CN112924738A

CN112924738A - 电流传感器

Info

Publication number: CN112924738A
Application number: CN202011394307.6A
Authority: CN
Inventors: 罗永辉; 上正史; 平林润
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-06-08
Also published as: US20210172982A1; EP3832322A1; JP2021089247A; JP7347177B2; US11402412B2

Abstract

本发明提供一种测量误差小的电流传感器。电流传感器(1)具备：母线(10)，其包含：同轴配置的筒状结构部(11、12)，以及配置在被筒状结构部(11、12)包围的中空区域(10a)中的感测部(13)；以及磁传感器(20)，配置在中空区域(10a)中，检测由测量对象电流(I)中的、流过感测部(13)的电流分量生成的磁场。母线(10)构成为使测量对象电流(I)中的、沿+z方向流过筒状结构部(11)的电流分量中的至少一部分沿‑z方向流过筒状结构部(12)。由此，因为从母线(10)辐射到外部的磁场的大部分被抵消，所以减小了母线(10)的电感。

Description

电流传感器

技术领域

本发明涉及一种电流传感器，尤其涉及一种使用磁传感器的电流传感器。

背景技术

作为使用磁传感器的电流传感器，已知有专利文献1、2中公开的电流传感器。专利文献1中公开的电流传感器公开了以下结构：在母线(busbar)中设置有沿一个方向流动有测量对象电流的电流路径与沿相反方向流动有测量对象电流的电流路径，并且在它们之间配置有磁传感器。另外，在专利文献2中公开了一种电流传感器，母线被分成两部分，并且磁传感器被分配给各电流路径。

然而，在专利文献1中所公开的电流传感器存在以下问题：因为从一个方向的电流路径产生的磁场与从另一方向的电流路径产生的磁场相互增强，所以当测量对象电流的电流量很大时，磁传感器饱和。另外，在专利文献2中公开的电流传感器，因为母线被分成为两部分，所以将施加到各磁传感器的磁场的强度抑制为1/2。但是，即使在这种情况下，在测量对象电流的电流量非常大的情况下，磁传感器容易饱和。

相对于此，专利文献3中公开的电流传感器具有如下结构：母线被分支成感测部和旁路部，同时分流比设计为流过感测部的电流量小于流过旁路部的电流量。由此，因为抑制了从感测部产生的磁场的强度，所以即使在测量对象电流的电流量非常大的情况下，也可以防止磁传感器的饱和。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5971398号公报

专利文献2：国际公开第2017/018306号手册

专利文献3：日本专利第6471826号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，当旁路部的电感很大时，磁传感器对测量对象电流的变化的响应性恶化，特别是在测量对象电流在短时间内以脉冲状变化的情况下，存在测量误差变大的问题。

因此，本发明的目的在于：在具有母线被分支为感测部和旁路部的结构的电流传感器中，通过减小旁路部的电感来抑制测量误差。

用于解决技术问题的技术手段

根据本发明的电流传感器，其特征在于，具备：母线，其包含同轴配置的第一筒状结构部和第二筒状结构部、配置在被第一筒状结构部和第二筒状结构部包围的中空区域中的感测部，并且构成为：测量对象电流分流至第一筒状结构部和感测部，并且测量对象电流中的、沿一个方向流过第一筒状结构部的电流分量的至少一部分沿相反方向流过第二筒状部；以及磁传感器，配置在中空区域中，检测由测量对象电流中的、流过感测部的电流分量产生的磁场。

根据本发明，因为彼此相反方向的电流流过第一筒状结构部和第二筒状结构部，所以消除了从母线向外部辐射的磁场的大部分。由此，因为大幅度地减小了母线的电感，所以可以提高磁传感器对测量对象电流的变化的响应性。另一方面，在被第一筒状结构部和第二筒状结构部包围的中空区域中形成零磁场的区域。并且，因为感测部和磁传感器配置在该中空区域中，所以即使流过母线的电流是大电流，磁传感器也不会饱和，可以准确地测量。

在本发明中，第二筒状结构部可以配置在第一筒状结构部的外侧，以使第二筒状结构部从径向方向覆盖第一筒状结构部。由此，第一筒状结构部和感测部的连接变得容易。

在本发明中，感测部的轴向方向上的一端连接到第一筒状结构部，而不连接到第二筒状结构部，感测部的轴向方向上的另一端共同地连接到第一筒状结构部和第二筒状结构部。由此，通过简单的结构，可以使彼此相反方向的电流流过第一筒状结构部和第二筒状结构部。

