CN111024997B - 新能源汽车用电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种新能源汽车用电流传感器，涉及电子测量仪器技术领域。新能源汽车用电流传感器，包括：壳体；铁芯，其安装在壳体内；主电路板，其抵靠在铁芯上并容纳在壳体内；铁芯固定片，其上设置有弹性脚，铁芯固定片紧贴铁芯并固定安装在壳体上，弹性脚压在主电路板上，使铁芯与主电路板连接。铁芯固定片一方面紧贴铁芯并固定安装在壳体上，另一方面铁芯固定片的弹性脚压在主电路板上，使铁芯与主电路板连接。铁芯固定片代替了现有技术中导线焊接连接铁芯与主电路板的方式。避免了导线焊接连接容易脱落、工序复杂、需要灌封胶的问题。采用铁芯固定片大大简化电流传感器的安装工序并且安装便捷、稳定性好、抗电磁干扰能力强。

Description

新能源汽车用电流传感器

技术领域

本发明属于电子测量仪器技术领域，涉及新能源汽车用电流传感器。

背景技术

随着电力电子、计算机技术、ASIC等技术的不断发展，传统的霍尔技术已很难满足新能源汽车电机控制器系统的要求，传感器集成化、微型化、低功耗等是未来电机控制器系统的必由之路。随着电控系统的控制要求提升，对传感器在宽温区范围内的精度提出了更高的要求；在IGBT开、关、负载变化等工况下产生了诸如di/dt,dv/dt等干扰，需要对传感器采取更可靠的屏蔽抗干扰措施；同时，由于使用环境多种多样，剧烈的机械冲击和振动以及随季节和地域的温差变化，对传感器的长期一致性及可靠性提出了更高的要求；随着汽车电控系统的微型化、集成化趋势，相电流检测传感器的空间要求也会越来越小，与对应的IGBT模块的配合也越来越紧密，相电流检测电流传感器的集成化、小型化对于新能源汽车电控系统的微型化有着重要意义。

现有技术中，如图1所示，相电流检测电流传感器通常包括：壳体、铁芯、主电路板、屏蔽结构。屏蔽结构为焊接连接铁芯与主电路板的导线。铁芯与壳体之间、主电路板与壳体之间均采用灌封胶进行固定，如CN110311595A所公开的一种双电机控制器的集成封装结构中提到的。

现有技术缺点如下：

1. 屏蔽结构设计采用导线焊接的方式连接铁芯与主电路板组装，带来以下几点问题：

a.为了便于操作，导线一般预留过长，导致阻抗增大，不利于屏蔽效果；

b.铁芯本身未进行焊接表面处理，焊接效果差，有焊接脱落的隐患；

c.铁芯体积较大，散热很快，不满足焊接操作规范，为了达到焊接效果，只能人工焊接且焊接时间较长，生产复杂且成本较高，不利于大批量生产。

d.焊点最终包裹在胶内，胶应力已导致焊点在高低温后受力，发生阻抗变大、虚焊、脱落等风险；

2. 现有技术采用灌封胶的方式进行产品整体封装及元器件定位，整体重量偏重，为了灌封胶的要求，需额外设计流胶通道，导致产品外形尺寸偏大，胶的固化时间一般较长，不利于大批量制造，产品成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种屏蔽结构稳定、适合于连续作业、无需灌封胶的新能源汽车用电流传感器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种新能源汽车用电流传感器，包括：

