CN103069283A - 电流检测器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种电流检测器，用于检测流经汇流条的电流，其既能够防止电子部件被由汇流条施加的高电压损坏，又能够减少电流检测器的尺寸。电流检测器（1）包括电子基板（50），所述电子基板（50）上安装有用于处理被配置在磁芯（10）的间隙部（12）中的霍尔元件（20）的检测信号的电路，以及诸如螺旋弹簧（52）的弹簧构件，该弹簧构件由电连接至电子基板（50）上的接地图案的导体制成，并且该弹簧构件被支撑在电子基板（50）上，并与磁芯（10）接触。磁芯（10）、用于电流检测的汇流条（30）和已经将霍尔元件（20）安装在其上的电子基板（50）被绝缘外壳（40）保持为固定的位置关系。

Description

电流检测器

技术领域

本发明涉及一种用于检测流经汇流条的电流的电流检测器。

背景技术

诸如混合动力汽车或电动汽车的车辆在许多情况下包括用于检测流经连接至电池的汇流条的电流的电流检测器。可以被应用为这样的电流检测器的装置的实例包括磁比例式电流检测器和磁平衡式电流检测器。

例如如专利文献1中所示，磁比例式或磁平衡式的电流检测器包括磁芯和磁电变换元件（磁感应元件）。磁芯是具有间隙部的大致环形的磁性材料，从而导致两个端部跨过间隙部彼此面对，并且形成为一件从而围绕的孔部，汇流条贯穿该孔部。磁性材料的孔部是待检测的电流流经的空间（电流检测空间）。

此外，磁电变换元件被配置在磁芯的间隙部中。磁电变换元件是检测流经贯穿孔部的汇流条的电流的磁通量变化的元件，然后输出磁通量的检测信号作为电信号。典型地使用霍尔元件作为磁电变换元件。

如专利文献1中所示，在传统的电流检测器中，磁芯、汇流条和磁电变换元件在许多情况下被绝缘外壳保持为固定的位置关系。形成电流检测器的多个部件被该外壳定位为固定的位置关系。

当由于静电负荷等等而在汇流条中产生高压时，高压可能从汇流条流出并且损坏电子部件，所述电子部件包括配置在汇流条附近的磁电变换元件和电连接至磁电变换元件的部件。在电流检测器中，绝缘外壳提供汇流条与磁电变换元件之间的绝缘，并且还提供改善汇流条与包括磁电变换元件的电子部件之间的电绝缘的电屏蔽材料的功能。该功能防止包括磁电变换元件的电子部件被从汇流条流出的高压损坏。

专利文献

专利文献1：JP2009-128116A

发明内容

技术问题

顺便提及，近来，对于减少被装配在车辆中的电流检测器的尺寸的要求逐渐增加。因此，难以确保用于允许绝缘构件将磁电变换元件与汇流条电屏蔽的空间。也就是说，传统的电流检测器在难以同时实现防止电子部件被从汇流条流出的高压损坏和减少电流检测器的尺寸的方面存在问题。

本发明的目的是提供一种用于检测流经汇流条的电流的电流检测器，在其中能够同时实现防止电子部件被从汇流条流出的高压损坏和减少电流检测器的尺寸。

问题的解决方案

根据本发明的电流检测器包括下列构成部件：

（1）第一构成部件是磁芯，该磁芯具有两个跨过间隙部彼此面对的端部，并且该磁芯形成为一件从而围绕孔部，允许电流流经的汇流条贯穿该孔部；

（2）第二构成部件是磁电变换元件，该磁电变换元件被配置在间隙部中，并且检测流经孔部的电流的磁通量变化；

（3）第三构成部件是电子基板，用于处理磁电变换元件的检测信号的电路被安装在该电子基板上；以及

（4）第四构成部件是弹簧构件，该弹簧构件由电连接至电子基板上的接地图案的导体制成，并且该弹簧构件被支撑在电子基板上并与磁芯接触。

此外，在根据本发明的电流检测器中，用于电流检测的汇流条可以进一步包括下列构成部件：

（5）第五构成部件是外壳，该外壳由绝缘部件制成，在弹簧构件使磁芯弹性地偏置的状态下，所述绝缘部件将磁芯、汇流条和将磁电变换元件安装在其上的电子基板保持为固定的位置关系。

