BR112012016902A2 - "dispositivos sensores de corrente e métodos" - Google Patents

Abstract

"DISPOSITIVOS SENSORES DE CORRENTE E MÉTODOS". A presente invenção refere-se a dispositivo sensor de corrente de baixo custo e alta precisão e métodos para uso e fabricação. Em uma modalidade, o aparelho sensor de corrente compreende uma bobina tipo Rogowski, que é fabricada em segmentos de modo a facilitar o processo de fabricação. Em uma modalidade exemplificativa, os segmentos do aparelho sensor de corrente compreendem um número de elementos de bobina que são enrolados e subsequentemente formados geométricas complexas, tais como formas semelhantes a toro. Em uma modalidade alternativa, enrolamentos ligados são utilizados os quais permitem que os segmentos sejam formados sem uma bobina ou formador. Ainda em outro modalidade alternativa, os dispositivos sensores de corrente antes mencionados são empilhados em grupos de dois ou mais. Métodos de fabricação e usando o aparelho sensor de corrente antes mencionado também são divulgados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITI- . VOS SENSORES DE CORRENTE E MÉTODOS". Prioridade O presente pedido reivindica prioridade para o Pedido de Paten- te dos Estados Unidos Nº de Série 12/954.546, depositado em 24 de no- vembro de 2010, do mesmo título, que é uma continuação em parte de e reivindica prioridade para o Pedido de Patente dos Estados Unidos Nº de Série 12/684.056, depositado em 7 de janeiro de 2010, do mesmo título, que é uma continuação em parte de e reivindica prioridade para o Pedido de Pa- tente dos Estados Unidos Nº de Série 12/567.622, depositado em 25 de se- tembro de 2009, do mesmo título, que reivindica prioridade para o Pedido de Patente dos Estados Unidos Nº de Série 61/230.474, depositado em 31 de julho de 2009, do mesmo título, cada um dos quais é aqui incorporado atra- . vês de referência em sua totalidade.. Direitos Autorais ' Uma parte da descrição deste documento de patente contém material que está sujeito à proteção de direitos autorais. O proprietários dos direitos autorais não tem objeção à reprodução por fac-símile por alguém do documento de patente ou da descrição de patente, como aparece nos arqui- vos ou registros de patente do Departamento de Patentes e Marcas de In- dústria e Comércio, mas, caso contrário, se reserva todos os direitos auto- rais, quaisquer que sejam.

1. Campo da Invenção A presente invenção refere-se, de um modo geral, a elementos de circuitoe, mais particularmente, em um aspecto exemplificativo, a dispo- sitivos para a detecção de corrente e métodos de utilização e fabricação dos mesmos. Descrição de Tecnologia Relacionada. Uma miríade de diferentes configurações de dispositivos senso- resde corrente são conhecidos na técnica anterior. Uma abordagem comum para a fabricação de dispositivos sensores de corrente é via o uso de uma chamada "bobina de Rogowski". Uma bobina de Rogowski é um dispositivo |

' elétrico para a medição de corrente alternada ("CA"), Ela consiste, tipica- ; mente, de uma bobina helicoidal de arame com o condutor de uma extremi- dade retornando através do centro da bobina e passando através da bobina helicoidal de arame até a outra extremidade. Toda a bobina helicoidal de arame é, então, posicionada em torno de um condutor de transporte de cor- rente alternada, cuja corrente deve ser medida. A tensão que é induzida na bobina é proporcional à taxa de mudança de corrente no condutor de modo que a saída da bobina de Rogowski é indicativa para a quantidade de cor- rente que passa através do condutor. As bobinas de Rogowski podem ser feitas de extremidade aberta e flexível, permitindo que seja enrolada em tomo de um condutor de trans- porte de corrente, sem, de outro modo, perturbar, diretamente, a corrente que passa através daquele condutor. Uma bobina de Rogowski, tipicamente, - utiliza ar, em lugar de um núcleo magneticamente permeável, portanto, dan- doãà bobina de Rogowski as propriedades de uma indutância relativamente ' baixa junto com a resposta às correntes de mudança relativamente rápida. Além disso, a saída de uma bobina de Rogowski é, de modo típico, altamen- te linear, mesmo quando submetida à grandes correntes, tais como aquelas usadas em transmissão de energia elétrica, soldagem ou outras aplicações de energia pulsada. Além disso, as bobinas de Rogowski adequadamente construídas, com frequência, também são grandemente imunes à interferên- cia eletromagnética, assim, tornando-as resistentes à adulteração externa. Contudo, devido às configurações de enrolamento relativamente complexas, as tentativas da técnica anterior para a fabricação de bobinas tipo Rogowski têmsidocarase muito trabalhosas.

Existem numerosas metodologias para a produção de bobinas de Rogowski na técnica anterior, incluindo, por exemplo, aquelas divulgadas na Patente dos Estados Unidos Nº 4.616.176, de Mercure et al., emitida em 7 de outubro de 1986 e intitulada "Dynamic current transducer"; Patente dos — Estados Unidos Nº 5.414,400, de Gris et al., emitida em 9 de maio de 1995 e intitulada "Rogowski coil", Patente dos Estados Unidos Nº 5.442.280, de Baudart, emitida em 15 de agosto de 1995 e intitulada "Device for measuring |

' an electrical current in a conductor using a Rogowski coil"; a Patente dos - Estados Unidos Nº 5.982.265, de Von Skarczinski, et al., emitida em 9 de novembro de 1999 e intitulada "Current-detection coil for a current transfor- mer"; a Patente dos Estados Unidos Nº 6.094.044, de Kustera, et al., emitida em25dejulhode 2000 e intitulada "AC current sensor having high accuracy and large bandwidth"; Patente dos Estados Unidos Nº 6.313.623, de Kojovic, et al., emitida em 6 de novembro de 2001 e intitulada "High precision Ro- gowski coil"; Patente dos Estados Unidos Nº de Série 6.614.218, de Ray, emitida em 2 de setembro de 2003 e intitulada "Current measuring device"; Patente dos Estados Unidos Nº 6.731.193, de Méier, et al., emitida em 4 de maio de 2004 e intitulada "Printed circuit board-based current sensor"; Pa- tente dos Estados Unidos Nº 6.822.547, de Saito, et al., emitida em 23 de novembro de 2004 e intitulada "Current transformer"; Patente dos Estados : Unidos Nº 7,227.441, de Skendzic, et al., emitida em 5 de junho de 2007 e intitulada "Precision Rogowski coil and method for manufacturing same"; Pa- " tente dos Estados Unidos Nº 7.253.603,. de Kovanko, et al., emitidad em 7 de agosto de 2007 e intitulada "Current sensor arrangement"; Patente dos Estados Unidos Nº 7.538.541, de Kojovic, emitida em 26 de maio de 2009 e intitulada "Split Rogowski coil current measuring device and methods"; Publi- cação de Patente dos Estados Unidos Nº 20050248430, de Dupraz, et al., publicada em 10 de novembro de 2005 e intitulada "Current transformer with Rogowski type windings comprising an association of partial circuits forming a complete circuit"; a Publicação de Patente dos Estados Unidos Nº 20060220774, de Skendzic, publicada em 5 de outubro de 2006 e intitulada "Precision printed circuit board based Rogowski coil and method for manu- facturing same", a Publicação de Patente dos Estados Unidos Nº 20070290695, de Mahon, publicada em 20 de dezembro de 2007 e intitulada "Method and Apparatus for Measuring Current"; a Publicação de Patente dos Estados Unidos Nº 20080007249, de Wilkerson, et al., publicada em 10 de janeiro de 2008 e intitulada "Precision, Temperature-compensated, shielded current measurement device"; a a Publicação de Patente dos Estados Uni- dos Nº 20080079418, de Rea, et al., publicada em 3 de abril de 2008 e intitu-

| lada "High-precision Rogowski current transformer"; a a Publicação de Pa- tente dos Estados Unidos Nº 20080106253, de Kojovic, publicada em 8 de maio de 2008 e intitulada "Shielded Rogowski coil assembly and methods"; e a a Publicação de Patente dos Estados Unidos Nº 20080211484, de HO- WELL, etal,, publicada em 4 de setembro de 2008 e intitulada "Flexible cur- rent transformer assembly".

Apesar da ampla variedade de configurações de sensores de corrente da técnica anterior, há uma necessidade gritante de dispositivos sensores de corrente (incluindo bobinas de Rogowski) que sejam de baixo custo na fabricação, esse baixo custo sendo permitido pelo endereçamento inter alia das dificuldades associadas com as configurações complexas das bobinas dos dispositivos sensores de corrente da técnica anterior, e ofere- çam desempenho elétrico aperfeiçoado ou pelo menos comparável em rela- . ção aos dispositivos da técnica anterior. Idealmente, essa solução não só ofereceria custo de fabricação muito baixo e desempenho elétrico aperfeiço- ' ado para o dispositivo sensor de corrente, mas também proporcionaria um alto nível de consistência e confiabilidade de desempenho através da limita- ção de oportunidades para erros ou outras imperfeições durante a fabricação do dispositivo.

Além disso, uma solução ideal seria também pelo menos um pouco escalável e capaz de assumir vários fatores de forma desejados. Sumário da Invenção Em um primeiro aspecto, um dispositivo indutivo sensor de cor- rente é divuigado. Em uma modalidade, um dispositivo indutivo sensor de corrente inclui múltiplos elementos de enrolamento segmentados. Um con- dutor de retorno acopla eletricamente um dianteiro dos elementos de enro- lamento segmentados com um traseiro dos elementos de enrolamento seg- mentados.

Em uma modalidade, os elementos de enrolamento segmenta- dos compreendem elementos de bobina segmentados em que um número de enrolamentos são dispostos.

Em outra modalidade, os enrolamentos são, efetivamente, autô- | nomos, de modo que nenhuma bobina ou outra estrutura de suporte interna é requerida. Em um segundo aspecto da invenção, um dispositivo indutivo sensor de corrente sem forma aperfeiçoado é divulgado. Em uma modalida- de,odispositivo indutor inclui múltiplas bobinas de ar enroladas sem forma. Essas bobinas de ar são, então, colocadas dentro de respectivas cavidades localizadas em um tubo de encapsulamento. Um condutor de retorno acopla uma dianteira das bobinas sem forma com uma traseira das bobinas sem forma.

Em um terceiro aspecto da invenção, um aparelho de sistema que incorpora os dispositivos indutivos sensores de corrente antes mencio- nados é divulgado. Em uma modalidade, o aparelho de sistema compreende uma caixa de utilidade de distribuição de energia que incorpora um dispositi- . vo indutivo sensor de corrente aperfeiçoado. A caixa de utilidade de distribu- ição de energia inclui uma interface de rede que transmite dados coletados ' pelo dispositivo indutivo sensor de corrente através de uma rede para um dispositivo ou localização (por exemplo, repositório centralizado ou centro de controle) para monitoração, faturamento e/ ou aplicações de controle. Em um quarto aspecto da invenção, métodos de fabricação do(s) dispositivo(s) antes mencionados são divulgados. Em uma modaiida- de, o método compreende o enrolamento, continuamente, de um condutor isolado através de múltiplos elementos de bobina segmentados. Um condu- tor de retorno é roteado entre cada um dos elementos de bobina segmenta- dos. O condutor de retorno é, então, acoplado, eletricamente, com o condu- torisolado de modo a formar o dispositivo indutivo sensor de corrente.

Em um quinto aspecto da invenção, métodos de uso do aparelho antes mencionado são divulgados.

Em um sexto aspecto da invenção, um dispositivo indutor esca- lável é divulgado. Em uma modalidade, o dispositivo compreende um núme- rode segmentos de enrolamento (e/ ou número de voltas por segmento) po- de ser variado, conforme desejado, de modo a obter uma troca desejada entre maior desempenho e maior custo de fabricação.

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Em um sétimo aspecto da invenção, um dispositivo indutor de baixo custo e altamente preciso é divulgado. Em uma modalidade, um núme- ro de segmentos são usados para se aproximar, efetivamente, de um dispo- sitivo de bobina de Rogowski contínuo, circular.

Em um oitavo aspecto da invenção, um conjunto de mutibobinas, ajustável pelo usuário, é divulgado. Em uma modalidade, duas ou mais bo- binas segmentadas são empilhadas (isto é, em disposição justaposta com um eixo geométrico central comum), de modo que a disposição anular (rota- ção) das bobinas em torno do eixo comum pode ser variada por um instala- —dorou usuário final e/ ou o número de bobinas presentes pode ser mudado. À medida que os segmentos de uma bobina são colocadas em posição dife- rente com relação aos segmentos da(s) outra(s) bobina(s) (e/ ou o número de bobinas aumentado ou diminuído), a saída dos dispositivos variará, as- . sim, permitindo que o instalador/ usuário "sintonize" a saída efetiva do con- juntode bobinas para o nível desejado de desempenho.

' Em outra modalidade, as duas ou mais bobinas são substanci- almente concêntricas uma com a outra, de modo que elas tenham raios dife- rentes. De modo similar, quando a posição relativa das bobinas é mudada (e/ ou o número de bobinas variado), a saída das bobinas variará, igualmen- te, e pode ser sintonizada ou ajustada para um nível desejado de desempe- nho.

Além disso, ainda em outra modalidade, o espaçamento ou dis- posição vertical das diferentes bobinas (quer em configuração "empilhada" ou "concêntrica") pode ser variado, assim, aumentando/ diminuindo o aco- —plamentoou interação das bobinas.

Em um nono aspecto da invenção, um dispositivo de bobina ten- do uma inserção de recebimento de condutor. Em uma modalidade, o dispo- síitivo compreende uma bobina segmentada do tipo referenciado acima, que ainda inclui uma porção central adaptada para orientar e colocar um ou mais — condutores que estão sendo monitorados em uma localização prescrita den- tro da região central da bobina.

Em um décimo aspecto da invenção, uma estrutura de suporte | para uso com os dispositivos indutivos sensores de corrente antes mencio- nados é divulgada. Em uma modalidade, a estrutura de suporte inclui múlti- plos elementos de bobina. Pelo menos uma porção dos elementos de bobina também inclui características de conexão que são utilizadas para juntar um elementos de bobina a um elementos de bobina adjacente, Em um décimo primeiro aspecto da invenção, um elemento de bobina para uso nos dispositivos indutivos sensores de corrente antes men- cionados é divulgado. Em uma modalidade, o elemento de bobina inclui um elemento de carretel, que define um volume interior e ainda tendo um diâme- tro externo de enrolamento associado com o elemento de carretel. Um par de recursos de flange também é disposto em extremidades opostas do ele- mento de carretel.

Em uma variante, pelo menos um do par de recursos de flange . inclui um clipe eletricamente condutor nele disposto. Ainda em outra variante, o volume interior inclui um recurso de ' suporte de condutor de retorno que posiciona um condutor de retorno em uma posição predeterminada com relação ao elemento de carretel.

Em um décimo segundo aspecto da invenção, um dispositivo in- dutivo sensor de corrente é divulgado. Em uma modalidade, o dispositivo compreende: uma pluralidade de elementos de bobina, cada elemento tendo um ou mais terminais com um enrolamento condutor enrolado sobre ele; e um painel de circuito impresso com uma abertura nele existente. A pluralida- de de elementos de bobina é disposta em torno da abertura e os elementos são acoplados eletricamente um ao outro via painel de circuito impresso.

Em uma variante, o dispositivo ainda compreende: um condutor de retorno que acopla eletricamente um dianteiro da pluralidade de elemen- tos de bobina com um traseiro dos elementos de bobina.

Em outra variante, pelo menos dois da pluralidade de elementos de bobina são acoplados fisicamente um ao outro via um acoplamento arti- culado.

Ainda em outra variante, pelo menos três da pluralidade de ele- mentos de bobina são acoplados fisicamente um ao outro via um ou mais de | uma pluralidade de acoplamentos articulados, respectivamente, com um primeiro acoplamento articulado disposto em um primeiro lado de um canal de enrolamento de um primeiro elementos de bobina e um segundo acopla- mento articulado disposto em um segundo lado do canal de enrolamento do primeiro elemento de bobina.

Em uma outra variante, cada um dos elementos de bobina com- preende um par de flanges com um carretel de enrolamento disposto subs- tancialmente entre eles, o enrolamento condutor enrolado no carretel de en- rolamento. Um ou mais terminais compreendem, por exemplo, terminais au- toconduzidos incorporados em pelo menos uma parede lateral de pelo me- nos um do par de flanges.

Ainda em outra variante, a pluralidade de elementos de bobina compreende três ou mais elementos de bobina, com uma porção de início e ' uma de fim do enrolamento condutor sendo dispostas em uma não extremi- dadedostrês ou mais elementos de bobina.

" Em outra variante, o enrolamento condutor compreende uma pluralidade de camadas dispostas em um ou mais dos cilindros de enrola- mento dos elementos de bobina e pelo menos uma das camadas compreen- de uma camada de blindagem operativa para mitigar os efeitos de um cam- po eletromagnético externo.

Em outra variante, a pluralidade de camadas compreende: duas ou mais camadas de blindagem; e duas ou mais camadas sensoras de cor- rente. As duas ou mais camadas de blindagem e as duas ou mais camadas sensoras de corrente são intercaladas uma com a outra.

Em outra modalidade, o dispositivo indutivo sensor de corrente compreende: uma pluralidade de elementos indutivos enrolados linearmente, cada elemento compreendendo: um par de flanges; uma pluralidade de ca- madas de enrolamento condutor disposto no canal de enrolamento; e um ou mais recursos de articulação; e um alojamento compreendendo uma abertu- rade recebimento de condutor. A pluralidade de elementos indutivos enrola- dos linearmente é disposta coletivamente em torno da abertura de recebi- mento de condutor em um modo substancialmente alternado ou em zigue-

Zague.

Em uma variante, pelo menos uma da pluralidade de camadas de enrolamento compreende uma camada de blindagem e a direção de en- rolamento para a camada de blindagem se alterna entre dispositivos induti- vos enrolados linearmente, dispostos adjacentemente.

Em outra variante, a abertura de recebimento de condutor inclui um condutor integrado que deve ser detectado pelos elementos indutivos enrolados linearmente.

Em outra variante, o alojamento ainda compreende uma plurali- dade de terminais para interfacear eletricamente com um painel de circuito impresso.

Ainda em outra variante, o alojamento inclui uma pluralidade de recursos de alinhamento que dispõem os elementos indutivos enrolados |i- - nearmente no modo alternado ou de zigue-zague, quando os elementos in- —dutivos enrolados linearmente são neles recebidos.

' Em um décimo terceiro aspecto da invenção, um método de fa- bricação de um disposítivo indutivo sensor de corrente é divulgado. Em uma forma de realização, o método compreende: fixação de uma primeira extre- midade de um enrolamento condutor a um de uma pluralidade de elementos de enrolamento segmentados; enrolamento continuamente do enrolamento condutor em uma pluralidade de elementos de enrolamento segmentados em uma ordem sequencial, e fixação da segunda extremidade do enrola- mento condutor a um da pluralidade de elementos de enrolamento segmen- tados.

Em uma variante, a primeira extremidade e a segunda extremi- dade do enrolamento condutor anexado são presas a um da pluralidade de elementos de enrolamento segmentados. A ordem sequencial compreende, por exemplo, atravessar do meio de um da pluralidade de elementos de en- rolamento segmentados até um elemento de enrolamento segmentado de primeira extremidade da pluralidade de elementos de enrolamento segmen- tados; atravessar do elemento de enrolamento segmentado de primeira ex- tremidade da pluralidade de elementos de enrolamento segmentados até um | elemento de enrolamento segmentado de segunda extremidade da plurali- dade de elementos de enrolamento segmentados; e atravessar do elemento de enrolamento segmentado de segunda extremidade da pluralidade de e- lementos de enrolamento segmentados de volta para o meio de um da plura- lidadede elementos de enrolamento segmentados.

Em outra variante, o ato de anexação da primeira extremidade compreende o término do enrolamento condutor em um terminal autocondu- zido presente em um da pluralidade de elementos de enrolamento segmen- tados.

Breve Descrição dos Desenhos Os aspectos, objetivos e vantagens da invenção se tornarão mais evidentes da descrição detalhada apresentada abaixo, quando tomada em conjunto com os desenhos, em que: - A figura 1 é uma vista em perspectiva ilustrando uma primeira modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os ' princípios da presente invenção.

A figura 1A é uma vista em perspectiva do cabeçote de bobina da figura 1, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 1B é uma vista seccional em perspectiva tomada ao longodalinha1B-— 1Bda figura 1A.

A figura 1C é uma vista em perspectiva ilustrando uma bobina de Rogowski formada pela aplicação segmentada ou contínua de um adesi- vo de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 1D é uma vista em alçado ilustrando um dispositivo de —bobinade Rogowski instalável em campo com extremidades condutoras em sobreposição de acordo com os princípios da bobina de Rogowski.

A figura 1E é uma vista em alçado ilustrando um dispositivo de bobina de Rogowski instalável em campo com extremidades condutoras de apoio de acordo com os princípios da bobina de Rogowski A figura 2 é uma vista em perspectiva ilustrando uma porção de uma segunda modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowski de a- cordo com os princípios da presente invenção. |

A figura 2A é uma vista seccional em perspectiva tomada ao longo da linha 2A — 2A da figura 2.

A figura 2B é uma vista em perspectiva de um segmento único de bobina de Rogowski, conforme ilustrado na figura 2, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 2C é uma vista em perspectiva do segmento único de bobina de Rogowski ilustrado na figura 2B, mostrado de uma perspectiva diferente.

A figura 3 é uma vista em perspectiva ilustrando um segmento únicode bobina de Rogowski para uma terceira modalidade de um dispositi- vo de bobina de Rogowski de acordo com os princípios da presente inven- ção.

A figura 3A é uma vista em alçado lateral do segmento de bobi- : na de Rogowski ilustrado na figura 3. A figura 3B é uma vista em perspectiva ilustrando quatro (4) : segmentos de bobina de Rogowski montados, conforme ilustrado na figura 3, formando metade de um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os principios da presente invenção.

A figura 3C é uma vista em perspectiva ilustrando os quatro (4) segmentos de bobina de Rogowski da Figura 3B, montados em um mandril de enrolamento, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 3D é uma vista em alçado lateral dos segmentos de bo- bina de Rogowski montados no mandril de enrolamento, mostrados na figura 3Cc.

A figura 4 é uma vista em perspectiva ilustrando uma segmento único de bobina de Rogowski para uma quarta modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 4A é uma vista em perspectiva ilustrando dois segmen- tos de bobina de Rogowski enrolados, conforme ilustrdo na figura 4, monta- dos entres dois segmentos de cabeçote de acordo com os princípios da pre- sente invenção.

A figura 4B é uma vista em perspectiva ilustrando oito (8) seg- | mentos de bobina de Rogowski montados da figura 4, com a montagem em um mandril de enrolamento de acordo com os princípios da presente inven- ção.

A figura 5 é uma vista em perspectiva ilustrando um segmento únicodebobinade Rogowski para uma quinta modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura SA é uma vista em alçado lateral ilustrando o elemento único da bobina de Rogowski da figura 5.

A figura 5B é uma vista em perspectiva ilustrando dois segmen- tos de bobina de Rogowski montáveis juntos de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 5C é uma vista em perspectiva ilustrando oito (8) seg- mentos de bobina de Rogowski montados em um mandril de enrolamento de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 6 é uma vista em perspectiva ilustrando um segmento ' único de bobina de Rogowski para uma sexta modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 6A é uma vista em alçado lateral ilustrando o elemento único da bobina de Rogowski da figura 6.

