專利名稱：具有纏繞磁芯的磁回路器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有磁芯的磁回路器件，該磁芯通過纏繞高導(dǎo)磁材料的帶或條而形成，該纏繞的磁芯具有氣隙。本發(fā)明尤其涉及具有纏繞磁芯的用于電流感測設(shè)備的磁回路 器件。
背景技術(shù)：
許多傳統(tǒng)的電流感測器包括由高導(dǎo)磁率的材料制成的磁芯和磁場傳感器，例如霍 爾效應(yīng)傳感器，其位于磁芯形成的間隙中。延伸通過磁回路器件中心通道的初級導(dǎo)體產(chǎn)生 磁場，該磁場被磁芯拾取。該磁場流動穿過該間隙，而磁場檢測器位于該間隙中。由于該間 隙代表低導(dǎo)磁率的區(qū)域，從而其對磁力線具有重要的影響。因此精確地控制間隙的寬度對 于確保待測電流得到準(zhǔn)確可靠的測量是重要的。另外重要的是減少傳感器中的損失，尤其是由于在磁芯中形成渦流而導(dǎo)致的損 失，并避免沿著磁芯任何部分的磁飽和。采用層疊的分層片以減少渦流是眾所周知的。形 成層疊的多層磁回路器件的已知方法是通過纏繞薄的磁性材料的帶或條形成環(huán)形纏繞芯。 已知的是，提供具有氣隙的纏繞的芯，其中的制作過程包括首先纏繞環(huán)形曲面的芯，然后 將樹脂涂敷在該磁芯的周圍以保持該條帶材料的同心層，之后機(jī)加工出徑向地通過纏繞部 的間隙。一旦涂敷了樹脂，就難以對纏繞的磁芯材料進(jìn)行退火處理，或者說由于退火處理所 需的高溫使得退火處理不再可行。對具有高導(dǎo)磁率的材料的作業(yè)可能影響它們的磁性，尤其是由于減小它們的導(dǎo)磁 率，從而不利地影響磁回路器件的磁性。磁回路器件的間隙長度可能由于熱力和機(jī)械力而改變。通過固定到磁芯上的元件 以穩(wěn)定間隙的尺寸是已知的。在JP2601297中，環(huán)形纏繞磁芯的氣隙通過T形元件進(jìn)行固 定，該T形元件具有從磁回路器件外徑側(cè)部分地插入該氣隙中的部分，該插入部通過纏繞 在該磁回路器件和插入部周圍的帶而保持在位。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于插入部部分地配合在氣 隙中，這樣限制了用于插入磁場傳感器的空間。而且，該插入部只配合在磁回路器件的外周 層，這樣不能防止磁回路器件內(nèi)徑向?qū)拥臍庀冻叽绲母淖?，尤其是由于樹脂纏繞層的熱力 引起的改變不能完全避免。另外，磁回路器件在使用樹脂后的熱處理或者是不可以的，或者 是受到最多限制的。插入部在磁回路器件外徑周圍的位置也增加了磁回路器件的尺寸。在US2006/176047中公開了具有焊接在氣隙每一側(cè)上的橋接元件的磁回路器件。 然而該磁回路器件不是多層的，而且焊接在氣隙每一側(cè)上的橋接元件定位于磁芯的外徑周 圍上，這將不適合于傳統(tǒng)的纏繞的磁芯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件，其確保了電流感測 應(yīng)用的精確和可靠的性能，并且能經(jīng)濟(jì)地制造。有利地，提供具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件，該磁回路器件抗機(jī)械和熱應(yīng)力。有利地，提供具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件，該磁回路器件具有均勻的磁 材料性能，尤其是高的和均勻的導(dǎo)磁率。本發(fā)明的目的還在于提供制造具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件的方法，其是經(jīng)濟(jì)的，并能制造出這樣的磁芯該磁芯使得電流感測應(yīng)用能精確和可靠地進(jìn)行，并且該磁 芯是耐用的，并能對抗熱和機(jī)械應(yīng)力。有利地，提供帶間隙的纏繞磁芯，其是緊湊的，并使得能夠容易地以各種方式將磁 場檢測器組裝在間隙中。本發(fā)明的目的通過提供根據(jù)本發(fā)明的具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件而實(shí) 現(xiàn)。這里公開的是具有帶間隙的纏繞磁芯的磁回路器件，該纏繞磁芯包括由高導(dǎo)磁率 磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層，該磁芯具有徑向間隙，該間隙延伸通過該由高導(dǎo)磁 率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層的一部分，該磁回路器件還包括間隙橋接元件，其 中所述橋接元件由非磁性金屬制成，并在該間隙的每一側(cè)上焊接到該磁芯上，在該橋接元 件和該磁芯之間的焊接連接部從徑向最內(nèi)環(huán)層延伸跨過所述同心環(huán)層到達(dá)徑向最外環(huán)層。該橋接元件可以有利地由基部平坦的金屬片形成，最好通過金屬片沖壓形成。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該橋接元件最好在間隙的每一側(cè)上沿著所述磁芯延伸超出 30度或更大的角度，最好是在間隙的每一側(cè)上超出90度，并包括在接近該橋接元件端部 處的、連接至該由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層上的至少第二對焊接連接 部。