CN109683009A - 一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，包括磁芯(1)、线圈(2)、霍尔芯片(3)、辅磁芯(4)。本发明采用的磁芯为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯的所述豁口称为磁狭缝；线圈为沿所述磁芯的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；霍尔芯片为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；辅磁芯为形状与磁芯对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯的厚度为磁芯厚度的1/10～1/5；霍尔芯片位于所述磁狭缝内，两个辅磁芯分别对应夹持在绕有线圈的磁芯的前后两侧的技术方案，使霍尔电流传感器在保持原有体积、能耗和测量精度的前提下，达到了扩大量程的目的。

Description

一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置
技术领域
本发明涉及一种磁路装置，具体是指用于扩大闭环式霍尔电流传感器量程的一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置。
背景技术
说明，闭环式霍尔电流传感器，又称霍尔电流传感器，以下简称传感器；
问题的提出：当前用于电动汽车的所述传感器多为500A量程规格，随着电动汽车在向高功率密的方向发展，要求在限定体积的前提下提高检测电流的量程，且要求传感器自身的能耗越低越好；
现有技术用于电动汽车的传感器的磁路，参阅图2，由磁芯、线圈和霍尔芯片构成，若要增加量程就必须通过增大磁芯的体积来增大磁通，为了获得更强的平衡磁场，还需增加线圈的匝数，大量程时，增大线圈的励磁补偿电流，如此，增大了传感器磁路自身的体积和能耗；此外，由于被测电流与线圈的励磁补偿电流呈非线性关系，大量程时，磁芯的磁导临近饱和，致使传感器的测量精度大幅降低；由于受限于体积的大小，现有技术用于电动汽车的传感器的量程在500A以内，若要超过500A量程就必须增大传感器的体积，同时，传感器自身的能耗也会随之增大，即，为了扩大量程，体积就要超限，能耗就要增大，测量精度降低；现有技术的传感器存在，在限定体积、自身能耗和确保测量精度的前提下，量程难以扩大的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用由磁芯、线圈、霍尔芯片、辅磁芯构成的装置，其中，磁芯为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯的所述豁口称为磁狭缝；线圈为沿所述磁芯的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；霍尔芯片为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；辅磁芯为形状与磁芯对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯的厚度为磁芯厚度的1/10～1/5；霍尔芯片位于所述磁狭缝内，两个辅磁芯分别对应夹持在绕有线圈的磁芯的前后两侧；
工作时，电流流经铜排时产生的磁场由磁芯与辅磁芯聚集，由霍尔芯片进行检测，并将测得的霍尔电动势信号反馈给外设的放大电路，所述放大电路向线圈提供相应的励磁补偿电流建立平衡磁场，励磁补偿电流直接反映出流经铜排的电流的大小；在此过程中，由于辅磁芯将一部分磁力线从磁芯处分流，当流经铜排电流超量程时，例如大于500A量程时，辅磁芯的分流作用，使磁芯的磁导不会发生饱和，励磁补偿电流依旧保持线性比例关系，使得传感器的量程得到大幅增加，同时，不会发生因非线性关系而增大传感器的励磁补偿电流的能耗，亦不会因非线性而降低传感器的测量精度；本装置无需改变线圈的匝数规格，不会增加传感器磁路的径向尺寸，由于辅磁芯较薄，且只增加传感器磁路的轴向尺寸，轴向尺寸的增加可以通过优化传感器的外壳设计加以抵消，因此，本装置的实施不会超出传感器外观规格尺寸的限定；本装置采用在现有技术传感器磁路的基础上增设辅磁芯的技术方案，提供一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，旨在使霍尔电流传感器在限定体积、不增加自身能耗和确保测量精度的前提下，达到扩大量程的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，包括磁芯、线圈、霍尔芯片、辅磁芯，其中：所述的磁芯为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯的所述豁口称为磁狭缝；
所述的线圈为沿所述磁芯的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；
所述的霍尔芯片为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；
所述的辅磁芯为形状与磁芯对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯的厚度为磁芯厚度的1/10～1/5；
霍尔芯片位于所述磁狭缝内，两个辅磁芯分别对应夹持在绕有线圈的磁芯的前后两侧。
上述结构表述的方向面的前面为面对本装置主视轴测示意图的面，后面为与所述前面相对的面。
工作原理及有益效果
