CN103123860A - 用于具有集成磁性致动器的电流互感器的成本有效的设计 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于具有集成磁性致动器的电流互感器的成本有效的设计。一种系统，在双线圈断路器中包括磁性致动器、电流互感器和工作电子器件。该系统包括初级线圈和次级线圈的并排的非同心实现，以维持适于标准工业支架安装外壳的改进的窄的宽度。该系统还包括集成到顶板和底板中的分裂磁芯设计，其中底板和底板滑动到一起并且由次级线圈线轴来保持。通常，可以通过利用粉末金属或者金属注射模制工艺来将分裂磁芯的两个部分制造成网状。此外，本文中所公开的分裂磁芯设计可以减少与电流互感器的制造和组装相关联的成本和时间。

Description

用于具有集成磁性致动器的电流互感器的成本有效的设计

相关申请的交叉引用

本申请是2010年4月19日提交的题为“CURRENTTRANSFORMER WITH INTERGRATED ACTURATOR（具有集成的致动器的电流互感器）”的美国申请12/762,894的部分继续申请，该申请要求2010年3月26日提交的欧洲申请10158680.8和2009年5月8日提交的美国申请61/176,677的优先权。以上申请中的每个申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本申请涉及工业控制系统，并且更具体地涉及如下的系统和方法：该系统和方法用于提供磁芯和/或线圈架(coil former)设计，以降低制造和/或组装具有集成的磁性致动器（magnetic actuator）的电流互感器（currenttransformer）的成本。

背景技术

用于最高达大约一百安培的额定电流的典型的电流电机保护断路器被设计有用于热保护的双金属条/加热器和用于短路保护的磁性活塞。这些器件的操作以热形式产生了大量的功率损失。政府法规和公共意见的趋势是趋向于所有电子器件的功耗的降低，从而导致了对更高效的电子器件设计的市场压力。此外，降低的操作费用可用于鼓励该设计在新的应用中的使用，并且可用于抵消用更有效的断路器来改进现有应用的成本。

这种传统断路器的设计的另一个缺点是没有用于测量断路器情况的集成的电子器件，并且不能够将该数据传送给控制系统或网络。由于断路器产生问题的最初迹象是在断路器故障之后，因此不能进行较高效的操作，并且失去了预防性的维护机会。此外，这种断路器中的与设计的操作特性(如接触断开（contact opening）的速度、防止再次闭合和/或防止焊接等)有关的高的形状因数（form factor）导致了较高的制造成本。

发明内容

以下描述给出了简化的发明内容，以提供对所公开的实施方式的某些方面的基本理解。该内容不是详尽的概述，并且不是意在识别关键或重要的元素或者描述范围。其唯一目的是以简化的形式给出某些观念，作为稍后给出的更详细的描述的序言。

本文中公开的系统和方法提供了减小的形状因数装配和较小的外壳中的短路保护，同时降低了制造成本。根据一方面，系统包括用于包括在集成的磁性致动器中的电流互感器（CT）磁芯的、成本有效的并排的（成直线的，inline）双线圈设计。此外，电流互感器采用具有分离但是并排的线圈的双线圈绕组系统，以减小断路器外壳的物理尺寸。通常，并排的设计使得活塞系统的线圈绕组能够用作电流互感器的初级线圈，以给嵌入式电子器件提供电力。此外，包括有集成的磁性致动器，以在检测到短路时提供快速的接触断开。一方面，该设计提供了一种CT磁芯，该CT磁芯被分成两个部分并且被集成在顶板和底板中，顶板和底板一起滑动并且由次级线圈架（线轴，robbin）来保持。

根据一方面，一种用于电流互感器的系统包括：用于提供基于电流的短路保护的初级线圈部件；以及用于提供基于电压的过载保护的次级线圈部件；初级线圈部件和次级线圈部件通过顶板和底板连接。具体地，例如，通过采用粉末金属或者金属注射模制工艺，使电流互感器磁芯的第一部分集成到顶板中，而使电流互感器磁芯的第二部分集成到底板中。此外，具有相应的磁芯部分的顶板和底板在分裂磁芯处滑动到一起，并且由次级线圈架来保持。通常，线圈架可以利用卡扣式机构和/或滑入式机构附接至并保持在其中至少一个板处。

为了实现上述目的和相关目的，本文中结合以下描述和附图描述了所公开的实施方式的某些示意性方面。然而，这些方面仅表示了可采用本文中公开的原理的各种方式中的一些方式，并且，意在包括所有这样的方面及其等同方案。根据以下详细描述并结合附图，其他优点和新颖特征会变得清楚。

附图说明

图1描绘了具有集成的磁性致动器以及用于测量和通信的嵌入式电子器件的电流互感器的框图；

图2A-图2D描绘了具有集成的磁性致动器和分裂磁芯（split core）的双线圈系统的并排的设计；

图3A-图3B描绘了具有集成的致动器的电流互感器的成本有效的设计；

图4A-图4B描绘了具有集成的致动器的低成本电流互感器的示例实施方式；

图5A-图5B描绘了具有集成的致动器的电流互感器中的改进的磁芯和线圈架设计的示例实施方式；

图6A-图6C描绘了并排的双线圈系统的各种实施方式的三维表示；

图7A-图7F描绘了具有用于降低组装和生产成本的改进设计的电流互感器的不同视图；

图8描绘了具有集成的磁性致动器的电流互感器的控制系统接口的示例框图；

图9描绘了用于降低具有集成的磁性致动器的电流互感器的组装和制造成本的示例方法；

图10是示出了用于嵌入式控制及通信电子器件的合适的操作环境的示意性框图；

图11描绘了示例计算环境的示意性框图；以及

图12描绘了示例计算网络环境的示意性框图。

具体实施方式

现在，参考附图来描述实施方式，其中，贯穿所有附图，相似的附图标记用于指代相似的元件。在以下描述中，为了说明的目的而给出了大量具体细节，以提供对本描述的彻底理解。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下或者可以用其他方法、部件、材料等来实现这些实施方式。在其他情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和装置，以便于对其进行描述。