壳体；

铁芯，其安装在壳体内；

主电路板，其抵靠在铁芯上并容纳在壳体内；

铁芯固定片，其上设置有弹性脚，铁芯固定片紧贴铁芯并固定安装在壳体上，弹性脚压在主电路板上，使铁芯与主电路板连接。

作为本发明的进一步改进，壳体内壁设置有用于固定铁芯的凸肋。

作为本发明的进一步改进，壳体内侧设置有固定凹槽，铁芯固定片还包括可插入固定凹槽内的固定脚。

作为本发明的进一步改进，铁芯固定片还包括朝向铁芯延伸的加强筋。

作为本发明的进一步改进，主电路板上焊接有霍尔芯片。

作为本发明的进一步改进，还包括插针，插针一端焊接在主电路板上，另一端伸出壳体。

作为本发明的进一步改进，壳体内部设置有定位柱，主电路板插接在定位柱上。

作为本发明的进一步改进，铁芯具有两个相对端面，两个相对端面通过非磁性材料固定连接。

作为本发明的进一步改进，非磁性材料通过焊接连接的方式将铁芯两个相对端面固定连接。

作为本发明的进一步改进，还包括壳盖，壳盖与壳体密封连接，铁芯、主电路板、铁芯固定片均容纳在壳体内。

作为本发明的进一步改进，壳体外侧还设置有外接插头，伸出壳体的插针另一端延伸至外接插头。

作为本发明的进一步改进，固定脚上设置有卡爪，固定凹槽内设置有卡槽，卡爪插入卡槽内实现卡接。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：本发明创造性的设置铁芯固定片，铁芯固定片一方面紧贴铁芯并固定安装在壳体上，另一方面铁芯固定片的弹性脚压在主电路板上，使铁芯与主电路板连接。铁芯固定片代替了现有技术中导线焊接连接铁芯与主电路板的方式。避免了导线焊接连接容易脱落、工序复杂、需要灌封胶的问题。采用铁芯固定片大大简化电流传感器的安装工序并且安装便捷、稳定性好、抗电磁干扰能力强。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是现有技术新能源汽车用电流传感器结构分解示意图。

图2是现有技术新能源汽车用电流传感器封装后的部分结构示意图。

图3是本发明新能源汽车用电流传感器的结构分解示意图。

图4是主电路板的结构示意图。

图5是铁芯固定片的结构示意图。

图6是外壳的结构示意图。

图7是铁芯的结构示意图。

图8是本发明的新能源汽车用电流传感器组装第一步组装前的结构示意图。

图9是本发明的新能源汽车用电流传感器组装第一步组装后的结构示意图。

图10是本发明的新能源汽车用电流传感器组装第二步组装后的结构示意图。

图11是本发明的新能源汽车用电流传感器组装第三步组装前的结构示意图。

图12是本发明的新能源汽车用电流传感器组装第三步组装后的结构示意图。

图13是铁芯、主电路板、铁芯固定片组装后的结构示意图。

图14是本发明的新能源汽车用电流传感器组装完成组装后的结构示意图。

图15是图14的剖视图。

图中，100、壳体；110、凸肋；120、外接插头；130、定位柱；140、固定凹槽；200、铁芯；210、气隙；220、非磁性材料；300、主电路板；310、电位器；320、导线；330、霍尔芯片；340、插针；350、金属片；400、铁芯固定片；410、固定脚；411、卡爪；412、卡槽；420、弹性脚；430、加强筋；500、壳盖。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

下面结合图1至图15对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

新能源汽车用电流传感器主要用于相电流检测，是新能源汽车电机控制器系统的主要组成部分。现有技术中，如图1-图2所示，相电流检测电流传感器通常包括：壳体100、铁芯200、主电路板300、屏蔽结构。其主要技术特征如下：1、屏蔽结构为焊接连接铁芯200与主电路板300的导线320；2、铁芯200与壳体100之间、主电路板300与壳体100之间、产品整体封装均采用灌封胶进行固定及封装；3、主电路板300采用电位器310设计；4、铁芯气隙210未采取任何措施进行固定。与之相对应也带来了诸多问题，主要如下：1、导线焊接效果差容易脱落，焊点需要用胶包裹，焊点产生应力带来风险，导线过长阻抗增大，生产复杂成本高，不利于批量生产；2、为顺利灌封胶需要额外设计流胶通道，导致产品外形尺寸大、整体重量重、胶固化时间长；3、测量精度差，通常只在很小工作温度范围内进行补偿；4、铁芯气隙受振动、冲击、跌落、胶应力及温度变化等影响，造成气隙微变化，直接导致测量准确度下降。

