CN1181350C - 电流检测装置 - Google Patents

Abstract

一种电流检测装置(10)包括具有平行的中心轴线(76，78)的第一和第二纵向延伸部分(18，20)和在纵向延伸部分之间延伸的连接器部分(22)的导电体(12)。连接器部分(22)具有与纵向延伸部分(18，20)的中心轴线(76，78)平行地延伸的中心轴线(82)。磁通传感器(14)设置在连接器部分的附近以检测在传导体中传导的电流的变化。

Description

电流检测装置

本发明涉及一种检测在导电体中的电流的装置，该装置包括磁通传感器。

人们已经应用霍耳效应器件来检测通过导电体中的电流产生的磁通的变化。这些公知的装置中的一些装置应用磁通集中器来将通过导电体中的电流产生的磁通集中。人们已经知道可以按照在美国专利US4,587,509和4,616,207中公开的方法构造电流检测装置。

本发明提出一种电流检测装置，这种电流检测装置包括具有连接器部分的导电体，该连接器部分在导电体纵向延伸段之间延伸。磁通传感器设置在该连接器部分附近。磁通传感器可包括由电绝缘材料形成的支撑和磁通敏感装置(比如霍耳效应器件)。

连接器部分具有中心轴线，该中心轴线与导电体的纵向延伸段的中心轴线平行地延伸。霍耳效应器件具有磁通敏感表面，该敏感表面垂直于连接器部分的中心轴线延伸。在本发明的一个实施例中，磁通传感器至少部分地设置在形成在连接器部分中的开口中。在本发明的另一个实施例中，磁通传感器设置在与连接器部分的内表面相接合处。

结合附图以及考虑下文的详细描述本发明的前述的以及其它的目标和特征将会更清楚，其中：

图1所示为依据本发明构造的电流检测装置的简化示意图，为了说明的清晰，在图1中省略了磁通传感器；

图2所示为具有相对于导电体设置的磁通传感器的图1所示的电流检测装置的俯视图；

图3所示为电流检测装置的第二实施例的简化示意图，为了说明的清晰，省略了磁通传感器；

图4所示为说明磁通传感器与导电体的关系沿着图3中的4-4线的端视图；

图5所示为与附图1类似的电流检测装置的另一个实施例的简化示意图，为了说明的清晰性，省略了磁通传感器。

图1和2所示为依据本发明构造的电流检测装置10。电流检测装置10包括导电体12和磁通传感器14(附图2)。为了说明磁通集中在磁通传感器设置的区域(附图2)的方式在附图1中省略了磁通传感器14。

导电体2包括纵向延伸部分18和20，这两个延伸部分18和20从连接器部分22开始在相反的方向上延伸。连接器部分22使得磁通传感器14能够设置在这样的一个位置：在该位置上能够将磁通传感器最大限度地暴露在导电体12产生的磁通场中。连接器部分22将磁通集中在磁通传感器14设置的位置。

纵向延伸部分18自连接器部分22朝左延伸(如附图1和2所示)。纵向延伸部分20自连接器部分22朝右延伸。虽然如图所示纵向延伸部分18和20自连接器部分22开始在相反的方向上延伸，如果需要的话纵向延伸部分18和20也可以自连接器部分22开始在相同的方向上延伸。

纵向延伸部分18和20和连接器部分22由导电材料(即金属比如铜)整体形成为一体。可以考虑的是，纵向延伸部分18和20和连接器部分22可以由单个薄金属片压制而成，然后弯曲成如附图1和2所示的结构。当然，如果需要的话，导电体12的纵向延伸部分18和20和连接器部分22也可以以不同的方式形成。应该理解的是，纵向延伸部分18和20可以具有不同的结构。例如，如果需要的话，纵向延伸部分18和20可以是圆柱形结构。

在本发明的附图1和2所示的实施例中，磁通传感器14容纳在连接器部分22形成的开口26中。所示的开口26形成为完全穿过连接器部分的开槽。所示的开口26为矩形结构。然而，如果需要的话可以考虑开口26具有不同的结构。