贯穿本说明书，提及“一种实施方式”或“实施方式”表示结合该实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在至少一种实施方式中。因此，短语“在一种实施方式中”或“在实施方式中”在遍及本说明书的各个地方的出现并不一定都指代相同的实施方式。此外，可以在一种或更多种实施方式中以任意合适的方式来合并具体的特征、结构或特性。

如本申请中所使用的，用语“部件”、“系统”、“装置”、“接口”、“网络”等意在指代计算机相关的实体，其是硬件、硬件与软件的组合、软件、或者执行软件。例如，部件可以是但不限于在处理器上运行的处理、处理器、硬盘驱动器、（光和/或磁存储介质的）多个存储器驱动器、对象、可执行文件、执行的线程、程序和/或计算机、工业控制器、中继器、传感器和/或可变频率驱动器。例如，在控制器上运行的应用程序和控制器二者都可以是部件。处理和/或执行的线程内可以存在一个或更多个部件，并且，部件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。例如，接口可以包括I/O部件以及相关联的处理器、应用程序和/或API部件。

除了以上描述，应当理解，要求保护的主题可以实现为方法、设备或制造物，其使用典型的编程和/或工程技术来产生软件、固件、硬件或其任意合适的组合，以控制计算装置（如可变频率驱动器和/或控制器）实现所公开的主题。本文中所使用的用语“制造物”（art of manufacture）意在包括能够从任意计算机可读装置或计算机可读存储/通信介质来访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁性存储装置（例如，硬盘、软盘、磁条……）、光盘（例如，光盘（CD）、数字多用盘（DVD）……）、智能卡和闪存装置（例如，卡、条、键驱动……）。当然，本领域技术人员可以认识到，可以在不脱离要求保护的主题的范围或精神的情况下对该配置进行很多修改。

如本申请中所使用的，用语“或”意在表示包括性的“或”而非排他性的“或”。即，除非另行指出或者根据上下文很清楚，否则，“X采用A或B”意在表示自然包括性排列中的任意排列。即，如果X采用A；X采用B；或者X采用A和B二者，则任意以上情况下均满足“X采用A或B”。此外，除非另行指出或者根据上下文很清楚意在表示单数形式，否则本申请和所附权利要求中所使用的冠词“一个（a/an）”通常应当理解为表示“一个或更多个”。

参考附图，图1描绘了用于电流互感器的双线圈系统100的框图，其具有集成的磁性致动器以及用于测量和通信的嵌入式电子器件。根据实施方式，双线圈系统100包括初级线圈部件102、合并的磁性致动器/电流互感器（CT）磁芯部件104、次级线圈部件106、电源部件108、控制系统接口部件110和过载检测部件112。在一个示例中，可以在断路器中使用电流互感器。通常，双线圈系统100可以使得将电子过载保护成本有效地集成到标准尺寸的电机保护断路器中、尤其是具有相对较小的框架尺寸（例如，最高达63A、140M-D和140M-F）的电机保护断路器中。此外，电流互感器测量流经电源系统的电流，并且将所测量的电流输入过载保护系统，该过载保护系统例如使得断路器在电流高于指定阈值的情况下跳闸。在一个示例中，所有三个相的次级线圈通过整流桥连接，并且为装置（电源部件108）提供电力。在另一个示例中，还可以利用该装置的外部电源，但这并不是成本有效的，并且可能需要另外的布线。

初级线圈部件102是电流线圈，并且提供充足的绕组，以给电源部件108、控制系统接口部件110和/或过载检测部件112提供电力，并且以用作初级电流的测量器件。初级线圈部件102包绕活塞部件，并且与次级线圈部件106相分离地实现，但是与次级线圈部件106并排，以降低外壳尺寸要求。通常，初级线圈部件102与次级线圈部件106通过顶板和底板连接。一方面，所使用的分裂磁芯设计被集成到顶板和/或底板中。例如，可以使用粉末金属或金属注射模制工艺来将具有集成的分裂磁芯的顶板和底板制造成各种形状。通常，两个模制部分可以在分裂磁芯处简单地滑动到一起，并且可以由次级线圈部件106的次级线轴来保持。此外，将分裂磁芯集成到顶板和/或底板中可以通过消除传统系统中所执行的组装操作时的以下各项来降低材料和制造成本：两个螺钉、磁芯、钻孔和螺纹打孔操作以及将三个部分旋拧在一起。

磁性致动部件104同时提供瞬时跳闸能力和感应的延迟跳闸能力。磁性致动部件104不易受双金属热过载检测器的基于低效率功率的热生成问题的影响。磁性致动部件104基于由初级线圈部件102的电流负载驱动的磁场强度来实现活塞和电枢的整体机械运动，以在短路情况下断开接触。作为一个非限制性示例，磁性致动部件104被设计为作为初级线圈部件102的电枢的弹簧加载式活塞。通常，可以通过测量连接至次级线圈部件106的负载电阻上的电压降来间接测量初级线圈部件102中的电流。

次级线圈部件106提供电压线圈，以使得能够给电子器件提供电力并检测过载情况。如之前描述的，设计的实现包括分离的线圈，这些分离的线圈被定向为并排的，以使得能够使用具有较小形状因数的外壳。作为本发明设计与传统设计之间的区别的一个示例，传统设计可以包括同心双线圈。需要次级线圈来包绕初级线圈的外径的这种物理几何形状由于对同心线圈的宽度要求而阻止了外壳尺寸的减小。

电源部件108为控制系统接口部件110的整体的测量和通信方面提供电力。电源部件108从次级线圈部件106的绕组获得其电源，并且被设计成与控制系统接口部件110的电源要求匹配。此外，在故障（例如，短路）情况下，磁芯可饱和并且限制过量的电流/电力被输送给控制系统电子器件。控制系统接口部件110提供电子器件，该电子器件用于测量与断路器相关的数据，并将与断路器相关的数据的传送给与控制系统接口部件110通信地连接的其他装置。控制系统接口部件110采集数据，例如但不限于初级线圈的电流、次级线圈的电压、外壳及其部件的温度和/或与过载情况或远程关断相关联的跳闸事件。控制系统接口部件110将所采集的信息传送给几乎所有与控制系统接口部件110通信地连接的装置。

