DE112013006710T5

DE112013006710T5 - Magnetischer Kernflusssensor

Info

Publication number: DE112013006710T5
Application number: DE112013006710.2T
Authority: DE
Inventors: Jim Peck
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: US20140232383A1; BR112015017580A2; KR20150121710A; CN105074847A; JP2016513262A; US9568563B2; RU2646592C2; WO2014130122A1; KR102112976B1; JP6258357B2; DE112013006710B4; CN105074847B; RU2015122271A

Abstract

Eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung kann einen Sensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweisen. Ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die längliche Öffnung. Eine Vielzahl von Sensorloch-Paaren ist relativ zu der länglichen Öffnung zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses und zum Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der länglichen Öffnung positioniert. Eine Sensorleiterwicklung verläuft durch jedes Sensorloch-Paar. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung. Das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektromagnetische Vorrichtungen wie zum Beispiel elektrische Transformatoren und Induktoren, und insbesondere einen magnetischen Kernflusssensor und ein Verfahren zum Messen eines magnetischen Flusses innerhalb eines Kerns eines Transformators, Induktors oder einer ähnlichen Vorrichtung.
HINTERGRUND
Elektromagnetische Vorrichtungen wie zum Beispiel Induktoren, Transformatoren oder ähnliche Vorrichtungen weisen magnetische Kerne auf, in denen ein magnetischer Fluss in Reaktion auf einen elektrischen Strom erzeugt werden kann, der durch eine Leiterwicklung fließt, die mit dem magnetischen Kern verknüpft ist. Der magnetische Fluss in einem magnetischen Kern kann geschätzt werden, indem Techniken wie zum Beispiel Finite-Elemente-Analysen oder ähnliche Techniken verwendet werden; jedoch stellen derartige Verfahren kein direktes Verfahren zum Messen des Flusses in einem Kern dar. Dementsprechend können magnetische Kerne überentwickelt sein oder können größer hergestellt werden als es für einige Anwendungen notwendig ist. Dies kann in einem übermäßigen Gewicht und Volumen derartiger Vorrichtungen resultieren. Das übermäßige Gewicht und Volumen kann eine wichtige Überlegung darstellen, wenn diese elektromagnetischen Vorrichtungen bei gewissen Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel auf Fahrzeugen, wie zum Beispiel Luftfahrzeugen, Raumfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen, bei denen Gewicht und Größe wichtig sein können.
Ein Verständnis des Flusses oder eines Sättigungsmusters in einem magnetischen Kern können auch eine hilfreiche Information beim Entwickeln bzw.
Planen derartiger elektromagnetischer Vorrichtungen darstellen. Ob eine besondere Kernbauform als einzelner Körper sättigt oder ob die Sättigung zeitbasiert ist, kann nützlich sein. Zum Beispiel gibt es zu irgendeinem Zeitpunkt eine Grenze im Kernmaterial, wo das Material auf einer Seite der Grenze gesättigt sein kann und auf der anderen Seite der Grenze ungesättigt sein kann. Eine Kenntnis des Sättigungsmusters kann die Bauform und Umsetzung von magnetischen Komponenten direkt beeinflussen, und ein derartiges Verständnis kann am besten erhalten werden, indem der magnetische Fluss im Kern gemessen wird. Dementsprechend besteht ein Bedürfnis, den Fluss innerhalb der Kernkomponente einer elektromagnetischen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Induktors, eines Transformators oder einer ähnlichen Vorrichtung, direkt messen zu können.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung einen Flusssensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweisen. Ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss, um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil. Eine Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern sind relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert. Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung kann auch eine Sensorleiterwicklung durch jedes Paar von Sensorlöchern aufweisen. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung, und das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann eine elektromagnetische Vorrichtung einen Flusssensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweisen. Ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil. Eine Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern sind relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert. Die elektromagnetische Vorrichtung kann auch eine Sensorleiterwicklung durch jedes Paar von Sensorlöchern aufweisen. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung, und das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung. Ein Abstandsteil kann auf gegenüberliegenden Seiten des Flusssensorkerns angeordnet sein. Der Abstandsteil kann eine Öffnung aufweisen, damit die Leiterwicklung durch den Abstandsteil verlaufen kann. Die elektromagnetische Vorrichtung kann des Weiteren einen magnetischen Kernteil aufweisen, der auf jedem Abstandsteil angeordnet ist. Die zumindest eine längliche Öffnung erstreckt sich durch den magnetischen Kernteil, und die Leiterwicklung erstreckt sich durch jeden magnetischen Kernteil. Der Abstandsteil kann auch eine Spalte für die Sensorleiterwicklung durch jedes Paar von Sensorlöchern aufweisen, um eine Vorrichtung zum Erfassen des magnetischen Flusses an dem Ort von jeder Sensorleiterwicklung zu verbinden.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform kann eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung einen Flusssensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweisen. Ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil. Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung kann auch eine Vielzahl von Sensorlöchern aufweisen. Jedes Sensorloch kann relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert sein. Ein Sensorleiterdraht erstreckt sich durch jedes Sensorloch. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jedem Sensorleiterdraht, und das elektrische Signal in einem besonderen Sensorleiterdraht entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort des besonderen Sensorleiterdrahts.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen eines magnetischen Flusses in einer elektromagnetischen Vorrichtung ein Vorsehen einer magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung, die einen Flusssensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweist. Ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil. Das Verfahren kann auch ein Vorsehen einer Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern umfassen, die relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert sind. Das Verfahren kann des Weiteren ein Vorsehen einer Sensorleiterwicklung durch jedes Paar von Sensorlöchern umfassen. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung. Das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die spezifische Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulichen. Weitere Ausführungsformen, die andere Strukturen und Betriebsweisen aufweisen, verlassen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht.
1 stellt eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
2A stellt eine Draufsicht eines Beispiels einer magnetischen Flusssensorplatte oder eines Flusssensorlaminats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
2B stellt eine Teilansicht der exemplarischen magnetischen Flusssensorplatte oder des magnetischen Flusssensorlaminats der 2A dar, die ein Detail der Sensorlöcher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 stellt eine Draufsicht eines Beispiels einer Abstandsplatte bzw. eines Abstandslaminats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
4A stellt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Transformatoranordnung mit einem Teil des oberen magnetischen Kerns dar, der weggeschnitten ist, um eine exemplarische Kernflussteil-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu zeigen.
4B stellt eine seitliche Querschnittsansicht entlang einer Linie 4A-4A der exemplarischen Transformatoranordnung der 4A dar.