如图3所示，本发明的新能源汽车用电流传感器包括：壳体100、铁芯200、主电路板300、铁芯固定片400、壳盖500。铁芯200、主电路板300、铁芯固定片400彼此之间相互连接并固定容纳在壳体100内，壳体100与壳盖500密封连接。铁芯200、主电路板300、铁芯固定片400的安装方向为竖直方向。

铁芯200安装在壳体100内。具体的，如图4所示，铁芯200呈C型，铁芯200具有两个相对端面，两个相对端面之间，即铁芯200的缺口，为铁芯气隙210。传感器的输出与铁芯气隙210长度直接成比例关系，当铁芯气隙210受外界影响导致铁芯气隙210微小变化时会导致电流传感器测量准确度下降。

主电路板300抵靠在铁芯200上并容纳在壳体100内。具体的，主电路板300呈T型，主电路板300跨过铁芯气隙210，两端分别抵靠在铁芯200上，主电路板300第三端从主电路板300中心在水平方向上朝向远离铁芯200方向延伸。

如图5所示，铁芯固定片400上设置有弹性脚420，铁芯固定片400紧贴铁芯200并固定安装在壳体100上，弹性脚420压在主电路板300上的金属片350上，使铁芯200与主电路板300连接并连通。

铁芯固定片400使铁芯200与主电路板300紧密连接并连通，并且将铁芯200与主电路板300一同固定在壳体100上。提高了铁芯200与主电路板300连接稳定性，提高屏蔽结构的屏蔽效果。而且，这种连接方式代替了现有技术中导线焊接连接铁芯200与主电路板300的方式，因此也避免了因导线320焊接而带来的一系列问题。铁芯固定片400在作为屏蔽结构的同时，也为铁芯200和主电路板300组装提供了可靠的结构定位。铁芯固定片400安装方便，简化安装工序、提高工作效率。此外，采用铁芯固定片400则无需使用灌封胶方式对产品进行固定，省去了流胶通道、减轻重量且无需等待胶固化，进一步优化工艺，提高效率。

进一步的，如图6所示，壳体100内壁设置有用于固定铁芯200的凸肋110。当铁芯200安装至壳体100内时，凸肋110对铁芯200进行挤压，使铁芯200过盈配合在壳体100内，在水平左右、前后方向固定铁芯200。具体的，凸肋110在壳体100内壁多处均设置，使铁芯200在各个位置均被固定。

进一步的，壳体100内侧设置有固定凹槽140，铁芯固定片400还包括可插入固定凹槽140内的固定脚410。通过固定脚410插入固定凹槽140内即可实现铁芯固定片400、铁芯200、主电路板300固定在壳体100内。

具体的，如图13、图15所示，固定脚410上设置有卡爪411，固定凹槽140内设置有卡槽412，在安装过程中，当卡爪411插入卡槽412内时实现卡接，使铁芯固定片400被固定。

在本实施例中，固定脚410数量为四个，设置在铁芯固定片400四个边角，与之相对应的，固定凹槽140数量也为四个，设置在壳体100内侧的四个边角，使结构更加稳定。

作为本发明的进一步改进，铁芯固定片400还包括朝向铁芯200延伸的加强筋430。铁芯固定片400上的固定脚410插入固定凹槽140内，加强筋430与铁芯200上表面紧贴，与此同时，弹性脚420抵靠在主电路板300上，从而在竖直方向固定铁芯200及主电路板300。

更进一步的，壳体100内部设置有定位柱130，主电路板300插接在定位柱130上，定位柱130限制了主电路板300在水平方向上的移动，实现对主电路板300的定位。

