电流传感器及其附着结构制造技术

在一种用于检测电流通路中流动的电流的电流传感器中，磁场产生元件产生垂直于第一磁场的第二磁场，第一磁场由电流通路中的电流产生，磁传感器产生第一信号和第二信号中的至少一个，第一信号包含取决于第二磁场与由第一磁场和第二磁场构成的合成磁场之间界定的角度的正弦值，第二信号包含取决于该角度的余弦值。信号处理单元包括计算电路，计算电路利用第一信号和第二信号中的至少一个计算正切值并输出包含正切值的传感器信号。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种电流传感器和电流传感器的附着结构，电流传感器包括具有磁阻元件的磁传感器。
技术介绍
例如,JP 2007-155399A描述了一种电流传感器,包括产生偏置磁场的偏置磁体和具有磁阻元件的磁传感器，磁阻元件的电阻值根据施加到其上的磁场变化。相对于电流通路，例如汇流条，布置这样的电流传感器，使得偏置磁场的方向平行于电流通路中流动的电流方向，以检测电流(在下文中也称为检测电流)。在检测电流在电流通路中流动时,在垂直于偏置磁场的方向上产生电流磁场。电流磁场与检测电流的大小成正比。这样一来，为电流传感器施加了合成磁场，由偏置磁场和电流磁场构成。由于磁阻兀件的电阻值根据合成磁场变化，所以电流传感器根据合成磁场输出传感器信号。作为磁阻元件的范例，通常，已知有各向异性磁阻(AMR)元件、巨磁阻(GMR)元件和隧道磁阻(TMR)元件。对于各向异性磁阻元件，电阻值根据施加到其上的合成磁场的角度，以正弦波的二次谐波或余弦波的二次谐波形式变化。对于巨磁阻元件和隧道磁阻元件，电阻值根据施加到其上的合成磁场的角度，以正弦波或余弦波的形式变化。因此，具有这些磁阻元件的电流传感器输出包含正弦值的传感器信号或包含余弦值的传感器信号。不过，包含依据合成磁场角度的正弦值和余弦值的传感器信号不是相对于检测电流线性输出的。因此，检测精度根据检测电流而变化。换言之，在输出的传感器信号线性高的区域中，检测精度高。不过，在输出的传感器信号线性低的区域中，检测精度低。在这里，输出的传感器信号的线性，亦即，线性输出，表示检测电流和传感器信号(电压)彼此具有比例关系的输出。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种电流传感器，能够输出相对于电流通路中流动的检测电流具有线性关系的传感器信号并改善检测精确度。本公开的另一目的是提供电流传感器的一种附着结构。根据本公开的一方面，电流传感器包括磁场产生元件、磁传感器和信号处理单元。磁场产生兀件产生垂直于第一磁场的第二磁场，第一磁场是由电流通路中流动的电流产生的。磁传感器包括由钉扎层、隧道层和自由层形成的磁阻元件。钉扎层具有固定的磁化方向。隧道层由绝缘构件提供并设置于钉扎层和自由层之间。自由层具有磁化方向根据外部磁场变化的性质。磁传感器产生第一信号和第二信号中的至少一个，第一信号包含取决于第二磁场与由第一磁场和第二磁场构成的合成磁场之间界定的角度的正弦值，第二信号包含取决于第二磁场和合成磁场之间界定的角度的余弦值。信号处理单元接收第一信号和第二信号中的至少一个。信号处理单元包括计算电路。计算电路利用第一信号和第二信号中的至少一个，根据第二磁场和合成磁场之间界定的角度计算正切值并输出包含正切值的传感器信号。在以上结构中，计算电路计算第二磁场和合成磁场之间界定的角度的正切值并输出包含正切值的传感器信号。亦即，计算电路将第一磁场除以第二磁场，并输出与第一磁场成正比的传感器信号。因此，传感器信号具有相对于检测电流线性变化的性质，因此改善了检测精确度。例如，所述电流传感器附着于所述电流通路，使得所述第二磁场的方向平行于所述电流通路中流动的电流方向。附图说明从参考附图做出的以下详细描述，本公开的以上和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见，附图中由相似的附图标记表示相似部分，其中 