電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種閉環(huán)電流傳感器，包括磁路(4)、磁場(chǎng)檢測(cè)器(8)和補(bǔ)償線圈組件(6)，該補(bǔ)償線圈組件構(gòu)造為產(chǎn)生與由流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體(2)的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，該主導(dǎo)體延伸穿過磁路的中央開口。磁路包括第一分支(12)、第二分支(14)以及第一和第二端部分支(16a，16b)，該第一和第二端部分支將第一和第二分支相互連接，使得分支包圍可讓一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體延伸穿過的中央通道，第二分支包括接收器(22)，該接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收磁場(chǎng)檢測(cè)器的感測(cè)部的空腔(28)，第二分支包括兩個(gè)第二分支部(14a，14b)，兩個(gè)第二分支部分通過將磁路的相對(duì)端(31a，31b)放置在一起時(shí)所產(chǎn)生的界面而分隔開。
【專利說明】電流傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種閉環(huán)型電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及具有補(bǔ)償電路的閉環(huán)型電流傳感器，該補(bǔ)償電路具有用于抵消在磁路中感生的磁通的次級(jí)線圈。閉環(huán)電流傳感器廣泛地用于許多的電流及電壓測(cè)量應(yīng)用。在這種傳感器中，由于補(bǔ)償線圈(通常也稱為次級(jí)線圈)在反饋回路驅(qū)動(dòng)中以抵消由待測(cè)電流(一次電流)所感生的磁場(chǎng)，因此磁路中的磁通很低，其中通過磁場(chǎng)傳感器來拾取合成磁場(chǎng)，因此該磁場(chǎng)傳感器需要具有可對(duì)電流傳感器作出精確及快速響應(yīng)的高靈敏度。所述閉環(huán)電流傳感器可以采用包括霍爾效應(yīng)檢測(cè)器、拾取線圈或磁通門傳感器在內(nèi)的各種磁場(chǎng)傳感器。磁 場(chǎng)檢測(cè)器可以布置在磁路的氣隙中，或者布置在局部氣隙中、氣隙附近、或僅在磁路分支的附近或周圍。
[0003]考慮到某些磁場(chǎng)傳感器的靈敏度，為了降低外部磁場(chǎng)的影響，將磁場(chǎng)傳感器放置在磁芯內(nèi)或沿著內(nèi)圓周放置且與磁性線圈的外側(cè)(此處外部磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)傳感器具有較大影響)相對(duì)是有利的。例如，德國(guó)專利申請(qǐng)DE102005028572中披露了一種具有靈敏的磁場(chǎng)檢測(cè)器的閉環(huán)電流傳感器。在該公報(bào)中，電流傳感器具有由軟磁材料(即具有高磁導(dǎo)率的材料)的統(tǒng)一寬度的條帶制成的磁芯，其中該條帶折疊成可以鏡像對(duì)稱的方式組裝在一起的兩個(gè)相同部分。磁芯具有其間形成間隙的延伸部，在該間隙中放置有磁場(chǎng)磁通門傳感器。磁場(chǎng)檢測(cè)器的間隙由一對(duì)外臂和一對(duì)內(nèi)臂界定，該外對(duì)臂處于邊緣鄰接的關(guān)系，而由該內(nèi)對(duì)臂提供氣隙。磁路中的中斷、諸如在磁路的鄰接外臂之間的中斷具有可影響傳感器的測(cè)量精度及響應(yīng)的寄生氣隙效應(yīng)。鄰接邊緣之間的接觸程度的輕微變化、或者微小間隙的產(chǎn)生，可能對(duì)磁通線以及傳感器的測(cè)量精度產(chǎn)生重大影響。因此，上述公報(bào)中所述的傳感器對(duì)裝配精度及可重復(fù)性均極為敏感。磁芯由具有較低剛性的折疊條帶材料制成，并且在制造及裝配過程中需要小心處理。而且，布置在第一和第二對(duì)臂之間的間隙中的磁性磁通門傳感器也一定程度地暴露在來自開放側(cè)的外部磁場(chǎng)的影響中。
[0004]在EP2083277中，某些上述缺陷得以克服，但是還是期望能在提高傳感器的性能及可靠性的同時(shí)進(jìn)一步降低制造成本，性能及可靠性可包括如下方面，諸如測(cè)量精度、較大的測(cè)量操作范圍、對(duì)外部磁場(chǎng)干擾的敏感度降低、可重復(fù)性制造、基于時(shí)間及使用的穩(wěn)定性、以及堅(jiān)固性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種精確、可靠且造價(jià)低廉的電流傳感器。
[0006]優(yōu)選的是，提供一種對(duì)外部磁場(chǎng)影響具有良好抵抗性的閉環(huán)電流傳感器。
[0007]優(yōu)選的是，提供一種基于時(shí)間而堅(jiān)固且穩(wěn)定的閉環(huán)電流傳感器。
[0008]優(yōu)選的是，提供一種緊湊的閉環(huán)電流傳感器。
