具有靜電屏蔽部的電流傳感器的制造方法
【專利說明】具有靜電屏蔽部的電流傳感器
[0001]本發(fā)明涉及一種電流傳感器，包括一磁芯和用于檢測(cè)在延伸通過磁芯的初級(jí)導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的磁場(chǎng)檢測(cè)器，該傳感器包括在該初級(jí)導(dǎo)體和次級(jí)繞組之間的靜電屏蔽部。
[0002]用于電流感測(cè)應(yīng)用的電流傳感器模塊典型地包括由高磁導(dǎo)率磁性材料制成的磁芯，所述磁芯圍繞一中心孔，一承載待測(cè)電流的初級(jí)導(dǎo)體穿過該中心孔。該磁芯可典型地具有大體上矩形或圓形的形狀并且提供有一氣隙，一磁場(chǎng)檢測(cè)器(例如形式為ASIC的霍爾效應(yīng)傳感器)位于該氣隙內(nèi)。由在初級(jí)導(dǎo)體中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通被該磁芯集中并通過該氣隙。氣隙中的磁場(chǎng)代表總電流聯(lián)接。在開環(huán)型電流傳感器中，氣隙中的磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生一待測(cè)電流的映像，其代表了測(cè)試信號(hào)。在測(cè)量相對(duì)高電壓的電流中采用的傳感器中，位于初級(jí)導(dǎo)體和次級(jí)繞組之間的靜電屏蔽部的存在防止初級(jí)導(dǎo)體和次級(jí)繞組之間的電容性相互作用。然而，初級(jí)導(dǎo)體和次級(jí)繞組之間的電介質(zhì)材料的均勻性和質(zhì)量對(duì)于減少局部放電的發(fā)生也很重要。然而靜電屏蔽部的存在可能妨礙在傳感器殼體內(nèi)裝配部件后被裝入傳感器的灌封材料的流動(dòng)，因而潛在地增加了局部放電的問題并且導(dǎo)致傳感器的不可靠或不準(zhǔn)確的電性能。
[0003]在閉環(huán)型的電流傳感器中，磁場(chǎng)傳感器以反饋環(huán)路的形式連接至次級(jí)線圈，次級(jí)線圈通常圍繞磁芯的一部分纏繞以產(chǎn)生往往能夠抵消由初級(jí)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的補(bǔ)償電流。這樣，該補(bǔ)償電流代表待測(cè)電流的映像。為了降低驅(qū)動(dòng)該補(bǔ)償線圈所需要的電流，公知的是圍繞磁路的一部分或大部分周路纏繞大量繞組。
[0004]通常，補(bǔ)償導(dǎo)體線圈圍繞絕緣線軸支撐件纏繞，該絕緣線軸支撐件圍繞著一部分或者全部磁路，次級(jí)線圈沿著該磁路延伸。該絕緣線軸通常由圍繞磁芯裝配的兩部分制成，有時(shí)具有圍繞其纏繞的膠帶。該絕緣線軸保護(hù)該線圈的第一層免于尤其是在繞組制作過程期間以及在隨后使用中由于振動(dòng)、沖擊或者熱膨脹效應(yīng)所導(dǎo)致的損壞和短路磁芯?？紤]到尖銳角，保護(hù)的需求尤其對(duì)正方形或矩形截面的磁芯是非常重要的。然而，傳統(tǒng)的絕緣線軸增加了制造和裝配成本。另一個(gè)缺點(diǎn)就是傳統(tǒng)兩部分組成的絕緣線軸的附加厚度增大了線圈繞組的直徑，由此增加了使用銅線的重量和長(zhǎng)度。與磁芯的保護(hù)關(guān)聯(lián)的一個(gè)問題就是其幾何形狀可能非常大。確實(shí)，內(nèi)徑和外徑以及高度可能以無(wú)法忽略的形式變化。纏繞之后所得到的線圈取決于初始磁芯尺寸。另一個(gè)問題是由纏繞效應(yīng)帶來(lái)的:線圈張力是非常重要的并且施加到保護(hù)上的力非常局部(重要的壓力施加在繞組線圈和該保護(hù)之間的非常小的接觸面積上，主要施加在第一繞組層)。有時(shí)，由于線圈的初始層在磁芯保護(hù)上的滑動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)線在纏繞時(shí)圍繞著磁芯的再分配不均勻。進(jìn)一步，為了最小化得到不同線圈所必需的銅線，纏繞時(shí)跳轉(zhuǎn)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)盡可能少。通常，在主PCBA上使用對(duì)應(yīng)3個(gè)固定點(diǎn)的3次跳轉(zhuǎn)。通常使用螺絲固定電路板和次級(jí)線圈。這種方法機(jī)械上很安全但是這不劃算(額外部分和人工成本)并且有風(fēng)險(xiǎn)(螺絲驅(qū)動(dòng)機(jī)頭鄰近PCBA電子部件..兩個(gè)部分之間的連接必須足夠強(qiáng)以使得能夠安裝傳感器。最終的機(jī)械固定通常由灌封樹脂確保。
