CN107037251B - 电流传感器和用于测量电流的装置 - Google Patents

Abstract

一种罗氏型电流传感器，包括围绕电流导体(10)的两个线圈层(2、3)，每个线圈层包括缠绕在多个轴线上的多个绕组，所述轴线形成布置在平行平面(P1、P2)上的相同形式的多边形轮廓，并且彼此面对地布置，使得第一多边形的每个角区域(201、202、203、204)面向第二多边形(31、32、33、34)的相应角区域，并且使得在每个角区域中，第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝具有与第二层线圈(3)的绕组的匝不同的取向。

Description

电流传感器和用于测量电流的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量电导体中的电流的传感器。它更具体地适用于工业环境中的交流电流的测量。

本发明还涉及一种用于测量电功率或能量的装置，或者涉及一种用于保护或控制配电电路的装置(例如断路器或接触器)，其包括至少一个这样的电流传感器。

背景技术

电流传感器使用在用于测量电流、功率或能量的装置中，以及用于保护或控制配电设备的装置(诸如断路器、接触器、开关)中。

在电流传感器中，Rogowski型感应传感器的使用在文献中被广泛描述。

Rogowski型的电流传感器包括由磁性材料制成的支撑件，其围绕也被称为电流线的电导体，待测电流在其中流动。导线缠绕在支撑件上以形成次级绕组。整体形成变压器，其中所述电流线构成初级绕组，并且所述次级绕组提供测量信号，该测量信号表示在电流线中流动的电流的导数。

不存在冒着被电流线中的电流产生的磁场饱和的风险的任何磁芯允许传感器在初级电流的宽动态范围上具有非常好的线性响应。这种质量在电流测量中是非常有益的。

另一方面，由在电流线中流动的电流在次级绕组中产生的磁场比传感器包括磁路的情况弱得多，从而使得罗氏传感器对外部电磁干扰更敏感，例如对由在传感器附近放置在支撑件外部的另一电流线产生的场。在主导体中测量的电流越低，对外部干扰的敏感性就越显著，在这种情况下信噪比同样越低。

此外，对于在通常为平行六面体形状的测量装置中的安装，多边形形状，特别是矩形或正方形比罗氏传感器中的常规圆形形状更合适，因为空间被更好地填充。罗氏圆环的增益与匝数和每匝的面积成比例，能够使多边形形状的传感器的增益最大化：

-通过使用矩形或正方形的匝截面，每匝的面积将大于直径等于等效正方形或矩形的边的圆形匝的面积，

-通过使用正方形或矩形支撑件，传感器的平均周长将大于等效体积的圆形支撑件的周长，因此，对于等效的卷绕厚度，可以在正方形或矩形支撑件上卷绕更大数量的匝。

然而，对于诸如这样的多边形传感器，不再可能在拐角中保持每单位长度的匝数恒定，因为它们表示高不连续点，并且已知为了最小化外部电磁场的影响，卷绕间距在绕组的整个长度上必须是恒定的。

旨在解决这种困境的各种实施例是已知的：专利EP1596206描述了一种电流测量装置，其包括由至少三个线圈形成的次级绕组，其中至少一个的端部的局部电感大于朝向线圈中心部分的局部电感。

专利EP0838686描述了一种电流测量装置，其包括由至少四个线圈形成的次级绕组。通过以这样的方式布置四个线圈来补偿拐角中的缺失匝，使得每个线圈端部由与其相邻的线圈部分地或全部地重叠。

这些解决方案不能完全解决与外部通量对电流测量的影响有关的问题，特别是在三相电气设备被单相负载高度不平衡的情况下，并且更具体地不能完全解决与在测量初级导体中的低电流的情况下获得增加的测量精度有关的问题。

发明内容

因此，本发明旨在通过提出一种用于测量电流的装置来补救现有技术的缺点，该装置能够传递适于精确测量电流的信号，对外部电磁干扰非常不敏感，并且其形状适于安装在紧凑型工业设备中。

