CN114424076A - 电流换能器 - Google Patents
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Abstract
一种开环电流换能器(1)包括:壳体;包括在其间形成一对磁场间隙(13a、13b)的一对芯部件(3a、3b)的磁芯(3),磁芯被安装在壳体(2)中;一对磁场检测器(4a、4b),每个磁场间隙中安装有一个磁场检测器;包括芯安装部件(16a、16b)和磁场检测器触点(19)的引线框架(5);以及安装板(6)。安装板(6)被安装在磁芯(3)的顶侧并且引线框架(5)被安装在磁芯(3)的底部安装侧。安装板(6)被固定于一对芯部件(3a、3b)并限定磁芯部件的位置。磁场检测器触点(19)包括用于与外部电路板连接的电路板触点部分(20)以及用于与磁场检测器(4a、4b)的触点(24)连接的磁场检测器触点部分(21),磁场检测器触点部分(21)位于壳体(2)的相对横向侧(9)上的磁场检测器安装腔(10)中。
Description
本发明涉及用于安装在电路板上的开环电流换能器。
许多常规的开环电流换能器包括带有气隙的磁芯,在气隙中放置用于测量由初级导体感应的磁场的磁场检测器,该初级导体承载要由磁芯测量的电流。这种开环类型的电流换能器鉴于其耐久性、大电流测量范围和低成本(尤其是包括驱动电流换能器电路所需的电子设备的低成本)而被广泛应用于电流感测应用中。
然而,目前仍需要进一步提高电流换能器(尤其是用于恶劣环境中、例如用于汽车或受到机械振动、机械冲击和大的热变化的其它移动应用中)的耐久性和可靠性。通常需要在大的工作范围内测量电流。还应减少外部磁场对测量结果的影响。在许多应用中,尽管工作条件恶劣,但电流测量的可靠性也应该高。
在许多用于大工作范围的常规开环换能器中,通常设置包含气隙的单磁芯,在该气隙中安装磁场检测器,通常是霍尔效应检测器。然而,这可能在磁芯的远离磁场间隙的部分中导致磁芯的饱和。可以通过设置带有两个气隙的磁芯减少该问题,这进一步提供附加的测量信号,该信号是冗余的,但增加测量的可靠性。然而,这种布置比具有单个磁路间隙的布置成本更高,并且在常规***中,由于需要组装在一起的部件数量增加、难以确保精确且恒定的磁场间隙以及降低鲁棒性和耐用性,因此带来附加的缺点。
鉴于上述情况,本发明的目的是提供鲁棒、耐用和可靠的电流换能器,该电流换能器生产和安装也很经济。
有利的是,提供具有大的工作范围并且针对尤其是受到诸如汽车或其它移动应用中的机械振动、冲击和大的热变化的恶劣工作环境中的使用的开环电流换能器。
通过提供根据权利要求1所述的电流换能器,实现本发明的目的。
这里公开一种开环电流换能器,该开环电流换能器包括:壳体;包括一对芯部件的磁芯,在该对芯部件之间形成一对磁场间隙,该磁芯被安装在壳体中;一对磁场检测器,每个磁场间隙中安装有一个磁场检测器;包括芯安装部件和磁场检测器触点的引线框架;以及安装板。安装板被安装在磁芯的顶侧并且引线框架被安装在磁芯的底部安装侧。安装板被固定于一对芯部件,并限定磁芯部件的位置。磁场检测器触点包括用于与外部电路板连接的电路板触点部分以及用于与磁场检测器的触点连接的磁场检测器触点部分。磁场检测器触点部分位于壳体的相对横向侧上的磁场检测器安装腔中。
在有利的实施例中,壳体的磁场检测器安装腔包括气隙部分以及连接凹陷部分,该气隙部分用于将磁场检测器***磁场间隙中,该连接凹陷部分用于在该连接凹陷部分中定位磁场检测器的用于与磁场检测器触点部分连接的触点。
在有利的实施例中,引线框架的芯安装部件包括从安装面竖立并且从安装侧到顶侧穿过磁芯部件中的孔且穿过安装板中的孔延伸的夹紧柱,该夹紧柱被配置为将安装板、磁芯部件和引线框架的芯安装部件夹紧在一起。
