CN106066418B - 具有集成的初级导体棒的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

具有集成的初级导体棒的电流传感器，包括：用于承载待测量电流的初级导体棒；包括磁路间隙的磁芯；包括电路板和定位在磁路间隙中的磁场检测器的磁场传感器；和包围磁芯和磁场传感器的绝缘壳体，初级导体棒包括连接终端，其在壳体外延伸并构造成连接至外部初级导体。初级导体棒还包括芯通过段，芯通过段相对于在壳体外部延伸的连接终端具有减小的宽度，由此提供了磁场检测器定位于其中的缩进部，使得磁芯的中央通道的宽度小于初级导体棒连接终端的宽度。绝缘壳体包括包覆模制在初级导体棒的芯通过段周围的主壳体部分，主壳体部分包括磁场传感器接收槽，该接收槽构造成允许将磁场传感器可滑动地插入到初级导体棒缩进部中，以定位在磁路间隙中。

Description

具有集成的初级导体棒的电流传感器
技术领域
本发明涉及一种电流传感器，所述电流传感器包括磁芯和位于磁芯气隙中的磁场检测器，用于测量在延伸通过磁芯的中央通道的初级导体棒中流动的电流。
背景技术
用于电流感测应用的电流传感器模块通常包括由高导磁材料制成的磁芯，所述磁芯包围中央孔口，承载待测量电流的初级导体穿过所述中央孔口。磁芯通常可以具有大体矩形或者圆形的形状并且设置有气隙，在所述气隙中定位有磁场检测器，诸如，呈ASIC形式的霍尔效应传感器。由在初级导体中流动的电流所产生的磁通由磁芯集中并且通过气隙。气隙中的磁场代表初级电流。
电流传感器应用在用于监测或者控制电气装置和系统的多种应用中，并且在许多应用中存在降低这些部件的制造成本以及还在电路中实施以及使用这些部件的成本的重要优势。通常还具有这样的重要优势，即，提供紧凑的部件，以便最小化和/或减轻安装有所述部件的装置的重量。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑并且制造经济的电流传感器，所述传感器用于测量在初级导体中流动的电流。
有利地的是提供一种坚固耐用的电流传感器。
有利地的是提供一种轻质的电流传感器。
有利地的是提供一种准确、易于实施并且使用经济的电流传感器。
已经通过提供根据本发明所述的电流传感器实现了本发明的目的。
在此公开了一种电流传感器，其包括：初级导体棒，所述初级导体棒用于承载待测量的电流；磁芯，所述磁芯包括磁路间隙；磁场传感器，所述磁场传感器包括电路板和磁场检测器，所述磁场检测器安装在电路板上并且定位在磁路间隙中；和绝缘壳体，所述绝缘壳体包围磁芯和磁场传感器。初级导体棒包括连接终端，所述连接终端在壳体外延伸并且构造成用于连接到外部初级导体。初级导体棒包括芯通过段，所述芯通过段相对于在壳体外部延伸的连接终端具有减小的宽度，由此提供了缩进部，磁场检测器定位在所述缩进部中。绝缘壳体包括主壳体部分，所述主壳体部分包覆模制(overmolded)在初级导体棒的芯通过段周围，所述主壳体部分包括磁场传感器接收槽，所述磁场传感器接收槽构造成允许将磁场传感器可滑动地插入到初级导体棒的缩进部中，以定位在磁路间隙中。
主壳体部分可以有利地包括中央包覆模制部分，所述中央包覆模制部分包括定位肋状件，所述定位肋状件构造成将磁芯引导并定位在初级导体棒周围。
中央包覆模制部分可以有利地包括延伸部，所述延伸部将中央包覆模制部分连接到磁场传感器接收槽的进入端。延伸部提供了导轨，以便将磁场传感器可滑动地引导并定位到初级导体棒缩进部和磁芯电路间隙中。
中央包覆模制部分可以有利地包括薄壁区域，所述薄壁区域构造成用于在组装期间滑动通过磁路间隙，所述薄壁区域的壁厚介于 0.3mm和1.2mm之间，优选地介于0.3mm和0.8mm之间。这允许中央包覆模制部分包围初级导体棒，而且减小磁芯中的磁路间隙，因为在组装期间，磁路间隙滑过薄壁区域。
主壳体部分可以包括外壳并且与连接件护罩一体地形成为单件注射包覆模制部件。