导电体12的朝左(如附图1和2所示)纵向延伸部分18具有平面平行的上部和下部主侧表面30和32。类似地，朝右(如附图1和2所示)纵向延伸部分20具有平面平行的上部和下部主侧表面34和36。导电体12的朝左纵向延伸部分18的主侧表面30和32与朝右纵向延伸部分20的主侧表面34和36平行地延伸，并且在竖直方向上与其错开。虽然在本发明的所示的实施例中导电体12的纵向延伸部分18和20的主侧表面30、32、34和36都彼此相互平行，但是如果需要的话也可以考虑主侧表面彼此相对倾斜。

在附图1和2所示的本发明的实施例中，朝左纵向延伸部分18的下部主侧表面32与朝右纵向延伸部分20的上部主侧表面34间隔开。然而，可以考虑导电体12的朝左和朝右的纵向延伸部分18和20的主侧表面32和34设置成彼此相接合。可替换的是，在导电体12的朝左和朝右的纵向延伸部分18和20的主侧表面32和34之间可以提供电绝缘材料层或薄的涂层。

还可以考虑这样构造连接器部分22和导电体12的朝左和朝右的纵向延伸部分18和20：将朝左纵向延伸部分18的上部主侧表面30与朝右纵向延伸部分20的上部主侧表面34设置成共面关系。当然，应用这种结构，朝左和朝右的纵向延伸部分18和20的下部主侧表面32和36也可以设置成共面关系。

连接器部分22从朝左纵向延伸部分18的端部40和朝右纵向延伸部分20的端部42延伸。连接器部分22包括一对平行臂部分44和46。连接器部分22的臂部分44和46由弯曲部分48连接。弯曲部分48在弯曲所包围的空间中集聚磁通。

在附图1和2所示的本发明的实施例中，臂部分由主侧表面形成，该主侧表面是导电体12的朝左和朝右的纵向延伸部分18和20的主侧表面的延伸部分。因此，上部臂部分44(如附图1和2所示)具有上部主侧表面和下部主侧表面，该上部主侧表面和下部主侧表面分别是朝左纵向延伸部分18的上部主侧表面30和下部主侧表面32的延伸部分。类似地，臂部分46具有上部主侧表面和下部主侧表面，该上部主侧表面和下部主侧表面分别是朝右纵向延伸部分20的上部主侧表面34和下部主侧表面36的延伸部分。

连接器部分22可以与纵向延伸部分18和20分离地形成。如果是这样的话，连接器部分22的一端连接到纵向延伸部分18。连接器部分22的相对的另一端连接到纵向延伸部分20。如果朝左和朝右纵向延伸部分18和20是由两根电缆形成的话，则这种结构尤其有利。

在本发明所示的实施例中，连接器部分22的臂部分44和46彼此平行地延伸。然而，可以考虑臂部分44和46也可以彼此相对倾斜或朝外倾斜。为提供在附图1和2中所示的平行的臂部分44和46，弯曲部分48具有弧形结构并延伸180°。臂部分44和46纵向地延伸到弯曲部分48。然而，可以考虑弯曲部分48也可以延伸超过180°的弧度。如果是这种结构的话，平行的臂部分44和46在附加的弯曲部分与弯曲部分48相连，该附加的弯曲部分与弯曲部分48平行地延伸。

例如，可以考虑上部臂部分44的下部主侧表面和下部臂部分46的上部主侧表面彼此邻接。如果需要的话可以在臂部分44和46之间提供绝缘材料薄层。如果是这种结构，弯曲部分48就可以弯曲大约360°。

可替换的是，弯曲部分48的弧度小于180°。臂部分44和46在弯曲部分48中拉直。如果形成的弯曲部分48具有更小的弧度，则可以在臂部分44和46和朝左和朝右纵向延伸部分18和20之间的连接处形成轻微的弯曲。朝左纵向延伸部分18的主侧表面30和32与朝右纵向延伸部分20的主侧表面34和36平行。然而，可以相信的是，形成弯曲部分48具有至少180°的弧度对于增进磁通在弯曲部分中集聚是有利的。

电流通过朝左纵向延伸部分18传导到连接器部分22中。在附图1和2中以箭头52粗略地示出在朝左纵向延伸部分18中流动的电流。电流从朝左纵向延伸部分18的端部部分40以在附图1中的箭头54所示的方式流到连接器部分22的上部臂部分44中。电流从上部臂部分44沿着开口26的相对侧面按照在附图1中的箭头56和58所示的方式流动。

