電流傳感器磁環(huán)：一種電流傳感器用聚磁環(huán)的制作方法
本發(fā)明屬于電流傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著人們對(duì)新能源汽車用電動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電逆變器的工作穩(wěn)定性的要求不斷提高，電流傳感器被廣泛應(yīng)用于新能源、智能交通、工業(yè)控制、智能家電以及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的測(cè)量。非接觸式電流傳感器主要用于大電流的測(cè)量，該類型電流傳感器的工作原理為：原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)由聚磁環(huán)所收集，置于聚磁環(huán)中的霍爾元件對(duì)該磁場(chǎng)進(jìn)行采集，產(chǎn)生一個(gè)與原邊磁場(chǎng)等比例的霍爾電壓，通過(guò)測(cè)量該霍爾電壓的大小，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)原邊電流的隔離檢測(cè)。
目前，電流傳感器的類型包括：霍爾、拾波線圈和磁通門電流傳感器等。其中，霍爾電流傳感器以工作功耗低，被測(cè)電流類型無(wú)限制，通過(guò)電磁隔離的形式輸出電壓或電流信號(hào)，輸出精度高、響應(yīng)速度快、溫漂小等優(yōu)點(diǎn)，在上述領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
為降低外部磁場(chǎng)的影響，在霍爾電流傳感器的設(shè)計(jì)中，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)都是將霍爾元件放置在聚磁環(huán)的氣隙位置。因此，聚磁環(huán)的制作顯得至關(guān)重要，其生產(chǎn)效率直接決定了電流傳感器產(chǎn)品的制造成本。
然而，市場(chǎng)上銷售的閉環(huán)電流傳感器所使用的聚磁環(huán)主要由帶全開(kāi)口的單一鐵芯和次級(jí)線圈組成。該種聚磁環(huán)在測(cè)量直流電流時(shí)均能滿足應(yīng)用，但是上述電流傳感器中的聚磁環(huán)往往尺寸較大，使得電流傳感器的體積較大、重量較重；另一方面，作為磁芯的聚磁環(huán)的價(jià)格往往較高，使得電流傳感器的制作成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有電流傳感器中的聚磁環(huán)尺寸大，成本高的問(wèn)題，提出了一種電流傳感器用聚磁環(huán)。
本發(fā)明所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)，包括四組開(kāi)有氣隙的圓環(huán)形磁環(huán)，所述四個(gè)圓形磁環(huán)結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，圓形磁環(huán)包括單晶硅材料磁環(huán)主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍?cè)O(shè)在單晶硅材料磁環(huán)主體的外側(cè)，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環(huán)主體的寬度；
四個(gè)圓形磁環(huán)通過(guò)鍵合工藝由上到下依次組合成一體結(jié)構(gòu)；所述一體結(jié)構(gòu)中四個(gè)圓形磁環(huán)的氣隙位置均相對(duì)應(yīng)。
進(jìn)一步地，圓環(huán)形磁環(huán)的氣隙為在圓環(huán)形磁環(huán)的側(cè)壁開(kāi)設(shè)的矩形口，所述矩形口的長(zhǎng)度貫穿圓環(huán)形磁環(huán)的上、下兩端。
進(jìn)一步地，軟鐵材料層的寬度大于二分之一的單晶硅材料磁環(huán)主體的寬度。
進(jìn)一步地，圓環(huán)形磁環(huán)的內(nèi)徑的范圍為2.4mm到2.6mm。
進(jìn)一步地，圓環(huán)形磁環(huán)的外徑的范圍為7.4mm到7.6mm。
進(jìn)一步地，軟鐵材料層的厚度為1.3μm到1.7μm。
進(jìn)一步地，單晶硅材料磁環(huán)主體側(cè)壁的厚度為395μm到405μm。
進(jìn)一步地，圓環(huán)形磁環(huán)氣隙的寬度為2mm。
本發(fā)明的霍爾電流傳感器用于范圍在±65a以內(nèi)的電流，屬于中小功率范疇，所以采用圓形結(jié)構(gòu)，開(kāi)口數(shù)為一個(gè)，當(dāng)霍爾元件全部放入磁環(huán)開(kāi)口氣隙內(nèi)時(shí)，通過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)為均勻磁場(chǎng)。因此，在設(shè)計(jì)磁環(huán)時(shí)，應(yīng)控制磁環(huán)厚度及開(kāi)口尺寸。根據(jù)霍爾電流傳感器電路設(shè)計(jì)中所確定的霍爾元件的外形，可以確定開(kāi)口氣隙的合理尺寸為2mm。硅-軟鐵材料有著較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、較小的磁芯損耗和相對(duì)低廉的成本。此外，作為ic技術(shù)和mems技術(shù)中最常用的材料，采用硅-軟鐵材料制作聚磁環(huán)，可以有效減小聚磁環(huán)的尺寸及重量，且可以將誤差控制在10μm以內(nèi)，遠(yuǎn)高于常規(guī)的機(jī)械加工，使聚磁環(huán)具有良好的一致性。且本發(fā)明通過(guò)微加工工藝制作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，解決了電流傳感器體積較大、重量較重的問(wèn)題，有效的降低電流傳感器聚磁環(huán)的生產(chǎn)成本。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明所述電流傳感器用新型聚磁環(huán)的俯視圖；
