用于傳感器的磁芯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的各種實施例一般地可涉及磁芯,并且更特別地涉及與針對電流的傳感器一起使用的改進(jìn)低成本磁芯設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]例如,隨著智能電網(wǎng)及其他應(yīng)用的發(fā)展,對于電流傳感器的需求越來越多。電流傳感器檢測導(dǎo)線中的電流并生成與輸入電流成比例的信號。該信號能夠用來在安培計中顯示被測電流,或者可以存儲在數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中以便進(jìn)一步分析或用于控制目的。
[0003]某些電流傳感器采用磁芯的使用來會聚由被測電流產(chǎn)生的磁通,從而獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。某些磁芯可包括具有一定磁導(dǎo)率的材料,其允許磁通被會聚并在芯材料中被引導(dǎo)至電流傳感器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]設(shè)備和關(guān)聯(lián)方法涉及由三個C形段形成的磁芯,所述三個C形段限定用于接納載流導(dǎo)體的第一窗口以及用于使來自載流導(dǎo)體的磁通朝著磁通響應(yīng)傳感器會聚的第二窗口。在說明性示例中,磁芯可包括第一 C形芯段、第二 C形芯段以及第三C形芯段。例如,第一和第二芯段可限定第一窗口,并且第二和第三芯段可限定第二窗口。響應(yīng)于磁通,磁通響應(yīng)傳感器可生成指示例如初級電流的輸出信號。在說明性實施例中,低成本、低磁導(dǎo)率的三部分芯可用于使用例如磁阻傳感器或基于磁通門的傳感器來準(zhǔn)確地感測電流。
[0005]各種實施例可提供一個或多個優(yōu)點。例如,某些實施例可提供成本效益且易于制造的磁芯。在說明性示例中,每個芯段可由采用兩個直角彎曲的一致的或單件金屬條形成。例如,每個芯段可包括底部和經(jīng)由九十度彎曲而在底部的相對末端處形成的一對支腿。該芯段可沿著相鄰芯段的內(nèi)表面和外表面放置而形成具有例如第一窗口和第二窗口的矩形結(jié)構(gòu)。各種實施例可容易地適合于例如在高速生產(chǎn)線中的機(jī)器組裝。
[0006]在某些實施方式中,在第二窗口內(nèi)使用和放置的高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器可使得能夠?qū)崿F(xiàn)包括磁芯的簡化結(jié)構(gòu)和最小芯段。例如,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器可能能夠檢測會聚在第二窗口內(nèi)的少量的磁通。在某些示例中,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器可使較低導(dǎo)磁材料能夠用于形成芯段,因此提供更加有成本效益的磁芯。
[0007]某些實施例還可將印刷電路板保持在第二窗口內(nèi)以用于連接磁通響應(yīng)傳感器。在某些示例中,該印刷電路板可包括用于配置來自磁通響應(yīng)傳感器的輸出信號的處理電路。在某些示例中,多個磁通響應(yīng)傳感器可存在于印刷電路板上。取決于例如所使用的傳感器的類型,磁通響應(yīng)傳感器還可相對于磁通線而處于各種取向。
[0008]在以下附圖和描述中闡述了各種實施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求,其他特征和優(yōu)點將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009]圖1圖示出用于電流傳感器組件的示例性現(xiàn)場安裝的概圖。
[0010]圖2圖示出示例性傳感器組件的流程圖。
[0011]圖3圖示出示例性傳感器組件的上透視圖。
[0012]圖4圖示出示例性傳感器組件的分解上透視圖。
[0013]圖5圖示出示例性傳感器組件的另一上透視圖。
[0014]圖6圖示出用于針對電流的傳感器的示例性磁芯的截面圖。
[0015]各種附圖中的相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。
【具體實施方式】
[0016]為了幫助理解,如下組織本文。首先,參考圖1,圖示出電流傳感器組件的示例性現(xiàn)場安裝的概圖。其次,參考圖2,圖示出磁芯和磁通響應(yīng)傳感器的示例性流程圖。最后,參考圖3至6,圖示出磁芯和磁通響應(yīng)傳感器的示例性結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖1圖示出用于傳感器組件的示例性現(xiàn)場安裝的概圖。該示例性現(xiàn)場安裝被示為配電網(wǎng)絡(luò)100。配電網(wǎng)絡(luò)100包括布置成提供大容量功率的發(fā)電站105。發(fā)電站105處的電壓在輸電變電站110處逐步增加至較高傳輸電平電壓,以用于經(jīng)由傳輸線路115更高效地傳遞電力。
[0018]在下行線路配電站120處,減小電壓以用于通過本地配電線路125進(jìn)行分配。如所描述的,進(jìn)一步減小電壓以經(jīng)由次級線路130向住宅客戶135供應(yīng)電力。
[0019]通過具有帶磁芯的傳感器組件145的儀表140來監(jiān)視客戶135所使用的電量。磁芯提供磁通路徑。傳感器組件145檢測與通過儀表140遞送的電流相關(guān)聯(lián)的磁通。傳感器組件145包括用于檢測磁通以響應(yīng)于電流流動而生成輸出信號的傳感模塊。通向傳感器組件145的參考箭頭表示流過磁芯中的開口的輸入初級電流(Ip)。傳感器組件145的輸出端處的參考箭頭I*是表示初級電流Ip的時變波形的測量信號。
