CN115274245A

CN115274245A - 一种铁芯

Info

Publication number: CN115274245A
Application number: CN202210523537.0A
Authority: CN
Inventors: 王保均
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2022-11-01

Abstract

本发明公开了一种铁芯，铁芯至少包括一条长条形的片状金属，至少包括一个平行气隙，其特征在于，平行气隙由片状金属的两个端头邻近的侧面相对物理平行形成，且两个端头连接的主体的部分不相邻，同时两个端头的末端不相邻。本发明铁芯的材料为长条形，冲压时材料损失几乎为零，可以使用剪板机直接裁剪，气隙中形成均匀的磁场。

Description

一种铁芯

技术领域

本发明涉及一种铁芯，尤其涉及一种磁平衡式电流传感器用铁芯。

背景技术

电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。常见的电流传感器有三种类型：电磁式电流传感器(即电流互感器)、分流器和电子式电流传感器。

电磁式电流传感器，即电流互感器，是最为常见的一种电流传感器，采用电磁感应的原理制造，就是一个特殊的变压器，原边只有一匝或几匝，通常是将被测导体穿过电流互感器的铁芯窗口即为一匝线圈，而副边匝数较多，根据电流与匝数成反比的规律，电流互感器就可以把原边很大的被测电流转换成副边很小的电流信号以满足二次仪表的量程。优点是：只需将被测载流导体穿过互感器的窗口即可，无需截断导体，这就避免了对原系统电路做手术。不足之处是，对直流电无法检测；工作时副边不能开路；频率特性较差。

分流器，它其实就是一个阻值很小的电阻，串联到被测电路中，利用被测电流流经该电阻产生的压降来反映被测电流的信息。在直流场合应用较多，不足之处：与主电路没有电气隔离；分流器自身发热后，对测试精度影响也大；插入损耗也不小。

电子式电流传感器又有霍尔闭环传感器、磁通门传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于变频电量测量的变频功率传感器等。罗柯夫斯基电流传感器又叫罗氏线圈，变频功率传感器可用于电压、电流和功率测量。霍尔闭环传感器全称磁平衡式霍尔闭环电流传感器。

磁通门传感器常见的也是闭环工作的,检测方式较复杂，也决定了其铁芯和霍尔闭环传感器用的铁芯是不同的,其它和霍尔闭环传感器的工作原理有相似之处,参见图1,图1中的传感器是霍尔器件,采用恒流源供电,图中I_C为恒流源,恒流源在本发明人的授权发明专利201110200894.5的文字说明[0136]至[0148]段有详细的描述,这里不再赘述。被测导体W穿过电流互感器的铁芯B,当被测导体W 出现电流I_P时,导体周围出现磁力线,同电流类似,磁力线总是走磁阻最小的路径, 即相对磁导率最大的路径,铁芯B的相对磁导率高,收集了这些并形成磁通,导体 W这一条导线就是铁芯B的原边,铁芯B上绕有电感线圈,设铁芯B是理想的磁材, 即导线中的电流产生的磁场强度消失时,铁芯B中磁感应强度也回归零,没有矫顽力。霍尔器件输出差异电压,这个差异电压经过功率型运算放大器放大,在图1 中由运算放大器J和后续的NPN型三极管和PNP型三极管组成的互补电路组成功率型运算放大器,其输出电流I_S在电感线圈中产生电流,电感线圈是有固定匝数的,其产生的磁通与被测导体W的电流I_P产生的磁通相反,运放J的增益足够高的话,整个电路闭环工作后,遵守安匝平衡,出现这样的等式:

I_P＝n×I_S………………………公式(1)

其中，I_P为被测导体W中的电流，n为电感线圈的匝数，I_S为电感线圈中的电流。该公式由安匝平衡得出，即原边被测导体W为一匝，其产生的磁通，被电感线圈的n匝所产生的反向磁通抵消绝大部分，剩余的磁通被霍尔器件检测出来，输出与剩余的磁通成正比的差异电压U_Δ，差异电压U_Δ越小，那么，测量就越精确，这个电压极为微弱，经过运放J开环放大，在电感线圈中产生电流I_S，该电流与匝数n的乘积，即为上式中n×I_S。即电感线圈中的电流I_S恒等于I_P除以电感线圈L的匝数。电路平衡时：差异电压×运放J开环增益＝运放J输出电压，差异电压记作U_Δ；运放J开环增益记作A_VOL；运放J输出电压记作U_J；那么：

U_Δ×A_VOL＝U_J……………………公式(2)

运放J后续的互补三极管为射级跟随器，电压增益实际小于1，接近1，取 1也不影响原理分析。运放J输出电压U_J除以电感线圈的内阻R_L即为I_S。那么，

显然，运放J开环增益越高，测量就越精确。电路平衡时，测出I_S，就可以知道被检测电流I_P的大小，若想要提高对I_S的测量精度，提高运放J开环增益即可，运放J开环增益过高，电路容易自激，而使得固有功能丧失。图1中，在输出回路中，串入一个温漂低的精密电阻R_M，精密电阻R_M的端电压再现了被检测电流I_P的波形等信息。这种工作方式叫磁平衡式电流传感器，也称补偿式传感器。

完全没有矫顽力的软磁材料并不存在。图1中，铁芯B的成本很高，为了实现磁通抵消，一般的磁芯无法胜任。鉴于各种文献不区分磁芯与磁心和铁芯以及铁心，本文中的磁芯和公知的其它文献一样，和磁心(Magnetic Core)表示相同的意思，指铁氧体材料，即由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物，磁芯多用在高频。而铁芯(IronCore)、铁心是硅片型材料，只适合低频率的电感线圈、低频变压器，一般用于低频交流电和音频。

