DE102017125804A1

DE102017125804A1 - Stromsensor

Info

Publication number: DE102017125804A1
Application number: DE102017125804.3A
Authority: DE
Inventors: Naoki FUTAKUCHI; Ken Okuyama
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2018-05-09
Also published as: JP6897063B2; US20180143226A1; US10416200B2; JP2018072299A

Abstract

Ein Stromsensor enthält eine Stromschiene, durch welche ein zu messender elektrischer Strom fließt, ein erstes magnetisches Erfassungselement, das einen ersten magnetoempfindlichen Teilbereich enthält, der ein magnetoresistives Element enthält, und ein zweites magnetisches Erfassungselement, das einen zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich enthält, der ein magnetoresistives Element enthält. Eine Stärke eines Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich erfasst ist, ist unterschiedlich von einer Stärke des Magnetfelds, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich erfasst ist. Ein erstes Vormagnetisierungs-Magnetfeld ist an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich angelegt und ein zweites Vormagnetisierungs-Magnetfeld ist in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des ersten Vormagnetisierungs-Magnetfelds an den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich angelegt.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-216463 , eingereicht am 4. November 2016, deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme enthalten sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor, insbesondere einen Stromsensor zum Erfassen eines elektrischen Stroms unter Verwendung eines magnetoresistiven Elements.
BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK
Herkömmlich ist ein Stromsensor einschließlich einer Stromschiene, durch welche ein zu messender elektrischer Strom fließt, und magnetischer Erfassungselemente, wie beispielsweise zweier GMR-(Riesenmagnetowiderstands-)Elemente zum Erfassen eines Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch die Stromschiene fließt, bekannt gewesen (siehe z.B. WO2016/056135 ).
Bei dem in WO2016/056135 beschriebenen Stromsensor sind die zwei magnetischen Erfassungselemente bei Positionen eingebaut, an welchen das Magnetfeld mit unterschiedlichen Stärken angelegt ist, eine Größe des zu messenden elektrischen Stroms basierend auf einer Ausgabedifferenz zwischen den zwei magnetischen Erfassungselementen erfasst wird und der Einfluss eines externen Magnetfelds in einer magnetoempfindlichen Achsenrichtung der zwei magnetischen Erfassungselemente gelöscht werden kann.
Weiterhin ist ein Stromsensor, bei welchem magnetoresistive Elemente und ein Leiter, durch welchen ein zu messender elektrischer Strom fließt, mit einer magnetischen Abschirmung bedeckt sind, herkömmlich bekannt gewesen (siehe z.B. das japanische Patent Nr. 5482736 ).
Bei dem im japanischen Patent Nr. 5482736 beschriebenen Stromsensor kann eine Innenseite der magnetischen Abschirmung von der Außenseite der magnetischen Abschirmung magnetisch abgeschirmt sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn ein magnetoresistives Element (MR-Element), wie beispielsweise ein GMR-Element, als ein magnetisches Erfassungselement bei einem Stromsensor verwendet wird, gibt es einen derartigen Vorteil, dass ein Kern nicht erforderlich ist, gibt es aber andererseits einen Nachteil, dass der Stromsensor zu einem störenden Magnetfeld reduziert wird.
Gemäß dem in WO2016/056135 beschriebenen Stromsensor kann, obwohl der Einfluss des äußeren Magnetfelds der magnetoempfindlichen Achsenrichtung durch Nehmen einer Ausgabedifferenz zwischen den zwei magnetischen Erfassungselementen gelöscht werden kann, der Einfluss des störenden Magnetfelds in einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung, die senkrecht zur magnetoempfindlichen Achsenrichtung ist, nicht unterdrückt werden. Das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung ändert die Empfindlichkeit des magnetischen Erfassungselements und beeinflusst seine Ausgabe.
Daher würde eine magnetische Abschirmung, die bei dem in dem japanischen Patent Nr. 5482736 beschriebenen Stromsensor verwendet ist, unverzichtbar sein, um das störende Magnetfeld bei dem in WO2016/056135 beschriebenen Stromsensor zu verhindern. Jedoch wäre eine Vergrößerung des Sensors unvermeidbar, wenn eine solche magnetische Abschirmung verwendet wird.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromsensor unter Verwendung eines magnetoresistiven Elements zur Verfügung zu stellen, der nicht nur den Einfluss des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des magnetischen Erfassungselements unterdrücken kann, sondern auch den Einfluss des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Stromsensor zur Verfügung, der umfasst:

eine Stromschiene, durch welche ein zu messender elektrischer Strom fließt;
ein erstes magnetisches Erfassungselement, das einen ersten magnetoempfindlichen Teilbereich enthält, der ein magnetoresistives Element umfasst; und
ein zweites magnetisches Erfassungselement, das einen zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich enthält, der ein magnetoresistives Element umfasst,
wobei eine Stärke eines Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich erfasst ist, unterschiedlich von einer Stärke des Magnetfelds ist, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich erfasst ist, wobei ein erstes Vormagnetisierungs-Magnetfeld an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich angelegt wird und ein zweites Vormagnetisierungs-Magnetfeld in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des ersten Vormagnetisierungs-Magnetfelds an den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich angelegt wird.

(Effekte der Erfindung)
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Stromsensor zur Verfügung zu stellen, der ein magnetoresistives Element verwendet, das nicht nur den Einfluss des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des magnetischen Erfassungselements unterdrücken kann, sondern auch den Einfluss des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung.
