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電流傳感器磁環：一種電流傳感器用聚磁環的制作方法

本發明屬于電流傳感器技術領域。
背景技術：
近年來，隨著人們對新能源汽車用電動機、太陽能和風能發電逆變器的工作穩定性的要求不斷提高，電流傳感器被廣泛應用于新能源、智能交通、工業控制、智能家電以及智能電網等領域的測量。非接觸式電流傳感器主要用于大電流的測量，該類型電流傳感器的工作原理為：原邊電流產生的磁場由聚磁環所收集，置于聚磁環中的霍爾元件對該磁場進行采集，產生一個與原邊磁場等比例的霍爾電壓，通過測量該霍爾電壓的大小，就可實現對原邊電流的隔離檢測。
目前，電流傳感器的類型包括：霍爾、拾波線圈和磁通門電流傳感器等。其中，霍爾電流傳感器以工作功耗低，被測電流類型無限制，通過電磁隔離的形式輸出電壓或電流信號，輸出精度高、響應速度快、溫漂小等優點，在上述領域得到了廣泛的應用。
為降低外部磁場的影響，在霍爾電流傳感器的設計中，絕大多數設計都是將霍爾元件放置在聚磁環的氣隙位置。因此，聚磁環的制作顯得至關重要，其生產效率直接決定了電流傳感器產品的制造成本。
然而，市場上銷售的閉環電流傳感器所使用的聚磁環主要由帶全開口的單一鐵芯和次級線圈組成。該種聚磁環在測量直流電流時均能滿足應用，但是上述電流傳感器中的聚磁環往往尺寸較大，使得電流傳感器的體積較大、重量較重；另一方面，作為磁芯的聚磁環的價格往往較高，使得電流傳感器的制作成本較高。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有電流傳感器中的聚磁環尺寸大，成本高的問題，提出了一種電流傳感器用聚磁環。
本發明所述的一種電流傳感器用聚磁環，包括四組開有氣隙的圓環形磁環，所述四個圓形磁環結構和尺寸均相同，圓形磁環包括單晶硅材料磁環主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍設在單晶硅材料磁環主體的外側，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環主體的寬度；
四個圓形磁環通過鍵合工藝由上到下依次組合成一體結構；所述一體結構中四個圓形磁環的氣隙位置均相對應。
進一步地，圓環形磁環的氣隙為在圓環形磁環的側壁開設的矩形口，所述矩形口的長度貫穿圓環形磁環的上、下兩端。
進一步地，軟鐵材料層的寬度大于二分之一的單晶硅材料磁環主體的寬度。
進一步地，圓環形磁環的內徑的范圍為2.4mm到2.6mm。
進一步地，圓環形磁環的外徑的范圍為7.4mm到7.6mm。
進一步地，軟鐵材料層的厚度為1.3μm到1.7μm。
進一步地，單晶硅材料磁環主體側壁的厚度為395μm到405μm。
進一步地，圓環形磁環氣隙的寬度為2mm。
本發明的霍爾電流傳感器用于范圍在±65a以內的電流，屬于中小功率范疇，所以采用圓形結構，開口數為一個，當霍爾元件全部放入磁環開口氣隙內時，通過霍爾元件的磁場為均勻磁場。因此，在設計磁環時，應控制磁環厚度及開口尺寸。根據霍爾電流傳感器電路設計中所確定的霍爾元件的外形，可以確定開口氣隙的合理尺寸為2mm。硅-軟鐵材料有著較高的飽和磁感應強度、較小的磁芯損耗和相對低廉的成本。此外，作為ic技術和mems技術中最常用的材料，采用硅-軟鐵材料制作聚磁環，可以有效減小聚磁環的尺寸及重量，且可以將誤差控制在10μm以內，遠高于常規的機械加工，使聚磁環具有良好的一致性。且本發明通過微加工工藝制作，結構設計簡潔，解決了電流傳感器體積較大、重量較重的問題，有效的降低電流傳感器聚磁環的生產成本。
附圖說明
圖1是本發明所述電流傳感器用新型聚磁環的俯視圖；
圖2是本發明所述電流傳感器用新型聚磁環的側視圖。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成相應技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。本技術實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
具體實施方式一：下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述電流傳感器用新型聚磁環，包括四組開有氣隙的圓環形磁環，所述四個圓形磁環結構和尺寸均相同，圓形磁環包括單晶硅材料磁環主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍設在單晶硅材料磁環主體的外側，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環主體的寬度；
四個圓形磁環通過鍵合工藝由上到下依次組合成一體結構；所述一體結構中四個圓形磁環的氣隙位置均相對應。
本發明電流傳感器用新型聚磁環，通過微加工工藝制作，結構設計簡潔，解決了電流傳感器體積較大、重量較重的問題，可有效降低電流傳感器聚磁環的生產成本。
具體實施方式二：下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，圓環形磁環的氣隙為在圓環形磁環的側壁開設的矩形口，所述矩形口的長度貫穿圓環形磁環的上、下兩端。
具體實施方式三：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，軟鐵材料層的寬度大于二分之一的單晶硅材料磁環主體的寬度。
具體實施方式四：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，圓環形磁環的內徑的范圍為2.4mm到2.6mm。
具體實施方式五：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，圓環形磁環的外徑的范圍為7.4mm到7.6mm。
具體實施方式六：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，軟鐵材料層的厚度為1.3μm到1.7μm。
具體實施方式七：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，單晶硅材料磁環主體側壁的厚度為395μm到405μm。
具體實施方式八：本實施方式對實施方式一或二所述的一種電流傳感器用聚磁環作進一步說明，圓環形磁環氣隙的寬度為2mm。
本發明所述的聚磁環呈圓型結構，開口氣隙是指在沿聚磁環的截面方向切割掉一部分，從而形成開口氣隙。
本發明所述的聚磁環的制作方式為：在單晶硅片上蒸鍍軟鐵，通過光刻、濕法腐蝕、干法刻蝕、劃片等微加工工藝制作出符合要求的圓環結構。將每四組圓環疊加，通過鍵合工藝得到所需的新型聚磁環。
雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
技術特征：
技術總結
一種電流傳感器用聚磁環，屬于電流傳感器技術領域。本發明解決了現有電流傳感器中的聚磁環尺寸大，成本高的問題。本發明包括四組開有氣隙的圓環形磁環，所述四個圓形磁環結構和尺寸均相同，圓形磁環包括單晶硅材料磁環主體和軟鐵材料層，所述軟鐵材料層鍍設在單晶硅材料磁環主體的外側，所述軟鐵材料層的寬度小于單晶硅材料磁環主體的寬度；四個圓形磁環通過鍵合工藝由上到下依次組合成一體結構；所述一體結構中四個圓形磁環的氣隙位置均相對應。本發明適用于作為電流傳感器的聚磁環使用。
技術研發人員：宋爾冬;畢佳宇;王輝;張松;孫立凱
受保護的技術使用者：中國電子科技集團公司第四十九研究所
技術研發日：2018.12.14
技術公布日：2019.04.16

