電流傳感器的制造方法

電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了電流傳感器，設置于電流流過的電流路徑中，所述電流傳感器包括：外殼；基板，容納在外殼中；多個磁檢測元件，安裝于基板上；和一對屏蔽體，分別設置于每個磁檢測元件的兩側上。屏蔽體容納在外殼中以在電流路徑兩側上包圍電流路徑，并且屏蔽體保持為使得屏蔽體的相應端部具有預定間隔。磁檢測元件和屏蔽體設置于三相交流電各相電流路徑中。
【專利說明】電流傳感器
[0001]相關申請交叉引用
[0002]本申請是基于2012年6月14日提交的日本專利申請號2012-135111，其內容以引用方式并入本文中。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種電流傳感器，所述電流傳感器檢測三相交流電的各相電流，并且特別是，所述電流傳感器的特征在于屏蔽體結構。
【背景技術】
[0004]電流傳感器已經眾所周知，所述電流傳感器檢測流過用于將車輛車載蓄電池和車輛電氣設備相互連接的電流路徑(例如，匯流條等)的電流。所述電流傳感器的例子示出于圖 8 中(參見 JP-A-2010-223868)。
[0005]圖8A和圖8B示出根據現有技術的電流傳感器100，圖8A為電流傳感器100的分解透視圖，圖SB為電流傳感器100的主要部件的縱向剖視圖。電流傳感器100包括外殼200和固定到外殼200的屏蔽體500。此外，電流傳感器100包括排布于外殼200與屏蔽體500之間的電流路徑600以檢測流過電流路徑600的電流。通過使用安裝于連接到外殼200的基板300上的磁檢測元件400來檢測磁場強度并且輸出與磁場強度對應的電力，來測量電流。屏蔽體500具有大體上U形并且完全包圍電流路徑600的后側(參見圖8B)。利用這個結構，能夠實現電流傳感器100，其中磁場畸變不會發生并且可靠性高。雖然JP-A-2010-223868中未公開，但是圖8B明示了本發明結構與現有技術結構之間的差異。
[0006]在JP-A-2010-223868中公開的電流傳感器100中，特別是，屏蔽體500在電流傳感器100的連接部中從電流路徑600的后側完全覆蓋電流路徑600。由于此原因，缺點在于，通過流過電流路徑600的電流產生渦流，并且由磁檢測元件400檢測的磁場相位與電流相位相比延遲。因此，問題在于，高速響應可靠性降低。此外，在高頻大電流中，屏蔽體的磁飽和預期發生，并且電流與由磁檢測元件400檢測的磁通密度之間的線性關系打破。因此，容許誤差范圍內測量很難。此外，在根據現有技術的電流傳感器100中，通過將磁檢測元件的位置從電流傳感器中心移動到左右，在具有低峰值的三相交流電的電流檢測中能夠獲得良好響應特性。然而，在這種情況下，問題還在于，發生鄰相電流路徑的磁干擾。
[0007]因此，為了解決上述問題，已經作出本發明，并且本發明目的是提供電流傳感器，其中用于檢測由流過三相交流電(AC)電流路徑的電流產生的磁場的高速響應性變為良好，因而可靠性高。

【發明內容】

[0008]為了實現上述目的，根據本發明的電流傳感器的特征在于以下結構。
[0009](I)根據本發明方面，提供電流傳感器，設置于電流流過的電流路徑中，所述電流傳感器包括:外殼；基板，容納在外殼中；多個磁檢測兀件，安裝于基板上；和一對屏蔽體，分別設置于每個磁檢測元件的兩側上。屏蔽體容納在外殼中以在電流路徑的兩側上包圍電流路徑，并且屏蔽體保持為使得屏蔽體的相應端部具有預定間隔。磁檢測元件和屏蔽體設置于三相交流電各相電流路徑中。
[0010]( 2)在根據(I)所述的電流傳感器中，每個屏蔽體包括平板狀支撐部和在大致垂直于支撐部的方向上從支撐部延伸的平坦部。平坦部排布為覆蓋電流路徑一部分。
