CN101688887A - 罗格夫斯基电流传感器 - Google Patents

Abstract

罗格夫斯基环圈电流传感器包括一在两端部之间延伸的线圈，所述线圈构造成用于能够围绕一主导体地被布置，在所述主导体中待测量电流离开和接近所述端部地循行。传感器包括封闭机构，其布置在所述线圈端部，它包括具有强磁导率的本体(20)，其在环圈闭合时在所述端部间延伸。

Description

罗格夫斯基电流传感器

技术领域

[01]本发明涉及一具有罗格夫斯基(Rogowski)线圈的电流传感器。

背景技术

[02]参照图1，从理论上来说，已知的罗格夫斯基环圈2’主要包括：一均匀环绕主导体6分布的线圈4’，和循随所述线圈的中轴线的回返线8’。根据安培定理和法拉第定律，如果环圈围绕导体进行一闭路，所述环圈收到一信号，所述信号与主导体中流通的电流的导数成比例且也与线圈/导体的互感系数M成比例

$\mathrm{Vi}=-M\×\frac{\mathrm{dIp}}{\mathrm{dt}}$

[03]根据这一理论和假定线圈是理想的(螺旋分布与闭合)，信号只取决于电路内不同的电流贡献(contributions de courant)，排除所有处于外部的因素。

[04]罗格夫斯基环圈的益处之一在于可在灵活的形式下实施，以实现在测量导体上对其容易地打开与复闭合。

[05]相反，复闭合点10’在其造成安培通路不连续的意义上是关键的，所述安培通路不连续产生一方面对外部导体的一定敏感，另一方面对测量的主导体的位置的一定敏感。

[06]目前的技术在于对复闭系统有极大的关注：从机械角度来说(定位的精确度)和/或使用电气手段如附加的补偿线圈，而没有确保好于1％到2％的偏差的结果。难度加重在于，所述端部之一需要与连接缆线12’相连接。一般地保持闭合的方法在于搭接环圈的两端部(图示1b)或在于叠合两端部(图示1c)，但其实施形式需要留出细小的空间。容易理解该搭接或者留出的空间趋于增加不连续性，且因此增加测量的失真。

发明内容

[07]针对前述的这些缺点，本发明的目的之一即在于提供一罗格夫斯基环圈式电流传感器，它精确、适用、容易使用且经济节约。

[08]根据权利要求1本发明的目的通过罗格夫斯基环圈式电流传感器实现。

[09]在本发明中，一罗格夫斯基环圈式电流传感器包括一在两端部之间延伸的线圈，所述线圈构造成用于能够围绕一主导体地被布置，在所述主导体中待测量电流离开和接近所述端部地循行。传感器包括封闭机构，其布置在所述线圈端部。所述封闭机构包括一磁回路，在所述环圈闭合时，所述磁回路在所述端部之间延伸。所述磁回路包括一具有强磁导率的本体，如包含铁氧体或由铁氧体(ferrite)组成的本体。

[10]优选地，所述本体包括空腔或者空腔部分，所述线圈的端部容置在所述空腔或者空腔部分中。

[11]有利地，铁磁性材料的本体使得可以非常容易地闭合罗格夫斯基环圈，同时限制由于线圈不理想的闭合导致的测量的不精确性和由此导致的安培通路的不连续性。包围线圈两端部的一磁回路片段的插入，减少甚至消除了安培通路的不连续性。

[12]该本体可有利地由一整体构件构成，例如通过模制。

[13]在一有利的变型中，该本体永久地固定在线圈的一端部上，所述线圈的另一端可按非永久性的方式插入在所述本体的一对应的空腔中。线圈的顶端可以是对齐的、或在环圈闭合时相互跨接。

