专利名称：电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过检测由电流产生的磁场测定该电流的电流传感器的制作方法，该传感器包括至少一个基本上为矩形截面的电导体部分，它设有能使其与载有待测定的电流的两导体串联连接的各终端，该电导体部分在其三个侧面周围环绕以磁回路部分，该磁回路部分包括基本上位于电导体部分的第四侧面的平面中的各端平面，对着该第四侧面设置有一磁场检测器。
这样一种传感器的基本构造描述于文件EP 0772046A2中。
已知的传感器用传统的方法制造其成本较高，尤其是由于传感器的不同元件的组装成本。
本发明的目的是提供适合于大量生产的传感器的制作方法，特别能同时简化大量传感器组装和生产，从而显著地降低生产成本。
本发明的另一目的是提供具有良好性能的传感器，特别是关于电流强度的测定范围和传感器的灵敏度方面，同时保证良好的保护以防寄生的磁场的影响。
本发明的目的是通过提供按权利要求1所述的传感器的制作方法达到的。
本发明的具体实施方案阐明于权利要求2至15中。
本发明的其他目的和有利的特征由以下对不同的实施方案的描述和附图将显而易见，其中
图1为本发明的电流传感器的剖视图；图2为图1的传感器的底面图，其中去掉了某些部分；图3为类似于图2的传感器底面图，但适合于测定两电流差；图4为按照本发明在制造的中间阶段用于制作许多传感器的电路板的局部透视图；以及图5至8为本发明的传感器的各个不同实施方案的剖视图。
参见图1，按照本发明的方法制作的传感器包括一支承元件1′，例如一印刷电路板或柔性的膜片，在其一表面上具有镀金属的部分2以特别形成电连接通路。在图1的实例中，以板1′形式的支承元件设有一开口，该开口内安放一封装于类似于市场可买到的壳体的壳体4内的磁场检测器3，例如霍尔效应检测器。检测器3通过焊接固定和连接于金属部分如2′和2″，金属部分2′、2″经由连接通路被互连于如5、5′和5″等接头上，这些接头被焊接在相应的镀金属的部分，例如部分2上。
在图1和2中，待测定的电流I流过的电导体的一部分以标号6表示。该电导体部分具有平面形状且基本上为矩形截面，并且在垂直于电流I在接头或导体16和17之间的流动方面的方向上包括一缩小的截面，接头或导体16和17被焊接在部分6的两相反端。于是该部分6包括缩小的截面和长度的部分6′，在该部分6′中电流密度大大地大于位于部分6′的上游和下游的部分6″和6中的，并且后两部分由于它们较大的表面能够散发由电流产生的热。
部分6′和电导体部分6的邻近区域在它们的三个侧面周围环绕以磁回路部分7，在所示的实施方案中该磁回路部分的边缘基本上是圆形的。电导体部分6胶合在电绝缘层8上，而磁回路部分7一方面胶合在部分6上，另一方面沿两周边部分7′、7″胶合在所述电绝缘层8上。为了接地，在层8的下面设有电屏蔽层9。在屏蔽层9与电路板1′之间设置两磁通量集中的部分10和11，该两部分的形状基本上是两梯形，它们的短边彼此面对，长边具有例如近似于圆弧的形状，如图2中所示。
由部分7和部分10与11构成的磁回路在两短边之间设有气隙，该气隙位于检测器3的附近，以便由电流I产生的磁场可以影响该检测器。图1特别示出，采用了包括集成的磁通量集中元件的检测器，这使得通过回收部分10与11间的漏磁通量能够提高电流检测器的灵敏度。以点划线画出的磁通量中线F表示磁通量通过传感器的流动。
关于传感器的磁回路的部分7、10和11各自的形状和尺寸，应当指出的是，部分7具有覆盖在至少部分10和11上的圆形或椭圆形形状以便确保对外部磁场的良好屏蔽。在相对于电流的流动方向的横向方向上部分7的较大宽度，如在椭圆形状时其长轴垂直于电流流动方向的情况下所得到的那样，进一步提高传感器的灵敏度。另一方面，部分7沿电流流动方向的较大宽度可获得较大的磁饱和度，从而可测定较大强度的电流。实际上，对于给定的应用在这两种效应之间必须求得一个折衷方法。
