CN108279328A - 电动汽车用驱动器及开环霍尔电流传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开环霍尔电流传感器以及包括所述开环霍尔电流传感器的电动汽车用驱动器。所述开环霍尔电流传感器包括具有开口的环形硅钢片叠片，所述环形硅钢片叠片通过至少一绝缘套管固定，所述环形硅钢片叠片的开口处设置有霍尔元件。所述开环霍尔电流传感器不设置外壳，有效的减小了开环霍尔电流传感器的体积，降低了成本，可设置于安装空间有限的应用设备中。

Description

电动汽车用驱动器及开环霍尔电流传感器

技术领域

本发明涉及一种霍尔电流传感器，尤其涉及一种电动汽车用开环霍尔电流传感器及具有所述开环霍尔电流传感器的电动汽车用驱动器。

背景技术

开环霍尔电流传感器的工作原理是当环形硅钢片叠片中间通过导条电流(IA)时，电流产生的磁场聚集在磁路中，位于气隙中间的霍尔元件将测得的磁场强度转换为电压，再经过放大后输出，根据其输出电压(Vn)反推得到电流大小。传统的霍尔电流传感器通常设有安装环形硅钢片叠片的壳体，所述圆环形硅钢片叠片通过壳体固定。但在某些应用中，如现有轻型电动汽车应用场合中，由于电动汽车的驱动器结构紧凑，安装空间有限，采用传统霍尔电流传感器需要占据较大的安装空间，如果增大驱动器的尺寸，会极大地增加电动汽车用驱动器的成本和安装空间。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高性价比、结构紧凑、占用安装空间小的霍尔电流传感器，还有必要提供一种具有所述霍尔电流传感器的电动汽车用驱动器。

本发明的实施方式提供一种开环霍尔电流传感器，所述开环霍尔电流传感器包括具有开口的环形硅钢片叠片，所述环形硅钢片叠片通过至少一绝缘套管固定，所述环形硅钢片叠片的开口处设置有霍尔元件。

作为一种优选方案，所述霍尔元件包括若干用于将所述霍尔元件固定至电路板上的引脚。

作为一种优选方案，所述开环霍尔电流传感器为线性霍尔传感器。

作为一种优选方案，所述环形硅钢片叠片外不设置外壳。

作为一种优选方案，所述环形硅钢片叠片开口的宽度根据所述环形硅钢片叠片中央穿过的承载被测电流的导体的电流峰值大小设定。

作为一种优选方案，所述环形硅钢片叠片的高度等于霍尔元件主体的高度。

作为一种优选方案，每片环形硅钢片叠片的厚度为0.3mm。

本发明的实施例还提供一种电动汽车用驱动器，包括如上任一项所述的开环霍尔电流传感器，承载被测电流的导体从所述环形硅钢片叠片中央的空腔中穿过。

作为一种优选方案，所述电动汽车用驱动器包括一电路板，所述霍尔元件包括霍尔信号输出端，所述电路板上设有连接至所述霍尔信号输出端的采样电路，所述采样电路将所述霍尔信号输出端输出的信号电压转换为模数转换模块可以接受的电压，所述采样电路中还包括退耦电容。

作为一种优选方案，所述环形硅钢片叠片通过热塑固定的方式固定于所述承载被测电流的导体上，或者所述承载被测电流的导体上套设有压板，所述环形硅钢片叠片夹持在所述压板及电路板之间。

本发明实施例所提供的开环霍尔电流传感器不设置外壳，有效的减小了开环霍尔电流传感器的体积，降低了成本，可设置于安装空间有限的电动汽车用驱动器中。而且霍尔元件通过引脚直接固定在电路板上，无需连接线，安装方便。

附图说明

附图中：

图1示出本发明实施方式的开环霍尔电流传感器的立体图。

图2示出本发明实施方式的开环霍尔电流传感器的开口误差对电流测量精度影响的曲线图。

图3示出本发明实施方式的开环霍尔电流传感器安装于电动汽车用驱动器上的状态参考图。

图4示出本发明实施方式的电动汽车用驱动器的采样电路的电路图。

图5示出本发明实施方式的电动汽车用驱动器的采样电路及过流保护电路的电路图。

主要元件符号说明

开环霍尔电流传感器	100
		开口	114
环形硅钢片叠片	110
		霍尔元件	120
电源引脚	VCC
		接地引脚	GND
信号引脚	VOUT
		本体	122
电路板	200
		绝缘套管	130
压板	230
		采样电路	300
电阻	R1-R3、R10、R11
		电容	C1-C3、C11
过流保护电路	400
		运算放大器	410

