專利名稱：一種新型的組合型pcb羅氏線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子式互感器，尤其涉及一種新型的組合型PCB羅氏線圈。
背景技術(shù)：
目前，電子式互感器是一種新型的電力設(shè)備，由于傳感方式不同于傳統(tǒng)的互感器， 有著傳統(tǒng)互感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得它在未來的電力系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。電子式互感器分為有源、無源兩種類型，有源式電子互感器采用了先進(jìn)的光電子技術(shù)和現(xiàn)代集成電子技術(shù)，發(fā)揮了高可靠、高精度、高穩(wěn)定等特點(diǎn)，是目前最具實(shí)用前景的研究方向之一。 有源電子式電流互感器的高壓側(cè)采用有源電子線路，利用光纖作為傳輸通道。其原理是首先用電流傳感頭測得一次側(cè)的電流，用大規(guī)模集成電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器將檢測到的信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換和利用發(fā)光元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，利用光纖將信號傳輸?shù)降碗娢唬⑶以龠M(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理，最后直接將還原后的測得量送至測量裝置或繼電保護(hù)等儀器。其中，最具代表性的就是基于空心線圈(Rogowski線圈，又稱羅氏線圈)的電子式電流互感器，以其結(jié)構(gòu)簡單、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而成為目前研究的熱點(diǎn)。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、無磁芯飽和現(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)。傳統(tǒng)的羅氏線圈需要手工繞制，或者是繞線機(jī)繞制的。無論手工繞制，還是繞線機(jī)繞制，羅氏線圈的二次繞線不能夠絕對的均勻，同批量的產(chǎn)品互感系數(shù)和抗干擾系數(shù)相差很多，線圈的分布參數(shù)難以保持一致，并且容易斷線。目前又出現(xiàn)了基于PCB(印刷電路板) 的羅氏線圈，將PCB作為骨架，印制導(dǎo)線代替?zhèn)鹘y(tǒng)羅氏線圈的繞線，其原理跟傳統(tǒng)羅氏線圈基本一樣，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為兩種平板型PCB羅氏線圈和組合型PCB羅氏線圈。平板型PCB羅氏線圈，其原理圖如圖1所示，將PCB作為骨架，PCB中心開有通孔， 該通孔用于一次側(cè)的導(dǎo)體穿過，采用印制線作為傳感線圈，印制線依次上下通過PCB骨架外緣、內(nèi)緣的過孔沿一個繞制方向繞在PCB骨架上。由電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律可推導(dǎo)出該平板型PCB羅氏線圈的感應(yīng)電動勢 e(t)為
,s 'Φ Uf.nh . IL di<t) = - —= -i^-In-f—(公式 1)
di 2π R1 at式中i—一次導(dǎo)體中流過的電流，單位為A (安培)；di是i的微分；/4)——真空磁導(dǎo)率，；η——線圈匝數(shù)；h——線路板厚度；4——骨架外徑，單位為m;R1——骨架外徑，單位為m ；t——時間，單位s (秒)；dt是t的微分；
3[0017]由上式可知所述PCB骨架通孔中穿過的一次側(cè)導(dǎo)體中的電流恒定時，感應(yīng)電動勢 e (t)由線圈匝數(shù)η、線路板厚度h、骨架外徑R2和骨架內(nèi)徑Rl決定；但是由于電路板大小和厚度的影響，線圈匝數(shù)η、線路板厚度h、骨架外徑R2和骨架內(nèi)徑Rl都會受到一定的限制，感應(yīng)電動勢e(t)不能達(dá)到滿意的要求；往往在實(shí)際的應(yīng)用中，由于加工工藝的限制，力口工的PCB板通常不能很厚，一般只有幾個毫米，布線匝數(shù)也不能很多，所以單個線圈所產(chǎn)生的電壓不足以滿足輸出的要求，需要幾塊PCB板串聯(lián)起來使用；為了得到更高的準(zhǔn)確度，消除外界電磁場的干擾，組合型PCB羅氏線圈要由偶數(shù)塊平板型PCB羅氏線圈通過中心的通孔穿過一次測導(dǎo)體串聯(lián)起來，并且，相鄰兩個平板型羅氏線圈的繞線方向相反，見圖2，通過右手定則，可以判斷流過所述組合型PCB羅氏線圈中各平板型PCB羅氏線圈內(nèi)部的電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相加，各平板型PCB羅氏線圈外部電磁場在各平板型羅氏線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相互抵消，并且，相同的多個平板型PCB羅氏線圈串聯(lián)在一起，可以增加整個線圈的互感系數(shù)。