CN1768263A - 电磁感应传感器和制造所述电磁感应传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
在此公开了一种电磁感应传感器以及制造所述电磁感应传感器的方法，并且更特别的，一种检测高电流的电磁感应传感器以及制造所述电磁感应传感器的方法。所述电磁感应传感器包括线状柔性软管，缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力的线圈，以及具有固定的非线状的传感器框架，所述缠绕了线圈的软管在发生形变以适合所述传感器框架内部空间形状的同时安装到所述传感器框架内。在所述软管安装到所述传感器框架内的状态下，所述线圈的两端均被拉出所述传感器框架之外。所述传感器框架被注入溶剂并被密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁感应传感器，以及制造所述电磁感应传感器的方法，并且尤其涉及一种检测高电流的电磁感应传感器以及制造所述电磁感应传感器的方法。
背景技术
如同本领域技术人员所公知的，电磁感应是磁力线根据电路中流过电流的强度变化而改变，从而导致电动势的产生的现象。另外，电磁感应传感器是检测感应电磁场的传感器，并且由此检测电流的变化，即电路中流过的感应电流。
使用所述电磁感应传感器的设备、产品和电子电路的应用和控制领域非常广泛。电磁感应传感器从工业目的到家用电子和电气电路等广大范围内都可以应用。传统地，这些电磁感应传感器是通过使用绕线机在具有固定形状的铁芯或绕线管周围缠绕线圈，并且直接将所述线圈连接到电路或者将其安装在传感器框架内而制造的。
然而所述传统的电磁感应传感器存在问题，即其形状、尺寸和特性必须依赖于其不同使用而改变。因此，为了制造具有特定形状和尺寸的电磁感应传感器，铁芯或者绕线管必须与电磁感应传感器的特定形状和尺寸一致。这可能需要改变制造铁芯或者绕线管的模具。
现有技术的另一个问题是在铁芯或者绕线管周围缠绕线圈的工艺很复杂。为了缠绕线圈，首先，所述线圈需要通过使用绕线机而缠绕在圆形辅助绕线管(circular auxiliary bobbin)周围。然后，在主绕线铁芯或者绕线管安装到其上后，绕线机被操作以通过使用滚轴而旋转所述铁芯或绕线管，从而先前缠绕在所述辅助绕线管周围的线圈被重新缠绕在所述旋转的主绕线铁芯或者绕线管周围。因此，为了将线圈缠绕在铁芯或者绕线管周围，辅助绕线管的使用是很重要的，并且这使得绕线工艺变得复杂。
现有技术的另一个问题是需要传感器框架，其内安装了通过在铁芯或绕线管周围缠绕线圈而形成的传感器单元。为了制造所述传感器框架，需要单独的模具。当安装到其内的所述传感器单元的形状和尺寸改变时，用于形成所述传感器框架以及铁芯或绕线管的模具都要改变。
除了上述问题，对于在形状和尺寸改变后的铁芯或绕线管周围缠绕线圈，还需要新的绕线机。例如，当需要在圆形绕线管周围缠绕线圈时，需要包括使得所述绕线管旋转的复杂机构和在所述旋转的绕线管周围高速缠绕线圈的附加机构的昂贵的设备。然而这种昂贵的设备不可能或者不适合在其他不同的铁芯或绕线管周围缠绕线圈以制造具有不同形状和尺寸的新的传感器。因此，为了制造各种电磁感应传感器，不可避免的需要改变所述绕线机。
特别地，在铁芯或绕线管周围缠绕线圈经常出现交叉缠绕的问题。例如，在圆形铁芯或绕线管的情况下，由于对于绕线机来说使线圈与铁芯或绕线管的曲率一致很困难，所述线圈可能产生自身交叉而不能均匀缠绕。这增加了生产劣质传感器的可能性，这样的传感器不能表现出一致的传感能力，并且因此不适于使用。