过载检测部件112提供基于磁性致动器部件104周围的增加的磁场强度的对初级线圈中的电流过载的检测、以及基于远程关断电源电压的对次级线圈部件106中的电压过载的检测。过载检测部件112的机构在短路情况下提供瞬时关断，但是也允许对于不涉及短路的过载情况实现延迟关断。另一方面，本文中公开的关断机构在没有低效的热生成的情况下完成该任务，而具有用于过载保护的双金属设计的传统系统中会生成这样的热。应当理解，虽然关于断路器系统描述了本文中公开的低成本CT设计，然而，本实施方式不限于此，并且，所公开的CT设计可以合并在几乎所有电流互感器内，例如，几乎所有功率测量装置和应用中所使用的电流互感器，包括但不限于保护继电器、模拟器件、转换器和/或PowerMonitor^TM产品。

现在，参考图2A-图2D，示出了双线圈系统100的并排的设计，其中，磁性致动器部件104包括活塞型致动器202，初级线圈部件102包括电流测量初级线圈208，次级线圈部件106包括电流测量次级线圈210，其中，通过例如使次级电流穿过负载电阻（未示出）并且测量所得到的负载电阻电压降，来测量次级线圈210上的电压。图2A-图2D描绘了双线圈系统100的各种视图（200，250）和横截面（225，275）。如根据图2A-D可见，双线圈系统100包括并排的（非同心）初级线圈208和次级线圈210，并排的（非同心）初级线圈208和次级线圈210使得系统100能够放置在标准外壳设计中（例如，标准框架尺寸）。通常，初级线圈208具有充足的绕组，该充足的绕组能够提供足够的功率以支持由控制系统接口部件110来执行的数据采集和网络通信。例如，双线圈系统100可以用在断路器中，例如，电机监控/保护中（例如，手动电机控制器中）的断路器。

图2A示出了双线圈系统100的正视图（侧视图）。初级线圈208和次级线圈210通过顶板212和底板214保持并排。一方面，CT磁芯被分成两个部分，使得其中一部分集成在顶板212内，而另一部分集成在底板214内。通常，磁性活塞202的线圈用作电流互感器的初级绕组208，其给电子电路（例如，控制系统接口部件110中的电子电路）提供功率和电流测量信号。通过利用嵌入初级线圈线轴内的纵向层压条状物204来减小从活塞致动器202分流的磁通量的量。例如，可以利用I形层压堆叠结构204来与电流互感器顶板212和底板214的端部邻接。此外，I形层压结构204在扭转方面是灵活的，并且可以通过弹簧卡子206₁、206₂的使用来与端板表面自对准。弹簧卡子206₁、206₂使得能够使I形层压结构204中的空气间隙最小化，从而得到更高的变换效率、更高的次级输出电流和改善的电流测量线性。

图2B示出了包括有集成到顶板212和底板214中的分裂磁芯设计的双线圈系统100的俯视图250，其中顶板212和底板214滑动到一起并且通过次级线圈架234来保持。一方面，这两个部分（具有分裂磁芯的顶板和具有分裂磁芯的底板）可以通过采用粉末金属和/或金属注射模制工艺来制造。这种方法消除了三个单独的部分（顶板、底板和CT磁芯）的制造、顶板和底板内的钻孔和螺纹打孔、匹配操作以及两个螺钉的紧固，而传统上采用以上各项来在组装时连接磁芯与顶板和底板。因此，本文中公开的分裂磁芯设计可以降低成本并且减少制造和组装时间。

图2C示出了描绘横向分裂CT磁芯设计的双线圈系统100的竖直（例如，纵向）横截面225，图2D示出了其水平（例如，横向）横截面275。一方面，CT磁芯被分成两个部分，使得每个部分可以与相应的板（例如，顶板或底板）集成。虽然横截面225示出了相等的划分，使得CT磁芯被分成两个相等的部分/相等的两半，然而，应当理解，本公开内容不限于此，CT磁芯可以分成几乎具有任意形状或尺寸的不相等的部分。通常，具有相应CT磁芯部分的上部板和下部板可以滑动到一起以完成组装，并且可以保持在次级线圈架234内。在一个示例中，可以利用粉末冶金术或金属注射模制工艺来将具有相应CT磁芯部分的上部板和下部板制造成网状。可以使用各种金属和/或金属合金来产生具有集成的CT磁芯部分的上部板和下部板，例如，可以用HDM-1000（普通的铁）、HDM-5030（Fe-3%Si）、HDM-2500（50%Fe-50%Ni）、HDM-3050（Fe-5%Mo）、HDM-7007（Fe-0.45%P）、HDM-7008（Fe-0.8%P）、410L不锈钢、434L不锈钢等来构造具有集成的CT磁芯部分的上部板和下部板的具体形状。

根据一方面，线圈架（232，234）可以采用卡扣式机构。例如，线圈架（232，234）可以包括在初级线圈208和次级线圈210的顶部和底部的用作侧面固定件/引导件的卡扣。通常，在操作期间，磁力可以将CT磁芯的两个部分推动到一起，然而，卡扣还可以便于CT磁芯的两个部分对准。此外，卡扣可以代替传统的螺钉和旋拧操作，以节省成本和多余的操作。

图3A-图3B示出了用于具有集成的致动器的电流互感器的成本有效的设计的另一种示例实施方式。此外，图3A示出了示例实施方式的竖直横截面视图300，而图3B示出了其相应的俯视图350。根据一方面，电流互感器磁芯包括可以滑动到一起以形成电流互感器磁芯的两个纵向部分。此外，这两个部分分别集成在上部板302和下部板304内。通常，上部板302和下部板304可以用于使初级线圈208保持与次级线圈210并排。在本示例中，上部板302的横截面可以具有不对称T形形状（或L形形状），集成电流互感器磁芯的第一部分。同时，下部板304可以具有颠倒的不对称T形形状（或L形形状），集成电流互感器磁芯的第二部分。上部板302（包括第一部分）和下部板304（包括第二部分）可以在采用卡扣机构（例如，通过采用上文中详细描述的卡扣）的次级线圈架234内连接/耦接至彼此（例如，通过滑动）。如上所述，具有集成的CT磁芯部分的板可以具有几乎任意形状，而不限于图中示出的部分的尺寸和/或形状。此外，可以用不同的方式来划分CT磁芯，例如但不限于沿纵向、交叉地、沿横向、沿对角线等。