電流傳感器磁環：霍爾電流傳感器及其磁環、實現霍爾電流傳感器用于測量大電流的方法

摘要：

本發明涉及電流檢測器件,尤其涉及霍爾電流傳感器件.本發明提出一種磁環,該磁環是由一導磁材料制成的環狀芯體,該磁環具有一個間距為Lg的徑向的空隙開口,該空隙開口處被切除一部分,而使磁環空隙開口處切除剩余面的高度d小于磁環的磁環外徑R和磁環內徑r差值.本發明還提出一種具有上述磁環的霍爾電流傳感器.以及本發明還提出一種實現霍爾電流傳感器用于測量大電流的方法.本發明改進的霍爾電流傳感器及其磁環,從而可以獲得更大的有效測量范圍,用于電流檢測領域.

展開

電流傳感器磁環：霍爾電流傳感器磁芯作用有哪些？選用什么材質？

　　霍爾電流傳感器主要是為了檢測電流，它的磁芯一般都是用硅鋼制作的，為的就是更好的保護電路。那么霍爾電流傳感器磁芯作用有哪些？選用什么材質？傳感器專家網就帶大家一起來了解一下。
資料圖
　　霍爾電流傳感器磁芯的作用
　　一、什么是霍爾電流傳感器？
　　霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據霍爾效應原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向（即霍爾輸出端之間），將產生一個電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控制電流I。與磁感應強度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數，由霍爾元件的材料決定；I。為控制電流；B為磁感應強度；VH為霍爾電勢。
　　二、霍爾電流傳感器磁芯材質選用？
　　一般的電流傳感器都是用硅鋼磁芯，或者坡莫合金的比較多，主要是開環電流傳感器，比較高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要還是應用場合有區別。
資料圖
　　三、霍爾電流傳感器磁芯作用
　　霍爾效應傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數。針對霍爾效應傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，采用補償電路進行控制，有效地減少了溫度對測量精度的影響，確保測量準確；具有精度高、安裝方便、售價低的特點。
　　霍爾效應傳感器廣泛應用于變頻調速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數控機床、電解電鍍、微機監測、電網監測等需要隔離檢測電流電壓的設施中。
　　霍爾電流傳感器的磁芯，可以檢測波形的電流，這樣就可以控制電路，從而實現精準性的檢測。
 

電流傳感器磁環：霍爾電流傳感器磁芯材質選用？

一般的電流傳感器都是用硅鋼磁芯，或者坡莫合金的比較多，主要是開環電流傳感器，因為受市場的成本影響，這個你可以參照JKC1I 電流傳感器的設計標準
比較高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要還是應用場合有區別，這個你可以參照 JCC26I 電流傳感器的設計標準

硅鋼的Bs較大，在大電流上不容易飽和，但小電流時信號不靈敏，成本低；
坡莫合金小電流時可感應，但Bs低，易飽和，現在采用這材料的逐漸少，成本高；
納米晶在小電流時也可感應靈敏，過電流較坡莫合金大，價格適中。
當然，過電流大小和開氣隙、所采用的霍爾片有關，上面就單從材料特性方面分析。
我就專業生產切割開口、氣隙納米晶、硅鋼、坡莫合金磁環鐵芯，目前供國內不少一線廠商用。還有新能源汽車電機控制器廠家直接用我鐵芯做霍爾電流傳感器的 [他們為了省成本，自己做霍爾傳感器] 。