專利名稱：電流檢測器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及電路元件，更確切地說，在一個示范方面涉及電流檢測器件，以及使用和制造相同器件的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中公知電流檢測器件的無數(shù)種不同配置。制造電流檢測器件的ー個普通方式是通過使用所謂的“羅柯夫斯基線圏”。羅柯夫斯基線圈是用于測量交變電流(“AC”)的電子器件。典型情況下它由螺旋狀線圈組成，引線從一端經(jīng)由線圈的中心返回并穿過螺旋狀線圈到另一端。整個螺旋狀線圈然后被置于圍繞著將測量其電流的傳送交變電流的導(dǎo)線。在線圈中感應(yīng)的電壓正比于在導(dǎo)線中電流的變化率，使得羅柯夫斯基線圈的輸出指明了穿過該導(dǎo)線的電流量?？梢允沟昧_柯夫斯基線圈末端開路并易彎曲，允許其圍繞著傳送電流的導(dǎo)線，而不以其他方式直接地干擾該導(dǎo)線中穿過的電流。典型情況下，羅柯夫斯基線圈利用空氣而不是磁芯，所以使羅柯夫斯基線圈的性質(zhì)既具有相對低的電感量又具有對相對變化快電流的響應(yīng)。不僅如此，典型情況下羅柯夫斯基線圈的輸出高度線性，即使在經(jīng)受大電流時也如此，比如在電カ傳輸、焊接或其他脈沖功率應(yīng)用中使用的電流。此外，正確構(gòu)造的羅柯夫斯基線圈往往也很抗電磁干擾，從而使得它們能夠抵抗外部篡改。不過，由于涉及相對復(fù)雜的繞組結(jié)構(gòu)，制造羅柯夫斯基類型線圈的現(xiàn)有技術(shù)嘗試一直是勞動密集和昂貴的?，F(xiàn)有技術(shù)中存在有用于生產(chǎn)羅柯夫斯基線圈的無數(shù)方法，包括例如以下專利中公開的方法1986年10月7日發(fā)布的授予Mercure等人的標(biāo)題為“Dynamic currenttransducer”的4，616，176號美國專利；1995年5月9日發(fā)布的授予Gris等人的標(biāo)題為“Rogowski coil”的5，414，400號美國專利；1995年8月15日發(fā)布的授予Baudart的標(biāo)題為“Device for measuring an electrical current in congauctor using a Rogowskicoil”的5，442，280號美國專利；1999年11月9日發(fā)布的授予Von skarczirinski等人的標(biāo)題為 “Current-detection coil for a current transformer” 的 5，982，265 號美國專利；2000年7月25日發(fā)布的授予Kustera等人的標(biāo)題為“AC current sensor having highaccuracy and large bandwidth” 的 6，094，044 號美國專利；2001 年 11 月 6 日發(fā)布的授予 Kojovic 等人的標(biāo)題為 “High precision Rogowski coil” 的標(biāo)題為 “High precisionRogowski coil”的6，313，623號美國專利；2003年9月2日發(fā)布的授予Ray的標(biāo)題為“Current measuring device”的6，614，218號美國專利；2004年5月4日發(fā)布的授予Meier 等人的標(biāo)題為 “Printed circuit board-based current sensor” 的 6，731，193 號美國專利；2004年11月23日發(fā)布的授予Saito等人的標(biāo)題為“Current transformer”的6，822，547號美國專利；2007年6月5日發(fā)布的授予Skendzic等人的標(biāo)題為“PrecisionRogowski coil and method for manufacturing same”的7，227，441 號美國專利;2007年8月7日發(fā)布的授予Kovanko等人的標(biāo)題為“Current sensor arrangement ”的7，253，603號美國專利；2009年5月26日發(fā)布的授予Kojovic的標(biāo)題為“Split Rogowski coil currentmeasuring device and methods” 的 7，538，541 號美國專利；2005 年 11 月 10 日公開的Dupraz等人的標(biāo)題為“Current transformer with Rogowski type windings comprising an association of partial circuits forming a complete circuit，，的美國專利公開號20050248430 ;2006 年 10 月 5 日公開的 Skendzic 的標(biāo)題為 “Precision printed circuitboard based Rogowski coil and method for manufacturing same” 的美國專利公開號 20060220774 ;2007 年 12 月 20 日公開的 Mahon 的標(biāo)題為 “Method and Apparatus forMeasuring Current”的美國專利公開號 20070290695 ;2008 年 I 月 10 日公開的 Wilkerson等人的標(biāo)題為 “Precision，Temperature-compensated, shielded current measurementdevice”的美國專利公開號20080007249 ；2008年4月3日公開的Rea等人的標(biāo)題為“High-precision Rogowski Current transformer” 的美國專利公開號 20080079418 ；2008 年 5 月 8 日公開的 Koj ovic 的標(biāo)題為 “Shielded Rogowski coil assembly andmethods”的美國專利公開號20080106253以及2008年9月4日公開的HOWELL等人的標(biāo)題為 “Flexible current transformer assembly” 的美國專利號 20080211484。