單個平板型PCB羅氏線圈的互感系數(shù)可由全電流定理和電磁感應(yīng)定理求出。設(shè)單個平板型PCB羅氏線圈的互感系數(shù)為m，組合型PCB羅氏線圈中的平板型羅氏線圈的數(shù)量為 N，則整個組合型PCB羅氏線圈的互感系數(shù)M為M= Mxm(公式 2)可以看出，組合型PCB羅氏線圈的互感系數(shù)有了很大提高，并且組合型PCB羅氏線圈中是有相同的偶數(shù)個平板型PCB羅氏線圈構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，易于組裝，便于批量生產(chǎn)。但其缺點(diǎn)是單板PCB羅氏線圈互感系數(shù)較小，在電子式電流互感器應(yīng)用中，往往需要根據(jù)一次電流額定值，改變PCB羅氏線圈互感系數(shù)，而目前的這種組合型PCB羅氏線圈中的平板型 PCB羅氏線圈需要增加或減少時，由于印制線比較纖細(xì)，相鄰平板型PCB羅氏線圈之間的連接比較麻煩。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種平板型PCB羅氏線圈，用于多個組裝成組合型PCB羅氏線圈， 以提高整體的互感系數(shù)；本實(shí)用新型還提供了一種新型的組合型PCB羅氏線圈，相對普通的單個平板型PCB羅氏線圈，互感系數(shù)整數(shù)倍提高。一種平板型PCB羅氏線圈，采用圓形的PCB作為骨架，PCB骨架的中心開設(shè)有通孔，通孔的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架上，其中所述PCB骨架的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔，N > 1，N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔均勻分布在PCB骨架外緣側(cè)上沿PCB骨架同心圓的一周，安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同。一種新型的組合型PCB羅氏線圈，其中包括至少兩個相同的平板型PCB羅氏線圈；平板型PCB羅氏線圈采用圓形的PCB作為骨架，PCB骨架的中心開設(shè)有通孔，通孔的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架上；PCB骨架的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔， N^l, N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔均勻分布在PCB骨架外緣側(cè)上沿PCB骨架同心圓的一周，安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同；各平板型PCB羅氏線圈的通孔對準(zhǔn)貫通，兩相鄰平板型PCB羅氏線圈相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，后一平板型PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔與前一平板型PCB羅氏線圈的出線孔通過導(dǎo)電連接裝置固定連接。[0025]所述的新型的組合型PCB羅氏線圈，其中包括至少三個相同的平板型PCB羅氏線圈；各相鄰平板型PCB羅氏線圈之間旋轉(zhuǎn)的角度是沿同一方向依次相錯。所述的新型的組合型PCB羅氏線圈，其中所述的安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同。所述的新型的組合型PCB羅氏線圈，其中所述的導(dǎo)電連接裝置采用配套的金屬螺絲和螺母。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案后將達(dá)到如下的技術(shù)效果本實(shí)用新型提出的平板型PCB羅氏線圈，在PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置一周安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔，便于多個相同的平板型PCB羅氏線圈串接組裝成組合型PCB羅氏線圈；本實(shí)用新型還提供了一種新型的組合型PCB羅氏線圈，由多個相同的平板型PCB羅氏線圈串接組裝而成，相鄰的平板型PCB羅氏線圈相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，各相鄰平板型PCB羅氏線圈之間旋轉(zhuǎn)的角度是沿同一方向依次相錯，后一平板型PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔與前一平板型PCB 羅氏線圈的出線孔通過導(dǎo)電連接裝置固定連接，如此后面一平板型PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔就與前一平板型PCB羅氏線圈的出線孔所連接的印制線就串接起來了，同時，可將組合型 PCB羅氏線圈中的各平板型PCB羅氏線圈相對固定起來，防止相對轉(zhuǎn)動，從而避免造成互感系數(shù)不穩(wěn)定的情況。