CN114994385A - 电流传感器尖端聚磁环 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种电流传感器尖端聚磁环，包括两个呈U字型或C字型对称设置的聚磁环，两个所述聚磁环的开口相对设置，在两个开口之间分别形成预定磁场强度的聚磁空间，其中至少一个开口为尖端形开口，且所述尖端形开口相对的聚磁面为长方形，所述长方形的长度大于等于5.5mm，所述长方形的宽度大于4.6mm。该电流传感器尖端聚磁环不仅能够提升磁芯的饱和度，避免磁芯通过大电流时出现饱和现象，进而增大了磁芯的线性范围，有效提高了电流传感器的检测量程，同时磁场更加均匀和集中，能够有效保证了电流传感器的检测精度和灵敏度。

Description

电流传感器尖端聚磁环
技术领域
本发明涉及电流传感器技术领域，尤其涉及电流传感器尖端聚磁环。
背景技术
随着电动车的快速全面普及，涌现出了很多全新的“管理系统”，例如DCDC、On-board-charger、电机逆变器以及高电压电池管理系统等等，而这些电控系统监控的准确性和执行动作可靠性则依赖于各类传感器，其中电流传感器就发挥着至关重要的作用。
电流传感器的工作原理为：如图1所示，当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比、大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续的电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS*NS＝IP*NP，其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP＝1。
在电流传感器中，聚磁环起到一个非常重要的作用，它可以将离散的磁场聚集到一起，使霍尔芯片感应到一个稳定而又均匀的磁场。
现有的聚磁环大多是C字形，母线从聚磁环的中心穿过，当母线铜排上有电流流过时，根据电磁感应原理，电流就会在聚磁环的开口处产生磁场。在聚磁环的开口尺寸很小时，可以增强聚磁环的聚磁效果，满足电流传感器高精度、高灵敏度的检测需求，但是，较小的开口尺寸极易造成聚磁环饱和，比如在原边电流流过1200A时，聚磁环就会出现饱和现象，使得目前的传感器无法检测大电流的情况，降低了传感器的检测量程，使用范围具有很大的局限性；同时，聚磁环在饱和点附近的磁场不稳定，也会影响电流传感器的精度和灵敏度。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种电流传感器尖端聚磁环，其中通过对聚磁环进行双开口式设计，在原有的基础上多增加一个开口，同时将任意一个开口设置为尖端形开口，或者将两个开口同时设置为尖端形开口，能够通过左右两个聚磁空间提高磁芯的饱和度，避免磁芯通过大电流时出现饱和现象，进而增大了磁芯的线性范围，有效提高了电流传感器的检测量程。
本发明的一个优势在于提供一种电流传感器尖端聚磁环，其中两个聚磁环相对的端部呈尖端状延伸，能够在相对的开口处达到聚磁放大的效果，使开口处的磁场更加均匀和集中，保证了电流传感器的精度和灵敏度要求。
为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种电流传感器尖端聚磁环，包括两个呈U字型或C字型对称设置的聚磁环，两个所述聚磁环的开口相对设置，在两个开口之间分别形成预定磁场强度的聚磁空间，其中至少一个开口为尖端形开口，且所述尖端形开口相对的聚磁面为长方形，所述长方形的长度大于等于5.5mm，所述长方形的宽度大于4.6mm。
根据本发明一实施例，两个所述聚磁环分别具有两个相对的端部，分别定义为第一端和第二端，其中两个所述第二端之间形成所述尖端形开口，且两个所述第一端之间的聚磁面的面积大于两个所述第二端之间的聚磁面的面积，所述第二端的截面为等腰梯形面。
根据本发明一实施例，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为38°～51°。
根据本发明一实施例，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为45°。
根据本发明一实施例，所述第一端的端面尺寸与所述第二端的底部的端面尺寸相同，由所述第二端的等腰梯形面的底部一体延伸至等腰梯形面的顶部。
根据本发明一实施例，两个所述聚磁环相对的两个开口均为所述尖端形开口。
根据本发明一实施例，所述尖端形开口对应的端部的截面均为等腰梯形面，且所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为38°～51°。
根据本发明一实施例，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为45°。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。
附图说明
图1示出了现有技术中电流传感器的工作原理示意图。
图2示出了本申请电流传感器尖端聚磁环一个开口为尖端形开口时的结构示意图。
图3示出了本申请图2的侧视示意图。
图4示出了本申请图2的主视示意图
图5示出了本申请电流传感器尖端聚磁环两个开口为尖端形开口时的结构示意图。
图6示出了本申请图5的侧视示意图。
图7示出了本申请图5的主视示意图
图8示出了本申请电流传感器尖端聚磁环不同开口在不同电流大小时的磁场强度实验数据。
图9示出了本申请电流传感器尖端聚磁环不同开口在不同电流大小时的磁场强度线性示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考图2至图9，依本发明一较佳实施例的一种电流传感器尖端聚磁环将在以下被详细地阐述，其中所述电流传感器尖端聚磁环包括两个呈U字型或C字型对称设置的聚磁环10。两个所述聚磁环10的开口相对设置，并在两个开口之间分别形成预定磁场强度的聚磁空间，当有电流经过时，用于分别形成预定大小的磁场强度，其中至少一个开口为尖端形开口101，且所述尖端形开口101相对的聚磁面11为长方形，其中所述长方形的长度大于等于5.5mm，比如5.5mm、6.3mm、6.7mm等，且所述长方形的宽度大于4.6mm，比如4.7mm、4.9mm、5.3mm等。不管所述聚磁面11的尺寸的具体数值为多少，所述聚磁面11始终保持在长方形的形状，即长度尺寸始终大于宽度尺寸。这样一来，两个所述聚磁环10通过相对的两个开口，有效提升了聚磁环的饱和度，增大了电流传感器的检测量程，即使在原边电流高达1800A时，磁芯仍然不会出现饱和的现象，同时，所述尖端形开口101所具有的独特的尖端状还可以实现聚磁放大的效果，避免了漏磁现象的发生，增强了开口处的磁场强度，且开口气隙处的磁密分布更加均匀和集中，有效确保了电流传感器高精度、高灵敏度的性能要求。
至少一个开口为尖端形开口包括两种情况，一种情况是：一个开口为尖端形开口101，而另一个开口还是常规的矩形开口102，即单尖端形开口101的情况；另一种情况是：两个开口均为尖端形开口101，即双尖端形开口101的情况。对于第一种情况，结合图2至图4，具体为：两个所述聚磁环10分别具有两个相对的端部，分别定义为第一端12和第二端13，其中两个所述第一端12之间形成所述矩形开口102，而两个所述第二端13之间形成所述尖端形开口101，显然，两个所述第一端12之间的聚磁面11的面积大于两个所述第二端13之间的聚磁面11的面积，同时，所述第二端13的截面为等腰梯形面。
进一步优选地，所述等腰梯形面的腰部21与底部22之间的倾斜角度为38°～51°，比如40°、45°、48°、50°等。
更进一步优选地，所述等腰梯形面的腰部21与底部22之间的倾斜角度为45°。
进一步优选地，所述第一端12的端面尺寸与所述第二端13的底部的端面尺寸相同，由所述第二端13的等腰梯形面的底部22一体延伸至等腰梯形面的顶部23。此外，所述第二端13的顶部和底部在所述长方形的宽度方向的尺寸是相同的，仅在长度方向的尺寸不同。
对于第二种情况，结合图5至图7，具体为：两个所述聚磁环10相对的两个开口均为所述尖端形开口101。
进一步优选地，所述尖端形开口101对应的端部的截面均为等腰梯形面，且所述等腰梯形面的腰部21与底部22之间的倾斜角度为38°～51°，比如40°、45°、48°、50°等。
更进一步优选地，所述等腰梯形面的腰部21与底部22之间的倾斜角度为45°。
图8和图9分别示出了本申请电流传感器尖端聚磁环不同开口在不同电流大小时，相对于现有技术情况下的磁场强度实验数据以及的磁场强度线性示意图。由图8和图9可知，在本申请提供的双开口式电流传感器尖端聚磁环中，不管是单尖端形开口的情况，还是双尖端形开口的情况，在同一电流大小时，磁场强度均得到了明显的提升，其中在单尖端形开口时，不仅仅初始磁场强度较大，高达0.0923T，远大于现有C字型聚磁环的0.0797T，关键是在每增加200A电流时，磁场强度的递增量是以初始值为基础进行递增的，比如：单尖端形开口的递增量为0.0923T，而现有C字型聚磁环的递增量为0.0797T，也就是说，在电流越大的情况下，本申请提供的单尖端形开口的聚磁环的磁场强度越高，聚磁效果就越好。
因此，本申请提供的电流传感器尖端聚磁环通过双开口的设计，不仅提升了聚磁环的饱和度，增大了磁芯的线性范围，检测量程大，可以适用于大电流的检测，同时，在双开口的基础上，通过尖端形开口的设计，在电流越大时，气隙处的磁密越均匀和集中，磁场强度也就越高，有效确保了电流传感器的检测精度和检测灵敏度。
需要说明的是，本发明中用语“第一、第二”仅用于描述目的，不表示任何顺序，不能理解为指示或者暗示相对重要性，可将这些用语解释为名称。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (8)