[0009]本發(fā)明的各個(gè)目的通過提供根據(jù)權(quán)利要求1、21和23所述的電流傳感器來實(shí)現(xiàn)。[0010]本文公開了一種閉環(huán)電流傳感器，其包括磁路、磁場(chǎng)檢測(cè)器以及補(bǔ)償線圈組件，所述補(bǔ)償線圈組件包括構(gòu)造為產(chǎn)生與由流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)的補(bǔ)償線圈，所述主導(dǎo)體延伸穿過所述磁路的中央開口，所述磁路包括第一分支、第二分支，以及第一和第二端部分支，所述第一和第二端部分支將所述第一和第二分支相互連接，使得所述分支可包圍所述主導(dǎo)體從中延伸穿過的中央通道。所述第二分支形成接收器，所述接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收所述磁場(chǎng)檢測(cè)器的感測(cè)部的空腔。
[0011]在本發(fā)明的第一方面中，所述第二分支包括兩個(gè)第二分支部，所述兩個(gè)部分通過將所述磁路的相對(duì)端放置在一起時(shí)所產(chǎn)生的界面而分隔開，其中至少一個(gè)所述第二分支部包括從所述至少一個(gè)第二分支部的壁部一體式延伸出的重疊延伸部，所述延伸部與另一第二分支部重疊并抵靠接觸。所述磁路一體式形成為單個(gè)部件。所述磁路可以優(yōu)選地由磁性條帶材料整體地切割而形成。
[0012]所述重疊延伸部具有的長(zhǎng)度可以優(yōu)選地至少大于所述包括有重疊壁部的接收部的整個(gè)長(zhǎng)度的80%。
[0013]所述第二分支部的端面可以優(yōu)選地由寬度(g)在0.1至Imm范圍內(nèi)的氣隙分隔開。
[0014]所述接收器可以優(yōu)選地包括由橫向延伸部形成的接收部，所述橫向延伸部在中央部分的兩側(cè)上進(jìn)行橫向延伸，并且在相對(duì)側(cè)上折合在一起而形成由縱向間隙分隔開的壁部，所述縱向間隙優(yōu)選地軸向延伸并布置在側(cè)壁部之間的中央。
[0015]在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述橫向延伸部包括位于內(nèi)角處的凹口或切口，其中所述橫向延伸部與中央縱向部分在所述內(nèi)角處接合，所述凹口或切口可減少局部變形應(yīng)力，并且改善所述磁路的磁特性。在一實(shí)施例中，所述端部分支在將所述第二分支部與所述端部分支相接合的角部處的寬度W2可以小于所述端部分支在與所述第一分支相接合的角部處的寬度W1。
[0016]所述磁路可以優(yōu)選地包括在將所述第一分支與端部分支相接合的角部處向內(nèi)突出的加固凹痕。
[0017]在本發(fā)明的第二方面中，所述傳感器包括具有支承體的一磁路及補(bǔ)償線圈支承件，所述支承體包括連接主體部和磁路支承延伸部，所述支承延伸部從所述連接主體部中軸向地延伸出，并且構(gòu)造為可將所述磁路的第二分支安裝并定位在該支承延伸部上。用于連接所述補(bǔ)償線圈組件的次級(jí)線圈的連接端子可以安裝在所述支承體中。所述支承延伸部可以優(yōu)選地在一側(cè)限定磁路支承表面并在相對(duì)側(cè)限定線圈繞軸引導(dǎo)表面，其中所述磁路的第二分支抵靠在所述支承表面上，所述線圈繞軸引導(dǎo)表面構(gòu)造為限定了允許所述線圈繞軸可圍繞所述第二分支和所述支承延伸部旋轉(zhuǎn)的定位表面。
[0018]所述支承延伸部可以優(yōu)選地包括位于所述支承延伸部的遠(yuǎn)離所述連接主體部的自由端上的凸脊，所述凸脊構(gòu)造為軸向地限定了所述磁路在所述支承體上的位置，所述連接主體部可以優(yōu)選地包括凹槽，所述凹槽構(gòu)造為在橫向及軸向上容納并定位所述磁路的端部分支中的一個(gè)端部分支。
[0019]定位元件可以優(yōu)選地設(shè)置在所述支承延伸部的自由端上，其構(gòu)造為在所述磁場(chǎng)檢測(cè)器中與互補(bǔ)式定位元件接合。
[0020]在本發(fā)明的第三方面中，所述傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)器包括支承體，所述支承體包括連接主體部和以軸向方向從所述連接主體部延伸的磁傳感器支承延伸部，所述磁傳感器支承延伸部包括位于其自由端上的緊固構(gòu)件，所述緊固構(gòu)件構(gòu)造為鎖定在所述磁路及補(bǔ)償線圈支承件的連接主體部上。所述緊固構(gòu)件可以優(yōu)選地是具有閂鎖突起的彈性懸臂式閂鎖臂的形式。
[0021]在本發(fā)明的第四方面中，所述傳感器的補(bǔ)償線圈組件包括纏繞在線圈繞軸周圍的線圈，所述線圈繞軸包括構(gòu)造為可圍繞所述磁路的第二分支裝配的至少兩個(gè)殼部，所述線圈繞軸包括圓筒形中央部分、處在所述中央部分的軸向端部處的連接端凸緣，以及處在所述中央部分的另一軸向端部處的齒輪凸緣，所述齒輪凸緣包括多個(gè)齒，所述多個(gè)齒構(gòu)造為在裝配所述電路傳感器的過程中與線圈繞線機(jī)的齒輪嚙合，從而在所述繞軸裝配在磁路上之后將線圈纏繞在所述繞軸上。所述兩個(gè)繞軸部分可以優(yōu)選地包括作為相互咬合式緊固器件或定位器件的形式的緊固元件，所述緊固元件允許所述繞軸部分圍繞所述磁路的第二分支部裝配到一起。
[0022]所述連接端凸緣可以優(yōu)選地包括在纏繞過程中用于容納金屬線的起始端的圓周狹槽，這是因?yàn)樵撈鹗级嗽诶p繞過程結(jié)束之后與銷連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的其他目的和有利方面將在權(quán)利要求、【具體實(shí)施方式】及附圖中變得更加直觀，在附圖中:
[0024]圖1a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器立體圖，其中殼體被移除；