然后电流围绕弯曲部分48流动并流进连接器部分22的下部臂部分46中。电流从连接器部分22的臂部分46流进导电体12的朝右纵向延伸部分20的端部部分42中。然后电流从远离连接器部分22的方向按照在附图1和2中箭头62所示的方式穿过导电体12的朝右纵向延伸部分20。

由于电流流过连接器部分22，如在附图1中的虚线66所示磁通集聚在设置在连接器部分22的弯曲部分48中的空间中。通过减小连接器部分22的半径使磁通集聚。

为进一步促使磁通集聚在弯曲部分48的里面，一对磁性部件70和72设置在弯曲部分48中。在本发明所示的实施例中，磁性部件70和72为圆柱形结构。弯曲部分48的里面的曲率半径与磁性部件70和72的圆形外部表面的曲率半径相同。磁性部件70和72可以由铁或类似的具有相对较高的磁导率的材料形成。

导电体12的朝左和朝右纵向延伸部分18和20具有平行的中心轴线76和78。朝左和朝右纵向延伸部分18和20的平行的中心轴线76和78都设置在与朝左和朝右纵向延伸部分的主侧表面30、32、34和36垂直地延伸的一平面中。连接器部分22的中心轴线82与纵向延伸部分18和20的中心轴线76和78平行地延伸。

连接器部分22的中心轴线82穿过弯曲部分48的曲率中心和穿过磁性部件70和72，并与磁性部件的中心轴线重合。

开口26具有中心轴线86，中心轴线86围绕弯曲部分48延伸并与朝左和朝右纵向延伸部分18和20的中心轴线76和78垂直相交。开口26的中心轴线86具有通过弧形弯曲段连接的平行的线性段。开口26的中心轴线86的弯曲段具有设置在轴线82上的曲率中心。

虽然电流检测装置10可以以多种方式构造，但是在本发明所示的实施例中，电流检测装置如下构造：应用扁平的片材压制纵向延伸部分18和20和连接器部分22，接着反向弯曲将该连接器部分形成如附图中所示的形状。

虽然以这种方式形成电流检测装置10比较可取，但是可以理解的是如果需要的话也可以以其它不同的方式形成电流检测装置。例如，弯曲部分48可以是矩形结构而不是弧形结构。如果是这种结构的话，磁性部件70和72也可以形成为矩形结构。

虽然应用磁性部件70和72促进磁通66集聚在弯曲部分48处比较可取，但是如果需要的话也可以省去磁性部件70和72。如果省去了磁性部件70和72，则弯曲部分48本身将会促进通过连接器部分22传导的电流产生的磁通的集聚。弯曲部分48使磁通集聚在弯曲部分的里面。磁通的集聚与弯曲部分的半径成反比。最佳的半径是霍耳效应器件的磁通敏感面积的大小的一半，并且磁通集聚在轴线82上。

磁通传感器14的磁通敏感面积和弯曲部分48可以具有不同的大小。在一种特定的实施例中，磁通传感器14的磁通敏感面积的直径为0.060英寸，弯曲部分48的内半径为0.030英寸。然而，也可以考虑磁通传感器14的直径为0.005英寸，弯曲部分48的内半径为0.0025英寸。当然，如果磁通传感器14的磁通敏感面积更大，则弯曲部分48的半径也更大。

比较有利的是磁通传感器14设置在开口26中(附图2)。磁通传感器14包括由电绝缘材料形成的支撑结构92。支撑结构92以在附图2中所示的方式支撑着磁通敏感装置94。在本发明的所示的实施例中，磁通敏感装置94是霍耳效应器件。然而，如果需要的话也可以应用其它的公知的磁通敏感装置94。

支撑结构92将霍耳效应器件94设置在磁性部件70和72上的环行端部表面之间。弯曲部分48和磁性部件70和72的重合的中心轴线82延伸穿过霍耳效应器件94。在霍耳效应器件94上的磁通敏感侧面96垂直于弯曲部分48延伸并与之相交。