附图说明

[14]本发明的其它目的与优点方面将权利要求书中、在下文中细述的说明中、及附图中展示出来，其中：

[15]图1a是根据已知原理的罗格夫斯基环圈式的电流传感器的立体示意图；

[16]图1b和1c根据已知原理的罗格夫斯基环圈式的电流传感器的示意图；

[17]图2a是根据本发明第一实施方式的罗格夫斯基环圈式的电流传感器的立体示意图(为简化示意，线圈无包套、无支承)；

[18]图2b是根据第一变型的图2a的传感器的闭合部分的剖面示意图；

[19]图2c是根据第二变型的图2a的传感器的闭合部分的剖面示意图；

[20]图3a是根据本发明的第二实施方式，在打开位置(为简化示意的线圈无包套、无支承)，一罗格夫斯基环圈式电流传感器的立体示意图；

[21]图3b是图3a上的传感器在闭合位置时的立体示意图；

[22]图3c到3f是图3b上的传感器的闭合部分的四种变型的剖面示意图。

具体实施方式

[23]参照图2a-2c和3a-3f，一具有罗格夫斯基环圈的电流传感器2包括：围绕一介质支承(support diélectrique)(未显示)的导电线圈4；导电回返线8，其基本循随所述线圈的中轴线，且与所述线圈的一端14连接；一围绕线圈4的介电鞘套(未显示)；和一缆线12或其它连接装置，其与线圈的另一端16连接并与所述导电回返线连接。线圈可通过一基本均匀卷绕在介质支承上的导线形成，或通过一放置在介质支承上的导体形成，或甚至通过使可将一导体的螺线圈围绕在一支承上地布置或布置在一支承中以形成规则线圈的其它制作方法形成。支承的截面形廓优选地是环形的，但还可以考虑其它的截面形廓，比如长方形的，椭圆形的，三角形的，六边形的等等。

[24]代替中间回返线，罗格夫斯基环圈可包括一在第一线圈上的第二线圈，使得组成所述两线圈的导线的两端部位于同一侧。通过简化，在下文中，罗格夫斯基环圈的术语“线圈”即指具有一个回返线的线圈或两个线圈。

[25]缆线12或其它连接装置用于与一处理电路(未显示)相连接，以便对线圈提供的信号进行处理，使得产生在主导体6中循行的电流的测量值。

[26]在示意的实施方式中，线圈4、介质支承、和鞘套形成一可打开(如图3a上示意)和复闭合(如图2a，2b，3b-3f上示意)的柔性的或可弯曲的环圈。这使得可以围绕主导体6地定位线圈。还可以考虑的是，在本发明的范围里，在一硬支承上实施线圈，所述硬支承例如由两部分构成，所述两部分具有一枢转的或柔韧的铰链，所述铰链连接每个部分的相应端部之一。

[27]根据本发明的罗格夫斯基环圈式电流传感器2还包括一封闭机构18，在传感器围绕主导体处于工作状态时，所述封闭机构配置用于连接所述线圈的两端部14，16。封闭机构包括一磁回路，磁回路包括本体20，20a，20b，所述本体呈一部分或两部分的形式并由铁磁性材料制成，即较之于空气的磁导率有一高磁导率，所述本体连接所述线圈的两端部14，16。在示意的实施方式中，本体包括端部14，16在其中容置的空腔或槽22，24或槽的部分，以便端部14，16为铁磁性材料环绕。铁磁性材料可例如是一铁氧体或铁硅合金，铁镍合金，非晶形材料，纳米晶(nanocristallins)材料，或填装有磁物质的塑料材料。本体20，20a，20b可有利地按铁氧体的一个构件或者两个构件的方式模制而成，或由热塑性材料模制而成，所述热塑性材料含有铁磁性材料，例如铁磁性材料微粒。它也可通过组装或者复合模制的方法将铁磁性材料的本体拼装在一其它材料例如塑料的本体或箱盒中。

[28]具有回返点的端部14按可移除的方式或非永久性地位于所述槽中的方式是可插入的或可定位的。与连接装置或者缆线12连接的端部16优选地通过永久固定部件(例如粘结，压嵌，或复合模制)固定在封闭机构上的方式容置在本体的对应的空腔部分或空腔中。线圈的连接端部16、连接装置和封闭机构可因而连成一体。但是，线圈的端部16还可通过非永久性的方式(例如通过机械的固定夹体---未显示)与连接装置或缆线相连接，以使其可以从固定机构上拆卸和分离。

[29]铁磁性材料的本体还具有用作围绕在线圈和缆线之间的连接缆线的屏蔽的优点，该部分对磁场敏感且可在产生的信号上导入误差。

[30]还为了减少可能在线圈/缆线接口和缆线自身中引发的干扰信号，可使用一磁屏蔽的连接缆线，所述连接缆线插入在铁磁性材料制成的本体内，以确保所述屏蔽的连续性。特别地，可使用一缆线，该缆线的热塑性材料的鞘套被填装有铁磁性材料。