圖2是本發(fā)明所述電流傳感器用新型聚磁環(huán)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本技術(shù)實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述電流傳感器用新型聚磁環(huán)，包括四組開(kāi)有氣隙的圓環(huán)形磁環(huán)，所述四個(gè)圓形磁環(huán)結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，圓形磁環(huán)包括單晶硅材料磁環(huán)主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍?cè)O(shè)在單晶硅材料磁環(huán)主體的外側(cè)，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環(huán)主體的寬度；
四個(gè)圓形磁環(huán)通過(guò)鍵合工藝由上到下依次組合成一體結(jié)構(gòu)；所述一體結(jié)構(gòu)中四個(gè)圓形磁環(huán)的氣隙位置均相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明電流傳感器用新型聚磁環(huán)，通過(guò)微加工工藝制作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，解決了電流傳感器體積較大、重量較重的問(wèn)題，可有效降低電流傳感器聚磁環(huán)的生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式二：下面結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，圓環(huán)形磁環(huán)的氣隙為在圓環(huán)形磁環(huán)的側(cè)壁開(kāi)設(shè)的矩形口，所述矩形口的長(zhǎng)度貫穿圓環(huán)形磁環(huán)的上、下兩端。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，軟鐵材料層的寬度大于二分之一的單晶硅材料磁環(huán)主體的寬度。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，圓環(huán)形磁環(huán)的內(nèi)徑的范圍為2.4mm到2.6mm。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，圓環(huán)形磁環(huán)的外徑的范圍為7.4mm到7.6mm。
具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，軟鐵材料層的厚度為1.3μm到1.7μm。
具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，單晶硅材料磁環(huán)主體側(cè)壁的厚度為395μm到405μm。
具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環(huán)作進(jìn)一步說(shuō)明，圓環(huán)形磁環(huán)氣隙的寬度為2mm。
本發(fā)明所述的聚磁環(huán)呈圓型結(jié)構(gòu)，開(kāi)口氣隙是指在沿聚磁環(huán)的截面方向切割掉一部分，從而形成開(kāi)口氣隙。
本發(fā)明所述的聚磁環(huán)的制作方式為：在單晶硅片上蒸鍍軟鐵，通過(guò)光刻、濕法腐蝕、干法刻蝕、劃片等微加工工藝制作出符合要求的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。將每四組圓環(huán)疊加，通過(guò)鍵合工藝得到所需的新型聚磁環(huán)。
雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
技術(shù)特征：
技術(shù)總結(jié)
一種電流傳感器用聚磁環(huán)，屬于電流傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有電流傳感器中的聚磁環(huán)尺寸大，成本高的問(wèn)題。本發(fā)明包括四組開(kāi)有氣隙的圓環(huán)形磁環(huán)，所述四個(gè)圓形磁環(huán)結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，圓形磁環(huán)包括單晶硅材料磁環(huán)主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍?cè)O(shè)在單晶硅材料磁環(huán)主體的外側(cè)，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環(huán)主體的寬度；四個(gè)圓形磁環(huán)通過(guò)鍵合工藝由上到下依次組合成一體結(jié)構(gòu)；所述一體結(jié)構(gòu)中四個(gè)圓形磁環(huán)的氣隙位置均相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明適用于作為電流傳感器的聚磁環(huán)使用。
技術(shù)研發(fā)人員：宋爾冬;畢佳宇;王輝;張松;孫立凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所
技術(shù)研發(fā)日：2018.12.14
技術(shù)公布日：2019.04.16
電流傳感器磁環(huán)：霍爾電流傳感器及其磁環(huán)、實(shí)現(xiàn)霍爾電流傳感器用于測(cè)量大電流的方法
摘要：
本發(fā)明涉及電流檢測(cè)器件,尤其涉及霍爾電流傳感器件.本發(fā)明提出一種磁環(huán),該磁環(huán)是由一導(dǎo)磁材料制成的環(huán)狀芯體,該磁環(huán)具有一個(gè)間距為L(zhǎng)g的徑向的空隙開(kāi)口,該空隙開(kāi)口處被切除一部分,而使磁環(huán)空隙開(kāi)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.本發(fā)明還提出一種具有上述磁環(huán)的霍爾電流傳感器.以及本發(fā)明還提出一種實(shí)現(xiàn)霍爾電流傳感器用于測(cè)量大電流的方法.本發(fā)明改進(jìn)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(cè)量范圍,用于電流檢測(cè)領(lǐng)域.
