CN106124820B - 具有集成的初级导体棒的电流变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有集成的初级导体棒的电流变换器，包括用于承载待测电流的初级导体棒(4)、包含磁路间隙(22)的磁芯(6)、包含位于磁路间隙中的磁场探测器的磁场传感器(8)以及围绕磁芯和磁场传感器的绝缘外壳(10)。初级导体棒包括延伸到外壳外的被配置为与外部初级导体连接的连接终端(12a、12b)。初级导体棒包括具有保险丝部分(20)的核芯通路部分(16)，保险丝部分(20)被配置为如果预设电流被超过则断开初级导体。核芯通路部分与延伸到外壳外的连接终端(12a，12b)相比宽度(W1)更小，因此设置了使磁芯的至少一部分位于其中的凹进(17a，17b)，使得磁芯的中心通路(18)的宽度(W3)比初级导体连接末端(12a，12b)的宽度(W2)小。

Description

具有集成的初级导体棒的电流变换器
技术领域
本发明涉及电流变换器，该变换器包括磁芯和磁芯的气隙中的磁场探测器，用于测量在延伸穿过磁芯的中心通路的初级导体棒中流过的电流。
背景技术
用于电流感测应用的电流变换器模块通常包括由高磁导率的磁性材料制成的磁芯，该磁芯围绕着中心孔，承载待测电流的初级导体穿过该中心孔。该磁芯通常可以具有总体上为长方形或圆形的形状以及设置有气隙，磁场探测器(诸如，ASIC形式的霍尔效应传感器)位于该气隙中。初级导体中流过的电流所产生的磁通量被磁芯集中起来并且穿过气隙。气隙中的磁场代表初级电流.
电流传感器用于各种用于监测或控制电子设备和系统的应用中，而在许多应用中，降低这样的元件的制造成本以及在电路中实现和使用该元件的成本是十分有利的.而且，提供小型元件以使该元件安装于其中的设备的重量最小化和/或减小也是十分有利的。
发明内容
本发明的目的是提供紧凑且生产成本低的电流变换器，该变换器用来测量装有保险丝的初级导体中流过的电流。
提供重量轻的电流变换器是有利的。
提供精确的、易于实现且使用成本低的电流变换器是有利的。
提供坚固且稳定的电流变换器是有利的。
通过提供本发明的电流变换器已经达成了本发明的目的。
本文公开的电流变换器包括用于承载待测电流的初级导体棒、包含磁路间隙的磁芯、包含位于磁路间隙中的磁场探测器的磁场传感器以及围绕磁芯和磁场传感器的绝缘外壳。初级导体棒包括延伸到外壳外的被配置为与外部初级导体连接的连接终端末端。初级导体棒包括核芯通路部分，核芯通路部分包括被配置为如果预设电流被超过则断开初级导体的保险丝部分。与延伸到外壳外的连接终端相比，核芯通路部分具有减小的宽度，因此设置了使磁芯的至少一部分位于其中的凹进，使得磁芯的中心通路的宽度比初级导体连接末端的宽度小。
在有利实施例中，磁场探测器位于初级导体棒的核芯通路部分的凹进内。
在有利实施例中，磁场传感器包括电路板，而所述磁场探测器安装在所述电路板上。
在有利实施例中，电流变换器还包括被配置为可插接连接至外部连接器的连接器，该连接器包括直接安装且连接至磁场传感器的电路板的端子。
在有利实施例中，磁场探测器是ASIC的形式且包括霍尔效应单元。
在有利实施例中，电流变换器是开环电流变换器。
在有利实施例中，初级导体棒的连接终端中的至少一个被配置为与电缆的末端压接连接的压接连接端子。
在有利实施例中，初级导体棒的连接末端中的至少一个的形式是用于夹持连接或螺栓连接到初级导体的连接端子。
在一个实施例中，电流变换器被配置为与电缆连接，以用于与汽车电池连接。
在有利实施例中，通过在芯棒上缠绕铁硅(Fe-Si)胶带、固定该胶带的始端和末端以及通过可以在退火处理后在绕带芯上切割或磨削出间隙，形成磁芯。
在变型例中，磁芯可以由单片的一体成型的铁氧体部件形成。
在有利实施例中，电流变换器还包括安装在保险丝部分和磁芯之间的绝缘安全盖，该绝缘安全盖被配置为在保险丝部分断裂的情况下防止在初级导体和磁芯之间发生短路。
附图说明
