CN109799380B - 一种集成式电流传感器及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式电流传感器及其封装方法，包括导体组件以及测量组件，所述测量组件包括建立电气连接的线圈绕组和传感电路板，所述导体组件包括由导电材料制成的上盖和底板，所述上盖与所述底板配套设置有贯穿所述线圈绕组的对接部，所述上盖与所述底板之间围合形成隐藏所述线圈绕组和所述传感电路板的空腔以使得所述线圈绕组被所述导体组件所包覆，且所述底板与所述上盖外壁的盖口之间设有电气隔离用的间隙，所述传感电路板的信号线穿过所述间隙与外围器件进行连接。上述集成式电流传感器及其封装方法，抗干扰能力更强，测量结果精确，结构稳固性高，实现了整体结构的集成化，安装拆卸方便，提高安装以及后期维护效率，实用性高。

Description

一种集成式电流传感器及其封装方法

技术领域：

本发明涉及一种集成式电流传感器及其封装方法，涉及电流传感器技术领域。

背景技术：

电流传感器是一种能检测到电流信号并能按照一定规律变换成标准电信号的器件，电流传感器的应用技术已经有过百年的历史，电流传感器根据不同的应用也发展了不同类型，磁通门电流传感器是电流传感器中常用一种，它主要是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门电流传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。

磁通门传感器的工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。在交变激励信号fl的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。因为磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势，利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。

而现有的磁通门电流传感器应用结构一般包括4个部分：测量部分、被测电流的导体(导线或铜排)、外壳部分以及紧固装置，这种应用结构有如下缺点：第一，被测电流的导体需穿过线圈，引入不方便；第二，导体尺寸而体积较大时，不便于集成安装和紧固；第三，实际使用时导体裸露在外不安全；第四，在需要多通道进行电流测量时，转换不方便，而电流传感器未来的发展趋势朝着小型化、集成化、智能化发展，要想做到以上需求，这就需要模块级的集成而且需要安装方便。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有高灵敏度、温度稳定性、抗干扰性、小型化、集成化的电流传感器及其封装方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种集成式电流传感器，包括导体组件以及测量组件，所述测量组件包括建立电气连接的线圈绕组和传感电路板，所述导体组件包括由导电材料制成的上盖和底板，所述上盖与所述底板配套设置有贯穿所述线圈绕组的对接部，所述上盖与所述底板之间围合形成隐藏所述线圈绕组和所述传感电路板的空腔以使得所述线圈绕组被所述导体组件所包覆，且所述底板与所述上盖外壁的盖口之间设有电气隔离用的间隙，所述传感电路板的信号线穿过所述间隙与外围器件进行连接。

作为优选，所述对接部包括两个可彼此平面接触的柱状凸台。

作为优选，所述上盖的柱状凸台的接触面上设有多个螺纹孔，底板的柱状凸台上设有沿其轴线设置且贯通柱状凸台的多个沉头孔，上盖与底板之间的柱状凸台通过螺钉穿过沉头孔与螺纹孔继而将两者连接紧固。

作为优选，所述柱状凸台设置为圆柱或棱柱或由多个柱状结构组成的凸台组。

作为优选，所述上盖的盖口端部与底板的板体上均设有接线柱，上盖与底板上的接线柱对向间隔设置。

作为优选，所述传感器还包括PCB安装板，PCB安装板上设有分别形成电气通路的第一电端和第一插槽、第二电端和第二插槽，第一电端、第二电端连接被检测导线，第一插槽、第二插槽分别与上盖、底板的接线柱连接固定。

作为优选，所述上盖设置为方形盖体，底板设置为方形板体，所述上盖上的接线柱设置为四个且分别成矩形阵列分布在上盖的下盖口端部，所述底板上的接线柱同样设置为四个且成矩形阵列分布在底板板体边缘，所述PCB安装板上的第一插槽、第二插槽的数量均设置为四个且分别成矩形阵列分布并与接线柱的位置相对应。

