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具有 磁场梯度 传感器的电流换能器

阅读：627发布：2020-05-12

专利汇可以提供具有磁场梯度传感器的电流换能器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且电流换能器包括初级导体的区段(2)和安装在初级导体附近的磁场梯度传感器 (4)，磁场梯度传感器(4)被配置为测量横向于在初级导体中流动的初级电流(IP)的流动方向(Z)的梯度测量方向(Y)上的磁场梯度。电流换能器还包括安装成与初级导体的第一外侧相邻的第一侧向磁垫片 (6a)，以及安装成与初级导体的第二外侧相邻的第二侧向磁垫片(6b)，第一磁垫片和第二磁垫片的主要内表面(10)面向磁场梯度传感器并且基本上平行于初级电流的流动方向(Z)延伸。，下面是具有磁场梯度传感器的电流换能器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电流换能器，包括：初级导体的区段(2)；安装在初级导体附近的磁场梯度传感器(4)，被配置为测量在横向于在初级导体中流动的初级电流(IP)的电流流动方向(Z)的梯度测量方向(Y)上的磁场梯度，这使得能够测量所述初级电流(IP)；安装成与初级导体的第一外侧相邻的第一侧向磁垫片(6a)；以及安装成与初级导体的与第一外侧相对的第二外侧相邻的第二侧向磁垫片(6b)，第一磁垫片和第二磁垫片的主要内表面(10)面向磁场梯度传感器并且基本上平行于电流流动方向(Z)延伸，其特征在于，所述电流换能器还包括安装成与初级导体的第三外侧相邻的、在第一侧向垫片和第二侧向垫片之间延伸的Rogowski线圈的第一分支，以及安装成与初级导体的与第三外侧相对的第四外侧相邻的、在第一侧向垫片和第二侧向垫片之间延伸的Rogowski线圈的第二分支。
2.如前述权利要求所述的电流换能器，其中磁垫片基本上是平面的。
3.如前述权利要求中任一项所述的电流换能器，其中磁垫片基本上平行于所述梯度测量方向(Y)布置。
4.如前述权利要求中任一项所述的电流换能器，其中初级导体的区段是以结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。
5.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有非圆形形状，该非圆形形状在相对的所述第一外侧和第二外侧之间定义宽度W，并且在相对的所述第三外侧和第四外侧之间定义高度H，并且高度小于宽度H6.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有基本上矩形的形状。
7.如前述权利要求中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器包括被定向为感测在横向于电流流动方向(Z)的第一磁场方向(Xa)上的磁通量的第一磁场检测器(4a)，以及被定向为感测在与第一磁场方向平行但相反的第二磁场方向(Xb)上的磁通量的第二磁场检测器(4b)，第一磁场检测器和第二磁场检测器沿着梯度测量方向(Y)分开非零距离。
8.如前述权利要求所述的电流换能器，其中至少所述第一磁场检测器(4a)和第二磁场检测器(4b)位于所述初级导体的区段的相对的第一外侧和第二外侧上。
9.如权利要求1-8中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器位于所述初级导体的区段的两个部分(2a，2b)之间的中途的槽(3)中，所述槽在所述第一侧和第二侧之间延伸。
10.如前述权利要求所述的电流换能器，第一磁场检测器和第二磁场检测器形成在单个部件中，例如形成在单个ASIC中。
11.如前述权利要求中任一项所述的电流换能器，其中磁垫片的高度(Hm)是初级导体的实心汇流条的区段的高度(H)的至少两倍。
