CN111063522B - 电流检测器用的磁芯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电流检测器用的磁芯及其制造方法。本发明提供能够在维持磁芯片的配对的状态下形成多个间隙的电流检测器用的磁芯及其制造方法。本发明的电流检测器用的磁芯（10）具备：将环状的磁芯主体（12）沿径向在2处切断而形成的一对磁芯片（20、23），所述磁芯片被配置为切断面（21、24）彼此以保持第1间隙（26）和第2间隙（28）的方式相对；使用树脂将周面连续地包覆后的第1部分铸模（30），所述周面包括以夹持第1间隙的方式相对的磁芯片的切断面和第1间隙；以及使用树脂将以夹持第2间隙的方式相对的磁芯片的切断面的周面部分地包覆后的第2部分铸模（40），所述第2部分铸模包括将以夹持第2间隙的方式相对的磁芯片的切断面的一个的周面包覆的第2‑1铸模构件（41）、和将另一个磁芯片的切断面的周面包覆的第2‑2铸模构件（42）。

Description

电流检测器用的磁芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及电流检测器用的磁芯及其制造方法，更详细地涉及在磁芯主体中形成有多个间隙的磁芯及其制造方法。
背景技术
已知有在由磁性材料构成的环状的磁芯主体中形成间隙来制作磁芯并在磁芯的内周侧配置母线并且在间隙中配置磁检测元件而成的电流检测器（例如参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-88019号公报。
发明要解决的课题
为了提高磁特性此外调整磁饱和特性，也提出了在磁芯主体中形成有多个间隙的磁芯。例如，在磁芯主体中形成2个间隙，在一个间隙中配置磁检测元件，另一个间隙起到用于使磁饱和特性稳定的作用。
在间隙为1个的情况下，即使切断环状的磁芯主体来形成间隙，磁芯也是保持大致C字状形状的1个构件的状态，但是，当形成2个间隙时，磁芯主体成为2个磁芯片，变得分散。
特别是在作为磁芯主体而采用了将带状钢板卷绕后的所谓卷磁芯的情况下，在磁芯主体中在钢板的卷开始和卷结束的位置产生偏差。此外，特别是在卷磁芯的情况下，当钢板的卷强度不同时，即使为相同的卷数，也存在磁芯主体的截面积不同的情况。此外，关于卷磁芯，在将钢板卷绕后施行退火，但是，存在卷绕、退火、漆浸渍等工序中的残留应力，在切断磁芯主体时，由于卷绕后的带状钢板的恢复力，也存在磁芯片拉开的情况。像这样，存在以下可能性：当根据截面积或拉开不同的磁芯片制作磁芯时，在间隙中的磁芯片彼此的相对面积产生偏差，招致磁导率的降低，不能得到期望的磁特性或磁饱和特性，对直线性或示出与作为其指标的直线区域中的理想B-H的误差的错误率造成影响。此外，在间隙的形成位置不是磁芯主体的中央的情况下，通过间隙切断而得到的磁芯片为左右非对称。因此，正确地组合2个磁芯片的配对是重要的。
因此，要求避免在切断前后与根据其他的磁芯主体制作的磁芯片的配对并且组合使用从相同的磁芯主体切断出的磁芯片彼此。然而，在切断磁芯主体来制造磁芯片并且对这些磁芯片进行向电流检测器的组入的期间，在配对的状态下维持从相同的磁芯主体切断出的磁芯片是困难且繁杂的。
发明内容
本发明的目的在于提供能够在维持磁芯片的配对的状态下形成多个间隙的电流检测器用的磁芯及其制造方法。
用于解决课题的方案
本发明的电流检测器用的磁芯是，一种电流检测器用的磁芯，具备：
将环状的磁芯主体沿径向在2处切断而形成的一对磁芯片，所述磁芯片被配置为切断面彼此以保持第1间隙和第2间隙的方式相对；