A figura 6B é uma vista em perspectiva ilustrando dois segmen- tos de bobina de Rogowski da figura 6, montáveis juntos, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 6C é uma vista em perspectiva ilustrando outra modali- dade de um segmento de bobina adaptado para receber um cordão periféri- —co,de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 7 é uma vista em alçado lateral ilustrando várias posi- ções para a passagem através do condutor de um dispositivo sensor de cor- rente, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 8 é uma vista em alçado de topo ilustrando uma configu- ração alternativa para um dispositivo de bobina de Rogowski posicionado em torno de um condutor de energia retangular , de acordo com os princípios da presente invenção.

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A figura 8A é uma vista em alçado de topo ilustrando uma pri- meira modalidade exemplificativa do dispositivo de bobina de Rogowski da figura 8 com recursos de alinhamento incorporados para impedir o desvio e a inclinação, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 8B é uma vista em alçado de topo de outra modalidade do dispositivo sensor da invenção, adaptado para uso em uma barra coletora de 4 lados (por exemplo, retangular) (com cobertura removida).

A figura 8B-1 é um corte transversal do dispositivo da figura 8B,. tomado ao longo da linha 8B —1- 8B —1, com cobertura instalada.

A figura 9 é uma vista em alçado lateral ilustrando uma configu- ração alternativa para um dispositivo de bobina de Rogowski de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 10 é um fluxograma de processo para fabricação do a- R parelho sensor de corrente das figuras 1 — 1B, de acordo com os princípios da presente invenção.

, A figura 11 é um fluxograma de processo para fabricação do a- parelho sensor de corrente das figuras 2 — 2C e figuras 4 — 4B, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 12 é um fluxograma de processo para fabricação do a- — parelho sensor de corrente das figuras 3 — 3D, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 13 é um fluxograma de processo para fabricação do a- parelho sensor de corrente das figuras 5 — 5C, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 14 é um fluxograma de processo para fabricação do a- parelho sensor de corrente das figuras 6 — 6B, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 15A é uma vista em perspectiva de um dispositivo de bobina de Rogowski empilhado, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 15B é uma vista em alçado de topo do dispositivo de bobina de Rogowski empilhado da figura 15A.

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A figura 15C é uma vista em perspectiva de uma implementação sintonizável do dispositivo de bobina de Rogowski empilhado da figura 15A.

A figura 15D é uma vista seccional em perspectiva de uma se- gunda modalidade exemplificativa de um dispositivo de bobina de Rogowski empilhado sintonizável, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 15E é uma vista em alçado de topo de um dispositivo de bobina de Rogowski empilhado concentricamente, de acordo com os princí- pios da presente invenção A figura 16 é uma vista em perspectiva ilustrando uma porção de uma sétima modalidade de um segmento de bobina de Rogowski, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 16A é uma vista em perspectiva ilustrando o segmento de bobina de Rogowski da figura 16, ligado junto com outros segmentos se- - melhantes para formar um dispositivo de bobina de Rogowski. A figura 16B é uma vista em perspectiva de uma vista explodida ' da sétima modalidade de um dispositivo de bobina de Rogowskí e alojamen- to.

A figura 16C é uma vista seccional tomada ao longo da linha 16C — 16C da figura 16B.

A figura 16DS é uma vista em alçado de topo da porção de fun- do do alojamento associada com o dispositivo de bobina de Rogowski, ilus- trado na figura 16B.

A figura 17 é uma vista em perspectiva ilustrando uma oitava modalidade de um segmento de bobina de Rogowski, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 17A é uma vista em perspectiva ilustrando o segmento de bobina de Rogowski da figura 17 ligado junto com outros segmentos se- melhantes para formar um dispositivo de bobina de Rogowski.

A figura 17B é uma vista seccional tomada ao longo da linha 17B -17Bdafigura17A A figura 18A é uma vista em perspectiva ilustrando a inserção do clipe inicial para um segmento de bobina de Rogowski, de acordo com uma | modalidade da presente invenção.

A figura 18B é uma vista em perspectiva ilustrando a inserção do clipe final para um segmento de bobina de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18C é uma vista em perspectiva ilustrando a inserção dos segmentos de bobina de Rogowski em um mandril de enrolamento de acordo com uma modalidade da presente invenção..

A figura 19D é uma vista em perspectiva ilustrando a instalação do conjunto de núcleo nas ranhuras do segmento de bobina, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18E é uma vista em perspectiva ilustrando o início de uma modalidade do processo de enrolamento, de acordo com os princípios da presente invenção.

A figura 18F é uma vista seccional transversal, ilustrando enro- lamentos em camadas dispostos no primeiro segmento de bobina de Ro- gowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção..

A figura 18G é uma vista em perspectiva ilustrando a passagem do enrolamento entre os segmentos de bobina de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18H é uma vista em perspectiva dos segmentos de bo- bina de Rogowski montados no mandril de enrolamento e enrolados de a- cordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 181 é uma vista em perspectiva ilustrando o término do enrolamento no clipe inicial, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18J é uma vista seccional transversal ilustrando enrola- mentos da camada de blindagem em um primeiro segmento de bobina de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18K é uma vista em perspectiva dos segmentos de bo- binade Rogowski montados no mandril de enrolamento e enrolados com a camada de blindagem, de acordo com uma modalidade da presente inven- ção.

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A figura 18L é uma vista em perspectiva ilustrando o enrolamen- to de uma camada de fita sobre a camada de blindagem de enrolamentos, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18M é uma vista em perspectiva ilustrando o término dosenrolamentos no clipe final, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 18N é uma vista em perspectiva ilustrando a inserção do condutor de retorno, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 180 é uma vista em perspectiva ilustrando a inserção do condutor de fio de acabamento, de acordo com uma modalidade da pre- sente invenção.

A figura 18P é uma vista em alçado de topo ilustrando a inserção dos segmentos de bobina de Rogowski no cabeçote , de acordo com uma . modalidade da presente invenção. A figura 18Q é uma vista em perspectiva ilustrando a instalação , dos condutores de fio no cabeçote de Rogowski, de acordo com uma moda- lidade da presente invenção.

A figura 18R é uma vista em perspectiva ilustrando o depósito de epóxi no cabeçote de topo do dispositivo de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 188 é uma vista em perspectiva ilustrando o dispositivo de bobina de Rogowski fabricado usando o processo ilustrado nas figuras 18A— 18R.

A figura 19A é uma vista em perspectiva de um elemento de bo- bina montável em uma superfície para uso em um dispositivo de bobina de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 19B é uma vista de topo de um dispositivo de bobina de Rogowski exemplificativo, que utiliza elementos de bobina montáveis em superfície da figura 19A.

A figura 19C é uma vista em perspectiva do dispositivo de bobi- na de Rogowski ilustrado na figura 19B.

A figura 20A é uma vista em perspectiva do conjunto de bobina | montável em superfície, de acordo com outra modalidade da presente inven- ção.

A figura 20B é uma vista em perspectiva do conjunto de bobina montável em superfície da figura 20A, mostrando a natureza articulada dos elementos de bobina individuais.

A figura 21 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de bo- bina de Rogowski utilizando dois substratos e os elementos de bobina mon- táveis em superfície da figura 19A.

A figura 22 é uma vista em perspectiva de um conjunto de bobi- —naduplo articulado, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 23A é uma vista de topo de uma primeira modalidade de uma disposição de bobina em zigue-zague, disposto em torno de uma barra coletora, de acordo com os princípios da presente invenção.

: A figura 23B é uma vista de topo de uma segunda modalidade de uma disposição de bobina em zigue-zague disposta em torno de uma : barra coletora de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 24 é uma vista de topo de um dispositivo de bobina de Rogowski, com espiral em zigue-zague, de laço fechado, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 25A é uma vista de topo de uma primeira modalidade de uma disposição de espiral e sensor de laço não fechado de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 25B é uma vista de topo de uma segunda modalidade de uma disposição de espiral e sensor de laço não fechado, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 26 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de bo- bina de Rogowski com uma barra coletora integrada, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 27A é uma vista em perspectiva de um dispositivo de —bobinade Rogowski montável em superfície, de acordo com uma modalida- de da presente invenção..

A figura 27B é uma vista em perspectiva do dispositivo de bobi- | na de Rogowski montável em superfície da figura 27A montado em um subs- trato.

A figura 28 é uma vista de topo de um módulo sensor múltiplo com uma compensação de diafonia incorporada, de acordo com uma moda- lidadeda presente invenção.

A figura 29A é um fluxograma de processo ilustrando uma pri- meira técnica de enrolamento de dispositivo de bobina de Rogowski exempli- ficativa com os lead outs posicionados em uma espiral central, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 30 é uma vista frontal de uma configuração de enrola- mento de banco, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 31 é um fluxograma de processo ilustrando um enrola- mento de blindagem de direção alternada, de acordo com os princípios da . presente invenção. A figura 32 é uma vista seccional transversal ilustrando enrola- ' mentos blindados intercalados dispostos no primeiro segmento de bobina de Rogowski, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 33 é uma vista de topo ilustrando a blindagem de seg- mentos de espirais individuais, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 34 é uma vista de topo ilustrando a blindagem do diâme- tro interno de um sensor de corrente, de acordo com uma modalidade da presente invenção..

A figura 35A é uma vista em perspectiva de uma primeira moda- lidadede um aparelho sensor de corrente de múltiplas bobinas montado em painel de circuito, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 35B é uma vista em perspectiva de uma segunda moda- lidade de um aparelho sensor de corrente de múltiplas bobinas montado em painel de circuito, de acordo com uma modalidade da presente invenção, A figura 35C é um fluxograma ilustrando uma configuração de enrolamento alternativa para o aparelho sensor de corrente de múltiplas bo- binas das figuras 35A ou 35B.

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Todas as figuras aqui divulgadas são O Copyright 2009-2010 Pulse Engineering, Inc. Todos os direitos reservados. Descrição Detalhada da Modalidade Preferida Referência é feita agora aos desenhos em que numerais seme- lhantesse referem a partes semelhantes.

Como aqui usados, os termos "espiral" e "forma" (ou "formador") são usados sem limitação para se referir a qualquer estrutura ou componen- te(s) disposto(s) sobre ou dentro ou como parte de um dispositivo indutor, que ajuda a formar ou manter um ou mais enrolamentos do disposítivo.

Como aqui usados, os termos "componente elétrico" e "compo- nente eletrônico" são usados permutavelmente e se referem aos componen- tes adaptados para proporcionar alguma função elétrica e/ ou de condicio- namento de sinal, incluindo, sem limitação, reatores indutivos ("bobinas de reatância"), transformadores, filtros, transistores, toroides de núcleo afasta- dos, indutores (acoplados ou de outro modo), capacitores, resistores, ampli- ' ficadores operacionais e diodos, que componentes distintos ou circuitos in- tegrados, quer sozinhos ou em combinação.

Como aqui usado, o termo "dispositivo indutor" se refere a qual- quer dispositivo usando ou implementando indução, incluindo, sem limitação, indutores, transformadores e reatores indutivos (ou "bobinas de reatância").

Como aqui usado, os termos "rede" e "rede portadora" se refe- rem, de um modo geral, a qualquer tipo de dados, telecomunicações ou ou- tra rede, incluindo, sem limitação, redes de dados (incluindo MANs, PANs, WANs, LANs, WLANs, micronets, piconets, internets e intranets), redes hi- bridas fibra coaxial, redes de satélites, redes celulares e redes de teleco- municações. Essas redes ou porções das mesmas podem utilizar qualquer uma ou mais tipologias diferentes (por exemplo, anel, barra, estrela, laço, etc.), meios de transmissão (por exemplo, cabo/ cabo de RF, sem fio de RF, ondas milimétricas, ópticas, etc.) e&/ ou comunicações ou protocolos de rede (porexemplo, SONET, DOCSIS, IEEE Std. 802.3, 802.11, ATM, X.25, Frame Relay, 3GPP, 3GPP2, WAP, SIP, UDP, FTP, RTP/RTCP, H.323, etc). A E- thernet (por exemplo., 10/100, 10/100/1000 (Gigabit Ethernet), 10-Gig-E, | etc.), MoCA, óptica (por exemplo., PON, DWDM, etc.), Serial ATA (e.g., SA- TA, e-SATA, SATAII), Ultra-ATA/DMA, Coaxsys (e.g., TVnet'”), sintonizador de radiofrequência (por exemplo, in-band ou OOB, cable modem, etc.), WiFi (802.11a,b,g,n), WiMAX (802.16), PAN (802.15), IrDA, ou outras famílias semfio.

Como aqui usado, o termo "condicionamento de sinal" ou "con- dicionamento” será compreendido como incluindo, mas não assim limitado, , transformação de tensão de sinal, filtragem e mitigação de ruído, divisão de sinal, controle e correção de impedância, limitação de corrente, controle de capacitância e retardo de tempo; Como aqui usados, os termos "topo", "fundo", "lateral", "para ci- ma", "para baixo" e semelhantes implicam apenas em uma posição ou geo- metria relativa de um componente para outro e de maneira alguma implicam . em um quadro de referência absoluto ou qualquer orientação requerida. Por exemplo, uma porção de "topo" de um componente pode, realmente, residir ' abaixo de uma porção de "fundo", quando o componente é montado em ou- tro dispositivo (por exemplo, no lado de baixo de uma PCB).

Conforme aqui usado, o termo "sem fio" significa qualquer sinal sem fio, dados, comunicação ou outra interface, incluindo sem limitação, Wi- Fi, Bluetooth, 3G (por exemplo, 3GPP, 3GPP2 e UMTS), HSDPA/HSUPA, TDMA, CDMA (por exemplo, I1S-95A, WCDMA, etc.), FHSS, DSSS, GSM, PAN/802.15, WiMAX (802.16), 802.20, banda estreiti/FDMA, OFDM, PCS/DCS, celular analógico, CDPD, sistemas de satélites, sistemas de on- das milimétricas ou de micro-ondas, ópticos, acústicos e infravermelho (isto é, DA).

Visão Geral A presente invenção proporciona, inter alia, aparelho sensor de corrente de baixo custo, aperfeiçoado, e métodos para fabricação e utiliza- ção do mesmo. Em uma modalidade, os aparelho sensores de corrente são formados em segmentos que são, em modalidades exemplificativas , em geral lineares em natureza de modo a facilitar o enrolamento dos aparelhos. Os segmentos formados são posicionados, subsequentemente, em geome- | trias complexas, tais como circulares, poligonais ou geometrias semelhantes a toro/ toroidal elípticas. Embora geometrias de toro sejam comuns, os seg- mentos formados podem ser adaptados para uso com uma ampla variedade de geometrias, em que os condutores em torno dos quais são formados são irregulares em natureza. Além das formas substancialmente fixas, modalida- des adicionais aqui divulgadas também são adequadas para conjuntos flexi- veis.

A abordagem da bobina "segmentada" antes mencionada, van- tajosamente, permite que o controle de custo de fabricação do dispositivo seja equilibrado com relação ao desempenho ou nível de precisão requerido. Quanto maior precisão é requerida para uma dada aplicação, um número maior de segmentos (e/ ou número maior de voltas por segmento) podem ser empregados, o que também corresponde, em geral, a um custo maior de - fabricação. Em aplicações de baixa precisão, um disposítivo de menor preci- sãocom menos segmentos e/ ou voltas pode ser utilizado, assim, proporcio- nando o custo mais baixo possível para o nível de precisão requerido.

Em uma implementação exemplificativa, os segmentos são for- mados de elementos espirais com recursos e/ou geometrias que facilitam, vantajosamente, sua montagem no aparelho sensor de corrente completo final. Esses elementos espirais incluem um ou mais acoplamentos articula- dos, recursos de alinhamento, rede flexível moldada, etc. a fim de facilitar a montagem. Em uma modalidade alternativa, os segmentos são formados de enrolamentos de fio ligados auto-sustentáveis, os quais, subsequentemente, são colocados em um elemento de cabeçote protetor. Um ou mais conduto- res de retorno ou passagem através de condutores também são utilizados, os quais são acoplados eletricamente aos enrolamentos para formar o apa- relho sensor de corrente.

Além disso, algumas modalidades aqui divulgadas incluem um clipe condutor moldado por inserção ou pós-inserido, que pode ser utilizado não só para envolvimento de fio (isto é, a fim de prender os enrolamentos antes de serem enrolados nos elementos da espiral) mas também para aco- plamento, eletricamente, de fios condutores aos enrolamentos dos elemen- | tos de bobina, assim, facilitando as conexões elétricas necessárias para formar um dispositivo de bobina de Rogowski. Ressaltos formados nos flan- ges externos dos elementos de espirais também são divulgados para uso em algumas modalidades. Esses ressaltos são incluídos como furos empa- relhados correspondentes para proporcionar alinhamento e estabilidade du- rante operações de enrolamento.

Em modalidades exemplificativas do dispositivo, o cabeçote e/ou os elementos das espirais são formados com recursos que são incorporados vantajosamente na geometria do dispositivo de modo a suportar e posício- nar, precisamente, o(s) condutor(es) de retorno com relação aos enrolamen- tos no dispositivo. O posicionamento do condutor de retorno pode ser ponde- rado com relação às considerações de desempenho e considerações de fa- bricação a fim de proporcionar um aparelho sensor de corrente de alto de- ; sempenho e baixo custo. O posicionamento do condutor pode mesmo ser variável em natureza, por exemplo, através de uma estrutura que suporta i múltiplas posições diferentes do(s) condutor(es).

Modalidades de "espaço livre" ou "sem forma" do dispositivo também são divulgadas em que as voltas do(s) enrolamento(s) (e os pró- prios segmentos) são formadas e e usadas sem uma espiral ou outra estru- turade suporte, Em uma variante, o chamado fio "ligado" é usado em que as voltas individuais do enrolamento são ligadas seletivamente umas às outras (por exemplo, via um adesivo termicamente ativado ou outra substância) de modo a manter as voltas em uma posição e orientação desejadas em rela- ção umas às outras, assim, eliminando a espiral e reduzindo o custo de fa- bricação, Em outra variante, os enrolamentos (e o condutor central) são en- capsulados em um polímero ou outro composto de encapsulamento, que "coloca em um recipiente" os enrolamentos e o condutor em posição relativa e adiciona estabilidade e rigidez mecânicas.

Modalidades autoconduzidas também são divulgadas as quais utilizam, por exemplo, terminações de montagem e superfície que permitem que cada um dos segmentos seja ligado (elétrica e mecanicamente) a um painel de circuito subjacente.

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Modalidades "ajustáveis" também são consideradas, que colo- cam dois (2) ou mais dos aparelhos sensores de corrente antes menciona- dos adjacentes um ao outro, a fim de corrigir deficiências de desempenho elétrico relacionadas com o segmento e/ou permitem o ajuste seletivo do desempenho da bobina por um usuário ou instalador. Em uma modalidade, duas ou mais bobinas são dispostas em uma orientação empilhada ou justa- posta e colocadas em relação uma à outra de modo a cancelar ou mitigar o vazamento de fluxo associado com as folgas entre os segmentos de bobina.

Em outra variante, as duas ou mais bobinas são substancialmente concên- ricas.

Modalidades "abertas" (isto é, aquelas que não formam uma es- trutura fechada) também são divulgadas. Além disso, várias opções de acondicionamento do dispositivo . (tais como opções de acondicionamento que incluíam conexões de barra coletora integradas), bem como várias configurações de enrolamento e blin- ] dagem que podem ser utilizadas com várias modalidades dos conjuntos segmentados de espiral e espiral aqui descritos também são descritas. Descrição Detalhada de Modalidades Exemplificativas Descrições detalhadas das várias modalidades e variantes do aparelhoe método da invenção são agora proporcionadas. Embora discuti- dos principalmente no contexto dos dispositivos sensores de corrente, e, em particular, em uma modalidade para os dispositivos sensores de corrente que operam de acordo com o princípio de Rigowski, os vários aparelhos e metodologias aqui discutidos não estão assim limitados. De fato, muitos dos aparelhos e metodologias aqui descritos são úteis na fabricação de qualquer número de configurações complexas de bobinas (tais como formas de toros enrolados (que podem se beneficiar das metodologias e aparelhos de fabri- cação segmentados aqui descritos, incluindo dispositivos que não utilizam ou precisam de uma passagem ou de condutor de retorno.

Além disso, é ainda apreciado que certos recursos discutidos com relação às modalidades específicas podem, em muitos casos, podem ser prontamente adaptados para uso em uma ou mais outras modalidades | consideradas que são aqui descritas.

Será prontamente apreciado por al- guém de habilidade comum, dada a presente descrição que muitos dos as- pectos aqui descritos possuem maior utilidade fora dos exemplos e imple- mentações específicas com que são descritos. —Princípiosda Bobina de Rogowski A fim de compreender melhor várias considerações de desenho na implementação das metodologias para a fabricação de bobinas exemplifi- cativas, conforme descrito aqui subsequentemente, é útil compreender os princípios subjacentes que governam o comportamento de uma bobina tipo Rogowski.

Como é bem compreendido nas técnicas eletrônicas, a tensão produzida por uma bobina de Rogowski é acionada pela Equação (1) abaixo: Equação (1) v= —ANyno dr ! dt Onde: A = a área de um dos laços pequenos; - N = o número de voltas; | = é o comprimento do enrolamento; Ho = uma constante magnética; e di/dt = é a taxa de mudança da corrente no laço.

A fim de uma implementação de vida real para operar mais perto do comportamento teórico apresentado na Equação (1), várias suposições sãofeitas incluindo que as voltas são uniformemente espaçadas e que o raio do dispositivo é comparativamente grande quando comparado com o raio das próprias voltas.

Em consequência, essas suposições e como elas afe- tam a sensitividade da própria bobina de Rogowski serão mantidas em men- te na discussão subsequente de vários dispositivos de bobinas, conforme apresentado abaixo.

Aparelho Sensor de Corrente Fazendo referência agora às figuras 1 — 1B, uma primeira moda- lidade de um aparelho sensor de corrente 100 é mostrada e descrita em de- talhes.

Especificamente, um aparelho sensor de corrente do tipo Rogowski é ilustrado na modalidade das figuras 1 — 1B.

A figura 1 ilustra os elementos principais associados com o aparelho sensor de corrente, incluindo uma bo- | bina enrolada 102m uma passagem ou condutor de retorno 104 e um cabe- çote segmentado 110.

Como pode ser visto na figura 1, uma primeira grande vantagem desse dispositivo 100 em relação às outras bobinas de Rogowski da técnica anterior é prontamente evidente. Especificamente, bobinas de Rogowski típi- cas da técnica anterior enfatizavam uma distribuição uniforme dos enrola- mentos de bobina por todo o laço do dispositivo, que se acreditava, grande- mente, ser necessária a fim de se obter desempenho elétrico adequado para o dispositivo. Contudo, foi descoberto pelo Cessionário que essa construção datécnica anterior não é apenas difícil de fabricar (resultando em preços de venda relativamente altos para o dispositivo), mas também, não necessária a fim de obter um nível desejado de desempenho elétrico para o dispositivo. Antes, através da segmentação do aparelho sensor de corrente 100 em múl- - tiplos segmentos de bobina, substancialmente, enrolados de modo uniforme 102, o dispositivo subjacente não é só mais fácil de fabricar, mas proporcio- ' na desempenho elétrico similar ou aperfeiçoado em relação aos dispositivos de bobinas de Rogowski tradicionais. Em uma modalidade exemplificativa, os segmentos de bobina 102 são enrolados em um mandril linear usando um enrolamento de fio liga- do. Além disso, um fio isolado regular também pode ser usado em conjunto com um processo de ligação/ colagem. Fio ligado é um produto/ processo bem estabelecido que é usado para produzir as chamadas "bobinas de ar". As próprias bobinas de ar são indutores e têm sido usados, convencional- mente, em tags de RFID, bobinas de voz, sensores e semelhantes. Os mate- riaiseo equipamento de fabricação para a produção de fio ligado estão dis- poníveis comercialmente a partir de uma variedade de fontes conhecidas para aqueles de habilidade comum; O fio ligado é, essencialmente, um fio revestido com um esmalte, tendo revestimento adicional aplicada (pelo ven- dedor do fio ou pelo fabricante do dispositivo) às superfícies externas do esmalte. De um modo geral, durante o enrolamento, o revestimento de fio ligado pode ser ativado (normalmente, pelo calor, embora outros tipos de processos, incluindo fluxo de radiação, agentes químicos e assim por diante) | para fazer com que os fios revestidos venham a aderir ou se liguem uns aos outros. Essa abordagem proporciona certos benefícios e economia de custo no contexto da produção de componentes eletrônicos. Através do uso de fio ligado, o próprio segmento de bobina 102 se torna uma estrutura autossus- tentável. O uso de fio ligado, em geral, é bem conhecido e seu uso na cons- trução de dispositivos indutivos é descrito em detalhes, por exemplo, no Pe- dido de Patente dos Estados Unidos copossuído Nº de Série 10/885.868, depositado em 6 de julho de 2004 e intitulado "Form-less Electronic Device and Methods of Manufacturing", cujos conteúdos são aqui incorporados a- través de referência em sua totalidade.