应该理解的是，如果需要的话霍耳效应器件94也可以以不同的方式支撑在开口26中。例如，如果需要的话可以通过磁性部件70和72中任一个部件或两个磁性部件70和72来支撑霍耳效应器件94。可替换的是，可以通过与具有连接器部分22的支撑托座接合来支撑霍耳效应器件94。

霍耳效应器件94与合适的控制电路相连(未示)。从霍耳效应器件94中的输出是通过霍耳效应器件94传导的磁通66的强度变化的函数。当然，通过霍耳效应器件94传导的磁通66的强度是按照穿过导电体12的电流的函数的而变化的。因此，霍耳效应器件94的输出是通过导电体12传导的电流变化的函数。这就使得与霍耳效应器件94相连接的控制电路根据流经导电体12的电流流率的变化形成适合的控制函数。

在附图1和2所示的本发明的实施例中，开口26形成在连接器部分22中以容纳磁通传感器14(附图2)。在附图3和4所示的本发明的实施例中，连接器部分没有开口。由于在附图3和4所示的本发明的实施例具有与在附图1和2所示的本发明的实施例相同的基本结构，应用类似的标号表示类似的部件，为避免混淆在附图3和4的标号后带有后缀字母“a”。

电流检测装置10a(附图3和4)包括导电体12a。导电体12a包括纵向延伸部分18a和20a(附图3)。连接器部分22a在朝左和朝右纵向延伸部分18a和22a之间延伸。连接器部分22a可以与纵向延伸部分18a和22a整体地形成为一个部件。然而，也可以分离地形成连接器部分22a和纵向延伸部分18a和22a，然后再相互连接。

朝左纵向延伸部分18a包括平行的上部和下部主侧平表面30a和32a。朝右纵向延伸部分20a包括平行的上部和下部主侧平表面34a和36a。朝右纵向延伸部分20a的上部和下部主侧平表面34a和36a与朝左纵向延伸部分18a的上部和下部主侧平表面30a和32a平行地延伸。朝左和朝右纵向延伸部分18a和20a的端部部分40a和42a(附图3)通过连接器22a连接。

连接器22a包括通过弯曲部分48a连接的上部和下部臂部分44a和46a(附图4)。电流(在附图3中以箭头52a粗略地示出)从朝左纵向延伸部分18a传导到连接器部分22a。电流以在附图4中的箭头56a所示的方式流经连接器部分22a的弯曲部分48a。电流以在附图3中的箭头62a所示的方式穿过朝右纵向延伸部分20a流出连接器部分22a。

朝左和朝右纵向延伸部分18a和20a具有平行的纵向中心轴线76a和78a(附图3)。两轴线76a和78a都设置在垂直于朝左和朝右纵向延伸部分18a和20a的主侧表面30a、32a、34a和36a延伸的平面中。连接器部分22a的中心轴线82a与导电体12a的纵向延伸部分18a和20a的中心轴线76a和78a平行地延伸并且与之间隔相等的距离。轴线82a延伸过弯曲部分48a的曲率中心。

在附图3和4所示的本发明的实施例中，磁通传感器14a设置在连接器部分22a的里面并在导电体12a的朝左和朝右纵向延伸部分18a和20a之间(附图4)。磁通传感器14a包括支撑结构92a和磁通敏感装置94a。在附图4所示的本发明的特定实施例中，磁通敏感装置是霍耳效应器件94a。通过支撑结构92a支撑霍耳效应器件94a，霍耳效应器件94a的磁通敏感侧面96a垂直于连接器部分22a的中心轴线82a(附图3)并垂直于纵向延伸部分18a和20a的中心轴线76a和78a延伸。

在附图4所示的本发明的实施例中，霍耳效应器件94a朝弯曲部分48a的曲率中心的左边(附图4)偏移。然而，如果需要的话，支撑结构92a也可以设置霍耳效应器件94a以使弯曲部分22a的中心轴线82a延伸过霍耳效应器件96a的中心。在附图4所示的本发明的实施例中，支撑结构92a与弧形弯曲部分48a的内表面104接合以相对于导电体12a设置磁通传感器14a。然而，如果需要的话，支撑结构也可以与弯曲部分48a间隔开。

当电流56a围绕弯曲部分48a按照在附图4中所示的方式流动时，磁通集聚在弯曲部分48a的里面周围的面积上。通过将霍耳效应器件94a设置在导电体12a的弯曲部分48a的里面，霍耳效应器件设置在电流56a产生的且被集聚了的磁通中。