使用树脂将周面连续地包覆后的第1部分铸模，所述周面包括以夹持所述第1间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面和所述第1间隙；以及
使用树脂将以夹持所述第2间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面的周面部分地包覆后的第2部分铸模，所述第2部分铸模包括将以夹持所述第2间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面的一个的周面包覆的第2-1铸模构件、和将另一个所述磁芯片的所述切断面的周面包覆的第2-2铸模构件。
优选的是，所述第2-1铸模构件和所述第2-2铸模构件通过由所述树脂形成的桥部连结。
能够在与所述第2间隙相比内周侧形成所述桥部。
所述第2-1铸模构件与所述第2-2铸模构件也能够采用分离的结构。
优选的是，在所述第1间隙中插入非磁性的间隔物。
本发明的电流检测器是在上述记载的电流检测器用的磁芯的所述第2间隙中配置磁检测元件并且在所述磁芯主体的中央插入母线而成。
本发明的电流检测器用的磁芯制造方法是制造电流检测器用的磁芯的方法，包括：
准备环状的磁芯主体的工序；
将所述磁芯主体沿径向切断而在所述磁芯主体中形成切断面相对的第1间隙的第1间隙形成工序；
使用树脂将周面连续地包覆的第1部分铸模形成工序，所述周面包括以夹持所述第1间隙的方式相对的所述磁芯主体的所述切断面和所述第1间隙；
在与所述第1部分铸模不同的位置使用树脂将所述磁芯主体部分地包覆来形成第2部分铸模的第2部分铸模形成工序；以及
在形成有所述第2部分铸模的位置将所述第2部分铸模和所述磁芯主体沿径向切断而在所述磁芯主体中形成第2间隙的第2间隙形成工序。
优选的是，所述第2间隙形成工序实施为不切断所述第2部分铸模的一部分而切剩余通过所述树脂连结后的桥部。
能够在所述第1间隙形成工序之后、所述第1部分铸模形成工序之前包括将非磁性的间隔物插入到所述第1间隙中的间隔物插入工序。
发明效果
根据本发明的电流检测器用的磁芯，在磁芯中，切断磁芯主体来形成第1间隙。由此，磁芯主体成为具有1个间隙的大致C字状形状。在该状态下，以填堵第1间隙的方式形成第1部分铸模，由此，磁芯主体再次变为环状形状。然后，在形成有第2部分铸模的位置切断磁芯主体来形成第2间隙。磁芯主体被分割为2个磁芯片，但是，通过第1部分铸模将磁芯片彼此连结，因此，即使形成第2间隙，磁芯片彼此也不会变得分散，配对不会崩坏。因此，通过在该状态下将磁芯组入到电流检测器中，从而能够维持由相同的磁芯主体形成的磁芯片彼此的配对。因此，即使磁芯为将带状钢板卷绕后的卷磁芯，也能够避免在第1间隙和第2间隙的切断前后与其他的磁芯主体的磁芯片的配对，能够组合使用从相同的磁芯主体切断出的磁芯片彼此。因此，经由间隙相对的切断面的面积和由于带状钢板的恢复力造成的拉开也几乎相同，能够防止磁导率的降低，得到稳定的磁特性或磁饱和特性，能够得到期望的直线性或错误率。在非对称位置形成了间隙的磁芯主体的情况下，也能够确保配对。
此外，在本发明的电流检测器用的磁芯中，通过设置将第2间隙间连结的桥部，从而能够维持第2间隙的间隔，因此，能够在向电流检测器的组入时不需要间隙的调整等。
关于磁芯主体，不是对整体进行树脂铸模，而是为部分的铸模，因此，能够减少由于镶嵌成形等树脂成形时或使用中的热膨胀而从铸模向磁芯作用的应力，能够使磁特性稳定化。
关于在磁芯中形成的多个间隙，在1个间隙中配置磁检测元件，另一个间隙能够作为磁饱和防止用而使用。在该情况下，优选在树脂不介于间隙之间的第2间隙中配置磁检测元件。