盡管現(xiàn)有技術(shù)的電流檢測配置林林總總，但是顯然需要電流檢測器件(包括羅柯夫斯基線圈)既通過針對與現(xiàn)有技術(shù)電流檢測器件的復(fù)雜線圈結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的若干困難等實現(xiàn)低制造成本，又提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)器件的改進(jìn)的或至少可比的電氣性能。理想情況下，這樣的解決方案不但對電流檢測器件提供了非常低的制造成本和改進(jìn)的電氣性能，而且還提供了高級別的性能一致性和可靠性，方式為在該器件的制造期間限制誤差或其他瑕疵的可能性。不僅如此，理想的解決方案還將是至少有些可伸縮的，并且能夠確保多種所期望的外形因素。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面，公開了改進(jìn)的電流檢測感應(yīng)器件。在一個實施例中，所述電流檢測感應(yīng)器件包括分段繞組元件的多個元件。回路導(dǎo)線使所述分段繞組元件的起頭元件與所述分段繞組元件的尾元件電氣連接。在一個實施例中，所述分段繞組元件包括分段的繞線管元件，其上部署著許多繞組。在另一個實施例中，所述繞組實際上自立，以至于不需要繞線管或其他內(nèi)部支持結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第二方面，公開了改進(jìn)的無定形的電流檢測感應(yīng)器件。在一個實施例中，所述感應(yīng)器件包括無定形繞組空氣線圈的多個線圈。這些空氣線圈然后被放置在位于封裝頭上的相應(yīng)空穴之內(nèi)?；芈穼?dǎo)線使所述無定形線圈的起頭線圈與所述無定形線圈的結(jié)尾線圈連接。在本發(fā)明的第三方面，公開了加入了前述電流檢測感應(yīng)器件的系統(tǒng)裝置。在一個實施例中，所述系統(tǒng)裝置包括公用配電箱，它加入了改進(jìn)的電流檢測感應(yīng)器件。所述公用配電箱包括網(wǎng)絡(luò)接口，它將所述電流檢測感應(yīng)器件收集的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳送到某設(shè)備或位置(如集中化的知識庫或控制中心)進(jìn)行監(jiān)視、記賬以及/或者控制應(yīng)用。在本發(fā)明的第四方面，公開了制造所述前述器件的若干方法。在一個實施例中，所 述方法包括在多個分段繞線管元件上連續(xù)地卷繞絕緣導(dǎo)線。在所述分段繞線管元件的每一個之間布置著回路導(dǎo)線。所述回路導(dǎo)線然后與所述絕緣導(dǎo)線電氣連接，以便形成所述電流檢測感應(yīng)器件。在本發(fā)明的第五方面，公開了使用所述前述裝置的若干方法。在本發(fā)明的第六方面，公開了可伸縮的感應(yīng)器件。在一個實施例中，所述器件包括許多繞組段，并且繞組段的數(shù)量(和/或每段的匝數(shù))能夠按期望變化，以便在更高的性能與更高的制造成本之間達(dá)到期望的折衷。在本發(fā)明的第七方面，公開了低成本高精度的感應(yīng)器件。在一個實施例中，使用了許多段以便實際上接近圓形、連續(xù)的羅柯夫斯基線圈器件。在本發(fā)明的第八方面，公開了用戶可調(diào)的多線圈裝配。在一個實施例中，疊合了兩個或多個分段線圈(即以具有同芯軸的并列部署)，使得圍繞所述共軸的所述線圈的角度部署(旋轉(zhuǎn))能夠由安裝者或終端用戶改變，以及/或者出現(xiàn)的線圈數(shù)量能夠被改變。由于一個線圈的所述段被置于關(guān)于所述其他線圈的段的不同位置(以及/或者所述線圈的數(shù)量的增加或減少)，所以所述器件的輸出將變化，從而允許所述安裝者/用戶將所述線圈裝配的有效輸出“調(diào)整”到所述期望的性能級別。在另一個實施例中，所述兩個或多個線圈是基本上彼此同心的，所以它們具有不同的半徑。同樣，當(dāng)所述線圈的相對位置改變(以及/或者線圈的數(shù)量改變)時，所述線圈的輸出也將改變，并且能夠被調(diào)整或調(diào)節(jié)到期望的性能級別。不僅如此，在另一個實施例中，所述不同線圈的垂直間隔或部署(無論處于“疊合”還是“同心”配置)能夠被改變，從而增加/減少所述線圈的耦合或相互作用。在本發(fā)明的第九方面，公開了具有導(dǎo)線容納插入的線圈器件。在一個實施例中，所述器件包括以上引用類型的段線圈，它進(jìn)一步包括中心部分，適于在所述線圈中心區(qū)域內(nèi)的預(yù)訂位置處定向和放置被監(jiān)視的一條或多條導(dǎo)線。在本發(fā)明的第十方面，公開了用于前述電流檢測感應(yīng)器件的支持結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，所述支持結(jié)構(gòu)包括多個繞線管元件。所述繞線管元件的至少某部位還包括連接部件，被用于將某繞線管元件與某相鄰繞線管元件聯(lián)結(jié)。在本發(fā)明的第十一方面，公開了用在前述電流檢測感應(yīng)器件中的繞線管元件。在一個實施例中，所述繞線管元件包括繞線管元件，它界定了內(nèi)部體積并且進(jìn)ー步具有與所述繞線管元件相關(guān)聯(lián)的繞組外直徑。