1.电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，包括两个呈U字型或C字型对称设置的聚磁环，两个所述聚磁环的开口相对设置，在两个开口之间分别形成预定磁场强度的聚磁空间，其中至少一个开口为尖端形开口，且所述尖端形开口相对的聚磁面为长方形，所述长方形的长度大于等于5.5mm，所述长方形的宽度大于4.6mm。
2.如权利要求1所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，两个所述聚磁环分别具有两个相对的端部，分别定义为第一端和第二端，其中两个所述第二端之间形成所述尖端形开口，且两个所述第一端之间的聚磁面的面积大于两个所述第二端之间的聚磁面的面积，所述第二端的截面为等腰梯形面。
3.如权利要求2所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为38°～51°。
4.如权利要求3所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为45°。
5.如权利要求2至4任一项所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，所述第一端的端面尺寸与所述第二端的底部的端面尺寸相同，由所述第二端的等腰梯形面的底部一体延伸至等腰梯形面的顶部。
6.如权利要求1所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，两个所述聚磁环相对的两个开口均为所述尖端形开口。
7.如权利要求6所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，所述尖端形开口对应的端部的截面均为等腰梯形面，且所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为38°～51°。
8.如权利要求7所述电流传感器尖端聚磁环，其特征在于，所述等腰梯形面的腰部与底部之间的倾斜角度为45°。
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