5 stellt eine Draufsicht eines Beispiels einer magnetischen Kernplatte bzw. eines magnetischen Kernlaminats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
6A stellt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Induktors oder einer Transformatoranordnung, die von der Anzahl der Wicklungen einschließlich eines magnetischen Flusssensors abhängt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
6B stellt eine Draufsicht eines Beispiels einer magnetischen Flusssensorplatte bzw. eines magnetischen Flusssensorlaminats gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
7A und 7B (gemeinsam als 7 bezeichnet) stellen ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Erfassen und Messen einer magnetischen Flussintensität in einem Kern einer elektromagnetischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
BESCHREIBUNG
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die spezifische Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulichen. Andere Ausführungsformen, die andere Strukturen und Betriebsweisen aufweisen, verlassen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht. Ähnliche Bezugszeichen können sich in den verschiedenen Zeichnungen auf das gleiche Element oder die gleiche Komponente beziehen.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, stellt ein linearer Induktor eine elektromagnetische Vorrichtung dar, die lediglich eine elektrische Leiterdrahtwicklung oder elektrische Leiterdrahtwicklungen aufweist, die durch einen magnetischen Kern verlaufen. In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform stellt ein linearer Transformator eine magnetische Vorrichtung dar, wo eine lineare primäre elektrische Leiterdrahtwicklung oder lineare primäre elektrische Leiterdrahtwicklungen und eine oder mehrere lineare sekundäre elektrische Leiterdrahtwicklungen durch einen magnetischen Kern verlaufen. Der Kern kann ein Stück sein, und es sind keine Wicklungen der primären und sekundären elektrischen Leiter um den Kern erforderlich. Während der Kern ein Stück sein kann, kann der einstückige Kern aus einer Vielzahl übereinander gestapelter Platten oder Laminate gebildet sein. Ein Strom kann durch die Primäre geleitet werden. Ein magnetischer Fluss des Stroms in der Primären wird durch den Kern absorbiert. Wenn sich der Strom in der Primären verringert, überträgt (desorbiert) der Kern eine elektromotorische Kraft in die sekundären Drähte. Ein Merkmal des linearen Transformators ist der lineare Verlauf der primären und sekundären Leiter durch den Kern. Ein Kern kann als einzelne Vorrichtung verwendet werden, oder eine Serie von zwei oder mehr Kernen kann verwendet werden, wenn eine längere lineare Exposition benötigt wird. Ein weiteres Merkmal dieses Transformators ist, dass das gesamte magnetische Feld, oder zumindest ein wesentlicher Teil des durch den Strom in der Primären erzeugten magnetischen Felds durch den Kern absorbiert wird und in die Sekundäre desorbiert wird. Der Kern des Transformators kann dimensioniert sein bzw. Dimensionen aufweisen, so dass im Wesentlichen das gesamte magnetische Feld, welches durch den Strom erzeugt wird, durch den Kern absorbiert wird und so dass der magnetische Fluss im Wesentlichen vollständig im Kern enthalten ist. Dies bildet einen hocheffizienten Transformator mit sehr geringen Kupferverlusten, mit einer hocheffizienten Energieübertragung, mit einer niedrigen Wärmeemission und mit einer sehr geringen ausgestrahlten Emissionen aus. Zusätzlich ist der lineare Transformator mindestens 50% kleiner hinsichtlich eines Volumens und eines Gewichts als existierende Konfigurationen. Lineare elektromagnetische Vorrichtungen, wie zum Beispiel lineare Transformatoren, Induktoren und ähnliche Vorrichtungen, sind detaillierter in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschrieben, die am 19.07.2012 mit dem Titel ”Linear Electromagnetic Device” eingereicht wurde und die auf den gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung übertragen wurde und die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme integriert ist. Eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung kann, wie hier beschrieben, in eine lineare elektromagnetische Vorrichtung integriert sein, wie zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschriebenen, um den magnetischen Fluss innerhalb eines magnetische Kerns von derartigen Vorrichtung oder innerhalb einer magnetischen Kernfluss-Sensoranordnungskomponente derartiger Vorrichtungen zu erfassen und zu messen.
1 stellt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 kann einen Flusssensor-Kernteil 102 aufweisen. Der Flusssensor-Kernteil 102 kann eine Vielzahl von Flusssensor-Kernplatten 104 bzw. Flusssensor-Kernlaminaten aufweisen, die übereinander gestapelt sind. Auch unter Bezugnahme auf 2A stellt die 2A eine Draufsicht eines Beispiels einer magnetischen Flusssensorplatte 104 bzw. eines magnetischen Flusssensorlaminats in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 2B stellt eine Teilansicht der exemplarischen magnetischen Flusssensorplatte 104 bzw. des magnetischen Flusssensorlaminats der
2A dar, die ein Detail der Sensorlöcher 114–122 in jeder Sensorplatte 104 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Platten 104 können aus einem Material hergestellt sein, welches einen magnetischen Fluss absorbieren kann. Die Platten 104 können zum Beispiel aus einer Silizium-Stahl-Legierung, einer Nickel-Eisen-Legierung oder einem anderen metallischen Material hergestellt sein, welches zum Absorbieren eines magnetischen Flusses, ähnlich dem hier beschriebenen, fähig ist. Bei einer Ausführungsform kann der Kern 102 eine Nickel-Eisen-Legierung sein, die ungefähr 20 Gew.-% Eisen und ungefähr 80 Gew.-% Nickel aufweist. Die Platten 104 können im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein oder sie können eine andere geometrische Form aufweisen, abhängig von der Anwendung der elektromagnetischen Vorrichtung und von der Umgebung, wo sich die elektromagnetische Vorrichtung befinden kann.
Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 kann auch zumindest eine längliche Öffnung 106 bzw. eine Wicklungsöffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung 108 bzw. von Leiterwicklungen durch den Flusssensor-Kernteil 102 aufweisen. Die exemplarische magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 in 1 und die Flusssensorplatte 104 in 2A können zur Verwendung in einer elektromagnetischen Vorrichtung des Transformatortyps oder in einer elektromagnetischen Vorrichtung des Induktortyps verwendet werden. Ein Beispiel einer elektromagnetischen Transformatorvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Im Beispiel der 4 umfassen sowohl die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 als auch die Flusssensorplatte 104 eine zweite längliche Öffnung 110. Jede der länglichen Öffnungen 106 und 110 kann eine primäre Leiterwicklung 108 bzw. primäre Leiterwicklungen und zumindest eine sekundäre Leiterwicklung 112 bzw. sekundäre Leiterwicklungen durch den Flusssensor-Kernteil 102 aufnehmen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Transformator mehr als zwei Wicklungen aufweisen. Bei einer derartigen Ausführungsform bzw. bei derartigen Ausführungsformen können alle Wicklungen durch beide länglichen Öffnungen 106 und 110 verlaufen. Falls die Transformatorwicklungen eine ungerade Anzahl von Wicklungen darstellen, wird jede Wicklung eine eindeutige Anzahl von Durchläufen durch jede längliche Öffnung 106 und 110 aufweisen.
