[发明专利]一种R型开口铁芯及其在霍尔电流传感器中的应用

说明书

本发明提供一种R型开口铁芯及其在霍尔电流传感器中的应用。所述铁芯由一个长条形的金属片由内至外卷绕成形，并在其非绕线圈的侧边位置切割出一个开口气隙，所述铁芯的导磁截面为圆形；所述金属片包括多个首尾相连的分段，所述金属片各处厚度均等且宽度从中间向两端逐段减小，同一分段内各处宽度均等，在相邻分段间设有宽度渐变的过渡连接段，其中，中间分段的宽度与铁芯导磁截面的直径相等，而关于中间分段位置对称的两个分段的宽度相等，各分段的长度设置为可在在先卷绕的基础上继续完整卷绕一周。将上述铁芯用于霍尔电流传感器中，可实现漏磁极小、磁阻低、铁损小、线圈内阻最小的目标，进而提高传感器的准确度及性能。

技术领域

本发明涉及霍尔电流传感器技术领域，特别地，涉及一种R型开口铁芯及其在霍尔电流传感器中的应用。

背景技术

霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应、并由半导体材料制作的电-磁-电转换器件。霍尔电流传感器可实现原边(主回路)与次边(次回路)之间的隔离和信号变换，进而实现对工况电路中的强电流以及大电流的检测与监视，并输出一定比列关系的弱电信号或其它通信信号，以满足上位级控制和保护系统的数据采集。

现有技术中的霍尔电流传感器大多采用C型(环形)或U型的传统铁芯，在性能、结构和制造工艺上均存在不尽人意之处，主要包括如下缺陷：

1、C型铁芯

当被测电流流过铜排(即汇流排)汇时，按照右手螺旋定则，沿铜排电流方向环绕产生磁场，而根据仪器检测与实验分析，发现在铜排汇流截面的宽边侧(上下两道宽边侧)中间区域分布的磁感应强度最大，即磁力线最密集；而窄边侧分布的磁感应强度相对较小。

因此，当C型铁芯配合铜排使用时，铜排汇流截面的四个角距铁芯及线圈最近，而两个宽边距铁芯及线圈最远，在被测电流经过原边汇流铜排时，铁芯及线圈周围不能获得均匀磁场，即C型铁芯不能精准的聚集铜排周边的磁场。

此外，C型铁芯因自身结构特点存在次边补偿线圈绕制不平衡的问题，线圈中相邻两匝间的距离位于环内一侧的较近而位于环外一侧的较远，因此线圈出现环内排布较为密集而环外排布较为稀散的现象，当补偿电流通过时，铁芯内环聚集的磁密大于外环，造成磁场从铁芯内环中心漏损。

2、U型铁芯

U型铁芯在使用时两两开口相对，使得铁芯磁路内存在接缝面，且接缝面与磁感线垂直，形成断磁层，即磁通在空隙处的磁通密度明显降低，产生了漏磁及磁阻且导磁磁场分布不均匀。此外，受环境温度影响，铁芯出现热胀冷缩导致空隙大小产生变化，造成漏磁量的不稳定以及传感器的温度漂移。

3、现有铁芯的导磁截面呈矩形，因此在铁芯上缠绕一匝线圈所耗费的铜线长度相对较长，线圈的阻值较大，致使传感器输出功耗大、驱动能力弱，同时局限了后级控制系统或信号采集装置的匹配性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减少漏磁、降低磁阻、缩短同匝数下线圈长度的技术方案，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种R型开口铁芯，所述铁芯由一个长条形的金属片由内至外卷绕成形，并在其非绕线圈的侧边位置切割出一个开口气隙，所述铁芯的导磁截面为圆形；

所述金属片包括多个首尾相连的分段，所述金属片各处厚度均等且宽度从中间向两端逐段减小，同一分段内各处宽度均等，在相邻分段间设有宽度渐变的过渡连接段，其中，中间分段的宽度与铁芯导磁截面的直径相等，而关于中间分段位置对称的两个分段的宽度相等，各分段的长度设置为可在在先卷绕的基础上继续完整卷绕一周。

所有分段的总数为奇数，其中一个为中间分段，位于金属片的最中心位置，在中间分段的两侧则各设置剩余一半数量的分段。

优选地，所述开口气隙位于其所在侧边的正中间，所述铁芯关于开口气隙的中心导磁截面对称。