用于電流感測應用的電流轉換器模塊典型地包括由高磁導率材料制成的磁芯，該磁芯圍繞使承載待測電流的初級導體穿過其中的中央孔徑。磁芯可以典型地具有大致矩形或者圓形的形狀以及根據(jù)配置可以設置有其中安置磁場檢測器(諸如以ASIC形式的霍爾效應傳感器)或者磁通門傳感器的氣隙。由在初級導體中流動的電流生成的磁通量由磁芯聚集以及表示初級電流。在閉環(huán)型的電流傳感器中，磁場傳感器在反饋環(huán)路中連接至補償線圈(通常還稱為次級線圈)，該補償線圈典型地圍繞磁芯的一部分纏繞以生成趨向于抵消由初級導體生成的磁場的補償電流。因此，補償電流表示待測電流的鏡像。次級線圈還用于開環(huán)型的電流轉換器中，但是在變壓器效應中用作測量集中于磁芯中的磁場的拾取線圈。

此處提到的一般術語“電流轉換器”還意味著包括電流互感器，電流互感器可以被看作特殊形式的電流轉換器。電流互感器可以被看作沒有電子裝置的閉環(huán)電流轉換器。

在各種各樣的應用和裝置中使用電流傳感器以用于監(jiān)控或者控制電裝置和系統(tǒng)。在許多應用中，降低這種部件的制造成本以及在電路中實現(xiàn)和使用該部件的成本是有重要優(yōu)勢的。通常在提供緊湊部件以使其中安裝部件的裝置小型化和/或降低其中安裝部件的裝置的重量中也有重要優(yōu)勢。

鑒于電流轉換器可以用于的各種具體應用和裝置，提供通用連接和安裝布置是有利的。

本發(fā)明的目的是提供通用的并且易于安裝的電流轉換器。

提供生產(chǎn)、安裝和使用起來較為經(jīng)濟的電流轉換器是有利的。

提供確保精確測量和可靠工作的電流轉換器是有利的。

提供緊湊的、堅固(robust)的和穩(wěn)定的電流轉換器是有利的。

已經(jīng)通過提供根據(jù)權利要求1所述的電流轉換器實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

已經(jīng)通過提供根據(jù)權利要求4所述的電流轉換器實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

已經(jīng)通過提供根據(jù)權利要求13所述的電流轉換器實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

從屬權利要求闡述了本發(fā)明實施例的各種有利特征。

此處公開了用于測量初級導體中的電流的電流轉換器，包括殼體、圍繞初級導體延伸穿過其中的中央孔徑的磁芯以及包括連接端子的磁場感測裝置，殼體包括存放磁芯的磁芯容納腔和存放磁場感測的連接接口部分。

在本發(fā)明的第一方面中，連接接口從磁芯容納腔向外伸出以及包括與可選擇性地安裝至連接接口部分的分開的連接器接口元件的閂鎖元件互補的閂鎖元件。連接器接口元件包括連接器護罩，連接器護罩與連接端子一起形成可插連接器接口，用于可插連接至外部可插連接器。因此，電流轉換器可以適合在沒有連接器護罩的情況下安裝在外部電路板上，以及在連接器接口元件閂鎖在殼體的連接接口部分上時適合可拆卸地可插連接至外部連接器。

在本發(fā)明的第二方面中，轉換器還包括導體模塊，導體模包括存放U形導體線圈部分的絕緣支撐件，絕緣支撐件還包括配置為接合在殼體上設置的互補閂鎖凸肩的閂鎖元件，用于圍繞電流轉換器的分支固定導體模塊。導體安裝通道包括配置為將U形導體線圈部分扣緊在導體安裝通道中的卡扣(clasp)突出部，可變數(shù)量的導體線圈部分可插入地安裝至絕緣支撐件，根據(jù)電流轉換器的工作范圍選擇該數(shù)量。

在本發(fā)明的第三方面中，轉換器還包括與殼體分開的支撐元件，支撐元件包括基板并且使一對定位壁從其中橫向地延伸，該對定位壁間隔與電流轉換器的殼體的相對橫向側之間的高度基本上相對應的距離，被配置為允許電流轉換器的殼體插在支撐件的定位壁之間，其中定位壁包括配置為接合在殼體的所述橫向側上設置的互補閂鎖元件的閂鎖元件。