O dispositivo 100 da figura 1 ilustra apenas um segmento único de bobina 102, instalado no cabeçote segmentado 110, embora seja apreci- ado que o dispositivo 100 é destinado a operar com oito (8) segmentos de - bobina, conforme ilustrado. Além disso, embora oito (8) segmentos de bobi- l 15 nasejam mostrados, é apreciado que mais ou menos segmentos podem ser ' adicionados, dependendo grandemente do tamanho global do aparelho sen- sor de corrente 100 e sua forma/ perfil desejados. A capacidade de modificar o número de segmentos de bobina proporciona uma vantagem competitiva distinta em relação aos métodos da técnica anterior de fabricação de apare- lho sensor de corrente. Especificamente, à medida que o número de seg- mentos de bobina aumenta (isto é, avança em direção a uma quantidade teórica infinita de segmentos), o comportamento do aparelho sensor de cor- rente tenderá a ter um desempenho mais semelhante a uma bobina ideal, porém, isso se dá às custas de complexidade e custo de fabricação. Inver- samente, porém, o número de segmentos também pode ser diminuído até que um nível mínimo aceitável de desempenho elétrico tenha sido obtido, assim, minimizando a complexidade de fabricação, bem como o custo de fabricação.

Fazendo referência agora às figuras 1A e 1B, a construção da modalidade exemplificativa do cabeçote segmentado 110 é vista mais facil- mente. O cabeçote segmentado 110, na modalidade ilustrada, compreende oito (8) cavidades 112, cada uma delas associada com alguns individuais | dos segmentos de bobina 102. De preferência, o cabeçote segmentado 110 é construído a partir de um material polimérico moldado por injeção, embora outros materiais de construção, incluindo, sem limitação, compostos, materi- ais fibrosos (por exemplo, papel) e combinações do precedente, bem como metodologias alternativas (por exemplo, moldagem por transferência ou pro- cessos de montagem/ adesivos) sejam prontamente evidentes para alguém de habilidade comum dada a presente descrição. Em modalidades exempli- ficativa, múltiplos dos recursos de retenção de condutores de passagem 114 são posicionados em múltiplos pontos ao longo do cabeçote segmentado e entre cavidades adjacentes 112 e são utilizados para reter o condutor (ou condutores) de passagem através 104 (figura 1) em uma localização deseja- da com relação aos segmentos de bobina posicionados 102, Os recursos de retenção 114, na modalidade ilustrada, posicionam o(s) condutor(es) de passagem através 104 ao longo do eixo geométrico longitudinal de cada um | 15 dos segmentos de bobina, embora seja reconhecido que o posicionamento do(s) condutor(es) de passagem através pode ser variado (e, no caso onde múltiplos condutores podem ser usados, podem, realmente, ocupar diferen- tes posições dentro dos segmentos). Veja, por exemplo, a discussão da figu- ra 7 aqui, subsequentemente. Além disso, recursos 116 proporcionam um localparao envolvimento de fios de interconexão entre segmentos.

Embora o aparelho sensor de corrente ilustrado nas figuras 1 — 1B seja adaptado, especificamente, para aplicações em que o condutor do qual a corrente será finalmente detectada é capaz de ser passado através da porção central do aparelho 100, é reconhecido que o cabeçote segmen- tado pode ser fabricado de modo que não seja uma estrutura estática uni- forme. Por exemplo, é reconhecido que o aparelho 100 poderia ser articula- do, de modo que o cabeçote segmentado 110 é capaz de ser enrolado em torno do condutor de transporte de corrente para fins de instalação ou permi- te a medição /testagem por um operador/ instalador no campo. Além disso, um cabeçote segmentado articulado também poderia ser prontamente adap- tado de modo que a natureza flexível do cabeçote opera em mais do que um único grau de liberdade rotacional. Por exemplo, o cabeçote segmentado | não só poderia ser adaptado de modo a permiítir que o laço encerrado do dispositivo seja aberto e fechado, mas também seria permitido se articular e torcer, de modo a facilitar a capacidade de que o cabeçote segmentado seja acomodado em qualquer número de localizações de instalação difíceis no campo.

A extremidade oposta (quer dizer, que não é articulada) poderia, então, ser ainda adaptada com um mecanismo de retenção (tal como uma mola de pressão e semelhantes) que retém o aparelho articulado em sua forma fechada. É ainda reconhecido que isso pode ser realizado sem articu- lações (por exemplo, via o uso de cavilhas, molas de pressão, a tensão do condutor de passagem, etc.) ou via a segmentação do cabeçote 110 em du- as ou mais porções separáveis ou móveis, dependendo das necessidades do sistema em que o aparelho será finalmente instalado. A modalidade seg- . mentada separável ou móvel do aparelho sensor de corrente 100 descrito nasfiguras 1-1B também é reconhecida como sendo igualmente aplicável O às outras modalidades de aparelho sensor de corrente, descritas aqui sub- sequentemente.

Também deve ser notado que o cabeçote 110, em certas aplica- ções, é prontamente modificado para facilitar a montagem do aparelho sen- sorde corrente em um substrato externo (quer via a montagem em superfi- cie ou aplicações de furo atravessante). Por exemplo, em aplicações de furo atravessante, o cabeçote 110 incorpora aberturas (não mostradas) que sus- tentam e posicionam as extremidades dos condutores usados no aparelho sensor de corrente em um espaçamento predeterminado. Esses condutores, de preferência, são formados de um fio condutor de espessura suficiente tal que a deformação do fio antes da instalação é improvável. Em aplicações de montagem em superfície, o cabeçote é adaptado, prontamente com duas ou mais áreas condutoras. Essas áreas condutoras podem ser formadas de placas metálicas distintas que são presas ao cabeçote ou, alternativamente, incorporadas via qualquer número de processos de galvanização polimérica bem conhecidos. As extremidades dos condutores podem ser, então, aco- pladas, eletricamente, às áreas condutoras via soldagem, soldagem resisti- | va, etc., de modo a formar uma conexão elétrica entre os enrolamentos de aparelho sensor de corrente e as áreas condutoras a serem montadas em um substrato externo via um processo de montagem em superfície.

O aparelho sensor de corrente (quer estático ou de outro modo) também pode, opcionalmente, ser encapsulado em uma cobertura do tipo concha ou de outro modo encapsulado/ moldado/ sobremoldado, etc., para proteção contra poeira e detritos, bem como proporcionar resistência acen- tuada às altas tensões, por exemplo, do condutor que está sendo medido pelo aparelho sensor de corrente.

Além disso, foi verificado que, em certas implementações, o desempenho do aparelho sensor de corrente é extrema- mente sensível às deformações nos segmentos de bobina 102. Em conse- quência, através do encapsulamento do aparelho sensor de corrente em uma cobertura do tipo concha ou de outro modo encapsulando os enrola- - mentos, o desempenho do aparelho sensor de corrente pode ser protegido | 15 em um custo relativamente barato para o consumidor final.

Além das moda- É lidades estáticas (isto é, onde o aparelho encapsulado 100 é substancial- mente rígido, é reconhecido que as modalidades flexíveis podem ser pron- tamente implementadas pelo uso de um encapsulamento que é flexível.

Es- se disposítivo flexível, em uma variante exemplificativa, é formado pela utili- zaçãode uma tubulação de encolhimento coberta de borracha disposta em torno pelo menos de porções do cabeçote 110. Fazendo referência agora à figura 1C, uma modalidade alternati- va do aparelho sensor de corrente ilustrada nas figuras 1 — 1B é mostrada e descrita em detalhes.

Especificamente, a modalidade da figura 1C ilustra uma bobina helicoidal construída continuamente para uso com ou sem um cabeçote ou elemento espiral, conforme ilustrado na figura 1. O aparelho sensor de corrente 180 da figura 1C é dividido, efetivamente, em segmentos 102 via o uso de uma fieira de adesivo 120, disposta, por exemplo, na cir- cunferência interna da bobina.

Dependendo da aplicação particular, os tipos de adesivo utiliza- dos podem variar amplamente.

Por exemplo, onde alguma flexibilidade é desejada dentro dos segmentos individuais 102, um adesivo flexível (tal co- | mo silicone) é usado para permitir algum movimento entre voltas individuais de fio dentro de um segmento 102. Alternativamente, onde a flexibilidade não é desejada, um adesivo mais duro, tal como epóxi de duas partes, é u- sado para limitar a quantidade de movimento entre voltas individuais de fio dentrodeum segmento.

Na modalidade ilustrada, o aparelho sensor de corrente é forma- do em um mandril em um enrolamento contínuo. O adesivo é, então, coloca- do em porções segmentadas 102 no diâmetro interno do aparelho sensor de corrente acabado usando um aparelho de autodistribuição, assim, automati- zando, substancialmente, a fabricação do aparelho sensor de corrente. Nota- se também que o condutor de retorno (não mostrado) é roteado no interior da bobina antes do enrolamento. Embora o adesivo seja previsto, principal- mente, como sendo colocado no diâmetro interno do aparelho sensor de cor- - rente acabado, é reconhecido que modalidades alternativas poderiam colo- l 15 car, prontamente o adesivo em qualquer parte nos enrolamentos (como o o diâmetro externo) e mesmo em múltiplas localizações nos enrolamentos (pa- ra aumentar a segurança e minimizar o movimento entre enrolamentos adja- centes em qualquer dado segmento). Além disso, embora o adesivo seja previsto, principalmente, como sendo disposto nos enrolamentos em seg- mentos distintos, é reconhecido que a fieira de adesivo colocada nos enro- lamentos pode ser colocada continuamente ao longo do comprimento dos enrolamentos, especialmente em casos onde o adesivo usado cura em uma forma flexível.

Vantajosamente, o processo precedente também se presta às operações de fabricação em massa, paralelas. Por exemplo, um mandril cu- rado pode ser usado, com os segmentos para muitas bobinas sendo forma- dos (e curados, se aplicável) sobre ele, como o adesivo precedente sendo aplicado rapidamente em um movimento para baixo do mandril. As bobinas individuais podem, então, ser cortadas no mandril (ou após a remoção de todoo conjunto do mandril, se desejado) e as bobinas cortadas individuais formadas no formato desejado (por exemplo, substancialmente circulares ou poligonais) e terminadas. De modo similar, múltiplos desses mandris podem | ser processados em paralelo, até as limitações do equipamento de fabrica- ção. Essa fabricação em massa proporciona economia adicional de escala acima daquelas proporcionadas pelo desenho de bobina sozinho. O dispositivo da figura 1C também pode ser encapsulado dentro deum composto hospedeiro, se desejado (por exemplo, composto de enva- samento, silicone, etc.), de modo que sua rigidez mecânica é mantida subs- tancialmente, pelo menos nas dimensões críticas. Especificamente, tem sido reconhecido pelo(s) inventor(es) que as bobinas aqui descritas podem, em muitos casos, serem sensíveis (em termos de degradação no desempenho) às mudanças na área ou perfil seccional transversal das voltas de cada segmento. Por exemplo, se as bobinas dos segmentos no dispositivo da fi- gura 1C forem esmagadas ou distorcidas, a precisão do dispositivo como um todo pode se degradar, significativamente. Essa dimensão é mais importante - do que, por exemplo, manutenção da "circularidade" do dispositivo como um todo, bem como manutenção do(s) condutor(es) que estão sendo monitora- O dos dentro do centro geométrico da bobina/ polígono, o dispositivo, de modo vantajoso, sendo amplamente tolerante a este último. Em consequência, a estabilidade mecânica pelo menos da área seccional transversal das voltas da bobina é uma consideração importante em muitas aplicações. Quer essa estabilidade seja mantida via o uso de um "envoltório" exterior duro ou rígido (por exemplo, uma caixa, ou, alternativamente, uma luva ou outra disposição que encubra o exterior da bobina) ou via encapsulamento ou via suporte in- terno, tal como uma espiral ou cabeçote, é, amplamente, uma escolha de desenho.

A figura 1D ilustra uma vista de cima para baixo de um aparelho sensor de corrente 100, conforme ilustrado , por exemplo, na figura 1C, que não possui um elemento de cabeçote, conforme ilustrado nas figuras 1 — 1B. Especificamente, a figura 1D ilustra uma primeira maneira exemplificativa de tornar o aparelho sensor de corrente instalável no campo, em torno de um condutor (sem necessitar da remoção do condutor do dispositivo ao qual o condutor é preso). O aparelho sensor de corrente, ilustrado na figura 1D, possui uma extremidade de sobreposição 185 que pode ser roteada em tor- | no de um condutor. A extremidade de sobreposição pode, então, ser presa via um adesivo e semelhante à outra extremidade da bobina.

Desse modo, as extremidades livres do dispositivo de bobina podem ser roteadas em torno da instalação de condutor existente e as duas extremidades sobrepostas e presas no lugar, assim, formando um laço efeti- vamente não partido. Embora venha a ser apreciado que essa configuração de "sobreposição" tem menos precisão do que um dispositivo "não partido" comparável (por exemplo, um sem extremidades per se, mas antes feito co- mo um laço contínuo), também proporciona a capacidade antes mencionada de instalação no campo, sem desmontagem e também custo de fabricação muito baixo (conforme descrito em maiores detalhes abaixo).

É notado que, embora o dispositivo da figura 1D ilustre as duas extremidades da sobreposição da bobina no plano vertical (isto é, normal ao . plano da figura), as extremidades de sobreposição podem se sobrepor radi- almente, embora mantendo um perfil vertical "plano" (isto é, uma extremida- o de sendo disposta em um raio menor do que o da outra extremidade).

As duas extremidades livres do dispositivo da figura 1C podem ser unidas usando qualquer número de técnicas diferentes, incluindo (sem limitação): (1) utilizando apenas a rigidez ou maleabilidade existente do dis- positivo de bobina, se aplicável, para manter as duas extremidades na rela- ção próxima desejada (isto é, "curvando" o dispositivo em forma); (2) um adesivo para ligar as duas extremidades; (3) uma seção de tubulação de encolhimento (por exemplo, se encolhe quando aquecida) do tipo bem co- nhecido nas técnicas de vedação elétricas e ambientais; (4) uma presilha de plástico ou de outro tipo: (5) usando fita (por exemplo, fita isolante ou adesi- va; ou (6) um conjunto moldado ou formado de encaixe sob pressão, dispos- to nas ruas respectivas extremidades. Cada um dos precedentes (em vários graus) proporciona o benefício de custo muito baixo, especialmente quando usado em conjunto com as técnicas de formação efetivas em custo para o próprio dispositivo.

A figura 1E ilustra uma modalidade alternativa instalável em campo do disposítivo, em que as extremidades livres do aparelho sensor de | corrente 100 se apóiam uma na outra em 190. A modalidade da figura 1E é antecipada ser maior em custo de fabricar do que aquela mostrada na figura 1D, mas proporciona melhor desempenho eletromagnético (precisão) em relação à modalidade anterior ilustrada na figura 1C, devido amplamente ao fatodequeas extremidades apoiadas permitem, efetivamente, que a bobina seja quase "perfeita" na forma e previnem qualquer sobreposição (o que causa distorções magnéticas e vazamento). As extremidades do aparelho sensor de corrente podem ser apoiadas usando qualquer número de técni- cas de montagem incluindo, sem limitação: (1) um acoplamento de pino de localização; (2) um acoplamento magnético; (3) um acoplamento de rosca; (4) um acoplamento de tubo de encolhimento; e (5) um acoplamento do tipo encaixe — pivô.

Com relação ao uso de um acoplamento magnético, deve ser notado que o uso de ímã não influencia uma mudança na corrente a ser me- . dida (isto é, dVdt) e, em consequência, vantajosamente, não afeta as capa- cidades de desempenho elétrico do dispositivo.

A modalidade da figura 1D é o um pouco mais cara de fabricar do que a da figura 1C (devido em grande parte ao custo da exigência de apoio para o acoplamento), ainda proporcio-

na uma precisão maior.

Também será reconhecido que as modalidades das figuras 1D e 1E podem ser moldadas de modo a serem flexíveis em múltiplas dimensões.

Por exemplo, em uma variante, as extremidades de bobina podem ser afas- tadas um pouco (de modo a permitir o envolvimento em torno de um condu- tor ou barra coletora instalada ) devido à flexibilidade da bobina (particular- mente, as folgas entre o segmentos) ainda variadas verticalmente com rela- çãouma à outra (isto é, manter o mesmo raio, ainda mover-se em relação uma à outra, à medida que forças torcionais são aplicadas a ambas as ex-

tremidades). Em outra variante, apenas uma porção prescrita da bobina (por exemplo, uma região de "articulação", não mostrada) é permitida flexionar significativamente.

Isso pode ser realizado em qualquer número de maneiras diferentes, como pelo uso de um material de cobertura mais fino ou articula- ção mecânica real, na região de articulação, de modo que se flexiona, de | preferência, naquela região.

Fazendo referência agora às figuras 2 — 2C, uma segunda mo- dalidade exemplificativa de um aparelho sensor de corrente baseado em cabeçote ou espiral 200 é mostrada e descrita em detalhes. Especificamen- te, oaparelho sensor de corrente 200 das figuras 2 - 2C compreende multi- plos dos elementos de espiral segmentados 210. Cada um desses elemen- tos em espiral 210 é disposto em seguida ao outro via um acoplamento op- cionalmente articulado 220. Em uma modalidade exemplificativa, esse aco- plamento articulado 220 inclui recursos (como mola de pressão e semelhan- tes), que retêm elementos espirais segmentados adjacentes, de modo que eles permanecem presos um ao outro, porém, é reconhecido que, em moda- lidades alternativas, o acoplamento articulado pode proporcionar apenas uma articulação, como oposto a uma função de articulação e de retenção. . Em uma modalidade alternativa, o acoplamento articulado pode ser realiza- doatravés da moldagem de uma trama fina de material de conexão entre os o adjacentes de elementos de espiral 210. Essa configuração poderia ser feita estática (tal como para uso em modalidades em que a geometria de aplica- ção final é conhecida) ou flexível como aqui descrito previamente. O aco- plamento também pode ser feito frangível; isto é, separável após um número limitado de ciclos de carga, se desejado, de modo a facilitar a separação seletiva dos componentes.

Fazendo referência agora às figuras 2 e 2A, um segmento parci- al de um aparelho sensor de corrente 200 é mostrado. Especificamente, a- penas um segmento de quarenta e cinco graus (45º) de um aparelho 200 de trezentos e sessenta graus (360º) é ilustrado. Em consequência, como pode ser visto na modalidade ilustrada, o aparelho completo 200 consistirá de oito (8) elementos de espirar segmentados 210. Embora oito elementos sejam considerados, esse número é definido arbitrariamente pela geometria subja- cente da aplicação de aparelho sensor de corrente, bem como parâmetros de desempenho definidos. Portanto, é prontamente reconhecido que mais ou menos elementos de formas ou configurações diferentes (incluindo também "misturas" heterogêneas de duas ou mais configurações de elementos de | espiral diferentes) poderiam ser utilizados em modalidades alternativas.

A modalidade ilustrada nas figuras 2 — 2C também inclui uma passagem central 230 que é destinada a posicionar o condutor de passagem em uma localização precisa dentro de cada um dos elementos de espiral segmentados. Na configuração ilustrada, a passagem é posicionada ao lon- go do eixo geométrico longitudinal (isto é, o centro geométrico) de cada um dos elementos de espiral cilíndricos 210; porém, conforme aqui observado, a posição do(s) condutor(es) central(ais) pode ser (i) não simétrica com rela- ção à seção transversal da passagem 230 ou elemento de espiral; (ii) pode ser variável ou mutável; e/ ou (iit) pode residir em outras localizações.

As figuras 2B e 2C ilustram vistas em perspectiva diferentes de um elemento único de espiral segmentada 210 de acordo com uma modali- dade. O elemento de espiral 210 é caracterizado por um canal de enrola- “x mento 212 adaptado para recebimento de uma ou mais camadas de enrola- mentos, enquanto flanges 218 retêm os enrolamentos no canal de enrola- o mento 212, resultando em uma distribuição uniforme dos enrotamentos den- tro do elemento de espiral 210. Embora o canal de enrolamento esteja ilus- trado com um cilindro de enrolamento liso, é apreciado que ranhuras poderi- am ser formadas no cilindro de enrolamento, a fim de proporcionar recursos adicionais para guiar os enrolamentos de modo que sejam enrolados mais uniformemente. Além disso, a seção transversal desse "cilindro" não precisa ser simétrica e/ou pode incluir também a segmentação (isto é, pode incluir um octógono, elipse, polígono, etc. em seção transversal).

Posicionadas em extremidades opostas dos flanges estão colu- nas alinhadas 216 posicionadas acima de suportes 240. Essas colunas de alinhamento 216 são opcionais, mas são utilizadas para facilitar a colocação individual dos elementos de espiral 210 dentro de um cabeçote de encapsu- lamento (veja para exemplo a figura 44, 460, aqui descrita subsequentemen- te). Colunas de roteamento 214 são utilizadas para facilitar o roteamento dos enrolamentos entre indivíduais dos elementos de espiral 210 durante enro- lamento automatizado em um mandril, como será discutido aqui de modo mais completo, subsequentemente. Essas colunas de roteamento 214 atuam | como pontos de entrada/ saída para o fio enrolado dentro do canal de enro- lamento 212.

