[发明专利]一种穿芯式闭环型霍尔电流传感器用磁路及安装结构

说明书

本发明涉及霍尔电流传感器磁路结构技术领域，具体为一种穿芯式闭环型霍尔电流传感器用磁路及安装结构。它包括：带一个可变气隙的磁芯以及一个设置有与磁芯可变气隙相适配挡板的骨架和与磁芯尺寸相适配的盖板，所述磁芯的气隙分为二部分，插放霍尔元件部分气隙宽度不变，其余部分气隙宽度为可变的。通过把磁芯中一个为插放霍尔元件固定宽度气隙分为二部分，磁路的有效磁导率增加了12倍；通过两个磁芯安装在固定架或骨架的上下两面的“U”型槽中，两个磁芯的两个可变气隙错位安装或对称分布或均分整个磁路，固定架或骨架的侧面设置有插槽与磁芯的气隙相通，转换板插在插槽内，提高了穿芯式霍尔电流传感器的一致性、可靠性。

技术领域

本发明涉及霍尔电流传感器磁路结构技术领域，具体为一种穿芯式闭环型霍尔电流传感器用磁路及安装结构。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种变流技术、交流数控装置等日新月异，在这些以电流作为测量和监控对象的自控领域中，特别是在电动汽车、轨道交通等领域中，不但要求电流传感器一致性好、可靠性高，还必须在更宽温区范围内高精度测量；而在全球经济复苏乏力、市场竞争日趋激烈的情况下，对电流传感器提出更高性价比的要求。

而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；霍尔电流传感器是一种新型的电流传感器，具有灵敏度高、功耗低、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测量和监控对象的自控领域中。

目前市场上的霍尔电流传感器通常有开环、闭环两种工作模式，开环型霍尔电流传感器由霍尔元件、软磁材料制成带气隙的磁芯及适当的放大器电路组成；闭环型霍尔电流传感器由软磁材料制成带气隙的磁芯、霍尔元件、次级线圈及适当的功率放大电路组成（见附图1）。

以上两种工作原理的霍尔电流传感器都必须采用由软磁材料制成的带气隙的磁芯，闭环型磁芯的加工工艺有叠片铆冲成带气隙的磁芯或卷绕成磁芯后再加工气隙。

但这种磁路结构存在以下问题：

1、单磁芯、单气隙结构的霍尔电流传感器由于磁芯的剩磁比较大，霍尔电流传感器零点变化大，严重影响霍尔电流传感器的测量精度，为了减少剩磁影响，采用低剩磁的铁镍合金材料制成磁芯，将增加霍尔电流传感器的制造成本；

2、磁芯中加工气隙的目的是为了方便插入霍尔元件，而霍尔元件的厚度比较厚，一般为1mm左右，因此磁芯中的气隙宽度一般为1.2mm，气隙宽度比较宽，在磁芯气隙处的漏磁比较大，霍尔电流传感器的位置误差比较大。

如附图1所示，对于磁导率为μ，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：

一般地，μ》1000，L》g，则有：

如果在磁环上均分n个相同宽度的气隙时，有:

……(1)

在（1）式中，软磁材料的有效磁导率，虽然有一定的误差，但仍能说明，带气隙的磁芯无论其材料的磁导率有多高，其有效磁导率低了很多，且气隙的宽度越大，其有效磁导率越低；磁芯的直径越小，磁环的平均磁路长度越短，其有效磁导率越低；因此，对于闭环型霍尔电流传感器的环形磁芯，磁芯的直径越小，其气隙宽度或数量越小越好；

3、单磁芯单个或多个气隙结构霍尔电流传感器，其磁芯由于磁路不闭合，随着磁芯气隙宽度或个数的增加，磁芯的有效磁导率迅速下降，霍尔电流传感器在测量交流电流时，初、次级不能紧耦合，初级载流导体在霍尔电流传感器的穿芯孔中不同位置时，传感器的输出幅度、波形等发生很大的变化，严重影响霍尔电流传感器的工作带宽和测量精度。

因此发明人根据现有技术的缺陷特研发了一种穿芯式闭环型霍尔电流传感器用磁路及安装结构，来解决以上的问题。

发明内容