CN102998517A - 一种霍尔电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种霍尔电流检测装置，包括载流导体、可旋转安装在所述载流导体上的霍尔传感器、与所述霍尔元件连接的电路板以及连接在所述电路板上的输出引线。该种霍尔电流检测装置具有较宽的电流检测范围，且检测精度较高。

Description

一种霍尔电流检测装置

技术领域

本发明涉及一种霍尔电流检测装置，用于检测导体中流过的电流，属于电工检测技术领域。

背景技术

一般采用电流互感器来检测导体中流过的电流。传统的电流互感器主要包括三部分: 铁芯、一次绕组和二次绕组，其中，一次绕组和二次绕组分别绕在铁芯上，此外，还有一负载(如电阻)连接在二次绕组上，该类电流互感器的基本原理与一般的单相变压器或电压互感器的原理相同，都是通过检测负载的电压或电流来检测一次绕组中流过的电流。

后来，随着霍尔效应的运用，利用霍尔元件制成的电流互感器被普遍应用于电流检测中，其中，霍尔元件用于替代传统电流互感器中的二次绕组，该类电流互感器的工作原理是：当导体中流过电流时，就会在铁芯中感应相应的磁场，由于霍尔元件放置在该磁场中，该磁场的磁力线穿过霍尔元件，霍尔元件将磁场的磁通转化为电压信号输出，并通过相应的检测电路使得输出电压信号与导体中流过的电流在一定范围内成线性关系，据此便可检测出导体中流过的电流。

上述两种电流互感器都包括铁芯，实际上现有的电流互感器在结构上一般都设置铁芯。例如，中国专利文献CN 101013144A公开的霍尔电流检测装置，将铁芯固定在电路板上，将霍尔元件放置在铁芯的空气隙中；又如，中国专利文献CN201145706Y公开的霍尔电流传感器，包括具有径向空隙的环形铁芯，霍尔元件也放置在环形铁芯空隙中。上述文献公开的电流互感器在用于电流检测时，当导体中通有电流就会在铁芯上感应磁场，通过霍尔元件来检测该磁场，实现对导体中通过的电流的检测。采用铁芯结构的优点在于：对于小电流检测来说，由于磁场较弱，有时很难检测，从而使得小电流检测的精度降低，采用铁芯可以使得磁场集中，从而提高小电流检测的精度。但是，在导体中通过的电流较大时，铁芯中产生的磁通会呈现出非线性，从而导致互感器互感系数的变化，进而降低检测精度；另外，受到铁芯本身体积以及材料的频率特征的限制，采用铁芯结构的电流互感器无法检测直流电流和较高频率电流（如船用中频400~2K赫兹）。

    综上所述，现有技术中带有铁芯的导体电流检测装置无法兼顾小电流检测精度与大电流检测精度，并且，无法实现较高频率电流和直流电流的检测，进而检测范围较窄。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中带有铁芯的导体电流检测装置的上述缺陷，从而提供一种导体电流检测装置，该装置不受铁心特性（饱和、频响）的限制，具有较宽的电流检测范围，且能够兼顾小电流检测精度与大电流的检测精度。

为此，本发明提供一种霍尔电流检测装置，包括载流导体、可旋转安装在所述载流导体上的霍尔元件、与所述霍尔元件连接的电路板以及在连接所述电路板上的输出引线。

还包括安装在所述载流导体上的外壳，所述外壳具有容纳腔以及引线孔，所述容纳腔用于容纳所述霍尔元件及所述电路板，所述引线孔用于将所述输出引线从所述容纳腔内引到所述外壳的外部，所述外壳能够与所述霍尔元件产生上下位置相对移动。

所述外壳通过紧固件与所述载流导体固定。

所述霍尔元件的底部设置隔热垫，所述隔热垫上具有安装孔，所述紧固件穿过所述安装孔将所述隔热垫固定在所述载流导体上。

还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩套接在所述载流导体上并遮盖住所述霍尔元件的上方。

所述屏蔽罩为铁磁材料制成。

所述外壳为塑料外壳。

所述霍尔元件与所述电路板焊接固定。

本发明提供的霍尔电流检测装置具有以下优点：

1.本发明提供的霍尔电流检测装置，包括载流导体、可旋转安装在所述载流导体上的霍尔元件、与所述霍尔元件连接的电路板以及连接在所述电路板上的输出引线。所述霍尔电流检测装置省略了铁芯的运用，避免了现有技术中采用铁芯结构的霍尔电流检测装置由于受到铁芯特性（饱和、频响）所限检测范围较窄的缺陷，从而提高了霍尔电流检测装置的检测范围；同时，由于省略了铁芯的运用，即使在载流导体中通过较大电流时，也不会因为铁芯饱和而造成检测精度的极度降低，从而提高了霍尔电流检测装置在进行大电流检测时的检测精度；另外，本发明的霍尔电流检测装置，虽然在小电流检测时，无法通过铁芯来进行磁场集中，但是，由于霍尔元件可旋转安装在所述载流导体上，在使用前，其可以通过改变霍尔元件感应面与载流导体的相对位置关系，从而改变穿过霍尔元件的磁通量，以此来获得较佳的磁场感应位置（即单位面积里磁力线最多的位置），进而提高了小电流检测的精度，并可以通过改变霍尔元件与载流导体的相对位置关系进行校准，而该种校准方式相对于传统的通过改变互感系数来校准的方式来说，降低了操作难度。