Lembrando-se da discussão do acoplamento articulado 220 com relação à figura 2A. Como pode ser visto nas figuras 2B e 2C, o acoplamen- to articulado compreende uma porção protuberante 222 e uma respectiva porção de receptáculo 224, que é dimensionada de modo a acomodar a por- ção protuberante de um elemento de espiral adjacente 210. O canal de rote- amento 232, opcionalmente, também pode ser utilizado para rotear o fio de saída do último segmento para o fio de retorno no interior da bobina. Note que na modalidade ilustrada, o acoplamento articulado 220 não inclui ele- mentos que permitem que elementos adjacentes 210 permaneçam movel- mente acoplados um ao outro. Antes, a tensão associada com os respecii- vos enrolamentos e condutor de passagem é usada, realmente, para reter o - dispositivo sensor de corrente em sua forma acabada semelhante a toro. Contudo, é reconhecido que modalidades alternativas podem incluir, pron- O tamente, recursos que acoplam fisicamente elementos adjacentes 210 um ao outro, usar adesivos ou outros agentes de ligação, etc. Fazendo referência agora às figuras 3 — 3D, ainda outra modali- dade para um dispositivo sensor de corrente do tipo Rogowski 350 é ilustra- do. A figura3 ilustra um elemento de espiral único 300, do qual oito (8) são requeridos (para a modalidade ilustrada) a fim de criar um dispositivo sensor de corrente único 350. É reconhecido que mais ou menos elementos de bo- bina, aqueles de configuração heterogênea, etc. poderiam ser utilizados em modalidades alternativas, como discutido previamente com relação às outras modalidades. Ao contrário do elemento de espiral 210 das figuras 2 - 2C, o elemento de espiral 300 da figura 3 não necessita de um acoplamento articu- lado. Na verdade, o elemento de espiral 300 da figura 3 é construído de mo- do que formem uma estrutura semelhante a toro do dispositivo sensor de corrente 350, quando os elementos de espiral 300 são colocados adjacentes umao outro. Veja, por exemplo, a figura 3B, que mostra, exatamente, meta- de (isto é, quatro (4) elementos de espiral) do dispositivo sensor de corrente

350. Cada elemento de espiral inclui um canal de enrolamento 310, que é | definido por respectivos elementos de flange 330; Esses elementos de flan- ge mantêm e definem a largura do enrolamento para o canal de enrolamento

310. O elemento de espiral 300 ainda compreende colunas de roteamento 312, as quais, mais uma vez, são utilizadas do pontos de saída/ entrada pa- raoenrolamento à medida que saem e entram no canal de enrolamento

310. Além disso, esses pontos de entrada/ saída também podem ser usados para fixar o condutor de passagem ou de retorno antes do enrolamento. Ca- nais de roteamento de condutor de passagem 314 opcionais são incluídos adjacente às colunas de roteamento 312. Os canais de roteamento 314 são adaptados para acomodar um ou mais condutores de passagem abaixo dos enrolamentos colocados dentro do canal de enrolamento 310. Em conse- quência, o condutor de passagem, que é roteado através do canal 315, van- tajosamente, ajuda a manter a integridade estrutural do dispositivo montado - 350, quando montado, via tensão aplicada ao condutor de passagem (na mostrado).

2 Em uma modalidade alternativa, o condutor de passagem pode, na verdade, ser roteado através da cavidade central 320 (isto é, ao longo do diâmetro interno da cavidade central). Além disso, o elemento de espiral 300 poderia ser prontamente adaptado para acomodação através de uma pas- sagem central construída dentro da cavidade central 320 (similar àquela mostrada na figura 2B, 230). Essas e outras modalidades serão prontamente evidentes para alguém de habilidade comum na técnica dada a presente descrição.

A figura 3A ilustra uma vista em alçado lateral do elemento de espiral 300 mostrado na figura 3. Especificamente, como pode ser visto na figura 3A, apesar da geometria curvada do elemento de espiral 300, a cavi- dade central 320 passa, na modalidade ilustrada, em uma linha reta através do corpo do elemento de espiral. Isso facilita o enrolamento automatizado do elemento de espiral (veja, por exemplo, as figuras 3C — 3D) O entalhe cha- veado 322 também passa linearmente ao longo da parede interna da cavi- dade central 320, assim, proporcionando um recurso que pode ser recebido dentro de um respectivo slot (veja a figura 3D, 362) em um mandril que per- | mite que o elemento de espiral 300 seja girado com precisão durante o pro- cesso de enrolamento.

As figuras 3C e 3D ilustram quatro (4) desses elementos de es- piral 300 montados em um mandril 360. Note que como os elementos de espiral 300 são configurados em um modo linear, o enrolamento automati- zado da forma final "semelhante a toro" é muito simplificado em relação a uma forma de toro (circular) verdadeira, O colar 370 é montado na extremi- dade do mandril 360 e prende os elementos de espiral no mandril 360. À modalidade ilustrada nas figuras 3 — 3D pode, então, opcionalmente, ser en- —capsulada em um cabeçote ou alojamento, tal como, por exemplo, um cabe- çote do tipo concha em sobreposição (não mostrado) ou outro envoltório.

Fazendo referência agora às figuras 4 — 4B, uma quarta modali- dade exemplificativa de um aparelho sensor de corrente 400 é mostrada e . descrita em detalhes.

Especificamente, o aparelho sensor de corrente 400 i 15 dasfiguras4-4B compreende múltiplos dos elementos de espiral segmen- 2 tados 410. Cada um desses elementos de espiral 410 são dispostos em se- guida um ao outro via o uso de um cabeçote em forma de anel externo 460 (figura 4A). A figura 4 ilustra um segmento parcial do aparelho sensor de corrente 400 da figura 4A.

Especificamente, apenas um segmento de qua- renta e cinco graus (45º) de um aparelho de trezentos e sessenta graus (360º) 400 é mostrado.

Em consequência, na modalidade ilustrada, o apare- lho 400 completo consistirá do número de cavidades 464 nos cabeçotes se- melhantes a anel 460 da figura 4A.

O elemento de espiral 410, ilustrado na figura 4, inclui uma pas- — sagem central 430, que é destinada a posicionar o condutor de passagem em uma localização precisa dentro de cada um dos elementos de espiral segmentados.

Na modalidade ilustrada, a passagem é posicionada ao longo do eixo geométrico longitudinal do elemento de espiral cilíndrico 410. O ele- mento de espiral 410 da figura 4 também inclui uma passagem alternativa 432, que pode ser utilizada para rotear o fio de retorno através do centro do segmento de espiral para fins de facilitação da montagem.

O elemento de espiral 410 é caracterizado por um canal de enrolamento 412 adaptado para | recebimento de uma ou mais camadas de enrolamentos, enquanto flanges 418 retêm os enrolamentos no canal de enrolamento 412, resultando em uma distribuição uniforme dos enrolamentos dentro do elemento de espiral

410. Posicionadas nas extremidades opostas dos flanges estão colunas de alinhamento 416 posicionadas acima dos suportes 440. Essas colunas de alinhamento 416 são opcionais, mas são utilizadas para facilitar a colocação individual dos elementos de espiral 410 dentro do cabeçote 460. Os recursos de roteamento 422 são utilizados para facilitar o roteamento dos enrolamen- tos entre os individuais dos elementos de espiral 410 durante enrolamento automatizado em um mandril, como será mais completamente aqui discutido subsequentemente com relação à figura 4B. Esses recursos de roteamento 422 atuam como pontos de entrada/ saída para o fio enrolado dentro do ca- nal de enrolamento 412.

: A figura 4B ilustra elementos de espiral individuais 410 monta- i 15 dos em um mandril 470 com a finalidade de enrolamento automatizado de 2 individuais dos elementos de espiral. Como pode ser visto, um s/ot 472 é usinado ou de outro modo formada no mandril de enrolamento 470. Esse slot 472 é dimensionado para acomodar um respectivo recurso 434 (figura 4) nos elementos de espiral individuais, o que facilita a operação de enrolamen- to. Um colar 480 é colocado através de uma extremidade do mandril 470 a fim de ficar e posicionar os elementos de espiral individuais 410 em uma lo- calização segura ao longo do eixo do mandril. Essa abordagem permite ca- pacidade de repetição e consistência durante o processo de enrolamento, sem necessidade de uso de equipamento de visão, para ajudar a localizar a extremidade de alimentação do enrolador automatizado.

Nota-se também que todos os oito (8) segmentos 410 utilizados para formar o aparelho sensor de corrente são dispostos em um único man- dril de enrolamento 470. Embora modalidades anteriores (figura 3C) tenham ilustrado apenas uma porção de todo o aparelho sensor que está sendo for- —madoa qualquer momento em um mandril, a modalidade da figura 4B ilustra uma modalidade em que todos os segmentos podem ser enrolados em uma única operação de enrolamento. Os segmentos enrolados pode, então, ser | removidos, subsequentemente, do mandril e colocados nos cabeçotes 460, conforme mostrado na figura 4A.

Fazendo referência agora às figuras 5 — 5C, ainda outra modali- dade de um elemento de espiral 510 para uso em um dispositivo sensor de corrente é mostrada e descrita em detalhe. O elemento de espiral ilustrado na figura 5 é similar em construção com a modalidade articulada ilustrada previamente nas figuras 2 — 2C. Especificamente, a modalidade ilustrada na figura 5 é similar pelo fato de que ela possui um canal de enrolamento 512, definido por flanges de enrolamento externos 518. Além disso, a modalidade ilustrada ainda inclui colunas de roteamento 514 para facilitar o roteamento de fio magnético entre adjacentes dos canais de enrolamento (veja a figura 5C). O elemento de articulação 522 também é adaptado para recebimento em um respectivo recurso localizado em elemento de espiral adjacente 510 : e atua como um ponto pivô para os elementos de espiral, similar à funciona- i 15 lidade, conforme descrito com relação às figuras 2 — 2C. Veja também o o ponto de articulação 550 ilustrado na figura 5B. Além disso, os elementos de espiral coletivos podem, então, opcionalmente, ser colocados no interior de uma cobertura do tipo concha (não mostrada) ou outro encapsulamento ou entre um par de elementos de cabeçote (similar àqueles mostrados na figura 4A,460).

Contudo, ao contrário das modalidades anteriores discutidas, a modalidade do elemento de espiral 510 ilustrado na figura 5 difere pelo fato de que o(s) condutor(es) de passagem ou de retorno (não mostrados) não são roteados através da abertura central 534, como foi ilustrado na modali- dade anterior das figuras 2- 2C, antes, a abertura de roteamento de fio 530 é utilizada para essa finalidade. A abertura de roteamento de fio 530 é posi- cionada dentro do corpo do cilindro de enrolamento, o diâmetro externo da qual define o canal de enrolamento 512. Essa configuração tem vantagens em termos de montagem, visto que o condutor de passagem é residente no diâmetro interno do dispositivo sensor de corrente acabado. Como o condu- tor de passagem está no diâmetro interno, o comprimento do condutor de passagem, vantajosamente, não precisa ser alongado significativamente, | pois os elementos de espiral individuais 510 são formados em sua forma de toro final.

Isso permite, inter alia, maior simplicidade e eficiência na fabrica-

ção e na montagem, Além disso, como o condutor de passagem não é posicionado dentroda abertura central 534, ele pode ser facilmente acomodado durante o processo de enrolamento do mandril com os elementos de espiral indivi- duais 51- montados, cada um deles, no mandril 560. Note também que a superfície plana 536 (como talvez seja mostrado melhor na figura 5A) cor- responde com uma superfície plana 570 localizada no mandril 560. Essa geometria ajuda a assegurar que os elementos de espiral 510 girem com as rotações do mandril.

As figuras 6 — 6B ilustram outra variante do aparelho sensor de corrente das figuras 5 — 5C.

A modalidade das figuras 6 — 6B é similar pelo . fato de que é composta de elementos de espiral 610 para uso em um dispo- sitivo sensor de corrente.

O elemento de espiral 810 compreende um conjun- o to articulado similar àquele ilustrado nas figuras 2 — 2C.

O elemento de espi- ral ainda possui um canal de enrolamento 612 definido pelos flanges de en- rolamento externos 619 e ainda inclui colunas de roteamento 614 para facili- tar o roteamento de fio magnético entre adjacentes dos canais de enrola- mento (veja afigura 6B). O elemento de articulação 622 também é adaptado para recebimento em um respectivo recurso, localizado em um elemento de espiral adjacente 610 e atua como um ponto pivô para os elementos de espi- ral, similar à funcionalidade, conforme descrito com relação às figuras 2 — 2C e às figuras 5 — 5C.

Veja também o ponto de articulação 650 ilustrado na figura 6B.

Os elementos de espiral coletivos 610 podem, então, opcional- mente, ser colocados no interior de uma cobertura do tipo concha (não mos- trada) ou outro envoltório ou entre um par de elementos de cabeçote (similar àquele mostrado na figura 44, 460). A modalidade do elemento de espiral 610 ilustrada na figura 6 di- feredasmodalidades ilustradas anteriores em um aspecto importante, isto é, que o canal de roteamento (não mostrado) não é roteado através da abertu- ra central, como foi ilustrado nas modalidades anteriores.

Antes, o s/ot de | roteamento de fio 630 é utilizado para essa finalidade. O s/ot de roteamento de fio 630 é posicionado na periferia exterior ou diâmetro externo do canal de enrolamento. Essa configuração tem vantagens em termos de montagem, visto que o condutor de retorno é residente não só no diâmetro interno do dispositivo sensor de corrente acabado, mas também não precisa ser ros- queado através de uma abertura, assim, simplificando a montagem.

Também deve ser notado que o slot de roteamento pode ser u- sado para operar o fio de retorno (condutor) e/ou um embutimento de cabo flexível (não condutor). Por exemplo, em uma variante (ver a figura 6C),. O fiosendo enrolado em torno das espirais capturaria e prenderia o cabo (não mostrado) antes mencionado no slot externo 631 aos elementos de espiral individuais, de modo a proporcionar uma articulação flexível entre eles e adi- cionar estabilidade mecânica (bem como proteger o fio de cruzamento du- o rante a montagem). Esse cabo não tem que ser redondo em seção transver- sal, de fato, pode ter, literalmente, qualquer forma seccional transversal, in- o cluindo, sem limitação, quadrada, retangular, poligonal, oval/ elíptica ou mesmo ser um composto de múltiplos fios (por exemplo, trançados).

Além disso, porque o condutor de retorno está no diâmetro inter- no, o comprimento do condutor de retorno não precisa ser significativamente alongado, visto que os elementos de espiral individuais 610 são formados em seu formato de toro, como previamente discutido. Além disso, como o condutor de retorno não é posicionado dentro da abertura central 634, ele pode ser facilmente acomodado durante o processo de enrolamento em mandril. Com os elementos de espiral individuais 610, montados, cada um deles,nomandril 560, ilustrado na figura 5C.

Fazendo referência à figura 7, várias posições exemplificativas para um retorno ou condutor de retorno em um elemento de espiral 700 são mostradas. Especificamente, a figura 7 ilustra várias opções para posicio- namento do condutor de retorno com relação ao elemento de espiral 700 e os respectivos enrolamentos 710 dispostos naquele elemento. Embora ilus- trando, simultaneamente, múltiplos condutores de retorno (720, 730, 740, 750, 760) é reconhecido que na maior parte das modalidades, apenas uma |

Única posição para o condutor de retorno existirá de cada vez. As várias op- ções ilustradas são como segue (estas não são destinadas a serem limitati- vas e existem outras opções): Opção (1) - O condutor de retorno 720 pode ser colocado no raio do diâmetro interno do elemento de espiral 700, similar ao posicionamento , conforme apresentado na modalidade das figuras 5— 5C; Opção (2) — O condutor de retorno 730 também pode ser colo- cado externo aos enrolamentos 710. Embora não convencional, foi verificado que essa disposição é efetiva, desde que o condutor de retorno 730 esteja em contato físico com os enrolamentos 710. É apreciado que o condutor de retorno 730 , literalmente, pode ser colocado em qualquer parte ao longo da periferia externa dos enrolamentos 710; Opção (3) — O condutor de passagem 740 pode ser colocado no centro geométrico do elemento de espiral 700 (isto é, ao longo do eixo geo- métrico longitudinal de enrolamento), conforme apresentado, por exemplo, O nas figuras 2-2C; Opção (4) - O condutor de passagem 750 pode ser posicionado ao longo do raio do diâmetro externo do elemento de espiral 700 interno aos enrolamentos 710; e/ ou Opção (5) - O condutor de passagem 760 pode ser posicionado fora de plano com relação às posições do condutor interno 720 e do condu- tor externo 750, conforme apresentado em (1) e (4) acima.

As várias opções discutidas acima com relação à figura 7 têm várias trocas entre desempenho elétrico versus capacidade de fabricação.

Porexemplo, em algumas aplicações, a degradação no desempenho elétrico vista por um aparelho sensor de corrente não significativa o bastante para compensar os benefícios em termos de facilidade de fabricação através da colocação de do condutor de passagem de alimentação mais perto do diâ- metro interno do aparelho sensor de corrente completado (como discutido acima com relação, por exemplo, às figuras 5 — 5C). De modo alternativo, em aplicação de alto desempenho e/ou precisão, o custo de fabricação adi- cional pode ser justificado pelo alto nível de desempenho/ precisão. Essas | trocas serão prontamente compreendidas por alguém de habilidade comum dada a presente descrição e, em consequência, não são aqui discutidas.

Fazendo referência agora à figura 8, ainda outra modalidade de um aparelho sensor de corrente 810 é mostrada e descrita em detalhes. Es- pecificamente, a modalidade da figura 8 direciona o caso especial onde o condutor de transporte de corrente 820 a ser detectado é oblongo ou de ou- tro modo irregular na forma. Essa forma oblonga, conforme ilustrado é co- mum, por exemplo, muitas aplicações de companhia de energia elétrica (tais como, por exemplo, nas chamadas barras coletoras, utilizadas em quadros dedistribuição de energia elétrica, estações e subestações de distribuição).

Conforme discutido previamente, o aparelho sensor de corrente de modalidades anteriores era considerado, principalmente, como sendo, em geral, semelhante a toro, na forma, como é convencional na técnica anterior.

º Contudo, foi verificado que através do alongamento do aparelho sensor de corrente 810 de modo que agora ele compreende uma forma, em geral, do o tipo oval ou elíptico para acomodar a foram oblonga do condutor 820, de- sempenho elétrico aperfeiçoado é obtido. Lembra-se do acima que a sensiti- vidade à tensão de uma bobina de Rogowski é acionada pela equação (1), em que: Equação (1) v= —ANuç dl 1 dt Em consequência, por possuir uma forma em geral do tipo oval, o aparelho sensor de corrente tem um comprimento relativamente mais curto (do que uma bobina de Rogowski redonda da técnica anterior), assim, au- mentando o nível de tensão visto no condutor de transporte de corrente 820. Além das configurações curvadas, também é reconhecido que as configura- ções quadradas e retangulares podem ser utilizadas, igualmente.

Em modalidades que utilizam os elementos de espiral segmen- tados (por exemplo, elemento de espiral segmentado 210, figura 2) ou, alter- nativamente, o elemento de cabeçote (110, figura 1), é apreciado que a a- bertura central 830 pode ser dimensionada para acomodar o condutor 820, semter que variar, fisicamente, a forma dos próprios enrolamentos segmen- tados. Em outras palavras, o elemento de espiral ou o próprio elemento de | cabeçote é dimensionado, fisicamente, para acomodar o condutor. A figura 8a ilustra essa implementação exemplificativa. Especificamente, a figura 8A ilustra um aparelho sensor de corrente 850 formado de uma multiplicidade de elementos de espiral segmentados 852, cada um tendo um número de enrolamentos condutores 854 enrolados sobre ele. Esses elementos de es- piral segmentados são, então, utilizados em conjunto com elementos de ali- nhamento 856 de moda a alinhar os elementos de espiral em torno do con- dutor 820 a ser medido. Dessa maneira, os elementos de alinhamento impe- dem inclinação do aparelho sensor de corrente 850, quando colocado em torno do condutor e ainda proporcionam colocação precisa e repetível (as- segurando desempenho elétrico consistente para aparelho sensor de corren- te instalado no campo).

Além disso, em outras modalidades, os elementos de alinha- : mento são interpermutáveis, como para acomodar barras coletoras de for- mase tamanhos diferentes e/ou a colocação do condutor dentro de porções E diferentes da abertura central da bobina. De modo similar, para as modali- dades de espaço livre ou sem formador, descritas aqui em outra parte, um elemento central de alinhamento pode ser usado, o qual coloca, positiva- mente (e orienta) o aparelho sensor em torno do condutor.

As figuras 8A e 8B-1 ilustram ainda outra modalidade da bobina sensora da invenção, realizada em um fator de forma substancialmente re- tangular, tendo quatro (4) (ou múltiplos de 2) segmentos correspondentes a cada um dos quatro lados de um condutor retangular. Conforme mostrado na figura 8B, os quatro segmentos 870, 872, 874, 876 são dispostos em 90 graus em relação um ao outro, correspondendo aos quatro lados da barra coletora 878. Os segmentos de bobina laterais 872, 876 são mais longos em comprimento (e têm mais voltas) do que os segmentos de extremidade de bobina 870, 874, embora venha a ser apreciado que outras configurações podem ser usadas (incluindo quatro segmentos idênticos, segmentos do mesmo comprimento, mas de densidade de volta diferente, segmentos de comprimentos diferentes, mas com a mesma densidade de volta e assim por diante). Além disso, a configuração da figura 8B pode ser usada com condu- | tores quadrados (não mostrados) ou múiltiplos condutores, cujo esboço com- posto forma um retângulo ou quadrado efetivo.

O dispositivo 868 das figuras 8B e 8B-1 está, na modalidade i- lustrada, disposto dentro de um envoltório ou caixa rígida 880 ( mostrada com parte da "casca" da caixa removida na figura 8B), embora outras abor- dagens (incluindo, por exemplo, encapsulamento, ou uso de um cabeçote ou espiral para suporte) podem ser usadas, igualmente.

A figura 9 ilustra uma alternativa para os canais de enrolamento substancialmente redondos 910 associados com o aparelho sensor de cor- rente da típica da técnica anterior.

Como pode ser visto na figura 9, o com- primento seccional transversal do aparelho sensor de corrente 920 foi alon- gado ao longo do curso do condutor 940 em que se deseja que a corrente seja detectada.O condutor de passagem de alimentação 930 pode ser colo- - cado dentro do aparelho sensor de corrente 920 em qualquer número de localizações, considerando as várias trocas de desenho, conforme apresen- ao tado na discussão da figura 7 acima.

Em consequência, como a área sec- cional transversal (A) foi aumentada (conforme apresentado na Equação (1) acima), a medição do nível de tensão do condutor de transporte de corrente 940 aumenta.

Embora as bobinas do tipo Rogowski tenham mantido, tipica- mente, as suas formas tradicionalmente circulares e de forma semelhante a toro devido a um receio de que o desvio dessas formas afete, adversamente, o desempenho elétrico da bobina, foi verificado que, em muitas aplicações, esses desvios são aceitáveis em implementação.

Ainda em outra modalidade da invenção, duas ou mais "cama- das"de enrolamentos podem ser utilizadas para formar a bobina e o condu- tor de retorno.

Por exemplo, em uma variante, uma primeira camada de en- rolamentos é aplicada através do topo dos segmentos de espiral ou cabeço- te de modo a proporcionar, efetivamente, cobertura completa dos elementos segmentados de espiral ou de cabeçote.

No término da primeira camada, o mesmo enrolamento é "dobrado para trás" sobre si mesmo e sobre o topo da primeira camada, de modo a formar uma segunda camada.

