CN101363876B - 电流感应器及其铁芯组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电流感应器，包括一第一座体、一第二座体与一铁芯组，第一座体与第二座体共同形成一连通空间，铁芯组包括多个硅钢片，每个硅钢片为一ㄇ字型且各包括一底端、一短端与一长端，且短端与其长端相对设置于该底端的两侧，且短端与长端的长度不均等，短端部分容置于连通空间，且长端暴露在第一座体与第二座体之外。

Description

电流感应器及其铁芯组

技术领域

本发明涉及一种电流感应器，尤其是涉及一种利用磁场检测来测量电流，避免受到温度影响而产生失真的现象，而达到电流检测准确性与效能的电流感应器。

背景技术

现今科技发展日新月异，电子元件的设计也朝着微小化、轻薄化而作改良，然而如此的设计也容易造成一些难以估算的风险。电流感应器的使用不仅可精确的控制电流之外，更有效的避免因通过的电流过大而导致电子元件烧毁的风险。因此，电流感应器的使用已成了现今电子产品的另一个重要考虑因素。

现有所使用的电流感应器，请参阅图1，图1为现有霍尔效应感应器的示意图。以霍尔效应感应器(Hall effect sensor)1来测量电流时，其原理是将待测电流的一电子导线15穿置于霍尔效应感应器1的一导磁铁芯11之间，当此电子导线15通电之后，导磁铁芯11会因电磁效应形成一磁力线B。然而导磁铁芯11为一封闭回圈(close loop)，故磁力线B的密度大于一特定临界值时，磁力线B会通过导磁铁芯11的间隙13而抵达其对应的一端侧，然位于此间隙13之间的霍尔元件(Hall element)12感应之后，在霍尔元件12的二端侧形成一电压差，此电压差通过霍尔效应感应器1的内部电路14转换、放大之后，而以电流或电压的方式输出，通过电流、电压值与电子导线15的待测电流存在正比的关系，而测量出电子导线15的电流值。

然而，以霍尔效应感测器1来测量电流时，由于霍尔元件12为一半导体元件，会因为外在温度的影响，使得载子移动率(Carrier mobility)提高，导致无法准确的检测出待测物的实际电流值。另外，因为霍尔效应感应器1往往需要稳定的外加电源才能够进行检测，因此成品往往体积庞大，不利于安装在体积较小、电流较小的的电子产品上，如风扇、马达等，造成使用上的限制。

有鉴于此，如何提供一种可准确的侦测电流大小，且能够微小化使用的电流感应器，实为重要课题之一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电流感应器，可以改善现有的电流感应器因外界温度而导致精确度不佳，产品体积过大的问题，进而提高产品使用上的应用性。

为达到上述的目的，提出一种铁芯组，包括多个硅钢片，每个硅钢片包括一短端、一长端与一底端，短端与长端相对设置于该底端的两侧，每个硅钢片为一ㄇ字型，并且短端与长端的长度不均等。

为达到上述的目的，再提出一种用于电流感应器，包括一第一座体、第二座体与一铁芯组，第一座体与第二座体对组后共同形成一连通空间，铁芯组包括多个硅钢片，每个硅钢片包括有一短端、一长端与一底端，且短端与长端相对设置于底端的两侧，短端与长端的长度不均等，且每个硅钢片为一ㄇ字型，而每个硅钢片的短端容置在该连通空间之中，且长端暴露在第一座体与第二座体之外。

如上述的铁芯组与电流感应器，短端更具有一突出部，短端具有一第一长度，长端具有一第二长度，第一长度概略为第二长度的0.5倍，铁芯组做为电流感应器的导磁结构，且硅钢片的材质为一铁镍合金。每个硅钢片的短端皆设置在连通空间内。每个硅钢片的设置方向与相邻的硅钢片相反，且每个硅钢片的短端与相邻的硅钢片的短端接触，并以一外力压密铁芯组的底端，使得位于连通空间的短端得以相互接触。且每个硅钢片的短端具有一突出部，因此每个硅钢片以突出部而与相邻的硅钢片接触。第一座体具有一非晶质铁芯(amorphous core)。当第一座体与第二座体对组后，非晶质铁芯的位置对应于每个硅钢片的突出部。

并且，第一座体具有一插设部，且插设部包括一第一绕线区与一分岔端，且非晶质铁芯位于第一绕线区中。电流感应器更具有一第一绕线组，且第一绕线组缠绕于第一绕线区。第一座体的底部设有至少一第一端子，且第一端子与第一绕线组相连结。电流感应器设置在一电路板上，且第一端子与电路板电连结。分岔端以塑胶注塑成型。分岔端具有二末梢，且末梢之间彼此间隔一间隙。分岔端具有二凸块，凸块分别设置于每一末稍的外侧边。每个凸块设有至少一导角或至少一斜角。