根据本发明的电流传感器包括围绕电流导体的至少两线圈层，以便执行在所述导体中流动的电流的测量：

-第一层线圈包括连接在一起的多个绕组，每个绕组具有布置在第一平面中的纵向卷绕轴线，所述轴线的交叉形成对应于第一多边形的顶点的角区域，每个卷绕轴线形成所述第一多边形的一侧，

-第二层线圈包括连接在一起的多个绕组，每个绕组具有布置在平行于第一平面的第二平面中的纵向卷绕轴线，所述轴线的交叉形成对应于第二多边形的顶点的角区域，每个卷绕轴线形成所述第二多边形的一侧。

每个绕组层的每个绕组由基本上垂直于卷绕轴线定向的匝组成。

第一多边形包括多个角区域，每个角区域由多边形的顶点形成。

第二多边形具有与第一多边形相同的形状，并且同样包括多个角区域，每个角区域由第二多边形的顶点形成。

第一和第二多边形彼此面对放置，使得第一多边形的每个角区域分别面向第二多边形的每个对应角区域。

在每个角区域中，第一层线圈的绕组的匝的取向不同于面对的角区域中的第二层线圈的绕组的匝的取向。每个角区域被单个绕组的端部占据，并且相邻绕组的端部基本上延伸到占据所述角区域的绕组的一侧。

第一多边形包括多个基本上直线的区域，每个直线区域由所述多边形的一侧形成。以相同的方式，第二多边形也包括多个基本上直线的区域，每个直线区域由第二多边形的一侧形成。第一层线圈的每个直线区域分别面向第二层线圈的相应直线区域。在第一支撑件的每个直线区域中的第一层线圈的绕组的卷绕轴线平行于在第二支撑件的相对直线区域中的第二层线圈的绕组的卷绕轴线。

电流传感器的第一层线圈和第二层线圈的绕组各自缠绕在非磁性类型的支撑件上。第一层线圈的绕组和第二层线圈的绕组的线圈节距基本上是恒定的。

第一层线圈的绕组串联连接，第二层线圈的绕组串联连接。

第一层线圈的绕组的卷绕方向优选相对于第二层线圈的绕组的卷绕方向反转。

第一和第二多边形的形状优选地是矩形或正方形。根据该实施例，在每个角区域中，第一层线圈的绕组的匝相对于在面对角区域中的第二层线圈的绕组的匝大致成直角。

电流传感器的线圈可以根据印刷电路技术，根据基于丝网印刷或者基于三维印刷在绝缘支撑件上沉积导电材料的技术来制造，该列表是非限制性的。

根据本发明，用于测量电功率或能量的装置，例如电流表或功率表，包括至少一个电流传感器。优选地，第一层线圈的第一端连接到测量装置的参考电位，第一层线圈的第二端连接到优选为差分放大器类型的放大器的第一输入端，第一端的第二层线圈的第一端连接到测量装置的所述参考电势，并且第二层线圈的第二端连接到放大器的第二输入端。至少一个处理电路连接到至少一个电流传感器，所述处理电路适于执行对表示在电流导体中流动的电流的信号的测量。

