专利名称：用于测量导体中电流的电流测量线圈的制作方法
用于测量导体中电流的电流测量线圈本发明涉及一种用于测量导体中电流的电流测量线圈，其带有由导电材料，较佳由导线制成的线圈绕组，而线圈绕组与非磁芯一起围绕引导待测电流的导体设置，并且通过该导体中的交流电可在该线圈绕组中感应出电压。在实验室领域中已知这种按照罗格夫斯基线圈原理构造的电流测量线圈的应用。与传统的电流转换器相比，这种电流测量线圈具有相当大的优点。测量参数是在电流测量线圈或罗格夫斯基(Rogowski)线圈中感应出的电压，该电压可以回溯到流经导体的交流电所产生的磁场。这种类型的电流测量线圈或罗格夫斯基线圈与经典的电流转换器之间的主要差异在于它没有铁芯。因此，没有在大电流下不然就会出现的非线性饱和效应。借助于具有稳固结构的这种类型的罗格夫斯基或电流测量线圈可以实现较高的测量动态性，因而不仅可以准确地测量非常小的电流，而且可以测量非常大的电流，这与短路关联起来具有重要意义。借助于电流测量线圈或罗格夫斯基线圈的相应设计，可以达到从Hz直至MHz范围的带宽。从上述技术现状出发，本发明的任务在于，如此进一步改进前述类型的电流测量线圈，即，使其与现有技术相比能够更精确及更可靠地进行电流测量。根据本发明，这个任务这样解决，即该电流测量线圈的线圈绕组围绕导体位于其中或从其中穿过的孔的轴线缠绕多匝。由于用这种线圈绕组围绕该孔缠绕多匝，可实现与现有技术相比显著减少由外部磁场可能造成的影响。根据本发明构造的电流测量线圈在电能传输和中断(Abrechnung)时提高效率。它们通过使用数字技术而为节约成本创造了前提。此外,通过改进的测量技术提高了电网的安全性,其中减少电网的停电概率。按照一个有利的实施例，根据本发明的电流测量线圈具有载体，导线均匀地围绕该载体缠绕成线圈绕组，其中导线引回该线圈绕组的起点，而且该载体与线圈绕组一起围绕接纳导体的孔缠绕多匝。由此得到一个相对来说较稳定的设计方案，其中由于尽可能均匀地缠绕该载体并缠绕接纳导体的孔多匝，进一步抑制外部磁场的影响。该载体可适宜地构造成缠绕线(Wickelschnur)。此外有利的是，构造成该线圈绕组的导线设有绝缘体。根据本发明的电流测量线圈的线圈绕组的构造由馈电线和回线组成。如前所述，该导线再次被引回原本缠绕的起点。在设计电流测量线圈时，例如确定缠绕线的参数，诸如直径和长度，以及导线的材料和直径。正如上面已经解释的，为了在缠绕时防止短路，该导线具有绝缘体。根据本发明的电流测量线圈的一种有利的实施方式，线圈绕组作为回线具有其上缠有线状材料的直线延伸的导线段，该导线段与其上缠绕的线状材料形成线绳(Kordel)；并且作为馈电线具有均匀缠绕的导线段，该导线段均匀地缠绕在由直线延伸的导线段和其上缠绕的线状材料所构成的线绳上，其中馈电线和回线在该线绳或缠绕线的一端处彼此连接。根据本发明的电流测量线圈的这种上述设计方案的一个有效的改进方案规定，该线圈绕组具有多条，至少两条被线状材料缠绕的回线，它与线状材料一起形成线绳或缠绕线；以及数目对应于回线数的均匀地缠绕在该线绳或缠绕线上的馈电线，其中在两根馈电线之间分别设置由线状材料构成的缠绕层，其中在该线圈绕组的一端处，一条馈电线和一条回线彼此电连接成一个单元，其中在该线圈绕组的另一端，一个单元的回线与下一个单元的馈电线电连接，而最后一个单元的回线与第一单元的馈电线留作开端。这时，由这个线圈绕组的馈电线和回线构成的单元串联连接。替代地，该线圈绕组可以具有一条均匀地沿一定旋转方向缠绕在线上、其上缠有线状材料的馈电线和一条均匀地沿相反的旋转方向缠绕在线状材料缠绕层上的回线，其中，该馈电线和该回线在线圈绕组的一端处彼此电连接。按照上述变型的一个改进方案，根据本发明的电流测量线圈的线圈绕组具有多条，至少两条沿一定旋转方向缠绕的馈电线和沿相反的旋转方向缠绕的回线，其中在相邻的馈电线或回线之间分别设置由线状材料构成的缠绕层，其中在该线圈绕组的一端处，一条馈电线和一条回线电连接成一个单元，其中在该线圈绕组的另一端处，分别由馈电线和与其相连的回线构成的单元串联连接，而且第一个单元的馈电线和最后一个单元的回线留作开端。根据本发明的电流测量线圈的线圈绕组可以螺旋形或盘绕形(wendelfdrmig)
