具有磁芯的电流传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有磁芯的电流传感器，其具有环形磁芯，所述磁芯包围主导体(2)，所述主导体(2)具有将要被测量的电流，所述磁芯具有一个空气隙，所述空气隙包含用于测量所述磁芯的电磁感应的传感器元件，其中所述空气隙的横截面积大于所述磁芯的横截面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有环形磁芯的电流传感器，所述磁芯包围具有将要被测量的电流的主导体，并且所述磁芯具有包含传感器元件的空气隙，所述传感器元件用于测量所述磁芯的电磁感应。
技术介绍
本专利技术尤其涉及能够测量交流(AC)和直流(DC)电流的开环和闭环两种类型的电流传感器。这些传感器的特征在于具有软磁环形磁芯，其包围具有将要被测量的电流的主 导体。所述磁芯通常由带绕的金属磁带、堆叠的磁钢片或大块铁氧体构成。所述磁芯还具有沿所述磁芯的周向排布的空气隙。图I以简图方式示出了这种根据已知现有技术的配置。环形是指除所述空气隙(假设很小)之外，所述磁芯具有周向上几乎封闭的外形。该意义上的环形可以为例如圆形、卵形或矩形。这里将所述空气隙的方向定义为所述空气隙中磁场的主方向。所述空气隙的横截面积与所述磁芯的横截面积相同。所述空气隙包含用于测量所述磁芯的电磁感应的传感器元件，所述传感器元件可以为霍尔传感器(Hall-sensor)、基于集成电路的霍尔传感器、磁阻传感器或磁选通(fluxgate)传感器。现有技术中已知的电流传感器应用运用了平面形状的空气隙以及平面形状的传感器元件。根据补偿原理操作的电流传感器通常也被称为闭环电流传感器。如果所述电流传感器为闭环类型，则所述磁芯设置有承载补偿电流的次级绕组。补偿电流的目的是为了抵消主电流所产生的磁通密度，以确保AC和DC的几乎零磁通操作。为此，位于所述空气隙中的磁通传感器元件将检测该电路中所感应出的任意磁通量，并且将产生与之成比例的信号。该信号由被称为升压电路的将通过次级绕组产生电流的某一电子功率级放大。因此，次级电流与主电流相对，建立了负反馈，并且将补偿其对磁路的影响。开环尤其是闭环电流传感器可以相当精确，但是，在具有其他导体和电流的多相系统中，磁串扰可能对所述传感器的精确性产生影响。这主要是由于所述空气隙的影响，其由于所述磁芯的电磁感应而产生杂散磁场，同时使得所述电流传感器易受外部磁场的损坏。可以通过减小所述空气隙的磁阻来减小磁串扰灵敏度，所述磁阻与所述空气隙的方向上的长度和所述空气隙的横截面积之比成比例。据目前已知的电流传感器的设计技术水平，磁阻的减小限于磁芯仅具有很小的磁芯横截面积的情况，这是因为所述空气隙的长度不能被减小为低于所述磁通传感器元件的最小厚度，并且所述传感器要求特定的最小横向尺寸，这意味着所述磁通传感器元件可能没有被所述磁芯充分屏蔽，甚至将从所述空气隙突出而暴露于外部杂散场的干扰。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的问题是提供一种在开环和闭环配置中磁串扰灵敏度均减小的电流传感器，尽管磁芯的横截面积仍受到潜在限制。根据本专利技术，该问题由具有权利要求I的特征的电流传感器解决。因此，根据本专利技术，所述空气隙的横截面积大于所述磁芯的横截面积。所述空气隙的横截面积是指垂直于所述空气隙的方向的横截面的面积，其中所述空气隙的方向被定义为所述空气隙中磁场的主方向。所述磁芯的横截面积是指所述磁芯的垂直于所述磁芯的周向的横截面的面积。根据本专利技术的电流传感器设计的有益效果在于，不需要过大地增大所述磁芯的横 截面积，而所述空气隙的磁阻被尽可能地减小。因此，根据本专利技术的电流传感器设计具有减小的空气隙磁阻，其中不需要考虑由于磁传感器元件的厚度以及磁芯的大小和形状所引起的任意限制。根据本专利技术的优选实施例，所述空气隙的方向朝向所述环形磁芯的轴向。该轴向为垂直于所述环形磁芯所在平面的方向。根据另一优选实施例，所述磁芯具有至少一个重叠区，其中当所述磁芯被装配成其环形形式时，第一和第二端片重叠形成重叠区，所述重叠区形成所述空气隙，所述空气隙被配置为包含所述传感器元件。