CN202711934U - 全pcb安装式高精度闭环型霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件 - Google Patents

全pcb安装式高精度闭环型霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件领域，公开了一种全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，包括两个骨架和一个磁芯及线圈绕组。骨架分别为内骨架和外骨架，内骨架上绕制有次级线圈绕组，外骨架上绕制有初级线圈绕组，内骨架与外骨架对插反锁，骨架上设置有磁芯插槽和插孔；磁芯包括不同冲片宽度多层铆冲磁片对插而成，磁芯为轴对称磁路结构，单一气隙位于对称轴上靠近磁芯的末端；磁芯安装在骨架上的磁芯插槽和插孔内；内外骨架上的线圈绕组位于磁芯对称轴上；气隙内设置有霍尔元件；磁芯线圈组件安装在传感器印制线路板上；本实用新型的有益效果为结构简单、安装方便、精度更高。

Description

全PCB安装式高精度闭环型霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件
技术领域
本实用新型涉及电流传感器用磁芯线圈组件领域， 尤其涉及一种全PCB安装式高精度闭环型霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件。
背景技术
电流传感器是一种应用十分广泛的电子组件,它被广泛应用于各种变流技术、交流数控装置等以电流作为控制对象的自控领域中。
    对电流的非接触测量和监控方法很多,霍尔电流传感器因其优异的性价比被广泛应用而形成产业化；而全PCB安装式霍尔电流传感器一般用于50A以下电流的测量和监控。霍尔电流传感器通常有开环、闭环两种工作模式, 两种模式的全PCB安装式电流传感器一般都采用单气隙、单一的冲片叠层环形磁路结构（见图一），这种磁路结构的电流传感器存在以下问题：
一、全PCB安装式开环型霍尔电流传感器因电流安匝数小，为增加电流安匝数，初级必须绕多匝，即在单气隙、单一冲片叠层环形磁芯上绕制多匝线圈；为确保传感器输出幅度，则电路放大倍数大，传感器的零点、幅度反复调试，使得开环型霍尔电流传感器生产效率太低，无法实现高效批量生产。且这种电流传感器的磁路结构决定其磁芯剩磁太大（见图二），严重影响小电流测量精度，在其测量范围为3倍额定电流，精度最好为1.5%FS，小信号带宽亦只能做到0-50KHZ。
二、全PCB安装式闭环型霍尔电流传感器虽然用冲片叠层对插环形磁芯结构及初、次级线圈分别绕制实现批量生产，但其初级粗线圈的引出端不易精确安装固定，影响批量生产效率；且冲片叠层对插环形磁芯的截面为方形，再加上护套，线圈路径长，内阻大，传感器的线性测量范围小，抗饱和能力差；为减小线圈内阻，加粗线径，既增大传感器的体积和重量，不利于传感器小型化，又消耗更多铜材，使传感器成本增加，这种结构没有从根本上解决磁芯的剩磁问题，特别是许多控制系统在时间上传感器供电电源落后于被监控电流，即先有监控电流而后加传感器供电电源。在这种情况下磁芯的剩磁问题更为突出，且随着时间推移磁芯的剩磁在积累增加（见图二），在其测量范围为2倍额定电流，精度最好为1.0%FS，-3db带宽为0-100KHZ。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、安装方便、精度更高的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件。
本实用新型的完整技术方案是，一种新型轴对称磁路磁芯线圈组件，包括两个骨架和一个磁芯及线圈绕组，所述骨架分别为内骨架和外骨架，所述内骨架上绕制有次级线圈绕组，所述外骨架上绕制有初级线圈绕组，所述内骨架与外骨架对插反锁，所述骨架上设置有磁芯插槽和插孔；
所述磁芯包括不同冲片宽度多层铆冲磁片对插而成，所述磁芯为轴对称磁路结构，单一气隙位于对称轴上靠近磁芯的末端；所述磁芯安装在骨架上的磁芯插槽和插孔内；所述气隙内设置有霍尔元件；
所述内外骨架上的线圈绕组位于磁芯对称轴上；
所述磁芯线圈组件安装在传感器印制线路板上。
所述磁芯对插部分中心处留有固定接地针孔，所述固定接地针孔内设置有一根引针，所述引针穿过磁芯接地针孔与印制线路板上地线相接。
所述冲片多层对插结构磁芯的层数为单数（7，9，11…）。
所述磁芯最上面和最下面的一层轴心磁片宽度小于中间层轴心磁片宽度。
所述内骨架上的磁芯插孔为带倒角的磁芯插孔，所述内骨架倒角尺寸与磁芯轴心磁片的上磁片与中间磁片形成的角度相对应；所述外骨架倒角尺寸与所述内骨架倒角尺寸相配。