再者，第二座体更具有一第一嵌合区与一第二嵌合区，且第一嵌合区用以容置插设部。第一座体更具有一穿孔，且第二座体的第二嵌合区与穿孔共同形成连通空间。第一嵌合区由一顶壁与一底壁界定，且第一嵌合区具有出一第一容室与一第二容室。第二容室的截面大于第一容室的截面。第二容室邻近于第二座体的末端。顶壁与底壁在第二容室处更分别具有一第一抵挡面与一第二抵挡面。第一座体的分岔端具有二凸块，且第一抵挡面与一第二抵挡面分别抵挡凸块。第二座体更具有一第二绕线区，且电流感应器更具有一第二绕线组，当第一座体与第二座体对组后，第二绕线组缠绕于第二绕线区。第二座体的底部设有至少一第二端子，且第二端子与第二绕线组相连结。

电流感应器设置在一电路板上，且第二端子与电路板电性连结。电流感应器更具有一第一绕线组与一第二绕线组，第一绕线组设置于该第一座体，第二绕线组设置于第二座体，且第一座体与第二座体分别具有一第一端子与一第二端子，当电流感应器设置在一电路板上时，第一端子与第二端子与电路板电连结。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为现有霍尔效应感应器的示意图；

图2A为依据本发明较佳实施例的一种电流感应器的示意图；

图2B为图2A的第一座体的非晶质铁芯配置示意图；

图2C为图2A的第一座体示意图；

图3A为图2A的第二座体示意图；

图3B为图2A的第二座体的剖视示意图；

图4A组装图2A的第一座体与第二座体的剖视示意图；

图4B为图4A的立体图；

图5A为图2A的硅钢片示意图；

第5B至图5C为本发明的组装示意图；

图5D为本发明的铁芯组示意图；

图6A为图2A的铁芯组与非晶质铁芯相对位置示意图；

图6B为图6A的局部放大示意图。

主要元件符号说明

1：霍尔效应感应器      11：导磁铁芯

12：霍尔元件           13：间隙

14：内部电路           15：电子导线

2：电流感应器          20：第一座体

21：插设部             211：分岔端

211a、211b：末梢       22：穿孔

23：第一端子           24：第一绕线区

241：第一绕线组        25：非晶质铁芯

30：第二座体           31：第一嵌合区

311：第一容室          312：第二容室

32：第二嵌合区         33：第二端子

34：第二绕线区         341：第二绕线组

35：顶壁               351：第一抵挡面

36：底壁               361：第二抵挡面

40：铁芯组             41：硅钢片

411：短端              412：长端

413：底端              414：突出部

B、B’：磁力线         G：间隙

L1：第一长度           L2：第二长度

P：凸块                S：连通空间

具体实施方式

请参阅图2A，图2A为依据本发明较佳实施例的一种电流感应器的示意图。本发明的电流感应器2包括一第一座体20、一第二座体30与一铁芯组40，如图2A所示。请同时参照图2B与图2C，图2B为图2A的第一座体的非晶质铁芯配置示意图，图2C为图2A的第一座体示意图。第一座体20在结构上，可以分为一插设部21、一穿孔22与至少一第一端子23，而插设部21更可以细分成一第一绕线区24与一分岔端211，而第一绕线区24上具有一非晶质铁芯25，作为导磁之用。第一绕线组241缠绕于第一绕线区24，且覆盖非晶质铁芯25，而分岔端211由二末梢211a、211b所组成，且彼此间隔有一间隙G，而每一个末梢211a、211b的一外侧边各别设置有一凸块P，可用来在后续组装时与图2A中的第二座体30固定。第一端子23则设置第一座体20的底部，并且通过焊接与第一绕线组241连结，如图2C所示。

接着，请同时参阅图3A与图3B，图3A为图2A的第二座体的示意图，图3B为图2A的第二座体的剖视示意图。第二座体30为相对应于第一座体20的构造，可分为一第一嵌合区31、一第二嵌合区32、一第二绕线区34与至少一第二端子33，如图3A所示。第一嵌合区31具有一第一容室311与一第二容室312，用以插设第一座体20的插设部21，第一嵌合区31是由一顶壁35与一底壁36所界定，且在第二座体30的末端邻近第二端子33处为第二容室312，第二容室312的截面大于第一容室311的截面，并且在形成第二容室312的顶壁35与底壁36上各具有一第一抵挡面351与一第二抵挡面361，如图3B所示。