通过权利要求、详细描述以及附图，本发明的其他目标和有利特征将是清晰的，所述附图中：
图1a是根据本发明实施例的电流变换器的透视图，而图1b是图1a的实施例的透视部分剖视图。
图2a和图2b是根据在移除外壳的状态下图1b的实施例的透视图。
具体实施方式
参照附图，电流变换器2的示例性实施例包括包含磁路间隙22的磁芯6、至少部分插入磁路间隙22中的磁场传感器8、电介质外壳10以及延伸穿过磁芯的中心通路18的初级导体棒4。初级导体棒4集成在变换器中，并且包括在其各末端处的端子12a和12b，端子12a和12b与用于供应待测电流的外部初级导体(未示出)相连接。
在有利实施例中，端子中的一个包括用于螺栓连接或夹持连接到外部导体的连接末端12a。在本发明的具体应用中，外部导体可以在电池极柱上或者可以是与电池(例如，汽车电池)相连接的电源线。在有利实施例中，特别是用于汽车应用或电池装置的实施例中，端子中的一个可以是电缆连接端子12b的形式，例如，图1a中所示的压接连接端子。根据本发明的电流变换器可以因此有利地压接在电源电缆末端上以连接至电池(例如，汽车电池)。
在实施例中，磁场传感器8可有利地包括电路板24和磁场探测器9，磁场探测器9可以例如以包括用于与电路板连接的电端子16的ASIC(专用集成电路)26的形式被提供。在实施例中，磁场探测器9可以包括其本身在本领域已熟知的霍尔效应传感器，或者可以基于其它磁场感测技术，诸如在本领域也已熟知的磁阻传感器或磁通门传感器。霍尔单元磁场探测器在开环电流感测应用中被广泛使用，因为其成本低且在开环应用中具有很好的测量性能。
电路板24包括电路迹线和各种电路元件，所述各种电路元件可以完成测量信号的一些处理和在磁场探测器和电路端子32之间的供电，电路端子32与外部电路(未示出)相连接以用于进行供电和测量信号的传输.每个端子包括电路板连接末端32b，电路板连接末端32b例如是插入电路板24中的镀通孔的引脚端子的形式或者是本领域已熟知的其他电路板连接装置的形式。端子32还包括外部连接末端32a，外部连接末端32a是例如引脚或接片端子的形式并位于连接器护罩30内且被连接器护罩30围绕，连接器护罩30被配置为可插接地与供应电力且将测量信号传输给外部电路(未示出)的互补外部连接器相耦接。
连接器护罩30可以包括各种固定装置，诸如，用于使互补连接器与其锁定的栓锁突起部或元件36。在本发明的具体有利应用中，变换器可以因此在初级导体棒4的一端上被压接到电源电缆的末端并且在初级导体棒的另一端上螺栓连接或夹持连接到电池连接端子，电流测量信号借助于外部可插接连接器与变换器连接。
初级导体产生的磁通量在磁芯6中循环，并且被位于磁路间隙22内的磁场探测器9捕获。磁芯6优选为其本身在本领域已熟知的切割过的绕带芯，但也可以用其本身在本领域已熟知的其他材料制成(诸如，磁性材料的叠层压板等)，再或者可以是铁氧体磁芯。
初级导体棒4包括在连接端子12a和12b之间延伸的核芯通路部分16。核芯通路部分16的宽度W1小于初级导体棒4在核芯6的中心通路18外的宽度W2.初级导体棒4在连接末端12a和12b处的材料的宽度一般比核芯通路部分16宽。因此核芯通路部分16设置有凹进17a、17b，以允许磁芯6在磁芯的材料位于初级导体棒4的凹进17a、17b内的状态下围绕核芯通路部分16。这允许初级导体棒具有相对较大的截面或连接表面积以对于待承载的电流而言与初级导体棒的充分连接，同时允许变换器具有紧凑的尺寸和提升的性能。
初级导体棒4的核芯通路部分16中还设置有保险丝部分20.保险丝部分20被配置为在电流超过预设水平的情况下断开在连接末端12a和12b之间的电流传导.在保险丝部分20的宽度小于磁芯6的中心通路18的宽度的条件下，各种保险丝材料和配置可以实现保险丝部分20，这在电流保险丝领域中是已熟知的。在本发明的实施例中，保险丝部分20是在初级电流超过最大允许电流时随着时间熔化的保险丝。有利的是，很多配置下的电流保险丝的导电截面小于装有保险丝的导体的截面，以在保险丝的区域熔化或断开。因此磁芯6的在保险丝部分20周围的位置允许磁芯具有较小的围绕初级导体棒的周长，还允许磁场探测器9被插入磁路间隙22并同时定位在由初级导体棒4的宽度减小的核芯通路部分16形成的凹进17b内。
