本發(fā)明涉及一種羅氏線圈型(rogowskicoiltype)的電流測(cè)量傳感器，其包括由非磁材料制成的架和纏繞在所述架上的二次繞組，以供給電信號(hào)，電信號(hào)表示在導(dǎo)體中流動(dòng)穿過(guò)線圈內(nèi)部的電流。

本發(fā)明還涉及一種電測(cè)量和保護(hù)裝置和包括這樣傳感器的斷路器。

背景技術(shù)：

羅氏線圈在裝備電子觸發(fā)器的電源斷路器的領(lǐng)域中是公知的。它們因它們的線性度質(zhì)量和寬測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍而使用，因?yàn)樗鼈儾话杀伙柡偷拇怕?。因此，精度與繞組的規(guī)則性和傳感器的橫截面直接相關(guān)。

專利申請(qǐng)ep2667205a1和us2014132249a1中描述了斷路器中使用的羅氏線圈傳感器的示例。專利us5982265顯示了具有橢圓橫截面的另一羅氏線圈傳感器。

來(lái)自羅氏線圈的輸出信號(hào)由以下式子給出：

v＝μnsdi/dt

v是由羅氏線圈供給的輸出信號(hào)的電壓，

s是線匝的橫截面，

μ0是滲透性，

n是匝數(shù)，

di/dt是一次電流相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。

因此，由環(huán)形線圈輸送的電壓是線匝的總表面區(qū)域的函數(shù)，電壓的精度與線圈架的尺寸變化直接相關(guān)。

根據(jù)制造技術(shù)，用于羅氏線圈的繞組架一般由用柔性塑料材料制造的管制成或者通過(guò)模制剛性塑料元件而制成。

這些剛性塑料元件的形狀是穩(wěn)定的，且易于適配于大量生產(chǎn)。然而，在不使用校準(zhǔn)系統(tǒng)的情況下難以達(dá)到優(yōu)于1％的測(cè)量精度。

而且，在斷路器中可用的空間很少，并且環(huán)境溫度動(dòng)態(tài)范圍十分寬廣，例如從-40℃(斷路器在諸如高海拔或北極區(qū)域的惡劣環(huán)境中操作)到180℃(斷路器在諸如赤道或熱帶區(qū)域的熱環(huán)境中在標(biāo)稱電流下操作)。

這種變化產(chǎn)生膨脹效應(yīng)或改變架的橫截面的尺寸，這對(duì)輸出信號(hào)的精度有影響。

此外，在制造期間，在實(shí)心架或中空架的情況下難以控制在模制階段中的收縮。當(dāng)對(duì)于大量生產(chǎn)的環(huán)形線圈需求高精度時(shí)，這還有助于改變測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明之目的是一種十分精確的羅氏線圈傳感器以及一種保護(hù)裝置和包括這種傳感器的斷路器，該傳感器可大量生產(chǎn)，并且?guī)缀醪粚?duì)溫度變化敏感。

根據(jù)本發(fā)明，羅氏線圈型電流測(cè)量傳感器包括由非磁材料制成的架和纏繞在所述架上的二次繞組，以供給電信號(hào)，電信號(hào)表示在導(dǎo)體中流動(dòng)穿過(guò)線圈內(nèi)部的電流，所述架基本上由模制的剛性塑料材料制成，并包括分布在架的本體的長(zhǎng)度或圓周上的至少一個(gè)外部切口，所述切口包括由隔壁分隔的至少兩個(gè)溝槽。

優(yōu)選地，所述架具有帶圓角的四邊形形狀橫截面、內(nèi)表面、外表面和兩個(gè)橫向表面。

有利地，所述架的各表面中的至少一個(gè)包括具有由隔壁分隔的至少兩個(gè)溝槽的所述切口。特別地，所述架的兩個(gè)橫向表面中的至少一個(gè)包括由隔壁分隔的至少兩個(gè)溝槽。優(yōu)選地，所述架的兩個(gè)橫向表面包括由隔壁分隔的至少兩個(gè)溝槽。

優(yōu)選地，環(huán)形線圈架的所述橫截面具有帶圓角的大致梯形形狀。有利地，具有梯形形狀的架的內(nèi)表面和外表面相對(duì)于兩個(gè)橫向表面形成直角正負(fù)8至20度。