当需要设计特定传感器以应用到某些新产品或者将所述传感器应用到需要高精度传感器的产品中时，所述传感器需要经受反复测试以达到所需的传感能力，这样导致耗费大量制造时间。
发明内容
因此，本发明着眼于解决上述问题，并且本发明的一个目标是提供一种电磁感应传感器，所述电磁感应传感器可以在传感器的形状和尺寸必须改变时不必改变绕线机，由此可以节省改变模具所需的时间，因此促进了生产。
本发明的另一个目标是提供一种电磁感应传感器，所述电磁感应传感器可以消除绕线管周围线圈的交义缠绕问题，并且可以实现线圈的均匀缠绕。
本发明的又一个目标是提供一种电磁感应传感器，所述电磁感应传感器可以确保很方便地改变其形状和尺寸。
根据本发明一个方面，上述和其他目标可以通过提供一种电磁感应传感器而实现，所述电磁感应传感器包括：线状柔性软管；缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力的线圈；具有固定的非线状的传感器框架，所述缠绕了线圈的软管在发生形变以适合所述传感器框架内部空间形状的同时安装到所述传感器框架内，在所述软管安装到所述传感器框架内的状态下，所述线圈的两端均被拉出所述传感器框架之外；以及注入所述传感器框架并将其密封的溶剂(impregnant)。
对于上述一个方面，由于所述线圈缠绕在所述线状柔性软管周围，并且所述缠绕了线圈的软管安装在具有固定的非线状的传感器框架内，因此可以不需要对应于所需各种形状和尺寸的传感器的多个绕线机，通过使用具有线状绕线管轴杆的绕线机而简化线圈的缠绕工艺，通过消除传统的辅助绕线管而缩短线圈的缠绕工艺，通过解决线圈的交叉缠绕问题而减少生产劣质产品的可能性，以及通过简化安装可变形状的柔性软管到所述传感器框架内部而能够自由改变所述传感器的形状。
根据本发明另一个方面，提供了一种电磁感应传感器，包括：线状柔性软管；缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力的线圈；具有固定的非线状的铁芯，所述铁芯插入到所述缠绕了线圈的软管内；以及允许所述缠绕了线圈并且内部插入了所述铁芯的软管浸入其中的溶剂。
根据上述另一个方面，由于所述线圈缠绕在所述线状柔性软管周围，并且所述具有固定的非线状的铁芯插入到所述缠绕了线圈的软管内，因此可以不需要对应于所需各种形状和尺寸的传感器的多个绕线机，通过使用具有线状绕线管轴杆的绕线机而简化线圈的缠绕工艺，通过消除传统的辅助绕线管而缩短线圈的缠绕工艺，通过解决线圈的交叉缠绕问题而减少生产劣质产品的可能性，通过简单的将所述铁芯插入到所述形状可变的柔性软管内而不必使用传感器框架从而能够自由改变所述传感器的形状，以及使用插入所述软管的铁芯而控制电流容量。
优选的，所述铁芯可以是具有正方形截面形状的堆叠铁芯。
通过使用所述主要用于传感器中的堆叠铁芯，可以改善所述传感器的感测性能。
根据本发明又一个方面，提供了一种制造电磁感应传感器的方法，包括步骤：a)将线状柔性软管安装到绕线机的线状绕线管轴杆上；b)将线圈缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力；c)将所述缠绕了线圈的软管与所述绕线管轴杆分离；d)将所述缠绕了线圈的软管安装到具有固定的非线状的传感器框架内部，并且将所述线圈两端拉出所述传感器框架之外；以及e)将溶剂注入所述传感器框架，并且密封所述传感器框架。
如上所述，通过将所述线圈缠绕在所述线状柔性软管周围，并且所述柔性软管在其发生形变的同时很容易地安装到所述具有固定的非线状的传感器框架内，可以不需要对应于所需各种形状和尺寸的传感器的多个绕线机，通过使用具有线状绕线管轴杆的绕线机而简化线圈的缠绕工艺，通过消除传统的辅助绕线管而简化线圈的缠绕工艺，通过解决线圈的交叉缠绕问题而减少生产劣质产品的可能性，以及能够自由改变所述传感器的形状。