Figurenliste
Als Nächstes wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen detaillierter erklärt werden, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Konfiguration eines Stromsensors bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine vertikale Querschnittsansicht eines Querschnitts des Stromsensors ist, geschnitten entlang einer Linie A-A in 1, angeschaut in einer vertikalen Richtung und in einer Richtung eines Pfeils;
3 eine Kurve ist, die Beziehungen zwischen Positionen einer Stromschiene auf einer geraden Linie in einer Dickenrichtung, die durch B, b' in 2 verläuft, und einer Stärke eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt ist, der durch die Stromschiene fließt, zeigt;
4 ein schematisches Diagramm ist, das Konfigurationen eines ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und eines zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs zeigt;
5A eine Kurve ist, die Änderungen einer Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und einer Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs in Bezug auf einen normalisierten Strom sowie eine differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, wenn Magnetisierungsrichtungen von festen Schichten der magnetoresistiven Elemente und eine Richtung eines Vormagnetisierungs-Magnetfelds in einer in 4 gezeigten Beziehung sind, zeigt;
5B eine Kurve ist, die Änderungen einer Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und einer Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs in Bezug auf den normalisierten Strom sowie eine differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, wenn ein störendes Magnetfeld in einer magnetoempfindlichen Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs angelegt ist, zeigt;
6A eine Kurve ist, die Änderungen einer Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und einer Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs in Bezug auf den normalisierten Strom sowie eine differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, wenn ein störendes Magnetfeld in einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs angelegt ist, zeigt;
6B eine Kurve ist, die Änderungen einer Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und einer Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs in Bezug auf den normalisierten Strom sowie eine differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, wenn Positionen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs in Richtung zu der Dickenrichtung der Stromschiene versetzt sind, zeigt; und
7A bis 7C vertikale Querschnittsansichten der Stromsensoren sind, wenn eine einfache magnetische Abschirmung in jedem Stromsensor vorgesehen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
(Konfiguration eines Stromsensors)
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromsensors 1 bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Querschnitts des Stromsensors 1, geschnitten entlang der Linie A-A in 1 in einer vertikalen Richtung und angeschaut in einer Richtung eines Pfeils.
Der Stromsensor 1 umfasst eine Stromschiene 10, ein erstes magnetisches Erfassungselement 20 und ein zweites magnetisches Erfassungselement 23 zum Erfassen eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt ist, der durch die Stromschiene 10 fließt, eine erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 26, die ein Vormagnetisierungs-Magnetfeld an das erste magnetische Erfassungselement 20 anlegt, und eine zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 27, die ein Vormagnetisierungs-Magnetfeld an das zweite magnetische Erfassungselement 23 anlegt.
Das erste magnetische Erfassungselement 20 und das zweite magnetische Erfassungselement 23 umfassen einen ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und einen zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24, von welchen jeder jeweils ein magnetoresistives Element, wie beispielsweise ein GMR-Element, umfasst. Die Stärke eines Magnetfeldes, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene 10 fließt und durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 erfasst wird, ist unterschiedlich von der Stärke des Magnetfeldes, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 erfasst wird, so dass eine erste Ausgangsspannung V_out1 des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 unterschiedlich von einer Ausgangsspannung V_out2 des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist.
Der Stromsensor 1 misst einen Stromwert, der durch die Stromschiene 10 fließt, von einer differentiellen Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert zwischen der Ausgangsspannung V_out1 des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung V_out2 des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist. Der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 sind mit einem differentiellen Ausgangsabschnitt (nicht gezeigt) zum Nehmen einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung V_out1 und der Ausgangsspannung V_out2 und zum Ausgeben der Differenz als die differentielle Ausgangsspannung verbunden.
Die Stromschiene 10 ist eine perforierte tafelförmige Stromschiene mit einem Loch 11. 1 zeigt einen peripheren Teilbereich des Lochs 11 der Stromschiene 10. Das erste magnetische Erfassungselement 20 und das zweite magnetische Erfassungselement 23 sind innerhalb des Lochs 11 der Stromschiene 10 installiert bzw. eingebaut. Die Dicke der Stromschiene 10 ist z.B. 1 mm bis 3 mm.
Bei dieser Ausführungsform sind die Stromschiene 10, das erste magnetische Erfassungselement 20 und das zweite magnetische Erfassungselement 23 zusammen auf einem Substrat 12 angebracht.
Als die erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 26 und die zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 27 können z.B. ein Vormagnetisierungs-Magnetfeldmagnet, eine Vormagnetisierungsspule oder ähnliches verwendet werden. Die Vormagnetisierungsspule ist eine Spule, die ein Vormagnetisierungs-Magnetfeld durch einen dort hindurchgeflossenen elektrischen Strom erzeugen kann.
Eine gestrichelte Linie 30 mit einem Pfeil in 2 stellt schematisch ein Magnetfeld (auf das hierin nachfolgend als „zu messendes Magnetfeld“ Bezug genommen wird) um die Stromschiene 10 dar, welches durch den durch die Stromschiene 10 fließenden elektrischen Strom erzeugt wird. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel fließt der elektrische Strom von einer tiefen Seite in Richtung zu einer vorderen Seite und senkrecht zum Zeichnungsblatt und das zu messende Magnetfeld wird um die Stromschiene 10 in einer Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt.
