RU2521715C2 - Устройство и способ измерения тока - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к индуктивным устройствам измерения тока. Индуктивное устройство измерения тока содержит множество линейно намотанных индуктивных элементов, каждый из которых включает проводящую обмотку, которая расположена в два или более слоев обмотки; обратный проводник, который электрически соединяет передний элемент из множества индуктивных элементов с завершающим элементом из указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов. При этом первый элемент из указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов включает первый проводящий элемент, причем первый проводящий элемент электрически соединяет указанный обратный проводник с первым концом указанной проводящей обмотки. Причем, по меньшей мере, один из двух или более слоев обмотки содержит экранирующий слой, а указанный экранирующий слой электрически соединен только с одним из числа переднего и завершающего элементов из множества линейно намотанных индуктивных элементов. Кроме того, заявлен способ изготовления указанного индуктивного устройства измерения тока. Технический результат заключается в возможности масштабирования устройства измерения тока, а также возможности выполнения в различных форм-факторах. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 69 ил.

Description

Приоритет

По данной заявке испрашивается приоритет по патентной заявке США №12/684,056 от 07.01.2010 с тем же названием, которая является частичным продолжением и испрашивает приоритет по патентной заявке США №12/567,622 от 25.09.2009 с тем же названием. По последней испрашивается приоритет по предварительной патентной заявки США №61/230,474 от 31.07.2009 с тем же названием. Полное содержание каждой из вышеуказанных заявок включено в настоящий документ посредством ссылки.

Авторское право

Часть изложенной в настоящем патентном документе информации содержит материалы, охраняемые в соответствии с авторским правом. Владелец авторских прав не возражает против факсимильной репродукции материалов, находящихся в архиве или реестре Патентного ведомства, но сохраняет за собой все права.

Область техники

В общем данное изобретение относится к элементам электрических цепей, и в частности, в одном примерном аспекте, к устройствам измерения тока, а также к способам использования и производства таких устройств.

Уровень техники

Из уровня техники известно огромное количество различных видов устройств для измерения тока. Один из общих подходов к производству таких устройств заключается в использовании так называемого «пояса Роговского». Пояс Роговского представляет собой электрическое устройство для измерения переменного тока («АС», от англ. Alternating Current). Как правило, оно состоит из катушки с винтовой намоткой провода (винтовую катушку), при этом вывод с одного конца выходит через центр катушки и идет через винтовую катушку до другого ее конца. Винтовая катушка целиком располагается вокруг проводника переменного тока, ток в котором должен быть измерен. Напряжение, индуцируемое в катушке, пропорционально скорости изменения тока в проводнике, так что выдаваемый поясом Роговского сигнал указывает на количество тока, проходящего через проводник.

Пояса Роговского могут быть сделаны незамкнутыми и гибкими, что позволяет обхватывать ими проводник с током без какого-либо прямого нарушения проходящего через проводник тока. Обычно пояс Роговского вместо магнитно-проницаемого сердечника имеет воздушное пространство, что придает ему относительно низкую индуктивность и чувствительность к токам с относительно большой частотой. Также выдаваемый поясом Роговского сигнал обычно имеет высокую степень линейности даже в случае больших токов, таких как при передаче электроэнергии, сварке или другом применении импульсной электроэнергии. Кроме того, должным образом сконструированные пояса Роговского часто бывают мало восприимчивы к электромагнитным помехам, что делает их устойчивыми к внешним искажениям. Однако из-за относительно сложной конфигурации обмотки производство поясов Роговского в известных решениях является трудоемким и дорогим процессом.

Существует множество способов изготовления поясов Роговского в предшествующем уровне техники, включая, например, описанные в патентных документах:

- US 4616176, Mercure и другие, 07.10.1986, «Dynamic current transducer»;

- US 5414400, Gris и другие, 09.05.1995, «Rogowski coil»;

- US 5442280, Baudart, 15.08.1995, «Device for measuring an electrical current in a conductor using a Rogowski coil»;

- US 5982265, Von Skarczinski и другие, 09.11.1999, «Current-detection coil for a current transformer»;

- US 6094044, Kustera и другие, 25.07.2000 «AC current sensor having high accuracy and large bandwidth»;

- US 6313623, Kojovic и другие, 06.11.2001 «High precision Rogowski coil»;

- US 6614218, Ray, 02.09.2003 «Current measuring device»;

- US 6731193, Meier и другие, 04.05.2004 «Printed circuit board-based current sensor»;

- US 6822547, Saito и другие, 23.11.2004 «Current transformer»;

- US 7227441, Skendzic и другие, 05.06.2007 «Precision Rogowski coil and method for manufacturing same»;

- US 7253603, Kovanko и другие, 07.08.2007 «Current sensor arrangement»;

- US 7538541, Kojovic, 26.05.2009 «Split Rogowski coil current measuring device and methods»;

- US 20050248430, Dupraz и другие, 10.11.2005 «Current transformer with Rogowski type windings comprising an association of partial circuits forming a complete circuit»;

- US 20060220774, Skendzic, 05.10.2006 «Precision printed circuit board based Rogowski coil and method for manufacturing same»;

- US 20070290695, Mahon, 20.12.2007 «Method and Apparatus for Measuring Current»;

- US 20080007249, Wilkerson и другие, 10.1.2008 «Precision, Temperature-compensated, shielded current measurement device»;

- US 20080079418, Rea и другие, 03.04.2008 «High-precision Rogowski current transformer»;

- US 20080106253, Kojovic, 08.05.2008 «Shielded Rogowski coil assembly and methods»;

- US 20080211484, HOWELL и другие, 04.09.2008 «Flexible current transformer assembly».

Несмотря на большое разнообразие устройств измерения тока, известных из уровня техники, имеется существенная необходимость в создании таких устройств измерения тока (в том числе типа пояса Роговского), которые могли бы быть дешевыми в производстве и имели бы улучшенные или, по меньшей мере, сравнимые электрические характеристики; при этом низкие затраты на производство обеспечивались бы в том числе, благодаря преодолению трудностей, связанных со сложной конфигурацией обмотки нынешних катушек. В идеальном случае, новые устройства не только обеспечили бы низкую себестоимость вместе с улучшенной производительностью устройства измерения тока, но и повышенный уровень стабильности и надежности работы путем уменьшения вероятности возникновения ошибок или других дефектов в процессе их производства.

Более того, в идеале созданное устройство должно иметь возможность, по меньшей мере, частичного масштабирования и выполнения в различных форм-факторах в зависимости от поставленных задач.

Раскрытие изобретения

В первом аспекте изобретения описывается усовершенствованное индуктивное устройство измерения тока. В одном из вариантов осуществления изобретения индуктивное устройство измерения тока содержит множество сегментированных намоточных элементов. Обратный проводник электрически соединяет передний элемент из сегментированных намоточных элементов с завершающим элементом из множества сегментированных намоточных элементов.

В другом варианте осуществления изобретения сегментированные намоточные элементы включают сегментированные каркасные элементы, на которых располагается обмотка.

В еще одном варианте осуществления изобретения обмотка является по существу самостоятельной конструкцией, так что каркас или другой внутренний поддерживающий элемент не требуется.

Во втором аспекте изобретения описывается усовершенствованное индуктивное устройство измерения тока, лишенное заданной формы. В одном из вариантов осуществления изобретения индуктивное устройство содержит множество катушек без сердечника, лишенных заданной формы. Эти катушки без сердечника помещаются в соответствующие полости, расположенные на охватывающей головной части. Обратный проводник соединяет переднюю из катушек, лишенных заданной формы, с завершающей из указанных катушек.

В третьем аспекте изобретения описывается система, включающая в себя вышеупомянутые индуктивные устройства измерения тока. В одном из вариантов осуществления изобретения система содержит служебный блок распределения энергии, включающий в себя усовершенствованное индуктивное устройство измерения тока. Служебный блок распределения энергии содержит сетевой интерфейс, который передает собранные усовершенствованным индуктивным устройством измерения тока данные по сети другому устройству или в другое место (напр. централизованное хранилище или контрольный центр) для мониторинга, тарификации и/или управления приложениями.

В четвертом аспекте изобретения описываются способы изготовления вышеупомянутых устройств. В одном из вариантов осуществления изобретения описывается способ, в котором производится непрерывная намотка изолированного проводника на множество сегментированных каркасных элементов. Обратный проводник прокладывается между всеми сегментированными каркасными элементами. Затем обратный проводник электрически соединяется с изолированным проводником таким образом, что образуется индуктивное устройство измерения тока.

В пятом аспекте изобретения описывается способ использования вышеупомянутой системы.

В шестом аспекте изобретения описывается масштабируемое индуктивное устройство. В одном из вариантов осуществления изобретения устройство содержит несколько сегментов обмотки, и количество этих сегментов (или количество витков в каждом сегменте) может варьироваться в зависимости от необходимости, тем самым позволяя достигнуть желаемого компромисса между высокой производительностью и высокой стоимостью производства.

В седьмом аспекте изобретения описывается недорогое высокоточное индуктивное устройство. В одном из вариантов осуществления изобретения используется несколько сегментов, по существу, образующих непрерывный кольцевой пояс Роговского.

В восьмом аспекте изобретения описывается регулируемая пользователем многокатушечная сборка. В одном из вариантов осуществления изобретения две или более сегментированные катушки стыкуются (т.е. помещаются рядом друг с другом в направлении общей центральной оси) таким образом, что угловое смещение (вращение) катушек относительно общей оси может регулироваться сборщиком или конечным пользователем, и/или количество имеющихся катушек может быть изменено. Путем изменения расположения сегментов одной катушки относительно сегментов другой катушки (или катушек), и/или увеличения или уменьшения их количества настраивается выходной сигнал устройства, тем самым позволяя сборщику/пользователю регулировать эффективный выходной сигнал катушечной сборки, чтобы добиться требуемого уровня производительности.

В другом варианте осуществления изобретения две или более катушки располагаются, по существу, концентрически относительно друг друга таким образом, что они имеют разные радиусы. Аналогично, когда относительное расположение катушек изменяется, и/или варьируется их количество, будет изменяться выходной сигнал катушек, который можно отрегулировать в соответствии с требуемым уровнем производительности.

В еще одном варианте осуществления изобретения вертикальное расстояние между катушками или их взаимное расположение (будь то в «состыкованной» или «концентрической» конфигурации) может быть отрегулировано, тем самым увеличивая или уменьшая связь или взаимодействие этих катушек.

В девятом аспекте изобретения описывается катушечное устройство, имеющее вставку для приема проводника. В одном из вариантов осуществления изобретения устройство содержит сегментированную катушку вышеупомянутого вида, которая дополнительно содержит центральную часть, выполненную с возможностью ориентирования и расположения одного или нескольких контролируемых проводников в установленном месте в центральной части катушки.

В десятом аспекте изобретения описывается опорный элемент, использующийся в вышеупомянутых индуктивных устройствах измерения тока. В одном из вариантов осуществления изобретения опорный элемент содержит множество каркасных элементов. По меньшей мере, часть каркасных элементов также содержит соединительные элементы, используемые для соединения каркасных элементов со смежными каркасными элементами.

В одиннадцатом аспекте изобретения описывается каркасный элемент, использующийся в вышеупомянутых индуктивных устройствах измерения тока. В одном из вариантов осуществления изобретения каркасный элемент имеет сердечник, который определяет внутренний объем, и соответствующий этому сердечнику внешний диаметр намотки. Также на двух противоположных концах сердечника расположена пара фланцев.

В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один из пары фланцев содержит расположенный на нем электропроводящий зажим.

В еще одном варианте осуществления изобретения во внутреннем объеме содержится опорный элемент для обратного проводника, который размещает обратный проводник в предопределенном положении относительно сердечника.

Краткое описание чертежей

Особенности, цели и преимущества изобретения станут более ясными после детального описания, приведенного ниже по тексту, вместе с предоставленными графическими материалами.

На фиг.1 в перспективе изображен первый вариант устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.1A в перспективе изображена головная часть пояса Роговского по фиг.1 в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.1B в перспективе изображено сечение по линии 1B-1B фиг.1A.

На фиг.1C в перспективе изображен пояс Роговского, образованный сегментированным или непрерывным применением связующего компонента, в соответствии с принципами пояса Роговского.

На фиг.1D показан вид сверху устройства типа пояса Роговского с возможностью использования в полевых условиях и имеющего перекрывающиеся концы проводника в соответствии с принципами пояса Роговского.

На фиг.1E показан вид сверху устройства типа пояса Роговского с примыкающими концами проводника в соответствии с принципами пояса Роговского.

На фиг.2 в перспективе изображена часть второго варианта устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.2A в перспективе изображено сечение по линии 2A-2A фиг.2.

На фиг.2B в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского по фиг.2 в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.2C в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского по фиг.2B под другим углом.

