[发明专利]具有磁芯的电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有环形磁芯的电流传感器，所述磁芯包围具有将要被测量的电流的主导体，并且所述磁芯具有包含传感器元件的空气隙，所述传感器元件用于测量所述磁芯的电磁感应。

背景技术

本发明尤其涉及能够测量交流(AC)和直流(DC)电流的开环和闭环两种类型的电流传感器。这些传感器的特征在于具有软磁环形磁芯，其包围具有将要被测量的电流的主导体。所述磁芯通常由带绕的金属磁带、堆叠的磁钢片或大块铁氧体构成。所述磁芯还具有沿所述磁芯的周向排布的空气隙。图1以简图方式示出了这种根据已知现有技术的配置。环形是指除所述空气隙(假设很小)之外，所述磁芯具有周向上几乎封闭的外形。该意义上的环形可以为例如圆形、卵形或矩形。

这里将所述空气隙的方向定义为所述空气隙中磁场的主方向。所述空气隙的横截面积与所述磁芯的横截面积相同。

所述空气隙包含用于测量所述磁芯的电磁感应的传感器元件，所述传感器元件可以为霍尔传感器(Hall-sensor)、基于集成电路的霍尔传感器、磁阻传感器或磁选通(fluxgate)传感器。

现有技术中已知的电流传感器应用运用了平面形状的空气隙以及平面形状的传感器元件。

根据补偿原理操作的电流传感器通常也被称为闭环电流传感器。如果所述电流传感器为闭环类型，则所述磁芯设置有承载补偿电流的次级绕组。补偿电流的目的是为了抵消主电流所产生的磁通密度，以确保AC和DC的几乎零磁通操作。为此，位于所述空气隙中的磁通传感器元件将检测该电路中所感应出的任意磁通量，并且将产生与之成比例的信号。该信号由被称为升压电路的将通过次级绕组产生电流的某一电子功率级放大。因此，次级电流与主电流相对，建立了负反馈，并且将补偿其对磁路的影响。

开环尤其是闭环电流传感器可以相当精确，但是，在具有其他导体和电流的多相系统中，磁串扰可能对所述传感器的精确性产生影响。这主要是由于所述空气隙的影响，其由于所述磁芯的电磁感应而产生杂散磁场，同时使得所述电流传感器易受外部磁场的损坏。

可以通过减小所述空气隙的磁阻来减小磁串扰灵敏度，所述磁阻与所述空气隙的方向上的长度和所述空气隙的横截面积之比成比例。据目前已知的电流传感器的设计技术水平，磁阻的减小限于磁芯仅具有很小的磁芯横截面积的情况，这是因为所述空气隙的长度不能被减小为低于所述磁通传感器元件的最小厚度，并且所述传感器要求特定的最小横向尺寸，这意味着所述磁通传感器元件可能没有被所述磁芯充分屏蔽，甚至将从所述空气隙突出而暴露于外部杂散场的干扰。

发明内容

因此，本发明要解决的问题是提供一种在开环和闭环配置中磁串扰灵敏度均减小的电流传感器，尽管磁芯的横截面积仍受到潜在限制。

根据本发明，该问题由具有权利要求1的特征的电流传感器解决。因此，根据本发明，所述空气隙的横截面积大于所述磁芯的横截面积。

所述空气隙的横截面积是指垂直于所述空气隙的方向的横截面的面积，其中所述空气隙的方向被定义为所述空气隙中磁场的主方向。所述磁芯的横截面积是指所述磁芯的垂直于所述磁芯的周向的横截面的面积。

根据本发明的电流传感器设计的有益效果在于，不需要过大地增大所述磁芯的横截面积，而所述空气隙的磁阻被尽可能地减小。因此，根据本发明的电流传感器设计具有减小的空气隙磁阻，其中不需要考虑由于磁传感器元件的厚度以及磁芯的大小和形状所引起的任意限制。

根据本发明的优选实施例，所述空气隙的方向朝向所述环形磁芯的轴向。该轴向为垂直于所述环形磁芯所在平面的方向。

根据另一优选实施例，所述磁芯具有至少一个重叠区，其中当所述磁芯被装配成其环形形式时，第一和第二端片重叠形成重叠区，所述重叠区形成所述空气隙，所述空气隙被配置为包含所述传感器元件。所述重叠区的横截面可以被制成为大于所述磁芯的横截面，其中形成在所述重叠区中的所述空气隙的横截面也将大于所述磁芯的横截面。

根据另一优选实施例，所述磁芯由第一和第二部分构成，装配时，所述第一和第二部分形成所述环形磁芯，并且所述第一和第二部分在第一和第二重叠区以第一和第二重叠面积重叠，其中所述第一重叠区形成被配置为包含所述传感器元件的所述空气隙，并且所述第二重叠区在所述第一和第二部分之间提供直接接触。

所述磁芯可以为圆形、卵形或矩形。在优选实施例中，所述磁芯由至少两部分堆叠的由一片或几片磁性材料制成的磁芯构成，堆叠的磁芯形成包围所述主导体的环，并且其在所述磁芯的两个平面区内重叠。