再者，第二嵌合区32则与第一座体20的穿孔22互为对应，而第二绕线区34位于第二座体30的外表面，在后续步骤提供绕线之用。第二端子33则设置第二座体30的底部，并且通过焊接与第二绕线组341连结。如图3A所示。

因此，请同时参阅图4A与图4B，图4A为组装图2A的第一座体与第二座体的剖视示意图，图4B为图4A的立体图。第一座体20的插设部21沿图中所示的箭号X方向而插设至第二座体30的第一嵌合区31中，为避免第一座体20在插设过程中可能造成的阻碍，因此在制作上会先以注塑成型的方式制作出塑胶材质的分岔端211，并且将末梢211a、211b上的凸块P的一端面设计至少一导角或至少一斜角。因此在组装的过程中，凸块P的导角或斜角可以帮助分岔端211导入第一嵌合区31，且由于分岔端211为塑胶材质所制成，因此在第一容室311中可以暂时变形而使两末梢211a、211b之间的间隙G减小后，故分岔端211得以顺利的通过第一容室311。当凸块P完全通过第一容室311时，由于第二容室312的截面大于原先第一容室311的截面，故原先变形的分岔端211会往外扩张，直到末稍211a、211b上的凸块P分别抵住第二容室312的顶壁35与底壁36。同时，第一座体20的末梢211a、211b上的凸块P更受到第一抵挡面351与第二抵挡面361抵挡，而不会再退出第一容室311，使得第一座体20的插设部21得以与第二座体30结合并达到良好的卡固效果，如图4A所示。结合之后，在第二绕线区34缠绕一第二绕线组34，作为电流感应器2的补偿线圈(Compensationwinding)，并与第二端子33连结，如图4B所示。

最后，再将完成组装的第一座体20与第二座体30，装上由多个硅钢片41所组成的铁芯组40，请参阅图5A、图5B、图5C与图5D，图5A为图2A的硅钢片示意图，图5B至图5C为本发明的组装的示意图，图5D为图2A的铁芯组示意图。如图5A所示，硅钢片41为一ㄇ字型结构，可分为一底端413、一短端411与一长端412，短端411与其长端412相对设置于底端413的两侧，且短端411与长端412的长度并不相等，即短端411的长度小于长端412，而硅钢片41会在短端411的末端设计一突出部414，让短端411与其突出部414所形成的一第一长度L1约略为长端412的一第二长度L2的0.5倍，如图5A所示。因此，将硅钢片41的短端411穿入由第二嵌合区32与穿孔22共同形成的连通空间S内后，且突出部414的位置，恰与第一座体20上的非晶质铁芯25相互对应，如图5B所示。之后，再以相反的方向从连通空间S的相对处再穿入另一个硅钢片41，如此，相邻的两硅钢片41则会以相反方向配置，如图5C所示。依此原则插设后，第二延伸端412会因不断的重叠而逐渐的增加厚度。当所有的硅钢片41都完成插设之后，再将铁芯组40的底端413施以一外力压密。如此一来，位于连通空间S的短端411也会随之密合，不会受到长端412堆叠厚度的影响，使得每个短端411上的突出部414能与相邻短端411的突出部414相对应接触。如此，铁芯组40形成了一开放的回圈(open loop)，如图5D所示。最在将电流感应器2通过第一端子23与第二端子33连结在电路板上，故位于第一座体20的非晶质铁芯25与铁芯组40可将转换的电流传送至电路板上，而达到电流侦测效果。

承上，请同时参阅图6A与图6B，图6A为本发明的铁芯组与非晶质铁芯相对位置示意图，图6B为图6A的局部放大示意图。由于位于连通空间S内的突出部414互为接触，使得整个铁芯组40形成了开放圈。因此，只要将欲测量电流的电子元件，例如缠有一初级绕线的导体，穿设于电流感应器2的铁芯组41所包围的空间之中，当电流通过电子元件时，由于组成铁芯组40的硅钢片41为一铁镍合金的材质，因此铁芯组40可作为电流感应器2的导磁结构，故由电磁感应而产生的磁力线B’即通过铁芯组40传导，由于铁芯组40为开放回圈，磁力线B’会从相互抵接的突出部414通过。当产生的磁力线B’为弱时，单位截面积所通过磁力线B’为小，在磁通量不大的情况下，可经由相互抵接的突出部414导通所有的磁力线B’。然而，当此磁通量超出一临界值时，部分无法通过的磁力线B’会寻求其他路径而散逸出来，与外界介质相比较之下，在第一座体20上的非晶质铁芯25具有较大的磁导率(permeability)，并且非晶质铁芯25设置在相对于突出部414之处，因此这些超过临界值的磁力线B’，会经由第一座体20的非晶质铁芯25的路径导通，而不会经由于其它外界介质，此性质类似于平行电路之中，电流会以低电阻的路径运行的特性相似，故经由非晶质铁芯25的磁力线B’会通过第一绕线组241输出至一电路上，而获得一输出电压，此电压与电流为一正比的关系，因此可以有效的得到实际值的电流值。

