用于测量残余电流的电流互感器的制作方法

1.本发明涉及一种具有一对初级导体的电流互感器装置，其用于测量在初级导体中流动的差动电流，所述初级导体延伸穿过由互感器的磁芯围绕的通道。


背景技术：

2.用于电流感测应用的电流互感器模块通常包括由高导磁率磁性材料制成的磁芯，该磁芯围绕一孔，承载待测量的电流的初级导体穿过该孔。磁芯通常可以具有大体矩形或圆形的形状，并且可以设置有气隙或者缠绕在磁芯上的拾取线圈，在所述气隙中定位有磁场检测器，例如asic形式的霍尔效应传感器。由初级导体中流动的电流产生并由磁芯集中的磁通量代表初级电流。
3.电流传感器用于监测或控制电气装置和系统的各种各样的应用中，并且在许多应用中，在降低这些部件的制造成本以及在电路中实施和使用这些部件的成本方面具有重要优势。通常在提供紧凑部件以便小型化和/或减轻安装有这些部件的装置的重量方面也具有重要优势。
4.在许多应用中，电流互感器用于测量两个导体之间的差动电流，例如电路的一对导体(供应线和返回线)之间的差动电流。
5.导体之间的电压差要求该对导体之间有良好的绝缘。由于初级导体中流动的电流所产生的偶极子效应，为了精确差动测量，确保延伸穿过磁芯的孔的初级导体条的准确定位也是重要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于准确且可靠地测量一对初级导体中的差动电流的电流互感器配置。
7.有利的是提供一种能够容易地联接至电气系统的导体又确保导体之间良好绝缘的电流互感器。
8.有利的是提供一种测量差动电流并且易于安装和制造经济的电流互感器。
9.有利的是提供一种具有坚固且紧凑的集成式初级导体的电流互感器。
10.本发明的目的通过提供根据权利要求1所述的电流互感器来实现的。
11.本文公开了一种电流互感器，所述电流互感器包括电流互感器单元，所述电流互感器单元具有外壳、安装在外壳内的磁场检测器、第一和第二初级导体、以及延伸穿过外壳和磁场检测器的中心通道，所述中心通道用于接收穿过其的承载相反方向的初级电流的所述第一和第二初级导体，所述相反方向的初级电流形成待测量的残余电流，所述电流互感器还包括初级导体装置，所述初级导体装置包括绝缘支撑件，第一和第二初级导体安装至所述绝缘支撑件，第一和第二初级导体由圆柱形导线形成，其具有用于连接至外部电路的连接部分和延伸穿过中心通道的测量部分。每个测量部分包括从圆柱形导线的中心轴线朝向中心通道的中心偏置的扁平形状，第一初级导体的测量部分与第二初级导体的测量部分
通过绝缘支撑件的分隔壁分开。
12.在一有利的实施例中，测量部分包括基本上矩形或卵形的横截面轮廓。
13.在一实施例中，测量部分的厚度介于形成初级导体的圆柱形导线的直径的20％和60％之间。在一优选实施例中，测量部分的厚度介于形成初级导体的圆柱形导线的直径的25％和50％之间。
14.在一有利的实施例中，绝缘支撑件包括绝缘中心支撑件，该绝缘中心支撑件包括接收所述第一导体的测量部分的第一导体支撑通道和接收所述第二导体的测量部分的第二导体支撑通道，所述第一导体支撑通道和所述第二导体支撑通道由所述分隔壁分开，所述绝缘中心支撑件还包括从分隔壁延伸的外壁，所述外壁以紧密配合的方式接合限定中心通道的外壳的壁，用于使绝缘支撑件相对于中心通道居中。
15.在一有利的实施例中，分隔壁是平面的。
16.在一有利的实施例中，绝缘中心支撑件的外壁包括狭槽，所述狭槽的宽度允许形成初级导体的圆柱形导线可滑动地插入穿过所述狭槽，并且其中所述狭槽的宽度小于扁平的测量部分的宽度。
17.在一有利的实施例中，初级导体的连接部分相对于测量部分正交地延伸并且经由第一弯曲部分和第二弯曲部分连接至测量部分。
18.在一有利的实施例中，绝缘支撑件还包括绝缘端子支撑件，所述绝缘端子支撑件包括基部和端子引导通道部分，所述端子引导通道部分具有用于定位和引导通过其接收的连接部分的通道。
19.在一有利的实施例中，绝缘端子支撑件是与互感器外壳和绝缘中心支撑件分开形成的部件，并且所述绝缘端子支撑件被组装至外壳和绝缘中心支撑件。