[0025]圖1b是在移除主導(dǎo)體、補(bǔ)償線圈繞組和磁場(chǎng)檢測(cè)器的情況下的類似于圖1a的立體圖；
[0026]圖1c是在移除線圈繞組支承件的情況下的類似于圖1b的立體圖；
[0027]圖2a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器的磁路的立體圖；
[0028]圖2b是磁路的側(cè)視圖；
[0029]圖2c是沿圖2b中箭頭IIc方向的視圖；
[0030]圖2d和2e分別是經(jīng)過圖2b中的線IId-1Id和IIe-1Ie的剖視圖；
[0031]圖3是圖2a中成型的磁路在彎曲及形成之前的平面圖；
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器的磁路及補(bǔ)償線圈支承件的立體圖；
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器的補(bǔ)償線圈組件的線圈繞軸的分解立體圖；
[0034]圖6a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)器的立體圖；
[0035]圖6b是圖6a中的磁場(chǎng)檢測(cè)器的分解立體圖；和
[0036]圖7a到7f是示出了圖1a中所示的電流傳感器實(shí)施例在裝配過程中的各個(gè)步驟的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]參考附圖，特別是圖1a至lc，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量流經(jīng)主導(dǎo)體2的電流的電流傳感器I包括磁路4、磁場(chǎng)檢測(cè)器8，以及補(bǔ)償線圈組件6 (有時(shí)也稱為次級(jí)線圈或繞組組件)。補(bǔ)償線圈組件構(gòu)造為與信號(hào)處理電路(未示出)連接以產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與由流過主導(dǎo)體2的待測(cè)電流(有時(shí)也稱為一次電流)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反。根據(jù)有關(guān)閉環(huán)型電流傳感器的公知操作原理，通過磁場(chǎng)檢測(cè)器來產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償或次級(jí)線圈的反饋信號(hào)。
[0038]根據(jù)示例性實(shí)施例所示的磁路4包括第一分支12、第二分支14，以及第一和第二端部分支16a、16b，該第一和第二端部分支將間隔開且基本上平行的第一和第二支路12、14相互連接，由此使分支圍繞可讓主導(dǎo)體2延伸穿過的中央通道。由此，分支形成了具有較低磁阻的，其構(gòu)造為可傳導(dǎo)磁通并且聚集由流經(jīng)主導(dǎo)體的一次電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。磁路4優(yōu)選地形成為單個(gè)部件，特別由一塊具有所需磁特性的帶材或金屬板一體形成，最優(yōu)選地由一平板或帶狀磁性材料沖壓而形成。圖3中示出了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的磁路的展開形狀(即未經(jīng)折疊的平面形狀)，這種形狀例如從平板式磁性材料中裁剪下來，并彎曲和成形為圖2a至2e所示的最終形狀。
[0039]磁路的第二分支14形成了接收器22，該接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收磁場(chǎng)檢測(cè)器8的感測(cè)部的空腔28。第二分支14包括兩個(gè)部分，下文中稱為第二分支部14a、14b，這兩個(gè)部分由將單片磁路的相對(duì)端放置在一起時(shí)所引起的界面分隔開，由此該界面造成了循環(huán)在磁路中的磁力線干擾，并且此干擾由用于測(cè)量功能的磁場(chǎng)檢測(cè)器拾取。由第二分支部14a、14b之間的界面所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾由第二分支部14a、14b的各個(gè)正交端面31之間的特定尺寸的軸向間隙30 (及其他)來控制，該間隙具有可優(yōu)選地在0.1至0.9mm范圍內(nèi)的寬度g，該寬度g更優(yōu)選地是在0.2至0.7_范圍內(nèi)。該間隙提供了針對(duì)磁通的高阻抗，使得磁通流經(jīng)在分支部之間建立接觸的第二分支的重疊部224b。鑒于軸向間隙的阻抗相對(duì)于與分支部14b接觸的重疊部224b的阻抗要高很多，因此就軸向間隙的長(zhǎng)度g上的微小尺寸變化而言，該間隙對(duì)磁場(chǎng)的影響是極不易被察覺的。這使得在分支部之間建立了接觸的第二分支的重疊部能產(chǎn)生容易控制的磁場(chǎng)干擾，從而使得一些磁力線延伸到軸向空腔28中。
[0040]在一個(gè)示例性優(yōu)選實(shí)施例中，重疊接觸通過從第二分支部14b的壁部221b —體延伸出的延伸部224b形成，該延伸部224b布置在磁路的內(nèi)側(cè)，并且與第二分支部14a的壁部221a重疊并抵靠接觸。因此，很大一部分磁通將圍繞磁路并穿過重疊延伸部224b與壁部221a之間的接觸界面，并且可忽略的小部分磁通將通過磁阻抗相對(duì)高的間隙30，其影響是對(duì)通過布置在軸向空腔28中的磁場(chǎng)檢測(cè)器所檢測(cè)的磁通產(chǎn)生可控的干擾。延伸部224b具有的長(zhǎng)度可優(yōu)選地與包括有重疊壁部221a的接收器部分的整個(gè)長(zhǎng)度基本相等，或者至少大于其整個(gè)長(zhǎng)度的80%。