Die Kernfluss-Sensoranordnung 100 kann auch bei einer elektromagnetischen Vorrichtung des Induktortyps verwendet werden. Bei einer Induktorkonfiguration wird lediglich eine elektrische Leiterwicklung durch beide länglichen Öffnungen 106 und 110 verlaufen. Es ist festzustellen, dass alle magnetischen Kernkonfigurationen, die hier beschrieben werden, einen Induktor oder einen Transformator darstellen können. Die Anzahl und Verwendung der Wicklungen bestimmt, ob die Vorrichtung ein Induktor oder ein Transformator ist.
Eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung kann ähnlich der magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung 100 auch mit einer einzelnen länglichen Öffnung eingerichtet sein, so wie in den 6A und 6B veranschaulicht. Eine magnetische Kernfluss-Sensoranordnung mit einer einzelnen länglichen Öffnung oder mit zumindest einer länglichen Öffnung kann bei einer elektromagnetischen Vorrichtung des Induktortyps verwendet werden, die lediglich eine einzige Leiterwicklung aufweist, oder in einer Konfiguration des Transformatortyps verwendet werden, wo beide primären Wicklungen und zumindest eine sekundäre Wicklung, die benachbart zueinander angeordnet sind, in der gleichen länglichen Öffnung angeordnet sein können, ähnlich wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschrieben.
Ein elektrischer Stromfluss durch die Leiterwicklung 108 bzw. durch die Leiterwicklungen erzeugt ein magnetisches Feld um den Leiter bzw. die Leiter 108, und ein magnetischer Fluss wird durch den Kernteil 102 absorbiert und fließt um die zumindest eine längliche Öffnung 106 im Kern des Flusssensor-Kernteils 102. Bei der Transformatorkonfiguration, wie sie in 1 veranschaulicht ist, wird ein magnetischer Fluss in dem Kernteil 102 absorbiert und fließt im Kern des Flusssensor-Kernteils 102 um die zweite längliche Öffnung 110.
Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 kann auch eine Vielzahl von Paaren von Flusssensorlöchern 114–122 aufweisen. Die Paare von Flusssensorlöchern 114–122 sind in dem Flusssensor-Kernteil 102 angeordnet, um Sensorleiter 128 oder Schleifenantennensensoren zu halten, wie es nachfolgend beschrieben wird. Die Schleifenantennensensoren sind in dem Flusssensor-Kernteil 102 verteilt, um die magnetische Flussdichte im Kern zu erfassen, und die Schleifenantennensensoren sind mit vordefinierten Abständen zu der länglichen Wicklungsöffnung 106 und in einem Verteilungsmuster verteiltangeordnet, welches den magnetischen Fluss im Kern am wenigstens beeinflusst. Somit sind die Paare der Flusssensorlöcher 114–122 relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung 106 so positioniert, dass eine merkliche Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil 102 verhindert wird. Die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 sind auch zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand 124 der zumindest einen länglichen Öffnung 106 positioniert. Bei der exemplarisch in den 1 und 2A veranschaulichten Transformatorkonfiguration sind die mehreren Sensorlöcher 114–122 entlang von beiden Längsseiten bzw. entlang von länger dimensionierten Seiten der länglichen Öffnungen 106 und 110 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 nur entlang einer Längsseite 126 der länglichen Öffnung 106 angeordnet sein. Bei anderen Ausführungsformen kann es lediglich eine längliche Öffnung geben, wie bei der in den 6A und 6B veranschaulichten magnetischen Flusssensor-Anordnung.
Bei der in den 2A und 2B veranschaulichten exemplarischen Flusssensorplatte 104 sind lediglich fünf Paare von Sensorlöchern 114–122 gezeigt; jedoch kann der magnetische Flusssensor-Kernteil eine beliebige Anzahl von Paaren von Sensorlöchern aufweisen, abhängig von der Größe der elektromagnetischen Vorrichtung, in welcher der Flusssensor zu verwenden ist, und abhängig von der Anzahl der Orte im Kern, wo Flussmessungen gewünscht sind. Jedoch kann es Beschränkungen hinsichtlich der Größe, der Anzahl und der Anordnung der Sensorlöcher geben, um so eine Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Flusssensor-Kernteil zu minimieren bzw. zu vermeiden.
Auch unter Bezugnahme auf 2B stellt die 2B eine Teilansicht einer exemplarischen magnetischen Flusssensorplatte 102 bzw. eines exemplarischen magnetischen Flusssensorlaminats der 2A dar, die ein Detail der Sensorlöcher 114–122 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 sind jeweils aufeinanderfolgend entlang einer Längsseite 126 der länglichen Öffnung 106 beabstandet angeordnet, wobei jedes aufeinanderfolgende Paar von Sensorlöchern 114–122 mit einem zunehmenden Abstand zum Rand 124 der Längsseite 126 der länglichen Öffnung 106 angeordnet ist. Die Vielzahl von aufeinanderfolgenden Paaren von Sensorlöchern 114–122 können gleichförmig mit einem vorgegebenen Abstand ”L” entlang der Längsseite 126 der zumindest einen länglichen Öffnung 106 zueinander beabstandet sein. Das erste Sensorloch 114a–122a jedes Paars von Sensorlöchern 114–122 ist näher zu der Längsseite 126 bzw. dem Rand 124 der länglichen Öffnung 106 als ein zweites Sensorloch 114b–122b jedes Paars von Sensorlöchern 114 angeordnet. Die ersten und zweiten Sensorlöcher jedes Paars von Sensorlöchern 114–122 können gleich beabstandet sein, wobei das erste Sensorloch parallel zum zweiten Sensorloch angeordnet ist und wobei beide Löcher parallel zur Längsseite 126 der länglichen Öffnung 106 orientiert sind. Eine Mittellinie eines ersten Sensorlochs 114a eines ersten Paars von Sensorlöchern 114 kann mit einem ausgewählten Abstand ”D” zum Rand 124 der länglichen Öffnung 106 angeordnet sein. Ein Abstand einer Mittellinie des ersten Sensorlochs 114a–122a jedes aufeinanderfolgenden Paars von Sensorlöchern 116–122 kann hinsichtlich eines Abstands zum Rand 124 der länglichen Öffnung 106 um ungefähr die Hälfte des ausgewählten Abstands ”D” oder um ”D/2” ansteigen. Dementsprechend kann eine Mittellinie des ersten Sensorlochs 116a des zweiten Paars von Sensorlöchern 116 einen Abstand ”D/2” zu einer Mittellinie des ersten Sensorlochs 114a des ersten Paars von Sensorlöchern 114 aufweisen, und jedes nachfolgende erste Sensorloch 118a–122a wird ungefähr den Abstand D/2 zum ersten Sensorloch des benachbarten Sensorloch-Paars sowie den Abstand D/2 weiter weg zu dem Rand 124 der länglichen Öffnung 106 aufweisen.