而且，由于所述线圈缠绕在所述柔性软管周围同时保持恒定张力，不存在导致所述线圈过度嵌入所述软管和导致所述线圈的不规则缠绕半径的危险。因此，可以精确控制所述传感器的感测性能。
附图说明
本发明的上述和其他目标、特征和其他优点可以通过下面的结合附图的详细描述而更清楚的理解，其中：
图1是显示用于制造电磁感应传感器的绕线机的一个示例的图解视图；
图2是显示通过图1所示的绕线机在其周围缠绕了线圈的软管的透视图；
图3是显示根据本发明的电磁感应传感器的透视图，其中图2所示的软管安装在具有固定的非线性形状的传感器框架内部；以及
图4是显示根据本发明的用于制造电磁感应传感器的方法的顺序步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的上述和其他附加方面可以通过下面的参考附图的关于本发明优选实施方式的详细描述而清楚理解。下面将详细描述本发明，从而允许本领域技术人员通过优选实施例可以很容易理解和实施本发明。
图1是显示用于制造电磁感应传感器的绕线机的一个示例的图解视图。图2是显示通过图1所示的绕线机在其周围缠绕了线圈的软管的透视图。图3是显示根据本发明的电磁感应传感器的透视图，其中图2所示的软管安装在具有固定非线性形状的传感器框架内部。现在，将参考上述附图解释本发明的电磁感应传感器。
本发明的电磁感应传感器包括线状柔性软管111，通过绕线机缠绕在线状柔性软管111周围的线圈107，传感器框架302，以及绝缘溶剂。
为了缠绕线圈107，线状柔性软管111设置为安装在绕线机的绕线管轴杆109上。此处，线圈107从某个位置(指定为参考字母A)引出，并且连接到绕线机的水平承载构件105和安装在绕线管轴杆109上的线状柔性软管111。尽管图1中没有显示，但是位置(A)连接到线圈的电源，并且绕线机的绕线管轴杆109和水平承载构件105适合于通过电机驱动。根据没有显示的电机的驱动，水平承载构件105以恒定速度水平移动连接到其上的线圈107，并且绕线管轴杆109以恒定速度旋转，从而允许线圈107缠绕到安装到其上的线状柔性软管111周围。绕线机进一步具有张力调节单元101，所述张力调节单元101通过接收从张力传感器103输入的张力控制信号113而控制线圈107的张力。所述张力传感器103用于感测线圈107的张力，并且在张力显示单元(未显示)上显示感测值115以用于操作者的配置。通过在未显示的张力显示单元上显示的感测值115，操作者可以很容易确定线圈107的张力是否合适。如果感测值115超出合适范围，一般地，张力控制信号113被手动发送到张力调节单元101。可替换地，张力控制信号113的发送可以通过张力控制器(未显示)而自动进行。
在完成线圈107的缠绕后，将缠绕了线圈的软管111与绕线管轴杆109分离。参考显示缠绕了线圈的软管111的这种分离状态的图2，线圈107的一端位于软管111的一端，穿过软管111的内部空间，并且从软管111的另一端出来，从而定位于其另一端。在图2中，线圈107的两端指定为参考数字200。然后，如图3所示，缠绕线圈的柔性软管111安装在具有固定的非线状的传感器框架302内部，并且线圈107的两端均被拉出传感器框架302外。此处，线圈107的两个引出端构成信号线。在柔性软管111安装到其内后，传感器框架302被注入溶剂并且被密封。
所述溶剂可以使用被广泛用作绝缘材料的环氧化物。并且，线状柔性软管111可以由聚氨基甲酸酯(polyurethane)制成。