3 ist ein Kurve, die Beziehungen zwischen den Positionen der Stromschiene 10 auf einer geraden Linie in der Dickenrichtung, die durch B, B' in 2 verläuft, und der Stärke des durch den durch die Stromschiene 10 fließenden elektrischen Strom erzeugten Magnetfelds zeigt. Der Ursprung einer vertikalen Achse in 3 ist ein Zentrum der Dickenrichtung der Stromschiene 10. Wie es in 3 gezeigt ist, wird das zu messende Magnetfeld gemäß einer Annäherung an das Zentrum in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 reduziert und wird die Magnetfeldstärke gemäß einer Entfernung von dem Zentrum in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 bis zu einer vorbestimmten Entfernung linear erhöht.
Ein differentieller Wert zwischen diesen Ausgangsspannungen ändert sich durch Vorsehen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 innerhalb eines solchen Gebiets in der Dickenrichtung kaum, das die Magnetfeldstärke linear erhöht und erniedrigt, selbst wenn der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 versetzt sind.
Allgemein gibt es bei einem gewöhnlichen Stromsensor einen derartigen Nachteil, dass die Stärke des Magnetfelds, das durch den zu messenden elektrischen Strom erzeugt ist, der durch die perforierte Stromschiene fließt, sich entlang der Dickenrichtung der Stromschiene stark ändert, so dass sich die Ausgabe selbst durch eine geringfügige Versetzung (Fehlausrichtung) der magnetoempfindlichen Teilbereich stark ändert.
Gemäß dem Stromsensor 1 bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den Einfluss auf die Ausgabe des Stromsensors 1 durch den Versatz des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 durch Einbauen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 innerhalb des Gebiets in der Dickenrichtung zu entspannen, wo sich die Magnetfeldstärke linear erhöht und erniedrigt, und durch Nehmen der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen zu entspannen.
Bei dem Stromsensor 1 können die Komponenten des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 durch Nehmen der Differenz zwischen der Ausgangsspannung V_out1 des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung V_out2 des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 gelöscht werden. Es ist vorzuziehen, dass die Empfindlichkeit des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 dieselbe wie die Empfindlichkeit des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 sein würde, um die Komponenten des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung effektiver zu löschen. Hier bedeutet die magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 eine Richtung, in welcher sich ein Absolutwert der Ausgangsspannung erhöht, wenn das Magnetfeld in dieser Richtung angelegt wird.
Die magnetoresistiven Elemente, die den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 bilden, umfasst eine laminierte Struktur, die eine freie Schicht enthält, in welcher sich eine Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von einer Richtung des externen Magnetfelds ändert, und eine feste Schicht, in welcher eine Magnetisierungsrichtung fest bzw. fixiert ist. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht mit der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht übereinstimmt, anders ausgedrückt, wenn das Magnetfeld an die Magnetisierungsrichtung der festen Schicht angelegt wird, würde ein Widerstandswert bei einem Minimum sein. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht entgegengesetzt (umgekehrt) zu der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht ist, anders ausgedrückt, wenn das Magnetfeld an die entgegengesetzte (umgekehrte) Richtung der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht angelegt ist, würde der Widerstandswert bei einem Maximum sein. Daher ist die magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 parallel zu der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht des magnetoresistiven Elements, das den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 bildet.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Ausgangsspannung des ersten magnetischen Erfassungselements 20 und die Ausgangsspannung des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 so hoch wie möglich sind und die Erhöhung und die Erniedrigung der Ausgangsspannung des ersten magnetischen Erfassungselements 20 in Reaktion auf die Änderung bezüglich des zu messenden Magnetfelds entgegengesetzt zur Ausgangsspannung des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 ist, um die differentielle Ausgangsspannung zu erhöhen, die durch Nehmen der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 zur Verfügung gestellt wird.
Weil die Richtung des zu messenden Magnetfelds parallel zum Zeichnungsblatt der 2 beim Stromsensor 1 ist, ist es vorzuziehen, dass die magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 parallel zum Zeichnungsblatt der 2 sein würde. Weiterhin sind der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 bevorzugt so eingebaut, dass die magnetoempfindliche Achsenrichtung parallel zu einer Hauptoberfläche (der Oberfläche mit einem größten Gebiet) der Stromschiene 10 sein würde, weil das Magnetfeld den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 nahezu parallel zur Hauptoberfläche der Stromschiene 10 durchdringt.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 dieselbe wie die magnetoempfindliche Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist und dass der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 unter der Stelle angeordnet ist, wo das zu messende Magnetfeld Null wird, und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 über der Stelle angeordnet ist, wo das zu messende Magnetfeld Null wird. Dadurch können die Erhöhung und die Erniedrigung der Ausgangsspannung des ersten magnetischen Erfassungselements 20 in Reaktion auf die Änderung des zu messenden Magnetfelds entgegengesetzt zu der Erhöhung und der Erniedrigung der Ausgangsspannung des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 in Reaktion auf die Änderung des zu messenden Magnetfelds gemacht werden.