所述内骨架靠近末端开有与所述霍尔元件尺寸相配并与对称轴磁芯气隙相通的插槽及留有次级线圈端头引针安装槽孔。
所述外骨架的末端挡板上端开有不同尺寸的初级绕组端头固定凹槽孔及下端留有外骨架固定引针安装槽孔，所述外壳盖板上的凸柱与所述外骨架上的固定凹槽孔紧密配合。所述外骨架上的磁芯插槽带磁芯接地线隔离板。
所述内外骨架和外壳及盖板均采用聚苯硫醚（PPS）耐高温塑料注塑而成。
由上可见，本实用新型与现在技术相比有如下有益效果：
1、本实用新型的轴对称磁路结构且单一气隙位于对称轴上抵消了磁芯剩磁和电磁干扰的影响，使电流传感器的精度和抗干扰的能力得到大幅度提高，小电流测量精度达到0.2%FS以内。
2、以不同冲片宽度多层对插的磁芯和带倒角骨架相配，使得在次级绕线区域内在相同线径、相同匝数条件下，线圈路径短、内阻小、传感器线性测量范围大；以分别绕制次、初级绕组的内外骨架对插反锁结构形成最佳电磁隔离和耦合；与申请人的另一专利申请有关的电子线路配套使用，使传感器的测量范围达到3倍额定电流，响应时间小于1.0uS，-3db带宽达到0-100KHZ以上。
3、以外骨架的初级线圈端头安装固定凹槽孔与外壳盖板凸柱紧密配合及带磁芯接地线隔离板的防爬电结构提高绝缘强度，绝缘电压达到5KV以上。
 4、结构简单，制造方便。骨架用注塑模具大批量生产；以内外骨架对插反锁和带初次级线圈端头安装固定槽孔的骨架结构实现初次级线圈预制加工组装成一整体，初次级线圈端头安装牢固、方便。
5、霍尔元件安装在气隙槽中，能保证霍尔元件敏感中心始终位于磁芯气隙几何中心位置上，安装的一致性好，从而保证了传感器的性能一致性。
6、与线路印制板连接方便且体积小。初次级线圈可根据额定电流的大小预先定制加工；初级绕组端头浸锡后穿过骨架上初级固定孔；次级绕组两端头分别均匀缠绕在压入骨架上次级端头固定槽孔的引针上，浸锡后内外骨架对插并反锁，安装好磁芯，这样组成整体式结构的磁芯线圈组件，可把它作为一个带引脚的电子元器件安装在传感器线路板上，与SMD混合工艺实现自动化大批量生产，同时实现电流传感器微型化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
图1为单环路磁芯磁场分布；
图2为单环路磁芯剩余磁场分布；
图3为轴对称环路磁芯磁场分布；
图4为轴对称环路磁芯剩余磁场分布。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
实施例1：
本实施例一种全PCB安装式闭环型霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，包括两个骨架和一个磁芯及线圈绕组，所述骨架分别为内骨架和外骨架，所述内骨架上绕制有次级线圈绕组，所述外骨架上绕制有初级线圈绕组，所述内骨架与外骨架对插反锁，所述骨架上设置有磁芯插槽和插孔；磁芯用不同冲片宽度多层铆冲磁片对插而成，冲片多层对插结构磁芯的层数一般采用单数，如7、9、11层等，以确保多层对插轴对称磁路结构的磁芯的磁路完全对称，本实施例为7层，磁芯为对称磁路结构，单一气隙位于对称轴上靠近磁芯的末端，磁芯设置在磁芯插孔内，磁芯对插部分中心处留有固定接地针孔，固定接地针孔内设置有一根引针，引针穿过磁芯接地针孔与印制线路板上地线相接，气隙内设置有霍尔元件；为使磁芯体积最小化，必须使次级绕线区域最小，磁芯最上面和最下面的一层轴心磁片宽度小于中间层轴心磁片宽度，骨架上的磁芯插孔为带倒角的磁芯插孔，内骨架倒角尺寸与磁芯轴心磁片的上磁片与中间磁片形成的角度相对应；外骨架倒角尺寸与内骨架倒角尺寸相配；内骨架靠近末端开有与霍尔元件尺寸相配并与对称轴磁芯气隙相通的插槽及留有次级线圈端头引针安装槽孔；外骨架的末端挡板上端开有不同尺寸的初级绕组端头固定凹槽孔及下端留有外骨架固定引针安装槽孔，外壳盖板上的凸柱与外骨架上的固定凹槽孔紧密配合，外骨架上的磁芯插槽带磁芯接地线隔离板的防爬电结构提高了绝缘强度；为了使磁芯线圈组件及传感器达到二次回流焊、波峰焊等自动焊接工艺要求，内外骨架、实现传感器整体空封的外壳及盖板等均采用聚苯硫醚（PPS）耐高温塑料注塑完成。
由上可见，本实用新型的轴对称磁路结构且单一气隙位于对称轴上抵消了磁芯剩磁和电磁干扰的影响，使电流传感器的精度和抗干扰的能力得到大幅度提高，小电流测量精度达到0.2%FS以内。
 以不同冲片宽度多层对插的磁芯和带倒角骨架相配，使得在次级绕线区域内在相同线径、相同匝数条件下，线圈路径短、内阻小、传感器线性测量范围大；以分别绕制次、初级绕组的内外骨架对插反锁结构形成最佳电磁隔离和耦合；与申请人的另一专利申请有关的电子线路配套使用，使传感器的测量范围达到3倍额定电流，响应时间小于1.0uS，-3db带宽达到0-100KHZ以上。