根据本发明的电跳闸单元包括至少一个电流传感器和连接到所述电流传感器的至少一个处理电路，以便接收表示在电流导体中流动的电流的至少一个信号。

开关装置包括电跳闸单元，该跳闸单元包括根据本发明的至少一个传感器、用于打开电触点的机构、电跳闸单元连接到断开机构以打开开关装置的触点。

附图说明

从以下通过非限制性示例给出并且在附图中给出的本发明的具体实施例的以下描述中，将更清楚地显现其它优点和特征，其中：

-图1表示根据优选实施例的传感器的透视图；

-图2A和2B表示传感器的优选多边形形状。

-图3A和3B表示在两个面对的角区域中的传感器的两线圈层的匝的安装的俯视图；

-图3C和3D表示在两个面对的角区域中的传感器的两线圈层的匝的安装的变体的俯视图；

-图4A和4B表示从上方观察的第一和第二层线圈的第一实施例；

-图5A和5B表示从上方观察的第一和第二层线圈的第二实施例；

-图6表示集成根据本发明的电流传感器的测量装置的框图；

-图7表示根据本发明的集成多个电流传感器的开关装置的框图。

具体实施方式

根据本发明的优选实施例，如图1所示，电流传感器1包括第一层线圈2和布置在电流线10周围的第二层线圈3。待测量的电流在电流线10中流动。

第一层线圈2包括通过在支撑件25上卷绕导线而产生的多个绕组21、22、23、24。所述绕组电串联连接。绕组21沿着轴线X1卷绕，绕组22沿着轴线X2卷绕，绕组23沿着轴线X3卷绕，绕组24沿着轴线X4卷绕。轴线X1、X2、X3、X4布置在同一个平面P1中。

轴线X1、X2、X3、X4基本上是直线的，X1大致垂直于X2和X4、X3大致垂直于X2和X4。

第二层线圈3包括通过在支撑件35上卷绕导线而产生的多个绕组31、32、33、34。所述绕组电串联连接。绕组31沿轴线Y1卷绕，绕组32沿轴线Y2卷绕，绕组33沿轴线Y3卷绕，绕组34沿轴线Y4卷绕。轴线Y1、Y2、Y3、Y4布置在同一平面P2中。

轴线Y1、Y2、Y3、Y4基本上是直线的，Y1大致垂直于Y2和Y4、Y3大致垂直于Y2和Y4。

第一层线圈2和第二层线圈3彼此靠近放置，优选地尽可能接近，平面P1基本上平行于平面P2。

轴线X1基本上平行于轴线Y1，轴线X2基本平行于轴线Y2，轴线X3基本上平行于轴线Y3，轴线X4基本上平行于轴线Y4。

支撑件25和35优选地在形状和尺寸上相同，使得线圈层2的匝与线圈3的匝相同。支撑件25和35也优选地在组成上相同。

根据图2A，轴线X1、X2、X3、X4形成第一多边形200的轮廓，优选地是矩形。所述多边形200包括四个侧边：205、206、207和208。多边形200的第一侧边205沿轴线X1形成，多边形200的第二侧边206沿轴线X2形成，多边形200的第三侧边207沿着轴线X3形成，并且多边形200的第四侧边208沿着轴线X4形成。该轮廓还形成线圈层2的长度。

根据图2B，轴线Y1、Y2、Y3、Y4形成第二多边形300的轮廓，优选地是矩形。所述多边形300包括四个边305、306、307和308。多边形200的第一侧边305沿轴线Y1形成，多边形200的第二侧边306沿轴线Y2形成，多边形200的第三侧边307沿着轴线Y3形成，并且多边形200的第四侧边308沿着轴线Y4形成。该轮廓还形成线圈层3的长度。

根据图1所示的优选实施例，第一层线圈2包括四个角区域。第一角区域201位于轴线X1和X2之间的交叉区域中，第二角区域202位于卷绕轴线X2和X3之间的交叉区域中，第三角区域203位于卷绕轴线X3和X4之间的交叉区域中，并且第四角区域204位于卷绕轴线X1和X4之间的交叉区域中。

以相同的方式，根据优选实施例，第二层线圈3包括四个角区域。第一角区域301位于轴线Y1和Y2之间的交叉区域中，第二角区域302位于卷绕轴线Y2和Y3之间的交叉区域中，第三角区域303位于卷绕轴线Y3和Y4之间的交叉区域中，并且第四拐角区域404位于卷绕轴线Y1和Y4之间的交叉区域中。