[0011](3)在根據(2)所述的電流傳感器中，每個平坦部的長度相同。
[0012](4)在根據(3)所述的電流傳感器中，排布于各相電流路徑中的每個屏蔽體具有相同形狀。
[0013]根據以上(I)的電流傳感器，電流路徑中產生的渦流得到抑制，因而消除由磁檢測元件檢測的磁場相位延遲。因此，能夠提供電流傳感器，其中高速響應性特別好并且鄰相電流路徑的磁干擾受到抑制。
[0014]根據以上(2)的電流傳感器，獲得電流路徑橫截面中均勻電流密度分布，因而磁檢測元件的響應性得到改善。
[0015]根據以上(3)的電流傳感器，可抑制殘余磁場以減少偏移誤差。
[0016]根據以上(4)的電流傳感器，從鄰相電流路徑泄漏的磁通僅在垂直方向上施加于磁檢測元件，因而磁場相位誤差減少。
[0017]根據本發明，因為設置一對屏蔽體并且屏蔽體的相應端部彼此隔開，所以現有技術中發生的渦流得到抑制，因而消除由磁檢測元件檢測的磁場相位延遲。因此，能夠提供三相交流電電流傳感器，其中響應性得到改善，高速響應性好，并且各相電流路徑之間的磁干擾得到抑制。
[0018]上文中，已經對本發明進行簡單描述。此外，通過參考附圖認真仔細地閱讀實行本發明的模式(以下簡稱“示例性實施例”)將進一步明示本發明細節。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為示出根據本發明示例性實施例的電流傳感器的分解透視圖。
[0020]圖2為示出在組裝期間圖1中電流傳感器的透視圖。
[0021]圖3為示出在圖1電流傳感器的V相電流路徑中主要部件的縱向剖視圖。
[0022]圖4A為與圖3相似的縱向剖視圖，圖4B為示出歸因于屏蔽體的平坦部長度的相位差的曲線圖。
[0023]圖5A為示出當不設置屏蔽體時在電流路徑中發生的磁場的說明圖，圖5B為示出當設置本發明屏蔽體時發生的磁場的說明圖。
[0024]圖6A為示出現有技術和本發明示例性實施例中90%_90%響應時間的比較曲線圖，圖6B為用于說明90%-90%響應時間的曲線圖。
[0025]圖7A為示出歸因于根據本發明的屏蔽體的平坦部長度的磁場相位和偏移誤差的曲線圖，圖7B為示出電流值和磁通密度特性的曲線圖。
[0026]圖8A和圖SB示出根據現有技術的電流傳感器，圖8A為電流傳感器的分解透視圖，圖8B為電流傳感器的縱向剖視圖。
【具體實施方式】[0027]下文中，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
[0028]參考圖1至圖3描述根據本發明示例性實施例的電流傳感器10。
[0029]圖1為電流傳感器10的分解透視圖，圖2為在組裝期間電流傳感器10的透視圖，圖3為在電流傳感器的V相電流路徑中主要部件的縱向剖視圖。電流傳感器10包括:外殼20 ;容納在外殼20中的基板30 ;安裝到基板30的磁檢測元件40 ;和容納在外殼20中的屏蔽體50。此外，電流傳感器10包括排布于磁檢測元件40與屏蔽體50之間的電流路徑60以檢測流過電流路徑60的電流。例如，電流傳感器10測量電動汽車或者混合動力汽車中三相交流電電機的驅動電流或者連接于三相交流電路徑的連接器的電流。
[0030]外殼20具有大體上箱形，并且由絕緣合成樹脂等形成。電流傳感器10以這樣一種方式完成，使得基板30和屏蔽體50從開口側容納并保持在外殼20的預定位置處，并且蓋21與開口側固定接合。外殼20和蓋21分別具有多個通孔22，并且通過通孔22使電流路徑60插入。以此方式，能夠檢測流過電流路徑60的電流。磁檢測元件40與電路等一起安裝于基板30上并且自適應測量電流路徑60中發生的磁場。例如，磁檢測元件能夠包括:使用由磁場中載流子經受的洛倫茲力引起的霍爾效應的半導體霍爾元件、或者使用由非晶磁性材料引起的磁阻抗效應的磁阻抗元件等。電流傳感器10經由安裝于基板30上的放大器電路等輸出與由磁檢測元件40檢測的磁場成比例的電壓值。屏蔽體50具有大體上薄板狀，并且由具有高磁導率的材料形成，諸如，例如坡莫合金或者硅膠片。電流路徑60能夠包括交流電等流過的平板狀匯流條或者導體。
