[发明专利]双面对称布线PCB型罗氏线圈

说明书

技术领域

本发明属于电流互感器，具体涉及一种用于电流互感器传感头的感应线圈。

背景技术

罗氏线圈是一种特殊结构的空心线圈，被广泛用作电流互感器电流检测工具传感头的感应线圈，具有线性度好、测量动态范围宽、无磁心饱和现象、输出信号隔离、结构简单及插入损耗小等优点。

罗氏线圈与被测载流导体间的互感系数M是决定传感头精确度和灵敏度的主要参数。具有稳定互感系数的高精度罗氏线圈制作必须满足下列条件：线圈密度恒定、骨架截面积恒定、线圈横截面与中心轴线垂直。传统罗氏线圈是将漆包线通过人工或绕线机在环形非导磁骨架上绕制而成，制作工艺难以满足上述条件，使得传统罗氏线圈分散性大，参数的一致性难以保证，互感系数及抗干扰性能与设计相差较大，不利于提高精度和批量生产。

根据高精度罗氏线圈的设计与制作要求，基于印制电路板(PCB)技术的罗氏线圈应运而生。一般PCB型罗氏线圈的典型结构为图1所示双面直连布线结构，背面铜箔布线3直连外径导孔2和内径导孔4，并通过外径导孔2连接正面直连铜箔布线1，得到由双面直连铜箔线构成单匝线圈的PCB型罗氏线圈。该类PCB型罗氏线圈布线简单，精度较高，克服了传统绕线式罗氏线圈分散性大的缺点，但直连铜箔布线并未形成对称圆环结构，单匝线圈所在平面并非完全经过中心轴线，也容易造成较大的分散性；没有回线设置，抗干扰性能差，尤其是垂直于PCB板平面的干扰磁场，对传感头性能影响很大。

发明内容

本发明的目的在于提供双面对称布线PCB型罗氏线圈，实现绕线密度恒定，以消除垂直于PCB平面的磁场干扰，从而解决上述问题。

本发明的技术方案为：双面对称布线PCB型罗氏线圈，它包括印制电路板PCB板材，PCB板材上开设有内径导孔和外径导孔，内径导孔沿半径r圆周均匀设置分布N个，外径导孔沿半径R圆周均匀设置分布N个，半径r圆周与半径R圆周同圆心，布线铜箔依次穿过N个内径导孔和/或N个外径导孔，沿半径方向对称设置在PCB板材两面。在PCB板材一面上的布线铜箔绕制作为回线圆，回线圆的半径是R_h；半径R_h＞半径R。

所述N个内径导孔和N个外径导孔之间错位夹角2π/2N布置。

所述PCB板材上的布线铜箔包括沿半径方向设置的径向段，圆弧角为2π/2N的圆弧段。

所述PCB板材一面上沿半径方向布置的布线铜箔的半径是R，PCB板材另一面上沿半径方向布置的布线铜箔的半径是R_s，半径R_s＞半径R。

所述在PCB板材一面上的布线铜箔绕制作为回线圆，回线圆的半径是R_h；半径R_s＞半径R_h＞半径R；且回线圆面积与绕线所围区域面积相等，使得回线与绕线铰链的垂直PCB平面的磁通相等。

所述回线圆的绕制方向与布线铜箔线段及圆弧段的绕制方向相反。

本发明单匝线圈由PCB板正反两面对称的布线铜箔经内径导孔连通构成，单匝线圈平面经过线圈轴心且垂直于PCB板平面；在PCB正面自线圈出线端引出与绕线方向相反的回线，用以消除垂直于PCB板平面的磁场干扰。绕制时，单匝线圈的双面对称铜箔在内径导孔处直接连通，正面布线在外径处由正面均匀分布的小段圆弧直接连接外导孔；为了使回线圆面积与绕线所围区域面积相等，背面布线长度略大于正面布线长度，因此背面连接圆弧半径大于背面连接圆弧半径，背面布线在外径处由背面均匀分布的小段圆弧及小段直线连接外径导孔。回线设置为与线圈绕线方向相反的圆，回线始端为线圈出线端，终端连接正面布线起始端；回线半径介于正面与背面连接圆弧半径之间，使得回线围成面积与线圈所围面积相等；当垂直于PCB板平面的干扰磁场存在时，回线铰链的干扰磁通与线圈铰链的干扰磁通大小相等，方向相反，可完全抵消干扰。

本发明提供的双面对称布线PCB型罗氏线圈，参数一致性好，复现性高，抗干扰能力强，保证互感系数稳定且便于提高精度，可作为电流传感头，用于复杂电磁环境下的电流测量且易于批量生产。

附图说明

图1现有的直连布线PCB型罗氏线圈。

图2本发明罗氏线圈的双面对称布线示意图。

图3本发明罗氏线圈PCB布线的正面俯视图。

图4本发明罗氏线圈回线圆半径计算示意图。

图5布线完全对称且设置回线的PCB型罗氏线图示意图。

图6线圈与被测及干扰载流导体间互感分析示意图。

具体实施方式