图2为常见的铁氧体磁芯的磁滞回线，其中坐标原点0至E为起始磁化曲线，其中+Bm、-Bm为磁芯的两个磁饱和点，其中+Bm称为第一象限饱和点，因为该点+Bm落在图2坐标中第一象限，-Bm称为第三象限饱和点，饱和时的磁感应强度值用+Bm表示。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时的磁感应强度B值也要减小，但不沿原来的曲线下降，而是沿着图2中E、F曲线段下降，对应的值比原先的值大，说明铁磁质磁化过程是不可逆的过程，磁场强度 H减小到零时，磁芯剩余磁感应强度不为零，停在F点，F点对应的磁感应强度就叫剩余磁感应强度，简称剩磁，这是铁磁质的剩磁现象。要消除剩磁，使磁芯中的磁感应强度B恢复为零，需加反向磁场，反向磁场强度称为矫顽力，图2 中G点对应的磁场强度就是矫顽力。继续增加反向磁场强度，磁芯又可被反向磁化从G到H再到A点，达到反方向的饱和状态，即第三象限饱和点-Bm。

同样，如果在达到第三象限饱和点之后使反向的磁场强度H减小，这时的磁感应强度B值也要减小，但不沿原来的曲线G点、H点、A点下降，而是沿着图2中A、B曲线段下降，对应的值比原先的值大，磁场强度H减小到零时，磁芯剩余磁感应强度同样不为零，停在B点，B点对应的磁感应强度同样叫剩余磁感应强度，简称反向剩磁，和F点一般是对称的。要消除反向剩磁，使磁芯中的磁感应强度B恢复为零，需加正向磁场，正向磁场强度(与之前的反向的磁场强度矢量上相反)称为矫顽力，图2中C点对应的磁场强度就是矫顽力。继续增加正向磁场强度，磁芯又可被正向磁化从C到D再到E点，达到正向的饱和状态，即第一象限饱和点+Bm。

当磁场强度H变化一个周期后，磁芯的磁化曲线形成一个闭合曲线，则形成闭合回线，这条闭合回线、曲线称为磁滞回线。磁感应强度值B的变化总是落后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞，是铁磁质的重要特性之一，相比之下，铁芯为硅片型材料，其矫顽力较小，磁滞回线形成的面积要小，即在图2 中，F点和B点的距离近，C点和G点的距离近，即B点、C点、F点、G点离坐标原点0点近。若在两个饱和点之间反复磁化时，则得到较小的磁滞回线，称为小磁滞回线或局部磁滞回线。相应于不同的±H，则有不同的小回线。而图2中ABCDEFGHA为其中最大的，故称为极限磁滞回线。通常将极限磁滞回线上的F 点或B点定义为材料的剩磁，及G点可C点定义为矫顽力，为表征该材料的磁特性的重要参量。励磁相同的情况下，频率越高，磁感应强度会越低，即磁滞越大，回线相应地越小，同时损耗会越高。在小区间磁化时，磁感应强度B为H的多值函数，通常矫顽力随温度增加而减小，所以矫顽力也是H的多值函数。

把磁芯放在图1中替代铁芯成为磁芯B，当被测导体中电流I_P产生的磁场强度产生时，霍尔器件输出差异电压，运放J放大，后续的互补三极管输出电压，驱动电感线圈中产生电流I_S，由于矫顽力存在，当n×I_S等于I_P时，即磁芯B中磁场强度为零，而这时磁芯B中剩磁不为零，霍尔器件仍输出差异电压，I_S进一步加大，且n×I_S大于I_P时，且这两者之差产生的磁场强度达到G点对应的值时，霍尔器件输出的差异电压才接近零，电路获得平衡。而此时，无法通过测出I_S，就可以知道被检测电流I_P的大小，这是直流电的情况，而对于交流电，磁感应强度值B的变化总是落后于磁场强度H的变化，所以也无法通过测出I_S，就可以知道被检测电流I_P的大小。

故而，磁芯用在图1中替代铁芯B，目前是不现实的，无法完成电流传感器的功能：对被测电流进行较为精确测量。综上所述，图1中铁芯B，理想的要求是：相对磁导率高至无穷大，矫顽力为零。事实上，完全没有矫顽力的软磁材料并不存在，相对磁导率高至无穷大的材料也不存在。一般选用坡莫合金制成铁芯 B，坡莫合金一般是指镍铁合金，镍含量范围很广，在35％到90％之间，其饱和磁感应强度一般在0.6～1.0T之间，如1J85的初始相对磁导率可达10万，极低的矫顽力，可小于2.4A/m，注：1奥斯特等于(1000/4π)安培/米，即约等于 79.5774715A/m，即1J85型坡莫合金矫顽力可小于0.03奥斯特，通常用3％奥斯特表示，处理好的优质坡莫合金矫顽力可小于1％奥斯特。而用于磁平衡式电流传感器中的铁芯，更希望具有低到2‰奥斯特的矫顽力。

磁导率说明：磁导率通常是指物质的绝对磁导率与真空磁导率的比值，真空磁导率为u₀＝4π×10^-7H/m，使用起来不方便，在常见的文献中，经常说成：真空磁导率为1，这样显得简洁，这里的磁导率其实是指相对磁导率。空气的相对磁导率为1.0003036，在常见的文献中，直接把空气的相对磁导取为1，对结果的影响极小，可以忽略。并经常说成空气的磁导率为1，其实是指空气的相对磁导率。

申请人在前申请号为202130166925.4外观设计专利，示出了一种用于霍尔磁平衡式电流传感器中的铁芯，为了方便，这里引用了其主视图与立体图，作为本申请的图3a、图3b，铁芯由十多片相同形状的薄片叠合而成，形成叠厚3.5mm 的铁芯，参见图3b中立体图，每一片的形状就是图3a中主视图，中间的两个圆孔就是叠合后方便装入铆钉的预留孔。叠合后形成宽度为1.2mm平行气隙，以便在气隙中形成均匀的磁通，气隙中安装霍尔器件，代表型号为HW-322B等，主体尺寸差不多，高度为2.35mm、宽为2.8mm，厚度为0.95mm，其内部的霍尔晶元，经X光机透视，位置存在可观的偏差，图3a、图3b的整个铁芯在业界极具代表性，该铁芯有以下不足之处：

