專利名稱：高精度羅氏電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種羅氏(Rogowski)電流互感器。更具體地說，本 發(fā)明涉及一種在印刷電路板上實現(xiàn)的電流互感器.
背景技術(shù)：
為了測重經(jīng)過實心匯流條上的AC電流，希望有在印刷電路上的羅 氏型線囷，該線團是剛性的，并且可安裝在該匯流條上.
當前在印刷電路板上實現(xiàn)羅氏線圍的工作是在多個印刷電路板上使 用多個線圃.這些線圃排列成當它們沿電性上相反的方向串聯(lián)布線時可 以抵消外部磁場的影響.該方法類似于傳統(tǒng)的羅氏線困，使得經(jīng)過單個
^ … ，
在這樣的羅氏線圍中，使用多個印刷電路板有效增大了羅氏線圃的 匝數(shù)，其具有的優(yōu)點是提高了輸出電壓.然而，使用多個印刷電路板也 會增加總體成本和復雜性，而且，將該多個線閨印刷電路板連接起來所 需的互連件在該羅氏電流傳感器系統(tǒng)中引入了額外的失效點，從而降低 了可靠性。
希望有一種在羊個印刷電路板上實現(xiàn)的羅氏線圃，其既提供傳統(tǒng)羅 氏線團對外場的抑制，而且類似于多印刷電路板羅氏線圍布置方式那樣 有增大的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)一種在單個印刷電路板上實現(xiàn) 的羅氏線團，其既具有多印刷電路板羅氏線團布置方式的增大輸出電 壓，而且具有傳統(tǒng)的多印刷電路板羅氏線圍布置方式的對外場的抑制。
在一個實施例中，該用于測量導體中電流的裝置具有印刷電路 板，該印刷電路板具有多個分立的基片層；外線圃，該外線團圍繞所 述基片層中的至少一層進行纏繞；內(nèi)線圍，該內(nèi)線圍閨繞所述基片層
中的至少一層進行錄繞；以及開口，該開口在所述印刷電路板中。
在另一個實施例中，該用于測量導體中電流的裝置具有印刷電 路板，該印刷電路板具有多個分立的基片層；第一線圍，該笫一線團 閨繞所述分立基片層中的至少一層進行槺繞；以及穿過該笫一線圍中 央的導體.
在另一個實施例中，該用于測量導體中電流的裝置具有印刷電 路板，該印刷電路板具有四個分立的基片層，即第一表層、第一內(nèi)層、 第二內(nèi)層和笫二表層；外線圍，該外線圍纏繞在第一表層和第二表層 上，并且穿過該第一表層、第一內(nèi)層、第二內(nèi)層和第二表層；內(nèi)線圍， 該內(nèi)線圍纏繞在第一內(nèi)層和第二內(nèi)層上，并且穿過該第一內(nèi)層和第二 內(nèi)層。
附困說明
圖l是按照本發(fā)明的一個實施例的羅氏線圍印刷電路板的一部分 的透視困；
圖2是包括困1的電路板的高性能羅氏電流互感器的平面圖； 圖3是困2的高性能羅氏電流互感器的一部分的放大圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中公知的一種基本羅氏線圍的透視困.
具體實施例方式
下文的詳細說明和附困記栽并示出了本發(fā)明的各種示例性實施 例.該說明書和附困用于使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能實現(xiàn)并利用本發(fā)明， 并不是要以任何方式限制本發(fā)明的范閨.對于所公開的方法，所列出 的各步壤本質(zhì)上是示例性的，因此這些步驟的順序不是必然的或關(guān)鍵的。
現(xiàn)在參見附困，尤其是困l，其在標號2處總體上示出了一個多層 印刷電路板的一部分.在該實施例中，該印刷電路板2包括層疊在一起 的第一表層12、第二表層14、第一內(nèi)層16和第二內(nèi)層18.在所示實施 例中，印刷電路板2的這些層12、 14、 16、 18是由絕緣電路板基片10 構(gòu)成，該絕緣電路板基片10適于可以利用公知光阻工藝來沉積或者刻 蝕導電軌跡.
