ENVUELTA PARA ACOPLADOR INDUCTIVO PARA COMUNICACIONES LINEAS DE ENERGIA
Campo de la invención La presente invención se relaciona con comunicaciones de lineas de energía, y, más en particular, con una configuración de un acoplador de datos para comunicaciones de líneas de energía . Antecedentes de la invención Las comunicaciones de líneas de energía (PLC, por sus siglas en inglés), también conocidas como banda ancha a través de línea de energía (BPL, por sus siglas en inglés) , es una tecnología que incluye la transmisión de datos a frecuencias elevadas a través de líneas de energía eléctrica existentes, es decir, conductores utilizados para transmitir una corriente de energía. Un acoplador de datos para PLC acopla una señal de datos entre una línea de energía y un dispositivo de comunicación tal como un módem. Un ejemplo del acoplador de datos es un acoplador inductivo que incluye un núcleo, y una devanado enrollado alrededor de una porción del núcleo. El acoplador inductivo opera como un transformador, en el cual el núcleo se sitúa en una línea de energía de tal forma que la línea de energía sirve como devanado primario del transformador, y el devanado del acoplador inductivo es un devanado secundario del Ref . : 199113
transformador . El núcleo se construye típicamente de un material magnético, tal como ferrita, un metal en polvo, o un material nanocristalino . El núcleo está electrificado por contacto con la línea de energía y requiere aislamiento del segundo devanado. Típicamente, el núcleo y- el devanado secundario están aislados integrando tanto el núcleo y el devanado secundario en un material eléctricamente aislante, tal como silicona . A veces, un instalador de servicios eléctricos puede requerir instalar un acoplador inductivo en un medio energizado tal como una línea de energía de alto voltaje. Como tal, se requiere que el acoplador inductivo cumpla con requerimientos de seguridad, para evitar daños al personal que realiza la instalación, el mantenimiento o la remoción del mismo . Breve descripción de la invención Se proporciona un acoplador inductivo. El acoplador inductivo incluye (a) una envuelta que tiene una abertura que se extiende longitudinalmente a través de la envuelta, una separación que se extiende longitudinalmente a lo largo de un lado de la envuelta, y una región flexible que permite que la separación se abra o cierre. La separación, cuando está abierta, permite que el acoplador inductivo se instale sobre un conductor dirigiendo el conductor a través de la abertura.
El acoplador inductivo también incluye (b) un núcleo magnético; y (c) un devanado enrollado alrededor de una porción del núcleo magnético. El núcleo magnético y el devanado se aseguran a la envuelta de tal forma que una posición del núcleo magnético y una posición del devanado se mantienen uno en relación al otro. El acoplador inductivo, cuando se instala en el conductor, acopla una señal entre el conductor y el devanado vía el núcleo magnético. Breve descripción de las figuras La figura 1 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo, en una posición abierta. La figura 1A es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 1 en una posición parcialmente cerrada. La figura IB es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 1 en una posición completamente cerrada . La figura 2 es una vista en sección transversal del acoplador inductivo de la figura 1. La figura 3 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo, en una posición parcialmente abierta, situada alrededor de lineas de energía. La figura 4 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo equipado con cintas de caucho. La figura 4A es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 4 en una posición cerrada, en una línea de energía.