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参考图1，图1示出本发明实施方式的开环霍尔电流传感器100的立体图。所述开环霍尔电流传感器100包括具有开口114的环形硅钢片叠片110及一霍尔元件120，本实施方式中，所述霍尔元件120为线性霍尔元件。所述霍尔元件120包括本体122及伸出所述本体122的三个引脚，即电源引脚VCC、接地引脚GND、信号引脚VOUT。所述环形硅钢片叠片110通过至少一绝缘套管130固定，本实施方式中所述绝缘套管130的数量为3个，在其他变更实施方式中，所述绝缘套管130的数量还可以为其他数值，如4个、5个等，在此不作限定。所述绝缘套管130为采用例如橡胶、塑料等材料制作而成的软管。本发明实施方式的开环霍尔电流传感器100在环形硅钢片叠片110外不设置外壳，环形硅钢片叠片110通过绝缘套管130固定，减小所述开环霍尔电流传感器100的体积、适合安装于狭小空间内，还可以降低所述开环霍尔电流传感器100的成本。

所述环形硅钢片叠片110的开口114处设置所述霍尔元件120。具体设计所述开环霍尔电流传感器100时，所述环形硅钢片叠片110的数量与霍尔元件120的本体122高度相匹配。因为相对于所述霍尔元件120的高度如果所述环形硅钢片叠片110的数量过多将会增加成本，并且占用的安装空间会增加；如果数量过少，不能有效构建磁场回路。本实施方式中，每片环形硅钢片叠片110的厚度为0.3mm，环形硅钢片叠片110的数量为20片，其他实施方式中，所述环形硅钢片叠片110的数量可以为其他值如11-13片等。在本发明的更多实施方式中，每片环形硅钢片叠片110的厚度可根据设计需要可为其他值，如2mm、4mm等。

本领域技术人员可以理解，所述环形硅钢片叠片110的开口114的宽度可以根据环形硅钢片叠片110中间的承载被测电流的导体通过的电流峰值大小设定，可以调整环形硅钢片叠片110的开口114的宽度，调整电流经过的磁阻大小，防止环形硅钢片叠片110中的磁密发生饱和，这样可以使环形硅钢片叠片110中间通过耐大电流的承载被测电流的导体。当然在设计环形硅钢片叠片110的开口114的宽度时，还需要根据线性霍尔传感器的磁场与电压转换关系，从理论设计上最大化利用磁场感应范围，提高开环霍尔电流传感器100的精度与线性度。

本领域技术人员可以理解，所述环形硅钢片叠片110的开口114的精度会对电流测量精度造成一定影响，请参考图2，为当环形硅钢片叠片110的开口114宽度有误差时开环霍尔电流传感器100的电流与磁密的关系曲线图。图中，曲线S2为开口114为标准大小时的电流与磁密的关系曲线图，曲线S1为将开口114的宽度增加0.5mm时的电流与磁密的关系曲线图，曲线S3为将开口114的宽度减小0.5mm时的电流与磁密的关系曲线图。从图2中可以看出，开口114的宽度对测量精度有较大影响，对环形硅钢片叠片110的加工精度要求较高，加工时还需要加强多个环形硅钢片叠片110固定的一致性。

本实施方式中，所述开环霍尔电流传感器100为线性霍尔传感器，环形硅钢片叠片110的开口114将霍尔元件120的整个磁感应区覆盖，并且霍尔元件120采用直插结构，即霍尔元件通过引脚直接固定在电路板上，无需使用连接线。根据线性霍尔传感器的特性，可将线性霍尔传感器输出电压V表示为：

V＝2.5±k_t*I

其中，式中，V表示输出电压，I表示被测电流，k_t为转化系数。为测量方便，保持输出电压始终为正数，会加入一个直流偏置，如2.5V。

请参考图3，为将所述开环霍尔电流传感器100安装于电动汽车用驱动器的电路板200上的示意图。所述电路板200上固定有承载被测电流的导体210，本实施方式中，所述导体210为铸铝导条，概呈圆筒形。安装所述开环霍尔电流传感器100时，所述霍尔元件120通过三个引脚焊接于所述电路板200上。将由所述绝缘套管130固定的环形硅钢片叠片110套设于所述导体210上，使所述霍尔元件120容置于所述开口114内，再在所述导体210上套设一中间开有开孔的环形压板230，所述压板230与所述导体210采用过盈配合的形式，通过压板230抵持所述环形硅钢片叠片110以使所述环形硅钢片叠片110夹持于所述压板230与所述电路板200之间，完成所述开环霍尔电流传感器100的固定，可以有效防止振动时发生偏移。

