電流傳感器裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供電流傳感器裝置，其既能夠避免由外部磁場引起的電流檢測的誤動(dòng)作又能夠削減成本。該電流傳感器裝置是無磁芯型的，其具備：磁檢測元件，其檢知電流路徑所產(chǎn)生的磁通；以及磁屏蔽部，其設(shè)置在磁檢測元件的周圍，屏蔽對(duì)于磁檢測元件的、來自外部的磁通，磁屏蔽部具備由具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率的第1磁屏蔽材料構(gòu)成的第1磁屏蔽部和由具有與第1相對(duì)磁導(dǎo)率不同的第2相對(duì)磁導(dǎo)率的第2磁屏蔽材料構(gòu)成的第2磁屏蔽部。
【專利說明】
電流傳感器裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電流傳感器裝置，尤其涉及采用磁檢測元件的無磁芯型的電流傳感器 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流傳感器裝置一般用于測定汽車的蓄電池電源等的電流。作為對(duì)在電流路徑 (以下，稱為"總線"（bus bar)。）等電力線(power line)中流動(dòng)的電流進(jìn)行檢測的電流檢測 裝置，已知有如下這樣的電流檢測裝置，利用被設(shè)置為沿周向包圍總線的集磁磁芯，根據(jù)在 總線中流動(dòng)的電流，使在其周圍產(chǎn)生的磁通進(jìn)行集磁，并通過由霍爾元件等磁檢測元件檢 測所集磁的磁通，來檢測電流。
[0003] 另一方面，還提出了不采用集磁磁芯而是以直接檢測磁通的方式來檢測在總線中 流動(dòng)的電流的無磁芯型的電流傳感器裝置。根據(jù)這樣的無磁芯型的電流傳感器裝置，能夠 削減部件個(gè)數(shù)，因此能夠使裝置小型化，另外，因?yàn)橐话悴恍枰筛邇r(jià)的電磁鋼構(gòu)成的集磁 磁芯，所以能夠使裝置低成本化。
[0004] 但是，即使單純地將不采用集磁磁芯的無磁芯型的電流傳感器裝置用于總線的電 流檢測，也會(huì)捕捉到從其它總線(例如，相鄰的其它相的總線)等產(chǎn)生的磁通而受其影響，因 此不能正確地檢測電流。
[0005] 專利文獻(xiàn)1公開了具備磁屏蔽材料的電流傳感器裝置，該磁屏蔽材料用于從外部 磁性屏蔽通過檢測磁通來檢測電流的功率半導(dǎo)體元件。根據(jù)該電流傳感器裝置，因?yàn)榫邆?圍著功率半導(dǎo)體元件布置的磁屏蔽材料，所以降低來自外部的磁噪的影響。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-38640號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010] 圖1是現(xiàn)有的具備單層的磁屏蔽構(gòu)造的電流傳感器裝置的示意性剖視圖。如圖1所 示，電流傳感器裝置1具備在作為檢測對(duì)象的總線15上設(shè)置的例如霍爾元件等磁檢測元件 (IC)Il。此外，在磁檢測元件11的外側(cè)，還具有磁屏蔽部21，該磁屏蔽部21屏蔽對(duì)于磁檢測 元件11的、來自外部的磁通。磁屏蔽部21由具有高相對(duì)磁導(dǎo)率μ的材料構(gòu)成。
[0011] 因此，即使對(duì)電流傳感器裝置1施加外部磁場，磁通31也能夠被相對(duì)磁導(dǎo)率μ高的 磁屏蔽部21感應(yīng)，并降低外部磁場對(duì)磁檢測元件11的影響。在具有圖1所示的單層的磁屏蔽 部的構(gòu)造中，作為構(gòu)成磁屏蔽部21的磁屏蔽材料，采用導(dǎo)磁合金等高相對(duì)磁導(dǎo)率材料。但 是，由高相對(duì)磁導(dǎo)率材料構(gòu)成的磁屏蔽材料因?yàn)槭潜容^高價(jià)的，所以具有電流傳感器裝置 的成本變高這樣的課題。另外，在利用相對(duì)磁導(dǎo)率低于導(dǎo)磁合金的純鐵或硅鋼板進(jìn)行磁屏 蔽的情況下，需要使磁屏蔽材料的厚度變厚來進(jìn)行磁屏蔽，從而具有相應(yīng)變厚導(dǎo)致的大型 化、難以制造且高價(jià)這樣的課題。本發(fā)明的目的是提供既能夠避免由外部磁場引起的電流 檢測的誤動(dòng)作又能夠削減成本的電流傳感器裝置。其它目的是，使磁屏蔽材料變薄，令電流 傳感器裝置小型化。
[0012]解決問題的手段
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，可提供以下這樣的電流傳感器裝置，該電流傳感器裝置 是無磁芯型的電流傳感器裝置，特征是具備:磁檢測元件，其檢知電流路徑所產(chǎn)生的磁通； 以及磁屏蔽部，其設(shè)置于上述磁檢測元件的周圍，屏蔽對(duì)于上述磁檢測元件的、來自外部的 磁通(外部磁場），上述磁屏蔽部具備：由具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率的第1磁屏蔽材料構(gòu)成的第1磁 屏蔽部；以及由具有與上述第1相對(duì)磁導(dǎo)率不同的第2相對(duì)磁導(dǎo)率的第2磁屏蔽材料構(gòu)成的 第2磁屏蔽部。
[0014] 通過設(shè)置具有不同的相對(duì)磁導(dǎo)率的第1磁屏蔽部和第2磁屏蔽部，可獲得良好的磁 屏蔽效果。
[0015] 優(yōu)選上述第2相對(duì)磁導(dǎo)率低于上述第1相對(duì)磁導(dǎo)率，在上述第1磁屏蔽部的外側(cè)配 置上述第2磁屏蔽部。