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中PCB羅氏線圈的原理圖；圖2為圖1所示PCB羅氏線圈相串聯(lián)所構(gòu)成組合型羅氏線圈的示意圖；圖3為本實(shí)用新型所提供的平板型PCB羅氏線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型所提供的新型的組合型PCB羅氏線圈中兩平板型PCB羅氏線圈的安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一種平板型PCB羅氏線圈，如圖3，采用圓形的PCB作為骨架1，PCB 骨架1的中心開設(shè)有通孔2，通孔2的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架1的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線6依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架1上，其中，所述PCB骨架1的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4，N> 1，N個安裝孔5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4均勻分布在PCB骨架1外緣側(cè)上沿PCB骨架1同心圓的一周，安裝孔5、進(jìn)線孔3、出線孔4直徑相同。本實(shí)施例中，N取22，即PCB骨架1外緣側(cè)上一周均勻設(shè)置有24個孔。如果N取34，那么PCB骨架1外緣側(cè)上一周均勻設(shè)置有36個孔。本實(shí)用新型還提供了一種新型的組合型PCB羅氏線圈，其中包括至少兩個相同的平板型PCB羅氏線圈；所述的平板型PCB羅氏線圈如圖3所示，采用圓形的PCB作為骨架1，PCB骨架1的中心開設(shè)有同心的通孔2，通孔2的邊緣沿徑向向外的一周設(shè)置下過孔， PCB骨架1的外緣沿徑向向內(nèi)的一周設(shè)置上過孔，印制線6按同一繞制方向依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架1上，PCB骨架1的外緣側(cè)設(shè)置有N個安裝孔5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4，N > 1，N個安裝孔5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4均勻分布在PCB骨架1外緣側(cè)上沿骨架1同心圓的一周，本實(shí)施例中，N取22，共有24個孔，所述的安裝孔5、進(jìn)線孔3、 出線孔4直徑均相同；各平板型PCB羅氏線圈通過各對應(yīng)通孔2依次穿過一次側(cè)導(dǎo)體串接， 兩相鄰平板型PCB羅氏線圈相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，各相鄰平板型PCB羅氏線圈之間旋轉(zhuǎn)的角度是沿同一方向依次相錯，對應(yīng)貫通的安裝孔5、進(jìn)線孔3、出線孔4通過導(dǎo)電連接裝置固定連接，本實(shí)施例中，所述的導(dǎo)電連接裝置采用采用配套的金屬螺絲和螺母。包括至少兩個相同的平板型PCB羅氏線圈；平板型PCB羅氏線圈采用圓形的PCB 作為骨架1，PCB骨架1的中心開設(shè)有通孔2，通孔2的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架 1的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線6依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架1上；PCB骨架1的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4，N > 1，N個安裝孔 5和一個進(jìn)線孔3、一個出線孔4均勻分布在PCB骨架1外緣側(cè)上沿PCB骨架1同心圓的一周，本實(shí)施例中，N取22，共有M個孔，所述的安裝孔5、進(jìn)線孔3、出線孔4直徑均相同；各平板型PCB羅氏線圈的通孔2對準(zhǔn)貫通，兩相鄰平板型PCB羅氏線圈相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，后一平板型PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔3與前一平板型PCB羅氏線圈的出線孔4通過導(dǎo)電連接裝置固定連接，本實(shí)施例中，所述的導(dǎo)電連接裝置采用采用配套的金屬螺絲和螺母。見圖4所示，第一 PCB羅氏線圈和第二 PCB羅氏線圈通過中間的通孔2對齊放置， 將第一 PCB羅氏線圈作為參照物，位置不動，第二 PCB羅氏線圈相對第一 PCB羅氏線圈順時針方向旋轉(zhuǎn)(360/n)度，使第二 PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔3 (IIN)和第一 PCB羅氏線圈的出線孔4 (20UT)對準(zhǔn)貫通并通過金屬螺絲和螺母固定，將其它各對應(yīng)的孔均使用螺絲穿過并螺母固定，因而第二 PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔3 (IIN)和第一 PCB羅氏線圈的出線孔4 (20UT) 之間電連接，從而達(dá)到串聯(lián)的目的。