图3示出用于测定两在相反方向流动的电流Ia和Ib的差值的传感器的构造。在这种情况下，部分6被分成两部分6a和6b，这两部分通过一沿电流方向延伸的狭缝隔开并且彼此电绝缘，例如通过绝缘的涂漆层。部分6a和6b分别连接于接头16a、17a和16b、17b。传感器的其余部分类似于图2传感器的构造并且用同样的标号表示同样的元件。磁检测器测定由在每一部分6a与6b流动的电流间的差值产生的磁场。
制作电流传感器的本方法在于在一支承件如印刷电路板上通过沉积各逐次的层构成不同的元件以形成多层结构，例如按照图1那样。实际上，同时构成多个传感器，例如在一主板1上，如图4中所示。构成各不同的层以后，沿点划线切割该板以便各个传感器设有相应于板1的一部分的板1′。检测器可以在切割主板以前或以后安装。接头如5、5′和5″可视情况而定焊接在镀金属的部分2上，接着将传感器用密封树脂13覆盖以确保电绝缘以及机械稳定性和装置的保护。该树脂也可以流入在形成各不同的层以后在传感器内部留下的空间。
给予传感器的各部分如部分7、10和11以特定形状的各层构成磁回路，磁屏蔽层12和导体部分6按已知方法通过光刻和蚀刻加工而成。其他各层的最后形状在多层结构的切割过程中得到。
图5至8示出本发明提供的不同的传感器构造实例。在这些图中，各类似部分和特别是在图1中所描述的那些部分已用同样的标号表示出来并且对它们的描述及其功能可由以上所述来理解，在此不再赘述。
图5的实施方案相当于图1的构造但另外采用了不同的粘结层。粘结层18使形成部分10和11的铁磁材料层可粘结在板1上，并且粘结层19、20和21分别确保电屏蔽层9粘结在部分10和11上并接着一层叠一层地粘结电绝缘层8和形成导体部分6的层。之后，将形成部分7的层借肋粘结剂22固定在部分6上。最后，用粘结层23固定上外磁屏蔽层。
在图6的实施方案中，采用了绝缘材料的支承板1″，制备导体部分6和磁回路部分7的各层以及屏蔽层12一层叠一层地粘结在支承板1″上，如以上所述。形成磁通量集中部分10和11的层粘结在板1″的反面上。最后，将封装在壳体内的检测器24粘结到部分10和11上。由壳体伸出的接头25在用树脂13封装的过程中保持就位。
图7示出将一以“倒装片”型式的集成电路形式的检测器安装在包括连接通路2的印刷电路板1′下面的实例。
图8的实施方案采用包括一磁阻的铁磁元件26的检测器，元件26也用来闭合传感器的磁回路。
由以上所述显而易见，本发明能以低成本制作具有良好性能的传感器，特别是由于这些传感器的构成部分的形状和尺寸的优化。因此这样的传感器具有很大的应用领域，例如在电机控制设备中、在能量测定设备中和电子熔丝中等。
权利要求
1.通过检测由电流产生的磁场测定该电流(I；Ia和Ib)的电流传感器的制作方法，该传感器包括至少一个基本上为矩形截面的导电部分(6；6a和6b)，它设有能使其与载有待测定的电流的两导体串联连接的各终端，该导电体部分在其三个侧面周围环绕以磁回路部分(7)，该磁回路部分包括基本上位于所述导体部分(6)的第四侧面中的各端平面部分(7′，7″)，对着该第四侧面设置有磁场检测器(3；24；26)，其特征在于-所述导体部分(6)通过在一层导电材料上光刻和蚀刻而成，该层导电材料粘结在平面支承元件(1；1′；1″)的第一表面上或粘结在一个或多个沉积在该支承元件的所述表面上的中间层或中间层部分(8，9，10，11)上；-所述磁回路部分(7)通过在一层导磁材料上光刻和蚀刻而成，该导磁材料粘结在所述导体部分(6)和支承元件(1；1′；1″)的所述第一表面的各部分或中间层(8)的各部分上；-所述磁场检测器(3；26)固定于所述支承元件(1；1′；1″)或固定在该元件与其所述第一表面相反的第二表面上，或固定在沉积在支承元件的该第二表面上的中间层(9，10，11)的一层或多层或几部分上。
2.按照权利要求1所述制作传感器的方法包括平面磁通量集中部分(10，11)，该磁通量集中部分分别至少部分地设置在所述磁回路部分的端面部分(7′，7″)的对面，其特征在于-所述磁通量集中部分通过在一层导磁材料上光刻和蚀刻而成，该导磁材料在所述支承元件(1，1′)与导体部分(6)之间形成一中间层。
