专利名称：穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种霍尔电流传感器用磁芯线圈组件，具体说是ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件。
背景技术：
对电流的非接触測量和监控方法很多，霍尔电流传感器因其优异的性价比被广泛应用而形成产业化；霍尔电流传感器通常有开环、闭环两种工作模式，闭环型霍尔电流传感器是ー种新型的电流传感器，具有频带宽、线性好、电隔离、性价比高、使用方便等特 点，被广泛用于各种变流技术、交流数控装置等以电流作測量和监控对象的自控领域中。闭环型霍尔电流传感器由霍尔元件、软磁材料制成的带气隙的磁芯、次级线圈绕组、适当的功率放大器电路组成。其工作原理为用霍尔元件检测磁芯气隙中次级电流安匝数NsIs所产生的磁感应强度抵消初级电流安匝数NpIp所产生的磁感应強度的程度，达到动态平衡时，在理想状态下，有Nplp-Nsls=0......(I)由于这种电流传感器其工作过程为大闭环负反馈环路结构，故称其为闭环型霍尔电流传感器。由电磁学中毕奥.萨伐尔定律可知，在无限长载流导体周围的磁感应强度B与电流大小I成正比，与距离r成反比，即
ul. ‘B=-~...... (2)
2 Ifr因此当被测电流的载流导体在磁芯中移动位置时,在磁芯气隙中产生的磁感应强度的大小不同，便产生了位置误差，这就是单磁芯、单气隙闭环型电流传感器原理性误差。除此之外,这种磁路结构还存在以下问题I、闭环型霍尔电流传感器一般采用铁镍合金带或冷冲片铆冲叠层或卷绕成环形磁芯，环形磁芯的截面为方形，再加上护套，线圈路径长，内阻大；传感器线性测量范围�。贡ズ湍芰Σ睿晃跣∠呷δ谧瑁哟窒呔叮仍龃蟠衅鞯奶寤椭亓浚焕诖衅餍⌒突窒母嗤模勾衅鞒杀緣埣�。2、这种结构没有从根本上解决磁芯的剩磁问题，特别是许多控制系统在时间上传感器供电电源落后于被监控电流，即先有监控电流而后加传感器供电电源。在这种情况下磁芯的剩磁问题更为突出，且随着时间推移磁芯的剩磁在积累增加。采用单磁路、2n个气隙和霍尔元件，对霍尔元件输出端采用求和方式处理信号，有效地解决磁芯剩磁和位置误差对电流測量精度大的影响，但气隙个数的增多，在相同电流匝数条件下，气隙中磁感应強度成倍減少，传感器的測量下限和最低分辨率变差，从而影响了传感器的电流测量跨度和通用性。其测量范围为I. 5-2倍额定电流，精度最好为I. 0%FS, -3db带宽为0-150KHZ。3、磁芯线圈组件的磁芯气隙中插入霍尔元件时，无法保证安装高度一致性，影响了传感器性能一致性；调试时，人为地调节线圈匝数即耗时，又费事。4、磁芯线圈组件不易与PCB板安装固定，大大地降低了传感器批量生产一致性，影响了生产效率及传感器的可靠性。
发明内容为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供ー种测量范围更大、更加精确、更节省成本的穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件。本发明的完整技术方案是，一种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，包括两个尺寸相同的环形磁芯以及ー个骨架，所述两个环形磁芯同轴安装在所述骨架的上下两面，所述每个环形磁芯上设置有n个气隙，所述n个气隙或对称分布或均分每个环形磁芯，2n个气隙错位安装或对称分布或均分整个同轴双环路；所述每个
气隙中均设置有一个霍尔元件；所述骨架还包括两个骨架盖板，所述骨架盖板分别设置在所述两个环形磁芯的外侧；所述骨架盖板拐角处为倒角；还包括ー个次级线圈绕组，所述次级线圈绕组绕在所述骨架上；所述骨架安装、线圈绕组连接在印制电路板上，所述下层的环形磁芯气隙中的霍尔元件直接与所述印制电路板连接，所述上层的环形磁芯气隙中的霍尔元件通过ー个转换印制板与所述印制电路板连接；所述骨架的侧面上还设置有一个插槽且与环形磁芯气隙相通，转换印制板插在插槽内。在匝比I :3000T、额定电流为300AT以下时，单气隙的两个尺寸相同的环形磁芯，在骨架上上下安装而气隙均分同轴双环路，所述环形磁芯用含镍80%以上的铁镍合金制成。所述环形磁芯上用不同宽度的冷冲片铆冲叠层出带磁芯定位孔和气隙定位柱。所述骨架上在上下环路均有与磁芯气隙定位柱、定位孔相对应的定位槽、定位柱及均分环路的组件固定孔。在匝比I :5000T、额定电流为500AT以上时，所述环形磁芯用超微晶带卷绕而成。所述超微晶带的厚度为0. 03-0. 05mm。所述2n个霍尔元件的输出电压求算木平均值或每个环路中n个霍尔元件的输出电压先求算木平均值再求和。所述n等于I或2。