На фиг.3 в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского согласно третьему варианту устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.3A изображена вертикальная боковая проекция сегмента пояса Роговского по фиг.3.

На фиг.3B в перспективе изображены четыре (4) собранных сегмента пояса Роговского по фиг.3, образующих одну половину устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.3C в перспективе изображены четыре (4) собранных и установленных на оправе сегмента пояса Роговского по фиг.3B в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.3D изображена вертикальная боковая проекция сегментов пояса Роговского по фиг.3C, установленных на оправе.

На фиг.4 в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского согласно четвертому варианту устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.4A в перспективе изображены два имеющих обмотку сегмента пояса Роговского по фиг.4, установленных между двумя сегментами головной части, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.4B в перспективе изображены восемь (8) собранных и установленных на оправе сегментов пояса Роговского по фиг.4 в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.5 в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского согласно пятому варианту устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.5A изображена вертикальная боковая проекция одного элемента пояса Роговского по фиг.5.

На фиг.5B в перспективе изображены два сегмента пояса Роговского по фиг.5, которые могут быть установлены вместе, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.5C в перспективе изображены восемь (8) собранных и установленных на оправе сегментов пояса Роговского по фиг.5 в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.6 в перспективе изображен единичный сегмент пояса Роговского согласно шестому варианту устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.6A изображена вертикальная боковая проекция одного элемента пояса Роговского по фиг.6.

На фиг.6B в перспективе изображены два сегмента пояса Роговского по фиг.6, которые могут быть установлены вместе, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.6C в перспективе изображен другой вариант сегмента катушки, адаптированный для приема периферийного проводника, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.7 изображена вертикальная боковая проекция, иллюстрирующая различные положения для проходящего через устройство измерения тока проводника, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.8 показан вид сверху альтернативной конфигурации устройства типа пояса Роговского, установленного вокруг прямоугольного силового кабеля, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.8A показан вид сверху первого варианта устройства типа пояса Роговского по фиг.8, содержащего выравнивающие элементы для предотвращения перекоса или смещения, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.8B показан вид сверху другого варианта устройства (без корпуса) измерения тока, адаптированного для использования с четырехсторонней (например, прямоугольной) электрической шиной.

На фиг.8B-1 изображено поперечное сечение устройства по фиг.8B по линии 8B-1-8B-1 с корпусом.

На фиг.9 изображена вертикальная боковая проекция альтернативной конфигурации устройства типа пояса Роговского, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.10 приведена схема, описывающая процесс изготовления устройств измерения тока, изображенных на фиг.1-1B, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.11 приведена схема, описывающая процесс изготовления устройств измерения тока, изображенных на фиг.2-2C и фиг.4-4B, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.12 приведена схема, описывающая процесс изготовления устройств измерения тока, изображенных на фиг.3-3D, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.13 приведена схема, описывающая процесс изготовления устройств измерения тока, изображенных на фиг.5-5C, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.14 приведена схема, описывающая процесс изготовления устройств измерения тока, изображенных на фиг.6-6B, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.15A в перспективе изображен пример стыкуемого устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.15B показан вид сверху стыкуемого устройства типа пояса Роговского, изображенного на фиг.15A.

На фиг.15C в перспективе изображена регулируемая реализация стыкуемого устройства типа пояса Роговского по фиг.15A.

На фиг.15D в перспективе изображено сечение второго варианта регулируемого стыкуемого устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.15E показан вид сверху концентрического стыкуемого устройства типа пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.16 в перспективе изображена часть седьмого варианта сегмента пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.16A в перспективе изображен сегмент пояса Роговского по фиг.16, соединенный вместе с такими же сегментами, образуя устройство типа пояса Роговского.

На фиг.16B в перспективе покомпонентно изображен седьмой вариант устройства типа пояса Роговского вместе с его корпусом.

На фиг.16C изображено сечение по линии 16C-16C из фиг.16B.

На фиг.16D показан вид сверху нижней части корпуса, соответствующего устройству типа пояса Роговского, изображенному на фиг.16B.

На фиг.17 в перспективе изображен сегмент восьмого варианта пояса Роговского в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.17A в перспективе изображен сегмент пояса Роговского по фиг.17, соединенный вместе с такими же сегментами, образуя устройство типа пояса Роговского.

На фиг.17B изображено сечение по линии 17B-17B фиг.17A.

На фиг.18A в перспективе изображена вставка начального зажима для сегмента пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18B в перспективе изображена вставка концевого зажима для сегмента пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18C в перспективе изображена вставка сегментов пояса Роговского на оправу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18D в перспективе изображена прокладка кабеля по канавкам в сегментах каркаса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18E в перспективе изображен старт процесса намотки в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.18F показано поперечное сечение, на котором изображены слои обмотки, расположенные на первом сегменте пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18G в перспективе изображен проход обмотки между сегментами пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18H в перспективе изображены сегменты пояса Роговского с обмоткой, установленные на оправе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18I в перспективе изображено окончание намотки на начальном зажиме в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18J показано поперечное сечение, на котором изображен экранирующий слой обмотки на первом сегменте пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18K в перспективе изображены сегменты пояса Роговского, установленные на оправе с намотанным экранирующим слоем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18L в перспективе изображена намотка слоя ленты поверх экранирующего слоя обмотки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18M в перспективе изображено окончание намотки на концевом зажиме в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18N в перспективе изображена вставка обратного проводника в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18O в перспективе изображена вставка оконечного провода, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18P показан вид сверху процесса установки сегментов пояса Роговского в головную часть в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18Q в перспективе изображена вставка проводов в головную часть пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18R в перспективе изображено нанесение эпоксидного клея сверху головной части устройства типа пояса Роговского в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.18S в перспективе изображено устройство типа пояса Роговского, изготовленное с применением процессов, проиллюстрированных на фиг.18А-18R.

Все графические материалы, изложенные в настоящем документе, являются объектом авторских прав Pulse Engineering, Inc. 2009-2010.

Осуществление изобретения

На представленных чертежах одинаковые номера обозначают одни и те же части.

Далее будут раскрыты значения некоторых употребляемых в данном тексте терминов.

Термины «каркас» и «форма» употребляются без каких-либо ограничений, относясь к любым структурам или компонентам, расположенным снаружи, внутри или в виде части индуктивного устройства, которые помогают формировать или удерживать одну или большее количество обмоток указанного устройства.

Термины «электрический компонент» и «электронный компонент» употребляются взаимозаменяемо и относятся к компонентам, выполненным с возможностью реализации каких-либо электрических и/или сигнальных функций, включая, но не ограничиваясь, индуктивные реакторы (дроссельные катушки), трансформаторы, фильтры, транзисторы, тороидальные сердечники с зазорами, катушки индуктивности (связанные или несвязанные), конденсаторы, резисторы, операционные усилители и диоды, выполненные в виде дискретных компонентов или в составе интегральной схемы, сами по себе или в комбинации с другими компонентами.

Термин «индуктивное устройство» употребляется в отношении к любым устройствам, использующим или осуществляющим явление электромагнитной индукции, включая, но не ограничиваясь, катушки индуктивности (индукторы), трансформаторы и индуктивные реакторы (дроссельные катушки).

Термины «сеть» и «базовая сеть» употребляются в отношении к любому типу сетей данных, телекоммуникационных сетей или иных сетей, включая, но не ограничиваясь, сети передачи данных (в том числе MAN-, PAN-, WAN-, LAN-, WLAN-сети и микросети, пикосети, Интернет и Интранет), гибридные сети с волоконно-оптическими и коаксиальными элементами (HFC-сети), спутниковые сети, сотовые и телефонные сети. Подобные сети или их составные части могут использовать одну или несколько топологий (например, кольцо, шина, звезда, замкнутая цепь), сред передачи данных (например, проводная, радиочастотная, область миллиметровых волн, оптическая) и/или коммуникационных или сетевых протоколов (например, SONET, DOCSIS, IEEE Std. 802.3, 802.11, ATM, X.25, Frame Relay, 3GPP, 3GPP2, WAP, SIP, UDP, FTP, RTP/RTCP, H.323 и т.д.).

Термины «сетевой интерфейс» или «интерфейс» употребляются в отношении ко всем сигнальным интерфейсам, интерфейсам данных или программным интерфейсам для компонентов, сетей или процессов, включая, но не ограничиваясь, интерфейс FireWire (например, FW400, FW800 и т.д.), USB (например, USB2, USB 3.0, USB On-the-Go и т.д.), Ethernet (например, 10/100, 10/100/1000, Gigabit Ethernet, 10-Gig-E и т.д.), интерфейс МоСА, оптические интерфейсы (например, пассивный POD, мультиплексный DWDM), интерфейсы Serial АТА (например, SATA, e-SATA, SATAII), Ultra-ATA/DMA, интерфейсы Coaxsys (например, TVnet™), радиочастотные приемники (например, внутри- или внеполосный приемник, кабельный модем и т.д.), WiFi (802.11a, b, g, n), WiMAX (802.16), PAN-приемник (802.15), IrDA и другие беспроводные технологии.

Термины «преобразование сигнала» или «преобразование» употребляются в отношении к процессам, включая, но не ограничиваясь, преобразование напряжения сигнала, фильтрацию и подавление шумов, дробление сигнала, управление и коррекцию сопротивления (импеданса), ограничение тока, управление емкостью и временную задержку.

Термины «верх», «низ», «бок», «сторона», «вверх», «вниз» и производные от них употребляются просто для обозначения относительного положения или геометрии одного или другого компонента и ни в коем случае не определяют абсолютной системы отсчета или какой-либо необходимой ориентации. Например, «верхняя» часть компонента может в действительности находиться под «нижней» частью, в том случае, когда компонент установлен на другое устройство (например, на нижнюю часть печатной платы).

Термин «беспроводной» употребляется в отношении к любым беспроводным сигналам, данным, связи или другим интерфейсам, включая, но не ограничиваясь, Wi-Fi, Bluetooth, 3G (например, 3GPP, 3GPP2 и UMTS), HSDPA/HSUPA, TDMA, CDMA (например, IS-95A, WCDMA и др.), FHSS, DSSS, GSM, PAN/802.15, WiMAX (802.16, 802.20), узкополосные каналы/FDMA, OFDM, PCS/DCS, аналоговую сотовую связь, CDPD, спутниковые системы, миллиметровые волны или микроволновые системы, оптические (например, инфракрасная IrDA) и акустические системы.

Общее описание изобретения.

Настоящее изобретение среди прочего предлагает недорогое усовершенствованное устройство измерения тока и способы его производства и применения. В одном из вариантов изобретения устройство измерения тока сформировано из сегментов, которые, согласно примерам осуществления изобретения, по существу линейны по своей природе, что облегчает выполнение намотки на устройстве. Сформированные сегменты впоследствии располагаются согласно сложным геометрическим структурам, таким как окружность, многоугольник, или эллиптическая/тороидальная структура. В то время, как тороидальные геометрии являются общепринятыми, сформированные сегменты могут быть адаптированы для использования согласно большому количеству разных геометрических структур, когда проводник, вокруг которого формируются сегменты, имеет по своей природе неправильную форму. В дополнении к, по существу, фиксированным формам, описываются варианты, подходящие для гибких решений.

Вышеупомянутый подход «сегментированных» катушек в качестве преимущества позволяет контролировать затраты на производство устройства, чтобы сбалансировать его относительно требуемых уровней функциональности и точности. Вместе с увеличением требуемой точности для того или иного применения возрастает количество сегментов (и/или количество витков на каждом сегменте), что, в свою очередь, повышает затраты на производство. Для применения в областях, не требующих высокой точности, может быть использовано устройство более низкой точности с меньшим количеством сегментов и/или витков, тем самым позволяя снизить затраты на достижение требуемого уровня точности.

В одном из вариантов осуществления изобретения сегменты формируются из каркасных элементов, имеющих конструктивные особенности и/или геометрию, которые выгодно облегчают их сборку в конечное готовое устройство измерения тока. Эти каркасные элементы включают шарнирные соединения и/или выравнивающие элементы и/или заформованные гибкие сетки и т.д. для того, чтобы облегчить сборку. В альтернативном варианте осуществления изобретения сегменты сформированы из самоподдерживающей скрепляемой обмотки, и впоследствии помещаются в защитный головной элемент. При этом используется один или несколько обратных проводников или сквозных проводников, электрически соединяющих обмотки, формируя тем самым устройство измерения тока.