12.一种电流换能器，包括：初级导体的区段(2)；第一磁场感测系统，被配置用于在下部频率范围内测量在初级导体中流动的初级电流；以及环绕所述初级导体的Rogowski线圈，被配置用于在具有大于下部频率范围的频率的上部频率范围内测量所述初级电流，其特征在于，第一磁场感测系统包括安装在所述初级导体的区段的两个部分(2a，2b)之间的中途的槽(3)中的磁场梯度传感器(4)，磁场梯度传感器被配置为测量在横向于初级电流(IP)的流动方向(Z)的梯度测量方向(Y)上的磁场梯度。
13.如前述权利要求所述的电流换能器，其中初级导体的区段是以结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。
14.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有非圆形形状，该非圆形形状在相对的所述第一外侧和第二外侧之间定义宽度W，并且在相对的所述第三外侧和第四外侧之间定义高度H，并且高度小于宽度H15.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有基本上矩形的形状。
16.如前述权利要求12至15中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器包括被定向为感测在横向于电流流动方向(Z)的第一磁场方向(Xa)上的磁通量的第一磁场检测器(4a)，以及被定向为感测在与第一磁场方向平行但相反的第二磁场方向(Xb)上的磁通量的第二磁场检测器(4b)，第一磁场检测器和第二磁场检测器沿着梯度测量方向(Y)分开非零距离。
17.如前述权利要求12至16中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器形成在单个部件中，例如形成在单个ASIC中。
18.如前述权利要求12至17中任一项所述的电流换能器，其中磁垫片的高度(Hm)是初级导体的实心汇流条的区段的高度(H)的至少两倍。
19.一种电流换能器，包括：初级导体的区段(2)；磁场梯度传感器(4)，安装在所述初级导体的区段的两个部分(2a，2b)之间的中途的槽(3)中，被配置为测量在横向于在初级导体中流动的初级电流(IP)的流动方向(Z)的梯度测量方向(Y)上的磁场梯度，这使得能够测量所述初级电流(IP)；第一侧向磁垫片(6a)，安装成与初级导体的第一外侧相邻；以及第二侧向磁垫片(6b)，安装成与初级导体的与第一外侧相对的第二外侧相邻，第一磁垫片和第二磁垫片的主要内表面(10)面向磁场梯度传感器并且基本上平行于电流流动方向(Z)延伸，第一侧向磁垫片和第二侧向磁垫片基本上平行，磁垫片布置成衰减外部磁场梯度的影响而不增加槽中的由初级电流生成的通量密度。
20.如前述权利要求所述的电流换能器，其中磁垫片基本上是平面的。
21.如前述紧接着的两个权利要求中任一项所述的电流换能器，其中初级导体的区段是以结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。
22.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有非圆形形状，该非圆形形状在相对的所述第一外侧和第二外侧之间定义宽度W，并且在相对的所述第三外侧和第四外侧之间定义高度H，并且高度小于宽度H23.如前述权利要求所述的电流换能器，其中实心汇流条的区段具有基本上矩形的形状。
24.如前述权利要求19-23中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器包括被定向为感测在横向于电流流动方向(z)的第一磁场方向(Xa)上的磁通量的第一磁场检测器(4a)，以及被定向为感测在与第一磁场方向平行但相反的第二磁场方向(Xb)上的磁通量的第二磁场检测器(4b)。
25.如前述权利要求所述的电流换能器，其中第一磁场检测器和第二磁场检测器沿着梯度测量方向(Y)分开非零距离。
26.如前述权利要求19至25中任一项所述的电流换能器，其中磁场梯度传感器是以单个部件的形式，例如以单个ASIC的形式。
27.如前述权利要求19至26中任一项所述的电流换能器，其中磁垫片的高度(Hm)是初级导体的实心汇流条的区段的高度(H)的至少两倍。

