電流傳感器的制造方法
【專利摘要】用于檢測流過匯流條（100）的電流的電流傳感器（1）包括：基座（10），其被附到所述匯流條（100）；磁性薄膜（20），其被安裝在所述基座（10）上；發光裝置，其向所述磁性薄膜（20）照射光；感光裝置，其檢測從所述發光裝置照射到所述磁性薄膜（20）且從所述磁性薄膜（20）反射的光；差分放大器，其將所述感光裝置檢測到的光信號轉換成流過所述匯流條（100）的電流；以及容納部件（30）和銷（40），其限制所述磁性薄膜（20）相對于所述匯流條（100）的相對旋轉。
【專利說明】電流傳感器【技術領域】
[0001]本發明涉及電流傳感器，更具體地，涉及利用磁性薄膜通過光檢測電流的電流傳感。
【背景技術】
[0002]對于使用光的電流測量裝置，建議了一種電流測量裝置(例如，參見日本專利申請公開N0.7-174790 (JP7-174790A))。在該電流測量裝置中，從光源發射的光被偏振器轉換成線性偏振光，所述線性偏振光的偏振方向由于磁光效應被磁光兀件旋轉，具有任何偏振方向的線性偏振光被檢偏器分離成兩個正交偏振分量并且然后在不同的方向上被發射，于是被分離成兩個偏振分量的光束的強度分別單獨地被兩個感光器轉換成電信號。
[0003]此外，對于檢測流過匯流條(bus bar)的電流的值的電流傳感器，已經公開了一種技術:在保持磁芯的芯保持器上設置凸起(boss)，匯流條具有裝配到所述凸起的孔，于是磁芯被固定地定位在匯流條上(例如，參見日本專利申請公開N0.2008-275566(JP2008-275566A))。
【發明內容】
[0004]用于從磁盤或磁光盤讀取信息或向其寫入信息的、利用磁性薄膜的通過光進行的電流檢測具有這樣的特征:電流檢測的靈敏度取決于向磁性膜施加磁場的方向而變化。即，當在組裝電流傳感器時檢測磁場的磁性薄膜的安裝位置有偏差時，向磁性薄膜施加磁場的方向也有偏差，因此磁性薄膜的磁化的容易程度改變。因此，在磁性薄膜的特性之間存在差異。例如，一些磁性薄膜被較小的磁場磁化，另一些磁性薄膜除非施加大的磁場才被磁化。磁性薄膜的特性之間的差異直接顯現為電流傳感器的特性，因此電流傳感器的特性可能彼此有偏差。
[0005]本發明提供了一種電流傳感器，該電流傳感器抑制了傳感器的特性的差異，從而使得可以提聞檢測電流的精確度。
[0006]本發明的一方面涉及一種用于檢測流過匯流條的電流的電流傳感器。所述電流傳感器包括:基座，其被附到所述匯流條；磁性薄膜，其被安裝在所述基座上；發光裝置，其向所述磁性薄膜照射光；感光裝置，其檢測從所述發光裝置照射到所述磁性薄膜且從所述磁性薄膜反射的光；計算裝置，其將所述感光裝置檢測到的光信號轉換成流過所述匯流條的電流；以及旋轉限制部，其限制所述磁性薄膜相對于所述匯流條的相對旋轉。
[0007]在該電流傳感器中，所述旋轉限制部可以包括安裝位置限制部和基座固定部，所述安裝位置限制部限制所述磁性薄膜在所述基座上的安裝位置，所述基座固定部限制所述基座相對于所述匯流條的相對旋轉。
[0008]在該電流傳感器中，所述安裝位置限制部可以具有圍繞所述磁性薄膜的壁部。
[0009]在該電流傳感器中，所述基座固定部可以具有基準銷，所述基準銷從所述基座朝向所述匯流條凸出并且被插入形成于所述匯流條中的基準孔中。[0010]所述電流傳感器還可以包括:限制部件，其限制照射到所述磁性薄膜的入射光的路徑相對于所述磁性薄膜的表面的角度以及從所述磁性薄膜反射的反射光的路徑相對于所述磁性薄膜的所述表面的角度。
[0011]根據本發明的該方面，該電流傳感器能夠抑制傳感器的特性的差異，由此使得可以提高電流檢測精確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]下面將參考附圖描述本發明示例性實施例的特征、優點以及技術和工業重要性，在附圖中相似的附圖標記表示相似的部件，其中:
[0013]圖1是示出根據本發明實施例的電流傳感器的配置的橫截面視圖；
[0014]圖2是該電流傳感器的平面圖；
[0015]圖3是沿著圖2中的II1-1II線截取的電流傳感器的橫截面視圖；
[0016]圖4是電流傳感器的分解透視圖；