[0041]接收器22包括分別處在第二分支部14a、14b中的接收部22a、22b，每個(gè)接收部分別通過橫向延伸部24a、24b形成，該延伸部24a、24b在壁部221a、221b的兩側(cè)橫向延伸、環(huán)繞地轉(zhuǎn)動(dòng)成為側(cè)壁部222a、222b并在相對(duì)側(cè)上聚集在一起而形成由縱向間隙33分隔開的壁部223a、223b。與重疊延伸部224b和壁部221a之間的接觸界面相比，縱向間隙33也具有相對(duì)高的磁阻抗，因此對(duì)通過布置在軸向空腔28中的磁場(chǎng)檢測(cè)器所檢測(cè)的磁通具有較小的干擾效應(yīng)。鑒于縱向間隙33為軸向方向并且沿著第二分支14呈中心對(duì)稱，縱向間隙的磁場(chǎng)干擾效應(yīng)很容易控制。
[0042]上述構(gòu)造提供了這樣一種磁路4，即針對(duì)不期望的外部磁場(chǎng)效來說可給予良好屏蔽，并且同時(shí)其通過在制造及裝配方面均成本有益的結(jié)構(gòu)性構(gòu)造而在磁路的空腔28中提供精確、易控的磁場(chǎng)。特別地，可以很容易地形成磁路，即通過針對(duì)大批量生產(chǎn)的特別成本有益的方式由金屬板材沖壓而形成。重疊延伸部和軸向間隙提供了不易受制造公差影響的可控式磁場(chǎng)干擾，由此，在得以成本有益效地制造的同時(shí)提供精確且可靠的傳感器。
[0043]在一變型(未示出)中，形成重疊接觸的軸向延伸部可以布置在磁路的外側(cè)223a及223b上。在一變型中，每個(gè)接收部可通過橫向延伸部向內(nèi)朝著磁路的中央空腔彎曲的方式形成，由此可將使橫向延伸部分隔開的縱向間隙布置在磁路的內(nèi)側(cè)(與附圖所示的示例性實(shí)施例中示出的外側(cè)相反)。
[0044]橫向延伸部24a、24b可優(yōu)選地延伸自磁路的中央縱向部分23，并且包括位于內(nèi)角(橫向延伸部與中央部分在此處接合)處的凹口或切口 26，而且橫向延伸部24a、24b還允許接收部基本上沿著第二分支14的近乎整個(gè)長(zhǎng)度延伸，其中該凹口或切口 26通過減少變形應(yīng)力的方式而改善了材料的磁特性。如圖lc、2a和3中可見，與將第一分支12與端部分支16a、16b相接合的角部18處的磁路寬度Wl相比，角部凹口 26在與第二分支部14a、14b相接合的角部24處導(dǎo)致端部分支16a、16b的寬度W2的減小。角部18可優(yōu)選地設(shè)有可提高磁路的機(jī)械剛性和尺寸精度的加固凹痕20。凹痕20可優(yōu)選地形成在角部18內(nèi)，從角部18的外側(cè)朝著磁路的中心空腔向內(nèi)突出。
[0045]當(dāng)磁路完全裝配在傳感器內(nèi)時(shí)，重疊延伸部224b有效地壓在第二分支部14a的壁部221a上。這一壓合可以通過下文描述的補(bǔ)償繞組繞軸34、或者通過其他按壓或夾持器件進(jìn)行，諸如以電介質(zhì)帶材纏繞第二分支的方式的綁定。這確保了與由延伸部224b限定的界面部分上方的接觸是良好可控的。
[0046]參考圖1b和5，補(bǔ)償線圈組件6包括線纏繞在線圈繞軸34上的線圈32，該線圈繞軸34包括構(gòu)造為圍繞磁路的第二分支14裝配的至少兩個(gè)部分34a、34b。線圈繞軸優(yōu)選地由兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的部分制成，但也可以由三個(gè)或多個(gè)部分制成。如圖5最優(yōu)顯示的那樣，繞軸部34a、34b可以形成大致半圓柱形的殼部，該殼部可獨(dú)立地形成并且包括緊固元件46a、46b，該緊固元件46a、46b例如是以使繞軸部可圍繞磁路的第二分支部夾合在一起的相互接合的閂鎖或夾子的形式。在一變型中，繞軸部34a、34b可以一體地形成(例如通過澆注成型)，或通過柔性鉸鏈沿一個(gè)邊緣連接在一起，使得連接在一起的兩個(gè)殼部夾持在磁路分支的周圍。也可以使用可將繞軸部34a、34b裝配并保持在一起的其他構(gòu)造和機(jī)械器件。因此，在將傳感器的其他部件裝配于磁路中之前，線圈繞軸可優(yōu)選地圍繞磁路分支的周圍進(jìn)行裝配，從而能夠完整地形成磁路，或者線圈繞軸可優(yōu)選地由單個(gè)部件制成。
[0047]繞軸包括圓筒形中央部分35、位于一個(gè)軸向端部處的凸緣36 (下文中稱為連接端凸緣)，以及位于另一軸向端部處的凸緣38 (下文中稱為齒輪端凸緣)。凸緣36、38形成支承端壁，其限定了纏繞于圓筒形中央部分35上的線圈的長(zhǎng)度。圓筒形中央部分35是中空的，并具有圓柱形的軸向延伸的空腔48，該空腔48的尺寸設(shè)計(jì)為可貼身容納第二分支14和支承延伸部72 (將在下文描述)，但同時(shí)在補(bǔ)償線圈的纏繞過程中還允許繞軸圍繞磁路分支14旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。齒輪端凸緣38包括多個(gè)齒部40，其優(yōu)選地為凸緣的外側(cè)面(與鄰近線圈的內(nèi)側(cè)面相反)上的輪齒的形式，該輪齒構(gòu)造為在電流傳感器的裝配過程中與線圈繞線機(jī)(未示出)的齒輪嚙合，用于在繞軸裝配在磁路上之后將線圈纏繞在繞軸上。連接端凸緣36可優(yōu)選地包括圓周向槽42，其作為針對(duì)纏繞式金屬線的起始端的臨時(shí)金屬線存儲(chǔ)器件42。凸緣36的內(nèi)壁中的狹槽44用作金屬線出口，其允許線圈的起始端穿過狹槽44而提供到金屬線引導(dǎo)件中，圍繞金屬線引導(dǎo)件張緊，然后通過其他(已知的)器件連接或纏繞在磁路及補(bǔ)償線圈支承件10(將在下文描述)的端子84上。
