TW201133015A - Magnetic field sensor, and magnetic field measuring method, power measuring appratus and power measuring method using the sensor - Google Patents

Description

201133015 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於磁場感測器、刹田# 、 法、電功率量測裝置及電功率^ 磁場感測器之磁場測定方 偏移且高精度磁場測定之磁場尤關於取得用來實贿 之電功率量測裝置。 、d态電壓，及利用此磁場感測器 【先前技術】 近年，在利用網際網路等環培 遠距抄錶之量測系統的開發。 、σ中，正進打包含電功率 現在有人使用一種電功率計，发 功率為轉換圓盤的旋轉數並進行累；ς:以下在將所用電 中，附加侧旋轉的感·，或之既存累异式電功率計 計(ΡΤ)並由電路或微處理器進行^去^^力口電^計(CT)、電壓 此種電功率計不僅裝置大型化 Ί測電功率等。但是， 的能量。 彳貝格问叩’而且難免會浪費額外 量，並且二::计’能將消耗電功率就此測定為電 ^^SIS - " ^^ 方式率分量職難巾取得電功物之 内，利用兩ϊ ='則叙置中’注重在由磁性薄膜構成的強磁性體 ί，度造成該磁性體之電阻値變= 取得正比於分=無偏—場下獲得線性特性，而 201133015 在此採用的磁場感測器，係將外部磁場的變化 =兀件，且係將強雖薄膜或半導體 子信 在此輸出信號如下式(1)

Kr R\R3-R2R4 +及3 +及4 V2/, cosm ω k-R3 ../ .cr rn〇p , A：·-S3 i?l+i?2 + i?3 + iR4 L1 il + Λ2 + i?3 + 及4 ·Γι. & cos(2® + Θ)