说明书全文

具有磁场梯度 传感器的电流换能器

[0001] 本发明涉及一种具有磁场梯度传感器的电流换能器，其中磁场梯度传感器用于测量在导体中流动的电流。

[0002] 在US 6040690和US 6636029中描述了具有磁场梯度传感器的电流换能器，其中磁场梯度传感器用于测量在导体中流动的电流。在这样的换能器中，携带电流的导体被拆分成由间隙分开的两个平行区段，这些平行导体中的每一个携带大约一半的总电流。这可以用分开的导体完成，或者通过在导体汇流条中创建孔或槽来完成。参考图1a，由待测量的初级电流IP在间隙3中产生的磁场具有与初级电流IP成比例的特性，但是在空间上不均匀，沿着两个正交方向具有基本恒定的梯度dBy/dx和dBx/dy，假设电流在z方向流动。这个梯度可以通过两个间隔开一定距离并且它们各自的灵敏度轴Xa、Xb在相反的方向定向的磁传感器4a、4b来测量，两个磁传感器4a、4b的输出在通过求和放大器加在一起时提供与待测量的电流成比例的信号。

[0003] 上述已知电流换能器的第一个缺点是其有限且可变的频率响应和响应时间。已知换能器的灵敏度取决于初级电流与磁场传感器的磁耦合。随着频率的增加，集肤和邻近效应改变初级导体中的电流分布，从而导致变化的磁耦合和降低的灵敏度。这种效应取决于磁常数mu0和汇流条电阻率。在铜的情况下，电阻率在典型的工作温度范围内可以变化超过40％。换能器的频率响应也将随温度相应地变化，从而使得通过简单的信号处理方法补偿这种频率响应变化是不切实际的。

[0004] 上述已知电流变换器的第二个缺点是它对外部磁场梯度的灵敏度。

[0005] 如果将已知的电流换能器布置放置在均匀磁场中，那么扰动场将为每个磁场传感器输出添加相等但相反的贡献，因此在求和时相互抵消，条件是在局部扰动均匀场和由电流产生的梯度场的总和不超过磁传感器的线性范围。但是，均匀的外部场通常是例外而不是规则，并且在大多数应用中，电缆、电感器或变压器将产生强大且不均匀的场。由这些源在上述电流换能器中使用的一对磁场传感器的位置处产生的场梯度与由待测量的电流产生的场梯度难以区分。外部不均匀磁场将导致电流换能器输出出错。

[0006] 已知提供磁路以增加磁场梯度传感器中对于给定初级电流的通量密度，例如在US6'636'029或WO2008030129中所描述的。

[0007] 在US6'636'029中，磁路基本上具有C形磁芯，其围绕初级导体的区段，每个C形磁芯形成气隙，其集中由初级电流在磁梯度传感器位于其中的槽中生成的磁通量。与没有磁芯的换能器相比，C形磁芯增加了换能器的成本和体积，这不仅是因为磁芯的相对复杂性及其与初级导体的组装，而且还考虑了磁芯材料能够携带由初级电流生成的通量密度而不会饱和所需的厚度。由于通过材料的通量路径的长度以及操作期间的通量偏移(excursion)，磁芯还可能增加非线性和磁偏移。

[0008] 在WO2008030129中，描述了具有更简单磁路的换能器，但是所需的磁芯材料量和非线性的问题仍然存在。而且，梯度传感器包括安装在初级导体条的相对侧上的两个分开的磁场检测器，与位于初级导体的槽中的单个磁场梯度传感器相比，这增加了梯度传感器暴露于外部场并且增加了由于初级导体的不同侧的温度或其它环境条件的差异而引起的问题。

[0009] 而且，在US6'636'029或WO2008030129中，在大频率范围上测量电流的能力都是受限的。

[0010] 如US6'366'076中所描述的，一般已知提供一种电流换能器，其组合来自Rogowski线圈和位于初级导体周围的多个离散磁场检测器的测量。但是，多个离散检测器会导致初级导体周围的温度或其它环境条件的差异以及不同偏移的问题，使得由来自多个检测器的信号的组合形成的测量信号受到不利影响。

[0011] 鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于测量在导体中流动的电流的电流换能器，该电流换能器是准确的、可靠的并且具有大测量范围。