A primeira ca- mada de fato atua como um condutor de retorno dentro da segunda camada, | embora a camada de condutor de retorno não precise, necessariamente, ser a primeira camada. Será apreciado que mais camadas para a (segunda) camada de retorno e/ou de "topo" podem ser usadas, se desejado. Além disso, as densidades de enrolamentos e topologias podem ser variadas para cadacamada,talcomo, por exemplo, onde a camada de condutor de retorno é enrolada em uma densidade menor (maior espaçamento intervoltas) do que a camada de topo. Será apreciado que a abordagem "em camadas" antes mencio- nada não precisa ser usada em conjunto com a espiral ou cabeçote, em ab- — soluto. Por exemplo, em uma variante "em posição ereta livre", fio ligado do tipo aqui discutido previamente é usado para formar as primeiras camadas e subsequentes (por exemplo, enrolado no topo de um mandril ou outra estru- tura removível e, então, ligado e o mandril/ estrutura removidos). De modo oo alternativo, fio não ligado pode ser usado e, subsequentemente, encapsula- do ou mantido no lugar com adesivo antes da remoção do mandril! suporte. o Uma miríade de outras variações serà apreciada por aqueles de habilidade comum dada a presente descrição. Fazendo referência agora às figuras 16 — 16D outra modalidade exemplificativa de um aparelho sensor de corrente baseado em cabeçote ou espiral 1600 é mostrada e descrita em detalhes. Similar às outras modalida- des divulgadas, o aparelho sensor de corrente 1600 das figuras 16 — 16D compreende múltiplos dos elementos de espiral segmentados 1610. A figura 16 ilustra um único dos elementos de espiral segmentados 1610 em deta- lhes, como o elemento de espiral ilustrado 1610, adaptado para acoplamento a outro elemento de espiral segmentado via um acoplamento articulado

1620. Outros tipos de acoplamento podem ser usados consistentes com esta modalidade. Na modalidade ilustrada, este acoplamento articulado 1620 inclui um par de recursos de articulação 1621, 1623, com um furo atravessante 1632 disposto em cada um desses recursos que é dimensionado para aco- modar um pino inserido (item 1650, figura 16A). O acoplamento articulado em combinação com o pino inserido é um pouco semelhante ao que é visto | em uma típica dobradiça de porta. Esses acoplamentos articulados incluem um par de acoplamentos articulados externos 1623 e um par de acoplamen- tos articulados internos 1621, que são projetados de modo a reter elementos de espiral segmentados adjacentes. Especificamente, o par de acoplamen- tos articulados externos 1623 é espaçado em uma distância em que um res- pectivo par de acoplamentos articulados internos 1621 pode se encaixar en- tre eles. Será reconhecido que cada elemento de segmento 1610 (isto é, cada porção lateral ou de interface) pode incluir (i) o par de articulações ex- ternas; (ii) o par de articulações internas; ou (ilijuma mistura do precedente. Em uma variante, os elementos de segmento são feitos, cada um deles, i- dênticos um ao outro para facilidade de montagem e menor custo, embora isso não signifique uma exigência. Além disso, os elementos de segmento podem ter pelo menos simetria bidimensional de modo que eles podem ser oO inseridos na montagem em duas orientações diferentes, assim, simplificando amontagem do ponto de vista de que um processo de montagem automati- zada ou manual não tem que orientar a parte corretamente em todas as três dimensões para montagem (em lugar de apenas com relação a duas dimen- sões). Cada um dos pares de acoplamentos articulados ilustrados na figura 16 também incorpora uma entrada chanfrada para o furo atravessante

1632. Essa entrada chanfrada facilita a inserção do pino inserido para facili- tar a montagem. Além disso, e similar às outras modalidades de espirais ilustra- das aqui discutidas previamente, o elemento de espiral 1610 da figura 16 também inclui um canal de enrolamento 1612 com flanges 1618 dispostos em ambos os lados do canal de enrolamento. O canal de enrolamento é ain- da definido por um carretel ou cilindro 16813, que proporciona o suporte me- cânico radial para os enrolamentos isolados. O elemento de espiral também inclui uma passagem de condutor de retorno 1630 posicionada dentro de um recurso de alinhamento de con- dutor de retorno 1634. A passagem de condutor de retorno 1630 é destinada a posicionar o condutor de passagem em uma localização precisa dentro de | cada um dos elementos de espiral segmentados.

Na configuração ilustrada, a passagem é posicionada ao longo do eixo geométrico longitudinal (isto é, o centro geométrico) de cada um dos elementos de espiral cilíndricos 1610; contudo, conforme notado aqui, a posição do(s) condutor(es) central(ais) pode ser (1) não simétrica com relação ao corte transversal da passagem 1630 ou elemento de espiral (ii) pode ser variável ou permutável; e/ou (ii)

pode residir em outras localizações.

A figura 16 também ilustra alguns recursos adicionais não pre- sentes em algumas das outras modalidades de elementos de espiral ilustra- dos, embora seja reconhecido que essas e outras modalidades ilustradas poderiam incorporar, prontamente, esses recursos.

Esses recursos incluem ressaltos de alinhamento de enrolamentos 1638 junto com furos de alinha- mento 1636 associados.

Esses ressaltos e furos são úteis durante o proces- E. so de enrolamento para assegurar que alinhamento adequado é mantido entreos elementos de espiral adjacentes 1610 (isto é, impedir torção relativa oC quando o fio está sendo enrolado em um mandril de enrolamento, etc.) e manter a estabilidade quando os elementos de espiral são girados em alta velocidade.

Aberturas de clipes condutores 1616 também são incluídas na modalidade ilustrada do flange.

Essas aberturas 1616 são dimensionadas paraacomodar um respectivo clipe (não mostrado), que é, então, usado pa- ra facilitar a conexão dos enrolamentos residentes com o canal de enrola- mento 1612 ao condutor de retorno e a uma conexão externa (veja, por e- xemplo, a discussão sobre a fabricação com relação, inter alia , às figuras 18A — 188). Note que a modalidade ilustrada do elemento de espiral 1610 —lIncluiduas (2) aberturas de clipe substancialmente idênticas 1616, localiza- das em flanges opostos 1618. Contudo, modalidades alternativas poderiam utilizar aberturas de clipes "chaveados" que diferem de modo a, por exem- plo, impedir a inserção de clipes impróprios (isto é, onde os clipes diferem entre as extremidades de "início" e "término" de enrolamento do dispositivo de bobinade Rogowski.

Além disso, embora ilustrada como uma chamada configuração pós-inserida, é reconhecido que o clipe condutor também poderia ser motl- | dado por inserção no flange (isto é, durante a moldagem por injeção do pró- prio elemento de espiral), assim, prendendo o clipe ao elemento de espiral. Ainda outras técnicas reconhecidas por aqueles de habilidade comum dada a presente descrição podem ser usadas, igualmente.

A figura 16A ilustra o número total ou coletivo de elementos de espiral 1610 em um único disposítivo 1600, acoplados juntos via seus res- pectivos pinos de acoplamento de articulação 1650. Note também que os enrolamentos 1660 agora foram adicionados a cada um dos elementos de espiral, conforme ilustrado na figura 16A. Como aqui discutido previamente, o elemento de espiral 1610 é caracterizado por um canal de enrolamento adaptado para recebimento de uma ou mais camadas de enrolamentos, en- quanto flanges retêm os enrolamentos no canal de enrolamento, resultando em pelo menos uma distribuição substancialmente uniforme dos enrolamen- o tos dentro de cada um dos elementos de espiral 1610. Embora o canal de enrolamento esteja ilustrado com um cilindro ou carretel de enrolamento liso, oo é apreciado que ranhuras poderiam ser formadas no cilindro de enrolamen- to, a fim de proporcionar um meio para guiar os enrolamentos durante o pro- cesso de enrolamento de modo que sejam enrolados mais uniformemente, Além disso, embora ilustrado como um cilindro simétrico e circular, é reco- —nhecido que a seção transversal deste "cilindro" não precisa ser simétrica e/ ou pode incluir também segmentação (isto é, pode compreender um octógo- no, uma elipse, um polígono, etc, em corte transversal), conforme discutido aqui previamente.

A figura 16B ilustra uma vista explodida do dispositivo de bobina de Rogowski 1600 quando cada um dos elementos de espiral etá perto de ser montado dentro de um alojamento. O alojamento nesta modalidade é compreendido de uma cobertura de alojamento de topo 1670 e de fundo 1680, embora outras configurações possam ser usadas.

As figuras 8C — 16D ilustram como cada um dos elementos de espiral 1610 é suportado dentro do alojamento. Como pode ser visto na figu- ra 16D, a cobertura de alojamento de fundo 1680 inclui um número de recur- sos que facilitam a montagem do dispositivo. Mais especificamente, esses | recursos auxiliam na colocação precisa dos elementos de espiral 1610 den- tro do alojamento.

Recursos de receptáculos de pino de dobradiça 1684 são adaptados para acomodar os pinos de dobradiça 1650 presentes no agru- pamento montado de elementos de espiral 1610. Esses recursos ajudam a assegurar que cada um dos elementos de espiral 1610 é espaçado precisa- mente a fim de assegurar desempenho elétrico repetível do dispositivo de bobina de Rogowski subjacente 1600 e também auxiliam no processo de montagem através do registro dos vários componentes do núcleo em uma localização desejada, Recursos de suporte de flange 1682, 1686 também — são dimensionados para acomodar a forma dos elementos de espiral e as- seguram que eles são adequadamente suportados dentro do alojamento de fundo 1680. O al de fundo 1680. O alojamento de fundo também inclui uma abertura central 1688 que é projetada para acomodar o(s) condutor(es) a oo serem medidos pelo dispositivo de bobina de Rogowski 1600. Como previa- mente notado, essa abertura central pode ser (i) de uma forma que não é o circular e/ ou não simétrico; e/ ou (ii) feito substituível para acomodar diferen- tes seções transversais dos condutores (por exemplo, redonda, lado a lado, "barra " retangular, etc.)

Fazendo referência agora às figuras 17 — 17C, ainda outra im- plementação exemplificativa de um aparelho sensor de corrente baseado em cabeçote ou baseado em espiral 1700 é mostrada e descrita em detalhes.

Essa modalidade incorpora um chamado desenho de "dobradiça ativa, con-

forme descrito em maiores detalhes abaixo.

A figura 17 ilustra um elemento de espiral segmentado singular 1710, que, em combinação com outros elementos de espiral (por exemplo, seis (s) na modalidade ilustrada) forma o dispositivo de bobina de Rogowski 1700 ilustrado na figura 17A.

Similar às modalidades anteriores aqui discuti- das, os segmentos de espiral ilustrados nas figuras 17 — 17C são dispostos, cada um, em seguida um ao outro em um plano comum via um acoplamento articulado 1720. Na modalidade ilustrada, porém, esse acoplamento articu- lado 1720 inclui um recurso de articulação flexível 1725 que conecta o flange 1718 do elemento de espiral com uma porção de acoplamento compreendi-

| da de uma porção de carretel de enrolamento 1721 junto com uma porção inserível 1723, esta última dimensionada para se encaixar dentro de uma abertura associada 1722 localizada no canal de enrolamento 1712 de um elemento de espiral adjacente. A porção de carretel de enrolamento 1721 incluiuma superfície curvada que é moldada para possuir um diâmetro subs- tancialmente idêntico ao carretel de enrotamento subjacente. Além disso, a espessura da porção de carretel de enrolamento do acoplamento articulado é, aproximadamente, a mesma que a profundidade da cavidade de carretel 1727, de modo que, quando o acoplamento articulado é acoplado a um ele- mento de espiral adjacente, o acoplamento proporciona um encaixe quase em costura.

Similar às outras modalidades de espiral ilustradas discutidas previamente aqui, o elemento de espiral 1710 da figura 17 inclui um canal de 2º enrolamento 1712 definido por um cilindro ou carretel 1713 e flanges 1718 dispostos em ambos os lados do canal de enrolamento a fim de definir uma o "janela" de enrolamento para a espiral. Além disso, o elemento de espiral inclui uma passagem de condutor de retorno 1730 posicionada dentro de um recurso de alinhamento de condutor de retorno 1734. A passagem de condu- tor de retorno 1730 posiciona o condutor de passagem em uma localização precisa dentro de cada um dos elementos de espiral segmentados, como discutido previamente. Na configuração ilustrada, a passagem é posicionada ao longo do eixo geométrico longitudinal (isto é, o centro geométrico) de ca- da um dos elementos de espiral cilíndricos 1619, porém, conforme notado aqui em outra parte, a posição do(s) condutor(es) centrais pode estar locali- zada em uma variedade de localizações diferentes enquanto ainda propor- ciona desempenho elétrico adequado na maior parte das aplicações de de- tecção de corrente. A figura 17 também ilustra o uso de ressaltos de alinhamento de enrolamento 1738 junto com furos de alinhamento associados 1736. Esses —ressaltos e furos são úteis durante o processo de enrolamento para assegu- rar alinhamento e estabilidade adequados são mantidos entre elementos de espiral adjacentes 1710 (isto é, para impedir a torção relativa quando o fio | está sendo enrolado em um mandril de enrolamento, etc;) Além disso, aber- turas de clipes condutores 1716 são incluídas no flange. Essas aberturas 1716 são dimensionadas para acomodar um respectivo clipe (não mostra- do), que é, então, usada para facilitar a conexão dos enrolamentos residen- tescomocanalde enrolamento 1772 com o condutor de retorno e com uma conexão externa (veja, por exemplo, a discussão sobre fabricação com rela- ção, inter alia, às figuras 18A — 18S). Note que a modalidade ilustrada do elemento de espiral 1710 inclui duas (2) aberturas de clipes substancialmen- te idênticas 1716, localizadas em flanges opostos 1718. Além disso, embora ilustrado como um desenho de clipe pós-inserido, moldagem por inserção ou outras técnicas poderiam ser prontamente substitutas, de igual modo.

A figura 17B ilustra uma vista seccional transversal do dispositi- vo de bobina de Rogowski 1700 da figura 17A, tomada ao longo da linha : 17B — 17B. A vista seccional transversal da figura 17B ajuda a ilustrar o en- caixedos vários elementos do acoplamento articulado. Especificamente, ela mostra a porção inserível 1723 do acoplamento articulado empurrada contra a abertura de carretel de enrolamento 1722, de modo a impedir a inserção em excesso quando do acoplamento dos vários elementos de espiral. Tam- bém, como pode ser visto na figura 17B, as superfícies externas 1731 do recurso de alinhamento de condutor de retorno 1734 são dispostas desloca- das (isto é, para dentro) da superfície externa 1719 do elemento de espiral

1710. Esse deslocamento permite a inserção e o alinhamento, por exemplo, dos clipes de iniciais e finais 1890, 1892, nas figuras 18A e 18B, respectiva- mente).

Fazendo referência agora às figuras 19A — 19C, outra modalida- de de elementos de espiral individualizados 1900 é mostrada e descrita em detalhes. Cada um desses elementos de espiral inclui um canal de enrola- mento 1920 junto como respectivos flanges 1910 dispostos em ambas as extremidades do canal de enrolamento. Contudo, ao contrário de muitas das outras modalidades aqui divulgadas, o elemento de espiral ilustrado da figu- ra 19A não inclui qualquer espécie de um acoplamento articulado. Em outras palavras, os elementos de espiral 1900 são projetados para serem posício- | nados em um substrato, por exemplo, sem necessitar que acoplem, fisica- mente, com um elemento de espiral adjacente. A remoção de um acopla- mento articulado permite a individualização de cada um dos elementos de espiral, o que inter alia adiciona flexibilidade para como cada um dos ele- mentos de espiral é finalmente posicionado com relação aos outros elemen- tos de espiral dispostos adjacentemente dentro de um dispositivo indutor completo, tal como os dispositivos do tipo bobina de Rogowski exemplificati- vos aqui discutidos. O elemento de espiral da figura 19A inclui um número de termi- nais autoconduzidos 1912 posicionados na parede lateral 1924 do flange

1910. Os terminais autoconduzidos são dispostos de modo que, quando os enrolamentos 1922 são enrolados em torno dos terminais, esses enrolamen- tos se projetarão para além de uma superfície superior (ou inferior) 1914 de- oo pois esses enrolamentos são presos, subsequentemente, ao terminal, via, por exemplo, uma solda eutética ou semelhante. Modalidades exemplificati- vas usando terminais autoconduzidos em outras aplicações são discutidas na patente norte-americana co-possuída, Nº 5,212.345, depositada em 24 de janeiro de 1992 e intitulada "Self-leaded surface mounted coplanar hea- der", cujos conteúdos são aqui incorporados através de referência em sua totalidade. Esses terminais autoconduzidos permitem que o elemento de espiral seja montado, por exemplo, em um painel de circuito impresso via técnicas de processamento convencionais, como um processo infravermelho (IR) de refluxo de solda. Os terminais autoconduzidos incluem seus próprios e respectivos flanges 1916 para reter os enrolamentos 1922 e, na modalida- de ilustrada, também incluem uma seção transversal de enrolamento em geral triangular, embora outras formas seccionais transversais (por exemplo, redondas, ovais, poligonais, etc.) poderiam ser prontamente adaptadas ao elemento de espiral ilustrado, Além disso, os flanges 1910 incluem um número de recursos de roteamento 1918, que ajudam a posicionar e a manter os enrolamentos que são roteados do canal de enrolamento para os terminais autoconduzidos. Embora a modalidade ilustrada na figura 19A inclua terminais | autoconduzidos que são formados simultaneamente com os próprios ele- mentos de espiral, usando um polímero em alta temperatura que pode resis- tir às temperaturas experimentadas em processos de soldagem convencio- nais, é apreciado que esses terminais autoconduzidos poderiam ser pronta- mente substituídos por terminais metálicos que são moldados por inserção ou pós-inseridos no elemento de espiral. Esses terminais metálicos poderi- am ser inseridos na parede lateral 1924 do flange ou, alternativamente, po- deriam ser inseridos na superfície de fundo (ou topo) 1914 do elemento de espiral, o que é útil, por exemplo, quando da inserção de fios elétricos con- dutoresno elemento de espiral.

Fazendo referência agora às figuras 19A e 19C, um conjunto de elemento de espiral individualizado 1950 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, seis (6) elementos de espiral 1900 são mostrados monta- oo dos em um substrato em um padrão geralmente circular em torno de um furo 1960 localizado no substrato, embora seja reconhecido que outros números o e configurações de elementos de espiral podem ser usados consistentes com a invenção. Esse furo é destinado a acomodar o condutor que deve ser medido pelo conjunto 1950. A figura 19C ilustra outro recurso da modalidade ilustrada com relação à maneira pela qual os terminais autoconduzidos 1912 são dispostos, Especificamente, os terminais autoconduzidos são dispostos nesta modalidade em um modo escalonado, de modo que os terminais inter- nos 1930 (isto em terminais mais intimamente posicionados em direção ao centro do substrato) não interferem com os terminais internos 1932 de um elemento de espiral adjacente. Uma vantagem desse recurso de desenho escalonado é que os elementos de espiral podem ser posicionados mais perto um do outro, assim, aperfeiçoamento o desempenho elétrico do con- junto 1950, bem como, ou alternativamente, reduzindo o espaço global do conjunto. Como talvez seja visto melhor na figura 19C, os terminais auto- conduzidos são escalonados em ambos os terminais inferiores (que fazem interface com o substrato 1970), bem como nos terminais Superiores, que, na modalidade ilustrada, não fazem interface com um substrato.

Fazendo referência agora à figura 20A, uma modalidade de um | conjunto de elemento de espiral articulado autoconduzido 2050 é mostrado e descrito em detalhes. O conjunto de elemento de espiral autoconduzido 2050 é similar em construção aos elementos de espiral individualizados dis- cutidos aqui previamente com relação às figuras 19A — 19C, exceto que os elementos de espiral 2000 na figura 20A incluem um acoplamento articulado

2030. Além disso, embora os elementos de espiral na figura 19A sejam, ca- da um deles, enrolados e terminados individualmente, a modalidade ilustra- da na figura 20A está na modalidade ilustrada enrolada continuamente. Por exemplo, em uma implementação, os enrolamentos começam nos terminais 2012 na primeira extremidade 2002 e atravessam cada um dos canais de enrolamento de cada elemento de espiral 2000, acabando com o término do enrolamento em um terminal na extremidade afastada 2004, O acoplamento articulado 2030, então, permite que os elementos de espiral se articulem t com relação um ao outro.

A figura 20B ilustra um desses elementos de espiral de articula- & ção exemplificativo no final do conjunto 2050. Como uma alternativa a um enrolamento contínuo, cada um dos elementos de espiral pode ser enrolado individualmente, de modo que as terminações de início e fim para o enrola- mento residem em um único elemento de espiral. Os elementos de espiral enrolados podem, então, ser montados (por exemplo, via um encaixe por pressão), de modo que eles são acoplados via seus respectivos acoplamen- tos de articulação 2030. Fazendo referência agora à figura 21, um conjunto de substrato exemplificativo 2100, utilizando os elementos de espiral, por exemplo, da figura 19A, que são intercalados entre um par de substratos, é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, os elementos de espiral 1900 são mostrados intercalados entre um substrato superior 2110 e um substrato inferior 2112. Na modalidade ilustrada, os elementos de espiral são conecta- dos elétrica e mecanicamente aos substratos via uma conexão de suporte de superfície, Os substratos (que podem ser heterogêneos ou homogêneos em natureza), em uma modalidade exemplificativa, são construídos de um material de fibra de vidro coberto com cobre. O cobre é, subsequentemente, | gravado de modo rotear circuito entre os elementos de espiral individuais a fim de completar um circuito elétrico desejado, tal como o circuito do princí- pio de Rogowski detector de corrente antes mencionado, discutido aqui em outra parte. Os substratos de painel de circuito impresso 2110, 2112 podem constitui substratos de camada única, ou, alternativamente, podem ser de um substrato do tipo múltiplas camadas. Além do circuito de roteamento, esses substratos podem, em algumas modalidades, incluir também localiza- ções de montagem para componentes eletrônicos distintos ou, alternativa- mente, podem incorporar elementos de circuito eletrônico (por exemplo, e- lementos capacitivos ou indutivos) dentro do corpo do próprio substrato. Os substratos também incluem terminais de interface que permitem que o con- junto de circuito 2100, física e eletricamente, formar interface com um dispo- sitivo externo. Essa modalidade ilustrada é desejável onde for vantajoso a- oO coplar, eletricamente, cada um dos elementos de espiral um com o outro, usando processos de terminação em massa, tal como refluxo de IR. Embora - conexões montadas em superfície sejam consideradas principalmente, é apreciado que outras técnicas, tais como terminais de furos atravessantes, também poderiam ser usadas não só para os elementos de espiral 1900 pa- ra os terminais de interface, igualmente (não mostrados).

Fazendo referência agora à figura 22, uma modalidade exempli- ficativa de um conjunto duplo de espiral articulada 2200 é mostrada e descri- ta em detalhes. Especificamente, embora muitas das modalidades articula- das anteriores mostradas apenas incluam um acoplamento articulado em um lado do dispositivo de bobina (isto é, na porção de diâmetro interno dos ele- mentos de espiral), o conjunto de espiral articulada da figura 22 utiliza por ções articuladas que ocorrem em porções opostas do elemento de espiral. Especificamente, o elemento de espiral centra! 2250 ilustrada tem um aco- plamento articulado interno 2220, bem como um acoplamento articulado ex- terno 2240. O uso dessa disposição permite que os dispositivos de bobina de Rogowski sejam dispostos e geometrias mais complexas que não as ge- ometrias dos tipos circulares ou ovais, aqui discutidas previamente. Veja, por exemplo, a disposição de espiral em "zigue-zague" da figura 24, que pode se | beneficiar da flexibilidade obtida via o uso de um conjunto de dupla espiral articulada. Em uma implementação exemplificativa. Cada um dos elementos de espiral será universal em natureza de modo que cada elemento de espiral é estruturalmente idêntico de modo a permitir a produção de elementos de espiral a partir de uma única ferramenta. O montador, então, distribuirá es- ses elementos de espiral em um conjunto através da escolha se um dado elemento de espiral usará o acoplamento articulado interno, o acoplamento articulado externo ou uma combinação dos dois, como é o caso com o ele- mento de espiral central ilustrado na figura 22. De modo alternativo, múlti- plas ferramentas e desenhos de elementos de espiral podem ser usados para obter uma geometria desejada. Por exemplo, elementos de espiral se- parados podem ser criados para: (1) elementos de espiral acoplados articu- lados internos; (2) elementos de espiral acoplados articulados externos; e (3) oo elementos de espiral acoplados duplamente articulados. Fazendo referência agora às figuras 23A e 23B, pares paralelos so das chamadas disposições de espiral em "zigue-zague" são mostrados e descritos em detalhes. É apreciado que o termo "zigue-zague", conforme usado no presente contexto, apenas denota e alterna padrão (que pode se alternar regular ou irregularmente) e agora está limitado às formas ou tama- nhosou configurações.