综上所述，本发明的电流感应器2，可以避免使用现有霍尔效应检测器会受到外界温度影响的缺点，提高了电流检测器2的灵敏度。而利用磁场侦测技术来侦测电流的技术，只需在第一座体上对应设置非晶质铁芯，再搭配上改良过的铁芯组，即可用来侦测电子产品所通过电流。在准确度与使用性的双重考量之下，更具有市场竞争的潜力。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在所附的权利要求中。

Claims (14)

1.一种铁芯组，包括多个硅钢片，每个该硅钢片包括短端、长端与底端，该短端与该长端相对设置于该底端的两侧；

其中，每个该硅钢片为ㄇ字型，且该短端与该长端的长度不均等；

该短端更具有突出部，且每个该硅钢片以该突出部而与相邻的该硅钢片接触。

2.如权利要求1所述的铁芯组，其中该短端具有第一长度，而该长端具有第二长度，该第一长度概略为该第二长度的0.5倍。

3.一种电流感应器，包括：

第一座体与第二座体，该第一座体与该第二座体对组后共同形成连通空间；以及

铁芯组，包括多个硅钢片，每个该硅钢片包括短端、长端与底端，该短端与该长端相对设置于该底端的两侧，且该短端与该长端的长度不均等；

其中，每个该硅钢片为ㄇ字型，该短端容置在该连通空间之中，且该长端暴露在该第一座体与该第二座体之外；每个该硅钢片的该短端更具有突出部，且每个该硅钢片以该突出部而与相邻的该硅钢片接触。

4.如权利要求3所述的电流感应器，其中每个该硅钢片的短端皆设置在该连通空间内。

5.如权利要求4所述的电流感应器，其中每个该硅钢片的设置方向与相邻的该硅钢片相反，且每个该硅钢片的短端与相邻的该硅钢片的短端接触。

6.如权利要求3所述的电流感应器，其中该第一座体具有非晶质铁芯，且当该第一座体与该第二座体对组后，该非晶质铁芯的位置对应于每个该硅钢片的该突出部。

7.如权利要求6所述的电流感应器，其中该第一座体具有插设部，且该插设部包括第一绕线区与分岔端，且该非晶质铁芯位于该第一绕线区中，而该电流感应器更具有第一绕线组，且该第一绕线组缠绕于该第一绕线区。

8.如权利要求7所述的电流感应器，其中该第一座体的底部设有至少一第一端子，且该第一端子与该第一绕线组相连结，而该电流感应器设置在电路板上，且该第一端子与该电路板电性连结。

9.如权利要求7所述的电流感应器，其中该分岔端具有二末梢，且该些 末梢之间彼此间隔间隙，而该分岔端具有二凸块，该些凸块分别设置于每一末稍的外侧边，每个该凸块设有至少一导角或至少一斜角。

10.如权利要求7所述的电流感应器，其中该第二座体更具有第一嵌合区与第二嵌合区，且该第一嵌合区用以容置该插设部。

11.如权利要求10所述的电流感应器，其中该第一座体更具有穿孔，且该第二座体的该第二嵌合区与该穿孔共同形成该连通空间。

12.如权利要求10所述的电流感应器，其中该第一嵌合区由顶壁与底壁界定，且该第一嵌合区具有第一容室与第二容室，该第二容室的截面大于该第一容室的截面，该第二容室邻近于该第二座体的末端，且该顶壁与该底壁于该第二容室处更分别具有第一抵挡面与第二抵挡面。

13.如权利要求12所述的电流感应器，其中该第一座体的分岔端具有二凸块，且该第一抵挡面与第二抵挡面分别抵挡该些凸块。

14.如权利要求3所述的电流感应器，其中该第二座体更具有第二绕线区，且该电流感应器更具有第二绕线组，当该第一座体与该第二座体对组后，该第二绕线组缠绕于该第二绕线区，而该第二座体的底部设有至少一第二端子，且该第二端子与该第二绕线组相连结，该电流感应器设置在电路板上，且该第二端子与该电路板电连结。 

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