[0016] 優(yōu)選上述第1磁屏蔽部和上述第2磁屏蔽部分別大致呈U字形狀，在大致呈U字形狀 的上述第2磁屏蔽部的凹部連接設(shè)置大致呈U字形狀的上述第1磁屏蔽部。
[0017] 上述第2相對(duì)磁導(dǎo)率可低于上述第1相對(duì)磁導(dǎo)率，將上述第2磁屏蔽部與上述第1磁 屏蔽部串聯(lián)連接。
[0018] 此時(shí)，上述第1磁屏蔽部可與上述磁檢測元件的感磁面大致相對(duì)，上述第2磁屏蔽 部與上述感磁面大致垂直。
[0019] 這里，優(yōu)選具有兩個(gè)上述第1磁屏蔽部和接合兩個(gè)上述第1磁屏蔽部的至少1個(gè)上 述第2磁屏蔽部，向一個(gè)上述第1磁屏蔽部輸入的磁通通過上述第2磁屏蔽部，并通過另一個(gè) 上述第1磁屏蔽部后輸出到外部。
[0020] 另外，可根據(jù)以下的公式來決定用于獲得期望的磁屏蔽效果的參數(shù)。
[0021 ] E(t〇tai) =EiXE2= {(μιXdi)/Si} X {(μ2Xd2)/S2}
[0022] 優(yōu)選上述磁屏蔽部具有在與上述磁檢測元件的感磁面大致垂直的方向上設(shè)置的 開口。
[0023] 上述電流路徑可被配置在上述磁檢測元件的上述開口的相反側(cè)。
[0024]優(yōu)選上述第1相對(duì)磁導(dǎo)率成為3000以上。
[0025] 優(yōu)選上述第2相對(duì)磁導(dǎo)率成為100以上2500以下。
[0026]上述第1磁屏蔽材料可以是Fe-Ni合金，上述第2磁屏蔽材料成為鐵氧體。
[0027]上述第2磁屏蔽材料可由包含磁性材料和樹脂材料的材料形成。
[0028] 上述第1磁屏蔽部的厚度di可以是0.05mm~0.35mm，上述第2磁屏蔽部的厚度d2成 為3mm~IOmm0 [0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，在電流傳感器裝置中，既能夠抑制由外部磁場引起的電流檢測的誤 動(dòng)作，又能夠削減制造成本。
【附圖說明】
[0031] 圖1是示出具有單層的磁屏蔽構(gòu)造的現(xiàn)有的電流傳感器裝置的一結(jié)構(gòu)例的剖視 圖。
[0032] 圖2(a)是示出具有本發(fā)明的第1實(shí)施方式的雙層的磁屏蔽構(gòu)造的電流傳感器裝置 的一結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖2(b)是其立體圖。圖2(c)是示出與圖2(a)不同的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。
[0033] 圖3(a)、圖3(b)是示出用于估計(jì)無磁芯型的電流傳感器裝置中的雙重屏蔽磁芯的 屏蔽效果的仿真模型的圖。
[0034]圖4是示出將I3B的厚度固定為0.35mm時(shí)的磁檢測元件（IC)中的磁通密度(T)的MB4 的厚度依存性的圖。
[0035]圖5是示出將MB4的厚度固定為5mm時(shí)的磁檢測元件（I C)中的磁通密度(T)的I3B的 厚度依存性的圖。
[0036]圖6是示出將PB的厚度固定為0.35mm、將MB4的厚度固定為5mm時(shí)的磁檢測元件 (I C)中的磁通密度(T)的外部磁場依存性的圖。
[0037] 圖7(a)、圖7(b)是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電流傳感器裝置的剖視圖。
[0038] 圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的電流傳感器裝置的剖視圖。
[0039] 圖9(a)、圖9(b)是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的電流傳感器裝置的立體圖。
[0040] 標(biāo)號(hào)說明
[0041] 1…電流傳感器裝置，11···磁檢測元件（IC)，Ila…感磁面，15···電流路徑（總線）， 20···磁屏蔽部，21···第1磁屏蔽部，23···第2磁屏蔽部
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式的電流傳感器裝置。
[0043](第1實(shí)施方式）
[0044] 圖2(a)是輸出本發(fā)明的第1實(shí)施方式的電流傳感器裝置的一結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖2 (b)是圖2(a)所示的電流傳感器裝置的立體圖。以下，參照在各圖中定義的x、y、z軸進(jìn)行說 明。
[0045] 如圖2(a)、圖2(b)所示，本實(shí)施方式的電流傳感器裝置1具備例如霍爾元件等磁檢 測元件（以后也稱為ICHl，該磁檢測元件設(shè)置在作為檢測對(duì)象的、以y軸方向延伸的電流路 徑即總線15上。作為磁檢測元件11，例如可采用霍爾元件、磁電阻元件、組合霍爾元件與放 大器電路的霍爾IC(IC: Integrated Circuit:集成電路）等中的任意一個(gè)。作為磁電阻元 件，可采用異方向性磁電阻元件AMR、巨大磁電阻元件GMR、隧道磁電阻元件TMR等。
