CN101995507A - 电流感测装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电流感测装置及其制造方法。所述电流感测装置包括：具有间隙(130)的芯体(110、210、310)；以及插入间隙(130)中的磁传感器(120)。芯体包括各自由具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件(111、211、311)和第二芯体部件(112、212、312)。第一和第二芯体部件被层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴和第二芯体部件的易磁化轴彼此垂直。第一芯体部件具有第一截挡部(141到143、241到244、341)。第二芯体部件具有第二截挡部(151到154、251到254、351、352)。

Description

电流感测装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电流感测装置及其制造方法。本发明特别地可以涉及一种电流感测装置，其以这样的方式感测电流，即，使得插入芯体的间隙中的磁传感器检测在芯体中响应于电流而产生的磁场。
背景技术
存在已知的电流感测装置，其检测流入或来自例如车辆的电池等的电流。这种电流感测装置典型地按照如下被配置。电流感测装置包括芯体和插入形成于芯体中的间隙中的磁传感器。磁传感器检测磁场，所述磁场响应于在与电池连接的导线中流通的电流而在芯体中产生。在所述电流感测装置中，由于测量目标电流(即待测量的电流)与在芯体间隙中产生的磁通量密度成比例，因此所述电流感测装置也被称为磁比例式电流感测装置。
本申请的发明人已经研究了一种电流感测装置，下面将利用本申请的发明人的发现给出针对所述电流感测装置的讨论。
磁比例式电流感测装置的芯体可以由软磁材料制成。软磁材料可以被响应于测量目标电流而产生的磁场轻微地磁化。
当芯体被磁化时，甚至当测量目标电流不流通时也在芯体中产生磁场。磁体传感器的输出可具有偏移量。为了减小偏移量，可能需要带有小矫顽磁力的材料来作为电流感测装置芯体的材料。
坡莫合金已经公知是一种带有小矫顽磁力的磁性材料。
然而坡莫合金是一种镍合金，其昂贵程度是钢铁的大约10到50倍。
考虑到以上情况，研究了低成本的铁或钢作为芯体材料的运用。在钢铁中，晶粒取向磁钢片是一种带有相对小的矫顽磁力的的材料。更特别地，晶粒取向磁钢片(也称为晶粒取向电钢片和钢条)是具有板的形状和具有沿其一定方向的易磁化轴的钢材。晶粒取向磁钢片沿易磁化轴的方向具有相当小的矫顽磁力。
图23是示出了晶粒取向磁钢片的特性的曲线图。所示出的特性是作为磁化力的函数的磁通量密度。图24是示出了晶粒取向磁钢片沿易磁化轴的方向和垂直于易磁化轴的方向的矫顽磁力和饱和磁通量密度的图表。在图23中，实线示出了晶粒取向磁钢片沿易磁化轴方向的特性，并且虚线示出了晶粒取向磁钢片沿垂直于易磁化轴的方向的特性。在图23中，矫顽磁力由横轴磁化力和线(实线、虚线)之间的交点示出。
如图24所示，作为其磁特性，带有78％的镍含量比率的坡莫合金具有大约1.6A/m的矫顽磁力和大约0.5T的磁通量密度。作为其磁特性，带有45％的镍含量比率的坡莫合金具有大约7A/m的矫顽磁力和大约1.5T的磁通量密度。用于电流感测装置的芯体的材料可需要具有由带有大约45％的镍含量比率的坡莫合金提供的磁特性。
如图23和24所示，晶粒取向磁钢片可以具有沿易磁化轴的方向为大约5A/m的矫顽磁力和大约2.0T的磁通量密度。沿垂直于易磁化轴的方向，晶粒取向磁钢片可以具有大约180A/m的矫顽磁力和大约1.3T的磁通量密度。根据如上所述可见，沿易磁化轴的方向，晶粒取向磁钢片具有电流感测装置的芯体所需的磁特性。
因此，当使用晶粒取向磁钢片构成芯体时，有必要沿易磁化轴的方向形成磁路。
图25A和25B是示出了由晶粒取向磁钢片制成的芯体的一个示例结构的示意图。
由晶粒取向磁钢片制成的芯体300可以通过以下步骤形成。如图25A所示，晶粒取向磁钢片301沿易磁化轴的方向卷绕。如图25B所示，卷绕的晶粒取向磁钢片块301的端部302通过焊接等被固定，然后，间隙304通过利用切割器303等切割卷绕的晶粒取向磁钢片块301的一部分而形成。
图26是示出了由坡莫合金制成的芯体的一个示例结构的示意图。
由坡莫合金制成的芯体可以通过以下步骤形成：将由坡莫合金制成的板块冲压加工(press-working)成具有间隙401和中心孔402等的形状；以及将多个经冲压加工的板块层叠成多层结构。
根据如上所述可见，由晶粒取向磁钢片制成的芯体300可能需要复杂的制造方法，其包括卷绕晶粒取向磁钢片的步骤、固定卷绕的晶粒取向磁钢片的端部的步骤、通过切割部分卷绕的晶粒取向磁钢片而形成间隙的步骤，等等。相反，利用坡莫合金制成的芯体400可以通过将板块冲压加工以及将所述经冲压加工的板块层叠成多层结构而形成。因此，虽然利用晶粒取向磁钢片制成的芯体300可以利用廉价的材料制造，但是与利用坡莫合金制成的芯体400相比，利用晶粒取向磁钢片制成的芯体300可能需要复杂的加工过程以及更差的组装操作。
本申请的发明人认为有必要改进利用晶粒取向磁钢片制成的芯体的组装操作。同时，本发明人已经发现如果具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片以类似于制造利用坡莫合金制成的芯体的方式进行冲压加工和层叠，那么在层叠的晶粒取向磁钢片中磁力线(magnetic flux)沿垂直于易磁化轴的方向流通，并且层叠的晶粒取向磁钢片会由于磁化因而具有大的磁滞和小的最大测量电流。
日本专利No.3790147和日本专利未审申请公报No.2008-224488已经提出了一种利用晶粒取向磁钢片制成的芯体。在所述芯体中，晶粒取向磁钢片被冲压加工以形成其易磁化轴彼此垂直的两种芯体部件，并且所述两种芯体部件被交替层叠成多层结构以使得在每一个芯体部件各处平均磁导率都相同。
当利用晶粒取向磁钢片制成的芯体按照以上所述的方式被制造时，利用晶粒取向磁钢片制成的芯体可以通过与制造坡莫合金制成的芯体大致相同的制造过程被制造。