2.本发明提供的霍尔电流检测装置，还包括设置在所述载流导体上的外壳，所述外壳具有容纳腔以及引线孔，所述容纳腔用于容纳所述霍尔元件及所述电路板，所述引线孔用于将所述输出引线从所述容纳腔内引到所述外壳的外部，所述外壳能够与所述霍尔元件产生上下位置相对移动。设置外壳可以强化对于霍尔元件的保护，另外，所述外壳设置有用于容纳霍尔元件的容纳腔，且所述容纳腔能够与所述霍尔元件进行上下位置相对移动。本发明所述的这样的结构设计，使得在校准时只需要操作霍尔元件，即可实现对最佳磁场位置的确定功能，操作简单。

3.本发明提供的霍尔电流检测装置，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩套接在所述载流导体上并遮盖住所述霍尔元件的上方。在继电器、电动机保护器和控制与保护开关电器（CPS）中经常需要同时检测三相电流，当使用三个带霍尔传感器（在此，霍尔传感器由外壳、安装在外壳上的霍尔元件、与霍尔元件连接并从外壳中伸出的输出引线以及与霍尔元件连接的电路板组成）的载流导体来承载三相电流时，屏蔽罩起到了阻隔相邻载流导体磁场相互干扰的作用，保证了检测的精准度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的霍尔元件与载流导体的位置示意图；

图2是本发明的霍尔元件、电路板、输出引线连接后的示意图；

图3是本发明的塑料外壳的示意图；

图4是本发明的加入密封胶的霍尔元件、电路板以及输出引线安装后的示意图；

图5是本发明的霍尔元件、电路板、输出引线、外壳以及载流导体安装后的示意图；

图6是本发明的霍尔元件、电路板、输出引线、外壳、载流导体以及屏蔽罩安装后的示意图；

图7是本发明提供的用于三相电流检测装置的霍尔电流检测装置的外观示意图；

图8是能够适用于本发明的腰型孔的结构示意图。

其中，附图标记表示为：

1-霍尔元件；2-载流导体；3-电路板；4-输出引线；5-外壳；51-容纳腔；52-引线孔；53-通孔；54-凸耳；6-紧固件；7-隔热垫；8-屏蔽罩；9-密封胶。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例提供一种霍尔电流检测装置，包括载流导体2、可旋转安装在所述载流导体2上的霍尔元件1、与所述霍尔元件1通过焊接方式固定连接的电路板3以及通过焊接方式固定在所述电路板3上的输出引线4（见图5）。

本实施例提供的霍尔电流检测装置省略了铁芯的运用，避免了现有技术中采用铁芯结构的霍尔电流检测装置由于受到铁芯特性（饱和、频响）所限检测范围较窄的缺陷，从而提高了霍尔电流检测装置的检测范围；同时，由于省略了铁芯的运用，即使在载流导体2中通过较大电流时，也不会因为铁芯饱和而造成检测精度的降低，从而提高了霍尔电流检测装置在进行大电流检测时的检测精度；另外，本发明的霍尔电流检测装置，虽然在小电流检测时，无法通过铁芯来进行磁场集中，但是，由于霍尔元件1可旋转安装在所述载流导体2上，在使用前，其可以通过改变霍尔元件1的感应面与载流导体2的相对位置关系，从而改变穿过霍尔元件1的磁通量，以此来获得较佳的磁场感应位置（即单位面积里磁力线最多的位置），进而提高了小电流检测的精度，并可以通过改变霍尔元件1的感应面与载流导体2的相对位置关系进行校准，而该种校准方式相对于传统的通过改变互感系数来校准的方式来说，降低了操作难度。为了进一步提高检测精度，将所述霍尔元件1的感应面调整至与所述载流导体2产生的磁场垂直。

需要说明的是，对于所述霍尔元件1可旋转安装在所述载流导体2上这一技术特征来说，其主要的目的在于改变穿过霍尔元件1的感应面与载流导体2的相对位置关系（角度关系），进而改变穿过所述霍尔元件1的感应面的磁力线数量。在达到此目的的前提下，本发明的霍尔元件1相对于所述载流导体2旋转方式不受限制。