[0005]在整個(gè)使用壽命期，傳感器中的特定部件的定位準(zhǔn)確性對(duì)確?？煽啃院蜋z測(cè)準(zhǔn)確性也很重要。特別地，磁場(chǎng)檢測(cè)器應(yīng)當(dāng)精確地引入磁芯氣隙以獲得好的測(cè)量頭性能水平。傳統(tǒng)傳感器遇到的另一個(gè)問題是在傳感器的灌封工藝之前靜電屏蔽部浮動(dòng)并且未理想地引入。傳感器中位于屏蔽部和初級(jí)導(dǎo)體之間的灌封材料的均勻無(wú)氣泡分布對(duì)避免在初級(jí)導(dǎo)體和屏蔽部之間可能發(fā)生的局部放電也很重要。
[0006]電流傳感器應(yīng)用在很多應(yīng)用領(lǐng)域以監(jiān)測(cè)或控制電氣設(shè)備和系統(tǒng)，并且在很多應(yīng)用中，這對(duì)于降低這些部件的制作成本還有在電路中應(yīng)用和使用這些部件的成本很重要。通常還具有一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，即提供緊湊的部件以最小化和/或降低這些部件所安裝的設(shè)備的重量。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電流傳感器，其靜電屏蔽部是可靠和準(zhǔn)確的，同時(shí)能夠緊湊且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)和組裝。
[0008]有利的是提供一種實(shí)施準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單且使用經(jīng)濟(jì)的電流傳感器。
[0009]有利的是提供一種在其預(yù)期壽命內(nèi)耐用且穩(wěn)定的電流傳感器。
[0010]通過提供如權(quán)利要求1所述的電流傳感器能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。
[0011]本文揭露的是檢測(cè)在初級(jí)導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的電流傳感器，該傳感器包括外殼、磁芯包括、磁場(chǎng)檢測(cè)器、絕緣芯殼體、由圍繞該絕緣芯殼體的線圈支撐部分纏繞的線形成的次級(jí)線圈以及位于次級(jí)線圈和外殼的徑向內(nèi)壁部分之間的靜電屏蔽部。該靜電屏蔽部包括由從屏蔽部邊緣軸向延伸的多個(gè)柔性帶形成的裙部，這些柔性帶配置為彈性地抵靠外殼的基壁部分偏置。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，這些帶由狹縫隔開，由此并列的帶和狹縫基本上均勻地圍繞屏蔽部的圓周分布。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，靜電屏蔽部由一薄柔性板(例如沖壓金屬板或金屬化柔性基板)形成，其被折疊成被配置為圍繞初級(jí)導(dǎo)體通路的形狀。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，靜電屏蔽部包括一固定機(jī)構(gòu)，該固定機(jī)構(gòu)被配置成使該屏蔽部在安裝到該芯殼體之前保持為封閉彎曲構(gòu)型。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，靜電屏蔽部可進(jìn)一步包括鎖定孔，該鎖定孔與芯殼體的屏蔽部固定突起協(xié)作以在制造裝配期間將該靜電屏蔽部定位和保持到芯殼體。在一個(gè)特定變形中，該鎖定孔可包括一寬部和一窄部，并且該屏蔽部固定突起包括一具有寬頭部和窄莖部的外形，由此該寬頭部可插入地穿過該鎖定孔的寬部，并且該窄莖部可滑入該鎖定孔的窄部中。
[0016]鎖定孔的窄部相對(duì)于寬部有利地可朝向裙部，這樣當(dāng)裝配到外殼時(shí)作用到屏蔽部上的彈性偏置力趨向于確保靜電屏蔽部鎖定到芯殼體。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，線圈支撐部有利地具有一大體U形橫截面，其包括基壁，從該基壁延伸的徑向內(nèi)壁和從該基壁延伸的徑向外壁。該徑向內(nèi)壁和徑向外壁所具有的高度被配置成使得其中的開口端邊緣延伸略微超過包括任何制造誤差在內(nèi)的磁芯的軸向厚度，使得開口端邊緣通過圍繞磁芯殼體纏繞的線圈被圍繞磁芯的角部向內(nèi)折疊。