DC +高頻分量 2ω V*I-cos0 在此輸出分成直流分量項，與交流分量項。 .“ο A1係由電橋阻抗的不平衡所產生之與電功率無關的益關 項，A2係正比於電功率的項(瞬時電功率）。 ’… 如此，為了磁場感測器高感度化，有各種提案。例如專利文 獻1中，亦提案一種磁場感測器，意圖高感度化，而將環狀圖牵 的一部分予以開口形成通電部。 【先前技術文獻】 【專利文獻】 專利文獻1 :日本特開平11 一274598號公報 【非專利文獻】 非專利文獻 1 : Thin film power meter using magnetic thin film (Papers of technical Meeting on Magnetics, IEE Japan. VOL.MAG -05 No. 182) 非專利文獻 2 : Thin film power meter using magnetic thin film (Papers of technical Meeting on Magnetics, IEE Japan. VOL.MAG — 05 No. 192) 201133015 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 信τ但·? ’在上述電功率量測裝置中’係採用量測2ω分量的振幅 二1 1之値，並且另外量測功率因數COS0而另外進行乘算以獲 Ϊ廿—之方法’在功率因數非1時必須另外量測功率$ 美㈣=θ 1在電流波形具有高次諧波分量時’則有只能取得 基頻波分置之電功率的問題。 ^ -於磁感測器’則有以下所示的問題。例如’如圖28所 磁性特性之磁性薄膜上沿直徑3 磁化為]VT Β*—入从在。亥電流產生的磁場為Η，且元件具有的自發 所合成之磁^場向量Η與元件具有的自發磁化向量Μ 量:戶斤度向量為^。’電流密度向量1與磁通量密度向 ===1，=__一間之電阻以 VAb = I2(R + ARcos20) ⑺ 在此〗2係元件電流。 方向之5題在述判別施加交流磁場時的正負 本發明有μ於該實情，為正負同値。 行正負方向的判定，且能供—種磁場感測器，能進 又，目的在於接彳& #呵可#度的磁場偵測。 提供一種電功率 數，而能簡單地量測電功率。羊里測哀置，不另外I測功率因 (解決問題之方式） 所以本發明之磁場感測哭，豆 供電部，具有輸入輪出端子爿^ _ ς特敛在於，包含：磁性薄膜； 偵測部，偵測位在該元件電漭=电流供給到該磁性薄膜；以及 間電壓；並且該磁性薄膜二=之正交方向的該磁性薄膜端部 形.成。。 、對於該元件電流方向成對稱的方式 又 ，本發明包含：上柄場感測器中該侧膜外形為圓形。 201133015 又，本發明包含：中中該磁性薄膜係環狀體。 流動。 且叹有供電部胁電流在該正方形之對角線^向 係固i線包含：上述磁場_11中該雜觸係環狀體且 内部設有由磁性膜構成的中5亥磁性_在該環_ 又，本明句人. 哥联 該磁内部磁性薄膜係由與 該磁性薄膜不同的測$中該内部磁性薄膜係由與 ίΓ方向的正交方向來偵測該:_膜:部間; 測器以及直，其特徵在於，包含磁場感 對於交流電流通的^體;;=;包含:磁性薄膜，以相 連過電=將 ，量輸出;並且該 該直流分量抽出部形成在^測裝置中該磁場感測器係與 又，本發明包合.μ、+、带 S 係成•板 礤性i膜本電功率量測謝該磁場感測器包含： 電流供給到=ί;板;及=，具有輪入輪出端子將元件 、 及偵測電極部，偵測該磁性薄膜兩端 201133015 體S成並且该配線圖案與該供電部及該備測電極部係 又 由同一導 元件^==^^率量測裝置中係以磁阻相對於該 化方蝴雖薄膜係以磁 該元ί電神量職置巾該_部係形成在 具有 測部偵==述=量測裝置中包^ 交又點谓測部之^出交又點’並且因應於該零 該偵測部。 ·上柄功率量職置中具有電容器並聯在 對於:性：=功使用上述電功率量測裝置， 向成對稱的方式 產生的輸出之直流分量，作為電神資^⑸件電流供給所 ，於又包;於:=電巧測==:感測器，其特徵 :以=性薄膜端部間S 向之正 电伽·方向成對稱的方式形成。 寻膜以相對於該元 i 明包含：上述磁場感測器中該磁性薄膜夕& & i，ίΓ包含：上迷磁場感測器*該磁性m圓形。 之月包含:上述爾測器中該磁狀體。 流^狀體構成，且設有供電部使得電流在該正 本ι明包含.上迷磁場感測器中該磁性薄膜係環狀體且 201133015 係固定線寬 又 s 狀體====== 内部==成r該磁性薄膜在該環狀體 該磁構性薄膜係由與 又本赉明包含.上述磁場感測器中該内^ 該磁性薄膜不同的磁性薄膜所構成。 『4膜係由與 性薄;的ΐί明::;=====，係對於磁 流，並藉由在該元件電的方式供給元件電 端部間電壓以測定磁場ϋ。…χ方向來偵_磁性薄膜 (發明之效果） 如以上忒明，依據本發明之磁場残測哭，因袅At4|丨田+ β 的構成，從與元件電流方向正交的簡單 ^據本伽之電功率量職置 能简的構成且不必另外量測功率 【實施方式] (貫施發明之最佳形態） ，式詳細說明本發明之實施形能。 器的彻赚咖鹏恢磁場感測 膜，在元件電方^於用來作為磁性薄膜的強磁性薄 輪出方向約成對^ 向進行取得輪出，並且相對於取# 201133015 亦p如圖1中原理說明圖所示，以位 膜3之圖案中心而對稱的位置在 薄 的點A、B作為通電部，並將正交於此線段、緣上 線段CD*定為取得輪出方向。 狄仙且通過II之令心的 此，，如圖！所示，令電流[流 方向配置的導體·。在該電流產生的磁場向量挫 Μ所合成的磁通量密度向量為知。，並且$忒化向量 f密度向量％所成角度為Θ，強磁性薄膜3 與磁通 ㈣表示