通过所述配置，由于线圈107缠绕在线状软管111的周围，线圈107的缠绕工艺被简化，并且不存在交叉缠绕的风险。这可以达到降低生产劣质产品的可能性的效果。而且，通过使用柔性软管111，在完成线圈107的缠绕后，线状柔性软管111根据传感器框架302所需形状而发生形变。而且，本发明通过使用所述溶剂而实现了绝缘效果。
当然，为了实现上述效果，必须满足下面的先决条件。
首先，在考虑线圈107缠绕在柔性软管111周围时，线圈107的张力必须保持在恒定水平。如果线圈107的张力过高，则在完成线圈107的缠绕后很难将软管111与绕线管轴杆109分离。相反的，如果线圈107的张力过低，线圈107会过于松弛地缠绕在软管111周围。
其次，软管111和线圈107应该分别具有恒定直径和厚度。即使线圈107在缠绕在软管111周围时保持恒定张力，当软管111的直径在其整个长度上不规则，则会影响传感器的性能，从而不能精确检测电流。例如，如果绕线管轴杆109的直径为3.8毫米，软管111应该具有大约为4毫米的内直径，大约6毫米的外直径，以及大约1毫米的厚度，并且这些尺寸必须在其整个长度上均匀保持。
类似的，线圈107的厚度必须均匀保持从而不会影响传感器的性能。例如，如果线圈107具有0.1毫米至0.21毫米之间的厚度，它会施加大约100克的张力。
根据本发明另一个方面，在与绕线管轴杆109分离的状态下，具有固定非线性形状的铁芯插入到缠绕了线圈的软管111中，并且包含所述铁芯的软管111浸入到溶剂中。
在此，由于软管111由柔性材料制成，在线圈107缠绕在软管111周围之后，具有所述固定的非线状的铁芯可以插入到软管111中。通过使用所述固定的非线状的铁芯，可以实现不需要上述传感器框架而具有所需形状的电磁感应传感器。而且，铁芯的使用可以达到简单而方便地控制电流容量的效果。特别地，在所述铁芯为扭曲状的情况下，它可以偏移激励的电磁场的电压相位。因此。它可以处理可能由电磁场产生的电磁干扰(EMI)。
所述溶剂可以使用环氧化物以达到绝缘目的。例如，所述缠绕了线圈并且包括插入其内的铁芯的软管在室温下浸入到环氧化物液体24小时。
根据本发明的其他方面，插入到所述软管的铁芯为具有正方形截面形状的堆叠铁芯。
传统上，关于电磁感应传感器的制造，所述具有正方形截面形状的堆叠铁芯被有效地使用以改善所述传感器的感测性能。也就是说，当通过使用软管制造所述电磁感应传感器时，所述堆叠铁芯插入到所述软管内，导致所述传感器感测性能的改善。
图4是显示用于制造电磁感应传感器的方法的顺序步骤的流程图。现在参考图1至图4描述所述电磁感应传感器的制造方法。
根据本发明的制造方法，首先，将线状柔性软管111安装到绕线管轴杆109上(步骤401)。然后，线圈107连接到绕线机(步骤403)。在线圈107已连接的状态下，驱动未显示的电机以操作绕线机的水平承载构件105和绕线管轴杆109(步骤405)。在所述绕线机工作期间，张力调节单元101根据从张力传感器103输入的张力控制信号113运行以保持线圈107的恒定张力。并且，张力传感器103被操作以感测线圈107的张力，并在未显示的张力显示单元上显示感测值115，从而允许操作者确认线圈107的张力是否合适(步骤407)。如果感测的张力值115超出合适范围，则张力控制信号113被手动提交给张力调节单元101以保持线圈的恒定张力(步骤409)。可替换地，在设置了张力控制器(未显示)的情况下，张力控制信号113的发送可以自动进行。通过这种方式，在线圈107被施加恒定张力的状态下，线圈107被缠绕在线状柔性软管111的周围(步骤411)。在完成线圈107的缠绕后，缠绕了线圈的软管111与绕线管轴杆109分离(步骤415)。然后，缠绕了线圈的软管111被安装在具有固定的非线状的传感器框架302内(步骤417)。在已经安装的状态下，缠绕在软管111周围的线圈107的两端被拉出传感器框架302之外从而构成信号线(步骤419)。最后，为了绝缘，其内安装了软管111的传感器框架302被注入溶剂并被密封(步骤421)。
