自供电集电环碳刷电流传感器的制作方法

本发明涉及传感器，具体为自供电集电环碳刷电流传感器。

背景技术：

1、在当今发电领域，传感器是发电机集电环安全运行不可或缺的重要组成部分，它在实时监控的同时，也在提醒现场工作人员对发电机集电环进行及时维护，但同时安装传感器造成现场大量的线束堆集，虽然传感器与采集终端可以采用无线通讯方式，但传感器无法自行供电，所以也不可避免的外接电源线，始终无法摆脱真正意义上的无线连接。长此以往，不但对集电环发电设备造成多余的电磁干扰又与安全生产相违背，为了有效的解决了这一问题，引入一种针对集电环内部使用的各类传感器的自供电技术方案。

2、相关参考文献cn218897131u公开的一种具备碳刷磨损及电流、温度、弧光监测的碳刷刷盒，它的刷盒与绝缘盖板组成的腔体内安装测距弧光综合电路板，测距弧光综合电路板上安装弧光传感器、激光测距传感器，霍尔线圈、温度电流采集电路板也安装于刷盒与绝缘盖板组成的腔体内，温度电流采集电路板底面依次设有四路霍尔线圈及一个温度传感器，绝缘盖板设于刷盒壳体顶部，与刷盒壳体组成一个整体，虽然电子元件安装在刷盒腔体内，但是它的温度电流采集电路板一端由屏蔽引线连接航空插头，通过航空插头连接后端采集终端，安装需要接线，连接比较复杂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种无需任何外部接线即可正常工作，提高现场工作的安全性的无线电流传感器。

2、为了解决以上技术问题，本发明提供自供电集电环碳刷电流传感器，包括壳体、霍尔芯片、霍尔磁环、取电磁环、mcu芯片、激光测距芯片、激光测距pcb板、绝缘盖板、金属螺套，金属螺柱；壳体一侧面和顶面为空，壳体底面开设固定孔；壳体顶面设置mcu主板；mcu主板上安装多个霍尔磁环，霍尔磁环上绝缘安装取电磁环，各取电磁环之间串联，串联后的取电磁环和整流桥连接，整流桥通过滤波电容和三端稳压器连接； mcu主板上设置绝缘盖板；绝缘盖板上设置通孔；金属螺套贯穿通孔、霍尔磁环、取电磁环、固定孔；金属螺套中穿设金属螺柱；

3、取电磁环产生的感应电动势随时间t变化的表达式：，其中；

4、式中i(t) 是线圈内流过电流随时间t变化的表达式，im为交流励磁电流最大值，f为工频频率， t为时间，n为取电磁环绕线匝数，l为单个取电磁环的等效电感。

5、取电磁环的等效电感，，；

6、式中μ0为取电磁环铁芯的磁导率，d1为取电磁环铁芯外径，d2为取电磁环铁芯内径,h为取电磁环铁芯高度。

7、本申请通过在mcu主板上安装串联的取电磁环，载有交流电的金属螺柱垂直置于磁场中，取电磁环输出的交流电压经过整流桥整流，再经滤波电容滤波，然后采用三端稳压器输出稳定的电压，为mcu主板提供稳定电源，实现碳刷传感器自供电。取电磁环采用串联，而非并联的方式，可以增加整体的供电电压，继而减少每个取电磁环的绕线匝数，大大缩小取电磁环的体积，同时也增大了每个取电线圈内的感应电流。

8、优选的，取电磁环的磁导率；

9、式中b为取电磁环磁感应强度，h是交流励磁电流产生的磁场强度。

10、优选的，滤波电容和三端稳压器之间并联设置防雷击管，防止浪涌电流冲击，保护后续电路。

11、优选的，取电磁环材料为坡莫合金，绕线采用单层法紧密绕制。

12、优选的，取电磁环的绕线匝数为200～300匝，确保取电磁环与金属螺柱顺利配合，给碳刷电流传感器提供稳定的工作电压。

13、优选的，激光测距pcb板固定在mcu主板底面；所述激光测距pcb板上设置激光测距芯片，激光测距pcb板位于空的侧面，所述霍尔芯片头部嵌于霍尔磁环气隙中组成一体，再将整体安装在mcu主板上；所述mcu主板设置在壳体腔体内，设置mcu芯片的一面向上，设置连接焊盘侧靠近空的侧面。使电流传感器不但拥有传统电流传感器的常规电流测量功能，无需接线即可使用，安装方便，此外增加读取碳刷磨耗功能，提醒工作人员及时更换磨损殆尽的碳刷，为现场工作人员提供了很大便利性。

