[發明專利]穿芯式高精度閉環型霍爾電流傳感器用同軸雙環路磁芯線圈組件

有效

• 申請號: 201280056650.7
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN104520721B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 鄒高芝
• 申請（專利權）人: 南京托肯電子科技有限公司
• 主分類號: G01R15/20
• 分類號: G01R15/20
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 甕斌

技術領域

本發明涉及一種霍爾電流傳感器用磁芯線圈組件，具體說是一種穿芯式高精度閉環型霍爾電流傳感器用同軸雙環路磁芯線圈組件。

背景技術

對電流的非接觸測量和監控方法很多,霍爾電流傳感器因其優異的性價比被廣泛應用而形成產業化；霍爾電流傳感器通常有開環、閉環兩種工作模式,閉環型霍爾電流傳感器是一種新型的電流傳感器，具有頻帶寬、線性好、電隔離、性價比高、使用方便等特點，被廣泛用于各種變流技術、交流數控裝置等以電流作測量和監控對象的自控領域中。

閉環型霍爾電流傳感器由霍爾元件、軟磁材料制成的帶氣隙的磁芯、次級線圈繞組、適當的功率放大器電路組成。其工作原理為：用霍爾元件檢測磁芯氣隙中次級電流安匝數NsIs所產生的磁感應強度抵消初級電流安匝數NpIp所產生的磁感應強度的程度，達到動態平衡時，在理想狀態下，有：

NpIp-NsIs＝0……(1)

由于這種電流傳感器其工作過程為大閉環負反饋環路結構，故稱其為閉環型霍爾電流傳感器。

由電磁學中畢奧.薩伐爾定律可知，在無限長載流導體周圍的磁感應強度B與電流大小I成正比，與距離r成反比，即

因此當被測電流的載流導體在磁芯中移動位置時，在磁芯氣隙中產生的磁感應強度的大小不同，便產生了位置誤差，這就是單磁芯、單氣隙閉環型電流傳感器原理性誤差。除此之外，這種磁路結構還存在以下問題：

1、閉環型霍爾電流傳感器一般采用鐵鎳合金帶或冷沖片鉚沖疊層或卷繞成環形磁芯，環形磁芯的截面為方形，再加上護套，線圈路徑長，內阻大；傳感器線性測量范圍小，抗飽和能力差；為減小線圈內阻，加粗線徑，既增大傳感器的體積和重量，不利于傳感器小型化，又消耗更多銅材，使傳感器成本增加。

2、這種結構沒有從根本上解決磁芯的剩磁問題，特別是許多控制系統在時間上傳感器供電電源落后于被監控電流，即先有監控電流而后加傳感器供電電源。在這種情況下磁芯的剩磁問題更為突出，且隨著時間推移磁芯的剩磁在積累增加。采用單磁路、2n個氣隙和霍爾元件，對霍爾元件輸出端采用求和方式處理信號，有效地解決磁芯剩磁和位置誤差對電流測量精度大的影響，但氣隙個數的增多，在相同電流匝數條件下，氣隙中磁感應強度成倍減少，傳感器的測量下限和最低分辨率變差,從而影響了傳感器的電流測量跨度和通用性。其測量范圍為1.5-2倍額定電流，精度最好為1.0％FS，-3db帶寬為0-150KHZ。

3、磁芯線圈組件的磁芯氣隙中插入霍爾元件時，無法保證安裝高度一致性，影響了傳感器性能一致性；調試時，人為地調節線圈匝數即耗時，又費事。

4、磁芯線圈組件不易與PCB板安裝固定，大大地降低了傳感器批量生產一致性，影響了生產效率及傳感器的可靠性。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種測量范圍更大、更加精確、更節省成本的穿芯式高精度閉環型霍爾電流傳感器用同軸雙環路磁芯線圈組件。

本發明的完整技術方案是，一種穿芯式高精度閉環型霍爾電流傳感器用同軸雙環路磁芯線圈組件，包括兩個尺寸相同的環形磁芯以及一個骨架，兩個所述環形磁芯同軸安裝在所述骨架的上下兩面，每個所述環形磁芯上設置有n個氣隙，所述n個氣隙或對稱分布或均分每個環形磁芯，2n個氣隙錯位安裝或對稱分布或均分整個同軸雙環路；所述每個氣隙中均設置有一個霍爾元件；

所述2n個霍爾元件的輸出電壓求算術平均值或每個環路中n個霍爾元件的輸出電壓先求算術平均值再求和；

所述n等于1或2；

所述骨架還包括兩個骨架蓋板，所述骨架蓋板分別設置在所述兩個環形磁芯的外側；

所述骨架蓋板拐角處為倒角；

還包括一個次級線圈繞組，所述次級線圈繞組繞在所述骨架上；

所述骨架安裝、線圈繞組連接在印制電路板上，所述骨架下層安裝的環形磁芯氣隙中的霍爾元件直接與所述印制電路板連接，所述骨架上層安裝的環形磁芯氣隙中的霍爾元件通過一個轉換印制板與所述印制電路板連接；

所述骨架的側面上還設置有一個插槽且與環形磁芯氣隙相通，轉換印制板插在插槽內；

在匝比1：3000T、額定電流為300AT以下時，單氣隙的兩個尺寸相同的環形磁芯，在骨架上上下安裝而氣隙均分同軸雙環路，所述環形磁芯用含鎳80％以上的鐵鎳合金制成。

所述環形磁芯上用不同寬度的冷沖片鉚沖疊層出帶磁芯定位孔和氣隙定位柱。