下面针对由以下步骤形成的芯体的特性给出说明：冲压加工晶粒取向磁钢片以形成其易磁化轴彼此垂直的两种芯体部件；并且交替层叠所述两种芯体部件成多层结构以使得在每一个芯体部件各处平均磁导率都相同。
图27A到27C是用于说明由晶粒取向磁钢片制成的具有层叠芯体部件的芯体的磁路的示意图。在图27A到27C中，形成于芯体1100中的磁路由箭头表示，磁导率由不同对比度的黑度表示。在图27A到27C中，高对比度的黑度表示带有小的磁导率的部分，低对比度的黑度表示带有大的磁导率的部分。
芯体1100包括各自具有矩形环形状的芯体部件1110和芯体部件1120。芯体部件1110被处理为具有沿其长边部分的方向的易磁化轴。芯体部件1110的短边部分的方向垂直于芯体部件1110的易磁化轴的方向。
芯体1100的芯体部件1120被处理为具有沿其短边部分的方向的易磁化轴。芯体部件1120的长边部分的方向垂直于易磁化轴。
在芯体1100中，芯体部件1110和芯体部件1120被层叠。
图27C是示出了层叠的芯体部件的示意图，出于说明的目的，所述层叠的芯体部件从间隙G沿逆时针方向被展开。
将给出对芯体部件1110和1120中的磁力线的分布状态的说明，其中磁力线由磁场产生，所述磁场由流过芯体部件1110和1120的中心部的电流引起。
当在如图27A到27C所示的点“a”处在芯体部件1110的磁导率和芯体部件1120的磁导率之间作出比较时，芯体部件1120的磁导率显著地大于芯体部件1110的磁导率，因此所有的磁力线都穿过芯体部件1120。在从点“a”到点“c”的区间中，芯体部件1120的磁导率不断减小而芯体部件1110的磁导率不断增大。
在点“b”处，芯体部件1110的磁导率和芯体部件1120的磁导率变得彼此近似相等。因此，在点“b”附近，磁力线近似均匀地分布在芯体部件1110和1120中。随着更接近点“c”，芯体部件1110的磁导率更大。因此，在点“c”和点“d”之间的区间中，磁力线移动到芯体部件1110。
在磁力线穿过芯体部件1110的点“c”和点“d”之间的区间之后，磁力线在点“d”和点“e”之间的区间中移动到芯体部件1120，因为芯体部件1110的磁导率减小并且芯体部件1120的磁导率增大。在点“f”和点“g”之间的区间中，所有的磁力线移动到芯体部件1120中。以类似于以上所述的方式，磁力线在点“g”和点“i”之间的区间中以及在点“k”和点“n”之间的区间中移动。
根据如上所述可见，当各自由晶粒取向磁钢片制成的芯体部件1110、1120被层叠为使得芯体部件1110的易磁化轴和芯体部件1120的易磁化轴彼此垂直时，磁力线通常沿易磁化轴的方向在芯体部件1110或1120的一部分中流通，并且磁力线通常不沿垂直于易磁化轴的方向在芯体部件1110或1120的一部分中流通。
尽管理想的是芯体部件1110和芯体部件1120被组装为牢固地彼此粘贴，但在实际情况下仍然存在微小的空隙。由于空隙的磁导率近似等于真空的磁导率，因此所述空隙成为磁力线在芯体部件1110和芯体部件1120之间移动的阻抗。由于磁阻随着增大的空隙而变大，因此在大的空隙的情况下一部分磁力线无法在芯体部件1110和芯体部件1120之间移动。
这对于在整个电流感测装置中一般所需的芯体的磁饱和特性具有消极影响。例如，最大测量电流被降低。矫顽磁力恶化，也就是说，磁滞增大。
发明内容
考虑到以上以及其它情况，本发明的一个目的是提供一种电流感测装置，其可以保证所需的磁特性和所需的输出特性，并且可以以低成本有效地被制造。本发明还有一个目的是提供一种所述电流感测装置的制造方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测电流的电流感测装置。所述电流感测装置包括：具有间隙的芯体；以及磁传感器，其被插入芯体的间隙中，并且被配置为检测响应于电流而在芯体中产生的磁通量，由此感测电流。芯体包括各自由晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件和第二芯体部件，所述晶粒取向磁钢片沿其预定方向具有易磁化轴。第一芯体部件和第二芯体部件被层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴的方向和第二芯体部件的易磁化轴的方向彼此垂直。第一芯体部件具有第一截挡(trap)部，其抑制磁力线(磁通量)在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向的流通。第二芯体部件具有第二截挡部，其抑制磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向的流通。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造电流感测装置的芯体的方法，所述电流感测装置包括磁传感器，所述磁传感器插入芯体的间隙中以检测响应于待感测的电流而在芯体中产生的磁通量。所述方法包括：形成第一芯体部件，所述第一芯体部件由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向流通的第一截挡部；形成第二芯体部件，所述第二芯体部件由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向流通的第二截挡部；以及将第一芯体部件和第二芯体部件层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴和第二芯体部件的易磁化轴彼此垂直。
根据以上第一方面和第二方面，磁力线在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向的流通可以通过第一截挡部被抑制。磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向的流通可以通过第二截挡部被抑制。因为具有多层结构以及第一和第二截挡部，因此第一芯体部件和第二芯体部件可以彼此协同工作以形成磁回路，在所述磁回路中磁力线被引导到易磁化轴部分(即，沿易磁化轴的方向延伸并且允许磁力线沿易磁化轴的方向在其中流通的部分)。因此，即使在第一芯体部件和第二芯体部件之间存在空隙，电流感测装置也可以提供响应于待测量电流的理想的输出特性。
