環(huán)形磁通門電流換能器的制造方法
【專利說明】環(huán)形磁通門電流換能器
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年8月19日、國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/IB2011/053655、國家申請(qǐng)?zhí)枮?01180040922.X、發(fā)明名稱為“環(huán)形磁通門電流換能器”的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及具有用于閉環(huán)應(yīng)用的次級(jí)線圈的環(huán)形磁通門電流換能器。
【背景技術(shù)】
[0003]磁通門換能器具有由激勵(lì)線圈圍繞的飽和磁芯，所述激勵(lì)線圈施加交替地飽和磁芯的交替磁場(chǎng)。在存在外部磁場(chǎng)的情況下，偏壓施加于飽和磁芯的飽和，使得實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)的對(duì)稱。該不對(duì)稱與外部磁場(chǎng)的幅度相關(guān)并且因此用于讀取外部磁場(chǎng)的幅度。在磁力計(jì)中，激勵(lì)電流由電子電路處理，所述電子電路向圍繞磁通門換能器纏繞的次級(jí)線圈(也被稱為補(bǔ)償線圈)或向聯(lián)接到磁通門換能器的磁路生成反饋信號(hào)。補(bǔ)償電流設(shè)法消除外部磁場(chǎng)的影響，由此次級(jí)(或補(bǔ)償)電流因此代表磁場(chǎng)的幅度。在電流換能器中，磁場(chǎng)由在初級(jí)導(dǎo)體中流動(dòng)的初級(jí)電流(待測(cè)量的電流)生成。初級(jí)導(dǎo)體典型地定位成穿過由磁場(chǎng)換能器形成或聯(lián)接到磁場(chǎng)換能器的磁路。
[0004]某些已知的磁通門換能器具有圍繞初級(jí)導(dǎo)體所穿過的中心孔的環(huán)形。磁通門換能器具有高靈敏度并且因此很適合于測(cè)量小電流或小幅差動(dòng)電流，然而，它們與基于霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)檢測(cè)器的開環(huán)電流換能器或閉環(huán)電流換能器相比制造和實(shí)施成本較高。影響基于磁通門原理的電流換能器的成本的因素是激勵(lì)線圈和次級(jí)線圈的提供、飽和磁芯的提供以及線圈與電子電路的互連。
[0005]磁通門換能器的靈敏度也導(dǎo)致線圈和各部件的相對(duì)位置的更嚴(yán)格制造公差，這也導(dǎo)致增加的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于環(huán)形磁通門磁場(chǎng)檢測(cè)器的閉環(huán)電流換能器，其精確、可靠并且制造成本經(jīng)濟(jì)。
[0007]提供一種大規(guī)模制造經(jīng)濟(jì)的閉環(huán)環(huán)形磁通門電流換能器將是有利的。
[0008]提供一種緊湊的閉環(huán)環(huán)形磁通門電流換能器將是有利的。
[0009]提供一種結(jié)實(shí)的閉環(huán)環(huán)形磁通門電流換能器將是有利的。
[0010]通過提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)環(huán)形磁通門電流換能器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0011]本文中公開了一種環(huán)形磁通門電流換能器，其包括環(huán)形磁通門感測(cè)單元，所述環(huán)形磁通門感測(cè)單元包括介電或絕緣支座，安裝在所述支座上的飽和磁芯，圍繞所述支座和飽和磁芯纏繞的激勵(lì)線圈以及圍繞所述激勵(lì)線圈安裝的磁殼。所述支座為環(huán)形并且包括固定到所述支座的端子，第一對(duì)所述端子連接到所述激勵(lì)線圈的端部，并且第二對(duì)所述端子連接到所述電流換能器的次級(jí)線圈的端部。有利地，用于次級(jí)和激勵(lì)線圈的連接端子整合到用于飽和磁芯的支座中簡化感測(cè)單元組裝和互連到信號(hào)處理電路的制造。該配置也提供更緊湊、可靠和穩(wěn)定的布置。
[0012]在本文中所使用的術(shù)語“環(huán)形”和“環(huán)”不限于圓形，而是包含圍繞孔以允許一個(gè)或多個(gè)初級(jí)導(dǎo)體穿過其中的方形、矩形、多邊形、橢圓形或任何規(guī)則或不規(guī)則的閉合或幾乎閉合形狀。
[0013]信號(hào)處理電路可以包括連接到所述感測(cè)單元的端子的電路板。
[0014]所述感測(cè)單元還可以包括介電罩殼，所述介電罩殼圍繞所述激勵(lì)線圈和飽和磁芯安裝并且形成次級(jí)磁芯圍繞其纏繞的支座。所述介電罩殼可以有利地包括多個(gè)間隔開的向內(nèi)徑向翼片，所述徑向翼片用于側(cè)向地支撐線圈并且將感測(cè)單元定位在換能器的外殼中。所述介電罩殼可以有利地包括突起，所述突起接合在所述換能器的電路板中的互補(bǔ)孔中以相對(duì)于所述感測(cè)單元和所述換能器的外殼定位所述電路板。