在本发明中，第一筒状结构部和第二筒状结构部可以构成为可拆卸。由此，母线的制造变得容易。

发明的效果

如上所述，根据本发明，在具有母线被分支为感测部和旁路部的结构的电流传感器中，可以抑制测量误差。

附图说明

图1是示出根据本发明一个实施方式的电流传感器1的外观的大致立体图。

图2是示出根据本发明一个实施方式的电流传感器1的外观的大致立体图。

图3是电流传感器1的切割模型(cut model)。

图4是电流传感器1的xz截面图。

图5是感测部13的局部平面图。

图6是沿图5所示的A-A线截取的大致截面图。

图7是根据变形例的感测部13的局部平面图。

图8是沿图7所示的B-B线截取的大致截面图。

图9是根据变形例的母线10A的大致分解立体图。

图10是示出组装根据变形例的母线10A的状态的大致立体图。

符号说明

1 电流传感器

10、10A 母线

10a 中空区域

11 第一筒状结构部

12 第二筒状结构部

13 感测部

13a 缝隙

13b 狭窄部

14、15 板状部

17、19 绝缘膜

19A 绝缘环

20 磁传感器

31、32 配线图形

I 测量对象电流

磁场

具体实施方式

在下文中，参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细地说明。

图1和图2是示出根据本发明一个实施方式的电流传感器1的外观的大致立体图。另外，图3是电流传感器1的切割模型，图4是电流传感器1的xz截面图。

如图1至图4所示，根据本实施方式的电流传感器1具备流有测量对象电流I的母线10和磁传感器20。母线10由铜或铝等良导体制成，包含：具有二层结构的筒状结构部11、12，以及配置在被筒状结构部11、12包围的中空区域10a中的感测部13。筒状结构部11和12经由绝缘膜19而同轴地配置，以使筒状结构部11位于内侧，筒状结构部12位于外侧。换言之，以从径向方向覆盖筒状结构部11的方式，经由绝缘膜19将筒状结构部12配置在筒状结构部11的外侧。筒状结构部11的z方向上的一端被作为母线10的一部分的板状部14封闭。筒状结构部11、12的z方向上的另一端被作为母线10的一部分的板状部15封闭。感测部分13布置在中空区域10a中，以连接板状部分14和板状部分15。并且，感测部13布置在中空区域10a中，以连接板状部14和板状部15。由此，感测部13的轴向(z方向)上的一端连接至筒状结构部11，而未连接至筒状结构部12，感测部13的轴向方向上的另一端共同地连接到筒状结构部11、12。

如图4所示，当测量对象电流I流过母线10时，测量对象电流I的一部分沿+z方向流过筒状结构部11，测量对象电流I的其余部分沿+z方向流过感测部13。在本实施方式中，筒状结构部11的横截面面积远大于感测部13的横截面面积，由此，流过母线10的测量对象电流I的大部分流过筒状结构部11。流过筒状结构部11和感测部13的电流在板状部15处合流后，沿-z方向流过筒状结构部12。即，流过筒状结构部11和筒状结构部12的电流的方向彼此相反。

图5是感测部13的局部平面图，图6是沿图5所示的A-A线截取的大致截面图。

如图5和图6所示，在感测部13中，设置有沿x方向延伸的缝隙13a，磁传感器20安装为与缝隙13a重叠。磁传感器20的种类没有特别限定，可以使用霍尔元件或者磁阻元件等。另外，在感测部13中，经由绝缘膜17设置有配线图形31、32，并且这些配线图形31、32均连接到磁传感器20。作为一个示例，配线图形31是用于信号的配线，并且配线图形32是用于电源的配线。经由配线图形31，将磁传感器20的输出信号引出至外部。

感测部13在x方向上的宽度在设置有缝隙13a的部分处变窄，并且由流过该狭窄部13b的电流产生的磁场被施加到磁传感器20。即，当测量对象电流I的一部分沿z方向流过狭窄部13b时，在狭窄部13b的周围，根据右手螺旋定则，产生磁场

因为磁场

相对于磁传感器20具有y方向的分量，所以如果将磁传感器20的磁敏方向设定为沿y方向，则可以检测磁场

的强度。将通过检测磁场

而获得的信号经由配线图形31引出至外部。在此，可以通过狭窄部13b在x方向上的宽度，来调整测量对象电流I中的、流过缝隙13a的比例。

图7是根据变形例的感测部13的局部平面图，图8是沿图7所示的B-B线截取的大致截面图。

在图7和图8所示的示例中，与图5和图6所示的示例不同，感测部13中没有设置缝隙。在这种情况下，当测量对象电流I的一部分沿z方向流过感测部13时，在感测部13的周围，根据右手螺旋定则产生磁场