La figura 5 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo en una posición abierta. La figura 6 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo y una varilla de tierra, situados adyacentes a una linea de energía. La figura 6A es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 6, mantenido abierto mediante la varilla de tierra. La figura 6B es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 6, en una posición parcialmente abierta, situada en la línea de energía. La figura 6C es una vista tridimensional del acoplador inductivo de la figura 6, en una posición cerrada, situado en la línea de energía. La figura 7 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo . Descripción detallada de la invención En un sistema PLC, la corriente eléctrica se transmite típicamente a través de una línea de energía a una frecuencia en el intervalo de 50-60 hercios (Hz) . En una línea de bajo voltaje, la corriente eléctrica es transmitida con un voltaje entre aproximadamente 90 a 600 voltios, y en una línea de voltaje medio, la corriente eléctrica es transmitida con un voltaje entre aproximadamente 2,400 voltios a 35,000 voltios. La frecuencia de las señales de datos es mayor o igual que
aproximadamente 1 megahercio (MHz) , y el voltaje de la señal de datos va desde una fracción de un voltio hasta unas pocas decenas de voltios. La figura 1 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 100 en una posición abierta, situado para ¦ su instalación en lineas de energía 150 y 155. El acoplador inductivo 100 incluye una envuelta 105 que es una construcción de una sola pieza, de cuerpo único. La envuelta 105 está fabricada de un material de plástico duro, un material elástico, o un material resiliente. Un material elástico es capaz de regresar parcialmente o completamente a su longitud o forma original después de estirarse o deformarse. El material elástico tiene un alargamiento de aproximadamente 10% a aproximadamente 900% utilizando el método de prueba AST D1456-86, Método de Prueba Estándar para la Propiedad de Alargamiento del Caucho a Esfuerzos Específicos. Un material resiliente absorbe energía cuando se deforma elásticamente y después, al descargarse, libera esa energía en forma recuperable . La envuelta 105 incluye una abertura 103 que corre longitudinalmente a través de la envuelta 105. Las líneas de energía 150 y 155 son dirigidas a través de la abertura 103. La envuelta 105 también incluye un núcleo magnético 200 (mostrado en la figura 2), y un devanado 145 que se enrolla alrededor del núcleo magnético 200. El devanado 145 sobresale
de la envuelta 105 y se conecta a otro equipo electrónico (no se muestra) en un sistema PLC. El acoplador inductivo 100 opera como un transformador, en el que, por ejemplo, la línea de energía 150 está en un primer devanado, y el devanado 145 es un segundo devanado, y acopla una señal entre la línea de energía 150 y el devanado 145 vía el núcleo magnético 200. La envuelta 105 tiene una separación 108 (representada por una línea punteada) que se extiende longitudinalmente a lo largo de la envuelta 105. La separación 108 se sitúa entre una cara 107 y una cara 109. La envuelta 105 tiene una región flexible 130 que permite que las caras 107 y 109 (a) se separen una de la otra, abriendo así la separación 108, ó (b) se junten entre sí, cerrando así la separación 108. Por lo tanto, la región flexible 130 funciona similarmente a una bisagra. En la figura 1, la separación 108 se muestra en una posición abierta. La envuelta 105 incluye una correa 115 y una protuberancia 110. La correa 115 está unida a la envuelta 105 en una unión 129, y tiene un orificio 120, una muesca 125, y una muesca 127. La correa 115 puede configurarse ya sea como parte integral de la envuelta 105, o una parte no integral que se une a la envuelta 105 en la unión 129. La envuelta 105 también tiene una cara terminal con un par de rebordes, es decir, los rebordes 135. Un amarre de cables 140 (dos de los cuales se muestran en la figura 1) se monta en los rebordes
135. La importancia de la correa 115, el orificio 120, la muesca 125, la muesca 127, la protuberancia 110, los rebordes 135 y el amarre de cables 140 se describe a continuación con referencia a las figuras 1A y IB. La figura 1A es una vista tridimensional del acoplador inductivo 100 en una posición parcialmente cerrada. La correa 115 se dobla hacia la protuberancia 110 para realizar un enganche de la muesca 125 y la protuberancia 110. El amarre de cables 140 se engancha por si mismo, y forma un perímetro que incluye los rebordes 135. Si el amarre de cables 140 se aprieta, el perímetro se reducirá, desplazando los rebordes 135 uno en dirección del otro. La figura IB es una vista tridimensional del acoplador inductivo 100 en una configuración completamente cerrada, instalado en líneas de energía 150 y 155. El amarre de cables 140 se ha tensado para realizar el cierre de la envuelta 105. La correa 115 se ha doblado para realizar el enganche de la muesca 127 y la protuberancia 110. La tensión en el amarre de cables 140 proporciona soporte adicional para reunir entre sí las líneas 150 y 155. La figura 2 es una vista en sección transversal del acoplador inductivo 100 en su posición abierta. Como se mencionó anteriormente, el acoplador inductivo 100 incluye un núcleo magnético 200. El núcleo magnético 200 está configurado con una sección de núcleo 200A y una sección de núcleo 200B.