A figura 23A ilustra quatro (4) elementos de espiral 2300 dispos- tos em torno de uma barra coletora 2350 com um corte transversal retangu- lar, embora outras geometrias de barra coletora (por exemplo, quadrada, redonda, etc) pudesses ser acomodadas, prontamente. Esses quatro (4) e- lementos de espiral são dispostos, cada um deles, em pares 2320 na moda- lidade ilustrada e são acoplados via seu respectivo acoplamento articulado interno 2330. Nesse modo,, o acoplamento articulado é posicionado além da barra coletora, então, das extremidades 2332 das porções não articuladas de cada um dos elementos de espiral.

A figura 23B ilustra uma disposição oposta, onde os elementos de espiral emparelhados 2320 são acoplados via seu respectivo acoplamen- to articulado externo 2360, assim, posicionando a articulação para longe da | barra coletora 2350.

A figura 24 ilustra uma implementação exemplificativa das dis- posições de espiral em zigue-zague ilustradas nas figuras 23A e 23B, visto que elas são dispostas em torno de uma barra coletora retangular 2450. Es- pecificamente, a figura 24 incluiu dois pares de elementos de espiral 2410 que são conectados via seu acoplamento articulado externo 2412; isto é, aqueles pares de elementos de espiral dispostos ao longo da dimensão de comprimento da barra coletora 2450, enquanto os pares de elementos de espiral 2420 dispostos nas extremidades da barra coletora são conectados viaseu acoplamento articulado interno 2422. Adicionalmente, os pares de elementos de espiral dispostos nas extremidades da barra coletora são co- nectados aos dois pares de elementos de espiral dispostos ao longo da di- mensão de comprimento da barra coletora via seus respectivos acopiamen- os tos articulados internos 2422. Cada um desses elementos de espiral são ainda dispostos dentro de um alojamento 2460 que inclui um número de re- o cursos de alinhamento 2470 que são, nesta modalidade, moldados direta- mente no próprio alojamento. Esses recursos de alinhamento mantêm os elementos de espiral! em suas posições desejadas, de modo que as relações angulares entre elementos de espiral adjacentes são, vantajosamente, man- tidas em uma relação desejada e repetível que proporciona, inter alia, con- sistência de fabricação e desempenho.

A figura 25A ilustra um dispositivo sensor de corrente alternativo, que pode ser utilizado com múltiplos dos elementos de espiral aqui descri- tos. Embora muitas das modalidades de dispositivo sensor de corrente aqui discutidas são circuitos fechados, a modalidade da figura 25A usa uma con- figuração de circuito não fechado . Especificamente, os elementos de espiral 2500 são dispostos de modo que os elementos de espiral de início e de aca- bamento não completam realmente um laço de trezentos e sessenta graus (360) em torno do(s) condutor(es) 2560 a ser(em) detectado(s). Essa confi- — guração é particularmente útil, inter alia, onde for desejável medir a corrente no condutor sem ter, necessariamente, que (1) rosquear o condutor através do centro do dispositivo de Rogowskio centro do dispositivos de redução | seletiva de catalisador; ou (2) desmontagem e remontagem do dispositivo de Rogowski em torno do condutor a ser medido.

A figura 25B ilustra uma dis-

posição alternativa para um laço não fechado.

Fazendo referência agora à figura 26, um dispositivo sensor de corrente 2600 com uma barra coletora integrada 2660 é mostrado e descrito em detalhes.

Especificamente, o dispositivo sensor de corrente da figura 26 inclui um alojamento 2610 que incorpora uma pluralidade de elementos de espiral segmentados (não mostrados), tais como aqueles elementos descri- tos aqui previamente.

Contudo, o dispositivo sensor de corrente da figura 26 inclui um condutor integrado 2660 que passa através da porção central do dispositivo subjacente que faz interface com a fonte de corrente a ser medi- da.

Em uma modalidade, a interface de condutor integrado interfaceia com um conector de soquete de modo que, quando o dispositivo sensor de cor- O rente com barra coletora integrada é ligado nesses conectores de soquete, a corrente é capaz de passar do lado de transmissão de um sistema de distri- o buição de energia para o lado de carga do sistema de distribuição de energia (por exemplo, a casa de um consumidor). Em uma configuração alternativa, a barra coletora integrada é conectada eletricamente a um painel de circuito impresso que atua como a interface entre o lado de transmissão do sistema de distribuição de energia e o lado de carga daquele mesmo sistema.

Dessa maneira, o dispositivo sensor de corrente com barra coletora integrada atua como um dispositivo sensor de corrente modular que conecta/ liga na inter- face entre o lado de carga e de transmissão de um sistema de distribuição de energia, de modo a permitir a medição de corrente de energia distribuída parao|lado de carga do sistema de distribuição de energia.

Os terminais sensores de corrente 2620 também são ilustrados os quais proporcionam a informação de sinal necessária para medir a passagem de corrente através da barra coletora integrada.

A figura 27A ilustra uma opção de embalagem acabada que, na modalidade ilustrada, inclui um número de terminais montados em superfície 2720 integrados no alojamento 2710 do dispositivo 2700. Esses terminais montados em superfície atuam como uma interface para o circuito de medi- | ção de corrente subjacente do dispositivo. A figura 27B ilustra esse conjunto de opção de embalagem acabado 2750 montado em um painel de circuito impresso. Essa opção de embalagem acabada também é montada sobre, ou tem um condutor a ser medido passado através da abertura central 2712 do dispositivo. Desse modo, a opção de embalagem acabada ilustrada pode ser facilmente integrada no equipamento de interface usado para registrar e/ ou distribuir medições sensoras de corrente obtidas do circuito subjacente do dispositivo. Além disso, embora os terminais montados em superfície sejam ilustrados nas modalidades das figuras 27A e 27B,,é apreciado que esses terminais montados em superfície podem ser substituídos por outros tipos de terminais, tais como terminações de furo atravessante, que são conectados via um conector que pode ser ligado e/ ou uma conexão de solda eutética a um furo atravessante via um painel de circuito impresso. Além disso, embora o os terminais montados em superfície sejam ilustrados como terminais auto- conduzidos, é apreciado que os terminais montados em superfície metálicos o moldados por inserção ou pós-inseridos poderiam ser utilizados igualmente em lugar dos terminais autoconduzidos mostrados.

Fazendo referência agora à figura 28, um dispositivo sensor múl- tiplo 2800 com compensação de diafonia integrada é mostrado e descrito em detalhesna modalidade ilustrada, o dispositivo sensor múltiplo inclui três (3) dispositivos sensores de corrente em configuração de laço não fechado

2850. Além disso, embora configurações de laços não fechados sejam mos- tradas, é apreciado que configurações de laços fechados, tais como aquelas aqui descritas podem ser prontamente substituídas no dispositivo sensor —múltiplodafigura28..Os módulos sensores múltiplos, de preferência, estão alojados dentro de um único alojamento 2810.

Em uma modalidade, o módulo sensor múltiplo é do tipo barra coletora integrada, aqui discutido previamente com relação à figura 26. Em uma modalidade alternativa, o módulo sensor múltiplo constituí uma opção de embalagem acabada, tais como aquela discutida com relação às figuras 27A e 27B. Em uma implementação exemplificativa, o módulo de sensores múltiplos incluirá blindagem (não mostrada) entre adjacentes do circuito de | medição de sensor, a fim de impedir interferência por diafonia entre conduto- res adjacentes a serem medidos. Em uma aplicação exemplificativa, o dis- positivo de sensores múltiplos 2800 é utilizado em aplicações de múltiplos condutores, onde há múltiplos condutores que precisam ser medidos. Configurações Alternativas de Enrolamento Fazendo referência agora às figuras 29A — 30, várias modalida- des para configurações alternativas de enrolamentos para uso, por exemplo, com os elementos de espiral segmentados aqui descritos são moldados e descritos em detalhes. Conforme mostrado na figura 29A, uma técnica de enrolamento de início central/ acabamento central 2900 exemplificativa é ilustrada. Essa configuração foi mostrada, em algumas implementações de enrolamento, para reduzir o erro por ruído visto com altas tensões em im- plementações de dispositivos de Rogowski. No exemplo ilustrado, o enrola- oo mento de sensor começa no centro do conjunto, conforme oposto ao final do conjunto, como é descrito, por exemplo, nas figuras 18A — 188 infra, O enro- | lamento de sensor começa em um terminal de enrolamento 2910 (por exem- plo, um terminal de enrolamento do tipo clipe de extremidade de início 1890, ilustrado na figura 18A aqui descrita subsequentemente). O enrolamento, na modalidade ilustrada, atravessa os elementos de espiral, conforme ilustrado em2902 (isto é,as primeiras quatro camadas Ilustradas atravessam ao lon- go de elementos de espiral três, dois, um, dois, três, quatro, cinco, seis, cin- co e quatro). Com o término da operação de enrolamento para as quatro camadas ilustradas, o enrolamento de sensor é terminado no terminal de enrolamento 2920. A camada de blindagem é, então, enrolada começando —noterminal 2930, onde atravessa na direção oposta do enrolamento de sen- sor (isto é, ao longo dos elementos de espiral quatro, cinco, seis, seis, cinco, quatro, três, dois, um, dois, três). Dessa maneira, um dispositivo de Ro- gowski de espiral segmentado pode ser enrolado de uma posição central do conjunto, como opostos às extremidades.

Será apreciado que, embora mostrado com seis (6), elementos de espiral segmentados, qualquer número de elementos de espiral pode ser utilizado consistente com os princípios de modalidades da presente inven- | ção.

Além disso, embora o enrolamento de sensor e os enrolamentos de blindagem sejam ilustrados começando e acabando no centro do conjunto, é apreciado que pode ser desejável, em alguns casos, começar longe do cen- tro geométrico.

Por exemplo, o os enrolamentos de sensor e de blindagem podem começar entre os elementos de espiral dois e três, como oposto en- tre os elementos três e quatro, conforme mostrado.

Adicionalmente, embora O sensor e os enrolamentos de blindagem são mostrados originando-se na mesma localização geral, é apreciado que esse não terá que ser, necessari- amente, o caso, isto é, os enrolamentos de sensor poderiam se originar en- tre elementos de espiral três e quatro, embora os enrolamentos de blinda- gem pudessem se originar entre os elementos quatro e cinco, Essas e ou- tras variações poderão ser evidentes para alguém de habilidade comum da- da a presente descrição. x Fazendo referência agora à figura 29B, ainda outra configuração alternativa é mostrada a qual pode ser utilizada, por exemplo, na modalidade PE ilustrada na figura 29A.

Em uma primeira implementação discutida no con- texto da figura 29A (isto é, uma modalidade de enrolamento de sensor de quatro camadas), as duas primeiras camadas são enroladas em uma primei- ra direção (por exemplo, no sentido dos ponteiros do relógio), com as duas camadas de enrolamento de sensor subsequentes sendo enroladas em uma segunda direção oposta (por exemplo, contrária a dos ponteiros do relógio). Essa configuração reduz os efeitos de capacitância interenrolamento vista no conjunto de sensor.

Como uma implementação alternativa, e no contexto da figura 29A,0o processo de enrolamento de sensor começa na terminação de início 2910 onde atravessa elementos de espiral de um a seis para completar a camada 1 e volta 2960 para o elemento de espiral um para completar a ca- mada dois em uma primeira direção de enrolamento (por exemplo, no senti- do dos ponteiros do relógio.

Ao alcançar o elemento de espiral um, o enro- lamento de sensor é atravessado por elementos de espiral de um a seis e volta para um em uma segunda direção de enrolamento (por exemplo, con- trário aos ponteiros do relógio) para completar camadas três e quatro. |

Fazendo referência agora à figura 30, uma configuração de en- rolamento de banco 3000 é mostrada e descrita em detalhes. Especiífica- mente, a figura 30 ilustra uma técnica de enrolamento para um único ele- mento de espiral 3002. A técnica de enrolamento utiliza os chamados ban- cosde enrolamento 3040,.3050, 3060 que incluem, cada um deles, múltiplas camadas (isto é, primeira camada 3010, segunda camada 3020 e terceira camada 3030). Cada banco de enrolamento na modalidade ilustrada reduz o número de enrolamentos à medida que o processo progride da primeira ca- mada para a terceira camada. Essa configuração de enrolamento reduz a quantidade de capacitância de inter-relacionamento vista no dispositivo, as- sim, aperfeiçoando o desempenho elétrico através de uma dada faixa de característica elétrica (por exemplo, frequência).

Embora a configuração de enrolamento de banco ilustrada inclua « três (3) bancos de enrolamento distintos, é apreciado que mais ou menos bancos de enrolamento poderiam ser prontamente substitutas para as três o que estão ilustradas. Além disso, embora três camadas de enrolamentos sejam mostradas para cada banco de enrolamento, é apreciado que mais ou menos camadas de enrolamento também poderia ser utilizadas, dependen- do das exigências de desempenho do dispositivo.

Além disso, embora cada banco de enrolamento seja mostrado com um número "escalonado" de enrolamentos por camada, é apreciado que certas modalidades podem utilizar bancos de enrolamento com uma quantidade igual de voltas por camada. Essas e outras alternativas serão prontamente evidentes para alguém de habilidade comum dada a presente descrição.

Configurações Alternativas de Blindagem Fazendo referência agora às figuras 31 — 34B, várias configura- ções de blindagem para uso nos dispositivos sensores de corrente aqui des- critos são mostrados e descritos em detalhes.. Várias modalidades aqui des- critas consistem em uma ou mais camadas de enrolamento de sensor (isto é, uma camada de enrolamento que é utilizada para detectar corrente em um dispositivo do tipo Rogowski), junto com uma ou mais camadas de blin- | dagem que são usadas para aperfeiçoar o desempenho do dispositivo atra- vés da mitigação dos efeitos prejudiciais de radiação eletromagnética. Em um contexto típico, as camadas de enrolamento e de blindagem são forma- das de um enrolamento isolado, isto em um fio condutor com um revestimen- to isolante disposto através da porção condutora. Contudo, é reconhecido que, em algumas modalidades, pode ser vantajoso remover as camadas isolantes da camada de blindagem de modo que a camada de blindagem consiste de enrolamentos não isolados. Essas e outras variações serão con- sideradas como alternativas prontamente disponíveis para as várias modali- dades para as várias modalidades aqui descritas.

Fazendo referência agora à figura 31, uma primeira configuração de blindagem para uso em um dispositivo sensor de corrente 3100, que utili- za enrolamentos de blindagem de direção alternada, é descrita. Na modali- * dade ilustrada, o primeiro segmento de espiral tem uma camada de blinda- gem enrolada em uma primeira direção 3110, 3130 e 3150, Além disso, o 2 segundo, o quarto e o sexto elementos de espiral são cada um deles enrola- do na mesma direção 3120, 3149, 3160.

Embora a modalidade ilustrada da figura 31 mostre a direção de enrolamento da camada de blindagem alternante do elemento de espiral pa- rao elemento de espiral, é apreciado que pode ser desejável, em alguns casos, alternar direções de enrolamento para a(s) camada(s) de blindagem a cada dois ou mais segmentos de espiral. Por exemplo, no contexto da técni- ca de enrolamento de início de centro/ acabamento de centro ilustrada na figura 29A, a camada de blindagem pode, em uma modalidade, ser enrolado em uma primeira direção com relação aos elementos de espirais um a três, enquanto elementos de espirais quatro a seis têm uma camada de blinda- gem que é enrolada em uma direção oposta. Além disso, onde um dado e- lemento de espiral tem duas ou mais camadas de enrolamentos blindados, cada camada pode ser enrolada alternadamente (sito é, uma primeira cama- da enroladaem uma primeira direção e uma segunda camada enrolada em uma segunda direção oposta).

Fazendo referência agora à figura 32, uma configuração de en- | rolamento blindado intercalado, exemplificativa, 3200 é mostrada e descrita em detalhes. A figura 32 ilustra uma vista seccional transversal de um ele- mento de espiral enrolado 3202, com camadas de enrolamento se originan- do em uma ou mais colunas de terminais 3204. A configuração ilustrada mostra três (3) camadas de enrolamentos, Isto é, primeira camada 3210, segunda camada 3220 e terceira camada 3230. Quanto (4) ou mais cama- das também poderiam ser usadas. Na modalidade ilustrada. As camadas de blindagem são intercaladas com as camadas de enrolamento de sensor. Por exemplo, as camadas 3210 e 3220 consistem em camadas de blindagem, enquanto a camada 3230 é composta de uma camada de enrolamento de sensor. No contexto de uma modalidade de quatro (4) camadas, com a quar- ta camada disposta no topo da camada de topo 3210, a quarta camada e a camada 3230 poderiam ser camadas de blindagem, enquanto as camadas e. 3210, 3220 consistem em camadas de enrolamento de sensor. Essas e ou- tra modalidades intercaladas serão prontamente evidentes para alguém de o habilidade comum dada a presente descrição.

A figura 33 ilustra outra configuração de blindagem alternativa. Especificamente, a figura 33 ilustra um conjunto de elemento de espiral 3300 (aqui um conjunto de espiral acoplada com articulação dupla é mostrada, embora outros conjuntos aqui descritos pudessem ser prontamente substitu- idos).

Cada elemento de espiral enrolado 3310 inclui uma camada de blindagem 3320 disposta sobre os enrolamentos de sensor. Em uma imple- mentação exembplificativa, a camada de blindagem compreende uma folha de cobre que é cortada em uma largura predeterminada de modo a encaixar dentro do da espiral 3310. Alternativamente, a folha de cobre pode ser subs- tituída por uma malha de cobre que é disposta de modo a ser disposta sobre os enrolamentos de sensor do conjunto ou ainda outros tipos de materiais de blindagem e/ ou configurações podem ser usados.

Fazendo referência agora à figura 34, ainda outra configuração de blindagem é ilustrada no contexto de um dispositivo de Rogowski 3400 que utiliza um alojamento integrado 3420. Na modalidade ilustrada, uma | camada de cobre (ou outro material de blindagem apropriado) 3410 é dis- posta ao longo da abertura central 3402 do alojamento.

Aplicações Exemplificativas de Aparelho Sensor de Corrente O aparelho sensor de corrente exemplificativo aqui descrito pode serusadoem um grande número de aplicações e/ou onde for desejável me- dir a corrente de um condutor sem de outro modo perturbar o condutor transportador de corrente. Uma dessas aplicações comuns está na incorpo- ração de aparelho sensor de corrente em medidores elétricos para uso em aplicações residenciais, comerciais e industriais. Através da medição da cor- rente que está sendo consumida por um consumidor de eletricidade e pas- sando essa informação para a empresa concessionária de serviço via uma interface de rede no medidor, a empresa concessionária de serviço ou outra entidade pode avaliar melhor o que cobrar de seus consumidores e/ou com- O preender melhor a energia que está sendo consumida por todas as várias partesde uma rede ou sistema de eletricidade.

o Bem como ser resistente à adulteração e à interferência eletro- magnética, o aparelho sensor de corrente, tal como bobinas de Rogowski, tem ampla aplicabilidade em várias aplicações, incluídas na recente pressão para as chamadas redes inteligentes. Além da utilização em aplicações de medição de distribuição de energia (como disjuntores, estações de monito- ração residenciais e industriais, etc.), o uso de aparelho sensor de corrente em uma ampla variedade de aplicações em eletrodomésticos que utilizam grandes quantidades de corrente (como, por exemplo, soldadores elétricos e controles do motor) são igualmente consideradas.

Aparelho Sensor de Corrente de Múltiplas Bobinas Fazendo referência agora à figura 15A, uma primeira modalida- de exemplificativa de um dispositivo de bobina de Rogowski de múltiplas bobinas é ilustrada. Especificamente, o dispositivo de bobina de Rogowski de múltiplas bobinas da figura 15A compreende dois (2) dispositivos de bo- binade Rogowski do tipo previamente ilustrado com relação à figura 1 aci- ma, dispostos em uma disposição "empilhada" ou justaposta. Embora ilus- trado com a modalidade de bobina da figura 1, é apreciado que qualquer | uma das modalidades de aparelho sensor de corrente aqui descritas pode prontamente ser empilhada dessa maneira (incluindo sem limitação de mo- dalidades de espaço livre ou sem espiral, descritas aqui em outra parte). A- lém disso, os dispositivos de bobina de Rogowski superiores e inferiores são mostrados, cada um deles apenas com um único elemento ou segmento de bobina 1510 e 1520, respectivamente. Deve ser reconhecido, porém, que , na prática, cada um dos dispositivos de bobina de Rogowski da modalidade ilustrada terá oito (8) bobinas enroladas, a bobina única enrolada é ilustrada na figura 15A, apenas de modo a ilustrar mais facilmente o deslocamento relativo entre os dispositivo de bobina de Rogowski de topo e de fundo. Lembraram-se da discussão prévia dos dispositivos de bobina de Rogowski da técnica anterior que esses dispositivos da técnica anterior são uniformes em sua distribuição de seus enrolamentos (isto é, eles são a. não segmentados). Além disso, como os dispositivos de bobina de Rogowski 100 ilustrados na figura 15A são segmentados, é esperado que haja algum . vazamento de fluxo ou "imperfeição" nas folgas entre as bobinas enroladas desses dispositivos. Em consequência, através do empilhamento dos dispo- sitivos de bobina de Rogowski na figura 15A em proximidade um com o ou- tro e deslocando angularmente a bobina enrolada segmentada de topo 1510 da bobina enrolada segmentada de fundo 1520 (e combinando as saídas das duas bobinas), os dispositivos se comportam mais como uma bobina de Rogowski ideal com uma distribuição uniforme não segmentada de enrola- mento.

Será apreciado que embora apenas duas bobinas sejam mos- tradana modalidade da figura 15A, três (ou mais) bobinas podem ser empi- lhadas dessa maneira, se desejado. Por exemplo, pode ser desejável utilizar três (3) dessas bobinas em disposição empilhada (não mostrada), com as folgas entre segmentos na bobina do meio correspondendo aos segmentos de bobina das bobinas superior e inferior. De modo que o vazamento de flu- xodasfolgasda bobina do meio é endereçado, substancial e simetricamente (do topo e do fundo) pelas bobinas superior e inferior, respectivamente. Em outra configuração (tal como onde as folga são apreciáveis em tamanho em relação ao comprimento dos segmentos de bobina), a colo- cação das bobinas d das respectivas bobinas empilhadas pode ser "em fa- se" com relação à folga da primeira, por exemplo, uma primeira bobina em posição vertical zero (0) em uma posição angular zero (0), a segunda bobina na posição vertical um (1) no topo da primeira bobina em posição angular zero mais x,a terceira bobina na posição vertical dois (2) no topo da segunda bobina em uma posição angular zero mais y (onde y é maior do que x) e as- sim por diante. Geralmente falando, para que um efeito apreciável sobre o va- zamento ou a precisão ocorra, devido à adição de mais bobinas, as bobinas devem ser desviadas uma da outra em azimute um pouco (isto é, segmentos de uma bobina se sobreponham com as folgas em outra bobina); contudo, esse nem sempre é 0 caso.

O Pelo menos algum efeito sobre a precisão /(vazamento pode ser obtido em certas configurações simplesmente empilhando duas ou mais bo- o binas com seus segmentos alinhados, devido ao fato de que o vazamento da folga de uma bobina se acopla com os segmentos adjacentes da(s) outra(s) bobina(s), mesmo quando os segmentos adjacentes da segunda bobina não estão alinhados com as folgas.