Jedes der Sensorlöcher 114–122 kann eine längliche Öffnung ähnlich der darstellen, die in 2B zum Aufnehmen einer Sensorleiterwicklung 128 bzw. von Sensorleiterwicklungen (1) veranschaulicht ist. Jedes Sensorloch kann zum Beispiel eine Breite von ungefähr D/2 und eine Länge von ungefähr 1,5D aufweisen.
Eine Sensorleiterwicklung 128, Wicklungen bzw. Schleifenantennensensoren können durch jedes Paar von Sensorlöchern 114–122 gewickelt sein oder dadurch verlaufen. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in jedem Sensorleiter 128. Das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung 128 entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung und eines Paars von Sensorlöchern 114–122. Die Sensorlöcher 114–122 und die Sensorwicklungen 128 bzw. Schleifenantennensensoren sind im Kern 104 verteilt, um eine magnetische Flussdichte bei vordefinierten Abständen zu jeder länglichen Öffnung 106 und 110 zu erfassen. Die Sensorlöcher 114–122 und die Sensorwicklungen 128 sind auch in einem Verteilungsmuster angeordnet, welches den Fluss des magnetischen Flusses am wenigstens beeinflusst, wie bei Pfeilen 127 und 129 in 2A veranschaulicht. Der magnetische Fluss in den Kernen 104a und 104b wird aufgrund der Richtung eines elektrischen Stromflusses in den Wicklungen 108 (1) durch die länglichen Öffnungen 106 und 110 und aufgrund der rechten Handregel in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, wie durch Pfeile 127 und 129 um die jeweiligen länglichen Öffnungen 106 und 110 veranschaulicht. Basierend auf der rechten Handregel wird ein elektrischer Strom, der in die Seite in den Wicklungen durch die längliche Öffnung 106 fließt, einen magnetischen Fluss in der Richtung des Pfeils 129 im Beispiel der 2A verursachen, und wird ein elektrischer Strom, der aus der Seite in der gleichen Wicklung durch die längliche Öffnung 110 fließt, einen magnetischen Fluss in Richtung des Pfeils 127 verursachen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann es anstatt einer Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 eine Vielzahl von einzelnen Sensorlöchern geben. Jedes Sensorloch kann relativ zu der länglichen Öffnung 106 und/oder 110 zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil 104 und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zum Rand 124 der länglichen Öffnung 106 und/oder 110 positioniert sein. Die Sensorleiterwicklung 128 kann einen einzelnen Draht oder ein Antennenelement in jedem einzelnen Sensorloch darstellen. Die einzelnen Sensorlöcher können im Wesentlichen kreisförmig oder rund ausgebildet sein, oder können derart geformt sein, dass sie eine Größe und Form des einzelnen Drahts bzw. des Antennenelements aufnehmen.
Wie zuvor erläutert kann der Flusssensor-Kernteil 102 eine Vielzahl von Flusssensor-Kernplatten 104 (2A) aufweisen, die übereinander gestapelt sind (1). Die zumindest eine längliche Öffnung 106 und die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 sind in jeder Flusssensor-Kernplatte 104 ausgebildet. Wie in 2A gezeigt, kann jede Flusssensor-Kernplatte 104 einen ersten Plattenteil 104a und einen zweiten Plattenteil 104b aufweisen. Die erste längliche Öffnung 106 kann in dem ersten Plattenteil 104A ausgebildet sein, und die zweite längliche Öffnung 110 kann in dem zweiten Plattenteil 104b ausgebildet sein. Eine Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 114–122 kann auf beiden Seiten der länglichen Öffnungen 106 und 110 ausgebildet sein, wie bei der Ausführungsform der 2A gezeigt.
Der erste Plattenteil 104a kann ein Verlängerungsglied 130 aufweisen, welches sich von einem Ende des ersten Plattenteils 104a erstreckt, und der zweite Plattenteil 104b kann ein weiteres Verlängerungsglied 132 aufweisen, welches sich von einem Ende des zweiten Plattenteils 104b gegenüberliegend zu dem Verlängerungsglied 130 des ersten Plattenteils 104a erstreckt. Ein Loch 134 kann in jedem der Verlängerungsglieder 130 und 132 zur Aufnahme einer Haltevorrichtung, wie zum Beispiel Befestigungsmittel zum Zusammenhalten der Flusssensor-Kernplatten 104 im Stapel, ausgebildet sein, wobei die länglichen Öffnungen 106 und 110 und die Vielzahl von Sensorlöchern 114–122 von jeder der Sensorkernplatten 104 im Stapel miteinander ausgerichtet sind. Andere Löcher 135 können ebenfalls in den Flusssensor-Kernplatten 104 zur Aufnahme zusätzlicher Haltevorrichtungen oder Befestigungsmittel ausgebildet sein.
Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 kann auch einen Abstandsteil 136 und 138 aufweisen, die auf jeder Außenseite der Flusssensor-Kernplatte 104 angeordnet sind. Jeder Abstandsteil 136 und 138 kann eine Vielzahl von Abstandsplatten 140 aufweisen, die übereinander gestapelt sind. Die Abstandsplatten können aus einem nicht magnetischen Material oder einem Material hergestellt sein, welches ein elektrischer Isolator oder dielektrisch ist. Auch unter Bezugnahme auf 3 stellt 3 eine Draufsicht eines Beispiels einer Abstandsplatte 140 bzw. eines Abstandslaminats in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die Abstandsplatte 140 kann im Wesentlichen ”E”-förmig ausgebildet sein, wie es in 3 veranschaulicht ist. Die Abstandsplatte 140 kann ein Hauptsegment 302, ein Mittelsegment 304, welches sich von einem Mittelteil des Hauptglieds 302 erstreckt, und zwei äußere Segmente 306 und 308 aufweisen, die sich von gegenüberliegenden Enden des Hauptsegments 302 erstrecken. Eine Vielzahl von Abstandsplatten 140, die zum Bilden der Abstandsteile 136 und 138 gestapelt sind, sehen Öffnungen 310 und 312, die zwischen den zwei äußeren Segmenten 306 und 308 und dem Mittelsegment 304 ausgebildet sind, wie bei der Ausführungsform vor, die in 3 veranschaulicht ist. Die primären Leiterwicklungen 108 und die sekundären Leiterwicklungen 112 verlaufen bzw. erstrecken sich durch die Öffnungen 310 und 312, wie durch Strichlinien und in 1 veranschaulicht. Gemäß einer anderen Ausführungsform, wie zum Beispiel bei der exemplarischen Induktorkonfiguration, die in 6A veranschaulicht ist, kann die Abstandsplatte 140 lediglich eine einzige Öffnung aufweisen, durch welche eine Leiterwicklung verläuft bzw. sich erstreckt, wie in 6A veranschaulicht.