[0046]此外，電流傳感器裝置1具有磁屏蔽部20,該磁屏蔽部20在具有感磁面Ila的磁檢 測元件11的周圍，屏蔽對(duì)于磁檢測元件11的、來自外部的磁通(外部磁場）。磁屏蔽部20由在 磁檢測元件11的X軸方向的兩側(cè)面?zhèn)仍O(shè)置的側(cè)壁部和在z軸方向的底面?zhèn)仍O(shè)置的壁部形成。 例如，在兩側(cè)面?zhèn)戎?，在固定于磁屏蔽?0的、未圖示的基板上可安裝磁檢測元件11。將在 磁檢測元件11中流動(dòng)的電流設(shè)為11。在此例中，磁屏蔽部20具有比磁檢測元件11的電壓施 加方向（兩端子間）即y軸方向的寬度W 2大的寬度1。為了小型化/低成本化，優(yōu)選X軸方向的 寬度L盡量短。
[0047]在本實(shí)施方式中，磁屏蔽部20具有雙層的磁屏蔽構(gòu)造，該雙層的磁屏蔽構(gòu)造具備： 由具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率μι的第1屏蔽材料構(gòu)成且厚度是Cl1的第1磁屏蔽部21;以及具有與第1 相對(duì)磁導(dǎo)率μι不同的第2相對(duì)磁導(dǎo)率μ2且厚度是d2的第2磁屏蔽部23。在此構(gòu)造中，與磁通垂 直的屏蔽部的面積為& = &。在圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)中，雖然使磁屏蔽材料的內(nèi)側(cè)成為截 面積S^S2,但在CUd 2薄的情況下，即使采用磁屏蔽材料的外側(cè)的截面積也能夠獲得同樣的 效果。這里，可使第2相對(duì)磁導(dǎo)率μ2低于第1相對(duì)磁導(dǎo)率U 1，并將第2磁屏蔽部23配置在第1磁 屏蔽部21的外側(cè)。此外，可利用粘合劑來粘合第1磁屏蔽部21與第2磁屏蔽部23,可利用樹脂 來涂敷(coating)兩磁屏蔽部21、23成為一體。
[0048] 根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，如圖2(a)所示，將基于從磁檢測元件11的X軸方向的側(cè)面?zhèn)仁┘?的外部磁場的磁通31的一部分3 Ib導(dǎo)入至具有第2相對(duì)磁導(dǎo)率μ2的第2磁屏蔽部23，還將磁 通31a導(dǎo)入至具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率μι的第1磁屏蔽部21，所以能夠抑制外部磁場對(duì)磁檢測元 件11的影響。關(guān)于來自外部的磁通31，進(jìn)入到由低相對(duì)磁導(dǎo)率材料形成的第2磁屏蔽部23的 磁通少量流向下部，大量的磁通通過作為高相對(duì)磁導(dǎo)率材料的第1磁屏蔽部21。向磁屏蔽部 輸入的磁通與所輸出的磁通是近似相同的值。
[0049] 這里，可如以下的公式那樣示出雙層構(gòu)造時(shí)的磁屏蔽效果。即，進(jìn)入到屏蔽材料的 內(nèi)側(cè)的磁通根據(jù)以下的公式進(jìn)行衰減。
[0050] E(t〇tai) = EiXE2={(yiXdi)/Si} X {(y2Xd2)/S2} · · ·公式（1)
[0051 ]這里，總的磁屏蔽效果E是使基于第1磁屏蔽部的磁屏蔽效果Ei與基于第2磁屏蔽 部的磁屏蔽效果E2組合的磁屏蔽效果的值。另外，μ是各自的相對(duì)磁導(dǎo)率，d是與外部磁場垂 直的方向的各個(gè)厚度，S是與外部磁場垂直的方向的磁屏蔽材料的面積(一般情況下是3 1 = S2)。在單層的磁屏蔽部的情況下成為E(t〇tai)=Ei，當(dāng)E2是1以上時(shí)由公式⑴可知，雙層的磁 屏蔽部可獲得良好的效果。即使第2相對(duì)磁導(dǎo)率μ 2變低，只要使山變厚，就能夠使E2成為1以 上。此外，總的磁屏蔽效果E成為雙層構(gòu)造的各個(gè)屏蔽效果的乘積，因此理論上可以證明：與 僅單層的情況相比，通過采用雙重磁屏蔽構(gòu)造并使E 2成為1以上、即通過增大μ2 X d2，可獲得 顯著的屏蔽效果。
[0052]此外，構(gòu)成第2磁屏蔽部23的低相對(duì)磁導(dǎo)率的第2磁屏蔽材料一般與構(gòu)成第1磁屏 蔽部21的高價(jià)的高相對(duì)磁導(dǎo)率的第1磁屏蔽材料相比，能夠降低成本，因此能夠大幅降低作 為磁屏蔽部20整體的材料費(fèi)。即，能夠使高成本的第1磁屏蔽材料的厚度變?。ń档褪褂?量），所以能夠降低成本。
[0053]此外，如圖2(c)所示，可將第2磁屏蔽部23配置在第1磁屏蔽部21的內(nèi)側(cè)。但是因?yàn)?在這樣的形狀中即使外側(cè)是相同的厚度也會(huì)導(dǎo)致體積變大，所以從削減成本這樣的觀點(diǎn)出 發(fā)，更優(yōu)選圖2(a)所示的構(gòu)造。第1磁屏蔽部21和第2磁屏蔽部23例如可通過各自的部件的 組裝工序來實(shí)現(xiàn)。
[0054] 如以上所說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的電流傳感器裝置，具有既能夠抑制外部 磁場的影響又能夠降低成本這樣的優(yōu)點(diǎn)。此外，在上述的例子中，雖然由具有不同的相對(duì)磁 導(dǎo)率的雙層的磁屏蔽材料形成磁屏蔽部，但也可以由3層以上的磁屏蔽材料構(gòu)成，或者可成 為使相對(duì)磁導(dǎo)率在厚度方向上進(jìn)行變化的構(gòu)造。另外，可以在X軸方向、ζ軸方向上連接第1 磁屏蔽部21和第2磁屏蔽部23,或者可以分開地配置第1磁屏蔽部21和第2磁屏蔽部23。
[0055] (實(shí)施例1)