一凸緣部件對也被布置在所述繞線管元件的對立端上。在一個變形中，所述凸緣部件對的至少ー個包括在其中布置的導(dǎo)電夾片。在又一個變形中，所述內(nèi)部體積包括回路導(dǎo)線支持部件，它將回路導(dǎo)線定位在關(guān)于所述繞線管元件的預(yù)定位置。在本發(fā)明的第十二方面，公開了電流檢測感應(yīng)器件。在一個實施例中，所述器件包括多個繞線管元件，每個元件都具有在其上纏繞導(dǎo)電繞組的ー個或多個端子，以及在其中存在孔的印刷電路板。所述多個繞線管元件被布置在所述孔周圍，并且經(jīng)由所述印刷電路板彼此電氣連接。在一個變形中，所述器件進(jìn)ー步包括回路導(dǎo)線，它將所述多個繞線管元件的首元 件與所述繞線管元件的尾元件電氣地交接。在另ー個變形中，所述多個繞線管元件的至少兩個經(jīng)由鉸鏈連接彼此被物理地連接。在又一個變形中，所述多個繞線管元件的至少三個經(jīng)由多個鉸鏈連接的一個或多個彼此分別物理地連接，其中第一鉸鏈連接布置在第一繞線管元件繞組通道的第一側(cè)，而第二鉸鏈連接布置在所述第一繞線管元件繞組通道的第二側(cè)。在進(jìn)ー步變形中，所述繞線管元件的每ー個都包括一凸緣對，其中繞組繞線軸基本上布置在其之間，所述導(dǎo)電繞組纏繞在所述繞組繞線軸上。所述ー個或多個端子包括如加入在所述至少一個凸緣對的至少側(cè)壁中的自引導(dǎo)端子。在再一個變形中，所述多個繞線管元件包括三個或更多繞線管元件，其中所述導(dǎo)電繞組的起始和結(jié)束部位被布置在所述三個或更多繞線管元件的非末端繞線管元件上。在進(jìn)ー步的變形中，所述導(dǎo)電繞組包括布置在所述繞線管元件的一個或多個繞組筒上的多個層，并且所述層的至少ー層包括屏蔽層，用于減輕外部電磁場的影響。在另ー個變形中，所述多個層包括兩層或更多層屏蔽層；以及兩層或更多層電流檢測層。所述兩層或更多層屏蔽層和所述兩層或更多層電流檢測層彼此交織。在另ー個實施例中，所述電流檢測感應(yīng)器件包括多個線性纏繞的感應(yīng)元件，每個元件都包括一凸緣對；在所述凸緣對之間布置的繞組通道；在所述繞組通道中布置的多層導(dǎo)電繞組；以及ー個或多個鉸鏈部件；以及包括導(dǎo)線容納孔的外売。所述多個線性纏繞的感應(yīng)元件以基本上交替或鋸齒形的形式被集體地布置在所述導(dǎo)線容納孔的周圍。在一個變形中，所述多層繞組的至少ー層包括屏蔽層，并且所述屏蔽層的纏繞方向在相鄰布置的線性纏繞感應(yīng)器件之間交替。在另ー個變形中，所述導(dǎo)線容納孔包括將由所述線性纏繞的感應(yīng)元件檢測的集成的導(dǎo)線。在進(jìn)ー步變形中，所述外殼進(jìn)ー步包括多個端子，用干與印刷電路板電氣地交接。在再一個變形中，所述外殼包括多個對齊部件，當(dāng)在其中容納所述線性纏繞的感應(yīng)元件吋，以所述交替或鋸齒形的形式布置所述線性纏繞的感應(yīng)元件。在本發(fā)明的第十三方面，公開了制造電流檢測感應(yīng)器件的方法。在一個實施例中，所述方法包括將導(dǎo)電繞組的第一端固定到多個分段繞組元件之一；按順序在所述多個分段繞組元件上連續(xù)地纏繞所述導(dǎo)電繞組；以及將所述導(dǎo)電繞組的第二端固定到所述多個分段繞組元件之一。在一個變形中，所述固定的導(dǎo)電繞組的所述第一端和所述第二端被固定到所述多個分段繞組元件的同一個。所述順序包括例如從所述多個分段繞組元件的中間ー個橫越到所述多個分段繞組元件的第一端分段繞組元件；從所述多個分段繞組元件中的第一端分段繞組元件橫越到所述多個分段繞組元件的第二端分段繞組元件；以及從所述多個分段繞組元件中的第二端分段繞組元件橫越回到所述多個分段繞組元件中的中間ー個。在另ー個變形中，固定所述第一端的動作包括將所述導(dǎo)電繞組端接到所述多個分段繞組元件之一上出現(xiàn)的自引導(dǎo)端子上。



連同附圖按照以下闡述的詳細(xì)說明，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中圖I是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第一個實施例；圖IA是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的圖I中羅柯夫斯基線圈的頭部；圖IB是沿著圖IA中線段1B-1B獲得的透視截面圖；圖IC是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的由分段或連續(xù)應(yīng)用粘合劑所形成的羅柯夫斯基線圈；圖ID是頂部的正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有重疊導(dǎo)線末端的現(xiàn)場可安裝的羅柯夫斯基線圈器件；圖IE是頂部的正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有相鄰導(dǎo)線末端的現(xiàn)場可安裝的羅柯夫斯基線圈器件；圖2是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第二個實施例；圖2A是沿著圖2中線段2A-2A獲得的透視截面圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明原理的正如圖2展示的單個羅柯夫斯基線圈段的透視圖；圖2C是從不同角度顯示的圖2B中展示的單個羅柯夫斯基線圈段的透視圖；圖3是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第三個實施例的單個羅柯夫斯基線圈段；圖3A是圖3中展示的羅柯夫斯基線圈段的側(cè)面正視圖；圖3B是透視圖，展示了四(4)個裝配的如圖3中展示的羅柯夫斯基線圈段，形成了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