所述环形磁芯的厚度以及两个环形磁芯的间距大于等于2倍的气隙宽度且大于等于所述环形磁芯内1/4半长轴。所述骨架上在上下环路均有磁芯气隙定位隔板及至少有三个以上均分环路的组件固定柱。所述印制板上设置有与所述组件固定孔或固定柱的尺寸相配的焊孔或固定孔。所述环形磁芯以及相对应的骨架为圆形或方形或异形。由上可见，本发明与现在技术相比有如下有益效果本发明提供了一种同轴双环路结构的磁芯线圈组件。由2D高度的环形磁芯一分为ニ，变成加工两个D高度的环形磁芯，环形磁芯在骨架上下同轴安装确保气隙的位置、宽度和霍尔元件安装高度的一致性，提高了穿芯式闭环型霍尔电流传感器的一致性、可靠性，同时每个环形磁芯上设置有n个气隙，n个气隙或对称分布或均分每个环形磁芯，2n个气隙错位安装或对称分布或均分整个同轴双环路，2n个霍尔元件的输出电压求算木平均值或每个环路中n个霍尔元件的输出电压先求算木平均值再求和，在理论上既消除了磁芯的剩磁对电流传感器的測量精度的影响，又消除了穿芯式闭环型霍尔电流传感器的原理性误差---位置误差，大大地提高了穿芯式闭环型霍尔电流传感器的电流测量精度；骨架上带倒角的盖板与骨架相配，使组件在相同的磁芯尺寸、线径、匝数条件下，绕线路径最短，线圈内阻最�。岣吡吮栈沸突舳缌鞔衅鞯南咝圆饬糠段Ш涂贡ズ湍芰Γ挥≈频缏钒逵牍羌苤渖柚糜邢嗷チ拥目孜唬蟠蟮奶岣吡瞬返囊恢滦砸约吧剩币蔡岣吡瞬返目煽啃�。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进ー步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中图I为本发明单气隙结构示意图；图2为本发明双气隙结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例I :本实施例一种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，包括两个尺寸相同的环形磁芯以及ー个骨架，两个环形磁芯同轴安装在骨架的上下两面，每个环形磁芯上设置有n个气隙，n个气隙或对称分布或均分每个环形磁芯，2n个气隙错位安装或对称分布或均分整个同轴双环路；本实施例中n等于1，如图I所示，两个环形磁芯同轴设置，而气隙方向旋转180°安装，每个气隙中均设置有一个霍尔元件，由于其磁芯截面尺寸�。煤�80%以上的铁镍合金以不同宽度的冷冲片铆冲叠层成带磁芯定位孔和气隙定位柱的环形磁芯，为了减小气隙的漏磁的影响以及确保良好的电磁感应与耦合，环形磁芯的厚度大于等于2倍的气隙宽度且大于等于环形磁芯内1/4半长轴，双环路中磁芯的间距大于等于2倍的气隙宽度；2个霍尔元件的输出电压求算木平均值；骨架还包括两个骨架盖板，骨架盖板分别设置在两个环形磁芯的外侧，骨架盖板拐角处为倒角，还包括一个次级线圈绕组，次级线圈绕组绕在骨架上，与骨架盖板相配合，使次级线圈绕组在相同的磁芯尺寸、线径、匝数条件下，绕线路径最短，线圈内阻最�。还羌苌显谏舷禄仿肪杏氪判酒抖ㄎ恢�、磁芯定位孔相对应的定位槽、定位柱及均分环路的组件固定孔，印制板上有与组件固定孔的尺寸相配的焊孔，固定引针穿过塑料骨架上的固定孔，将磁芯线圈组件安装到线路板上，线圈的两端头直接焊接在线路板上；下层的环形磁芯气隙中的霍尔元件直接与印制电路板连接，上层的环形磁芯气隙中的霍尔元件通过ー个转换印制板与印制电路板连接，骨架的侧面上还设置有一个插槽，转换印制板插在插槽内。实施例2 本实施例与实施例I的不同之处在于,本实施中n=2,两个磁芯同轴而气隙方向旋转90°安装，用0. 03-0. 05mm超微晶带卷绕而成环形磁芯并用胶使之成为ー个整体；姆个气隙中均设置有一个霍尔元件，霍尔元件的输出电压为2n个霍尔元件求算木平均值或每个磁芯的霍尔元件先求算木平均值再求和，如图2所示，为了减小气隙的漏磁的影响以及确保良好的电磁感应与耦合，环形磁芯的厚度大于等于2倍的气隙宽度且大于等于环形磁芯内1/4半长轴，双环路中磁芯的间距大于等于2倍的气隙宽度；骨架还包括两个骨架盖板，骨架盖板分别设置在两个环形磁芯的外侧，骨架盖板拐角处为倒角，还包括一个次级线圈绕组，次级线圈绕组绕在骨架上，与骨架盖板相配合，使次级线圈绕组在相同的磁芯尺寸、线径、匝数条件下，绕线路径最短，线圈内阻最�。还羌苌显谏舷禄仿肪写判酒抖ㄎ桓舭寮爸辽儆腥鲆陨暇只仿返淖榧潭ㄖ羌芰釉谟≈频缏钒迳希≈瓢迳嫌杏胱榧潭ㄖ某叽缦嗯涞暮缚谆蚬潭ǹ祝谙呷θ浦仆瓿珊笥米怨ヂ菟拷榧潭ㄔ谙呗钒迳希幌虏愕幕沸未判酒吨械幕舳苯佑胗≈频缏钒辶樱喜愕幕沸未判酒吨械幕舳ü`个转换印制板与印制电路板连接，骨架的侧面上还设置有一个插槽，转换印制板插在插槽内。本发明还采取下述技术措施(I)本发明采用同轴双环路结构的磁芯线圈组件，当环路磁芯单气隙时，环形磁芯由含镍80%以上的铁镍合金带或冷冲片铆冲叠层或卷绕而成；当用偶数个气隙吋，环形磁芯由含镍50%的铁镍合金带或冷冲片铆冲叠层或卷绕而成，为提高传感器的带宽，铁镍合金带的厚度为0. 03-0. 3mm。(2)有效磁导率如图1，对于磁导率为U，气隙宽度为g的磁环，L为磁环的平均磁路长度。其有