3.按照权利要求1所述制作传感器的方法包括平面磁通量集中部分(10，11)，该磁通量集中部分分别至少部分地设置在所述磁回路的端面部分(7′，7″)的对面，其特征在于-所述磁通量集中部分通过在导磁材料上光刻和蚀刻而成，该导磁材料在所述支承元件(1，1″)与磁场检测器(24)之间形成一中间层。
4.按照上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于-电屏蔽层(9)作为所述导体部分(6)与磁场检测器(3；24；26)之间的中间层粘结于一导电材料上。
5.按照权利要求1，2和4任一项所述的方法，其特征在于-粘结电绝缘层(8)作为所述导体部分(6)与支承元件或电屏蔽层(9)之间的中间层。
6.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于-导磁材料的磁屏蔽层(12)粘结在所述磁回路部分(7)上。
7.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于-所述支承元件是印刷电路板或柔性的印刷电路。
8.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述磁场检测器(3)为包括在该检测器中集成的磁通量集中元件(14，15)的霍尔效应检测器。
9.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述支承元件(1′，1″)为同时制作多个电流传感器用的主支承元件(1)的一部分，所述各层被逐次地粘结在该支承元件的一个和/或另一个表面上并接着切割成相当于各个传感器的所述支承元件的部分。
10.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述导体部分(6)包括一在垂直于电流方向的方向上缩小的截面以便将电流集中在导体部分的缩短部分(6′)上，以及所述磁通量集中部分(10，11)都具有近似梯形形状并设置成使它们的短边彼此面对和面对所述导体部分的缩短部分(6′)。
11.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)的尺寸确定成使其能至少覆盖所述磁通量集中部分(10，11)。
12.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)设有基本上为圆形或椭圆形的边缘。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)具有椭圆形状，其长轴定向于垂直于电流方向的方向。
14.按照上述权利要求任一项所述的用于测定两反向电流的差值的电流传感器的制作方法，其特征在于-设置两彼此绝缘的导体部分，所述磁回路部分(7)和磁场检测器(3；24；26)设置成使它们可受在所述导体部分内流动的电流的影响。
15.按照上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于-传感器在制备各电连接部分以后被封装在密封材料(13)中。
全文摘要
通过检测由电流产生的磁场测定电流的电流传感器的制作方法。该传感器包括至少一个基本上为矩形截面的导体部分,导体部分在其三个侧面周围环绕以磁回路部分,对着第四侧面部分设置有磁场检测器。导体部分通过在一层导电材料上光刻和蚀刻而成,粘接在一平面支承元件的第一表面上。磁回路部分通过在一层导磁材料上光刻和蚀刻而成,粘接在导体部分和支承元件第一表面上。磁场检测器固定于支承元件的与第一表面相对的第二表面上。
文档编号G01R33/07GK1276531SQ0010267
公开日2000年12月13日 申请日期2000年2月25日 优先权日1999年2月25日
发明者休伯特·布兰查德 申请人:机电联合股份有限公司