[0048]特別參考圖1c和4，磁路及補(bǔ)償線圈支承件10包括支承體68，以及將線圈連接到信號(hào)處理電路(未示出)的連接端子84。支承體68包括安裝有端子84的連接主體部70，以及從連接主體部70軸向延伸的磁路支承延伸部72。支承體68可優(yōu)選地由單個(gè)部件、例如注射成型的塑料部件形成，其中重疊模制或插入了端子84。相對(duì)于軸向方向A(其對(duì)應(yīng)于磁路的第二分支14b的縱向方向)呈大致正交地布置的連接主體部70可優(yōu)選地包括凹槽78,該凹槽78構(gòu)造為在橫向和軸向上容納并定位磁路的端部分支中的一個(gè)端部分支16a,同時(shí)還與位于支承延伸部72遠(yuǎn)離連接主體部的自由端上的凸脊83相結(jié)合地來對(duì)磁路的軸向位置進(jìn)行限定。因此，連接主體部70和凸脊83也有助于限定和/或保證端面31a、31b之間的磁路氣隙30的可控長(zhǎng)度g。
[0049]支承延伸部72在一側(cè)限定了磁性支承表面80 (磁路的第二分支14抵靠該磁性支承表面80擱置)，并在相對(duì)側(cè)限定了繞軸引導(dǎo)表面82，該繞軸引導(dǎo)表面82彎曲以限定出允許繞軸可圍繞第二分支14和支承延伸部72旋轉(zhuǎn)的低摩擦定位表面。定位元件74 (例如以如圖所示的銷的形式)也可以設(shè)置在支承延伸部的自由端上，構(gòu)造為與磁場(chǎng)檢測(cè)器8中的互補(bǔ)式定位元件54(見圖6a)接合，這將在下文說明。連接主體部70還包括與磁場(chǎng)檢測(cè)器的互補(bǔ)式緊固構(gòu)件62配合的緊固構(gòu)件76，以便將磁場(chǎng)檢測(cè)器定位并固定在磁路及補(bǔ)償線圈支承件上。在所示示例中，連接主體部上的緊固構(gòu)件76為孔76的形式，其提供了用于使閂鎖臺(tái)肩66鎖定在由磁場(chǎng)檢測(cè)器8的自由端延伸出的彈性臂上的邊緣或臺(tái)肩。
[0050]在所示實(shí)施例中，磁場(chǎng)檢測(cè)器8是磁通門類型的，其功能原理是公知的?？梢圆捎闷渌拇艌?chǎng)探測(cè)器類型，例如磁阻式或霍爾效應(yīng)式。在根據(jù)本發(fā)明的電流傳感器中，鑒于磁通門式的磁場(chǎng)檢測(cè)器的高靈敏度和精度，磁通門式的磁場(chǎng)檢測(cè)器是特別優(yōu)選的。示例性的磁通門式磁場(chǎng)檢測(cè)器8包括勵(lì)磁線圈52和由無定形高磁導(dǎo)率磁性材料50制成的條帶或帶材，該條帶或帶材構(gòu)造為可在由纏繞在該磁性材料周圍的激勵(lì)及檢測(cè)線圈52所產(chǎn)生的變換磁場(chǎng)的作用下交替地飽和。磁場(chǎng)檢測(cè)器包括例如由澆注塑料材料制成的支承體56，其包括連接主體部58和以沿軸向方向從連接主體部延伸的支承延伸部60。磁性材料50放置并支承在延伸部60上，并且勵(lì)磁線圈52纏繞在該磁性材料50的周圍。延伸部60的一端與連接主體部58連接(例如彼此一體成型)，由此，端子84安裝在連接主體部58中，并且構(gòu)造為與勵(lì)磁線圈52的端部連接。例如，端子84可以是如下形式的銷，其具有通過各種已知的方式(例如卷繞式連接、焊料連接、焊接或其他已知的連接手段)與勵(lì)磁線圈的端部相連的連接柱54，而端子的另一端則構(gòu)造為與信號(hào)處理電路(未示出)連接，例如設(shè)有用于焊在電路板的導(dǎo)電焊盤上的表面安裝部。
[0051]在支承延伸部60的自由端處布置有上述緊固構(gòu)件62，其構(gòu)造為當(dāng)磁場(chǎng)檢測(cè)器裝配到傳感器的其他部件上時(shí)可鎖定到所述磁路及補(bǔ)償線圈支承件10的連接主體部70上。在裝配狀態(tài)下，該磁路及補(bǔ)償線圈支承件10的定位元件74接合在磁場(chǎng)檢測(cè)器的互補(bǔ)定位元件59中，其在本示例中是可與銷74形成互補(bǔ)的凹槽或空腔59。因此，磁場(chǎng)檢測(cè)器通過如下方式裝配于其他傳感器部件上:將支承延伸部60插入到磁路的軸向空腔28中，直到磁場(chǎng)檢測(cè)器的緊固構(gòu)件62與磁路及補(bǔ)償線圈支承件10的緊固構(gòu)件76相接合并且將兩個(gè)部件一起牢固地鎖定在裝配位置中。緊固構(gòu)件62可優(yōu)選地為具有錐形閂鎖突起64的彈性懸臂式閂鎖臂的形式，該錐形閂鎖突起64設(shè)有可與連接主體部70中的孔76的邊緣形成的互補(bǔ)式閂鎖臺(tái)肩相接合的閂鎖臺(tái)肩66。也可以設(shè)置其他閂鎖機(jī)構(gòu)。