的一半；圖3C是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的繞組芯軸上安裝的圖3B的四(4)個裝配的羅柯夫斯基線圈段；圖3D是圖3C所示的繞組芯軸上安裝的羅柯夫斯基線圈段的側(cè)面正視圖；圖4是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第四個實施例的單個羅柯夫斯基線圈段；圖4A是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的兩個頭段之間安裝的兩個纏繞的如圖4中展示的羅柯夫斯基線圈段；圖4B是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的繞組芯軸上安裝的八(8)個裝配的圖4的羅柯夫斯基線圈段；圖5是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第五個實施例的單個羅柯夫斯基線圈段；圖5A是側(cè)面正視圖，展示了圖5的單個羅柯夫斯基線圈段；圖5B是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理可安裝在一起的兩個圖5的羅柯夫斯基線圈段；圖5C是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的繞組芯軸上安裝的八(8)個裝配的圖5的羅柯夫斯基線圈段；圖6是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈器件的第六個實施例的單個羅柯夫斯基線圈段；
圖6A是側(cè)面正視圖，展示了圖6的單個羅柯夫斯基線圈段；圖6B是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理可安裝在一起的兩個圖6的羅柯夫斯基線圈段；圖6C是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理適于容納外圍接線的線圈段的另一個實施例；圖7是側(cè)面正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理穿過電流檢測器件導(dǎo)線的多個位置；圖8是頂部正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理在矩形電力導(dǎo)線的周圍放置的羅柯夫斯基線圈器件的替代結(jié)構(gòu)；圖8A是頂部正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理圖8的羅柯夫斯基線圈器件的第一個示范實施例，其上加入了對齊結(jié)構(gòu)元件，以防止偏斜和偏離；圖SB是本發(fā)明的檢測器件另一個實施例的頂部正視圖，適于用于4邊(如矩形)匯流條(蓋已去除);圖8B-1是圖SB中器件的橫截面，沿著線段8B-1-8B-1獲得，蓋已安上。圖9是側(cè)面正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理的羅柯夫斯基線圈器件的替代結(jié)構(gòu)；圖10是根據(jù)本發(fā)明的原理，制造圖I-IB的電流檢測裝置的流程圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的原理，制造圖2-2C和圖4-4B的電流檢測裝置的流程圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的原理，制造圖3-3D的電流檢測裝置的流程圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的原理，制造圖5-5C的電流檢測裝置的流程圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的原理，制造圖6-6B的電流檢測裝置的流程圖；圖15A是根據(jù)本發(fā)明原理的示范疊合羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖15B是圖15A的疊合羅柯夫斯基線圈器件的頂部正視圖；圖15C是圖15A的疊合羅柯夫斯基線圈器件的可調(diào)實施的透視圖；圖I 是根據(jù)本發(fā)明原理的可調(diào)疊合羅柯夫斯基線圈器件的第二個示范實施例的透視剖面圖；圖15E是根據(jù)本發(fā)明原理的同心疊合的羅柯夫斯基線圈器件的頂部正視圖；圖16是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈段的第七個實施例的一部分；
圖16A是透視圖，展示了圖16的羅柯夫斯基線圈段，與其他相同段鏈接在一起形成羅柯夫斯基線圈器件；圖16B是羅柯夫斯基線圈器件和外殼的第七個實施例的分解透視圖；圖16C是沿著圖16B中線段16C-16C獲得的剖視圖；圖16D是與圖16B中展示的羅柯夫斯基線圈器件相關(guān)聯(lián)的底部外殼部分的頂部正視圖；圖17是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的羅柯夫斯基線圈段的第八個實施例；圖17A是透視圖，展示了圖17的羅柯夫斯基線圈段，與其他相同段鏈接在一起形成羅柯夫斯基線圈器件；圖17B是沿著圖17A中線段17B-17B獲得的剖視圖；
