CN104851476B - 优化的电流总线 - Google Patents

Abstract

一种电流总线，其包括从电流总线的一侧延伸到该电流总线的相对侧的开口。该开口随着从电流总线的一侧延伸到该电流总线的相对侧而发生尺寸改变。该开口可以包括第一直径和不同于第一直径的第二直径。该开口可以在开口的第一直径处包括可以比电流总线的第二厚度小得多的第一厚度。对电流总线的高精度电流测量可能需要在开口内电流总线的磁场分布是非线性的（例如，3次系数值最高的3阶多项式）。

Description

优化的电流总线

背景技术

需要小型和精确的电流传感器来在宽标称电流范围上监测电池、调节太阳能或风能发电机的电流、控制电机。

附图说明

图1示出了示例电流总线。

图2示出了在图1中所示电流总线中的开口中心的（i）磁场强度；和（ii）二次系数（即，非线性的度量）。

图3A和图3B示出了当电流总线具有单个直径（图3A）和两个直径（图3B）时电流总线的开口中的磁场的比较。

图4A和图4B示出了当电流总线具有单个直径（图4A）和两个直径（图4B）时示出被置于电流总线的开口中心的小区段中的磁场的、图3A和3B中所示的曲线图的放大比较。

图5示出了另一示例电流总线。

图6示出了（i）磁场强度；和（ii）在图5中所示电流总线中的开口中心的二次系数（即，非线性的度量）。

图7示出了具有延伸穿过电流总线中的开口的电流传感器的图1的示例电流总线。

以下详细描述包括对附图的引用，这些附图形成详细描述的一部分。这些图通过图示的方式示出其中可以实践本发明的具体实施例。这些实施例。

具体实施方式

以下详细描述包括对附图的引用，这些附图形成详细描述的一部分。这些图通过图示的方式示出其中可以实践本发明的具体实施例。这些实施例（其在本文中也被称为“示例”）足够详细地进行描述以使得本领域技术人员能够实践本发明。在不偏离本发明的范围的情况下，可以组合这些实施例，可以利用其他实施例，或者可以做出结构和逻辑的改变。因此，不应在限制的意义上来理解以下详细描述，并且本发明的范围由所附的权利要求及其等同物限定。

在本文档中，术语“一”或“一个”被用来包括一个或多于一个，并且术语“或者”被用来指代非排他性的“或者”，除非另外指示。此外，应理解的是本文采用而未另外定义的措辞和术语仅为了描述的目的而非限制的目的。

此外，本文档中引用的所有出版物、专利和专利文档通过引用全文合并于此，如同通过引用被单独地合并。如果在本文档和通过引用被如此合并的那些文档之间发生不一致的用法，则应当将所合并的引用中的用法视为对本文档的用法的补充；对于不可协调的不一致情形，以本文档中的用法为准。

可以通过监测电流总线中开口内部的电场分布来测量电流总线正承载的电流。如本文使用的，“电流总线”指代“电流总线条”或“总线条”或递送电流的其他装置。

图1示出了用于承载500A的示例电流总线10。图5示出了用于承载5000A的示例电流总线10。电流总线10包括从电流总线10的一侧12延伸到电流总线10的相对侧（在图1和5中不可见）的开口11。开口11随着开口11从电流总线10的一侧12延伸到电流总线10的相对侧而发生尺寸改变。

图1示出开口11为圆形。然而，在一些形式中，开口11可以随着开口11从电流总线10的一侧12延伸到电流总线10的相对侧而发生形状改变。

如图1中所示，开口11可以包括第一直径D1和不同于第一直径D1的第二直径D2。作为示例，可以基于电流总线10被规划承载的电流量来决定第一直径D1的尺寸，和/或可以基于电流总线10被规划承载的电流量来决定第二直径D2的尺寸。

如图1中所示，开口11可以在开口11的第一直径D1处包括第一厚度T1，第一厚度T1可以比电流总线10的第二厚度T2小得多。此外，开口11可以在开口11的第二直径D2处包括第三厚度T3，第三厚度T3可以比在开口11的第一直径D1处的第一厚度T1大得多。作为示例，第一厚度T1可以小于第三厚度T3的尺寸的20%。

对电流总线10的高精度电流测量可能需要在开口11内电流总线10的磁场分布是非线性的（例如，其中3次（degree）系数值最高的3阶多项式）。第一直径D1应当尽可能地小（例如，0.4英寸）以适合开口11中的电流传感器，因为较小的直径提供最大的非线性和最小的磁场。

为了获得大的3次系数，第一直径D1应当在实际可行的情况下尽量薄（例如，0.1英寸）以根据需要将磁场传感器精确地装配和定位在中心以用于高精度感测。在开口11的第一直径D1处相对较小的厚度T1可以与针对感兴趣频率的集肤效应深度相当，并且因此朝向皮肤聚集的电流将是最小的。