Jede Abstandsplatte 140 kann auch eine Spalte bzw. Spalten 314 und 316 für die Sensorleiterwicklungen 128 aufweisen, die durch jedes Paar von Sensorlöchern 114–122 verlaufen (2A), um eine Vorrichtung (gezeigt in 4) zum Erfassen des magnetischen Flusses an dem Ort von jeder Sensorleiterwicklung 128 und eines zugehörigen Paars von Sensorlöchern 114–122 zu erfassen. Jede Abstandsplatte 140 kann auch Löcher 318 aufweisen, die mit Löchern 134 und 135 in den Flusssensor-Kernplatten 130 ausgerichtet sind, um Haltevorrichtungen oder Befestigungsmittel zum Zusammenhalten der Komponenten der magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung 100 aufzunehmen.
4A stellt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Transformatoranordnung 400 dar, wobei ein Teil des oberen magnetischen Kernteils 402 weggeschnitten ist, um eine exemplarische Kernflussteil-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu zeigen. Die exemplarische Kernflussteil-Sensoranordnung, die in 4A gezeigt ist, ist die gleiche wie die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 100 der 1, obwohl andere Konfigurationen ebenfalls verwendet werden können. 4B stellt eine seitliche Querschnittsansicht entlang einer Linie 4B-4B der exemplarischen Transformator-Anordnung 400 der 4A dar. Die Transformator-Anordnung 400 umfasst einen magnetischen Kernteil 402 bzw. 404, der auf dem Abstandsteil 136 bzw. 138 angeordnet ist. Die länglichen Öffnungen 106 und 110 erstrecken sich durch jeden magnetischen Kernteil 402 und 404, und die primären und sekundären Leiterwicklungen 108 und 112 erstrecken sich bzw. verlaufen durch jeden magnetischen Kernteil 402 und 404. Die primären Leiterwicklungen 108 können mit einer Quelle 406 für elektrische Energie verbunden sein, und die sekundären Leiterwicklungen 112 können mit einer Last 408 verbunden sein, die eine variable Last sein kann. Die elektrische Quelle 406 kann ein Spannungsgenerator oder eine andere Vorrichtung zum Leiten eines elektrischen Stroms durch die Leiterwicklungen 108 sein, um ein magnetisches Feld um die primären Leiterwicklungen 108 und einen magnetischen Fluss um die länglichen Öffnungen 106 und 110 zu erzeugen, die sich durch die magnetische Flusssensor-Anordnung 100 und die Kernteile 402 und 404 erstrecken. Wie zuvor erläutert, kann die Anordnung 400 mehr als zwei Wicklungen 108 und 112 aufweisen und kann auch als Induktor eingerichtet sein, falls lediglich eine Wicklung durch beide länglichen Öffnungen 106 und 110 verläuft.
Ähnlich zu dem oben Beschriebenen kann zumindest der Abstandsteil 136 eine Spalte 409 aufweisen, die durch Spalten 314 und 316 in den Abstandsplatten 140 für die Sensorleiterwicklungen 128 ausgebildet ist, um eine magnetische Flusstestanordnung 410 anzubinden. Die magnetische Flusstestanordnung 410 kann eine Vorrichtung zum Erfassen und/oder Messen des magnetischen Flusses an dem Ort jeder Sensorleiterwicklung 128 für Sensorlöcher 114–122 aufweisen. Die magnetische Flusstestanordnung 410 bzw. Vorrichtung kann ein Oszilloskop aufweisen oder sein, um das elektrische Signal in jeder besonderen Sensorleiterwicklung 128 anzuzeigen, welches dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung 128 in den Sensorlöcher 114–122 entspricht.
Jeder magnetische Kernteil 402 und 404 kann eine Vielzahl von magnetischen Kernplatten 412 bzw. magnetischen Kernlaminaten aufweisen, die übereinander gestapelt sind, wie bei der exemplarischen Ausführungsform in 4 gezeigt. Die Platten 412 können aus dem gleichen Material wie die Sensorplatten 104 hergestellt sein, das zum Absorbieren eines magnetischen Flusses fähig ist, wie hier beschrieben. Auch unter Bezugnahme auf 5 stellt die 5 eine Draufsicht eines Beispiels einer magnetischen Kernplatte 412 bzw. eines magnetischen Kernlaminats in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die veranschaulichte exemplarische magnetische Kernplatte 412 und 5 können in einer Konfiguration oder Anordnung des Transformatortyps verwendet werden, wie zum Beispiel bei der veranschaulichten exemplarischen Transformator-Anordnung 400 und bei 4. Die magnetische Kernplatte 412 weist eine erste längliche Öffnung 502 und eine zweite längliche Öffnung 504 auf. Die zweite längliche Öffnung 504 kann parallel zur ersten längliche Öffnung 502 orientiert sein, um die Leiterwicklung bzw. -wicklungen 108 und 122 durch die gestapelten magnetischen Kernplatten 412 laufen zu lassen, die die magnetischen Kernteile 402 und 404 bilden.
Jede magnetische Kernplatte 412 kann auch eine Vielzahl von Löchern 506 aufweisen, die zu den Öffnungen 310 in den Abstandsplatten 140 und mit den Öffnungen 134 und 135 in den Flusssensor-Kernplatten 104 ausgerichtet sind, die den Transformator 400 aufbauen.
6A stellt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer elektromagnetischen Vorrichtung 600 dar, die eine magnetische Flusssensor-Anordnung 602 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist. Die exemplarische elektromagnetische Vorrichtung kann eine Induktoranordnung sein, falls es lediglich eine einzige Leiterwicklung gibt, oder sie kann eine Transformator-Anordnung sein, falls primäre und sekundäre Leiterwicklungen vorgesehen sind. Ein sekundärer Leiter 612 und eine Last 616 sind mit Phantomlinien bzw. Strichlinien in 6A gezeigt, um ein Beispiel einer Transformatorkonfiguration zu veranschaulichen. Die magnetische Kernfluss-Sensoranordnung 602 kann ähnlich zu der magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung 100 ausgebildet sein, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde; jedoch kann die elektromagnetische Vorrichtung 600 eine einzelne Öffnung für Leiterwicklungen aufweisen. Dementsprechend kann die elektromagnetische Vorrichtung 600 einen Flusssensor-Kernteil 604 aufweisen. Ähnlich zu dem zuvor Beschriebenen kann der Flusssensor-Kernteil 604 eine Vielzahl von Flusssensorplatten 606 bzw. Flusssensorlaminaten aufweisen, die übereinander gestapelt sind, wie in 6A gezeigt. Auch unter Bezugnahme auf 6B stellt 6B eine Draufsicht eines Beispiels einer Flusssensorplatte 606 bzw. eines Flusssensorlaminats zur Verwendung mit der magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung 602 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die elektromagnetische Vorrichtung 600 kann zumindest eine längliche Öffnung 608 durch den Flusssensor-Kernteil 604 und durch weitere Komponenten der elektromagnetischen Vorrichtung 600 zum Aufnehmen einer Leiterwicklung 610 bzw. von Leiterwicklungen aufweisen. Wie zuvor beschrieben, kann die elektromagnetische Vorrichtung 600 eine Induktoranordnung mit lediglich einer einzigen Leiterwicklung 610 oder mit Leiterwicklungen sein, oder kann in einer Transformatorkonfiguration zumindest eine sekundäre Wicklung 612 aufweisen, wobei die Wicklung 610 eine primäre Wicklung sein kann. Die primäre und sekundäre Wicklung 610 und 612 können beide durch die gleiche längliche Öffnung 608 verlaufen, sie können jedoch räumlich getrennt bzw. isoliert voneinander sein, ähnlich wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschrieben. Die Wicklungen 610 können mit einer elektrischen Quelle 614 verbunden sein. Die elektrische Quelle kann ein Spannungsgenerator oder eine andere Quelle für eine elektrische Energie sein. Falls die elektromagnetische Vorrichtung 600 ein Transformator ist und sekundäre Wicklungen 612 aufweist, können die sekundären Wicklungen 612 mit einer Last 616 verbunden sein. Der elektrische Strom, der durch die Leiterwicklung 610 bzw. die Leiterwicklungen fließt, erzeugt ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung 610, und das magnetische Feld erzeugt einen magnetischen Fluss (veranschaulicht durch Pfeil 617 in 6B) um die zumindest eine längliche Öffnung 608 in dem Flusssensor-Kernteil 604 und weitere Kernteile der elektromagnetischen Vorrichtung 600.