La región flexible 130 permite que las mitades de núcleo 200A y 200B se muevan una en relación de la otra. La configuración del núcleo magnético 200 en forma de dos secciones, es decir, la sección de núcleo 200A y la sección de núcleo 200B, facilita una colocación del acoplador inductivo 100 en una linea de energía 150. La sección de núcleo 200A, la sección de núcleo 200B, y la porción en bucle del devanado 145 están encerrados por medio de la envuelta 105. Como tal, la envuelta 105 mantiene una relación espacial entre el devanado 145, la sección de núcleo 200A y la sección de núcleo 200B. Es decir, el núcleo magnético 200 y el devanado 145 son asegurados a la envuelta 105 de tal manera que una posición del núcleo magnético 200 y una posición del devanado 145 se mantienen uno en relación del otro. Para instalar el acoplador inductivo 100 en las líneas de energía 150 y 155, o para remover el acoplador inductivo 100 de las líneas de energía 150 y 155, un instalador eléctrico puede usar una herramienta aislada larga típicamente denominada "varilla de tierra". La varilla de tierra tiene un gancho que engancha el orificio 120, para permitir que el instalador mueva la correa 115 de tal manera que cualquiera de la muesca 125 ó la muesca 127 enganche la protuberancia 110, o se desenganche de la protuberancia 110. Aunque las figuras 1, 1A, IB, y 2 muestran un acoplador inductivo 100 en el contexto de una instalación en dos líneas
de energía, es decir las líneas de energía 150 y 155, el acoplador inductivo 100 puede instalarse en una sola línea de energía, y, de manera más general, una o más líneas de energía . Como revisión, el acoplador inductivo 100 incluye una envuelta 105, un núcleo magnético 200, y un devanado 145. La abertura 103 se extiende longitudinalmente a través de la envuelta 105, y una separación 108 se extiende longitudinalmente a lo largo de un lado de la envuelta 105 entre las caras 107 y 109. La región flexible 130 permite que la separación 108 se abra o cierre. La región flexible 130 puede ser, por ejemplo, una bisagra. La separación 108, cuando está abierta, permite que el acoplador inductivo 100 se instale en un conductor dirigido a través de la abertura 103. El devanado 145 está enrollado alrededor de una porción del núcleo magnético 200. Además, el núcleo magnético 200 y el devanado 145 se aseguran de tal forma a la envuelta 105 para mantener una posición relativa entre sí. Cuando el acoplador inductivo 100 se instala en un conductor, acopla una señal entre el conductor y el devanado 145, vía el núcleo magnético 200. La figura 3 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 300, en una posición parcialmente abierta, situado alrededor de una línea de energía 350 y una línea de energía 355. El acoplador inductivo 300 incluye una envuelta 305 que
tiene una abertura 303 que se extiende longitudinalmente a través de la envuelta 305. El acoplador inductivo 300 también incluye un núcleo magnético 200 (no mostrado en la figura 3) y el devanado 145 (no mostrado en la figura 3) . Las lineas de energía 350 y 355 están dirigidas a través de la abertura 303. El devanado 145 se enrolla alrededor de una porción del núcleo magnético 200. Los conductores 345 del devanado 145 sobresales de la envuelta 305 y se conectan a componentes de un sistema de PLC (no mostrado) . La envuelta 105 es una construcción de una sola pieza de cuerpo único, y está fabricada de un material de plástico duro, un material elástico, o un material resiliente. La envuelta 305 proporciona soporte estructural para el núcleo magnético 200. La envuelta 305 también tiene una región flexible 330, una correa 315, una protuberancia 310, y rebordes 335. La correa 315 se extiende desde la envuelta 305, se une ahí en una unión 329. La correa 315 tiene un orificio 320 y una muesca 325. La protuberancia 310 y la muesca 325 están configuradas para engancharse entre sí. Un usuario puede obtener un agarre en la correa 315 en el orificio 320, y, al jalar de ahí, puede hacer que la correa 315 se flexione en torno de la unión 329, y efectuando de esta manera un enganche de la muesca 325 y la protuberancia 310, para asegurar el acoplador inductivo 300 en una configuración cerrada. Los rebordes 335 incluyen cada uno aberturas 337. Un