角区域201和301彼此面对。这同样适用于角区域202和302、203和303、204和304。

图3A表示根据优选实施例的从上方看的绕组21和22在第一层线圈2的角区域201中的安装的视图。第一绕组21的匝218至221沿着轴线X1。角区域201中的匝的取向垂直于轴线X1。优选地，N_corner个匝220至221在沿着轴线X1的绕组21的端部处在角区域201中卷绕。

角区域201被绕组21占据，绕组22的端部基本上延伸到绕组21的一侧。位于绕组22的端部处的匝225以及绕组22的其他匝相对于绕组21的匝218至221垂直地定向。

因此，显然地，沿着轴线X2的每单位长度的匝数在多边形200的轮廓上不是恒定的：优选地，卷绕轴线X1和X2也是支撑件25的对称轴线，因此N_corner个匝从沿着轴线X2的绕组22缺失。

图3B表示根据优选实施例的在角区域301中与角区域201相对定位的第二层线圈3的绕组31和32的安装的俯视图。沿着轴线Y2卷绕的第二绕组32的匝321、322、323、324占据角区域301。角区域301中的匝的取向垂直于轴线Y2。优选地，N_corner个匝321、322在匝323、324之前沿着轴线Y2卷绕。

角区域301被绕组32占据，绕组31的端部基本上延伸到绕组32的一侧。位于绕组31的端部处的匝317以及绕组31的其他匝316、315基本上垂直于绕组32的匝321、322、323、324取向。

因此，明显的是，沿着轴线Y1的每单位长度的匝数在多边形300的轮廓上不是恒定的；优选地，卷绕轴线Y1和Y2也是支撑件35的对称轴线，因此N_corner个匝从沿着轴线Y1的绕组31中缺失。

在角区域201中，绕组21在多边形200的轮廓之外具有N_corner个匝220,221，而绕组22在该相同区域中不包括任何匝。

在角区域301中，绕组31不包括任何匝，而绕组32在该相同区域中具有在多边形300的轮廓之外的N_corner个匝(321、322)。

绕组21面向绕组31，轴线X1和Y1平行，在多边形200的轮廓之外的角区域201中的绕组21的N_corner个匝220、221感测与绕组31的线圈316、317基本相同的磁场，从而补偿角区域301中的绕组31的缺失的匝。

对于绕组22和32也是如此：绕组22面向绕组32，并且轴线X2和Y2平行，在多边形300的轮廓之外的角区域301中的绕组32的N_corner个匝321、322感测与绕组2的匝225、226基本相同的磁场，从而补偿角区域201中的绕组22的缺失匝。

第一层线圈2的绕组21的端部占据角区域201，匝定向为垂直于轴线X1。第二层线圈3的绕组32的端部占据角区域301，匝定向为垂直于轴线Y2。角区域201和301面对，X1垂直于Y2，第一层线圈2的绕组21的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组32的匝的取向。根据图1所示的优选实施例，在第一层线圈2的角区域201中的绕组21的匝相对于在第二层线圈3的角区域301中的绕组32的匝基本上成直角地定向。

因此，与在相对的角区域201、301中的绕组21、22、31、32的巧妙布置相关联的线圈2、3的层的面对位置使得可以获得等效于所述角区域中的卷绕间距恒定的效果。卷绕间距在多边形200、300的侧边上是恒定的，因此卷绕间距在线圈层2、3的整个长度上是恒定的。由此制造的传感器对外部电磁场表现出高的不敏感性，同时生产是简单且经济的。

如上所述的在角区域201和301中的绕组21、22、31、32的匝的特定布置在角区域202和302中为绕组22、23、32、33而再现，在角区域203和303中为绕组23、24、33、34而再现，以及在角区域204和304中为绕组21、24、31、34而再现。

