电流互感器

摘要

本发明揭示了一种电流互感器，包括封闭磁路和二次绕组。封闭磁路的第一部分完全环绕一次导体，封闭磁路的第二部分形成二次绕组，封闭磁路的第二部分作为二次绕组的磁芯。封闭磁路在第二部分分叉形成数个分支磁路，每一个分支磁路上形成一个二次绕组，每一个分支磁路作为对应的二次绕组的磁芯，各个二次绕组在长度、高度和厚度的至少其中一个方向上相互错开。本发明的电流互感器充分利用了电流互感器中的闲置空间，以空间交错的方式布置了多个二次绕组，多个二次绕组使得电路互感器能够输出的总的能量显著增加，在同等体积下能获得更大的输出能量，提升断路器在小电流情况下的性能。

权利要求

1.一种电流互感器，包括：

封闭磁路，封闭磁路的第一部分完全环绕一次导体；

封闭磁路的第二部分形成二次绕组，封闭磁路的第二部分作为二次绕组的磁芯；

其特征在于，

封闭磁路在第二部分分叉形成数个分支磁路，每一个分支磁路上形成一个二次绕组，每一个分支磁路作为对应的二次绕组的磁芯，各个二次绕组在长度、高度和厚度的至少其中一个方向上相互错开，各个二次绕组并联或者串联。

2.如权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述封闭磁路的第二部分分叉形成的数个分支磁路在长度和高度方向上相互错开，每一个分支磁路都与第一部分形成封闭的磁路，其中一个分支磁路与第一部分形成封闭的主磁路，其余的分支磁路与第一部分形成封闭的副磁路。

3.如权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述封闭磁路的第二部分的各个分支磁路在高度方向上的总高度等于封闭磁路的第一部分的高度。

4.如权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，每一个二次绕组包括：绝缘骨架，绝缘骨架中空形成腔体，一个分支磁路从腔体中穿过形成二次绕组的磁芯；

绝缘骨架上绕有导线，导线被绝缘层包覆，每一个二次绕组的导线引出两根延伸至绝缘层外的引线；

绝缘骨架的两端形成片状结构，片状结构隔绝磁路与导线。

5.如权利要求4所述的电流互感器，其特征在于，各个二次绕组的绝缘骨架具有不同的长度，使得各个绝缘骨架两端的片状结构在厚度方向上相互错开。

6.如权利要求5所述的电流互感器，其特征在于，所述封闭磁路为软磁金属片，所述封闭磁路的第一部分呈弧形，环绕圆形的一次导体；或者所述封闭磁路的第一部分呈方形，环绕方形的一次导体。

7.如权利要求4所述的电流互感器，其特征在于，数个二次绕组通过各自的引线串联。

8.如权利要求4所述的电流互感器，其特征在于，数个二次绕组通过各自的引线并联。

9.如权利要求4所述的电流互感器，其特征在于，数个二次绕组具有不同的尺寸和匝数。

10.如权利要求4所述的电流互感器，其特征在于，数个二次绕组具有相同的尺寸和匝数。

说明书

电流互感器

技术领域

[0001] 本发明涉及低压电器技术领域，更具体地说，涉及用于为电子脱扣器供电的电流互感器。

背景技术

[0002] 在配电系统中，断路器的作用是接通、分断和承载额定工作电流，以及对短路、过载等故障电流进行保护。当电路内发生短路时，断路器在不借助外部电源的前提下能自动切断电路，进行可靠的保护。断路器中的分断装置用于实现分断动作，分断装置通过电流互感器来为供给电能，而该电能来自于流过断路器一次导体的电流，即初级电流。