如果所述的新型的組合型PCB羅氏線圈包括至少三個相同的平板型PCB羅氏線圈，那么兩兩相鄰平板型PCB羅氏線圈之間相對旋轉(zhuǎn)的角度均依次沿同一方向相錯。本實(shí)用新型所設(shè)計的新型的組合型PCB羅氏線圈，實(shí)現(xiàn)多塊相同平板型PCB羅氏線圈串聯(lián)，以增加組合型PCB羅氏線圈的互感系數(shù)。采用印制電路板(PCB)設(shè)計的平板型 PCB羅氏線圈可以通過計算機(jī)輔助設(shè)計軟件將印制導(dǎo)線均勻布置在印制電路板(PCB)上， 其數(shù)字加工技術(shù)能保證每匝線圈的橫截面積相等。在印制電路板的底層和頂層(即印制電路板的兩面)均勻放置導(dǎo)線，并且兩層之間由上、下過孔連接導(dǎo)通。為了消除外界磁場對互感器的影響，將兩個導(dǎo)線繞向相反的線圈進(jìn)行串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)普通空心線圈中的回線功能，同時可以增大線圈輸出電壓。并且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于批量生產(chǎn)，一致性好。
權(quán)利要求1.一種平板型PCB羅氏線圈，采用圓形的PCB作為骨架，PCB骨架的中心開設(shè)有通孔， 通孔的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架上，其特征在于所述PCB骨架的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔，N > 1，N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔均勻分布在PCB 骨架外緣側(cè)上沿PCB骨架同心圓的一周，安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同。
2.一種新型的組合型PCB羅氏線圈，其特征在于包括至少兩個相同的平板型PCB羅氏線圈；平板型PCB羅氏線圈采用圓形的PCB作為骨架，PCB骨架的中心開設(shè)有通孔，通孔的邊緣側(cè)設(shè)置有一周下過孔，PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置有一周上過孔，印制線依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架上；PCB骨架的上過孔外側(cè)設(shè)置有N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔，1，N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔均勻分布在PCB骨架外緣側(cè)上沿PCB骨架同心圓的一周，安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同；各平板型PCB羅氏線圈的通孔對準(zhǔn)貫通， 兩相鄰平板型PCB羅氏線圈相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，后一平板型PCB羅氏線圈的進(jìn)線孔與前一平板型PCB羅氏線圈的出線孔通過導(dǎo)電連接裝置固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述的新型的組合型PCB羅氏線圈，其特征在于包括至少三個相同的平板型PCB羅氏線圈；各相鄰平板型PCB羅氏線圈之間旋轉(zhuǎn)的角度是沿同一方向依次相錯。
4.如權(quán)利要求2或3所述的新型的組合型PCB羅氏線圈，其特征在于所述的導(dǎo)電連接裝置采用配套的金屬螺絲和螺母。
專利摘要一種平板型PBC羅氏線圈，采用圓形的PCB作為骨架，PCB骨架的中心開設(shè)有通孔，通孔的邊緣沿徑向向外的一周設(shè)置下過孔，PCB骨架的外緣沿徑向向內(nèi)的一周設(shè)置上過孔，印制線按同一繞制方向依次通過上、下過孔繞制在PCB骨架上，PCB骨架的外緣側(cè)設(shè)置有N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔，N≥1,N個安裝孔和一個進(jìn)線孔、一個出線孔均勻分布在PCB骨架外緣側(cè)上沿骨架同心圓的一周，安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔直徑相同。一種新型的組合型PCB羅氏線圈，包括至少兩個相同的平板型PBC羅氏線圈對應(yīng)串接，兩相鄰平板型PBC羅氏線圈的印制線繞制方向相反并相錯旋轉(zhuǎn)360/N度，對應(yīng)的安裝孔、進(jìn)線孔、出線孔由導(dǎo)電連接裝置固定。
文檔編號H01F38/20GK202258626SQ20112037440
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉昊, 劉韶林, 孫新良, 時晨, 沈強(qiáng), 王少俊, 蔡得雨 申請人:河南電力試驗(yàn)研究院