[0052]參考圖7a至7f，其示出了一個(gè)實(shí)施例的裝配過程的步驟示例。在圖7a中所示的步驟中，將所形成的磁路4放置在磁路及補(bǔ)償線圈支承件10上。在圖7b所示的后續(xù)步驟中，將線圈繞軸34的繞軸部34a插入并穿過磁路的中心通道，并定位在第二分支14的上方，并且在圖7c所示的后續(xù)步驟中，從磁路的第二分支14的另一側(cè)將第二繞軸部34b裝配于第一繞軸部34a上，由此將繞軸部的相互咬合的夾子46a、46b (圖5中示出)鎖定在一起，從而使主體部牢固地保持在第二分支14及支承延伸部72的周圍。在后續(xù)步驟中，如前所述，通過與線圈繞軸的凸緣38上的輪齒40嚙合的帶齒工具來圍繞著磁路第二分支14而旋轉(zhuǎn)線圈繞軸，從而將形成補(bǔ)償線圈組件32的金屬線纏繞在線圈繞軸34的周圍。線圈的金屬線端部與所述磁路及補(bǔ)償線圈支承件10的端子84相連。在圖7e所示的步驟中，如上所述，通過將延伸部60(在圖6a中示出)插入到磁路空腔28中的方式來裝配磁場(chǎng)檢測(cè)器8。在圖7f所示的步驟中，將主導(dǎo)體2插入穿過位于第一分支12與補(bǔ)償線圈組件32之間的磁路中央空腔，主導(dǎo)體形成為圍繞補(bǔ)償線圈組件32的U形并且設(shè)有連接端3，該連接端3與補(bǔ)償線圈組件和磁場(chǎng)檢測(cè)器各自的端子84和54的信號(hào)處理電路連接端85和55布置在傳感器的同一側(cè)。主導(dǎo)體2可以預(yù)先裝配于傳感器中，由此形成傳感器的主要部分。主導(dǎo)體可包括延伸穿過磁路的單個(gè)導(dǎo)體或者一個(gè)或個(gè)主導(dǎo)體，或者如本領(lǐng)域所公知的那樣，主導(dǎo)體可包括圍繞磁路分支的一個(gè)或多個(gè)線匝。在一變型中，傳感器可以設(shè)有延伸穿過磁路的貫通通道，其中不屬于傳感器一部分的主導(dǎo)體可以通過該貫通通道而被插入。
[0053]附圖標(biāo)記列表
[0054]2主導(dǎo)體
[0055]3連接端
[0056]I電流傳感器
[0057]4磁路鐵芯
[0058]12第一分支
[0059]14第二分支
[0060]14a, 14b第二軸向分支部
[0061]22接收器
[0062]22a，22b 接收部
[0063]24a, 24b橫向延伸部
[0064]221a, 222a, 223a (接收部 22a 的)壁部
[0065]221b, 222b, 223b (接收部 22b 的)壁部
[0066]224b延伸部(與壁部221a重疊)
[0067]28軸向空腔
[0068]30軸向間隙
[0069]16a第一端部分支
[0070]16b第二端部分支
[0071]18角部(將第一分支與端部分支接合)
[0072]20 凹痕
[0073]24角部(將第二分支與端部分支接合)[0074]26切口
[0075]6補(bǔ)償線圈組件
[0076]32補(bǔ)償線圈
[0077]32a，32b 連接端部
[0078]34補(bǔ)償線圈(支承)繞軸
[0079]34a, 34b 繞軸部
[0080]35圓柱形中央部分
[0081]36凸緣(連接端)
[0082]42金屬線引導(dǎo)件
[0083]44金屬線入口
[0084]38凸緣(纏繞操作端)
[0085]40(齒輪)輪齒
[0086]46a，46b緊固元件(相互咬合的閂鎖/夾子) [0087]48圓柱形空腔
[0088]8磁場(chǎng)檢測(cè)器
[0089]50飽和磁性材料(非晶磁性材料的條帶/帶材)
[0090]52激勵(lì)及檢測(cè)線圈
[0091]54端子
[0092]55外部電路連接端
[0093]56支承體
[0094]58連接主體部
[0095]59定位元件(用于定位銷74的孔)
[0096]60磁性材料支承延伸部(軸向延伸部)
[0097]62緊固構(gòu)件(彈性閂鎖臂/夾臂)
[0098]64錐形突起
[0099]66閂鎖臺(tái)肩
[0100]10磁路及補(bǔ)償線圈支承件
[0101]68支承體
[0102]70連接主體部
[0103]76緊固構(gòu)件(用于閂鎖臂62的孔)
[0104]78(磁路)端部分支引導(dǎo)件/定位腔
[0105]72磁路支承延伸部(軸向延伸部)
[0106]83凸脊
[0107]74定位元件(用于孔59的銷)
[0108]80磁路支承表面
[0109]82繞軸(旋轉(zhuǎn))引導(dǎo)表面
[0110]84端子
[0111]85外部電路連接端
【權(quán)利要求】
1.一種閉環(huán)電流傳感器，包括磁路(4)、磁場(chǎng)檢測(cè)器(8)和補(bǔ)償線圈組件(6)，所述磁路具有低磁阻且構(gòu)造為可傳導(dǎo)磁通并聚集磁場(chǎng)，所述補(bǔ)償線圈組件構(gòu)造為產(chǎn)生與由流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體(2)的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，所述主導(dǎo)體延伸穿過所述磁路的中央開口，所述磁路包括第一分支(12)、第二分支(14)以及第一和第二端部分支(16a，16b)，所述第一和第二端部分支將所述第一和第二分支相互連接，使得所述分支包圍所述中央開口，所述第二分支包括接收器(22)，所述接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收所述磁場(chǎng)檢測(cè)器的感測(cè)部的空腔(28)，所述第二分支包括兩個(gè)第二分支部(14a，14b)，所述兩個(gè)第二分支部通過將所述磁路的相對(duì)端(31a，31b)放置在一起時(shí)所產(chǎn)生的界面而分隔開，其中，所述接收器包括分別設(shè)置在每個(gè)第二分支部(14a，14b)中的一個(gè)接收部(22a，22b)，每個(gè)接收部通過兩個(gè)橫向延伸部(24a，24b)形成，所述延伸部(24a，24b)在壁部(221a，221b)的兩側(cè)橫向地延伸、環(huán)繞式地形