[0015]用于所述飽和磁芯和激勵(lì)線圈的環(huán)形介電或絕緣支座也可以包括提供定位表面的多個(gè)間隔開的徑向翼片，所述定位表面配置成相對(duì)于圍繞所述介電支座和激勵(lì)導(dǎo)體安裝的磁殼定位所述支座。
[0016]換能器可以有利地包括例如由折疊成環(huán)形的具有高磁導(dǎo)率材料的條或帶制成的環(huán)形內(nèi)部磁屏蔽罩和環(huán)形外部磁屏蔽罩。內(nèi)部磁屏蔽罩用于減小通過中心通道的偏心初級(jí)導(dǎo)體位置的影響，而外部磁屏蔽罩用于減小來自外部磁場(chǎng)的干涉。
[0017]通過提供根據(jù)權(quán)利要求7所述的閉環(huán)環(huán)形磁通門電流換能器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0018]在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，所述換能器包括作為單獨(dú)部件提供的初級(jí)導(dǎo)體單元，所述初級(jí)導(dǎo)體單元包括介電體和配置成傳送待測(cè)量的電流的多個(gè)導(dǎo)體，所述多個(gè)導(dǎo)體一起保持在所述介電體內(nèi)，所述介電體形成通過所述外殼的中心通道可單獨(dú)安裝并且可鎖定到所述外殼的大體U形或V形部件。所述介電體可以是模制在所述初級(jí)導(dǎo)體上的塑料主體并且包括整體模制彈性夾臂，所述夾臂與所述換能器外殼中的互補(bǔ)夾子相互接合以將所述初級(jí)導(dǎo)體單元固定和鎖定到所述換能器外殼。所述介電體還包括定位肩部或凸緣，所述定位肩部或凸緣抵靠所述換能器外殼以相對(duì)于所述外殼定位所述初級(jí)導(dǎo)體單元。
[0019]在實(shí)施例中，所述初級(jí)導(dǎo)體單元可以包括形成至少第一和第二對(duì)導(dǎo)體的至少四個(gè)初級(jí)導(dǎo)體，第一對(duì)初級(jí)導(dǎo)體用于在第一方向上傳送電流并且第二對(duì)初級(jí)導(dǎo)體用于在相反方向上傳送電流，所述第一和第二對(duì)初級(jí)導(dǎo)體布置成使得一對(duì)初級(jí)導(dǎo)體中的導(dǎo)體定位在另一對(duì)初級(jí)導(dǎo)體的導(dǎo)體之間并且交錯(cuò)。在該配置中，所述換能器可以作為差動(dòng)換能器操作以測(cè)量具有相反電流的兩個(gè)導(dǎo)體或?qū)w對(duì)之間的電流的差異。
[0020]在實(shí)施例中，所述初級(jí)導(dǎo)體單元可以包括用于傳送三相電流和三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)或測(cè)試電流的至少四個(gè)初級(jí)導(dǎo)體，所述測(cè)試電流用于自動(dòng)測(cè)試所述換能器在其中使用的系統(tǒng)能力。在該配置中，所述換能器可以用作差動(dòng)(或求和)電流換能器，其測(cè)量在正常操作期間應(yīng)當(dāng)接近零的三相系統(tǒng)中的電流和。
[0021]所述初級(jí)導(dǎo)體可以呈擠出導(dǎo)線的形式或由金屬片壓制或形成，其由所述介電體包覆模制或插入所述初級(jí)導(dǎo)體單元的所述介電體中。備選地，所述初級(jí)導(dǎo)體可以形成為鍍覆在板(例如印刷電路板)上的電跡。
【附圖說明】
[0022]從權(quán)利要求和關(guān)于附圖進(jìn)行的本發(fā)明的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述將顯而易見本發(fā)明的另外優(yōu)點(diǎn)和特征。
[0023]圖1a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的環(huán)形磁通門電流換能器的具有部分橫截面的透視圖；
[0024]圖1b是圖1a的實(shí)施例的透視分解圖；
[0025]圖1c和Id是根據(jù)圖1a的實(shí)施例的透視圖，其中使外殼透明以便更好地顯示外殼內(nèi)部的部件；
[0026]圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁通門電流換能器的透視圖，換能器帶有預(yù)組裝到換能器外殼的初級(jí)導(dǎo)體；
[0027]圖2b和2c是圖2a的實(shí)施例的透視圖，顯示初級(jí)導(dǎo)體元件正組裝到換能器外殼；
[0028]圖2d是圖2a的實(shí)施例的橫截面圖；
[0029]圖3是環(huán)形磁通門感測(cè)單元的分解透視圖；
[0030]圖4a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的飽和磁芯和激勵(lì)線圈單元的具有部分橫截面的透視圖；