Vcd=l2(ARsin20) .. · (3) 在此12係元件電流。 亦即在施加交流磁場時能判定正負。 又，相較於式(1)所表示的習知例而言，盔 偏移而成為零值，故能使電路構成變簡單。’、、、未&加磁場時的 依據此構成，令電流L流通在強磁性薄膜 置的導體2GG ’在該電流產生的磁場為H，^件方向配 2時旦^部磁場向量Η與元件具有的自發磁化向有匕為 ，通1密度向量為ΒΜ0，並且令電流密度向 里成的 5所成角度為Θ，強磁性薄膜3的點Α— 向量 =化=二間=値的最大值為^S VCDm；1以電壓VAC與電壓vAD之差予以 u間之 (實施形態1) ° 的以下說明本實施形態1之磁場感測器 盗之原理說明圖，圖3顯示俯視圖，圖 =此磁场感測 測器如圖3及4所示，在由矽構成的其把、、π圖。此磁場感 為絕緣膜2,在此絕緣膜2上形成由星^ ^面形成氧化石夕膜作 3構成的環狀圖案，並包含沿此成 201133015 5A、5B之導體圖案，以及形成在此供電部5A、 _ 電流方向的正交方向作為摘測部冗、SD之導體圖案。一之轉 膜3的圖案中心而對稱的位置，且在此強磁^膜==， 點A、B作為通電部，將正交於此绩 ，圖案周緣上的 段CD定為取得輪出方向。乂於蝴又^並且通過圓之中心的線 此時，如圖2所示，令電流流通在強磁性薄膜 一 方向配置的導體200。在該電流產生的磁 件 磁化為Μ時，令外部磁場向量H與元件具有的自|磁f的旦自$ ^成的磁通量密度向量為B_，並且令電流 密巧量Βμο所成角度為θ，磁性薄膜3的點Α—β間里之電二通置 因磁％而變化的點Α—Β間之電阻値的最大値為ar，則點C、 間之電壓V，能輯壓Vag與電壓Vad之差予以表示。、”、 所以在該式(3)成立並施加交流磁場時，能判定正負。 簡單? ’因無未施加磁場時_移而成為零值，故能使電路構成 在此’就強磁性薄膜而言，在單層構造的強磁性薄膜之 亦從(強磁性體/非磁性導電體)構造的反鐵磁性(結合)型薄膜，（古 非磁性導電體/低保磁力強磁性體)構造的感應ί 从躺、a卜。口 ^溥膜’（半強磁性體/強磁性體/非磁性導電體/強磁 膜，C錢祕之 又，就導體圖案而言，使用金、銅、銘等等。 其次說明此磁場感測器的製造步驟。 氧化矽膜形成在作為基板1的矽基板表面以作為絕緣膜 ^一，:、上層藉由濺鍍法形成強磁性薄臈3。此時，施加磁場同時進 行’賤鑛，以自發磁化方向以排列整齊的方式形成。 並且藉由光微影將此強磁性薄膜3圖案化，成為圓環狀的圖 案。 其後，藉由濺鍍法形成金之類的導電體薄膜，並藉由光微影 201133015 予以圖案化，形成如圖3及 5C、5D。 圖4所示的供電部5A、5B及侧部 完成磁場感測器。 故電阻增大，能使輪出加，因為磁性薄膜的寬度變小， 裝置如圖5所示的測定 交流電供給到圖2至4所亍的讲紅由义壓态5〇6及電阻505，將 且將放大器』經^乍^的，感測器5〇1之供電部A、B，並 器501之價測部C、D 504而連接到磁場感測 鐵製外殼内。在此定裝置收納在 基板，並將元件與待測定的Λ f式置裝載有此等元件的元件 測定。 則疋的— 線之分開距離定為約3mm並進行

此測疋結果顯示在圖6及圖7。圖6伟令元、ώ τ β 時的^輸出，圖7係令元件綠為8.842A 此，ί&件輸出電壓之關係顯^圖8。在 可靠=成的偏移為5.888V ’但除此之外並無偏移，成4 另，该霄施形態中，雖說明採用配置在 杜 ί測定，但亦可藉由將待測定的電線裝載在元件基 土該實施形態中希望線寬定為_。在非固料採 I電ΐ値ΐ對稱，或者附加輔助圖案等方式，亦為有效。 又’磁性溥膜因為外形係圓形且為 電流方向成對稱的方式形成，而能提供高 阳极ί ’藉由將雜薄膜定為環狀，使雜薄膜的寬度變小，带 日么，能不擴大元件的外形而增加電阻値，能大。屯 (貫施形態2) 其次，說明本發明之實施形態2。本實施形態中，如圖9至圖 11 201133015 圖案之強磁、述貫施減、1之構成磁場感測器環狀 1相ί成辅助_ ^其他構成與前述實施形態 :，一_膜，能導引更多的二== 性上的戌产，η”在徒电阻的狀·4下’僅欲提升磁 感度^度措由電性上獨立並設置内部磁性薄膜而能達成g 性體S膜ΐ==Γ:圖12 護絕緣膜！6來^覆用/聚Si亞胺樹脂構成的保 的磁場感測器。 祕止難體細之德並提供高可靠度 士、，者在環狀圖案之内部形成的辅助圖宰可刹用知円“"