图3C示出了在第一层线圈2的角区域201中的绕组21和22的匝的安装的变体的俯视图。第一绕组21的匝218至219沿着多边形200沿轴线X1的侧边205卷绕。角区域201中的匝的取向垂直于轴线X1。角区域201被绕组21占据，位于绕组22一端的匝225基本上延伸到绕组21的一侧。位于绕组22的端部的匝225以及另一绕组22的匝相对于绕组21的匝218至219垂直地定向。因此，显然的是，沿着轴线X2的每单位长度的匝数在多边形200的轮廓上不是恒定的：优选地，卷绕轴线X1和X2也是支撑件25的对称轴线，因此N_corner个匝从沿着轴线X2的绕组22中缺失。

图3D表示在角区域301中面向角区域201的第二层线圈3的绕组31和32的匝的安装的变体的俯视图。沿着多边形300的沿轴线Y2的侧边306卷绕的第二绕组32占据角区域301。

角区域301被绕组32占据，位于绕组31的端部处的匝317基本上延伸到绕组32的一侧。

因此，在面对的角区域201、301中，第一层线圈2的绕组21的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组32的匝的取向。根据如图3C和3D所示的实施例，在第一层线圈2的角区域201中的绕组21的匝相对于在第二层线圈3的角区域301中的绕组32的匝基本上成直角。

如上所述的在角区域201和301中的绕组21、22、31、32的匝的特定布置在角区域202和302中为绕组22、23、32、33而再现，在角区域203和303中为绕组23、24、33、34而再现，以及在角区域204和304中为绕组21、24、31、34而再现。

当技术生产需要反对在角区域中产生匝的恒定卷绕间距时，采用该布置方案。

图4A表示本发明的线圈层2的第一实施例，图4B表示本发明的线圈层3的第一实施例。线圈层2的支撑件25和线圈层3的支撑件35以印刷电路的形式制造，优选地是双面的。

线圈层2和3旨在被覆盖，角区域201与角区域301相反地面对，角区域202与角区域302相反地面对，角区域203与角区域303相反地面对，以及角区域204与角区域304相反地面对。

第一层线圈2的绕组21的端部占据角区域201，匝定向为垂直于轴线X1。第二层线圈3的绕组32的端部占据角区域301，匝定向为垂直于轴线Y2。X1垂直于Y2，在面对的角区域201和301中，第一层线圈2的绕组21的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组32的匝的取向。

第一层线圈2的绕组23的端部占据角区域202，匝垂直于轴线X3定向。第二层线圈3的绕组32的端部占据角区域302，匝垂直于轴线Y2定向。X3垂直于Y2，在面对的角区域202和302中，第一层线圈2的绕组23的匝的取向不同于的第二层线圈3的绕组32的匝的取向。

第一层线圈2的绕组23的端部占据角区域203，匝定向为垂直于轴线X3。第二层线圈3的绕组34的端部占据角区域303，匝定向为垂直于轴线Y4。X3垂直于Y4，在面对的角区域203和303中，第一层线圈2的绕组23的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组34的匝的取向。

第一层线圈2的绕组21的端部占据角区204，匝垂直于轴线X1定向。第二层线圈3的绕组34的端部占据角区304，匝垂直于轴线Y4定向。X1垂直于Y4，在面对的角区域204和304中，第一层线圈2的绕组21的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组34的匝的取向。

通过沿着一个线圈层的每个角区域中的两个轴线中的一个进行卷绕，并且通过沿着面对的角区域的两个轴线中的另一个进行卷绕，可以创建线圈层2、3的多个变体实施例，以便获得第一层线圈2的绕组的匝与第二层线圈3的绕组的匝的取向不同的取向。因此在每个面对的角区域中获得每个线圈层的绕组的准谐振布置。

图5A表示线圈层2的另一实施例，图5B表示线圈层3的另一实施例。第一多边形200和第二多边形300是正方形。电流线10具有圆形横截面，例如在电流线是电缆的情况下。

线圈层2和3旨在被覆盖，角区域201与角区域301相反地面对，角区域202与角区域302相反地面对，角区域203与角区域303相反地面对，以及角区域204与角区域304相反地面对。