圖18A是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的羅柯夫斯基線圈段的起始夾片插入；圖18B是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的羅柯夫斯基線圈段的結(jié)束夾片插入；圖18C是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例將羅柯夫斯基線圈段插入到繞組芯軸上；圖18D是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例將軟線裝配安裝到繞線管段凹槽中；圖18E是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的原理，纏繞過程的一個實施例的起始；圖18F是剖視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在第一個羅柯夫斯基線圈段上布置的層狀繞組；圖18G是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的羅柯夫斯基線圈段之間的繞組通道；圖18H是根據(jù)本發(fā)明一個實施例被安裝在繞組芯軸上并纏繞的羅柯夫斯基線圈段的透視圖；圖181是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例該繞組被端接到起始夾片；圖18J是剖視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在第一個羅柯夫斯基線圈段上的屏蔽層繞組；圖18K是根據(jù)本發(fā)明一個實施例被安裝在繞組芯軸并以屏蔽層纏繞的羅柯夫斯基線圈段的透視圖；圖18L是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在繞組屏蔽層上纏繞膠帶層；圖18M是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例該繞組被端接到結(jié)束夾片；圖18N是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例回路導(dǎo)線的插入；圖180是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例完成線導(dǎo)線的插入；圖18P是頂部正視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，將羅柯夫斯基線圈段插入到頭中；圖18Q是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例將線狀導(dǎo)線安裝在羅柯夫斯基頭中；圖18R是透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例將環(huán)氧樹脂沉淀在羅柯夫斯基器件的頭中；圖18S是透視圖，展示了使用圖18A-18R中展示的過程所制造的羅柯夫斯基線圈器件；圖19A是表面可安裝繞線管元件的透視圖，用于根據(jù)本發(fā)明一個實施例的羅柯夫斯基線圈器件中；圖19B是示范羅柯夫斯基線圈器件的俯視圖，它采用了圖19A的表面可安裝繞線管元件；圖19C是圖19B中展示的羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖20A是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的表面可安裝線圈裝配的透視圖；圖20B是圖20A的表面可安裝線圈裝配的透視圖，顯示了各個繞線管元件的鉸鏈 部件；圖21是采用了兩個基底和圖19A的表面可安裝繞線管元件的羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙鉸鏈繞線管裝配的透視圖； 圖23A是根據(jù)本發(fā)明的原理布置在匯流條周圍的“鋸齒形”繞線管布局的第一個實施例的俯視圖；圖23B是根據(jù)本發(fā)明實施例布置在匯流條周圍的鋸齒形繞線管布局的第二個實施例的俯視圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明實施例的閉環(huán)式鋸齒形繞線管的羅柯夫斯基線圈器件的俯視圖；圖25A是根據(jù)本發(fā)明實施例的非閉環(huán)式傳感器和繞線管布局的第一個實施例的俯視圖；圖25B是根據(jù)本發(fā)明實施例的非閉環(huán)式傳感器和繞線管布局的第二個實施例的俯視圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有集成匯流條的羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖27A是根據(jù)本發(fā)明實施例的表面可安裝羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖27B是安裝在基底上的圖27A的表面可安裝羅柯夫斯基線圈器件的透視圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明實施例，具有內(nèi)建串?dāng)_補償?shù)亩鄠鞲衅髂K的俯視圖；圖29A是流程圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一種示范羅柯夫斯基線圈器件纏繞技術(shù)，引出線位于中心繞線管上；圖29B是流程圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的實施例，第二種示范羅柯夫斯基線圈器件繞組技術(shù)，引出線位于中心繞線管上；圖30是根據(jù)本發(fā)明的實施例的疊繞線圈結(jié)構(gòu)的正視圖；圖31是流程圖，展示了根據(jù)本發(fā)明原理的交替方向屏蔽繞組；圖32是剖視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在第一個羅柯夫斯基線圈段上布置的交織屏蔽繞組；圖33是俯視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的各個繞線管段的屏蔽；圖34是俯視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明實施例在電流傳感器的內(nèi)直徑上的屏蔽；圖35A是根據(jù)本發(fā)明的實施例，安裝多線圈電流檢測裝置的電路板的第一個實施例的透視圖；圖35B是根據(jù)本發(fā)明的實施例，安裝多線圈電流檢測裝置的電路板的第二個實施例的透視圖；圖35C是流程圖，展示了圖35A或35B的多線圈電流檢測裝置的交替纏繞結(jié)構(gòu)。文本公開的全部圖件都是Pulse Engineering, Inc擁有版權(quán)2009-2010。保留所有權(quán)利。