在本发明中，主电路板300取消了电位器310设计，而是采用霍尔芯片330，更为具体的是霍尔ASIC芯片，采用CMOS工艺，将霍尔元件和后端处理电路集成在一颗芯片内，通过调试软件采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，芯片将校准系数存储在内置的EEPROM中，从而实现宽温区高精度的效果。

进一步的，还包括插针340，插针340一端焊接在主电路板300上，另一端伸出壳体100。具体的，壳体100外侧还设置有外接插头120，伸出壳体100的插针340延伸至外接插头120。通过外接插头120及外接插头120内的插针340实现外部电源及信号输入。插针340焊接在主电路板300上的一端具体设置在主电路板300第三端，

进一步的，为了降低铁芯气隙210微小变化，在本实施例中，如图7所示，铁芯200的两个相对端面通过非磁性材料220固定连接。更为具体的，非磁性材料220通过焊接连接的方式将铁芯200两个相对端面固定连接。在外界影响下，铁芯气隙210产生变化的可能性显著降低，因此大大提升了产品的准确度及不同工况下的可靠性。

壳盖500与壳体100密封连接，铁芯200、主电路板300、铁芯固定片400均容纳在壳体100内。更为具体的，壳盖500通过焊接密封连接到壳体100上，保护敏感元件免受温度、湿度、盐雾等影响。

本发明的新能源汽车用电流传感器结构紧凑，壳盖500同时作为密封结构件和机械接口受力结构件；铁芯固定片400在作为屏蔽电连接的同时，也为铁芯200和主电路板300组装提供了可靠的结构定位；通过气隙210固定的方式，大大提升了产品的准确度及不同工况下的可靠性，在狭小的结构内同时实现了宽温区高精度，较强的电磁干扰能力，且结构牢固可靠，组装工艺简单。

本发明的新能源汽车用电流传感器的组装过程如下：

1、如图8、图9所示，铁芯200安装到壳体100内，壳体100内侧的凸肋110与铁芯200过盈配合，在水平左右、前后方向固定铁芯200；

2、如图10所示，主电路板300穿过定位柱130抵靠在铁芯200上，容纳在壳体100内；

3、如图11、图12所示，铁芯固定片400抵靠在铁芯200上，固定脚410插入固定凹槽140，加强筋430与铁芯200上表面紧贴，在竖直方向固定铁芯200，同时弹性脚420与主电路板300紧贴；通过铁芯固定片400使铁芯200与主电路板300连通，起屏蔽作用。

4、如图14、图15所示，壳盖500焊接到壳体100上，保护敏感元件免受温度、湿度、盐雾等影响。

整个组装过程简单易操作，适合流水化作业、批量生产且产品质量稳定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种新能源汽车用电流传感器，其特征在于，包括：

壳体，其内侧设置有固定凹槽，固定凹槽内设置有卡槽，壳体内部设置有定位柱；

铁芯，其安装在壳体内，壳体内壁设置有用于固定铁芯的凸肋；

主电路板，其抵靠在铁芯上并容纳在壳体内，且插接在定位柱上；

铁芯固定片，铁芯固定片紧贴铁芯并固定安装在壳体上，其上设置有弹性脚，弹性脚压在主电路板的金属片上，铁芯与主电路板连接并连通，铁芯固定片还包括可插入固定凹槽内的固定脚和朝向铁芯延伸的加强筋，固定脚上设置有卡爪，卡爪插设于卡槽中，加强筋与铁芯表面紧贴。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车用电流传感器，其特征在于，主电路板上焊接有霍尔芯片。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车用电流传感器，其特征在于，还包括插针，插针一端焊接在主电路板上，另一端伸出壳体。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车用电流传感器，其特征在于，铁芯具有两个相对端面，两个相对端面通过非磁性材料固定连接。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车用电流传感器，其特征在于，还包括壳盖，壳盖与壳体密封连接，铁芯、主电路板、铁芯固定片均容纳在壳体内。

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