Кроме того, некоторые приведенные здесь варианты осуществления изобретения включают вставленный с формованием или отдельно вставляемый проводящий зажим. Он может быть использован не только для накрутки провода (т.е. для закрепления обмотки перед началом процесса намотки на каркасный элемент), но и для электрического соединения внешних подводящих проводов с обмоткой каркасного элемента, тем самым осуществляя электрические соединения, необходимые для формирования устройства типа пояса Роговского. В некоторых вариантах изобретения также описано использование выпуклостей, сформированных на внешних фланцах каркасных элементов. Эти выпуклости могут содержаться в устройстве вместе с соответствующими парными отверстиями для выравнивания и придания устойчивости в течение процессов намотки.

В примерных вариантах осуществления устройства головная часть и/или каркасные элементы выполнены с конструктивными особенностями, которые выгодным образом включены в геометрию устройства для того, чтобы поддерживать и точно располагать обратный (обратные) проводник (проводники) относительно обмотки устройства. Расположение обратного (обратных) проводника (проводников) может быть рассмотрено с точки зрения как функциониональности, так и процесса производства, для того, чтобы предложить высокопроизводительное и недорогое устройство измерения тока. Принцип расположения проводника даже может различаться, например, с использованием структуры, которая поддерживает несколько различных путей для проводника (проводников).

Также описаны «бескаркасные» или варианты осуществления устройства, лишенные заданной формы, в которых витки обмотки (обмоток) (и сами сегменты) сформированы и используются без каркаса или другой опорной структуры. В одном варианте используется так называемый «скрепляемый» провод; индивидуальные витки обмотки выборочно скрепляются друг с другом (например, с помощью термически активируемого связующего компонента или другого вещества) так, чтобы удержать витки в необходимом положении и ориентации относительно друг друга, тем самым избегая применения каркаса и уменьшая производственные затраты. В другом варианте обмотка и центральный проводник заключены в полимер или другую охватывающую структуру, которая «скрепляет» обмотку и проводник относительно друг друга, тем самым придавая устройству механическую устойчивость и жесткость.

Также описаны «настраиваемые» варианты, где два (2) или более вышеупомянутых устройства измерения тока располагаются рядом друг с другом, так чтобы скорректировать связанные с сегментированием дефекты электрической функциональности и/или реализовать выборочную настройку функциональности катушек пользователем или сборщиком. Согласно одному варианту две или большее количество катушек стыкуются или размещаются рядом друг с другом и устанавливаются относительно друг друга так, чтобы устранить или уменьшить рассеивание магнитного потока, вызванное промежутками между сегментами катушек. Согласно другому варианту, две или более катушки располагаются по существу концентрическим образом.

Подробное описание изобретения.

Ниже по тексту приведено подробное описание различных вариантов осуществления изобретения и касающихся его устройств и способов. Хотя обсуждение идет главным образом в контексте устройств измерения тока, и в частности, в одном из вариантов осуществления устройств, функционирующих согласно принципам пояса Роговского, но различные описанные здесь устройства и техники не ограничиваются только ими. В действительности, многие из описанных здесь устройств и способов являются полезными в производстве различных катушек сложной конфигурации (например, намотанного тора), для которых будут полезны описанные здесь техники сегментированного изготовления и устройства, включая устройства, не требующие использования сквозных или обратных проводников.

Дополнительно следует принять во внимание, что определенные признаки, рассмотренные в отношении тех или иных вариантов изобретения, могут во многих случаях легко адаптироваться для использования в одном или нескольких иных описанных здесь вариантах осуществления изобретения. В рамках изложенных здесь материалов, специалист в данной области сможет без труда понять, что описанные признаки могут быть применены в областях, выходящих за рамки приведенных примеров и вариантов осуществления.

Принципы работы пояса Роговского.

Для того чтобы лучше понять нижеописанные различные конструктивные соображения о применении способов изготовления примерных катушек, будет полезно понимать основные принципы, обуславливающие фунционирование пояса Роговского и ему подобных устройств. Как хорошо известно из области электроники, напряжение, возникающее в поясе Роговского, подчиняется уравнению (1) ниже:

$$V=\frac{-AN{\mu }_O}{l}\frac{dl}{dt},\left(1\right)$$

где A - площадь одного из малых контуров, N - количество витков, l - длина обмотки, µ_O - магнитная постоянная и $$\frac{dl}{dt}$$

- скорость изменения тока в контуре.

Для того чтобы реализация на практике максимально соответствовала теоретическому описанию, описываемому уравнением (1), делаются различного рода допущения, включая то, что интервалы между витками равны, и то, что радиус устройства достаточно велик в сравнении с радиусами самих витков. Соответственно, стоит иметь в виду данные допущения и то, каким образом они влияют на чувствительность самого пояса Роговского, при дальнейшем описании различных катушек, приведенном ниже.

Устройство измерения тока.

Далее со ссылкой на фиг.1-1B показан и подробно раскрыт первый вариант осуществления устройства 100 измерения тока. В частности, на фиг.1-1B изображен вариант устройства измерения тока типа пояса Роговского. На фиг.1 показаны главные элементы, связанные с устройством измерения тока, включая намотанную катушку 102, сквозной или обратный проводник 104 и сегментированный головной элемент 110.

Как можно увидеть на фиг.1, первое значительное преимущество этого устройства 100 по сравнению с устройствами из предыдущего уровня техники легко заметно. В частности, обычные для предыдущего уровня техники катушки имели равномерное распределение витков по всему контуру устройства, что с большой уверенностью считалось необходимым для достижения адекватной электрической функциональности устройства. Однако, как было обнаружено заявителем, такая конструкция из предыдущего уровня техники не только сложна в производстве (что выливается в относительно высокую стоимость устройства), но и не является обязательной для достижения требуемого уровня электрической функциональности устройства. Наоборот, с помощью сегментирования устройства 100 измерения тока на несколько по существу непрерывно намотанных катушечных сегментов 102 рассматриваемое устройство не только становится более простым в производстве, но и предлагает сходную или даже увеличенную электрическую функциональность в сравнении с традиционными устройствами типа пояса Роговского.

В примере осуществления изобретения катушечные сегменты 102 намотаны на линейной оправе с использованием скрепляемого провода. Более того, в процессах соединения или склеивания может использоваться обычный изолированный провод. Скрепляемый провод является хорошо известным продуктом, который используется в процессе изготовления так называемых катушек без сердечника. Катушки без сердечника сами по себе являются индукторами, которые традиционно используются в качестве радиоэлектронных меток (RFID-tags), громкоговорителей, датчиков и других подобных устройств. Материалы и оборудование для производства скрепляемого провода коммерчески доступны из различных источников, известных специалистам в данной области. Скрепляемый провод по существу является проводом с эмалевым покрытием с дополнительным слоем покрытия внешней поверхности эмали, наносимым производителем провода или производителем конечного устройства. В процессе намотки покрытие скрепляемого провода может быть активировано (обычно с помощью тепла, но существуют другие способы, включая поток излучения, химические агенты и т.д.) так, чтобы покрытые им провода склеились/скрепились. Данный подход предоставляет определенную выгоду и экономию затрат на производство электронных компонентов. С помощью использования скрепляемого провода катушечный сегмент 102 становится самоподдерживающей структурой. Применение скрепляемого провода широко известно, и его использование в конструировании индуктивных устройств подробно описано, например, в патентной заявке того же заявителя US 10/885868, поданной 06.07.2004, «Form-less Electronic Device and Methods of Manufacturing», содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Устройство 100 на фиг.1 изображено только с одним катушечным сегментом 102, установленным в сегментированную головную часть 110, однако следует понимать, что иллюстрируемое устройство рассчитано на работу с восемью (8) такими сегментами. Также понятно, что хотя показано только восемь (8) катушечных сегментов, может быть добавлено большее или меньшее количество сегментов в зависимости, главным образом, от общего размера устройства 100 измерения тока и его требуемой формы/профиля. Возможность изменять количество катушечных сегментов обеспечивает явное сравнительное преимущество над способами производства устройств измерения тока, известных из текущего уровня техники. В частности, с увеличением количества катушечных сегментов (т.е. при теоретическом устремлении их количества в бесконечность) поведение устройства измерения тока будет приближаться к поведению идеальной катушки, однако это будет происходить за счет увеличения трудоемкости и стоимости производства. И наоборот, количество сегментов может быть уменьшено до приемлемого уровня электрической функциональности, тем самым минимизируя трудоемкость и стоимость производства.

Далее на фиг.1A и 1B конструкция примерного варианта осуществления сегментированной головной части 110 становится более ясной. Сегментированная головная часть 110 в изображенном варианте содержит восемь (8) полостей 112, каждая из которых соответствует отдельному катушечному сегменту 102. Предпочтительно, сегментированная головная часть 110 выполнена из полимерного материала посредством инжекционной формовки, хотя специалисту в данной области из данного раскрытия будет очевидна возможность и других конструктивных материалов, включая, но не ограничиваясь, композиты, волокнистые материалы (например, бумагу) и их комбинации, а также альтернативных способов (например, литьевое прессование или сборочные/склеивающие процессы). В примерах осуществления изобретения несколько удерживающих сквозной проводник элементов 114 располагаются вдоль сегментированной головной части в нескольких ее точках между смежными полостями 112. Данные элементы используются для удержания сквозного проводника 104 (или проводников) (фиг.1) в требуемом положении относительно установленных катушечных сегментов 102. Удерживающие элементы 114 в показанном примере размещают сквозной проводник 104 (или проводники) вдоль продольной оси каждого из катушечных сегментов, хотя следует заметить, что положение сквозного проводника (или проводников) может варьироваться (в случае использования нескольких проводников, они могут занимать различные места в сегментах). См. в этой связи фиг.7, описанную ниже по тексту. Также между сегментами находятся клеммные элементы 116 для накрутки соединительных проводов между сегментами.

Хотя устройство измерения тока, изображенное на фиг.1-1B, специально адаптировано для применения в случае, когда проводник, ток в котором необходимо измерить, может быть пропущен через центральную часть устройства 100, следует понимать, что сегментированная головная часть может быть изготовлена не только в виде статической единообразной конструкции. Например, устройство 100 может быть снабжено шарнирами так, чтобы сегментированную головную часть 110 можно было расположить вокруг проводника с током (т.е. охватить его) в целях установки или для проведения измерений оператором/установщиком в полевых условиях. Более того, снабженная шарнирами сегментированная головная часть может быть без труда изготовлена таким образом, что она будет обладать гибкостью, имея более чем единственную вращательную степень свободы. Например, сегментированная головная часть может быть не просто выполнена с возможностью открытия и закрытия замкнутого контура устройства, но также и с возможностью вращения и изгиба для того, чтобы облегчить применение сегментированной головной части в различных сложных для установки местоположениях в полевых условиях.

На противоположном конце (т.е. на части, которая не снабжена шарнирами) таким же образом может располагаться удерживающий механизм (в виде защелки или подобный), который способен удерживать снабженное шарнирами устройство в закрытом положении. Возможен вариант без применения шарниров, например, с использованием штифтов, защелок или упругости сквозного провода и т.д., или же головная часть 110 может быть разделена на две или более разделяемые или подвижные части в зависимости от требований системы, в которой будет установлено устройство. Вариант сегментированного устройства 100 измерения тока, описанного согласно фиг.1-1B, которое состоит из разделяемых или подвижных частей, также может быть применен к другим вариантам устройства измерения тока, изложенным далее по тексту.

Стоит упомянуть, что головная часть 110 в определенных вариантах использования с легкостью может быть модифицирована таким образом, чтобы облегчить установку устройства измерения тока на внешнюю плату (или с помощью поверхностной установки или с использованием сквозных отверстий). Например, в случае применения сквозных отверстий, головная часть 110 имеет отверстия (не показаны), которые располагают и удерживают концы проводников, используемых в устройстве измерения тока, на определенном расстоянии. Эти провода предпочтительно изготовляются из проводящей проволоки достаточной толщины, чтобы ее деформация до установки была маловероятна. В случае поверхностной установки на головной части с легкостью выполняются две или более проводящие зоны. Данные проводящие зоны могут быть либо сделаны из дискретных металлических пластинок, которые прикрепляются к головной части, либо, как альтернатива, сформированы с помощью любых известных процессов изготовления поверхности с использованием полимеров. Концы же проводов затем могут быть электрически соединены с проводящими зонами с помощью пайки, резистивной сварки и т.д., так чтобы сформировать электрическое соединение между обмоткой устройства измерения тока и проводящими зонами, на которые будет осуществляться установка внешней платы в процессе поверхностной установки.

Устройство измерения тока (неподвижное или иное) также может быть, в случае необходимости, заключено в двухчастный корпус или иным образом закрыто/заформовано/залито и т.д., чтобы обеспечить защиту от грязи и мусора и обеспечить повышенную устойчивость к высокому напряжению, например, в проводниках, измерение которых проводится устройством измерения тока. Кроме того, было выяснено, что в определенных случаях функционирование устройства измерения тока может быть чрезвычайно чувствительно к деформациям катушечных сегментов 102. В соответствии с этим, с помощью заключения устройства измерения тока в двухчастный корпус или другой инкапсуляции обмотки, функциональность устройства измерения можно обезопасить за счет относительно несущественных затрат для конечного покупателя. В дополнение к неподвижной конструкции устройства (т.е. такой, что заключенное в корпус устройство 100 в значительной степени является жестким) без труда может быть осуществлена гибкая конструкция путем применения гибкого корпуса. Подобное гибкое устройство в одном из примеров осуществления изобретения сформировано с помощью усадки прорезиненной трубки в самом маленьком месте головной части 110.

