專利名稱：雙面對稱布線pcb型羅氏線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電流互感器，具體涉及一種用于電流互感器傳感頭的感應(yīng)線圈。
背景技術(shù)：
羅氏線圈是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，被廣泛用作電流互感器電流檢測工具傳感 頭的感應(yīng)線圈，具有線性度好、測量動態(tài)范圍寬、無磁心飽和現(xiàn)象、輸出信號隔離、結(jié)構(gòu)簡單 及插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)。羅氏線圈與被測載流導(dǎo)體間的互感系數(shù)M是決定傳感頭精確度和靈敏度的主要 參數(shù)。具有穩(wěn)定互感系數(shù)的高精度羅氏線圈制作必須滿足下列條件線圈密度恒定、骨架截 面積恒定、線圈橫截面與中心軸線垂直。傳統(tǒng)羅氏線圈是將漆包線通過人工或繞線機(jī)在環(huán) 形非導(dǎo)磁骨架上繞制而成，制作工藝難以滿足上述條件，使得傳統(tǒng)羅氏線圈分散性大，參數(shù) 的一致性難以保證，互感系數(shù)及抗干擾性能與設(shè)計相差較大，不利于提高精度和批量生產(chǎn)。根據(jù)高精度羅氏線圈的設(shè)計與制作要求，基于印制電路板(PCB)技術(shù)的羅氏線圈 應(yīng)運(yùn)而生。一般PCB型羅氏線圈的典型結(jié)構(gòu)為圖1所示雙面直連布線結(jié)構(gòu)，背面銅箔布線3 直連外徑導(dǎo)孔2和內(nèi)徑導(dǎo)孔4，并通過外徑導(dǎo)孔2連接正面直連銅箔布線1，得到由雙面直 連銅箔線構(gòu)成單匝線圈的PCB型羅氏線圈。該類PCB型羅氏線圈布線簡單，精度較高，克服 了傳統(tǒng)繞線式羅氏線圈分散性大的缺點(diǎn)，但直連銅箔布線并未形成對稱圓環(huán)結(jié)構(gòu)，單匝線 圈所在平面并非完全經(jīng)過中心軸線，也容易造成較大的分散性；沒有回線設(shè)置，抗干擾性能 差，尤其是垂直于PCB板平面的干擾磁場，對傳感頭性能影響很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，實(shí)現(xiàn)繞線密度恒定，以消 除垂直于PCB平面的磁場干擾，從而解決上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，它包括印制電路板PCB板 材，PCB板材上開設(shè)有內(nèi)徑導(dǎo)孔和外徑導(dǎo)孔，內(nèi)徑導(dǎo)孔沿半徑r圓周均勻設(shè)置分布N個，外 徑導(dǎo)孔沿半徑R圓周均勻設(shè)置分布N個，半徑r圓周與半徑R圓周同圓心，布線銅箔依次穿 過N個內(nèi)徑導(dǎo)孔和/或N個外徑導(dǎo)孔，沿半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置在PCB板材兩面。在PCB板材 一面上的布線銅箔繞制作為回線圓，回線圓的半徑是& ；半徑& >半徑R。所述N個內(nèi)徑導(dǎo)孔和N個外徑導(dǎo)孔之間錯位夾角2 π /2N布置。所述PCB板材上的布線銅箔包括沿半徑方向設(shè)置的徑向段，圓弧角為2 π /2Ν的圓 弧段。所述PCB板材一面上沿半徑方向布置的布線銅箔的半徑是R，PCB板材另一面上沿 半徑方向布置的布線銅箔的半徑是民，半徑民 >半徑R。所述在PCB板材一面上的布線銅箔繞制作為回線圓，回線圓的半徑是& ；半徑Rs >半徑& >半徑R ；且回線圓面積與繞線所圍區(qū)域面積相等，使得回線與繞線鉸鏈的垂直 PCB平面的磁通相等。