[0056]在圖2(a)中，可使具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率yi的第1磁屏蔽材料例如成為導(dǎo)磁合金PC材 料，使具有第2相對(duì)磁導(dǎo)率μ2的第2磁屏蔽材料例如為鐵氧體(ferrite)。導(dǎo)磁合金PC材料的 相對(duì)磁導(dǎo)率超過5000,鐵氧體的相對(duì)磁導(dǎo)率是2000左右。相比之下前者價(jià)格高。導(dǎo)磁合金PC 材料厚度〇. Imm的相對(duì)磁導(dǎo)率是幾萬~幾十萬，導(dǎo)磁合金PB材料厚度0.1 mm的相對(duì)磁導(dǎo)率是 1萬~2萬，在0.35mm中約是3000。因此，使導(dǎo)磁合金的層厚盡量薄，通過設(shè)置價(jià)格便宜的鐵 氧體來彌補(bǔ)相應(yīng)減少的磁屏蔽效果。例如，第1磁屏蔽材料的厚度只要是能夠利用第1磁屏 蔽部21吸收來自外部的磁通中的未被第2磁屏蔽部23吸收完的磁通這樣的程度的厚度既 可。
[0057] 此外，導(dǎo)磁合金(Permal Ioy)是導(dǎo)磁性(permeable)的合金(alloy)這樣的意思，導(dǎo) 磁合金與電磁軟鐵相比，具有導(dǎo)磁性非常高（容易通過磁力）的性質(zhì)。導(dǎo)磁合金利用鎳含有 量被分類，其具備各種特征。關(guān)于PC導(dǎo)磁合金(Ni-Mo、Cu_Fe)，鎳成分是70~85%，相對(duì)磁導(dǎo) 率和直流特性良好。加工性也高，適合作為磁屏蔽材料。PB導(dǎo)磁合金(Ni-Fe)可獲得較大的 飽和磁通密度?？蓪?shí)現(xiàn)各種傳感器的小型化、高性能化，也大量用作變流器(CT)的材料。尤 其厚度Imm以下的PB導(dǎo)磁合金利用薄板的層疊來發(fā)揮最高的特性。
[0058] 除了 PC或I3B之外，可采用PD(Ni成分為35~40%，剩余部分為Fe)、PE(Ni成分為45 ~50%，剩余部分為Fe)、PF(Ni成分為54~68%，剩余部分為Fe)。此外，相對(duì)磁導(dǎo)率的高低 的基準(zhǔn)值是將約3000左右作為基準(zhǔn)。另外，飽和磁通密度的高低的基準(zhǔn)例如是將0.4T左右 作為基準(zhǔn)。關(guān)于表示界線的基準(zhǔn)值不被這些值所限定。成本依據(jù)導(dǎo)磁合金、硅鋼板、鐵氧體 的順序而升高。相對(duì)磁導(dǎo)率、材質(zhì)或厚度等不被該實(shí)施例所限定，只要是能夠適用關(guān)于雙層 屏蔽構(gòu)造的上述這樣的觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)既可。
[0059]此外，第2磁屏蔽材料的飽和磁通密度優(yōu)選難以產(chǎn)生來自外部的磁通飽和的程度 的值。例如，作為第2磁屏蔽材料例示的鐵氧體的飽和磁通密度具有0.41T左右的值。當(dāng)在此 情況下使厚度充分厚時(shí)，可利用第2磁屏蔽部23對(duì)外部磁場進(jìn)行某些程度的屏蔽，并能夠使 構(gòu)成第1磁屏蔽部21的導(dǎo)磁合金PC材料的層厚變薄。
[0000]以下，表示根據(jù)磁屏蔽效果分析法來分析磁屏蔽部20中的磁屏蔽效果的構(gòu)造依存 性的結(jié)果。基于Rucker和Wi 11s的無限圓筒的磁力效果Ef可利用以下的公式來表示。
[0061 ] Ef = He/Hi=yd/D
[0062] 這里，將磁性體的直徑設(shè)為D，將磁性體的厚度設(shè)為d，將磁性體的相對(duì)磁導(dǎo)率設(shè)為 μ。磁性體的屏蔽的效果為Ef 是屏蔽空間的磁場，He是不存在屏蔽材料時(shí)的磁場。相對(duì)磁 導(dǎo)率μ、磁性體的厚度d與磁屏蔽效果E成比例，與磁性體的直徑D的大小成反比例。
[0063] 圖3(a)、圖3(b)是示出無磁芯型的電流傳感器裝置中的雙重屏蔽磁芯的屏蔽效果 的仿真模型的圖。圖3(a)是俯視圖，圖3(b)是立體圖。所謂仿真模型是指，假定對(duì)圖2(a)、圖 2(b)、圖2(c)的電流傳感器裝置給予外部磁場的簡單結(jié)構(gòu)的模型，為了簡單，而沒有設(shè)置總 線15。在利用仿真來觀察外部磁場對(duì)磁檢測元件11的影響時(shí)，因?yàn)榭偩€15的影響可無視，所 以仿真的結(jié)果是妥當(dāng)?shù)?。如圖3(a)、圖3(b)所示，采用了仿真模型（這里，電磁場分析軟件 注冊商標(biāo)））。根據(jù)本實(shí)施方式的電流傳感器裝置1和配置于其外側(cè)并用 于估計(jì)外部磁場的影響的仿真而設(shè)置的磁場產(chǎn)生單元41構(gòu)成。電流傳感器裝置1在磁檢測 元件11的外側(cè)具有磁屏蔽部20，該磁屏蔽部屏蔽對(duì)于磁檢測元件11的、來自外部的磁通。各 自的尺寸如以下所述。
[0064] 磁場產(chǎn)生單元41:600mmX 580mm、寬度100mm、厚度200臟、阻數(shù)是銅18Ο0?;
[0065] 磁屏蔽部20:高度15mm(z軸方向）、長度22mm、寬度15mm(y軸方向），
[0066]磁屏蔽部20的厚度的詳細(xì)內(nèi)容如以下所述。
[0067] 第1磁屏蔽部21的第1磁屏蔽材料(導(dǎo)磁合金PB材料:相對(duì)磁導(dǎo)率ys 2 3000、飽和磁 通密度1.4T):厚度是0. lmm、0.2mm、0.35mm、0.5mm，此外，實(shí)效相對(duì)磁導(dǎo)率依存于厚度，具有 厚度越厚相對(duì)磁導(dǎo)率越小的傾向。
