电流感测装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电流感测装置及其制造方法。所述电流感测装置包括：具有间隙（１３０）的芯体（１１０、２１０、３１０）；以及插入间隙（１３０）中的磁传感器（１２０）。芯体包括各自由具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）和第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）。第一和第二芯体部件被层叠成多层结构以使得第一芯体部件的易磁化轴和第二芯体部件的易磁化轴彼此垂直。第一芯体部件具有第一截挡部（１４１到１４３、２４１到２４４、３４１）。第二芯体部件具有第二截挡部（１５１到１５４、２５１到２５４、３５１、３５２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。本专利技术特别地可以涉及一种电流感 测装置，其以这样的方式感测电流，即，使得插入芯体的间隙中的磁传感器检测在芯体中响 应于电流而产生的磁场。
技术介绍
存在已知的电流感测装置，其检测流入或来自例如车辆的电池等的电流。这种电 流感测装置典型地按照如下被配置。电流感测装置包括芯体和插入形成于芯体中的间隙中 的磁传感器。磁传感器检测磁场，所述磁场响应于在与电池连接的导线中流通的电流而在 芯体中产生。在所述电流感测装置中，由于测量目标电流(即待测量的电流)与在芯体间 隙中产生的磁通量密度成比例，因此所述电流感测装置也被称为磁比例式电流感测装置。本申请的专利技术人已经研究了一种电流感测装置，下面将利用本申请的专利技术人的发 现给出针对所述电流感测装置的讨论。磁比例式电流感测装置的芯体可以由软磁材料制成。软磁材料可以被响应于测量 目标电流而产生的磁场轻微地磁化。当芯体被磁化时，甚至当测量目标电流不流通时也在芯体中产生磁场。磁体传感 器的输出可具有偏移量。为了减小偏移量，可能需要带有小矫顽磁力的材料来作为电流感 测装置芯体的材料。坡莫合金已经公知是一种带有小矫顽磁力的磁性材料。然而坡莫合金是一种镍合金，其昂贵程度是钢铁的大约10到50倍。考虑到以上情况，研究了低成本的铁或钢作为芯体材料的运用。在钢铁中，晶粒取 向磁钢片是一种带有相对小的矫顽磁力的的材料。更特别地，晶粒取向磁钢片(也称为晶 粒取向电钢片和钢条)是具有板的形状和具有沿其一定方向的易磁化轴的钢材。晶粒取向 磁钢片沿易磁化轴的方向具有相当小的矫顽磁力。图23是示出了晶粒取向磁钢片的特性的曲线图。所示出的特性是作为磁化力的 函数的磁通量密度。图24是示出了晶粒取向磁钢片沿易磁化轴的方向和垂直于易磁化轴 的方向的矫顽磁力和饱和磁通量密度的图表。在图23中，实线示出了晶粒取向磁钢片沿易 磁化轴方向的特性，并且虚线示出了晶粒取向磁钢片沿垂直于易磁化轴的方向的特性。在 图23中，矫顽磁力由横轴磁化力和线(实线、虚线)之间的交点示出。如图24所示，作为其磁特性，带有78%的镍含量比率的坡莫合金具有大约1.6A/ m的矫顽磁力和大约0. 5T的磁通量密度。作为其磁特性，带有45%的镍含量比率的坡莫合 金具有大约7A/m的矫顽磁力和大约1. 5T的磁通量密度。用于电流感测装置的芯体的材料 可需要具有由带有大约45%的镍含量比率的坡莫合金提供的磁特性。如图23和24所示，晶粒取向磁钢片可以具有沿易磁化轴的方向为大约5A/m的矫 顽磁力和大约2. OT的磁通量密度。沿垂直于易磁化轴的方向，晶粒取向磁钢片可以具有大 约180A/m的矫顽磁力和大约1. 3T的磁通量密度。根据如上所述可见，沿易磁化轴的方向，晶粒取向磁钢片具有电流感测装置的芯体所需的磁特性。因此，当使用晶粒取向磁钢片构成芯体时，有必要沿易磁化轴的方向形成磁路。图25A和25B是示出了由晶粒取向磁钢片制成的芯体的一个示例结构的示意图。由晶粒取向磁钢片制成的芯体300可以通过以下步骤形成。如图25A所示，晶粒 取向磁钢片301沿易磁化轴的方向卷绕。如图25B所示，卷绕的晶粒取向磁钢片块301的 端部302通过焊接等被固定，然后，间隙304通过利用切割器303等切割卷绕的晶粒取向磁 钢片块301的一部分而形成。图26是示出了由坡莫合金制成的芯体的一个示例结构的示意图。由坡莫合金制成的芯体可以通过以下步骤形成将由坡莫合金制成的板块冲压加 工(press-working)成具有间隙401和中心孔402等的形状；以及将多个经冲压加工的板 块层叠成多层结构。根据如上所述可见，由晶粒取向磁钢片制成的芯体300可能需要复杂的制造方 法，其包括卷绕晶粒取向磁钢片的步骤、固定卷绕的晶粒取向磁钢片的端部的步骤、通过切 割部分卷绕的晶粒取向磁钢片而形成间隙的步骤，等等。相反，利用坡莫合金制成的芯体 400可以通过将板块冲压加工以及将所述经冲压加工的板块层叠成多层结构而形成。因此， 虽然利用晶粒取向磁钢片制成的芯体300可以利用廉价的材料制造，但是与利用坡莫合金 制成的芯体400相比，利用晶粒取向磁钢片制成的芯体300可能需要复杂的加工过程以及 更差的组装操作。本申请的专利技术人认为有必要改进利用晶粒取向磁钢片制成的芯体的组装操作。