工作时，电流流经铜排时产生的磁场由磁芯与辅磁芯聚集，由霍尔芯片进行检测，并将测得的霍尔电动势信号反馈给外设的放大电路，所述放大电路向线圈提供相应的励磁补偿电流建立平衡磁场，励磁补偿电流直接反映出流经铜排的电流的大小；在此过程中，由于辅磁芯将一部分磁力线从磁芯处分流，当流经铜排电流超量程时，例如大于500A量程时，辅磁芯的分流作用，使磁芯的磁导不会发生饱和，励磁补偿电流依旧保持线性比例关系，使得传感器的量程得到大幅增加，同时，不会发生因非线性关系而增大传感器的励磁补偿电流的能耗，亦不会因非线性而降低传感器的测量精度；所述铜排为被测电流的导体。
本装置无需改变线圈的匝数规格，不会增加传感器磁路的径向尺寸，由于辅磁芯较薄，且只增加传感器磁路的轴向尺寸，轴向尺寸的增加可以通过优化传感器的外壳设计加以抵消，因此，本装置的实施不会超出传感器外观规格尺寸的限定。
本装置结构简单，工作可靠，通过在现有技术传感器磁路的基础上增设辅磁芯，使霍尔电流传感器在限定体积、不增加自身能耗和确保测量精度的前提下，扩大了量程。
试验证明，以原500A量程规格的霍尔电流传感器为例：采用本装置的原500A量程规格的霍尔电流传感器，在保持原有体积、能耗和测量精度的前提下，量程倍增，即量程由原500A可提升至1000A。
上述，本发明采用由磁芯、线圈、霍尔芯片、辅磁芯构成的装置，其中，磁芯为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯的所述豁口称为磁狭缝；线圈为沿所述磁芯的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；霍尔芯片为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；辅磁芯为形状与磁芯对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯的厚度为磁芯厚度的1/10～1/5；霍尔芯片位于所述磁狭缝内，两个辅磁芯分别对应夹持在绕有线圈的磁芯的前后两侧的技术方案，克服了现有技术的传感器存在，在限定体积、自身能耗和确保测量精度的前提下，量程难以扩大的问题与不足，所提供的一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，使霍尔电流传感器在保持原有体积、能耗和测量精度的前提下，达到了扩大量程的目的。
附图说明
图1是本发明的一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置的主视轴测示意图；
图2是现有技术霍尔电流传感器的磁路装置的主视轴测示意图。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。
图中：磁芯1、磁狭缝11、线圈2、霍尔芯片3、辅磁芯4、铜排01。
具体实施方式
参阅图1，本发明的一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，包括磁芯1、线圈2、霍尔芯片3、辅磁芯4，其中：所述的磁芯1为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯1的所述豁口称为磁狭缝11；
所述的线圈2为沿所述磁芯1的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；
所述的霍尔芯片3为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；
所述的辅磁芯4为形状与磁芯1对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯4的厚度为磁芯1厚度的1/10～1/5；
霍尔芯片3位于所述磁狭缝11内，两个辅磁芯4分别对应夹持在绕有线圈2的磁芯1的前后两侧。
上述结构表述的方向面的前面为面对本装置主视轴测示意图的面，后面为与所述前面相对的面。
工作原理及有益效果
工作时，电流流经铜排01时产生的磁场由磁芯1与辅磁芯4聚集，由霍尔芯片3进行检测，并将测得的霍尔电动势信号反馈给外设的放大电路，所述放大电路向线圈2提供相应的励磁补偿电流建立平衡磁场，励磁补偿电流直接反映出流经铜排01的电流的大小；在此过程中，由于辅磁芯4将一部分磁力线从磁芯1处分流，当流经铜排01电流超量程时，例如大于500A量程时，辅磁芯4的分流作用，使磁芯1的磁导不会发生饱和，励磁补偿电流依旧保持线性比例关系，使得传感器的量程得到大幅增加，同时，不会发生因非线性关系而增大传感器的励磁补偿电流的能耗，亦不会因非线性而降低传感器的测量精度；所述铜排01为被测电流的导体。
本装置无需改变线圈2的匝数规格，不会增加传感器磁路的径向尺寸，由于辅磁芯4较薄，且只增加传感器磁路的轴向尺寸，轴向尺寸的增加可以通过优化传感器的外壳设计加以抵消，因此，本装置的实施不会超出传感器外观规格尺寸的限定。
本装置结构简单，工作可靠，通过在现有技术传感器磁路的基础上增设辅磁芯4，使霍尔电流传感器在限定体积、不增加自身能耗和确保测量精度的前提下，扩大了量程。
试验证明，以原500A量程规格的霍尔电流传感器为例：采用本装置的原500A量程规格的霍尔电流传感器，在保持原有体积、能耗和测量精度的前提下，量程倍增，即量程由原500A可提升至1000A。

Claims (1)

1.一种大量程高精度霍尔电流传感器的磁路装置，包括磁芯(1)、线圈(2)、霍尔芯片(3)、辅磁芯(4)，其特征在于：所述的磁芯(1)为由若干横截面呈矩形、外观呈C字形、圆上设有豁口的圆环状软磁硅钢片质构件叠加构成，磁芯(1)的所述豁口称为磁狭缝(11)；
所述的线圈(2)为沿所述磁芯(1)的外壁由绝缘导线密匝绕制的螺旋线圈；
所述的霍尔芯片(3)为利用霍尔效应产生霍尔电动势的电子元件；
所述的辅磁芯(4)为形状与磁芯(1)对应的薄片状软磁硅钢片质构件，辅磁芯(4)的厚度为磁芯(1)厚度的1/10～1/5；
霍尔芯片(3)位于所述磁狭缝(11)内，两个辅磁芯(4)分别对应夹持在绕有线圈(2)的磁芯(1)的前后两侧。
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