具有缠绕磁芯的磁回路器件及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201010126184.8 | 申请日 | 2010-02-24 | 公开(公告)号 | CN101814354B | 公开(公告)日 | 2013-01-30 |
| 申请人 | 机电联合股份有限公司; | 发明人 | S·德莫利; P·M·贝内戴蒂; T·D·舍纳瓦尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种磁回路器件(2)，其包括至少一个由非 磁性 金属制成的间隙桥接元件和缠绕而成的磁芯(4)，该磁芯(4)包括由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层，该磁芯具有至少一个间隙(6)，所述间隙(6)延伸通过所述由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层的一部分，其中所述间隙桥接元件在所述间隙的每一侧均 焊接 到该缠绕而成的磁芯的侧面(14a)上，该间隙桥接元件和该磁芯之间的焊接连接部(22a)延伸跨过所述由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层。本发明还公开了一种该磁回路器件的制造方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁回路器件(2)，包括至少一个由非磁性金属制成的间隙桥接元件和缠绕而成的磁芯(4)，该磁芯(4)包括由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层，该磁芯具有至少一个间隙(6)，所述间隙(6)延伸通过所述由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层的一部分，其中所述间隙桥接元件在所述间隙的每一侧均焊接到该缠绕而成的磁芯的侧面(14a)上，该间隙桥接元件和该磁芯之间的焊接连接部(22a)延伸跨过所述由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层。 |
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| 说明书全文 | 具有缠绕磁芯的磁回路器件及其制造方法技术领域背景技术[0002] 许多传统的电流感测器包括由高导磁率的材料制成的磁芯和磁场传感器，例如霍尔效应传感器，其位于磁芯形成的间隙中。延伸通过磁回路器件中心通道的初级导体产生磁场，该磁场被磁芯拾取。该磁场流动穿过该间隙，而磁场检测器位于该间隙中。由于该间隙代表低导磁率的区域，从而其对磁力线具有重要的影响。因此精确地控制间隙的宽度对于确保待测电流得到准确可靠的测量是重要的。 [0003] 另外重要的是减少传感器中的损失，尤其是由于在磁芯中形成涡流而导致的损失，并避免沿着磁芯任何部分的磁饱和。采用层叠的分层片以减少涡流是众所周知的。形成层叠的多层磁回路器件的已知方法是通过缠绕薄的磁性材料的带或条形成环形缠绕芯。已知的是，提供具有气隙的缠绕的芯，其中的制作过程包括：首先缠绕环形曲面的芯，然后将树脂涂敷在该磁芯的周围以保持该条带材料的同心层，之后机加工出径向地通过缠绕部的间隙。一旦涂敷了树脂，就难以对缠绕的磁芯材料进行退火处理，或者说由于退火处理所需的高温使得退火处理不再可行。 [0004] 对具有高导磁率的材料的作业可能影响它们的磁性，尤其是由于减小它们的导磁率，从而不利地影响磁回路器件的磁性。 [0005] 磁回路器件的间隙长度可能由于热力和机械力而改变。通过固定到磁芯上的元件以稳定间隙的尺寸是已知的。在JP2601297中，环形缠绕磁芯的气隙通过T形元件进行固定，该T形元件具有从磁回路器件外径侧部分地插入该气隙中的部分，该插入部通过缠绕在该磁回路器件和插入部周围的带而保持在位。该设计的缺点在于插入部部分地配合在气隙中，这样限制了用于插入磁场传感器的空间。而且，该插入部只配合在磁回路器件的外周层，这样不能防止磁回路器件内径向层的气隙尺寸的改变，尤其是由于树脂缠绕层的热力引起的改变不能完全避免。另外，磁回路器件在使用树脂后的热处理或者是不可以的，或者是受到最多限制的。插入部在磁回路器件外径周围的位置也增加了磁回路器件的尺寸。 [0006] 在US2006/176047中公开了具有焊接在气隙每一侧上的桥接元件的磁回路器件。然而该磁回路器件不是多层的，而且焊接在气隙每一侧上的桥接元件定位于磁芯的外径周围上，这将不适合于传统的缠绕的磁芯。 发明内容[0007] 本发明的目的在于提供具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件，其确保了电流感测应用的精确和可靠的性能，并且能经济地制造。 [0008] 有利地，提供具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件，该磁回路器件抗机械和热应力。 [0009] 有利地，提供具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件，该磁回路器件具有均匀的磁材料性能，尤其是高的和均匀的导磁率。 [0010] 本发明的目的还在于提供制造具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件的方法，其是经济的，并能制造出这样的磁芯：该磁芯使得电流感测应用能精确和可靠地进行，并且该磁芯是耐用的，并能对抗热和机械应力。 [0011] 有利地，提供带间隙的缠绕磁芯，其是紧凑的，并使得能够容易地以各种方式将磁场检测器组装在间隙中。 [0012] 本发明的目的通过提供根据本发明的具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件而实现。 [0013] 这里公开的是具有带间隙的缠绕磁芯的磁回路器件，该缠绕磁芯包括由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层，该磁芯具有径向间隙，该间隙延伸通过该由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层的一部分，该磁回路器件还包括间隙桥接元件，其中所述桥接元件由非磁性金属制成，并在该间隙的每一侧上焊接到该磁芯上，在该桥接元件和该磁芯之间的焊接连接部从径向最内环层延伸跨过所述同心环层到达径向最外环层。 [0014] 该桥接元件可以有利地由基部平坦的金属片形成，最好通过金属片冲压形成。 [0015] 在优选的实施方式中，该桥接元件最好在间隙的每一侧上沿着所述磁芯延伸超出30度或更大的角度，最好是在间隙的每一侧上超出90度，并包括在接近该桥接元件端部处的、连接至该由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层上的至少第二对焊接连接部。该桥接元件在气隙的每一侧上沿着所述桥接元件可以包括第三对或更多焊接连接部，其位于桥接元件和该由高导磁率磁性材料制成的多个层叠的同心环层之间。有利地，靠近间隙的所述焊接连接部用于稳定和固定间隙的尺寸(也即在形成间隙的磁回路器件的相对面之间的距离)。靠近桥接元件端部的焊接连接部用于将层叠的环层保持在一起以防止在受到热或机械应力时层径向分离。中间(第三和更多的)焊接连接部可以沿着桥接元件设置以进一步稳定磁芯的同心环层和桥接元件在磁芯上的连接。可选地和有利地，桥接元件可以设置有固定元件，所述固定元件例如为从金属片平面向外弯曲的固定销或凸片的形式，而支撑元件由其冲压并形成，用于使磁回路器件机械连接和/或电连接到电路板或其他电路设备上。 [0016] 有利地，根据本发明的磁回路器件的制造可以不使用树脂来将环形的同心环层保持在一起，尽管可选地可以添加树脂。焊接到环形缠绕磁芯上的桥接元件可以在机加工出气隙之前就焊接到桥接元件上，然后在热处理过程中退火，以确保磁芯最佳和均匀的磁性，尤其是消除制造过程中磁芯材料的磁性的不利的改变。桥接元件在环形芯的侧面上基本平坦或平面的布置提供了尤其紧凑的结构。 [0019] 图1是根据本发明实施方式的磁回路器件的立体图； [0020] 图2是图1所示的磁回路器件从相对侧观察的立体图； [0021] 图3是图1所示的磁回路器件的分解的立体图； [0022] 图4是图2所示的磁回路器件的分解的立体图。 具体实施方式[0023] 参见附图，特别用于电流感测设备的磁回路器件2的实施方式包括带有间隙6(也通常已知为“气隙”)的环形磁芯4和连接到磁芯的间隙的每一侧上的桥接元件8。间隙6形成于磁芯的相对的端面36之间。该磁芯4由具有高导磁率的薄片材料的条带缠绕制成，从而形成从径向最内侧的环层16至径向最外侧的环层18的层叠的同心环层。这些条带层的薄的边缘限定出磁芯的相对的侧面14a、14b。具有高导磁率的磁性材料是已知的，例如包括FeSi或者FeNi合金。该桥接元件由非磁性材料制成，最好是比磁芯材料具有更高抗拉强度的金属例如不锈钢合金制成。 [0024] 用于缠绕成磁芯的磁性材料条带具有宽度W，该宽度W最好与最内和最外环层16、18之间的径向距离R具有相同的数量级。该宽度与该径向厚度W/R的比率最好在0.3到3的范围内，更优选地在0.5到2的范围内。 [0025] 桥接元件8在磁芯的侧面14a上连接到该磁芯，并延伸跨过磁芯间隙6。该桥接元件包括基部20，在优选的实施方式中，该基部20基本上是平面的，从而基本上平坦地抵靠在侧面14a上，并具有整体弯曲的形状，从而随着磁芯的侧面的圆形形状弯曲。最外的径向边缘32和最内的径向边缘34仅仅分别少量地延伸超出径向最外和最内环层18、16，超出的量优选地小于三层的磁芯条带材料。