现在，参考图4A-图4B，示出了具有集成的致动器的低成本电流互感器的又一种示例实施方式。具体地，图4A示出了示例实施方式的竖直横截面视图400，而图4B示出了其相应的俯视图450。根据该实施方式，具有集成的磁性致动器的电流互感器包括彼此并排（但不同心）的初级线圈208和次级线圈210。此外，利用上部板402和下部板404来将线圈定位为并排。一方面，例如通过粉末冶金术或金属注射模制工艺来使上部板402集成有电流互感器磁芯。另一方面，下部板404具有用于保持上部板402的磁芯部分的凹部。此外，将整个CT磁芯集成在上部板402中提供了在底板404中的凹部中的更好的集中。此外，底板404中的凹部有助于定位磁路并且使由于结合面而产生的磁通量的损失最小化。

现在，参考图4A-图4B，示出了具有集成的致动器的低成本电流互感器的又一种示例实施方式。具体地，图4A示出了示例实施方式的竖直横截面视图400，而图4B示出了其相应俯视图450。根据该实施方式，具有集成的磁性致动器的电流互感器包括彼此并排（但不同心）的初级线圈208和次级线圈210。此外，利用上部板402和下部板404来将线圈定位为并排。一方面，例如通过粉末冶金术或金属注射模制工艺来使上部板402集成有电流互感器磁芯。另一方面，下部板404具有用于保持上部板402的磁芯部分的凹部。此外，将整个CT磁芯集成在上部板402中提供了在底板404中的凹部中的更好的集中。通常，上部板402（具有CT磁芯）和底板404（具有凹部）由线圈架406保持在适当的位置。在一个示例中，可以设置线圈架406和底板404的滑入式固定。虽然示出了线圈架406的滑入式固定，然而，应当理解，也可以利用具有卡扣式机构的线圈架（例如，如上所述）。

图5A-图5B示出了具有集成的致动器的电流互感器中的改进的磁芯和线圈架设计的再一种示例实施方式。具体地，图5A示出了电流互感器的竖直横截面视图500，而图5B示出了其相应俯视图550。本示例实施方式类似于图4A-图4B中描绘的示例实施方式；然而，在本示例实施方式中，电流互感器磁芯集成在下部板504内（例如，通过粉末冶金术或金属注射模制工艺），并且，上部板502包括用于保持集成到下部板504中的磁芯部分的凹穴/凹部。通常，上部板502中的凹穴便于磁路的定位并且使得由于结合面而产生的磁通量的损失最小化。

在组装期间，可以将下部板504的磁芯部分放置在上部板502的凹穴中，并且可以由可在上部板502上滑动的线圈架506来保持下部板504的磁芯部分。应当理解，本实施方式不限于具有滑动式机构的线圈架506，而是可以利用几乎任意的线圈架设计（例如，具有卡扣式机构的线圈架）。通常，通过采用粉末金属或金属注射模制网状工艺来产生上部板502和/或下部板504，从而消除了匹配操作。此外，消除了传统系统中所采用的至少三个部分和组装旋拧操作。一方面，用于制造上部板502和/或下部板504的磁性粉末金属合金通常提供更高的电阻，这获得了较低的涡流磁芯损失并且使得电流互感器更为高效。

参考图6A-图6C，示出了并排的双线圈系统的各种实施方式的三维图。双线圈系统（600-604）包括并排的初级线圈208和次级线圈210（未示出）、活塞202和弹簧卡子206_1-2。此外，系统600、602和604分别对应于关于图2和3、图4和图5在本文中更全面地描述的实施方式。在一个示例中，实施方式600示出了利用卡扣式机构来保持（hold/retain）/对准CT磁芯部分的次级线圈架234，而实施方式602和604示出了利用滑动式机构来将CT磁芯部分分别保持（hold/retain）/对准在次级线圈210的底部和顶部的次级线圈架（406，506）。一方面，600的线圈架设计包括在初级线圈和次级线圈（208，210）二者的顶部和底部的卡扣610。另一方面，602的线圈架设计包括仅在次级线圈210的顶部的卡扣610，而604的线圈架设计包括仅在次级线圈210的底部的卡扣610。通常，在操作期间，磁力将CT磁芯的两个部分推动到一起，然而，卡扣610可以提供另外的、精确的对准/侧面固定。此外，卡扣610可以代替传统上采用的螺钉和旋拧操作。

现在，参考图7A-图7F，示出了具有用于降低组装和生产成本的改进设计的电流互感器的不同的视图。具体地，图7A示出了电流互感器的正视图（侧视图）700，图7B示出了电流互感器的俯视图715，图7C示出了电流互感器的竖直横截面视图735，图7D示出了电流互感器的水平横截面视图755，图7E示出了电流互感器的三维横截面视图765，而图7F示出了电流互感器的三维视图775。在本实施方式中，CT磁芯702被设计为一个U形/C形件，和/或被设计为U形/C形层压结构的堆叠结构。换言之，上部板、下部板和CT磁芯被集成为一个部分（或者堆叠结构）702。这个方法提供了更高的集成度（例如，通过避免螺钉以及单独的顶板和底板）。通常，磁芯横截面的矩形形状使得宽度更小，并且同时使得磁芯的横截面更大并且次级线圈210中的A匝数更多。该设计可以大大增加电流互感器的输出效率。在一个示例中，磁芯702可以由不同材料制成，例如但不限于层压的钢。替选地，磁芯702可以通过采用烧结材料来制造。一方面，由于C形/U形磁芯702的形状，可以沿着纵向划分线圈架704。

