流的大小和偏压磁场方向而变化。其结果，构成电桥电路的各磁传感器元件8a～8d的电压下降的大小变化。根据这些电压下降的大小的变化，电桥电路的中点电位V1和中点电位V2向正负相反方向变化。如果各磁传感器元件8a～8d的特性完全相同，则电桥电路的输出电压是由一个磁传感器元件测量时的四倍。
研究了本发明一种实施方式的电流传感器和电线9的相对位置偏移的情况。当电流传感器和电线9的相对位置偏移时，各磁传感器元件8a～8d中与电线9的距离变远的磁传感器元件的磁特性的变化变小。另一方面，上述距离变近的磁传感器元件的磁特性的变化变大。在本发明一种实施方式的电流传感器中，向规定的方向施加有偏压磁场。由此，即使电线9向与基板相同的平面内的任意方向偏移时，电桥电路的中点电位V1和中点电位V2都向正负相同方向变化。因此，电桥电路的输出电压几乎不变化。
图8表示在图7的电路构成中因电流传感器和电线9的相对位置偏移而产生的误差(位置偏移误差)的测量结果的例子。图8中，横轴表示电线9和电流传感器的相对位置偏移的距离，纵轴表示测量误差的大小。在上述测量中，作为磁传感器元件8a～8d，使用包含纳米粒子膜和软磁性薄膜的磁阻元件。将相邻的磁传感器元件8a～8d之间的直线距离设置为23mm。测量了测量放大器AMP的输出电压。
按照图8的测量结果，本发明一种实施方式的电流传感器，即使在电流传感器和电线9的相对位置偏移5mm时，其测量误差也在1.5％以下。另一方面，当仅以一个磁传感器元件进行测量时，如果相对位置偏移5mm，则测量误差达到19.8％。
由此，可以看出，本发明一种实施方式的电流传感器与以往的电流传感器相比，在电流传感器和电线9的相对位置偏移5mm时，测量误差降低至1/13。即，本发明一种实施方式的电流传感器具有降低位置偏移误差的效果。
研究了向本发明一种实施方式的电流传感器施加地磁那样的相同的磁场的情况。在这种情况下，四个磁传感器元件8a～8d的磁特性根据该磁场的大小和偏压磁场方向而变化。在电桥电路内，各磁传感器元件8a～8d的电压下降的大小变化。根据这些电压下降的大小的变化，图5所示的中点电位V1和中点电位V2向正负相同方向且以相同大小变化。因此，电桥电路的输出电压几乎不变化。
此外，在本发明一种实施方式的电流传感器中，当周围的温度变化时，磁传感器元件8a～8d的磁特性变化。在这种情况下，全部磁传感器元件8a～8d的磁特性向同一方向变化。因此，图5所示的中点电位V1和中点电位V2向正负相同方向变化。因此，电桥电路的输出电压几乎不因温度变化而变化。
另外，在上述实施例中，作为磁传感器元件8a～8d的一例使用了包含纳米粒子膜和软磁性膜的磁阻元件。磁传感器元件8a～8d并不限于此，也可以是相对于磁场的施加其电阻发生变化的各向异性磁阻元件(AMR)、巨磁阻元件(GMR)、隧道磁阻元件(TMR)等磁阻元件。此外，磁传感器元件8a～8d例如可以是相对于磁场的施加其电阻抗发生变化的、由软磁性材料构成的非晶态导线或薄膜构成的磁阻抗元件。
此外，永久磁铁10可以是以钐和钴为主成分的钐钴磁铁。此外，永久磁铁10例如也可以是以钕、铁、硼为主成分的钕磁铁、以氧化铁为主成分的铁氧体磁铁、以铝、镍、钴、铁为主成分的铝镍钴磁铁、以及以铁、铬、钴为主成分的磁铁。
此外，在上述实施例中，说明了利用永久磁铁10向磁传感器元件8a～8d施加偏压磁场的方法。关于偏压磁场的施加，只要向磁传感器元件8a～8d的感磁方向施加规定大小的偏压磁场即可。永久磁铁的位置和个数并不限于上述实施例。
在图3的实施例中，使用的偏压磁场强度为20Oe左右。因此，永久磁铁10直接安装在非磁性的传感器基板11上。当施加数Oe程度的低偏压磁场时，如图9所示，永久磁铁10可以通过由软磁性材料构成的软磁性结构件(安装构件)14安装在非磁性的传感器基板11上。在图9的实施例中，永久磁铁10的两磁极面的至少一部分被软磁性结构件14覆盖。由此，在连接两磁极面的状态下，施加偏压磁场。另外，在图9中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。
图10的(A)～(F)也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。图10的(A)～(C)所示的实施例是未设置非磁性间隔件的结构。图10的(A)是上述实施例的俯视图。图10的(B)是上述实施例的侧视图。图10的(C)是上述实施例的仰视图。图10的(D)～(F)所示的实施例是设置有非磁性间隔件的结构。图10的(D)是上述实施例的俯视图。图10的(E)是上述实施例的侧视图。图10的(F)是上述实施例的仰视图。
如图10的(B)所示，在由非磁性材料构成的传感器基板11的一面(上面)上，配置有磁传感器元件(感磁元件)8a～8d，其磁极方向与感磁方向A平行。另外，图10的(A)～(F)中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。在磁传感器元件8a～8d的两端设置有布线焊盘12、13。在传感器基板11的另一面(下面)上固定连接有匚形状的软磁性结构件14的连接部14a。永久磁铁10的两磁极面的一部分嵌合在软磁性结构件14的开口部14b，使永久磁铁(衬底磁铁)10的两磁极的磁场方向保持与感磁方向A相同且平行的状态。
如图10的(E)所示，可以在传感器基板11和软磁性结构件14的连接部14a之间设置由非磁性材料构成的间隔件15。
在此，磁传感器元件(感磁元件)8a～8d具有相对于施加磁场成线性对称的输出特性。永久磁铁10起到向磁传感器元件8a～8d施加偏压磁场的作用。软磁性结构件14覆盖永久磁铁10的两磁极面的至少一部分。由此，软磁性结构件14起到连接永久磁铁10的两磁极面的作用。