成為側(cè)壁部(222a，222b)并在相對(duì)側(cè)上聚集在一起而形成由縱向間隙(33)分隔開的壁部(223a，223b)，其中所述磁路一體形成為單個(gè)部件，并且所述第二分支部中的至少一個(gè)分支部(14b)包括從所述至少一個(gè)第二分支部(14b)的壁部(221b)中一體延伸出的重疊延伸部(224b)，所述重疊延伸部與另一第二分支部(14a)的壁部(221a)重疊并抵靠接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述磁路由磁性條帶材料一體式切割而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其中，所述第二分支部(14a，14b)的端面(31a，31b)由具有在0.1至Imm范圍內(nèi)的寬度(g)的氣隙分隔開。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述重疊延伸部布置在所述磁路的內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述橫向延伸部從所述磁路的中央縱向部分(23)延伸出，并且包括位于將所述橫向延伸部與所述中央縱向部分相接合的內(nèi)角處的凹口或切口(26)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述縱向間隙軸向地延伸，并且布置在所述側(cè)壁部之間的中央。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述重疊延伸部具有的長(zhǎng)度至少大于包括有所述重疊壁部(221a)的所述接收部的整個(gè)長(zhǎng)度的80%。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述端部分支(16a，16b)在將所述第二分支部(14a，14b)與所述端部分支相接合的角部(24)處的寬度W2小于所述端部分支(16a，16b)在與所述第一分支(12)相接合的角部(18)處的寬度W1。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述磁路包括位于將所述第一分支(12)與端部分支相接合的角部(18)處的加固凹痕(20)，所述加固凹痕從所述角部(18)的外側(cè)朝著所述磁路的中央開口向內(nèi)突出。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，還包括具有支承體(68)的磁路及補(bǔ)償線圈支承件(10)，所述支承體包括連接主體部(70)和磁路支承延伸部(72)，所述支承延伸部從所述連接主體部(70)軸向地延伸，并且構(gòu)造為用于將所述磁路的第二分支安裝并定位在所述支承延伸部上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中，用于連接所述補(bǔ)償線圈組件的補(bǔ)償線圈的連接端子(84)安裝在所述支承體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求中10或11所述的傳感器，其中，所述支承延伸部(72)包括在所述支承延伸部的遠(yuǎn)離所述連接主體部的自由端上的凸脊(83)，所述凸脊構(gòu)造為軸向地限定出所述磁路在所述支承體(68)上的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到11中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述連接主體部(70)包括凹槽(78)，所述凹槽構(gòu)造為在橫向和軸向上容納并定位所述磁路的端部分支中的一個(gè)端部分支(16a)ο
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述支承延伸部(72)在一側(cè)限定了磁性支承表面(80)并在相對(duì)側(cè)限定了線圈繞軸引導(dǎo)表面(82)，所述磁路的第二分支(14)抵靠所述磁性支承表面(80)擱置，所述線圈繞軸引導(dǎo)表面彎曲以限定出允許所述線圈繞軸圍繞所述第二分支(14)和所述支承延伸部(72)旋轉(zhuǎn)的低摩擦定位表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，定位元件(74)設(shè)置在所述支承延伸部的自由端上，其構(gòu)造為與所述磁場(chǎng)檢測(cè)器(8)中的互補(bǔ)式定位元件(54)接合。
16.根據(jù) 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述磁場(chǎng)檢測(cè)器包括支承體(56)，所述支承體包括連接主體部(58)和以軸向方向從所述連接主體部延伸的支承延伸部(60)，所述支承延伸部(60)包括在其自由端處的緊固構(gòu)件(62)，所述緊固構(gòu)件構(gòu)造為鎖定到所述磁路及補(bǔ)償線圈支承件(10)的連接主體部(70)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器，其中，所述緊固構(gòu)件是具有閂鎖突起(64)的彈性懸臂式閂鎖臂的形式。