Далее, ссылаясь на фиг.1C, подробно описан альтернативный вариант изображенного на фиг.1-1B устройства. В частности, вариант устройства на фиг.1C представляет собой непрерывную конструкцию из винтовой катушки, предназначенную для использования как вместе с головной частью или каркасным элементом, так и без них. Устройство 180 измерения тока на фиг.1C эффективно разделяется на сегменты 102 с помощью применения в небольших количествах связующего вещества 120, например, на внутренней окружности катушки. В зависимости от варианта применения, тип связующего вещества может значительно варьироваться. Например, в случае, если необходима какая-то определенная гибкость в индивидуальных сегментах 102, применяется пластичное связующее вещество (такое как силикон) для того, чтобы позволить виткам провода быть подвижными в пределах сегмента 102.

В приведенном варианте устройство измерения тока сформировано на оправе в виде непрерывной обмотки. Связующее вещество наносится на сегментированные элементы 102, на их сторону, соответствующую внутреннему диаметру конечного устройства измерения тока, при помощи автодозирующего прибора, тем самым существенно автоматизируя производство устройств измерения тока. Стоит отметить, что обратный проводник (не показан) прокладывается внутри катушки до процесса намотки. Несмотря на то, что изначально предлагается наносить связующее вещество на внутренний диаметр конечного устройства измерения тока, следует понять, что в соответствии с альтернативными вариантами связующее вещество может быть без труда нанесено на любые части обмотки (например, на внешний диаметр) и даже сразу в нескольких местах на обмотке (чтобы надежней закрепить и минимизировать перемещения между прилегающей обмоткой сегментов). Аналогично, несмотря на то, что изначально предлагается наносить связующее вещество дискретно на сегменты, возможен вариант, когда связующее вещество будет нанесено непрерывно вдоль всей обмотки, особенно в случаях отверждения связующего вещества в пластичной форме.

Преимущественно вышеизложенный процесс может быть применен в случае массового, параллельного производства устройств. Например, может быть использована одна длинная оправа, на которой будут сформированы (при необходимости отверждены) сегменты для большого количества катушек, а вышеупомянутое связующее вещество будет быстро нанесено одним движением вдоль оправы. Затем индивидуальные катушки могут быть физически разделены прямо на оправе (или же после снятия всей сборки с оправы в случае необходимости), и каждой из них придадут нужную форму (например, по существу кольцевую или многоугольную), после чего катушки будут готовы. Таким же образом можно использовать несколько подобных оправ параллельно, ограничиваясь только возможностью производственного оборудования. Такого вида производство позволяет дополнительно снизить расходы, в дополнение к обеспечиваемым конструкцией катушки.

Устройство, изображенное на фиг.1C, при необходимости может быть помещено в однородную структуру (например, герметизирующий компаунд, силикон и т.д.) таким образом, что его механическая жесткость в достаточной степени будет сохранена, по крайней мере, относительно критических направлений. Автором (авторами) данного изобретения было выяснено, что описанные здесь катушки могут быть особенно чувствительными (в смысле ухудшения их функциональности) к изменениям площади или профиля поперечного сечения витков каждого из сегментов. Например, в случае если обмотка сегментов устройства на фиг.1 разрушена или деформирована, точность устройства целиком может существенно снизиться. Данный параметр является более важным, чем, например, сохранение «округлости» устройства целиком, или сохранение положения проводника (проводников), подвергающегося измерению, в пределах геометрического центра катушки/многоугольника, так как устройство преимущественно нечувствительно к этим параметрам. Соответственно, механическая прочность, по меньшей мере, зоны поперечного сечения витков катушки, является важным моментом в различных областях применения устройства. Каким образом подобная прочность будет поддерживаться: с помощью твердой или жесткой внешней «оболочки» (например, кейс, или, альтернативно, рукав, или другая подобная конструкция обволакивающая внешнюю поверхность катушки), или с помощью инкапсуляции, или с помощью внутренней поддержки - каркасного элемента (бобины) или головной части, является, преимущественно, вопросом проектирования.

На фиг.1D показан вид сверху устройства 100 измерения тока, изображенного, например, на фиг.1C, которое не имеет головного элемента, как изображено на фиг.1-1B. В частности, на фиг.1D показан первый вариант изготовления устройства измерения тока с возможностью использования в полевых условиях, который можно установить вокруг проводника (без необходимости отключения проводника от устройства, к которому он подключен). Устройство измерения тока, изображенное на фиг.1D, имеет перекрывающийся конец 185, который можно провести вокруг проводника. Перекрывающийся конец затем может быть прикреплен с помощью связующего вещества или подобного ему элемента к другому «концу» катушки. Таким образом, свободные концы катушечного устройства могут быть проведены вокруг ранее установленного проводника так, что они будут перекрыты друг другом и закреплены в одном месте, тем самым формируя эффективный замкнутый контур. Следует принять во внимание, что подобная «перекрывающаяся» конфигурация имеет меньшую точность в сравнении с «замкнутым» устройством (например, с таким, у которого по сути нет концов, а есть непрерывный контур), однако она позволяет использовать устройство в полевых условиях без разборки и имеет очень низкие производственные затраты (что подробно описано ниже).

Следует заметить, что в то время, как устройство на фиг.1D изображено с двумя концами катушки перекрывающимися в вертикальной плоскости (т.е. по нормали относительно плоскости чертежа), перекрывающиеся концы могут перекрываться радиально, при этом сохраняя «плоский» вертикальный профиль (т.е. один конец расположен с радиусом меньшим, чем радиус расположения другого конца).

Оба свободных конца устройства, изображенного на фиг.1C, могут быть соединены с помощью любого количества различных способов, включая, но не ограничиваясь: (1) простое использование естественной жесткости и пластичности катушечного устройства, если они позволят сохранять оба конца в необходимом близком положении (т.е. «изгибание» устройства до необходимой формы); (2) связующее вещество, чтобы скрепить оба конца; (3) усадка трубки (например, термоусаживаемой трубки), хорошо известная в области электрической или иной изоляции; (4) обертка пластиком или другим материалом; (5) использование ленты (например, изоляционно-кабельного типа или клейкой); (6) фиксирующий механизм, установленный тем или иным образом на обоих концах устройства. Каждый из перечисленных способов (в той или иной степени) позволяет уменьшить расходы, связанные с производством, особенно в случае применения вместе с экономичными способами производства самых устройств.

На фиг.1E показан альтернативный вариант устройства с возможностью использования в полевых условиях, в котором свободные концы устройства 100 измерения тока примыкают друг к другу в 190. Ожидается, что стоимость производства устройства согласно варианту, изображенному на фиг.1E, будет больше, чем в случае с устройством на фиг.1D, но электрическая/магнитная функциональность (точность) тоже повысится в сравнении с вариантом, показанным на фиг.1C, т.к. примыкание концов позволяет эффективно образовывать катушки практически «идеальной» формы и устранять любое перекрывание, которое может вызвать магнитное искажение или рассеивание магнитного поля. Примыкание концов устройства измерения тока может быть осуществлено с помощью любого количества способов, включая, но не ограничиваясь: (1) соединение установочным штифтом; (2) магнитное взаимодействие; (3) соединение винтами; (4) усадка трубки; и (5) соединение механизмом типа защелки или шарнира. Что касается применения магнитного соединения, необходимо упомянуть, что использование магнита не вызывает изменение тока, который измеряется $$\left(\text{т}\text{.е}\text{. }\frac{\text{dl}}{\text{dt}}\right)$$

, и соответственно преимущественно не влияет на возможности электрической функциональности устройства. Вариант устройства, изображенного на фиг.1D, отчасти более дорогой в производстве, чем вариант на фиг.1C (в связи с затратами на осуществление необходимых для примыкающего соединения требований), но также обеспечивает большую точность.

Устройства согласно вариантам, изображенным на фиг.1D и 1E, могут быть сконструированы таким образом, что они будут являться гибкими в нескольких измерениях. Например, в одном случае концы катушки могут быть разведены (так чтобы охватить проводник или электрическую шину) отчасти благодаря ее гибкости (особенно, промежутков между сегментами), но также их взаимное положение может быть изменено вертикально (т.е. сохраняя радиус, но перемещаясь относительно друг друга под воздействием скручивающей силы, приложенной к обоим концам). В другом варианте только предназначенная для этого часть катушки (например, «шарнирная» область; не показана) может быть существенно изогнута. Это может быть реализовано любым количеством различных способов, например, применением более тонкого покрывающего материала, или настоящим механическим шарниром, в шарнирной области так, чтобы устройство изгибалось преимущественно в этой области.

Ссылаясь на фиг.2-2C, показан и подробно описан второй вариант устройства 200 измерения тока, выполненный с использованием головной части или каркасного элемента. В частности, устройство 200 измерения тока из фиг.2-2C содержит несколько сегментированных каркасных элементов 210. Каждый из этих каркасных элементов 210 расположен один рядом с другим с использованием (по выбору) шарнирного соединения 220. В одном из вариантов осуществления изобретения, шарнирное соединение 220 включает конструктивные элементы (такие как защелки или подобные), которые удерживают прилегающие сегменты каркасных элементов так, что они остаются прикрепленными друг к другу. Однако следует понимать, что в альтернативном варианте шарнирное соединение может обеспечивать только поворотную функцию, а не поворотную и удерживающую функцию вместе. В другом варианте шарнирное соединение может быть осуществлено с помощью формирования тонкой сетки из соединительного материала между прилегающими каркасными элементами 210. Подобная конфигурация может быть сделана неподвижной (в случае, если конечная геометрия устройства известна) или гибкой, как описано выше. Соединение может быть также сделано слабым, т.е. делимым после ограниченного количества циклов нагрузки, если необходимо, так чтобы способствовать селективному разделению компонентов.

Ссылаясь на фиг.2 и 2A, показан частичный сегмент устройства 200 измерения тока. В частности, показан сегмент, соответствующий сорока пяти градусам (45°) устройства 200, которое представляет собой контур в триста шестьдесят градусов (360°). Соответственно, как можно увидеть в приведенном варианте, устройство 200 целиком будет состоять из восьми (8) сегментов каркасных элементов 210. Несмотря на то, что рассмотрено восемь элементов, это количество произвольно определяется подразумевающейся геометрией устройства измерения тока согласно применению, а также параметрами функциональности. Отсюда без труда можно понять, что большее или меньшее количество элементов, их форм или конфигураций (включая также гетерогенные «смеси» двух или более конфигураций различных каркасных элементов) могут быть применены в альтернативных вариантах осуществления изобретения.

Проиллюстрированный на фиг.2-2C вариант включает центральный проход 230, который предназначен для позиционирования сквозного проводника в точном положении внутри каждого из сегментированных каркасных элементов. В показанной конфигурации проход расположен вдоль продольной оси (т.е. геометрического центра) каждого из цилиндрических каркасных элементов 210; однако, как замечено здесь ранее, расположение центрального проводника (проводников) может быть (I) несимметричным относительно поперечного сечения прохода 230 или каркасного элемента; (II) может быть непостоянным или изменяемым; и/или (III) может находиться в другом месте.

На фиг.2B и 2C в перспективе под другим углом изображен единичный сегментированный каркасный элемент 210 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Каркасный элемент 210 отличается тем, что содержит намоточный канал 212, предназначенный для того, чтобы на нем располагался один или несколько слоев обмотки, в то время как фланцы 218 удерживают обмотку на намоточном канале 212 так, что осуществляется равномерное распределение обмотки по каркасному элементу 210. Несмотря на то, что намоточный канал изображен с гладким намоточным барабаном, следует понять, что на нем могут быть сформированы канавки, благодаря которым реализуется дополнительная направляющая для обмотки так, что витки наматываются более равномерно. Более того, поперечное сечение «барабана» не должно обязательно быть симметричным и/или может также иметь сегментирование (т.е. содержать восьмиугольник, эллипс, многоугольник и т.д. в поперечном сечении).

На противоположных концах фланцев, над выступами 240, расположены установочные стойки 216. Данные установочные стойки 216 используются по выбору, но применяются для того, чтобы облегчить установку индивидуальных каркасных элементов 210 в охватывающую головную часть (см., например, вариант фиг.4A, 460, описанный ниже по тексту). Маршрутные стойки 214 применяются для облегчения направления обмотки между индивидуальными каркасными элементами 210 в процессе автоматизированной намотки на оправе, что будет описано более подробно ниже по тексту. Данные маршрутные стойки являются входными/выходными точками для провода, который наматывается в намоточном канале 212.

