一種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于電子領(lǐng)域，公開(kāi)了一種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，結(jié)構(gòu)所述的鐵氧體圓環(huán)鐵芯的形狀為圓形或橢圓形，并且鐵氧體圓環(huán)鐵芯上帶有缺口，缺口形成氣隙，在缺口中插入霍爾傳感器。所述的外殼為空心結(jié)構(gòu)，包括底座和中心帶有圓形孔或方形孔的鐵芯固定槽，鐵氧體圓環(huán)鐵芯固定在鐵芯固定槽內(nèi)。這種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器最大使用頻率達(dá)到2MHz，完全適應(yīng)傳感器的高頻化使用要求；且原材料價(jià)格便宜，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子領(lǐng)域，涉及磁場(chǎng)傳感器，具體為一種霍爾電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器，一般分為開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式兩種，可廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速、蓄電池檢測(cè)、光伏逆變器、光伏匯流箱、變頻器、電焊機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)檢測(cè)、焊機(jī)電源、無(wú)功補(bǔ)償、電動(dòng)汽車(chē)、伺服電機(jī)、不間斷電源UPS、逆變電源等各個(gè)領(lǐng)域中。由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。
[0003]霍爾電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。霍爾電流傳感器工作原理如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器元件插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。
[0004]而作為霍爾電流傳感器用鐵芯材質(zhì)要求(I)磁導(dǎo)率高以便快速聚磁；(2)溫度系數(shù)越小越好；(3)磁滯系數(shù)要高。鑒于以上要求，霍爾電流傳感器用鐵芯材質(zhì)一般選用坡莫合金。坡莫合金的特點(diǎn)是指鎳含量為35%-90%并含有少量其它合金元素的高磁導(dǎo)率鎳鐵合金，在弱磁場(chǎng)下有較高的導(dǎo)磁率和低的矯頑力(He)而著稱(chēng),它的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs) —般在0.6-1.0T之間。
[0005]霍爾電流傳感器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn):
[0006]I)高靈敏度，被檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度越來(lái)越弱，這就要傳感器靈敏度得到極大提高。
[0007]2)更小的溫度穩(wěn)定性，更多的應(yīng)用領(lǐng)域要求傳感器的工作環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷，這就要求磁傳感器必須具有很好的溫度穩(wěn)定性，行業(yè)應(yīng)用包括汽車(chē)電子行業(yè)。
[0008]3)更高的抗干擾性，很多領(lǐng)域如汽車(chē)電子、水表等，傳感器的使用環(huán)境沒(méi)有任何屏蔽，就要求傳感器本身具有很好的抗干擾性。
[0009]4 )小型化、集成化、智能化，要想做到以上需求,這就需要芯片級(jí)的集成,模塊級(jí)集成，產(chǎn)品級(jí)集成。
[0010]5)低損耗，很多領(lǐng)域要求傳感器本身的功耗極低，得以延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。
[0011]6)高頻特性，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，要求傳感器的工作頻率越來(lái)越高，應(yīng)用領(lǐng)域包括水表、汽車(chē)電子行業(yè)、信息記錄行業(yè)。
[0012]7)低成本，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)傳感器廠商較多，主要生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品為主,競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格戰(zhàn)愈演愈烈，低成本更是生產(chǎn)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品企業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)。
[0013]由于霍爾傳感器高頻化、低損耗、低成本的發(fā)展趨勢(shì)，限制了坡莫合金使用領(lǐng)域，其存在以下兩個(gè)劣勢(shì):
[0014](I)使用頻率低，難于適應(yīng)高頻化的要求。
[0015]坡莫合金由于受到其制造工藝限制，一般只能軋制成0.02-0.2mm厚度,0.2mm厚度只能用于50Hz，更薄的可以運(yùn)用到工頻和中頻，最大使用頻率最大也只能ΙΟΟΚΗζ。如使用到高頻，坡莫合金的劣勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)，由于其電阻率低，損耗明顯增加，限制了坡莫合金在高頻范圍的使用領(lǐng)域。
[0016]坡莫合金的生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜。例如，板材軋制的工藝、退火溫度、時(shí)間、退火后的冷卻快慢等都對(duì)材料最終的磁性能有很大影響。
[0017](2)價(jià)格昂貴
[0018]坡莫合金的特點(diǎn)是在弱磁場(chǎng)下有較高的導(dǎo)磁率，這一特性超過(guò)普通硅鐵鐵芯甚至鐵氧體磁芯。但制造坡莫合金原材料之一鎳是稀有金屬，價(jià)格昂貴，加之工藝復(fù)雜繁多，所以坡莫合金鐵芯價(jià)格非常昂貴，一般只應(yīng)用在小信號(hào)放大回路或特殊產(chǎn)品中及汽車(chē)等高檔消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)，一般低端消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品難于涉足。
