磁场传感器装置和具有其的电流转换器的制作方法

本发明涉及一种磁场传感器装置，所述磁场传感器装置用于定位在磁路的间隙中，尤其是定位在电流转换器的间隙中，所述磁场传感器装置包括用于将磁路接地的接地部件。

背景技术：

很多传统的电流转换器包括由具有高导磁率的材料制成的磁芯以及包括磁场传感器(诸如霍尔效应传感器)，所述磁场传感器定位于形成于磁芯内的间隙中。沿磁路的中心通道延伸的初级导体产生由磁芯承载的磁场。磁场流过所述间隙和定位于该间隙中的磁场探测器。

为了避免放电和确保正确测量在初级导体中流动的电流，磁芯通常被接地。典形地，这通过将构造成接地的电导体钎焊、焊接或压接到磁芯来实现。然而，具有高导磁率的材料的运作可影响材料的磁性，尤其是因降低材料的导磁率而影响磁性，并且因此对磁路的磁性性能产生不利影响。

US2010/259248公开了一种电流传感器，该电流传感器包括具有气隙的磁芯、定位在气隙中的磁场探测器以及导电安装元件。桥接部分将固定延伸部并联并且横跨所述气隙。桥接部分包括与磁场探测器的接地垫电接触的电端子。

WO2009/151011公开了一种电流传感器，该电流传感器设有环形芯、电磁传感器和接地屏蔽部件，间隙形成于环形芯中，电磁传感器布置在所述间隙中，接地屏蔽部件静电屏蔽电磁传感器。

JP2011007596公开了一种设有气隙的电流传感器芯、电路板和定位于气隙中的霍尔元件。电流传感器包括设有弯曲压板的接地部件，该弯曲压板压靠在霍尔元件上。

技术实现要素：

本发明的一个目的是为电流转换器的磁路提供一种磁场传感器和接地装置，所述电流转换器在实施大批量制造时经济划算、紧凑并且提供有效的接地连接。

本发明的另一目的是提供一种电流转换器，该电流转换器具有带有间隙的磁路、磁场传感器和接地装置，该电流转换器特别是在大批量制造时坚固耐用并且制造起来经济划算。

将有利于提供一种紧凑且易于组装的电流转换器。

将有利于提供一种具有磁芯的电流转换器，该磁芯具有一致的磁性材料性质，特别地具有一致的高导磁率。

本发明提供了一种磁场传感器装置,所述磁场传感器装置包括磁场探测器、壳体、接地装置和电路板，所述磁场探测器用于定位在形成于磁路磁芯的端面之间的间隙中，磁场探测器、壳体和接地装置安装在电路板上，磁场探测器和接地装置安装在壳体上，所述接地装置包括被弹性支承且构造成与磁路磁芯电接触的至少一个接触件，其中，被弹性支承的接触件安装成邻近磁场传感器的感测部分并且构造成插入磁路磁芯的间隙中，使得所述接触件弹性偏压抵靠磁路磁芯的所述端面，其特征在于，所述电路板包括孔口，所述壳体包括安装基座，所述安装基座包括凸缘，所述孔口、所述安装基座和所述凸缘构造成能够使得壳体穿过孔口插入电路板中并且借助于所述凸缘搁靠在位于所述电路板的面对磁路磁芯的面的相对侧上的电路板的连接面上。所述磁场传感器装置已经实现了本发明的目的，所述磁场传感器装置用于定位在磁路的间隙中，特别是定位于电流转换器的间隙中。

本发明提供了一种电流转换器，所述电流转换器包括具有气隙的磁路磁芯以及包括磁场传感器装置，所述磁场传感器装置包括定位在形成于磁路磁芯的端面之间的间隙中的磁场探测器，所述磁场传感器装置还包括壳体、接地装置和电路板，所述磁场探测器、壳体和接地装置安装在电路板上，所述磁场探测器和接地装置安装在所述壳体上，所述接地装置包括被弹性支承的至少一个接触件，所述接触件安装成邻近磁场传感器的感测部分并且插入磁路磁芯的间隙中，使得所述接触件弹性偏压抵靠所述磁路磁芯的所述端面，其特征在于，所述电路板包括孔口，所述壳体包括安装基座，所述安装基座包括凸缘，所述孔口、所述安装基座和所述凸缘构造成能够使得壳体穿过孔口插入电路板中并且借助于所述凸缘搁靠在位于所述电路板的面对磁路磁芯的面的相对侧上的所述电路板的连接面上。通过所述电流转换器已经实现了本发明的目的。

