CN101903780A - 具有叠层磁芯的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

一种电流传感器(2)，包括具有气隙(14)的磁芯(6)，至少部分地位于气隙中的磁场检测器(8)，和导电安装元件(10)。导电安装元件包括在磁性回路的相反的外表面之间延伸的至少第一和第二固定延伸部(56)，和将固定延伸部相互连接并跨越气隙的桥接部分(34)。该桥接部分包括与磁场检测器的接地垫(24)电接触的电端子(42)。

Description

具有叠层磁芯的电流传感器
技术领域
本发明涉及电流传感器，该电流传感器具有位于叠层磁芯的气隙中的磁场检测器。
背景技术
具有叠层磁芯和位于磁芯气隙中的磁场检测器的电流传感器是众所周知的并被广泛应用。磁芯围绕导体设置，要测量的电流流经该导体。电流产生的磁感应由位于磁芯气隙中的磁场检测器测量。为了减少涡电流，许多磁芯通常由具有高磁导率的材料(例如软铁镍合金)构成的多个堆叠薄片构成。构成磁芯的堆叠薄片通常通过在磁芯周围的特定点上的压制和焊接操作被结合在一起。常用的磁场检测器之一是霍尔传感器，其具有集成电路(ASIC)的形式以便安装在印刷电路板上。电路板可以进一步包括信号处理电路和/或连接端子，该端子用于将电流传感器连接到用于信号处理和电力供应的外部单元。已知将其上安装有磁场检测器的电路板的一部分插入到磁芯的气隙中，磁场检测器和磁性回路的组件被保持在一个外壳内，该外壳可以通过树脂罐封被封闭或密封。这种电流传感器的一个实例例如在US2005/0237049中描述。
在特定应用中，由于传感器环境中的机械冲击、振动和温度变化，传感器遭受到高热和/或机械应力。随着时间的经过，这些应力以及材料和部件的老化会导致电流测量的不准确。
在传统的叠层磁芯中，冲击、振动和热应力可能导致将堆叠薄片结合在一起的焊接的退化，进一步可能的问题是气隙大小的改变，以及磁场检测器在气隙中偏移它的初始位置。磁芯的堆叠板的松动可能导致未被应对的磁感应变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种可靠的、精确的并能够耐受由于振动、冲击或温度变化造成的应力的电流传感器。
有利地提供一种能够经济地制造和组装的电流传感器。
本发明的目的通过提供根据权利要求1的电流传感器而实现。
此处公开了一种电流传感器，包括：具有气隙的磁芯；至少部分地位于气隙内的磁场检测器；和导电安装元件，其包括在磁芯的相反面之间延伸的至少第一和第二延伸部，和互连所述延伸部并跨越该气隙的桥接部分，该桥接部分包括与电流传感器的接地端子电接触的电端子。
延伸部的自由端优选地在与磁芯抵靠安装元件的桥接部分的表面相反的磁芯外表面上弯折(crimp)。因此延伸部用来将形成磁芯的堆叠薄片紧固在一起，以作为焊接或其他固定手段的补充或替代。弯折的延伸部确保在存在冲击或振动的情况下将所述薄片可靠地固定在一起。
导电安装元件还有利地用来将磁性回路接地，以避免磁芯、磁场检测器和外部单元之间的电势差影响电流信号的测量。
安装元件可以有利地包括一个或多个插入到传感器外壳中的对应插孔(cavity)内的安装凸片(tab)，用于在外壳内固定和定位磁性回路和磁场检测器。
磁检测器可以有利地设置在电路板上，该电路板也包括接地垫(grounding pad)，其形成与安装元件的接地端子电接触的接地端子。
安装元件的接地端子可以有利地采用弹性臂的形式，被配置为允许磁场检测器电路板的插入，与安装元件的接地端子形成插接式接触(pluggable contact)。
安装元件可以有利地由金属薄片以基本上平面的结构压制成型。
安装元件可以有利地进一步包括定位臂，与接地端子间隔设置并与其相对，该定位臂被配置为将磁场检测器的电路板夹持在接地端子和定位臂之间。接地端子和/或定位臂也用作在气隙中定位磁场检测器的装置。弹性接地端子还吸收振动和机械冲击，并帮助将磁场检测器保持在它在气隙中的正确位置上。
安装元件的结构还有利地使磁场检测器能通过插入传感器外壳并穿过气隙从而形成接地端子和定位臂之间的插接式连接来组装，从而简化组装操作，同时确保磁性回路的接地和磁场检测器相对于气隙的定位。
附图说明
本发明进一步的目的和优点在权利要求、详细说明和以下附图中会非常明显。
图1为根据本发明的电流传感器的局部截面透视图；
图2a和2b为根据本发明的电流传感器的具有安装元件的磁性回路的视图，图2a和2b中的磁性回路具有不同的高度；
图3为图1中示出的传感器的安装元件的透视图。
具体实施方式
参考附图，电流传感器2包括外壳4，磁芯6，磁场检测器8和安装元件10。