該橋接元件在氣隙的每一側(cè)上沿著所述橋接元件可以包括第三對或更多焊接連接部， 其位于橋接元件和該由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層之間。有利地，靠近 間隙的所述焊接連接部用于穩(wěn)定和固定間隙的尺寸(也即在形成間隙的磁回路器件的相 對面之間的距離)。靠近橋接元件端部的焊接連接部用于將層疊的環(huán)層保持在一起以防止 在受到熱或機(jī)械應(yīng)力時(shí)層徑向分離。中間(第三和更多的)焊接連接部可以沿著橋接元件 設(shè)置以進(jìn)一步穩(wěn)定磁芯的同心環(huán)層和橋接元件在磁芯上的連接?？蛇x地和有利地，橋接元 件可以設(shè)置有固定元件，所述固定元件例如為從金屬片平面向外彎曲的固定銷或凸片的形 式，而支撐元件由其沖壓并形成，用于使磁回路器件機(jī)械連接和/或電連接到電路板或其 他電路設(shè)備上。有利地，根據(jù)本發(fā)明的磁回路器件的制造可以不使用樹脂來將環(huán)形的同心環(huán)層保 持在一起，盡管可選地可以添加樹脂。焊接到環(huán)形纏繞磁芯上的橋接元件可以在機(jī)加工出 氣隙之前就焊接到橋接元件上，然后在熱處理過程中退火，以確保磁芯最佳和均勻的磁性， 尤其是消除制造過程中磁芯材料的磁性的不利的改變。橋接元件在環(huán)形芯的側(cè)面上基本平 坦或平面的布置提供了尤其緊湊的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以提供具有一對橋接元件的磁回路器件，磁芯的每一側(cè)面上 各一個(gè)。


本發(fā)明進(jìn)一步的目的和有利的特征將從權(quán)利要求和下面結(jié)合附圖對實(shí)施方式的 詳細(xì)說明中變得顯而易見，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁回路器件的立體圖；圖2是圖1所示的磁回路器件從相對側(cè)觀察的立體圖；圖3是圖1所示的磁回路器件的分解的立體圖；圖4是圖2所示的磁回路器件的分解的立體圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖，特別用于電流感測設(shè)備的磁回路器件2的實(shí)施方式包括帶有間隙6 (也 通常已知為“氣隙”)的環(huán)形磁芯4和連接到磁芯的間隙的每一側(cè)上的橋接元件8。間隙6 形成于磁芯的相對的端面36之間。該磁芯4由具有高導(dǎo)磁率的薄片材料的條帶纏繞制成， 從而形成從徑向最內(nèi)側(cè)的環(huán)層16至徑向最外側(cè)的環(huán)層18的層疊的同心環(huán)層。這些條帶層 的薄的邊緣限定出磁芯的相對的側(cè)面14a、14b。具有高導(dǎo)磁率的磁性材料是已知的，例如包 括FeSi或者FeM合金。該橋接元件由非磁性材料制成，最好是比磁芯材料具有更高抗拉 強(qiáng)度的金屬例如不銹鋼合金制成。
用于纏繞成磁芯的磁性材料條帶具有寬度W，該寬度W最好與最內(nèi)和最外環(huán)層16、 18之間的徑向距離R具有相同的數(shù)量級。該寬度與該徑向厚度W/R的比率最好在0. 3到3 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0. 5到2的范圍內(nèi)。橋接元件8在磁芯的側(cè)面14a上連接到該磁芯，并延伸跨過磁芯間隙6。該橋接 元件包括基部20，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該基部20基本上是平面的，從而基本上平坦地抵 靠在側(cè)面14a上，并具有整體彎曲的形狀，從而隨著磁芯的側(cè)面的圓形形狀彎曲。最外的徑 向邊緣32和最內(nèi)的徑向邊緣34僅僅分別少量地延伸超出徑向最外和最內(nèi)環(huán)層18、16，超出 的量優(yōu)選地小于三層的磁芯條帶材料。橋接元件徑向延伸至磁芯的內(nèi)和外同心層16、18或 略微超出磁芯的內(nèi)和外同心層16、18使得橋接元件能夠跨過所有的層連接到磁芯上。橋接 元件的基部通過焊接連接部22a、22b和22c連接到磁芯的側(cè)面上，換句話說，通過將基部焊 接到磁芯的側(cè)面上而將基部連接到磁芯的側(cè)面上，其中焊接連接部徑向地延伸跨過多個(gè)環(huán) 層，從而確保磁性條帶材料的層牢固和緊湊地聯(lián)結(jié)在一起，以防止這些同心的層在焊接連 接部的鄰近處分離。每個(gè)焊接連接部22a、22b、22c最好從磁芯的徑向最內(nèi)環(huán)層16延伸到徑 向最外環(huán)層18。然而在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使焊接連接部橫跨小于芯的整個(gè)徑向厚度的多 個(gè)環(huán)層。