本实施例提供一种具体的旋转方式，如图3、图4以及图6所示，所述霍尔电流检测装置还包括通过其底部安装在所述载流导体2上的外壳5，所述外壳5具有容纳腔51以及引线孔52，所述容纳腔51用于容纳所述霍尔元件1及所述电路板3，所述引线孔52用于将所述输出引线4从所述容纳腔51内引到所述外壳5的外部，所述外壳5能够与所述霍尔元件1产生上下位置相对移动。为了达到转动霍尔元件1的目的，可以在外壳5的底部设置至少一个通孔53，而在载流导体2上与所述通孔53对应的位置处设置供螺钉穿过的腰形孔（见图8），所述螺钉依次穿过通孔53和腰形孔，将外壳5可旋转安装在所述载流导体2上，其中，螺钉的头部卡在通孔53的外臂上，当需要转动外壳5时，只需要调整所述螺钉在通孔53内和腰形孔内的位置就可以达到改变外壳5与所述载流导体2相对位置关系的目的，从而使得所述霍尔元件1在所述外壳5的带动下相对所述载流导体2产生位置移动。而为了进一步提高调整精度，进而提高检测精度，可以将霍尔元件1与载流导体2的间隙改变与角度改变结合起来，实现粗调与精调的结合，具体为，改变所述霍尔元件1与所述外壳5的上下相对位置，从而改变间隙，以此进行粗调，旋转所述外壳5进而带动霍尔元件1旋转，从而改变角度，以此实现精调。

在调整好之后，为了保持调整效果，可以在容纳腔51内灌注密封胶9，使得密封胶9能够填充霍尔元件1与容纳腔51之间的间隙，保证较高的固定效果。

在本实施例中，所述外壳5是塑料外壳，当然，所述外壳5还可以采用其他耐高温的绝缘材料制成；而对于所述外壳5的形状来说，在满足具有所述容纳腔51和所述引线孔52且能够安装在所述载流导体2上的前提上，所述外壳5可以具有多种形状，在本实施例中，所述外壳5具有相对设置的两个凸耳54，所述通孔53设置在所述凸耳54上，相对设置的凸耳54可以保证具有较佳的固定效果。在本实施例中，所述紧固件6是紧固螺钉。

    为了使得本发明提供的霍尔电流检测装置在应用于大电流检测时具有更佳的温度漂移性能，所述外壳5的底部设置隔热垫7，所述隔热垫7上具有安装孔，所述紧固件6穿过所述安装孔固定在所述载流导体2上。

    为了阻隔周围磁场的干扰，本实施例提供的霍尔电流检测装置包括屏蔽罩8（见图6、图7），所述屏蔽罩8套接在所述载流导体2上并遮盖住所述霍尔元件1的轴向上方，所述屏蔽罩8为铁磁材料制成。该种设置方式在将本实施例提供的霍尔电流检测装置用于三相电流检测中时，其屏蔽效果尤其明显。例如，在继电器、电动机保护器和控制与保护开关电器（CPS）中经常需要同时检测三相电流，当使用三个带霍尔传感器（在此，霍尔传感器由外壳、安装在外壳上的霍尔元件、与霍尔元件连接并从外壳中伸出的输出引线以及与霍尔元件连接的电路板组成）的载流导体2来承载三相电流时，屏蔽罩8起到了阻隔相邻载流导体2产生的磁场的相互干扰的作用，保证了检测的精准度以完成有效的保护功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种霍尔电流检测装置，其特征在于：包括载流导体（2）、可旋转安装在所述载流导体（2）上的霍尔元件（1）、与所述霍尔元件（1）连接的电路板（3）以及连接在所述电路板（3）上的输出引线（4）。

2.根据权利要求1所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：还包括安装在所述载流导体（2）的外壳（5），所述外壳（5）具有容纳腔（51）以及引线孔（52），所述容纳腔（51）用于容纳所述霍尔元件（1）及所述电路板（3），所述引线孔（52）用于将所述输出引线（4）从所述容纳腔（51）内引到所述外壳（5）的外部，所述外壳（5）能够与所述霍尔元件（1）产生上下位置相对移动。

3.根据权利要求2所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：所述外壳（5）通过紧固件（6）与所述载流导体（2）固定。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：所述霍尔元件（1）的底部设置隔热垫（7），所述隔热垫（7）上具有安装孔，所述紧固件（6）穿过所述安装孔将所述隔热垫（7）固定在所述载流导体（2）上。

5.根据权利要求4所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：还包括屏蔽罩（8），所述屏蔽罩（8）套接在所述载流导体（2）上并遮盖住所述霍尔元件（1）的上方。

6.根据权利要求5所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：所述屏蔽罩（8）为铁磁材料制成。

7.根据权利要求6所述的霍尔电流检测装置，其特征在于:所述外壳（5）为塑料外壳。

8.根据权利要求7所述的霍尔电流检测装置，其特征在于：所述霍尔元件（1）与所述电路板（3）焊接固定。

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