專利名稱：電流檢測器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在電流的測量或檢測中使用的磁平衡方式的電流檢測器及其制造方法。
背景技術：
磁平衡方式的電流檢測器由具有間隙的磁性體芯、卷繞在磁性體芯上的二次繞組、磁敏(感磁)元件(例如霍爾元件，以下稱為霍爾元件)以及對來自霍爾元件的輸出進行電流放大的電路構成。這種電流檢測器將通過被檢測電流產生的磁場收集在磁性體芯中，并通過配置在磁性體芯的間隙中的霍爾元件將磁束轉換為電壓來輸出。另外，例如作為該磁平衡方式的電流檢測器的用途，有伺服電機中的電流測量。電流檢測器進行針對電機的電流測量，將該測量值反饋到伺服放大器，作為控制參數的一個來使用。另外，在磁平衡方式的電流檢測器中，卷繞在磁性體芯上的二次繞組向抵消由被檢測電流產生的磁場的方向卷繞。當流過被測量電流時，與電流對應的磁場會在霍爾元件上產生輸出電壓，從該霍爾元件輸出的電壓信號通過電流放大電路而轉換為電流，并反饋到二次繞組。上述的電流檢測器以如下所述的方式進行工作由二次繞組產生的磁場(消除磁場)和由被測量電流產生的磁場相互抵消，間隙內的磁場始終為0。使流過二次繞組的消除電流通過輸出電阻，并進行電壓轉換而作為輸出來取出(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1日本特開2007-147460號公報如上所述，磁平衡方式的電流檢測器具有以下所述的結構，即針對被測量電流形成的磁場，在二次繞組中以抵消該磁場的方式產生磁場，并且該電流檢測器相當于按照使磁芯內的磁束始終為零的方式進行工作的封閉式的電流檢測器。此處，關于該電流檢測器中的輸出精度，存在卷數的誤差、配置在磁芯的間隙內的霍爾元件的位置、二次繞組的位置、被測量電流導體的位置、磁芯間隙端面的加工質量等各種誤差因素，但是很難通過對這些因素的全部進行管理來制造高精度的電流檢測器。例如，在上述以往的磁平衡式電流檢測器中，由于配置在磁芯的間隙內的霍爾元件的位置、即卷繞了二次繞組的磁芯與霍爾元件之間的位置關系，會使霍爾元件周圍的消除磁場的強度變化，因此這些裝配位置的精度會很大地影響電流的檢測精度。由于上述的其他因素也會影響到電流的檢測精度，因此很難按照每個產品來調整精度，其結果，很難通過對所有因素引起的誤差進行統(tǒng)一管理和消除來改善產品的成品率。因此，作為這種問題的解決方案，期望開發(fā)如下的技術通過后續(xù)工序對由其他各種因素造成誤差的部分進行調整，實現電流檢測器中的電流檢測精度的高精度化。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種能夠實現電流檢測精度的高精度化的磁平衡式電流檢測器。另外，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠通過后續(xù)工序對由其他因素造成誤
3差的部分進行調整，并且能夠制造電流檢測精度高的磁平衡式電流檢測器的電流檢測器制造方法。本發(fā)明的發(fā)明人對在磁平衡式電流檢測器中能夠通過后續(xù)工序對由其他因素造成電流檢測精度誤差的部分進行調整的電流檢測器的結構及其制造方法進行了專心研究， 其結果，提出了如下的磁平衡式電流檢測器的結構及其制造方法通過繞組抽頭切換使二次線圈(二次繞組)的卷數具有自由度，能夠通過后續(xù)工序對由其他因素造成電流檢測精度誤差的部分進行調整，根據該結構及制造方法，可知通過繞組抽頭切換來實現高精度化， 從而對于通過提高電流檢測器的調整精度來改善產品的成品率是非常有效的。S卩、根據本發(fā)明，能夠得到一種電流檢測器，該電流檢測器至少包含磁芯；二次線圈，其隔著預定的卷繞單元以預定的匝數卷繞在該磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的間隙中，該電流檢測器的特征在于，其具有多個抽頭，它們連接在所述二次線圈的輸出側，在所述卷繞單元的所述二次線圈的卷繞側隔開預定的間隔，分別對應不同的卷數而設置；以及抽頭切換單元，其通過選擇所述多個抽頭中的期望的一個抽頭來切換要使用的抽頭。