[0020]在某些示例中,可實時地將信號I*傳遞到控制中心或中央數(shù)據(jù)庫。在某些實施例中,可在內(nèi)部保持信號I*以用于稍后取回或評估。可將傳感器組件145連接到閉環(huán)或開環(huán)信號處理架構(gòu),將參考圖2來更詳細(xì)地描述其示例。
[0021]圖2圖示出示例性傳感器組件的流程圖。傳感器組件200布置成接收被磁耦合到磁芯210的輸入初級電流205。在所描述示例中,磁芯210還布置有次級繞組,其被耦合以從外電路220 (例如,放大、信號調(diào)節(jié)和/或信號處理)接收次級電流信號215。在某些示例中,次級電流215的振幅可遠(yuǎn)小于初級電流205的振幅。
[0022]隨著初級電流205通過磁芯210,可促使磁通225沿著由磁芯210形成的路徑流動且被包括磁通響應(yīng)傳感器230的傳感模塊檢測。磁芯210中的磁通225的量可指示初級電流205或次級電流215的量值。磁通響應(yīng)傳感器230具有針對電源235、接地240以及信號245連接的引線。
[0023]在閉環(huán)類型傳感器系統(tǒng)中,可將來自外電路220的信號245連接到磁芯210上的次級和/或第三繞組,以提供準(zhǔn)確和靈敏的次級電流215。在某些示例中,可將外電路220布置成驅(qū)動補(bǔ)償電流,其基本上抵消初級電流205在芯210中產(chǎn)生的磁通225。結(jié)果,外電路220可操作成基本上將芯中的總通量保持在基本上接近于零或處于零。在說明性實施例中,例如,外電路220包括具有被親合到傳感器230的差分輸出信號的正和負(fù)輸入端子以及被耦合到次級繞組的輸出端子的放大器。在某些示例中,可由運算放大器電路來驅(qū)動輸出信號215。外電路220可提供輸出信號250,其例如可被作為輸出電流信號250而中繼到數(shù)據(jù)庫或控制中心。在說明性示例中,可由電流信號215來生成輸出信號250信號215,電流信號215流過磁芯215上的次級繞組且然后通過電阻元件,在那里,它產(chǎn)生初級電流信號205的準(zhǔn)確、成比例、線性表不的電壓信號。
[0024]在某些實施方式中,可省略信號245到磁芯210的返回路徑,信號245被直接作為開環(huán)類型而輸出。
[0025]某些實施例可提供對開環(huán)信號245和/或閉環(huán)輸出信號250中的任一者或兩者的訪問。各種實施例可提供附加后處理、信號調(diào)節(jié)、放大、模擬或數(shù)字復(fù)用、濾波,并且可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器來采樣以生成信號245、250中的任一者或兩者的數(shù)字表示。在某些示例中,磁通響應(yīng)傳感器230可以是高靈敏度的。高靈敏度的磁通響應(yīng)傳感器230可有利地促進(jìn)減少芯材料(例如,截面面積)的使用和/或使得能夠使用降低磁導(dǎo)率芯材料。這樣的減少可產(chǎn)生例如重量、尺寸以及成本的節(jié)省。根據(jù)本文所述的各種實施例,這樣的實施例可有利地使得能夠?qū)崿F(xiàn)采用簡化結(jié)構(gòu)的新型芯設(shè)計。就形成電流傳感器組件的實施例的磁芯210的構(gòu)造而論,簡化芯設(shè)計可產(chǎn)生節(jié)省組件的綜合效益。
[0026]在一個示例中,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器230可包括隧道磁阻(TMR)傳感器。在另一示例中,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器230可包括各向異性磁阻(AMR)傳感器。在另一示例中,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器230可包括基于磁通門的傳感器。在另外其他示例中,磁通響應(yīng)傳感器230可包括不作為高靈敏度類型的傳感器,諸如霍爾磁傳感器。對于TMR、AMR、磁通門磁傳感器而言,磁通響應(yīng)傳感器230的靈敏方向可在磁通響應(yīng)部件與經(jīng)由芯210而被引導(dǎo)至傳感器的磁通近似平行的情況下定向。對于霍爾磁傳感器而言,磁通響應(yīng)傳感器230的靈敏方向可基本上垂直于芯210的磁通矢量而定向。
[0027]高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器230的使用還可允許磁芯由具有降低磁導(dǎo)率的一個或多個材料形成。例如,高靈敏度磁通響應(yīng)傳感器230可能能夠準(zhǔn)確地檢測少得多的量的磁通225,因此針對朝著磁通響應(yīng)傳感器230會聚和加強(qiáng)磁通225的磁芯提出更少的要求。由于材料磁導(dǎo)率選擇方面的更大自由度,可使用更多種類的材料來構(gòu)造芯,因此允許使用更加有成本效益的材料。以示例而非限制的方式,用來構(gòu)造磁芯210的材料可包括例如坡莫合金。在某些示例中,用來構(gòu)造磁芯210的材料可包括例如軟磁材料。
[0028]圖3圖示出示例性傳感器組件的上透視圖。傳感器組件300包括磁芯305,磁芯305適合于會聚并提供用于由要被測量的電流產(chǎn)生的磁通的路徑。磁芯305不具有過多的層以便于構(gòu)造以及降低成本。例如,磁芯305的層可包括具有基本上大于一的相對磁導(dǎo)率的一個或兩個材料層。
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