双面对称布线ＰＣＢ型罗氏线圈制造技术

本发明专利技术公开了一种双面对称布线ＰＣＢ型罗氏线圈。它包括印制电路板ＰＣＢ板材，ＰＣＢ板材上开设有内径导孔和外径导孔，内径导孔沿半径ｒ圆周均匀设置分布Ｎ个，外径导孔沿半径Ｒ圆周均匀设置分布Ｎ个，半径ｒ圆周与半径Ｒ圆周同圆心，布线铜箔依次穿过Ｎ个内径导孔和／或Ｎ个外径导孔，沿半径方向对称设置在ＰＣＢ板材两面。在ＰＣＢ板材一面上的布线铜箔绕制有作回线圆，回线圆的半径是Ｒｈ；半径Ｒｈ＞半径Ｒ。本发明专利技术提供的双面对称布线ＰＣＢ型罗氏线圈，参数一致性好，复现性高，抗干扰能力强，保证互感系数稳定且便于提高精度，可作为电流传感头，用于复杂电磁环境下的电流测量且易于批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电流互感器，具体涉及一种用于电流互感器传感头的感应线圈。
技术介绍
罗氏线圈是一种特殊结构的空心线圈，被广泛用作电流互感器电流检测工具传感 头的感应线圈，具有线性度好、测量动态范围宽、无磁心饱和现象、输出信号隔离、结构简单 及插入损耗小等优点。罗氏线圈与被测载流导体间的互感系数M是决定传感头精确度和灵敏度的主要 参数。具有稳定互感系数的高精度罗氏线圈制作必须满足下列条件线圈密度恒定、骨架截 面积恒定、线圈横截面与中心轴线垂直。传统罗氏线圈是将漆包线通过人工或绕线机在环 形非导磁骨架上绕制而成，制作工艺难以满足上述条件，使得传统罗氏线圈分散性大，参数 的一致性难以保证，互感系数及抗干扰性能与设计相差较大，不利于提高精度和批量生产。根据高精度罗氏线圈的设计与制作要求，基于印制电路板(PCB)技术的罗氏线圈 应运而生。一般PCB型罗氏线圈的典型结构为图1所示双面直连布线结构，背面铜箔布线3 直连外径导孔2和内径导孔4，并通过外径导孔2连接正面直连铜箔布线1，得到由双面直 连铜箔线构成单匝线圈的PCB型罗氏线圈。该类PCB型罗氏线圈布线简单，精度较高，克服 了传统绕线式罗氏线圈分散性大的缺点，但直连铜箔布线并未形成对称圆环结构，单匝线 圈所在平面并非完全经过中心轴线，也容易造成较大的分散性；没有回线设置，抗干扰性能 差，尤其是垂直于PCB板平面的干扰磁场，对传感头性能影响很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供双面对称布线PCB型罗氏线圈，实现绕线密度恒定，以消 除垂直于PCB平面的磁场干扰，从而解决上述问题。本专利技术的技术方案为双面对称布线PCB型罗氏线圈，它包括印制电路板PCB板 材，PCB板材上开设有内径导孔和外径导孔，内径导孔沿半径r圆周均勻设置分布N个，外 径导孔沿半径R圆周均勻设置分布N个，半径r圆周与半径R圆周同圆心，布线铜箔依次穿 过N个内径导孔和/或N个外径导孔，沿半径方向对称设置在PCB板材两面。在PCB板材 一面上的布线铜箔绕制作为回线圆，回线圆的半径是& ；半径& >半径R。所述N个内径导孔和N个外径导孔之间错位夹角2 π /2N布置。所述PCB板材上的布线铜箔包括沿半径方向设置的径向段，圆弧角为2 π /2Ν的圆 弧段。所述PCB板材一面上沿半径方向布置的布线铜箔的半径是R，PCB板材另一面上沿 半径方向布置的布线铜箔的半径是民，半径民 >半径R。所述在PCB板材一面上的布线铜箔绕制作为回线圆，回线圆的半径是& ；半径Rs >半径& >半径R ；且回线圆面积与绕线所围区域面积相等，使得回线与绕线铰链的垂直 PCB平面的磁通相等。所述回线圆的绕制方向与布线铜箔线段及圆弧段的绕制方向相反。本专利技术单匝线圈由PCB板正反两面对称的布线铜箔经内径导孔连通构成，单匝线 圈平面经过线圈轴心且垂直于PCB板平面；在PCB正面自线圈出线端引出与绕线方向相反 的回线，用以消除垂直于PCB板平面的磁场干扰。绕制时，单匝线圈的双面对称铜箔在内径 导孔处直接连通，正面布线在外径处由正面均勻分布的小段圆弧直接连接外导孔；为了使 回线圆面积与绕线所围区域面积相等，背面布线长度略大于正面布线长度，因此背面连接 圆弧半径大于背面连接圆弧半径，背面布线在外径处由背面均勻分布的小段圆弧及小段直 线连接外径导孔。回线设置为与线圈绕线方向相反的圆，回线始端为线圈出线端，终端连接 正面布线起始端；回线半径介于正面与背面连接圆弧半径之间，使得回线围成面积与线圈 所围面积相等；当垂直于PCB板平面的干扰磁场存在时，回线铰链的干扰磁通与线圈铰链 的干扰磁通大小相等，方向相反，可完全抵消干扰。