磁芯及电流传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种磁芯，包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件和第二磁芯部件均包括一个中柱、设置在中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱，所述第一磁芯部件和第二磁芯部件有间隔的对称设置且第一磁芯部件的中柱正对第二磁芯部件的中柱；第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱之间形成第一气隙，第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱之间形成第二气隙，第一磁芯部件的第二侧柱和第二磁芯部件的第二侧柱之间形成第三气隙。本实用新型专利技术还公开了包括该磁芯的一种电流传感器。采用该磁芯的电流传感器在采用闭环式设计提高测量精度的基础上，可以降低功耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及磁性传感
，特别是磁芯及电流传感器。
技术介绍
电流传感器广泛应用于新能源、智能交通、工业控制、智能家电以及智能电网等领域。常用的电流传感器以磁性传感元件为敏感元件，分为开环式和闭环式两大类。开环式电流传感器是在被测导线周围设置一个带气隙的磁芯，而磁性传感单元位于气隙中，由于电磁感应定律，磁芯产生感生电势，磁性传感单元可测量磁芯气隙处的磁场，后端可根据磁性传感单元的输出信号计算出被测电流的大小。开环式电流传感的工作方式为直接测量磁场，因此在大电流作用下，磁芯的会出现磁滞和饱和，影响测量精度。为了克服上述问题，本领域技术人员采用闭环式电流传感器测量电流。和开环式电流传感器不同的是，闭环式电流传感器的磁芯上缠绕有补偿线圈，补偿线圈和磁性传感单元电连接，补偿线圈由磁性传感单元的输出电压供电，用以补偿被测电流产生的磁场，当达到磁平衡时，补偿电流产生的磁场和被测电流产生的磁场大致相同，因此磁芯通常工作在无磁通或磁通量很小的环境下，故，可以克服磁滞和饱和现象。后端可通过直接测量补偿线圈的电流大小计算出被测电流大小。传统的闭环式电流传感器克服了开环式电流传感器的缺陷，但是依然存在一个缺陷，由于补偿电流（单匝电流×线圈匝数）的大小和被测电流大小相同，因此该类传感器的功率很大。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供磁芯及电流传感器，采用该磁芯的电流传感器在提高测量精度的基础上，可以降低功耗。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本技术提出的一种磁芯，包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件和第二磁芯部件均包括一个中柱、设置在中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱，所述第一磁芯部件和第二磁芯部件有间隔的对称设置且第一磁芯部件的中柱正对第二磁芯部件的中柱；第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱之间形成第一气隙，第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱之间形成第二气隙，第一磁芯部件的第二侧柱和第二磁芯部件的第二侧柱之间形成第三气隙。作为本技术所述的一种磁芯进一步优化方案，第一磁芯部件和第二磁芯部件为E形。一种电流传感器，包括上述的磁芯，磁性传感单元、放大单元和线圈；其中，磁性传感单元、放大单元与线圈依次连接，磁性传感单元、放大单元与线圈构成电路回路。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元位于第二气隙处，所述线圈缠绕在第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱上，被测导线位于第二气隙和第三气隙之间或者缠绕在磁芯上。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元位于第一气隙处，线圈缠绕在第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱上，被测导线位于第二气隙和第三气隙之间或者缠绕在磁芯上。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元位于第三气隙处，线圈缠绕在第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱上，被测导线位于第二气隙和第一气隙之间或者缠绕在磁芯上。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，还包括取样电阻，所述取样电阻串联在电路回路中。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元为单电阻、半桥结构或全桥结构，所述单电阻包括一个磁电阻，所述半桥结构包括两个串联的磁电阻，所述全桥结构包括两个并联的半桥结构。作为本技术所述的一种电流传感器进一步优化方案，所述磁电阻由一个磁性传感元件构成或者由两个以上的磁性传感元件并联和/或串联构成，磁性传感元件包括霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本技术旨在提出一种闭环式电流传感器的磁芯，使用该磁芯的闭环式电流传感器可降低功耗；（2）采用该磁芯的电流传感器在采用闭环式设计提高测量精度的基础上，可以降低功耗。