通過將導電軌跡布置在第一表層12和第二表層14的外表面上，從
而沿第一方向纏繞外線團20,利用一系列導電的外線團鍍通孔25而將 這些軌跡以螺旋方式連接起來，這些鍍通孔25穿過該印刷電路板2的第 一表層12、第二表層14、第一內(nèi)層16和第二內(nèi)層18.
通過將導電軌跡布置在笫一內(nèi)層16和第二內(nèi)層18的、分別面對著 層12和14的表面上，從而沿第二方向纏繞內(nèi)線圍30,利用一系列導電 的內(nèi)線團鍍通孔35而將內(nèi)線圍30的軌跡以螺旋方式連接起來，這些鍍 通孔35穿過第一內(nèi)層16和第二內(nèi)層18.該內(nèi)線圍30沿笫二方向的繞組 在電性上與該外線團20沿笫一方向的繞組相反。另外，該內(nèi)線團30構(gòu) 造成具有比外線圏20更高的匝密度，以便補償外線圍20和內(nèi)線圍30的 尺寸差異.該外線圏20和內(nèi)線圍30的橫截面為方形.可以根據(jù)需要使 用其它繞組。
如困2所示，在該印刷電路板2中制出開口40.該開口40適于接納 實心導電匯流排.該外線圏20和內(nèi)線圃30圍繞該開口40的周邊延伸。 或者是，該開口40可以適于接納一種或多種不同類型的電導體，這不
脫離本發(fā)明的范圍.
在圖3中，積分器電路50聯(lián)接至輸出端48。該輸出端48包括連接至 外線閨20的電連接件46以及連接至內(nèi)線圍30的電連接件44.
如圖4所示，在工作時，現(xiàn)有技術(shù)重的羅氏線團100閨繞一個或多 個電導體115放置，該電導體115的瞬時電流i(t)待測量，對于交變電流 波型的瞬時電流i(t)由I咖xSin(cot)得到，其中，I鵬x是該電流的幅值.在 羅氏線閨100中感應(yīng)出的該電壓v(t)由第一等式來確定
卜i i)
其中，dH是總數(shù)為N匝的第j匝的瞬時通量。如果該芯具有恒定的橫截 面S，該電線垂直于位于橫截面S中心的線120進行纏繞，并且該電線以 等于n的恒定密度進行纏繞，其中，該互電抗M由M-uoTiS來確定，于是， 等式l可以寫成
2)
按照上面的等式，該電導體將在該羅氏線困100上感應(yīng)出電壓，該電壓 與電導體中的待測電流i(t)的變化速率成比例.該羅氏線困的輸出電壓
v(t)可在榆出端48處測量.
羅氏線困的電壓輸出v(t)是在該線團的周界范圍內(nèi)經(jīng)過的AC電流 隨時間變化的速率的函數(shù).需要用該積分器電路50來獲得所關(guān)心的實 際波型，該實際波型是與該待測電流i(t)成比例的輸出電壓v。^.可以利 用本領(lǐng)域公知的多種方式來進行輸出電壓積分。該輸出電壓信號v?？?以在積分器榆出端52處進行測量，
如

圖1所示，該外線圏20和內(nèi)線圃30之間存在尺寸差異.該外線困 20和內(nèi)線團30之間的該尺寸差異導致感應(yīng)電壓的差異，該感應(yīng)電壓的 產(chǎn)生既是由于所關(guān)心的電流i(t)也是由于印刷電路板開口40外部的導 體所產(chǎn)生的磁場.為了補償感應(yīng)電壓的差異，希望內(nèi)線圍30構(gòu)造成具 有比外線圏20更高的匝密度，通過將該內(nèi)線圍30構(gòu)造成具有比外線團 20更高的匝密度，外線困20和內(nèi)線圍30的有效電氣幾何可以制成為基 本一致。
最大有效匝密度主要是由在印刷電路板的制造過程中可實現(xiàn)的最 小孔尺寸來確定的，并且較厚的印刷電路板對鍍通孔有較大的最小孔 尺寸約束.因此，盡管該外線困通孔25穿過該基片10的全部四層，但 是由于該內(nèi)線圍通孔35穿過基片10的兩層，因此該內(nèi)線圍30可以構(gòu)造 成具有更高的匝密度.