[0068]第2磁屏蔽部23的第2磁屏蔽材料(鐵氧體MB4:相對(duì)磁導(dǎo)率ys = 2500、飽和磁通密 度是0.4T):厚度是3、5mm、IOmm，此外，MB4是MnZn鐵氧體的材質(zhì)名。
[0069]另外，磁檢測元件（IC)Il的尺寸如以下所述。
[0070] 高度1_、長度3mm、寬度5mm、厚度1_，
[0071 ]材料假定為高相對(duì)磁導(dǎo)率170000的磁性材PC。
[0072] 采用上述的仿真模型，利用磁屏蔽分析法來求出使從磁場產(chǎn)生單元41產(chǎn)生的外部 磁場變化為10000、15000、20000、30000、50000A/m時(shí)的第1磁屏蔽材料(PB)和第2磁屏蔽材 料(鐵氧體MB4)以及磁檢測元件11中的磁通密度。在表1中示出其計(jì)算結(jié)果。此外，在利用仿 真設(shè)定磁場的強(qiáng)度時(shí)，以直流進(jìn)行設(shè)定。
[0073] 【表1】
[0075] 鐵心飽和
[0076] M:IC 誤動(dòng)作
[0077] IC完全誤動(dòng)作
[0078] 表1示出使外部磁場變化到10000~50000A/m并且使I3B與MB4的雙層屏蔽構(gòu)造中的 厚度進(jìn)行變化時(shí)的PB、MB4以及磁檢測元件中的磁通密度的值。例如示出以下的情況，外部 磁場為20000A/m，PB的厚度是0.35mm、MB4的厚度是5mm時(shí)的磁檢測元件的磁通密度為 0.0057T，不受外部磁場的影響。表1的最下段(3行）的值為都薄至I 3B的厚度是0.1mm、MB4的 厚度是〇.5mm這樣的情況，即使在10000A/m左右的外部磁場中也產(chǎn)生磁芯的飽和，即使是 15000A/m左右，也產(chǎn)生IC的誤動(dòng)作。此外，在磁檢測元件的磁通密度變高的情況下，例如當(dāng) 將基準(zhǔn)值設(shè)為0.OlT時(shí)，在成為其以上的情況下，定義為磁檢測元件的誤動(dòng)作。將成為0.1 T 以上的情況定義為完全誤動(dòng)作。
[0079] 在表1中，可根據(jù)仿真的計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果，通過對(duì)區(qū)域施加斜線來區(qū)別是否產(chǎn) 生磁檢測元件（IC)Il的誤動(dòng)作或者是否在磁屏蔽部(磁芯）中產(chǎn)生磁飽和。由表1可知，即使 磁屏蔽部的結(jié)構(gòu)是相同的，也存在外部磁場越大越容易產(chǎn)生磁檢測元件11的誤動(dòng)作的情 況、第1磁屏蔽材料、第2磁屏蔽材料的厚度越厚越難以產(chǎn)生磁檢測元件11的誤動(dòng)作的情況、 特別是當(dāng)?shù)?磁屏蔽材料的厚度薄時(shí)容易產(chǎn)生磁芯的飽和的情況。
[0080] 以下，更詳細(xì)地說明磁檢測元件（IC)Il中的磁通密度的磁屏蔽部的構(gòu)造依存性。 圖4是示出根據(jù)表1的結(jié)果將內(nèi)側(cè)的第1磁屏蔽材料即PB的厚度固定為0.35mm后施加外部磁 場時(shí)的外側(cè)的第2磁屏蔽材料MB4的厚度與磁檢測元件11中的磁通密度(T)的值相關(guān)的依存 性的圖。如圖4所示可知，在外部磁場20000A/m以下，在MB4的厚度為0.5mm至IOmm的寬范圍 中，磁檢測元件11中的磁通密度是0.OlT以下，可發(fā)揮由雙重屏蔽構(gòu)造產(chǎn)生的顯著的磁屏蔽 效果。
[0081 ]此外還可知，在外部磁場是20000A/m的情況下，當(dāng)?shù)?磁屏蔽材料MB4的厚度為 0.5mm時(shí)，磁檢測元件（IC) 11中的磁通密度變高，屏蔽效果變?nèi)?，而表現(xiàn)出受到外部磁場的 影響。還可知，在外部磁場是30000A/m的情況下，在MB4的厚度是2mm以下時(shí)，磁檢測元件11 中的磁通密度變高，屏蔽效果變?nèi)酰憩F(xiàn)出受到外部磁場的影響。
[0082]由以上的情況可知，當(dāng)外部磁場的值是20000A/m以下時(shí)，即使薄厚度是第1磁屏蔽 材料即PB = O .35mm左右，也能夠通過在其外側(cè)設(shè)置例如厚度Imm以上的MB4作為第2磁屏蔽 材料，來獲得良好的磁屏蔽效果，并能夠大幅抑制外部磁場對(duì)磁檢測元件(IC)的影響。
[0083]圖5是示出將第2磁屏蔽材料的MB4的厚度固定為5mm后施加外部磁場時(shí)的磁檢測 元件(IC)Il中的磁通密度(T)的PB的厚度依存性的圖。如圖5所示可知，在將第2磁屏蔽材料 即MB4的厚度以某些程度的厚度固定（5mm)時(shí)，在第1磁屏蔽材料即PB的厚度是0.05mm至 0.35mm的范圍中，在外部磁場10000A/m、20000A/m下具有屏蔽效果。此時(shí)的磁檢測元件11中 的磁通密度大致相同。
[0084] 此外，雖然在強(qiáng)磁場30000A/m以下、這里為到達(dá)20000A/m左右的外部磁場中，即使 僅僅是MB4的厚度5mm的1重屏蔽也能夠獲得某些程度的屏蔽效果，但其效果不充分。與1重 屏蔽的情況相比，當(dāng)看到PB0.0 5mm、MB4的厚度5mm的雙重屏蔽的結(jié)果時(shí)可知，因?yàn)榇磐芏?低且IC的誤動(dòng)作少，所以能夠獲得雙重屏蔽的效果。
