PCB式线圈及鼠笼式空芯电流互感器论文和设计-陶祥生

全文摘要

一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述PCB式线圈包括主体PCB板和自所述主体PCB板的一个侧边伸出的一对焊盘，所述主体PCB板设置有至少一层印刷导线，所述至少一层印刷导线在所述主体PCB板平面上由内向外环绕分布，并以所述一对焊盘中的至少一个焊盘作为引出端点。

设计方案

1.一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述PCB式线圈包括主体PCB板和自所述主体PCB板的一个侧边伸出的一对焊盘，所述主体PCB板设置有至少一层印刷导线，所述至少一层印刷导线在所述主体PCB板平面上由内向外环绕分布，并以所述一对焊盘中的至少一个焊盘作为引出端点。

2.根据权利要求1所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述主体PCB板为矩形形状，所述一对焊盘自所述主体PCB板的较短侧边的两端沿着较长侧边的延伸方向伸出。

3.根据权利要求2所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述至少一层印刷导线布置为由内向外环绕分布的圆角矩形线圈。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述主体PCB板设置有至少两层印刷导线，位于主体PCB板的其中一个平面上的印刷导线以所述一对焊盘中的其中一个焊盘作为引出端点，位于主体PCB板的相对的另一平面上的印刷导线以所述一对焊盘中的另一个焊盘作为引出端点，所述主体PCB板开设有贯通上述两个平面的过孔，使得所述至少两层印刷导线能够通过所述过孔电连接。

5.根据权利要求4所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，其特征在于，所述过孔设置在所述主体PCB板的各层印刷导线的起始端点处，所述起始端点位于所述主体PCB板的相对于所述一对焊盘居中的位置。

6.一种鼠笼式空芯电流互感器，其特征在于，包括一弧形PCB板和设置于所述弧形PCB板上的多个沿圆周方向间隔地且均匀分布的如权利要求1至5中的任一项所述的PCB式线圈，所述多个PCB式线圈通过各自的所述一对焊盘固定至所述弧形PCB板，使得所述多个PCB式线圈与所述弧形PCB板垂直，所述多个PCB式线圈通过所述弧形PCB板电气地串联连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电流检测领域，具体地，涉及一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈以及由该PCB式线圈组成的鼠笼式空芯电流互感器。

背景技术

目前大电流测量广泛采用软质罗氏线圈，测量范围宽，线性度好。由于是软质线圈，具有很好的施工便利性，因此被广泛采用。然而，软质罗氏线圈也存在诸多缺点，例如生产时难以保证绕制线圈的截面积相同以及沿骨架轴向分布的均匀性，这会带来测量误差；卷绕时软质骨架容易变形，缠绕其上的线圈截面形状容易改变，导致测量误差；线圈与骨架件容易产生蠕动，安装及使用过程中线圈相对位置容易发生变化；机械强度低，安装及使用过程中受挤压会导致线圈截面甚至线圈骨架变形；软质骨架以及外保护层的温度特性较差，容易老化，传感器可靠性降低等。

此外，现有技术中还存在一种硬质PCB式线圈，基于PCB设计方法及精密加工工艺生产基于印制导线的等效线圈。但依然存在一些不足之处，例如同批次的PCB基材厚度偏差较大，同一片PCB的厚度不均匀，不同批次的PCB厚度存在离散性，导致新泉截面积不同，互感参数不一致；为了增加线圈参数需要高密度布线，因此PCB过孔的数量大，过孔尺寸小，增加了传感器的故障率；受板材厚度影响，单匝线圈的面积难以增大，不利于提高测量的灵敏度。

综上所述，有必要开发一种新型的鼠笼式空芯电流互感器及其PCB式线圈，来克服现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决上述问题之一，该目的通过以下技术方案实现：

本实用新型提出一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈，所述PCB式线圈包括主体PCB板和自所述主体PCB板的一个侧边伸出的一对焊盘，所述主体PCB板设置有至少一层印刷导线，所述至少一层印刷导线在所述主体PCB板平面上由内向外环绕分布，并以所述一对焊盘中的至少一个焊盘作为引出端点。

优选地，所述主体PCB板为矩形形状，所述一对焊盘自所述主体PCB板的较短侧边的两端沿着较长侧边的延伸方向伸出。

进一步优选地，所述至少一层印刷导线布置为由内向外环绕分布的圆角矩形线圈。

进一步优选地，所述主体PCB板设置有至少两层印刷导线，位于主体PCB板的其中一个平面上的印刷导线以所述一对焊盘中的其中一个焊盘作为引出端点，位于主体PCB板的相对的另一平面上的印刷导线以所述一对焊盘中的另一个焊盘作为引出端点，所述主体PCB板开设有贯通上述两个平面的过孔，使得所述至少两层印刷导线能够通过所述过孔电连接。

