專利名稱：具有安裝到載流母線上的線圈的電流傳感器及相關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及工業(yè)裝置中的電流感測。更具體地，本發(fā)明涉及具有安裝到載流 母線(current carrying bus)上的線圈的電流傳感器及相關(guān)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在使用導(dǎo)電傳感器或電流變壓器的諸如發(fā)電勵磁機等工業(yè)裝置中，通常進行電流 感測。導(dǎo)電傳感器可以采用具有小間隙的巨大金屬環(huán)路的形式，在該間隙中放置有傳感器。 然而，這兩種方法都需要載流母線穿過傳感器，并需要大的電壓隔離托架(bracket)以保 持傳感器。這些方法限制了母線的尺寸，這可能導(dǎo)致散熱難題。此外，這些方法使得改裝 (retrofit)困難，因為母線成品必須被拆解以將母線成品插入新的電流傳感器中。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的第一方面提供了一種電流傳感器，包括線圈，用于感測載流母線中的電
流；以及安裝件，用于在離母線一段距離的地方將線圈安裝到載流母線上。
本公開的第二方面提供了一種系統(tǒng)，包括包括載流母線的裝置；以及電流傳感
器，包括用于感測載流母線中的電流的線圈和用于將線圈安裝到母線上的安裝件。


圖1顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流傳感器的系統(tǒng)的透視圖。 圖2顯示了示例線圈的剖面圖。 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的安裝件的透視圖。 圖4顯示了圖3的安裝件的放大局部透視圖。 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的耦合到載流母線上的安裝件的透視圖。 圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的耦合到電流傳感器上的安裝件的透視圖。 符號說明 100 :系統(tǒng) 102:電流傳感器 106 :母線 110 :線圈 190 :絕緣圓筒 192 :導(dǎo)線 196:導(dǎo)電屏蔽層 198:絕緣層 114:絕緣體層 104:電離化空氣
120安裝件128材料130梯狀結(jié)構(gòu)136基準特征138延伸支撐件140緊固區(qū)142延伸部件144底切區(qū)150安裝孔152緊固件160第一部分162第一側(cè)164第二部分166第二側(cè)168孔延伸件139分離點
具體實施例方式
參考附圖，圖1顯示了系統(tǒng)100的實施例，圖示了根據(jù)本公開的電流傳感器102的 應(yīng)用。系統(tǒng)100包括一個裝置(未圖示)，該裝置包括載流母線106(以下，稱為"母線")。 裝置實際上可以包括使用電流的任何工業(yè)裝置。例如，該裝置可以包括發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、 風(fēng)力轉(zhuǎn)化器、馬達控制器等。母線106可以是用于在更高級系統(tǒng)的零件之間承載電流的任 何導(dǎo)電體，并可以采用多種形狀和尺寸中的任何一種。例如，在尺寸方面，母線106的寬度 可以為從大約2.54cm(l英寸)到大約20.32cm(8英寸)的范圍，且其深度可以為從大約 0. 635cm(0. 25英寸)到大約1. 27cm(0. 50英寸)的范圍。其它尺寸也是可能的。
電流傳感器102可以包括用于感測母線106中的電流的線圈110。在一個實施例 中，線圈IIO可以包括一般被稱為羅戈夫斯基線圈(Rogowski coil)的布置，如圖2中顯示 了該線圈的一種示例布置。如圖2中所示，線圈110可以包括最內(nèi)部的絕緣圓筒190(諸如 柔性芯棒)。諸如銅導(dǎo)線的導(dǎo)線192的螺旋狀線圈可以定位于最內(nèi)部的絕緣圓筒190的周 圍且導(dǎo)線的一端穿過線圈的中心而返回另一端。因此，導(dǎo)線兩端均位于線圈的同一端。內(nèi)絕 緣層194可以環(huán)繞導(dǎo)線192的線圈且將其與導(dǎo)電屏蔽層196分離，該導(dǎo)電屏蔽層起作用以 減小電磁干擾。導(dǎo)電屏蔽層196可以由外絕緣層198環(huán)繞以防止母線106接觸屏蔽層196 或?qū)Ь€192的線圈。絕緣層190、194、198通常由不導(dǎo)電的聚合物制成。其它的線圈布置也 是可能的。如圖1中所示，線圈110可以被耦合到外部電流讀出器(current reader) 116 上以輸出電流值，該電流讀出器可以包括用于從來自線圈110的信號確定電流值的目前已 知或以后開發(fā)的任何裝置。更具體而言，可以應(yīng)用能夠基于由線圈iio感測的電磁場來確 定電流的任何電流讀出器。 母線106在某些應(yīng)用中可以承載例如大約1400伏交流電(AC)的范圍的功率。在 這種設(shè)定中，線圈110上的絕緣層198可能暴露于由母線106和線圈之間的高電壓梯度引