图11的(A)～(F)也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。图11的(A)～(C)所示的实施例是未设置非磁性间隔件的结构。图11的(A)是上述实施例的俯视图。图11的(B)是上述实施例的侧视图。图11的(C)是上述实施例的仰视图。图11的(D)～(F)所示的实施例是设置有非磁性间隔件的结构。图11的(D)是上述实施例的俯视图。图11的(E)是上述实施例的侧视图。图11的(F)是上述实施例的仰视图。
如图11的(B)所示，在由非磁性材料构成的传感器基板11的一面(上面)上，配置有磁传感器元件8a～8d，其磁极方向与感磁方向A平行。另外，图11的(A)～(F)中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。在磁传感器元件8a～8d的两端设置有布线焊盘12、13。在传感器基板11的另一面(下面)上固定连接有匚形状的软磁性结构件14的、与连接部14a相邻的一个侧面部。上述实施例的软磁性结构件14是从图10的(B)的状态转动90°的状态。永久磁铁10的两磁极面的一部分嵌合在软磁性结构件14的开口部14b，使永久磁铁10的两磁极的磁场方向保持与感磁方向A相同且平行的状态。
如图11的(E)所示，可以在传感器基板11和软磁性结构件14的一个侧面部之间设置由非磁性材料构成的间隔件15。
图12的(A)～(F)也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。图12的(A)～(C)所示的实施例是未设置非磁性间隔件的结构。图12的(A)是上述实施例的俯视图。图12的(B)是上述实施例的侧视图。图12的(C)是上述实施例的仰视图。图12的(D)～(F)所示的实施例是设置有非磁性间隔件的结构。图12的(D)是上述实施例的俯视图。图12的(E)是上述实施例的侧视图。图12的(F)是上述实施例的仰视图。
如图12的(B)所示，在由非磁性材料构成的传感器基板11的一面(上面)上，配置有磁传感器元件8a～8d，其磁极方向与感磁方向A平行。另外，图12的(A)～(F)中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。在磁传感器元件8a～8d的两端设置有布线焊盘12、13。在传感器基板11的另一面(下面)上固定连接有永久磁铁10的端面，使永久磁铁10的两磁极的磁场方向保持与感磁方向A相同且平行的状态。在上述实施例中，软磁性结构件14是从图10的(B)的状态转动180°的状态。软磁性结构件14的连接部14a作为底面而露出。
如图12的(E)所示，可以在传感器基板11和软磁性结构件14的开口部14b之间设置由非磁性材料构成的间隔件15。
图13的(A)～(F)也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。图13的(A)～(C)所示的实施例是未设置非磁性间隔件的结构。图13的(A)是上述实施例的俯视图。图13的(B)是上述实施例的侧视图。图13的(C)是上述实施例的仰视图。图13的(D)～(F)所示的实施例是设置有非磁性间隔件的结构。图13的(D)是上述实施例的俯视图。图13的(E)是上述实施例的侧视图。图13的(F)是上述实施例的仰视图。
如图13的(B)所示，在由非磁性材料构成的传感器基板11的一面(上面)上，配置有磁传感器元件8a～8d，其磁极方向与感磁方向A平行。另外，图13的(A)～(F)中仅表示了磁传感器元件8a～8d中的磁传感器元件8a。在磁传感器元件8a～8d的两端设置有布线焊盘12、13。在传感器基板11的另一面(下面)上配置有匚形状的软磁性结构件14。永久磁铁10的两磁极面的一部分嵌合在软磁性结构件14的开口部14b，使永久磁铁10的两磁极的磁场方向与感磁方向A垂直。在上述实施例中，软磁性结构件14是从图10的(B)的状态沿逆时针方向转动90°的状态。
如图13的(E)所示，可以在传感器基板11和软磁性结构件14之间设置非磁性材料的间隔件15。
在上述图10的(A)～(F)到图13的(A)～(F)的结构中，永久磁铁10和软磁性结构件14的配置方法不同。因此，向磁传感器元件8a～8d施加的磁场的强度也分别不同。在上述结构中，向磁传感器元件8a～8d施加的偏压磁场，比使用单体永久磁铁10时(未使用软磁性结构件14时)的磁场弱。
图14的(A)～(F)是表示用于确认非磁性间隔件15的效果的磁检测装置的结构的说明图。另外，作为磁传感器元件8a～8d使用包含纳米粒子膜和软磁性薄膜的隧道磁阻元件。作为非磁性间隔件15使用厚度为0.5mm的石英板。此外，配置磁传感器元件8a～8d的传感器基板11的厚度也为0.5mm。
图15也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。该实施例中，使图1所示的实施例中的电流传感器的基板7沿切槽7a的长边方向缩短。在图15中与图1相同的部分采用相同的附图标记。如图15所示，在基板7上，四个磁传感器元件8a～8d配置在以被测量电流所流过的电线9为中心的圆的圆周上。磁传感器元件8a～8d配置在以切槽7a的长边方向为短边的、内接于以电线9为中心的圆的长方形的各顶点上，并且使它们的感磁方向朝向上述圆的切线方向。上述实施例的偏压磁场的施加和检测电路等与图1所示的实施例相同。
在图15的结构中，通过改变磁传感器元件8a～8d的配置，能够使基板7的长度L比图1的结构短。其结果，能够使电流传感器小型化。由此，容易在配电盘内等电流传感器的设置空间小的场所测量电流。