[0017]圖5是示出在電流傳感器中使用的光學系統的配置的示意圖；
[0018]圖6是示出磁性薄膜被定位的狀態的示意性平面圖；以及
[0019]圖7是示出磁性薄膜未對準的狀態的示意性平面圖。
【具體實施方式】
[0020]下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。注意，在圖中，相似的附圖標記表示相同或相應的部件，并且不重復對它們的描述。
[0021]圖1是示出根據本實施例的電流傳感器1的配置的橫截面視圖。圖2是電流傳感器1的平面圖。圖3是沿著圖2中的II1-1II線截取的電流傳感器1的橫截面視圖。圖4是電流傳感器1的分解透視圖。將參考圖1-圖4描述根據本實施例的電流傳感器1的配置。
[0022]電流傳感器1用于檢測流過長的纖細棒形導電匯流條100的電流。電流傳感器1包括磁性薄膜20。磁性薄膜20由具有磁晶各向異性的材料制成。磁性薄膜20被安裝在基座10上。
[0023]基座10具有平面的(板狀)體部12和一對腿部16。磁性薄膜20被安裝在體部12上。所述一對腿部16從體部12的面之一凸出。體部12在與腿部16從其凸出的面相反的另一面具有平面的矩形凹部14。凹部14形成為使得體部12的一部分是凹陷的。每個腿部16在其遠端具有爪部18。基座10由例如樹脂材料制成。
[0024]匯流條100具有在厚度方向上延伸穿過(或穿透)匯流條100的通孔102。腿部16分別插入穿過通孔102，并且延伸穿過通孔102的腿部16的下端處的爪部18與匯流條100的所述相反面嚙合。通過這樣做，基座10被固定到匯流條100上。注意，不限于以下配置:基座10通過爪部18與通孔102的嚙合而被固定到匯流條100上；例如，基座10可以被固定地旋到匯流條100上。
[0025]匯流條100具有用作基準孔的一對通孔103。通孔103在厚度方向上延伸穿過(或穿透)匯流條100。基座10的體部12具有在厚度方向上延伸穿過(或穿透)體部12的一對通孔13。通孔13和103形成為使得通孔13和103在基座10的腿部16被裝配到匯流條10的通孔102以將體部12置于匯流條100的表面上的狀態下分別彼此重疊。用作基準銷的銷40被設置成在基座10被組裝到匯流條100的狀態下延伸穿過通孔13和103。
[0026]容納部件30被裝配到形成于基座10的體部12中的凹部14。容納部件30容納磁性薄膜20。磁性薄膜20經由容納部件30被安裝在基座10上。容納部件30具有用于容納磁性薄膜20的容納孔。容納孔形成為使得磁性薄膜20的背面與容納孔的底面32接觸，并且磁性薄膜20的側端面面對容納孔的內壁表面34。當磁性薄膜20具有方形平面形狀時，容納孔的平面形狀也是方形。容納孔的尺寸(除厚度外)分別等于磁性薄膜20的縱向和橫向長度或者(只要磁性薄膜20不失去作為磁性薄膜的功能)分別略小于磁性薄膜20的縱向和橫向長度，以便磁性薄膜20裝配到容納孔。因此，抑制了容納在容納孔中的磁性薄膜20相對于容納部件30的未對準。
[0027]容納部件30的形狀在平面圖中是矩形的。在容納部件30的中心形成方形的平面形狀容納孔。在容納部件30的兩個長邊處，容納部件30的厚度從容納孔朝向容納部件的邊緣逐漸增加(斜削部分(tapered portion))。斜削部分用作限制部件36。限制部件36限制朝向容納在容納孔中的磁性薄膜20的表面22照射的入射光的路徑相對于磁性薄膜20的表面的角度、以及反射光(即，從磁性薄膜20的表面22反射的入射光)的路徑相對于磁性薄膜20的表面22的角度。
[0028]圖5是示出在電流傳感器1中使用的光學系統的配置的示意圖。注意，為了簡化，圖5、圖6和圖7 (稍后描述)僅示出了參考圖1-圖4描述的電流傳感器1的配置中的用于傳輸輸出電流的匯流條100和安裝在匯流條100上的磁性薄膜20。電流傳感器1利用被固定地附到匯流條100的磁性薄膜20來檢測流過匯流條100的電流。