Eine Oberfläche 31, die durch eine gestrichelte Linie in 2 dargestellt ist, ist eine Oberfläche, die parallel zur Hauptoberfläche der Stromschiene 10 ist und die durch das Zentrum der Dickenrichtung der Stromschiene 10 verläuft, und das zu messende Magnetfeld wird auf der Oberfläche 31 zu Null. Daher ist es, wie es in 2 gezeigt ist, vorzuziehen, dass der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 unter der Oberfläche 31 angeordnet ist und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 über der Oberfläche 31 angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform sind die Stromschiene 10, das erste magnetische Erfassungselement 20 und das zweite magnetische Erfassungselement 23 zusammen auf einem Substrat 12 installiert und sind der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 jeweils auf dem ersten magnetischen Erfassungselement 20 und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 22 installiert. Daher können die Positionen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 durch Regulieren der Höhe des ersten magnetischen Erfassungselements 20 und der Höhe des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 eingestellt werden.
Es ist zu beachten, dass ein Unterschied bezüglich einer Höhe zwischen dem ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und dem zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 (ein Höhenunterschied zwischen ersten magnetischen Erfassungselement 20 und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 23) bevorzugt nicht kleiner als 0.5 mm ist, und zwar angesichts einer Abweichung zwischen einer Einstellposition zum Installieren des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 unter der Stelle, wo das zu messende Magnetfeld Null wird, und einer Einstellposition zum Installieren des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 über der Stelle, wo das zu messende Magnetfeld Null wird. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass ein Unterschied bezüglich einer Höhe zwischen dem ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und dem zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 (ein Höhenunterschied zwischen dem ersten magnetischen Erfassungselement 20 und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 23) bevorzugt kleiner als die Dicke der Stromschiene 10 ist (z.B. 2 mm bis 3 mm), weil das durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 zu messende Magnetfeld sich bezüglich der Dickenrichtung der Stromschiene 10 linear ändert.
4 ist ein schematisches Diagramm, das Konfigurationen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 zeigt. Der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 hat eine Halbbrückenstruktur, wobei ein magnetoresistives Element 22a und ein magnetoresistives Element 22b in Reihe geschaltet sind. Der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 hat eine Halbbrückenstruktur, wobei ein magnetoresistives Element 25a und ein magnetoresistives Element 25b gleichermaßen in Reihe geschaltet sind. Die magnetoresistiven Elemente 22a, 22b, 25a, 25b sind typischerweise GMR-Elemente.
Hierin nachfolgend wird auf eine Energieversorgungsspannung, die an eine Seite des magnetoresistiven Elements 22a des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 angelegt ist, als V₁ Bezug genommen, und wird auf eine Energieversorgungsspannung, die an eine Seite des magnetoresistiven Elements 22b des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 angelegt ist, als V2 Bezug genommen. Ebenso wird auf eine Energieversorgungsspannung, die an eine Seite des magnetoresistiven Elements 25a des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 angelegt ist, als V3 Bezug genommen und wird auf eine Energieversorgungsspannung, die an eine Seite des magnetoresistiven Elements 25b des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 angelegt ist, als V₄ Bezug genommen.
Pfeile M₁, M₂, M₃, M₄ in 4 zeigen die Magnetisierungsrichtungen der festen Schichten von jeweils den magnetoresistiven Elementen 22a, 22b, 25a, 25b. Ebenso zeigen Pfeile B₁, B₂ jeweils die Richtung des Vormagnetisierungs-Magnetfelds, das an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 durch die erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 26 angelegt ist, und die Richtung des Vormagnetisierungs-Magnetfelds, das an den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 durch die zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 27 angelegt ist.
Die Pfeile M₁, M₂, M₃, M₄, B₁, B₂ zeigen die relativen Richtungsbeziehungen zwischen den Magnetisierungsrichtungen M₁, M₂, M₃, M₄ der festen Schichten und der Vormagnetisierungs-Magnetfelder B₁, B₂. Die Magnetisierungsrichtung M₁ der festen Schicht und die Magnetisierungsrichtungen M₂, M₃, M₄ der festen Schichten sind in den Richtungen entgegengesetzt zueinander. Es ist zu beachten, dass die magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 parallel zur Magnetisierungsrichtung M₁, M₂ der festen Schichten ist und die magnetoempfindliche Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 parallel zu den Magnetisierungsrichtungen M₃, M₄der festen Schichten ist.
Die Vormagnetisierungs-Magnetfelder B₁, B₂ sind in den empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtungen der magnetoresistiven Elemente 22a, 22b, 25a, 25b angelegt.
Die empfindlichkeitsbeeinflussende Achsenrichtung ist eine Richtung, die parallel zu der freien Schicht und der festen Schicht des magnetoresistiven Elements ist und senkrecht zu der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des magnetoresistiven Elements, und es ist möglich, die Empfindlichkeit des magnetoresistiven Elements durch Anlegen des Vormagnetisierungs-Magnetfelds in dieser Richtung einzustellen. Die empfindlichkeitsbeeinflussende Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 ist eine Richtung senkrecht zu den Magnetisierungsrichtungen M₁, M₂ der festen Schichten und die empfindlichkeitsbeeinflussende Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist eine Richtung senkrecht zu den Magnetisierungsrichtungen M₃, M₄ der festen Schichten. Beispielsweise sind, wie es oben beschrieben ist, obwohl die magnetoempfindlichen Achsenrichtungen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 bevorzugt parallel zu dem Zeichnungsblatt der 2 und parallel zu der Hauptoberfläche der Stromschiene 10 sind, die empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtungen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in diesem Fall senkrecht zu dem Zeichnungsblatt der 2.