通常，磁芯702可以耦接至具有顶部磁芯708部分和底部磁芯710部分的初级线圈（参见735）。此外，顶部磁芯708和底部磁芯710使磁通量耦合至初级线圈208，并且使初级线圈208与电流互感器的其余部分对准/固定。可以在顶部磁芯708处放置非磁性垫圈706，以避免由于剩磁而导致电枢202卡住。通常，磁芯横截面的矩形形状使得次级绕组的数量能够更多，并且使得馈送给电子器件（例如，控制系统接口部件110中的电子器件）的输出功率能够更高。此外，与具有传统设计的电流互感器相比，具有该设计的电流互感器可以用更少的组装步骤来建立，从而减少了时间和成本。例如，可以将所公开的电流互感器预组装在两个子组件中，例如，“初级线圈”子组件和“具有次级线圈的C形磁芯”子组件，接着，可以将这两个子组件与顶部磁芯708和底部磁芯710锁定在一起。一方面，对于初级线圈208可以使用层压堆叠结构，就如Annis等人的2011年6月17日提交的题为“Improved Magnetic Core Coupling in a CurrentTransformer with Integrated Magnetic Actuator（具有集成的磁性致动器的电流互感器中的改进的磁芯耦接）”的美国专利申请序列号13/162,852中详细地描述的那样，而该申请的全部内容通过引用合并于此。

参考图8，用800示出了控制系统接口部件110，控制系统接口部件110包括数据采集部件802和网络通信部件804。数据采集部件802包括测量电子器件，该测量电子器件适于测量初级线圈部件102的电流、次级线圈部件106的电压、电源部件108的电压、外壳部件的温度和/或活塞202的偏转弹簧上施加的负载。数据采集部件802可得到的数据测量值被提供给网络通信部件804，以发送给通信地耦接至控制系统接口部件110的其他装置。可以对数据进行处理，和/或将数据提供给另一装置以用于进一步的分析。

网络通信部件804提供与网络上的其他装置通信的能力。例如，工业控制器可以通过控制网络来询问网络通信部件804，并请求数据采集部件802可测量的任意数据的值。此外，工业控制器可以请求初级线圈的电流测量值和/或外壳的温度。网络通信部件804可以以适于通过所连接的控制网络传输的格式来对所请求的数据进行打包，并且将该数据发送给进行请求的装置。

另一方面，网络通信部件804可以接收包括有执行动作的命令的通信，动作例如但不限于断开接触。一旦接收到这样的命令，网络通信部件804确定次级线圈涉及过载电压，并且执行远程关断。另一方面，网络通信部件804可以将出于任何理由的并且通过任意线圈来进行的关断的出现传送给通信地耦接至网络通信部件804的装置，而无需来自该装置的对于数据的在先请求。

图9示出了根据所公开的主题的示例方法900和/或流程图。为了简化说明，方法被描绘和描述为一系列动作。应当明白和理解，本实施方式不受所示出的动作的限制和/或动作的顺序的限制，例如，动作可以以各种顺序和/或同时出现，并且，可以与本文中没有给出和描述的其他动作一起出现。此外，可能并非所有示出的动作都被要求用于实现根据所公开的主题的方法。此外，本领域技术人员应当明白和理解，替选地，该方法可以通过状态图或事件表示为一系列相互关联的状态。此外，还应当理解，下文中和贯穿本说明书公开的方法能够存储在制造物上，以便于将这样的方法发送和传送给计算机。本文中所使用的用语“制造物”（article ofmanufacture）意在包括能够从任意计算机可读的装置、载体或介质访问的计算机程序。

在902处，通过采用非同心的并排的双线圈设计来减小具有集成的磁性致动器的电流互感器的尺寸。由于线圈非同心，所以可以显著地减小电流互感器的宽度。此外，可以利用顶板和底板来使线圈彼此并排对准和/或固定。一方面，电流互感器可以设计有分裂磁芯，以减小成本和组装/生产时间。在904处，可以将电流互感器磁芯的第一部分集成到顶板中，在906处，可以将电流互感器磁芯的第二部分集成到底板中。在一个示例中，可以通过采用粉末金属或金属注射模制工艺来制造集成的部分。应当理解，第一部分和第二部分的形状或尺寸可以相等或不相等。在一个示例中，整个磁芯可以集成在其中一个板内，另一个板中设置有凹部。此外，在908处，具有其相应磁芯部分的顶板和底板可以在分裂磁芯处滑动到一起。在910处，可以将分裂磁芯包围/保持在次级线轴内。

参考图10，用于实现本实施方式的各个方面的示例性计算环境1000，包括嵌入式控制及计算电子器件1002，嵌入式控制及计算电子器件1002包括处理单元1004、系统存储器1006和系统总线1008。系统总线1008将系统部件（包括但不限于系统存储器1006）耦接至处理单元1004。处理单元1004可以是各种市面有售的处理器中的任意处理器，如单核处理器、多核处理器或者任意其他合适的处理器布置。系统总线1008可以是若干类型的总线结构中的任意总线结构，其还能够相互连接至使用各种市面有售的总线结构中的任意总线结构的存储器总线（具有或没有存储器控制器）、外围总线和本地总线。系统存储器1006可以包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、高速RAM（如静态RAM）、EPROM、EEPROM等。另外地，或者替选地，计算机1002可以包括硬盘驱动器，程序指令、数据等可以保存在硬盘驱动上。此外，可以使可移除数据存储装置与嵌入式控制及通信电子器件1002相关联。硬盘驱动器、可移除介质等可以借助于系统总线1008而通信地耦接至处理单元1004。

系统存储器1006可以保存大量程序模块，如操作系统、一个或更多个应用程序、其他程序模块和程序数据。例如，可以将操作系统、应用程序、模块和/或数据中的全部或者一部分缓冲在RAM中、保存在硬盘驱动器上或者其他合适的位置。用户可以通过如键盘、指示和点击机构、压敏屏幕、麦克风、控制杆、手写笔等一个或更多个有线/无线输入装置来给嵌入式控制及通信电子器件1002中输入命令和信息。也可以将监视器或其他类型的接口连接至系统总线1008。