作为优选，所述导体组件与对接部均采用与被测导线相同的材料制成。

一种应用上述集成式电流传感器的封装方法，包括以下步骤，

步骤一，首先将线圈绕组与传感电路板电气连接，然后将线圈绕组与传感电路板一并放置在底板上，底板上的柱状凸台贯穿线圈绕组；

步骤二，然后将底板盖合在上盖下部的盖口上，底板中部的柱状凸台与上盖中部的柱状凸台的接触端面以平面接触的方式相连，通过螺钉将两者连接紧固，此时，底板的边缘与上盖外壁的盖口之间相对应且两者之间设有电气隔离间隙，将信号线连接信号处理板然后穿过间隙并连接外围器件；

步骤三，将被测导线断开，然后将被测导线断开的两个端头分别与上盖、底板上的接线柱焊接固定。

作为优选，所述步骤三中，将上盖上的接线柱以及底板上的接线柱分别插接在PCB安装板上的第一插槽和第二插槽上并卡紧焊接固定，然后将被测导线断开的两个端头分别连接PCB安装板上的第一电端、第二电端。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：所述集成式电流传感器及其封装方法，具有以下优点，

整体采用包覆式封装结构，测量组件被完全包覆在由导体构成的空腔内，因而抗干扰能力更强，从而使得测量结果更精确，稳定性更高。

导体组件与配套的对接部既可以作为电流传感器中穿越绕组线圈的导体，也能作为安装电路板的一部分结构，因而安装方便快捷，结构稳固性高，实现了整体结构的集成化。

可以方便的集成安装到用户产品的PCB板中，最大限度减少连接线缆，方便接线，也减少线缆对测量的干扰，进一步提高测量精准度。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明安装时的剖视结构示意图；

图2是本发明的上盖与底板安装时的仰视结构示意图；

图3是本发明的上盖的轴测结构示意图；

图4是本发明的底板的前侧视角的轴测结构示意图；

图5是本发明的底板的后侧视角的轴测结构示意图；

图6是本发明的底板的另一较佳实施例的轴测结构示意图；

图7是本发明的PCB安装板的俯视结构示意图。

具体实施方式：

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围：

如图1所示的一种集成式电流传感器，包括导体组件以及测量组件，所述测量组件包括建立电气连接的线圈绕组1和传感电路板2，传感器电流板负责处理线圈绕组中磁场变化带来的电压信号，并将信号传出至外围器件，外围器件将接收的信号进行处理后得到所需检测的电流值，所述导体组件包括由导电材料制成的上盖3和底板4，所述上盖与所述底板配套设置有贯穿所述线圈绕组的对接部，在实际应用中，所述上盖3、底板4以及对接部均应采用与被测导线相同的材质制成，以提高检测精度，在本实施例中，如图3至图6所示，所述对接部包括两个可彼此平面接触的柱状凸台15，因而使得两个柱状凸台完全接触，减少整体对接部的电阻，两个柱状凸台分别与上盖、底板之间均设为一体成型结构，因而提高电流传导效果以及结构的稳固性，而为保持两个柱状凸台彼此连接接触时的紧密型，提高电流传输的稳定性，所述上盖的柱状凸台的接触面上设有多个螺纹孔5，底板的柱状凸台上设有沿其轴线设置且贯通柱状凸台的多个固定孔6，上盖与底板之间的柱状凸台通过螺钉穿过固定孔与螺纹孔继而将两者连接紧固，在上述结构中，由于上盖板与底板的板体比较薄(不方便安装沉头孔)，因而可以结合上述两个柱状凸台分别与上盖、底板一体成型的结构，将所述底板上的固定孔设置为沉头孔，从而既能保持较好的外观效果，也能保持连接的稳固性，在本实施例中，螺纹孔数量设置为2－4个且在柱状凸台上均匀分布，从而更进一步提高连接的稳固性，另外，如图6所示，为适应不同带下的检测电流，通常所述线圈绕组与传感电流板会进行外形和尺寸的调整，因而所述柱状凸台可以设置为圆柱或棱柱或由多个柱状结构组成的凸台组，当为凸台组时，可以单独设置某一个柱状凸台或两个柱状凸台均设置为凸台组，只需保持凸台组中的柱状结构具有彼此接触的接触平面即可，对于柱状结构的尺寸和数量以及排布方式均不做限定。

在实际应用中，所述上盖与所述底板之间围合形成隐藏所述线圈绕组和所述传感电路板的空腔7以使得所述线圈绕组被所述导体组件所包覆，因而不仅有效对线圈绕组与传感器电流板起到防护作用，而且能有效起到屏蔽和抗干扰作用，避免外界环境影响空腔内的测量组件的正常测量过程，提高测量精确度。