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，該線圈支撐部可有利地包括閂鎖肩部形式的芯閂鎖元件，其配置為允許芯軸向地插入該芯殼體中并且在裝配期間保持芯位于芯殼體內(nèi)。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，該基壁可有利地包括孔，所述孔配置為用于在注塑模具中形成該閂鎖元件。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，該芯殼體可進(jìn)一步包括安裝到線圈支撐部的至少一個(gè)電路板支撐部，其被配置為用于為向一個(gè)電路板安裝磁芯和次級(jí)線圈提供支撐腿。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，芯殼體的線圈支撐部可有利地包括導(dǎo)線防滑元件，其被配置成在纏繞過程中防止次級(jí)線圈的第一繞組層在芯殼體上滑動(dòng)。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，該導(dǎo)線防滑元件包括形成在徑向外壁和/或徑向內(nèi)壁的開口端邊緣上的凹痕。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，線圈端子連接部可包括一殼體部，該殼體部包括徑向內(nèi)壁部、徑向外壁部、線圈側(cè)壁部和線圈側(cè)壁部，該線圈側(cè)壁部包括布置在將該側(cè)壁部連接到基壁的角部中的偏轉(zhuǎn)肋，該偏轉(zhuǎn)肋被配置成避免鄰近側(cè)壁部的繞組積聚。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，線圈端子連接部可包括用于將磁場(chǎng)檢測(cè)器容納在其內(nèi)的磁傳感器接收腔。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，線圈端子連接部可包括電路板擱置邊緣和電路板閂鎖元件，所述電路板閂鎖元件在電路板邊緣之上延伸以保證磁芯、芯殼體和次級(jí)繞組組件固定到電路板。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，線圈端子連接部可包括:位于殼體中的第一導(dǎo)線固定槽，所述第一導(dǎo)線固定槽接收形成次級(jí)線圈的導(dǎo)線的第一連接端；以及第二導(dǎo)線固定槽，所述第二導(dǎo)線固定槽接收該導(dǎo)線的第二連接端。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，該芯殼體可進(jìn)一步包括連接到線圈支撐部的至少一個(gè)電路板支撐部，該電路板支撐部包括電路板擱置邊緣和電路板閂鎖元件，所述電路板閂鎖元件被配置成在電路板邊緣之上延伸以保證磁芯、芯殼體和次級(jí)繞組固定到電路板。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，可以只有一個(gè)電路板支撐部，該電路板支撐部定位成與線圈端子連接部對(duì)向，使得芯和次級(jí)繞組的安裝支撐基本上平衡。這樣電路板支撐部和線圈端子連接部形成用于電路板上的磁芯和次級(jí)繞組的兩個(gè)支撐部，小數(shù)量的支撐減少了沿著芯的次級(jí)繞組的中斷次數(shù)，因此提供了較長(zhǎng)的繞組并且降低了與在支撐部之上并跨支撐部進(jìn)行跳轉(zhuǎn)以將繞組部分連接到一起的操作相關(guān)的制造成本。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，電路板支撐部可包括殼體部，殼體部包括徑向內(nèi)壁部、徑向外壁部和線圈側(cè)壁部，該線圈側(cè)壁部包括布置在將該側(cè)壁部連接到基壁上的角部中的偏轉(zhuǎn)肋，該偏轉(zhuǎn)肋被配置成避免毗鄰側(cè)壁部的線圈的積聚。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，芯殼體可有利地為單模部件形式。
[0031]從權(quán)利要求、詳細(xì)描述和附圖中將明白本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0032]圖1a和Ib是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電流傳感器的芯殼體的透視圖；
[0033]圖2a至2d分別是根據(jù)示出了裝配步驟的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電流傳感器的芯殼體和磁芯的剖視圖；
[0034]圖2e是芯殼體和磁芯