[0029]如圖5所不，由發光裝置50產生的光通過偏振棱鏡52和會聚透鏡54向磁性薄膜20照射。從磁性薄膜20的表面反射的反射光經由會聚透鏡54和四分之一波片56進入分束器58,被分束器分成兩個光束,并且然后這兩個光束分別進入光電二極管61和62。光電二極管61和62包含在感光裝置60中。感光裝置60檢測從所述發光裝置50照射到磁性薄膜20且從磁性薄膜20反射的光。光電二極管61和62分別檢測分別進入光電二極管61和62的光束的強度，并且將所檢測到的強度輸入到差分放大器70中。差分放大器70是將分別由光電二極管61和62檢測到的光學信號轉換成流過匯流條100的電流的計算裝置。
[0030]當沒有電流流過匯流條100時，分別進入兩個光電二極管61和62的光束的強度彼此相等，因此被輸入了光電二極管61和62的輸出的差分放大器70的輸出為零。另一方面，當電流流過匯流條100時，在匯流條100周圍發生磁場，并且該磁場被施加到磁性薄膜20。在圖5中，示出了電流流過匯流條100的方向CD和磁性薄膜20被由該電流產生的磁場磁化的方向MD。磁性薄膜20的磁矩旋轉，從而改變被分束器58分割并且分別進入兩個光電二極管61和62的光束的強度，引起進入光電二極管61和62的光束的強度之間的差分。由此，從差分放大器70出現輸出。
[0031 ] 將描述在如此配置的電流傳感器1被用于檢測流過匯流條100的電流時磁性薄膜20的未對準的影響。圖6是示出磁性薄膜20被定位的狀態下的電流傳感器1的示意性平面圖。圖7是示出磁性薄膜20未對準的狀態下的電流傳感器1的示意性平面圖。在圖6和圖7中，電流如箭頭CD所指示地從圖中的下側朝向上側流過匯流條100，在磁性薄膜20的位置處由該電流產生的磁場的方向由箭頭MD指示。[0032]由于磁性薄膜20的材料的磁晶各向異性，磁性薄膜20具有易于被磁化的晶體取向(易磁化軸)和難以被磁化的晶體取向(難磁化軸)。在圖6和圖7中，易磁化軸由交替的一長兩短虛線EMA指示，并且難磁化軸由交替的一長兩短虛線HMA指示。
[0033]圖6中所示的磁性薄膜20被定位的狀態是這樣的狀態:其中，磁性薄膜20相對于匯流條100的相對位置被設定成使得易磁化軸EMA沿流過匯流條100的電流的方向CD對準，并且難磁化軸HMA沿磁性薄膜20中的磁場方向MD對準。圖6中所示的定位狀態是理想狀態，其中由流過匯流條100的電流產生的磁場在沿著難磁化軸HMA的方向上被施加到磁性薄膜20。
[0034]另一方面，圖7中所示的磁性薄膜20未對準的狀態是這樣的狀態:磁性薄膜20相對于匯流條100相對旋轉一角度Θ，因此易磁化軸EMA和難磁化軸HMA分別從電流方向和磁場方向MD偏離一角度Θ。在圖7中所示的未對準狀態下，具有通過將圖6中所示的理想狀態下的施加到磁性薄膜20的磁場的大小乘以cos Θ而獲得的大小的磁場在沿著難磁化軸HMA的方向上被施加到磁性薄膜20，并且具有通過將所述理想狀態下的施加到磁性薄膜20的磁場的大小乘以sin Θ而獲得的大小的磁場在沿著易磁化軸EMA的方向上被施加到磁性薄膜20。
[0035]當發生磁性薄膜20的未對準時，磁性薄膜20的磁化方向與理想狀態相比未在一個方向上對準，并且向磁性薄膜20施加磁場的方向改變。結果，從磁性薄膜20的表面22反射的反射光發生特性差異，并且電流傳感器1具有不同的特性。由此，電流檢測的靈敏度降低，并且電流傳感器1的測量精確度降低。因此，為了提高電流傳感器1的測量精確度，重要的是將磁性薄膜20相對于匯流條10的相對位置保持在圖6所示的理想狀態。
[0036]因此，根據本實施例的電流傳感器1包括用于限制磁性薄膜10相對于匯流條100的相對旋轉的旋轉限制部。在本實施例的情況下，該旋轉限制部包括安裝位置限制部和基座固定部。安裝位置限制部限制磁性薄膜20在基座10上的安裝位置。基座固定部限制基座10相對于匯流條100的相對旋轉。
[0037]圖1到圖4中所示的容納磁性薄膜20的容納部件30用作安裝位置限制部。在磁性薄膜20容納在容納部件30的容納孔中的情況下，磁性薄膜20被容納孔的內壁表面34圍繞。容納孔的內壁表面34用作包圍容納在容納孔中的磁性薄膜20的垂直壁部。裝配在形成于基座10中的凹部14中的容納部件30具有用于固定磁性薄膜20的垂直壁部。通過這樣做，限制了磁性薄膜20相對于基座10的未對準。