所述回線圓的繞制方向與布線銅箔線段及圓弧段的繞制方向相反。本發(fā)明單匝線圈由PCB板正反兩面對稱的布線銅箔經(jīng)內(nèi)徑導(dǎo)孔連通構(gòu)成，單匝線 圈平面經(jīng)過線圈軸心且垂直于PCB板平面；在PCB正面自線圈出線端引出與繞線方向相反 的回線，用以消除垂直于PCB板平面的磁場干擾。繞制時，單匝線圈的雙面對稱銅箔在內(nèi)徑 導(dǎo)孔處直接連通，正面布線在外徑處由正面均勻分布的小段圓弧直接連接外導(dǎo)孔；為了使 回線圓面積與繞線所圍區(qū)域面積相等，背面布線長度略大于正面布線長度，因此背面連接 圓弧半徑大于背面連接圓弧半徑，背面布線在外徑處由背面均勻分布的小段圓弧及小段直 線連接外徑導(dǎo)孔。回線設(shè)置為與線圈繞線方向相反的圓，回線始端為線圈出線端，終端連接 正面布線起始端；回線半徑介于正面與背面連接圓弧半徑之間，使得回線圍成面積與線圈 所圍面積相等；當(dāng)垂直于PCB板平面的干擾磁場存在時，回線鉸鏈的干擾磁通與線圈鉸鏈 的干擾磁通大小相等，方向相反，可完全抵消干擾。本發(fā)明提供的雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，參數(shù)一致性好，復(fù)現(xiàn)性高，抗干擾能 力強(qiáng)，保證互感系數(shù)穩(wěn)定且便于提高精度，可作為電流傳感頭，用于復(fù)雜電磁環(huán)境下的電流 測量且易于批量生產(chǎn)。


圖1現(xiàn)有的直連布線PCB型羅氏線圈。圖2本發(fā)明羅氏線圈的雙面對稱布線示意圖。圖3本發(fā)明羅氏線圈PCB布線的正面俯視圖。圖4本發(fā)明羅氏線圈回線圓半徑計算示意圖。圖5布線完全對稱且設(shè)置回線的PCB型羅氏線圖示意圖。圖6線圈與被測及干擾載流導(dǎo)體間互感分析示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的雙面對稱布線PCB型羅氏線圈及其回線設(shè)計方法，目的是使線圈繞 線密度恒定，單匝線圈平面垂直于PCB板平面且通過線圈軸心，保證線圈參數(shù)一致性，且銅 箔布線密繞可消除線圈外平行于被測載流導(dǎo)體的電流干擾；回線設(shè)置可消除垂直于PCB板 平面的磁場干擾，增強(qiáng)線圈抗干擾性能，確保線圈具有穩(wěn)定、精確的互感系數(shù)。本發(fā)明PCB型羅氏線圈的布線方式與設(shè)置具體如下步驟實(shí)施內(nèi)外導(dǎo)孔設(shè)置方 法。如圖2、3所示，在PCB板確定的線圈內(nèi)徑r和外徑R所在圓上，內(nèi)徑導(dǎo)孔4沿半徑r圓 周均勻設(shè)置分布N個，外徑導(dǎo)孔2沿半徑R圓周均勻設(shè)置分布N個，半徑r圓周與半徑R圓 周同圓心。N個內(nèi)徑導(dǎo)孔和N個外徑導(dǎo)孔之間錯位夾角2π/2Ν布置。為了保證線圈繞線致 密，在滿足PCB布線規(guī)則的前提下，導(dǎo)孔數(shù)應(yīng)盡量多，本發(fā)明實(shí)施例中，r = 800mil(PCB設(shè) 計中的常用長度單位，Imm ^ 39. 37mil), R = 1200mil, N = 90如圖3所示，PCB板正面的布線銅箔的布置，從內(nèi)徑導(dǎo)孔4穿出的布線銅箔沿半 徑R方向設(shè)置為正面的徑向段5，布線銅箔沿半徑為R的圓弧形成正面圓弧段6，圓弧角為 2 π /2Ν,順時針繞制穿過外徑導(dǎo)孔2，到PCB板的反面，沿半徑Rs方向(半徑Rs >半徑R) 繞制形成過渡徑向段9，再沿半徑為Ιζ的圓弧形成反面圓弧段8，圓弧角為2 π /2Ν,布線銅 箔再沿半徑Rs方向設(shè)置為反面的徑向段7 ；再從與上一個內(nèi)徑導(dǎo)孔相鄰的內(nèi)徑導(dǎo)孔穿出到PCB板的正面，繼續(xù)一次繞制形成沿半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置，單匝線圈平面垂直于PCB板軸心線 且雙面對稱布線PCB型羅氏線圈。在最后繞制到PCB板的正面后，再逆時針沿半徑&繞制 回線圓10。如圖4所示，半徑&滿足半徑Rs >半徑& >半徑R ；回線圓面積與繞線所圍區(qū)域 面積相等。繞線所圍成的區(qū)域可分解為正面圓弧半徑R圍成的圓及背面圓弧與正面圓弧之 間形成的齒狀扇環(huán)(環(huán)半徑為R，RS，角度為2π/2Ν)，參見圖4。由于采用PCB布線，繞線密 度較大，銅箔線寬對繞線所圍面積影響較大，因此繞線圍成面積精確計算應(yīng)為扇環(huán)的外邊 緣至半徑為R的圓內(nèi)邊緣。設(shè)線寬為2w，則繞線圍成的面積可精確表示為