Jede Flusssensorplatte 606 des Flusssensor-Kernteils 602 kann auch eine Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 618–626 aufweisen, die relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung 608 positioniert sind. Die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 618–626 sind zum Verhindern einer merklichen Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil 602 und zur Verwendung beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand 628 der zumindest einen länglichen Öffnung 608 positioniert. Die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 618–626 kann ähnlich zu den Sensorlöchern 114–122 positioniert sein, die unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben wurden. Die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 618–626 kann auf beiden Längsseiten der länglichen Öffnung 608 angeordnet sein, wie in 6B gezeigt, oder die Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern 618–626 kann bei einer anderen Ausführungsform lediglich auf einer Längsseite der länglichen Öffnung 608 angeordnet sein. Dementsprechend sind die Sensorlöcher positioniert, um Sensorleiterwicklungen 630 bzw. Schleifenantennensensoren zu lagern, die in dem Sensorkernteil 602 verteilt sind, um eine magnetische Flussdichte bei vordefinierten Abständen zur länglichen Öffnung 608 zu erfassen. Das Verteilungsmuster der Sensorlöcher 618–626 und der Schleifenantennensensoren ist dergestalt, dass der magnetische Fluss im Laminat bzw. Kern 602 am wenigstens beeinflusst wird.
Eine Sensorleiterwicklung 630 oder Schleifenantennensensoren kann bzw. können durch jedes Paar von Sensorlöchern 618–626 verlaufen bzw. sich dadurch erstrecken. Der magnetische Fluss im Flusssensorkern 604 erzeugt ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung 630. Das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung 630 entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung 630 oder von zugehörigen Sensorlöchern 618–626.
Ein Abstandsteil 632 kann auf gegenüberliegenden Seiten des Flusssensorkerns 604 angeordnet sein. Jeder Abstandsteil 632 kann eine Vielzahl von Abstandsplatten 634 bzw. Abstandslaminaten aufweisen, ähnlich zu der Abstandsplatte 140, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, außer die Abstandsplatte 634 kann im Wesentlichen C-förmig ausgebildet sein und kann lediglich eine einzelne Öffnung 636 ähnlich zu der Öffnung 310 oder 312 in 3 aufweisen. Die Leiterwicklung 610 verläuft durch die Öffnung 636 in dem Abstandsteil 632, ähnlich wie in der 6A veranschaulicht. Jede Abstandsplatte 634 kann auch einen Spalt aufweisen, der ähnlich zu dem Spalt 314 oder 316 in der Abstandsplatte 140 (3) ist, die einen Spalt 636 bzw. eine Öffnung für die Sensorwicklungen 630 durch jedes Paar von Sensorlöchern 618–626 vorsieht, um an einen magnetischen Flussdetektor 638 anzubinden. Der magnetische Flussdetektor 638 kann die magnetische Flussintensität an jedem der Orte der Sensorleiterwicklungen 630 durch die Sensorlöcher 618–626 messen. Ähnlich zu dem zuvor Beschriebenen kann der Magnetflussdetektor 638 ein Oszilloskop zum Anzeigen einer Wellenform eines elektrischen Signals an jeder Sensorleiterwicklung 630 sein, das dem magnetischen Fluss an dem Ort von jeder besonderen Sensorleiterwicklung entspricht, die durch die Sensorlöcher 618–626 verläuft.
Die elektromagnetische Vorrichtung 600 kann auch einen magnetischen Kernteil 640 aufweisen, der auf jedem Abstandsteil 632 angeordnet ist. Die zumindest eine längliche Öffnung 628 erstreckt sich durch den magnetischen Kernteil 640, und die Leiterwicklung 610 erstreckt sich durch jeden magnetischen Kernteil 640. Der magnetische Kernteil 640 kann aus einem Stapel von magnetischen Kernplatten 642 gebildet sein, ähnlich zu dem zuvor beschriebenen. Jede magnetische Kernplatte 642 bzw. jedes magnetische Kernlaminat kann ähnlich zu der magnetischen Kernplatte 412 in 5 sein, außer bei einer einzelnen länglichen Öffnung, wie zum Beispiel der Öffnung 502, zur Aufnahme der Leiterwicklungen 610.
7A und 7B (gemeinsam als 7 bezeichnet) stellen ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 700 zum Erfassen und Messen einer magnetischen Flussintensität in einem Kern einer elektromagnetischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Das Verfahren 700 kann von der Flusssensor-Anordnung 100 und den elektromagnetischen Vorrichtungen 400 und 600 verwendet werden, die unter Bezugnahme auf die 1, 4 und 6 beschrieben sind.
In Block 702 kann eine magnetische Flusssensor-Anordnung vorgesehen werden, die einen magnetischen Flusssensorteil aufweist. Der magnetische Flusssensorteil kann zumindest eine längliche Öffnung für eine Drahtleiterwicklung bzw. für Drahtleiterwicklungen und eine Vielzahl von Paaren von Sensorlöchern für Sensorwicklungen aufweisen. Die Sensorlöcher können längliche Löcher sein, die viel kleiner als die längliche Öffnung für die Leiterwicklung bzw. die Leiterwicklungen sind. Jedes Paar von Sensorlöchern kann mit einem vorbestimmten Abstand entlang einer Längserstreckung der länglichen Öffnung und mit einem ausgewählten unterschiedlichen Abstand zu einem Rand der länglichen Öffnung positioniert sein, um eine Unterbrechung eines Flusses des magnetischen Flusses in einem Kern der elektromagnetischen Vorrichtung wesentlich zu minimieren oder zu unterbinden. Die Sensorlöcher jedes Paars können parallel zueinander orientiert sein, und jedes Sensorloch-Paar kann parallel zur länglichen Öffnung orientiert sein. Der Flusssensorteil kann eine Vielzahl von Flusssensorplatten oder Flusssensorlaminaten aufweisen, die übereinander gestapelt sind, um den Flusssensorteil zu bilden, ähnlich zu dem zuvor beschriebenen.