5起的電離化空氣104，這將減弱絕緣并可能最終導(dǎo)致母線的失效和短路，有可能導(dǎo)致爆炸。 這種空氣電離現(xiàn)象可以被稱為"局部放電"。為了致力于這種狀況，電流傳感器102還包括 用于在離母線一段距離的地方將線圈IIO安裝到母線106上的安裝件120。因此，線圈110 不直接接觸母線106且充分地遠離母線106而定位以防止來自電離的損害。此外，線圈IIO 不像常規(guī)的電流傳感器通常所位于的那樣環(huán)繞母線106，而是在其外部。母線106和線圈 IIO之間的距離可以根據(jù)應(yīng)用而改變。對于上面提到的1400VAC的應(yīng)用例而言，其距離可以 是1. 27cm (0. 5英寸)。在其它應(yīng)用中，安裝件120的尺寸確保在線圈110和母線106 (或安 裝緊固件)之間將存在足夠的空氣間隙，從而在甚至電壓高達例如3000V時防止局部放電 的發(fā)生。線圈110可以以多種方式耦合到安裝件120上。在一個示例中，如圖l所示，諸如 塑料帶或金屬線的一段材料128可以纏繞線圈110并連接到安裝件120上。諸如粘合劑、 夾具或其它機械耦合等其它耦合機構(gòu)也是可能的。 安裝件120可以構(gòu)造成向線圈IIO和遍及多種應(yīng)用的使用中的靈活性提供合適和 牢固的定位。圖2-5顯示了安裝件120的多種實施例。參考圖2-3，在一個實施例中，安裝 件120可以包括梯狀結(jié)構(gòu)130，該梯狀結(jié)構(gòu)包括一對縱向部件132A、132B和互連的橫向臂 134A-F(未全部標記)。安裝件120還可以包括用于將安裝件相對于母線106定位的基準 特征136。在顯示的示例中，基準特征136包括縱向部件132A、132B中的底切(undercut) 以接合母線106的邊緣。S卩，縱向部件132A、132B沿其長度具有不同的厚度，以形成基準特 征136?；鶞侍卣鞯钠渌问揭彩强赡艿?。此外，雖然僅顯示了一個基準特征136，但可以 在沿部件132A、132B的要求合適的對準和安裝到母線106的任何地方提供這些特征。安裝 件120還可以包括位于一對縱向部件132A、132B之間的對角延伸支撐件138，以提供剛性和 /或允許其它結(jié)構(gòu)的定位。 如圖4中最佳地顯示，安裝件120還可以包括多個線圈緊固區(qū)140，線圈110在此 處通過某種緊固件而耦合到安裝件上。在一個示例中，線圈緊固區(qū)140包括縱向延伸部件 142，該部件耦合諸如134A、134B或134D、134E的相鄰的橫向臂。各個縱向延伸部件142可 以包括底切區(qū)144(在圖2和3的極右側(cè)標記了一次)，該底切區(qū)具有比縱向部件132A、132B 的厚度小的厚度，以容納諸如一段材料128 (圖1)的緊固件，該一段材料為例如塑料帶或金 屬線的形式。 如圖5所示，在一個實施例中，可以使用所要求的任何數(shù)量的安裝孔150(圖2-3) 和緊固件152來將安裝件120直接耦合到母線106上。安裝孔150可以設(shè)在諸如縱向部件 132A、132B中、對角支撐件138內(nèi)、橫向臂134A-F內(nèi)等的任何數(shù)量的位置。緊固件152可以 包括例如金屬或塑料的螺絲或螺栓等足以將安裝件120固定地耦合到母線106上且能夠忍 受裝置的環(huán)境的任何連接器。在備選的實施例中，如圖1和5所示，安裝件120包括定位在 母線106的第一側(cè)162的第一部分160和定位在母線106的第二側(cè)166的第二部分164。 第一和第二部分160、 164由緊固件152(僅圖6)耦合在一起，且線圈IIO耦合到第一和第 二部分中的一個上。因此，安裝件120夾在母線106上，去除了母線106中的安裝孔的需 要。部分160、162可以是相同的，或者，一個部分可以包括例如安裝孔延伸件168(圖6)的 結(jié)構(gòu)，而另一部分不包括該結(jié)構(gòu)以適應(yīng)安裝到母線106上。在前者的情況下，各個相同部分 160、162可以包括互補的基準特征136，該基準特征在其中為母線106提供足夠的空間。
安裝件120可以形成為適合特定的母線106或可以形成為適合多種不同尺寸和/或形狀的母線106。在后者的情況下，如圖2-3所示，安裝件120可以包括分離點139，在該 分離點處，梯狀結(jié)構(gòu)130例如通過切削而能夠被分離成多個部分。在一個實施例中，分離點 139包括縱向部件132A、132B中的相對的狹窄位置，然而，也可能是將部件132A、132B弱化 以使其容易分離的其它結(jié)構(gòu)。備選地，如果安裝件120的材料在沒有任何弱化結(jié)構(gòu)的情況 下容易被分離，那么，分離點139可以不具有任何這種結(jié)構(gòu)。在任何情況下，可以將安裝件 120作為一個整體或作為通過使用分離點139而移除的部分使用。S卩，安裝件120可以縮短 成特定的所需長度，以適應(yīng)特定形狀和/或尺寸的母線106。因此，當安裝件120初始形成 為適應(yīng)20. 