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对技术的限制。在附图中：图1为闭环式电流传感器结构示意图；图2为本技术磁芯实施例一的结构示意图；图3a为本技术磁芯实施例一的被测电流磁场分布图；图3b为本技术磁芯实施例一的补偿电流磁场分布图；图4a为本技术磁芯实施例一的被测电流磁场分布图；图4b为本技术磁芯实施例一去除第一气隙后被测电流磁场分布图；图5为本技术磁芯实施例二的结构示意图；图6为第一气隙宽度对被测电流磁场大小的影响；图7为第二气隙宽度对被测电流磁场大小的影响；图8为第三气隙宽度对被测电流磁场大小的影响；图9为本技术电流传感器实施例的结构示意图。附图中的标记解释为：14-线圈，10-磁芯，15-放大单元，11-磁性传感单元，30-气隙，21-被测导体，16-取样电阻，12-第一磁芯部件，13-第二磁芯部件，31-第一气隙，32-第二气隙，33-第三气隙。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：图1是传统的非接触式闭环式电流传感器的结构示意图。如图所示，闭环式电流传感器包括环绕在被测导体21周围的磁芯10、磁性传感单元11、放大单元15、取样电阻16以及绕在磁芯10上面的线圈14，其中磁性传感单元11、放大单元15、取样电阻16以及线圈14电连接，被测导体21内通有被测电流IIN。当被测导体21通入被测电流IIN时，被测导体21周围产生磁场H，磁场H的大小与流过导线的被测电流IIN值成正比，这一磁场H可以通过磁芯10来聚集至气隙30处，然后位于气隙30处的磁性传感单元11可对该处的磁场进行检测，由于磁场H的变化与磁性传感单元11的输出电压Vout有良好的线形关系，因此可利用磁性传感单元11测得的输出电压Vout，直接反应出被测导线21中的被测电流IIN，即：IIN∝H∝Vout对于闭环式电流传感器来说，磁性传感单元11的输出电压Vout经过放大单元15处理后相当于线圈14的驱动电源，进而线圈14产生一个感生磁场，补偿被测电流IIN产生的感生磁场相互作用，当达到磁平衡时，线圈14中的补偿电流IM（单匝电流Im×线圈匝数N）和被测电流IIN大致相等，即：IIN≈N·Im因此可以通过测量补偿电流IM的大小得到被测电流IIN的大小。在闭环式电流传感器中，磁性传感单元11既是测量单元，又是驱动单元，由于磁平衡原理，传感器始终工作在零磁通附近，因此可以克服磁芯10的磁滞和饱和现象。整个电路回路串联的取样电阻16用以将电流输出Im转化为电流传感器的电压输出VOUT，若后端只需要电流输出，就不需要取样电阻16，因此取样电阻16不是必要结构。放大单元15接受磁性传感单元11的输出电压Vout，并为线圈14提供驱动电流，线圈14在磁芯10中产生的补偿电流磁场与被测电流磁场在气隙30处大小相等，方向相反，抵消被测电流磁场，形成负反馈闭环控制电路。若补偿电流IM过小，产生的磁场不足以抵消被测电流磁场，放大单元15将输出更大的电流，反之，放大单元15输出电流减小，从而维持气隙处的磁场平衡。若被测电流IIN发生变化，气隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样会调节补偿电流IM，使磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁芯，其特征在于，包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件和第二磁芯部件均包括一个中柱、设置在中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱，所述第一磁芯部件和第二磁芯部件有间隔的对称设置且第一磁芯部件的中柱正对第二磁芯部件的中柱；第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱之间形成第一气隙，第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱之间形成第二气隙，第一磁芯部件的第二侧柱和第二磁芯部件的第二侧柱之间形成第三气隙。

【技术特征摘要】
1.一种磁芯，其特征在于，包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件和第二磁芯部件均包括一个中柱、设置在中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱，所述第一磁芯部件和第二磁芯部件有间隔的对称设置且第一磁芯部件的中柱正对第二磁芯部件的中柱；第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱之间形成第一气隙，第一磁芯部件的中柱和第二磁芯部件的中柱之间形成第二气隙，第一磁芯部件的第二侧柱和第二磁芯部件的第二侧柱之间形成第三气隙。2.根据权利要求1所述的一种磁芯，其特征在于，第一磁芯部件和第二磁芯部件为E形。3.一种电流传感器，其特征在于，包括权利要求1或2任一所述的磁芯，以及磁性传感单元、放大单元和线圈；其中，磁性传感单元、放大单元与线圈依次连接，磁性传感单元、放大单元与线圈构成电路回路。4.根据权利要求3所述的一种电流传感器，其特征在于，所述磁性传感单元位于第二气隙处，所述线圈缠绕在第一磁芯部件的第一侧柱和第二磁芯部件的第一侧柱上，被测导线位于第二气隙和第三气隙之间或者缠绕在磁芯上。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：诸敏，魏冬，白建民，王建国，黎伟，
申请(专利权)人：无锡乐尔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32