鐵氧體用于制備霍爾電流傳感器及一種霍爾電流傳感器的制造方法
【專利摘要】鐵氧體用于制備霍爾電流傳感器及一種霍爾電流傳感器。本發(fā)明屬于電子和材料領(lǐng)域，將鐵氧體用于制備開環(huán)式霍爾電流傳感器；具體為，將圓環(huán)鐵芯的材料由常規(guī)的坡莫合金替換為鐵氧體材料，其物理、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，最大使用頻率達到2MHz，完完全全適應(yīng)傳感器的高頻化使用要求。鐵氧體的原材料價格便宜，制造工藝簡單，價格低廉；制造工藝較坡莫合金相對簡單，有廣闊的市場前景，潛力巨大。
【專利說明】鐵氧體用于制備霍爾電流傳感器及一種霍爾電流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子和材料領(lǐng)域，涉及磁場傳感器，具體為將鐵氧體用作制備霍爾電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，一般分為開環(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、光伏逆變器、光伏匯流箱、變頻器、電焊機、直流電機驅(qū)動檢測、焊機電源、無功補償、電動汽車、伺服電機、不間斷電源UPS、逆變電源等各個領(lǐng)域中。由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場，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量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾電流傳感器。
[0003]霍爾電流傳感器的優(yōu)點是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感?；魻栯娏鱾鞲衅鞴ぷ髟砣鐖D1所示，標準圓環(huán)鐵芯有一個缺口，將霍爾傳感器元件插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當電流通過線圈時產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出。
[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，在弱磁場下有較高的導(dǎo)磁率和低的矯頑力(He)而著稱,它的飽和磁感應(yīng)強度(Bs) —般在0.6-1.0T之間。
[0005]霍爾電流傳感器未來發(fā)展趨勢有以下幾個特點:
[0006]I)高靈敏度，被檢測信號的強度越來越弱，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)境越來越嚴酷，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)用包括汽車電子行業(yè)。
[0008]3)更高的抗干擾性，很多領(lǐng)域如汽車電子、水表等，傳感器的使用環(huán)境沒有任何屏蔽，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,這就需要芯片級的集成,模塊級集成，產(chǎn)品級集成。
[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越高，應(yīng)用領(lǐng)域包括水表、汽車電子行業(yè)、信息記錄行業(yè)。
[0012]7)低成本，由于國內(nèi)生產(chǎn)傳感器廠商較多，主要生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品為主,競爭激烈，價格戰(zhàn)愈演愈烈，低成本更是生產(chǎn)消費類電子產(chǎn)品企業(yè)的關(guān)注熱點。
[0013]由于霍爾傳感器高頻化、低損耗、低成本的發(fā)展趨勢，限制了坡莫合金使用領(lǐng)域，其存在以下兩個劣勢:
[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，坡莫合金的劣勢就體現(xiàn)出來，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)過程比較復(fù)雜。例如，板材軋制的工藝、退火溫度、時間、退火后的冷卻快慢等都對材料最終的磁性能有很大影響。
[0017](2)價格昂貴
[0018]坡莫合金的特點是在弱磁場下有較高的導(dǎo)磁率，這一特性超過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，價格昂貴，加之工藝復(fù)雜繁多，所以坡莫合金鐵芯價格非常昂貴，一般只應(yīng)用在小信號放大回路或特殊產(chǎn)品中及汽車等高檔消費類市場，一般低端消費類電子產(chǎn)品難于涉足。
[0019]由于以上兩個原因，許多電子生產(chǎn)廠商為了適應(yīng)市場發(fā)展趨勢，急待尋求一種新材料鐵芯替代目前坡莫合金鐵芯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明旨在提供一種霍爾電流傳感器，用高頻化和低成本的鐵氧體磁芯代替坡莫合金鐵芯的解決方案以適應(yīng)傳感器市場發(fā)展趨勢。