再有，也能够在形成第1间隙之后在第1间隙中插入了磁检测元件的状态下形成第1部分铸模。此外，在第1间隙和第2间隙中分别配置高电流用、低电流用的磁检测元件来进行高电流、低电流的检测也可。此外，在第1间隙和第2间隙中配置相同或同等的磁检测元件以备磁检测元件的故障发生而谋求冗余化也可。
关于第1间隙，存在由于第1部分铸模的树脂的热膨胀而间隔发生变化的可能性，但是，在该情况下，只要在形成第1铸模之前在第1间隙中插入非磁性的间隔物优选的是由热膨胀系数低的材料构成的间隔物即可。
根据本发明的电流检测器用的磁芯的制造方法，在磁芯主体中，在形成第1间隙之后，在第1间隙的形成位置和形成第2间隙的位置施行第1部分铸模和第2部分铸模。利用第1间隙切断磁芯主体，但是，第1间隙通过第1部分铸模由树脂连结，因此，在第2间隙形成前恢复为环状形状。因此，在接下来的工序中，即使在施行了第2部分铸模的位置形成第2间隙，磁芯主体也维持C字状形状，因此，磁芯片不会由于间隙形成而变得分散。因此，如上述那样，磁芯片的配对不会崩坏，也能够维持间隙间隔。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的磁芯（core）的平面图。
图2是在磁芯主体中形成了第1间隙的平面图。
图3是在磁芯主体形成了部分铸模的平面图。
图4是将非磁性的间隔物（spacer）插入到第1间隙中的第1部分铸模附近的放大图。
图5是本发明的不同的实施方式的磁芯的平面图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的一个实施方式的磁芯10进行说明。
图1在本发明的一个实施方式中是磁芯10的平面图。磁芯10具有将环状的磁芯主体12的2处切断后的磁芯片（core piece）20、23，磁芯片20、23彼此被构成为相对地配置其切断面21、24以使形成第1间隙（gap）26和第2间隙28。在磁芯片20、23，形成有使用树脂将以保持间隙26、28的方式相对的切断面21、24的周面（外周面）部分地包覆后的部分铸模30、40。以下，将2个部分铸模适当称为第1部分铸模30、第2部分铸模40。在图示的实施方式中，间隙26、28为2处，但是，如果是多处，则也可以为2处以上。
如图1所示那样，以填满第1间隙26的方式形成第1部分铸模30，在第2间隙28的位置切断第2部分铸模40。再有，在第2部分铸模40中，优选将成为在以下说明的桥（bridge）部43的部分形成得比其他的部分厚。由此，即使在间隙28的切断下也能够可靠地切剩余桥部43并能够使部分铸模40整体上较薄。
更详细而言，在磁芯10中，在第2部分铸模40中，通过桥部43将在一个磁芯片20的切断面21的周围形成的第2-1铸模构件41和在另一个磁芯片23的切断面24的周围形成的第2-2铸模构件42连结，以使分割成多个的磁芯片20、23不会变得分散而能够维持环状的形态。
本发明的磁芯10能够用作电流检测器的部件，例如，将磁检测元件插入到间隙26、28的一个或两个中，使母线（busbar）插入贯通中央的开口，由此，构成电流传感器。未插入磁检测元件的间隙起到例如磁饱和防止用的间隙的作用。例如，使第1间隙26作为磁饱和防止用的间隙发挥作用并且在树脂不介于间隙之间的第2间隙28中配置磁检测元件是简便的。
当然，也能够在形成第1间隙26之后在第1间隙26中插入磁检测元件的状态下形成第1部分铸模30。此外，也能够在第1间隙26和第2间隙28中分别配置高电流用、低电流用的磁检测元件来进行高电流、低电流的检测。此外，在第1间隙和第2间隙中配置相同或同等的磁检测元件以备磁检测元件的故障发生而谋求冗余化也可。在图示中，间隙26、28的宽度相同，但是，也能够较宽地采用插入磁检测元件的间隙宽度而使磁饱和防止用的间隙宽度较窄。