磁芯能够沿着正交于磁场传感器在缩进部中的可滑动插入方向的插入方向通过壳体的一侧插入主壳体部分中。
壳体的覆盖部分可以安装在主壳体部分的一侧上，以便将磁芯封闭在其中。在一个实施例中，覆盖部分包括用于初级导体棒的孔口，所述覆盖部分能够沿着正交于磁场传感器在缩进部中的可滑动插入方向的插入方向安装在壳体的一侧上。
壳体还可以包括罩部分，用于将磁场传感器封闭在磁场传感器接收槽中。
在有利的实施例中，电流传感器还包括连接件，所述连接件构造成用于可插拔地连接到外部连接件，所述连接件包括端子，所述端子直接安装并连接到磁场传感器的电路板。
在有利的实施例中，磁场检测器呈ASIC形式并且包括霍尔效应元件。
在有利的实施例中，电流传感器是开环电流传感器。
在有利的实施例中，初级导体棒的连接端中的至少一个呈用于夹持或者用螺栓连接到初级导体的连接端子的形式。
磁芯可以由设置有机械加工缺口的卷绕带芯(wound tape core) 制成(所述卷绕带芯例如由Si-Fe材料条制成)，或者在变形方案中可以由单件铁氧体部件形成。
附图说明
本发明的其它目的和有利特征将从权利要求、详细描述以及附图中变得显而易见，其中：
图1a是根据本发明的一个实施例的电流传感器的分解透视图；
图1b是根据本发明的一个实施例的电流传感器的截面图；
图2a至2h是示出了根据本发明的一个实施例的电流传感器的组件的透视图。
具体实施方式
参照附图，电流传感器2的示例性实施例包括：磁芯6，所述磁芯6包括磁路间隙22；磁场传感器8，所述磁场传感器8至少部分插入在磁路间隙22中；绝缘壳体10和初级导体棒4，所述初级导体棒4 延伸通过磁芯的中央通道18。初级导体棒4集成在传感器中并且在每端分别包括端子12a、12b，用于连接到供应待测量的电流的外部初级导体(未示出)。
端子12a、12b可以包括根据预期应用的各种构造的连接端，例如，如示出的那样用螺栓或者夹持地连接到外部导体(未示出)。还可以提供卷曲或者插接或者其它类型的连接。
在一个实施例中，磁场传感器8可以有利地包括电路板24和磁场检测器9，所述磁场检测器9例如可以设置成安装在电路板上的ASIC (专用集成电路)26的形式。在一个实施例中，磁场检测器9可以包括本领域已知的霍尔效应传感器或者可以基于其它磁场感测技术，比如本领域还众所周知的磁阻或者磁通门传感器。霍尔元件磁场检测器广泛应用在开环电流感测应用中，原因在于其成本低以及在开环应用中具有良好的测量性能。
电路板24包括电路迹线和各种电路部件，所述电路部件可以执行测量信号的一些处理以及在磁场检测器和连接到用于电力供应和测量信号传输的外部电路系统(未示出)的电端子32之间的电力供应。每个端子均包括电路板连接端32a，例如，呈插入通过电路板24中的电镀通孔的压接插针(press-fit pin)端子的形式，或者呈本领域众所周知的其它电路板连接构件的形式。端子32还包括外部连接端32b，例如，呈插针端子或者接片端子的形式，所述外部连接端32b定位在连接件护罩30内并且由所述连接件护罩30包围，所述连接件护罩30 构造成用于可插拔地联接到互补的外部连接件14 ，所述互补的外部连接件供应电力并且将测量信号传输到示出的外部电路系统。
连接件护罩30可以包括各种固定构件，比如闩锁突出部(latching protrusion)或者孔口35，用于将互补连接件锁定到连接件护罩。因此，从传感器传输电流测量信号，并且通过外部可插连接件将电力供应到传感器。
由初级导体产生的磁通在磁芯6中流通并且由定位在磁路间隙22 中的磁场检测器9拾取。磁芯6优选地由本领域众所周知的单件铁氧体材料制成，但是还可以由其它材料制成，比如还在本领域众所周知的磁性材料的堆叠层压片材制成。