磁芯由本领域公知的高磁导率材料形成的薄片的堆叠构成。磁芯环绕着开口12，要测量的电流流过的主导体5(未示出)从该开口12中穿过。磁芯6具有气隙14，其在所示的该实施例中完全穿过该磁芯。但在本发明的范围内，气隙也可以为部分气隙，由此磁芯形成封闭的或实质上封闭的磁性回路。取决于要测量的电流的强度，构成磁芯的所述堆叠薄片的高度H可以改变，如图2a和2b所示。出于成本和重量的原因，根据应用和要测量的最大规定电流强度来调节磁芯的高度是有优势的，原则性限制是避免导致电流测量中的非线性的磁芯饱和。
磁场检测器8包括磁场传感器16和安装磁场传感器16的电路板18。磁场传感器例如可以为ASIC形式的霍尔效应传感器，具有连接到电路板18上的导电迹线的连接端子20。霍尔效应传感器芯片被广泛地应用，但是在本发明的范围内也可以使用其他公知的磁场传感器，比如巨磁阻磁场传感器(giant magneto-resistive magnetic fieldsensor)，磁通门传感器(fluxgate sensor)和其他公知的磁场传感器。磁场传感器不一定需要安装在电路板上：它也能被密封或包含在一个外壳或其他支撑结构中，该支撑结构具有用于连接到用于处理测量信号和用于将传感器接地的外部单元的电端子。
在示出的该实施例中，电路板18不仅提供对磁场传感器的支撑，还包括用于预处理测量信号的一些部件和可以焊接或以其他公知方式连接到电流传感器外壳的连接器插头中的管脚或插座端子(未示出)以便连接到外部的测量信号处理单元的接触垫22。电路板18进一步包括接地端子，其在示出的该实施例中采用接地垫24的形式，与端子26互连以将磁场检测器和磁芯接地来避免它们之间的电势差，并具有电传感器连接到的外部处理单元。
在所示出的该实施例中，电路板和磁场传感器16的一部分在对应于主导体通过的中心开口12的轴线的轴向A上插入到外壳和气隙14中。在磁芯6和安装元件10插入到外壳中后，磁场检测器8从外壳的开口端28插入到外壳和气隙14中，所有这些部分都沿轴向A插入到外壳中。外壳的开口端可以用一个例如用焊接或其他方法固定在外壳上的罩盖部分(未示出)来封闭，并且/或者该外壳用罐封树脂填充，以保护其中的部件免受环境的影响。
该外壳有利地在容纳电路板18的槽状插孔部分内设置导引表面或导轨28。导引表面28在接近电路板的远离磁场传感器16的一端30的位置与电路板18相接触。磁场检测器8的相反端在气隙14内或靠近气隙14的定位和导引主要通过安装元件10完成，如以下详细描述的。
安装元件10包括桥接部分34和一对从桥接部分34的相反端38延伸出来的磁芯固定延伸部36。安装元件进一步包括外壳紧固部分40，42，在本实施例中其采用插入到外壳中的对应插孔44，46的凸片的形式，用于将安装元件和磁性回路定位和固定在外壳内。安装凸片中的至少一个有利地设置有倒钩48或其他锚固元件，用于将安装元件10锚固在外壳4内。安装元件10进一步包括电接地端子50，其有利地可以采用弹性悬臂的形式以便弹性地抵靠磁场检测器8的接地触片24。另外还可以具有一个朝向接地端子50并通过间隙与其隔开的定位突起52，该间隙适于电路板18紧密地插入其间，由此定位突起52在磁场检测器8插入到气隙14中时和其后在传感器工作期间，作为导向和定位的基准。
定位突起52可以具有与接地端子50相同或近似的形状，或可以具有一种不同的形状，其具有比接地端子更大或更小的刚度，取决于在安装元件接地端子50和磁场检测器的接地端子24之间期望或需要的弹性和接触压力的量。而且，在本发明的范围内，还能够具有形成接地端子的基本上刚性的突起和弹性定位突起。也可能使接地和定位突起在磁场检测器8的相反面上都接触接地垫。在本实施例中，定位突起52具有一定的弹性，但其小于接地端子50的弹性，以便于充当电路板定位的基准，而弹性接地端子50可针对电路板厚度的容差轻微地调整。接地端子50和定位臂52的组合弹性提供了对冲击和振动的抵抗力，并确保安装元件和接地垫42之间的电连接的完全性。
安装元件10可以有利地由压制薄片金属以基本上平面的结构制成，如图所示，或为了更大的刚性或功能性目的，具有非平面的三维结构(未示出)。
固定延伸部36穿过构成磁芯的薄片堆叠插入对应的敞开式凹槽或洞中。每个延伸部的自由端部56可以在磁性回路的外层上弯曲(如图所示)或以其他方式变形，使得磁性回路薄片堆叠被夹持在变形的端部56和桥接部分34之间。可以考虑到构成磁芯的薄片堆叠的高度简单地调整弯折操作，以需要的长度弯曲延伸部的端部，这在图2a和2b中可以清楚地看到。安装部分在磁芯上的夹持作用提供了对冲击、振动和温度应力的抵抗力，并作为对例如焊接的传统固定方式的补充或替代。在磁芯上对延伸部进行弯折还能确保磁芯和磁场传感器之间良好的电接地连接。牢固地固定到磁芯上的安装元件10还能使磁芯紧固和刚性的分别安装到外壳和磁场检测器上，此外还使磁场检测器在气隙中稳固和精确地定位。