在后者的這一變型中，不同的焊接連接部構(gòu)造為橫跨不同的層，其方式使得總的焊 接連接部橫跨所有的環(huán)層，從而將層疊的環(huán)層從徑向最內(nèi)環(huán)層16聯(lián)結(jié)到徑向最外環(huán)層18。第一對焊接連接部22a靠近磁芯的間隙6設(shè)置，間隙的每一側(cè)各一個(gè)焊接連接部 22a。橋接元件的基部20在間隙位置設(shè)置有切口 26，該切口 26具有與間隙的長度G基本相 同的長度，從而允許磁場檢測器穿過并插入到位于芯4的相對的端面36之間的間隙中。然 而在本發(fā)明范圍內(nèi)可行的是，在橋接元件的基部中不具有切口 26，其中磁場檢測器將從相 對的側(cè)面14b徑向或軸向地插入到間隙6中。然而在圖中示例的實(shí)施方式允許磁場檢測器 定位于電路板(未示出)上，該電路板在軸向A上延伸通過間隙。橋接元件的基部20最好還通過第二對焊接連接部22b連接到磁回路器件的側(cè)面 14a上，第二對焊接連接部22b類似于第一對焊接連接部22a，但是位置靠近基部的自由端 38處。在基部的氣隙處和自由端處的焊接連接部22a、22b之間可以設(shè)置其他的中間焊接連 接部22c。在氣隙6處的焊接連接部22a用于剛性地固定并穩(wěn)定氣隙的長度G，同時(shí)使層疊的條帶材料的同心環(huán)層剛性地保持在一起，而中間的焊接連接部22c和在基部端部38處的焊接連接部22b用于使層疊的條帶材料層剛性地保持在一起，并防止在受到機(jī)械或熱應(yīng)力 時(shí)這些同心層分離和滑移。在這點(diǎn)上，橋接元件的端部38可以有利地(從一端到另一端) 圍繞磁芯的外周延伸越過一定的角度α，該角度大于30°，最好大于90°，例如在90°到 180°的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可能的是，使得橋接元件形成閉合的圓并在芯的整個(gè) 圓周上(也即360° )延伸，或者延伸覆蓋180°和360°之間的任意角度。可選地和有利地，該橋接元件還可以包括延伸部28。該延伸部可以包括例如呈銷 或凸片30形式的固定元件，該固定元件構(gòu)造成用于機(jī)械意義上地和/或電學(xué)意義上地將該 磁回路器件固定到旨在固定磁回路器件的電路板或其他支撐件上。因此，有利地，該橋接元 件還可以用于為磁芯提供電學(xué)接地連接部，這對于磁回路器件的電學(xué)性能可能是必要的或 者有用的。在示例的實(shí)施方式中，固定延伸部28由與基部20相同的材料件沖壓形成，并且 與基部平面非共面地延伸。在本實(shí)施方式中垂直于基部平面向著相對的側(cè)面14b延伸，使 得固定銷30延伸超出側(cè)面14b。與基部平面非共面地延伸的延伸部28也可以或者替代性地形成剛性元件以加強(qiáng) 橋接元件的基部20。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以提供這樣的實(shí)施方式(未示出)，其中該固定延伸部與 基部平面非共面地延伸遠(yuǎn)離相對的側(cè)面14b，或者替代性地與基部共面地延伸，例如徑向向 外地延伸。這樣該磁回路器件可以在橋接元件的基部20安裝于其上的側(cè)面14a固定于電 路板或其他支撐件上；或者在相對的側(cè)面14b固定于電路板或其他支撐件上；或者甚至以 外周環(huán)層18為基底進(jìn)行安裝。因?yàn)楣潭ㄑ由觳靠梢孕纬蔀樵S多不同的形狀和尺寸，所以其 他的安裝構(gòu)造也是可以的；并且，固定延伸部剛性且一體地連接到基部、進(jìn)而該基部剛性和 堅(jiān)固地連接到磁芯上確保了將磁回路器件機(jī)械地固定到外部支撐件上。在進(jìn)一步的變形中，可以設(shè)置類似于第一橋接元件的第二橋接元件，其固定到磁 芯的相對的側(cè)面14b上。這里所述的纏繞磁芯的制造方法包括如下操作通過傳統(tǒng)的用于制造纏繞的磁芯 的手段纏繞高導(dǎo)磁率材料的條(帶)；隨后，將橋接元件8(或橋接元件對)焊接到纏繞的 磁芯的側(cè)面14a(或兩個(gè)側(cè)面)上。焊接連接部可以通過本身公知的各種焊接技術(shù)制成，例 如弧焊、電阻焊、摩擦焊或激光焊。這里指的術(shù)語“焊接連接部”也包括硬釬焊或軟釬焊。然后，通過磁芯的疊層的一部分而機(jī)加工出間隙6。在焊接操作和間隙機(jī)加工操作 之后，該磁回路器件可以通過熱處理過程以對芯的磁性材料進(jìn)行退火，以使其具有均勻的 磁性性能，尤其是均勻的導(dǎo)磁率。這消除或減小了之前制造操作中對條帶材料磁性性能的 不利影響。該熱處理過程還具有減小磁芯材料中內(nèi)部應(yīng)力的有利效果。在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，如果需要的話，可以避免使用樹脂來固定條帶材料 的這些同心環(huán)層，這也允許在組裝過程結(jié)束時(shí)對磁回路器件進(jìn)行熱處理過程。
權(quán)利要求