在有利的实施例中,安装板形成完全围绕中心通道的闭路,该中心通道适于接收穿过该中心通道的初级导体,安装板包括间隙桥接部分,该间隙桥接部分包括向外延伸到磁场间隙上方的凸起。
在有利的实施例中,安装板由片材金属冲压并成形。
在有利的实施例中,磁芯部件是相同的,并且以镜像对称的方式围绕中心通道布置,该中心通道被配置为接收穿过该中心通道的初级导体。
在有利的实施例中,磁场检测器触点部分包括用于与磁场检测器的触点的焊合或焊接连接的连接焊盘,连接焊盘按照使这些连接焊盘暴露以将磁场检测器组装和连接到壳体中的方式位于壳体的连接凹陷部分中。
在有利的实施例中,除了引线框架的电路板触点部分和磁场检测器触点部分以外,壳体由在磁芯、引线框架和安装板之上成型(mold)的聚合物形成。
在有利的实施例中,芯安装部件的电路板触点部分基本上在安装平面的方向从壳体向外突出,用于以围绕壳体的外周的连接位置连接到外部电路板。
本发明的其它目的和有利特征根据权利要求书、详细说明和附图中将是清楚的,其中:
图1是根据本发明的实施例的电流换能器的透视图;
图2是图1的电流换能器实施例的分解透视图。。
参考附图,根据本发明的实施例的电流换能器1包括壳体2、安装在壳体2内的由软磁材料制成的磁芯3以及用于测量由承载待测电流的初级导体(未示出)产生的磁场的磁场检测器4a、4b,该初级导体旨在通过电流换能器的中心通道14被***。
磁芯3由两个芯部件3a、3b形成。在有利的实施例中,芯部件优选地是以镜像对称方式布置并在其间形成一对磁场间隙13a、13b的相同芯部件。存在对应的一对磁场检测器4a、4b,每个磁场间隙13a、13b中安装有一个磁场检测器。
每个磁场检测器尤其可以是二次成型(overmolded)塑料壳体中的专用集成电路(ASIC)的形式,其包括从其延伸的用于连接到供电的外部电路的以及从磁场检测器接收测量信号的触点24。这种磁场探测器本身是众所周知的。磁场检测器尤其可以是霍尔效应检测器,然而在本发明的范围内可以使用其它磁场检测器。
磁芯部件3a、3b可以由铁氧体材料制成或由软铁片堆叠制成,这些材料本身对于磁芯是众所周知的。在所示的实施例中,中心通道14是圆形或大致圆形的通道,然而,中心通道也可以具有其它形状,诸如正方形、矩形、多边形或椭圆形。
电流换能器还包括安装在磁芯3顶部的安装板6和安装在磁芯3底部或安装侧的引线框架5。引线框架5由以带材提供的金属的片材形成,并经过冲压和成形操作。引线框架的这种用于产生与电流换能器的组件连接并且通常由电流换能器的壳体部分二次成型的触点部件的冲压和成形操作本身是众所周知的。引线框架组件的优点是成本低,尤其是在大批量制造中,并且引线框架的各个元件相对于彼此精确定位。本文使用的术语“引线框架”旨在涵盖冲压并成形的以其成品状态的组件。
引线框架5包括芯安装部件16a、16b和磁场检测器触点19,磁场检测器触点和芯安装部件由片状金属的普通带材冲压并成形,但磁场检测器触点与芯安装部件16a、16b分离。
磁场检测器触点19包括用于连接到外部电路板(未示出)上的导电电路迹线的电路板触点部分20和用于连接到磁场检测器4a、4b的触点24的磁场检测器触点部分21。
芯安装部件16a、16b包括用于连接到外部电路板(未示出)的电路板触点部分17和从安装侧直立的夹紧柱18。夹紧柱延伸穿过布置在磁芯的角附近的磁芯的孔29。夹紧柱18从磁芯的安装侧26到顶侧27从换能器的安装面7基本上垂直地延伸,并进一步延伸穿过安装板6中的夹紧柱孔22。夹紧柱18通过压接操作被固定,或者替代地通过焊接或焊合被固定到安装板6,以将引线框架芯安装部件16a、16b固定到磁芯部件3a、3b和安装板6。
安装板6具有材料连续形成在中心通道14周围的封闭形状,使得通过经由夹紧柱18将磁芯部件3a、3b固定到安装板6,磁芯部件3a、3b的位置由安装板6以鲁棒的机械布置限定。
安装板6也可以有利地由冲压并成形的片材金属部件形成。
