CN101501793A - 用于电力线通信的电感耦合器的壳体 - Google Patents

用于电力线通信的电感耦合器的壳体 Download PDF

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CN101501793A CN 200780030085 CN200780030085A CN101501793A CN 101501793 A CN101501793 A CN 101501793A CN 200780030085 CN200780030085 CN 200780030085 CN 200780030085 A CN200780030085 A CN 200780030085A CN 101501793 A CN101501793 A CN 101501793A
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戴维·戈德布拉特
拉姆·达斯·S.·拉奥
科库·A.·阿梅菲亚
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Abstract

本发明提供一种电感耦合器,所述电感耦合器包括:(a)壳体,所述壳体具有:纵向延伸穿过所述壳体的孔、沿所述壳体的侧面纵向延伸的间隙,以及能够使所述间隙打开或闭合的柔性区域,其中当所述间隙被打开时,通过将导体穿过所述孔,使得所述电感耦合器安装在所述导体上。所述电感耦合器还包括(b)磁芯;以及(c)线圈,所述线圈绕在所述磁芯的一部分周围。所述磁芯和所述线圈被固定到所述壳体上,从而使得所述磁芯的位置和所述线圈的位置彼此相对地保持,当所述电感耦合器被安装在所述导体上时,通过所述磁芯在所述导体和所述线圈之间耦合信号。

Description

用于电力线通信的电感耦合器的壳体

技术领域

本发明涉及电力线通信,并且尤其涉及用于电力线通信的数据耦合 器的结构。

背景技术

电力线通信(PLC),也被称为宽带电力线(BPL),是一种通过现有 的电力线,也就是传输电流的导线,以高频完成数据传输的技术。用于 PLC的数据耦合器在电力线与例如调制解调器的通信设备之间耦合数据 信号。

这种数据耦合器的一个例子是电感耦合器,所述电感耦合器包括磁 芯和缠绕在磁芯部分的线圏。电感耦合器用作变压器,其中,所述磁芯 位于电力线上,以使得电力线作为变压器的初级线圏,以及电感耦合器 的线圏为变压器的次级线圈。

磁芯典型地由例如铁氧体、能量金属(powered metal)的磁性材料 或纳米材料构成。磁芯通过与电力线的接触通电并且需要与次级线圈绝 缘。典型地,通过将磁芯和次级线圏嵌入到例如硅的电绝缘材料内,磁 芯和次级线圈绝缘。

有时,电力应用司线员(electric utility lineman)可能需要在例如高 压电力线的带电介质上安装电感耦合器。在这种情况下,电感耦合器需 要满足安全性要求,以避免伤害执行安装、维护或拆除上述装置的人员。

发明内容

本发明提供一种电感耦合器,所述电感耦合器包括:(a)壳体,所 述壳体具有:纵向延伸穿过所述壳体的孔、沿所述壳体的侧面纵向延伸 的间隙,以及能够使所述间隙打开或闭合的柔性区域,其中当所述间隙

5被打开时,通过将所述导体穿过所述孔使得所述电感耦合器安装在导体

上。所述电感耦合器还包括(b)磁芯;以及(c)线圏,所述线圏绕在 所述磁芯的一部分周围。所述磁芯和所述线圈固定到所述壳体上,从而 所述磁芯的位置和所述线圏的位置彼此相对地保持,当所述电感耦合器 被安装在所述导体上时,通过所述磁芯在所述导体和所述线圏之间耦合 信号。

附图说明

图l是在打开位置的电感耦合器的三维视图; 图1A是在部分闭合位置的图1的电感耦合器的三维视图; 图IB是在完全闭合位置的图1的电感耦合器的三维^L图; 图2是图1的电感耦合器的剖视图;

图3是位于电力线周围的在部分打开位置的电感耦合器的三维视图; 图4是设有橡胶条的电感耦合器的三维视图; 图4A是电力线上的在关闭位置的图4的电感耦合器的三维视图; 图5是在打开位置的电感耦合器的三维视图;