在實施例中，閂鎖元件可以設置在導體模塊的相對并行分支上以及接合在殼體的相對橫向側上設置的互補閂鎖元件，導體模塊被配置為可旋轉地插入穿過中央孔徑以及圍繞磁芯的分支。

在實施例中，連接器護罩有利地提供圍繞和保護連接端子的護罩壁部分，連接器護罩還包括帶有孔的內(nèi)支撐壁部分，該孔配置為容納以及引導磁場感測裝置的連接端子。

在實施例中，磁芯可以具有圍繞中央孔徑的大致矩形形狀以及包括定位在連接磁芯分支的拐角區(qū)域中的磁場回路間隙。

在實施例中，磁路間隙可以被配置為以相對于所述分支中的一個成20°與45°之間的角度(β)將磁場裝置的磁場檢測器容納在其中。

在實施例中，連接端子具有彎曲端部分，配置用于連接至電路板的電路跡線。

在實施例中，殼體連接接口部分有利地包括可與分開的連接器接口元件上的互補極化元件協(xié)作的極化元件。

在實施例中，殼體可以有利地包括在沿著轉換器的分支的多個位置處的多個閂鎖元件以使得可以在不同位置處將支撐元件固定到殼體上。

在實施例中，支撐元件可以有利地包括寬度，配置為允許支撐件插入在磁路孔徑中以使得基板抵靠在磁路孔徑的內(nèi)面上。

在實施例中，支撐元件可以用于將初級導體棒固定在中央孔徑內(nèi)。

通過權利要求、具體實施方式和所附繪圖，本發(fā)明的另外目的和有利特征將變得清晰，在繪圖中：

圖1a-1e是根據(jù)本發(fā)明不同實施例的電流轉換器的透視圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的透視分解圖；

圖2b是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電流轉換器的透視分解圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的殼體部分的視圖；

圖4a是圖3中圖示的殼體部分的一部分以及殼體部分中安裝的磁路的一部分的視圖；

圖4b是類似于圖4a的視圖但是在殼體部分中安裝有磁場感測裝置；

圖5a、5b是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁場感測裝置的透視圖；

圖6a、6b是導體模塊的透視圖，具體為可安裝在根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的中央孔徑中的初級導體模塊；

圖7a、7b是安裝在中央孔徑中的導體模塊的剖面視圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的支撐元件的透視圖；

圖9是圖示在不同的可用組裝位置中的支撐元件的根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的透視圖；

圖10a是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的連接接口部分的透視圖；

圖10b是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的連接接口部分護罩的透視圖；

圖10c是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器的連接接口部分的剖面視圖。

參照附圖以及更具體地參照圖2a和圖2b，根據(jù)本發(fā)明實施例的電流轉換器2包括殼體4、安裝在殼體中的磁芯6和磁場感測裝置8。

在變型中，電流轉換器可以是開環(huán)型的以及磁場感測裝置可以包括磁通量密度傳感器(諸如，霍爾元件)，該磁通量密度傳感器可以放置在軟磁芯6中形成的磁路間隙16中。

在另一個變型中，電流轉換器可以是開環(huán)型的，包括充當拾取線圈的次級繞組，該拾取線圈拾取由初級導體中流動的電流生成的在磁芯中循環(huán)的磁場信號以測量低頻電流和DC電流。

在又另一個變型中，轉換器可以是無源電流互感器型的，具有軟磁芯6以及圍繞磁芯的分支或者一部分的電流互感器線圈。

在又另一個變型中，電流轉換器可以是閉環(huán)型的以及圍繞磁芯的分支纏繞的次級線圈充當補償線圈，補償線圈被驅動以抵消由在初級導體中流動的電流生成的在磁芯中循環(huán)的磁場信號。在該變型中，磁場感測裝置8可以安裝在磁芯6的磁路間隙16中。閉環(huán)型電流轉換器的工作原理本身在本領域中眾所周知，其中由承載待測電流的初級導體生成的磁場由磁場感測裝置8拾取，磁場感測裝置的信號被處理以在次級線圈中生成電流，該次級線圈設法產(chǎn)生抵消由初級導體生成的磁場的相反磁場。因此，驅動次級線圈抵消磁芯中的磁場所需要的電流表示初級電流的鏡像(即，與待測初級電流成比例)。