[0012] 提供在变化的热和环境条件下准确的电流换能器是有利的。

[0013] 提供能够在大频率范围内准确测量电流的电流换能器是有利的。

[0014] 提供对外部磁场不敏感的电流换能器是有利的。

[0015] 提供紧凑且制造成本高效的电流换能器是有利的。

[0016] 通过提供根据权利要求1的电流换能器，已经实现了本发明的各个目的。

[0017] 通过提供根据权利要求12的电流换能器，已经实现了本发明的各个目的。

[0018] 通过提供根据权利要求19的电流换能器，已经实现了本发明的各个目的。

[0019] 本文公开了一种电流换能器，其包括初级导体的区段和安装在初级导体附近的磁场梯度传感器，该磁场梯度传感器被配置为测量在横向于在初级导体中流动的初级电流(IP)的流动方向(Z)的梯度测量方向(Y，X)上的磁场梯度，这使得能够测量所述初级电流(IP)。

[0020] 根据本发明的第一方面，电流换能器还包括安装成与初级导体的第一外侧相邻的第一侧向磁垫片，以及安装成与初级导体的与第一外侧相对的第二外侧相邻的第二侧向磁垫片，第一和第二磁垫片的主要内表面面向磁场梯度传感器并且基本上平行于电流流动方向(Z)延伸，其中电流换能器还包括安装成与初级导体的第三外侧相邻的、在第一和第二侧向垫片之间延伸的Rogowski线圈的第一分支，以及安装成与初级导体的与第三外侧相对的第四外侧相邻的、在第一和第二侧向垫片之间延伸的Rogowski线圈的第二分支。

[0021] 根据本发明的第二方面，电流换能器包括第一磁场感测系统，被配置用于测量在下部频率范围内的在初级导体中流动的初级电流；以及Rogowski线圈，其包围所述初级导体，被配置用于测量在上部频率范围内的所述初级电流，该上部频率范围具有大于下部频率范围的频率，其中第一磁场感测系统包括磁场梯度传感器，该磁场梯度传感器安装在所述初级导体的区段的两个部分之间的中途的槽中，磁场梯度传感器被配置为测量横向于初级电流(IP)的流动方向(Z)的梯度测量方向(Y)上的磁场梯度。

[0022] 在上述两个方面中，与具有多个磁场检测器的常规换能器或者具有梯度传感器的常规换能器相比，在电流换能器中磁场梯度传感器与Rogowski线圈的组合令人惊讶地有利于获得大的振幅和频率测量范围，同时提供具有改善的线性度以及更稳定和准确的测量的紧凑且成本高效的换能器。

[0023] 在有利的实施例中，磁场梯度传感器位于所述初级导体的区段的两个部分之间的中途的槽中。

[0024] 在另一个实施例中，至少第一和第二磁场检测器可以位于所述初级导体的区段的相对侧上。

[0025] 根据本发明的第三方面，电流换能器的磁场梯度传感器安装在所述初级导体的区段的两个部分之间的中途的槽中，该换能器还包括安装成与初级导体的第一外侧相邻的第一侧向磁垫片，以及安装成与初级导体的与第一外侧相对的第二外侧相邻的第二侧向磁垫片，第一和第二磁垫片的主要内表面面向磁场梯度传感器并且基本上平行于电流流动方向(Z)延伸，第一和第二侧向磁垫片基本上平行，磁垫片布置成衰减外部磁场梯度的影响而不增加由槽中的初级电流生成的通量密度。

[0026] 与设置有用于将初级导体的磁通量集中在磁场传感器上的磁路的常规换能器相比，即使这样的磁路也会衰减外部磁场，在具有被布置成衰减外部磁场的影响而(基本上)不增加由初级电流在磁梯度传感器上生成的通量密度的磁垫片的上述发明方面中，提高在存在外部磁场的情况下的准确度和性能同时降低换能器的复杂性。上面提到的常规换能器的问题之一是需要可以携带由初级电流生成的磁通量而不会饱和的磁路，并且具有提供气隙的设计，从而导致成本和复杂性增加。而且，与主要用于或仅用于衰减外部磁场影响的磁垫片相比，通量集中磁路会由于通过材料的通量路径的长度和操作期间的通量偏移而导致增加的非线性度和磁偏移。