如图2所示，所述底板与所述上盖外壁的盖口之间设有电气隔离用的间隙8，所述传感电路板的信号线穿过所述间隙与外围器件进行连接，所述底板的外径小于上盖的盖口内径，因而在底板盖合在上盖盖口处时，底板边缘与上盖的盖口之间会留有间隙，主要起到电气隔离的作用，另外也方便传感器电流板的信号线穿过并连接外围器件，在本实施例中，为进一步方便信号线的穿出，且为尽可能增加底板的整体面积，在缩小间隙尺寸的同时，在所述底板其中一边角处设有条形凹口9，条形凹口与上盖的盖口内壁之间的间距大于间隙的尺寸，而传感器电路板上对应的信号线引出端与条形凹口的位置相对应，因而方便信号线穿过条形凹口并连接外围器件。

所述上盖的盖口端部与底板的板体上均设有接线柱10，上盖与底板上的接线柱对向间隔设置，接线柱主要用于与被检测导线连接，而为方便安装，提高安装的便捷性，所述集成式传感器还包括PCB安装板16，如图7所示，PCB安装板上设有分别形成电气通路的第一电端11和第一插槽12、第二电端13和第二插槽14，第一电端、第二电端连接被检测导线，第一插槽、第二插槽分别与上盖、底板的接线柱连接固定，在本实施例中，所述上盖设置为方形盖体，底板设置为方形板体，所述上盖上的接线柱设置为四个且分别成矩形阵列分布在上盖的下盖口端部，所述底板上的接线柱同样设置为四个且成矩形阵列分布在底板板体边缘，所述PCB安装板上的第一插槽、第二插槽的数量均设置为四个且分别成矩形阵列分布并与接线柱的位置相对应，PCB安装板上的第一插槽、第二插槽形成“回”字形外观结构，因而，在实际安装时，只需要将连接好的上盖与底板上的接线柱分别对应的插接在第一插槽、第二插槽上，然后焊接固定，从而有效提高安装效率以及整体结构的稳固性。

作为优选，本实施例导体组件与对接部均采用与被测导线相同的材料制成，藉此可以真实反映被测导线的性能而避免材料不一致导致的噪声干扰。又或者，本实施例导体组件与对接部均采用铜制材料制成，其优点是铜制材料的散热最小。

在实际应用中，应用上述集成式电流传感器的封装方法，包括以下步骤，

步骤一，首先将线圈绕组与传感电路板电气连接，然后将线圈绕组与传感电路板一并放置在底板上，底板上的柱状凸台贯穿线圈绕组。

步骤二，然后将底板盖合在上盖下部的盖口上，底板中部的柱状凸台与上盖中部的柱状凸台的接触端面以平面接触的方式相连，通过螺钉将两者连接紧固，此时，底板的边缘与上盖外壁的盖口之间相对应且两者之间设有电气隔离间隙，将信号线连接信号处理板然后穿过间隙并连接外围器件。

步骤三，将被测导线断开，将上盖上的接线柱以及底板上的接线柱分别插接在PCB安装板上的第一插槽和第二插槽上并卡紧焊接固定，然后将被测导线断开的两个端头分别连接PCB安装板上的第一电端、第二电端。

所述集成式电流传感器的检测过程为，将上述结构封装完成之后，接通电源，设PCB安装板上的第一电端为电流输入端，则被检测电流通过被测导线的一端头被引入PCB安装板的第一电端，第一电端与第一插槽具有电气通路，因而电流流动至第一插槽并经过第一插槽被引入底板上的接线柱上，然后通过接线柱流经底板以及两个彼此平面接触的柱状凸台，然后再经过上盖以及上盖上的接线柱并传输至PCB安装板上的第二插槽，最后经过第二电流流出至被检测电线的另一端头，而在电流经过两个柱状凸台的过程中，线圈绕组以及传感电流板根据磁感应原理对穿过柱状凸台的电流进行测量并将检测信号通过信号新传输至外围器件，继而再通过外围器件处理并得到所需检测的电流大小。