[0085]另外，理論上，相對(duì)磁導(dǎo)率根據(jù)PB的厚度而不同，PB厚度薄的的相對(duì)磁導(dǎo)率變高。 即，當(dāng)形狀一定時(shí)，如公式（1)所示的那樣，相對(duì)磁導(dǎo)率與厚度的積成為屏蔽效果與線性的 關(guān)系。根據(jù)仿真結(jié)果，IC的磁通密度最低的屏蔽組合是1134 = 5111111、？13 = 0.051]1111，其次是1134 = 5111111、1^ = 0.2111111，然后是冊4 = 5111111、1^ = 0.1111111?？烧J(rèn)為當(dāng)增加1^的厚度時(shí)，因?yàn)橄鄬?duì)磁導(dǎo)率 降低，所以成為這樣的結(jié)果。還可知，當(dāng)外部磁場超過30000A/m時(shí)，即使在例如PB的厚度是 0.1mm的條件下，因?yàn)楫a(chǎn)生IC的誤動(dòng)作，所以未獲得良好的屏蔽效果。因此，在外部磁場超過 30000A/m的情況下，例如需要PB的厚度是0.35mm以上。
[0086]圖6是關(guān)于將PB的厚度固定為0.35mm、將MB4的厚度固定為5mm并給予外部磁場時(shí) 的磁檢測元件（IC)Il中的磁通密度(T)示出外部磁場依存性的圖。如圖6所示，在此條件下， 至少在到達(dá)外部磁場20000A/m之前，可稱為利用本實(shí)施方式的磁屏蔽部的構(gòu)造能夠獲得屏 蔽效果。由此可知，當(dāng)超過外部磁場30000A/m左右時(shí)，即使是上述的磁屏蔽構(gòu)造，也要受到 外部磁場的影響。
[0087] 由以上情況可知，當(dāng)外部磁場的值到達(dá)20000A/m左右時(shí)，在使第2磁屏蔽材料即 MB4的厚度達(dá)到5mm左右的情況下，在第1磁屏蔽材料的I 3B的厚度是0.05mm至0.35mm左右的 厚度范圍中，可獲得良好的磁屏蔽效果，并能夠抑制外部磁場的影響。
[0088] 接著，關(guān)于飽和磁通密度的影響進(jìn)行說明。如表1所示可知，當(dāng)?shù)?磁屏蔽材料(鐵 氧體MB4)磁飽和（即使增強(qiáng)其以上的磁場，磁性體的磁化也沒有相應(yīng)地變化的狀態(tài)）、第1磁 屏蔽材料(PB)也磁飽和時(shí)，容易產(chǎn)生磁檢測元件11的誤動(dòng)作。因此具有以下這樣的效果，通 過將第2磁屏蔽材料(鐵氧體MB4)設(shè)置為達(dá)到未磁飽和的程度的充分厚度即5mm左右，能夠 抑制磁屏蔽材料的磁飽和。
[0089]在此情況下，優(yōu)選使用相對(duì)磁導(dǎo)率μ高以及飽和磁通密度Bs高的材料。作為這樣的 材料，例示性地舉出硅鋼板、純鐵和導(dǎo)磁合金PB材料。作為第1磁屏蔽材料，優(yōu)選使用飽和磁 通密度是0.4T以上的材料。此外，當(dāng)磁屏蔽材料的殘留磁通密度的值高時(shí)，外部磁場的影響 持續(xù)。因此，從維持磁屏蔽效果這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，不優(yōu)選采用殘留磁通密度高的材料例如硅 鋼板。
[0090](第2實(shí)施方式）
[0091]接著，說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。圖7(a)是示出本實(shí)施方式的電流傳感器裝置的 一結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖7(b)是示出圖7(a)的變形例的電流傳感器裝置的剖視圖。與第1實(shí)施 方式的不同點(diǎn)是，由磁性材料與樹脂材料等非磁性材料的復(fù)合材料構(gòu)成具有第2相對(duì)磁導(dǎo) 率的第2磁屏蔽部23a。雖然與該構(gòu)造產(chǎn)生的磁屏蔽相關(guān)的作用效果與第1實(shí)施方式相同，但 具有如下這樣的優(yōu)點(diǎn)，通過采用磁性材料與樹脂材料等非磁性材料的廉價(jià)復(fù)合材料，與第1 實(shí)施方式的情況相比能夠提高成本的削減效果。如圖7(b)所示，可在內(nèi)側(cè)設(shè)置第2磁屏蔽部 23a。作為這樣的復(fù)合材料，例如可采用鐵氧體與環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料。如以上所說明的那 樣，根據(jù)本實(shí)施方式的電流傳感器裝置，具有既能夠抑制外部磁場的影響又能夠進(jìn)一步降 低成本這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0092](第3實(shí)施方式）
[0093] 接著，說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式。圖8(a)是示出本實(shí)施方式的電流傳感器裝置的 一結(jié)構(gòu)例的剖視圖。在本實(shí)施方式的電流傳感器裝置1中，在磁檢測元件11的側(cè)面?zhèn)燃磁c感 磁面I Ia大致相對(duì)的位置上配置第1磁屏蔽部21a，在與感磁面I Ia大致垂直的位置上配置第 2磁屏蔽部23c。即，串聯(lián)地配置第1磁屏蔽部21a和第2磁屏蔽部23c。但在此情況下，因?yàn)榇?通的通路是串聯(lián)的，所以優(yōu)選第1磁屏蔽部21a與第2磁屏蔽部23c的飽和磁通密度分別具有 較高的值。另外，第2磁屏蔽部23c因?yàn)榇磐ǚ较虻慕孛娣eS 2小，所以容易飽和。因此，優(yōu)選第 2磁屏蔽部23c的飽和磁通密度也高。在此情況下，能夠利用與上述公式（1)同樣的式子來求 出屏蔽效果。這里，μ是各自的相對(duì)磁導(dǎo)率，d是磁屏蔽材料的厚度，S是與磁檢測元件相對(duì)的 面的截面積。此外，圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)的第1磁屏蔽部21a的厚度只要與圖2(a)、圖2 (b)、圖2(c)的第1磁屏蔽部21的厚度是相同程度既可?？赏ㄟ^設(shè)置圖8(a)、圖8(c)的第2磁 屏蔽部23c來彌補(bǔ)對(duì)于僅設(shè)置圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)的第1磁屏蔽部21a而產(chǎn)生的磁屏蔽效 果的影響。