[0027] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，磁场梯度传感器包括第一磁场检测器，其被定向为在横向于初级电流IP的流动方向(Z)的第一磁场方向(Xa)上感测磁通量，以及第二磁场检测器，其被定向为在与第一磁场方向平行但相反的第二磁场方向(Xb)上感测磁通量，第一和第二磁场检测器沿着梯度测量方向(Y)分开非零距离。

[0028] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，磁垫片可以是基本上平面的。

[0029] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，磁垫片基本上平行于所述梯度测量方向(Y)布置。

[0030] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，初级导体区段是以结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。

[0031] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，实心汇流条的区段具有非圆形形状，在相对的所述第一和第二外侧之间定义宽度W，并且在相对的所述第三和第四外侧之间定义高度H，并且高度小于宽度H

[0032] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，实心汇流条的区段具有基本上矩形的形状。

[0033] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，磁场梯度传感器位于所述初级导体的区段的两个部分之间的中途的槽中，所述槽在所述第一和第二侧之间延伸。

[0034] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，第一和第二磁场检测器形成在单个部件中，例如在单个ASIC中。这个特征不仅降低了成本，而且还降低了影响多传感器布置的不同位置处的不同温度、电场或磁场以及其它因素的不利影响。

[0035] 可替代地，在某些实施例中，所述至少第一和第二磁场检测器不在槽内，而是位于所述初级导体的区段外部的分开的部件，与初级导体的第一和第二外侧相邻。

[0036] 在本发明的上面提到的各方面的有利实施例中，在梯度方向Y上测量的磁垫片的高度(Hm)是初级导体的实心汇流条的区段的高度(H)的至少1.5倍，优选地是至少2倍。这个特征有利地确保外部磁场的良好衰减并且减少在初级导体水平处并且特别是在磁场梯度传感器的水平处的垫片之间的磁场均匀性的任何失真。

[0037] 本发明的其它目的和有利方面根据权利要求、以下具体实施方式和附图将是清楚的，其中：

[0038] 图1a和1b是常规设计的初级导体和磁场梯度传感器的简化横截面图；

[0039] 图2a是根据本发明实施例的初级导体和具有磁场梯度传感器的电流换能器的简化视图，并且图2b是通过图2a的线IIb-IIb的横截面图；

[0040] 图3a是根据本发明另一个实施例的初级导体和具有磁场梯度传感器的电流换能器的简化视图，并且图3b是通过图3a的线IIIb-IIIb的横截面图；

[0041] 图4是根据图3b的变体的初级导体和具有磁场梯度传感器的电流换能器的横截面图；

[0042] 图5a是根据本发明另一个实施例的初级导体和具有磁场梯度传感器的电流换能器的简化视图，并且图5b是通过图5a的线Vb-Vb的横截面图；

[0043] 图6是根据本发明另一个实施例的初级导体和具有磁场梯度传感器的电流换能器的简化横截面图；

[0044] 图7a图示了具有由间隙分开的两个区段的初级导体周围的磁场线(根据现有技术)，并且图7b是根据本发明实施例的具有由间隙分开的两个区段的初级导体周围的磁场线的类似图示，并且图7c和7b分别是在图7a和7c的初级导体的间隙的中心处磁通量密度(图7c)和dBx/dy(图7d)相对于沿着y轴的位置的曲线图；

[0045] 图8a和8c图示了外部导体的磁场线及其对图7a的常规布置的影响，并且图8b和8d图示了根据图7b的本发明的实施例的外部导体的磁场线及其对布置的影响；

[0046] 图9a和9b分别是在图8a至8d的初级导体间隙的中心处磁通量密度(图9a)和dBx/dy(图9b)相对于沿着y轴的位置的曲线图。

[0047] 参考附图，根据本发明的电流换能器1包括初级导体2的区段(例如以汇流条的形式)，以及安装在初级导体附近的磁场梯度传感器4、4a、4b。磁场传感器被配置为测量在相对于初级导体的具体方向上的磁场梯度，其使得能够测量在初级导体2中流动的初级电流IP。