此外，在根据本发明的电流检测器中，优选地弹簧构件是具有固定至电子基板的一端的螺旋弹簧。

此外，在根据本发明的电流检测器中，如果弹簧构件是螺旋弹簧，则优选地电子基板和外壳具有下列结构。也就是说，与螺旋弹簧的内部空间连接的通孔形成为穿过电子基板。此外，突起部形成在外壳上，该突起部呈贯穿电子基板的通孔并且延伸到螺旋弹簧的内部空间中的杆的形状。

发明的有益效果

在根据本发明的电流检测器中，配置为最接近用于电流检测的汇流条的磁芯经由弹簧构件被电连接至接地图案。此外，典型地，电子基板上的接地图案通过经由连接器等等连接的电线被电连接至诸如车体的接地导体。因此，当由于静电负荷等等而在汇流条中产生高压时，高压电力从汇流条流出，经由磁芯、弹簧构件和电子基板上的接地图案，直至诸如车体的接地导体。此外，典型地，诸如浪涌吸收器的浪涌抑制电路被安装在电子基板上，从而抑制电子部件与接地图案之间的浪涌。

因此，根据本发明，能够防止电子部件被从汇流条流出的高压损坏。此外，根据本发明，由于不需要确保用于允许绝缘构件将磁电变换元件与汇流条电屏蔽的大空间，所以能够减少电流检测器的尺寸。

顺便提及，将磁芯和诸如车体的接地导体电连接的方式的可想到的实例还包括下面描述的第一连接方式和第二连接方式。也就是说，第一连接方式是使磁芯和电子基板上的接地图案直接相互接触的方式。第二连接方式是通过熔焊、螺栓连接等等将电连接至接地导体的电线连接至磁芯的方式。然而，第一连接方式存在如下问题，取决于尺寸公差在磁芯和电子基板上的接地图案之间的接触状态不稳定。此外，第二连接方式存在如下问题，在作用在磁芯上的热负荷或物理负荷大，并且该负荷不利地影响电流检测性能。

同时，根据本发明，由于将磁芯和电子基板上的接地图案电连接的弹簧构件被弹性地偏转，所以磁芯和电子基板上的接地图案之间的电接触状态稳定，并且能够使作用在磁芯上的物理负荷小。

此外，根据本发明的电流检测器，由于磁芯、汇流条和已经将磁电变换元件安装在其上的电子基板被外壳保持为固定的位置关系，所以能够容易地将电流检测器附接至其它预安装的汇流条。

此外，当弹簧构件是具有固定至电子基板的一端的螺旋弹簧时，弹簧构件的使磁芯弹性地偏置的力比使用诸如板簧的另一种类型的弹簧构件时稳定，并且因此，磁芯和电子基板上的接地图案之间的电连接状态趋向于更稳定。

此外，在本发明中，当呈贯穿电子基板的通孔并且延伸到螺旋弹簧的内部空间中的杆的形状的突起部形成在外壳上时，该突起部防止螺旋弹簧沿垂直于轴向的宽度方向偏转（弯曲），从而使螺旋弹簧大体上只能沿轴向压缩和伸长。结果，防止由于螺旋弹簧沿宽度方向过度偏转而发生与磁芯接触的故障。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的电流检测器1的分解立体图。

图2示出了在电流检测器1中包括的用于电流检测的汇流条30的三视图。

图3示出了用于形成用于电流检测的汇流条30的部件的俯视图。

图4示出了电流检测器1的俯视图。

图5示出了电流检测器1的横截面图。

图6示出了电流检测器1与预安装汇流条接合的状态的示意性立体图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。下列实施例仅是本发明的具体实例，而不限制本发明的技术范围。

首先，将参照图1至5描述根据本发明的实施例的电流检测器1的结构。电流检测器1是这样的装置：在诸如混合动力汽车或电动汽车的车辆中、用于检测流经电连接电池和诸如电动机的设备的汇流条的电流。如图1所示，电流检测器1包括磁芯10、霍尔元件20、用于电流检测的汇流条30、绝缘外壳40、电子基板50和被支撑在电子基板50上的螺旋弹簧52。