当线圈107如上所述的被缠绕在由柔性材料制成的软管111周围时，线圈107的张力很重要。根据本发明，由于绕线机的张力调节单元101可以保持线圈107的恒定张力，并且进一步可以通过使用来自张力传感器103的感测值115而调节线圈107的张力，因此可以施加恒定张力到线圈107。
工业实用性
通过上面的描述可以发现，本发明提供了一种电磁感应传感器，其中线圈缠绕在线状柔性软管周围，并且所述缠绕了线圈的软管安装在具有固定的非线状的传感器框架内，可以不需要对应于所需各种形状和尺寸的传感器的多个绕线机，通过使用具有线状绕线管轴杆的绕线机而简化线圈的缠绕工艺，通过消除传统的辅助绕线管而缩短线圈的缠绕工艺，通过解决线圈的交叉缠绕问题而减少生产劣质产品的可能性，以及通过简化安装可变形状的柔性软管到所述传感器框架内部而能够自由改变所述传感器的形状。
而且，根据本发明，本发明提供了一种电磁感应传感器，其中线圈缠绕在线状柔性软管周围，并且具有固定的非线状的铁芯插入到所述缠绕了线圈的软管内，可以不需要对应于所需各种形状和尺寸的传感器的多个绕线机，通过使用具有线状绕线管轴杆的绕线机而简化线圈的缠绕工艺，通过消除传统的辅助绕线管而缩短线圈的缠绕工艺，通过解决线圈的交叉缠绕问题而减少生产劣质产品的可能性，通过简单的将所述铁芯插入到所述形状可变的柔性软管内而不必使用传感器框架从而能够自由改变所述传感器的形状，以及使用插入所述软管的铁芯而控制电流容量。
进而，所述铁芯为堆叠铁芯，所述堆叠铁芯主要用于使用软管的传感器中，导致所述传感器的感测性能的改善。
尽管为了示例目的公开了本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以理解，可以做出各种修改、添加和替换而不脱离所附的权利要求中所述的本
发明的范围和实质。
Claims (4)
1.一种电磁感应传感器，包括：
线状柔性软管；
缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力的线圈；
具有固定的非线状的传感器框架，所述缠绕了线圈的软管在发生形变以适合所述传感器框架内部空间形状的同时安装到所述传感器框架内，在所述软管安装到所述传感器框架内的状态下，所述线圈的两端均被拉出所述传感器框架之外；以及
注入所述传感器框架并将其密封的溶剂。
2.一种电磁感应传感器，包括：
线状柔性软管；
缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力的线圈；
具有固定的非线状的铁芯，所述铁芯插入到所述缠绕了线圈的软管内；以及
允许所述缠绕了线圈并且内部插入了所述铁芯的软管浸入其中的溶剂。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述铁芯为具有正方形截面形状的堆叠铁芯。
4.一种制造电磁感应传感器的方法，包括以下步骤：
a)将线状柔性软管安装到绕线机的线状绕线管轴杆上；
b)将线圈缠绕在所述软管周围同时保持恒定张力；
c)将所述缠绕了线圈的软管与所述绕线管轴杆分离；
d)将所述缠绕了线圈的软管安装到具有固定的非线状的传感器框架内部，并且将所述线圈的两端拉出所述传感器框架之外；以及
e)将溶剂注入所述传感器框架，并且密封所述传感器框架。
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