霍耳效应器件94a与适合的控制电路相连接。根据在导电体12a中流动的电流的变化，霍耳效应器件94a的输出也有相应的变化。控制电路可以产生适合的控制函数，该控制函数响应霍耳效应器件94a的输出中的变化。

在附图1和2中所示的本发明的实施例中，磁性部件70和72设置在弯曲部分48的里面。在附图5中所示的本发明的实施例中，磁性部件形成为一个部件并围绕弯曲部分的外面延伸。由于附图5所示的本发明的实施例与附图1和2所示的本发明的实施例类似，应用类似的标号表示类似的部件，为避免混淆在附图5的标号后带有后缀字母“b”。

电流检测装置10b(附图5)包括导电体12b。导电体12b包括纵向延伸部分18b和20b。连接器部分22b在朝左和朝右纵向延伸部分18b和22b之间延伸。连接器部分22b可以与纵向延伸部分18n和22b整体地形成为一个部件。然而，也可以分离地形成连接器部分22b和纵向延伸部分18b和22b，然后再相互连接。

朝左纵向延伸部分18b包括平行的上部和下部主侧平表面30b和32b。朝右纵向延伸部分20b包括平行的上部和下部主侧平表面34b和36b。朝右纵向延伸部分20b的上部和下部主侧平表面34b和36b与朝左纵向延伸部分18b的上部和下部主侧平表面30b和32b平行地延伸。朝左和朝右纵向延伸部分18b和20b的端部部分40b和42b通过连接器22b连接。以弯曲部分48b连接上部和下部臂部分44b和46b。

电流(在附图5中以箭头52b粗略地示出)通过朝左纵向延伸部分18b传导，并以在附图5中以箭头54b、56b和58b所示的方式流过连接器部分22b的弯曲部分48b。电流按照在附图5中的箭头62b所示的方式穿过朝右纵向延伸部分20b流出连接器部分22b。

朝左和朝右纵向延伸部分18b和20b具有平行的纵向中心轴线76b和78b。两轴线76b和78b都设置在垂直于朝左和朝右纵向延伸部分18b和20b的主侧表面30b、32b、34b和36b延伸的平面中。连接器部分22b的中心轴线82b与导电体12b的纵向延伸部分18b和20b的中心轴线76b和78b平行地延伸并且与之间隔相等的距离。轴线82b延伸过弯曲部分38b的曲率中心。

在依据附图5所示的本发明的实施例中，为促进磁通集聚在弯曲部分48b的里面，一个磁性部件110(附图5)设置在弯曲部分48b中并围绕弯曲部分的外部延伸。磁性部件110集聚流经连接器部分22b的电流产生的磁通。因此，磁通集聚在磁性部件110的环行端面112和114之间。端面112和114的中心设置在连接器部分22b的中心轴线82b上。

单件磁性部件110具有端部部分116和118，端部表面112和114设置在这两个端部部分116和118上。开口26形成在连接器部分22b中并完全延伸过连接器部分。在磁性部件110的端部部分116和118上的端部表面112和114与开口26b的相对侧面重合。

按照与前面所述的在附图1和2中所示的本发明的实施例所解释的相同的方式将与附图2中的磁通传感器14相对应的磁通传感器设置在开口26b中。磁通传感器可以具有与附图2中所示的磁通传感器相同的结构，并包括磁通敏感装置比如霍耳效应器件，通过与附图2中的支撑结构92对应的结构支撑着磁通敏感装置。可以理解的是，如果需要的话也可以应用其它公知的磁通敏感装置。

单件磁性部件110包括圆柱形连接器部分124，通过弧形弯曲部分126和128将该圆柱形连接器部分124与端部部分116和118相连。连接器部分124具有与连接器部分22b的中心轴线82b平行地延伸的中心轴线132。轴线132和82b设置在与导电体12b的朝左和朝右纵向延伸部分18b和20b的主侧表面30b、32b、34b和36b平行地延伸的一平面中。