In Block 704 kann sich ein einzelner Sensorleiter bzw. eine einzelne Sensorwicklung oder eine Vielzahl von Sensorleitern bzw. Sensorwicklungen durch jedes Paar von Sensoröffnungen erstrecken oder winden. Die Sensorleiter bzw. Sensorwicklungen sind mit einem Magnetflussdetektor bzw. einer Magnetflussmessvorrichtung verbindbar. Ähnlich zu dem zuvor Beschriebenen kann der Magnetflussdetektor bzw. die Magnetflussmessvorrichtung ein Oszilloskop zum Anzeigen von Wellenformen entsprechend dem magnetischen Fluss an einem Ort von jeder Sensorleiterwicklung durch die Sensorlöcher sein.
In Block 706 kann ein Abstandsteil auf gegenüberliegenden Seiten des magnetischen Flusssensorteils vorgesehen sein. Das Abstandsteil kann ein Stapel aus einer Vielzahl von Abstandsplatten bzw. Abstandslaminaten auf gegenüberliegenden Seiten eines Stapels von Flusssensorplatten bzw. Flusssensorlaminaten sein. Die Platten können parallel zueinander gestapelt sein, ähnlich wie zuvor beschriebenen.
In Block 708 können Induktorkernteile bzw. Transformatorkernteile auf jedem Abstandsteil vorgesehen sein. Ähnlich wie zuvor beschriebenen können die Kernteile zumindest eine längliche Öffnung für die Wicklung bzw. für die Wicklungen umfassen. Die Induktorkonfiguration wird eine einzelne Wicklung bzw. Wicklungen umfassen, und die Transformatorkonfiguration bzw. Transformatoranordnung wird eine primäre Wicklung und zumindest eine sekundäre Wicklung aufweisen. Die zumindest eine längliche Öffnung wird mit der zumindest einen Öffnung in den Sensorplatten ausgerichtet sein.
Im Block 710 können sich eine einzelne Leiterwicklung oder eine Vielzahl von primären Leiterwicklungen durch die zumindest eine längliche Öffnung erstrecken oder winden. Die Leiter können einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, ähnlich zu den in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschriebenen Leitern. Die primären Leiter können einen benachbart zueinander innerhalb der länglichen Öffnung oder eines Schlitzes in einer einzelnen Reihe angeordnet sein.
Im Block 712, falls die elektromagnetische Vorrichtung ein Transformator ist, kann sich eine einzelne sekundäre Leiterwicklung bzw. eine Vielzahl von sekundären Leiterwicklungen durch die längliche Öffnung erstrecken bzw. winden oder sich durch eine zweite längliche Öffnung erstrecken bzw. winden. Die sekundären Leiterwicklungen können ebenfalls einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die sekundären Leiter können benachbart zueinander innerhalb der länglichen Öffnung oder in einem Schlitz in einer einzelnen Reihe angeordnet sein. Die sekundären Leiter können benachbart zu den primären Leitern in der gleichen länglichen Öffnung angeordnet sein, oder die sekundären Leiterwicklungen können sich bei einer anderen Ausführungsform in einer separaten länglichen Öffnung befinden, ähnlich wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/553,267 beschrieben.
Im Block 714, falls die elektromagnetische Vorrichtung ein Transformator ist, kann die primäre Leiterwicklung bzw. können die primären Leiterwicklungen mit einer elektrischen Quelle verbunden sein, und die sekundäre Leiterwicklung bzw. die sekundären Leiterwicklungen können mit einer Last verbunden sein.
Im Block 716 kann ein elektrischer Strom durch die primäre Leiterwicklung bzw. die primären Leiterwicklungen geleitet werden, um ein magnetisches Feld um den Leiter bzw. die Leiter zu erzeugen. Der Kern der elektromagnetischen Vorrichtung kann ausgelegt sein, im Wesentlichen das gesamte magnetische Feld durch den Kern absorbieren zu lassen. Ein magnetischer Fluss wird durch das magnetische Feld in dem Kern erzeugt.
In Block 718 kann der magnetische Fluss im Kern erfasst werden und/oder gemessen werden, indem eine Magnetflusssensoranordnung ähnlich zu der hier beschriebenen verwendet wird. Der magnetische Fluss erzeugt ein elektrisches Signal in der Sensorleiterwicklung bzw. in den Sensorleiterwicklungen durch jedes Paar von Sensorlöchern, wie hier beschrieben. Das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung entspricht dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung durch die Sensorlöcher.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck einer Beschreibung von besonderen Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hier verwendet, sollen die singulären Formen ”ein”, ”eine” und ”der/die/das” die Pluralformen ebenfalls umfassen, es sei denn, der Kontext zeigt klar etwas anderes auf. Des Weiteren ist es verständlich, dass der Begriff ”aufweisen”, wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, die Präsenz erklärter Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifiziert, jedoch nicht die Präsenz oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
Obwohl spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und hier beschrieben wurden, ist es dem Fachmann klar, dass jegliche Anordnung, die zum Erzielen des gleichen Zwecks beabsichtigt ist, gegen die spezifischen gezeigten Ausführungsformen ausgetauscht werden kann, und dass die hier beschriebenen Ausführungsformen andere Anwendungen in anderen Umgebungen aufweisen. Die vorliegende Anmeldung ist dazu gedacht, jegliche Anpassung oder Abänderung der vorliegenden Offenbarung abzudecken. Die nachfolgenden Ansprüche sind keinesfalls dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung auf spezifische, hier beschriebene Ausführungsformen zu beschränken.