(1)气隙中磁感应强度不均匀之一：主视图视角，气隙内侧磁通密度大，气隙外侧磁通密度小。参见图3-1，为主视图中铁芯下部，带有平行气隙的局部放大示意图，气隙内侧就是数字301所指的上边区域，气隙外侧就是302所指的下边区域，平行气隙中虚线条代表磁力线，上边的301较下边的302要密。产生原因参见图3-2，为铁芯中任一片的示意图，若铁芯象图1置入导线，并通过电流，则在周围产生磁力线，磁力线都是闭合的曲线，303所指的磁力线就是内侧产生的，304靠近中部，305是外侧磁力线，显然磁力线305的长度要大于304；而 304的长度要大于303的。同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，显然，303线的长度短，磁阻最小，所以产生图3-1那样，内侧磁力线密度大于外侧。

(2)气隙中磁感应强度不均匀之二：侧视图视角，叠合而成气隙中，从侧面观察气隙局部，如图3-3，这是1：1的图形，是用相机微距实拍后，测绘出来的真实图纸。肉眼看起来叠出来的气隙很平行，有利于形成均匀的磁通。但若这个图不保留1：1的比例，放大10倍，即测绘出来的原图，参见图3-4，可以看出，是极为不平整的，一方面，每一片是冲压出来的，众所周知，一个模具不可能一次只冲一片，一般是一次冲压，可以冲出6至8片，甚至12片以上。如一次冲出 8片的，称之为一出8，这8个模穴本身尺寸存在偏差，生产厂家也不可能把1 号模穴至8号模穴冲压出来的散片分别单独存放，在组装时，1号模穴冲出来的散片只和1号模穴的叠合组装，而是自由组装，这是图3-4中不平行的来源之一；

其二，冲压模为了方便冲压，其冲出来的散片，左边和右边也不是平行的，存在着冲、脱模斜度，也是造成不平行的来源之二；

第三，散片与散片叠合时，是靠装入铆钉的预留孔306与307来定位的，参见图3-2，同上，这8个模穴本身尺寸存在偏差，即预留孔306与307本身也存地偏差，也是导致图3-4两侧不平行的重要原因。磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，显然，在图3-4的气隙中，磁力线同样自行找到距离相近的两点，这两点之间的磁力线密度大，且大部份是斜线，如图3-5所示，图中虚线就是空气气隙中密度最高的磁力线路径，可见，有的地方很密，中间甚至有的地方是空的，其中的磁力线会很稀薄。

冲、脱模斜度的存在，图3-4中任一片，左边和右边的端头末端也不是平行的，把图平移到一起，就会看得很清楚，参见图3-6。

(3)最终的产品霍尔闭环传感器的一致性较差：由于上述的(1)和(2)，穿越霍尔器件的磁力线可能会差异较大，若是稀薄的磁力线穿越霍尔器件，则I_P和n×I_S要产生较大的差值要确保霍尔器件输出相同的电压差，以保证图1中运放J输出足够的电压。这会导致最后测出的电流精度各不相同，每只产品的误差也各不相同，一致性差。

(4)铁芯冲压时，材料浪费极大：如图3a中主视图所示，冲压模无论如何设计，以节约材料，其浪费都是很大的，如中间部分冲出的材料就浪费了，目前申请人的图3a、图3b示出的铁芯，一个要人民币40元的左右，成本不低，其中重要原因就是材料成本高，而利用率低引起的。

综上，这类用途的铁芯成本高，用于放置霍尔器件的区域磁通都不均匀。包括德国LEM公司生产的小体积霍尔闭环传感器中，铁芯产生的用于放置霍尔器件的区域磁通都不均匀，产生原因类似图3-6所示出。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种铁芯，用于放置霍尔器件的区域的磁通都均匀，成本低。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种铁芯，至少包括一条长条形的片状金属和一个平行气隙，平行气隙由片状金属的两个端头邻近的侧面相对物理平行形成，且两个端头连接主体的部分不相邻，同时两个端头的末端不相邻。

优选地，两个端头分别来自两条长条形的片状金属，两条长条形的片状金属在其它非平行气隙的区域，部分叠合在一起。

由于要在气隙中形成均匀的磁场，需要气隙两侧的片状金属物理平行，物理平行的定义是，预期形成平行气隙对应的端头的平面或曲面上的任一点，到另一端头的平面、曲面的最短距离形成的线，处处相等，这个线长记作线长1；其它非形成平行气隙对应的平面或曲面，离端头终点的长度在所有长条形的片状金属总长度四分之一以下的区域，称为端头区域，到另一端头的端头区域的平面、曲面的最短距离形成的线大于线长1。

本发明还提供一种铁芯，所述铁芯具有主体、第一端头以及第二端头，第一端头自主体的一端向第一方向延伸形成，第二端头自主体的另一端向与第一方向相反的第二方向延伸形成，第一端头和第二端头相互平行且之间形成气隙。

优选地，主体具有本体、自本体一端弯折延伸形成的第一弯折部以及自本体的另一端弯折延伸形成的第二弯折部，第一弯折部连接第一端头，第二弯折部连接第二端头，且第一弯折部弯折的方向和第二弯折部弯折的方向相反。