开口11的第二直径D2可以几乎延伸到电流总线10的边缘，但是留下一机械上坚固的小的（例如，0.1-0.3英寸）脊以用于最小化磁场并且减小集肤效应的影响。在一些形式中，电流总线10的宽度可以至少是厚度的5倍以进行更好的电流测量。

电流总线10可以具有矩形横截面。在一些形式中，电流总线的边缘15可以不均匀地成形（在图1和5中未示出）。在其他形式中，电流总线的边缘15可以是圆的或倒角的（在图1和5中未示出）。也可以使用具有矩形或其他形状的电流总线10的短区段，并且该电流总线10的短区段可以在一端或两端处包括孔以及用于附接电流传感器的附加孔。

图7示出图1的电流总线10，其中电流总线包括可以或可以不延伸穿过开口11的示例电流传感器70。在其他形式，可以仅仅将电流传感器70放置在开口11内。在其他形式中，可以将电流传感器70附接到电流总线10。在其他形式中，可以将电流传感器70附接到电子封装，该电子封装延伸到电流总线10中的开口11中。尽管在图7中仅示出了电流传感器70的一部分，但应当注意的是电流传感器70可以是圆形的，或者使得测量由电流总线10承载的电流便利的任何形状。应当注意的是可以将现在已知或将来发现的任何类型的电流传感器20用来测量开口11的中心的磁场。

开口11中的磁场可能必须相对较低（例如，10Oe）以便高效地闭合测量由电流总线10承载的电流的电流传感器70的环路并且由此消除电流总线10所产生的磁场的效应。本文描述的示例电流总线10可以在三个方向上（例如，竖直、水平以及沿着电流流动）修改电流总线10中的开口11的磁分布。

此外，集肤效应对电流分布的影响必须小。集肤效应通常随着电流频率的增加而将电流推向导体的外部。因此，如果第一厚度T1与在最大操作频率（例如150kHz）时的集肤深度相当，则在电流总线10的该部分中电流分布可以不显著地改变。

图2和6示出分别针对图1和5中所示相应电流总线10中的500A和5000A的电流水平的开口11的中心的（i）磁场强度；和（ii）二次系数（即，非线性的度量）。还示出了具有和不具有凸缘的磁场分布之间的比较。图2和6图示出优化电流总线10的开口11的直径D1、D2和厚度T1、T3，使得最大化二次系数而在开口11的中心磁场强度不超过10Oe。应当注意，图2和6将特斯拉而不是奥斯特用作量度。

通过3维有限元仿真获得结果。还示出了在电流总线10中有或者没有开口11的情况下对于电阻增加和温度下降的仿真，因为电阻可以非常低并且可以将温度增加值保持在5摄氏度以下。

对图3A和图3B的比较示出在电流总线中提供凸缘可以在电流总线10中提供更加非线性的磁场（例如，其中3次系数值最高的3阶多项式）。应当注意的是对图4A和图4B的比较并未示出具有凸缘和不具有凸缘之间的非线性差异（即，在曲线的中心部分该差异对于裸眼不可见）。当在电流总线10中包括凸缘时二次系数的数值可以是几乎三倍大。

虽然已经在本文中描述了本申请的原理，但是本领域技术人员应理解的是该描述仅仅通过示例的方式而被做出并且不作为对本申请的范围的限制。相应地，所附权利要求意图是覆盖落在本申请的真正的精神和范围之内的所有对于本申请的修改。

Claims (7)

1.一种电流总线，包括

从所述电流总线的一侧延伸到所述电流总线的相对侧的开口，其中所述开口随着开口从所述电流总线的一侧延伸到所述电流总线的相对侧而发生尺寸改变，其中所述开口包括具有第一厚度和第一直径的第一部分，并且电流总线具有大于第一厚度的第二厚度，其中所述开口还包括具有第三厚度和第二直径的第二部分，第二直径大于第一直径，其中第一厚度小于第三厚度，并且第一厚度与第三厚度的总和等于第二厚度。

2.根据权利要求1所述的电流总线，其中所述电流总线中的开口被配置为当所述电流总线传导电流时修改在所述电流总线中的所述开口内部生成的磁场分布。

3.根据权利要求2所述的电流总线，其中所述开口内部生成的磁场分布是非线性的。

4.根据权利要求3所述的电流总线，其中在所述开口内部生成的非线性磁场分布是3次系数值最高的3阶多项式。

5.根据权利要求1所述的电流总线，其中基于所述电流总线被规划承载的电流量来决定所述第一直径的尺寸，其中基于所述电流总线被规划承载的电流量来决定所述第二直径的尺寸。

6.根据权利要求1所述的电流总线，其中所述第一厚度小于所述第三厚度的尺寸的20％。

7.根据权利要求1所述的电流总线，其中所述电流总线的宽度至少是第二厚度的5倍。