Claims

Magnetische Kernfluss-Sensoranordnung, die aufweist: einen Flusssensor-Kernteil; zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil, wobei ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil erzeugt; eine Vielzahl von Sensorloch-Paaren, die relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert sind, um eine merkliche Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil zu verhindern und um beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen längliche Öffnung verwendet zu werden; und eine Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar, wobei der magnetische Fluss in jeder Sensorleiterwicklung ein elektrisches Signal erzeugt, wobei das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung entspricht.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Sensorloch-Paaren jeweils aufeinanderfolgend entlang einer Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung beabstandet sind, wobei jedes aufeinanderfolgende Sensorloch-Paar mit einem zunehmenden Abstand zum Rand der Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung angeordnet ist.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl der aufeinanderfolgenden Sensorloch-Paare mit einem vorgegebenen Abstand entlang der Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung beabstandet sind.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 3, wobei das erste Sensorloch jedes Sensorloch-Paars näher zu der Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung als ein zweites Sensorloch jedes Sensorloch-Paars angeordnet ist.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Sensorlöcher jedes Sensorloch-Paars mit dem gleichen Abstand zueinander angeordnet sind.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 2, wobei ein erstes Sensorloch eines ersten Sensorloch-Paars mit einem ausgewählten Abstand zu dem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung angeordnet ist, wobei ein Abstand eines ersten Sensorlochs von jedem aufeinanderfolgenden Sensorloch-Paar mit einem Abstand zum Rand der zumindest einen länglichen Öffnung um ungefähr die Hälfte des ausgewählten Abstands zunimmt.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 5, wobei das erste Sensorloch und das zweite Sensorloch jedes Sensorloch-Paars um den gewählten Abstand getrennt sind, wobei das zweite Sensorloch um den gewählten Abstand weiter von dem Längsrand der zumindest einen länglichen Öffnung angeordnet ist als das erste Sensorloch jedes Sensorloch-Paars.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Sensorloch-Paaren auf beiden Seiten der zumindest einen länglichen Öffnung angeordnet ist.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 1, wobei jedes der Sensorlöcher eine längliche Öffnung darstellt.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Flusssensor-Kernteil eine Vielzahl von Flusssensor-Kernplatten aufweist, die übereinander gestapelt sind, wobei die zumindest eine längliche Öffnung und die Vielzahl von Sensorloch-Paaren in jeder Flusssensor-Kernplatte ausgebildet sind.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 10, die des Weiteren einen Abstandsteil aufweist, der auf jeder äußeren Flusssensor-Kernplatte angeordnet ist, wobei der Abstandsteil eine Öffnung aufweist, wobei sich die Leiterwicklung durch die Abstandsteilöffnung erstreckt.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 11, wobei jeder Abstandsteil eine Vielzahl von Abstandsplatten aufweist, die übereinander gestapelt sind.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach Anspruch 11, wobei der Abstandsteil einen Spalt für die Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar aufweist, um eine Vorrichtung zum Erfassen der magnetischen Flussströmung am Ort jeder Sensorleiterwicklung anzubinden.
Die Magnetflusssensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die des Weiteren aufweist: eine elektromagnetische Vorrichtung, die aufweist: einen Abstandsteil, der auf gegenüberliegenden Seiten des Flusssensorkerns angeordnet ist, wobei der Abstandsteil eine Öffnung aufweist, wobei sich die Leiterwicklung durch die Abstandsteilöffnung durch die Öffnung erstreckt; und einen Magnetkernteil, der auf jedem Abstandsteil angeordnet ist, wobei die zumindest eine längliche Öffnung sich durch den magnetischen Kernteil erstreckt, wobei die Leiterwicklung sich durch jeden magnetischen Kernteil erstreckt und wobei der Abstandsteil einen Spalt für die Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar aufweist, um eine Vorrichtung zum Erfassen des magnetischen Flusses am Ort von jeder Sensorleiterwicklung anzubinden.
Die elektromagnetische Vorrichtung 14, die des Weiteren aufweist: eine zweite längliche Öffnung, die sich parallel zu der zumindest einen länglichen Öffnung durch den Flusssensor-Kernteil und den Magnetkernteil erstreckt, wobei die Leiterwicklung durch die zweite längliche Öffnung verläuft, wobei der elektrische Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, das magnetische Feld um die Leiterwicklung und einen anderen magnetischen Fluss um die zweite längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil und in dem Magnetkernteil erzeugt; und eine zweite Leiterwicklung, die durch die zweite längliche Öffnung, durch die zumindest eine längliche Öffnung und durch die Abstandsteil Öffnung verläuft.
Die elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 15, die des Weiteren aufweist: eine weitere Vielzahl von Sensorloch-Paaren, die relativ zu der zweiten länglichen Öffnung angeordnet sind, um eine merkliche Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil zu verhindern und um beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zweiten länglichen Öffnung verwendet zu werden; und eine weitere Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar, die relativ zu der zweiten länglichen Öffnung positioniert ist, wobei der magnetische Fluss um die zweite längliche Öffnung ein elektrisches Signal in jeder weiteren Sensorleiterwicklung erzeugt, wobei das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung dem magnetischen Fluss an dem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung relativ zu der zweiten länglichen Öffnung entspricht.
Ein Verfahren zum Messen eines magnetischen Flusses in einer elektromagnetischen Vorrichtung, das aufweist: Vorsehen einer magnetischen Kernfluss-Sensoranordnung, die einen Flusssensor-Kernteil und zumindest eine längliche Öffnung zum Aufnehmen einer Leiterwicklung durch den Flusssensor-Kernteil aufweist, wobei ein elektrischer Strom, der durch die Leiterwicklung fließt, ein magnetisches Feld um die Leiterwicklung und einen magnetischen Fluss um die zumindest eine längliche Öffnung in dem Flusssensor-Kernteil erzeugt; Vorsehen einer Vielzahl von Sensorloch-Paaren, die relativ zu der zumindest einen länglichen Öffnung positioniert sind, um eine merkliche Unterbrechung des magnetischen Flusses in dem Sensorkernteil zu verhindern und um beim Erfassen des magnetischen Flusses bei unterschiedlichen Abständen zu einem Rand der zumindest einen länglichen Öffnung verwendet zu werden; und Vorsehen einer Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar, wobei der magnetische Fluss ein elektrisches Signal in jeder Sensorleiterwicklung erzeugt, wobei das elektrische Signal in einer besonderen Sensorleiterwicklung dem magnetischen Fluss an einem Ort der besonderen Sensorleiterwicklung entspricht.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Vorsehen der Vielzahl von Sensorloch-Paaren aufweist: beabstandetes Anordnen jedes Sensorloch-Paars der Vielzahl von Sensorloch-Paaren aufeinanderfolgend entlang einer Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung; und beabstandetes Anordnen jedes aufeinanderfolgenden Sensorloch-Paars mit einem zunehmenden Abstand zum Rand der Längsseite der zumindest einen länglichen Öffnung.
Das Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren ein Vorsehen eines Abstandsteils auf gegenüberliegenden Seiten des Flusssensorkerns aufweist, wobei jeder Abstandsteil einen Abstand zwischen dem Flusssensorkern und jedem Kernteil einer elektromagnetischen Vorrichtung vorsieht, in welche der magnetische Kernflusssensor eingefügt ist, wobei der Abstand von zumindest einem der Abstandsteile die Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar beinhaltet, wobei der Abstandsteil einen Spalt für die Sensorleiterwicklung durch jedes Sensorloch-Paar aufweist, um eine Vorrichtung zum Erfassen des magnetischen Flusses am Ort jeder Sensorleiterwicklung anzubinden.