權(quán)利要求
1.一種雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，它包括印制電路板PCB板材，PCB板材上開設(shè)有 內(nèi)徑導(dǎo)孔和外徑導(dǎo)孔，內(nèi)徑導(dǎo)孔沿半徑r圓周均勻設(shè)置分布N個，外徑導(dǎo)孔沿半徑R圓周均 勻設(shè)置分布N個，半徑r圓周與半徑R圓周同圓心，其特征在于布線銅箔依次穿過N個內(nèi)徑 導(dǎo)孔和/或N個外徑導(dǎo)孔，沿半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置在PCB板材兩面；在PCB板材一面上的布線 銅箔繞制有回線圓，回線圓的半徑是& ；半徑& >半徑R。
2.如權(quán)利要求1所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于N個內(nèi)徑導(dǎo)孔和N個 外徑導(dǎo)孔之間錯位夾角2 π /2Ν布置。
3.如權(quán)利要求1所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于PCB板材上的布線銅 箔包括沿半徑方向設(shè)置的徑向段，圓弧角為2 π /2Ν的連接圓弧段。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于PCB板材一 面上沿半徑方向布置的布線銅箔的半徑是R，PCB板材另一面上沿半徑方向布置的布線銅 箔的半徑是Rs，半徑Rs >半徑R。
5.如權(quán)利要求4所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于在PCB板材一面上的 布線銅箔繞制回線圓，回線圓的半徑是& ；半徑Rs >半徑半徑R ；且回線圓面積與繞線 圍成區(qū)域面積相等，使得回線與繞線鉸鏈的垂直PCB平面的磁通相等。
6.如權(quán)利要求5所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于回線圓的繞制方向與 布線銅箔線段或圓弧段的繞制方向相反。
7.如權(quán)利要求6所述雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，其特征在于回線始端為線圈出線 端，終端連接為布線起始端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙面對稱布線PCB型羅氏線圈。它包括印制電路板PCB板材，PCB板材上開設(shè)有內(nèi)徑導(dǎo)孔和外徑導(dǎo)孔，內(nèi)徑導(dǎo)孔沿半徑r圓周均勻設(shè)置分布N個，外徑導(dǎo)孔沿半徑R圓周均勻設(shè)置分布N個，半徑r圓周與半徑R圓周同圓心，布線銅箔依次穿過N個內(nèi)徑導(dǎo)孔和/或N個外徑導(dǎo)孔，沿半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置在PCB板材兩面。在PCB板材一面上的布線銅箔繞制有作回線圓，回線圓的半徑是Rh；半徑Rh＞半徑R。本發(fā)明提供的雙面對稱布線PCB型羅氏線圈，參數(shù)一致性好，復(fù)現(xiàn)性高，抗干擾能力強(qiáng)，保證互感系數(shù)穩(wěn)定且便于提高精度，可作為電流傳感頭，用于復(fù)雜電磁環(huán)境下的電流測量且易于批量生產(chǎn)。
文檔編號H01F38/28GK102087903SQ20101058669
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者唐健, 張向明, 李毅, 潘啟軍, 胡安琪, 趙治華, 陶濤, 馬偉明 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)