初级导体棒4包括在连接端子12a、12b之间延伸的芯通过段16。芯通过段16具有宽度W1，所述宽度W1小于在磁芯6的中央通道18 外部的初级导体棒4的宽度W2。在连接端子12a、12b处的初级导体棒4的材料的宽度通常比芯通过段16宽。因此，芯通过段16提供了至少一个缩进部17，从而允许磁芯6包围芯通过段16，其中，磁芯的间隙22定位在初级导体棒4的缩进部17内。这允许初级导体棒的相应连接表面区域具有相对大的横截面，以便基于待承载的电流充分地连接到初级导体，同时允许传感器具有紧凑的尺寸和改进的性能。
壳体10包括芯接收段28和连接件护罩30。芯接收段28容纳磁芯6和磁场传感器8。连接件护罩30构造成用于连接到外部连接件，特别地，用于可插拔地连接到外部连接件。芯接收段28包括主壳体部分20，所述主壳体部分20直接包覆模制在初级导体棒4上。在有利的实施例中，主壳体部分和连接件护罩可以在注射包覆模制处理中直接一体地形成在初级导体棒上。
主壳体部分20包括中央包覆模制部分40，所述中央包覆模制部分40与初级导体棒直接接触并且覆盖以及完全包围初级导体棒的芯通过段16。中央包覆模制部分40包括延伸部41，所述延伸部41沿着与缩进部17的侧部对准的方向延伸并且构造成提供导轨46，所述导轨46设计成引导以及定位磁场传感器8，使得磁场检测器9定位在缩进部17内以及磁芯的磁路间隙22中。导轨46可以是槽的形式，所述槽结合电路板24的侧向边缘，从而允许电路板插入到槽内，直到磁场检测器定位在缩进部内。包覆模制的主壳体部分以紧凑和成本有效的方式将磁芯和磁场传感器固定以及牢固地定位在壳体内。
中央包覆模制部分40有利地包括肋状件42，所述肋状件42在主壳体部分20中沿磁芯6的插入方向延伸，所述肋状件42引导磁芯并且使得磁芯紧密地定中于初级导体棒4的周围。肋状件42以紧密配合的方式接合磁芯的围绕中央通道18的内表面。
中央包覆模制部分40包括具有减小壁厚的薄壁区域43，以便允许安装磁芯，所述磁芯的气隙面需要沿着这个区域滑动。为了获得有利的小气隙，根据所使用的材料，包覆模制件的厚度在此减小至介于 0.3mm和1.2mm范围内的、优选地介于0.3mm和0.8mm的范围内的标称值。
在沿着正交于磁场传感器的插入方向的方向、通过主壳体部分20 的一侧组装磁芯6之后，包括孔口35的覆盖部分34可以插入在初级导体棒的连接端12b上，直到覆盖部分接合主壳体部分的开放侧。覆盖部分和主壳体部分可以通过夹持构件、通过结合或者通过焊接(例如超声焊接)锁定在一起。根据应用和变形方案，在覆盖部分封闭在主壳体部分上之前，绝缘封装材料可以填充在主壳体的外壳38内。
在将磁场传感器8组装在磁场传感器接收槽44中之后，连接端子 32可以例如通过压接插针端子部分32a(其插入在电路板的电镀通孔中)插入到连接件护罩30中，直到与电路板24连接。
壳体10还可以包括罩部分36，所述罩部分36构造成封闭和打开槽44的入口。在示出的示例性实施例中，罩部分36包括弹性夹臂48，所述弹性夹臂48接合在壳体主部分和覆盖部分的相对侧上的互补闩锁元件49。罩部分可以设置有销50，所述销50接合在壳体中的互补孔51中，以便将罩部分定向和/或锁定到主壳体部分。替代地或除了闩锁构件48、49之外，罩部分可以被结合或焊接到其它壳体部分上。

Claims (15)

1.一种电流传感器，包括：初级导体棒(4)，所述初级导体棒用于承载待测量的电流；磁芯(6)，所述磁芯包括磁路间隙(22)；磁场传感器(8)，所述磁场传感器包括电路板(24)和定位在所述磁路间隙中的磁场检测器；和绝缘壳体(10)，所述绝缘壳体包围所述磁芯和磁场传感器，所述初级导体棒包括连接终端(12a，12b)，所述连接终端在所述绝缘壳体外部延伸并且构造成用于连接至外部初级导体，所述初级导体棒还包括芯通过段(16)，所述芯通过段相对于在所述绝缘壳体外部延伸的所述连接终端(12a，12b)具有减小的宽度(W1)，由此提供了磁场检测器定位于其中的缩进部(17)，使得所述磁芯的中央通道(18)的宽度(W3)小于所述初级导体棒的连接终端(12a，12b)的宽度(W2)，其特征在于，所述绝缘壳体包括主壳体部分(20)，所述主壳体部分包覆模制在所述初级导体棒的所述芯通过段(16)周围，所述主壳体部分包括磁场传感器接收槽(44)，所述磁场传感器接收槽构造成允许将所述磁场传感器能够滑动地插入到所述初级导体棒的缩进部中，以定位在所述磁路间隙中。