32cm(8英寸)寬的母線時，它可以被切割成使其適合例如17. 78、 15. 24、 12. 7、 10. 16、7. 62、5. 08、3. 81或2. 54cm(分別為7〃 、6〃 、5〃 、4〃 、3〃 、2〃 、1.5〃或1〃 )寬的 母線。安裝件120的移除的部分可以丟棄、回收或在別處再次使用。如圖5中所示，安裝件 120可以單獨地定位在母線106之上，或者，如圖1和5所示，可以懸臂狀地伸出母線106的 一個邊緣。如圖6所示，可以在需要時將安裝件120的部分170移除，以允許線圈110的導(dǎo) 線的引進。線圈110不需要具有與安裝件120相同的長度。 安裝件120可以由能夠忍受使用該安裝件的特定裝置的預(yù)期溫度的任何絕緣材 料構(gòu)成。例如，對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)而言，溫度可能達到8(TC。因此，安裝件120可能需要 能夠忍受該溫度。在采用分離點139的地方，安裝件120必須由足夠柔軟以允許分離點處 的分離(例如通過切割或拉拔)的材料構(gòu)成。示例性材料可以包括但不限于合成聚酰亞 胺纖維(例如尼龍)、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺(例如Extern, SABIC的商標)、聚酰亞胺熱塑性 樹脂(例如Ultem， SABIC的商標)等。出于生產(chǎn)的目的，安裝件120可以由可噴射模制的 材料制成。 雖然本文中已經(jīng)描述了安裝件120的特定實施例，但應(yīng)當理解可以采用多種不同 形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)以提供相同或類似的功效，且認為全部在本發(fā)明的教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
上述電流傳感器102簡化了工廠和現(xiàn)場的安裝，尤其是改裝，因為消除了可拆解 的母線成品的需要。沒有母線成品需要拆解，而且大大消除了母線尺寸限制。直接安裝到 母線106上或繞著其夾著的能力擴大了能夠應(yīng)用電流傳感器102的母線106的種類。
術(shù)語"第一"、"第二"等在本文中不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用于將一個 元件與另一個區(qū)分，并且，術(shù)語"一"、"一個"在本文中不表示數(shù)量的限制，而是表示出現(xiàn)至 少一個提及項。結(jié)合數(shù)量使用的修飾語"大約"包括設(shè)定值并具有由上下文指定的含義(例 如，包括與特定數(shù)量的測量關(guān)聯(lián)的誤差度)。本文中使用的復(fù)數(shù)形式旨在包括其修飾的術(shù)語 的單數(shù)和復(fù)數(shù)，因而包括一個或多個該術(shù)語(例如，多種金屬包括一種或多種金屬)。本文 中公開的范圍是閉區(qū)間且可獨立地組合(例如，范圍"高達大約25wt^，或更具體而言，大 約5wt^至大約20wt^"包括端點和范圍"大約5wt^至大約25wt%"的所有中間值等)。
本文中描述了多種實施例，從說明書應(yīng)當領(lǐng)會到本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行元 件的多種組合、變型以及改進，且都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，可以進行多種修改以使特定 情況或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)且不脫離其實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明不限于作為預(yù)期用于 實施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實施例，而是本發(fā)明包括落入所附的權(quán)利要求的范圍 內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
一種電流傳感器，包括線圈(110)，用于感測載流母線(106)中的電流；以及安裝件(120)，用于在離所述母線(106)一段距離的地方將所述線圈(110)安裝到所述載流母線(106)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述線圈(110)包括外絕緣層 (198)，所述安裝件(120)包括絕緣材料(128)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括梯狀結(jié)構(gòu) (130)，該梯狀結(jié)構(gòu)包括一對縱向部件和互連的橫向臂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括分離點 (139)，在該分離點處，所述梯狀結(jié)構(gòu)(130)能夠分離成多個部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括多個線圈 (110)緊固區(qū)(140)，在該緊固區(qū)處，所述線圈(110)耦合到所述安裝件(120)上，各個線圈 (110)緊固區(qū)包括將相鄰的橫向臂耦合的縱向延伸部件(142)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流傳感器，其特征在于，各個縱向延伸部件(142)包括底切 區(qū)(144)，該底切區(qū)具有比所述縱向部件的厚度小的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器，其特征在于，還包括位于所述一對縱向部件之 間的對角延伸支撐件(138)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流傳感器，其特征在于，還包括安裝孔(150)，該安裝孔用 于容納耦合到所述對角延伸支撐件(138)上的緊固件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括用于容納緊 固件的安裝孔(150)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括多個線圈 (110)緊固區(qū)(140)，在該緊固區(qū)處，所述線圈(110)耦合到所述安裝件(120)上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括用于將所 述安裝件(120)相對于所述載流母線(106)定位的基準特征(136)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述安裝件(120)包括第一部分 (160)和第二部分(164)，該第一部分定位在所述載流母線(106)的第一側(cè)(162)，該第二部 分定位在所述母線(106)的第二側(cè)(166)并耦合到所述第一部分(160)上，所述線圈(110) 耦合到所述第一部分和第二部分(164)中的一個上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，還包括用于輸出電流值的電流讀 出器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流傳感器，其特征在于，所述線圈(110)包括羅戈夫斯基 線圈(110)。
15. —種系統(tǒng)，包括 包括載流母線(106)的裝置；以及電流傳感器(102)，包括線圈(IIO)，用于感測所述載流母線(106)中的電流；以及安裝件(120)，用于將所述線圈(110)安裝到所述母線(106)上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置選自由發(fā)電機勵磁系統(tǒng) (100)、風(fēng)力轉(zhuǎn)化器以及馬達控制器組成的組。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝件(120)包括梯狀結(jié)構(gòu) (130)，該梯狀結(jié)構(gòu)包括一對縱向部件和互連的橫向臂。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝件(120)包括分離點(139)， 在該分離點處，所述梯狀結(jié)構(gòu)(130)能夠分離成多個部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝件(120)包括多個線圈(110) 緊固區(qū)(140)，在該緊固區(qū)處，所述線圈(110)耦合到所述安裝件(120)上，各個線圈(110) 緊固區(qū)包括將相鄰的橫向臂耦合的縱向延伸部件(142)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝件(120)包括第一部分(160) 和第二部分(164)，該第一部分定位在所述載流母線(106)的第一側(cè)(162)，該第二部分定 位在所述母線(106)的第二側(cè)(166)并耦合到所述第一部分(160)上，所述線圈(110)耦 合到所述第一部分和第二部分(164)中的一個上。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有安裝到載流母線上的線圈的電流傳感器及相關(guān)系統(tǒng)。具體而言，電流傳感器(102)包括線圈(110)，用于感測載流母線(106)中的電流；以及安裝件(120)，用于在離母線(106)一段距離的地方將線圈(110)安裝到載流母線(106)上。系統(tǒng)(100)包括具有類似結(jié)構(gòu)的電流傳感器(102)。
文檔編號G01R19/00GK101776706SQ20091026368
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者B·E·林德霍爾姆 申請人:通用電氣公司