另外，優(yōu)選的是，所述多個抽頭通過具有預定電阻值的電阻來連接，并且具有使該電阻在電氣上有效或無效的單元。另外，根據本發(fā)明，能夠得到一種電流檢測器的制造方法，該電流檢測器至少包含磁芯；二次線圈，其隔著預定的卷繞單元以預定的匝數卷繞在該磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的間隙中，該電流檢測器的制造方法的特征在于，包含以下工序設置多個抽頭和抽頭切換單元，所述多個抽頭連接在所述二次線圈的輸出側，在所述卷繞單元的所述二次線圈的卷繞側隔開預定的間隔，分別對應于不同的卷數而設置，所述抽頭切換單元通過選擇所述多個抽頭中的期望的一個抽頭來切換要使用的抽頭，作為將所述磁敏元件配置在所述磁芯的間隙內的工序的后續(xù)工序，至少包含通過所述抽頭切換單元切換要使用的抽頭的工序。另外，優(yōu)選的是，所述多個抽頭通過具有預定電阻值的電阻來連接，除了所述切換要使用的抽頭的工序以外，還具有使所述電阻在電氣上有效或無效的工序。根據本發(fā)明，能夠提供如下所述的磁平衡式電流檢測器及其制造方法能夠通過繞組抽頭切換而使二次線圈(二次線圈)的卷數具有自由度，并通過后續(xù)工序對由其他因素造成電流檢測精度誤差的部分進行調整。


圖1是將使用了本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器的伺服電機的控制系統(tǒng)與被控制電機一起表示的框圖。圖2是用于說明本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器的動作原理的圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器的卷繞了二次線圈(二次繞組)的線軸和設置在該線軸上的卷數抽頭的圖。圖4是在本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器中，從實現了基于卷數抽頭切換的高精度化的實施例1的結構中提取PCB (Printed Circuit Board 印刷電路基板)的卷數抽頭部來表示的圖，示出了對PCB的圖案進行激光微調的例子。
圖5是在本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器中，從通過組合了卷數抽頭切換和微調電阻而實現了高精度化的實施例2的結構中提取PCB的卷數抽頭部來表示的圖，示出了在對PCB的圖案進行激光微調的同時，也通過配置電阻來進行微調的例子。圖6是在本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器中，從通過卷數抽頭切換來實現多量程方式的實施例3的結構中提取PCB的卷數抽頭部來表示的圖，示出了在對PCB的圖案進行激光微調的同時，也通過電阻微調來進行精度調整的例子。附圖標記100,300 電流檢測器；102 磁芯；104 二次繞組；106 霍爾元件；108 電流放大電路；112 電流線；If 被檢測電流；120 線軸；120AU20B 凸緣部；130 =PCB ；200、 200Α-1、200Α-2、200Α-3、200Α-4、200Α-5 抽頭；200B-1、200B-2、200B-3、200B-4、200B_5 抽頭；203N、503N 微調電阻。
具體實施例方式參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式所涉及的電流檢測器。本實施方式所涉及的電流檢測器作為磁平衡方式的電流檢測器，例如用于伺服電機中的電流測量。圖1是將使用了本實施方式的電流檢測器100的伺服電機的控制系統(tǒng)與被控制電機一起表示的框圖。圖1所示的伺服電機的控制系統(tǒng)具有被控制電機92、伺服放大器94、控制器96以及磁平衡方式的電流檢測器100。電流檢測器100對流到被控制電機92的電流進行測量， 其測量值被反饋到伺服放大器94，作為控制器96的控制參數的一個來使用。圖2是用于說明本實施方式所涉及的磁平衡方式的電流檢測器100的動作原理的圖。