霍爾電流傳感器及其磁環(huán)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電流檢測器件，尤其涉及霍爾電流傳感器件。本實用新型提出一種磁環(huán)，該磁環(huán)是由一導磁材料制成的環(huán)狀芯體，該磁環(huán)具有一個間距為Lg的徑向的空隙開口，該空隙開口處被切除一部分，而使磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d小于磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r差值。本實用新型還提出一種具有上述磁環(huán)的霍爾電流傳感器。本實用新型改進的霍爾電流傳感器及其磁環(huán)，從而可以獲得更大的有效測量范圍，用于電流檢測領(lǐng)域。
【專利說明】霍爾電流傳感器及其磁環(huán)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電流檢測器件，尤其涉及霍爾電流傳感器件。

【背景技術(shù)】
[0002]霍爾電流傳感器是在電力系統(tǒng)中廣泛采用的電流測量方式?；魻栯娏鱾鞲衅骰诖牌胶馐交魻栐?，即閉環(huán)原理。參閱圖1所示，當原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零；并經(jīng)過特定電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。
[0003]參閱圖2所示的是現(xiàn)有的霍爾電流傳感器的剖視結(jié)構(gòu)，主要包括:一環(huán)狀的封閉的殼體1，該殼體I的內(nèi)部的環(huán)上設(shè)有帶一徑向的空隙開口的環(huán)狀鐵芯(或稱磁環(huán))2，封裝設(shè)置在該殼體I內(nèi)且位于該環(huán)狀鐵芯2的空隙開口處，以及封裝設(shè)置在該殼體I內(nèi)的電路板(圖中未畫出)和固設(shè)在該殼體I外與電路板電連接的接線柱4 (一般是4根)。
[0004]然而現(xiàn)有霍爾電流傳感器的磁環(huán)因設(shè)計上存在一些有待改進之處，導致現(xiàn)有的霍爾電流傳感器的可有效測量(電流測量)范圍不足。
實用新型內(nèi)容
[0005]因此，本實用新型針對此提出一種改進的霍爾電流傳感器及其磁環(huán)，從而可以獲得更大的有效測量范圍。
[0006]本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種磁環(huán)，該磁環(huán)是由一導磁材料制成的環(huán)狀芯體，該磁環(huán)具有一個間距為Lg的徑向的空隙開口，該空隙開口處被切除一部分，而使磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d小于磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r差值。
[0008]其中，該磁環(huán)的空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d的調(diào)整值是使其在大電流磁場下該磁環(huán)的空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同。
[0009]—種霍爾電流傳感器，主要包括:一環(huán)狀的封閉的殼體，該殼體的內(nèi)部的環(huán)上設(shè)有帶一徑向的空隙開口的磁環(huán)，封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)且位于該磁環(huán)的空隙開口處，以及封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)的電路板和固設(shè)在該殼體外與電路板電連接的接線柱，該磁環(huán)是上述權(quán)的磁環(huán)。
[0010]本實用新型改進的霍爾電流傳感器及其磁環(huán)，從而可以獲得更大的有效測量范圍，用于電流檢測領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是霍爾電流傳感器的電流檢測原理示意圖；
[0012]圖2是霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是現(xiàn)有磁環(huán)在電流1500安培下的空間磁場分布示意圖；
[0014]圖4是現(xiàn)有磁環(huán)在電流1500安培下的位于該磁環(huán)的空隙開口處的磁場強度的曲線圖；
[0015]圖5是改進后磁環(huán)在電流1800安培下的空間磁場分布示意圖；
[0016]圖6是改進后磁環(huán)在電流1800安培下的位于該磁環(huán)的空隙開口處的磁場強度的曲線圖；
[0017]圖7是一種改進磁環(huán)形狀結(jié)構(gòu)的磁環(huán)其各參數(shù)標注示意圖；
[0018]圖8是實施例1的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖；
[0019]圖9是實施例2的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖；
[0020]圖10是實施例3的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖；
[0021]圖11是實施例4的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖；
[0022]圖12是實施例5的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖；
[0023]圖13是實施例6的磁環(huán)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖。