图16也是表示本发明一种实施方式的其他实施例的结构的说明图。在上述实施例中，电线9是具有矩形断面形状的母线。如图16所示，基板7设置成其基板面与垂直于被测量电流的平面平行。在基板7上，四个磁传感器元件8a～8d配置在包围被测量电流所流过的电线9的椭圆的圆周上。磁传感器元件8a～8d配置在内接于上述椭圆的长方形的各顶点上，并且使其感磁方向朝向上述椭圆的切线方向。向沿着椭圆的圆周相邻的磁传感器元件8a～8d施加的偏压磁场的方向，沿着上述椭圆的圆周相互相反。另外，在上述实施例中，偏压磁场的施加方法和检测电路与图1的实施例相同。
关于在母线中流动的电流的测量，由上述电流产生的磁场呈椭圆状。由于，如图1所示，在磁传感器元件8a～8d配置为圆形的状态下，感磁方向几乎不与产生的磁场的方向相交。因此，电流的检测灵敏度变小。因此，如图16所示，通过将磁传感器元件8a～8d配置为椭圆状，能够以高灵敏度测量由母线产生的磁场。
如上所述，按照本发明的一种实施方式，能够得到一种电流传感器，该电流传感器具有低消耗电力、高灵敏度特性、小型且简单的结构，并且能够降低位置偏移误差，以及使用价格较低的磁传感器元件。
如上所述，本发明的一种实施方式涉及一种高灵敏度的电流传感器，该电流传感器能够以非接触方式检测流过电线的电流的大小，即使在电流传感器和电线的相对位置变化时也能够降低测量误差。另外，本发明的一种实施方式的电线还包括母线等具有圆形以外的断面形状的电线。
此外，本发明的一种实施方式的电流传感器可以是以下第一～第四电流传感器。第一电流传感器在使用磁传感器元件将磁场的大小转换成电信号并输出的电流传感器的基础上，包括：电桥电路，由磁特性曲线为线性对称的四个磁传感器元件形成；以及偏压磁场施加装置，向所述各磁传感器元件施加偏压磁场，所述磁传感器元件配置在与被测量电流垂直的平面内。
第二电流传感器在第一电流传感器的基础上，所述磁传感器元件是电阻根据磁场的施加而变化的磁阻元件、或电阻抗根据磁场的施加而变化的磁阻抗元件。
第三电流传感器在第一或第二电流传感器的基础上，所述偏压磁场施加装置至少包括永久磁铁。
第四电流传感器在第一～第三电流传感器中的任意一个电流传感器的基础上，所述磁传感器元件安装在由非磁性体构成的传感器基板上。
出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (9)

1.一种电流传感器，其特征在于包括：
四个磁传感器元件，所述磁传感器元件配置在与被测量电流垂直的平面内，具有线性对称的磁特性曲线，并且将磁场的大小转换为电信号并输出；
电桥电路，包括所述四个磁传感器元件；以及
偏压磁场施加构件，向所述磁传感器元件施加偏压磁场。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁传感器元件是电阻根据磁场的施加而变化的磁阻元件。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁传感器元件是电阻抗根据磁场的施加而变化的磁阻抗元件。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述偏压磁场施加构件包括永久磁铁。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还具有由非磁性体构成的传感器基板，所述传感器基板用于安装所述磁传感器元件。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，在所述传感器基板的一面上安装有所述磁传感器元件，在所述传感器基板的另一面上配置有所述偏压磁场施加构件。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还具有由磁性材料构成的安装构件，所述安装构件用于将所述偏压磁场施加构件安装在所述传感器基板上。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的电流传感器，其特征在于，所述偏压磁场施加构件配置成其磁极方向与表示所述磁传感器元件的最大灵敏度的感磁方向平行。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的电流传感器，其特征在于，所述电桥电路在其内部配置有流动有被测量电流的电线。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106970256A (zh) * 2017-03-24 2017-07-21 无锡思泰迪半导体有限公司 一种基于磁场检测的电流测量方法及电流传感系统
CN107561335A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 阿尔卑斯电气株式会社 电流传感器
CN109416377A (zh) * 2016-07-15 2019-03-01 阿尔卑斯电气株式会社 电流传感器
CN111693911A (zh) * 2019-03-11 2020-09-22 Tdk株式会社 磁传感器装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10620274B2 (en) * 2014-12-10 2020-04-14 Datang NXP Semiconductor Co., Ltd. Method and apparatus for contact detection in battery packs
CN105092928B (zh) * 2015-07-23 2018-04-20 深圳市华谊智测科技股份有限公司 数字钳型表及其自动测量方法
JP6370768B2 (ja) * 2015-11-26 2018-08-08 矢崎総業株式会社 磁界検出センサ