Spezifisch erniedrigt sich die Empfindlichkeit des magnetoresistiven Elements 22a, 22b gemäß der Erhöhung bezüglich einer Stärke des Vormagnetisierungs-Magnetfelds B₁ und erniedrigt sich die Empfindlichkeit des magnetoresistiven Elements 25a, 25b gemäß der Erhöhung bezüglich einer Stärke des Vormagnetisierungs-Magnetfelds B₂ auf gleiche Weise.
Hier sind das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₁ und das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₂ in den Richtungen entgegengesetzt zueinander. Dadurch ist es möglich, die Variation bezüglich der Empfindlichkeit des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 aufgrund der Komponente des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung zu unterdrücken.
Beispielsweise dann, wenn das störende Magnetfeld in der Richtung des Vormagnetisierungs-Magnetfelds B₁ an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 angelegt ist, wird das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₁ verstärkt, während sich die Empfindlichkeit des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 emiedrigt. Andererseits wird das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₂ durch dieses störende Magnetfeld geschwächt, da das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₂ in der entgegengesetzten Richtung zu dem Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₁ ist, und die Empfindlichkeit des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 wird erhöht. Daher ist die differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert zwischen der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist, nicht wesentlich unterschiedlich von einem differentiellen Wert in dem Fall, in welchem ein störendes Magnetfeld nicht angelegt ist.
Es ist zu beachten, dass die Empfindlichkeit des magnetoresistiven Elements selbst dann eingestellt werden kann, wenn die Vormagnetisierungs-Magnetfelder B₁, B₂ nicht parallel zu der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung sind. Jedoch werden die Vormagnetisierungs-Magnetfelder B₁, B₂ bevorzugt in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung angelegt, um das Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung nicht zu ändern.
Weiterhin ist es möglich, den Effekt zum Unterdrücken der Variation bezüglich der Empfindlichkeit des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 aufgrund der Komponente des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung durch Anordnen des Vormagnetisierungs-Magnetfelds B₁ und des Vormagnetisierungs-Magnetfelds B₂ in den Richtungen entgegengesetzt zueinander zu erreichen, ohne von der Form bzw. der Gestaltung der Stromschiene 10 und einer physikalischen Beziehung der Stromschiene 10 mit dem ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 1 und dem zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 abzuhängen.
5A ist eine Kurve, die Änderungen der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in Bezug auf einen normalisierten Strom sowie einer differentiellen Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, zeigt, wenn die Magnetisierungsrichtungen von festen Schichten der magnetoresistiven Elemente 22a, 22b, 25a, 25b und die Richtung des Vormagnetisierungs-Magnetfelds in einer Beziehung sind, die in 4 gezeigt ist. Hier bedeutet der normalisierte Strom, dass der zu messende elektrische Strom, der durch die Stromschiene 10 fließt, durch einen bestimmten Referenzstrom normalisiert ist, z.B. einen maximalen Wert eines gemessenen elektrischen Stroms.
5B ist eine Kurve, die Änderungen der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in Bezug auf den normalisierten Strom zeigt, sowie die differentielle Ausgangsspannung, die ein differentieller Wert dazwischen ist, wenn das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 angelegt ist.
Vergleicht man 5B mit 5A sind die Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und die Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 unter dem Einfluss des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung nach oben verschoben. Jedoch ändert sich die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum, in welchem das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung nicht angelegt ist, weil die Verschiebungsmengen im Wesentlichen dieselben sind. Es ist zu beachten, dass sich gleichermaßen die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum ändert, in welchem das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung nicht angelegt ist, wenn die Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und die Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 nach unten verschoben sind.
In 5B bedeutet „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ einen Unterschied bezüglich der differentiellen Ausgangsspannung zwischen dem Fall, in welchem es das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung gibt, und dem Fall, in welchem es kein störendes Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung gibt, nämlich der Unterschied zwischen der differentiellen Ausgangsspannung, wenn das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung angelegt ist, wie es in 5B gezeigt ist, und der differentiellen Ausgangsspannung, wenn das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung nicht angelegt ist, wie es in 5B gezeigt ist.
Der „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ in 5B ist ungeachtet der Größe des normalisierten Stroms annähernd 0, und er zeigt nämlich, dass das störende Magnetfeld in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung die differentielle Ausgangsspannung kaum beeinflusst.
6A ist eine Kurve, die Änderungen der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in Bezug auf den normalisierten Strom zeigt, sowie die differentielle Ausgangsspannung, die der differentielle Wert dazwischen ist, wenn das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 angelegt ist.
Vergleicht man 6B mit 5A wird unter dem Einfluss des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung eine Steigung einer Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 reduziert und wird eine Steigung einer Kurve der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 erhöht. Jedoch ändert sich die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum, in welchem das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung nicht angelegt ist, weil die Änderungsausmaße dieser Steigungen im Wesentlichen dieselben sind. Es ist zu beachten, dass sich gleichermaßen die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum ändert, in welchem das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung nicht angelegt ist, wenn die Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 erhöht ist und die Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 reduziert ist.
Weil das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₁ und das Vormagnetisierungs-Magnetfeld B₂ in den Richtungen entgegengesetzt zueinander sind, sind die Erhöhung und die Erniedrigung der Empfindlichkeit des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und die Erhöhung und die Erniedrigung der Empfindlichkeit des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 aufgrund des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung entgegengesetzt zueinander, so dass eine Richtung der Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 unterschiedlich von einer Richtung der Steigung der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 ist.