嵌入式控制及通信电子器件1002可以通过与一个或更多个远程计算机、电话或其他计算装置（例如工作站、服务器计算机、路由器、个人计算机、便携式计算机、基于微处理器的娱乐装置、同级装置或其他普通网络节点等）的有线和/或无线通信，使用逻辑连接来在连网环境下工作。嵌入式控制及通信电子器件1002可以借助于天线、端口、网络接口适配器、无线接入点、调制解调器等连接至其他装置/网络。

嵌入式控制及通信电子器件1002能够操作以与可操作地布置在无线通信中的任意无线装置或实体进行通信，例如，打印机、扫描仪、台式计算机和/或便携式计算机、便携式数字助理、通信卫星、与无线可检测标签相关联的任意一件设备或位置（例如，电话亭、报摊、洗手间）、以及电话。这至少包括WiFi和Bluetooh^TM无线技术。因而，通信可以与传统网络一样为预定义的结构或者简单地为至少两个装置之间的自组织通信。

为了为所公开的主题的各个方面提供上下文，图11以及以下讨论意在提供可以实现所公开的主题的各个方面的合适环境的简要总体描述。虽然以上在一台计算机和/或多台计算机上运行的计算机程序的计算机可执行指令的总体上下文中对主题进行了描述，然而，本领域技术人员应当认识到，也可以结合其他程序模块来实现各种实施方式。通常，程序模块包括执行特定任务和/或实现特定抽象数据类型的例程、程序、部件、数据结构等。此外，本领域技术人员应当理解，本发明方法可以用其他计算机系统配置来实现，包括单处理器或多处理器计算机系统、微型计算装置、主机以及个人计算机、手持型计算装置（例如，个人数字助理（PDA）、电话、手表……）、基于微处理器的或可编程的用户或工业电子器件等。所示出的方面还可以在分布式计算环境下实现，其中，由通过通信网络连接的远程处理装置来执行任务。然而，至少某些实施方式可以在独立的计算机上来实现。在分布式计算环境下，程序模块可以位于本地记忆存储装置和远程记忆存储装置二者中。

参考图11，用于实现本文中公开的各个方面的示例性环境1100包括计算机1112（例如，台式计算机、膝上型计算机、服务器、手持型、可编程用户或工业电子器件……）。另外，计算机1112可以包括实际目标硬件系统，并且可以包括具有环境1100的所有特性的嵌入式计算机。计算机1112包括处理单元1114、系统存储器1116和系统总线1118。系统总线1118将系统部件（包括但不限于系统存储器1116）耦接至处理单元1114。处理单元1114可以是各种可用微处理器中的任意微处理器。也可以采用双微处理器和其他多处理器结构作为处理单元1114。

系统总线1118可以是若干类型的总线结构中的任意总线结构，包括使用各种可用总线结构中的任意总线结构的存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线和/或本地总线，各种可用总线结构包括但不限于8比特总线、工业标准结构（ISA）、微信道结构（Micro-Channel Architecture,MSA）、扩展型ISA（EISA）、智能驱动电子器件（Intelligent DriveElectronics,IDE）、VESA本地总线（VESA Local Bus,VLB）、外围设备互连（PCI）、通用串行总线（USB）、高级图形端口（AGP）、个人计算机存储器卡国际协会总线（PCMCIA）和小型计算机系统接口（SCSI）。系统存储器1116包括易失性存储器1120和非易失性存储器1122。非易失性存储器1122中存储有基本输入/输出系统（BIOS），BIOS包含用于在计算机1112内的元件之间传送信息的基本的例程（如，在开机过程中）。作为示例而非限制，非易失性存储器1122可以包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除ROM（EEPROM）或者闪存。易失性存储器1120包括随机存取存储器（RAM），RAM用作外部缓存。作为示例而非限制，很多形式的RAM都是可用的，如同步RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双倍数据速率SDRAM（DDR SDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路DRAM（Synchlink DRAM,SLDRAM）和直接内存总线RAM（direct Rambus RAM,DRRAM）。

计算机1112还包括可移除/非可移除、易失性/非易失性计算机存储介质。例如，图11示出了磁盘存储装置1124。磁盘存储装置1124包括但不限于如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-100驱动器、闪存卡或存储棒等装置。此外，磁盘存储装置1124可以包括与其他存储介质分离或结合的存储介质，该存储介质包括但不限于如光盘ROM装置（CD-ROM）、CD可记录驱动器（CD-R驱动器）、CD可重写驱动器（CD-RW驱动器）或者数字多用途盘ROM驱动器（DVD-ROM）的光盘驱动器。为了便于将磁盘存储装置1124连接至系统总线1118，通常使用诸如接口1126的可移除或非可移除接口。

应当理解，图11描绘了软件，其用作在合适的操作环境1100中所描述的基本的计算机资源与用户之间的媒介物。这样的软件包括操作系统1128。可存储在磁盘存储装置1124上的操作系统1128用于控制和分配计算机系统1112的资源。系统应用程序1130利用由操作系统1128通过程序模块1132和程序数据1134实现的对资源的管理，其中程序模块1132和程序数据1134存储在系统存储器1116或磁盘存储装置1124上。应当理解，可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现各种实施方式。

用户通过输入装置1136来给计算机1112中输入命令或信息。输入装置1136包括但不限于指示装置（如鼠标）、跟踪球、手写笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏板、卫星接收器、扫描仪、TV调谐器卡、数字照相机、数字摄像机、网络照相机等。这些和其他输入装置经由接口端口1138通过系统总线1118连接至处理单元1114。接口端口1138包括例如串行端口、并行端口、游戏端口和通用串行总线（USB）。输出装置1140使用与输入装置1136相同类型的端口中的某些端口。因此，例如，可以使用USB端口来给计算机1112提供输入并且将来自计算机1112的输出信息提供给输出装置1140。设置有输出适配器1142，以示出其他输出装置1140中存在某些需要特殊的适配器的输出装置1140，如显示器（例如，平板和CRT显示器）、扬声器和打印机等。作为示例而非限制，输出适配器1142包括提供输出装置1140与系统总线1118之间的连接的视频卡和声卡。应当注意，其他装置和/或装置的系统提供输入和输出能力，如远程计算机1144。