[0031 ] 本發明的電流傳感器10安裝于三相交流電式中，因而具有以下結構。
[0032]電流路徑60包括三相交流電的三個電流路徑(從圖1右側起，U相、V相和W相)，并且用于檢測流過電流路徑60的電流的磁檢測元件40也設置到電流路徑60的各相。此夕卜，相應磁檢測兀件40 —體地安裝于單個基板30上。一對屏蔽體50排布為與各磁檢測兀件40對應并且各自包圍磁檢測元件40和電流路徑60。每個電流路徑60排布于設置在外殼20和蓋21中的相應通孔22內。在本發明示例性實施例中，電流路徑60排布于磁檢測元件40與屏蔽體50之間(參見圖3)。
[0033]每個屏蔽體50具有大體上L形的相同形狀，并且對于一個磁檢測元件40和與所述磁檢測元件對應的一個電流路徑60設置一對左右屏蔽體50。此外，一對屏蔽體50分別容納和排布于外殼20中以在兩側上包圍外殼20的通孔22。此外，每個屏蔽體50包括:平板狀支撐部51，排布于磁檢測元件40和電流路徑60的兩側上；平坦部52，在大致垂直于支撐部51的方向上延伸；和端部53，設置于平坦部52的前端處。S卩，平坦部52向通孔22的中心突出。這里，屏蔽體50的平坦部52的相應端部53容納并排布于外殼20中以相互面對并且相互隔開。因此，電流路徑60的一部分被平坦部52覆蓋并遮住。換言之，能夠說，屏蔽體50從電流路徑60的后側不完全包圍電流路徑60，并且具有預定間隔的開口部(狹縫)設置于屏蔽體50與電流路徑60之間。
[0034]更具體地，安裝于基板30上的磁檢測元件40容納并保持在外殼20中，使得所述磁檢測元件定位于通孔22的中心。因此，磁檢測元件40設置于經過通孔22插入的電流路徑60的中心。此外，因為設置于磁檢測元件40的左右兩側上的屏蔽體50具有兩側對稱形狀，并且屏蔽體50的每個平坦部52的長度L在左右屏蔽體中是相同的，所以磁檢測元件40同時設置于左右屏蔽體50的中心。雖然圖3中已經描述V相電流路徑，但是這同樣應用于U相和W相電流路徑。
[0035]如上所述屏蔽體50的形狀和磁檢測元件40的位置關系在U相、V相和W相電路路徑中共同的。因此，通過抑制電流路徑60中產生的渦流，因而消除由磁檢測元件40檢測的磁場相位延遲，能夠提供電流傳感器10，其中高速響應性特別好，并且來自鄰相電流路徑的磁干擾得到抑制。此外，獲得電流路徑60的橫截面中的均勻電流密度分布，因而磁檢測元件40的響應性得到改善。此外，能夠抑制殘余磁場以減少偏移誤差。此外，從鄰相電流路徑60泄漏的磁通僅在垂直方向上施加于磁檢測元件40，因而磁場相位誤差減少。
[0036]圖4A為與圖3相似的縱向剖視圖，圖4B為通過測量歸因于平坦部52的長度L的相位差獲得的曲線圖。為了說明圖4B曲線圖，圖4A右側上的屏蔽體50表示為“第一屏蔽體50A”，并且圖4A左側上的屏蔽體50表示為“第二屏蔽體50B”。因為每個屏蔽體50的形狀和排布在示例性實施例中是共同的，所以將設置于V相電流路徑60中的屏蔽體50作為例子詳細描述。
[0037]第一屏蔽體50A的平坦部52A的長度表示為“LA”，并且第二屏蔽體50B的平坦部52B的長度表示為“LB”。此外，第一屏蔽體50A的端面與第二屏蔽體50B的端面之間的距離表示為“W”。在示例性實施例中，LA等于LB。從圖4B曲線圖能夠理解，通過改變平坦部52的長度L (LA, LB),找到最佳相位差狀態。雖然當供應交流電時在電流路徑60中產生渦流，因而由磁檢測元件40檢測的磁場相位與流過電流路徑60的電流的相位相比延遲，但是通過調整平坦部52的長度L能夠消除相位延遲。