效磁导率为
权利要求1.一种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，包括两个尺寸相同的环形磁芯以及ー个骨架，所述两个环形磁芯同轴安装在所述骨架的上下两面，所述每个环形磁芯上设置有n个气隙，所述n个气隙或对称分布或均分每个环形磁芯，2n个气隙错位安装或对称分布或均分整个同轴双环路；所述每个气隙中均设置有ー个霍尔兀件； 所述2n个霍尔元件的输出电压求算木平均值或每个环路中n个霍尔元件的输出电压先求算木平均值再求和； 所述n等于I或2 ; 所述骨架还包括两个骨架盖板，所述骨架盖板分别设置在所述两个环形磁芯的外侧； 所述骨架盖板拐角处为倒角； 还包括ー个次级线圈绕组，所述次级线圈绕组绕在所述骨架上； 所述骨架安装、线圈绕组连接在印制电路板上，所述下层的环形磁芯气隙中的霍尔元件直接与所述印制电路板连接，所述上层的环形磁芯气隙中的霍尔元件通过ー个转换印制板与所述印制电路板连接； 所述骨架的侧面上还设置有一个插槽且与环形磁芯气隙相通，转换印制板插在插槽内。
2.根据权利要求I所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，在匝比I :3000T、额定电流为300AT以下时，单气隙的两个尺寸相同的环形磁芯，在骨架上上下安装而气隙均分同轴双环路，所述环形磁芯用铁镍合金制成。
3.根据权利要求2所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述环形磁芯上用不同宽度的冷冲片铆冲叠层出带磁芯定位孔和气隙定位柱。
4.根据权利要求I所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，在匝比I :5000T、额定电流为500AT以上时，所述环形磁芯用超微晶带卷绕而成，所述超微晶带的厚度为0. 03-0. 05mm。
5.根据权利要求I所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述环形磁芯的厚度以及两个环形磁芯的间距大于等于2倍的气隙宽度且大于等于所述环形磁芯内1/4半长轴。
6.根据权利要求1、2、3中的任一条所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述骨架上在上下环路均有与磁芯气隙定位柱、定位孔相对应的定位槽、定位柱及均分环路的组件固定孔。
7.根据权利要求1、2、4中的任一条所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述骨架上在上下环路均有磁芯气隙定位隔板及至少有三个以上均分环路的组件固定柱。
8.根据权利要求6中的任一条所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述印制板上设置有与所述组件固定孔或固定柱的尺寸相配的焊孔或固定孔。
9.根据权利要求I所述的ー种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，其特征在于，所述环形磁芯以及相对应的骨架为圆形或方形。
专利摘要本实用新型属于霍尔电流传感器用磁芯线圈组件领域，公开了一种穿芯式高精度闭环型霍尔电流传感器用同轴双环路磁芯线圈组件，包括两个尺寸相同的环形磁芯以及一个骨架，两个环形磁芯同轴安装在骨架的上下两面，每个环形磁芯上设置有n个气隙，n个气隙或对称分布或均分每个环形磁芯，2n个气隙错位安装或对称分布或均分整个同轴双环路；2n个霍尔元件的输出电压求算术平均值或每个环路n个霍尔元件的输出电压先求算术平均值再求和；还包括一个绕在骨架上的次级线圈绕组；骨架安装、线圈绕组连接在印制电路板上，下层的霍尔元件直接与印制电路板连接，上层的通过一个转换印制板与印制电路板连接，本实用新型的有益效果是测量范围更大、更加精确、更节省成本。
文档编号G01R19/00GK202661526SQ20122002604
公开日2013年1月9日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者邹高芝 申请人:邹高芝
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