围绕该孔的轴线缠绕多匝，其中该线圈绕组可以多层来围绕该孔。相应构造的线圈绕组可设有由适当的绝缘材料，例如，树脂、橡胶、硅酮(Silikon)等构造成的绝缘体，线圈绕组装入该绝缘体中以进行固定或稳定。按照另一种有利的实施方式，该线圈绕组可以在一平面上以螺旋形围绕该孔的轴线缠绕多匝，其中，线圈绕组的不带露出的导线端的端部设置在内边缘处，而该线圈绕组的接线端子设置在螺旋形缠绕的线圈绕组的外边缘处。为了固定该线圈绕组的构造并保护其免受外界影响，有利的是，该线圈绕组嵌入由绝缘材料，例如，树脂、橡胶、硅酮等制成的圆片(Scheibe)中，其中该圆片具有与平面平行的表面和一个中心孔，引导待测电流的导体之后穿过该中心孔。因此，根据本发明，明显地减少该电流测量线圈对干扰的敏感性，这是因为由该线圈绕组的并非完全无差错的制造决定的各种缺陷和误差在统计学上可以抵消。此外，当多个、至少两个嵌入由绝缘材料制成的圆片的线圈绕组�？榛睾铣梢桓鱿呷θ谱榻峁故保荼痉⒚鞯牡缌鞑饬肯呷梢允迪帜？榛峁梗渲猩柚迷诟鞲鲈财械南呷θ谱榭梢越柚诮酉叨俗颖舜肆�。视作为测量装置而采用的罗格夫斯基线圈或电流测量线圈的要求而定，多个这种圆片可以�？榛囟训⒈舜舜�。可以非常有效地制造这种电流测量线圈，其中在该电流测量线圈的输出端处所要求的信号强度例如可以通过模块化圆片的数目进行调节。各个�？榛财男藕徘慷认匀蝗【鲇谠谄渲猩柚玫南呷θ谱榈募负涡巫春筒贾谩Ｔ谥圃旄荼痉⒚鞯牡缌鞑饬肯呷κ保孟呷θ谱榛箍杉烦鲋瞥桑乖斐煽招南呷Γ蛑糜谑实钡牟牧希钊缦鸾�、硅酮等等上。在替代的实施方式中，该线圈绕组可以不由导线而是由一个气相喷镀(auf damp fen)到载体上,例如陶瓷载体上的金属结构构造而成。此外,该线圈绕组还可以不由导线而由钼结构(Platinenstruktur)构造成。
下面参照附图根据实施例对本发明作更详细的说明。附图中
图1是根据本发明的、用于测量导线中电流的电流测量线圈的一种实施方式的线圈绕组的原理图；以及图2是根据本发明的电流测量线圈的一种实施方式的原理图。根据本发明的、按照罗格夫斯基线圈的原理起作用的电流测量线圈I用于在度量学上测量导体2中的电流。为此，电流测量线圈I在一个实施例中具有图1中所示的由导线4构成的线圈绕组3，该线圈绕组与非磁芯一起围绕导体2设置。导体2在图1中未示出并沿与图1所示的X轴方向并同轴延伸。当交流电流过相对于线圈绕组3这样设置的导体2时，在该电流测量线圈的线圈绕组3中感应出大小对应于导体2中的电流强度的电压。在按照罗格夫斯基线圈原理工作的电流测量线圈I中没有铁芯。与此相应地，消除了在大电流下出现的有损测量结果精确度的非线性饱和效应。正如从图1看出的，线圈绕组3在所示实施例中以平面螺旋的方式围绕孔5缠绕，X轴以及由此导体2的轴线在该孔的中心延伸。因此，线圈绕组3以多层围绕导体2。线圈绕组3具有均匀缠绕的、在一定程度上起馈电线作用的导线段6，及在通过缠绕出现的内部空间内延伸的直线延伸的导电承载段7，它在一定程度上起回线作用。在图1中在线圈绕组3内端部，即，孔侧端部处，均匀缠绕的导线段6及直线延伸的导线段7彼此电连接。电流测量线圈I的线圈绕组3可具有由于显示的原因在图1中未示出的载体。围绕该载体设置有均匀缠绕的导线段6。这时，导线4以适当的方式引回线圈绕组3的起点。该载体相应地和线圈绕组3 —样围绕孔5缠绕多匝，引导电流的导体2穿过该孔，而导体以其轴线设置在X轴上。不仅图1所示的线圈绕组3的均匀缠绕的导线段6，而且同样在图1中所示的形成线圈绕组3的导线的直线延伸的导线段7都设有适当的绝缘体。在图1未示出的载体在一定程度上构造成为缠绕线。在一种实施方式中，在图1所示的直线延伸的导线段7上缠绕线状材料。直线延伸的导线段7和缠绕于其上的线状材料共同形成线绳。直线延伸的导线段7用作线圈绕组3的馈电线。起线圈绕组3的馈电线作用的导线段6均匀地缠绕在该线绳上。起馈电线或回线作用的均匀缠绕的导线段6和直线延伸的导线段7在该线绳的一端处彼此电连接。在电流测量线圈I的一种替代实施方式中，实现了上面解释的准多层结构。分别形成线圈绕组的回线的多个直线延伸的导线段7用上面已提及的线状材料来缠绕。在这样形成的线绳上设置均匀地缠绕的导线段6，该导线段6又被线状材料层缠绕。在该线状材料层上又设置均匀缠绕的导线段6。起馈电线作用的均匀缠绕的导线段6的数目与直线延伸的导线段7的数目相符。