具體實施例方式
現(xiàn)在對附圖進(jìn)行參考，其中相同的附圖標(biāo)記始終是指相同的部分。正如本文所使用，術(shù)語“繞線管”和“模”(或“成型器”)用于不限制地指在感應(yīng)器 件上或感應(yīng)器件內(nèi)或作為其部分部署的任何結(jié)構(gòu)或組件，它有助于形成或維持該器件的一個或多個繞組。正如本文所使用，術(shù)語“電氣組件”和“電子組件”可交替地使用，并且指適于提供某種電氣和/或信號調(diào)節(jié)功能的組件，不限制地包括感應(yīng)電抗器(“扼流圈”)、變壓器、濾波器、晶體管、有缺口的環(huán)形磁心、電感器(耦合或以其他方式)、電容器、電阻器、運算放大器以及二極管，無論是分立組件還是集成電路，無論是單獨的還是組合的。正如本文所使用，術(shù)語“感應(yīng)器件”是指使用或?qū)嵤└袘?yīng)的任何器件，不限制地包括電感器、變壓器和感應(yīng)電抗器(即“扼流圈”)。正如本文所使用，術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”和“承載網(wǎng)絡(luò)”一般是指任何類型的數(shù)據(jù)、電信或其他網(wǎng)絡(luò)，不限制地包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(包括MAN、PAN、WAN、LAN、WLAN、微網(wǎng)、微微網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng))、混合光纖同軸(HFC)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及電視網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)或其部分可以利用任何一種或多種不同的拓?fù)?如環(huán)形、總線、星形、回路等)、傳輸媒介(如有線/RF電纜、RF無線、毫米波、光等)以及/或者通信或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如S0NET、D0CSIS、IEEE標(biāo)準(zhǔn)802. 3、802. 11、ATM、X. 25jm**、3GPP、3GPP2、WAP、SIP、UDP、FTP、RTP/RTCP、H. 323 等)。正如本文所使用，典型情況下，術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)接口 ”或“接口 ”是指與組件、網(wǎng)絡(luò)或過程的任何信號、數(shù)據(jù)、或軟件接口，不限制地包括以下設(shè)備的接口 火線(如FW400、FW800等)、USB (如 USB2、USB 3. O、USB On-the-Go 等)、以太網(wǎng)(如 10/100，10/100/1000 (吉比特以太網(wǎng))> IO-Gig-E 等)、MoCA、光纖(如 PON、DffDM 等)、串行 ATA (如 SATA, e-SATA, SATAII )、Ultra-ATA/DMA、同軸系統(tǒng)(如TVnet )、射頻調(diào)諧器(如帶內(nèi)或00B、電纜調(diào)制解調(diào)器等)，WiFi (802. lla, b，g，n)、WiMAX (802. 16), PAN (802. 15)、IrDA 或其他無線家族。正如本文所使用，術(shù)語“信號調(diào)節(jié)”或“調(diào)節(jié)”應(yīng)當(dāng)被理解為包括，但是不限于，信號電壓變換、濾波和降噪、信號分離、阻抗控制和校正、電流限制、電容量控制以及時間延遲。正如本文所使用，術(shù)語“頂部”、“底部”、“側(cè)面”、“向上”、“向下”等僅僅暗示一個組件與另一個組件的相對位置或幾何關(guān)系，而絕不暗示絕對的參考框架或任何要求的朝向。例如，當(dāng)某組件被安裝到另一個器件(如某PCB的下面)上時，其“頂部”部位實際上可能位于“底部”部位之下。正如本文所使用，術(shù)語“無線”意味著任何無線信號、數(shù)據(jù)、通信或其他接口，不限制地包括 Wi-Fi、藍(lán)牙、3G (如 3GPP、3GPP2 和 UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA、CDMA (如 IS-95A、WCDMA 等)、FHSS, DSSS、GSM、PAN/802. 15、WiMAX (802. 16) ,802. 20、窄帶 /FDMA、OFDM、PCS/DCS、模擬蜂窩、⑶H)、衛(wèi)星系統(tǒng)、毫米波或微波系統(tǒng)、光線、聲波和紅外線(即IrDA)。綜述本發(fā)明特別提供了改進(jìn)的低成本電流檢測裝置以及制造和使用相同裝置的方法。在一個實施例中，電流檢測裝置分段形成，在示范實施例中，它們一般實質(zhì)上為直線所以便利該裝置的繞線。形成的分段隨后被放置在復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)中，比如圓形、多邊形或橢圓環(huán)形/螺旋管形幾何結(jié)構(gòu)。