Продолжим описание шарнирного соединения 220, показанного на фиг.2A. Как можно увидеть на фиг.2B и 2C, шарнирное соединение содержит выступающую часть 222 и соответствующую принимающую часть 224, которая выполнена такого размера, чтобы вмещать в себе выступающую часть прилегающего каркасного элемента 210. Маршрутный канал 232 также может по выбору использоваться для направления выходного провода последнего сегмента к обратному проводу внутри катушки. Следует заметить, что на проиллюстрированном варианте шарнирное соединение 220 не содержит элементы, которые позволяют прилегающим элементам 210 оставаться подвижно соединенными друг с другом. Наоборот, натяжение, связанное с соответствующей обмоткой и сквозным проводником, в действительности используется для того, чтобы удерживать сборку устройства измерения тока в его законченной тороидальной форме. Однако необходимо понимать, что возможны альтернативные варианты, где без труда могут быть реализованы конструктивные элементы, физически соединяющие прилегающие элементы 210 друг с другом с помощью связующего вещества или другого скрепляющего агента, и т.д.

Ссылаясь на фиг.3-3D, изображен другой вариант осуществления устройства 350 измерения тока типа пояса Роговского. На фиг.3 проиллюстрирован единичный каркасный элемент 300; для создания одного устройства 350 измерения тока необходимо (согласно изображенному варианту) восемь (8) таких элементов. Также понятно, что может быть использовано как меньше, так и больше каркасных элементов гетерогенных конфигураций, как описано ранее в отношении других вариантов осуществления изобретения. В отличие от каркасного элемента 210 на фиг.2-2C, каркасный элемент 300 на фиг.3 не нуждается в шарнирном соединении. Каркасные элементы 300 на фиг.3 сконструированы таким образом, что они вместе формируют тороидальную структуру устройства 350 измерения тока, когда их располагают смежно друг к другу. См., например, фиг.3B, на которой изображена ровно половина (т.е. четыре (4) каркасных элемента) устройства 350 измерения тока. Каждый каркасный элемент содержит намоточный канал 310, который ограничивается соответствующими фланцами 330. Данные фланцы поддерживают и определяют ширину обмотки в намоточном канале 310. Каркасный элемент 300 также содержит маршрутные стойки 312, которые аналогично используются в роли входных/выходных точек для обмотки в то время, когда она покидает или попадает на намоточный канал 310. Дополнительно, данные входные/выходные стойки могут быть применены для того, чтобы закрепить сквозной или обратный проводник до процесса намотки. При необходимости возле маршрутных стоек 312 могут быть выполнены маршрутные каналы 314 для направления сквозного проводника. Маршрутные каналы 314 изготовлены таким образом, чтобы вмещать один или несколько сквозных проводников под обмоткой, находящейся на намоточном канале 310. Соответственно, сквозной проводник, проложенный через канал 315, преимущественно помогает поддерживать структурную целостность собранного устройства 350 в случае, если сборка выполнена с помощью применения натяжения сквозного проводника (не обозначено).

В альтернативном варианте осуществления изобретения, сквозной проводник может быть проложен через центральную полость 320 (т.е. вдоль внутреннего диаметра центральной полости). Также каркасный элемент 300 может быть без труда изготовлен таким образом, чтобы центральный проход располагался в центре полости 320 (аналогично показанному варианту в фиг.2B, 230). Этот и другие варианты осуществления изобретения без труда будут очевидными для специалиста в данной области в случае предоставления настоящего описания.

На фиг.3A изображена вертикальная боковая проекция каркасного элемента 300, показанного на фиг.3. В частности, на фиг.3A можно увидеть, что, несмотря на изогнутую геометрию каркасного элемента 300, центральная полость 320 в приведенном варианте проходит прямолинейно через корпус каркасного элемента. Данная особенность облегчает автоматизированную намотку каркасного элемента (см., например, фиг.3C-3D). Клепаные выемки 322 также линейно расположены вдоль внутренней стеки центральной полости 320, тем самым образуя конструктивный элемент, который может быть вставлен в соответствующий паз (см. фиг.3D, 362) на оправе, который позволяет каркасному элементу вращаться с необходимой точностью в процессе намотки.

На фиг.3C и 3D изображены четыре (4) подобных каркасных элемента 300, установленных на оправе 360. Стоит заметить, что каркасные элементы 300 сконструированы в прямолинейном виде таким образом, что автоматизированная намотка конечной «подобной тору» формы существенно облегчается в сравнении с правильной тороидальной (круглой) формой. Втулка 370 устанавливается на конец оправы 360 и удерживает каркасные элементы на оправе 360. Устройство согласно варианту, проиллюстрированному на фиг.3-3D, по выбору может быть заключено в головную часть или корпус, подобный, например, закрывающемуся внахлест двухчастному корпусу (не показан) или другому корпусу.

Ссылаясь на фиг.4-4B, показан и подробно описан четвертый вариант осуществления изобретения в виде устройства 400 измерения тока. В частности, устройство 400 измерения тока на фиг.4-4B содержит множество сегментированных каркасных элементов 410. Каждый из каркасных элементов 410 располагается один возле другого с помощью использования внешней кольцеобразной головной части 460 (фиг.4A). На фиг.4A проиллюстрирован частичный сегмент устройства 400 измерения тока, показанного на фиг.4; показан сегмент, соответствующий сорока пяти градусам (45°) устройства 400, которое представляет собой контур в триста шестьдесят градусов (360°). Соответственно, в приведенном варианте целиком устройство 400 будет состоять из восьми (8) сегментированных каркасных элементов 410, согласно количеству полостей 464, которые можно посчитать на кольцеобразной головной части 460 на фиг.4A. Каркасный элемент 410, показанный на фиг.4, содержит центральный проход 430, который предназначен для точного расположения сквозного проводника в определенном месте каждого из сегментированных каркасных элементов. В приведенном варианте проход располагается вдоль продольной оси цилиндрического каркасного элемента 410. Каркасный элемент 410 на фиг.4 также содержит альтернативный проход 432, который может быть использован для того, чтобы прокладывать обратный провод через центр каркасного сегмента с целью облегчения сборки. Каркасный элемент 410 отличается тем, что содержит намоточный канал 412, адаптированный для расположения на нем одного или нескольких слоев обмотки, в то время как фланцы 418 удерживают обмотку в намоточном канале 412, тем самым обеспечивая равномерное распределение обмотки по каркасному элементу 410. На противоположных концах фланцев, над выступами 440, расположены установочные стойки 416. Данные установочные стойки 416 устанавливаются по выбору, но применяются для того, чтобы облегчить установку индивидуальных каркасных элементов 410 в головную часть 460. Маршрутные элементы 422 применяются для того, чтобы облегчить направление обмотки между индивидуальными каркасными элементами 410 в процессе автоматизированной намотки на оправе, что будет впоследствии описано более подробно в отношении к фиг.4B. Данные маршрутные элементы являются входными/выходными точками для провода, который наматывается на намоточный канал 412.

На фиг.4B проиллюстрированы индивидуальные каркасные элементы 410, установленные на оправе 470 для автоматизированной намотки индивидуальных каркасных элементов. Как можно увидеть, паз 472 тем или иным образом сформирован на намоточной оправе 470. Данный паз 472 имеет такой размер, чтобы он мог вмещать соответствующий конструктивный элемент 434 (фиг.4), находящийся на индивидуальных каркасных элементах, и облегчать процесс намотки. Втулка 480 расположена на конце оправы 470 для того, чтобы закрепить индивидуальные каркасные элементы 410 в надежном положении вдоль оси оправы. Данный подход предоставляет надежность и устойчивость во время процесса намотки и не требует применения визирующих устройств для того, чтобы определять положение подающегося конца автоматизирующего намоточного устройства.

Также следует заметить, что все восемь (8) сегментов 410, использующихся для формирования устройства измерения тока, расположены на одной намоточной оправе 470. В то время как согласно иллюстрациям предыдущих вариантов осуществления изобретения (фиг.3C) только часть всего устройства формируется в любой момент времени на оправе, согласно варианту, проиллюстрированному на фиг.4B, все сегменты могут быть намотаны в течение одного процесса намотки. Намотанные сегменты впоследствии могут быть сняты с оправы и установлены в головную часть 460, как показано на фиг.4A.

Ссылаясь на фиг.5-5C, показан и подробно описан другой вариант каркасного элемента 510 для использования в устройстве измерения тока. Каркасный элемент, проиллюстрированный на фиг.5, является подобным по своей конструкции шарнирному варианту, ранее показанному на фиг.2-2C. В частности, вариант иллюстрированный на фиг.5, подобен тем, что имеет намоточный канал 512 ограниченный внешними намоточными фланцами 518. К тому же вариант, описанный далее, включает маршрутные стойки 514 для облегчения направления магнитного провода между прилегающими намоточными каналами (см. фиг.5C). Шарнирный элемент 522 также изготовлен таким образом, чтобы вмещать соответствующий конструктивный элемент, расположенный на прилегающем каркасном элементе 510, и служить поворотной точкой для каркасных элементов, подобно возможностям, описанным в отношении к фиг.2-2C. См. также шарнирный элемент 550, проиллюстрированный на фиг.5B. Кроме того, совместные каркасные элементы, в качестве одного из вариантов, могут быть установлены внутрь двухчастного корпуса (не показан) или другого корпуса, или между двумя головными элементами (подобно тому, как показано на фиг.4A, 460).

Однако, в отличие от предыдущих описанных вариантов, каркасный элемент 510 на фиг.5 отличается тем, что сквозной проводник (проводники) (не обозначен) не проходит через центральное отверстие 534, как было проиллюстрировано в предыдущем варианте на фиг.2-2C; для этой цели используется маршрутное отверстие 530. Маршрутное отверстие 530 располагается в корпусе намоточного барабана, внешний диаметр которого определяет намоточный канал 512. Подобная конфигурация имеет преимущество в плане сборочного процесса, так как сквозной проводник постоянно находится на внутреннем диаметре конечного устройства измерения тока. Благодаря тому, что сквозной проводник находится на внутреннем диаметре, его длинна преимущественно не нуждается в существенном увеличении во время сборки индивидуальных каркасных элементов 510 в конечную тороидальную форму. Среди прочего благодаря этому процесс производства и сборки становится более простым и эффективным.

Аналогично, т.к. сквозной проводник не проходит через центральное отверстие 534, он без труда может быть установлен во время процесса намотки на оправе, в то время как каждый индивидуальный каркасный элемент 510 установлен на оправе 560. Стоит также заметить, что плоская поверхность 536 (лучше показана на фиг.5А) соответствует плоской поверхности 570, расположенной на оправе 560. Подобная геометрия гарантирует то, что каркасные элементы 510 будут вращаться вместе с вращением оправы.

Ссылаясь на фиг.6-6B, показан и подробно описан другой вариант устройства измерения тока из фиг.5-5C. Устройство согласно варианту, проиллюстрированному на фиг.6-6B, похоже на предыдущие тем, что оно изготовляется из каркасных элементов 610. Каркасный элемент 610 содержит шарнирный сборочный элемент подобный тому, что показан на фиг.2-2C. Каркасный элемент также имеет намоточный канал 612, ограниченный внешними намоточными фланцами 618, и маршрутные стойки 614, применяющиеся для того, чтобы направлять магнитный провод между прилегающими намоточными каналами (см. фиг.6B). Шарнирный элемент 622 также изготовлен таким образом, чтобы вмещать соответствующий конструктивный элемент, расположенный на прилегающем каркасном элементе 610, и служить поворотной точкой для каркасных элементов, подобно возможностям, описанным в отношении к фиг.2-2C и фиг.5-5C. См. также шарнирный элемент 650, проиллюстрированный на фиг.6B. Кроме того, совместные каркасные элементы 610, в качестве одного из вариантов, могут быть установлены внутрь двухчастного корпуса (не показан) или другого корпуса, или между двумя головными элементами (подобно тому, как показано на фиг.4A, 460).

Однако, в отличие от предыдущих описанных вариантов, каркасный элемент 610 на фиг.6 отличается одной важной особенностью. Она состоит в том, что обратный проводник (не показан) не проходит через центральное отверстие 634 или через маршрутное отверстие (фиг.5А, 530), тем самым проходя через намоточный барабан, как было проиллюстрировано в предыдущих вариантах. Для данной цели используется маршрутный паз 630. Маршрутный паз 630 расположен на внешней периферии или внешнем диаметре намоточного канала. Подобная конфигурация имеет преимущество в плане сборочного процесса, так как обратный проводник не только постоянно находится на внутреннем диаметре конечного устройства измерения тока, но его еще и не надо продевать через отверстие, тем самым облегчая сборку.