Claims (11)

1.一种电流传感器(2)，包括：具有气隙(14)的磁芯(6)；至少部分地位于气隙中的磁场检测器(8)；和导电安装元件(10)，导电安装元件(10)包括在磁性回路的相反的外表面之间延伸的至少第一和第二固定延伸部(56)，和互连所述固定延伸部并跨越所述气隙的桥接部分(34)，该桥接部分包括与磁场检测器的接地端子(24)电接触的电端子(42)。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中固定延伸部的自由端(56)在磁芯的所述外表面之一上弯折。
3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其中安装元件的接地端子包含抵靠在磁场检测器(8)的导电垫(24)上的弹性触片。
4.根据权利要求1、2或3所述的电流传感器，其中安装元件(10)由金属薄片压制而成。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其中安装元件基本上是平面的。
6.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中安装元件包括一个或多个容纳在外壳的对应插孔中的凸片，用于将安装元件和磁芯定位和固定在外壳内。
7.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中安装元件包括朝向接地端子并通过间隙与其隔开的定位突起，该间隙被配置用于在接地端子和定位突起之间以弹性压缩的方式插入磁场检测器的一部分。
8.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中定位突起采用悬臂的形式。
9.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中接地端子采用弹性悬臂的形式。
10.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中磁场检测器包括电路板(18)和安装在电路板上的磁场传感器(16)。
11.根据前述权利要求的任一项所述的电流传感器，其中磁场传感器的接地端子包括安装元件的接地端子抵靠在其上的导电垫(24)。
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