[0038]在圖4B所示曲線圖中，縱軸表示相位差，橫軸表示平坦部52的長度L。此外，根據長度L的中心磁場相位變化的測量結果(參照“曲線圖”)繪制在圖4B中。相位差中無延遲的點定義為0° (其中磁檢測元件40的響應性良好)，在曲線與相位差0°直線的交點處平坦部32的長度L定義為最佳值，并且在曲線最大值處平坦部32的長度L定義為MAX。從這個曲線圖應當理解，平坦部32的長度L的理想范圍(容許范圍)的取值范圍從最佳值到MAX。此外，從這個曲線圖可以說，平坦部52的長度L與響應性改善效果之間存在強相關性。因此，通過基于待使用的頻率和最大峰值電流來調整平坦部的長度L，能夠進行最佳相位控制設計。在U相和W相電流路徑中效果相同。
[0039]圖5A和圖5B為示意性示出通過本發明屏蔽體50改變磁場的狀態的說明圖。
[0040]當正弦交流電電流A在箭頭(圖5中從前到后)方向上經過電流路徑60時，產生具有與電流幅值隨時間變化的變化率對應的強度的磁場M,并且在磁場M周圍產生渦流Q。當電流A為交流電時，磁場M變為交流磁場，其中磁場M的幅值和方向隨時間重復變化。當電流路徑60周圍未設置屏蔽體50時，如圖5A所示，產生殘余磁場，因而磁檢測元件40的檢測延遲。當電流路徑60周圍設置第一屏蔽體50A和第二屏蔽體50B (參見圖5B)并且第一屏蔽體50A和第二屏蔽體50B的每個平坦部52A、52B向電流路徑60中心延伸時，從第一屏蔽體50A的平坦部52A的端部53A到第二屏蔽體50B的平坦部52B的端部53B產生磁場N0由于磁場N穿過電流路徑60，所以磁場N與電流路徑60中產生的磁場M之間引起磁場對消。因此，殘余磁場得到抑制，因而能夠防止渦流發生。此外，電流路徑60的橫截面中的電流密度分布變得均勻，因而消除磁檢測元件40的檢測響應的延遲。在U相和W相電流路徑中效果相同。同時，雖然只描述了一個方向，但是當電流為交流電時，磁場方向在短時間內交替。[0041]圖6A為示出現有技術和本發明示例性實施例中90%_90%響應時間的比較曲線圖。如圖6B所示，相對于流過電流路徑60的電流(輸入電流)的90%輸出，90%-90%響應時間是指當通過磁檢測元件40測量與對應于電流輸出的磁場成比例的電壓值(輸出電壓90%)時的響應時間。在基于圖6A的實際測量結果中，響應時間從現有技術中的60 μ s提高到本發明中的6 μ s (響應時間6 μ s對應于實際測量中使用的磁檢測元件理論值)(提高約90%)。從這個結果顯而易見，由于屏蔽體50結構的效果已經清楚顯示，并且磁檢測元件40的響應性得到改善。特別是，能夠確保高速響應性。
[0042]圖7Α為不出歸因于根據本發明的屏蔽體50的平坦部52的長度的磁場相位和偏移誤差的曲線圖，圖7Β為示出電流值和磁通密度特性的曲線圖。
[0043]在圖7Α的曲線圖中，左縱軸表示磁場相位[° ]，右縱軸表示偏移誤差[±%Vdd]，橫軸表示平坦部52的長度L。實線表示磁場相位(各相中是共同的)，虛線表示V相電流路徑的偏移誤差，并且點劃線表示U相和W相電流路徑的偏移誤差。從這個曲線圖可以理解以下點。隨著平坦部52的長度L變長，磁場相位從一(負)變為+(正)(參照實線曲線)，并且相位延遲得到改善。同時，在U相和W相電流路徑中看到偏移誤差。例如，當以相位0°的U相電流路徑為O [A]，相位120。的V相電流路徑為510 [A]并且相位-120°的V相電流路徑為_510[A]這樣一種方式使三相電流路徑中初相位彼此不同時，從電流傳感器泄漏的V相和W相電流路徑的磁場傳播到U相電流路徑，因而在U相電流路徑中產生偏移誤差。同樣，從電流傳感器泄漏的V相和U相電流路徑的磁場傳播到W相電流路徑，因而在W相電流路徑中產生偏移誤差。