上述集成式电流传感器及其封装方法，结构上采用包覆式封装结构，测量组件被完全包覆在由导体构成的空腔内，因而抗干扰能力更强，从而使得测量结果更精确，结构稳固性高，实现了整体结构的集成化，安装拆卸方便，提高安装以及后期维护效率，因而实用性高，适合推广应用。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种集成式电流传感器，其特征在于：包括导体组件以及测量组件，所述测量组件包括建立电气连接的线圈绕组和传感电路板，所述导体组件包括由导电材料制成的上盖和底板，所述上盖与所述底板配套设置有贯穿所述线圈绕组的对接部，所述上盖与所述底板之间围合形成隐藏所述线圈绕组和所述传感电路板的空腔以使得所述线圈绕组被所述导体组件所包覆，且所述底板与所述上盖外壁的盖口之间设有电气隔离用的间隙，所述传感电路板的信号线穿过所述间隙与外围器件进行连接；所述上盖的盖口端部与底板的板体上均设有接线柱，所述接线柱用于与被检测导线连接，所述上盖与所述底板上的接线柱对向间隔设置，所述传感器还包括PCB安装板，PCB 安装板上设有形成电气通路的第一电端和第一插槽，形成电气通路的第二电端和第二插槽，第一电端、第二电端连接被检测导线，第一插槽、第二插槽分别与上盖、底板的接线柱连接固定；设PCB 安装板上的第一电端为电流输入端，则被检测电流通过被测导线的第一端头被引入PCB 安装板的第一电端，第一电端与第一插槽具有电气通路，电流流动至第一插槽并经过第一插槽被引入上盖的接线柱上，对接部包括：两个可彼此平面接触的柱状凸台，通过接线柱流经上盖以及两个彼此平面接触的柱状凸台，再经过底板以及底板上的接线柱并传输至PCB安装板上的第二插槽，经过第二电端流出至被检测导线的另一端头，而在电流经过两个柱状凸台的过程中，线圈绕组以及传感电路板根据磁感应原理对穿过柱状凸台的电流进行测量并将检测信号通过信号线传输至外围器件，再通过外围器件处理并得到所需检测的电流大小。

2.根据权利要求1所述的一种集成式电流传感器，其特征在于：所述上盖的柱状凸台的接触面上设有多个螺纹孔，底板的柱状凸台上设有沿其轴线设置且贯通柱状凸台的多个沉头孔，上盖与底板之间的柱状凸台通过螺钉穿过沉头孔与螺纹孔继而将两者连接紧固。

3.根据权利要求1所述的一种集成式电流传感器，其特征在于：所述柱状凸台设置为圆柱或棱柱或由多个柱状结构组成的凸台组。

4.根据权利要求1所述的一种集成式电流传感器，其特征在于：所述上盖设置为方形盖体，底板设置为方形板体，所述上盖上的接线柱设置为四个且分别成矩形阵列分布在上盖的下盖口端部，所述底板上的接线柱同样设置为四个且成矩形阵列分布在底板板体边缘，所述PCB安装板上的第一插槽、第二插槽的数量均设置为四个且分别成矩形阵列分布并与接线柱的位置相对应。

5.根据权利要求1所述的一种集成式电流传感器，其特征在于：所述导体组件与对接部均采用与被测导线相同的材料制成。

6.一种应用权利要求1-5任一项所述的集成式电流传感器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，首先将线圈绕组与传感电路板电气连接，然后将线圈绕组与传感电路板一并放置在底板上，底板上的柱状凸台贯穿线圈绕组；

步骤二，然后将底板盖合在上盖下部的盖口上，底板中部的柱状凸台与上盖中部的柱状凸台的接触端面以平面接触的方式相连，通过螺钉将两者连接紧固，此时，底板的边缘与上盖外壁的盖口之间相对应且两者之间设有电气隔离间隙，将信号线连接信号处理板然后穿过间隙并连接外围器件；

步骤三，将被测导线断开，然后将被测导线断开的两个端头分别与上盖、底板上的接线柱焊接固定。

7.根据权利要求6所述的一种集成式电流传感器的封装方法，其特征在于：所述步骤三中，将上盖上的接线柱以及底板上的接线柱分别插接在PCB安装板上的第一插槽和第二插槽上并卡紧焊接固定，然后将被测导线断开的两个端头分别连接PCB安装板上的第一电端、第二电端。

Images