电流传感器磁环：一种电流传感器用聚磁环的制作方法

本发明属于电流传感器技术领域。
背景技术：
近年来，随着人们对新能源汽车用电动机、太阳能和风能发电逆变器的工作稳定性的要求不断提高，电流传感器被广泛应用于新能源、智能交通、工业控制、智能家电以及智能电网等领域的测量。非接触式电流传感器主要用于大电流的测量，该类型电流传感器的工作原理为：原边电流产生的磁场由聚磁环所收集，置于聚磁环中的霍尔元件对该磁场进行采集，产生一个与原边磁场等比例的霍尔电压，通过测量该霍尔电压的大小，就可实现对原边电流的隔离检测。
目前，电流传感器的类型包括：霍尔、拾波线圈和磁通门电流传感器等。其中，霍尔电流传感器以工作功耗低，被测电流类型无限制，通过电磁隔离的形式输出电压或电流信号，输出精度高、响应速度快、温漂小等优点，在上述领域得到了广泛的应用。
为降低外部磁场的影响，在霍尔电流传感器的设计中，绝大多数设计都是将霍尔元件放置在聚磁环的气隙位置。因此，聚磁环的制作显得至关重要，其生产效率直接决定了电流传感器产品的制造成本。
然而，市场上销售的闭环电流传感器所使用的聚磁环主要由带全开口的单一铁芯和次级线圈组成。该种聚磁环在测量直流电流时均能满足应用，但是上述电流传感器中的聚磁环往往尺寸较大，使得电流传感器的体积较大、重量较重；另一方面，作为磁芯的聚磁环的价格往往较高，使得电流传感器的制作成本较高。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有电流传感器中的聚磁环尺寸大，成本高的问题，提出了一种电流传感器用聚磁环。
本发明所述的一种电流传感器用聚磁环，包括四组开有气隙的圆环形磁环，所述四个圆形磁环结构和尺寸均相同，圆形磁环包括单晶硅材料磁环主体和软铁材料层，所述软铁材料层镀设在单晶硅材料磁环主体的外侧，所述软铁材料层的宽度小于单晶硅材料磁环主体的宽度；
四个圆形磁环通过键合工艺由上到下依次组合成一体结构；所述一体结构中四个圆形磁环的气隙位置均相对应。
进一步地，圆环形磁环的气隙为在圆环形磁环的侧壁开设的矩形口，所述矩形口的长度贯穿圆环形磁环的上、下两端。
进一步地，软铁材料层的宽度大于二分之一的单晶硅材料磁环主体的宽度。
进一步地，圆环形磁环的内径的范围为2.4mm到2.6mm。
进一步地，圆环形磁环的外径的范围为7.4mm到7.6mm。
进一步地，软铁材料层的厚度为1.3μm到1.7μm。
进一步地，单晶硅材料磁环主体侧壁的厚度为395μm到405μm。
进一步地，圆环形磁环气隙的宽度为2mm。
本发明的霍尔电流传感器用于范围在±65a以内的电流，属于中小功率范畴，所以采用圆形结构，开口数为一个，当霍尔元件全部放入磁环开口气隙内时，通过霍尔元件的磁场为均匀磁场。因此，在设计磁环时，应控制磁环厚度及开口尺寸。根据霍尔电流传感器电路设计中所确定的霍尔元件的外形，可以确定开口气隙的合理尺寸为2mm。硅-软铁材料有着较高的饱和磁感应强度、较小的磁芯损耗和相对低廉的成本。此外，作为ic技术和mems技术中最常用的材料，采用硅-软铁材料制作聚磁环，可以有效减小聚磁环的尺寸及重量，且可以将误差控制在10μm以内，远高于常规的机械加工，使聚磁环具有良好的一致性。且本发明通过微加工工艺制作，结构设计简洁，解决了电流传感器体积较大、重量较重的问题，有效的降低电流传感器聚磁环的生产成本。
附图说明
图1是本发明所述电流传感器用新型聚磁环的俯视图；
图2是本发明所述电流传感器用新型聚磁环的侧视图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本技术实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述电流传感器用新型聚磁环，包括四组开有气隙的圆环形磁环，所述四个圆形磁环结构和尺寸均相同，圆形磁环包括单晶硅材料磁环主体和软铁材料层，所述软铁材料层镀设在单晶硅材料磁环主体的外侧，所述软铁材料层的宽度小于单晶硅材料磁环主体的宽度；
四个圆形磁环通过键合工艺由上到下依次组合成一体结构；所述一体结构中四个圆形磁环的气隙位置均相对应。
本发明电流传感器用新型聚磁环，通过微加工工艺制作，结构设计简洁，解决了电流传感器体积较大、重量较重的问题，可有效降低电流传感器聚磁环的生产成本。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，圆环形磁环的气隙为在圆环形磁环的侧壁开设的矩形口，所述矩形口的长度贯穿圆环形磁环的上、下两端。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，软铁材料层的宽度大于二分之一的单晶硅材料磁环主体的宽度。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，圆环形磁环的内径的范围为2.4mm到2.6mm。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，圆环形磁环的外径的范围为7.4mm到7.6mm。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，软铁材料层的厚度为1.3μm到1.7μm。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，单晶硅材料磁环主体侧壁的厚度为395μm到405μm。
具体实施方式八：本实施方式对实施方式一或二所述的一种电流传感器用聚磁环作进一步说明，圆环形磁环气隙的宽度为2mm。
本发明所述的聚磁环呈圆型结构，开口气隙是指在沿聚磁环的截面方向切割掉一部分，从而形成开口气隙。
本发明所述的聚磁环的制作方式为：在单晶硅片上蒸镀软铁，通过光刻、湿法腐蚀、干法刻蚀、划片等微加工工艺制作出符合要求的圆环结构。将每四组圆环叠加，通过键合工艺得到所需的新型聚磁环。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
技术特征：
技术总结
一种电流传感器用聚磁环，属于电流传感器技术领域。本发明解决了现有电流传感器中的聚磁环尺寸大，成本高的问题。本发明包括四组开有气隙的圆环形磁环，所述四个圆形磁环结构和尺寸均相同，圆形磁环包括单晶硅材料磁环主体和软铁材料层，所述软铁材料层镀设在单晶硅材料磁环主体的外侧，所述软铁材料层的宽度小于单晶硅材料磁环主体的宽度；四个圆形磁环通过键合工艺由上到下依次组合成一体结构；所述一体结构中四个圆形磁环的气隙位置均相对应。本发明适用于作为电流传感器的聚磁环使用。
技术研发人员：宋尔冬;毕佳宇;王辉;张松;孙立凯
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十九研究所
技术研发日：2018.12.14
技术公布日：2019.04.16