以外骨架的初级线圈端头安装固定凹槽孔与外壳盖板凸柱紧密配合及带磁芯接地线隔离板的防爬电结构提高绝缘强度，绝缘电压达到5KV以上。
结构简单，制造方便。骨架用注塑模具大批量生产；以内外骨架对插反锁和带初次级线圈端头安装固定槽孔的骨架结构实现初次级线圈预制加工组装成一整体，初次级线圈端头安装牢固、方便。
霍尔元件安装在气隙槽中，能保证霍尔元件敏感中心始终位于磁芯气隙几何中心位置上，安装的一致性好，从而保证了传感器的性能一致性。
与线路印制板连接方便且体积小。初次级线圈可根据额定电流的大小预先定制加工；初级绕组端头浸锡后穿过骨架上初级固定孔；次级绕组两端头分别均匀缠绕在压入骨架上次级端头固定槽孔的引针上，浸锡后内外骨架对插并反锁，安装好磁芯，这样组成整体式结构的磁芯线圈组件，可把它作为一个带引脚的电子元器件安装在传感器线路板上，与SMD混合工艺实现自动化大批量生产，同时实现电流传感器微型化。
以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，包括两个骨架和一个磁芯及线圈绕组，所述骨架分别为内骨架和外骨架，所述内骨架上绕制有次级线圈绕组，所述外骨架上绕制有初级线圈绕组，所述内骨架与外骨架对插反锁，所述骨架上设置有磁芯插槽和插孔；
所述磁芯包括不同冲片宽度多层铆冲磁片对插而成，所述磁芯为轴对称磁路结构，单一气隙位于对称轴上靠近磁芯的末端；所述磁芯安装在骨架上的磁芯插槽和插孔内；所述气隙内设置有霍尔元件；
所述内外骨架上的线圈绕组位于磁芯对称轴上；
所述磁芯线圈组件安装在传感器印制线路板上。
2.根据权利要求1所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述磁芯对插部分中心处留有固定接地针孔，所述固定接地针孔内设置有一根引针，所述引针穿过磁芯接地针孔与印制线路板上地线相接。
3.根据权利要求1所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述冲片多层对插结构磁芯的层数为单数（7，9，11…）。
4.根据权利要求1所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述磁芯最上面和最下面的一层轴心磁片宽度小于中间层轴心磁片宽度。
5.根据权利要求5所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述内骨架上的磁芯插孔为带倒角的磁芯插孔，所述内骨架倒角尺寸与磁芯轴心磁片的上磁片与中间磁片形成的角度相对应；所述外骨架倒角尺寸与所述内骨架倒角尺寸相配。
6.根据权利要求1所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述内骨架靠近末端开有与所述霍尔元件尺寸相配并与对称轴磁芯气隙相通的插槽及留有次级线圈端头引针安装槽孔。
7.根据权利要求1所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征在于，所述外骨架的末端挡板上端开有不同尺寸的初级绕组端头固定凹槽孔及下端留有外骨架固定引针安装槽孔，所述外壳盖板上的凸柱与所述外骨架上的固定凹槽孔紧密配合。
8.所述外骨架上的磁芯插槽带磁芯接地线隔离板。
9.根据权利要求8所述的全PCB安装式高精度闭环霍尔电流传感器用轴对称磁路磁芯线圈组件，其特征是，所述内外骨架和外壳及盖板均采用聚苯硫醚（PPS）耐高温塑料注塑而成。
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Assignee: Nanjing tuoken Electronic Technology Co., Ltd.

Assignor: Zou Gaozhi

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Denomination of utility model: High-precision whole PCB-mounted closed-loop axisymmetric magnetic circuit magnetic core coil component for hall current sensor

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