[0003] 图1揭示了现有技术中常用的电流互感器的结构图。参考图1所示，该电流互感器包括：封闭磁路101，封闭磁路101为叠装或绕制的软磁金属片，铆接件102将这些软磁金属片连接在一起形成封闭磁路101。封闭磁路101完全环绕一次导体107。为了配合一次导体107的形状，封闭磁路101的第一部分(图1中所示的上部)会被设计成相应的形状，如图1所示，封闭磁路101的第一部分呈弧形，以适应圆形的一次导体107。封闭磁路101的第二部分(图1中所示的下部)作为二次绕组113的磁芯。图2揭示了现有技术中使用的二次绕组的结构图。如图2所示，二次绕组的主体结构是一个绝缘骨架204，绝缘骨架204中空形成腔体
203，封闭磁路101的第二部分从腔体203中穿过(参考图1所示)。绝缘骨架204上绕有导线
205，导线205形成线圈，线圈的匝数可以根据需要设置。导线205被绝缘层201包覆。导线205引出两根延伸至绝缘层201外的引线206。图2中的引线206即图1中所示的二次绕组113上的引线115。绝缘骨架204的两端形成片状结构202，片状结构202隔绝磁路与导线。如图所示，片状结构202由绝缘骨架204向外扩展形成，因此片状结构202具有比绝缘骨架204大的截面积。具有如此结构的电流互感器，在一次电流没有达到让磁材料饱和的大电流的情况下，具有较好的线性输出特性。当一次电流增加时，二次电流也成比例增大，使其满足断路器保护装置的电源能量需求。

[0004] 由于现有万能式断路器的电流互感器基本都采用内装式，体积成为影响电流互感器性能的一个主要因素。由于受到体积的限制，电流互感器的体积一般都不能无限的增加。在小壳架断路器中，由于小壳架断路器的体积较小，其中的电流互感器的壳体也较小，这就使得电流互感器的磁路体积和二次绕组上线圈的匝数都有限。在线圈匝数有限的情况下，二次绕组线圈输出的能量较小，不能实现断路器在最小额定电流短路瞬时倍数时(一般为
2In～3In以上)在不借助外部电源的前提下自动切断电路，往往需要在较大的电流倍数下互感器输出的能量才能驱动脱扣装置工作。这就给电流互感器的应用带来了限制。

发明内容

[0005] 本发明提出一种新型的电流互感器，能在同样的体积内提供更多的二次绕组从而使得二次绕组的输出能量增加。

[0006] 根据本发明的一实施例，提出一种电流互感器，包括：

[0007] 封闭磁路，封闭磁路的第一部分完全环绕一次导体；

[0008] 封闭磁路的第二部分形成二次绕组，封闭磁路的第二部分作为二次绕组的磁芯；

[0009] 封闭磁路在第二部分分叉形成数个分支磁路，每一个分支磁路上形成一个二次绕组，每一个分支磁路作为对应的二次绕组的磁芯，各个二次绕组在长度、高度和厚度的至少其中一个方向上相互错开。

[0010] 在一个实施例中，封闭磁路的第二部分分叉形成的数个分支磁路在长度和高度方向上相互错开，每一个分支磁路都与第一部分形成封闭的磁路，其中一个分支磁路与第一部分形成封闭的主磁路，其余的分支磁路与第一部分形成封闭的副磁路。

[0011] 在一个实施例中，封闭磁路的第二部分的各个分支磁路在高度方向上的总高度等于封闭磁路的第一部分的高度。

[0012] 在一个实施例中，每一个二次绕组包括：

[0013] 绝缘骨架，绝缘骨架中空形成腔体，一个分支磁路从腔体中穿过形成二次绕组的磁芯；

[0014] 绝缘骨架上绕有导线，导线被绝缘层包覆，每一个二次绕组的导线引出两根延伸至绝缘层外的引线；

[0015] 绝缘骨架的两端形成片状结构，片状结构隔绝磁路与导线。

[0016] 在一个实施例中，各个二次绕组的绝缘骨架具有不同的长度，使得各个绝缘骨架两端的片状结构在厚度方向上相互错开。

[0017] 在一个实施例中，封闭磁路为软磁金属片，封闭磁路的第一部分呈弧形，环绕圆形的一次导体；或者封闭磁路的第一部分呈方形，环绕方形的一次导体。

[0018] 在一个实施例中，数个二次绕组通过各自的引线串联。

[0019] 在一个实施例中，数个二次绕组通过各自的引线并联。

[0020] 在一个实施例中，数个二次绕组具有不同的尺寸和匝数。

[0021] 在一个实施例中，数个二次绕组具有相同的尺寸和匝数。

[0022] 本发明的电流互感器充分利用了电流互感器中的闲置空间，以空间交错的方式布置了多个二次绕组，多个二次绕组使得电路互感器能够输出的总的能量显著增加，在同等体积下能获得更大的输出能量，提升断路器在小电流情况下的性能。