本文公开了一种磁场传感器装置，所述磁场传感器装置包括磁场探测器、壳体和接地装置，所述磁场探测器用于定位在形成于磁路磁芯的端面之间的间隙中。磁场探测器和接地装置安装到壳体，所述接地装置包括被弹性支承且构造成与磁芯电接触的至少一个接触件。被弹性支承的接触件安装成邻近磁场传感器的感测部分并构造成插入磁路磁芯间隙中，使得接触件弹性偏压抵靠磁芯的所述端面。所述磁场传感器装置还包括电路板，磁场探测器、壳体和接地装置安装在电路板上并且与电路板连接。壳体的安装基座包括凸缘，该凸缘构造成能够使得壳体穿过孔口插入电路板或其他形式的支承件中，并且借助于所述凸缘搁靠在位于与所述电路板的面对磁芯的面的相对侧上的电路板的连接面上。

磁场探测器包括端子，所述端子可有利地定位在形成于壳体的安装基座上的传感器端子导槽中。在一个实施例中，端子构造成表面安装连接至位于电路板的面上的接触垫。

壳体有利地用于将磁场探测器和接地装置定位并且保持在一起，并且将这两个部件安装到电路板上，该壳体可包括传感器接收腔，磁场探测器插入并且寄存于该传感器接收腔中。

在一个有利的实施例中，壳体包括布置在壳体的相应外侧面上的接地端子导槽和接地自由端导槽，构造成用于围绕壳体保持或定位接地装置。

在一个有利的实施例中，接地装置包括围绕磁场探测器定位的大致U形的导电材料带或条。接触件可有利地设置在壳体的相对侧上，用于与磁芯的相应相对端面电接触。

在一个有利的实施例中，接触件形成为向外弯曲的部分，所述向外弯曲的部分与包括一个或多个用于连接到接地导体的端子的导电材料条一体形成，所述导电材料条围绕磁场传感器的端部弯曲成大致U形，并且具有安装成抵靠所述壳体的外侧面的部分。

在一个有利的实施例中，接地元件的自由端被接收于所述壳体的一个侧面上的导沟或导槽中，所述端子被接收于所述壳体的另一侧面上的导沟或导槽中。

在一个有利的实施例中，所述接地装置包括孔口，使得所述接触件形成在通过桥接部分连接的间隔开的分支上。

在一个有利的实施例中，所述接地装置可以是由金属片冲压形成的单个一体部分。

本文还公开了一种电流转换器，该电流转换器包括具有气隙的磁芯和如上所述的磁场传感器装置。磁芯可形成围绕中心腔的环路，以用于接收初级导体，该初级导体载有流过其中的待测电流。初级导体的一部分可在结合在电流转换器中并且包括连接至初级导体的端子，或者，电流转换器可包括中心通道，该中心通道允许初级导体插入其中。电流转换器可以是例如开环式的电流转换器。

参照附图对实施例的下述更详细描述，本发明的其他目标和有利特征将是显而易见的，附图中：

图1a是根据本发明的一个实施例所述的电流转换器的透视图，其中，壳体和电路板的多个部分被移除；

图1b是图1a所示装置的视图，其中，磁场传感器装置与磁芯分解开；

图2a是图1b所示的磁场传感器装置的透视图；

图2b是图2a所示装置的视图，其中，磁场探测器、壳体和接地装置与电路板分解开；

图3a是图2b所示的磁场探测器、壳体和接地装置的透视图；

图3b是图3a所示装置的视图，其中，接地装置的端子显示为在被弯曲之前插入壳体中。

图3c是图3a所示装置的视图，其中，接地装置与壳体分解开；

图3d是图3a所示装置的分解图；

图4a是图3b所示的磁场探测器和壳体组装到接地装置之前的透视图；

图4b是从另一角度观察的图4a所示装置的视图；

图4c是图4a所示装置的视图，其中，磁场探测器端子显示为弯曲以用于进行表面安装连接。

具体实施方式

参照附图，电流转换器1包括磁路2和磁场传感装置3。磁路2包括具有间隙6(通常还称作“气隙”，尽管它可能并不充满空气)的环形磁芯4。间隙6形成于磁芯4的相对端面12之间。磁芯4由本领域熟知的具有高导磁率的材料制成，例如所述材料包括FeSi合金或FeNi合金。磁芯的中心通道9构造成用于接收一个或多个初级导体，所述一个或多个初级导体载有流过其中的一股或多股待测电流。

在示出的实施例中，磁场传感装置3包括磁场探测器5、电路板7、壳体10和接地装置8。在一种变型(未示出)中，磁场传感装置可构造成不具有电路板，而包括连接至外部电路(未示出)的连接器。

磁场探测器可以是呈带有传感器接触端子15的专用集成电路(ASIC)形式的霍尔传感器，其中，传感器接触端子构造成连接到电路板7的导电迹线23，或者可替代地连接到外部连接器(未示出)的端子。这种霍尔效应传感器为本领域熟知的。在本发明中还可实施其他类形的磁场探测器，例如即时磁通门传感器或巨磁阻式传感器。

