磁传感器装置和电流传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于：在使用了磁通门元件的磁传感器装置和电流传感器装置中，在减小偏差电压的同时减小偏差电压的变动。用来激励传感器线圈（２）的驱动部具有包含传感器线圈（２）作为谐振电路的一部分的自激振荡电路。自激振荡电路具有：作为维持振荡用的放大元件，在振荡波形为正侧时工作的ＮＰＮ型晶体管（２１）和在振荡波形为负侧时工作的ＰＮＰ型晶体管（３１）。在自激振荡电路中，振荡波形的箝位现象在正侧与负侧同样发生，故振荡波形正负对称，即便有非对称性，也非常小。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来测定较强磁场的磁传感器装置和利用它用于对大电流进行非接触测定的电流传感器装置。
技术介绍
近年来，由于对环境的重视，开发环境污染少的电动汽车和太阳能发电很盛行。在电动汽车和太阳能发电中，要处理数kW～数十kW的直流电力，所以，必须要有测定数十～数百A的直流电流的非接触型电流传感器装置。这样的电流传感器装置因其需求量很大，所以社会上需要价格低廉的高精度的产品。对于用磁传感器测量电流产生的磁场从而非接触地测定电流值的电流传感器，作为磁传感器大多利用霍尔元件。但是，霍尔元件偏差(offset)电压的处理很困难，这就成为电流传感器装置的低价格的障碍。这里的偏差电压是指被测定磁场为0时的残留输出电压。另一方面，作为磁传感器，使用利用磁芯的饱和现象的磁通门元件的磁传感器装置或电流传感器装置从原理上讲可以期望不会产生偏差电压，所以很引人注目。这里，使用附图说明图12说明最简单的磁通门元件的工作原理。图12是表示缠绕在磁芯上的线圈的电感与线圈电流的关系的特性图。因磁芯具有磁饱和特性，故当线圈电流增大，磁芯的有效导磁率下降，线圈的电感减小。因此，若利用磁铁等对磁芯加偏置磁场B，则外磁场H0便重叠在偏置磁场上，这时，可以通过测定线圈电感的变化来测定外磁场H0的大小。这是最简单的磁通门元件的工作原理。再有，在图12中，偏置磁场B和外磁场H0一起由已换算成线圈电流的大小来表示。但是，该方法中，利用磁铁产生的磁场的强度和磁铁与磁芯的位置关系等使偏置点B的位置发生变化，所以，必须将外磁场为0时的电感值调整成一定值。但是，该值因温度变化或其它干扰而变得不稳定，对此进行补偿十分困难。因此，上述方法不适于实用。但是，在棒状磁芯中，因磁路开放故通常磁滞的影响相当小。因此，若忽略磁芯的磁滞效应，则磁芯的饱和特性与线圈电流的方向无关，所以，当线圈电流为正向与线圈电流为负向时的电感变化特性一致。例如，设图12中的P+和P-点表示绝对值互相相等的正向线圈电流和负向线圈电流。在这些点的附近，电感相对线圈电流绝对值的变化的变化特性一样。因此，若对线圈施加交流电流，使在电流峰值时磁芯进入饱和区，并测定在电流正负峰值时的电感减小量的差，则当外磁场为0时，该差值始终为0。而且，即使因温度变化或干扰的原因而使磁芯的特性发生变化，该差值也不变。即，这时，不产生偏差电压。再有，在本申请中，所谓磁芯的饱和区是指磁场的绝对值比磁芯的导磁率为最大导磁率时的磁场的绝对值大的区域。另一方面，当外磁场加在磁芯上时，例如，如图12中所示，若外磁场H0加在电流为正的方向上，则在电流正的峰值(例如图12中的Q+点)处电感值减小，在负的峰值(例如图12中的Q-点)处电感值增加，所以其差值是0以外的值。因该电感值的差与外磁场有关，故通过测定该电感值的差就能够测定外磁场。在使用了磁通门元件的磁传感器装置或电流传感器装置中，上述电感值的差例如可以从对与传感器线圈串联连接的另一个电感元件两端产生的电压进行微分的信号、即相当于流过传感器线圈的电流的2次微分系数的信号中得到。这样，在本申请中，将对传感器线圈施加交流电流使磁芯在峰值时进入饱和区、测定在电流正负峰值时的电感减小量的差的方法叫做大振幅激励法。再有，在日本特开平4-24574号公报中，作为对传感器线圈施加交流电流的装置，公开了将传感器线圈作为谐振电路的一部分使用的振荡电路。但是，当外磁场为0时，为了使传感器线圈在电流正负峰值时的电感值的差为0，必须使传感器线圈中的激励电流的正侧波形与负侧波形对称。但是，若实际构成用来激励传感器线圈的驱动电路并仔细进行研究，会发现激励电流的正侧波形与负侧波形并不严格对称。