图6是临近电力线的电感耦合器和带电操作杆(hot stick)的三维视

图;

图6A是利用带电操作杆保持在打开位置的图6的电感耦合器的三维 视图;

图6B是位于电力线上的在部分打开位置的图6的电感耦合器的三维 视图;

图6C是位于电力线上的在闭合位置的图6的电感耦合器的三维视图; 图7是一种电感耦合器的三维视图。

具体实施方式

在PLC系统中,电力电流典型地通过电力线以50-60Hz范围的频率 传输。在低压线^^中,电力电流以大约90至600伏特之间的电压传输, 在中等电压线路中,电力电流以大约2400至35000伏特之间的电压传输。数据信号的频率大于或等于1兆赫兹(MHz),数据信号的电压范围从几

伏特到几十伏特。

图1是电感耦合器100在打开位置的三维视图,其被定位成安装在 电力线150和155上。电感耦合器100包括壳体105,所述壳体是一片式、 单一主体(uni-body)结构。壳体105由硬塑料材料、弹性材料或弹力材 料构成。弹性材料能够在拉伸或变形之后部分或全部恢复到原始长度或 形状。弹性材料优选地具有利用ASTMD1456-86测试方法,也就是在特 定应力下针对橡胶延伸性能的标准测试方法大约10%至大约900%的延 伸率。当弹性变形时弹力材料吸收能量,并且随后在卸载时可恢复地释 放能量。

壳体105包括孔103,所述孔沿纵向穿过壳体105。电力线150和155 穿过所述孔103。壳体105还包括^f兹芯200 (在图2中示出)以及包围在 磁芯200周围的线圈145 (winding)。线圈145从壳体105突出并且连接 到PLC系统中的其他电子设备(未示出)。电感耦合器IOO作为变压器, 其中,例如,电力线150是初级线圏,线圈145是次级线圈,并且通过 i兹芯200在电力线150和线圏145之间耦合信号。

壳体105具有沿壳体105的侧面纵向延伸的间隙108(以虚线表示)。 间隙108位于面107和面109之间。壳体105具有允许面107和109(a) 彼此隔开从而打开间隙108,或(b)彼此相向从而闭合间隙108的柔性 区域130。因此,柔性区域130与4交链的功能相似。在图1中,间隙108 以打开位置示出。

壳体105包括带115和凸起110。带115在接头129处与壳体105连 接,并且所述带115具有孔洞120、凹槽125和凹槽127。带115可以配 置为壳体105的整体部件或在接头129处与壳体105连接的非整体部件。 壳体105还包括具有一对凸缘即凸缘135的端面。电缆接头140( cable tie) (图l所示的两个)位于凸缘135上。下面参考图1A和1B描述带115、 孔洞120、凹槽125、凹槽127、凸起IIO、凸缘135和电缆接头140的 重要性。

图1A是电感耦合器IOO在部分闭合位置的三维视图。带115朝向凸

7起110弯曲以使得凹槽125与凸起110接合。电缆接头140是自接合的 (self-engaged),并且形成为包围凸缘135周界。如果电缆接头140收紧, 所述周界减小,因此拉拽凸缘135彼此相向。

图1B是安装在电力线150和155上的处于完全闭合结构的电感耦合 器100的三维视图。电缆接头140被收紧以使得壳体105闭合。带115 已经弯曲成使得凹槽127与凸起110接合。电缆接头140中的张力为将 电力线150和155捆绑在一起提供了附加支持。

图2是电感耦合器100在打开位置的剖视图。如前面提到的,电感 耦合器100包括〜磁芯200。 一磁芯200配置有芯部200A和芯部200B。柔 性区域130允许半芯200A和200B彼此相对移动。将磁芯200配置为两 部分,即,芯部200A和芯部200B,便于电力线150上的电感耦合器100 的布置。芯部200A、芯部200B以及线圏145的环部由壳体105包围。 从而,壳体105保持线圈145、芯部200A和芯部200B之间的空间关系。 也就是说,磁芯200和线圏145被固定到壳体105,使得磁芯200的位置 和线圈145的位置相对于彼此保持。

