本设计介绍了一种跑道形磁环,专为双量程电流传感器而研发,属于电流传感器技术领域。该设计采用对称的双“U”型结构,两侧“U”型结构各包含一个弯道聚磁半圆环,以及相应的聚磁组件。
背景技术
目前主流的基于电流磁效应的电流传感器主要有霍尔电流传感器、巨磁阻式电流传感器以及隧道磁阻式电流传感器等,该类传感器利用磁敏感元件去测量被测电流产生的磁场,所基于的工作原理:利用聚磁环可以对被测电流产生的磁场进行磁聚集的理论和磁通连续原理,将磁环开口形成气隙,聚集磁场,再将磁敏感元件放置于聚磁环的气隙中用于将所测量到的磁信号转化为电信号,从而得到被测电流的大小。
磁环在电流传感器技术中起着非常重要的作用,它可作为磁聚集装置,在气隙处聚集电流产生的磁场,增加磁敏感元件检测到的磁感应强度分量,提高磁场的测量精度。它也可作为磁分流装置,将磁环中心到磁环之间的磁场进行分流衰弱,在此区域内寻找合适的位置放置磁敏感元件,可以使很大的电流通过分流得以被磁敏感元件测量。
单气隙C形结构磁环与双气隙圆形结构磁环是传统电流传感器常用的磁环结构,例如授权公告号为CN209728029U这项专利技术所使用的磁环是传统C形结构,其具体形式:在一个环状磁环上开口形成单气隙C形结构,在气隙处利用磁聚集效应聚集磁场,使该处磁场远大于无磁环时的磁场,从而提高小电流测量的分辨率。但是较大电流产生的过强磁场容易导致磁敏感元件进入磁饱和状态,故其不适合大量程的电流测量。磁环的磁聚集会对磁环附近的磁场有磁分流效果,故可利用磁分流技术将磁环中心到磁环之间的磁场进行分流,形成较弱的磁场信号,大大提高被测电流的量程,例如授权公告号为CN110146737A的专利技术,基于磁分流原理,对气隙附近的磁场进行分流,从而实现电流量程的扩大,但缺点是结构复杂、测量位置选择灵活性差,并且量程单一,对小量程电流的测量精度不足;而本发明的跑道形磁环选择在利用磁分流技术的基础上,在空间较大处选取测量点位,结构更稳定,同时能在气隙处进行小量程电流测量,实现了更优化的简易结构,有更好的平稳度与线性度。
针对在不同环境下电流量程不定的情况,目前使用的电流传感器却大多为单量程电流传感器,为实现电流的双量程测量,目前广泛使用的方法为:一、使用多个电流传感器,但这带来成本的提高,整个系统体积的增大,减小了电流传感器本身带来的便利性;二、在一个电流传感器中加入多个磁环,但结构的复杂程度不仅带来操作和制作上的困难,同时磁环间的相互干扰也会影响到电流测量时的准确性。例如授权公告号为CN212872620U和CN109142837B这两项专利技术均采用两个磁环组成电流传感器,以获得更大的电流测量量程或实现双量程电流测量,但两项专利技术均呈现出结构的复杂性,在成本提高的同时影响到传感器测量结果中的精度、线性度等指标。而本发明成功实现在只使用一个磁环的前提下进行大量程与小量程的电流测量,具有极强的环境适用性。
在避免增加传感器与磁环数量的前提下,基于带气隙磁环的磁分流原理,目前使用的方法是在一个磁环的磁分流处与磁聚集处各放置传感芯片,从而进行电流双量程的测量,例如授权公告号为CN114778920A的专项技术,使用双气隙圆形磁环结构,实现电流双量程测量。但是从测量结果来看,圆形磁环结构会在磁分流效果、磁场线性度等方面有一定限制。针对上述技术方案体现的不足,本发明提出一种用于电流传感器的跑道形磁环结构,其具有更高的线性度、更好的磁分流效果。
实现思路