同 时，本专利技术人已经发现如果具有易磁化轴的晶粒取向磁钢片以类似于制造利用坡莫合金制 成的芯体的方式进行冲压加工和层叠，那么在层叠的晶粒取向磁钢片中磁力线(magnetic flux)沿垂直于易磁化轴的方向流通，并且层叠的晶粒取向磁钢片会由于磁化因而具有大 的磁滞和小的最大测量电流。日本专利No. 3790147和日本专利未审申请公报No. 2008-224488已经提出了一种 利用晶粒取向磁钢片制成的芯体。在所述芯体中，晶粒取向磁钢片被冲压加工以形成其易 磁化轴彼此垂直的两种芯体部件，并且所述两种芯体部件被交替层叠成多层结构以使得在 每一个芯体部件各处平均磁导率都相同。当利用晶粒取向磁钢片制成的芯体按照以上所述的方式被制造时，利用晶粒取向 磁钢片制成的芯体可以通过与制造坡莫合金制成的芯体大致相同的制造过程被制造。下面针对由以下步骤形成的芯体的特性给出说明冲压加工晶粒取向磁钢片以形 成其易磁化轴彼此垂直的两种芯体部件；并且交替层叠所述两种芯体部件成多层结构以使 得在每一个芯体部件各处平均磁导率都相同。图27A到27C是用于说明由晶粒取向磁钢片制成的具有层叠芯体部件的芯体的磁 路的示意图。在图27A到27C中，形成于芯体1100中的磁路由箭头表示，磁导率由不同对 比度的黑度表示。在图27A到27C中，高对比度的黑度表示带有小的磁导率的部分，低对比 度的黑度表示带有大的磁导率的部分。芯体1100包括各自具有矩形环形状的芯体部件1110和芯体部件1120。芯体部件 1110被处理为具有沿其长边部分的方向的易磁化轴。芯体部件1110的短边部分的方向垂 直于芯体部件1110的易磁化轴的方向。芯体1100的芯体部件1120被处理为具有沿其短边部分的方向的易磁化轴。芯体 部件1120的长边部分的方向垂直于易磁化轴。在芯体1100中，芯体部件1110和芯体部件1120被层叠。图27C是示出了层叠的芯体部件的示意图，出于说明的目的，所述层叠的芯体部 件从间隙G沿逆时针方向被展开。将给出对芯体部件1110和1120中的磁力线的分布状态的说明，其中磁力线由磁 场产生，所述磁场由流过芯体部件1110和1120的中心部的电流引起。当在如图27A到27C所示的点“a”处在芯体部件1110的磁导率和芯体部件1120 的磁导率之间作出比较时，芯体部件1120的磁导率显著地大于芯体部件1110的磁导率，因 此所有的磁力线都穿过芯体部件1120。在从点“a”到点“C”的区间中，芯体部件1120的磁 导率不断减小而芯体部件1110的磁导率不断增大。在点“b”处，芯体部件1110的磁导率和芯体部件1120的磁导率变得彼此近似相 等。因此，在点“b”附近，磁力线近似均勻地分布在芯体部件1110和1120中。随着更接近 点“c”，芯体部件1110的磁导率更大。因此，在点“C”和点“d”之间的区间中，磁力线移动 到芯体部件1110。在磁力线穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测电流的电流感测装置，其包括：具有间隙（１３０）的芯体（１１０、２１０、３１０）；以及磁传感器（１２０），所述磁传感器（１２０）被插入所述芯体（１１０、２１０、３１０）的所述间隙（１３０）中，并且被配置为检测响应于电流而在所述芯体（１１０、２１０、３１０）中产生的磁通量，由此感测所述电流，其中：所述芯体（１１０、２１０、３１０）包括各自均由晶粒取向磁钢片制成的第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）和第二芯体部件（１１２、２１２、３１２），所述晶粒取向磁钢片沿其预定方向具有易磁化轴；所述第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）和所述第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）被层叠成多层结构以使得所述第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）的易磁化轴的方向和所述第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）的易磁化轴的方向彼此垂直；所述第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）具有抑制磁力线在所述第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）中沿垂直于所述第一芯体部件（１１１、２１１、３１１）的易磁化轴的方向流通的第一截挡部（１４１到１４３、２４１到２４４、３４１）；并且所述第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）具有抑制磁力线在所述第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）中沿垂直于所述第二芯体部件（１１２、２１２、３１２）的易磁化轴的方向流通的第二截挡部（１５１到１５４、２５１到２５４、３５１、３５２）。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫原纪夫，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]