附图说明
通过接下来参考附图作出的详细说明，本发明的以上及其它目的、特征和优点将变得更清楚。在附图中：
图1是根据一个实施方式的电流感测装置的分解透视图；
图2是根据一个实施方式的已组装的电流感测装置的透视图；
图3A和3B分别是根据一个实施方式的第一芯体部件和第二芯体部件的透视图；
图4A到4C是示出了形成于根据一个实施方式的芯体中的磁路的示意图；
图5到12是示出了根据一个实施方式的芯体的制造过程的示意图；
图13是示出了根据一个实施方式的磁特性的曲线图；
图14是示出了在图13的零点附近的磁特性的曲线图；
图15是示出了根据一个实施方式的输出电压相对于输入电流的特性的图表；
图16是根据一个实施方式的第一变化形式的电流感测装置的分解透视图；
图17是根据一个实施方式的第一变化形式的已组装的电流感测装置的透视图；
图18A和18B分别是根据一个实施方式的第一变化形式的第一芯体部件和第二芯体部件的透视图；
图19是根据一个实施方式的第二变化形式的电流感测装置的分解透视图；
图20是根据一个实施方式的第二变化形式的已组装的电流感测装置的透视图；
图21A和21B分别是根据一个实施方式的第二变化形式的第一芯体部件和第二芯体部件的俯视图；
图22A和22B分别是示出了根据一个实施方式的第二变化形式的第一芯体部件中磁力线的分布状态和第二芯体部件中磁力线的分布状态的示意图；
图23是示出了在晶粒取向磁钢片的磁通量密度和矫顽磁力之间的关系的曲线图；
图24是示出了坡莫合金和晶粒取向磁钢片的矫顽磁力和磁通量密度的图表；
图25A和25B是示出了利用晶粒取向磁钢片制成的芯体的一个示例的示意图；
图26是示出了利用坡莫合金制成的芯体的一个示例的示意图；以及
图27A到27C是示出了具有层叠的晶粒取向磁钢片的芯体的磁路的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述示例性的实施方式。
图1示出了根据一个实施方式的电流感测装置100的分解透视图。图2示出了根据一个实施方式的已组装的电流感测装置100。
电流感测装置100包括芯体110和磁传感器120。
一导线穿过芯体110。当电流沿导线流通时，磁力线响应于流通的电流而在芯体110中流通。芯体110形成磁路。芯体110具有位于磁路的路线中的间隙130。磁传感器120插入间隙130中。
在芯体110中流通的磁力线在间隙130处穿过磁传感器120。磁传感器120包括例如霍尔元件等，并且输出指示穿过其中的磁力线(磁通量)的电信号。从磁传感器120输出的电信号与在导线中流通的电流成比例。
芯体110包括被层叠成多层结构的第一芯体部件111和第二芯体部件112。芯体110可以包括被交替地层叠成多层结构的多个第一芯体部件111和多个第二芯体部件112。
图3A和3B是分别示出第一芯体部件111和第二芯体部件112的透视图。
第一芯体部件111和第二芯体部件112中的每一个通过冲压加工晶粒取向磁钢片而形成。晶粒取向磁钢也被称为晶粒取向硅钢片等，并且沿其一定方向具有易磁化轴“A”。
第一芯体部件111和第二芯体部件112中的每一个被形成为大致矩形环的形状，其大致具有两个短边部分和两个长边部分。第一芯体部件111和第二芯体部件112中的每一个在一个短边部分的中心处具有间隙130。第一芯体部件111和第二芯体部件112被形成为具有大致相同的外部形状。
第一芯体部件111从晶粒取向磁钢片上被切出，以使得第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向与邻近于具有间隙130的侧边部分(短边部分)的侧边部分(长边部分)相平行。第二芯体部件112从晶粒取向磁钢片上被切出，以使得第二芯体部件112的易磁化轴“A”的方向与具有间隙130的侧边部分(短边部分)相平行。
第一芯体部件111和第二芯体部件112被层叠成多层结构以使得第一芯体部件111的间隙130的位置与第二芯体部件112的间隙130的位置相匹配。因此，第一芯体部件111和第二芯体部件112具有多层结构，在其中第一芯体部件111的易磁化轴“A”和第二芯体部件112的易磁化轴彼此垂直。
第一芯体部件111具有多个第一截挡部141、142、143。第一截挡部141形成于与具有间隙130的另一个短边部分相对的短边部分中。第一截挡部142、143形成于具有间隙130的短边部分中，以使得第一截挡部142、143分别形成于具有间隙130的短边部分的端部中。在图3A中，第一截挡部142、143位于间隙130的相对侧。第一截挡部141、142、143抑制磁力线沿平行于第一芯体部件111的短边部分的方向、即沿垂直于第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向流入。
第二芯体部件112具有多个第二截挡部151、152、153、154。第二截挡部151、152大致形成在邻近于具有间隙130的短边部分的一个长边部分的端部处。第二截挡部153、154大致形成在邻近于具有间隙130的短边部分的另一个长边部分的端部处。第二截挡部151到154抑制磁力线沿第二芯体部件112的长边部分的方向、即沿垂直于第二芯体部件112的易磁化轴“A”的侧边部分流入。
例如，芯体110可以被构成为使得多个第一芯体部件111和多个第二芯体部件112被交替层叠成十一层的结构。如上所述，第一芯体部件111和第二芯体部件112被布置为使得在芯体110的一个转角处，沿易磁化轴“A”的方向延伸的第一芯体部件111的一侧边部分(长边部分)与沿易磁化轴“A”的方向延伸的第二芯体部件112的侧边部分(短边部分)重叠。在芯体110的转角处，由于有第一截挡部141、142、143，因此在第一芯体部件111中流通的磁力线被限制沿垂直于第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向流通。在芯体110的转角处，由于有第二截挡部151到153，因此在第二芯体部件112中流通的磁力线被限制沿垂直于第二芯体部件112的易磁化轴“A”的方向流通。