优选地，主体的本体是圆环，第一弯折部自圆环的一端向靠近圆环对应的圆的中心方向弯折延伸形成；第二弯折部自圆环的另一端向远离圆环对应的圆的中心方向弯折延伸形成。

优选地，第一端头和第二端头的中线分别为曲线，第一端头和第二端头分别为直径不同的圆上的一段。

优选地，第一端头所处的圆和第二端头所处的圆的圆心重合。

优选地，第一端头和第二端头的中线分别是直线。

优选地，铁芯由长条形的片状金属弯折形成，且片状金属为单层结构。

本发明铁芯的有益效果为：

本发明铁芯的材料为长条形，冲压时材料损失几乎为零，可以使用剪板机直接裁剪，气隙中形成均匀的磁场。

附图说明

图1为现有霍尔闭环电流传感器的工作原理图；

图2为常见的铁氧体磁芯的磁滞回线图；

图3a为现有的202130166925.4外观设计专利中一种铁芯的主视图；

图3b为现有的202130166925.4外观设计专利中一种铁芯的立体图；

图3-1为现有铁芯中平行气隙中磁感应强度不均匀示意图；

图3-2为现有铁芯中平行气隙中磁感应强度不均匀的产生原理说明图；

图3-3为现有铁芯图从侧面观察气隙的局部图；

图3-4为现有铁芯图从侧面观察气隙的局部放大图；

图3-5为从侧面观察气隙中密度最高的磁力线路径图；

图3-6为现有铁芯左右端头末端不平行引起气隙中磁感应强度不均匀示意图；

图4a至4c分别为第一实施例铁芯的主视图、左视图、俯视图；

图4-1为第一实施例的平行气隙402附近相关部分放大图；

图4-2至图4-5为第一实施例气隙中左、中、右假想磁力线的示意图；

图5a至5c分别为第二实施例铁芯的主视图、左视图、俯视图；

图5-1为第二实施例的平行气隙402附近相关部分放大图；

图6a至6c分别为第三实施例铁芯的主视图、左视图、俯视图；

图6-1为第三实施例的平行气隙402附近相关部分放大图；

图7a至7c分别为第四实施例的主视图、左视图、俯视图；

图7-1为第四、五实施例的平行气隙402附近相关部分放大图；

图8a至8c分别为第五实施例的主视图、左视图、俯视图；

图8-1为第五实施例中气隙412等效为无气隙原理示意图；

图9为第五实施例的其它实施方式；

图10为本发明技术方案的其它实施方式。

具体实施方式

第一实施例

请参见图4a至4c，图4a为本发明第一实施例铁芯主视图，图4b为左视图，图4c为俯视图，铁芯400由一条长142mm、宽2.5mm、厚度为0.8mm的1J85材质的坡莫合金片状金属，经机械或其它加工成型而成；为了确保铁芯不变形，可以依设计形状用塑胶件事先成形，再放入铁芯。

如图4a至4c，一种铁芯400，至少包括一条长条形的片状金属401，至少包括一个平行气隙402，平行气隙402由片状金属的两个端头403和404的侧面相对物理平行形成，且两个端头403和404连接片状金属401的主体411的部分不相邻，同时两个端头的末端405和406不相邻。

在图4a中，为了形成平行气隙402，其中，端头403这一小部分，其片状金属的中线，不是直线，是一小段曲线，是一个直径42.2mm的圆形上的一段；图的下部，端头404这一小部分，其片状金属的中线，也同样不是直线，是一小段曲线，是一个直径46.2mm的圆形上的一段；直径42.2mm的圆形和直径46.2mm 的圆形圆心重合，即在同一点上；端头403和端头404以圆心视角的投影，叠合长度约为3.14mm，注：测量基准线是以一个直径44.2mm同心圆来测量的。为了确保本领域技术人员能良好地实施本发明的实施例，把图4a中平行气隙402附近相关部分放大，参见图4-1，其中，405和406所指的，为片状金属401的两个末端；407和408所指的分别为端头403的两个面积大的侧面以及端头404的两个面积大的侧面，指宽度形成的侧面，而不是比宽度小得多的厚度形成的小侧面，显然，只有靠近预期形成平行气隙402的的侧面407和侧面408参与工作，图中用实线所指，两个虚线所指的，离得远，不作为邻近的侧面；409和410所指的，即为两个端头403和404连接主体411的部分。

由于要在气隙402中形成均匀的磁场，需要气隙两侧的端头403和404物理平行，物理平行的定义是，预期形成平行气隙402对应的端头403的侧面407 上的任一点，到另一端头404的侧面408的最短距离形成的线，气隙402中，这种短线处处相等，这个线长记作线长1，其它非形成平行气隙对应的平面、曲面，离端头终点的长度在所有长条形的片状金属总长度四分之一以下的区域，称为端头区域，到另一端头的端头区域的平面、曲面的最短距离形成的线大于线长1。显然在本实施例中，这种短线的延长线都会经过前文所述的圆心。反之，从端头404 的侧面408上的任一点，到另一端头403的侧面407的最短距离形成的短线，就是等效的。

为了说明这一原理，参见图4-2至图4-5，图中的421、422、423所指的为磁力线的示意，由于图形中，磁力线改变方向的的地方尺寸太小，无法画出精细的曲线，所以在图中，看起来是直角拐弯，事实上，是存在拐弯曲线的。图4-2同时示出了，穿越平行气隙402左、中、右的三个磁力线。图4-3示出了穿越平行气隙402左边空气的磁力线421；图4-4示出了穿越平行气隙402中间空气的磁力线422；图4-5示出了穿越平行气隙402右边空气的磁力线423；磁力线是立体的，这里用平面示意图的目的，就是为了理解原理。从图4-2至图4-5可以看出，这三条有代表性的磁力线，在穿越平行气隙402时，因磁力线总是走磁阻最小(磁导率最大)的路径，所以，其一定是按前文所述的线长1的短线，单独画出磁力线421、422、423，就是图4-3至图4-5。把它们放到同一张图上，就是图4-2，任意二条同向磁力线之间相互排斥，因此不存在相交的磁力线，图中仅作示意，421 至423等磁力线在片状金属内部一定是均匀分布的，由于片状金属较薄，磁力线在片状金属内部的长度变化较为微弱，对平行气隙402的影响很小。