電流轉換器還可以包括在安裝在殼體中或者殼體外部的電路板上形成的信號處理電路，電流轉換器安裝在該殼體上。

電流轉換器可以包括電連接器或者電連接引線或者電纜，用于連接至接收測量信號以及根據(jù)變型為電流轉換器供應電力的外部電路。

軟磁芯可以由鐵氧體(ferrite)或者層壓軟鐵或者具有高磁導率和低矯頑力(coercive force)的其它材料制成。

電流轉換器2包括穿過轉換器的中心以及配置為允許電流導體1、3延伸穿過其中的磁路孔徑9。電流導體中的至少一個用來承載待測初級電流。根據(jù)變型，電流導體可以包括用于承載次級電流的次級電流導體，該次級電流可以是補償電流，補償電流在閉環(huán)傳感器配置中配置為抵消由初級導體生成的磁場。次級導體還可以形成拾取線圈的一部分以測量變壓器效應中的高頻電流。電流導體還可以包括兩個初級導體部分，用于測量差動電流。

在變型中，電流導體可以包括初級導體棒1，初級導體棒1延伸穿過磁路孔徑以便提供用于連接至承載待測電流的外部導體的連接端。

在某些實施例中，電流轉換器可以不設置預先安裝至轉換器的初級導體部分，在操作地點穿過磁路孔徑9插入承載待測電流的導體。

在某些實施例中，電流導體還可以包括圍繞磁芯6的分支安裝以及延伸穿過磁路孔徑9的導體線圈部分3，導體線圈部分3具有大致U形的形狀。

導體線圈部分3可以有利地形成導體模塊5的一部分，該導體模塊5包括具有其中存放導體線圈部分3的導體安裝通道26的絕緣支撐件12。導體安裝通道26可以設置有卡扣或者收縮(pinch)突出部27，配置為將U形導體線圈部分3扣緊在導體安裝通道26中。具有卡扣突出部的預成型導體安裝通道使選定量的U形導體線圈部分3(從一個到多個，占據(jù)所有可用位置)能夠組裝在絕緣支撐件中。這允許容易地配置圍繞磁芯纏繞的繞組數(shù)量而不需要修改或者重新設計絕緣支撐件12和殼體4。絕緣支撐件12還包括具有閂鎖突出部或者凸肩29的閂鎖元件28a，閂鎖元件28a配置為接合在殼體4上設置的互補閂鎖凸肩28b以用于將導體模塊固定在電流轉換器分支的周圍。在變型中，然而，還可以提供其中導體線圈部分由絕緣支撐件包覆成型(overmold)的導體模塊。

如圖7a和圖7b中明顯可見的，可以穿過磁路孔徑9插入導體模塊5的U形導體線圈部分的端部以及使模塊5圍繞殼體4旋轉并且夾持到殼體4上。閂鎖元件28a設置在導體模塊5的相對并行分支上以及接合設置在殼體相對橫向側上的互補閂鎖元件28b。

殼體4可以在轉換器分支中的任何一個上或者多個分支上設置有閂鎖元件28b以使得可以圍繞轉換器的不同分支夾持導體模塊5。

在變型(未示出)中，可以將多個導體模塊夾到電流轉換器上。例如，可以將導體模塊5夾在電流轉換器的相對并行分支上。這允許提供圍繞電流轉換器的磁路安裝的多個線圈。例如，一個線圈可以充當次級線圈以及另一個充當初級線圈，或者兩個線圈承載差動電流測量布置中的初級導體，或者兩個線圈可以是相同初級電流導體的部分，另外的線圈用來提高例如電流測量的靈敏度。