展開(kāi)
電流傳感器磁環(huán)：霍爾電流傳感器磁芯作用有哪些？選用什么材質(zhì)？
霍爾電流傳感器主要是為了檢測(cè)電流，它的磁芯一般都是用硅鋼制作的，為的就是更好的保護(hù)電路。那么霍爾電流傳感器磁芯作用有哪些？選用什么材質(zhì)？傳感器專家網(wǎng)就帶大家一起來(lái)了解一下。
資料圖
霍爾電流傳感器磁芯的作用
一、什么是霍爾電流傳感器？
霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)VH，稱其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控制電流I。與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定；I。為控制電流；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；VH為霍爾電勢(shì)。
二、霍爾電流傳感器磁芯材質(zhì)選用？
一般的電流傳感器都是用硅鋼磁芯，或者坡莫合金的比較多，主要是開(kāi)環(huán)電流傳感器，比較高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要還是應(yīng)用場(chǎng)合有區(qū)別。
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三、霍爾電流傳感器磁芯作用
霍爾效應(yīng)傳感器，可以測(cè)量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實(shí)地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。針對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點(diǎn)，采用補(bǔ)償電路進(jìn)行控制，有效地減少了溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，確保測(cè)量準(zhǔn)確；具有精度高、安裝方便、售價(jià)低的特點(diǎn)。
霍爾效應(yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機(jī)、電力機(jī)車、變電站、數(shù)控機(jī)床、電解電鍍、微機(jī)監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)等需要隔離檢測(cè)電流電壓的設(shè)施中。
霍爾電流傳感器的磁芯，可以檢測(cè)波形的電流，這樣就可以控制電路，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)性的檢測(cè)。
電流傳感器磁環(huán)：霍爾電流傳感器磁芯材質(zhì)選用？
一般的電流傳感器都是用硅鋼磁芯，或者坡莫合金的比較多，主要是開(kāi)環(huán)電流傳感器，因?yàn)槭苁袌?chǎng)的成本影響，這個(gè)你可以參照J(rèn)KC1I 電流傳感器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
比較高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要還是應(yīng)用場(chǎng)合有區(qū)別，這個(gè)你可以參照 JCC26I 電流傳感器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
硅鋼的Bs較大，在大電流上不容易飽和，但小電流時(shí)信號(hào)不靈敏，成本低；
坡莫合金小電流時(shí)可感應(yīng)，但Bs低，易飽和，現(xiàn)在采用這材料的逐漸少，成本高；
納米晶在小電流時(shí)也可感應(yīng)靈敏，過(guò)電流較坡莫合金大，價(jià)格適中。
當(dāng)然，過(guò)電流大小和開(kāi)氣隙、所采用的霍爾片有關(guān)，上面就單從材料特性方面分析。
我就專業(yè)生產(chǎn)切割開(kāi)口、氣隙納米晶、硅鋼、坡莫合金磁環(huán)鐵芯，目前供國(guó)內(nèi)不少一線廠商用。還有新能源汽車電機(jī)控制器廠家直接用我鐵芯做霍爾電流傳感器的 [他們?yōu)榱耸〕杀荆约鹤龌魻杺鞲衅鱙 。