雖然環(huán)形幾何結(jié)構(gòu)是常見的，但是形成的分段能夠適于各種各樣的幾何結(jié)構(gòu)使用，其中它們圍繞其形成的導(dǎo)線實質(zhì)上不規(guī)則。除了基本上固定的形狀外，本文公開的附加實施例也適于可變形的裝配。優(yōu)選情況下，上述“分段的”線圈方式允許控制該器件的制造成本，與要求的性能或精度級別相平衡。在對給定應(yīng)用要求更高的精度時，能夠采用更多段(以及/或者每段更多匝數(shù))，一般來說也對應(yīng)于更高的制造成本。在低精度的應(yīng)用中，可以使用段和/或匝數(shù) 不多的低精度器件，從而對于要求的精度級別提供可能的最低成本。在一個示范實施例中，這些段按繞線管元件形成，優(yōu)選情況下，其部件和/或幾何結(jié)構(gòu)便于其裝配在最終完成的電流檢測裝置中。這些繞線管元件包括一個或多個鉸鏈連接、對齊部件、模制柔順網(wǎng)等以便方便裝配。在替代實施例中，這些段從自支持的粘合的線繞組形成，它們隨后被放置在保護(hù)頭元件中。也利用了一條或多個條回路導(dǎo)線或直通導(dǎo)線，電氣連接到繞組以形成電流檢測裝置。此外，本文公開的某些實施例包括了夾物模壓的或后插入的導(dǎo)電夾片，它不僅可以用于約束導(dǎo)線(即以便在該繞組被纏繞到繞線管元件以前固定它)，而且可以用于將外部引線電氣連接到該繞線管元件繞組，從而方便了形成羅柯夫斯基線圈器件所需要的電氣連接。還公開了在某些實施例中使用的在繞線管元件外部凸緣上形成的凸耳。這些凸耳被包含在對應(yīng)的成對孔中，以便在線圈運行期間提供對齊和穩(wěn)定性。在該器件的示范實施例中，形成的頭和/或繞線管元件具有若干部件，優(yōu)選情況下，它們被加入到該器件的幾何結(jié)構(gòu)中，以便支持和關(guān)于該器件上繞組精確地定位回路導(dǎo)線?；芈穼?dǎo)線的定位能夠相對于性能考慮因素和制造考慮因素都進(jìn)行權(quán)衡，以便提供高性能和低成本的電流檢測裝置。該導(dǎo)線的定位甚至可以實際上是可變的；如通過支持該導(dǎo)線多個不同位置的結(jié)構(gòu)。還公開了該器件的“自由空間”或“無形態(tài)”的實施例，其中形成和使用繞組的匝(以及段本身)時沒有繞線管或其他支持結(jié)構(gòu)。在一個變形中，使用了所謂的“粘合”導(dǎo)線，其中繞組的各匝被選擇地彼此粘合(如經(jīng)過熱活化的粘合劑或其他物質(zhì))，以便使這些匝彼此相對維持在期望的位置和方向，從而免除繞線管并降低制造成本。在另一個變形中，繞組(和中心導(dǎo)線)被封裝在聚合物或其他封裝化合物中，它將繞組和導(dǎo)線“灌封”在相對位置，并且增加了機(jī)械穩(wěn)定性和剛性。還公開了自引導(dǎo)的實施例，它采用例如表面安裝端接，允許這些段的每一個被(電氣和機(jī)械地)焊接到基礎(chǔ)電路板。還預(yù)想了“可調(diào)的”實施例，將兩(2)個或更多前述電流檢測裝置彼此相鄰放置，以便校正與段有關(guān)的電氣性能缺陷，以及/或者允許由用戶或安裝人選擇調(diào)整線圈性能。在一個實施例中，將兩個或更多線圈以疊合的或并列的朝向排列，并且彼此相對放置，以便互相抵消或減輕與線圈段之間的間隙相關(guān)聯(lián)的漏磁。在另一個變形中，這兩個或更多線圈基本上是同心的。還公開了“開放”實施例(即不形成閉合結(jié)構(gòu)的實施例)。不僅如此，還介紹了多種器件包裝選項(比如包括集成匯流條連接的包裝選項)，以及多種繞組和屏蔽結(jié)構(gòu)，它們能夠用于本文介紹的分段繞線管和繞線管裝配的多個實施例。示范實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在提供本發(fā)明的裝置和方法的多個實施例和變形的詳細(xì)描述。雖然主要在電流檢測器件的語境中討論，尤其是在根據(jù)羅柯夫斯基原理運行的電流檢測器件的一個實施例中討論，但是本文討論的多種裝置和方法不限于此。事實上，本文介紹的裝置和方法中有許多在制造許多復(fù)雜線圈配置(比如纏繞的圓環(huán)形)中都是有用的，它們能夠受益于本文介紹 的分段制造方法和裝置，包括不采用或不需要直通或回路導(dǎo)線的器件。此外,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步地認(rèn)識到，關(guān)于特定實施例討論的某些部件在許多實例中能夠容易地適于在本文介紹的一個或多個其他預(yù)期的實施例中使用。給出了本公開，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到本文介紹的部件中有許多在所介紹的特定實例和實現(xiàn)之外擁有更廣泛的用途。羅柯夫斯基線圈原理_為了更好地理解本文后面介紹的示范線圈的制造方法實現(xiàn)中的多種設(shè)計考慮因素，有必要理解制約羅柯夫斯基類型線圈行為的基本原理。正如在電子領(lǐng)域中被充分理解，由羅柯夫斯基線圈產(chǎn)生的電壓服從以下等式(I)等式⑴
權(quán)利要求