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述主壳体部分包括中央包覆模制部分(40)，所述中央包覆模制部分包括定位肋状件，所述定位肋状件构造成将磁芯引导并定位在所述初级导体棒周围。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其中，所述中央包覆模制部分(40)包括延伸部(41)，所述延伸部(41)将所述中央包覆模制部分连接到所述磁场传感器接收槽(44)的进入端并且提供了导轨(46)，以便能够将所述磁场传感器滑动地引导并定位到所述缩进部(17)中。
4.根据权利要求2所述的电流传感器，其中，所述中央包覆模制部分(40)包括薄壁区域(43)，所述薄壁区域构造成用于在组装期间滑动通过所述磁路间隙，所述薄壁区域的壁厚介于0.3mm和1.2mm的范围中。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其中，所述薄壁区域的壁厚介于0.3mm和0.8mm的范围中。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述主壳体部分包括外壳(38)并且与连接件护罩(30)一体地形成为单件注射包覆模制部件。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯能够沿着与所述磁场传感器在所述缩进部中的可滑动插入方向正交的插入方向通过所述绝缘壳体的一侧插入所述主壳体部分中。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述绝缘壳体包括覆盖部分(34)，所述覆盖部分安装在所述主壳体部分的一侧上，以便将所述磁芯封闭于其中，所述覆盖部分包括用于所述初级导体棒的孔口(35)并且能够沿着与所述磁场传感器在所述缩进部中的可滑动插入方向正交的插入方向安装在所述绝缘壳体的一侧上。
9.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述绝缘壳体还包括罩部分(36)，所述罩部分用于将所述磁场传感器封闭在所述磁场传感器接收槽中。
10.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括连接件(14)，所述连接件构造成用于能够插拔地连接到外部连接件，并且包括连接件护罩(30)和直接安装并连接到所述磁场传感器的电路板(24)上的端子(32)。
11.根据权利要求10所述的电流传感器，其中，所述磁场检测器(9)呈专用集成电路的形式并且包括霍尔效应元件。
12.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述电流传感器是开环电流传感器。
13.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述初级导体棒(4)的至少一个连接终端(12b)呈用于夹持或用螺栓连接到初级导体的连接端子的形式。
14.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯由单件一体形成的铁氧体部件形成。
15.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯由具有机械加工间隙的卷绕带芯形成。
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