<磁芯>

磁芯10是由铁素体、硅钢等等制成的磁性材料，并且呈这样的形状：其两端跨过具有大致几毫米的尺寸的间隙部12而彼此面对，并且一体形成，从而围绕孔部11。也就是说，除了具有窄间隙部12以外，磁芯10大致呈连续环形。本实施例中的磁芯10大致呈围绕圆形孔部11的环形。

<霍尔元件（磁电变换元件）>

霍尔元件20被配置在磁芯10的间隙部12中。霍尔元件20是磁电变换元件的实例，用于检测流经磁芯10的孔部11的电流的磁通量变化，然后将磁通量的检测信号作为电信号输出。

<电子基板>

电子基板50是将霍尔元件20的端子21安装在其上的印刷电路板。除了霍尔元件20以外，电子基板50上还安装有：对从霍尔元件20输出的磁通量的检测信号进行放大的电路；以及将该电路与另一个外部电路连接的连接器51。因此，连接器51电连接至霍尔元件20，并且霍尔元件20经由包括连接器51的电子基板50而连接至外部电路。此外，连接器51包括电连接至电子基板50上的接地图案的接地端子。电子基板50上的接地图案经由连接器51的接地端子和连接至该接地端子的接地电线而电连接至诸如车体的接地导体。

此外，浪涌抑制电路被安装在电子基板50上。浪涌抑制电路是诸如浪涌吸收器或RC电路的元件或电路，它们被安装从而抑制被安装在电子基板50上的霍尔元件20和其它电子元件与被印刷在电子基板50上的接地图案之间的浪涌。当在电子基板50上的接地图案上产生诸如脉冲状高压的噪声电压时，浪涌抑制电路阻碍噪声电压传播至被安装在电子基板50上的电子元件。

<螺旋弹簧>

螺旋弹簧52是由诸如铜、铝或不锈钢的导体制成的部件，呈电连接至在电子基板50上的接地图案的线圈形状。螺旋弹簧52被弹性地压缩，并且具有固定至电子基板50的一端和与磁芯10接触的另一端。例如，螺旋弹簧52的一端被钎焊至电子基板50上的接地图案，或者被装配至安装在电子基板50上的接地图案上的金属接头，因此，螺旋弹簧52被固定至电子基板50。

此外，在电子基板50的固定有螺旋弹簧52的一部分中，用于弹簧的通孔53形成为与螺旋弹簧52的内部空间连接。将在稍后描述用于弹簧的通孔53的作用。

<用于电流检测的汇流条>

用于电流检测的汇流条30是由诸如铜的金属制成的导体，并且起到将电池和电气设备电连接的一组汇流条的一部分的作用。也就是说，被检测的电流流经用于电流检测的汇流条30。此外，用于电流检测的汇流条30是独立于预先与电池连接的电池侧汇流条和预先与电气设备连接的设备侧汇流条的部件。用于电流检测的汇流条30的两端分别连接至其它的预安装汇流条（电池侧汇流条和设备侧汇流条）

图2示出了用于电流检测的汇流条30的三视图，其中图2（a）是俯视图，图2（b）是侧视图，并且图2（c）是前视图。此外，在图2中，与用于电流检测的汇流条30结合的磁芯10由虚线（双点划线）指示。

如图1和2所示，用于电流检测的汇流条30大致由占据中心上的固定范围的第一部分31和位于第一部分31的两侧上的第二部分32构成。第一部分31是沿电流流向贯穿磁芯10的孔部11的部分。电流流向是磁芯10的厚度方向，当将环状磁芯10假定为圆柱体时电流流向是圆柱体的轴向，并且是垂直于由环状磁芯10形成的平面的方向。在图中，电流流向被指示为X轴方向。在下面的描述中，电流流向（X轴方向）被称为第一方向。