为了将电感耦合器IOO安装在电力线150和155上,或为了将电感 耦合器IOO从电力线150和155上移除,司线员可以使用通常称为 "带电操作杆(hot stick)"的长绝缘工具。带电操作杆具有接合孔洞120 的钩子,以使得司线员移动带115以便凹槽125或凹槽127接合凸起110 或与凸起110脱开。

尽管图1、 1A、 1B和2示出了安装在两根电力线,即电力线150和 155上的电感耦合器100,电感耦合器IOO可以安装在单根电力线上,并 且更通常地可以安装在 一根或多根电力线上。

在回顾中,电感耦合器100包括壳体105、磁芯200和线圈145。孔 103纵向延伸穿过壳体105,并且间隙108沿面107和109之间的壳体105 的侧面纵向延伸。柔性区域130使得间隙108能够打开或关闭。柔性区 域130可以是例如铰链。当被打开时,间隙108允许电感耦合器100安 装到穿过孔103的导体上。线圏145绕在磁芯200的一部分上。进一步 地,磁芯200和线圈145以这样的方式固定到壳体105上,以保持彼此的相对位置。当电感耦合器100被安装在导体上时,所述电感耦合器通 过磁芯200在导体和线圈145之间耦合信号。

图3是安装在电力线350和电力线355周围的在部分打开位置的电 感耦合器300的三维视图。电感耦合器300包括壳体305,所述壳体具有 纵向延伸穿过壳体305的孔303。电感耦合器300还包括万兹芯200 (在图 3中未示出)和线圏145 (在图3中未示出)。电力线350和355穿过所 述孔303。线圏145包围在,兹芯200的一部分周围。来自线圈145的导 线345从壳体305突出并连接到PLC系统的元件(未示出)上。

壳体105是一片式、单一主体结构,并且由硬塑料材料、弹性材料 或弹力材料构成。壳体305提供磁芯200的结构支撑。壳体305还具有 柔性区域330、带315、凸起310和凸缘335。带315从壳体305延伸, 并在接头329处与所述壳体305连接。带315具有孔洞320和凹槽325。 凸起310和凹槽325配置为彼此接合。用户可以在孔洞320处获得带315 上的把手,并且通过拉动所述把手,使得带315绕接头329弯曲,并且 因此使得凹槽325和凸起310接合,以将电感耦合器300固定在闭合结 构中。

每个凸缘335包括孔337。 一个电缆接头340穿过所述在一个凸缘 335上的孔337,并且另 一个电缆接头340穿过另 一个凸缘335上的孔, 以将电力线350和355与电感耦合器300彼此固定。

尽管图3表示出电感耦合器300安装在两根电力线上,即电力线350 和355上,并且电缆接头340收紧在电力线350和355周围,但电感耦 合器300还可以安装在单根电力线上,并且更通常地,安装在一根或多 根电力线上,并且电缆接头340收紧在一根或多根电力线周围。

图4是电感耦合器400的三维视图。电感耦合器400类似于电感耦 合器300,因为电感耦合器400包括壳体405、带415、凹槽425、凸起 410和凸缘435。壳体405是一片式、单一主体结构,并且由硬塑料材料、 弹性材料或弹力材料构成。不同于电感耦合器300,电感耦合器400包括 橡胶条440 (如图4中所示的两个)。橡胶条440将凸缘435包围在一个 周界中。当电力线450在橡胶条440上施加接触力时,在橡胶条440上