单件磁性部件110在连接器部分22b的开口中集聚磁通。磁通传感器(在附图5中未示出，与在附图2中的磁通传感器类似)包括设置在轴线82b上的磁通敏感装置。弯曲部分48b与磁性部件110的端部部分116和118一起将磁通集聚在磁通传感器设置的开口26b中。单件磁性部件110的连接器部分124促进在端部部分116和118之间形成磁通流。

根据前文的描述，很清楚本发明提供一种电流检测装置10(附图1-4)，这种电流检测装置10包括具有连接器部分22的导电体12，该连接器部分22在导电体的纵向延伸部分18和20之间延伸。磁通传感器14设置在连接器部分22的附近。磁通传感器14包括由电绝缘材料形成的支撑92和磁通敏感装置(比如霍耳效应器件94)。

连接器部分22具有中心轴线82，该轴线82与导电体12的纵向延伸部分18和20的中心轴线76和78平行地延伸。霍耳效应器件94具有磁通敏感表面96，该磁通敏感表面96与连接器部分22的中心轴线82垂直地延伸。在本发明的一个实施例中，磁通传感器14至少部分地设置在导电体的连接器部分22中形成的开口26中。在本发明的另一个实施例中，磁通传感器14与连接器部分的内表面104相接合地设置。

Claims (9)

1.一种电流检测装置，包括：一个具有传导电流的第一和第二纵向延伸部分的导电体，以及一个在所述第一和第二纵向延伸部分之间延伸的连接器部分，所述连接器部分包括一个弯曲部分，一个第一侧面部分，在所述弯曲部分和第一纵向延伸部分之间延伸，一个第二侧面部分，在所述弯曲部分和第二纵向延伸部分之间延伸，表面装置，用于限定一个连续开槽，所述开槽从所述第一侧面部分跨过所述弯曲部分延伸到所述第二侧面部分，所述弯曲部分有效地传导所有由导电体的第一和第二纵向延伸部分传导的电流，并且一个磁通传感器至少被部分地置于连接器部分的弯曲部分的所述开槽中。

2.根据权利要求1的装置，其中所述磁通传感器包括一个电绝缘的支撑，该支撑至少部分地置于延伸通过所述连接器部分的所述弯曲部分的所述开槽中，以及一个霍尔效应器件，所述霍尔效应器件由所述支撑来支撑并具有一个磁通敏感表面，该表面横过所述连接器部分的一个中心轴线延伸，所述霍尔效应器件的输出为传导通过所述导电体的电流的函数。

3.根据权利要求2的装置，还包括由导电材料形成的并且至少被所述连接器部分包围的第一和第二磁性部件，所述第一磁性部件在一个第一方向从所述开槽沿所述弯曲部分的一个内侧表面延伸，所述第二磁性部件在第二方向从所述开槽沿所述弯曲部分的所述内侧表面延伸，所述霍尔效应器件被置于所述第一磁性部件的一个端部和所述第二磁性部件的一个端部之间。

4.根据权利要求3的装置，其中所述第一和第二磁性部件具有通过所述霍尔效应器件延伸的轴。

5.根据权利要求1的装置，还包括一个具有第一和第二端部以及中间部分的磁性部件，所述端部至少部分地被所述导电体的所述连接器部分包围，所述中间部分被置于所述连接器部分之外并延伸过所述连接器部分的所述开槽，所述磁性部件的第一端部在一个第一方向从所述开槽沿所述弯曲部分的一个内侧表面延伸，所述磁性部件的第二端部在一个第二方向从所述开槽沿所述弯曲部分的所述内侧表面延伸。

6.根据权利要求1的装置，其中所述第一和第二纵向延伸部分之间从所述连接器部分沿相反方向延伸。

7.根据权利要求1的装置，其中所述连接器部分横过所述第一纵向延伸部分的端部并与之相连，并横过所述第二纵向延伸部分的端部并与之相连。

8.根据权利要求1的装置，其中所述连接器部分中的所述连续开槽包括一个置于所述连接器的所述第一侧面部分中的第一线性臂部分，一个置于所述连接器的所述第二侧面部分中的第二线性臂部分，以及一个延伸过所述连接器的所述弯曲部分的弧型部分。

9.根据权利要求1的装置，其中所述第一和第二纵向延伸部分具有平行于所述连接部分的所述中心轴的平行中心轴。

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