CN111123178A - 一种竹节形结构低功耗磁通门传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹节形结构低功耗磁通门传感器，采用竹节形变截面积结构软磁铁芯，用印制电路板制作骨架，激励线圈缠绕在竹节形铁芯大截面部分对应的骨架外部，感应线圈缠绕在竹节形铁芯小截面部分对应的骨架外部，激励线圈和感应线圈分段交替缠绕，并通过骨架上的相应焊盘引出。该低功耗磁通门传感器的铁芯结构降低了磁通门功耗，竹节形铁芯的开口结构提高了激励线圈和感应线圈的绕线效率，降低了生产成本；激励线圈和感应线圈分开绕制，简化了绕制过程，有利于减小磁通门尺寸。

Description

一种竹节形结构低功耗磁通门传感器

技术领域

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种竹节形结构低功耗磁通门传感器。

背景技术

磁通门传感器（以下简称为磁通门）是一种综合性能很好的弱磁测量传感器，具有分辨率高、测量范围大、温度稳定性好和剩磁误差小的特点，但存在着功耗大，制造成本高等问题。

参照图1，文献“专利号是US 6972563的美国专利” 公开了一种磁通门传感器。该磁通门的激励部件由铁芯1和激励线圈4组成，铁芯1采用圆环形高磁导率磁性材料，激励线圈4均匀缠绕在铁芯1上，感应线圈5均匀缠绕在中心为方形空腔的骨架外部，激励部件装配在空腔内，通过测量感应线圈信号调整激励部件在空腔内的位置，然后用环氧树脂胶封装。

文献所述的磁通门传感器采用圆环形铁芯结构，磁通门功耗较大，制造成本相对较高；激励线圈的绕制需要从铁芯中心穿过，相比直线形铁芯的情况不易绕制；激励部件在装配时需要测量感应线圈信号来确定安装位置，操作过程效率较低；封装时激励部件的固定也比较费时；激励部件位于空腔内部的结构不利于磁通门的小型化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功耗低、成本低且性能优的磁通门。本发明所公开的磁通门采用竹节形软磁铁芯，铁芯采用变截面积结构；骨架由印制电路板制作，用于固定铁芯，并缠绕激励线圈和感应线圈；激励线圈和感应线圈均采用三维螺线管结构垂直铁芯长边缠绕；激励线圈缠绕在竹节形铁芯大截面部分对应的骨架外部，感应线圈缠绕在竹节形铁芯小截面部分对应的骨架外部；激励线圈和感应线圈分段交替缠绕，并由设置在骨架相应位置的焊盘引出。

与现有技术采用的圆环形铁芯结构相比较，本发明所公开的低功耗磁通门采用变截面积软磁铁芯，激励线圈与铁芯大截面积位置对应，感应线圈与铁芯小截面积位置对应，降低了激励电流和磁通门功耗；竹节形铁芯的开口结构提高了激励线圈和感应线圈的绕线效率，降低了磁通门的加工成本和体积；激励线圈与感应线圈分开绕制，简化了绕制过程，有利于磁通门的小型化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包含铁芯1、上层骨架2、下层骨架3、激励线圈4、感应线圈5、激励线圈引线焊盘6和感应线圈引线焊盘7。所述铁芯1为竹节形变截面积结构的软磁材料，作为中间层，被上层骨架2和下层骨架3包围；上层骨架2和下层骨架3使用印制电路板制作，作为整体骨架为整个结构提供支撑；激励线圈4和感应线圈5使用三维螺线管结构直接缠绕在整体骨架外部，并分别连接到位于骨架上的激励线圈引线焊盘6和感应线圈引线焊盘7上。

所述铁芯1按截面积尺寸分为多段，且每段之间连续，其中各大截面积段和小截面段交替出现。

所述铁芯1的大截面段和小截面段的横截面积尺寸和长度尺寸可根据研究时不同的外部参数要求进行调整。

所述激励线圈4和感应线圈5分开缠绕，分别对应铁芯1的大截面积和小截面积部分所在的骨架外部，其中激励线圈4缠绕在铁芯1的大截面积所在骨架外部，感应线圈5缠绕在铁芯1的小截面积所在骨架外部。