In 6A bedeutet der „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ einen Unterschied bezüglich der differentiellen Ausgangsspannung zwischen dem Fall, in welchem es das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung gibt, und dem Fall, in welchem es kein störendes Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung gibt, nämlich der Unterschied zwischen der differentiellen Ausgangsspannung, wenn das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung angelegt ist, wie es in 6A gezeigt ist, und der differentiellen Ausgangsspannung, wenn das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung nicht angelegt ist, wie es in 5A gezeigt ist.
Der „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ in 6A ist ungeachtet der Größe des normalisierten Stroms nahezu 0, und er zeigt nämlich, dass das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung die differentielle Ausgangsspannung kaum beeinflusst.
6B ist eine Kurve, die Änderungen einer Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und einer Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in Bezug auf den normalisierten Strom zeigt, sowie eine differentielle Ausgangsspannung, die eine differentielle Höhe dazwischen ist, wenn Positionen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 in Richtung zur Dickenrichtung der Stromschiene 10 versetzt sind. Es ist zu beachten, dass die Größe des Versatzes der Positionen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 bei dem in 6B gezeigten Beispiel 10% des Unterschieds bezüglich einer Höhe zwischen dem ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und dem zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 ist.
Vergleicht man 6B mit 5A, ist unter dem Einfluss des Versatzes bezüglich der Dickenrichtung der Stromschiene 10 eine Steigung einer Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 reduziert und ist eine Steigung einer Kurve der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 erhöht. Jedoch ändert sich die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum, in welchem das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung nicht angelegt ist, weil die Änderungsausmaße von diesen Steigungen im Wesentlichen dieselben sind. Es ist zu beachten, dass sich gleichermaßen die differentielle Ausgangsspannung gegenüber dem Fall kaum ändert, in welchem das störende Magnetfeld in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung nicht angelegt ist, wenn die Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 erhöht ist und die Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 reduziert ist.
Der erste magnetoempfindliche Teilbereich 21 und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich 24 sind innerhalb eines solchen Gebiets in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 installiert, dass sich die Magnetfeldstärke linear erhöht, wie es in 3 gezeigt ist, so dass die Änderungsausmaße der Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und die Steigung der Kurve der Ausgangsspannung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 im Wesentlichen dieselben sind.
In 6B bedeutet der „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ einen Unterschied bezüglich der differentiellen Ausgangsspannung zwischen dem Fall, in welchem es den Versatz zwischen den Positionen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 gibt, und dem Fall, in welchem es keinen Versatz zwischen den Teilbereichen des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 und des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 gibt, nämlich der Unterschied zwischen der differentiellen Ausgangsspannung, wenn es den Versatz gibt, wie es in 6A gezeigt ist, und der differentiellen Ausgangsspannung, wenn es keinen Versatz gibt, wie es in 5A gezeigt ist.
Der „Ausgabeunterschied zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein einer Störung“ in 6B ist ungeachtet der Größe des normalisierten Stroms nahezu 0, und er zeigt nämlich, dass der Versatz bezüglich der Dickenrichtung der Stromschiene 10 die differentielle Ausgangsspannung kaum beeinflusst.
Wie es oben beschrieben ist, ist es gemäß dem Stromsensor 1 der vorliegenden Erfindung möglich, nicht nur den Einfluss der Komponente eines störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des magnetischen Erfassungselements, sondern auch den Einfluss der Komponente eines störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung bei der Ausgabe des Stromsensors 1 zu unterdrücken. Ebenso wird das magnetoresistive Element ursprünglich nicht durch das störende Magnetfeld in der Richtung beeinflusst, die senkrecht zu der freien Schicht und der festen Schicht ist (d.h. der Richtung, die senkrecht zu der magnetoempfindlichen Achse und der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achse ist). Daher wird der Stromsensor 1 durch das störende Magnetfeld in allen Richtungen kaum beeinflusst.
Weil der Stromsensor 1 durch das störende Magnetfeld in allen Richtungen kaum beeinflusst wird, wird die magnetische Abschirmung weggelassen, die herkömmlich verwendet worden ist, um das störende Magnetfeld zu verhindern.
Die 7A bis 7C sind vertikale Querschnittsansichten der Stromsensoren, wenn eine einfache magnetische Abschirmung in jedem Stromsensor 1 vorgesehen ist.
Bei dem in 7A gezeigten Beispiel umfasst der Stromsensor 1 weiterhin zwei tafelförmige magnetische Abschirmungen 40a, 40b, die die beiden Seiten der gesamten Stromschiene 10 bedecken. Es ist vorzuziehen, dass ein Abstand zwischen der Oberfläche 31 und der magnetischen Abschirmung 40a und ein Abstand zwischen der Oberfläche 31 und der magnetischen Abschirmung 40b gleich zueinander sind, um eine Magnetfeldverteilung in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 symmetrisch zur Verfügung zu stellen. Der Einfluss des Versatzes in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 kann durch symmetrisches zur Verfügung stellen der Magnetfeldverteilung in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 minimiert werden, um dadurch die Steigungen in Bezug auf die Position des Magnetfelds konstant zu machen.