US10114044B2 (en) * 2016-08-08 2018-10-30 Allegro Microsystems, Llc Current sensor
US10247758B2 (en) 2016-08-08 2019-04-02 Allegro Microsystems, Llc Current sensor
CN106597091A (zh) * 2016-11-22 2017-04-26 浙江正泰仪器仪表有限责任公司 一种直流电能表
KR102597387B1 (ko) * 2016-12-02 2023-11-06 퍼듀 리서치 파운데이션 차량 배터리 전류 감지 시스템
KR102039784B1 (ko) * 2017-08-31 2019-11-01 전자부품연구원 스마트 그리드용 가변 바이어스 전원을 이용한 자기 센서 기반 전류 센서
JP7293147B2 (ja) * 2019-04-02 2023-06-19 株式会社東芝 磁気センサ、センサモジュール及び診断装置
JP7001079B2 (ja) * 2019-05-14 2022-01-19 横河電機株式会社 電流測定装置
CN112394216B (zh) * 2019-08-19 2022-04-12 华为技术有限公司 漏电流传感器、漏电流检测电路以及电源设备

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943327A (ja) * 1995-08-03 1997-02-14 Nec Corp 磁気抵抗効果電流センサ
JPH11237411A (ja) * 1998-02-18 1999-08-31 Showa Denshi Kogyo Kk 直流電流センサ及び直流電流計測システム
US20030151406A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-14 Hong Wan Magnetic field sensor
US20060291106A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Tdk Corporation Magnetic sensor and current sensor
US20070044370A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Tdk Corporation Coil, coil module and method of manufacturing the same, current sensor and method of manufacturing the same
JP2008122083A (ja) * 2006-11-08 2008-05-29 Hamamatsu Koden Kk 電流センサ
JP2010243232A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 Panasonic Corp 電流センサ
CN102193022A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 Tdk株式会社 电流传感器
JP2012225818A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Alps Green Devices Co Ltd 電流センサ
CN102809682A (zh) * 2011-06-03 2012-12-05 新科实业有限公司 电流感应电路、印刷电路板组件以及电流传感器装置
JP5234459B2 (ja) * 2008-10-23 2013-07-10 甲神電機株式会社 電流センサ

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD255214A1 (de) 1986-12-18 1988-03-23 Inst Prueffeld Elekt Verfahren zur beruehrungslosen messung von hochstroemen, insbesondere in elektroenergieanlagen
JPH087242B2 (ja) * 1987-02-13 1996-01-29 株式会社トーキン 電流検出器
JPH01170858A (ja) * 1987-12-25 1989-07-05 Fujitsu Ltd 電流検出器
JPH0314467U (zh) * 1989-06-23 1991-02-14
JPH03282368A (ja) * 1990-03-30 1991-12-12 Yamaha Corp 磁気センサ
JP3019546B2 (ja) * 1991-11-05 2000-03-13 松下電器産業株式会社 磁気検出装置
US5351005A (en) * 1992-12-31 1994-09-27 Honeywell Inc. Resetting closed-loop magnetoresistive magnetic sensor
JP2000055997A (ja) * 1998-08-05 2000-02-25 Tdk Corp 磁気センサ装置および電流センサ装置
JP2000055999A (ja) * 1998-08-11 2000-02-25 Tdk Corp 磁気センサ装置および電流センサ装置
JP2002243766A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Fuji Electric Co Ltd 電流センサ