也可以用塑胶件只卡住平行气隙402，确保平行气隙402的高精度尺寸不变形，塑胶件中应留空设计，也便放入霍尔器件，进一步地固定霍尔器件。若霍尔器件的加工精度高，工艺一致性好，内部的霍尔晶元的位置一致，那么，平行气隙402的均匀磁力线穿过的面积，等于或略大于霍尔晶元的投影面积即可，这样可以提高穿透霍尔晶元的磁通密度，提高电流传感器的测量精度。即，平行气隙均匀磁通的面积等于或略大于霍尔晶元的面积。显然，平行气隙均匀磁通的面积垂直于磁力线，霍尔晶元的面积也是指霍尔晶元的投影面积。通常，平行气隙均匀磁通的面积越小，其剩余磁通密度就越高，电流传感器的精度就会越高，但面积不能小于霍尔晶元的面积，平行气隙均匀磁通的面积若等于霍尔晶元的面积，这时效果最好，但是对霍尔器件的安装精度要求过高，得不偿失，故而，一般情况下，平行气隙均匀磁通的面积大于霍尔晶元的面积，以承受霍尔器件的安装工差。霍尔晶元的形状是规则的，所以平行气隙中均匀磁通的面积也是规则的，其中心一般就是其几何中心。前文中所述的不相邻，是指两个端头在该中心的两侧，而不是同一侧。

再者，两个端头连接主体的部分，409和410所指的，即为两个端头403和 404连接主体411的部分，它们的特点就是处于平行气隙消失的边缘区域。

这样，在气隙402中，放入霍尔器件，就可以实现图1的磁平衡式电流传感器。工作原理：

传统的铁芯叠得很厚，只是为了获得一个能全面覆盖霍尔器件的区域，并在这个区域形成均匀的磁场，本发明仅使用一条细长的长方形片状金属，两个端头侧面相对平行形成均匀的磁场，见图4a中主视图，当铁芯400中间穿过一条被测导线时，被测导线中的电流产生的磁力线，就是同心圆，同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，即沿着片状金属401形成磁力线，当磁力线离开片状金属，进入气隙402中，即进入相对磁导率最小的空气中，仍然会选择最小的路径，通过气隙402，那么磁力线一定是和短线是一致的。那么，气隙402中形成均匀的磁力线，就是磁通，就是通常所述的磁场。

铁芯成本对比：图3为前文示出传统铁芯，尺寸为46.5mm×38mm，第一实施的尺寸就是为了兼容图3的铁芯而设计的，图3铁芯每片由0.35mm厚的构成，共十片，已按最优方式排列冲压，消耗的体积为5.245cm³，1J85坡莫合金的密度为8.75g/cm³，共消耗1J85坡莫合金材料为45.9克；而第一实施例的尺寸的材料体积是14.2×0.25×0.08＝0.284cm³，加工损耗算是10％，那么共消耗1J85坡莫合金材料为2.73克，仅为现有技术的5.95％，单价也从40元下降至2.4元，极大地节约了材料成本、加工成本。

电流传感器应用于工业用电中对电流进行测量时，由于电流中谐波极多，以 50Hz为例，目前谐波都延伸至39次谐波上，即1950Hz，50Hz至1950Hz都是人耳可闻区间，图3示出的传统铁芯因叠合的原因，很容易因抵消电流的相位差存在，而产生和谐波同频率的音频振动，而产生噪声，而本发明只使用了一条长条形的片状金属形成，抵消电流的相位差也不会产生音频振动噪声。

第二实施例

请参见图5a至5c，图5a为本发明第二实施例铁芯的主视图，图5b为左视图，图5c为俯视图，铁芯400由一条长142.2mm、宽2.5mm、厚度为0.8mm的1J85 材质的坡莫合金片状金属，经机械或其它加工成型而成；为了确保铁芯不变形，可以依设计形状用塑胶件事先成形，再放入铁芯。

如图5a至5c，一种铁芯400，至少包括一条长条形的片状金属401，至少包括一个平行气隙402，平行气隙402由片状金属的两个端头403和404的侧面相对物理平行形成，且两个端头403和404连接片状金属401的主体411的部分不相邻，同时两个端头的末端405和406不相邻，片状金属401的主体411包括一个直径44.2mm圆环以及用于连接端头的弯曲部分。

在图5a中，为了形成平行气隙402，其中，端头403这一小部分，其片状金属的中线，不是直线，是一小段曲线，是一个直径42.2mm的圆形上的一段；图的下部，端头404这一小部分，其片状金属的中线，也同样不是直线，是一小段曲线，是一个直径46.2mm的圆形上的一段；直径42.2mm的圆形和直径46.2mm 的圆形圆心重合，即在同一点上，记作圆心1；片状金属401的主体大部份落在直径44.2mm圆形上，其圆心记圆心2，圆心2与上述的圆心1重合，不重合也是可以正常工作的；端头403和端头404以圆心视角的投影，叠合长度约为3.1mm，注：测量基准线是以片状金属401的主体411的大部份落在直径44.2mm 的同心圆来测量的。为了确保本领域技术人员能良好地实施本发明的实施例，把图5a中平行气隙402附近相关部分放大，参见图5-1，其中，405和406所指的，为片状金属401的两个末端；407和408所指的，分别为端头403的两个面积大的侧面以及端头404的两个面积大的侧面，指宽度形成的侧面，而不是比宽度小得多的厚度形成的小侧面，显然，只有靠近预期形成平行气隙402的的侧面407 和侧面408参与工作，图中用实线所指，两个虚线所指的，离得远，不作为邻近的侧面；409和410所指的，即为两个端头403和404连接主体411的部分。

由于要在气隙402中形成均匀的磁场，需要气隙两侧的端头403和404物理平行，物理平行的定义是，预期形成平行气隙402对应的端头403的侧面407 上的任一点，到另一端头404的侧面408的最短距离形成的线，气隙402中，这种短线处处相等，这个线长记着线长1，其它非形成平行气隙对应的平面、曲面，离端头终点的长度在所有长条形的片状金属总长度四分之一以下的区域，称为端头区域，到另一端头的端头区域的平面、曲面的最短距离形成的线大于线长1。显然在本实施例中，这种短线的延长线都会经过前文所述的圆心1。反之，从端头 404的侧面408上的任一点，到另一端头403的侧面407的最短距离形成的短线，就是等效的。