电流传感器磁环：霍尔电流传感器及其磁环、实现霍尔电流传感器用于测量大电流的方法

摘要：

本发明涉及电流检测器件,尤其涉及霍尔电流传感器件.本发明提出一种磁环,该磁环是由一导磁材料制成的环状芯体,该磁环具有一个间距为Lg的径向的空隙开口,该空隙开口处被切除一部分,而使磁环空隙开口处切除剩余面的高度d小于磁环的磁环外径R和磁环内径r差值.本发明还提出一种具有上述磁环的霍尔电流传感器.以及本发明还提出一种实现霍尔电流传感器用于测量大电流的方法.本发明改进的霍尔电流传感器及其磁环,从而可以获得更大的有效测量范围,用于电流检测领域.

展开

电流传感器磁环：霍尔电流传感器磁芯作用有哪些？选用什么材质？

　　霍尔电流传感器主要是为了检测电流，它的磁芯一般都是用硅钢制作的，为的就是更好的保护电路。那么霍尔电流传感器磁芯作用有哪些？选用什么材质？传感器专家网就带大家一起来了解一下。
资料图
　　霍尔电流传感器磁芯的作用
　　一、什么是霍尔电流传感器？
　　霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向（即霍尔输出端之间），将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。与磁感应强度B的乘积。即有式中：K为霍尔系数，由霍尔元件的材料决定；I。为控制电流；B为磁感应强度；VH为霍尔电势。
　　二、霍尔电流传感器磁芯材质选用？
　　一般的电流传感器都是用硅钢磁芯，或者坡莫合金的比较多，主要是开环电流传感器，比较高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要还是应用场合有区别。
资料图
　　三、霍尔电流传感器磁芯作用
　　霍尔效应传感器，可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。
　　霍尔效应传感器广泛应用于变频调速装置、逆变装置、ups电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。
　　霍尔电流传感器的磁芯，可以检测波形的电流，这样就可以控制电路，从而实现精准性的检测。
 

电流传感器磁环：霍尔电流传感器磁芯材质选用？

一般的电流传感器都是用硅钢磁芯，或者坡莫合金的比较多，主要是开环电流传感器，因为受市场的成本影响，这个你可以参照JKC1I 电流传感器的设计标准
比较高端的一些用非晶磁芯的也有不少，主要还是应用场合有区别，这个你可以参照 JCC26I 电流传感器的设计标准

硅钢的Bs较大，在大电流上不容易饱和，但小电流时信号不灵敏，成本低；
坡莫合金小电流时可感应，但Bs低，易饱和，现在采用这材料的逐渐少，成本高；
纳米晶在小电流时也可感应灵敏，过电流较坡莫合金大，价格适中。
当然，过电流大小和开气隙、所采用的霍尔片有关，上面就单从材料特性方面分析。
我就专业生产切割开口、气隙纳米晶、硅钢、坡莫合金磁环铁芯，目前供国内不少一线厂商用。还有新能源汽车电机控制器厂家直接用我铁芯做霍尔电流传感器的 [他们为了省成本，自己做霍尔传感器] 。