[0031]圖4b是圖4a的單元的分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參考附圖，首先從圖1a至Id開始，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流換能器2包括外殼
4、安裝在外殼中的環(huán)形磁通門感測(cè)單元6、例如包括印刷電路板7的信號(hào)處理電路8，所述信號(hào)處理電路也安裝在外殼中并且具有延伸通過外殼以用于連接到用于供電的外部電路的電端子18和測(cè)量信號(hào)的輸出。換能器可以包括中心通道16，傳送待測(cè)量的電流的一個(gè)導(dǎo)體或多個(gè)導(dǎo)體20、20a、20b延伸通過所述中心通道。待測(cè)量的電流將被稱為初級(jí)電流并且導(dǎo)體被稱為初級(jí)導(dǎo)體。換能器還包括分別在徑向內(nèi)部并且徑向地圍繞磁通門感測(cè)單元6定位的內(nèi)部磁屏蔽罩12和外部磁屏蔽罩10。磁屏蔽罩10、12可以有利地由具有高磁導(dǎo)率的材料的折疊條或帶制成，例如硅鋼、透磁合金、超合金、非晶態(tài)或納米晶體合金等。屏蔽罩也可以由擠出或鑄造材料的圓柱形部分制成或者具有其它非圓柱形狀并且由其它工藝形成，例如由片狀材料壓制和形成。外部屏蔽罩10用于減小外部磁場(chǎng)的影響，特別是在中心通道16的外部生成的磁場(chǎng)，例如來自電導(dǎo)體、電動(dòng)馬達(dá)和圍繞或鄰近電流換能器定位的其它磁場(chǎng)生成設(shè)備的干擾。內(nèi)部屏蔽罩12用于形成磁路，該磁路再分布延伸通過中心通道16的初級(jí)導(dǎo)體的磁場(chǎng)以便減小延伸通過通道16的初級(jí)導(dǎo)體的偏心影響。
[0033]環(huán)形磁通門感測(cè)單元6可以具有閉合圓形，如圖中所示，或者可以具有圍繞孔以允許一個(gè)或多個(gè)初級(jí)導(dǎo)體穿過其中的其它閉合或幾乎閉合形狀，例如方形、矩形、多邊形、橢圓形或任何規(guī)則或不規(guī)則形狀。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的換能器可以有利地用于測(cè)量所謂的差動(dòng)電流，該差動(dòng)電流是在多個(gè)初級(jí)導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的和。這例如可以用于確定電路中的泄漏。例如，穿過中心通道16的閉合電路的一對(duì)導(dǎo)體在正常操作的情況下將具有幅度相等但是方向相反的電流，由相反電流生成的磁場(chǎng)彼此抵消。如果在電路中有泄漏，則供應(yīng)和返回電流將不具有相等的幅度，并且最后產(chǎn)生的差異生成與差動(dòng)電流相關(guān)的非零磁場(chǎng)。內(nèi)部徑向屏蔽罩12用作磁路，該磁路捕獲由導(dǎo)體生成的雙極磁場(chǎng)并且在磁屏蔽罩內(nèi)循環(huán)該磁場(chǎng)，因此減小每個(gè)導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)感測(cè)單元6的偏心影響。
[0035]電路板8連接到感測(cè)單元6的激勵(lì)線圈并且連接到感測(cè)單元的次級(jí)(補(bǔ)償)線圈，并且還可以包括用于對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波或預(yù)處理的部件。電路板將激勵(lì)線圈和次級(jí)線圈經(jīng)由通過換能器的安裝面17突出的連接端子18互連到外部電路。連接端子18包括用于連接到電源的端子和用于將輸送測(cè)量信號(hào)的端子。安裝面17可以帶有安裝腔15，安裝銷14壓力配合插入該安裝腔中，由金屬片壓制和形成的安裝銷適合于軟焊、熔焊或通過端子18也連接到其上的外部電路板的孔壓力配合插入。兩個(gè)端子和安裝銷14的連接用于將換能器機(jī)械地固定到外部裝置。
[0036]現(xiàn)在結(jié)合圖2a至2c參考圖1a至ld，根據(jù)變型的換能器還可以包括初級(jí)導(dǎo)體單元19，該初級(jí)導(dǎo)體單元包括被一起保持在可以為塑料主體形式的介電體22內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體20，所述塑料主體模制在導(dǎo)線20上以形成通過換能器外殼4的中心通道16可安裝的大體U形或V形部件。在初級(jí)導(dǎo)體單元19的兩個(gè)端部的初級(jí)導(dǎo)體20的連接端24平行并且在相同方向上突出。連接端24突出超過介電體的安裝面25，該安裝面布置在與換能器的安裝面17相同的平面內(nèi)，或者處于大致相同水平，使得連接端子18、安裝銷14和初級(jí)導(dǎo)體連接端24可以同時(shí)安裝在外部大致平面電路板上。
[0037]初級(jí)導(dǎo)體單元17有利地作為單獨(dú)部件被提供，其單獨(dú)地被制成并且可以取決于換能器的用途和應(yīng)用可選地安