Также стоит отметить, что маршрутный паз может использоваться для того, чтобы направлять обратный проводник и/или гибкий кабель (не проводник) внутри обмотки. Например, в одном варианте (см. фиг.6С), провод, который наматывается на каркас, захватывает и удерживает вышеупомянутый кабель (не показан) во внешнем пазе 631 индивидуальных каркасных элементов, так чтобы между ними образовалось гибкое соединение и чтобы добавить механической прочности (и также защитить пересекающиеся провода во время сборки). Поперечное сечение данного кабеля не должно быть обязательно круглым; в действительности оно буквально может принимать любую форму, включая, но не ограничиваясь, такие как квадрат, прямоугольник, многоугольник овал/эллипс или даже комбинацию из нескольких дискретных жил (например, переплетение).

Также, благодаря тому, что обратный проводник находится на внутреннем диаметре, его длина не нуждается в существенном увеличении во время сборки индивидуальных каркасных элементов 610 в конечную тороидальную форму, как это было описано ранее. Вдобавок, т.к. обратный провод не проходит через центральное отверстие 634, он без труда может быть установлен во время процесса намотки на оправе, в то время как каждый индивидуальный каркасный элемент 610 установлен на оправе 560, показанной на фиг.5С.

Ссылаясь на фиг.7, показаны различные положения для проходящего через каркасный элемент 700 обратного проводника. В частности, на фиг.7 проиллюстрированы различные варианты расположения обратного проводника относительно каркасного элемента 700 и соответствующей обмотки 710, расположенной на этом элементе. Несмотря на то, что одновременно показано несколько обратных проводников (720, 730, 740, 750, 760), необходимо понимать, что в большинстве вариантов осуществления изобретения будет присутствовать только одна позиция для обратного проводника. Далее приводятся различные варианты (список не ограничивающий, существуют также другие варианты):

Вариант (1) обратный проводник 720 может быть расположен в точках радиуса внутреннего диаметра каркасного элемента 700, подобно расположению, описанному в варианте на фиг.5-5C;

Вариант (2) обратный проводник 730 также может быть расположен с внешней для обмотки 710 стороны; несмотря на то, что подобный вариант не является традиционным, он оказался эффективным при условии, что обратный проводник 730 находится в физическом контакте с обмоткой 710; следует понимать, что обратный проводник 730 может быть расположен буквально в любом месте вдоль внешней периферии обмотки 710;

Вариант (3) сквозной проводник 740 может быть расположен в геометрическом центре каркасного элемента 700 (т.е. вдоль продольной намоточной оси), как показано на, например, фиг.2-2C;

Вариант (4) сквозной проводник 750 может быть расположен вдоль точек радиуса внешнего диаметра каркасного элемента 700 с внутренней стороны по отношению к обмотке 710; и/или

Вариант (5) сквозной проводник 760 может быть расположен вне траекторий внутреннего проводника 720 и внешнего проводника 750, расположенных в соответствии с описанием в вариантах (1) и (4) выше.

Различные описанные согласно фиг.7 варианты предлагают разную электрическую функциональность в соответствии с различными производственными компромиссами. Например, в некоторых областях уменьшение электрической функциональности, наблюдаемое в устройстве измерения тока, не является достаточно существенным, чтобы нивелировать преимущества, связанные с упрощением производства с помощью расположения сквозного проводника близко к внутреннему диаметру конечного устройства измерения тока (как описано выше в отношении к, например, фиг.5-5C). С другой стороны, в областях применения, требующих высокую производительность и точность, дополнительные затраты на производство могут быть оправданы более высоким уровнем производительности/точности. В рамках изложенных здесь материалов специалист в данной области сможет без труда понять подобные компромиссы, по причине чего они не описываются далее подробно.

Ссылаясь на фиг.8, показан и подробно описан другой вариант устройства 810 измерения тока. В частности, вариант осуществления изобретения, описанный на фиг.8, относится к особенному случаю, когда проводник 820 с током, подлежащим измерению, является продолговатым или, так или иначе, имеет неправильную форму. Продолговатые формы, подобные проиллюстрированной, можно часто встретить, например, во многих электростанциях (формы так называемых электрических шин, использующихся в распределительных щитах, в распределительных станциях и подстанциях). Как было сказано до этого, устройство измерения тока согласно предыдущим вариантам предполагает наличие, по существу, тороидальной формы, что является общепринятым подходом в предшествующем уровне техники. Однако было обнаружено, что путем удлинения профиля устройства 810 измерения тока так, что он в целом приобретает овальную или эллиптическую форму, чтобы вмещать продолговатую форму проводника 820, можно добиться улучшенной электрической производительности. Следует вспомнить, что чувствительность напряжения пояса Роговского определяется уравнением (1):

$$уравнение(1)V=\frac{-AN{\mu }_O}{l}\frac{dl}{dt}$$

.

Соответственно, благодаря в целом овальной форме устройство измерения тока имеет относительно меньшую длину (чем пояса Роговского, известные из предшествующего уровня техники), тем самым повышая уровень напряжения, видимый в проводнике 820 с током. Следует понять, что в дополнение к искривленным конфигурациям могут быть использованы конфигурации в виде квадрата или прямоугольника.

Необходимо понимать, что в варианте, в котором используются сегментированные каркасные элементы (например, сегментированный каркасный элемент 210 на фиг.2) или, альтернативно, головной элемент (110 на фиг.1), центральное отверстие 830 может быть изготовлено такого размера, чтобы вмещать проводник 820 без надобности физического изменения формы самой сегментированной обмотки. Другими словами, каркасный элемент или головной элемент сами по себе изготовляются физически такого размера, чтобы вмещать проводник. На фиг.8А показан подобный примерный вариант. В частности, на фиг.8А показано устройство 850 измерения тока, сформированное множеством сегментированных каркасных элементов 852, каждый из которых имеет на себе обмотку 854. Данные сегментированные каркасные элементы впоследствии используются в соединении с выравнивающими элементами 856 так, чтобы каркасные элементы выровнялись вокруг измеряемого проводника 820. Таким образом, выравнивающие элементы предотвращают перекос или смещение устройства 850 измерения тока, когда оно устанавливается вокруг проводника, и в дальнейшем предоставляют возможность аккуратного и многократного применения (обеспечивая постоянную электрическую функциональность для устройства измерения тока, установленного в полевых условиях).

Более того, согласно другим вариантам изобретения, выравнивающие элементы являются сменными так, чтобы вмещать электрические шины разных форм и размеров и/или располагать проводник в различных частях центрального отверстия катушки.

Подобно бескаркасному или бесформенному варианту осуществления изобретения, описанному в других частях настоящего документа, может быть использован центральный выравнивающий элемент, который точно располагает (и ориентирует) устройство измерения тока вокруг проводника.

На фиг.8В и фиг.8В-1 проиллюстрирован другой вариант измерительной катушки, изготовленной, по существу, в прямоугольной форме и имеющей четыре (4) сегмента (количество сегментов может быть различно, но кратно двум), соответствующих каждой из четырех сторон прямоугольного проводника. Как показано на фиг.8В, четыре сегмента 870, 872, 874, 876, соответствующих каждой из четырех сторон электрической шины 878, расположены относительно друг друга под углом в 90 градусов. Боковые сегменты 872, 876 катушки имеют большую длину (и большее количество витков), чем концевые сегменты 870, 874, хотя необходимо понять, что могут быть использованы и другие конфигурации (включая четыре идентичных сегмента, сегменты одинаковой длины, но с разной плотностью витков, сегменты различной длины, но с одинаковой плотностью витков и т.д.). Более того, конфигурация, проиллюстрированная на фиг.8В, может быть использована с квадратными проводниками (не показано) или с группой проводников, комбинация которых эффективно образует прямоугольник или квадрат.

Устройство 868 на фиг.8В и фиг.8В-1, согласно иллюстрированному варианту, расположено в твердой оболочке или корпусе 880 (показан с частью корпуса двухчастного типа; на фиг.8B убран), но также возможны и другие варианты (включая, например, инкапсуляцию или применение головной части или каркаса для поддержки).

На фиг.9 показана альтернатива, по существу, круглым намоточным каналам 910, связанными с известными из уровня техники устройствами измерения тока. Как можно увидеть на фиг.9, длина поперечного сечения устройства 920 измерения тока была увеличена вдоль пути проводника 940, ток в котором необходимо измерить. Сквозной проводник 930 может быть расположен в устройстве 920 измерения тока в любом количестве мест, учитывая различные конструкторские компромиссы, что изложено выше в описании фиг.7. Соответственно, по причине увеличения площади поперечного сечения (А в уравнении 1) повышается уровень напряжения для измеряемого проводника 940 с током. В то время, как катушки типа пояса Роговского, известные из предыдущего уровня техники, обычно сохраняли свою традиционную круглую или тороидальную форму по причине боязни, что отклонение от этих форм неблагоприятно повлияет на электрическую функциональность катушки, во многих областях применения было обнаружено, что подобные изменения формы являются приемлемыми для данных устройств.

В другом варианте осуществления изобретения могут быть использованы два или более «слоев» обмотки, чтобы сформировать катушку и обратный проводник. Например, в одном варианте первый слой обмотки наносится поверх каркасных или головных сегментов так, чтобы эффективно произвести полное покрытие каркасного элемента или головного элемента. После выполнения первого слоя, та же обмотка «покрывает себя в обратном направлении» поверх первого слоя так, чтобы сформировать второй слой. Первый слой эффективно выполняет функцию обратного проводника в отношении ко второму слою, хотя слой обратного проводника необязательно должен быть первым слоем. Следует понять, что для обратного и/или «верхнего» (второго) слоя может быть использовано большее количество слоев, в случае необходимости. Более того, плотность и топология намотки могут быть разными для каждого слоя, например, так, что слой обратного проводника намотан с меньшей плотностью (большим интервалом между витками), чем верхний слой.

Также необходимо понять, что вышеупомянутый «многослойный» подход не должен обязательно быть использован вместе с каркасом или головной частью. Например, в одном «автономном» варианте описанный выше скрепляемый провод используется для формирования первого и последующих слоев (например, намотан поверх оправы или другой извлекаемой структуры, затем термически скреплен, и оправа/структура извлечена). Альтернативно может быть использован не скрепляемый провод, который впоследствии будет инкапсулироваться или удерживаться связующим веществом до извлечения оправы/структуры. Также возможны применения множества других вариантов специалистом в данной области в случае предоставления настоящего описания.

Ссылаясь на фиг.16-16D, показан и подробно описан другой вариант устройства 1600 измерения тока, в качестве основы использующего каркас или головную часть. Подобно другим описанным вариантам устройство 1600 измерения тока, проиллюстрированное на фиг.16-16D, содержит множество сегментированных каркасных элементов 1610. На фиг.16 в деталях изображен единичный экземпляр сегментированных каркасных элементов 1610, адаптированный для соединения с другими сегментированными каркасными элементами посредством шарнирного соединения 1620. Также в соответствии с вариантом осуществления изобретения могут использоваться соединения другого типа.

В проиллюстрированном варианте шарнирное соединение 1620 содержит пару шарнирных элементов 1621 и 1623, в каждом из которых находится сквозное отверстие 1632 такого размера, чтобы вмещать вставляемый стержень (элемент 1650 на фиг.16А). Шарнирное соединение в комбинации со вставляемым стержнем является немного похожим на то, что можно увидеть на обычной дверной петле. Данные шарнирные соединения включают внешнюю пару 1623 шарнирного соединения и внутреннюю пару 1621 шарнирного соединения, которые сконструированы таким образом, чтобы удерживать прилегающие сегментированные каркасные элементы. В частности, внешняя пара 1623 шарнирного соединения разведена на такое расстояние, чтобы соответствующая внутренняя пара 1621 шарнирного соединения могла вместиться между внешней парой. Следует понимать, что каждый элемент сегмента 1610 (т.е. каждая его сторона или соединительная часть) может содержать (I) внешнюю шарнирную пару, (II) внутреннюю шарнирную пару или (III) некоторую комбинацию из перечисленных. Согласно одному из вариантов, каждый из сегментированных элементов изготовлен идентично другому в целях упрощения их сборки и уменьшения стоимости, хотя это никаким образом не является обязательным требованием. Более того, элементы сегментов могут быть изготовлены с, по меньшей мере, двухмерной симметрией так, что они могут быть вставлены в сборку в двух ориентациях, тем самым упрощая сборку с точки зрения того, что автоматизированный или ручной сборочный процесс не должен быть точно ориентирован во всех трех измерениях (напротив, только в двух измерениях).