[0019]而且，為了提高霍爾電流傳感器的測(cè)量精度，需要將待測(cè)的導(dǎo)線在傳感器上多繞幾圈，通常使用繞線器來(lái)操作，將霍爾電流傳感器固定在繞線器上。繞線器的
實(shí)用新型內(nèi)容
[0020]本實(shí)用新型旨在提供一種霍爾電流傳感器，用降低成本，使用高頻化和低成本的鐵氧體圓環(huán)鐵芯并改進(jìn)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)傳感器市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。
[0021]—種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，結(jié)構(gòu)包括外殼及包裹于外殼內(nèi)的鐵氧體圓環(huán)鐵芯；
[0022]所述的鐵氧體圓環(huán)鐵芯的形狀為圓形或橢圓形，并且鐵氧體圓環(huán)鐵芯上帶有缺口，缺口形成氣隙，在缺口中插入霍爾傳感器。所述的外殼為空心結(jié)構(gòu)，包括底座和中心帶有圓形孔或方形孔的鐵芯固定槽，鐵氧體圓環(huán)鐵芯固定在鐵芯固定槽內(nèi)。
[0023]優(yōu)選的，在底座的下部設(shè)置固定板，固定板上開(kāi)設(shè)安裝孔；底座下部開(kāi)設(shè)橫向的滑動(dòng)槽，固定板插在滑動(dòng)槽內(nèi)。優(yōu)選的，滑動(dòng)槽的深度為固定板長(zhǎng)度的1/2?3/4。
[0024]鐵氧體圓環(huán)鐵芯的材料通過(guò)以下方法制備:將包括Fe20367%?72%、Mn3O416%?19%和Zn011%?15%的原料混合、預(yù)燒、砂磨、造粒后在1300?1500°C下燒結(jié)25?35小時(shí)，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0025]優(yōu)選的，所述的原料由68.5% ?71%Fe203、16.5% ?18%Mn304 和 12.5% ?13.5%Zn0組成，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0026]所述的燒結(jié)在氮窯內(nèi)進(jìn)行，所述的預(yù)燒溫度為700?100°C，時(shí)間為2?5小時(shí)。
[0027]更優(yōu)選的，所述的鐵氧體為鐵氧體材料5K5，原料由69.3wt%Fe203、17.70wt%Mn304、
13.00wt%Zn0 組成。
[0028]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鐵氧體物理、靜態(tài)電特性及磁滯系數(shù)完全符合霍爾電流傳感器使用要求，特別是鐵氧體5K5最大使用頻率達(dá)到2MHz，完完全全適應(yīng)傳感器的高頻化使用要求。
[0029]鐵氧體的原材料使用三氧化二鐵、四氧化三錳、氧化鋅，原材料的價(jià)格便宜，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；制造工藝較坡莫合金相對(duì)簡(jiǎn)單，同樣規(guī)格鐵氧體磁芯價(jià)格只是坡莫合金鐵芯的十分之一。
[0030]在使用時(shí)，要將霍爾電流傳感器固定在繞線器上，將導(dǎo)線纏繞在上面，通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。這時(shí)，根據(jù)繞線器的大小可調(diào)節(jié)固定板的位置，
[0031 ] 綜合上述，本實(shí)用新型的產(chǎn)品有廣闊的市場(chǎng)前景，潛力巨大?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器的原理示意圖
[0033]圖2為本實(shí)用新型開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器外殼的結(jié)構(gòu)示意圖
[0034]I一鐵氧體圓環(huán)鐵芯，101—缺口，2—霍爾傳感器元件，3—線圈，4一外殼，401—鐵芯固定槽，402—底座，404—滑動(dòng)槽，5—固定板，501—安裝孔
[0035]圖3為鐵氧體磁芯材料5K5的磁滯回線
[0036]圖4為實(shí)施例1所制備的鐵氧體磁芯材料5K5與坡莫合金鐵芯材料的溫度特性及頻率特性比較
【具體實(shí)施方式】
[0037]實(shí)施例1
[0038]將三氧化二鐵69.3wt%、氧化鋅13.00wt%、四氧化三錳17.70wt%稱(chēng)量混合后，在800°C下預(yù)燒3小時(shí)，砂磨、造粒后制得顆粒料，放在模具后壓制H16.8 (外徑)*11 (內(nèi)徑)*3.9 (高度)生坯(單位均為毫米)，放在氮窯內(nèi)在1400°C經(jīng)32小時(shí)燒結(jié)，得到鐵氧體5K5。燒結(jié)電性能數(shù)據(jù)如表1和表2:
[0039]表1
[0040]功耗(kw/cm3)
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，結(jié)構(gòu)包括外殼(4)及包裹于外殼(4)內(nèi)的鐵氧體圓環(huán)鐵芯⑴； 所述的鐵氧體圓環(huán)鐵芯(I)的形狀為圓形或橢圓形，并且鐵氧體圓環(huán)鐵芯上(I)帶有缺口(101)，缺口(101)形成氣隙，在缺口(101)中插入霍爾傳感器元件(2); 所述的外殼(4)為空心結(jié)構(gòu)，包括底座(402)和中心帶有圓形孔或方形孔的鐵芯固定槽(401)，鐵氧體圓環(huán)鐵芯(I)固定在鐵芯固定槽(401)內(nèi)。
2.權(quán)利要求1所述開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，底座下部設(shè)置固定板(5)，固定板(5)上開(kāi)設(shè)安裝孔(501)； 底座下部開(kāi)設(shè)橫向的滑動(dòng)槽(404)，固定板插在滑動(dòng)槽(404)內(nèi)。
3.權(quán)利要求2所述開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，滑動(dòng)槽(404)的深度為固定板(5)長(zhǎng)度的1/2?3/4。
4.權(quán)利要求1所述開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，所述鐵氧體圓環(huán)鐵芯(I)的材料為鐵氧體材料5K5。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK203798887SQ201320893114
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】葉偉, 張衛(wèi)東, 顧燮峰, 黃子謙, 彭中華, 劉曉東 申請(qǐng)人:上海寶鋼磁業(yè)有限公司