在本发明中，切断环状的磁芯主体12来形成磁芯片20、23。磁芯主体12能够由磁性材料构成，能够例示将磁性材料的薄板卷绕并退火后的卷磁芯、将环状的磁性材料的薄板层叠后的层叠磁芯、将磁性材料粉末压粉成形后的压粉磁芯（dust core）。本发明能够在切断磁芯主体12时在不更改的情况下维持磁芯片20、23彼此的配对，因此，对于在磁芯主体12中在卷开始和卷结束时卷绕数不同的卷磁芯或间隙26、28的形成位置从中央偏离的由非对称形状的磁芯片20、23构成的磁芯是特别优选的。
部分铸模30、40是电绝缘性的树脂，能够通过镶嵌成形（insert molding）等进行磁芯主体12形成。作为树脂，能够例示PPS（聚苯硫醚树脂）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂）。镶嵌成形能够通过使用例如具有与磁芯主体12和部分铸模30、40对应的凹陷的金属模来配置形成有第1间隙26的磁芯主体12并且使用各种射出成形机来使熔融状态的树脂塞入・硬化来进行。部分铸模30、40设置为将磁芯主体12的一部分即磁芯主体12的外周部分地包覆。当将铸模形成于磁芯主体12的整体时，在镶嵌成形时向磁芯主体12施加应力，此外，在镶嵌成形后，由于磁芯主体12的材料与铸模的树脂的热膨胀系数的差而在磁芯主体12中产生应力，存在磁芯主体12的磁特性变得不稳定的可能性。另一方面，通过部分地施行部分铸模30、40，从而能够减少这些应力的产生，能够谋求磁芯主体12的磁特性的稳定化。
上述磁芯10能够按以下的要领来制作。首先，如图2所示那样，针对磁芯主体12，利用切割刀片等形成第1间隙26。实施第1间隙26直到沿径向完全切断磁芯主体12（第1间隙形成工序）。
接下来，关于磁芯主体12，如图3所示那样，使用第1部分铸模30将形成有第1间隙26的位置包覆（第1部分铸模形成工序），并且，使用第2部分铸模40将形成第2间隙28的位置包覆（第2部分铸模形成工序）。这些部分铸模形成工序可以同时进行，也可以先实施任一个。部分铸模30、40形成在磁芯主体12的相对的边，但是，也能够配合间隙26、28的形成位置而形成在相邻的边或相同的边。在间隙26、28的形成位置从磁芯主体12的中央偏离的情况下，只要在其对应的位置形成部分铸模30、40即可。
通过使用树脂连续地包覆第1间隙26和其切断面21、24的周面来进行第1部分铸模形成工序。树脂不仅挤入到磁芯主体12的周面还挤入到第1间隙26间，由此，关于磁芯主体12，第1间隙26被填补而成为环状形状。
接下来，在磁芯主体12中形成第2间隙28（第2间隙形成工序）。在形成有第2部分铸模40的位置利用切割刀片等将磁芯主体12沿径向完全切断，由此，形成第2间隙28。此时，第2部分铸模40如图1所示那样未完全切断，优选切剩余一部分，以使通过桥部43将以夹持第2间隙28的方式切断后的第2-1铸模构件41和第2-2铸模构件42连结。例如，在使切割刀片如由图1中箭头A示出那样沿磁芯主体12的径向挤入而形成第2间隙28的情况下，能够以在内径侧残留桥部43的方式进行切断。在从侧面侧进行切断的情况下，在另一个侧面侧切剩余桥部43。关于桥部43的切剩余厚度，需要根据树脂的种类来考虑，但是，在例如PPS的情况下优选确保1mm以上。再有，能够通过改变切割刀片的厚度来适当调整第2间隙28的宽度。
作为具体的实施方式，在磁芯主体12和部分铸模40的切断中使用的切割刀片的直径为约10cm~22.5cm的情况下，能够采用使磨具转速为2000rpm左右的湿式切断。此外，为了完全切断磁芯主体12并且切剩余桥部43，关于切断机，优选采用进行使磁芯主体12的高度和磨具的高度总是保持为固定的控制的、工作台移动自动切入式切断机。