图4A到4C是用于针对形成于芯体110中的磁路进行说明的示意图。
在图4A到4C中，不同对比度的黑度图解表示磁导率的差异。高对比度的黑度表示带有小的磁导率的部分。低对比度的黑度表示带有大的磁导率的部分。
第一芯体部件111被处理为使得：芯体部件111沿第一芯体部件111的长边方向(即第一芯体部件111的长边部分的方向)具有易磁化轴“A”；并且一短边方向(即短边部分的方向)垂直于易磁化轴“A”。因此，第一芯体部件111沿其长边方向具有大的磁导率，并且沿其短边方向具有小的磁导率。
相对地，第二芯体部件112被处理为使得：第二芯体部件112沿第二芯体部件112的短边方向(即第二芯体部件112的短边部分的方向)具有易磁化轴“A”；并且一长边方向(即长边部分的方向)垂直于易磁化轴“A”。因此，第一芯体部件111沿其长边方向具有小的磁导率，并且沿其短边方向具有大的磁导率。
芯体部件111和第二部件112被彼此层叠。
图4C示出了出于说明的目的沿逆时针方向展开的层叠的芯体部件111、112。
当在点“a”处在芯体部件111和芯体部件112之间比较沿逆时针方向的磁力线的磁导率时，芯体部件112的磁导率显著地大于芯体部件111的磁导率，因此所有的磁力线都穿过芯体部件112。
在从点“a”到点“c”的区间中，芯体部件112的磁导率不断减小而芯体部件111的磁导率不断增大。在点“b”处，第一芯体部件111的磁导率和第二芯体部件112的磁导率彼此大致相等。
在点“b”附近，磁力线均匀地分布在第一芯体部件111中和第二芯体部件112中。随着更接近点“c”，芯体部件111的磁导率更大。结果，在点“c”和点“d”之间的区间中，磁力线从芯体部件111移动到芯体部件112。
在磁力线已经穿过点“d”之后，磁力线穿过点“d”和点“e”之间的区间。在从点“d”到点“e”的区间中，芯体部件111的磁导率减小，而芯体部件112的磁导率增大。结果，磁力线从芯体部件111移动到芯体部件112。
在点“f”和点“g”之间的区间中，所有的磁力线移动到芯体部件112中。以类似的方式，磁力线在点“g”和点“i”之间的区间中以及在点“k”和点“n”之间的区间中移动。
根据如上所述可见，由测量目标电流产生的磁力线穿过芯体部件111、112的易磁化轴部分(即，沿易磁化轴“A”的方向延伸并且允许磁力线沿易磁化轴“A”的方向流通的部分)但是不沿垂直于易磁化轴部分的部分流通。此外，芯体110可以形成或充当磁回路，在所述磁回路中磁力线在芯体110的四个转角处在芯体部件111和芯体部件112之间移动。也就是说，芯体110可以形成或充当选择性地使用具有有利的磁特性的部分的磁回路。
可理想的是，芯体部件111和芯体部件112被组装为牢固地彼此粘贴。如果在芯体部件111和芯体部件112之间存在微小的空隙，则所述微小的空隙可以充当磁力线在芯体部件111和112之间移动的阻抗。这是因为空隙的磁导率大致等于真空的磁导率。对于增大的空隙，磁导率一般较大。由于空隙会使得磁力线运动的移动困难，因此影响最大测量电流的磁饱和特性和影响磁滞的矫顽磁力可能退化。
考虑到以上情况，充当截挡部的一通孔被设置在沿垂直于第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向延伸的第一芯体部件111的部分中。此外，充当截挡部的一通孔被设置在沿垂直于第二芯体部件112的易磁化轴“A”的方向延伸的第二芯体部件112的部分中。由此，沿垂直于易磁化轴“A”的方向延伸的部分的横截面积增大。结果，磁力线被阻止流入所述部分(例如，在第二芯体部件112中点“c”和点“d”之间的区间)。通过以上所述的方式，芯体部件之间的磁力线的移动得以保证，并且磁饱和特性和矫顽磁力得以改进。
磁力线在芯体110中以这样的方式流通以使得磁力线沿邻近于具有间隙130的短边部分的第一芯体部件111的长边部分流通，并且磁力线沿第二芯体部件112的短边部分流通。如上所述，第二芯体部件112的短边部分是具有间隙130的一个短边部分和与所述具有间隙130的短边部分相对的另一个短边部分。
在本实施方式中，第一芯体部件111的短边部分是不沿第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向延伸的部分。第一截挡部141到143抑制磁力线到第一芯体部件111的短边部分的供给，而促进磁力线到第二芯体部件112的短边部分的供给。第二芯体部件112的长边部分是不沿第二芯体部件112的易磁化轴“A”的方向延伸的部分。第二截挡部151到154抑制磁力线到第二芯体部件112的长边部分的供给，而促进磁力线到第一芯体部件111的长边部分的供给。在芯体110的一个转角部处，沿易磁化轴“A”的方向延伸的第一芯体部件111的一侧边部分(例如长边部分)与沿易磁化轴“A”的方向延伸的第二芯体部件112的一侧边部分(例如短边部分)重叠。在芯体110的转角部处，由于有第一截挡部141到143和第二截挡部151到154，因此磁力线沿第一芯体部件111和第二芯体部件112的厚度方向流通。然后，磁力线被供给到沿易磁化轴“A”的方向延伸的第一或第二芯体部件111、112的侧边部分。
根据以上所述的方式，可以改进磁力线流动并减小误差。
下面将描述本实施方式的芯体110的制造方法。
图5到12是示出了芯体110的制造过程的示意图。
具有条带形状和具有沿所述条带形状的延伸方向的易磁化轴“A”的晶粒取向磁钢片被冲压加工。在晶粒取向磁钢片中，第一区域“a1”和第二区域“a”被交替地布置。在第一区域“a1”中，将形成第一芯体部件111。在第二区域“a2”中，将形成第二芯体部件112。
第一截挡部141到143、中心孔部144、间隙130以及联接部145形成于第一区域“a1”中。
如图5所示，第一芯体部件111被形成在第一区域“a1”中以使得第一芯体部件111的长边部分的延伸方向平行于晶粒取向磁钢的易磁化轴。联接部145被形成在第一芯体部件111的四个转角处，以使得各个联接部145在第一芯体部件111的前表面上凹入并且在第一芯体部件111的后表面上凸出。在前表面上的联接部145的凹入形状可与在后表面上的联接部145的凸出形状接合。