Каждая из пар шарнирного соединения, проиллюстрированных на фиг.16, также содержит ввод со скошенной кромкой для сквозного отверстия 1632. Данный ввод со скошенной кромкой облегчает установку вставляемого стержня для облегчения сборки.

Кроме того, подобно другим вариантам каркасных элементов, описанным выше, каркасный элемент 1610 на фиг.16 также содержит намоточный канал 1612 с фланцами 1618, расположенными на каждой стороне намоточного канала. Намоточный канал ограничен сердечником или барабаном 1613, который обеспечивает механическую опору для изолированной обмотки.

Каркасный элемент также включает в себя проход 1630 для обратного проводника, расположенный в установочном элементе 1634 обратного проводника. Проход 1630 для обратного проводника предназначен для установки сквозного проводника в точном положении в каждом из сегментированных каркасных элементов. В проиллюстрированной конфигурации проход располагается вдоль продольной оси (т.е. геометрического центра) каждого из цилиндрических каркасных элементов 1610; однако, как упомянуто выше, положение центрального проводника (или проводников) может быть (I) несимметричным относительно поперечного сечения прохода 1630 или каркасного элемента; (II) может быть непостоянным или изменяемым; и/или (III) может находиться в другом месте.

На фиг.16 также изображено несколько дополнительных конструкционных особенностей, отсутствующих в некоторых иных вариантах каркасных элементов, хотя нужно понять, что указанные иные варианты могут без труда содержать данные особенности. Указанные конструкционные особенности включают намоточные установочные выпуклости 1638 вместе с соответствующими установочными отверстиями 1636. Данные выпуклости и отверстия полезны в процессе намотки для того, чтобы гарантировать сохранение надлежащего выравнивания между прилегающими каркасными элементами 1610 (т.е. чтобы предотвратить относительное скручивание провода в процессе намотки на намоточную оправу и т.д.), и чтобы поддерживать устойчивость во время вращения каркасных элементов с большой скоростью.

В проиллюстрированном варианте фланцы также содержат отверстия 1616 для проводящих зажимов. Данные отверстия 1616 изготовлены такого размера, чтобы вмещать соответствующий зажим (не показан), который впоследствии используется, чтобы обеспечить соединение обмотки, находящейся на намоточном канале 1612, с обратным проводником и с внешним соединением (см., например, описание изготовления касающегося, среди прочего, фиг.18А-18S). Следует заметить, что согласно показанному варианту, каркасный элемент 1610 включает два (2), в достаточной степени, идентичных отверстия 1616 для зажимов, расположенных на противоположных фланцах 1618. Однако в альтернативных вариантах могут использоваться «ориентированные» отверстия для зажимов, отличающиеся тем, например, что они могут предотвратить вставку неподходящих зажимов (т.е. таких, которые различаются в зависимости от вставки в «передний» или «последний» концы устройства типа пояса Роговского).

В то время как показанная конфигурация подразумевает так называемую отдельную вставку зажимов, следует понимать, что проводящий зажим может быть вставлен и заформован во фланце (т.е. в процессе инжекционного литья самого каркасного элемента), тем самым становясь прикрепленным к каркасному элементу. Однако специалист в данной области может рассмотреть и применить также другие способы в случае предоставления настоящего описания.

На фиг.16А показано суммарное или общее количество каркасных элементов 1610 в единичном устройстве 1600, соединенных друг с другом с помощью соответствующих шарнирно-соединительных стержней 1650. Также следует заметить, что обмотка 1660 добавлена к каждому из каркасных элементов, как это показано на фиг.16А. В соответствии с ранее описанным, каркасный элемент 1610 отличается тем, что содержит намоточный канал, предназначенный для того, чтобы на нем располагался один или несколько слоев обмотки, в то время как фланцы удерживают обмотку на намоточном канале так, что осуществляется, по меньшей мере, по существу равномерное распределение обмотки по каждому из каркасных элементов 1610. Несмотря на то, что намоточный канал изображен с гладким намоточным барабаном или сердечником, следует понять, что на нем могут быть сформированы канавки, благодаря которым реализуется дополнительная направляющая для обмотки так, что витки наматываются более равномерно. Следует понять, что барабан, изображенный симметричным и круглым, не должен обязательно иметь поперечное сечение в виде симметричного «барабана». Также он может иметь сегментирование (т.е. содержать восьмиугольник, эллипс, многоугольник и т.д. в поперечном сечении), как описано выше.

На фиг.16В покомпонентно изображено устройство 1600 типа пояса Роговского вместе с каркасными элементами, находящимися в процессе установки в корпус. В данном варианте корпус содержит верхнюю часть 1670 корпуса и нижнюю часть 1680 корпуса, хотя возможны и другие конфигурации.

На фиг.16С-16D показано, как каждый из каркасных элементов 1610 удерживается в корпусе. На фиг.16D видно, что нижняя часть корпуса содержит несколько конструктивных особенностей, которые облегчают сборку устройства. В частности, данные конструктивные особенности обеспечивают точное расположение каркасных элементов 1610 в корпусе. Элементы 1684 для приема шарнирного стержня изготовлены таким образом, чтобы вмещать шарнирные стержни 1650, присутствующие в сборке каркасных элементов 1610. Данные конструктивные особенности обеспечивают надежное и точное расположение каждого из каркасных элементов 1610 так, чтобы гарантировать многократное применение электрических возможностей устройства 1600 типа пояса Роговского, и также облегчают сборочный процесс путем подгонки различных компонентов основной части в соответствии с требуемым положением. Бортовые удерживающие элементы 1682, 1686 также изготовлены такого размера, чтобы вмещать каркасные элементы и надежно удерживать их в нижней части 1680 корпуса. Нижняя часть корпуса содержит центральное отверстие 1688, которое изготовлено для того, чтобы вмещать электрический проводник (проводники), который необходимо измерить устройством 1600 типа пояса Роговского. Как замечено выше, данное центральное отверстие может (I) иметь некруглую форму и/или несимметричную форму; и/или (II) может быть сменным так, чтобы вмещать проводники с разными поперечными сечениями (например, круглые, параллельные, прямоугольные «шины» и т.д.).

Ссылаясь на фиг.17-17С, показан и подробно описан другой вариант устройства 1700 измерения тока, в качестве основы использующего каркас или головную часть. Данный вариант имеет так называемое «естественно-шарнирное» устройство, что описывается более подробно ниже. На фиг.17 проиллюстрирован единичный сегментированный каркасный элемент 1710, который в комбинации с другими каркасными элементами (например, в количестве шести (6) в приведенном варианте) формирует устройство 1700 типа пояса Роговского, изображенное на фиг.17А. Подобно описанным выше вариантам, все каркасные элементы, проиллюстрированные на фиг.17-17С, расположены рядом друг с другом в общей плоскости с использованием шарнирного соединения 1720. Однако в приведенном варианте шарнирное соединение 1720 включает гибкий шарнир 1725, соединяющий фланец 1718 каркасного элемента с соединительной частью и содержащий часть 1721 намоточного сердечника вместе со вставочной частью 1723, последняя изготовлена такого размера, чтобы помещаться в соответствующее отверстие 1722, расположенное на намоточном канале 1712 прилегающего каркасного элемента. Часть 1721 намоточного сердечника содержит изогнутую поверхность, которая сформирована таким образом, чтобы ее диаметр в достаточной степени был идентичен нижележащему намоточному сердечнику. Кроме того, толщина шарнирной соединительной части намоточного сердечника приблизительно равна глубине полости 1727 сердечника так, что когда осуществляется шарнирное соединение с прилегающим каркасным элементом, данное соединение практически исключает наличие стыка.

Аналогично другим вышеописанным вариантам каркасных элементов, каркасный элемент 1710 на фиг.17 содержит намоточный канал 1712, ограниченный барабаном или сердечником 1713, и фланцы 1718, расположенные на обоих сторонах намоточного канала для того, чтобы определить намоточное «окно» для каркаса. Также каркасный элемент включает проход 1730 для обратного проводника, находящийся в установочном элементе 1735 обратного проводника. Проход 1730 для обратного проводника устанавливает сквозной проводник в точном положении в каждом из сегментированных каркасных элементов, как это описано выше. В приведенной конфигурации проход расположен вдоль продольной оси (т.е. геометрического центра) каждого из цилиндрических каркасных элементов 1610; однако, как замечено здесь ранее, центральный провод (провода) могут быть расположены во многих различных местах, обеспечивая при этом адекватную электрическую функциональность для большинства случаев измерения тока.

На фиг.17 также проиллюстрировано применение намоточных установочных выпуклостей 1738 вместе с соответствующими установочными отверстиями 1736. Данные выпуклости и отверстия полезны в процессе намотки для того, чтобы гарантировать сохранение надлежащего выравнивания между прилегающими каркасными элементами 1710 (т.е. чтобы предотвратить относительное скручивание провода в процессе намотки на намоточную оправу и т.д.). Дополнительно на фланцах располагаются отверстия 1716 для проводящих зажимов. Данные отверстия 1716 изготовлены такого размера, чтобы вмещать соответствующий зажим (не показан), который впоследствии используется, чтобы обеспечить соединение обмотки, находящейся на намоточном канале 1772, с обратным проводником и с внешним соединением (см., например, описание изготовления касающегося, среди прочего, фиг.18А-18S). Следует заметить, что в показанном варианте каркасный элемент 1710 содержит два (2) по существу одинаковых отверстия 1716 для зажима, расположенных на противоположных фланцах 1718. Кроме того, не смотря на то, что показана конфигурация, подразумевающая отдельную вставку зажимов, также возможна вставка и заформовка зажимов во время инжекционного литья или с помощью иных технологий, которые могут быть без труда применены.

На фиг.17В показано сечение устройства 1700 типа пояса Роговского из фиг.17В по линии 17В-17В. На данном сечении на фиг.17В хорошо видно посадку различных элементов шарнирного соединения. Особенно хорошо можно увидеть вставочную часть 1723 шарнирного соединения, которая протолкнута в отверстие 1722 намоточного сердечника таким образом, чтобы во время соединения различных каркасных элементов вставочная часть не оказалась слишком глубоко в сердечнике. Также, как можно увидеть на фиг.17В, внешняя поверхность 1731 установочного элемента 1735 обратного проводника расположена с отступом от (т.е. вовнутрь от) внешней поверхности 1719 каркасного элемента 1710. Данный отступ позволяет производить вставку и выравнивание, например, первого и последнего зажимов (1890, 1892 на фиг.18А и 18В соответственно).

Варианты применения устройства измерения тока.

Описанный в настоящем документе пример устройства измерения тока может быть использован в любом количестве возможных областей и/или в случаях, когда необходимо измерить ток в проводнике, при этом не нарушая каким-либо образом работу самого проводника тока. Одним из подобных распространенных вариантов применения устройства измерения тока являются счетчики электроэнергии, которые находят свое применения в областях жилищной сферы, коммерции и в индустриальной сфере. Путем измерения тока, потребленного потребителем электроэнергии, и передачи этой информации в коммунальное предприятие через сетевой интерфейс на счетчике, коммунальное предприятие или другая организация может лучше контролировать выставление счетов своим потребителям и/или лучше понимать особенности потребления энергии той или иной частью электрической сети или системы.

Будучи устойчивыми к искажениям и электромагнитным помехам, устройства измерения тока типа пояса Роговского нашли широкое применение в различных областях, включая недавнее активное распространение так называемых умных сетей. Более того, в дополнение к использованию устройств измерения тока в областях контроля за электроснабжением (например, в виде автоматических выключателей, станций мониторинга жилой сферы или индустриальной и т.д.) можно найти применение данных устройств в большом количестве различных областей, в которых используются большие количества тока (например, сварочные аппараты и системы управления двигателями).

Многокатушечное устройство измерения тока.

Ссылаясь на фиг.15А, проиллюстрирован первый вариант многокатушечного устройства типа пояса Роговского. В частности, многокатушечное устройство типа пояса Роговского на фиг.15А содержит два (2) устройства типа пояса Роговского, которые были проиллюстрированы выше на фиг.1, расположенных в «состыкованной» или смежной конфигурации. Несмотря на то, что показан вариант катушки из фиг.1, следует понять, что любые варианты устройств измерения тока, описанных в настоящем документе, могут быть без труда состыкованы подобным образом (включая, но не ограничиваясь, бесформенные или бескаркасные варианты описанные выше). Также каждое верхнее и нижнее устройство типа пояса Роговского изображено только с одним катушечным элементом или сегментом 1510 и 1520, соответственно. Однако необходимо понимать, что на практике каждое из устройств типа пояса Роговского, в соответствии с показанным вариантом, будет иметь восемь (8) намотанных катушек. На фиг.15А изображена одна намотанная катушка только с той целью, чтобы лучше показать относительные отступы, находящиеся между верхним и нижним устройствами типа пояса Роговского.