桥接元件径向延伸至磁芯的内和外同心层16、18或略微超出磁芯的内和外同心层16、18使得桥接元件能够跨过所有的层连接到磁芯上。桥接元件的基部通过焊接连接部22a、22b和22c连接到磁芯的侧面上，换句话说，通过将基部焊接到磁芯的侧面上而将基部连接到磁芯的侧面上，其中焊接连接部径向地延伸跨过多个环层，从而确保磁性条带材料的层牢固和紧凑地联结在一起，以防止这些同心的层在焊接连接部的邻近处分离。每个焊接连接部22a、22b、22c最好从磁芯的径向最内环层16延伸到径向最外环层18。然而在本发明的范围内可以使焊接连接部横跨小于芯的整个径向厚度的多个环层。在后者的这一变型中，不同的焊接连接部构造为横跨不同的层，其方式使得总的焊接连接部横跨所有的环层，从而将层叠的环层从径向最内环层16联结到径向最外环层18。 [0026] 第一对焊接连接部22a靠近磁芯的间隙6设置，间隙的每一侧各一个焊接连接部22a。桥接元件的基部20在间隙位置设置有切口26，该切口26具有与间隙的长度G基本相同的长度，从而允许磁场检测器穿过并插入到位于芯4的相对的端面36之间的间隙中。然而在本发明范围内可行的是，在桥接元件的基部中不具有切口26，其中磁场检测器将从相对的侧面14b径向或轴向地插入到间隙6中。然而在图中示例的实施方式允许磁场检测器定位于电路板(未示出)上，该电路板在轴向A上延伸通过间隙。 [0027] 桥接元件的基部20最好还通过第二对焊接连接部22b连接到磁回路器件的侧面14a上，第二对焊接连接部22b类似于第一对焊接连接部22a，但是位置靠近基部的自由端 38处。在基部的气隙处和自由端处的焊接连接部22a、22b之间可以设置其他的中间焊接连接部22c。在气隙6处的焊接连接部22a用于刚性地固定并稳定气隙的长度G，同时使层叠的条带材料的同心环层刚性地保持在一起，而中间的焊接连接部22c和在基部端部38处的焊接连接部22b用于使层叠的条带材料层刚性地保持在一起，并防止在受到机械或热应力时这些同心层分离和滑移。在这点上，桥接元件的端部38可以有利地(从一端到另一端)围绕磁芯的外周延伸越过一定的角度α，该角度大于30°，最好大于90°，例如在90°到 180°的范围内。在本发明的范围内还可能的是，使得桥接元件形成闭合的圆并在芯的整个圆周上(也即360°)延伸，或者延伸覆盖180°和360°之间的任意角度。 [0028] 可选地和有利地，该桥接元件还可以包括延伸部28。该延伸部可以包括例如呈销或凸片30形式的固定元件，该固定元件构造成用于机械意义上地和/或电学意义上地将该磁回路器件固定到旨在固定磁回路器件的电路板或其他支撑件上。因此，有利地，该桥接元件还可以用于为磁芯提供电学接地连接部，这对于磁回路器件的电学性能可能是必要的或者有用的。在示例的实施方式中，固定延伸部28由与基部20相同的材料件冲压形成，并且与基部平面非共面地延伸。在本实施方式中垂直于基部平面向着相对的侧面14b延伸，使得固定销30延伸超出侧面14b。 [0029] 与基部平面非共面地延伸的延伸部28也可以或者替代性地形成刚性元件以加强桥接元件的基部20。 [0030] 在本发明的范围内，可以提供这样的实施方式(未示出)，其中：该固定延伸部与基部平面非共面地延伸远离相对的侧面14b，或者替代性地与基部共面地延伸，例如径向向外地延伸。这样该磁回路器件可以在桥接元件的基部20安装于其上的侧面14a固定于电路板或其他支撑件上；或者在相对的侧面14b固定于电路板或其他支撑件上；或者甚至以外周环层18为基底进行安装。因为固定延伸部可以形成为许多不同的形状和尺寸，所以其他的安装构造也是可以的；并且，固定延伸部刚性且一体地连接到基部、进而该基部刚性和坚固地连接到磁芯上确保了将磁回路器件机械地固定到外部支撑件上。 [0031] 在进一步的变形中，可以设置类似于第一桥接元件的第二桥接元件，其固定到磁芯的相对的侧面14b上。 [0032] 这里所述的缠绕磁芯的制造方法包括如下操作：通过传统的用于制造缠绕的磁芯的手段缠绕高导磁率材料的条(带)；随后，将桥接元件8(或桥接元件对)焊接到缠绕的磁芯的侧面14a(或两个侧面)上。焊接连接部可以通过本身公知的各种焊接技术制成，例如弧焊、电阻焊、摩擦焊或激光焊。这里指的术语“焊接连接部”也包括硬钎焊或软钎焊。 [0033] 然后，通过磁芯的叠层的一部分而机加工出间隙6。在焊接操作和间隙机加工操作之后，该磁回路器件可以通过热处理过程以对芯的磁性材料进行退火，以使其具有均匀的磁性性能，尤其是均匀的导磁率。这消除或减小了之前制造操作中对条带材料磁性性能的不利影响。该热处理过程还具有减小磁芯材料中内部应力的有利效果。 [0034] 在根据本发明的制造方法中，如果需要的话，可以避免使用树脂来固定条带材料的这些同心环层，这也允许在组装过程结束时对磁回路器件进行热处理过程。 |
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