[0038]圖1到圖4中所示的銷40用作所述基座固定部。用作基準銷的兩個銷40被設置成穿過通孔13和通孔103。通孔13被形成在基座10中。通孔103被形成在匯流條100中并且用作基準孔。通過這樣做，限制了磁性薄膜20在旋轉方向上相對于基座100的未對準。
[0039]注意，只要基準銷從基座10朝向匯流條100凸出并且被插入穿過通孔103，基準銷可以具有任何配置，并且不限于這樣的實例:其中，使用作為與基座10和匯流條100分開的部件的銷40。例如，基座10的體部12可以部分地具有被插入穿過通孔103的凸起。此外，例如，通孔103可以不在厚度方向上延伸穿過匯流條100，或者基準銷可以被插入從在放置基座10的體部12的那側的匯流條100的表面凹陷的閉端孔(closed-end hole)中。
[0040]如上所述，在根據本實施例的電流傳感器1中，磁性薄膜20被相對于匯流條100定位以限制磁性薄膜20相對于匯流條100的相對旋轉。磁性薄膜20在匯流條100上的安裝位置被限制為形成這樣的結構:該結構使得在將磁性薄膜20組裝到匯流條100時的變化最小。通過這樣做，可以抑制磁性薄膜20相對于匯流條100的未對準，并且可以抑制電流傳感器1的特性的變化。因此，可以提高電流傳感器1檢測電流的精確度。
[0041]此外，電流傳感器1具有限制部件，該限制部件限制入射光到達磁性薄膜20的角度和從磁性薄膜20反射的光的角度。光相對于磁性薄膜20的入射和反射角度被定義為:在入射光的行進方向與磁性薄膜20的表面的法線之間形成的角度以及在反射光的行進方向與磁性薄膜20的表面的法線之間形成的角度。然而，當入射角度和反射角度過大時，擔心電流傳感器1的靈敏度降低。相對于磁性薄膜20的厚度具有足夠高度的限制部件36被設置在磁性薄膜20周圍。通過這樣做，入射角度的范圍和反射角度的范圍被適當地限制為使得可以最優化電流傳感器1的靈敏度。
[0042]上文描述了本發明的實施例，然而，上述實施例是示例性的并且在所有方面都不是限制性的。因此本發明的范圍由所附權利要求而不是前面的描述限定。本發明的范圍旨在包含在所附權利要求及其等效物的范圍內的所有修改。
[0043]根據本發明實施例的電流傳感器1特別地可以有利地應用于這樣的逆變器電流傳感器:該逆變器電流傳感器用于檢測流過用于驅動電動車輛的電動機的逆變器的電流。
【權利要求】
1.一種用于檢測流過匯流條的電流的電流傳感器，包括:基座，其被附到所述匯流條；磁性薄膜，其被安裝在所述基座上；發光裝置，其向所述磁性薄膜照射光；感光裝置，其檢測從所述發光裝置照射到所述磁性薄膜且從所述磁性薄膜反射的光；計算裝置，其將所述感光裝置檢測到的光信號轉換成流過所述匯流條的電流；以及旋轉限制部，其限制所述磁性薄膜相對于所述匯流條的相對旋轉。
2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其中所述旋轉限制部包括安裝位置限制部和基座固定部，所述安裝位置限制部限制所述磁性薄膜在所述基座上的安裝位置，所述基座固定部限制所述基座相對于所述匯流條的相對旋轉。
3.根據權利要求2所述的電流傳感器，其中所述安裝位置限制部具有圍繞所述磁性薄膜的壁部。
4.根據權利要求2所述的電流傳感器，其中所述安裝位置限制部具有容納孔，所述磁性薄膜被裝配到所述容納孔。
5.根據權利要求2或3所述的電流傳感器，其中所述基座固定部具有基準銷，所述基準銷從所述基座朝向所述匯流條凸出并且被插入形成于所述匯流條中的基準孔中。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的電流傳感器，還包括:限制部件，其限制照射到所述磁性薄膜的入射光的路徑相對于所述磁性薄膜的表面的角度以及從所述磁性薄膜反射的反射光的路徑相對于所述磁性薄膜的所述表面的角度。
【文檔編號】G01R19/15GK103635818SQ201280033007
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年7月4日 優先權日:2011年7月5日
【發明者】瀨尾祐介, 菊地直人, 高木健一 申請人:豐田自動車株式會社