第二截挡部151到154、中心孔部155、间隙130以及联接部156形成于区域“a2”中。
如图5所示，第二芯体部件112被形成在第二区域“a2”中以使得第二芯体部件112的短边部分的延伸方向平行于晶粒取向磁钢的易磁化轴。
因此，如图5所示，第一芯体部件111和第二芯体部件112被形成为具有一空间关系，其中第一和第二芯体部件111、112在晶粒取向磁钢片上相对彼此旋转90度。
类似于第一芯体部件111的联接部145，联接部156形成在第二芯体部件112的四个转角处以使得：各个联接部156具有前表面上的凹入形状和后表面上的凸出形状；并且联接部156在位置上分别对应于联接部145。各个联接部156被形成为使得前表面上的凹入形状和后表面上的凸出形状可以彼此接合。
然后，如图6所示，区域“a1”被置于上模具161和下模具162之间。晶粒取向磁钢片的区域“a1”被上模具161和下模具162冲压，第一芯体部件111被切出并且处于下模具162中，如图7所示。
然后，如图8所示，晶粒取向磁钢片沿箭头“A1”的方向位移，以使得区域“a”被定位在上模具161和下模具162之间。另外，上模具161和下模具162沿箭头“R1”的方向旋转90度。如上所述，操纵机构163移动晶粒取向磁钢片。操纵机构163包括例如马达和传送机构。操纵机构163的传送机构与晶粒取向磁钢片接合，并且利用马达的旋转沿箭头“A1”的方向移动晶粒取向磁钢片。
上模具161和下模具162由旋转机构164旋转。旋转机构164包括马达和减速齿轮机构。上模具161和下模具162经由框架等与减速齿轮机构配合，并且被配置为使得马达的旋转引起减速齿轮机构的旋转，这使得上模具161和下模具162旋转90度。
晶粒取向磁钢片的区域“a2”被上模具161和下模具162冲压。由此，如图9所示，第二芯体部件112被切出并且位于下模具162中。如上所述，第二芯体部件112将先前切出的第一芯体部件111推入下模具162中。
当第一芯体部件111被第二芯体部件112推入时，第二部件112下表面上的联接部156的凸出部被压配合到第一芯体部件111上表面上的联接部145的凹入部中，并且第一芯体部件111和第二芯体部件112彼此连接。
如上所述，因为上模具161和下模具162旋转90度，因此第一芯体部件111和第二芯体部件112彼此连接以使得第一芯体部件111的易磁化轴“A”和第二芯体部件112的易磁化轴彼此垂直。
然后，晶粒取向磁钢片沿箭头“A1”的方向移动。区域“a1”被置于上模具161和下模具162之间。上模具161和下模具162沿箭头“R2”的方向旋转90度。区域“a1”由上模具161和下模具162冲压加工；由此，第一芯体部件111被切出并且位于下模具162中。切出的第一芯体部件111被层叠在第二芯体部件112上。
以上过程被重复。结果，第一芯体部件111和第二芯体部件112被交替层叠在下模具162中，如图10所示。如图10所示，区域“a1”的定位被进行为使得区域“a1”处于上模具161和下模具162之间。如图11所示，第一芯体部件111被切出和被冲压到下模具162中。所述层叠的第一和第二芯体部件111、112从下模具162上被移除。通过以上过程，芯体110被制造。
图12是芯体110的剖视图。
如图12所示，当第一芯体部件111和第二芯体部件112被切出和冲压时，联接部145、156彼此连接。由此，层叠的第一和第二芯体部件111、112彼此结合。按照所述方式，层叠被进行，同时冲压加工被进行。因此，可以提高制造效率。
下面将针对本实施方式的未能预料的优点给出说明。
图13和14是对一个实施方式的电流感测装置的磁特性进行说明的曲线图。更特别地，图13示出了作为测量电流的函数的磁通量密度的特性。通过放大图13，图14示出了在零点附近磁通量密度的特性。
在图13中，实线表示作为在芯体110的间隙部处测量的函数的磁通量密度。虚线表示作为在理想情况下待测量的电流的函数的磁通量密度。
表示磁通量密度和待测量的电流之间的关系的线优选为穿过零点的一条直线，如图13所示。然而，由于芯体部件的磁饱和，所以表示实际关系的线是弯曲的。在此，最大测量电流定义为磁通量密度B 1等于理想磁通量密度B0的0.99倍(即B1＝0.99×B0)时的电流值。
图15是示出了利用最大测量电流和磁滞宽度评价芯体质量(正或负)的结果的图表。
在图15中，术语“有截挡部”表示在其中具有第一截挡部141到143的第一芯体部件111和具有第二截挡部151到154的第二芯体部件112被交替层叠成多层结构的芯体110的特性。在图15中，术语“无截挡部”表示在其中不具有第一截挡部141到143的第一芯体部件111和不具有第二截挡部151到154的第二芯体部件112被交替层叠成多层结构的芯体的特性。“有截挡部”的芯体110和“无截挡部”的芯体除了有和没有截挡部之外都是相同的，即材料、外部形状、加工方法、热处理方法等等都相同。
当在图15中在带有截挡部的芯体110和没有截挡部的芯体之间比较最大测量电流时，带有截挡部的芯体110具有338.1A的最大测量电流，而没有截挡部的芯体具有322.9A的最大测量电流。带有截挡部的芯体110比没有截挡部的芯体具有5％的优势。
关于磁滞宽度，带有截挡部的芯体110具有0.129mT的磁滞宽度(对应于0.25A)，没有截挡部的芯体具有0.109mT的磁滞宽度(对应于0.218A)。与最大测量电流相比，带有截挡部的芯体110和没有截挡部的芯体中的每一个的磁滞宽度都可以忽略。在带有截挡部的芯体110和没有截挡部的芯体之间，磁滞没有显著差异。
根据本实施方式，芯体110按照如下所示被配置。第一芯体部件111和第二芯体部件112中的每一个都由晶粒取向磁钢片制成，所述晶粒取向磁钢片沿其预定方向具有易磁化轴。第一和第二芯体部件111、112被交替层叠成多层结构以使得第一芯体部件111的易磁化轴的方向与第二芯体部件112的易磁化轴的方向彼此垂直。第一芯体部件111具有第一截挡部141到143，其抑制磁力线沿垂直于第一芯体部件111的易磁化轴“A”的方向流入第一芯体部件111中。第二芯体部件112具有第二截挡部151到154，其抑制磁力线沿垂直于第二芯体部件112的易磁化轴“A”的方向流入第二芯体部件112中。根据以上结构，可以抑制磁力线沿垂直于易磁化轴“A”的方向流入，并且由于第一芯体部件111和第二芯体部件112因此可以构成其磁特性提高的磁回路。因此，可以整个地提高芯体的磁特性。
