一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构的制作方法

本发明属于电流传感器领域，特别涉及一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构。

背景技术：

1、霍尔效应电流传感器有直测式（开环）和磁平衡式（闭环）两种。其中，开环霍尔电流传感器虽然结构简单、成本低，但是铁芯的非线性导致该传感器的精度不高、响应速度慢、温漂大、线性度差。而闭环霍尔电流传感器就是为了克服开环霍尔电流传感的不足而研制的，大大提高了传感器精度，且使得测量信号和被测信号之间的电器绝缘、响应时间快、线性度好。

2、闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡，如图1所示，磁平衡发生在霍尔元件处。原边电流利用次级线圈产生的磁场来平衡被测电流在铁芯上产生的磁场，通过检测次级线圈信号间接得到被测电流的大小。在测量被测电流的过程中，被测电流产生的磁场被铁芯聚集并被霍尔元件所感应，通过对霍尔电压的处理，间接得到补偿电流，补偿电流通过绕制的次级线圈产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，补偿了原来的磁场，从而使霍尔元件处的磁场稳定在零磁场。

3、而次级线圈作为闭环霍尔电流传感器的核心零部件，对传感器量程与测量精度至关重要。传统电流传感器由一个磁芯和一段线圈等部件构成，气隙中装有霍尔元件，磁平衡时，气隙中磁场强度为0，铁芯中磁场强度随离霍尔的距离增加而增加，而且磁芯中磁场强度随原边电流增大而增大。当磁场强度接近bs时，磁芯导磁率下降，传感器输出发生变化，带来测量误差，从而限制传感器的量程。因此为了增加量程，必然需要增大线圈尺寸从而导致传感器产品尺寸增大，如图2和图3所示，为现有的两款不同量程的传感器尺寸，这导致传感器生产成本也随之增加。而在空间尺寸有限的情况下，比如汽车bms电流传感器，要求500a电流传感器尺寸与1500a电流传感器尺寸一致，给闭环霍尔电流传感器的应用带来很大困难。因此，在铁芯形状和尺寸一定的条件下，如何有效的降低次级线圈在铁芯内产生的磁感应强度，避免铁芯磁饱和，是现在亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，将整段次级线圈分成多段绕线线圈，能够在相同待测电流通过时，明显降低铁芯内磁通密度，有效地避免铁芯饱和问题，进而提高传感器对于较大原边电流的测量精度和量程。

2、本发明中主要采用的技术方案为：

3、一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，包括骨架和安装在骨架内的铁芯，还包括绕制在骨架上的次级线圈，整段次级线圈分为n段绕线线圈，且n段绕线线圈以首尾相接的方式绕制在骨架上，相邻两段绕线线圈之间存在间隔。

4、优选地，n段绕线线圈以同一绕线方向逐段绕制在骨架上。

5、优选地，将各段绕线线圈的匝数记为 ns i，其中 i=1,2,3…n，则满足：

6、 ns 1+  ns 2+  ns 3+…+  ns n= ns；

7、其中， ns为整段次级线圈的总匝数。

8、优选地，相邻两段绕线线圈之间仅通过一匝绕线连接。

9、优选地，n的取值大于等于2。

10、优选地，所述骨架包括相互配合安装的上骨架和下骨架，所述上骨架和下骨架上均沿周向设置有n个间隔凸台，且上骨架和下骨架上的间隔凸台一一对应设置，用于间隔相邻两段绕线线圈，所述上骨架中的一个间隔凸台上设有穿孔，用于穿过霍尔元件。

11、优选地，所述间隔凸台的宽度与相邻两段绕线线圈的间距相适应。

12、有益效果：本发明提供一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，与现有技术相比，具有如下优点：

13、（1）本发明可在电流传感器外形一定的局限性下，可根据实际需求通过将次级线圈分成多段，降低铁芯内磁通密度，有效避免铁芯饱和问题，进而提高传感器的测量量程和测量精度，实现小尺寸大量程。

14、（2）本发明的次级线圈采用多段式结构设计，与单段绕制线圈相比，可以有效降低铁芯磁场，可以降低传感器安装环境中铜排磁场叠加的影响，有利于提高电流传感器的抗干扰能力，而且还实现了小尺寸大量程，进一步提高了传感器在应用端安装使用的灵活性。

技术特征：

1.一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，包括骨架（1）和安装在骨架（1）内的铁芯（2），其特征在于，还包括绕制在骨架（1）上的次级线圈（3），整段次级线圈（3）分为n段绕线线圈（3-1），且n段绕线线圈（3-1）以首尾相接的方式绕制在骨架上，相邻两段绕线线圈（3-1）之间存在间隔。

2.根据权利要求1所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，n段绕线线圈（3-1）以同一绕线方向逐段绕制在骨架（1）上。

3.根据权利要求1所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，将各段绕线线圈（3-1）的匝数记为nsi，其中i=1,2,3…n，则满足：

4.根据权利要求1所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，相邻两段绕线线圈（3-1）之间仅通过一匝绕线连接。

5.根据权利要求1所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，n的取值大于等于2。

6.根据权利要求1所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，所述骨架（1）包括相互配合安装的上骨架（1-1）和下骨架（1-2），所述上骨架（1-1）和下骨架（1-2）上均沿周向设置有n个间隔凸台（1-3），且上骨架（1-1）和下骨架（1-2）上的间隔凸台（1-3）一一对应设置，用于间隔相邻两段绕线线圈（3-1），所述上骨架中的一个间隔凸台（3-1）上设有穿孔，用于穿过霍尔元件（4）。

7.根据权利要求6所述闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，其特征在于，所述间隔凸台（1-3）的宽度与相邻两段绕线线圈（3-1）的间距相适应。

技术总结
本发明属于电流传感器领域，公开了一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构，包括骨架和安装在骨架内的铁芯，还包括绕制在骨架上的次级线圈，整段次级线圈分为n段绕线线圈，且n段绕线线圈以首尾相接的方式绕制在骨架上，相邻两段绕线线圈之间存在间隔。本发明将整段次级线圈分成多段绕线线圈，能够在相同待测电流通过时，明显降低铁芯内磁通密度，有效地避免铁芯饱和问题，进而提高传感器对于较大原边电流的测量精度和量程。

技术研发人员：毛成锟,樊文露,闵祥,匡成效
受保护的技术使用者：江苏常荣电器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25