如圖13所示利用由其他材料構成的磁性SS 性薄2由：=薄;=，成的磁性薄膜來構成内部磁 而高可靠感案測=供製造容易且僅有圖案變更又高感度 咖加^ ’藉由利用與磁性薄膜不同的磁性薄膜夾椹士、姑丄 整感度而精由_内部磁㈣_材料達成感度調 12 201133015 整。 另，就保護膜而言，在氧化 採用聚酿亞胺樹脂、紛駿樹脂等有機Ί氧化麵等無機膜之外亦能 (實施形態3) ' 其次說明本發明之實施形鲅3。太昝 t 亚έ又有供電部5A、5B今、s 4 衣狀圖木33構成， 交方向^有_部5C: 5rriui敍方形的對角線方向，其正 本實施形態中，形成正方形 1的磁場感㈣之環狀随3，述實施形態 相同，在此省略說明。相同部位上與則述實施形態1 此磁場細之顧說日謂膝在此圖Μ係 部磁=旦度向严元件所具有的自發磁化向量Μ與外 磁化二二、二成’”、、外部磁場時’磁通量密度向量成為自發 向::磁場一 依據此巧，制n之輪出Vmr能以下式表示。 此處述相同’令電流密度向量與磁通量密度向量所成角 :為、㊀2 ’ AB與AC、及AB與AD所成角度為φ，無外部磁場 時的AC間電壓為VAC0、AD間電壓為Vad〇 ’磁阻效應造成的電 壓變化之最大値為AVr。 13 201133015

Vmr ={^co + c〇s2&2]- {V^ +AVr cos 2&2} =fcco + c〇s 29y} - {V^ +AVr cos 2(9l - 2φ)\ C4) 並且Vac。= Vado時 V晰=Af； cos2^ -Δί^ cos 2闲-2的…(5) 2卜90度時得最大値

Vnr =tVr cos 2ΘΧ -LVr cos 2(^ -9〇°) = AVr cos 2θι -LVr 005(2^-180°) =AVr cos 29λ A-kVr cos2¾ =cos 2珥…（6) 在圓形環狀即圓環狀中亦能以約略相同的算式表現，但因為 在圓環狀時，電流密度向量的方向在A到C、A到D之間產生^ 化，亦存在有輸出成為最大的φ=45度以外之分量，因此相較$ 正方形而言，輸出較小。 、 —为，刖述貫施形態中係藉由濺鍍法形成磁性體薄膜，但不限 定於濺鍍法，亦可藉由真空蒸鍍法、塗布法或浸潰法等方式形成二 —又，就基板而言有矽等半導體基板，此外藍寶石，玻璃，陶 瓷材料等無機系基板，或者樹脂等有機系基板均可使用。其 其宜採用可撓性優異、薄且輕者，例如，可採用與廣泛用^乍^ 刷配線，等的塑膠薄膜相同的基板。更具體而言，可利用公知 為塑膠薄膜材質的各種材料，例如聚醯亞胺、聚對苯二曱酸 ，(ΡΕΤ)、聚丙烯(ΡΡ)、鐵氟龍(註冊商標)等^藉由採用可換^ =，能以包圍制定電線的方式來配置，而以成為更高感 工配置。又，亦可考慮利用軟銲接合並採用高耐 ^凸 胺薄膜。另基板厚度並無特別限定，但宜為i〜·右的的^亞 ⑽’可在玻璃基板等基板上直接形成磁性體薄膜圖宰而^ ’亦可先形成晶片並利用打線接合 ^ ίίΐίΓ璃基板或印刷配線基板等。又，能藉由令晶片ίΪ 3 1電路並積^^提，高精度且高可靠度的磁場感測二 出方向 14 201133015 流方向成對稱的方式形成者即可應用，能判定方向之正負，並且 因無未施加磁場時的偏移而能使電路構成變簡單。 又，前述實施形態中係採用利用強磁性薄膜之磁場感測器， 但並不限定於此’亦可使用其他磁場感測器。 (實施形態4) 在本發明之貫施形悲的說明之前，先說明本發明之測定原理。 此電功率量測裝置中，著眼於在強磁性體内，利用電流與磁 化所成角度造成該磁性體之電阻値變化的現象，即利用 ς 效應，能在無偏翻場下獲縣性雜，而取 = 信號分量。圖16及㈣示此啦。圖16係力 置之概要說明圖，圖17係等效電路圖。 电力旱測疋裝 一在此採用的磁場感測器，係將外部磁場變化 的7G件，將作為磁場制膜之強磁性薄膜 、义子信號 ::場偵測膜之圖案而以電壓變化將外部磁場之變忿d 成的=圖17所示，強磁性薄膜能視為由1^、〜構 在此，位於平衡狀態(R1==RfR产R4)時，成為： 15 201133015 勝兀件流ift的電流定爲工3,化 Vb „ Vb la R\ + R4 輸出電壓Vwy^ VKr =IaR\ibR2 Vb ΚλΛ-Kb R\- -R2-