在以上所述的示例中，第一截挡部141到143和第二截挡部151到154的形状为四边形。备选地，所述形状也可以是圆形等。
图16是根据一个实施方式的第一变化形式示例的电流感测装置200的分解透视图。图17是示出了根据一个实施方式的第一变化形式示例的已组装的电流感测装置200的示意图。图18A和图18B分别是根据一个实施方式的第一变化形式示例的第一芯体部件211和第二芯体部件212的透视图。在图1到3和图16到18中，相同的附图标记可以用于表示类似的部件。因此，下面可以省略对一些类似部件的说明。
在第一变化形式示例中，第一截挡部241到244和第二截挡部251到254的形状是圆形。因为第一截挡部241到244和第二截挡部251到254的圆形形状，因此可以容易地保证强度并且限制变形的发生。
在以上所述示例中，第一截挡部141到143、241到244和第二截挡部151到154、251到254是通孔，但是不限于通孔。例如，第一截挡部141到143、241到244和第二截挡部151到154、251到254可以是凹口，或是其厚度小于芯体部件211、212的其它部分的薄的部分。换句话说，只要第一截挡部141到143、241到244具有可以抑制磁力线流入沿垂直于第一芯体部件111、211的易磁化轴“A”的方向延伸的第一芯体部件111、211的部分中的形状或结构，第一截挡部141到143、241到244就可以满足要求。类似地，只要第二截挡部151到154、251到254具有可以抑制磁力线流入沿垂直于第二芯体部件112、212的易磁化轴“A”的方向延伸的第二芯体部件112、212的部分中的形状或结构，第二截挡部151到154、251到254就可以满足要求。
在本实施方式中，具有第一截挡部141到143、241到244和第二截挡部151到154、251到253的部分相对于所述具有第一截挡部和第二截挡部的部分以外的部分，在磁导率方面必然不同。因此，磁导率在第一芯体部件111、211和第二芯体部件112、212的各处并不相同。
图19是根据一个实施方式的第二变化形式的电流感测装置300的分解透视图。图20是示出了根据一个实施方式的第二变化形式示例的已组装的电流感测装置300的示意图。图21A和21B是分别示出了第一芯体部件311和第二芯体部件312的示意图。
第二变化形式示例的电流感测装置300包括芯体310，其与芯体110和芯体210在结构上不同。第二变化形式示例的第一芯体部件311的材料和外部形状与第一芯体部件111、211相同。第二变化形式示例的第二芯体部件312的材料和外部形状与第二芯体部件112、212相同。然而，第一芯体部件311的第一截挡部341在数量、形状和位置上与第一芯体部件111、211不同。第二芯体部件312的第二截挡部352在数量、形状和位置上与第二芯体部件112、212也不同。第一芯体部件311和第二芯体部件312可以具有压扁(crimp)部。
第一截挡部341形成于第一芯体部件311中，第二截挡部351、352形成于第二芯体部件312中。第一和第二截挡部341、351、352中的每一个都呈圆形。
第二截挡部351、352分别形成于第二芯体部件312的长边部分中，以使得第二截挡部351、352位于不具有间隙“G”并且与具有间隙“G”的短边部分相对的短边部分附近。
第一截挡部341形成于第一芯体部件311的短边部分中，以使得第一截挡部351大致位于不具有间隙“G”并且与具有间隙“G”的短边部分相对的短边部分的中心处。
在所述变化形式示例中，提供了截挡部的最小数量，所述截挡部为第一截挡部341和第二截挡部351、352。此外，各个截挡部341、351、352都呈圆形。由此，强度可以容易地得以确保，并且变形可难以出现。
图22A和22B是通过利用不同对比度的黑度示出了第一芯体部件311中的磁力线分布和第二芯体部件312中的磁力线分布的示意图。
图22A和图22B示出了在第一芯体部件311和第二芯体部件312被层叠成多层结构并且大致100A的电流流过第一和第二芯体部件311、312的中心部的情况下的磁力线分布。如图22A和22B所示，围绕第一截挡部341的区域和围绕第二截挡部351的区域具有小的对比度的黑度和小的磁通量密度。图22A和22B显示出第一截挡部341和第二截挡部351有效地工作。
在以上所述示例中，第一截挡部141到143、241到244、341和第二截挡部151到154、251到254、351、352是通孔，但是不限于通孔。例如，第一截挡部141到143、241到244、341和第二截挡部151到154、251到254、351、352可以是凹口，或是其厚度小于芯体部件111、112、211、212、311、312的其它部分的薄的部分。换句话说，只要第一截挡部141到143、241到244、341具有可以抑制磁力线流入沿垂直于第一芯体部件111、211的易磁化轴“A”的方向延伸的第一芯体部件111、211、311的部分中的形状或结构，第一截挡部141到143、241到244、341就可以满足要求。类似地，只要第二截挡部151到154、251到254、351、352具有可以抑制磁力线流入沿垂直于第二芯体部件112、212、312的易磁化轴“A”的方向延伸的第二芯体部件112、212、312的部分中的形状或结构，第二截挡部151到154、251到254、351、352就可以满足要求。在以上所述示例中，第一芯体部件111、211、212、312和第二芯体部件112、212、312中的每一个具有矩形环的形状。备选地，第一芯体部件111、211、212、312和第二芯体部件112、212、312中的每一个都可以呈另外的形状。
在以上实施方式中，具有第一截挡部141到143、241到244、341和第二截挡部151到154、251到253、351、352的部分相对于所述具有第一截挡部和第二截挡部的部分以外的部分，在磁导率方面必然不同。因此，磁导率在第一芯体部件111、211、311和第二芯体部件112、212、312的各处并不相同。