【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0025]本案發(fā)明人經(jīng)過大量銳意研究和測試發(fā)現(xiàn):當對霍爾電流傳感器中的磁環(huán)的空隙開口處的形狀進行改變后，會導致該磁環(huán)的導磁分布發(fā)生變化，在特定的形狀改變后，會獲得相比現(xiàn)在未做任何形狀改變的磁環(huán)的更不易磁場飽和的效果，從而使得應用該改進磁環(huán)的霍爾電流傳感器可以用于測量更大的電流值。
[0026]參閱圖3和圖4，分別是現(xiàn)有霍爾電流傳感器中未做任何形狀改變的磁環(huán)在電流1500安培(A)下的空間磁場分布情況和位于該磁環(huán)的空隙開口處的磁場強度的曲線圖。該磁環(huán)是選用霍爾電流傳感器中最常用的1J85型號的坡莫合金材料的常規(guī)大小的磁環(huán)進行測試，在圖3中可見，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)在電流1500A下其磁場分布已顯示基本進入飽和狀態(tài)；在圖4中該磁環(huán)的空隙開口處從開口左至右分別是0-5mm的距離的橫軸坐標，可見該磁環(huán)結(jié)構(gòu)在電流1500A下其空隙開口處的磁場已趨于強度完全飽和，磁場強度并不會隨著空隙開口位置的不同而有所變化。從而從圖3和圖4的測試結(jié)果表明，顯然選用測試的該霍爾電流傳感器在1500安培(A)下已經(jīng)無法準確測量電流值了。
[0027]參閱圖5和圖6，分別是選用與上述圖3和圖4相同的霍爾電流傳感器的磁環(huán)(與上述測試磁環(huán)的材質(zhì)和尺寸參數(shù)相同)對其磁環(huán)的空隙開口處的形狀進行切割改變后，在電流1800安培(A)下的空間磁場分布情況和位于該磁環(huán)的空隙開口處的磁場強度的曲線圖。有圖5和圖6可見，對磁環(huán)的空隙開口處的形狀進行切割改變后的磁環(huán)在電流1800 A下磁場分布顯示接近進入飽和狀態(tài)，但尚未完全飽和(優(yōu)于常規(guī)磁環(huán)在1500A下的磁場分布情況)，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)在電流1800A下其空隙開口處的磁場依然尚未完全飽和，磁場強度還會隨著空隙開口位置的不同而有輕微變化。由此可見，在相同磁環(huán)材質(zhì)和尺寸的情況下，對磁環(huán)的空隙開口處的形狀進行切割改變后的改進磁環(huán)結(jié)構(gòu)相比于常規(guī)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)而言，更不易發(fā)生磁場飽和，從而可以用于測量更高電流值。
[0028]本案發(fā)明人在上述基礎(chǔ)上繼續(xù)大量的研究工作發(fā)現(xiàn)，通過改變磁環(huán)形狀結(jié)構(gòu)是與如圖7所示的磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d、磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r、及磁環(huán)空隙開口處間距Lg都有關(guān)系。其中，由于相同材料和尺寸型號的磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r是相同因素，可不列入考慮。在相同材料和尺寸型號的磁環(huán)的下，磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d和磁環(huán)空隙開口處間距Lg是影響其最終導磁磁場強度分布的主要因素。
[0029]本案發(fā)明人經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)，只要改變磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d和/或磁環(huán)空隙開口處間距Lg，使測得其上的磁場分布滿足一定的情況下，從而使改變后的改進磁環(huán)結(jié)構(gòu)相比于常規(guī)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)不易發(fā)生磁場飽和，可以用于測量更高電流值。經(jīng)過大量研究結(jié)果表明:最理想的磁環(huán)結(jié)構(gòu)改變是使得在大電流磁場的作用下，磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度盡可能相等，這樣的磁環(huán)可以用于測量更大的電流。
[0030]下面分別列舉通過改變磁環(huán)空隙開口處間距Lg后、以及磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d后的磁環(huán)結(jié)構(gòu)在大電流磁場下所測得的磁場強度分布圖。下面的幾個實施例的磁環(huán)均是采用現(xiàn)有霍爾電流傳感器中最為常規(guī)的磁環(huán)材料和尺寸型號進行測試，如磁環(huán)材料是1J85型號的坡莫合金材料的,磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r分別是19.5毫米(mm)和13毫米。其他磁環(huán)材料和尺寸型號的磁環(huán)的可參照此規(guī)律得出，于此就不再逐一例舉。
[0031]實施例1:參閱圖8所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)的磁環(huán)空隙開口處先進行線切割，該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是6.5mm，然后對磁環(huán)空隙開口處間距Lg進行調(diào)整改變，該磁環(huán)空隙開口處間距Lg改變?yōu)?_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度會比磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度更大，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)依然不是很理想狀態(tài)。