隨著平坦部52變長，以此方式引起的偏移誤差減少并且能夠接近理想基準值。特別是，可以看出，在U相和W相電流路徑中，長度L在偏移誤差最小值處具有“最佳”值。偏移誤差以此方式減少的原因是，平坦部52在垂直方向上使通過與從另一相電流路徑泄漏的磁場合成獲得的磁場向量偏移，并且通過磁檢測元件40未測量到在垂直方向上偏移的磁場向量。例如，雖然從V相和W相電流路徑的屏蔽體50泄漏的磁場傳播到U相電流路徑，但是位于U相電流路徑中的屏蔽體50的平坦部52在垂直方向上使通過與從V相電流路徑泄漏的磁場和從W相電流路徑泄漏的磁場合成獲得的磁場向量偏移，并且通過排布于U相電流路徑中的磁檢測兀件40未測量到在垂直方向上偏移的磁場向量。根據平坦部52的長度L，判定偏移磁場向量的程度。特別是，在U相和W相電流路徑中，長度L在偏移誤差最小值處具有“最佳”值。
[0044]此外，在圖7A曲線圖中，不管長度L，V相電流路徑的偏移誤差變化都保持在低水平。原因是，因為V相電流路徑位于U相電流路徑和W相電流路徑中間，換言之，U相電流路徑和W相電流路徑排布于相對于V相電流路徑的對稱位置中，所以從U相電流路徑和W相電流路徑傳播的磁場在V相電流路徑中相互對消。
[0045]上文中，通過放置一對左右L形屏蔽體50，偏移誤差減少，并且在U相和W相電流路徑中減少輸出誤差。此外，因為流過V相電流路徑的電流具有與U相和W電流路徑60相同的不同方向，所以從兩相電流路徑泄漏并且由磁檢測元件40接收的磁場向量為兩側對稱，左右方向上磁場量對消并且磁干擾得到抑制。因此，其輸出不提供偏移誤差。
[0046]在圖7B曲線圖中，縱軸表示磁通密度[mT]，橫軸表示電流[A]。從這個曲線圖可以理解，當電流[A]變大(參照曲線)時，磁飽和有可能發生。然而，在本發明中，即使當高頻的大電流流動時，磁飽和發生也受到抑制，使得能夠延長保持線性的區段(線性區段)。通過參照圖7B中磁通密度[mT]與電流[A]之間的關系，視為線性區段的區段取決于參考圖4B描述的平坦部32的長度L。隨著平坦部32的長度接近MAX，延長的線性區段縮小為O。因此，同樣在圖7A和圖7B中，根據本發明的屏蔽體50結構的效果顯著。
[0047]此外，本發明并不限于上述示例性實施例，并且可對示例性實施例作出各種修改和改善。此外，上述示例性實施例中每個組件的材料、形狀、尺寸、數值、形式、數目和位置沒有限制，只要可實現本發明目的，就可任意設定。
【權利要求】
1.一種設置于電流流過的電流路徑中的電流傳感器，該電流傳感器包括: 夕卜殼; 基板，該基板容納在所述外殼中； 安裝于所述基板上的多個磁檢測元件；和 一對屏蔽體，該對屏蔽體分別設置于每個所述磁檢測元件的兩側上， 其中，所述屏蔽體容納在所述外殼中，從而在所述電流路徑的兩側上包圍所述電流路徑；并且，所述屏蔽體被保持為使得所述屏蔽體的相應端部具有預定間隔，并且其中，所述磁檢測元件和所述屏蔽體設置于三相交流電的各相電流路徑中。
2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其中，每個所述屏蔽體包括:平板狀支撐部；和在大致垂直于所述支撐部的方向上從所述支撐部延伸的平坦部，并且 其中，所述平坦部排布為覆蓋所述電流路徑的一部分。
3.根據權利要求2所述的電流傳感器，其中，每個所述平坦部的長度相同。
4.根據權利要求3所述的電流傳感器，其中，排布于所述各相電流路徑中的每個所述屏蔽體具有相同形狀。
【文檔編號】G01R1/18GK103513086SQ201310233885
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】坂本彬宜, 彭詩迪 申請人:矢崎總業株式會社