A figura 15B ilustra a vista de cima para baixo dos dois dispositi- vos de bobina de Rogowski da figura 15A. Especificamente, o deslocamento angular pode ser visto claramente na figura 158 com as bobinas enroladas de fundo 1520 deslocadas ou desviadas com relação às bobinas enroladas de topo 1510. Embora o dispositivo de bobina de Rogowski das figuras 15A el15Bilustre apenas dois (2) desses dispositivos, é reconhecido que três (3) ou mais dispositivos de bobina de Rogowski também podem ser empilhados com suas saídas combinadas e deslocadas angularmente uma da outra a fim de proporcionar um comportamento mais ideal, quando da medição da corrente que passa através de um condutor a ser medido.

A figura 15C ilustra outra modalidade de um aparelho de bobina de Rogowski empilhado. Especificamente, a figura 15C ilustra uma variante para o aparelho mostrado na figura 15A, em que coberturas de ajuste 1530 | sao colocadas em torno dos dispositivos de bobina de Rogowski 100. Essas coberturas 1530 , de preferência são feitas de um polímero moldado e têm características (não mostradas) que permitem que as coberturas girem com relação uma à outra, enquanto acopladas. Como é permitido que os disposi- tivos girem 1534, um usuário pode, efetivamente, ajustar a saída dos dispo- sitivos de bobina de Rogowski empilhados a fim de otimizar o desempenho do dispositivo de bobina de Rogowski empilhado. As coberturas de ajuste também incluem uma aarticulaçao 1532 que permite que as coberturas e os dispositivos de bobina de Rogowski sejam posicionados em torno do condu- tora ser medido sem necessitar que o condutor seja rosqueado através da abertura central 1536.

Fazendo referência agora à figura 15D, o aparelho de bobina de Rogowski 1540 é mostrado e descrito em detalhes. O aparelho da figura 15D . inclui três (3) dispositivos de bobina de Rogowski 100, embora o dispositivo domeiotenha sido removido da vista a fim de ilustrar melhor o funcionamen- O to interno do aparelho 1540 empilhado. Os dispositivos de bobina de Ro- gowski 100 são recebidos dentro de uma cobertura protetora 1550 que é ilustrado em corte transversal. Os dispositivos 100 são similares em constru- ção àqueles disposítivos mostrados na figura 1; porém, eles tenham sido, em uma modalidade exemplificativa, construídos de um material polimérico de sinterização direta a laser (LDS). Cada um dos dispositivos foi formado so- bre duas (2) superfícies condutivamente revestidas 1540, que são acopladas eletricamente às respectivas extremidades dos enrolamentos segmentados de bobina de Rogowski. Os dispositivos de bobina de Rogowski 100sao re- cebidos dentro de um canal 1550 formado dentro da cobertura protetora

1560. Esses canais 1550 atuam como um guia que permite que os dispositi- vos de bobina de Rogowski 100 girem dentro da cobertura 1560. A cobertura 1560, de preferência, também é formada de um ma- terial polimérico de LDS, assim, permitindo que os canais 1550 também se- jam revestidos condutivamente. Em consequência, os canais condutores 1550 da cobertura são acoplados eletricamente às almofadas condutoras 1548 dos dispositivos de bobina de Rogowski . Várias interfaces (incluindo as interfaces de polímero de LDS) entre os dispositivos individuais 100 e a cobertura 1500 podem ser utilizadas, tais como aqueles descritas no Pedido de Patente dos Estados Unidos copendente Nº de Série 12/482.371, deposi- tado em 10 de junho de 20089 e intitulado "Miniaturized Connectors and Me- thods", cujos conteúdos são aqui incorporados através de referência em sua totalidade. Os canais condutores 1550 são, então, acoplados eletricamente um ao outro e também aos terminais de saída 1562. Esses terminais de saí- da 1562 podem, então, ser presos aos condutores externos (não mostrados) ou, alternativamente, montados como um contato de montagem em superfi- cieoufuro atravessante em um substrato externo (não mostrado).

Como uma alternativa ao uso de polímeros de LDS, os dispositi- vos de bobina de Rogowski 100 e a cobertura 1560 também poderiam ser construídos como uma estrutura composta. Especificamente, as almofadas . condutoras 1548 no dispositivo de bobina de Rogowski e os canais conduto- res 1550 são construídos de uma liga metálica colocada nas estruturas poli- O méricas subjacentes. Essas ligas metálicas podem ser mo moldadas por inserção ou pós-inseridas em aberturas pré-formadas presentes na cobertu- ra e no cabeçote de bobina de Rogowski, respectivamente. Além disso, es- sas ligas metálicas, de preferência são moldadas de modo à atuar como uma mola e proporcionar força de contato adicional enquanto os dispositivos de bobina de Rogowski são girados dentro da cobertura. Os dispositivos de bobina de Rogowski são girados dentro da cobertura via uma protuberância 1566 através de uma abertura 1564 localizada na cobertura 1560. Através da manipulação da protuberância 1566 em uma direção lateral (azimute) 1568, os dispositivos de bobina de Rogowski individuais podem ser ajusta- dos dentro do conjunto 1540.

Fazendo referência: agora à figura 15E, um aparelho de bobina de Rogowski , empilhando disposto concentricamente, 1570 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, o aparelho de bobina de Rogowski empilhado 1570 compreende uma bobina de Rogowski interna 1580 e uma bobina de Rogowski externa 1575, Ambas, as bobinas de Rogowski interna e externa são adaptadas para girarem em uma direção circunferencial 1572 | com relação uma à outra. Similar aos conceitos de empilhadas, ilustrados nas figuras 15A — 15D, o aparelho de bobina de Rogowski, concentricamen- te empilhado, da figura 15E permite que os enrolamentos 1577 da bobina externa 1575 sejam posicionados adjacentes aos segmentos intermediários desocupados 1582 da bobina interna 1580. Similarmente, os enrotamentos 1584 da bobina interna 1584 são posicionados adjacentes aos segmentos intermediários desocupados 1579 da bobina externa 1575. As respectivas extremidades dos dispositivos de bobina de Rogowski internos e externos são, então, acoplados eletricamente um ao outro para proporcionar uma saí- dacombinada para um condutor a ser medido.

Ainda em outra modalidade exemplificativa, dois (2) ou mais desses aparelhos de bobina de Rogowski empilhados, dispostos concentri- camente,1570 podem ser colocados em uma disposição de topo para fundo o (similar àquela mostrada com retação à figura 15A), assim, adicionando ou- : 15 tracamada de redundância para ajudar a corrigir distorções no desempenho NM elétrico devido à segmentação das bobinas. Nessa configuração é desejável que as porções de enrolamento 1584 da bobina interna sejam colocadas adjacentes aos segmentos intermediários desocupados 1582 da bobina in- terna adjacente aos segmentos intermediários desocupados 1579 da bobina externa adjacente. Em outra variante, uma configuração "híbrida" empilhada/ concêntrica (não mostrada) é proporcionada. Nessa variante, as bobinas individuais do conjunto de multibobinas são de raios diferentes, ainda que não de modo a se encaixarem inteiramente dentro uma da outra (isto é, o diâmetro externa de uma bobina é tal que ele é maior do que o diâmetro de "furo" interno da bobina adjacente seguinte, de modo que elas assentam em uma configuração empilhada, mas com as bobinas tendo diâmetros diferen- tes. A variação do diâmetro da bobina como uma função da posição vertical pode ser progressiva (por exemplo, o diâmetro da bobina em uma posição vertical zero (0) sendo menor do que o da bobina mais alta seguinte e o di- âmetro daquela bobina mais seguinte sendo menor do que o da terceira bo- bina acima dela e assim por diante) ou assume outros padrões (tais como uma "ampulheta", em que a bobina mais baixa é de um diâmetro maior do | que a (segunda) bobina diretamente acima dela e a bobina diretamente aci-

ma daquela segunda bobina também é de um diâmetro maior). Além disso, onde visto principalmente como modalidades ajustá- veis, os dispositivos de bobina de Rogowski empilhados das figuras 15A — 15E não são assim limitados.

De fato, pode ser desejável em algumas mo- dalidades manter uma relação fixa entre os adjacentes dos dispositivos de bobina de Rogowskí, assim, simplificando a montagem.

Também será apreciado que em outra modalidade, o espaça- mento ou disposição vertical das diferentes bobinas (quer em configuração “"empiihada" ou “"concêntrica") pode ser variada, assim, aumentando/ diminu- indo o acoplamento ou a interação das bobinas.

Por exemplo, a altura verti- cal entre bobinas empilhadas pode oscilar de zero (0) a, literalmente, qual- quer valor consistente com o fator de forma da aplicação.

Obviamente, maior O efeito de acoplamento será obtido, quando as bobinas estiverem imediata- mente próximas uma da outra, mas é considerado pela presente invenção o que o "ajuste" do conjunto também pode compreender a variação do espa- çamento vertical de bobinas nas configurações concêntricas ou empilhadas.

Em uma variante, esse espaçamento variável é realizado pela simples subs- tituição de espaçadores não condutores (por exemplo, toroides planos ou "arruelas"” de espessura prescrita feita, por exemplo, de um polímero, papel, kapton, etc.) entre as bobinas individuais.

Em outra variante, a caixa que contem as bobinas pode ser configurada de modo que as bobinas empilha- das podem residir em diferentes elevações em relação uma à outra.

Muitas outras técnicas para permitir a variação do espaçamento entre bobinas se- rão apreciadas por aqueles de habilidade comum dada a presente descrição.

É notado também que, embora as modalidades antes mencio- nadas de conjuntos de bobinas empilhadas e concêntricas (e híbridas) pos- sam ser "ajustadas" através da variação da colocação das bobinas em rela- ção uma à outra — quer verticalmente, horizontalmente ou em azimute ou mesmo atitude (guinada) - também podem ser ajustadas para obter o nível desejado de desempenho em virtude de sua constituição.

Por exemplo, em uma modalidade do conjunto, são proporcionadas ao usuário/ instalador uma | pluralidade (por exemplo, duas ou mais) de bobinas de custo muito baixo, de menor precisão. Cada uma dessas bobinas pode ter, por exemplo, apenas um número pequeno de segmentos, espaçamento relativamente grande en- tre os segmentos e/ ou menos densidade de volta em cada segmento, de modo que elassão uma aproximação mais grosseira da bobina de Rogowski "perfeita" ( embora também ainda muito barata de fabricar). Pode ser que um usuário do conjunto requeira apenas uma aproximação grosseira, de baixa precisão, do(s) parâmetro(s) sentido(s) (por exemplo, corrente através de um condutor) e, portanto, o uso de uma única das bobinas antes mencio- nadas dentro do conjunto pode bastar para essas finalidades. De modo al- ternativo, outro usuário do conjunto pode requerer níveis muito mais altos de precisão em sua aplicação pretendida, esses níveis de precisão não podem ser obtidos através do uso somente de uma das bobinas de baixa precisão , O embora possam ser obtidos talvez com duas ou três dessas bobinas usadas em configuração empilhada/ concêntrica/ híbrida. Desse modo, uma modali- o dade da invenção é configurada de modo que bobinas podem ser adiciona- das ou subtraídas pelo usuário, conforme requerido, a fim de obter seu nível desejado de precisão, ao mesmo tempo em que também obtém a implemen- tação mais econômica (em contraste com uma abordagem "one-síze-fits all datécnica anterior, em que a precisão/ exatidão do dispositivo é fixada efeti- vamente).

A metodologia precedente também pode ser aplicada em insta- lações onde grande número de bobinas individuais ou agregadas podem ser requeridas, tal como uma empresa pública implementando um programa de monitoração de cliente. Por exemplo, onde a base de medidor elétrico insta- lado para os clientes da empresa é substancialmente homogênea, a empre- sa pode "ajustar" a instalação do dispositivo em um medidor exemplificativo ou representativo e, então, simplesmente duplicar aquela instalação em to- dos os outros medidores dentro da base do cliente (sem ter que ajustar cada um deles individualmente). Portanto, a empresa pode comprar um "kit de ajuste", que pode ter, por exemplo, uma pluralidade de diferentes tipos, dià- metros, densidades de enrolamento, espaçamento de segmentos e configu- | rações de bobinas/ conjuntos de bobinas e ajustar o protótipo ou instalação representativa de modo a otimizar o desempenho e/ou o custo (isto é, obter o nível de precisão desejado na custo mais baixo possível). Uma vez que a configuração ótima (ou configurações para os respectivos tipos de instala- ções de clientes) seja conhecida, a empresa pode, então, fazer a compra simples das configurações de custo/* desempenho otimizada en masse de um fornecedor, assim evitando o desperdício e o custo de partes de "sobra" ou não utilizadas (por exemplo, bobinas) que resultariam da compra de uma pluralidade de kits de sintonização individuais.

Também deve ser notado que algumas das modalidades prece- dentes consideram o uso de configurações homogêneas de bobina. Por e- xemplo, na montagem empilhada descrita acima, a primeira bobina poderia ter uma sertã densidade de enrolamento de segmento e espaçamento de 2 segmentos/ número de segmentos. A segunda bobina, porém, poderia utili- zar uma densidade/ espaçamento/ número diferente, embora tendo o mes- CC mo raio e/ ou altura efetivos. Além disso, conforme observado previamente, as bobinas também (ou alternativamente) podem ter alturas e/ou raios de bobina diferentes, perfis seccionais transversais diferentes, etc. Portanto, um conjunto que pode "misturar e corresponder" tipos de bobinas diferentes é considerado aqui. Para essa montagem, o alojamento (se houver) também pode ser configurado para aceitar os diferentes tipos de bobina, de modo a evitar que o usuário/ instalador tenha que procurar um tipo de alojamento diferente, dependendo da combinação/ configuração selecionada de bobinas componentes. Esse alojamento "universal" pode prontamente ser construído demodo a acomodar as várias configurações possíveis, satisfazer os obje- tos de conservação relativa de espaço, baixo custo, manutenção da(s) bobi- na(s) em uma orientação desejada em relação ao(s) condutor(es) monitora- do(s) e assim por diante.

A figura 35A ilustra uma modalidade de montagem de substrato 3500 que utiliza três painéis de circuito impresso diferente. Especificamente, a modalidade da figura 35A inclui um substrato superior 3510, um substrato inferior 3512 e um substrato intermediário 3514. Disposto entre esses subs- | tratos está um número de elementos de espiral 3520, que formam, coletiva- mente, um dispositivo de bobina de Rogowski de multibobinas.

Em uma mo- dalidade, o dispositivo de bobina de Rogowski de multibobinas da figura 35A compreende dois (2) dispositivos de bobina de Rogowski do tipo previamen- tedescrito com relação às figuras 19A — 19C acima, dispostos em uma dis- posição "empilhada" ou justaposta.

Porém, outras modalidades, tais como aquelas ilustradas na figura 20A, podem ser prontamente substituídas ou mesmo intermisturadas (quanto às diferentes camadas). Note que como os dispositivos de bobina de Rogowski, ilustra- dosna figura 35A, são segmentados em natureza, é esperado haver alguma perda de fluxo ou "imperfeição" nas folgas entre as bobinas enroladas des- ses dispositivos por aquela razão.

Em consequência, através dos empilha- mento dos dispositivos de bobina de Rogowski na figura 35A, os dispositivos O combinados se comportam mais parecido com um bobina de Rogowski ideal com uma distribuição uniforme, não segmentada, de enrolamentos.

Embora o os dois dispositivos de bobina de Rogowski na figura 35A sejam ilustrados com seus respectivos elementos de bobina alinhados, é reconhecido que os elementos de espirais do dispositivo de bobina de Rogowski de topo e de fundo podem ser deslocados angularmente um do outro, similar em modo às modalidades previamente discutidas aqui com relação às figuras 15A — 15E.

Além disso, será apreciado que, embora apenas duas bobinas sejam mostradas na modalidade da figura 35A, três (ou mais bobinas podem ser empilhadas dessa maneira, se desejado.

Por exemplo, pode ser desejá- vel utilizar três (3) dessas bobinas, com quatro (4) substratos em uma dispo- sição empilhada (não mostrada), com as folgas entre segmentos na bobina do meio correspondendo aos segmentos de bobina das bobinas superior e inferior, de modo que a perda de fluxo das folgas da bobina do meio seja direcionada de modo substancialmente simétrico (do topo para o fundo) pe- las bobinas superior e inferior, respectivamente . De modo alternativo, a co- locação dos elementos de espirais das respectivas bobinas empilhadas pode ser "em fase" com relação às folgas de dispositivos de bobina de Rogowski adjacentes, como discutido aqui previamente. |

Fazendo referência agora à figura 35B, uma disposição alterna- tiva do dispositivo de bobina de Rogowski de multbobinas 3500 da figura 35A é mostrada e descrita em detalhes. Especificamente, na modalidade ilustrada na figura 35B, os substratos superior e inferior foram evitados em favor do roteamento exclusivo de circuito em um substrato centralizado

3530. Em outras palavras, cada uma das localizações terminais para cada um dos elementos de espirais dos dispositivos de bobina de Rogowski supe- rior e inferior está localizada no substrato central. O circuito de interface para o circuito de processamento externo (não mostrado), assim, está localizado emum único substrato para os dispositivos de bobina de Rogowski superior e inferior. Em uma implementação exemplificativa, os dispositivos de bobi- na de Rogowski são "combinados", isto é, o roteamento do circuito elétrico O entre elementos de espirais individuais se alterna entre os dispositivos de bobina de Rogowski de topo e de fundo, como é melhor ilustrado na figura o 35C. Em outras palavras, o roteamento do circuito irá de um primeiro ele- mento de espiral 2550 no dispositivo de bobina de Rogowski inferior para um primeiro elemento de espiral 3552 no dispositivo de bobina de Rogowski su- perior e de volta para baixo, até um segundo elemento de espiral 3554 no dispositivo de bobina de Rogowski inferior e assim por diante para o elemen- tos de espirais 3556 e 3558, etc. Em consequência, os dispositivos de bobi- na de Rogowski superior e inferior e o respectivo circuito no circuito localiza- do nos substratos atuarão para criar um dispositivo de bobina de Rogowski único de duas camadas, Métodos de Fabricação para Aparelho Sensor de Corrente Fazendo referência agora à figura 10, um primeiro método e- xemplificativo para a fabricação de um aparelho sensor de corrente 1000 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, a figura 10 ilustra a me- todologia para a fabricação do aparelho sensor de corrente ilustrado nas fi- guras1-—-18B.Na etapa 1010, as bobinas sem espirais são enroladas em um mandril, Essa bobinas, opcionalmente, podem ser enroladas uma de cada vez ou, alternativamente, podem ser enroladas juntas, de modo a evitar ter | que interconectá-las em uma etapa de processamento posterior. Essa bobi- nas podem ser enroladas usando uma única camada de enrolamentos ou, alternativamente, em uma configuração de multicamadas. As bobinas enro- ladas são então ligadas juntas via a aplicação de calor. A fabricação de bo- binas sem espirais é descrita, inter alia, no Pedido de Patente dos Estados Unidos, copossuído Nº de Série 11/ 203.042, depositado em 12 de agosto de 2005 e intitulado "Stacked Inductive Device and Methods of Manufactu- ring", cujos conteúdos são aqui incorporados através de referência em sua totalidade.

Na etapa 1020, as bobinas enroladas são rosqueadas em um la- ço de retorno pré-formado de fio de cobre (figura 1, 104) em uma modalida- de exemplificativa, o laço de retorno de fio de cobre é formado de modo a ser, em geral, "em forma de C, com uma folga relativamente pequena entre O o início e o fim do laço de retorno de fio de cobre. Na etapa 1030, cada uma das bobinas sem espirais (figura 1, 2 102) é posicionada dentro de cavidades correspondentes (figura 1A, 112) do cabeçote segmentado (figura 1, 110).

Na etapa 1040, o laço de retorno do fio de cobre é encaixado sob pressão na fenda radial de posicionamento (figura 1B, 114) do cabeçote segmentado. Em uma variante, o lado de retorno pode ser preso à fenda radial via o uso de um adesivo de epóxi.

Na etapa 1050, o fio condutor de acabamento da última bobina enrolada é preso a uma extremidade do laço de fio de retorno. Essa fixação pode utilizar qualquer número de técnica conhecidas, tais com operações de solda eutética, soldagem sônica e semelhantes.

Na etapa 1060, o fio condutor de início da primeira bobina enro- lada e o início do laço de retorno até os fios de coenxão para o aparelho sensor de corrente são conectados, Em uma modalidade exemplificativa, os fios de conexão compreendem par torcido, fios condutores blindados.

Na etapa 1070, o conjunto de bobina é colocado dentro ou de outro modo encapsulado com um envoltório ou revestimento protetor, assim, acabando a montagem. Em uma modalidade exemplificativa, o conjunto de | bobina é colocado dentro de uma caixa tipo concha de plástico protetor em sobreposição. A natureza de sobreposição da caixa tipo concha de plástico proporciona proteção acentuada contra resistência ao alto potencial (tam- bêm conhecida como "Hi-Pot") através do aumento do comprimento do curo entreosfiosno aparelho sensor de corrente e o condutor a ser monitorado.

Fazendo referência agora à figura 11, um método alternativo pa- ra fabricação de um aparelho sensor de corrente 1100 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, a figura 11 ilustra a metodologia para fabrica- ção do aparelho sensor de corrente ilustrando, por exemplo, nas figuras 2 — 2C;enasfiguras4-4B, Na etapa 1110, os elementos de espirais segmentados (figura 2, 210) são carregados em um mandril. Em uma modalidade exemplificativa, começando em uma extremidade, cada elemento de espiral é enrolado con- O tinuamente através de elementos de espirais sucessivos, de modo que um enrolamento de bobina contínuo, sem interconexões distintas, é incluído.

o Essas bobinas enroladas podem ser de camada única ou múltipla, em natu- reza.

Na etapa 1120, o fio de retorno é rosqueado através de respecti- vas aberturas (figura 2A, 230) dos elementos de espirais. Em uma modali- dade, ofiode retorno compreende um ou mais fios condutores, blindados, de par torcido, que são pré — extraídos, separados e esticados de modo que possam ser colocados através dos furos proporcionados nos elementos de espirais à medida que são assentados no mandril. Em uma modalidade al- ternativa, a etapa 1120 é realiza antes do enrolamento de bobina na etapa

1110.

Na etapa 1130, os elementos de espirais enrolados são removi- dos do mandril com um conjunto único. O conjunto de elemento de espiral enrolado removido parece pérolas em um cordão.

Na etapa 1140, o fio de extremidade da última bobina é termina- doem uma extremidade do fio de retorno de par torcido. Em modalidades que utilizam duas aberturas (veja, por exemplo, a figura 4, 432) o fio de re- torno pode ser roteado de volta através da porção central dos elementos de espirais enrolados segmentados.

Na etapa 1150, os elementos de espirais são formados em sua forma final (tal como o padrão exemplificativo semelhante a toro ou radial aqui descrito previamente). Em modalidades exemplificativas que incluem acoplamentos articulados (por exemplo, figura 2, 220), os acoplamentos arti- culados são posicionados de modo que fiquem no diâmetro interno do pa- drão semelhante a toro.

Na etapa 1160, cada um dos elementos de espirais é colocado dentro de cavidades correspondentes ou fendas associadas com um condu- tor de plástico. Por exemplo, na modalidade ilustrada da figura 4A, cada e- lemento de espiral 410 é colocado dentro de uma respectiva cavidade 464 do cabeçote externo semelhante a ane! 460. Na etapa 1170, o fio condutor inicial da primeira bobina é termi- O nado na outra extremidade do laço de fio de retorno . Na etapa 1180, o conjunto de bobina é colocado dentro ou de É outro modo encapsulado com um invólucro ou revestimento protetor, assim, acabando o conjunto, tal como aquele descrito com relação à etapa 1070 da figura 10 previamente aqui discutida.