如該圖所示，磁平衡方式的電流檢測器100具有磁芯102，其由具有間隙的大致環(huán)狀的磁性體構成；二次繞組，其卷繞在該磁芯102上；作為磁敏元件的霍爾元件106，其配置在磁芯102的間隙部102a中；以及電流放大電路108，其對霍爾元件106的霍爾電壓Vh進行放大，并且將該放大的電壓轉換為電流Ih。二次繞組104的一端與電流放大電路108連接， 另一端經由負載電阻110接地。電流線112在被磁芯102圍繞的空間內，配置在與磁芯102 的軸心正交的方向上。另一方面，上述的二次繞組104朝抵消(消除)由流過電流線112 的被檢測電流If產生的磁場的方向卷繞。另外，在該磁平衡式電流檢測器100中，不僅二次繞組104的卷繞方向，電流放大電路108的放大率等也按照使被檢測電流If流過電流線 112而在磁芯102內產生的磁場與電流Ih流過二次繞組104而在磁芯102內產生的磁場抵消的方式設定。在具有以上結構的磁平衡式電流檢測器100中，使霍爾元件106根據被檢測電流If而產生的霍爾電壓Vh通過電流放大電路108首先轉換為電流Ih，并輸出到二次繞組 104 (進行反饋)。這樣，當電流Ih流過二次繞組104時，基于被檢測電流If的磁場和基于上述電流Ih (由二次繞組104產生)的磁場(所謂的消除磁場)抵消而形成平衡狀態(tài)。艮口、 按照使基于被檢測電流If的磁場與消除磁場相互抵消、間隙部102a內的磁場始終為0的方式進行工作。此時，將上述負載電阻110中的電壓下降量在端子Rl與R2之間檢測為傳感器輸出電壓，如果根據該傳感器輸出電壓檢測上述電流Ih，則能夠檢測流過電流線112 的被檢測電流If。另外，在電流放大電路108的端子Al與A2之間連接有未圖示的直流電源。另外，Ic表示霍爾元件106的驅動用電流。
根據這樣的磁平衡式電流檢測器100，由于還可以適當地抑制霍爾元件106的由溫度依賴性引起的溫度漂移，并且被檢測電流If與傳感器輸出電壓VH之間的線性也很好，因此能夠高精度地檢測被檢測電流If。另外，要想制作如上所述的磁平衡式電流檢測器100，需要將二次線圈(二次繞組)卷繞在線軸上，但是如上所述，由于二次線圈(二次繞組)的卷數與消除電流的大小有關，因此卷數如何偏差會產生特性的偏差。因此，本發(fā)明的發(fā)明人準備了如圖3所示的卷數抽頭，嘗試解決該問題。另外，本實施方式的電流檢測器 100是作為將二次繞組卷繞2000匝的規(guī)格來進行說明的。圖3是表示電流檢測器100的卷繞了二次線圈(二次繞組)的線軸和設置在該線軸上的卷數抽頭的圖。如圖3所示，電流檢測器100的用于卷繞二次線圈(二次繞組) 的線軸120具有凸緣部120A和120B，分別等間隔地設置有多個抽頭200。凸緣部120A 上設有抽頭 200Α-1、200Α-2、200Α-3、200Α-4、200Α-5。凸緣部 120B 上設有抽頭 200B-1、 200B-2、200B-3、200B-4、200B-5。該抽頭例如構成為抽頭200A-1相當于繞組開端，其他抽頭 200B-1、200A-2、200B-2、200A-3、200B-3、200A-4、200B-4、200A-5、200B-5 分別相當于第 1996匝、第1997匝、第1998匝、第1999匝、第2000匝、第2001匝、第2002匝、第2003匝、 第2004匝的抽頭。這樣，如果電流檢測器100是將二次繞組卷繞2000匝的規(guī)格，則在理論上，只要準備按照每一匝為基準的卷數抽頭，就能將輸出的精度管理在士0.025%。因此，例如電流檢測器100在作為通常的精度而要求保證士0.25%時，能夠使不良率無限地接近零，顯著改善成品率。進而，也能夠保證高精度。圖4是在本實施方式所涉及的電流檢測器100中，從實現了基于卷數抽頭切換的高精度化的實施例1的結構中提取PCB的卷數抽頭部來表示的圖，示出了對PCB的圖案進行激光微調的例子。即、詳細地說，本實施方式所涉及的電流檢測器100雖然在線軸120上形成二次線圈(二次繞組)JfifiPCB 130的圖案形成卷數抽頭中的端子部和連接部，用微調器(激光微調)去掉不需要的抽頭。