[0048] 通常，磁场梯度传感器包括在所述具体方向上间隔开的位置中的至少两个磁场检测器以用于测量这两个位置之间的磁场差异。图1a中图示了已知布置的一个示例，其中两个磁场检测器4a、4b位于初级导体的两个部分2a、2b之间的槽3中。在图1b中所示的另一个已知的示例中，两个磁场检测器4a、4b位于初级导体2的相对侧。但是，也已知能够测量梯度的其它磁场传感器配置。在没有外部场的情况下，初级导体附近的磁场梯度与初级电流IP(即，待测量的电流)成比例。

[0049] 使用磁场梯度测量来测量在导体中流动的初级电流的原理本身是众所周知的，并且在本发明中不再详细描述。

[0050] 提供结合在电换能器中用于连接到初级导体的导电汇流条本身也是众所周知的，其中连接端和汇流条在换能器中的安装的细节可以采用本身在现有技术中已知的各种形状和配置并且不需要在本文进一步描述。

[0051] 参考图示本发明实施例的图2a和2b，磁场梯度传感器包括位于初级导体2的两个优选地基本相同的部分2a、2b之间的中途的槽3中的第一磁场检测器4a和第二磁场检测器4b，其中初级导体2可以是例如结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。磁场检测器2a、2b的相应灵敏度方向Xa、Xb都沿着X轴定向，但方向相反。它们感测磁通量密度B的X分量。两个感测元件沿着Y方向分开小的距离。当传感器的电输出加在一起时，结果与dBx/dy成比例。

[0052] 电流换能器还包括安装在初级导体2外侧上的磁垫片6。在所示实施例中，磁垫片包括安装成与初级导体的第一部分2a的外侧相邻的第一侧向磁垫片6a，以及安装成与初级导体的第二部分2b的外侧相邻的第二侧向磁垫片6b。磁垫片6a、6b的面向磁场检测器4a、4b的主要内表面10基本上平行于初级导体2的部分2a、2b、与初级电流IP的流动方向对应地延伸。磁垫片由具有高磁导率和低磁阻的材料制成(例如高磁导率软磁材料，诸如软铁、铁氧体或坡莫合金(permalloy))，被配置为重定向在垫片之间的外部磁场。因为磁垫片为外部磁场提供低电阻的路径，所以在相对的一对磁垫片之间重定向的外部磁场被均匀化，如图8b和8d中最佳示出的。但是，如图7a和7b中最佳示出的，对由初级导体在初级导体部分2a、
2b之间的槽3内生成的内部磁场有改善的影响。在图7c和7d中，可以看出，在安装有磁场梯度传感器的槽3内(在坐标X＝0处)，磁场梯度dBx/dy稍微放大但仍与初级电流成比例，类似于图7a中所示的没有磁垫片的已知系统的磁场梯度。而且，如图8b和8c(结合图9a和9b)中所示，外部磁场或者被衰减，如与图8a相比在图8b中看到的，和/或被均匀化以减小沿着y轴的梯度，如与图8c相比在图8d中看到的(结合图9a和9b)。更具体而言，图8a示出了围绕2个方形汇流条导体部分的场线，每个方形汇流条导体部分携带相同的电流IP/2。两个导体部分之间的槽中的垂直线指示形成梯度传感器的磁场传感器位于其上并且在其上取得图8c和8d的线图中所示的值的轴。图8b示出了将垫片添加到图8a中所示的情形的效果。图8c示出了针对两种配置在槽的中心处沿着y轴的通量密度x分量。图8d示出了沿着同一个轴的dBx/dy。图8a和图8b的配置之间的灵敏度仅有很小的差异。围绕轴的中心，在一阶近似中，磁场梯度基本上与位置无关。