附图说明

[0023] 本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

[0024] 图1揭示了现有技术中使用的电流互感器的结构图。

[0025] 图2揭示了电流互感器的二次绕组的结构图。

[0026] 图3揭示了根据本发明的一实施例的电流互感器的结构图。

[0027] 图4揭示了根据本发明的一实施例的电流互感器连同互感器壳体的结构图。

[0028] 图5揭示了根据本发明的另一实施例的电流互感器的结构图。

具体实施方式

[0029] 电流互感器能够输出的能量的大小取决于其中包含的线圈的匝数和线圈的直径，在同样的一次电流下，线圈的匝数越多，线圈直径越大，电流互感器能够输出的能量越大。增加线圈匝数和直径的方法通常是增大二次绕组的体积，如果二次绕组中的绝缘骨架的尺寸越大，那么意味着可以在绝缘骨架上绕更多圈数的导线，使得线圈的匝数增加，并且线圈的直径也能变大。但绝缘骨架的尺寸增加将使得电流互感器的整体体积增大，并且相应地使得断路器的体积增加。

[0030] 继续参考图1所示，在图1中定义了三个方向，分别用X、Y和Z表示，X、Y和Z向互相垂直。其中X向表示厚度方向，Y向表示长度方向，Z向表示高度方向。电流互感器的尺寸，在X向上主要取决于一次导体的尺寸和绝缘骨架的长度，在Y向上主要取决于封闭磁路的长度，在Z向上主要取决于封闭磁路的高度和绝缘骨架两端的片状结构的尺寸。由此可见，如果希望增加线圈的匝数和直径，那么需要增加绝缘骨架的长度并使得绝缘骨架具有更大的直径，绝缘骨架的直径增加会使得片状结构的直径也增加。这样，电流互感器在X向和Z向上的尺寸都会增加。电流互感器体积增加不符合现代断路器的发展方向，现代断路器要求小型化，使得体积增大的设计方案是无法被接受的。

[0031] 增加线圈匝数的方法实际上还可以通过增加二次绕组的数量来实现，通过设置多个二次绕组，同样能够达到增加线圈匝数的目的。在线圈匝数增加的情况下，可以不考虑线圈直径的变化，线圈匝数的显著增加能够明显提升在同样一次电流下电流互感器的输出能量。如图1所示，在现有的电流互感器中，在一次导体107和二次绕组113之间还存在一个空间106，该空间106并没有被利用，处于闲置状态。

[0032] 本发明利用上述的空间106来布置多组二次绕组。因为封闭磁路的材质是叠装或绕制的软磁金属片，因此这些软磁金属片可以根据需要灵活地拆分或者弯折。上述的这些改动均在原电流互感器的外轮廓空间内，因此利用地都是内部的闲置空间，对于电流互感器的体积基本没有改变。

[0033] 图3揭示了根据本发明的一实施例的电流互感器的结构图。如图3所示，该电流互感器包括：封闭磁路301和数个二次绕组303。

[0034] 封闭磁路301的第一部分完全环绕一次导体308。第一部分是图3中所示的上部。封闭磁路301的第二部分形成二次绕组，封闭磁路的第二部分作为二次绕组的磁芯。第二部分是图3中所示的下部。

[0035] 封闭磁路301在第二部分分叉形成数个分支磁路304、305。每一个分支磁路上形成一个二次绕组303，每一个分支磁路作为对应的二次绕组的磁芯，各个二次绕组303在长度、高度和厚度的至少其中一个方向上相互错开。

[0036] 各个分支磁路是由叠装或绕制的软磁金属片拆分形成的。在拆分时，通常各个分支磁路会在沿Y向上不同的位置弯折，使得各个分支磁路在Y向(即长度方向)上错开。同时由于各个分支磁路是由不同层的软磁金属片形成，它们在Z向(即高度方向)上自然是相互错开的。因为这些分支磁路是由叠装或绕制的软磁金属片拆分形成，所以各个分支磁路在高度方向上的总高度等于封闭磁路的第一部分的高度。

[0037] 每一个二次绕组303的结构与图2所示的二次绕组类似，都包括绝缘骨架204、导线205、绝缘层201、引线206和片状结构202。绝缘骨架204中空形成腔体203，一个分支磁路从腔体203中穿过形成二次绕组的磁芯。绝缘骨架204上绕有导线205，导线205被绝缘层201包覆，每一个二次绕组的导线205引出两根延伸至绝缘层外的引线206，引线206在图3中被标记为引线307。绝缘骨架204的两端形成片状结构202，片状结构202隔绝磁路与导线。