9的产生的张力使得所述周界减小,以使得凸缘435被彼此相向拉拽。

图4A是围绕电力线450的在闭合位置的电感耦合器400的三维视 图。橡胶条440靠着电力线450施加张力,并且凸起410接合凹槽425。 图5是电力线550附近的在打开结构中的电感耦合器500的三维视 图。电感耦合器500具有壳体505,所述壳体包括纵向穿过壳体505的孔 503、沿壳体505的侧面纵向延伸的间隙508和柔性区域530。壳体505 是一片式、单一主体结构,并且由硬塑料材料、弹性材料或弹力材料构 成。电感耦合器500类似于电感耦合器400,除了电感耦合器500采用驱 动器540( actuator X图5中所示的两个)取代凸缘435周围的橡胶条440。 驱动器540是一体驱动结构,即,壳体505的一体部分。采用非一体驱 动器的设计也是可行的。也就是说,不是壳体505的整体部分的驱动器, 例如橡胶条。

驱动器540桥接间隙508。当电力线550向着孔503被推靠在制动器 540上,驱动器540从间隙508离开。壳体505在柔性区域530附近弯曲,

图6是临近电力线650的电感耦合器600和带电操:作杆660的三维 视图。电感耦合器600具有壳体605,所述壳体包括纵向穿过壳体605 的孔603。壳体605是一片式、单一主体结构,并且由硬塑料材料、弹性 材料或弹力材料构成。壳体605包括凸起610和具有孔洞620和凹槽625 的带615。壳体605还包括结块642 (nub)、带652、带652A和带652B。 带652A将带652连接到壳体605的顶部。带652B将带652连接到壳体 605的底部。带652具有孔洞653。

带电操作杆660包括钩子665、铰链667、壳体670和齿675。在图 6中,钩子665以打开位置被示出,并且穿过孔洞653。钩子665可以缩 进壳体670,因此迫使钩子665关闭。

图6A是通过带电操作杆660接合以便保持在打开位置的电感耦合器 600的三维视图。在图6A中,与图6相比,钩子665缩进壳体670,由 此迫使带652A和带652B^皮此非常近。壳体605具有柔性区域630。由 于带652A和带652B被迫彼此靠得很近,壳体605在柔性区域630附近打开。因此利用壳体605打开,电力线650可以被引入孔603。

图6B是位于电力线650上的在几乎闭合位置的电感耦合器600的三 维视图。电感耦合器600和带电操作杆660,以及它们各自的部件如图6 中所描绘,除了在图6B中,钩子665通过孔洞620与带615接合,并且 电感耦合器600大部分靠近电力线650周围。用户可以将带615向下以 使得孔洞620和凸起610接合。

图6C是位于电力线650上的在闭合位置的电感耦合器600的三维视 图。电感耦合器600和带电才喿作杆660,以及它们各自的部件如图6A中 所描绘,除了在图6C中的,用户使得凹槽625和凸起610接合,由此固 定地在电力线650上安装电感耦合器600。

在图6C中,齿675与结块642互锁。该互锁使得在钩子665套过孔 洞620之后(见图6B)壳体670产生相反的力并且缩进壳体670。当带 615纟皮向下拉进壳体670时,凹槽625位于凸起610上方以^是供耦合器 600绕电力线650的强制闭合(positive closing )。

电感耦合器600具有嵌入壳体605内的磁芯,类似于磁芯200。当电 感耦合器600绕电力线650闭合,即安装在电力线650上时,壳体605 保持电力线650和磁芯彼此的相对位置。

图7是靠近电力线750的在打开位置的电感耦合器700的三维视图。 电感耦合器700包括壳体705、磁芯753和线圈745。

壳体705是一片式、单一主体结构,并且由弹性材料构成。壳体705 具有柔性区域730、凸起710和具有孔洞720和凹槽725的带715。壳体 705还具有孔703,所述孔纵向延伸通过壳体705。

磁芯753设有芯部753A和芯部753B。线圈745绕在所述芯部753A 周围。磁芯753不完全地嵌入在壳体705中,但是替代地,具有面对孔 703的暴露表面。线圈745没有嵌入壳体705。通常,对于每个电感耦合 器100、 300、 400、 500和600,磁芯或线圈都不需要完全嵌入壳体中, 但是替代地,可以类似磁芯753和线圈745的方式暴露。