如上述那样，在使用第1部分铸模30填补磁芯主体12的第1间隙26的状态下，在形成有第2部分铸模40的部分形成第2间隙28，由此，即使在磁芯主体12中形成有多个间隙26、28的情况下，磁芯片20、23也不会变得分散，从相同的磁芯主体12切断出的磁芯片20、23的配对不会崩坏。
由于在形成有第2部分铸模40的部分形成第2间隙28，所以能够使磁芯主体12的切屑难以残留在切断面21、24。特别是在磁芯主体12为卷磁芯的情况下，通过先形成第2部分铸模40，从而能够防止在第2间隙28的形成时在切断面21、24产生成为在电子部件中忌讳的导电性异物的金属毛刺或倒刺。
在本发明的磁芯10中，第1间隙26被第1部分铸模30填补而将磁芯片20、23连结，关于第2间隙28，通过桥部43将第2间隙28的间隔维持为固定，因此，也不需要间隙宽度的调整等。
关于得到的磁芯10，能够在中央插入母线并且在第2间隙28中配置磁检测元件来用作电流检测器。能够为了调整磁饱和而使用未配置磁检测元件的第1间隙26。当然，在第1间隙26中预先配置磁检测元件之后形成第1部分铸模30，由此，也能够在两个间隙26、28中配置磁检测元件。在该情况下，使一个为高电流用的磁检测元件并且使另一个为低电流用的磁检测元件，由此，存在以下优点：能够代替能够进行从低电流到高电流宽的范围的磁检测的昂贵的磁检测元件而采用检测范围比较窄的便宜的磁检测元件。此外，也能够在各间隙26、28中采用相同或同等的磁检测元件。由此，在故障发生时切换磁检测元件。即，能够谋求电流检测器的冗余化。此外，通过采取来自两个磁检测元件的输出的平均，从而也能够提高检测精度。
再有，由于在磁芯10的使用温度（例如-40℃~130℃）下部分铸模30、40的树脂线膨胀，所以存在间隙26、28的间隔发生宽窄变化的可能性。在该情况下，只要例如如图4所示那样在形成第1间隙26之后插入与间隙宽度对应的非磁性的间隔物50（间隔物插入工序）并且以覆盖间隔物50的方式形成第1部分铸模30即可。关于间隔物50，优选使用热膨胀系数低的材料。
此外，在这样的情况下，优选将线膨胀系数与磁芯主体12的材料接近的树脂用于部分铸模30、40。例如，在磁芯主体12采用线膨胀系数为约1.17~1.2×10-5/℃的硅钢板的情况下，能够将线膨胀系数为约1.7~2.5×10-5/℃的PPS采用为部分铸模30、40的树脂。
根据本发明的磁芯10，在形成多个间隙26、28时，先形成第1间隙26来施行第1部分铸模30，此外，在施行了第2部分铸模40的位置形成第2间隙28，由此，磁芯片20、23的配对不会变得分散。因此，本发明的磁芯10对于卷磁芯是特别优选的，通过将本发明应用于卷磁芯，从而能够使根据电磁钢板的卷数或卷强度的磁芯片20、23的切断面21、24的面积大致相同，进而，如果是从相同的磁芯主体12切断出的磁芯片20、23，则即使存在磁芯的卷绕、退火、漆浸渍（varnish impregnation）等工序中的残留应力，由于其恢复力造成的切断后的磁芯片20、23的拉开也大致相同，因此，在使磁芯片20、23经由间隙26、28面对面时，切断面21、24优选相对。因此，能够抑制将切断面的面积的不一致或偏离作为原因的磁导率的降低，抑制磁特性或磁饱和特性的偏差，进而，能够抑制向直线性或错误率的影响。此外，桥部43还具备母线与磁芯主体12的绝缘效果。此外，针对由于间隙26、28的形成位置而为非对称形状的磁芯片20、23也能够维持配对，因此，能够减少安装错误等。
在上述实施方式中，在第2部分铸模40中切剩余桥部43而形成了第2间隙28，但是，也可以如图5所示那样在第2部分铸模40中以不切剩余桥部而完全切断的方式形成第2间隙28。在该情况下，第2部分铸模40分离，但是，磁芯片20、23通过第1部分铸模30连结，因此，能够维持磁芯片20、23的配对。