Vb R\ + RA R2 + R3 R1R3-R2R4

Vb 在此，ΛΙθΛΙ + Ml變化時L _ (^l+Ai?l + i?4)· (R2 + R3) 同除；R1_R3,則

Vb (1+y

Rl R\R3 (1 — 趟 R4

Vb m R\ R3 @1 = R2 = R3 = R小貝[f Am

Rl (2+5.2

Vb AR\ AR\+2AR\

Vb R\ 「△Rl <<R1時 AR\ 掀..(7) 4i?l 在此， LR\ = k. l\，Vb = R\12

Vmr {klX){R\l2) AR\ 4 /1/2 代入A (Z) = '/^4 c〇s(£0i + ^)，i2 ⑴=λ/^72 COS <2K與磁阻效應原理式同樣展開，刖 =—IlI2cos5 + —/U2cos(2iai+ 6^) 4 4

又，A Βα k /!^2c〇s(2^ +5)... (8) ARa 4 . As 並且，分成直流分量項(第1項），與交流分量項(第2項）。 亦即，電阻橋在零磁場且乂1!11：=0時(111=112 = 1^3 = 1^4)，藉由 16 201133015 ，為可設計成電阻變化率ARi/r 壓Vb正比於,故Vmr輸出正匕於1】，且強磁性薄膜上 Η言號分量。將Tl饴T s DD; 11與L 項）+ (2〇〇 項） 施：=:由—正比於電-變化率

比於電功率的信號分量。將丄Ιι與Is之乘積。亦即正 項) + (2ω項）。 ” 2展開成瞬時式時，Vmr係(DC 因為普通電阻橋為不平衡故展現 無關。更正確而言，因林平敏但此分量與電功率 程度與電功率分量。 、值’文大’無法分離不平衡 所以，藉由取第1項即直流分量 本發明之電功率量測裝置中採用的磁^取得直接電功率。 態1中已說明，故在此省略說明。5兹％感測器，因在實施形 現說明本實施形態4之電功率量測 一 量測農置之說_，圖19顯補_ =。圖18顯示此電功率 裝置之輸出。此電功率量測裝置包含购== = =量測 出部50，該磁場感測器1〇包含：強磁性‘、，。0 〃、直刀量抽 通的-次導體成平行的方式配置；供電部二3對=交流電流 接到該-次導體並通過電阻體將元件電二^輸出端子連 =測部，細強磁性薄膜兩端之輸出、?;;強; 抽出部50從該偵測部之輸出抽出直流分量。立"亥直机分董 在此磁場感測器10之供電部，通過作為負載 在交流電源8。又，連接在_部的直流抽載U接 器20、A/D轉換器30以及CPU40所構成。卩係由放大 又’此電功率量猶置係連細下部分顧： ，，線圖案3P日而安裝在由印刷配線基板構成的電路U。; f 放大益20,由軟銲連接在此印刷配線基板上配線圖案3 二 件構成；A/D轉換器30 ; CPU40。元件符號2係絕緣膜。日日片令 、在此如圖18所示’磁場感測器與直流分量抽出部5〇 成在電路基板1上，故磁場感測器的強磁性薄膜與放大器2〇 ^ 入線所圍成的© s未❹卜次導體電流L所產生的磁通^橫切， 17 201133015 響 所以J降=妓顧量所造紅林的 又，能薄型化及小型化。 电刀手之衫 如此獲付之輪出顯示在圖20。由你兮认！j xr 量，能直接獲得電功率。 日〜輪出Vmr獲得沉分 利用平面霍爾效應，而能在無偏壓磁;==現象，即 易且形進行乘算即能直接量測 ’故能實現容 易且向精度的電功率偵測 以磁阻 相對i該該強磁性薄膜係