一種磁回路器件(2)，包括至少一個(gè)由非磁性金屬制成的間隙橋接元件和纏繞而成的磁芯(4)，該磁芯(4)包括由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層，該磁芯具有至少一個(gè)間隙(6)，所述間隙(6)延伸通過所述由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層的一部分，其中所述間隙橋接元件在所述間隙的每一側(cè)均焊接到該纏繞而成的磁芯的側(cè)面(14a)上，該間隙橋接元件和該磁芯之間的焊接連接部(22a)延伸跨過所述由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件包括基本平坦地平放在 所述側(cè)面(14b)上的平面狀的基部(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件包括從所述基部延伸出 的、與該基部的平面不共面的剛性部(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件沿著所述磁芯延伸超過 30度的角度(α)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件沿著所述磁芯延伸超過 60度的角度(α)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件沿著所述磁芯延伸超過 90度的角度(α)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件包括在接近該間隙橋接 元件的端部(38)處的、連接至所述由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層的至 少第二對焊接連接部(22b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件包括第三對或更多的中 間的焊接連接部(22c)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述間隙橋接元件包括構(gòu)造成用于將所述 磁回路器件機(jī)械連接和/或電連接到電路板或其他電路設(shè)備上的固定元件(28)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁回路器件，其中所述固定元件包括從焊接到所述磁芯的 側(cè)面(14b)上的所述間隙橋接元件的基部(20)向外彎曲出的固定銷(30)或凸片。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述焊接連接部(22a、22b、22c)從所述磁 芯的徑向最內(nèi)環(huán)層(16)延伸到徑向最外環(huán)層(18)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁回路器件，其中所述磁回路器件包括焊接到所述纏繞而 成的磁芯的另一個(gè)側(cè)面(14b)上的第二間隙橋接元件。
13.—種制造磁回路器件的方法，包括如下步驟纏繞導(dǎo)磁性的條帶材料以形成層疊的多層環(huán)芯；將一個(gè)或多個(gè)非磁性的橋接元件焊接到該層疊的多層環(huán)芯上，其中該橋接元件在間隙 的每一側(cè)均焊接到該纏繞而成的磁芯的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)面(14b)上，在該橋接元件和磁芯之 間的焊接連接部(22a)延伸跨過該層疊的同心環(huán)層；和加工出通過該層疊的多層環(huán)芯的一部分的間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造磁回路器件的方法，其中所述焊接連接部(22a)跨過 所述層疊的同心環(huán)層從徑向最內(nèi)環(huán)層(16)延伸到達(dá)徑向最外環(huán)層(18)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的制造磁回路器件的方法，還包括在所述焊接和機(jī)加工 出間隙的操作之后熱處理所述磁回路器件，以提高所述磁芯的磁性性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁回路器件(2)，其包括至少一個(gè)由非磁性金屬制成的間隙橋接元件和纏繞而成的磁芯(4)，該磁芯(4)包括由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層，該磁芯具有至少一個(gè)間隙(6)，所述間隙(6)延伸通過所述由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層的一部分，其中所述間隙橋接元件在所述間隙的每一側(cè)均焊接到該纏繞而成的磁芯的側(cè)面(14a)上，該間隙橋接元件和該磁芯之間的焊接連接部(22a)延伸跨過所述由高導(dǎo)磁率磁性材料制成的多個(gè)層疊的同心環(huán)層。本發(fā)明還公開了一種該磁回路器件的制造方法。
文檔編號H01F41/02GK101814354SQ20101012618
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者P·M·貝內(nèi)戴蒂, S·德莫利, T·D·舍納瓦爾 申請人:機(jī)電聯(lián)合股份有限公司