传统的铁芯叠得很厚，只是为了获得一个能全面覆盖霍尔器件，本发明仅使用一条细长的长方形片状金属，两个端头侧面相对平行形成均匀的磁场，见图 5a中主视图，当铁芯400中间穿过一条被测导线时，被测导线中的电流产生的磁力线，就是同心圆，同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，即沿着片状金属401形成磁力线，当磁力线离开片状金属，进入气隙402中，即进入相对磁导率最小的空气中，仍然会选择最小的路径，通过气隙402，那么磁力线一定是和短线是一致的。那么，气隙402中形成均匀的磁力线，就是磁通，就是通常所述的磁场。

铁芯成本对比：图3为前文示出传统铁芯，共消耗1J85坡莫合金材料为45.9 克，单价40元；而第二实施例的尺寸的材料体积是14.22×0.25×0.08＝0.2844cm³，加工损耗算是10％，那么共消耗1J85坡莫合金材料为2.77克，仅为现有技术的 6.04％，单价也从40元下降至2.42元，极大地节约了材料成本、加工成本。

同样，本实施例只使用了一条长条形的片状金属形成，抵消电流的相位差也不会产生音频振动噪声。

第三实施例

请参见图6a至6c，图6a为本发明第三实施例铁芯的主视图，图6b为左视图，图6c为俯视图，铁芯400由一条长143.5mm、宽2.5mm、厚度为0.8mm的1J85 材质的坡莫合金片状金属，机械或其它加工成型而成；为了确保铁芯不变形，可以依设计形状用塑胶件事先成形，再放入铁芯。

如图6a至6c，一种铁芯400，至少包括一条长条形的片状金属401，至少包括一个平行气隙402，平行气隙402由片状金属的两个端头403和404的侧面相对物理平行形成，且两个端头403和404连接片状金属401的主体411的部分不相邻，同时两个端头的末端405和406不相邻，片状金属401主体411包括一个直径44.2mm圆环以及用于连接端头的弯曲部分。

在图6a中，为了形成平行气隙402，其中，端头403这一小部分，其片状金属的中线，是直线，同样端头404这一小部分，其片状金属的中线也是直线，这两个直线平行；401主体大部份落在直径44.2mm圆形上；端头403和端头404 以垂直于它们中线的方向进行投影，叠合长度约为3.1mm；为了确保本领域技术人员能良好地实施本发明的实施例，把图6a中平行气隙402附近相关部分放大，参见图6-1，其中，405和406所指的，为片状金属401的两个末端；407和408 所指的，分别为端头403的两个面积大的侧面以及端头404的两个面积大的侧面，指宽度形成的侧面，而不是比宽度小得多的厚度形成的小侧面，显然，只有靠近预期形成平行气隙402的的侧面407和侧面408参与工作，图中用实线所指，两个虚线所指的，离得远，不作为邻近的侧面；409和410所指的，即为两个端头 403和404连接主体411的部分。

由于要在气隙402中形成均匀的磁场，需要气隙两侧的端头403和404物理平行，物理平行的定义是，预期形成平行气隙402对应的端头403的侧面407 上的任一点，到另一端头404的侧面408的最短距离形成的线，气隙402中，这种短线处处相等，这个线长记着线长1，其它非形成平行气隙对应的平面、曲面，离端头终点的长度在所有长条形的片状金属总长度四分之一以下的区域，称为端头区域，到另一端头的端头区域的平面、曲面的最短距离形成的线大于线长1。反之，从端头404的侧面408上的任一点，到另一端头403的侧面407的最短距离形成的短线，就是等效的。

传统的铁芯叠得很厚，只是为了获得一个能全面覆盖霍尔器件，本发明仅使用一条细长的长方形片状金属，两个端头侧面相对平行形成均匀的磁场，见图6 中主视图，当铁芯400中间穿过一条被测导线时，被测导线中的电流产生的磁力线，就是同心圆，同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，即沿着片状金属401形成磁力线，当磁力线离开片状金属，进入气隙 402中，即进入相对磁导率最小的空气中，仍然会选择最小的路径，通过气隙402，那么磁力线一定是和短线是一致的。那么，气隙402中形成均匀的磁力线，就是磁通，就是通常所述的磁场。

铁芯成本对比：图3a、图3b为前文示出传统铁芯，共消耗1J85坡莫合金材料为45.9克，单价40元；而第三实施例的尺寸的材料体积是 14.2×0.25×0.08＝0.287cm³，加工损耗算是10％，那么共消耗1J85坡莫合金材料为2.79克，仅为现有技术的6.08％，单价也从40元下降至2.44元，极大地节约了材料成本、加工成本。

第四实施例

请参见图7a至7c，图7a为本发明第四实施例铁芯的主视图，图7b为左视图，图7c为俯视图，铁芯400由一条长139.5mm、宽3mm、厚度为1.0mm的1J22 材质的坡莫合金片状金属，经机械或其它加工成型而成；为了确保铁芯不变形，可以依设计形状用塑胶件事先成形，再放入铁芯。

如图7a至7c，一种铁芯400，至少包括一条长条形的片状金属401，至少包括一个平行气隙402，平行气隙402由片状金属的两个端头403和404的侧面相对物理平行形成，且两个端头403和404连接片状金属401的主体411的部分不相邻，同时两个端头的末端405和406不相邻，片状金属401主体411包括一个多边框体以及用于连接端头的弯曲部分。