图示；图1是示出了根据本公开第一实施例，附着于汇流条的电流传感器的示意结构的图2是示出了图1中所示电流传感器示意截面图的图示；图3是图1所示电流传感器的示意电路图4是示出了根据第一实施例的磁传感器磁阻元件的示意截面图的图示；图5是示出了根据第一实施例，在汇流条中流动的检测电流和传感器信号之间的关系的曲线图程图;图6是示出了根据本公开第二实施例的电流传感器的示意图的图示图7是示出了根据本公开第三实施例的电流传感器的示意图的图示图8是示出了根据本公开第四实施例的电流传感器的示意图的图示图9是根据本公开第五实施例的电流传感器的示意电路图10是用于解释根据第五实施例的电流传感器中角位移的图示；图11是示出了根据第五实施例向电流传感器的存储部分写入角位移的过程的流图12是示出了根据本公开第六实施例的电流传感器的示意图的图示；图13A是示出了根据第六实施例，由第一偏置磁体的第一偏置磁场和电流磁场构成的第一合成磁场的图不;图13B是示出了根据第六实施例，由第二偏置磁体的第二偏置磁场和电流磁场构成的第二合成磁场的图示；图14是示出了根据第六实施例，汇流条中流动的检测电流和电流传感器输出的传感器信号之间的关系的图示；图15图16图17图18示；图19示；图19是示出了根据本公开第十一实施例的电流传感器磁传感器的示意图的图图20是示出了根据本公开第十二实施例的电流传感器磁传感器的磁阻元件的示意截面图的图示；图21是示出了根据本公开另一实施例，汇流条中流动的检测电流和电流传感器输出的传感器信号之间的关系的图示；以及图22A是示出了根据本公开另一实施例，在车辆发动机处于关闭状态时，汇流条中流动的检测电流和电流传感器输出的传感器信号之间的关系的图示；以及图22B是示出了根据本公开另一实施例，在发动机处于工作状态时，汇流条中流动的检测电流和电流传感器输出的传感器信号之间的关系的图示。具体实施例方式(第一实施例)在下文中将参考图1到5描述本公开的第一实施例。例如，根据第一实施例的电流传感器用于检测在汇流条中流动的电流(在下文中也称为检测电流)，汇流条连接到车载电池等。参考图1和2，电流传感器I包括衬底10、磁传感器20、偏置磁体30、电路芯片40、引线50和模制树脂60。衬底10具有第一表面IOa和与第一表面IOa相反的第二表面10b。磁传感器20、偏置磁体30和电路芯片40设置于衬底10的第一表面IOa上。磁传感器20的轮廓基本为矩形，包括磁阻元件。偏置磁体30的轮廓基本为矩形，向磁传感器20施加偏置磁场Bb。电路芯片40利用从磁传感器20输出的信号进行计算。在本实施例中，偏置磁体30对应于磁场产生兀件，电路芯片40对应于信号处理单兀。而且，偏置磁场Bb对应于第二磁场。偏置磁体30设置于衬底10的第一表面IOa上,磁传感器20设置于偏置磁体30上。换言之，磁传感器20隔着偏置磁体30设置于衬底10的第一表面IOa上。与磁传感器20与基本矩形偏置磁体30的角相邻布置的布置相比，这种布置限制了偏置磁场Bb，使其不会部分不均匀地施加到磁传感器20。亦即，如下文将要详细描述的，磁传感器20包括多个磁阻元件。这种布置减少了影响多个磁阻元件的每个的偏置磁场Bb的角度不均匀。利用模制树脂60密封衬底10、磁传感器20、偏置磁体30、电路芯片40和引线50并配置为模制1C。引线50通过丝线(未示出)电连接到电路芯片40。引线50与衬底10相对的末端向模制树脂60外部突出，提供外引线。如图1所示，将具有上述配置的电流传感器I附着于汇流条70，以检测汇流条70中流动的电流。汇流条70对应于电流流经的电流通路。将电流传感器I附着于汇流条70，使得偏置磁场Bb的方向平行于汇流条70中流动的电流方向。换言之，将电流传感器I附着于汇流条70，使得偏置磁场Bb的方向和汇流条70中流动的电流产生的电流磁场Bi的方向彼此垂直。于是，为磁传感器20施加偏置磁场Bb和电流磁场Bi形成的合成磁场B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测电流通路中流动的电流的电流传感器，所述电流产生第一磁场，所述电流传感器包括：磁场产生元件（29，30，30a，30b，31，32），产生垂直于所述第一磁场的第二磁场；包括磁阻元件（21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d）的磁传感器（20），所述磁阻元件包括钉扎层（23）、隧道层（24）和自由层（25），所述钉扎层（23）具有固定的磁化方向，所述隧道层由绝缘构件提供并设置于所述钉扎层和所述自由层之间，所述自由层具有磁化方向根据外部磁场改变的性质，所述磁传感器产生第一信号和第二信号中的至少一个，所述第一信号包含取决于所述第二磁场与所述第一磁场和所述第二磁场构成的合成磁场之间界定的角度的正弦值，所述第二信号包含取决于所述第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度的余弦值；以及接收所述第一信号和所述第二信号中的至少一个的信号处理单元（40），所述信号处理单元包括计算电路（44），其中所述计算电路利用所述第一信号和所述第二信号中的至少一个，根据所述第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度计算正切值，并输出包含所述正切值的传感器信号。