可圍繞電流轉換器的分支分開安裝的導體模塊5的優(yōu)點是轉換器可以根據(jù)應用設置有或者不設置導體線圈部分3，以及另外可以通過在導體安裝通道26中安裝期望數(shù)量的導體線圈部分3來容易地修改導體線圈部分的數(shù)量以通過簡單并且成本有效的方式改變電流轉換器的測量范圍。此外，不同導體模塊可以設置有例如較大數(shù)量的導體通道而不需要對電流轉換器的殼體進行任何重新設計或者修改。此外如可以在示出根據(jù)本發(fā)明的電流轉換器的不同變型的圖1a至1e中看到的，轉換器可以：

-不配備有延伸穿過磁路孔徑9的電流導體(圖1a、1b)，或者

-電流轉換器可以配備有預先組裝的初級導體棒1，初級導體棒1延伸穿過磁路孔徑9以及借助于支撐元件7固定至轉換器(參見圖1c)，或者

-導體模塊5可以預先組裝至電流轉換器的殼體(圖1d)，或者

-導體棒1和導體模塊5兩者可以與電流轉換器的殼體預先組裝在一起(圖1e)，或者

-電流轉換器可以設置有兩個或者更多個預安裝導體模塊(未示出)。

電流轉換器還可以包括與殼體4分開以及可與殼體4分開的支撐元件7，支撐元件包括基板38以及使一對定位元件或者定位壁40從其中橫向地延伸，該對定位元件或者壁40間隔距離H1，距離H1與電流轉換器的殼體4的相對橫向側之間的高度H2基本上相對應。這允許電流轉換器的殼體插在支撐件的定位壁40之間，其中定位壁可以設置有固定或者閂鎖元件42a，固定或者閂鎖元件42a配置為接合在殼體4的側壁上設置的互補固定或者閂鎖元件42b。如圖9圖示的，可以在沿著轉換器分支中的任何一個分支或者每一個分支的各種位置上設置殼體上的閂鎖元件42b，使得可以在不同位置處將支撐元件7固定到殼體上。通過示例的方式，如圖1a所示，支撐元件7安裝在轉換器殼體的長分支中的一個上以及在圖1b中安裝在短分支中的一個上，使得轉換器可以以各種取向安裝在外部支撐件上或者安裝在裝置內(nèi)。

支撐元件7可以有利地設置有寬度W，配置為允許支撐件插入在磁路孔徑9中以使得基板38抵靠在磁路孔徑的內(nèi)面上。在該配置中，如圖1c圖示的，支撐元件7可以例如用于將初級導體(尤其是初級導體棒1)固定在中央孔徑內(nèi)。然而，可以注意到，代替支撐中央導體棒，支撐元件7還可以被配置為以延伸穿過中央孔徑的棒的形式將轉換器固定至支撐元件。

支撐元件7可以設置有各種固定接口，用于將電流轉換器安裝至外部支撐件或者用于將導體棒1固定地組裝在中央孔徑9中。在圖示的實施例中，固定設備采用孔或者多個孔41的形式以容納螺栓、螺釘或者鉚釘穿過其中。技術人員理解，可以將本身在本領域中眾所周知的許多其它固定設備集成在基板38中，用于將支撐件7固定至外部裝置。

現(xiàn)在參考圖2a至圖5b，在圖示的實施例中，磁芯6設置有插入磁場感測裝置8的磁路間隙16(還通常稱為“氣隙”)。

在圖示的實施例中，磁場感測裝置包括連接至連接端子18的磁場檢測器10(其可以是例如以ASIC(專用集成電路)形式的霍爾效應傳感器)，磁場檢測器和連接端子由電介質(zhì)支撐主體20支撐?？梢杂衅渌娐凡考?1安裝在電介質(zhì)支撐主體上以及連接至磁場檢測器與連接端子或者連接在磁場檢測器與連接端子之間。這些電路部件可以是例如電容器、電感器或者電阻器，例如可以用作用于測量信號預處理的濾波器。連接端子18可以具有各種配置，以及在圖示的示例中，連接端子形成由電介質(zhì)支撐主體20包覆成型的沖壓并且成型的引線框架30的一部分。電介質(zhì)支撐主體可以包括橫向定位元件30a，橫向定位元件30a接合在殼體4中設置的互補定位元件30b中以將磁場感測裝置牢固地定位和錨定(anchor)在殼體內(nèi)。錨定元件確保例如在將轉換器安裝在外部電路板上期間或者在將外部可插連接器耦合至電流轉換器期間施加在端子18上的連接力由磁場感測裝置支撐，同時允許一定量的彎曲(give)以防止永久性變形或者斷裂以及還允許殼體部件之間的熱膨脹?；パa定位元件30a、30b還確保磁場檢測器10準確地定位在磁場回路間隙16內(nèi)。