上述说明用于说明本发明，并且，不应该理解为限定权利要求书所记载的发明或限制缩小范围。此外，本发明的各部结构不限于上述实施例，当然能够在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，间隙26、28的宽度相同，但是，也可以使这些宽度不同。此外，关于部分铸模30、40，只要设置在至少间隙26、28的形成位置即可，也能够追加地在电流检测器的壳体等中施行用于定位的部分铸模。
附图标记的说明
10 磁芯
12 磁芯主体
20 磁芯片
23 磁芯片
26 第1间隙
28 第2间隙
30 第1部分铸模
40 第2部分铸模
43 桥部
50 间隔物。

Claims (9)

1.一种电流检测器用的磁芯，其特征在于，具备：
将环状的磁芯主体沿径向在2处切断而形成的一对磁芯片，所述磁芯片被配置为切断面彼此以保持第1间隙和第2间隙的方式相对；
使用树脂将周面连续地包覆后的第1部分铸模，所述周面包括以夹持所述第1间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面和所述第1间隙；以及
使用树脂将以夹持所述第2间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面的周面部分地包覆后的第2部分铸模，所述第2部分铸模包括将以夹持所述第2间隙的方式相对的所述磁芯片的所述切断面的一个的周面包覆的第2-1铸模构件、和将另一个所述磁芯片的所述切断面的周面包覆的第2-2铸模构件。
2.根据权利要求1所述的电流检测器用的磁芯，其中，
所述第2-1铸模构件和所述第2-2铸模构件通过由所述树脂形成的桥部连结。
3.根据权利要求2所述的电流检测器用的磁芯，其中，
在与所述第2间隙相比内周侧形成所述桥部。
4.根据权利要求1所述的电流检测器用的磁芯，其中，
所述第2-1铸模构件与所述第2-2铸模构件分离。
5.根据权利要求1所述的电流检测器用的磁芯，其中，
在所述第1间隙中插入非磁性的间隔物。
6.一种电流检测器，其中，在根据权利要求1至权利要求5的任一项所述的电流检测器用的磁芯的所述第2间隙中配置磁检测元件并且在所述磁芯主体的中央插入母线而成。
7.一种电流检测器用的磁芯的制造方法，所述制造方法是制造电流检测器用的磁芯的方法，其特征在于，包括：
准备环状的磁芯主体的工序；
将所述磁芯主体沿径向切断而在所述磁芯主体中形成切断面相对的第1间隙的第1间隙形成工序；
使用树脂将周面连续地包覆的第1部分铸模形成工序，所述周面包括以夹持所述第1间隙的方式相对的所述磁芯主体的所述切断面和所述第1间隙；
在与所述第1部分铸模不同的位置使用树脂将所述磁芯主体部分地包覆来形成第2部分铸模的第2部分铸模形成工序；以及
在形成有所述第2部分铸模的位置将所述第2部分铸模和所述磁芯主体沿径向切断而在所述磁芯主体中形成第2间隙的第2间隙形成工序。
8.根据权利要求7所述的电流检测器用的磁芯的制造方法，其中，
所述第2间隙形成工序被实施为不切断所述第2部分铸模的一部分而切剩余通过所述树脂连结后的桥部。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的电流检测器用的磁芯的制造方法，其中，
在所述第1间隙形成工序之后、所述第1部分铸模形成工序之前包括将非磁性的间隔物插入到所述第1间隙中的间隔物插入工序。
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