amarre de cables 340 es dirigido a través de las aberturas 337 en uno de los rebordes 335, y otro amarre de cables 340 es dirigido a través de las aberturas en otro de los rebordes 335, para asegurar las lineas de energía 350 y 355 y el acoplador inductivo 300 entre sí. Aunque la figura 3 muestra el acoplador inductivo instalado en dos líneas de energía, es decir, las líneas de energía 350 y 355, con el amarre de cables 340 sujetado alrededor de las líneas de energía 350 y 355, el acoplador inductivo 300 puede instalarse en una sola línea de energía, y, de manera más general, uno o más líneas de energía, con el amarra de cables 340 sujetado alrededor de uno o más líneas de energía . La figura 4 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 400. El acoplador inductivo 400 es similar al acoplador inductivo 300 porque el acoplador inductivo 400 incluye una envuelta 405, una correa 415, una muesca 425, una protuberancia 410 y rebordes 435. La envuelta 405 es de una construcción de una sola pieza de cuerpo único, y está fabricada de un material de plástico duro, un material elástico o un material resiliente. A diferencia del acoplador inductivo 300, el acoplador inductivo 400 incluye una cinta de caucho 440 (dos de las cuales se muestran en la figura 4) . La cinta de caucho 440 incluye los rebordes 435 en un perímetro. Cuando una línea de energía 450 ejerce fuerzas de contacto
sobre la cinta de caucho 440, la tensión resultante en la cinta de caucho 440 ocasiona una reducción en el perímetro, de tal manera que los rebordes 435 se desplazan uno en dirección del otro. La figura 4A es una vista tridimensional del acoplador inductivo 400 en una posición cerrada alrededor de la línea de energía 450. La cinta de caucho 440 ejerce tensión contra la línea de energía 450, y la protuberancia 410 engancha la muesca 425. La figura 5 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 500 en una configuración abierta, adyacente a una línea de energía 550. El acoplador inductivo 500 tiene una envuelta 505 que incluye una abertura 503 que corre longitudinalmente a través de la envuelta 505, una separación 508 (representada por medio de una línea punteada) que se extiende longitudinalmente a lo largo de un lado de la envuelta 505, y una región flexible 530. La envuelta 505 es de una construcción de una sola pieza de cuerpo único, y está fabricada de un material plástico, un material elástico, o un material resiliente. El acoplador inductivo 500 es similar al acoplador inductivo 400 excepto que en lugar de usar una cinta de caucho 440 alrededor de los rebordes 435, el acoplador inductivo 500 incluye un accionador 540 (dos de los cuales se muestran en la figura 5) . El accionador 540 es una estructura de accionamiento integral, es decir, una parte integral de la
envuelta 505. También es posible un diseño con accionadores no integrales. Es decir, un accionador que no se parte integral de la envuelta 505, por ejemplo, una cinta de caucho. El accionador 540 puentea la separación 508. Cuando la linea de energía 550 es empujada contra el accionador 540, hacia la abertura 503, el accionador 540 se aleja de la separación 508. La envuelta 505 se flexiona en torno de la región flexible 530, y fuerzas de contacto entre la línea de energía 550 y el accionador 540 realizan un cierre de la abertura 503 y la separación 508. La figura 6 es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 600 y una varilla de tierra 660, situados adyacentes a una línea de energía 650. El acoplador inductivo 600 incluye una envuelta 605, que tiene una abertura 603 que corre longitudinalmente a través de la envuelta 605. La envuelta 605 es de una construcción de una sola pieza de cuerpo único, y está fabricada de un material plástico, un material elástico, o un material resiliente. La envuelta 605 incluye una protuberancia 610, una correa 615 que tiene un orificio 620 y una muesca 625. La envuelta 605 también incluye botones 642, una correa 652, una correa 652A y una correa 652B. La correa 652A conecta la correa 652 a una porción superior de la envuelta 605. La correa 652B conecta la correa 652 a una porción inferior de la envuelta 605. La correa tiene un orificio 653.