根据本发明的一个方面，可以提供一种用于感测电流的电流感测装置。所述电流感测装置包括芯体和磁传感器。芯体具有间隙。磁传感器被插入芯体的间隙中，并且被配置为检测响应于电流而在芯体中产生的磁通量，由此感测电流。芯体包括各自由晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件和第二芯体部件，所述晶粒取向磁钢片沿其预定方向具有易磁化轴。第一芯体部件和第二芯体部件被层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴的方向和第二芯体部件的易磁化轴的方向彼此垂直。第一芯体部件具有第一截挡部，其抑制磁力线在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向的流通。第二芯体部件具有第二截挡部，其抑制磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向的流通。
备选地，以上电流感测装置可以按以下方式配置。
第一芯体部件的第一截挡部可以是形成于第一芯体部件中的通孔。第二芯体部件的第二截挡部可以是形成于第二芯体部件中的通孔。
备选地，以上电流感测装置可以按以下方式配置。第一芯体部件可以是多个第一芯体部件。第二芯体部件可以是多个第二芯体部件。多个第一芯体部件和多个第二芯体部件可以被交替层叠成多层结构。
备选地，以上电流感测装置可以按以下方式配置。第一截挡部可以位于形成于第一芯体部件中的磁路的第一输入输出路径部处，其中磁路从第一输入输出路径部延伸到垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向。第二截挡部可以位于形成于第二芯体部件中的磁路的第二输入输出路径部处，其中磁路从第二输入输出路径部延伸到垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向。
备选地，以上电流感测装置可以按以下方式配置。第一截挡部可以被设置在第一芯体部件中以使得第一芯体部件为一个一体化部件，在其中多个部分彼此连接。第二截挡部可以被设置在第二芯体部件中以使得第二芯体部件为一个一体化部件，在其中多个部分彼此连接。
根据本发明的另一个方面，可以提供一种制造电流感测装置的芯体的方法，所述电流感测装置包括磁传感器，所述磁传感器插入芯体的间隙中以检测响应于电流而在芯体中产生的磁通量，从而感测电流。所述方法包括：形成第一芯体部件，所述第一芯体部件由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向流通的第一截挡部；形成第二芯体部件，所述第二芯体部件由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向流通的第二截挡部；以及将第一芯体部件和第二芯体部件层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴和第二芯体部件的易磁化轴彼此垂直。
根据以上所述的电流感测装置和制造方法，第一芯体部件和第二芯体部件中的每一个都由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成。第一芯体部件和第二芯体部件被层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴的方向和第二芯体部件的易磁化轴的方向彼此垂直。第一芯体部件具有第一截挡部，第二芯体部件具有第二截挡部。磁力线在第一芯体部件中沿垂直于第一芯体部件的易磁化轴的方向的流通可以通过第一截挡部被抑制。磁力线在第二芯体部件中沿垂直于第二芯体部件的易磁化轴的方向的流通可以通过第二截挡部被抑制。因为具有多层结构以及第一和第二截挡部，因此第一芯体部件和第二芯体部件可以彼此协同工作以形成磁回路，在所述磁回路中磁力线被引导到易磁化轴部分(即，沿易磁化轴的方向延伸并且允许磁力线沿易磁化轴的方向在其中流通的部分)。因此，即使在第一芯体部件和第二芯体部件之间存在空隙，电流感测装置也可以提供响应于待测量电流的理想的输出特性。

Claims (8)

1.一种用于感测电流的电流感测装置，其包括：
具有间隙(130)的芯体(110、210、310)；以及
磁传感器(120)，所述磁传感器(120)被插入所述芯体(110、210、310)的所述间隙(130)中，并且被配置为检测响应于电流而在所述芯体(110、210、310)中产生的磁通量，由此感测所述电流，
其中：
所述芯体(110、210、310)包括各自均由晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件(111、211、311)和第二芯体部件(112、212、312)，所述晶粒取向磁钢片沿其预定方向具有易磁化轴；
所述第一芯体部件(111、211、311)和所述第二芯体部件(112、212、312)被层叠成多层结构以使得所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向和所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向彼此垂直；
所述第一芯体部件(111、211、311)具有抑制磁力线在所述第一芯体部件(111、211、311)中沿垂直于所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向流通的第一截挡部(141到143、241到244、341)；并且
所述第二芯体部件(112、212、312)具有抑制磁力线在所述第二芯体部件(112、212、312)中沿垂直于所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向流通的第二截挡部(151到154、251到254、351、352)。
2.根据权利要求1所述的电流感测装置，其特征在于：