壳体10包括传感器接收腔11，磁场探测器5插入并且寄存于传感器接收腔11中。磁场探测器端子15定位在形成于壳体的安装基座16的传感器端子导槽13中。在示出的实施例中，端子15构造成表面安装连接到电路板7的面上的接触垫23，在将磁场探测器插入壳体的传感器接收腔11中之后将端子垂直弯曲到靠近磁场探测器ASIC的位置。在一种变型中，磁场探测器的端子15也可构造成插入电路板的导电孔中的销端子，或者构造成连接至互补的外部连接器(未示出)的端子。在示出的实施例中，壳体10的安装基座16有利地包括凸缘28，该凸缘构造成能够使得壳体穿过孔口17插入电路板或其他形式的板或支承件中，并且借助于凸缘28搁靠在位于电路板的面对磁芯4的面27b的相反侧上的电路板连接面27a上。可设置与偏振元件29或电路板孔口的形状互补的壳体的偏振元件30，确保壳体10穿过孔口17插入时的正确定向。

壳体还用于支承接地装置8并且使得接地装置能够电连接至外部接地连接装置，例如，在示出的实施例中，电连接至电路板7上的接地垫24。从这个意义上说，壳体包括布置在壳体10的外侧面26a、26b上的接地端子导槽14a和接地自由端导槽14b。

接地装置由非磁性材料制成。接地装置8至少部分地包括导电材料，并且用于向电接地端子提供磁芯4和接地连接装置之间的电接地连接，所述接地连接装置例如设置在电路板或连接器装置上。

接地装置8可有利地包括大致U形导电材料带或条、其尤其是可由金属板冲压成形而制成。接地装置8包括一个或多个端子18，用于连接至电路板17的一个或多个导电接地垫或导电迹线24连接，或者用于连接至外部连接器(未示出)的接地线或接地端子。在一个有利的实施例中，端子18呈表面安装销或凸片的形式，用于表面安装连接至所示实施例中的导电垫24。在一种变型(未示出)中，端子可以设置成呈销的形式，用于插入电路板的导电通孔中。在后一种变型中，壳体10安装在电路板的面对磁芯4的面27b上，由此，可省掉电路板上的孔口17。然而，所示实施例尤其是有利的，原因在于其提供了将磁场传感器安装到电路板的一种坚固、稳定且紧凑的安装，减小了接地接触件以及磁路和电路板17之间的悬臂距离。

接地装置包括被弹性支承的接触件20，该接触件构造成插入磁芯4的间隙6中，并且用于弹性偏压抵靠在磁芯的形成间隙的端面12上。接触件20设置在相对侧上，用于与磁芯的相应相对端面12电接触。然而，在一种变型中，可只在一侧上设有被弹性支承的接触件20，用于只偏压抵靠在端面12中的仅仅一个端面上，另一侧例如形成偏压抵靠相对端面但没有被弹性支承的搁置表面。在所示的实施例中，接触件20形成向外弯曲的部分，该向外弯曲的部分与包括一个或多个端子18的导电材料条一体形成，导电材料条围绕磁场传感器的端部弯曲成大致U形，并且具有安装成抵靠壳体的外侧面26a，26b的部分。接地元件的自由端22被接收于位于一个侧面26b上的导沟或导槽14b中，端子18被接收于位于壳体的另一侧面26a上的导沟或导槽14a。在所示的实施例中，接地装置8包括孔口，使得接触件20形成于通过桥接部分25连接的分隔开的分支21上。这提供了接触部分20与磁芯更好地电接触的一定独立弹性，也限制了因在接地元件中产生的涡电流所引起的任何磁屏蔽效应。接地装置的导电材料是非磁性的，换句话说，其导磁率接近空气的导磁率。

在一种变型(未示出)中，接地装置可以由不是金属片的材料制成，例如，可以由具有弹性性质的金属线制成，或者可包括电接触件，该电接触件安装在由壳体保持或引导的单独制造的弹簧上或者与壳体一体形成。在另外的变型中，接触件可形成为在具有弹性性质的介电支承件上的导电涂层或镀层。例如，与壳体一体成形且从外侧壁伸出的弹性臂可镀有延伸到安装凸缘28的导电材料，用于与电路板上的接地垫焊接连接。

有利地，本发明能够借助于将磁场传感器插入磁芯的气隙中而无需焊接、钎焊或压接来实现磁芯的接地连接。再者，接地装置被组装到磁场传感装置或者成为磁场传感装置的一部分，从而形成可易于组装到磁芯上的紧凑且成本有效的构造。

具有接地装置的多个磁场传感装置可被安装到共同的电路板上，用于组装到多个磁芯。这可能在例如多相电流传感装置中是有用的。

本发明的磁场传感器装置可被插入具有用于多种用途的多种形状和尺寸的磁芯的间隙中。应理解的是，磁芯可能不形成围绕中心通道的环路，或者可包括多个气隙。

根据本发明的磁场传感器装置还可应用到不同于电流测量装置的磁场待测的系统中。