在相叠的均匀缠绕的导线段6之间分别设置一缠绕的线状材料层。在这样形成的线绳的一端处，在各馈电线或均匀缠绕的导线段6和回线或直线延伸的导线段7之间形成电连接。由馈电线和回线相应地结合起来的结构在线绳的另一端处串联连接。就是说，第一相应结构的回线与第二相应结构的馈电线连接。继续这样做直至最后的相应结构的馈电线，以使最后的相应结构的回线和第一相应结构的馈电线留作开端。替代地，该线圈绕组可以具有沿一定旋转方向均匀地缠绕在绳上的馈电线和沿相反的旋转方向均匀地缠绕在馈电线上的回线，其中在馈电线与回线之间设置由线状材料形成的层。馈电线和回线在线圈绕组的一端部处彼此电连接。替代地，可使上述结构成倍或成四倍，其中相邻的馈电线或回线之间分别设置缠绕于其上的线状材料层。在这样结构的线圈绕组的一端处，馈电线和回线彼此电连接。在该线圈绕组的另一端部处，分别由馈电线和回线构成的单元串联连接。第一相应层或单元的馈电线和最后一层或单元的回线留作开端。代替图1所示的在一平面内延伸的螺旋形的线圈绕组3，电流测量线圈I的线圈绕组还可以盘绕形或以不平的螺旋线围绕孔5的X轴线引导或缠绕多匝。在图1所示的电流测量线圈I的实施例中，线圈绕组3在一平面内螺旋形地围绕孔5的X轴缠绕多匝。线圈绕组3的均匀缠绕的导线段6与直线延伸的导线段7电连接的端部设置在螺旋线的朝向孔5的内边缘处。线圈绕组3的接线端子设置在螺旋线的外边缘上。正如特别是从图2看出的，线圈绕组3可以嵌入由适当的绝缘材料制成的圆片8中。作为绝缘材料可以考虑适当的树脂、橡胶、硅酮等等。圆片8具有与该平面平行的面，并在其中间区域具有孔5，而引导电流的导体2从该孔穿过。在一种实施方式中，根据本发明的电流测量线圈I可以由大量这种设有线圈绕组3的圆片8形成，其中在图2所示的实施例中设置三个这种圆片8。因此，图2所示的电流测量线圈指的是线圈绕组结构9，其�？榛赜赏嘈偷脑财�8形成，各圆片分别设有线圈绕组3的一种实施方式。接线端子10用作设置在圆片8中的线圈绕组3的接线端子。视要求而定，电流测量线圈I可以作为由任意数目的圆片8构成的线圈绕组结构9来实现，因而，可以针对每一种使用情况提供相应地适应和设计的电流测量线圈I。通过把线圈绕组3嵌入由绝缘材料形成的圆片8中来明显地减少线圈绕组3对干扰的敏感性，这是因为由线圈绕组3的并非完全无差错的制造所决定的不规则性在统计学上可以抵消。替代地，根据本发明的电流测量线圈的线圈绕组可以挤出制成。此外，该线圈绕组可以实施成为空心线圈。还可以把线圈绕组置于适当的材料，诸如橡胶、硅酮等等上。除通过导线外，该线圈绕组还可以气相喷镀的金属结构形式来实现，其中例如，可以把金属蒸汽气相喷镀到陶瓷载体上。另外，根据本发明的电流测量线圈I的实施方式还可以将线圈绕组构造成钼结构。对于根据本发明的电流测量线圈来说重要的是，引导待测电流的导体2以多层被电流测量线圈I的线圈绕组3所围绕。由此，显著地减少外部磁场对测量结果的影响。
权利要求
1.用于测量导体中电流的电流测量线圈，所述电流测量线圈带有由导电材料，较佳由导线(4)制成的线圈绕组(3)，所述线圈绕组与非磁芯一起围绕导体(2)设置，而且通过所述导体(2)中的交流电能在所述线圈绕组中感应出电压，其特征在于，所述电流测量线圈(1)的所述线圈绕组(3)围绕所述导线(2)位于其中或从其中穿过的孔(5)的轴线缠绕多匝。
2.如权利要求1所述的电流测量线圈，其特征在于，所述电流测量线圈具有载体，所述导线(4)环绕所述载体均匀缠绕成所述线圈绕组(3)，所述导线(4)被引回所述线圈绕组(3)的起点，而且所述载体与所述线圈绕组(3) —起围绕接纳所述导体⑵的所述孔(5)缠绕多匝。
3.如权利要求2所述的电流测量线圈，其特征在于，所述载体构造成为缠绕线。
4.如权利要求1至3中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，形成所述线圈绕组(3)的导线(4)具有绝缘体。
5.如权利要求1至4中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组(3)作为回线具有直线延伸的导线段(7)，在所述导线段(7)上缠绕有线状材料并与缠绕的线状材料一起形成线绳；以及作为馈电线具有均匀缠绕的导线段(6)，所述导线段(6)均匀地缠绕在由直线延伸的导线段(7)和缠绕于所述导线段上的线状材料形成的线绳上，所述馈电线和所述回线在所述线绳或缠绕线的一端处彼此连接。