參照圖2a、2b、圖5a、5b和圖10a至10c，圖示了磁場感測裝置8與外部電路(未示出)之間的連接接口的兩個不同實施例。在圖2a以及圖4a、5a、5b的實施例中，磁場感測裝置的連接端子18用來連接(尤其是焊接連接)至外部電路板(未示出)。在圖示的實施例中，連接端子以引腳端子的形式。在第一實施例中，引腳端子具有彎曲端部分34，用于穿過印刷電路板的鍍通孔插入。然而，彎曲端部分34可以具有其它配置，例如適合于表面安裝焊接連接至電路板上的電路跡線。表面安裝和鍍通孔類型的電路板連接本身在本領域中眾所周知。

用于安裝在外部電路板上以及連接至外部電路板的實施例非常適合于包括提供連接端的導體線圈部分3的轉換器配置，該連接端還被配置用于安裝在電路板上，如圖1d、1e所示。圖示的導體線圈部分3的連接端以引腳端子的形式，然而，還可以設置有表面安裝連接端。

在用于連接至外部電路板的電流轉換器變型中，磁芯6有利地包括磁場回路間隙16，定位在連接磁芯的分支6a、6b的拐角區(qū)域中。在圖示的實施例中，磁芯具有大致矩形的形狀，其中相對的第一和第二分支6a、6b比相對的第三和第四分支6c、6d長。在該具體示例性配置中，可以相對于第一分支6a成角度β設置磁路間隙16，從而允許磁場感測裝置8相對于第一分支6a成20與40°之間的角度β取向，圍繞該第一分支6a安裝導體線圈部分3。在該具體示例中，如圖3圖示的，該角度β可以是例如大約30°。該配置允許連接端子18的彎曲端部分34與初級導體線圈部分3盡可能遠地隔開，從而在磁場感測裝置8的端子與初級導體之間提供大的爬電距離(creepage distance)。此外，連接端子18的端部部分的彎曲配置提供一定的靈活性，允許在外部電路板的平面中的一定位移，例如用以吸收電流轉換器與電路板之間的一些熱膨脹差異以及還允許電流轉換器更容易地組裝和連接至電路板。

在第二實施例中，如在圖2b以及圖10a至10c中明顯圖示的，磁場感測裝置的連接端子18可以被配置用于可拆卸地可插連接至信號處理或者控制裝置(未示出)的外部連接器。在圖示的實施例中，連接端子18以引腳端子的形式，但是它們還可以具有本身在本領域中已知的其它形狀以供作為可插連接器中的端子使用。在該實施例中，電流轉換器2還可以設置有連接器接口元件11，該連接器接口元件11包括配置用于組裝在殼體4的連接接口部分25上的連接器護罩14?？煞珠_安裝的連接器護罩14允許電流轉換器容易地適合于可插連接或者電路板安裝而不必重新設計或者修改殼體4。

連接器護罩14有利地提供適合于連接至互補外部連接器的特定連接接口以及還提供圍繞并且因此保護連接端子18的護罩壁部分49。連接器護罩還可以包括帶有孔46的內(nèi)支撐壁部分45，該孔46配置為容納和引導連接端子18。這提供更剛性的結構，用于支撐更適合于可插連接的連接端子引腳，而對于電路板連接而言，支撐壁部分45的缺少允許更大的靈活性，提高端子與電路板之間的連接可靠性。連接器護罩14可以設置有極化元件44(例如以狹槽形式)，極化元件44與殼體上的互補極化元件(例如以凸緣(rib)或者突出部形式)協(xié)作，其確保護罩以正確取向安裝在殼體連接器接口部分25上。連接器護罩上和殼體上的互補閂鎖或者固定元件48a、48b可以被設置為在組裝期間將護罩鎖定至殼體。