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中，所述補(bǔ)償線圈組件(6)包括纏繞在線圈繞軸(34)周圍的線圈(32)，所述線圈繞軸包括構(gòu)造為圍繞所述磁路的第二分支(14)裝配的至少兩個(gè)殼部(34a，34b)，所述線圈繞軸包括圓柱形中央部分(35)、位于所述中央部分的軸向端部處的連接端凸緣(36)，以及位于所述中央部分的另一軸向端部處的齒輪凸緣(38)，所述齒輪凸緣包括多個(gè)齒(40)，所述多個(gè)齒構(gòu)造為在裝配所述電流傳感器的過程中與線圈繞線機(jī)的齒輪嚙合，從而在所述繞軸裝配于磁路之后將線圈纏繞在所述繞軸上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述兩個(gè)繞軸部分(34a，34b)包括作為相互咬合式緊固器件或定位器件形式的緊固元件(46a，46b)，所述緊固元件允許所述繞軸部分圍繞所述磁路的第二分支部夾緊到一起。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的傳感器，其中，所述連接端凸緣(36)包括用作針對(duì)線圈(32)的起始端的臨時(shí)存儲(chǔ)器件的周向槽(42)。
21.—種閉環(huán)電流傳感器，包括磁路(4)、磁場(chǎng)檢測(cè)器(8)和包括線圈(32)的補(bǔ)償線圈組件(6)，所述線圈構(gòu)造為產(chǎn)生與由流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體(2)的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，所述主導(dǎo)體延伸穿過所述磁路的中央開口，所述磁路包括第一分支(12)、第二分支(14)以及第一和第二端部分支(16a，16b)，所述第一和第二端部分支將所述第一和第二分支相互連接，使得所述分支圍繞著所述中央開口，所述第二分支包括接收器(22)，所述接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收所述磁場(chǎng)檢測(cè)器的感測(cè)部的空腔(28)，其中，所述傳感器還包括具有支承體(68)的磁路及補(bǔ)償線圈支承件(10)，所述支承體包括連接主體部(70)和磁路支承延伸部(72)，所述支承延伸部從所述連接主體部(70)軸向地延伸，并且構(gòu)造為用于將所述磁路的第二分支安裝并定位在所述支承延伸部上，所述支承延伸部(72)在一側(cè)限定了磁性支承表面(80)并在相對(duì)側(cè)限定了線圈繞軸引導(dǎo)表面(82)，其中所述磁路的第二分支(14)抵靠所述磁性支承表面(80)擱置，所述線圈繞軸引導(dǎo)表面構(gòu)造為限定出允許所述線圈繞軸圍繞所述第二分支(14)和所述支承延伸部(72)旋轉(zhuǎn)的定位表面。
22.根據(jù)項(xiàng)權(quán)利要求21所述的傳感器，還包括權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的附加特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
23.—種閉環(huán)電流傳感器，包括磁路(4)、磁場(chǎng)檢測(cè)器(8)和包括線圈(32)的補(bǔ)償線圈組件(6)，所述線圈構(gòu)造為產(chǎn)生與由流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)主導(dǎo)體(2)的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，所述主導(dǎo)體延伸穿過所述磁路的中央開口，所述磁路包括第一分支(12)、第二分支(14)以及第一和第二端部分支(16a，16b)，所述第一和第二端部分支將所述第一和第二分支相互連接，使得所述分支圍繞著所述中央開口，所述第二分支包括接收器(22)，所述接收器限定出以軸向方向A延伸的用于接收所述磁場(chǎng)檢測(cè)器的感測(cè)部的空腔(28)，其中，所述傳感器還包括具有支承體(68)的磁路及補(bǔ)償線圈支承件(10)，所述支承體包括連接主體部(70)和磁路支承延伸部(72)，所述支承延伸部從所述連接主體部(70)軸向地延伸，并且構(gòu)造為用于將所述磁路的第二分支安裝并定位在所述支承延伸部上，所述磁場(chǎng)檢測(cè)器包括支承體(56)，所述支承體包括連接主體部(58)和以軸向方向從所述連接主體部延伸的支承延伸部(60)，所述支承延伸部(60)包括位于其自由端處的緊固構(gòu)件(62)，所述緊固構(gòu)件構(gòu)造為鎖定到所述磁路及補(bǔ)償線圈支承件(10)的連接主體部(70)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其中，所述緊固構(gòu)件是具有閂鎖突起(64)的彈性懸臂式閂鎖臂的形式。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的傳感器，還包括權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的其他特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
【文檔編號(hào)】G01R15/18GK103959073SQ201280053153
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月26日
【發(fā)明者】沃爾弗拉姆·特潘, 斯蒂芬·克雷斯 申請(qǐng)人:萊姆知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司