[0038] 在各个二次绕组303中，外轮廓上最向外突出的部分是片状结构202，为了避免各个二次绕组303之间的相互干涉，还需要考虑片状结构202之间的位置。在一些实施例中，通过各个分支磁路在Y向和Z向上的错开布置，已经可以使得各个二次绕组303的绝缘骨架204两端的片状结构202不互相干涉。在另一些实施例中，如果片状结构202的尺寸比较大，那么仅仅通过各个分支磁路在Y向和Z向上的错开布置还不足以使得各个二次绕组303的片状结构202分开，此时可以通过在X向(厚度方向)上的进一步调整来实现。比如，可以使得各个二次绕组的绝缘骨架204具有不同的长度，这样各个绝缘骨架两端的片状结构202在厚度方向上也相互错开，不会互相影响。

[0039] 本发明的电流互感器中的数个二次绕组通过在长度、高度和厚度(X向、Y向和Z向)上的至少其中一个方向上的错开设置，使得数个二次绕组能够互不影响地被共同放置在电流互感器中。此处各个二次绕组在长度、高度和厚度的至少其中一个方向上相互错可以包括在长度、高度和厚度(X向、Y向和Z向)的其中一个方向错开布置、其中两个方向上的错开布置或者在全部三个方向上的错开布置。

[0040] 继续参考图3，封闭磁路301的第二部分分叉形成的数个分支磁路304、305中的每一个分支磁路都与第一部分形成封闭的磁路，其中一个分支磁路与第一部分形成封闭的主磁路，其余的分支磁路与第一部分形成封闭的副磁路。在图3所示的实施例中，分支磁路305是主磁路，分支磁路304是副磁路。主磁路305通常比副磁路304具有更多数量的软磁金属片，因此主磁路305比副磁路304看起来更厚一些。主磁路和副磁路的安排位置没有限制，可以将主磁路安排在外侧(远离一次导体)，副磁路安排在内侧(一次导体和主磁路之间)，也可以将主磁路安排在内侧，位于以此导体和副磁路之间，或者将部分副磁路至于主磁路的内侧，另一部分副磁路置于主磁路的外侧。

[0041] 在图3所示的实施例中，也通过铆接件302将为叠装或绕制的软磁金属片连接在一起。铆接件302可以被设置在封闭磁路的第一部分以固定所有的软磁金属片，也可以被设置在封闭磁路的第二部分以固定某一个分支磁路中的软磁金属片。

[0042] 各个二次绕组303具有各自的引线307，每一个二次绕组303引出两根引线307，电流互感器中的各个二次绕组303可以采用并联的方式，也可以采用串联的方式。二次绕组的并联或者串联通过各自的引线实现，最终，电流互感器会引出两根引线作为电流互感器的引线。

[0043] 各个二次绕组303可以具有不同的尺寸和匝数，比如根据实际的放置空间情况，不同的二次绕组可能具有不同的直径和长度，因而尺寸和匝数不同。或者，在空间允许的情况下，也可以使得各个二次绕组具有相同的尺寸和匝数。

[0044] 图4揭示了根据本发明的一实施例的电流互感器连同互感器壳体的结构图。电流互感器被放置在壳体401中。由于本发明的电流互感器新增加的二次绕组是利用内部的闲置空间，因此电力互感器的外轮廓尺寸没有增加，体积也不变，壳体401的尺寸不需要改变。

[0045] 在图3所示的实施例中，封闭磁路301的第一部分呈弧形，环绕圆形的一次导体308。

[0046] 图5揭示了根据本发明的另一实施例的电流互感器的结构图。与图3所示的实施例相比，图5所示的实施例的区别在于封闭磁路501的第一部分呈方形，环绕方形的一次导体508，其余结构均与图3所示的实施例相似。

[0047] 本发明的电流互感器充分利用了电流互感器中的闲置空间，以空间交错的方式布置了多个二次绕组，多个二次绕组使得电路互感器能够输出的总的能量显著增加，在同等体积下能获得更大的输出能量，提升断路器在小电流情况下的性能。

[0048] 上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。