優(yōu)選地，所述架包括沿溝槽分布的肋，以維持隔壁。

在一個(gè)特定實(shí)施例中，所述架由具有高于200℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的無(wú)定形樹脂構(gòu)成。優(yōu)選地，所述樹脂填充尺寸小于200μm的珠纖維或玻璃纖維。優(yōu)選地，所述樹脂被填充至20和50％之間。

根據(jù)本發(fā)明的用于斷路器的電測(cè)量和保護(hù)裝置包括用于接收表示電流的信號(hào)的處理單元，包括連接到處理單元的如上所述的測(cè)量傳感器，以供給表示在電導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的電流信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的斷路喊叫包括用于中斷電路中的電流的至少一個(gè)主觸頭、用于控制所述電觸頭的打開的機(jī)構(gòu)以及將控制信號(hào)供給到所述控制機(jī)構(gòu)的測(cè)量和保護(hù)裝置，該斷路器包括連接到所述測(cè)量和保護(hù)裝置的處理單元的如上所述的測(cè)量傳感器。

附圖說(shuō)明

從下面對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例(以非限制性示例呈現(xiàn)，并在附圖中示出)的描述中，其它優(yōu)點(diǎn)和特征會(huì)變得更清楚。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的環(huán)形線圈架的剖視圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變型例的圖1的架的頂視圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的環(huán)形線圈的剖視圖；

圖4和5表示顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖3的架的頂部和底部的透視圖；

圖6示出包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的傳感器的斷路器的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的環(huán)形線圈架1的剖視圖。該架由諸如模制剛性塑料的非磁材料制成。二次繞組5纏繞在架上，以從羅氏傳感器供給電輸出信號(hào)。繞組覆蓋架的整個(gè)圓周，然而，為了顯示架的結(jié)構(gòu)，圖1中僅示出一匝6。所述架1包括分布在架的本體的長(zhǎng)度或圓周上的至少一個(gè)外部切口。所述切口2包括由隔壁4分隔的至少兩個(gè)溝槽3。

隔壁4的高度包含在架的橫截面的限定中，避免在操作環(huán)形線圈時(shí)繞組的線被擠壓進(jìn)溝槽中。所述溝槽是明顯的空白空間，用于將塑料材料在橫制操作期間的收縮局限于對(duì)線匝的橫截面沒(méi)有作用的區(qū)域內(nèi)。因此，溝槽允許在模制之后消除塑料材料的收縮效應(yīng)。利用該切口，極大地減小了模制階段和成品階段之間的尺寸變化。

橫截面的形狀可以是橢圓形、圓形，但是優(yōu)選地具有對(duì)應(yīng)于四邊形的各邊的四個(gè)表面。該形狀便于在將傳感器安裝進(jìn)其保護(hù)殼體中時(shí)操作者操縱環(huán)形線圈，并避免擠壓二次線圈的繞組的線。優(yōu)選地，四邊形的角部是圓角的，以便于線纏繞在架上。

由于架的橫截面具有帶圓角的四邊形形狀，所以所述架具有傳感器的內(nèi)表面7、外表面8以及兩個(gè)橫向表面9和10。

在架具有四邊形形狀的橫截面的情況下，傳感器的架的各表面中的至少一個(gè)包括具有由隔壁4分隔的至少兩個(gè)溝槽3的切口。優(yōu)選地，傳感器的架的兩個(gè)橫向表面中的至少一個(gè)包括由隔壁分隔的至少兩個(gè)溝槽。在圖1和2中，溝槽位于橫向表面9上。為了獲得更精確的結(jié)果，傳感器的架的兩個(gè)橫向表面9和10包括由隔壁4分隔的至少兩個(gè)溝槽3。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的環(huán)形線圈架的剖視圖，包括位于兩個(gè)橫向表面9和10上的溝槽。圖4和5示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的架的透視圖。在這些圖中，架還包括突緣12，當(dāng)二次繞組5纏繞在架1上時(shí)，突緣設(shè)置用于保持二次繞組的終端。

在一個(gè)特定情況下，具有四邊形形狀的架1的橫截面具有帶圓角的大致梯形形狀。特別地，考慮到環(huán)形線圈在斷路器內(nèi)的位置，梯形形狀允許最優(yōu)化線匝的表面區(qū)域。橫向表面9和10優(yōu)選地是平行的。