安装板还可以包括在磁场间隙13a、13b周围形成凸起的间隙桥接部分23。凸起23提供一些额外的机械刚度,并为磁场检测器4a、4b***磁场间隙13a、13b提供更多空间,由此磁场检测器可以具有略大于磁场间隙的高度的高度。
存在延伸穿过各磁芯部件3a、3b的至少两个夹紧柱18,但是,在本发明的范围内,可以设置用于将磁芯、安装板6和引线框架芯安装部件16a、16b牢固地固定在一起的三个或更多个夹紧柱和对应孔。
引线框架芯安装部件16a、16b还用于通过电路板触点部分17将电流换能器固定到外部电路板,该电路板触点部分17可以被焊接或焊合到电路板上的对应金属电路迹线。
在所示的实施例中,电路板触点部分17是以旨在***电路板中的对应孔中的针触点的形式,然而,触点部分也可以弯曲,以具有用于表面安装连接到电路板上的金属焊盘的支脚,这种连接技术本身是众所周知的。
如说明的实施例所示,电路板触点部分17可以沿着磁芯的大致长度被布置在其单个侧或多个侧17a、17b、17c。可以在磁芯部件的三个侧17a、17b、17c形成电路板触点部分,以提供电流换能器到外部电路板的特别鲁棒的连接。
芯安装部件28的中间部分30从磁芯部件3a、3b向外基本上平行于安装平面延伸,从而通过增加围绕中心通道14的电路板触点部分17之间的距离来增加与外部电路板的连接的稳定性。电路板触点部分17还可以被用于将磁芯部件3a、3b连接到电接地连接。
磁场检测器触点19具有可以是针触点部分的电路板触点部分20,用于通过外部电路板中的对应金属孔***,或用于表面安装连接到电路板上的电路焊盘,以连接到向磁场检测器供电以及接收来自磁场检测器的测量信号的电气电路***。在所示的实施例中,存在四个触点,这四个触点由引线框架5的相同片材金属形成,并在引线框架制造过程中相互远离切割以形成独立的电触点。
例如,在注塑过程中,可以在引线框架5的多个部分(除了触点部分17、20)、磁芯3和安装板6之上成型壳体2。
壳体2包括安装侧7,该安装侧7可以进一步提供有安装柱25,用于将壳体固定到提供有对应孔的外部电路板,由此安装柱可以比引线框架的触点部分17、20略长,以引导换能器并将其相对于电路板定位。如果触点是以表面安装触点的形式,则安装柱用于相对于电路板使换能器定位和定向,以将触点与电路板上的对应电路迹线对准。
在在安装侧7和顶侧8之间延伸的壳体2的相对横向侧9上,在磁芯3中的磁场间隙13a、13b的位置处形成磁场检测器安装腔10。磁场检测器安装腔10各自包括允许将磁场检测器4***到芯部件3a、3b之间形成的磁场间隙13a、13b中的气隙部分11。气隙部分11从连接凹陷部分12延伸,该连接凹陷部分12在壳体内从横向侧9的最外表面凹陷。
磁场检测器触点19的磁场检测器触点部分21以暴露的方式布置在连接凹陷部分12中,以连接到磁场检测器4a、4b的触点24。具体而言,所示实施例中的磁场检测器触点19的磁场检测器触点部分21是以接触焊盘的形式,其允许触点24的弯曲部分24b被焊接或焊合到接触焊盘。
因此,壳体可以二次成型于磁芯、引线框架和安装板之上,然后磁场检测器可以从两相对横向侧9***壳体2的磁场检测器安装腔10中,由此,可以通过将磁场检测器的触点焊接或焊合到触点部分21来建立电连接。这使得能够制造特别经济又鲁棒耐用的布置,同时具有两个磁场检测器,以提高性能和可靠性。
在变更例中,尽管磁场检测器触点19的磁场检测器触点部分21被示为垂直布置的大致平坦表面,但它们也可以包括用于压接或夹紧到磁场检测器的触点的非平坦形状。在变更例中,如果需要增加耐用性,可以进一步焊接或焊合这种压接或夹紧触点。
使用的附图标记的列表
电流换能器1
壳体2
安装侧7
安装柱25
顶侧8
横向侧9
磁场检测器安装腔10
气隙部分11
连接凹陷部分12磁芯3
芯部件3a、3b