第一层线圈2的绕组21的端部占据角区域201，匝定向为垂直于轴线X1。第二层线圈3的绕组32的端部占据角区域301，匝定向为垂直于轴线Y2。X1垂直于Y2，在面对的角区域201和301中，第一层线圈2的绕组21的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组32的匝的取向。

第一层线圈2的绕组22的端部占据角区域202，匝垂直于轴线X2定向。第二层线圈3的绕组33的端部占据角区域302，匝垂直于轴线Y3定向。X2垂直于Y3，在面对的角区域202和302中，第一层线圈2的绕组22的匝的取向不同于的第二层线圈3的绕组33的匝的取向。

第一层线圈2的绕组23的端部占据角区域203，匝定向为垂直于轴线X3。第二层线圈3的绕组34的端部占据角区域303，匝定向为垂直于轴线Y4。X3垂直于Y4，在面对的角区域203和303中，第一层线圈2的绕组23的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组34的匝的取向。

第一层线圈2的绕组24的端部占据角区204，匝垂直于轴线X4定向。第二层线圈3的绕组31的端部占据角区304，匝垂直于轴线Y4定向。X4垂直于Y4，在面对的角区域204和304中，第一层线圈2的绕组24的匝的取向不同于第二层线圈3的绕组31的匝的取向。

本发明不限于图4A、4B、5A和5B中所示的实施例。第一多边形200和第二多边形300可以选择其他形状：梯形、五边形、六边形、八边形，该列表是完全非限制性的。例如，在正五边形的情况下，占据第一层线圈2的角区域201的绕组的匝相对于占据第二层线圈3的角区域301的绕组的匝大致取向成108°。在正八边形的情况下，取向将基本上为135°。

图1、4A、4B、5A、5B的示例示出了具有两个线圈层2、3的传感器，但作为变体，为了获得由电流传感器1的次级绕组传送的更多电压V，多个线圈层2和多线圈层3可以组装在一起，只要线圈2的层数等于线圈3的层数即可。在这种构造中，线圈2的层被连接在一起从而形成单个第一层线圈2的等效物，并且线圈3的层被串联电连接在一起，从而形成单个第二层线圈3的等效物。所得到的传感器的匝数N将等于组件中存在的第一层线圈2的匝数和第二层线圈3的匝数的总和。

第一层线圈2的卷绕方向优选地相对于第二层线圈3的卷绕方向反转。在图3A中，绕组21的匝221上的箭头291和绕组22的匝227上的箭头292指示线圈层2的卷绕方向。在图3B中，匝317上的箭头391和绕组32的匝325上的箭头392指示线圈层3的卷绕方向。在线圈层2和3的组上再现的这种布置使得可以省去补偿匝，线圈层2补偿线圈层3的环路效应，反之亦然，线圈层3补偿线圈层2的环路效应。

卷绕支撑件25、35由非磁性材料制成。它们可以是中空或实心的，性或半刚性的，横截面是圆柱形、正方形、矩形或卵形，以单体形式制造或成块地组装。

每层线圈2、3可以使用印刷电路技术制造，支撑件25、35由该技术常规使用的材料制成，例如环氧树脂、玻璃纤维或陶瓷，绕组的轨道在其上沉积、丝网印刷或蚀刻形成。每个支撑件25、35的两个面之间的绕组的连续性由金属化孔(也称为“过孔”)产生。各个线圈之间的电连接通过根据与绕组相同的方法形成的轨道来确保。所使用的印刷电路优选地是双面的。可以使用多层印刷电路。

在另一特定实施例中，电流传感器1的每层线圈2、3通过利用丝网印刷技术将导电材料(例如铜)分别沉积在由绝缘材料(例如聚合物材料(例如，聚酰胺或聚碳酸酯)或陶瓷或玻璃)制成的支撑件25、35上而制成。