电介质外壳10可以由围绕着磁芯和磁场传感器组装在一起的两个或更多的外壳部件组成，设置有穿过横向侧壁的孔口，以允许初级导体连接末端12a、12b从中延伸穿过。
由绝缘材料(例如，塑料)制成的安全盖34可以有利地位于磁芯6内侧和保险丝部分20之间，如图1b所示。在保险丝部分断开的情况下，安全盖可以防止熔化的保险丝部分的材料流动而与磁芯接触，从而避免通过磁芯6使初级导体短接的风险。例如，安全盖34可以例如是在被插入磁芯的中心通路18之前夹在保险丝部分20周围的塑料帽的形式，或者是围绕着中心通路18与磁芯的内侧相对地安装的塑料衬里部分的形式。

Claims (12)

1.一种电流变换器，包括用于承载待测电流的初级导体棒(4)、包含磁路间隙(22)的磁芯(6)、包含位于所述磁路间隙中的磁场探测器的磁场传感器(8)以及围绕所述磁芯和所述磁场传感器的绝缘外壳(10)，所述初级导体棒包括延伸到外壳外的被配置为与外部初级导体连接的连接终端末端(12a、12b)，所述电流变换器的特征在于，所述初级导体棒包括核芯通路部分(16)，所述核芯通路部分(16)连接在所述连接终端末端(12a、12b)之间并且包括保险丝部分(20)，所述保险丝部分(20)被配置为如果预设电流被超过则断开初级导体，所述核芯通路部分延伸穿过所述磁芯的中心通路(18)，并且与延伸到所述外壳外的连接终端末端(12a，12b)相比具有减小的宽度(W1)，因此提供了凹进(17a，17b)，其中所述磁芯的至少一部分位于所述凹进(17a，17b)中，使得所述磁芯的中心通路(18)的宽度(W3)比初级导体连接终端末端(12a，12b)的宽度(W2)小。
2.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述磁场探测器(9)位于初级导体棒(4)的核芯通路部分(16)的凹进(17b)内。
3.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述磁场传感器(8)包括电路板(24)，而磁场探测器(9)被安装在所述电路板上。
4.根据权利要求1所述的电流变换器，还包括被配置为能够插接连接至外部连接器的连接器(14)，所述连接器(14)包括直接安装且连接至磁场传感器的电路板(24)的端子(32)。
5.根据权利要求4所述的电流变换器，其中所述磁场探测器(9)是ASIC的形式并且包括霍尔效应单元。
6.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述电流变换器是开环电流变换器。
7.根据权利要求6所述的电流变换器，其中所述初级导体棒的所述连接终端末端中的至少一个(12b)被配置为与电缆的末端压接连接的压接连接端子。
8.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述初级导体棒(4)的连接终端末端中的至少一个(12a)是用于夹持连接或螺栓连接到初级导体的连接端子的形式。
9.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述电流变换器被配置为与电缆连接，以用于与汽车电池连接。
10.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述磁芯是有间隙的绕带芯。
11.根据权利要求1所述的电流变换器，其中所述磁芯是单片的一体成型的铁氧体部件。
12.根据权利要求1所述的电流变换器，还包括绝缘安全盖(34)，所述绝缘安全盖(34)安装在保险丝部分(20)和磁芯(6)之间。
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