[0032]實施例2:參閱圖9所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)的磁環(huán)空隙開口處先進行線切割，該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是6.5mm，然后對磁環(huán)空隙開口處間距Lg進行調(diào)整改變，該磁環(huán)空隙開口處間距Lg改變?yōu)?_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)是比較理想狀態(tài)。
[0033]實施例3:參閱圖10所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)的磁環(huán)空隙開口處先進行線切割，該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是6.5mm，然后對磁環(huán)空隙開口處間距Lg進行調(diào)整改變，該磁環(huán)空隙開口處間距Lg改變?yōu)?_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度會比磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度更小，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)依然不是很理想狀態(tài)。
[0034]實施例4:參閱圖11所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)先進行切口，使其具有磁環(huán)空隙開口處間距Lg為5mm的磁環(huán)空隙開口，然后再對其進行線切割，從而使該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是3.3_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度會比磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度更大，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)依然不是很理想狀態(tài)。
[0035]實施例5:參閱圖12所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)先進行切口，使其具有磁環(huán)空隙開口處間距Lg為5mm的磁環(huán)空隙開口，然后再對其進行線切割，從而使該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是5_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)是比較理想狀態(tài)。
[0036]實施例6:參閱圖13所示，是將上述常規(guī)磁環(huán)先進行切口，使其具有磁環(huán)空隙開口處間距Lg為5mm的磁環(huán)空隙開口，然后再對其進行線切割，從而使該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是10.1_，然而進行磁場強度測試的結(jié)果圖。從圖中可見，該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度會比磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度更小，該磁環(huán)結(jié)構(gòu)依然不是很理想狀態(tài)。
[0037]通過上述實施例1-3的比較可見，在磁環(huán)的磁環(huán)空隙開口處先進行線切割，該磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d相同的情況下，調(diào)整磁環(huán)空隙開口處間距Lg至合適大小時，使該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，則該磁環(huán)結(jié)構(gòu)處于比較理想狀態(tài)(相對更不易磁飽和，從而能對更高電流值響應而可進行更大電流值的測量)，過大或者過小的磁環(huán)空隙開口處間距Lg的磁環(huán)，其空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度會有差異，并非理想狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
[0038]以及，通過上述實施例4-6的比較可見，是將上述常規(guī)磁環(huán)先進行切口，使其具有相同磁環(huán)空隙開口處間距Lg的磁環(huán)空隙開口，然后再對其進行合適程度的(即磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d調(diào)制至最佳)線切割時，使該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，則該磁環(huán)結(jié)構(gòu)處于比較理想狀態(tài)(相對更不易磁飽和，從而能對更高電流值響應而可進行更大電流值的測量)，過大或者過小的磁環(huán)空隙開口處間距Lg的磁環(huán)，其空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度會有差異，并非理想狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