在另一特定实施例中，电流传感器的线圈2、3的每一层通过三维印刷制造。

所呈现的线圈层2、3的实施例不是限制性的。后者将能够通过本领域技术人员已知的任何技术手段生产。

两线圈层2、3优选地彼此固定。在通过印刷电路技术生产的情况下，插头确保两个面对的线圈层的电连接和机械保持。组装也可以通过胶合或焊接过程来进行。

该组绕组因此可以在易于操纵的整体支撑件上产生。这种技术特别适用于低成本大规模工业生产。

本发明的电流传感器1特别地旨在被集成到电流或功率或能量测量设备中。图6表示这种测量设备的框图。每个第一层线圈2和第二层线圈3具有负极性输入和正极性输出。每个正极性输出在图6中用点标记。线圈层的负极性输入对应于在卷绕方向上卷绕的第一匝的端部，线圈层的正极性输出对应于在卷绕方向上卷绕的最后圈的末端。

第一层线圈2的正极性输出与第二层线圈3的负极性输入电连接。该等电位连接优选地连接到测量电路4的参考电位V_ref。

第一层线圈2的负极性输入电连接到优选为差分型的放大器41的负极性输入，第二层线圈3的正极性输出电连接到正极性输入。放大器41执行对在其相对于参考电位V_ref的正极性输入和其负极性输入之间测量的电压差的放大。由差分放大器41输出的信号410由积分电路42积分，然后由模数转换器43转换成由基于微处理器的计算单元44处理的数字量。该计算单元执行计算，所述计算适于使得在电导体10中流动的电流对用户是可用的，例如以在显示器46上显示的值的形式，或者借助于无线通信模块45或有线通信模块47传送到在测量设备4之外的处理单元48。各种模块41至44构成连接到电流传感器1并适于接收表示在电流导体10中流动的电流的至少一个信号的处理电路。各个模块41至48由电源49提供电压V_cc。电源49可以从电流导体10或通过独立的外部源分接其能量。可以设想用于处理由线圈2和3传递的电压的其他实施例，例如利用一个或多个电路实现信号的模拟处理。

本发明的多个电流传感器1还可以集成到开关装置中，例如装备有如图7所示的电跳闸单元51的断路器50。断路器通常安装在三相网络上，并且包括对应于电网的每个相的三个电流线10。第四电流线可以用作中性导体。电流传感器1围绕每个电流导体10。电跳闸单元51包括一个或多个处理电路52，其连接到所述电流传感器1并且适于接收表示在每个电流导体中流动的电流的至少一个信号。断路器50还包括用于打开电触点54的机构，所述机构通过继电器53链接到跳闸单元，以便打开电触点55。断路器50还包括显示模块56，使得它能够显示由处理电路制定的测量和指示，以及通信模块57，使得可以通过无线电或有线链路发送测量和指示。

使用电源传感器59从电流导体10分接的能量的电源模块58向构成电跳闸单元51的各种模块提供能量。

传感器1的多种工业生产模式可以用于安装在测量装置或三相断路器中，以便能够进行大规模的工业生产，同时确保线圈层2和3相对于彼此的良好对准和线圈生产非常好的精度：

-第一变体在于通过也承载全部或部分处理电路52的印刷电路来产生所有传感器的第一层线圈2，以及通过独立的印刷电路生产每个传感器1的每个线圈层3，

-第二变体，其中每个传感器1通过包括至少四个高质量印刷层的单个印刷电路制造，两个层用于线圈层2，其他两个层用于线圈层3，和

-第三变型，其使用包括至少四个高质量印刷导电层的单个印刷电路来集成所有传感器1的线圈层2、3以及处理电路52的全部或一部分。

各个导电层之间的连接通过称为“过孔”的链路产生。这些连接件通常在印刷电路的外表面上具有出口，但它们也可以是完全盲的(“盲过孔”)，以保持传感器1的内层的平面性和完全相似性，从而保证测量精度。在所有这些生产模式中，印刷电路包括电流线路通过所需的凹槽。