用于电流检测的汇流条30是由包括第一部分31和第二部分32的导体制成的部件，第一部分31沿第一方向贯穿磁芯10的孔部11，第二部分32呈在沿第一方向的两侧上与第一部分31连接的平板的形状。在图中，平板状第二部分32的宽度方向和厚度方向分别被指示为Y轴方向和Z轴方向。在下面的描述中，平板状第二部分32的宽度方向（Y轴方向）和厚度方向（Z轴方向）分别被指示为第二方向和第三方向。

如图3所示，用于电流检测的汇流条30是具有如下结构的部件，其中平板状金属部件30Y的一个部分31Y从沿第二方向（Y轴方向）的两侧沿着形成在该部分31Y的沿第一方向（X轴方向）的两侧上的切口34被向后折叠。金属部件30Y中的切口34形成在该部分31Y的沿第一方向（X轴方向）的两侧上，从而从沿第二方向（Y轴方向）的两端延伸至内侧。向后折叠部分31Y形成用于电流检测的汇流条30的第一部分31，并且在向后折叠部分31Y的两侧上的部分形成第二部分32。能够容易地制造这样的用于电流检测的汇流条30。

在用于电流检测的汇流条30中，第一部分31的横截面的轮廓形状沿第二方向（Y轴方向）比第二部分32的横截面的轮廓形状窄。结果，在将该用于电流检测的汇流条30用在电流检测器1中时，能够基于与汇流条的宽度的关系而使用相对小的磁芯10，并且因此能够将包括磁芯10的整个电流检测器的尺寸保持为小的。

此外，在用于电流检测的汇流条30中，第一部分31的横截面的轮廓形状使得最小宽度D4大于第二部分32的厚度（最小宽度）D6。因此，在第一部分31上的导体横截面积不明显地小于在第二部分32上的导体横截面积。具体地，在具有平板状金属部件30Y被部分地向后折叠的结构的用于电流检测的汇流条30的情况下，在第一部分31上的导体横截面积等于在第二部分32上的导体横截面积。

注意到，用于电流检测的汇流条30的在第一部分31和第二部分32之间形成切口34的部分中的每一部分具有比位于该部分前方或后方的部分的导体横截面积小的导体横截面积。然而，实验发现，如果切口34的宽度很窄，则在形成切口34的部分上的阻抗的增加是在整个用于电流检测的汇流条30中几乎可以忽略的很小的值。因此，如果形成在用于电流检测的汇流条30中的每一个切口34都具有很窄的宽度，则能够防止在第一部分31上过多地产生热量。

此外，用于电流检测的汇流条30的第二部分32分别具有螺栓孔32Z，用于将该汇流条与其它汇流条接合的螺栓被***的这些螺栓孔32Z中。其中形成有孔32Z的第二部分32起到与其它汇流条接合的端子部的作用。

图6是示意性地示出电流检测器1中的用于电流检测的汇流条30的第二部分（端子部）32经由螺栓8与其它预安装汇流条9接合的状态的立体图。注意到在图6中，为了方便而未示出绝缘外壳40。如图6所示，其它汇流条9的与用于电流检测的汇流条30的第二部分32接合的部分例如被构成为端子板，并且具有螺栓孔9A。注意到，形成在第二部分32中的端子部可以不同于螺栓孔32Z，诸如具有装配至其它汇流条9的机构的部分。

<绝缘外壳>

绝缘外壳40是将磁芯10、用于电流检测的汇流条30和已经将霍尔元件20安装在其上的电子基板50保持为固定的位置关系的绝缘部件。绝缘外壳40包括外壳主体41和附接至外壳主体41的盖部件42。外壳主体41和盖部件42例如每一个都是由诸如聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）或ABS树脂的绝缘树脂制成的整体模制部件。

外壳主体41呈具有开口部的盒体的形状，并且盖部件42在被附接至外壳主体41时覆盖外壳主体41的开口部。外壳主体41的内表面具有从表面凸出的第一保持部43和第二保持部44。在外壳主体41上，第一保持部43和第二保持部44保持磁芯10、贯穿孔部11的用于电流检测的汇流条30和配置在间隙部12中的霍尔元件20，同时防止它们彼此接触。