優(yōu)選地，梯形形狀的架的內(nèi)表面和外表面相對(duì)于橫向表面9和10形成90度加減8到20度的直角a或b。具有在5°和20°之間的范圍內(nèi)的角度的梯形形狀的環(huán)形線圈架的橫截面允許在考慮到機(jī)械約束的情況下獲得線匝的最大可能表面區(qū)域。

圖2所示架的頂視圖顯示在橫向表面9之一上沿環(huán)形線圈的架呈現(xiàn)的兩個(gè)溝槽3和隔壁4。在該實(shí)施例中，架包括沿溝槽3分布的肋11，以維持隔壁4。

除了通過(guò)架的形狀和所述架的周界周圍的外部溝槽的存在來(lái)限制材料的收縮，根據(jù)本發(fā)明的傳感器優(yōu)選地具有由具有高于200℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)的無(wú)定形樹脂構(gòu)成的架。無(wú)定形屬性允許顯著減小模制的收縮，并促進(jìn)對(duì)模制元件的更好尺寸控制。因此，這種材料提供了在從-40℃到180℃的溫度范圍內(nèi)的恒定且可預(yù)測(cè)的clte(線性熱膨脹系數(shù))。由于線性熱膨脹系數(shù)clte十分低，接近銅的線性熱膨脹系數(shù)，所以可保證高測(cè)量精度≤1％，即使在溫度變化的情況下。

有利地，架的所述樹脂填充尺寸小于200μm的珠纖維或玻璃纖維。材料的填充或增強(qiáng)允許減小線性熱膨脹系數(shù)clte，以達(dá)到接近銅(用于二次線圈的繞組)的線性熱膨脹系數(shù)的值。為了獲得接近1的形式因子，珠纖維或玻璃纖維是極短的，約50μm至100μm。因此，對(duì)于在任意方向上的元件，它們?cè)试S獲得實(shí)際上同向性的線性熱膨脹系數(shù)clte。優(yōu)選地，所述樹脂填充至約20和50％之間，特別優(yōu)選約30％。

圖6示出包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的傳感器20(與測(cè)量和保護(hù)裝置相關(guān))的斷路器20的示意圖。斷路器20包括至少一個(gè)主觸頭13，用于中斷電路中的電流i；機(jī)構(gòu)14，用于控制所述電觸頭13的打開；以及測(cè)量和保護(hù)裝置，用于將控制信號(hào)d供給至控制機(jī)構(gòu)14。斷路器還包括電源端子16，用于連接外部電導(dǎo)體與位于主觸頭13和端子16之間的內(nèi)部連接導(dǎo)體17。如上所述的至少一個(gè)電流傳感器21布置在斷路器的初級(jí)導(dǎo)體17(比如端子16和主觸頭13之間的連接導(dǎo)體17)周圍。電流傳感器21連接到測(cè)量和保護(hù)裝置15的處理單元18，以供給表示在初級(jí)導(dǎo)體i中流動(dòng)的電流的信號(hào)i-e。因此，處理單元從傳感器21接收表示電流的信號(hào)i-e，實(shí)施對(duì)電流信號(hào)的處理，執(zhí)行保護(hù)和發(fā)信號(hào)功能，并在必要時(shí)將觸發(fā)信號(hào)或命令d供給至機(jī)構(gòu)14，以斷開斷路器的觸頭13。

在圖6的斷路器中，傳感器21具有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的架1，該架具有位于橫向表面9和10上的切口，每個(gè)切口包括兩個(gè)溝槽3和隔壁4。二次繞組5連接到處理單元18的輸入，以供給電流測(cè)量信號(hào)i-e。處理單元還可從初級(jí)導(dǎo)體17接收電壓測(cè)量信號(hào)v-e。在該情況下，處理單元還可以十分高的精度實(shí)施對(duì)能量和/或電能的處理和計(jì)算。

在圖6中，示出僅具有一個(gè)相或極的斷路器。然而，本發(fā)明還可應(yīng)用于多極斷路器，尤其是三相斷路器。在該情況下，每個(gè)受保護(hù)的極包括如上所述的電流傳感器。

包括傳感器21和處理單元18的測(cè)量和保護(hù)裝置15可以是用于斷路器的電子觸發(fā)器，但是還可以是繼電器或保護(hù)模塊和/或功率和/或電能測(cè)量模塊。