Bei dem in 7B gezeigten Beispiel umfasst der Stromsensor 1 weiterhin zwei tafelförmige klein bemaßte magnetische Abschirmungen 41a, 41b, die eine obere Seite und eine untere Seite des ersten magnetischen Erfassungselements 20 und des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 innerhalb eines Projektionsbereichs 32 in der Dickenrichtung der Stromschiene 10 des Lochs 11 der Stromschiene 10 abdecken. Weil das Magnetfeld in dem Projektionsbereich 32 geschwächt wird, tritt die magnetische Sättigung der magnetischen Abschirmung kaum auf, so dass es möglich ist, die Reduktion bezüglich des Abschirmeffekts zu unterdrücken. Es ist zu beachten, dass die erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 26 und die zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld-Emissionsquelle 27 in einem Raum installiert sind, der jeweils in Sandwichbauweise zwischen den magnetischen Abschirmungen 41a, 41b ist, um das Vormagnetisierungs-Magnetfeld effektiv an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich 21 und den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich 24 anzulegen.
Bei dem in 7C gezeigten Beispiel umfasst der Stromsensor 1 weiterhin nur die magnetische Abschirmung 41b, die aus den magnetischen Abschirmungen 41a, 41b ausgewählt ist, wie sie in 7B gezeigt sind, zum Abdecken der unteren Seite des ersten magnetischen Erfassungselements 20 und des zweiten magnetischen Erfassungselements 23. Die Position der Stelle, wo das Magnetfeld Null wird, weicht durch Lokalisieren der magnetischen Abschirmung auf die Weise einer Asymmetrie zwischen oben und unten von der Oberfläche 31 ab.
Weil die magnetische Abschirmung bei dem in 7C gezeigten Beispiel bei nur der unteren Seite installiert ist, ist die Position der Stelle, wo das Magnetfeld Null wird, die mit der gestrichelten Linie 33 dargestellt ist, von der Oberfläche 31 nach unten verschoben. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Position des magnetoempfindlichen Teilbereichs 21 nach unten zu verschieben und die Position des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 nach oben zu verschieben, und zwar in Bezug auf die Stelle, wo das Magnetfeld Null wird, durch Ausrichten der Position einer oberen Oberfläche des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs 24 mit der Oberfläche 31.
Anders ausgedrückt ist es möglich, die Implementierung des ersten magnetischen Erfassungselements 20 und des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 zum Veranlassen zu ermöglichen, dass die Erhöhung und die Erniedrigung der Ausgangsspannung des ersten magnetischen Erfassungselements 20 entgegengesetzt zu der Erhöhung und der Erniedrigung der Ausgangsspannung des zweiten magnetischen Erfassungselements 23 wird, und zwar in Reaktion auf die Variation bezüglich des zu messenden Magnetfelds.
(Effekt der Ausführungsform)
Gemäß dem Stromsensor bei der Ausführungsform ist es möglich, nicht nur den Einfluss des störenden Magnetfelds in der magnetoempfindlichen Achsenrichtung des magnetischen Erfassungselements zu unterdrücken, sondern auch den Einfluss des störenden Magnetfelds in der empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung, durch Anlegen der Vormagnetisierungs-Magnetfelder in den Richtungen entgegengesetzt zueinander an die jeweiligen magnetoempfindlichen Teilbereiche der zwei magnetischen Erfassungselemente und durch Nehmen des Ausgabeunterschieds zwischen den zwei magnetischen Erfassungselementen. Weiterhin kann gemäß dieser Struktur die magnetische Abschirmung zum Verhindern des störenden Magnetfelds weggelassen oder vereinfacht werden.
(Zusammenfassung der Ausführungsform)
Als Nächstes wird die technische Idee, die aus der vorgenannten Ausführungsform begriffen wird, unter Bezugnahme auf die Bezugszeichen beschrieben, die bei der Ausführungsform verwendet sind. Jedoch beschränken die Bezugszeichen und ähnliches in der folgenden Beschreibung die Bestandteilselemente der Ansprüche nicht auf das Element oder ähnliches, das in der Beschreibung der Ausführungsform speziell beschrieben ist.
[1] Stromsensor (1), umfassend eine Stromschiene (10), durch welche ein zu messender elektrischer Strom fließt, ein erstes magnetisches Erfassungselement (20), das einen ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) enthält, der ein magnetoresistives Element (22a, 22b) umfasst, und ein zweites magnetisches Erfassungselement (23), das einen zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) enthält, der ein magnetoresistives Element (25a, 25b) umfasst, wobei eine Stärke eines Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) erfasst ist, unterschiedlich von einer Stärke des Magnetfelds ist, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) erfasst ist, wobei ein erstes Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₁) an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) angelegt ist und ein zweites Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₂) in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des ersten Vormagnetisierungs-Magnetfelds (B₁) an den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) angelegt ist.
[2] Stromsensor (1) nach [1], wobei das erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₁) und das zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₂) parallel zu einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) und einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) sind.
[3] Stromsensor (1) nach [1] oder [2], wobei die Stromschiene (10) eine tafelförmige Stromschiene umfasst, die ein Loch (11) hat, und das erste magnetische Erfassungselement (20) und das zweite magnetische Erfassungselement (23) innerhalb des Lochs (11) der Stromschiene (10) eingebaut sind, und eine Position des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) unterschiedlich von einer Position des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) in einer Dickenrichtung der Stromschiene (10) ist.