壳体705还包括驱动器740。驱动器740使得芯部753A和芯部753B 彼此拉开,因此增加孔703的尺寸。然后电感耦合器700定位在电力线

ii750的周围。最初地,外力通过带手套的手和带电才喿作杆(未示出)施加 到电感耦合器700上,以保持电感耦合器700打开。 一旦移除该力,驱 动器740收缩以松弛地将电感耦合器700闭合在电力线750上。孔洞720 因此可以通过钩子接合,从而带715可以拉下以使凹槽725和凸起710 接合,从而建立围绕电力线750的电感耦合器700的强制闭合。

12

Claims (18)

1、一种电感耦合器,其特征在于,包括:(a)壳体,所述壳体具有:纵向延伸穿过所述壳体的孔;沿所述壳体的侧面纵向延伸的间隙;以及能够使所述间隙打开或闭合的柔性区域,其中当所述间隙被打开时,通过将所述导体穿过所述孔使得所述电感耦合器安装在导体上;(b)磁芯;以及(c)线圈,所述线圈绕在所述磁芯的一部分周围,其中,所述磁芯和所述线圈固定到所述壳体上,从而所述磁芯的位置和所述线圈的位置彼此相对地保持,以及其中,当所述电感耦合器被安装在所述导体上时,通过所述磁芯在所述导体和所述线圈之间耦合信号。
2、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,所述壳体由弹 性材料制成。
3、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,所述壳体配置 为单一主体装置,并且所述柔性区域是所述壳体的一体元件。
4、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,当所述电感耦 合器安装在所述导体上时,所述壳体还相对于所述^f兹芯位置保持所述导 体的位置。
5、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,还包括将所述 间隙固定在闭合位置的紧固器。
6、 根据权利要求5所述的电感耦合器,其特征在于, 其中所述壳体包括凸起,以及其中所述紧固器设有带,所述带具有接合所述凸起的凹槽。
7、 根据权利要求6所述的电感耦合器,其特征在于,所述紧固器是 所述壳体的一体元件的带。
8、 根据权利要求l所述的电感耦合器,其特征在于,其中所述壳体包括具有第一凸缘和第二凸缘的端面,并且 其中所述电感耦合器进一步包括一种条,所述条将所述第一和第二凸缘包围在所述条的周界内,从而当所述周界减小时,所述第一和第二凸缘彼此相向拉拽。
9、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,所述条选自电 缆接头和橡胶条构成的组。
10、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于, 其中所述壳体包括具有凸缘的端面, 其中所述电感耦合器进一步包括电缆接头,并且其中,当所述电感耦合器安装在所述导体上时,所述电缆接头将所 述凸缘和所述导体的一部分包围在所述电缆接头的周界内,从而当所述 周界减小时,所述凸缘和所述导体彼此相向拉拽。
11、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于, 进一步包括桥接所述间隙的条,其中,当所述电感耦合器安装在所述导体上时,所述导体在一点接 触所述条并且施加力,使得所述点远离所述间隙,并引起所述间隙闭合。
12、 根据权利要求ll所述的电感耦合器,其特征在于,所述条是所 述壳体的一体部件。
13、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,进一步包括: 所述柔性区域的第一侧的第一部件;以及所述柔性区域的第二侧的第二部件,其中,当所述第一部件和第二部件彼此相向移动时所述间隙是打开的。
14、 根据权利要求13所述的电感耦合器,其特征在于,所述第一部 件是带,所述带是所述壳体的一体元件。
15、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,所述磁芯和 所述线圏嵌入所述壳体中。
16、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,所述磁芯具有面对所述孔的暴露表面。
17、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于,进一步包括 驱动器,所述驱动器将力施加在所述柔性区域,以闭合所述间隙。
18、 根据权利要求1所述的电感耦合器,其特征在于, 其中所述壳体由弹性材料制成;以及其中当所述壳体静止时,所述间隙处于基本闭合位置。
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