因为磁场

相对于磁传感器20具有x方向分量，所以如果将磁传感器20的磁敏方向设定为沿x方向，则可以检测磁场

的强度。

在本实施方式中，筒状结构部11的内径和外径为近似正圆，其壁厚在周向方向上也基本恒定。因此，流过筒状结构部11的、+z方向的电流的电流密度在周向上基本均等。因此，在被筒状结构部11包围的中空区域10a中，由流过筒状结构部11的电流产生的磁场几乎被完全抵消。即，中空区域10a是基本不存在因流过筒状结构部11的电流引起的磁场的零磁场区域。并且，在根据本实施方式的电流传感器1中，因为感测部13和磁传感器20配置在这样的中空区域10a内，所以施加到磁传感器20的磁场实际上只是因流过感测部13的电流引起的磁场。由此，磁传感器20可以选择性地检测由流过感测部13的电流产生的磁场。

并且，在本实施方式中，因为同轴地配置筒状结构部11、12，流过筒状结构部11的电流的方向与流过筒状结构部12的电流的方向彼此相反，所以从筒状结构部11产生的磁场与从筒状结构部12产生的磁场抵消，辐射到外部的磁场的大部分被消除。因此，母线10的电感变得非常小。特别地，如果流过筒状结构部11的电流量与流过筒状结构部12的电流量相同，则理论上，成为仅在绝缘膜19的内部存在磁场的状态。然而，在本实施方式中，因为流过筒状结构部11的电流和流过感测部13的电流之和流过筒状结构部12，所以流过筒状结构部11的电流量和流过筒状结构部12的电流量不一致。然而，通过减小流过感测部13的电流分量，可以减小辐射到外部的磁场。

在此，在将筒状结构部11的直径设定为A，筒状结构部12的直径设定B，并且将筒状结构部11、12在z方向上的长度设定C的情况下，筒状结构部11、12的电感L被赋予：

L＝(μ₀C/2π)1n(B/A)。

在此，μ0是空气的磁导率。

因此，如果筒状结构部11的直径A与筒状结构部12的直径B之差很小，则电感L变为非常小的值。由此，因为提高了磁传感器20对测量对象电流I的变化的响应性，所以即使在测量对象电流以μsec量级脉冲状变化时，也可以抑制测量误差。

另外，如本实施方式那样，在筒状结构部是一层结构而不是二层结构的情况下，因为磁场从中空区域10a的z方向上的端部侵入，所以为了将磁传感器20可靠地配置在零磁场区域内，需要延长筒状结构部在z方向上的长度。相对于此，在本实施方式中，因为筒状结构部是二层结构，并且辐射到外部的磁场非常小，所以从中空区域10a的z方向上的端部侵入的磁场很小。由此，因为中空区域10a的大部分是零磁场区域，所以可以缩短筒状结构部11、12在z方向上的长度。如果缩短筒状结构11、12在z方向上的长度，则不仅使电流传感器1小型化，而且进一步减小筒状结构11、12的电感。

另外，上述母线10的筒状结构部11和筒状结构部12构成单一的部件，但是在本发明中这一点不是必须的，两者可以是分别的部件。例如，如图9所示的母线10A那样，通过将筒状结构部11和筒状结构部12设定为分别的部件，经由筒状绝缘环19A将筒状结构部11插入于筒状结构部12，可以如图10所示的那样一体化。如上所述，如果筒状结构部11和筒状结构部12是可拆卸的，则母线10A的制造变得容易。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变更，不用说，这些也包含于本发明的范围内。

例如，在上述实施方式中，使测量对象电流I分流到内侧的筒状结构部11和感测部13，并且使流过筒状结构部11和感测部13的电流合流至外侧的筒状结构部12，反之，可以使测量对象电流I分流到外侧的筒状结构部12和感测部分13，并且使流过筒状结构部12和感测部分13的电流合流至内侧的筒状结构部11。

另外，在上述实施方式中，流过筒状结构部11和感测部13的所有电流均流过筒状结构部12，但在本发明中这一点不是必须的，可以使流过筒状结构部11和感测部13的电流的一部分流过筒状结构部12。

Claims

1.一种电流传感器，其特征在于，

具备：

母线，包含同轴配置的第一筒状结构部和第二筒状结构部、配置在被所述第一筒状结构部和第二筒状结构部包围的中空区域中的感测部，并且构成为：测量对象电流分流至所述第一筒状结构部和所述感测部，并且测量对象电流中的、沿一个方向流过所述第一筒状结构部的电流分量的至少一部分沿相反方向流过所述第二筒状部；以及

磁传感器，配置在所述中空区域中。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，

所述第二筒状结构部配置在所述第一筒状结构部的外侧。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，

所述感测部的轴向方向上的一端连接到所述第一筒状结构部，而不连接到所述第二筒状结构部，

所述感测部的轴向方向的另一端共同地连接到所述第一筒状结构部和所述第二筒状结构部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，

所述第一筒状结构部和所述第二筒状结构部以可拆卸的方式构成。