現(xiàn)在參考圖2a、圖2b和圖3，在有利實施例中，殼體4被設置為第一殼體部分4a和第二殼體部分4b，第一殼體部分4a和第二殼體部分4b可以在將磁芯和磁場感測裝置組裝在其中之后固定在一起，為了有成本效率以及容易組裝，磁芯和磁場感測裝置以及殼體部分的組裝全都沿軸向方向A執(zhí)行。第一殼體部分4a包括芯容納腔22和感測裝置容納腔24。感測裝置容納腔可以有利地定位在連接殼體兩個分支的拐角中。芯容納腔22可以設置有定位突出部32(以軸向定向的凸緣形式)，提供與磁芯內(nèi)面51的輕微干涉配合以確保在組裝期間將磁芯無游隙固定在殼體內(nèi)。

第二殼體部分4b設置有將具有組裝的磁芯6和磁場感測裝置8的第一殼體部分4a容納在其中的互補腔。第一和第二殼體部分4a、4b上的互補閂鎖53a、53b允許殼體部分在組裝期間牢固地夾在一起。除夾持設備以外或者作為夾持設備的替換，還可以采用殼體部分之間的其它固定方式，例如超聲波焊接、用粘合劑鍵合或者通過圍繞殼體部分設置機械夾具或者甚至通過將兩個部分擰緊或者鉚接在一起。

可以在組裝磁場感測裝置8和磁芯6之后在第一殼體部分的腔22內(nèi)填充灌封材料，或者根據(jù)變型和應用，可以不提供任何灌封材料。

容納感測裝置的殼體的連接器接口部分25可以有利地伸到由殼體的鄰接正交分支形成的殼體的大致外圍以外。這一方面有利地允許連接器接口元件插到或者安裝在伸出的連接器接口部分25上，以及另一方面使磁場感測裝置8的連接端子18延伸至外部電路板的表面，同時增大初級導體與感測裝置端子之間的爬電距離。

附圖中使用的標記列表

電流轉換器 2

延伸穿過磁路孔徑1、3的電流導體

初級導體棒 1

導體線圈部分 3(初級和/或次級)

初級導體

初級導體棒 1(根據(jù)變型)

導體線圈部分 3(根據(jù)變型)

次級線圈(根據(jù)變型)

導體線圈部分 3

導體模塊 5

絕緣支撐件 12

導體安裝通道 26

收縮突出部

閂鎖元件 28

閂鎖突出部/凸肩

導體線圈部分 3(根據(jù)變型，初級和/或次級)

殼體 4

第一殼體部分 4a

固定(閂鎖)元件 53a

芯容納腔 22

定位突出部 32

→凸緣

感測裝置容納腔 24

第二殼體部分 4b

固定(閂鎖)元件 53b

導體模塊閂鎖元件 28b

支撐元件閂鎖元件 42b

連接器接口部分 25

固定(閂鎖)元件 48b

支撐元件 7

基板 38

固定設備(例如，螺釘孔)

定位/壁 40

固定(閂鎖)元件 42a

連接器接口元件 11

連接器護罩 14

護罩壁部分 49

極化元件 44

連接端子引導壁 45

連接端子引導孔 46

固定(閂鎖)元件 48a

磁芯 6

第一分支 6a

第二分支 6b

第三分支 6c

第四分支 6d

內(nèi)面 51

磁路間隙 16

磁路孔徑 9

磁場感測裝置 8

磁場檢測器 10

ASIC→霍爾效應傳感器

引線框架(沖壓并且成型) 30

錨定元件 31

連接端子 18

引腳端子

彎曲端部分 34(用于電路板連接)(變型)

電介質(zhì)支撐主體20→包覆成型

定位元件 30

電路部件 21

→例如電容器、電感器、電阻器電路板(未示出)(一些變型)