[0094] 如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，使雖然截面積小但磁路長的部分即底面?zhèn)鹊牡?磁 屏蔽部23c利用低相對(duì)磁導(dǎo)率且高飽和磁通密度的材料來形成，由此既能夠降低成本，又能 夠抑制外部磁場的影響。雖然也依據(jù)厚度，但第1磁屏蔽部2 Ia可采用相對(duì)磁導(dǎo)率3000以上、 飽和磁通密度1.4T以上的材料，第2磁屏蔽部23c可采用相對(duì)磁導(dǎo)率100以上、飽和磁通密度 1.2T以上的材料。另外，如圖8(b)所示，可利用磁性材料與樹脂材料等非磁性材料的復(fù)合材 料來形成在底面?zhèn)仍O(shè)置的第2磁屏蔽部23d。例如，可采用使樹脂與鐵氧體混合成形的材料 等。此外，如圖8(c)所示，可在兩側(cè)面?zhèn)扰c底面?zhèn)仍O(shè)置第1磁屏蔽部21a，并且還在底面?zhèn)仍O(shè) 置第2磁屏蔽部23c。另外，第1磁屏蔽部21a與第2磁屏蔽部23c的接合位置不限于圖8(a)。另 外，可更換第1磁屏蔽部21a與第2磁屏蔽部23c的配置。在圖8(a)、圖8(b)時(shí)，低相對(duì)磁導(dǎo)率 材料優(yōu)選是高相對(duì)磁導(dǎo)率材料的10~20倍的厚度。
[0095] (第4實(shí)施方式）
[0096] 接著，說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式。圖9(a)、圖9(b)是示出本實(shí)施方式的電流傳感 器裝置的一結(jié)構(gòu)例的立體圖。在圖9(a)、圖9(b)所示的構(gòu)造中，在z方向的上方以沒有開口 的筒狀形成第1磁屏蔽部51、51a和第2磁屏蔽部53、53a。即使在這些構(gòu)造中，也能夠獲得雙 重屏蔽構(gòu)造的效果。另外，根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谏戏經(jīng)]有設(shè)置開口，所以具有能夠使磁 屏蔽部的制造工序更簡單這樣的優(yōu)點(diǎn)。但是，與包圍四周相比，上方打開的U字的方式的磁 屏蔽效果更好。其理由是因?yàn)?，?dāng)磁屏蔽材料具有與側(cè)壁、底面一起包圍四周的上壁時(shí)，配 置在總線上的磁檢測元件成為與上壁的磁屏蔽材料接近的位置，容易產(chǎn)生上壁與磁檢測元 件的磁場干涉。另外，開口優(yōu)選位于磁檢測元件的上方，另外，開口優(yōu)選大的一方。其理由是 因?yàn)殡y以產(chǎn)生磁屏蔽材料的上壁部分與磁檢測元件的干涉。開口也可為包圍四周的無上壁 的形態(tài)。另外，對(duì)開口的形狀沒有特別限定。
[0097]上述的各實(shí)施方式?jīng)]有限定磁屏蔽部的形狀等，僅作為一例示出?？梢允侨切巍?多邊形、橢圓等形狀。另外，屏蔽板不限于直線，例如可以是在IC側(cè)突出的弧狀。根據(jù)上述的 各實(shí)施方式，在電流傳感器裝置中，既能夠避免由外部磁場引起的電流檢測的誤動(dòng)作，又能 夠削減成本。
[0098]此外，作為高相對(duì)磁導(dǎo)率的材料，例示性地舉出以下的材料?？刹捎脤?dǎo)磁合金、鐵 硅鋁磁性合金、Co基非晶材料、純鐵、Fe-6.5Si、Fe_3.5Si、Fe基非晶材料、納米結(jié)晶Fe基軟 磁性材料、硅鋼板等。另外，作為低相對(duì)磁導(dǎo)率的材料，例示性地舉出以下的材料?？刹捎迷?Mn-Zn鐵氧體、樹脂中混合鐵氧體而成形的材料等。另外，第1磁屏蔽部21也可以采用磁性粉 末與樹脂的復(fù)合材料。
[0099] 作為用于第1磁屏蔽部的磁性粉末可采用Fe-6.5Si、純鐵、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、 Fe-Co、Fe-Cr、Fe-N、Fe-C、Fe-B、Fe-P、Fe-Al_Si等Fe基合金粉末的軟磁性粉末或者稀土類 金屬粉末、非晶質(zhì)金屬粉末等。這些粉末的平均粒子徑可成為IOOMi至300μηι。
[0100] 作為用于第1以及第2磁屏蔽部的樹脂，可使用熱固化性樹脂、紫外線固化性樹脂 或熱塑性樹脂。作為熱固化性樹脂，可使用苯酚樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯、 鄰苯二甲酸二丙烯酯樹脂、硅酮樹脂等。作為紫外線固化性樹脂，可使用聚氨酯丙烯酸酯系 列、環(huán)氧丙烯酸酯系列、丙烯酸酯系列、環(huán)氧系列的樹脂。作為熱塑性樹脂，可使用聚酰亞胺 或氟樹脂等抗熱性良好的樹脂。在第2磁屏蔽部23中也可以使用這些樹脂。例如，在磁性粉 末中添加的樹脂的比例相對(duì)于磁性粉末可成為5~7wt%。另外，還可以利用1個(gè)樹脂使板狀 的兩個(gè)磁屏蔽材料固化來成為雙層構(gòu)造。