該外線圍20和內(nèi)線圍30以電性相反的方向進行纏繞，以抵消來自 該開口40外部的不希望的電場.這使得該羅氏線困的測量精度盡可能 的大.
從前述說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易確定本發(fā)明的基本 特征，并且，在不脫離本發(fā)明精神和范閨的情況下能夠本發(fā)明進行各 種變化和變型，以使其適應(yīng)于各種用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種用于測量導體中電流的裝置，包括印刷電路板，該印刷電路板具有多個層疊在一起的分立基片層；第一線圈，該第一線圈圍繞所述分立基片層中的至少三層進行纏繞；第二線圈，該第二線圈穿過該第一線圈的中央。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二線圈圍繞所述分立 基片層中的至少一層進行纏繞。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括開口，該開口形成于所述印 刷電路板中，并且適于接納至少一個導體。
4. 一種用于測量導體中電流的裝置，包括 印刷電路板，該印刷電路板具有多個層疊的分立基片層； 外線圏，該外線圏圍繞所述基片層中的至少一層進行纏繞； 內(nèi)線圏，該內(nèi)線圏圍繞所述基片層中的至少一層進行纏繞； 開口，該開口形成于所述印刷電路板中，外線圈和內(nèi)線圈圍繞所述開口延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述印刷電路板包括四層分 立基片層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述外線圍這樣來構(gòu)成在 所述分立基片層的第一表層和第二表層上布置導電軌跡，并且利用穿 過所述分立基片層的鍍孔來連接所述軌跡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述內(nèi)線圍這樣來構(gòu)成在 所述分立基片層的第一內(nèi)層和第二內(nèi)層上布置導電軌跡，并且利用穿 過所述第 一 內(nèi)層和第二內(nèi)層的鍍孔來連接所述軌跡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述外線團和內(nèi)線團以電性 相反的方向進行纏繞。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述內(nèi)線圈比所述外線圈具有更高的匝密度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，還包括積分器電路，該積分器電路電連接至所述內(nèi)線圈和外線圈。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述開口是長型的。
12. —種用于測量導體中電流的裝置，包括印刷電路板，該印刷電路板具有分立的基片層，這些分立的基片層包括第一表層、第一內(nèi)層、第二內(nèi)層和第二表層；外線團，該外線圏布置在第一表層和第二表層上，并且穿過該第 一表層、第一內(nèi)層、第二內(nèi)層和第二表層；內(nèi)線圏，該內(nèi)線團布置在第一內(nèi)層和第二內(nèi)層上，并且穿過該笫 一內(nèi)層和第二內(nèi)層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，還包括開口，該開口形成于所述 印刷電路板中，外線圈和內(nèi)線圍圍繞所述開口延伸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述開口適合于接納導 體，所要測量的電流流過所述導體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述外線圏和內(nèi)線圈以電 性相反的方向進行纏繞。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述內(nèi)線團通過多個鍍孔 而穿過第一內(nèi)層和第二內(nèi)層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述外線圏通過多個鍍孔 而穿過第一表層、第二表層、笫一內(nèi)層和第二內(nèi)層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述內(nèi)線團比所述外線圏具有更高的匝密度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，還包括積分器電路，該積分器電路電連接至所述內(nèi)線圏和外線圏。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，還包括開口，該開口形成于所述 印刷電路板中，外線圈和內(nèi)線圍圍繞所述開口延伸。
全文摘要
一種高精度羅氏電流互感器，該羅氏線圈在單個印刷電路板上實現(xiàn)，同時既保持了傳統(tǒng)羅氏線圈對外場的抑制，又保持了類似于多印刷電路板羅氏線圈布置方式那樣有增大的輸出電壓。
文檔編號G01R19/145GK101178417SQ20071015323
公開日2008年5月14日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者D·雷亞, K·L·凱, M·F·扎維薩 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司