计算机1112可以使用与如远程计算机1144的一个或更多个远程计算机的逻辑连接来在连网环境下操作。远程计算机1144可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的装置、同级装置或其他普通网络节点等，并且通常包括关于计算机1112描述的元件中的很多元件或所有元件。为了简洁，仅示出了远程计算机1144的记忆存储装置1146。远程计算机1144通过网络接口1148逻辑地连接至计算机1112，并且通过通信连接1150而物理地连接。网络接口1148包括通信网络，如局域网（LAN）和广域网（WAN）。LAN技术包括光纤分布式数据接口（FDDI）、铜线分布式数据接口（CDDI）、以太网/IEEE802.3、令牌网/IEEE802.5等。WAN技术包括但不限于点到点链路、电路交换网络等综合业务数字网（ISDN）及其变体、分组交换网络和数字用户线路（DSL）。

通信连接1150指代用于将网络接口1148连接至总线1118的硬件/软件。虽然通信连接1150被示意性地示出为在计算机1112内部，然而，其也可以在计算机1112外部。仅举例而言，与网络接口1148的连接所需要的硬件/软件包括内部和外部技术，如调制解调器（包括普通的电话级调制解调器、电缆调制解调器、功率调制解调器和DSL调制解调器）、ISDN接入适配器以及以太网卡或部件。

图12是可以与各种实施方式进行交互的示例计算环境1200的示意性框图。系统1200包括一个或更多个客户端1210。客户端1210可以是硬件和/或软件（例如，线程、处理、计算装置）。系统1200还包括一个或更多个服务器1230。因此，系统1200可以对应于两层客户端服务器模型或多层模型（例如，客户端、中间层服务器、数据服务器）以及其他模型。服务器1230也可以是硬件和/或软件（例如，线程、处理、计算装置）。例如，服务器1230可以容置线程，以通过采用各种实施方式来执行转换。客户端1210与服务器1230之间的一个可能的通信可以是适于在两个或更多个计算机处理之间传输的数据包的形式。

系统1200包括可用于便于客户端1210与服务器1230之间的通信的通信框架1250。客户端1210操作地连接至可用于存储客户端1210的本地信息的一个或更多个客户端数据存储装置1260。类似地，服务器1230操作地连接至可用于存储服务器1230的本地信息的一个或更多个服务器数据存储装置1240。

上述内容包括了本应用的示例实施方式。当然，不可能为了描述要求保护的主题而描述部件或者方法的每个可想到的组合，然而，本领域技术人员应当理解，本实施方式的很多另外的组合和置换都是可能的。因而，要求保护的主题意在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的替选、修改和变化。此外，对本公开内容的所示出的实施方式的以上描述（包括摘要中描述的内容）并不意在是详尽的或者将所公开的实施方式限于所公开的精确形式。虽然为了说明的目的而在本文中描述了具体实施方式和示例，然而，本领域技术人员可以认识到，在这样的实施方式和示例的范围内想到的各种修改都是可能的。

因此，虽然结合各种实施方式和相应附图描述了所公开的主题，然而，应当理解，在适用的情况下，可以使用其他类似的实施方式，或者，可以对所描述的实施方式进行修改或添加，以在不偏离所公开的主题的情况下执行所公开的主题的相同、相似、替选或替代功能。因此，所公开的主题不应当限于本文中所描述的任意一个实施方式，而应当在以下所附权利要求的范围中进行解读。

应当理解，除了本文中描述的各种实施方式，还可以使用其他类似的实施方式，或者可以对所描述的实施方式进行修改或添加，以在不偏离相应实施方式的情况下执行与相应实施方式相同或等同的功能。此外，多个处理芯片或多个装置可以共同执行本文中描述的一个或更多个功能，并且类似地，可以在多个装置上进行存储。因而，每个实施方式均不应被认为是限制，各种实施方式及其等同方案应当按照所附权利要求的精神和范围来解读。

还应当注意，本文中使用的用语“工业控制器”包括来自分布式控制系统的处理控制器和PLC二者，并且可以包括可以在多个部件、系统和/或网络之间共享的功能。一个或更多个工业控制器可以通过网络与各种网络装置通信或协作。这可以包括通过网络（包括控制网络、自动网络和/或公共网络）来通信的基本上任意类型的控制、通信模块、计算机、I/O装置、人机接口（HMI）。工业控制器还可以与各种其他装置通信并且对其进行控制，这些装置如输入/输出模块（包括模拟、数字、编程/智能I/O模块）、其他工业控制器、通信模块等。网络（未示出）可以包括公共网络，如因特网、内联网（Intranet）和自动网络，其中自动网络如控制和信息协议（CIP）网络（包括器件网（DeviceNet）和控制网（ControlNet））。其他网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、现场总线（Fieldbus）、Mod总线（Modbus）、过程现场总线（Profibus）、无线网络、串行协议等。此外，网络装置可以包括各种可能的装置（硬件和/或软件部件）。其包括以下部件，如，具有虚拟局域网（VLAN）能力的交换机、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网（VPN）装置、服务器、客户端、计算机、配置工具、监控工具和/或其他装置。

已经关于若干部件之间的交互作用描述了上述系统/电路/模块。应当理解，根据上述系统/电路/模块的各种置换和组合，这样的系统/电路和部件可以包括这些部件或指定的子部件、指定部件或子部件中的某些部件或子部件、和/或另外的部件。子部件还可以实现为通信地耦接至其他部件的部件，而非包括在父部件内（分级结构）。此外，应当注意，可以将一个或更多个部件合并成提供综合功能的单个部件或者分成若干单独的子部件，并且，可以设置任意一个或更多个中间层（如管理层），使其通信地耦接至这样的子部件，以提供综合功能。本文中描述的任意部件还可以与本文中没有具体描述但是本领域技术人员通常了解的一个或更多个其他部件交互作用。