在图7a中，为了形成平行气隙402，其中，端头403这一小部分，其片状金属的中线，是直线，同样端头404这一小部分，其片状金属的中线也是直线，这两个直线平行；片状金属401的主体411大部份落在上部为规则矩形的三边，下部为倒三角的开状上，其中有两个与竖直方向成45度的斜边。端头403和端头 404以垂直于它们中线的方向进行投影，叠合长度约为3.0mm；为了确保本领域技术人员能良好地实施本发明的实施例，把图7a中平行气隙402附近相关部分放大，参见图7-1，其中，405和406所指的，为片状金属401的两个末端；407 和408所指的，分别为端头403的两个面积大的侧面以及端头404的两个面积大的侧面，指宽度形成的侧面，而不是比宽度小得多的厚度形成的小侧面，显然，只有靠近预期形成平行气隙402的的侧面407和侧面408参与工作，图中用实线所指，两个虚线所指的，离得远，不作为邻近的侧面；409和410所指的，即为两个端头403和404连接主体411的部分。

由于要在气隙402中形成均匀的磁场，需要气隙两侧的片状金属403和404 物理平行，物理平行的定义是，预期形成平行气隙402对应的端头403的侧面 407上的任一点，到另一端头404的侧面408的最短距离形成的线，气隙402中，这种短线处处相等，这个线长记着线长1，其它非形成平行气隙对应的平面、曲面，离端头终点的长度在所有长条形的片状金属总长度四分之一以下的区域，称为端头区域，到另一端头的端头区域的平面、曲面的最短距离形成的线大于线长 1。反之，从端头404的侧面408上的任一点，到另一端头403的侧面407的最短距离形成的短线，就是等效的。

传统的铁芯叠得很厚，只是为了获得一个能全面覆盖霍尔器件，本发明仅使用一条细长的长方形片状金属，两个端头侧面相对平行形成均匀的磁场，见图 7a中主视图，当铁芯400中间穿过一条被测导线时，被测导线中的电流产生的磁力线，就是同心圆，同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即相对磁导率最大的路径，即沿着片状金属401形成磁力线，当磁力线离开片状金属，进入气隙402中，即进入相对磁导率最小的空气中，仍然会选择最小的路径，通过气隙402，那么磁力线一定是和短线是一致的。那么，气隙402中形成均匀的磁力线，就是磁通，就是通常所述的磁场。

铁芯成本对比：图3a、图3b为前文示出传统铁芯，共消耗1J22坡莫合金材料为43.0克，单价27元；而第四实施例的尺寸的材料体积是 13.95×0.3×0.1＝0.418cm³，加工损耗以10％计，那么共消耗1J85坡莫合金材料为 3.8克，仅为现有技术的8.84％，单价也从27元下降至2.39元，极大地节约了材料成本、加工成本。

同样，本实施例只使用了一条长条形的片状金属形成，由于不存在多片叠合，抵消电流的相位差也不会产生音频振动噪声，保证了使用环境的安静。

以上的第一实施例至第四实施例，均只使用了一条长条形的片状金属形成，这要使用特殊设计的骨架，特殊的绕线工艺才能形成产品，下述实施例就是解决这一问题的。

第五实施例

请参见图8a至8c，图8a为本发明第五实施例铁芯的主视图，图8b为左视图，图8c为俯视图，铁芯400由两条宽3mm、厚度为1.0mm的1J22材质的坡莫合金片状金属构成，经特殊的退火工艺处理，长分别92mm、89.5mm分别经机械或其它加工成型而成；为了确保铁芯不变形，可以依设计形状用塑胶件事先成形，再放入铁芯。

如图8a至8c，一种铁芯400，包括两条长条形的片状金属401a和401b以及一个平行气隙402，平行气隙402由片状金属的两个端头403和404的侧面相对物理平行形成，且两个端头403和404连接主体401的部分不相邻，同时两个端头的末端405和406不相邻，主体401包括片状金属401a和片状金属401b；同时包括另一个接触气隙412，气隙412由两条长条形的片状金属401a和401b 如图8a中气隙412所指的上下两侧所示，叠合在一起形成，叠合方式有多种：

(1)两片片状金属表面做过处理，涂上绝缘膜或漆，且均匀，起到防锈保护作用，那么气隙412就是非电气接触的气隙，但是绝缘膜接触在一起，这里仍叫接触气隙；

为了分析方面，设绝缘膜或漆的相对磁导率和空气一样，磁力线总是走磁阻最小的路径，即磁导率最大的路径，设片状金属的相对磁导率为u₁，气隙412 的宽度为w，气隙412相对叠合的面积为S₂，片状金属横截面积为S₁。那么，当相对叠合的面积S₂是片状金属横截面积S₁的倍数等于片状金属的相对磁导率为 u₁时，这时，叠合面积S₂、宽度为w的气隙412就等效为一段长度仍为w、横截面积为S₁的片状金属。气隙412等效为横截面积为S₁的片状金属的长度，可以用下述公式(4)得到：

参见图8-1，左边为第五实施例铁芯的主视图，右边大箭头所指的为利用公式(4)所等效的，气隙412消失后，用同样横截面积为S₁的片状金属，长度为L₁的示意图。这种等效在同一发明人的专利CN102436907B的[0112]段至[0123]段有原理相似的说明，同样在授权公告号CN102437767B的[0125]段至[0136]段有原理相似的说明；把气隙412等效为和片状金属相同横截面积的长度L₁，就是为了在设计时计算铁芯的电感量，方便设计。

从公式(4)可以看到，气隙412相对叠合的面积为S₂越大，等效的长度就越短，铁芯的电感量就越大。

在本实施例中，w为0.02mm，片状金属的相对磁导率为u₁约为8×10⁴，叠合的面积为S₂＝41.5mm×3mm＝124.5mm²，片状金属的横截面积S₁＝3mm×1mm＝3mm²，那么在图8-1的右图中，等效的413的长度 L₁＝0.02mm×8×10⁴×(3/124.5)＝38.55mm。即相当于前一实施例的图7的铁芯，原来长139.5mm，中间又加了38.55mm长的长度，其感量会下降。

(2)两片片状金属表面没有做过处理，叠合在一起形成气隙412，气隙412就是电气接触的气隙，即片状金属401a和401b之间，用万用表去测电阻，它们电气相通，仍存在接触电阻，这两片之间，没有分子间引力，这里412仍叫接触气隙；