[31]封闭机构的本体可由一个构件20形成，如图2b和3c示意，或者由两个构件20a、20b形成，如图2c和3d到3f示意，或者由多于两个构件形成，所述构件可在传感器围绕主导体组装时接合在一起。不同的固定或紧固的方式(例如，螺钉、夹体)可用于本体的各部分的组装和闭合。

[32]在图2a，2b中示意的实施方式中，容置线圈端部的空腔或者空腔部分22，24成直线布置，而在图3a到3c中示意的实施方式中，空腔或空腔部分22，24相互跨接。在这两个实施方式中，线圈的自由端16可简单地插入在对应的空腔中，以闭合围绕主导体的环圈。线圈的自由端16可通过摩擦力、或通过一固定部件被保持在空腔中。

[33]在本发明的范围内，在不具有可插入在本体的槽中的端部16的情况下，还可以以永久性的方式将每个线圈端部固定在可分开的本体的各部分20a，20b中，并且可被联接在一起，以安装和闭合围绕一主导体的线圈，例如图2c和3d到3f所示。

[34]此外封闭机构18包括：一箱盒(未显示)，铁磁性材料的本体或本体部分被安装在其中；和其它组成件，例如一测量信号的处理电路(未显示)，或者甚至用于将传感器与外部装置的连接插头连接的连接端子(替代缆线)。

[35]在本发明的范围内，可能的是，用一插进线圈端部的本体的隆凸替代线圈的一端部进入其中的铁磁性本体的空腔，以便通过磁回路连接线圈的端部。

[36]铁磁性材料的本体可非常容易地闭合罗格夫斯基环圈，同时限制由于环圈不理想的闭合产生的不精确性，并因此减小安培电路(parcoursd′Ampère)的不连续性。包封或插入在线圈的两端部中的磁回路片段的插入减小了甚至消除了安培电路中的不连续性。一具有磁导率例如50到1000倍于空气磁导率的材料造成磁性短路(court-circuit magnétique)，这等于重合所述两端部。从磁性的角度看，安培电路因此是完整的且几乎无中断，从而显著地改善了对线圈外部磁场和线圈内测量的主导体定位的不灵敏性的效果。

[37]根据本发明的传感器的优点在于：

[38]●围绕一主导体的线圈的便利的和可靠的复闭合：自由端一进入磁回路中时，电路是完整的且精确度是最优的

[39]●固定自由端不需要复杂或者精密的机构

[40]●使用更为便宜的和外形适用的铁氧体材料的可能性(外形通过模制得到)

[41]●对外磁场或主导体的定位的灵敏度无影响的端部的跨接。

Claims (14)

1.具有罗格夫斯基环圈的电流传感器，其包括：一在两端部(14，16)之间延伸的线圈(4)，所述线圈(4)构造成用于能够围绕一主导体地被布置，在所述主导体中待测量电流离开和接近所述端部地循行，和一封闭机构(18)，其布置在所述线圈端部，

其特征在于，所述封闭机构包括一磁回路，在所述环圈闭合时，所述磁回路在所述端部之间延伸。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述磁回路包括一具有强磁导率的本体(20，20a，20b)。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述本体包括至少一个空腔或者空腔部分(22，24)，所述线圈的至少一端部容置在所述至少一个的空腔或者空腔部分(22，24)中。

4.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征在于，所述本体包括至少一隆凸，所述至少一隆凸被插入所述线圈的一端部中。

5.根据权利要求2、3或4所述的传感器，其特征在于，所述本体包括铁氧体。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的传感器，其特征在于，所述本体是一整体构件。

7.根据权利要求2到5中任一项所述的传感器，其特征在于，所述本体包括至少两个可分开的部分。

8.根据权利要求2到7中任一项所述的传感器，其特征在于，所述本体的至少一部分永久性地固定在所述线圈的至少一端上。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述线圈的另一端可按非永久性的方式插入在所述本体的一对应的空腔中。

10.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述线圈的另一端部永久性地固定在所述本体的另一部分上。

11.根据上述权利要求1到9中任一项所述的传感器，其特征在于，在所述环圈闭合时，所述线圈的端部相互跨接。

12.根据权利要求1到10中任一项所述的传感器，其特征在于，在所述环圈闭合时，所述线圈端部是对齐的。

13.根据上述权利要求1到12中任一项所述的传感器，其特征在于，一连接缆线(12)与所述线圈的一端部相连接，所述缆线包括一插进所述磁回路内的磁屏蔽。

14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述连接缆线的屏蔽包括一热塑性材料制成的鞘套，所述热塑性材料填加有铁磁性材料。

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