特别当使用自激振荡电路作为驱动电路时，激励电流波形的正负非对称性相当大。因此，在使用大振幅激励法的传感器装置中，实际上会产生其值不可忽视的偏差电压。因产生该偏差电压所引起的问题是，偏差电压会给传感器装置的输出带来固定误差，以及偏差电压会随温度和电源电压等外部扰动而变动。根据观测，发现引起激励电流波形正负非对称的原因是，构成振荡电路的有源元件的控制输入的能量损耗。此外，还发现使上述非对称变动的外部干扰的主体是构成振荡电路的有源元件的工作温度的变动。下面，参照图13至图15详细说明上述激励电流的各波形的正负非对称性。图13是表示一例使用了磁通门元件的磁传感器装置的构成的方框图。该磁传感器装置具备磁芯201；至少由1个缠绕在该磁芯201上的线圈构成的传感器线圈202；一端与传感器线圈202的一端连接另一端接地，向传感器线圈202供给交流驱动电流使磁芯201进入饱和区的交流电流供给部203；以及与传感器线圈202串联连接的用来检测传感器线圈202的电感值的变化的电感元件204。电感元件204一端与传感器线圈202的另一端连接，另一端接地。图13中所示的磁传感器装置进而具备与传感器线圈202与电感元件204的连接点连接对电感元件204两端产生的电压进行微分的微分电路205；保持该微分电路205的输出信号的正峰值的正峰值保持电路206；保持微分电路205的输出信号的负峰值的负峰值保持电路207；使由正峰值保持电路206保持的值和由负峰值保持电路207保持的值相加的加法电路208；以及输出加法电路208的输出信号的输出端子209。在图13中所示的磁传感器装置中，交流电流供给部203供给的传感器线圈202的激励电流经电感元件204和微分电路205进行2次微分，变成表示激励电流的正负峰值的极性相反的尖峰电压信号。该正负尖峰电压信号的各峰值由正峰值保持电路206和负峰值保持电路207保持，由加法电路208相加并作为输出信号从输出端子209输出。在图13中所示的磁传感器装置中，若传感器线圈202的激励电流的正负波形对称且加在传感器线圈202上的外磁场为0，则输出信号为0，不产生偏差电压。但是，如前所述，若实际构成驱动电路并详细进行研究，激励电流的正负波形并不严格对称，特别当使用自激振荡电路作为驱动电路时，激励电流的正负波形非对称性相当大。因此，会产生其值不可忽视的偏差电压。这里，参照图14，以使用将双极晶体管作为有源元件的克拉普(clapp)振荡电路作为自激振荡电路的情况为例，就使用自激振荡电路时的激励电流的正负波形的非对称性的产生原因进行说明。图14是表示一例用来激励传感器线圈202的克拉普振荡电路的结构的电路图。图14中所示的克拉普振荡电路具备NPN型双极晶体管211；兼作谐振用线圈的传感器线圈202；以及与该传感器线圈202串联连接的谐振用电容器212。传感器线圈202和谐振用电容器212构成串联谐振电路。晶体管211的基极经谐振用电容器212与传感器线圈202的一端连接，传感器线圈202的另一端接地。反馈用电容器213的一端与晶体管211的基极连接。反馈用电容器214的一端和晶体管211的发射极与反馈用电容器213的另一端连接。反馈用电容器214的另一端接地。晶体管211的发射极经发射极负载线圈215接地。晶体管211的集电极与电源输入端216连接，同时，经偏置电阻217与基极连接。在图14中所示的振荡电路中，考察在晶体管211的基极观测到的振荡波形。在振荡波形的正的峰值附近，基极电流流过晶体管211，晶体管21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器装置，其特征在于：具备：磁芯；缠绕在上述磁芯上用来检测所加的被测定磁场的传感器线圈；以及对上述传感器线圈供给交流电流来驱动上述传感器线圈使上述磁芯进入饱和区的驱动装置，上述驱动装置具有在谐振电路的一部分中包含 传感器线圈的自激振荡电路，上述自激振荡电路包含２个有源元件，分别单独地随工作温度的变化而使振荡波形产生变动，上述２个有源元件引起的振荡波形的变动是朝着抑制振荡波形正负非对称性的变动的方向工作的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中川士郎，薮崎胜巳，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]