所述重叠区的横截面可以被制成为大于所述磁芯的横截面，其中形成在所述重叠区中的所述空气隙的横截面也将大于所述磁芯的横截面。根据另一优选实施例，所述磁芯由第一和第二部分构成，装配时，所述第一和第二部分形成所述环形磁芯，并且所述第一和第二部分在第一和第二重叠区以第一和第二重叠面积重叠，其中所述第一重叠区形成被配置为包含所述传感器元件的所述空气隙，并且所述第二重叠区在所述第一和第二部分之间提供直接接触。所述磁芯可以为圆形、卵形或矩形。在优选实施例中，所述磁芯由至少两部分堆叠的由一片或几片磁性材料制成的磁芯构成，堆叠的磁芯形成包围所述主导体的环，并且其在所述磁芯的两个平面区内重叠。根据另一优选实施例，所述第一和第二重叠区形成第一和第二空气隙，所述第一空气隙被配置为空气隙来包含所述传感器元件，所述第二空气隙填充有软磁间隔装置，用于磁短路所述第二空气隙。因此，所述重叠之一形成一个窄空气隙，其包含所述传感器元件。另一个重叠使两个表面之间进行良好的磁接触，而不有意形成空气隙。根据另一优选实施例，所述间隔装置由非磁性间隔材料或第二磁通传感器制成。根据另一优选实施例，所述第二重叠区中的重叠面积大于所述第一重叠区中的重叠面积。因此，通过使用不对称的部分，可以使第二重叠区中的重叠大于所述空气隙处的重叠，以改善磁通转换。根据本专利技术的传感器配置的优点在于，所述空气隙的横截面大于所述磁芯的横截面，并且足够大来对所述传感器元件进行良好的覆盖和屏蔽。为了在制造期间同时在所述第一和第二磁芯部分之间形成有空气隙的和无空气隙的平面重叠，所述磁芯部分中的至少一个可以设置有金属片的平面外弯曲，所述金属片形成堆叠磁芯。该弯曲可以仅限于所述磁芯的很小的区域，或者可以均匀地分布在其外围的整个长度，以例如使得机械扭曲的面积或水平最小，或者将所述磁芯的主要部分保持在相同平面内。但是，任意中间情况的弯曲分布也是可行的。构成堆叠磁芯的金属片可以在单次冲压弯曲处理中从大的成卷的片突出。优选地，其在机械处理之后经历退火处理，以恢复最佳的软磁性能。然后，可以通过机械夹紧、铆接、树脂填充、模制、捆缚、或罩在塑料外壳中来固定装配的磁芯。所述传感器元件可以装在所述空气隙中，其连接针脚指向径向、周向或轴向，以满足应用的具体要求。这些具体要求例如可以来自次级绕组的形成过程或者来自所述磁芯在外壳中或在印刷电路板(PCB)上的安装。在另一个实施例中，可以从堆叠的、带绕或大块例如铁氧体材料突出的两个或更多个磁芯部分为平面状，即不弯曲。它们彼此叠在一起安装，并具有两个重叠区，一个重叠 区形成一个空气隙，而另一个重叠区直接接触。这通过使一个磁芯部分关于另一个磁芯部分倾斜而实现，从而产生两个端面不完全平行的空气隙和接触。为了使倾斜度保持较小，该方法优选地使用伸长的磁芯，其中所述重叠区在所述磁芯的短边侧。在另一个实施例中，所述平面状的磁芯部分以平行方向彼此叠在一起安装，以使得在重叠区中形成相等的空气隙。所述第二空气隙可以填充有第二传感器、非磁性间隔物或软磁材料，其将对所述空气隙进行磁短路。在两种配置中，所述重叠的横截面均大于所述磁芯的横截面。在另一个优选实施例中，所述环形磁芯具有无空气隙的第一部分磁芯和有空气隙的第二部分磁芯，所述空气隙朝向所述磁芯的轴向，并且包含用于测量所述磁芯的电磁感应的传感器元件，其中所述空气隙的横截面积大于所述第二部分磁芯的横截面积，第一和第二部分磁芯彼此叠在一起放置，并且形成可以设置有公共次级绕组的组合磁芯。在另一个优选实施例中，所述第一部分磁芯还具有比所述第二部分磁芯大的高度，并且可以由高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流传感器，具有环形磁芯(1)，所述磁芯(1)包围主导体(2)，所述主导体(2)具有将要被测量的电流，所述磁芯(1)具有空气隙(3)，所述空气隙(3)包含用于测量所述磁芯(1)的电磁感应的传感器元件(7)，其中所述空气隙(3)的横截面积大于所述磁芯(1)的横截面积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·迪赛恩柯特尔，阿德里安·霍佐伊，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：