在圖4所示的實施例1中，為了有效利用N(如果是 2000匝，則第2000匝)抽頭，并使N-I (如果是2000匝，則第1999匝)、N_2 (如果是2000 匝，則第1998匝)、N+1 (如果是2000匝，則第2001匝)、N+2 (如果是2000匝，則第2002 匝)抽頭無效，用微調器(激光微調)去掉它們的連接部200Ν-1、200Ν-2、200Ν+1、200Ν+2， 并且不進行電連接。如上所述，預先用PCB 130的圖案形成圖4所示的抽頭部，進行精度調整的結果， 如果用微調器(激光微調)去掉不需要的抽頭的連接部，則在進行這樣的二次線圈(二次繞組)的接線工序中，能夠調整和校正由上述各種誤差因素引起的精度的偏差。圖5是在本實施方式所涉及的電流檢測器100中，從通過組合了卷數抽頭切換和微調電阻而實現了高精度化的實施例2的結構中提取PCB 130的卷數抽頭部來表示的圖， 示出了在對PCB 130的圖案進行激光微調的同時，也通過配置電阻來進行微調的例子。艮口、 詳細地說，本實施例2的電流檢測器100也在線軸120上形成二次線圈(二次繞組)，但是通過PCB 130的圖案來形成卷數抽頭中的端子部和連接部，特別是在這些抽頭與輸入側之間配置共同的微調電阻，不僅用微調器(激光微調)去掉不需要的抽頭，對于有效利用的抽頭，也根據需要，通過去掉其微調電阻，進一步提高電流檢測精度的調整精度。如圖5所示，在該實施例2中，在抽頭N、N-I、N_2、N+1、N+2與輸入側之間配置共同的微調電阻203N。然后，首先為了有效利用N(如果是2000匝，則第2000匝)抽頭，并使N-I (如果是2000匝，則第1999匝)、N_2 (如果是2000匝，則第1998匝)、N+1 (如果是 2000匝，則第2001匝)、N+2(如果是2000匝，則第2002匝)抽頭無效，用微調器(激光微調)去掉這些連接部200Ν-1、200Ν-2、200Ν+1、200Ν+2，并且不進行電連接。除此之外，即使對于作為有效利用的抽頭的N抽頭，也通過去掉該共同的微調電阻203N，進一步提高電流檢測精度的調整精度。這樣，預先用PCB 130的圖案形成如圖5所示的抽頭部，進而在抽頭N、N_l、N_2、 N+1、N+2與輸入側之間，配置共同的微調電阻，為了使不需要的抽頭無效，不僅用微調器 (激光微調)去掉這些連接部，而且對于有效利用的抽頭，也通過根據精度調整的需要去掉該共同的微調電阻，能夠進一步提高電流檢測精度的調整精度。圖6是在本實施方式所涉及的電流檢測器100中，從通過卷數抽頭切換實現多量程方式的實施例3的結構中提取PCB 130的卷數抽頭部來表示的圖，示出了在對PCB130的圖案進行激光微調的同時，也用電阻微調來進行精度調整的例子。即、這里所說的多量程方式是如下的方式，即相對于上述的實施例1及2的電流檢測器100是將二次繞組卷繞2000 匝的規(guī)格，實施例3的電流檢測器300能夠改變二次繞組的卷數(匝數)來使用。即、詳細地說，本實施例3的電流檢測器300也在線軸120上形成二次線圈(二次繞組)，但通過PCB 130的圖案來形成卷數抽頭中的端子部和連接部，特別是在這些抽頭與輸入側之間配置共同的微調電阻，通過用微調器(激光微調)來去掉不需要的抽頭，能夠選擇二次繞組的卷數(匝數)。然后，根據需要，通過去掉該共同的微調電阻來進行精度調整。如圖6所示，在該實施例3中，在抽頭500T、1000T、2000T、4000T、5000T與輸入側之間配置共同的微調電阻503Ν。然后，首先如果作為二次繞組的卷數(匝數)選擇2000 匝，則為了有效利用2000匝的抽頭2000Τ，并使500、1000、4000、5000的抽頭500Τ、1000Τ、 4000Τ、5000Τ無效，用微調器(激光微調)去掉這些連接部500Ν、1000Ν、4000Ν、5000Ν，并且不進行電連接。除此之外，對于作為有效利用的抽頭的2000Τ的抽頭，也根據精度調整的需要，通過去掉該共同的微調電阻503Ν，進行電流檢測精度的調整。這樣，預先用PCB 130的圖案形成如圖6所示的抽頭部，進而在抽頭500Τ、1000Τ、 2000Τ、4000Τ、5000Τ與輸入側之間配置共同的微調電阻，為了使不需要的抽頭無效，不僅用微調器(激光微調)去掉這些連接部，而且對于有效利用的抽頭，也根據精度調整的需要， 通過去掉該共同的微調電阻，不僅能夠選擇二次繞組的卷數(匝數)，還能夠進行電流檢測精度的調整。