更具体地，第一保持部43被装配到磁芯10与贯穿磁芯10的孔部11的用于电流检测的汇流条30的第一部分31之间的间隙中，从而保持磁芯10和用于电流检测的汇流条30，同时防止它们彼此接触。此外，第二保持部44被装配到磁芯10与配置在磁芯10的间隙部12中的霍尔元件20之间的间隙中，从而保持磁芯10和霍尔元件20，同时防止它们彼此接触。

此外，外壳主体41和盖部件42分别具有狭缝45，在用于电流检测的汇流条30的两端上的第二部分32从内侧穿过这些狭缝45***至外侧。在贯穿磁芯10的孔部11的用于电流检测的汇流条30的一个第二部分32已经***通过外壳主体41的狭缝45的状态下，外壳主体41的第一保持部43和第二保持部44将磁芯10、霍尔元件20和用于电流检测的汇流条30保持为固定的位置关系，同时防止它们彼此接触。

此外，盖部件42被附接至保持磁芯10、霍尔元件20和用于电流检测的汇流条30的外壳主体41，从而使得盖部件42覆盖外壳主体41的开口部并且将电子基板50夹在它们之间。此时，用于电流检测的汇流条30中的另一个第二部分32从内侧穿过盖部件42的狭缝45***至外侧，并且因此将电子基板50夹在外壳主体41和盖部件42之间。

图4和5是其中的外壳主体41和盖部件42已经相互结合的电流检测器1的俯视图和横截面图。注意到在图5中，为了方便而未示出霍尔元件20。

如图4和5所示，当电子基板50被夹在外壳主体41和盖部件42之间时，安装在电子基板50上的连接器51被保持在装配至形成在外壳主体41中的切除部46的状态下。此外，在已经被固定至电子基板50的螺旋弹簧52的自由端使磁芯10弹性地偏置的状态下，外壳主体41和盖部件42将磁芯10和电子基板50夹在它们之间。

此外，外壳主体41和盖部件42设有将外壳主体41和盖部件42保持为使得它们相互结合的锁机构47和48。在图1中示出的锁机构47和48分别构成为钩部47和框部48，该钩部47形成为从外壳主体41的侧表面凸出，该框部48呈在盖部件42的侧表面上的环的形状。当外壳主体41的钩部47被装配至由盖部件42的框部48限定的孔时，外壳主体41和盖部件42被保持在它们相互结合的状态。以这样的方式，在螺旋弹簧52使磁芯10弹性地偏置的状态下，绝缘外壳40将磁芯10、用于电流检测的汇流条30和已经将霍尔元件20安装在其上的电子基板50保持为固定的位置关系。在电流检测器1中，配置为最接近用于电流检测的汇流条30的导体是磁芯10。

此外，如图1和5所示，形成绝缘外壳40的盖部件42的内表面具有突起部49，该突起部49呈贯穿电子基板50的用于弹簧的通孔53并且延伸到螺旋弹簧52的内部空间中的杆的形状。突起部49防止螺旋弹簧52沿垂直于轴向的宽度方向偏转（弯曲），从而使螺旋弹簧52主要只能沿轴向压缩和伸长。结果，防止由于螺旋弹簧52沿宽度方向的过度偏转而导致与磁芯10接触的故障。

注意到，在图1和5中，螺旋弹簧52的轴向与X轴方向匹配。此外，盖部件42的内表面除了杆状突起部49以外具有用于定位被容纳在绝缘外壳40中的部件的其它突起部，但是在图1中没有示出除了杆状突起部49以外的突起部。

此外，如图4所示，在用于电流检测的汇流条30的第二部分32的形成孔32Z的部分（端子部）和电子基板50的连接器51被暴露至外侧的状态下，外壳主体41和盖部件42（绝缘外壳40）覆盖并保持磁芯10、用于电流检测的汇流条30的第一部分31和霍尔元件20。

在上述电流检测器1中，配置为最接近用于电流检测的汇流条30的磁芯10经由螺旋弹簧52被电连接至在电子基板50上的接地图案。此外，电子基板50上的接地图案通过经由连接器51连接的接地电线被电连接至诸如车体的接地导体。因此，当由于静电负荷等等而在用于电流检测的汇流条30中产生高压时，高压电力从用于电流检测的汇流条30流出，经由磁芯10、螺旋弹簧52和在电子基板50上的接地图案，直至接地导体。浪涌抑制电路被安装在电子基板50上，从而抑制包括霍尔元件20的电子部件与接地图案之间的浪涌。