[4] Stromsensor (1) nach [3], wobei eine magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) dieselbe wie eine magnetoempfindliche Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) ist und eine Richtung des Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) erfasst ist, entgegengesetzt zu einer Richtung des Magnetfelds ist, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) erfasst ist.
[5] Stromsensor (1) nach [3] oder [4], wobei die Stärke des Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, sich linear erhöht und erniedrigt und der erste magnetoempfindliche Teilbereich (21) und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich (24) innerhalb eines Gebiets in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) angeordnet sind.
[6] Stromsensor (1) nach einem von [3] bis [5], weiterhin umfassend zwei tafelförmige magnetische Abschirmungen (40a, 40b), die beide Seiten der Stromschiene (10) gänzlich bedecken.
[7] Stromsensor (1) nach einem von [3] bis [5], weiterhin umfassend zwei tafelförmige magnetische Abschirmungen (41a, 41b), die eine obere Seite und eine untere Seite des ersten magnetischen Erfassungselements (20) und des zweiten magnetischen Erfassungselements (23) innerhalb eines Projektionsbereichs in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) des Lochs (11) der Stromschiene (10) bedecken.
[8] Stromsensor (1) nach einem von [3] bis [5], weiterhin umfassend eine tafelförmige magnetische Abschirmung (41b), die eine untere Seite des ersten magnetischen Erfassungselements (20) und des zweiten magnetischen Erfassungselements (23) innerhalb eines Projektionsbereichs in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) des Lochs (11) der Stromschiene (10) bedeckt.
Die Ausführungsform der beanspruchten Erfindung ist beschrieben wie oben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die detaillierte Beschreibung der Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden, ohne über den Schutzumfang der Erfindung hinauszugehen. Beispielsweise können mehrere Stromsensoren bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung angeordnet sein.
Ebenso beschränkt die detaillierte Beschreibung der Ausführungsform, die beschrieben ist wie oben, die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht. Weiterhin ist zu beachten, dass alle Kombinationen der Merkmale, die in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsform beschrieben sind, nicht notwendigerweise wesentlich für die Mittel zum Lösen eines Problems der Erfindung sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016216463 A [0001]
WO 2016056135 A [0003, 0004, 0008, 0009]
JP 5482736 B [0005, 0006]
JP 5482736 [0009]

Claims

Stromsensor (1), umfassend: eine Stromschiene (10), durch welche ein zu messender elektrischer Strom fließt; ein erstes magnetisches Erfassungselement (20), das einen ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) enthält, der ein magnetoresistives Element (22a, 22b) umfasst; und ein zweites magnetisches Erfassungselement (23), das einen zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) enthält, der ein magnetoresistives Element (25a, 25b) umfasst, wobei eine Stärke eines Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) erfasst ist, unterschiedlich von einer Stärke des Magnetfelds ist, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) erfasst ist, wobei ein erstes Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₁) an den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) angelegt ist und ein zweites Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₂) in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des ersten Vormagnetisierungs-Magnetfelds (B₁) an den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) angelegt ist.
Stromsensor (1) nach Anspruch 1, wobei das erste Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₁) und das zweite Vormagnetisierungs-Magnetfeld (B₂) parallel zu einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) und einer empfindlichkeitsbeeinflussenden Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) sind.
Stromsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromschiene (10) eine tafelförmige Stromschiene umfasst, die ein Loch (11) hat, und das erste magnetische Erfassungselement (20) und das zweite magnetische Erfassungselement (23) innerhalb des Lochs (11) der Stromschiene (10) eingebaut sind, und eine Position des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) unterschiedlich von einer Position des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) in einer Dickenrichtung der Stromschiene (10) ist.
Stromsensor (1) nach Anspruch 3, wobei eine magnetoempfindliche Achsenrichtung des ersten magnetoempfindlichen Teilbereichs (21) dieselbe wie eine magnetoempfindliche Achsenrichtung des zweiten magnetoempfindlichen Teilbereichs (24) ist und eine Richtung des Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, der durch den ersten magnetoempfindlichen Teilbereich (21) erfasst ist, entgegengesetzt zu einer Richtung des Magnetfelds ist, das durch den zweiten magnetoempfindlichen Teilbereich (24) erfasst ist.
Stromsensor (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Stärke des Magnetfelds, das durch den elektrischen Strom erzeugt ist, sich linear erhöht und erniedrigt und der erste magnetoempfindliche Teilbereich (21) und der zweite magnetoempfindliche Teilbereich (24) innerhalb eines Gebiets in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) angeordnet sind.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin umfassend: zwei tafelförmige magnetische Abschirmungen (40a, 40b), die beide Seiten der Stromschiene (10) gänzlich bedecken.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin umfassend: zwei tafelförmige magnetische Abschirmungen (41a, 41b), die eine obere Seite und eine untere Seite des ersten magnetischen Erfassungselements (20) und des zweiten magnetischen Erfassungselements (23) innerhalb eines Projektionsbereichs in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) des Lochs (11) der Stromschiene (10) bedecken.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin umfassend: eine tafelförmige magnetische Abschirmung (41b), die eine untere Seite des ersten magnetischen Erfassungselements (20) und des zweiten magnetischen Erfassungselements (23) innerhalb eines Projektionsbereichs in der Dickenrichtung der Stromschiene (10) des Lochs (11) der Stromschiene (10) bedeckt.