[发明专利]具有静电屏蔽部的电流传感器

说明书

一种检测在初级导体中流动的电流的电流传感器，该传感器包括外壳(3)、包含磁路间隙的磁芯(6)、包含位于该磁路间隙内的感测部分的磁场检测器(8)、绝缘芯壳体(10)、由围绕该绝缘芯壳体的线圈支撑部(26)缠绕的导线形成的次级线圈(12)以及静电屏蔽部(14)。该静电屏蔽部位于次级线圈和外壳的径向内壁部(5b)之间，该径向内壁部限定一通道(22)，所述通道被配置为接收穿过该通道的所述初级导体。该静电屏蔽部包括由从屏蔽部的边缘轴向延伸的多个柔性带(17)形成的裙部(15)，这些柔性带配置为弹性地抵靠外壳的基壁部(5a)偏置。

技术领域

本发明涉及一种电流传感器，包括一磁芯和用于检测在延伸通过磁芯的初级导体中流动的电流的磁场检测器，该传感器包括在该初级导体和次级绕组之间的静电屏蔽部。

背景技术

用于电流感测应用的电流传感器模块典型地包括由高磁导率磁性材料制成的磁芯，所述磁芯围绕一中心孔，一承载待测电流的初级导体穿过该中心孔。该磁芯可典型地具有大体上矩形或圆形的形状并且提供有一气隙，一磁场检测器(例如形式为ASIC的霍尔效应传感器)位于该气隙内。由在初级导体中流动的电流产生的磁通被该磁芯集中并通过该气隙。气隙中的磁场代表总电流联接。在开环型电流传感器中，气隙中的磁场传感器产生一待测电流的映像，其代表了测试信号。在测量相对高电压的电流中采用的传感器中，位于初级导体和次级绕组之间的静电屏蔽部的存在防止初级导体和次级绕组之间的电容性相互作用。然而，初级导体和次级绕组之间的电介质材料的均匀性和质量对于减少局部放电的发生也很重要。然而静电屏蔽部的存在可能妨碍在传感器壳体内装配部件后被装入传感器的灌封材料的流动，因而潜在地增加了局部放电的问题并且导致传感器的不可靠或不准确的电性能。

在闭环型的电流传感器中，磁场传感器以反馈环路的形式连接至次级线圈，次级线圈通常围绕磁芯的一部分缠绕以产生往往能够抵消由初级导体产生的磁场的补偿电流。这样，该补偿电流代表待测电流的映像。为了降低驱动该补偿线圈所需要的电流，公知的是围绕磁路的一部分或大部分周路缠绕大量绕组。

通常，补偿导体线圈围绕绝缘线轴支撑件缠绕，该绝缘线轴支撑件围绕着一部分或者全部磁路，次级线圈沿着该磁路延伸。该绝缘线轴通常由围绕磁芯装配的两部分制成，有时具有围绕其缠绕的胶带。该绝缘线轴保护该线圈的第一层免于尤其是在绕组制作过程期间以及在随后使用中由于振动、冲击或者热膨胀效应所导致的损坏和短路磁芯。考虑到尖锐角，保护的需求尤其对正方形或矩形截面的磁芯是非常重要的。然而，传统的绝缘线轴增加了制造和装配成本。另一个缺点就是传统两部分组成的绝缘线轴的附加厚度增大了线圈绕组的直径，由此增加了使用铜线的重量和长度。与磁芯的保护关联的一个问题就是其几何形状可能非常大。确实，内径和外径以及高度可能以无法忽略的形式变化。缠绕之后所得到的线圈取决于初始磁芯尺寸。另一个问题是由缠绕效应带来的：线圈张力是非常重要的并且施加到保护上的力非常局部(重要的压力施加在绕组线圈和该保护之间的非常小的接触面积上，主要施加在第一绕组层)。有时，由于线圈的初始层在磁芯保护上的滑动导致导线在缠绕时围绕着磁芯的再分配不均匀。进一步，为了最小化得到不同线圈所必需的铜线，缠绕时跳转的数量应当尽可能少。通常，在主PCBA上使用对应3个固定点的3次跳转。通常使用螺丝固定电路板和次级线圈。这种方法机械上很安全但是这不划算(额外部分和人工成本)并且有风险(螺丝驱动机头邻近PCBA电子部件…)。两个部分之间的连接必须足够强以使得能够安装传感器。最终的机械固定通常由灌封树脂确保。

在整个使用寿命期，传感器中的特定部件的定位准确性对确保可靠性和检测准确性也很重要。特别地，磁场检测器应当精确地引入磁芯气隙以获得好的测量头性能水平。传统传感器遇到的另一个问题是在传感器的灌封工艺之前静电屏蔽部浮动并且未理想地引入。传感器中位于屏蔽部和初级导体之间的灌封材料的均匀无气泡分布对避免在初级导体和屏蔽部之间可能发生的局部放电也很重要。

电流传感器应用在很多应用领域以监测或控制电气设备和系统，并且在很多应用中，这对于降低这些部件的制作成本还有在电路中应用和使用这些部件的成本很重要。通常还具有一个重要优点，即提供紧凑的部件以最小化和/或降低这些部件所安装的设备的重量。