[发明专利]电流感测装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流感测装置及其制造方法。本发明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。

背景技术

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。

本申请的发明人已经研究了一种电流感测装置，下面将利用本申请的发明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2.0T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。