14、优选的，霍尔芯片和mcu芯片数据通信，霍尔芯片和mcu主板之间采用金属导针连接，霍尔芯片通过mcu主板上的通信线路将电流数据传送给mcu芯片。激光测距芯片和mcu芯片数据通信，传输碳刷磨损数据。

15、优选的，mcu芯片和mcu主板上的射频模块数据通信，射频模块通过无线通讯技术和pc主机连接，采用无线射频透传方式实现无线碳刷电流、磨耗数据的通讯功能。

16、优选的，金属螺套中设置金属螺柱，通过金属螺柱的螺帽压紧碳刷刷辫。

17、本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

18、1.本发明通过在mcu主板上安装串联的取电磁环，载有交流电的金属螺柱垂直置于磁场中，取电磁环输出的交流电压经过整流桥整流，再经滤波电容滤波，然后采用三端稳压器输出稳定的电压，为mcu主板提供稳定电源，实现碳刷传感器自供电。取电磁环采用串联，而非并联的方式，可以增加整体的供电电压，继而减少每个取电磁环的绕线匝数，大大缩小取电磁环的体积，同时也增大了每个取电线圈内的感应电流。

19、2.本发明滤波电容和三端稳压器之间并联设置防雷击管，防止浪涌电流冲击，保护后续电路。

20、3.本发明取电磁环材料采用坡莫合金，绕线采用单层法紧密绕制，取电磁环的绕线匝数为200～300匝，确保取电磁环与金属螺柱顺利配合，给碳刷电流传感器提供稳定的工作电压。

技术特征：

1.自供电集电环碳刷电流传感器，包括壳体、霍尔芯片、霍尔磁环、取电磁环、mcu芯片、激光测距芯片、激光测距pcb板、绝缘盖板、金属螺套，金属螺柱；其特征在于：所述壳体一侧面和顶面为空，壳体底面开设固定孔；壳体顶面设置mcu主板；mcu主板上安装多个霍尔磁环，霍尔磁环上绝缘安装取电磁环，各取电磁环之间串联，串联后的取电磁环和整流桥连接，整流桥通过滤波电容和三端稳压器连接；所述mcu主板上设置绝缘盖板；所述绝缘盖板上设置通孔；所述金属螺套贯穿通孔、霍尔磁环、取电磁环、固定孔；所述金属螺套中穿设金属螺柱；

2.按照权利要求1所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述取电磁环的磁导率

3.按照权利要求1所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述滤波电容和三端稳压器之间并联设置防雷击管。

4.按照权利要求1所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述取电磁环材料为坡莫合金，绕线采用单层法紧密绕制。

5.按照权利要求4所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述取电磁环的绕线匝数为200～300匝。

6.按照权利要求1所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述激光测距pcb板固定在mcu主板底面；所述激光测距pcb板上设置激光测距芯片，激光测距pcb板位于空的侧面，所述霍尔芯片头部嵌于霍尔磁环气隙中组成一体，再将整体安装在mcu主板上；所述mcu主板设置在壳体腔体内，设置mcu芯片的一面向上，设置连接焊盘侧靠近空的侧面。

7.按照权利要求6所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述霍尔芯片和mcu芯片数据通信；所述激光测距芯片和mcu芯片数据通信。

8.按照权利要求7所述的自供电集电环碳刷电流传感器，其特征在于：所述mcu芯片和mcu主板上的射频模块数据通信，所述射频模块通过无线通讯技术和pc主机连接。

技术总结本发明涉及传感器技术领域，公开了自供电集电环碳刷电流传感器，壳体一侧面和顶面为空，壳体底面开设固定孔；壳体顶面设置MCU主板；MCU主板上安装多个霍尔磁环，霍尔磁环上绝缘安装取电磁环，各取电磁环之间串联，串联后的取电磁环和整流桥连接，整流桥通过滤波电容和三端稳压器连接；MCU主板上设置绝缘盖板；所述绝缘盖板上设置通孔；金属螺套贯穿通孔、霍尔磁环、取电磁环、固定孔；金属螺套中穿设金属螺柱；取电磁环产生的感应电动势随时间t变化的表达式：其中i(t)＝Im*sin(2*π*f*t)/N；取电磁环的等效电感本发明无需接线即可使用，为现场工作人员提供很大便利性。技术研发人员：周亮亮,陈爱辉,沈晓辰,高凌骏,孙添淳受保护的技术使用者：南通安派电气科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4