20.在一有利的实施例中，磁场检测器包括围绕中心通道的环形磁通门检测器。
21.在一有利的实施例中，电流互感器还包括信号处理电路，所述信号处理电路包括电路板，磁场检测器的线圈连接至该电路板，并且用于向电流互感器供应电流和用于从电流互感器输出测量信号的连接端子形成至该电路板。
22.在一有利的实施例中，连接端子连接至电流互感器的信号处理电路，并且初级导体的连接部分延伸超过配置成用于连接至外部电路板的电流互感器外壳的安装面。
附图说明
23.从权利要求、详细说明和附图，本发明的进一步的目的和有利特征将变得明显，其中：
24.图1a和1b是根据本发明实施例的电流互感器的透视图；
25.图2a和2b是根据本发明实施例的电流互感器的分解透视图；
26.图3是根据本发明实施例的电流互感器的侧视图；
27.图4是通过图3的线iv-iv截取的横截面视图。
具体实施方式
28.参照附图，根据本发明的实施例的电流互感器1包括电流互感器单元3和初级导体装置2。电流互感器单元3包括：外壳4；安装在该外壳中的磁场检测器5；信号处理电路16，该
信号处理电路包括安装在外壳中的电路板16a；以及连接至该信号处理电路的连接端子17，该连接端子用于连接至用于向电流互感器供应电力的外部电路以及用于接收来自电流互感器的输出测量信号。
29.所示实施例中的电流互感器1配置成用于安装在外部电路板(未示出)上，外壳4具有用于抵靠外部电路板安装的安装面19。
30.所示实施例中的磁场检测器5呈围绕中心通道9的环形磁通门检测器的形式，初级导体可以延伸穿过该中心通道。磁通门检测器本身是众所周知的，这里不需要进一步描述。在本发明的范围内，可以使用其他环形磁场检测器，例如包括具有气隙的磁芯，磁场检测器(例如霍尔效应检测器)被放置在该气隙中。这种磁场检测器本身也是众所周知的，因此这里不需要更详细地描述。在本发明中，考虑到待测量的小残余电流和磁通门型磁场检测器的高灵敏性，优选使用磁通门磁场检测器。
31.磁通门磁场检测器的线圈23连接至信号处理电路16的电路板16a。连接端子17也连接至该信号处理电路，由此连接端子包括用于向电流互感器供应电力的端子和用于输出测量信号的端子。连接端子可以有利地呈针形端子或表面安装端子的形式，针形端子或表面安装端子延伸超过安装面19，以便连接至旨在安装互感器的外部电路板(未示出)。
32.初级导体装置2包括初级导体8和绝缘支撑件，所述初级导体承载构成待测量的残余(即差动)电流的电流(以下称为初级电流)，所述绝缘支撑件包括绝缘中心支撑件6和绝缘端子支撑件7。绝缘支撑件相对于中心通道9和外壳的安装面19引导、定位和保持初级导体8，使得初级导体的测量部分准确地定位在中心通道9内并且初级导体的连接部分14相对于安装面19准确地定位以便连接至外部电路板(未示出)。
33.初级导体的测量部分13被定位、引导和保持在绝缘中心支撑件6内，初级导体的连接部分由绝缘中心支撑件6和在将初级导体8和绝缘中心支撑件6组装至外壳4之后被组装到电流互感器单元的外壳4的绝缘端子支撑件7定位、引导和保持。
34.绝缘中心支撑件6包括由分隔壁11分开的第一导体支撑通道10a和第二导体支撑通道10b，该分隔壁在第一导体支撑通道10a和第二导体支撑通道10b之间形成绝缘屏障。可以进一步提供连接至分隔壁11的外壁12以至少部分地包围相应的第一导体支撑通道10a和第二导体支撑通道10b。外壁12可以有利地具有与中心通道9的形状相符的形状，从而允许绝缘中心支撑件6以极小游隙配合的方式可滑动地插入在中心通道9中，以确保绝缘中心支撑件6准确地定位在中心通道内9内。可以进一步在绝缘中心支撑件的一个轴向端部上设置一轴向凸缘20，以便提供在将绝缘中心支撑件6插入到中心通道中之后相对于外壳4的一侧定位绝缘中心支撑件6的止挡件。
35.可以提供沿外壁12轴向延伸的干涉肋21来与中心通道9的壁干涉配合，以将绝缘中心支撑件6紧紧地抓持在外壳4上。