因此，使用电流检测器1能够防止电子部件被从用于电流检测的汇流条30流出的高压损坏。此外，根据电流检测器1，由于不需要确保用于允许绝缘构件将包括霍尔元件20的电子部件与用于电流检测的汇流条30电屏蔽的大空间，所以能够减少电流检测器的尺寸。

此外，根据电流检测器1，由于将磁芯10和在电子基板50上的接地图案电连接的螺旋弹簧52被弹性地偏转，所以磁芯10和在电子基板50上的接地图案之间的电接触状态稳定，并且能够使作用在磁芯10上的物理负荷小。此外，由于螺旋弹簧52使用其弹性力将磁芯10和电子基板50挤压抵靠绝缘外壳40，所以防止由绝缘外壳40保持的磁芯10和电子基板50摆动。

具体地，在使用螺旋弹簧52时，弹簧构件的使磁芯10弹性地偏置的力比使用诸如板簧的另一种类型的弹簧构件时稳定，并且因此，在磁芯10和在电子基板50上的接地图案之间的电连接状态趋向于更稳定。将会意识到，可以使用连接至在电子基板50上的接地图案的诸如板簧的其它弹簧构件代替螺旋弹簧52。

此外，电流检测器1能够容易地附接至位于电流检测器1的前方或后方的预安装汇流条，在电流检测器1中由绝缘外壳40将磁芯10、用于电流检测的汇流条30、霍尔元件20和电子基板50保持为固定的位置关系。

附图标记列表

1   电流检测器

8   螺栓

9   另一个汇流条

10  磁芯

11  孔部

12  间隙部

20  霍尔元件

21  端子

30  用于电流检测的汇流条

30Y 金属部件

31  第一部分

32  第二部分（端子部）

32Z 孔

34  切口

40  绝缘外壳

41  外壳主体

42  盖部件

43  第一保持部

44  第二保持部

45  狭缝

47  钩部（锁机构）

48  框部（锁机构）

49  突起部

50  电子基板

51  连接器

52  螺旋弹簧（弹簧构件）

53  用于弹簧的通孔

Claims (4)

1.一种电流检测器（1），所述电流检测器（1）设有磁芯（10）和磁电变换元件（20），所述磁芯（10）的两端跨过间隙部（12）彼此面对，并且所述磁芯（10）一体形成，以围绕孔部（11），允许电流流过的汇流条（30）贯穿所述孔部（11），所述磁电变换元件（20）被配置在所述间隙部（12）中，并且检测流经所述孔部（11）的电流的磁通量变化，所述电流检测器（1）包括：

电子基板（50），所述电子基板（50）上安装有用于处理所述磁电变换元件（20）的检测信号的电路；以及

弹簧构件（52），所述弹簧构件（52）由电连接至所述电子基板（50）上的接地图案的导体制成，并且所述弹簧构件（52）被支撑在所述电子基板（50）上，并与所述磁芯（10）接触。

2.根据权利要求1所述的电流检测器（1），进一步包括外壳（40），所述外壳（40）由绝缘部件制成，并且在所述弹簧构件（52）弹性地偏置所述磁芯（10）的状态下，所述绝缘部件将所述磁芯（10）、汇流条（30）和其上安装有所述磁电变换元件（20）的电子基板（50）保持为固定的位置关系。

3.根据权利要求2所述的电流检测器，其中，所述弹簧构件是螺旋弹簧（52），其一端固定至所述电子基板（50）。

4.根据权利要求3所述的电流检测器，其中，与所述螺旋弹簧（52）的内部空间相连的通孔（53）形成为穿过所述电子基板（50），并且

所述外壳（40）上形成有突起部（49），所述突起部（49）呈杆形，其贯穿所述电子基板（50）的通孔（53），并且延伸到所述螺旋弹簧（52）的内部空间中。

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