进一步优选地，所述过孔设置在所述主体PCB板的各层印刷导线的起始端点处，所述起始端点位于所述主体PCB板的相对于所述一对焊盘居中的位置。

根据本实用新型的另一方面，提出一种鼠笼式空芯电流互感器，包括一弧形PCB板和设置于所述弧形PCB板上的多个沿圆周方向间隔地且均匀分布的如上所述的PCB式线圈，所述多个PCB式线圈通过各自的所述一对焊盘固定至所述弧形PCB板，使得所述多个PCB式线圈与所述弧形PCB板垂直，所述多个PCB式线圈通过所述弧形PCB板电气地串联连接。

本实用新型的优点在于：摒弃了软质罗氏线圈绕制时的密度不均匀，避免了线圈与骨架产生蠕动时导致的线圈密度不均匀，克服了线圈被牵拉或挤压导致的变形，避免了非磁性骨架的变形导致线圈截面积的变化；PCB的过孔只有一个，机械强度更高、可靠性更有保证，温度变化对线圈的有效感应面积的影响更小，并且可以方便地采用多层PCB结构，实现互感系数或灵敏度的大范围调节；可以方便地调节线圈的大小、线圈的形状、线圈的密度、线圈的层数等，半圆形拼接应用方式下几乎不存在开口引入的误差，测量精度高、性能稳定、寿命长、易于维护、成本低、适合批量生产。每个PCB式线圈仅在一侧设置两个焊盘，相应地一个完整的鼠笼式空芯电流互感器仅包括位于各个PCB式线圈一侧的PCB板，因此能够节省人力和物料成本，加工方便且组装效率更高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施方式的鼠笼式空芯电流互感器的示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的PCB式线圈的正面示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例的PCB式线圈的背面示意图(透视)。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的实施方式，提出一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB式线圈和由该PCB式线圈组成的鼠笼式空芯电流互感器。本实用新型的鼠笼式空芯电流互感器是基于电磁感应原理设计的电流测量互感器，测量范围宽(测量电流从几安培到数十万安培)，主要用于矿热炉、冶炼炉等大功率冶炼设备短网电流的测量。如图1所示，本实用新型的鼠笼式空芯电流互感器包括弧形PCB板1和设置于弧形PCB板1上的多个沿圆周方向间隔地且均匀分布的PCB式线圈2，多个PCB式线圈2通过各自的一对焊盘3、4(如图2和图3所示)固定至弧形PCB板1，使得多个PCB式线圈2与弧形PCB板1垂直，多个PCB式线圈2通过弧形PCB板电气地串联连接。优选地，如图1所示，弧形PCB板1为半圆环形PCB板。两个半圆环形PCB板连同相应的沿圆周均匀分布的PCB式线圈共同构成圆环结构的电流互感器。使用时将两个如图1所示的构件卡在待监测的载流体上，用微型接插件将两个部分无缝拼接，形成一个完整的线圈，信号从预设的线圈末端引出。这种结构尤其适用于不便直接套装的载流体电流检测场合。

根据本实用新型的优选实施方式，如图2和图3所示，PCB式线圈2包括主体PCB板5和自所述主体PCB板的一个侧边伸出的一对焊盘3、4。主体PCB板5设置有至少一层印刷导线，至少一层印刷导线在主体PCB板平面上由内向外环绕分布，并以一对焊盘中的至少一个焊盘作为引出端点。优选地，如图2和图3所示，主体PCB板5采用双面PCB结构，其设置有位于主体PCB板的正反两个平面的两层印刷导线6、7。其中，位于主体PCB板5的其中一个平面上的印刷导线6以焊盘3作为引出端点，位于主体PCB板的相对的另一平面上的印刷导线7以焊盘4作为引出端点。进一步优选地，主体PCB板5也可以采用多层PCB结构。主体PCB板5开设有贯通上述两个平面的过孔8，使得相邻层印刷导线能够通过所述过孔8电连接，从而形成以一对焊盘3、4作引出端点的完整线圈。

优选地，如图2和图3所示，主体PCB板5为矩形形状，一对焊盘3、4自主体PCB板5的较短侧边的两端沿着较长侧边的延伸方向伸出。至少一层印刷导线布置为由内向外环绕分布的圆角矩形线圈。线圈的形状、尺寸以及印制导线的线径可以根据需要调节。过孔8设置在主体PCB板5的各层印刷导线的起始端点处，该起始端点位于主体PCB板5的相对于一对焊盘3、4居中的位置。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

设计图

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