1.一種電流檢測感應(yīng)器件，包括 多個繞線管元件，每個元件都具有導(dǎo)電繞組纏繞其上的一個或多個端子；以及 印刷電路板，其中存在有孔； 其中，所述多個繞線管元件被布置在所述孔周圍，并且經(jīng)由所述印刷電路板彼此電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，進(jìn)一步包括 回路導(dǎo)線，將所述多個繞線管元件的首元件與所述繞線管元件的尾元件電氣地連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，其中，所述多個繞線管元件中的至少兩個經(jīng)由鉸鏈連接彼此被物理地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的感應(yīng)器件，其中，所述多個繞線管元件中的至少三個經(jīng)由多個鉸鏈連接的一個或多個彼此分別物理地連接，第一鉸鏈連接布置在第一繞線管元件繞組通道的第一側(cè)，而第二鉸鏈連接布置在所述第一繞線管元件繞組通道的第二側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，其中，所述繞線管元件中的每一個都包括繞組繞線軸基本上布置在其之間的一凸緣對，所述導(dǎo)電繞組纏繞在所述繞組繞線軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的感應(yīng)器件，其中，所述一個或多個端子包括加入在所述凸緣對中的至少之一的至少側(cè)壁中的自弓I導(dǎo)端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，其中，所述多個繞線管元件包括三個或更多繞線管元件，所述導(dǎo)電繞組的起始和結(jié)束部位被布置在所述三個或更多繞線管元件的非末端元件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，其中，所述導(dǎo)電繞組包括布置在所述繞線管元件的一個或多個繞組筒上的多個層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的感應(yīng)器件，其中，所述層中的至少一個包括屏蔽層，用于至少減輕運行期間的電磁噪聲傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的感應(yīng)器件，其中，所述多個層包括 兩層或更多層屏蔽層；以及 一層或多層電流檢測層； 其中，所述兩層或更多層屏蔽層和所述一層或多層電流檢測層彼此交織。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的感應(yīng)器件，其中，所述繞線管元件的至少一部分進(jìn)一步包括 一凸緣對； 在所述凸緣對之間布置的繞組通道； 在所述繞組通道中布置的多層導(dǎo)電繞組；以及 一個或多個鉸鏈部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的感應(yīng)器件，進(jìn)一步包括外殼，該外殼包括導(dǎo)線容納孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的感應(yīng)器件，其中，所述多個繞線管元件以基本上交替或鋸齒形的形式被集體地布置在所述導(dǎo)線容納孔周圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的感應(yīng)器件。其中，所述多層繞組層中的至少一層包括屏蔽層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的感應(yīng)器件。其中，所述屏蔽層的纏繞方向在相鄰布置的線性纏繞感應(yīng)器件之間交替。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的感應(yīng)器件，其中，所述導(dǎo)線容納孔包括將由所述纏繞的繞線管元件檢測的集成的導(dǎo)線。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的感應(yīng)器件，其中，所述外殼進(jìn)一步包括多個端子，用于與印刷電路板電氣地交接。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的感應(yīng)器件，其中，所述外殼包括多個對齊部件，當(dāng)在其中容納所述繞線管元件時，以基本上交替或鋸齒形的形式布置所述繞線管元件。
19.一種制造電流檢測感應(yīng)器件的方法，包括 將導(dǎo)電繞組的第一端固定到多個分段繞組元件之一； 按順序在所述多個分段繞組元件上連續(xù)地纏繞所述導(dǎo)電繞組；以及 將所述導(dǎo)電繞組的第二端固定到所述多個分段繞組元件之一。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述固定的導(dǎo)電繞組的所述第一端和所述第二端被固定到所述多個分段繞組元件中的同一個。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，所述順序包括 從所述多個分段繞組元件的中間一個橫越到所述多個分段繞組元件的第一端分段繞組元件； 從所述多個分段繞組元件的所述第一端分段繞組元件橫越到所述多個分段繞組元件的第二端分段繞組元件；以及 從所述多個分段繞組元件的所述第二端分段繞組元件橫越回到所述多個分段繞組元件的所述中間一個。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，固定所述第一端的所述動作包括將所述導(dǎo)電繞組端接到所述多個分段繞組元件中的一個上出現(xiàn)的自引導(dǎo)端子上。
全文摘要
一種低成本、高精度的電流檢測器件以及使用和制造方法。在一個實施例中，電流檢測裝置包括為了便利制造過程而分段制造的羅柯夫斯基型線圈。在示范實施例中，電流檢測裝置段包括多個繞線管元件，它們被纏繞并且隨后形成復(fù)雜的幾何形狀，比如環(huán)樣形狀。在替代實施例中，采用了粘合的繞組，它們允許在沒有繞線管或成型器的情況下形成段。在又一個替代實施例中，兩個或更多上述電流檢測器件被疊合成組。還公開了制造和使用上述電流檢測裝置的方法。
文檔編號G01R19/00GK102770772SQ201180010430
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者F·邁克爾, J·D·林特, V·阿爾達(dá)科, 金甫學(xué) 申請人:普爾斯電子股份有限公司