Una varilla de tierra 660 incluye un gancho 665, una bisagra 667, una envuelta 670, y dientes 675. En la figura 6, el gancho 665 se muestra en una posición abierta, y está dirigido a través del orificio 653. El gancho 665 puede retraerse dentro de la envuelta 670, forzando asi el cierre del gancho 665. La figura 6A es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 600 enganchado por una varilla de tierra 660 de tal manera que el acoplador inductivo 600 se mantiene abierto. En la figura 6A, comparada con la figura 6, el gancho 665 se ha retraído dentro de la envuelta 670, forzando así a las correas 652A y 652B a acercarse entre sí. La envuelta 605 tiene una región flexible 630. Dado que las correas 652A y 652B se desplazan hacia una cercanía entre sí, la envuelta 605 se abre en torno de la región flexible 630. Con la envuelta 605 abierta de esta manera, la línea de energía 650 puede introducirse en la abertura 603. La figura 6B es una vista tridimensional de un acoplador inductivo 600 en una posición casi cerrada, situado en la línea de energía 650. El acoplador inductivo 600 y la varilla de tierra 660, y sus partes respectivas, se ilustran en la figura 6, excepto que en la figura 6B, el gancho 665 engancha la correa 615 a través del orificio 620, y un acoplador inductivo 600 está mayormente cerrado alrededor de la línea de energía 650. Un usuario puede hacer hacia abajo la correa 615
para realizar un enganche del orificio 620 y la protuberancia 610. La figura 6C es una vista tridimensional del acoplador inductivo 600 en una posición cerrada en la linea de energía 650. El acoplador inductivo 600 y la varilla de tierra 660, y sus partes respectivas, son como se ilustra en la figura 6A, excepto que en la figura 6C, un usuario ha realizado un enganche de la muesca 625 y la protuberancia 610, asegurando así el acoplador inductivo 600 en una línea de energía 650. En la figura 6C, los dientes 675 están engranados con los botones 642. Este engranaje permite que la envuelta 670 produzca una fuerza opuesta después de que el gancho 665 es enganchado a través del orificio 620 (véase la figura 6B) y retraído dentro de la envuelta 670. Mientras la correa 615 es jalada hacia abajo en la envuelta 670, la muesca 625 se apoya sobre la protuberancia 610 para proporcionar un cierre positivo del acoplador 600 alrededor de la línea de energía 650. El acoplador inductivo 600 posee un núcleo magnético, similar al núcleo magnético 200, integrado en la envuelta 605. Cuando el acoplador inductivo 600 está cerrado, es decir, instalado, en la línea de energía 650, la envuelta 605 mantiene una posición de la línea de energía 650 y una posición del núcleo magnético uno en relación del otro. La figura 7 es una vista tridimensional de un acoplador
inductivo 700 en una posición abierta, próxima a una linea de energía 750. El acoplador inductivo 700 incluye una envuelta 705, un núcleo magnético 753, y un devanado 745. La envuelta 705 en de una construcción de una sola pieza de cuerpo único, y está fabricada de un material elástico. La envuelta 705 tiene una región flexible 730, una protuberancia 710, y una correa 715 que tiene un orificio 720 y una muesca 725. La envuelta 705 también tiene una abertura 703 que se extiende longitudinalmente a través de la envuelta 705. El núcleo magnético 753 está configurado con una sección de núcleo 753A y una sección de núcleo 753B. El devanado 745 se enrolla alrededor de la sección de núcleo 743A. El núcleo magnético 753 no está completamente integrado en la envuelta 705, sino más bien, tiene una superficie expuesta orientada a la abertura 703. El devanado 745 no está integrado en la envuelta 705. Generalmente, para cada uno de los acopladores inductivos 100, 300, 400, 500 y 600 ni el núcleo magnético ni el devanado necesitan estar completamente integrados en la envuelta, sino más bien, podrían estar expuestos en una forma similar a la del núcleo magnético 753 y el devanado 745. La envuelta 705 también incluye un accionador 740. El accionador 740 permite que la sección de núcleo 753A y la sección de núcleo 753B sean jaladas alejándose una de la otra, aumentando así el tamaño de la abertura 703. El acoplador inductivo 700 se coloca alrededor de la línea de energía 750.
Inicialmente, se aplican fuerzas externas al acoplador inductivo 700 por medio de, manos enguantadas o una varilla de tierra (no se muestra) , para mantener abierto el acoplador inductivo 700. Una vez que estas fuerzas son retiradas, el accionador 740 se contrae para cerrar holgadamente el acoplador inductivo 700 sobre la linea de energía 750. El orificio 720 puede posteriormente engancharse por medio de un gancho, de tal manera que la correa 715 puede jalarse hacia abajo para realizar un enganche de la muesca 725 y la protuberancia 710, estableciendo por lo tanto un cierre positivo del acoplador inductivo 700 alrededor de la línea de energía 750. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.