磁场间隙13a、13b
中心通道14
安装侧26
顶侧27
夹紧柱孔29磁场探测器4a、4b
ASIC
弯曲触点24引线框架5
芯安装件16a、16b
电路板触点部分17
中间部分30
夹紧柱18
磁场检测器触点19
电路板触点部分20
磁场检测器触点部分21焊合/焊接连接焊盘安装板6
夹紧柱孔22
间隙桥接部分23
安装平面M
侧向平面P
Claims (9)
1.一种开环电流换能器(1),包括:壳体;包括一对芯部件(3a、3b)的磁芯(3),在所述一对芯部件(3a、3b)之间形成一对磁场间隙(13a、13b),所述磁芯被安装在壳体(2)中;一对磁场检测器(4a、4b),每个磁场间隙中安装有一个磁场检测器;包括芯安装部件(16a、16b)和磁场检测器触点(19)的引线框架(5);以及安装板(6),所述安装板(6)被安装在磁芯(3)的顶侧并且所述引线框架(5)被安装在磁芯(3)的底部安装侧,所述安装板(6)被固定于所述一对芯部件(3a、3b)并限定磁芯部件的位置,其中,磁场检测器触点(19)包括用于与外部电路板连接的电路板触点部分(20)以及用于与磁场检测器(4a、4b)的触点(24)连接的磁场检测器触点部分(21),所述磁场检测器触点部分(21)位于壳体(2)的相对横向侧(9)上的磁场检测器安装腔(10)中。
2.根据前述权利要求所述的电流换能器,其中,壳体(2)的磁场检测器安装腔(10)包括气隙部分(11)以及连接凹陷部分(12),所述气隙部分(11)用于将磁场检测器***磁场间隙中,所述连接凹陷部分(12)用于在所述连接凹陷部分(12)中定位磁场检测器的用于与磁场检测器触点部分(21)连接的触点(24)。
3.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,引线框架的芯安装部件包括从安装面竖立并且从安装侧到顶侧穿过磁芯部件中的孔并且穿过安装板(6)中的孔延伸的夹紧柱(18),所述夹紧柱(18)被配置为将安装板、磁芯部件和引线框架(5)的芯安装部件夹紧在一起。
4.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,安装板(6)形成完全围绕中心通道(14)的闭路,所述中心通道(14)适于接收穿过所述中心通道(14)的初级导体,安装板包括间隙桥接部分(23),所述间隙桥接部分(23)包括向外延伸到磁场间隙上方的凸起。
5.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,安装板(6)由片材金属冲压并成形。
6.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,磁芯部件(3a、3b)是相同的,并且以镜像对称的方式围绕中心通道(14)被布置,所述中心通道(14)被配置为接收穿过所述中心通道(14)的初级导体。
7.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,磁场检测器触点部分(21)包括用于与磁场检测器的触点(24)焊合或焊接连接的连接焊盘,所述连接焊盘按照使所述连接焊盘暴露以将磁场检测器组装和连接到壳体中的方式位于壳体的连接凹陷部分(12)中。
8.根据任何前述权利要求所述的电流换能器,其中,除了引线框架(5)的电路板触点部分(17)和磁场检测器触点部分(21)以外,壳体由在磁芯、引线框架和安装板上成型的聚合物形成。
9.根据前述权利要求所述的电流换能器,其中,芯安装部件的电路板触点部分(17)基本上在安装平面(M)的方向从壳体向外突出,用于以围绕壳体的外周的连接位置连接到外部电路板。
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