所述激励线圈4和感应线圈5的线径与绕制匝数可根据研究时不同的外部参数要求进行调整。

本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果：

（1） 本发明采用竹节形变截面积铁芯结构替代现有技术的圆环形铁芯结构，提高了激励线圈的绕线效率，降低了绕线的复杂度和生产成本，降低了磁通门功耗。

（2） 激励线圈和感应线圈分开绕制，简化了绕制过程，有利于减小磁通门尺寸。

（3） 骨架由印制电路板制作，工艺成本低，易于实现，与外部电路的连接方便。

附图说明：

图1为文献“专利号是US 6972563的美国专利”公开的磁通门传感器示意图。其中（a）为磁通门传感器的主视图，（b）为磁通门传感器的左视图。

图2为本发明竹节形结构低功耗磁通门传感器实施例的结构示意图。

图3为图2 A-A’剖面示意图。

图4为图2 B-B’剖面示意图。

图5为本发明竹节形结构低功耗磁通门传感器实施例的制作示意图。

图中：1-铁芯，2-上层骨架，3-下层骨架，4-激励线圈，5-感应线圈，6-激励线圈引线焊盘，7-感应线圈引线焊盘。

具体实施方式：

结合附图5，对本发明竹节形结构低功耗磁通门传感器做详细说明。本实施例中的磁通门使用钴基非晶软磁带材制作铁芯1，整个铁芯厚度均匀；使用玻璃纤维环氧树脂（FR-4等级材料）印制电路板（以下简称PCB）制作上层骨架2和下层骨架3，骨架包覆在铁芯1周围；使用圆形聚酯漆包铜线（以下简称漆包线）作为激励线圈4和感应线圈5，直接缠绕在对应铁芯位置的骨架外部，并分别连接到骨架的相应焊盘上。

具体制作过程如下：

1) 加工软磁铁芯1。采用厚度为25μm的钴基非晶带材，长度为21mm，宽度为3mm，小截面积处宽度为1.5mm，大截面积处宽度为3mm。

2) 加工上层骨架2和下层骨架3。上下层PCB厚度均为0.8mm，长度均为27mm，宽度均为8cm，在PCB侧面相应激励线圈2和感应线圈3的绕线位置加工凹槽。在下层PCB上加工铁芯凹槽，凹槽尺寸相对铁芯1留一定余量以方便铁芯1安装。

3) 固定铁芯1。将铁芯1用胶水固定在下层骨架3的凹槽中，并将上层骨架2和下层骨架3粘接。

4) 焊接引线焊盘。用四个插针从上层骨架2的正面分别插入激励线圈引线焊盘6和感应线圈引线焊盘7中，在下层骨架3的正面焊接牢固。

5) 缠绕激励线圈4。使用直径为0.12mm的漆包线，首先去掉头部漆皮，焊接在上层骨架2左边的激励线圈引线焊盘6上。然后按照图示方向绕线，共150匝。绕线时尽量排绕使其平整。最后去掉尾部漆皮，焊接到上层骨架2的另一个激励线圈引线焊盘6上。

6) 缠绕感应线圈5。使用直径为0.12mm的漆包线，去掉头部漆皮，焊接上层骨架2左边的感应线圈引线焊盘7上。按照图示方向绕线，共600匝。绕线时尽量排绕使其平整。绕完后，去掉尾部漆皮，焊接到上层骨架2的另一个感应线圈引线焊盘7上。

Claims (3)

1.一种竹节形结构低功耗磁通门传感器，其特征在于包括铁芯（1）、上层骨架（2）、下层骨架（3）、激励线圈（4）、感应线圈（5）、激励线圈引线焊盘（6）和感应线圈引线焊盘（7）；铁芯（1）为竹节形变截面积结构的软磁材料，作为中间层被上层骨架（2）和下层骨架（3）包围；上层骨架（2）和下层骨架（3）共同构成整体骨架，为整个结构提供支撑；激励线圈（4）和感应线圈（5）使用三维螺线管结构直接缠绕在整体骨架外部，并分别连接到位于骨架上的激励线圈引线焊盘（6）和感应线圈引线焊盘（7）。

2.根据权利要求1所述的竹节形结构低功耗磁通门传感器，其特征在于：铁芯（1）按截面积尺寸分为多段，且每段之间连续，其中各大截面积段和小截面段交替出现。

3.根据权利要求1或2所述的竹节形结构低功耗磁通门传感器，其特征在于：激励线圈（4）和感应线圈（5）分开缠绕，分别对应铁芯（1）的大截面积部分和小截面积部分所在的骨架外部，其中激励线圈（4）缠绕在铁芯（1）的大截面积部分所在骨架外部，感应线圈（5）缠绕在铁芯（1）的小截面积部分所在骨架外部。

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