[0053] 在图8所示的具体示例中，汇流条被示为携带零电流，并且邻近的载流导体位于距电流换能器组件中心15mm的距离处，以2个角位置示出，在11a和11b中处于0°，在11c和11d中处于90°。B的X分量上的均匀化效果是可见的。

[0054] 图9a示出了沿着槽轴的B的X分量。共模水平对于处于90°的垫片和外部电流邻居最高，但在有垫片的两种情况下，沿着轴的Bx值比不带垫片的情况更恒定。这在图9b中变得清楚可见，其示出dBx/dy。在有垫片的情况下，在说明性的情况下，与常规系统相比，不均匀外部场的拒绝可以被改进大约5到10倍的量级。

[0055] 在图2a、2b的实施例中，软磁部分6a、6b因此在其内表面10处具有基本上磁性等电位，并且平行的、面向内的表面10之间的体积被基本上均匀的磁场占据。虽然dBx/dy梯度可以低于没有由磁垫片6a、6b形成的软磁通量整形器的情况下的dBx/dy梯度，但是Bx的值可以略微高于没有垫片的情况下的Bx的值。这个实施例中的软磁垫片的目的是整形通量密度分布以使其更均匀，而不是通常意义上的磁传感器的屏蔽或掩蔽，其中要理解的是，与周围环境相比，导致被屏蔽的体积具有较低的通量密度量值。

[0056] 在有利的实施例中，磁垫片的高度Hm优选地为初级导体的实心汇流条的区段的高度H的至少1.5倍(Hm>1.5H)，优选地为2倍(Hm>2H)，这是在磁场梯度Y方向上测得的。优选地，初级导体和磁场梯度传感器基本上位于定义高度Hm的磁垫片的端部之间的中途。这有利地确保外部磁场的良好衰减并且减少在初级导体的水平处并且特别是在磁场梯度传感器的水平处垫片之间的磁场均匀性的任何失真。

[0057] 现在参考图3a和3b，图示了根据本发明的电流换能器的另一个实施例。在这个实施例中，磁场梯度传感器包括位于初级导体2的两个基本相同的部分2a、2b之间的中途的槽3中的第一磁场检测器4a和第二磁场检测器4b，初级导体2可以是例如结合在电流换能器中的实心汇流条的区段的形式。磁场检测器2a、2b的相应灵敏度方向Xa、Xb都沿着X轴定向，但方向相反。它们感测磁通量密度B的X分量。两个感测元件沿着Y方向分开小的距离。当传感器的电输出加在一起时，结果与dBx/dy成比例。电流换能器还包括安装在初级导体2的外侧周围的Rogowski线圈。磁场梯度传感器4a、4b的测量范围限制在其频率响应中，因为导体条中的电流密度分布随频率(集肤效应)而变化。电流分布尤其取决于导体几何形状、温度和材料特性，因此导致难以补偿超过某个频率的磁梯度测量的行为。但是，Rogowski线圈非常适于在较高频率范围内测量初级导体2a、2b中流动的初级电流IP，并且很好地补充磁场梯度传感器。在这个实施例中，磁场梯度传感器4a、4b因此测量从DC直到第一阈值频率的初级电流，超过该第一阈值频率，准确度不再是可接受的，而Rogowski线圈被配置为以可接受的灵敏度测量从第二阈值频率直到换能器的上截止频率的初级电流。梯度传感器的第一阈值频率高于Rogowski线圈变得可用的第二阈值频率。这允许两个信号源之间的过渡发生在位于其间的过渡频率处。测量信号处理电路可以被配置为分别切断低于过渡频率的Rogowski线圈的信号，以及切断高于过渡频率的磁场梯度传感器4a、4b的信号。

[0058] 在本发明的范围内可以设想组合Rogowski线圈和磁场梯度传感器的输出的各种其它方式。示例：

[0059] ·提供分开的输出并使用频率范围的重叠区段用于附加的功能：例如，如果使用电流换能器来控制电流，并且通过切换然后通过滤波来生成电流，那么纹波总是存在并且可以位于频谱的重叠区域中。由于通过两个信道测量相同的信号，因此两个信道中更稳定的一个可以被用于补偿另一个信道的温度或灵敏度的其它漂移；