Vmr = ^ ^3-^2 j?4 厂

Ri+R2 + R3 + R4'^2l2Cosa,£ —次各量 +,_ k-R2 , 'Rl + ~R2Tp^4.^^ lriC^&+--, rr μ -—_m+^2 + i?3+及4. A 'cos(2珑 + 巧 + 高鍺公昏 WH — --~-—..(9) 此π因為在θ_π/4的磁場施加 故能使”:輸===: 所以依據上·成’能進行高精度的電功率量測。 電流===感編言，希望以磁化方向與該元件 爾效應亦即’而在強磁性薄膜產生平面霍 流ι2向量盘自發If匕造ί電阻値變化之現象）。在此由電 量密度向量Β "之跑系^二次^體造成的磁場Η所合成之磁通 關係如在圖21卜從此圖中，藉由使自發磁 18 201133015 化方向如圖21⑻及(b)所示平行於元株带At 土使侍動城圍為最大。圖21⑻及⑼的下段 ) 二方面，若非如圖21⑷至⑷所示的平行 一次導體造成的磁 =====向圍之正側編 與負^變，等，故最財細成知時’正側 铲，ί:':ΐϋ藉由濺鍍而成膜時’藉由施加磁場並且進魏 Ϊ容扣鮮行於元件電以柯财式ΪΓ 依據此構成’在強磁性體内，荖 ，成該磁性體之電阻値變化的現象，即利用成角 2偏屢磁場下獲得線性特性，且因為取得正’能 出的波形為電流X電壓X功率因數分量 直机刀里，抽 行乘算即能直接量測，故能實現容易且高^度的足波形進 24中說關所示，形成在元件電流Λ的正交t卩如® 23至圖 一在此圖24(a)係顯示外部磁場向量Η ° 示外部磁場向量11成π/4之角度時。马令值打，圖24(b)係顯 △依據此構成，因為在^π/4的磁場施加 而月b在取得輸出點成對稱的構成時以效率最』的于方為最大倍， 又，較佳者為，直流分量抽出部Μ具钟式取得信號。 用頻率f的每f分之1周期進行累計。〃…十铺輸出値以商 依據上述構成，由於Vmr係直 故如圖25中所示，取得此電功率量 用頻率的公倍數， 巧値之1周期份額並在商用頻率的^期告率作為輸出時的 ^刀正負抵鐵而能僅取得直流部分。因為 201133015 直流分量而適於高速運算，故過渡反應性優異。又， 進行累計，能去料要的1次項，而能取得3由以周期 量。 ％刀平到向次諧波分 (實施形態5) 其次說明本發明之實施形態5。 本實施形態如圖26所示，其特徵係將零交 周期判定部70連接在磁場感測器10的偵測部，仿^貞測部60及 偵測部的輸出而利用周期判定部70來偵測輪。出的此零交叉點 應於零交叉點偵測部60的輸出而利用周期列定在此係因 期，並依據此周期決定該直流分量抽出部5〇 σ 來判定周 他構成，因係與該實施形態4相同，故在此省略其十''日^。至於其 依據此構成’因為系統頻率經常變動，妗° 而言採用线電磐精度為最佳，為了元件^f正確測量周期 在導从板之處進行分岐，能無須新增外部 信號來偵測周期。 唬線而從電壓 (實施形態6) 其次說明本發明之實施形態6。 本實施形態中，如圖27所示，係在電功率 器80並聯在磁場感測器_測部。 置中將電容 態4相同，故省略其說明。 、/、他構成係與前述實施形 依據此構成，因為藉由電容器使Vmr信妒 λ j期的__取得直流分量，故驗速獲$率在， 簡單的電路構成來谓測直流分量。 电率1_，此以 (實施形態7) 其次說明本發明之實施形態7。 · 前述實施形態4中，磁場感測哭伤刹 載在構成電路基板之印刷配線基板Γ但亦可件構成，並裝 配線基板1上直接形成強磁性薄膜3圖 使===刷 侧部之導體圖案與配線圖案在同— + t f吏構成供電部及 大器或™、㈣係二亦= 20 201133015 ==1==。