[0039]此外，將常規(guī)磁環(huán)同時進行切口和線切割，對其磁環(huán)空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d都進行同時調(diào)整，也可使該磁環(huán)空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，獲得一個處于比較理想狀態(tài)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)。從上述實施例2和實施例5中2個較為理想狀態(tài)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)可見，分別調(diào)整磁環(huán)空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d獲得的較為理想狀態(tài)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)的磁環(huán)空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d也都是較為接近的(實施例2中d=6.5mm, Lg=5mm ;實施例5中d=5mm, lg=5mm),且其中對磁環(huán)線切割后的磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d是影響磁環(huán)效果的更為主導因素。
[0040]本案發(fā)明人經(jīng)過大量測量表明，選用上述常規(guī)的磁環(huán)，即磁環(huán)材料是1J85型號的坡莫合金材料的，磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r分別是19.5 mm和13mm的磁環(huán)進行切口和線切割，使其磁環(huán)空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d分別在如下范圍內(nèi)，具體是:Lg是介于4mm至6.5mm間的范圍，d是介于4.5mm至7.5mm間的范圍，可以獲得較理想狀態(tài)的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，相比常規(guī)磁環(huán)結(jié)構(gòu)具有更大的磁飽和強度，從而可以獲得更大的有效測量范圍。
[0041]選用其他的材質(zhì)和尺寸大小的磁環(huán)進行切口和線切割來改變調(diào)整磁環(huán)空隙開口處間距Lg和/或磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d，從而使其空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同，亦可使磁環(huán)結(jié)構(gòu)處于比較理想狀態(tài)(相對更不易磁飽和，從而能對更高電流值響應而可進行更大電流值的測量)。
[0042]綜上，本實用新型提出一種磁環(huán)，該磁環(huán)是由一導磁材料制成的環(huán)狀芯體，該磁環(huán)(進行切口后)具有一個間距為Lg的徑向的空隙開口，該空隙開口處被(進行線切割后)切除一部分，而使磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d小于磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r差值。其中，該磁環(huán)的空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d的調(diào)整值是使其在大電流磁場下該磁環(huán)的空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同。
[0043]補充說明的是，該磁環(huán)的環(huán)狀芯體的形狀除了上述各實施例所列舉的圓環(huán)狀芯體夕卜，可以是非圓環(huán)的環(huán)狀芯體，如橢圓環(huán)芯體、正多邊形芯體(如正八邊形環(huán))等；同時該磁環(huán)的環(huán)狀芯體的材料除了上述各實施例所列舉的常規(guī)的1J85型號的坡莫合金材料外，還可以是其他類似的導磁材料，如硅鋼片、其他型號坡莫合金、非晶及納米晶合金、鐵粉芯、鐵娃招、鐵氧體等材料。
[0044]本實用新型還提出一種霍爾電流傳感器，該霍爾電流傳感器與現(xiàn)有的霍爾電流傳感器結(jié)構(gòu)類似，主要包括:一環(huán)狀的封閉的殼體，該殼體的內(nèi)部的環(huán)上設(shè)有帶一徑向的空隙開口的磁環(huán)，封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)且位于該磁環(huán)的空隙開口處，以及封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)的電路板和固設(shè)在該殼體外與電路板電連接的接線柱，其中該磁環(huán)是具有上述結(jié)構(gòu)的磁環(huán)。
[0045]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁環(huán)，該磁環(huán)是由一導磁材料制成的環(huán)狀芯體，該磁環(huán)具有一個間距為Lg的徑向的空隙開口，該空隙開口處被切除一部分，而使磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d小于磁環(huán)的磁環(huán)外徑R和磁環(huán)內(nèi)徑r差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁環(huán)，其特征在于:該磁環(huán)的空隙開口處間距Lg和磁環(huán)空隙開口處切除剩余面的高度d的調(diào)整值是使其在大電流磁場下該磁環(huán)的空隙開口處兩側(cè)區(qū)域A2的磁場強度和磁環(huán)空隙開口處對面內(nèi)側(cè)區(qū)域Al的磁場強度大致相同。
3.一種霍爾電流傳感器，主要包括:一環(huán)狀的封閉的殼體，該殼體的內(nèi)部的環(huán)上設(shè)有帶一徑向的空隙開口的磁環(huán)，封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)且位于該磁環(huán)的空隙開口處，以及封裝設(shè)置在該殼體內(nèi)的電路板和固設(shè)在該殼體外與電路板電連接的接線柱，其特征在于:該磁環(huán)是上述權(quán)利要求1-2任一所述的磁環(huán)。
【文檔編號】G01R19/00GK204117777SQ201420567398
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】蔡峰毅, 董學智, 蘇金土 申請人:廈門振泰成科技有限公司