6.如权利要求1至5中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组(3)具有多条，至少两条被线状材料缠绕的回线，所述回线与线状材料一起形成线绳或缠绕线；以及数目对应于回线数目的均匀缠绕在所述线绳或所述缠绕线上的馈电线，在两条馈电线之间分别设置由所述线状材料构成的缠绕层，在所述线圈绕组的一端处各馈电线和回线彼此电连接成一个单元，在所述线圈绕组的另一端处一个单元的回线与下一个单元的馈电线电连接，而最后一个单元的回线和第一单元的馈电线留作开端。
7.如权利要求1至4中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组具有沿一定旋转方向均匀地缠绕在绳上的、其上缠绕线状材料的馈电线，和沿相反的旋转方向均匀地缠绕在由线状材料构成的缠绕层上的回线，所述馈电线和所述回线在所述线圈绕组的一端处彼此电连接。
8.如权利要求7所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组具有多条，至少两条沿一定旋转方向缠绕的馈电线和沿相反的旋转方向缠绕的回线，在相邻的馈电线或回线之间分别设置由线状材料构成的缠绕层，在所述线圈绕组的一端处，各馈电线和回线电连接成为一个单元，在所述线圈绕组的另一端处，由各馈电线和与馈电线连接的回线构成的各单元串联连接，而且第一单元的馈电线和最后一个单元的回线留作开端。
9.如权利要求1至8中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组(3)呈螺旋形或盘绕形地围绕所述孔(5)的所述轴线缠绕多匝。
10.如权利要求1至9中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组(3)在一平面上螺旋形地围绕所述孔(5)的所述轴线缠绕多匝，所述线圈绕组(3)的不带露出的导线端的端部设置在内边缘处，而线圈绕组(3)的接线端子设置在螺旋形缠绕的线圈绕组(3)的外边缘处。
11.如权利要求1至10中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组(3)嵌入由绝缘材料，例如，树脂、橡胶、硅酮等制成的圆片(8)中，所述圆片具有与平面平行的面和中心孔(5)。
12.如权利要求1所述的电流测量线圈，其特征在于，多个，至少两个嵌入由绝缘材料构成的圆片(8)中的所述线圈绕组(3)�？榛睾铣上呷θ谱榻峁�(9)，设置在各圆片(8)中的线圈绕组(3)借助于接线端子(10)彼此连接。
13.如权利要求1至12中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组挤出制成、构造成空心线圈或者置于适当的材料，如橡胶、硅酮等上。
14.如权利要求1至13中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组由气相喷镀到载体，例如陶瓷载体上的金属结构形成，而不是由导线形成。
15.如权利要求1至13中一项所述的电流测量线圈，其特征在于，所述线圈绕组构造成钼结构，而不是由导线构造成。
全文摘要
用于测量导线中电流的电流测量线圈(1)具有由导电材料，较佳由导线(4)形成的线圈绕组(3)。线圈绕组(3)与非磁芯一起围绕该导体设置。在该线圈绕组(3)中，通过导体中的交流电感应出电压。为了在这种电流测量线圈(1)中定性地改善由此可达到的测量结果，建议该电流测量线圈(1)的线圈绕组(3)围绕该导体位于其中或从其中穿过的孔(5)的轴线缠绕多匝。
文档编号G01R15/00GK103048509SQ201110420749
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者K·卡鲁扎 申请人:施尼温特有限两合公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