JP2002303642A (ja) 2001-04-03 2002-10-18 Stanley Electric Co Ltd 電流検出装置
JP2005055326A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Uchihashi Estec Co Ltd 導体電流測定方法及び導体電流測定用磁界センサ。
JP4483760B2 (ja) 2005-10-12 2010-06-16 株式会社デンソー 電流センサ
US7768083B2 (en) * 2006-01-20 2010-08-03 Allegro Microsystems, Inc. Arrangements for an integrated sensor
DE102008030334B4 (de) * 2008-06-30 2018-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur störarmen berührungslosen Messung hoher Ströme und zugehöriger Hochstromsensor
JP2010286415A (ja) * 2009-06-12 2010-12-24 Alps Green Devices Co Ltd 電流センサユニット
JP5544466B2 (ja) * 2010-12-02 2014-07-09 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
JP5869405B2 (ja) * 2012-03-30 2016-02-24 アルプス電気株式会社 磁気検出素子及びそれを用いた磁気センサ

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943327A (ja) * 1995-08-03 1997-02-14 Nec Corp 磁気抵抗効果電流センサ
JPH11237411A (ja) * 1998-02-18 1999-08-31 Showa Denshi Kogyo Kk 直流電流センサ及び直流電流計測システム
US20030151406A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-14 Hong Wan Magnetic field sensor
US20060291106A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Tdk Corporation Magnetic sensor and current sensor
US20070044370A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Tdk Corporation Coil, coil module and method of manufacturing the same, current sensor and method of manufacturing the same
JP2008122083A (ja) * 2006-11-08 2008-05-29 Hamamatsu Koden Kk 電流センサ
JP5234459B2 (ja) * 2008-10-23 2013-07-10 甲神電機株式会社 電流センサ
JP2010243232A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 Panasonic Corp 電流センサ
CN102193022A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 Tdk株式会社 电流传感器
JP2012225818A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Alps Green Devices Co Ltd 電流センサ
CN102809682A (zh) * 2011-06-03 2012-12-05 新科实业有限公司 电流感应电路、印刷电路板组件以及电流传感器装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107561335A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 阿尔卑斯电气株式会社 电流传感器
CN109416377A (zh) * 2016-07-15 2019-03-01 阿尔卑斯电气株式会社 电流传感器
CN106970256A (zh) * 2017-03-24 2017-07-21 无锡思泰迪半导体有限公司 一种基于磁场检测的电流测量方法及电流传感系统
CN106970256B (zh) * 2017-03-24 2023-09-19 杭州思泰微电子有限公司 一种基于磁场检测的电流测量方法及电流传感系统
CN111693911A (zh) * 2019-03-11 2020-09-22 Tdk株式会社 磁传感器装置

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Publication number Publication date
JP2015038464A (ja) 2015-02-26
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