，細魏__贼測器，而 依據此構成，能更加薄型化小型化。 然亦=2ί;;;=：^_，當 在上述電功率里測裝置中，亦藉由將磁性 II與纽能在基板—體化錢更; 又，在上述記電功率量測裝置中，亦 下方式構成，即，包含:磁性薄膜，成利用以 有輸入輸出端子將元件電流供給磁性薄' ，具 體薄==成故=易要=的電路基板構成加上形成磁性 又，在上述電功率量測裝置中，磁 元件電流方向成對稱的方式形成。 賴亦月匕以磁阻相對於 依據此構成，因為以磁阻相對於元 ^。’故缺得Vmi輸出之最大値變大，提^ =:¾量，故能快速以:;在； 且相較於使用累 計=外數並能簡單地進行貝量:。， 又，亦可使磁場感測器包含:磁性薄膜；供電部，具有輪入 2〇Π33〇15 =树電流供給到雜_ ;以及彳貞_， 之正交方⑽_性_(端部間)的電塵·^日70 t元件電財向成對稱的方式形ΐ 方向的正交方向，並且以磁阻相對於元件電件電流 =成，而能判找向之正負，且無未施力稱的方式 電路構成變簡單。 π寻的偏移，故能使 又，本發明之電功率量測裝置 θ 對於元件電流方向成對稱的方式t 方法，以磁阻相 圖案，並藉由在該元件電流之供給到磁性薄膜的 薄膜(端部間)的電壓來測定磁場強k。°、父方向，偵測該磁性 依據此構成，藉由將磁性薄膜 方向的正交方向，並且以磁阻相對於元元件電流 形成，而能判定方向之正負，且盔 電机方向成對稱的方式 電路構成變簡單。 、…、包加磁場時的偏移，故能使 本申請案係依據2009年8月26由4 2009—195103號案)及日本專利申 ^之日本專利申請(特願 引用其全部内容。 月⑽願2009~195104號案），並 (產業上利用性） 如以上說明，依據本發明之磁 的磁場強度，而能應用在電流感由於能價測高精度 又’依據本發明之電辨量11:率感測杰。 對於含有高次譜波電流之負載亦^置’在功率因數非為1時或 於使用變流器等電流感测器的習的電功率量測，相較 化、低成本化，因而能應用在各種測裝置而言，能小型 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之磁場感測器 圖 圖3係本發明之實施形熊丨 了感測器之原理說明圖。 〜、兹場感測器之俯視圖。 201133015 Γ二發:之實施形態1之磁場感測器之剖面圖。 件雜的測定狀貫施_ 1之磁場感測器之元 測定^物林發日狀實施賴' 1之磁場感·之元件特性的 測定結果I貞林發明之實施雜1之鹤❹⑶之元件特性的 出電，之本發明之實施形態1之磁場感測器之電流値與輪 圖η係本:日:3 ，磁場感測器之俯視圖。 ㈣係之磁場感測㈣^ =係本發明之實施形態3之ς場=磁測器之域圖 圖 圖16係本二之之2二二之磁場感測器之俯視圖。 之只滅讀4之電功率測定裝置的概要說明 圖17係其等價電路圖。 測裝置之說明圖。 圖 圖21係顯+ ‘ 置之輪出特性。 及⑻係自發磁化方向鱼元f ^置^取得輸出方向的說明圖，( 化方向與树綠方_㈣，(狀_自發 輪吻之關係 時，⑼顯示Θ為π/4時。从置之谓測部的說明圖，⑻顯示θ為〇 Θ25係顯哪電靖物之辦作物時的輪出 201133015 値之1周期大小。 圖26係本發明之實施形態5之電功率量測裝置之說明圖。 圖27係本發明之實施形態6之電功率量測裝置之說明圖。 圖28係習知例之磁場感測器之說明圖。 【主要元件符號說明】 1〜基板 2〜絕緣膜 3、 33〜強磁性薄膜((環狀)圖案） 3P〜配線圖案 4、 24〜輔助圖案 5A、5B〜供電部 5C、5D〜偵測部 8〜父流電源