36.初级导体8包括第一导体8a和第二导体8b。第一和第二导体配置成用于分别联接至电路的供应线和返回线，所述电路在正常工作中承载幅值相同但方向相反(相反符号)的电流。在外部电路正常工作时，方向相反的电流产生的磁场相互抵消，待测量的残余电流为零或几乎为零(即基本不可测)。在漏电流或这其中供应电流和返回电流不平衡的其他故障或情形下，产生的磁场具有可由磁场检测器5测量的一定幅值。
37.然而，可以注意到，本发明可以用于测量偏离可能是非零幅值的预期或预定电流
幅值的残余电流。
38.为了使残余电流测量尽可能准确，重要的是使由该对导体8a、8b产生的磁偶极通量最小化，并且因为该通量大约与初级导体8a、8b的距离成比例，因此有利的是使延伸穿过中心通道9的初级导体的部段尽可能彼此靠近并且尽可能准确地定位在中心通道的中心内。
39.然而，采用圆柱形线材用于初级导体是有利的，因为可以容易地制造和形成这样的初级导体，特别是对于弯曲连接部分14以便连接至外部电路板或安装在连接器中以便连接至外部连接器而言。然而，圆柱形导体对于实现上述减小磁偶极子距离的目标以及对于靠近中心通道的中心定位来说并不理想。
40.第一和第二导体8a、8b中的每一个均包括平行于中心轴线a的测量部分13，该测量部分在相对端部处经由弯曲部分15连接至连接部分14。在所示实施例中，弯曲部分15包括基本上两个正交的弯头15a、15b，所述弯头引导初级导体远离中心轴线a，然后正交地朝向安装面19引导，使得连接部分14与测量部分13正交。这些弯曲部分15a、15b允许测量部分13靠近彼此定位，同时增加相应第一和第二导体8a、8b的连接部分14之间的距离，以便增加处于不同电压的该对初级导体之间的爬电距离。
41.根据本发明的一方面，初级导体的测量部分13通过冲压或锻造操作被压平，冲压或锻造操作将测量部分13形成为轴向延伸穿过中心通道9的大体扁平或卵形的条。大体扁平的条可以具有大致矩形的横截面形状，其可以带有倒圆边缘，这是压平处理的结果。然而，其他大体扁平的横截面形状，例如椭圆形或大体卵形，也可以代表扁平形式。在优选实施例中，测量部分的厚度t介于形成初级导体的圆柱形导体的直径d的30％和60％之间。测量部分从初级导体的圆柱形导线的中心轴线朝向彼此偏置，使得测量部分彼此靠近布置。因此测量部分13的扁平条形状可以抵靠大体平面的分隔壁11定位在相应的导体支撑通道10a、10b中，从而定位成彼此靠近并且靠近中心通道9的中心轴线a。
42.初级导体的扁平的测量部分13在初级导体插入通过中心通道9之前形成，一侧的弯曲部分15也可以在初级导体插入通过中心通道9之前形成，由此随后可以将初级导体组装至绝缘中心支撑件6，然后将绝缘中心支撑件6插入穿过中心通道9。接着可以形成另一侧的弯曲部分，最后将绝缘端子支撑件7插入在连接部分14上并通过夹子、干涉配合、焊接或其他已知方式固定至外壳。
43.测量部分13可以可滑动地插入到绝缘中心支撑件6的相应导体支撑通道10a、10b中。外壁12中的狭槽的宽度w1允许形成初级导体的圆柱形导线可滑动地插入穿过所述狭槽，但是该宽度可以小于扁平的测量部分13的宽度w2。
44.绝缘端子支撑件7包括基部25和引导通道部分27，所述基部具有用于牢固地固定至外壳4的固定构件26，所述引导通道部分具有用于供连接部分14插入穿过其中的通道，绝缘端子支撑件7因此准确地固定和定位初级导体8的连接部分14，以便随后连接至外部电路或外部装置。
45.所使用的附图标记列表
46.电流互感器1
47.初级导体装置2
48.绝缘中心支撑件6
49.第一导体支撑通道10a
50.第二导体支撑通道10b
51.分隔壁11
52.外壁12
53.凸缘20
54.绝缘端子支撑件7
55.基部25
56.固定构件26
57.引导通道部分27
58.初级导体8
59.第一导体8a
60.第二导体8b
61.测量部分13
62.连接部分14
63.弯曲部分15
64.第一和第二弯头15a、15b电流互感器单元3
65.外壳4、4a、4b
66.中心通道9
67.磁场检测器5
68.线圈23
69.信号处理电路16
70.电路板16a
71.连接端子17
72.安装面19(用于电路板安装)