这种方式，计算方法仍可以采用公式(4)来计算，由于电气接触，而两个面不可能做到镜面，这时气隙412的宽度w很低小，一般取其气隙中的中间值来进行计算，可以查出材料的粗糙度进行估算气隙412的宽度w。

(3)两片片状金属表面做过处理：叠合面加工成镜面，以减少气隙的宽度w，工作原理在同一发明人的专利CN103137303B的[0033]至[0036]段有说明，这里简述一下，由于叠合为镜面，其结合在一起时的气隙的面积增大很多，这部分连在一起的磁畴数量成比例地增加，由于相互叠合的面积大，其连在一起的磁畴的面积之和就接近铁芯有效横截面积的100％以上或完全达到，其承受的磁通能力和铁芯有效横截面积相同或超越，这样就相当于气隙消失完全消失。

在图8a中，为了形成平行气隙402，其中，端头403这一小部分，其片状金属的中线，是直线，同样端头404这一小部分，其片状金属的中线也是直线，这两个直线平行；401主体大部份落在上部规则矩形的三边，下部为倒三角的形状上，其中有两个与竖直方向成45度的斜边。端头403和端头404以垂直于它们中线的方向进行投影，叠合长度约为3.0mm；为了确保本领域技术人员能良好地实施本发明的实施例，把图8a中平行气隙402附近相关部分放大，仍参见图7-1，其中，405指的为片状金属401a的末端，406指的为片状金属401b的末端；407 和408所指的分别为端头403的两个面积大的侧面以及端头404的两个面积大的侧面，指宽度形成的侧面，而不是比宽度小得多的厚度形成的小侧面，显然，只有靠近预期形成平行气隙402的的侧面407和侧面408参与工作，图中用实线所指，两个虚线所指的，离得远，不作为邻近的侧面；409和410所指的，即为两个端头403和404连接主体401的部分。

传统的铁芯叠得很厚，只是为了获得一个能全面覆盖霍尔器件，本发明仅使用两条细长的长方形片状金属，两个端头侧面相对平行形成均匀的磁场，见图 8a中主视图，当铁芯400中间穿过一条被测导线时，被测导线中的电流产生的磁力线，就是同心圆，同电流类似，磁力线总是走磁阻最小的路径，即磁导率最大的路径，即沿着片状金属401a、401b形成磁力线，当磁力线离开片状金属，进入气隙402中，即进入磁导率最小的空气中，仍然会选择最小的路径，通过气隙402，那么磁力线一定是和短线是一致的。那么，气隙402中形成均匀的磁力线，就是磁通，就是通常所述的磁场。

铁芯成本对比：图3a、图6b为前文示出传统铁芯，共消耗1J22坡莫合金材料为43.0克，单价27元；而第五实施例的尺寸的材料体积是 (9.2+8.95)×0.3×0.1＝0.5445cm³，加工损耗以10％计，那么共消耗1J85坡莫合金材料为5.0克，仅为现有技术的11.6％，单价也从27元下降至3.12元，极大地节约了材料成本、加工成本。

同样，本实施例只使用了两条长条形的片状金属形成，由于不存在多片叠合，只是两片叠合，容易夹紧，抵消电流的相位差也不会产生音频振动噪声，保证了使用环境的安静。

第一实施例至第四实施例，均可采用第五实施的方式，把一长片状金属，换为两条，甚至三条，采用叠合的方式来消除或降低叠合产生的气隙带来的影响，同样实现发明目的，下面给出其他的实施方式，如图9所示，这是第五实施例的改进，增加了折边，更方便加工，叠合到一起的外形与第五实施例中的铁芯几乎一致，工作原理也相同，这里不再赘述。

以上都是极为节约材料的实施例，像图10示出的实施方式，也符合技术方案的要求，村料方面，比传统的铁芯仍节约很多，但与第一至第五实施例以及图 9的方案比较，材料浪费较大。

Claims

1.一种铁芯，至少包括一条长条形的片状金属，其特征在于，还至少包括一个平行气隙，所述平行气隙由片状金属的两个端头邻近的侧面相对物理平行形成，且两个所述端头连接主体的部分不相邻，同时两个所述端头的末端不相邻。

2.根据权利要求1所述铁芯，其特征在于，两个端头分别来自两条长条形的片状金属，两条长条形的片状金属在其它非平行气隙的区域，部分叠合在一起。

3.一种铁芯，其特征在于，所述铁芯具有主体、第一端头以及第二端头，所述第一端头自所述主体的一端向第一方向延伸形成，所述第二端头自所述主体的另一端向与所述第一方向相反的第二方向延伸形成，所述第一端头和所述第二端头相互平行且之间形成气隙。

4.根据权利要求3所述铁芯，其特征在于，所述主体具有本体、自所述本体一端弯折延伸形成的第一弯折部以及自所述本体的另一端弯折延伸形成的第二弯折部，所述第一弯折部连接所述第一端头，所述第二弯折部连接所述第二端头，且所述第一弯折部弯折的方向和所述第二弯折部弯折的方向相反。

5.根据权利要求4所述铁芯，其特征在于，所述本体是圆环，所述第一弯折部自所述圆环的一端向靠近所述圆环对应的圆的中心方向弯折延伸形成；所述第二弯折部自所述圆环的另一端向远离所述圆环对应的圆的中心方向弯折延伸形成。

6.根据权利要求3所述铁芯，其特征在于，所述第一端头和所述第二端头的中线分别为曲线，所述第一端头和所述第二端头分别为直径不同的圆上的一段。

7.根据权利要求6所述铁芯，其特征在于，所述第一端头所处的圆和所述第二端头所处的圆的圆心重合。

8.根据权利要求3所述铁芯，其特征在于，所述第一端头和所述第二端头的中线分别是直线。

9.根据权利要求3所述铁芯，其特征在于，所述铁芯由长条形的片状金属弯折形成，且所述片状金属为单层结构。