9〜電阻體 10〜磁場感測器 10U〜電功率量測裝置 16〜保護絕緣膜 20〜放大器 30〜A/D轉換器 40 〜CPU 50〜直流分量抽出部 60〜零穿越點偵測部 70〜周期判定部 80〜電阻器 100〜強磁性薄膜 200〜導體 500〜鐵製外殼 501〜磁場感測器 502〜放大器 24 201133015 503〜穩壓電源 504〜示波器 505〜電阻 506〜變壓器 507〜父流電源 A、B〜供電部 C、D〜偵測部

Bmo〜合成磁通量密度(向量) F〜商用頻率 Η〜外部磁場(向量） I〜電流密度向量 Ιι〜一次導體電流 工2〜元件電流 Μ〜自發磁化(向量）

Rl> R2 ' R3 ' R4~ 電阻 S〜面

Vl〜一次電壓 Vmr〜電壓 A〜負載 △R〜電阻 25

Claims (1)

1. 201133015 七 、申請專利範圍： 一種磁場感測器，包含 磁性薄膜； 子部’具有將兀件電流供給到該磁性薄膜之輸入輪出端 部間偵測沿該元件電流方向之正交方向的該磁性薄膜端 形式並且該磁性_係形成為相對於該元件電流之方向成對稱的 ^=_第1項之磁場_，其中，該雜_之外 i為^^專利範圍第1或2項之磁場感·，其中，該磁性薄臈 口申明專利Ιϋ圍帛3項之磁場感測器，其中 =狀體構成’且設有供電部使得電流在該 專利範圍第3項之磁場感測器，其中，該磁性薄膜係線 6.如申請專利範圍第2至5項中任一 =申=：^7設有由磁性膜構成二該 二以内部磁性薄膜 ，由與該磁μ ’ _部磁性薄膜 方向編晴晴爾電流之 端部間之電含向的正交方向偵測該磁性薄膜 =.，種電功率量測裝置，其包含磁場感測器以及直流分量抽出 26 201133015 該磁場感測器包含.· 磁性薄膜，以相對於有六士 配置； 又仙電'机通的一次導體成平行的方式 供電部，具有輪入輪出 流經由電阻體供給到該磁性=:連接到該一次導體並將元件電 偵測部，偵測該磁性售、乂及 該直流分量抽出部的輸出；且 π·如申請專利範圍第中抽出直流分量。 測器係與該直流分量抽出部^裝置，其中，該磁場感 12.如申請專解基^上。 測器的該磁性薄膜係成膜於节二'、里測裝置’其中，該磁場感 配線圖案直接連接。 、。/土扳上，且該偵測部與該基板上的 13·如申。月專利範圍第n項之電功 該磁場感測器包含： 里則衣置，其中， 磁性薄膜，成膜於該基板上. 子；=部’具有將元件電流供給到該磁性薄膜的輪入輪出端 偵測電極部’侧辆_顯端之輪出. 亚且該配線圖案係與該供雷 j出， 構成。 、。μ偵測電極部由同一導體層 14.如申請專利範圍第13項 膜係形成為令其雜姆於 ^置’其巾’該磁性薄 如申請專利翻第 中，該磁性薄膜係以磁化方向^ 功率置測裂置，其 16·如申請專利範圍第1〇α、項切成。 5^測部係形成於該元件電流方向的^測裝置，其 中，該直流分量抽出部具有累計部中山之電功率置測裳置，其 分之1周期進行累計。'、 '輸出値以商用頻率f的每f +18.如中請專利範圍第1G至16項中任—項之電功率量測裝置，其 27 201133015 包含：零交又點制部，偵測該元件電流的—次電壓 於該零交叉_測部之輪出來決定該直流 H如該18狀電辨量職置，其具錢容器並 中任方法’其係使用如_請專利範圍第10至19項 驟·貞之$功率夏測裝置，對於磁性薄膜的圖案，進行以^ 及以磁阻相對於元件電流方向成對稱的方式供給元件電流；以 功率資ϋ。 _牛電/)IL之供給所產生的輸出之直流分量，作為電 八、圖式： 28