[0101] 另外，具有由于外部磁場而在屏蔽磁芯中產(chǎn)生殘留磁場的情況。因此，在選擇屏蔽 的材質(zhì)時(shí)，最好選擇磁滯少的材料即殘留磁場小的材料。另外，磁檢測元件的感磁面與磁屏 蔽材料未必是完全平行的。即使帶位于感磁面與磁屏蔽材料之間的程度的角度例如O~10 度的角度，也具有屏蔽效果。
[0102] 具有U字形狀的第1以及第2磁屏蔽部可以是使一片板彎曲為U字形狀的磁屏蔽材 料。另外，可組合多個(gè)磁屏蔽材料成為U字形狀。在上述實(shí)施方式中，關(guān)于在附圖上圖示的結(jié) 構(gòu)等不僅限于此，在發(fā)揮本發(fā)明效果的范圍內(nèi)可適當(dāng)進(jìn)行變更。另外，只要不脫離本發(fā)明的 目的的范圍，就能夠適當(dāng)變更后進(jìn)行實(shí)施。另外，本發(fā)明的各構(gòu)成要素可任意地進(jìn)行取舍選 擇，具備已取舍選擇的結(jié)構(gòu)的發(fā)明也包含于本發(fā)明內(nèi)。
[0103] 工業(yè)上的可利用性
[0104] 本發(fā)明可利用于電流傳感器裝置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電流傳感器裝置，是無磁芯型的電流傳感器裝置，其特征在于，具備： 磁檢測元件，其檢知電流路徑所產(chǎn)生的磁通；以及 磁屏蔽部，其設(shè)置于所述磁檢測元件的周圍，屏蔽對(duì)于所述磁檢測元件的、來自外部的 磁通， 所述磁屏蔽部具備：由具有第1相對(duì)磁導(dǎo)率的第1磁屏蔽材料構(gòu)成的第1磁屏蔽部；以及 由具有與所述第1相對(duì)磁導(dǎo)率不同的第2相對(duì)磁導(dǎo)率的第2磁屏蔽材料構(gòu)成的第2磁屏蔽部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第2相對(duì)磁導(dǎo)率低于所述第1相對(duì)磁導(dǎo)率，在所述第1磁屏蔽部的外側(cè)配置所述第2 磁屏蔽部。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第1磁屏蔽部和所述第2磁屏蔽部分別大致呈U字形狀， 在大致呈U字形狀的所述第2磁屏蔽部的凹部連接設(shè)置大致呈U字形狀的所述第1磁屏 蔽部。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第2相對(duì)磁導(dǎo)率低于所述第1相對(duì)磁導(dǎo)率，將所述第2磁屏蔽部與所述第1磁屏蔽部 串聯(lián)連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第1磁屏蔽部與所述磁檢測元件的感磁面大致相對(duì)，所述第2磁屏蔽部與所述感磁 面大致垂直。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 具有兩個(gè)所述第1磁屏蔽部和接合兩個(gè)所述第1磁屏蔽部的至少1個(gè)所述第2磁屏蔽部， 向一個(gè)所述第1磁屏蔽部輸入的磁通通過所述第2磁屏蔽部，并通過另一個(gè)所述第1磁 屏蔽部后輸出到外部。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 根據(jù)以下的公式來決定用于獲得期望的磁屏蔽效果的參數(shù)， E(t〇tai)=EiXE2={(yiXdi)/Si} X {(y2Xd2)/S2}。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述磁屏蔽部具有在與所述磁檢測元件的感磁面大致垂直的方向上設(shè)置的開口。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述電流路徑被配置在所述磁檢測元件的所述開口的相反側(cè)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第1相對(duì)磁導(dǎo)率是3000以上。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第2相對(duì)磁導(dǎo)率是100以上2500以下。12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第1磁屏蔽材料是Fe-Ni合金，所述第2磁屏蔽材料是鐵氧體。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第2磁屏蔽材料由包含磁性材料和樹脂材料的材料形成。14. 根據(jù)權(quán)利要求7至13中任意一項(xiàng)所述的電流傳感器裝置，其特征在于， 所述第1磁屏蔽部的厚度di是Ο . 05mm~Ο . 35mm，所述第2磁屏蔽部的厚度d2是3mm~ 10mm〇
【文檔編號(hào)】G01R15/20GK105938154SQ201610124468
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日
【發(fā)明人】余孔惠, 小林正和
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社田村制作所