本专利技术提供的双面对称布线PCB型罗氏线圈，参数一致性好，复现性高，抗干扰能 力强，保证互感系数稳定且便于提高精度，可作为电流传感头，用于复杂电磁环境下的电流 测量且易于批量生产。附图说明图1现有的直连布线PCB型罗氏线圈。图2本专利技术罗氏线圈的双面对称布线示意图。图3本专利技术罗氏线圈PCB布线的正面俯视图。图4本专利技术罗氏线圈回线圆半径计算示意图。图5布线完全对称且设置回线的PCB型罗氏线图示意图。图6线圈与被测及干扰载流导体间互感分析示意图。具体实施例方式本专利技术提供的双面对称布线PCB型罗氏线圈及其回线设计方法，目的是使线圈绕 线密度恒定，单匝线圈平面垂直于PCB板平面且通过线圈轴心，保证线圈参数一致性，且铜 箔布线密绕可消除线圈外平行于被测载流导体的电流干扰；回线设置可消除垂直于PCB板 平面的磁场干扰，增强线圈抗干扰性能，确保线圈具有稳定、精确的互感系数。本专利技术PCB型罗氏线圈的布线方式与设置具体如下步骤实施内外导孔设置方 法。如图2、3所示，在PCB板确定的线圈内径r和外径R所在圆上，内径导孔4沿半径r圆 周均勻设置分布N个，外径导孔2沿半径R圆周均勻设置分布N个，半径r圆周与半径R圆 周同圆心。N个内径导孔和N个外径导孔之间错位夹角2π/2Ν布置。为了保证线圈绕线致 密，在满足PCB布线规则的前提下，导孔数应尽量多，本专利技术实施例中，r = 800mil(PCB设 计中的常用长度单位，Imm ^ 39. 37mil), R = 1200mil, N = 90如图3所示，PCB板正面的布线铜箔的布置，从内径导孔4穿出的布线铜箔沿半 径R方向设置为正面的径向段5，布线铜箔沿半径为R的圆弧形成正面圆弧段6，圆弧角为 2 π /2Ν,顺时针绕制穿过外径导孔2，到PCB板的反面，沿半径Rs方向(半径Rs >半径R) 绕制形成过渡径向段9，再沿半径为Ιζ的圆弧形成反面圆弧段8，圆弧角为2 π /2Ν,布线铜 箔再沿半径Rs方向设置为反面的径向段7 ；再从与上一个内径导孔相邻的内径导孔穿出到PCB板的正面，继续一次绕制形成沿半径方向对称设置，单匝线圈平面垂直于PCB板轴心线 且双面对称布线PCB型罗氏线圈。在最后绕制到PCB板的正面后，再逆时针沿半径&绕制 回线圆10。如图4所示，半径&满足半径Rs >半径& >半径R ；回线圆面积与绕线所围区域 面积相等。绕线所围成的区域可分解为正面圆弧半径R围成的圆及背面圆弧与正面圆弧之 间形成的齿状扇环(环半径为R，RS，角度为2π/2Ν)，参见图4。由于采用PCB布线，绕线密 度较大，铜箔线宽对绕线所围面积影响较大，因此绕线围成面积精确计算应为扇环的外边 缘至半径为R的圆内边缘。设线宽为2w，则绕线围成的面积可精确表示为 权利要求1.一种双面对称布线PCB型罗氏线圈，它包括印制电路板PCB板材，PCB板材上开设有 内径导孔和外径导孔，内径导孔沿半径r圆周均勻设置分布N个，外径导孔沿半径R圆周均 勻设置分布N个，半径r圆周与半径R圆周同圆心，其特征在于布线铜箔依次穿过N个内径 导孔和/或N个外径导孔，沿半径方向对称设置在PCB板材两面；在PCB板材一面上的布线 铜箔绕制有回线圆，回线圆的半径是& ；半径& >半径R。2.如权利要求1所述双面对称布线PCB型罗氏线圈，其特征在于N个内径导孔和N个 外径导孔之间错位夹角2 π /2Ν布置。3.如权利要求1所述双面对称布线PCB型罗氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面对称布线ＰＣＢ型罗氏线圈，它包括印制电路板ＰＣＢ板材，ＰＣＢ板材上开设有内径导孔和外径导孔，内径导孔沿半径ｒ圆周均匀设置分布Ｎ个，外径导孔沿半径Ｒ圆周均匀设置分布Ｎ个，半径ｒ圆周与半径Ｒ圆周同圆心，其特征在于布线铜箔依次穿过Ｎ个内径导孔和／或Ｎ个外径导孔，沿半径方向对称设置在ＰＣＢ板材两面；在ＰＣＢ板材一面上的布线铜箔绕制有回线圆，回线圆的半径是Ｒ↓［ｈ］；半径Ｒ↓［ｈ］＞半径Ｒ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵治华，陶涛，马伟明，潘启军，张向明，唐健，李毅，胡安琪，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83