此外，虽然可能仅关于若干实现中的一个实现公开了本实施方式的具体特征，然而，如果对于任意给定或特定应用是期望的且有利的，则这样的特征可以与其他实现的一个或更多个其他特征合并。此外，就详细描述或权利要求中所使用的用语“包括（includes/including）”、“具有（has）”、“包含（contains）”及其变体以及其他相似的词语而言，这些用语意在与作为开放式过渡词的用语“包括（comprising）”相类似的方式是包括性的，而不排除任意另外的或其他的元素。

根据上述描述可知，本发明的实施例公开了以下技术方案，包括但不限于：

方案1.一种系统，包括：

电流互感器，所述电流互感器包括集成的磁性致动器部件并且被配置成测量电流信号；以及

第一板，所述第一板被配置成使所述电流互感器的初级线圈与所述电流互感器的次级线圈并排对准，其中，所述电流互感器的磁芯的至少第一部分集成在所述第一板内。

方案2.根据方案1所述的系统，还包括第二板，所述第二板被配置成使所述初级线圈与所述次级线圈对准。

方案3.根据方案2所述的系统，其中，所述磁芯的第二部分集成在所述第二板内。

方案4.根据方案3所述的系统，其中，所述磁芯沿着纵向分成所述第一部分和所述第二部分。

方案5.根据方案3所述的系统，其中，所述磁芯沿着横向分成所述第一部分和所述第二部分。

方案6.根据方案2所述的系统，其中，所述第二板包括用于保持所述磁芯的所述第一部分的凹部。

方案7.根据方案2所述的系统，还包括次级线圈架，所述次级线圈架通过卡扣式机构耦接至所述第一板和所述第二板中的至少一个。

方案8.根据方案2所述的系统，还包括次级线圈架，所述次级线圈架通过滑入式机构耦接至所述第一板和所述第二板中的至少一个。

方案9.根据方案2所述的系统，其中，所述第二板集成在所述第一板内以形成U形部分。

方案10.根据方案9所述的系统，其中，所述U形部分包括层压堆叠结构。

方案11.根据方案1所述的系统，其中，具有所集成的所述磁芯的所述至少第一部分的所述第一板是通过利用粉末金属或金属注射工艺中的至少一种来制造的。

方案12.根据方案1所述的系统，还包括控制系统接口部件，所述控制系统接口部件被配置成向工业自动化装置传送与所述电流互感器相关的操作数据。

方案13.根据方案12所述的系统，其中，所述控制系统接口部件包括被配置成测量与断路器相关的数据的电子器件，所述控制系统接口部件还被配置成将所述与断路器相关的数据传送给通信地耦接至所述控制系统接口部件的不同的装置。

方案14.根据方案1所述的系统，还包括过载测量部件，所述过载测量部件被配置成基于所述集成的磁性致动器部件周围的增加的磁场强度来检测所述电流互感器的初级线圈中的电流过载。

方案15.根据方案14所述的系统，其中，所述过载测量部件还被配置成基于电源电压的远程关断来检测所述电流互感器的次级线圈中的电压过载。

方案16.一种方法，包括：

测量通过电流互感器的第一线圈的电流；

测量所述电流互感器的第二线圈上的电压；以及

通过采用具有集成的分裂磁芯的顶板或底板中的至少一个来使所述第二线圈与所述第一线圈并排对准，所述第二线圈围绕所述分裂磁芯而缠绕。

方案17.根据方案16所述的方法，还包括：通过利用粉末金属或金属注射工艺中的至少一种来产生以下中的至少一个：集成有所述集成的分裂磁芯的至少第一部分的所述顶板或集成有所述集成的分裂磁芯的至少第二部分的所述底板。

方案18.根据方案16所述的方法，还包括：通过采用卡扣式机构或滑动式机构中的至少一种机构来将所述集成的分裂磁芯保持在线轴中。

方案19.根据方案16所述的方法，还包括：将所述顶板、所述底板和所述集成的分裂磁芯集成为一个部分。

方案20.一种工业设备，包括：

初级线圈，所述初级线圈提供基于电流的短路保护；以及

次级线圈，所述次级线圈提供基于电压的过载保护，其中，通过利用至少一个板来将所述次级线圈实现为与所述初级线圈并排，所述至少一个板集成有被所述次级线圈所包绕的磁芯的至少一部分。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

电流互感器，所述电流互感器包括集成的磁性致动器部件并且被配置成测量电流信号；以及

第一板，所述第一板被配置成使所述电流互感器的初级线圈与所述电流互感器的次级线圈并排对准，其中，所述电流互感器的磁芯的至少第一部分集成在所述第一板内。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括第二板，所述第二板被配置成使所述初级线圈与所述次级线圈对准。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述磁芯的第二部分集成在所述第二板内。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述磁芯沿着纵向分成所述第一部分和所述第二部分。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述磁芯沿着横向分成所述第一部分和所述第二部分。

6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二板包括用于保持所述磁芯的所述第一部分的凹部。

7.根据权利要求2所述的系统，还包括次级线圈架，所述次级线圈架通过卡扣式机构耦接至所述第一板和所述第二板中的至少一个。

8.根据权利要求2所述的系统，还包括次级线圈架，所述次级线圈架通过滑入式机构耦接至所述第一板和所述第二板中的至少一个。

9.一种方法，包括：

测量通过电流互感器的第一线圈的电流；

测量所述电流互感器的第二线圈上的电压；以及

通过采用具有集成的分裂磁芯的顶板或底板中的至少一个来使所述第二线圈与所述第一线圈并排对准，所述第二线圈围绕所述分裂磁芯而缠绕。

10.一种工业设备，包括：

初级线圈，所述初级线圈提供基于电流的短路保护；以及

次级线圈，所述次级线圈提供基于电压的过载保护，其中，通过利用至少一个板来将所述次级线圈实现为与所述初级线圈并排，所述至少一个板集成有被所述次级线圈所包绕的磁芯的至少一部分。

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