[0060] ·与上述相同的原理也可以用于通过或者使用已经可用的信号(如纹波)或者注入测试信号(如伪随机序列)并检测两个信道中测试信号的存在来监视换能器的功能；

[0061] ·为需要di/dt的应用(如无传感器的位置估计)提供di/dt输出，并且数值求导具有比直接感测di/dt更低的SNR。

[0062] 在类似于图3b的实施例的图4的变体中，软磁拐角元件12在连接Rogowski线圈的分支8a、8b、8c、8d的拐角处提供。软磁拐角元件12在Rogowski线圈的绕组中磁性短路不连续，该Rogowski线圈由存在的拐角形成以使Rogowski线圈的路径适应初级导体汇流条2、2a、2b的外部轮廓。这导致对外部场的更好的免疫力。

[0063] 在磁场梯度传感器位于槽中的实施例中，磁场梯度传感器可以有利地是单个部件，例如单个ASIC(专用集成电路)部件。

[0064] 单个磁场梯度传感器的使用不仅有利于降低换能器的成本，而且还减少了与组合来自多个传感器的信号以输出测量信号相关的问题，这种问题是由于在多个传感器所处的不同位置处温度或其它环境条件的可能差异，或者由于每个传感器的特性和容限略有不同。

[0065] 现在参考图5a和5b，图示了根据本发明的电流换能器的另一个实施例。在这个实施例中，具有槽3的初级导体区段2、2a、2b、磁场梯度传感器4a、4b和磁垫片6a、6b以类似于图2a、2b的实施例的配置提供。此外，Rogowski线圈包括在磁垫片6a、6b之间延伸的两个Rogowski线圈分支8a、8b。Rogowski线圈分支从第一磁垫片6a完全延伸到另一个侧向磁垫片6b，以便在垫片之间形成桥接，基本上没有中断。除了如前面关于图2a、2b描述的那样使外部磁场均匀化，磁垫片6a、6b还用于为Rogowski线圈8a、8b提供磁短路，从而产生对外部场的更好免疫力。

[0066] 以与上面关于图3a、3b描述的方式基本相同的方式，Rogowski线圈8用于测量上部频率范围，并且磁场梯度传感器用于测量下部频率范围，而外部场的影响以与上面关于图2a、2b描述的基本相同的方式被磁垫片6a、6b均匀化和衰减。

[0067] 现在参考图6，图示了根据本发明的电流换能器的另一个实施例。在这个实施例中，磁场梯度传感器4a、4b位于初级导体区段2的相对侧，并且磁垫片6a、6b以类似于图2a、2b和5a、5b的实施例的配置提供。此外，Rogowski线圈包括在磁垫片6a、6b之间延伸的两个Rogowski线圈分支8a、8b，类似于图5a、5b的实施例。Rogowski线圈分支从第一磁垫片6a完全延伸到另一个侧向磁垫片6b，以便在垫片之间形成桥接，基本上没有中断。除了使外部磁场均匀化之外，磁垫片6a、6b还用于为Rogowski线圈8a、8b提供磁短路，从而产生对外部场的更好免疫力，如上面关于图5a，5b所描述的。

[0068] Rogowski线圈8用于测量上部频率范围，并且磁场梯度传感器用于测量下部频率范围，而外部场的影响被磁垫片6a、6b均匀化和衰减，如上面关于图5a、5b所描述的。

[0069] 可以注意到的是，本公开中基于dBx/dy的解释也适用于dBy/dx(因为在感兴趣的区域中Rot(B)＝J且J＝0)。根据实施例，换能器因此可以可替代地或附加地被配置为测量磁场梯度dBy/dx，该磁场梯度也横向于初级电流的流动。

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