[0021]本發(fā)明將鐵氧合金用作制備開環(huán)式霍爾電流傳感器，具體是采用鐵氧體作為開環(huán)式霍爾電流傳感器中圓環(huán)鐵芯的材料。
[0022]開環(huán)式霍爾電流傳感器，結(jié)構(gòu)包括霍爾傳感器和圓環(huán)鐵芯，在圓環(huán)鐵芯上有一個缺口，霍爾傳感器插在缺口內(nèi)；并且圓形鐵環(huán)上纏繞線圈。圓環(huán)鐵芯的材料采用鐵氧體。
[0023]鐵氧體材料通過以下方法制備: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，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0024]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。
[0025]所述的燒結(jié)在氮窯內(nèi)進行，所述的預(yù)燒溫度為700?100°C，時間為2?5小時。
[0026]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。
[0027]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最大使用頻率達到2MHz，完完全全適應(yīng)傳感器的高頻化使用要求。
[0028]鐵氧體的原材料使用三氧化二鐵、四氧化三錳、氧化鋅，原材料的價格便宜，制造工藝簡單，價格低廉；制造工藝較坡莫合金相對簡單，同樣規(guī)格鐵氧體磁芯價格只是坡莫合金鐵芯的十分之一。
[0029]綜合上述，鐵氧體磁芯替代坡莫合金鐵芯是完全可能的，并且有廣闊的市場前景，潛力巨大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為開環(huán)式霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)和原理示意圖[0031]I一圓環(huán)鐵芯，101 一缺口，2—霍爾傳感器兀件，3一線圈
[0032]圖2為鐵氧體磁芯材料5K5的磁滯回線
[0033]圖3為實施例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
【具體實施方式】
[0034]實施例1
[0035]將三氧化二鐵69.3wt%、氧化鋅13.00wt%、四氧化三錳17.70wt%稱量混合后，在800°C下預(yù)燒3小時，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:
[0036]表1
[0037]功耗(kw/cm3)
【權(quán)利要求】
1.鐵氧體在制備開環(huán)式霍爾電流傳感器方面的應(yīng)用。
2.權(quán)利要求1所述鐵氧體在制備開環(huán)式霍爾電流傳感器方面的應(yīng)用，其特征在于，所述的鐵氧體通過以下方法制備: 將包括Fe20367%?72%、Mn30416%?19%和Zn011%?15%的原料混合、預(yù)燒、砂磨、造粒后在1350?1500°C下燒結(jié)30?35小時，上述百分比為質(zhì)量百分比。
3.權(quán)利要求2所述鐵氧體在制備開環(huán)式霍爾電流傳感器方面的應(yīng)用，其特征在于，所述的原料由68.5%?71%Fe203、16.5%?18%Mn304和12.5%?13.5%ZnO組成，上述百分比為質(zhì)量百分比。
4.權(quán)利要求2所述鐵氧合金在制備霍爾電流傳感器方面的應(yīng)用，其特征在于，所述的燒結(jié)在氮窯內(nèi)進行；所述的預(yù)燒溫度為700?100°C，時間為2?5小時。
5.權(quán)利要求1所述鐵氧體在制備霍爾電流傳感器方面的應(yīng)用，其特征在于，所述的鐵氧體選自鐵氧體材料5K5。
6.一種開環(huán)式霍爾電流傳感器，包括霍爾傳感器和圓環(huán)鐵芯，其特征在于，所述圓環(huán)鐵芯的材料為鐵氧體。
7.權(quán)利要求6所述開環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，所述鐵氧體通過以下方法制備:將包括Fe20367%?72%、Mn30416%?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，上述百分比為質(zhì)量百分比。
8.權(quán)利要求6或7所述開環(huán)式霍爾電流傳感器，其特征在于，所述的原料由68.5%?71%Fe203、16.5%?18%Mn304和12.5%?13.5%ZnO組成，上述百分比為質(zhì)量百分比。
9.權(quán)利要求7所述開環(huán)式霍爾傳感器，其特征在于，所述的燒結(jié)在氮窯內(nèi)進行，所述的預(yù)燒溫度為700?100°C，時間為2?5小時。
10.權(quán)利要求5所述開環(huán)式霍爾傳感器，其特征在于，所述鐵氧體為鐵氧體材料5K5。
【文檔編號】G01R19/00GK103760399SQ201310754265
【公開日】2014年4月30日 申請日期: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 申請人:上海寶鋼磁業(yè)有限公司