【技术特征摘要】
2011.09.19 JP 2011-2039691.一种用于检测电流通路中流动的电流的电流传感器，所述电流产生第一磁场，所述电流传感器包括磁场产生兀件(29, 30, 30a, 30b, 31, 32),产生垂直于所述第一磁场的第二磁场；包括磁阻元件(21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d)的磁传感器(20)，所述磁阻元件包括钉扎层(23)、隧道层(24)和自由层(25)，所述钉扎层(23)具有固定的磁化方向，所述隧道层由绝缘构件提供并设置于所述钉扎层和所述自由层之间，所述自由层具有磁化方向根据外部磁场改变的性质，所述磁传感器产生第一信号和第二信号中的至少一个，所述第一信号包含取决于所述第二磁场与所述第一磁场和所述第二磁场构成的合成磁场之间界定的角度的正弦值，所述第二信号包含取决于所述第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度的余弦值；以及接收所述第一信号和所述第二信号中的至少一个的信号处理单元(40)，所述信号处理单元包括计算电路(44)，其中所述计算电路利用所述第一信号和所述第二信号中的至少一个，根据所述第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度计算正切值，并输出包含所述正切值的传感器信号。2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述磁传感器(20)包括第一检测单元(21)和第二检测单元(22)，所述第一检测单元和所述第二检测单元的每个都包括磁阻元件，设置所述第一检测单元的磁阻元件和所述第二检测单元的磁阻元件，使得其钉扎层的磁化方向彼此垂直，所述第一检测单元的磁阻元件输出所述第一信号，所述第二检测单元的磁阻元件输出所述第二信号，并且所述计算电路通过将所述第一信号除以所述第二信号来计算所述正切值。3.根据权利要求2所述的电流传感器，其中将平行于所述第二检测单元的钉扎层磁化方向的第二磁场定义为理想第二磁场， 将平行于所述第一检测单元钉扎层的磁化方向的第一磁场定义为理想第一磁场，其中所述信号处理单元包括存储部分(48)，所述存储部分存储所述理想第二磁场和所述第二磁场之间界定的角度α，以及所述理想第一磁场和所述第一磁场之间界定的角度 β ,其中，将所述理想第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度定义为Θ ’，将把所述第一信号除以所述第二信号获得的值定义为tan Θ ’，并且其中所述计算电路利用所述存储部分中存储的角度α和β并基于如下公式，计算 tan9作为正切值 tan 沒’.cos -sin 辽tan 沒=-tan (9'· sin β + cos β 。4.根据权利要求2所述的电流传感器，其中将平行于所述第二检测单元的钉扎层磁化方向的第二磁场定义为理想第二磁场， 其中所述信号处理单元包括存储部分(48)，所述存储部分存储所述理想第二磁场和所述第二磁场之间界定的角度α，其中，将所述理想第二磁场和所述合成磁场之间界定的角度定义为Θ ’，将把所述第一信号除以所述第二信号获得的值定义为tan Θ ’，并且其中所述计算电路利用所述存储部分中存储的角度α并基于如下公式，计算tan Θ作为正切值tan Θ =tan θ ' · cos a -sin α 05.根据权利要求2所述的电流传感器，6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中在所述计算电路从所述磁传感器接收所述第一信号和所述第二信号之一时，所述计算电路从所述第一信号的正弦值计算余弦值或从所述第二信号的余弦值计算正弦值，并且所述计算电路基于计算的余弦值和正弦值之一以及接收到的第一信号和第二信号之一计算正切值。7.根据权利要求1到6的任一项所述的电流传感器，其中所述磁场产生元件包括磁体(30，30a, 30b),并且所述磁传感器设置于所述磁体上。8.根据权利要求1到6的任一项所述的电流传感器，其中所述磁场产生元件包括基本U形的磁体(30)，所述磁体具有第一部分(130a)和从所述第一部分的相对末端垂直延伸的第二部分(130b),并且所述磁传感器设置于所述U形磁体的第二部分之...

【专利技术属性】
技术研发人员：野村江介，车户纪博，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：