所述第一芯体部件(111、211、311)的所述第一截挡部(141到143、241到244、341)是形成于所述第一芯体部件(111、211、311)中的通孔；以及
所述第二芯体部件(112、212、312)的所述第二截挡部(151到154、251到254、351、352)是形成于所述第二芯体部件(112、212、312)中的通孔。
3.根据权利要求1所述的电流感测装置，其特征在于：
所述第一芯体部件(111、211、311)是多个第一芯体部件(111、211、311)；
所述第二芯体部件(112、212、312)是多个第二芯体部件(112、212、312)；以及
所述芯体(110、210、310)被构成为使得所述多个第一芯体部件(111、211、311)和所述多个第二芯体部件(112、212、312)被交替层叠成多层结构。
4.根据权利要求1所述的电流感测装置，其特征在于：
所述第一截挡部(141到143、241到244、341)位于形成于所述第一芯体部件(111、211、311)中的磁路的第一输入输出路径部处，其中所述磁路从所述第一输入输出路径部延伸到垂直于所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向；以及
所述第二截挡部(151到154、251到254、351、352)位于形成于所述第二芯体部件(112、212、312)中的磁路的第二输入输出路径部处，其中所述磁路从所述第二输入输出路径部延伸到垂直于所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向。
5.根据权利要求1所述的电流感测装置，其特征在于：
所述第一截挡部(141到143、241到244、341)被设置在所述第一芯体部件(111、211、311)中以使得所述第一芯体部件(111、211、311)为一个一体化部件，在其中多个部分彼此连接；以及
所述第二截挡部(151到154、251到254、351、352)被设置在所述第二芯体部件(112、212、312)中以使得所述第二芯体部件(112、212、312)为一个一体化部件，在其中多个部分彼此连接。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的电流感测装置，其特征在于：
所述第一芯体部件(111、211、311)和所述第二芯体部件(112、212、312)中的每一个都具有矩形环的形状，所述矩形环具有两个短边部分和两个长边部分；
所述第一芯体部件(111、211、311)的所述两个短边部分中的每一个都沿垂直于所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向延伸；
所述第一芯体部件(111、211、311)的所述两个长边部分中的每一个都沿平行于所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向延伸；
所述第一截挡部(141到143、241到244、341)形成于所述第一芯体部件(111、211、311)的所述两个短边部分中的至少一个中；
所述第二芯体部件(112、212、312)的所述两个短边部分中的每一个都沿平行于所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向延伸；
所述第二芯体部件(112、212、312)的所述两个长边部分中的每一个都沿垂直于所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向延伸；以及
所述第二截挡部(151到154、251到254、351、352)形成于所述第二芯体部件(112、212、312)的所述两个长边部分中的至少一个中。
7.一种制造电流感测装置(100、200、300)的芯体(110、210、310)的方法，所述电流感测装置(100、200、300)包括磁传感器(120)，所述磁传感器(120)被插入所述芯体(110、210、310)的间隙(130)中以检测响应于电流而在所述芯体(110、210、310)中产生的磁通量，从而感测所述电流，所述方法包括：
形成第一芯体部件(111、211、311)，所述第一芯体部件(111、211、311)由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在所述第一芯体部件(111、211、311)中沿垂直于所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴的方向流通的第一截挡部(141到143、241到244、341)；
形成第二芯体部件(112、212、312)，所述第二芯体部件(112、212、312)由沿其预定方向具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成，并且具有抑制磁力线在所述第二芯体部件(112、212、312)中沿垂直于所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴的方向流通的第二截挡部(151到154、251到254、351、352)；以及
将所述第一芯体部件(111、211、311)和所述第二芯体部件(112、212、312)层叠成多层结构以使得所述第一芯体部件(111、211、311)的易磁化轴和所述第二芯体部件(112、212、312)的易磁化轴彼此垂直。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在同一个晶粒取向磁钢片上形成一个用于所述第一芯体部件(111、211、311)的区域和另一个用于所述第二芯体部件(112、212、312)的区域，
其中：
通过冲压加工所述同一个晶粒取向磁钢片以及从所述同一个晶粒取向磁钢片上切出所述第一芯体部件(111、211、311)和所述第二芯体部件(112、212、312)而形成所述第一芯体部件(111、211、311)和所述第二芯体部件(112、212、312)。
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