Fazendo referência agora à figura 12, um terceiro método exem- plificativo para a fabricação de um aparelho sensor de corrente 1200 é mos- trado e descrito em detalhes. Especificamente, a figura 12 ilustra a metodo- logia para a fabricação do aparelho sensor de corrente ilustrado nas figuras 3 — 3D. Na etapa 1210, os elementos de espirais segmentados (figura 3, 300) são carregados em um mandril. Em uma modalidade exemplificativa, começando em uma extremidade, o enrolamento é preso em uma extremi- dade e o fio é esticado ao longo das ranhuras de topo (figura 3, 314) através de todos os elementos de espirais. Esse fio deve ser utilizado como um fio de retorno.

Na etapa 1220, e começando na extremidade distante (do ponto de partida do fio de retorno ), o fio é enrolado de volta ao longo do compri- mento de elementos de espirais com enrolamentos colocados em cad ele- mento de espiral, assim, fazendo um enrolamento de bobina contínuo, sem | interconexões, enquanto envolvendo, simultaneamente, através do fio de retorno . Similar às modalidades anteriores discutidas acima, as bobinas po- dem ser simples ou de múltiplas camadas, dependendo das condições de desenho associadas com a aplicação particular para o aparelho sensor de corrente.

Na etapa 1230, os elementos de espirais enrolados são removi- dos do mandril.

Na etapa 1240, os elementos de espirais são formados em seu formato final (tal como o padrão exemplificativo semelhante a toro aqui des- crito previamente). Com relação à modalidade ilustrada nas figuras 3 — 3D, o fio de retorno correrá ao longo do diâmetro externo dos elementos de espi- rais.

Na etapa 1250, o fio condutor de acabamento e o fio de retorno CO são terminados nos condutores associados com os fios de conexão (por e- xemplo, fios condutores blindados, de par torcido).

o Na etapa 1260, o conjunto de bobina é colocado dentro ou de outro modo encapsulado com um envoltório protetor ou de outro modo en- capsulado com um revestimento, assim, acabando a montagem.

Fazendo referência agora à figura 13, ainda outra modalidade para a fabricação de um aparelho sensor de corrente 1300 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, a figura 13 ilustra a metodologia para a fabricação do aparelho sensor de corrente ilustrado, por exemplo, nas figu- ras 5 — 5C. Na etapa 1310, os elementos de espirais segmentados (figura 5, 510) são carregados em um mandril. Em uma modalidade exemplificativa, começando em uma extremidade, cada elemento de espiral é enrolado continuamente através de elementos de espirais sucessivos, de modo que um enrolamento de bobina contínuo, sem interconexões distintas, é incluído. Essas bobinas enroladas podem ser de camada única ou múlti- pla, em natureza.

Na etapa 1320, o fio de retorno é rosqueado através de respecti- vas aberturas (figura 5, 522) dos elementos de espirais. Em uma modalida- de, o fio de retorno compreende um ou mais fios condutores, blindados, de | par torcido, que são pré — extraídos, separados e esticados de modo que possam ser colocados através dos furos proporcionados nos elementos de espirais à medida que são assentados no mandril. Em uma modalidade al- ternativa, a etapa 1320 é realiza antes do enrolamento de bobina na etapa

1310.

Na etapa 1330, os elementos de espirais enrolados são removi- dos do mandril. Os elementos de espirais enrolados, porque são interconec- tados, são removidos em um conjunto único.

Na etapa 1340, o fio de extremidade da última bobina é termina- doem uma extremidade do fio de retorno de par torcido.

Na etapa 1350, os elementos de espirais são formados em sua forma final (tal como o padrão exemplificativo semelhante a toro ou radial aqui descrito previamente). Em modalidades exemplificativas que incluem O acoplamentos articulados (por exemplo, figura 5B, 550), os acoplamentos articulados são posicionados de modo que fiquem no diâmetro interno do CU padrão semelhante a toro.

Na etapa 1360, cada um dos elementos de espirais é colocado dentro de cavidades correspondentes ou fendas associadas com um condu- tor de plástico. Similar àquele mostrado na modalidade ilustrada da figura 4A Na etapa 1370, o fio condutor inicial da primeira bobina é termi- nado na outra extremidade do laço de fio de retorno.

Na etapa 1380, o camada de blindagem é colocado dentro ou de outro modo encapsulado com um envoltório protetor.

Fazendo referência agora à figura 14, ainda outro método para a fabricação de um aparelho sensor de corrente 1400 é mostrado e descrito em detalhes. Especificamente, a figura14 ilustra a metodologia para a fabri- cação do aparelho sensor de corrente ilustrado, por exemplo, nas figuras 6 — 6B. Na etapa 1410, os elementos de espirais segmentados (figura 6, 610) — são carregados em um mandril. O fio de retorno é, começando em uma ex- tremidade, roteado na cavidade (figura 6, 630) no diâmetro externo do ele- mentos de espirais. Então, começando na extremidade oposto, cada ele- | mento de espiral é enrolado continuamente através de elementos de espirais Sucessivos, de modo que um enrolamento de bobina contínuo sem interco- nexões distintas é incluído. Essas bobinas enroladas podem ser simples ou de múltiplas camadas em natureza e são posicionadas sobre o fio de retor- no Na etapa 1420, os elementos de espirais são removidos do mandril Como os elementos de espirais enrolados são interconectados, eles são removidos em um conjunto único anexo.

Na etapa 1430, o fio de extremidade da última bobina é termina- doemuma extremidade do fio de retorno de par torcido.

Na etapa 1440, os elementos de espirais são formados em sua forma final (tal como o padrão exemplificativo semelhante a toro ou radial aqui descrito previamente).

o Na etapa 1150, cada um dos elementos de espirais é colocado dentrode cavidades correspondentes ou fendas associadas com um condu- i tor de plástico, similar àquele mostrado na modalidade ilustrada da figura 4A. Em outra modalidade, cada um dos elementos de espirais é colcoado dentro da porção de fundo de uma caixa de envoltório em forma de concha em so- breposição.

Na etapa 1460, o fio condutor inicial da primeira bobina é termi- nado na outra extremidade do laço de fio de retorno.

Finalmente, na etapa 1470, o conjunto de bobina é colocado dentro ou de outro modo encapsulado com um envoltório protetor. Em uma modalidade em que uma caixa de envolvimento em forma de concha, de plástico, é usada, essa etapa é realizada através da colocação e fixação da c caixa de envolvimento em forma de concha, de plástico sobre o conjunto.

Fazendo referência agora às figuras 18A — 18S, uma modalida- de da metodologia para montagem de um dispositivo de bobina de Rogowski exemplificativa da invenção é mostrado em detalhes. A figura 18A ilustra uma primeira etapa exemplificativa no processo de fabricação. Na figura 18a, o clipe de extremidade inicial 1890 é inserido dentro de uma respectiva abertura localizada no segmento de espiral de extremidade inicial 1810. O | clipe de extremidade 1890 é uma variante fabricada a partir de uma folha condutora de metal, que é estampada e, opcionalmente, revestida de modo a proteger o acabamento de superfície do clipe. Após a inserção, o clipe é subsequentemente curvado. Essa curvatura 1891é, no exemplo ilustrado, formada em um ângulo de 60 graus com relação à porção não curvada do clipe 1890. Alternativamente, o clipe de extremidade inicial pode ser molda- do por inserção no elemento de espiral durante o processo de moldagem por injeção. Em um processo exemplificativo, o clipe é formado longe da superfi- cie do segmento de espiral, manualmente, subsequente à inserção.

Além disso, modalidades exemplificativas incorporam entalhes na linha de curvatura do clipe de extremidade, de modo a reduzir a força ne- cessária para realizar a operação de curvatura, assim, reduzindo a possibili- dade de fratura do segmento de espiral durante a operação de curvatura.

O A figura 18B ilustra a inserção do clipe de extremidade de aca- . 15 bamento 1892 no segmento de espira de extremidade de acabamento 1810.

' Note que os próprios segmentos de espirais são idênticos entre aquele mos- trado na figura 18A e aquele mostrado na figura 18B (isto é, os segmentos de espirais de início e de fim são idênticos apenas com os clipes sendo dife- rentes entre os segmentos). Além disso, note também que o clipe de extre- midade "inicial" da figura 18A e o clipe da extremidade de "acabamento" da figura 18B são dispostos em extremidades opostas de seus respectivos segmentos de espirais, O clipe de extremidade de acabamento 1892, de pre- ferência também não é curvado antes da inserção, de modo que a extremi- dade entalhada do clipe de extremidade 1892 é posicionado sobre a passa- gem atravésda passagem de condutor 1893.

A figura 18C ilustra a etapa seguinte no processo exemplificati- vo, em que cada um dos elementos de espirais 1810 é carregado em um mandril de enrolamento 1870. O elemento de espiral de clipe de extremidade 1810 (isto é, o elemento de espiral discutido com relação à figura 18B é inserido no mandril primeiro, seguido por seis (6) e elementos de espiral que estão vazios de quaisquer clipes condutores. Finalmente, o elemento de es- piral inicial (isto é, o elemento de espiral! discutido com relação à figura 18A) | é inserido na extremidade do cordão de elementos de espirais, com o clipe de extremidade inicial 1890 voltado para longe dos outros elementos de es- pirais montados.

Fazendo referência agora à figura 18D, um cabo polimérico é deslizadoem uma ranhura 1813 que é formada, coletivamente, pelo conjun- to de elementos de espirais 1810. Note que a extremidade do cabo é apara- da, de modo que a extremidade do cabo não se projeta além da parede ex- terna 1811 do flange de elemento de espiral de extremidade.

Em uma moda- lidade exemplificativa, o cabo é fabricado de um politetrafluoroetileno de grau elétrico (PTFE). O diâmetro ilustrado é 0,031 polegadas, embora seja reconhecido que outras formas (isto é, retangular, poligonal, etc.) e tama- nhos poderiam ser prontamente substitutos em desenhos alternativos.

Esse cabo é utilizado para criar uma "coluna" alternativa que finalmente sustenta o O conjunto em sua forma final.

Embora ilustrado como usando um cabo de PTFE, é reconhecido que outros itens (tais como, fita, etc.) também poderi- o am ser prontamente substituídos a fim de proporcionar a chamada "coluna" conectiva para o dispositivo de bobina de Rogowski acabado.

A figura 18E ilustra o início do processo de enrolamento.

Especi- ficamente, o fio 1862 é enrolado nos elementos de espirais é primeiro preso ao pino de enrolamento 1872 do mandril acabado e, subsequentemente, preso ao clipe de extremidade 1892 duas vezes antes de ser roteado no ci- lindro de enrolamento de elementos de espirais.

A figura 18F ilustra o restante do elemento de espiral de extre- midade 1810 sendo enrolado com o número de volta de fio 1862 requerido.

No exemplo ilustrado, três (3) camada de fio são enroladas no elemento de espiral com cinquenta e duas (52) voltas de fio sendo enroladas em cada camada.

As camadas são construídas com a primeira camada sendo enro- lada das esquerda para a direita, a segunda camada sendo enrolada da di- reita para a esquerda e a terceira camada sendo enrolada, mais uma vez, da esquerda para a direita, embora outros números de camada e/ou padrão de descrição possam ser usados consistentes com a invenção.

Por exemplo, todas as voltas (por exemplo, 52, neste exemplo) poderiam ser enroladas | em uma única camada em uma direção, De modo alternativo, um padrão de duas camadas para trás e para frente poderia ser utilizado.

A figura 18G ilustra o roteamento do fio 1862 do elemento de espiral de extremidade enrolada recentemente para um elemento de espiral adjacente.

Note que ambos os elementos de bobina mostrados incluem um recurso de transição 1863 compreendido de uma protuberância que inclui uma borda curvada.

Essa borda curvada ajuda a impedir danos ao fio à me- dida que ele é roteado entre elementos de espirais adjacentes.

O elemento de espiral adjacente é, então, enrolado identicamente àquele visto na figura 18F (isto é, com três (3) camadas compreendidas de cinquenta e duas (52) voltas cada.

Os elementos de espirais restantes 1810 são, então, similar- mente, enrolados como ilustrado na figura 18H.

A figura 181 ilustra o final do enrolamento 1862, subsequente a : ser roteado através de cada um dos elementos de espirais previamente dis- —cutidos e presos ao clipe inicial 1890. Similar ao clipe de extremidade, o fio é e preso ao clipe de início através do envolvimento do fio em torno do clipe ini- cial duas vezes, embora outros mecanismos possam ser usados.

A figura 18J ilustra o enrolamento da camada de blindagem 1864 nos elementos de espirais.

Como pode ser visto na figura 18J, a ca- mada de blindagem é composta de uma camada adicional de cinquenta e duas (52) voltas que são enroladas na direção oposta das camadas de enro- lamento previamente enroladas.

Note também que o fio que compõem o fio de blindagem é o mesmo fio que foi usado para enrolar previamente os ele- mentos de espirais.

O processo é continuado conforme mostrado na figura 18K, com os elementos de espirais restantes recebendo, cada um deles, uma camada de blindagem.

O uso do mesmo fio que foi usado nos enrola- mentos anteriores é particularmente vantajoso da perspectiva de custo de fabricação.

Como os elementos de espirais já são dispostos em mandril de enrolamento para os fins de automatização da colocação dos enrolamentos, nenhuma etapa adicional de processamento precisa ser realizada por um operador a fim de enrolar a camada de blindagem nos elementos de espi- rais. |

Em consequência, os únicos custos adicionais acrescidos ao dispositivo através da adição da camada de blindagem vem do tempo adi- cional que os elementos de espirais despendem no mandril de enrolamento, o qual é mínimo, junto com o custo de material adicionado associado com a camada de blindagem, o qual também é mínimo.

Além disso, foi verificado que o uso do mesmo fio 1862 para a camada de blindagem é exatamente tão efetivo no fornecimento de blindagem para o dispositivo quanto outros métodos mais trabalhosos que utilizam folha de cobre, etc.

A figura 18L ilustra como o fio 1862 é preso ao elemento de es- piral.

Especificamente, a figura 18L ilustra como a extremidade do fio da ca- mada de blindagem é presa no elemento de espiral de extremidade.

Essen- cialmente, uma única volta de fita 1870 é enrolada no elemento de espiral e a extremidade do fio 1862 é, então roteado através dessa camada única de O fita e , subsequentemente, presa pelo envolvimento adicional de camadas extras de fita.

O fio em excesso 1862 e a fita em excesso 1870 são então e aparados.

Note que a extremidade do fio da camada de blindagem não é presa ao clipe de extremidade 1892. Fazendo referência agora à figura 18M, os elementos de espirais enrolados são removidos do mandril e o fio é preso ao clipe de extremidade 1892 e ao clipe de início 1890 (não mostrado). A fixação do fio a esses cli- pes pode ser realizada em qualquer número de maneiras diferentes, Uma implementação utiliza um processo de soldagem de resistência para solar uma porção 1866 do fio aos respectivos clipes.

Alternativamente, uma ope- ração de soldagem eutética poderia ser usada para prender, física e eletri- camente, offio aos respectivos clipes, Ainda outros métodos serão reconhe- cidos por aqueles de habilidade comum na técnica.

Dada a presente descri- ção.

A figura 18N ilustra a instalação do fio de retorno 1850. O fio de retorno é inserido na passagem central do elementos de espirais de extremi- dade inicial (isto é, a extremidade com o clipe de início 1890) e roteado atra- vés de cada um dos elementos de espirais até que encontre o elemento de clipe de extremidade 1892 no segmento de espiral de extremidade.

Esse fio | de retorno 1850 subsequentemente, é, então, preso eletricamente ao clipe de extremidade 1892 via uma operação de soldagem eutética, soldagem por resistência, etc.a A figura 180 ilustra que o fio de acabamento 1852 é preso ao clipe de início 1890. mais uma vez isso pode ser realizado pelo uso, por exemplo, de soldagem por soldadura ou resistência para prender o fio de acabamento ao clipe de início no elemento de espiral inicial.

A figura 18P ilustra a inserção do conjunto de elemento de espi- ral em um alojamento 1880. O elemento de espiral de extremidade 1810 (is- to é, a espiral com a fita 1870 nela montado) é inserido em uma respectiva cavidade 1886 localizada no alojamento primeiro, e elementos de espirais subsequentes são inseridos em suas respectivas cavidade de alojamento em torno da foram semelhante a anel do alojamento. Note também que o elemento de espiral de extremidade é disposto adjacente à ranhura do fio de acabamento 1884 de à ranhura do fio de retorno 1882 associada com o alo- jamento. o A figura 18Q ilustra o fio de acabamento 1852 e o fio de retorno 1850 após serem inseridos em suas respectivas ranhuras do alojamento. Note que o fio de acabamento 1852 é disposto no topo de fio de retorno na modalidade ilustrada, o que mantém os fios juntos para fins de mitigação da interferência elétrica externa indesejada.

Fazendo referência agora à figura 18R, pequenas bordas de e- póxi 1888 ou outro adesivo são inseridas em cada uma das cavidades 1889 do alojamento de topo 1883. Além disso, uma borda leve de epóxi também é aplicada à parede de furo mediana 1887. O alojamento de topo 1883 é, en- tão, montado no alojamento 1880, conforme ilustrado na figura 18S. O fio de acabamento 1852 e o fio de retorno 1850 são, então, torcidos juntos em uma direção dos ponteiros do relógio para fins de mitigação dos efeitos de interfe- rência elétrica externa.

Será reconhecido que certos aspectos da invenção são descritos em termos de uma sequência específica de tapas de um método, essas descrições são apenas ilustrativas de método mais amplos da invenção e podem ser modificados conforme requerido pela aplicação particular. Certas | etapas podem ser tornadas desnecessárias ou opcionais sob certas circuns- tâncias. Adicionalmente, certas etapas ou funcionalidade podem ser adicio- nadas às modalidades divulgadas ou a ordem de desempenhos de duas ou mais etapas permutada. Todas essas variações são consideradas como sendoenvolvidas dentro da invenção aqui divulgada e reivindicada.

Embora a descrição detalhada tenha sido mostrada, descrita e novas características da invenção apontadas, conforme aplicada às várias modalidades, será compreendido que várias omissões, substituições e mu- danças na forma e nos detalhes do dispositivo ou processo ilustrados podem serfeitas por aqueles de habilidade na técnica, sem afastamento da inven- ção. A descrição precedente é do melhor modo presentemente considerado de realização da invenção. Essa descrição não se destina de modo algum a ser limitativa, mas antes será tomada como ilustrativa dos princípios gerais da invenção. O escopo da invenção será determinado com referência às rei- vindicações anexas. |

Claims (22)

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo indutivo sensor de corrente, compreendendo: uma pluralidade de elementos de espirais, cada elemento tendo um enrolamento condutivo enrolado sobre ele; e um painel de circuito impresso com uma abertura nele existente; em que a referida pluralidade de elementos de espirais estás disposta em torno da referida abertura e são acoplados eletricamente um ao outro via o referido painel de circuito impresso .

2. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo: . um condutor de retorno que acopla eletricamente um dianteiro da referida pluralidade de elementos de espirais com um traseiro dos referi- do elementos de espirais.

Ú 3. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, em que . 15 pelomenos dois da referida pluralidade de elementos de espirais são aco- plados fisicamente um ao outro via um acoplamento articulado.

- 4. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 3, em que pelo menos três da referida pluralidade de elementos de espirais são aco- plados fisicamente um ao outro via um ou mais de uma pluralidade de aco- plamentos articulados, respectivamente, com um primeiro acoplamento arti- culado disposto em um primeiro lado de um canal de enrolamento de um primeiro elemento de espiral e um segundo acoplamento articulado disposto em um segundo lado do referido canal de enrolamento do referido primeiro elemento de espiral.

5. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, em que cada um dos referidos elementos de espirais compreende um par de flanges com um carretel de enrolamento dispostos substancialmente entre eles, o referido enrolamento condutor enrolado no referido carretel de enrolamento.

6. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 5, em que osreferidos elementos de espirais têm um ou mais terminais que compreen- de terminais autoconduzidos incorporados em pelo menos uma parede late- ral de pelo menos um do referido par de flanges.

7. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, em que a referida pluralidade de elementos de espirais compreende três ou mais elementos de espirais, com uma porção de início e uma de acabamento do referido enrolamento condutor sendo dispostas em um de não extremidade dosreferidos três ou mais elementos de espirais

8. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, em que o rfo enrolamento condutor compreende uma pluralidade de camadas dis- postas em um ou mais cilindros de enrolamento dos referidos elementos de espirais.

9. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 8, em que pelo menos uma das referidas camadas compreende uma camada de blin- dagem operativa para pelo menos mitigar a transmissão de ruído eletromag- nético durante a operação.

' 10. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 9, em BR 15 quea referida pluralidade de camadas compreende: duas ou mais camadas de blindagem; e . uma ou mais camadas sensoras de corrente; em que as referidas duas ou mais camadas de blindagem e a re- ferida uma ou mais camadas sensoras de corrente são intercaladas uma coma outra.

11. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos uma porção dos referidos elementos de espirais ainda com- preende: . um par de flanges; 25 . um canal de enrolamento disposto entre os referido par de flanges; - uma pluralidade de camadas de enrolamento condutor dispos- tas no referido canal de enrolamento e um ou mais recursos de articulação.

12. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 11, ainda compreendendo um alojamento compreendendo uma abertura de recebi- mento de condutor.

13. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 12, em | que a referida pluralidade de elementos de espirais são coletivamente dis- postos em torno da referida abertura de recebimento de condutor em um modo substancialmente alternado ou em zigue-zague.

14. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 11, em que pelo menos uma referida pluralidade de camadas de enrolamentos compreende uma camada de blindagem.

15, Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 14, em que a direção de enrolamento para a referida camada de blindagem se al- terna entre dispositivos indutivos enrolados linearmente, dispostos adjacen- temente,

16. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 12m em que a referida abertura de recebimento de condutor incluí um condutor inte- grado que deve ser detectado pelos referidos elementos de espirais.

' 17. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 12, em . 15 que o referido alojamento ainda compreende uma pluralidade de terminais para interfaceamento elétrico com um painel de circuito impresso.

. 18. Dispositivo indutivo, de acordo com a reivindicação 12, em que o referido alojamento inclui uma pluralidade de recursos de alinhamento que dispõem os referido elementos de espirais em um modo substancial- mente alternado ou em zigue-zague, quando os referidos elementos de espi- rais são nele recebidos.

19, Método de fabricação de um dispositivo indutivo sensor de corrente, compreendendo: . fixação de uma primeira extremidade e um enrolamento condu- torem um de uma pluralidade de elementos de enrolamento segmentados; . enrolamento continuamente do referido enrolamento condutor na referida pluralidade de elementos de enrolamento segmentados em uma ordem sequencial; e . fixação da referida segunda extremidade do referido enrola- mento condutor em um da pluralidade de elementos de enrolamento seg- mentados.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que a referida | primeira extremidade e a referida segunda extremidade do referido enrola- mento condutor preso são presas ao mesmo da referida pluralidade de ele- mentos de enrolamento segmentados.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que a referida ordem sequencial compreende: .atravessar de um mediano da referida pluralidade de elementos de enrolamento segmentados para um elemento de enrolamento segmenta- do de primeira extremidade da referida pluralidade de elementos de enrola- mento segmentados; 10 . atravessar do referido elemento de enrolamento segmentado de primeira extremidade da referida pluralidade de elementos de enrolamen- to segmentados para um elemento de enrolamento segmentado de segunda extremidade da referida pluralidade de elementos de enrolamento segmen- , tados; e . 15 . atravessar do referido elemento de enrolamento segmentado de segunda extremidade da referida pluralidade de elementos de enrolamen- . to segmentados de volta para o referido intermediário da referida pluralidade de elementos de enrolamento segmentados.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que o referido ato de fixação da referida primeira extremidade compreende o término do referido enrolamento condutor em um terminal autoconduzido presente no referido um da pluralidade de elementos de enrolamento segmentados.

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