本发明的电流传感器1特别适合于安装在测量装置中或用于保护或控制工业设备中的电路的装置中，因为它可以以经济的方式生产，其安装紧凑，非常适合于断路器50的形状，并且由于在线圈2、3的整个长度上的恒定的卷绕间距而提供良好的测量精度和对外部电磁场的高不敏感性。

Claims (15)

1.一种罗氏型电流传感器，包括能够围绕电流导体(10)的第一层线圈(2)和第二层线圈(3)，以便执行对所述导体中流动的电流的测量，

-第一层线圈(2)，包括连接在一起的多个绕组(21、22、23、24)，每个绕组具有布置在第一平面P1中的纵向轴线(X1、X2、X3、X4)，以及基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第一平面(P1)中的第一多边形(200)的顶点的角区域，

-第二层线圈(3)，包括连接在一起的多个绕组(31、32、33、34)，每个绕组具有布置在平行于所述第一平面P1的第二平面P2中的纵向轴线(Y1、Y2、Y3、Y4)，和基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第二平面(P2)中的第二多边形(300)的顶点的角区域，

-所述第一多边形(200)和所述第二多边形(300)彼此面对放置，使得所述第一多边形(200)的每个角区域分别定位为面向所述第二多边形(300)的每个对应的角区域，

其特征在于

在每个角区域(201、202、203、204)中，所述第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝的取向不同于所述第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)在面对的角区域(301、302、303、304)中的取向。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，每个角区域(201、202、203、204、301、302、303、304)被单个绕组的端部占据，并且相邻绕组的端部基本上延伸到占据所述角区域的绕组的一侧。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述第一层线圈(2)的每个绕组(21、22、23、24)的沿着第一多边形的每个侧边(205、206、207、208)的轴线(X1、X2、X3、X4)平行于所述第二层线圈(3)的每个面对绕组(31、32、33、34)的沿着第二多边形(300)的每个侧边(305、306、307、308)的轴线(Y1、Y2、Y3、Y4)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)是串联连接的，并且第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)是串联连接的。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的卷绕方向相对于所述第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)的卷绕方向反转。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述第一多边形(200)和第二多边形(300)的形状是矩形。

7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述第一多边形(200)和第二多边形(300)的形状是正方形。

8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，在每个角区域(201、202、203、204)中，第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝相对于第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)在面对角区域中的匝基本上成直角取向。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述线圈(2、3)根据印刷电路技术制造。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述线圈(2、3)通过借助丝网印刷技术在绝缘支撑件上沉积导电材料来制造。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述线圈(2、3)根据三维印刷技术制造。

12.一种用于测量电功率或能量的设备，包括连接到至少一个电路的至少一个电流传感器，所述电路用于处理表示在至少一个电流导体(10)中流动的电流的信号，其特征在于，其包括根据权利要求1至11中的一项所述的至少一个电流传感器(1)。

13.根据权利要求12所述的用于测量电功率或能量的设备，其特征在于：

-所述第一层线圈(2)的第一端连接到所述测量装置的参考电位(V_ref)，

-所述第一层线圈(2)的第二端连接到放大器(41)的第一输入，

-所述第二层线圈(3)的第一端连接到所述测量装置的所述参考电位(V_ref)

-所述第二层线圈(3)的第二端连接到所述放大器(41)的第二输入。

14.电跳闸单元，其特征在于，它包括至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的电流传感器(1)以及连接到所述至少一个电流传感器(1)的至少一个处理电路，以便接收表示在至少一个电流导体(10)中流动的电流的至少一个信号。

15.开关装置，其特征在于，它包括根据权利要求14所述的电跳闸单元，用于打开电触点的机构，所述机构连接到跳闸单元以打开电触点。

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