產業(yè)上的可利用性本發(fā)明是在線軸等上卷繞二次線圈(二次繞組)的磁平衡式電流檢測器，只要能夠在線軸和基板上形成抽頭，作為磁敏元件，就不限定于使用霍爾元件，也能夠廣泛地適用到使用MR元件等的其他電流檢測器。另外，在上述實施例中，雖然將本發(fā)明的電流檢測器適用到伺服電機的控制系統(tǒng)， 但是本發(fā)明的電流檢測器當然也能夠廣泛地適用于除此之外的用途。另外，在上述的實施例中，雖然使用了矩形狀的磁芯，但是當然也可以適用于使用例如橢圓環(huán)狀的磁芯、圓形狀的環(huán)形磁芯等其他形狀的磁芯的電流檢測器。進而，在上述的實施例中，在多個抽頭與輸入側之間配置共同的微調電阻，對于有效利用的抽頭，根據精度調整的需要，去掉了其共同的微調電阻，但是也可以按照多個抽頭的各連接部，例如在其中間部分別配置微調電阻，對于有效利用的抽頭，根據精度調整的需要，去掉其中的一個微調電阻。 另外，在本發(fā)明中，“使電阻在電氣上有效或無效”還包含例如相反地起初存在斷開的電阻線，通過連接這些電阻線使其有效的情況。所謂“使電阻有效或無效”可以是那種起初是連接但能夠斷開的線，或者起初是斷開但能夠連接的線，進而也可以不是線，而是具有預定電阻值(不是在市場上出售的電阻)的面金屬。其宗旨是包含所有這樣的東西。另外，由于只要是在電的意思上的“電阻”即可，因此當然也包含可變電阻。如果是可變電阻， 使其改變的(設定的)電阻值有效或無效。
權利要求
1.一種電流檢測器，該電流檢測器至少包含磁芯；二次線圈，其隔著預定的卷繞單元以預定的匝數卷繞在該磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的間隙中，該電流檢測器的特征在于，其具有多個抽頭，它們連接在所述二次線圈的輸出側，在所述卷繞單元的所述二次線圈的卷繞側隔開預定的間隔，分別對應不同的卷數而設置；以及抽頭切換單元，其通過選擇所述多個抽頭中的期望的一個抽頭來切換要使用的抽頭。
2.根據權利要求1所述的電流檢測器，其特征在于，所述多個抽頭通過具有預定電阻值的電阻來連接，并且具有使該電阻在電氣上有效或無效的單元。
3.一種電流檢測器的制造方法，該電流檢測器至少包含磁芯；二次線圈，其隔著預定的卷繞單元以預定的匝數卷繞在該磁芯上；以及磁敏元件，其配置在形成于所述磁芯的間隙中，該電流檢測器的制造方法的特征在于，包含以下工序設置多個抽頭和抽頭切換單元，所述多個抽頭連接在所述二次線圈的輸出側，在所述卷繞單元的所述二次線圈的卷繞側隔開預定的間隔，分別對應于不同的卷數而設置，所述抽頭切換單元通過選擇所述多個抽頭中的期望的一個抽頭來切換要使用的抽頭，作為將所述磁敏元件配置在所述磁芯的間隙內的工序的后續(xù)工序，至少包含通過所述抽頭切換單元切換要使用的抽頭的工序。
4.根據權利要求3所述的電流檢測器的制造方法，其特征在于，所述多個抽頭通過具有預定電阻值的電阻來連接，除了所述切換要使用的抽頭的工序以外，還具有使所述電阻在電氣上有效或無效的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電流檢測器及其制造方法。該電流檢測器是高精度的磁平衡式電流檢測器，其具有多個抽頭(N、N-1、N-2、N+1、N+2)，它們連接在二次線圈的輸出側，在包含線軸(120)和PCB(130)的卷繞單元中的二次線圈的卷繞側隔開預定的間隔，分別對應于不同的卷數而設置；作為抽頭切換單元的各連接部(200N、200N-1、200N-2、200N+1、200N+2)，選擇要使用的一個抽頭(N)，用激光微調去掉與其他抽頭(N-1、N-2、N+1、N+2)對應的各連接部(200N-1、200N-2、200N+1、200N+2)，使其不進行電連接，從而改變二次線圈的卷繞數來進行精度調整。另外，通過用激光微調去掉與所有的抽頭對應的共同的微調電阻(203N)，進一步進行精度的微調整。
文檔編號G01R19/00GK102243265SQ201110103820
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者小林正和, 神山直太 申請人:株式會社田村制作所