本领域技术人员可以理解，由于所述霍尔元件120的供电电压高于模数转换器的参考电压范围，所述霍尔元件120的信号引脚VOUT输出的霍尔信号的输出电压需要经过采样电路进行调节，以将输出电压转化到单片机的模数转换器可接受的电压范围内。如图4所示，以所述开环霍尔电流传感器100检测电动汽车驱动电机的一相绕组电流为例进行说明。所述电路板200上设有采样电路300，所述采样电路300包括电阻R1-R3以及电容C1-C3，所述霍尔元件120的接地引脚GND通过所述电路板200的布线接地，所述霍尔元件120的电源引脚VCC接收5V电压，还通过并联连接的电容C2和C3接地。所述霍尔元件120的信号引脚VOUT通过电阻R1及R2接地，所述电容C1并联于所述电阻R2两端，所述电阻R1及R2之间的节点通过所述电阻R3连接至所述模数转换器。通过电阻R1-R3的分压将所述信号引脚VOUT输出的电压进行调节，所述电容C1为退耦电容。

本领域技术人员可以理解，所述电路板200上在所述霍尔元件120的信号引脚VOUT上还可以连接一过流保护电路400，如图5所示，所述信号引脚VOUT输出的信号经所述采样电路300处理后，与所述过流保护电路400连接。所述过流保护电路400包括运算放大器410，所述信号引脚VOUT通过所述采样电路300连接所述运算放大器410的同相输入端，一5V电源通过电阻R11及R10接地，所述运算放大器410的反相输入端连接至所述电阻R10及R11的连接节点，所述电容C11与所述电阻R10并联。在所述信号引脚VOUT上的电压高于所述电阻R10及R11的连接节点的参考电压时，所述过流保护电路400输出过流保护信号，控制电路板200进行过流保护。

本发明实施例提供的开环霍尔电流传感器可调节所述环形硅钢片叠片的开口宽度并配合电压采样电路，可以测量宽范围量程电流。而且所述开环霍尔电流传感器不设置外壳，有效的减小了开环霍尔电流传感器100的体积，降低了成本，可设置于安装空间有限的应用设备，如电动汽车用驱动器中。霍尔元件通过引脚直接固定在电路板上，无需连接线，安装方便。

在本说明书的描述中，术语“本实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述开环霍尔电流传感器包括具有开口的环形硅钢片叠片，所述环形硅钢片叠片通过至少一绝缘套管固定，所述环形硅钢片叠片的开口处设置有霍尔元件。

2.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述霍尔元件包括若干用于将所述霍尔元件固定至电路板上的引脚。

3.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述开环霍尔电流传感器为线性霍尔传感器。

4.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述环形硅钢片叠片外不设置外壳。

5.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述环形硅钢片叠片开口的宽度根据所述环形硅钢片叠片中央穿过的承载被测电流的导体的电流峰值大小设定。

6.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述环形硅钢片叠片的高度等于霍尔元件主体的高度。

7.如权利要求1所述的开环霍尔电流传感器，其特征在于，每片环形硅钢片叠片的厚度为0.3mm。

8.一种电动汽车用驱动器，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的开环霍尔电流传感器，承载被测电流的导体从所述环形硅钢片叠片中央的空腔中穿过。

9.如权利要求8所述的电动汽车用驱动器，其特征在于，所述电动汽车用驱动器包括一电路板，所述霍尔元件包括霍尔信号输出端，所述电路板上设有连接至所述霍尔信号输出端的采样电路，所述采样电路将所述霍尔信号输出端输出的信号电压转换为模数转换模块能够接受的电压，所述采样电路中还包括退耦电容。

10.如权利要求8所述的电动汽车用驱动器，其特征在于，所述环形硅钢片叠片通过热塑固定的方式固定于所述承载被测电流的导体上，或者所述承载被测电流的导体上套设有压板，所述环形硅钢片叠片夹持在所述压板及电路板之间。