Согласно предыдущему описанию устройств типа пояса Роговского, известных из уровня техники, данные устройства имеют единообразное распределение намотки (т.е. они не сегментированы). По причине того, что устройства 100 типа пояса Роговского, изображенные на фиг.15А, сегментированы, следует ожидать некоторое рассеяние магнитного потока или «несовершенства» в промежутках между намотанными катушками данных устройств. Соответственно, путем расположения устройств типа пояса Роговского на фиг.15А один поверх другого в близости друг к другу и производя угловое смещение верхней сегментированной намотанной катушки 1510 относительно нижней сегментированной намотанной катушки 1520 (и объединяя выходы обоих катушек), комбинированные устройства становятся более похожими на идеальный пояс Роговского, имеющий несегментированное единообразное распределение намотки, в своем поведении.

Необходимо понять, что в то время как в варианте на фиг.15А изображаются только две катушки, три (или более) катушки могут быть расположены одна поверх другой подобным образом, если это необходимо. Например, может быть необходимо использовать три (3) подобных катушки в состыкованной конфигурации (не показано) с промежутками между сегментами в средней катушке, соответствующими катушечным сегментам в верхней и нижней катушке так, что рассеяние магнитного поля на промежутках средней катушки компенсируется, по существу, симметрично (сверху и снизу) верхней и нижней катушками соответственно.

В другой конфигурации (в такой, где промежутки по своим размерам являются существенными относительно длины сегментов катушки) расположение катушек соответствующих составных катушек может быть «фазным» относительно промежутка первой. Например, первая катушка находится в вертикальном положении ноль (0) и в угловом положении ноль (0), вторая катушка находится в вертикальном положении один (1) сверху над первой катушкой и в угловом положении ноль плюс х, третья катушка находится в вертикальном положении два (2) сверху над второй катушкой и в угловом положении ноль плюс у (где у больше, чем х), и так далее.

В общем, для того, чтобы был какой-то существенный эффект относительно рассеяния магнитного поля и точности благодаря добавлению нескольких катушек, катушки должны быть смещены по отношению друг к другу отчасти азимутально (т.е. сегменты одной катушки перекрываются промежутками в другой катушке); однако это не всегда так. По меньшей мере, какой-то эффект, отражающийся на точности/рассеянии, может произойти в определенных конфигурациях просто благодаря расположению двух или более катушек поверх друг друга с выравниванием их сегментов; происходит это из-за того, что рассеяние на промежутке одной из катушек компенсируется прилегающими сегментами другой катушки (других катушек), даже когда прилегающие сегменты второй катушки не выровнены с промежутками.

На фиг.15В показан вид сверху двух устройств типа пояса Роговского из фиг.15А. В частности, на фиг.15B можно явно увидеть угловое смещение нижних намотанных катушек 1520, которые сдвинуты относительно верхних намотанных катушек 1510. В то время как составное устройство типа пояса Роговского на фиг.15А и 15В проиллюстрировано только с двумя (2) такими устройствами, следует понимать, что три (3) и более устройства типа пояса Роговского могут быть расположены сверху друг друга с объединением их выходов и угловым относительным смещением так, чтобы обеспечить более идеальное поведение во время измерения тока, проходящего через проводник, который необходимо измерить.

На фиг.15С изображен другой вариант состыкованного устройства типа пояса Роговского. В частности, на фиг.15С проиллюстрирован вариант устройства, показанного на фиг.15А, в котором на устройство 100 типа пояса Роговского накладывается регулировочное покрытие 1530. Данное покрытие 1530 предпочтительно изготовлено из литого полимера и имеет конструктивные особенности (не показаны), которые позволяют покрытию вращаться относительно друг друга во время соединения. В случае, если два устройства могут совершать вращения 1534, пользователь может эффективно регулировать выход составных устройств типа пояса Роговского для того, чтобы оптимизировать функциональность составного устройства типа пояса Роговского. Регулировочное покрытие также содержит шарнир 1532, который позволяет покрытию и устройствам типа пояса Роговского устанавливаться вокруг проводника, который необходимо измерить, без надобности проведения данного проводника через центральное отверстие 1536.

Ссылаясь на фиг.15D, показан и подробно описан альтернативный вариант регулируемого состыкованного устройства 1540 типа пояса Роговского. Устройство на фиг.15D включает три (3) устройства 100 типа пояса Роговского, хотя среднее устройство было убрано для того, чтобы лучше показать внутреннюю конструкцию состыкованного устройства 1540. Устройства 100 типа пояса Роговского располагаются в защитном покрытии 1560, которое изображено в поперечном сечении. Устройства 100 являются подобными по конструкции устройствам, показанным на фиг.1, однако в данном примере осуществления изобретения, они сконструированы из полимерного материала, подверженного прямому лазерному спеканию (LDS, от англ. - Laser Direct Sintering). Каждое из устройств содержит сформированные на нем две покрытые проводящим материалом поверхности 1540, которые электрически соединены с соответствующими концами обмотки сегментированных поясов Роговского. Устройства 100 типа пояса Роговского располагаются в канале 1550, сформированном в защитном покрытии 1560. Данные каналы 1550 используются в качестве направляющей, которая позволяет устройствам 100 типа пояса Роговского вращаться в покрытии 1560.

Покрытие 1560 также предпочтительно изготовляется из полимерного LDS-материала, тем самым позволяя каналам 1550 аналогично быть покрытыми проводящим материалом. Соответственно, проводящие каналы 1550 покрытия электрически соединены с проводящими пластинками 1548 устройства типа пояса Роговского. Между индивидуальными устройствами 100 и покрытием 1560 могут быть использованы различные соединительные элементы (включая полимерные LDS-элементы), такие, как описанные в патентной заявке США 12/482,371 от 10.06.2009 «MINIATURIZED CONNECTORS AND METHODS», на того же заявителя. Полное содержание указанной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки. Проводящие каналы 1550 впоследствии электрически соединяются друг с другом и также с выходными клеммами 1562. Данные выходные клеммы 1562 могут быть либо прикреплены к внешнему проводу (не показан) или альтернативно к внешней плате (не показана) с помощью поверхностной установки или с использованием сквозных отверстий.

В качестве альтернативы использования LDS-полимеров, устройства 100 типа пояса Роговского и покрытие 1560 могли бы также быть сконструированы в виде композитной структуры. В частности, проводящие пластинки 1548 на устройстве типа пояса Роговского и проводящие каналы 1550 изготовлены путем нанесения металлического сплава на нижележащую полимерную структуру. Данные металлические сплавы могут быть либо вставлены отдельно или сформированы в предварительно изготовленных отверстиях, присутствующих на покрытии или на головной части пояса Роговского, соответственно. В качестве дополнения данным металлическим сплавам предпочтительно придается такая форма, чтобы они могли функционировать как пружины и обеспечивать дополнительную контактную силу во время вращения устройств 100 типа пояса Роговского внутри покрытия. Устройства типа пояса Роговского вращаются внутри покрытия с помощью выступающей через расположенное на покрытии 1560 отверстие 1564 части 1566. С помощью манипулирования выступающей частью 1566 в боковом (азимутальном) направлении 1568 можно регулировать индивидуальные устройства типа пояса Роговского в сборке 1540.

Ссылаясь на фиг.15Е, показано и подробно описано концентрическое состыкованное устройство 1570 типа пояса Роговского. В частности, состыкованное устройство 1570 типа пояса Роговского содержит внутренний пояс 1580 Роговского и внешний пояс 1575 Роговского. И внутренний и внешний пояса Роговского изготовлены таким образом, чтобы вращаться в круговом направлении 1572 относительно друг друга. Подобно состыкованным вариантам, проиллюстрированным на фиг.15А-15D, концентрическое состыкованное устройство типа пояса Роговского на фиг.15Е позволяет обмотке 1577 внешнего пояса 1575 располагаться смежно к свободным средним сегментам 1582 внутреннего пояса 1580. Аналогично, обмотка 1584 внутреннего пояса 1580 расположена смежно к свободным средним сегментам 1579 внешнего пояса 1575. Соответствующие концы внутреннего и внешнего устройств типа пояса Роговского впоследствии электрически соединяются друг с другом, чтобы обеспечить комбинированный выход для проводника, который необходимо измерить.

В другом примере осуществления изобретения два (2) или более таких концентрических состыкованных устройств 1570 типа пояса Роговского могут быть расположены поверх друг друга (подобно тому, как показано на фиг.15А), тем самым обеспечивая дополнительную избыточность компенсации искажений в электрической производительности, вызванных сегментированием катушек. В такой конфигурации необходимо располагать элементы обмотки 1584 внутреннего пояса смежно к свободным средним сегментам 1582 прилегающего внутреннего пояса, в то время как элементы обмотки 1577 внешнего пояса располагаются смежно к свободным средним сегментам 1579 прилегающего внешнего пояса.

Однако в еще одном варианте предлагается «гибридная» состыкованная/концентрическая конфигурация (не показана). В данном варианте индивидуальные катушки многокатушечной сборки имеют разные радиусы, но не такие, чтобы одна полностью помещалась в другой (т.е. внешний диаметр одной из катушек больше, чем внутренний диаметр «отверстия» следующей прилегающей катушки так, что они находятся в состыкованной конфигурации, но с разными диаметрами). Изменение диаметра катушки как функции от вертикального положения может иметь прогрессивный характер (например, диаметр катушки, находящейся в вертикальном положении ноль (0), меньше, чем диаметр следующей, находящейся выше, катушки, а диаметр последующей катушки меньше, чем диаметр третьей катушки, находящейся над ней, и т.д.) или же представлять собой другую модель (такую как «песочные часы», где самая нижняя катушка имеет диаметр больше, чем катушка (вторая) над ней, а катушка сразу над второй тоже имеет больший диаметр).

В то время, как первоначально предлагаются регулируемые варианты, составные устройства типа пояса Роговского на фиг.15А-15Е этим не ограничиваются. В действительности в некоторых вариантах может быть необходимо сохранение фиксированного положения между прилегающими устройствами типа пояса Роговского, тем самым упрощая сборку.

Также необходимо понимать, что согласно другим вариантам осуществления изобретения, вертикальное расстояние между катушками или их взаимное расположение (будь то в «состыкованной» или «концентрической» конфигурации) может изменяться, тем самым увеличивая/уменьшая сопряжение или взаимодействие этих катушек. Например, вертикальная высота между двумя состыкованными катушками может изменяться от нуля (0) до буквально любого значения, совместимого с форм-фактором в каждом конкретном варианте применения. Очевидно, что наибольший эффект от соединения может быть достигнут тогда, когда катушки находятся в непосредственной близости друг от друга, но согласно настоящему изобретению рассматривается вариант, когда «регулировка» сборки также включает вертикальное расстояние между катушками в состыкованной или концентрической конфигурациях. В одном из вариантов подобное изменение расстояния осуществляется путем замены непроводящих прокладок (например, плоского тора или «шайб» установленной толщины, сделанных из, например, полимера, бумаги, капрона, и т.д.) между индивидуальными катушками. В другом варианте корпус, который содержит катушки, может быть сконфигурирован так, чтобы состыкованные катушки могли находиться на различной высоте друг от друга. Также возможно применение множества других способов изменения расстояния между катушками специалистом в данной области в случае предоставления настоящего описания.

Обращается внимание на то, что в то время как вышеупомянутые варианты состыкованных и концентрических (или гибридных) катушечных сборок могут «регулироваться» с помощью изменения расположения катушек относительно друг друга - вертикально, горизонтально или азимутально, или даже в их оси рыскания - они также могут регулироваться с целью достижения необходимого уровня функциональности с помощью их подбора. Например, в одном из вариантов сборки пользователю/установщику предоставляется множество (например, две или более) катушек низкой точности и очень низкой стоимости. Каждая из данных катушек может иметь, например, только несколько сегментов, относительно большое расстояние между сегментами и/или меньшую плотность витков на каждом сегменте так, что эти катушки представляют собой более грубую аппроксимацию «совершенного» пояса Роговского (но в то же время являются очень дешевыми в производстве). Возможен случай, когда пользователю сборки просто необходима грубая аппроксимация с низкой точностью измеренных параметров (например, тока в проводнике), и тем самым использование единственной из вышеупомянутых катушек в сборке может быть достаточным для этих целей. Альтернативно, другому пользователю сборки может потребоваться гораздо более высокий уровень точности устройства для применения в необходимой области; такие уровни производительности не могут быть достигнуты использованием одной из катушек низкой точности, но, возможно, их можно достигнуть двумя или тремя катушками, использованными в состыкованной/концентрической/гибридной конфигурации. Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления изобретения катушки могут быть добавлены или удалены пользователем в зависимости от требований для необходимого уровня функциональности, в то же время добиваясь самого большого экономического эффекта (в отличие от подхода в уровне техники «один размер подходит всем», согласно которому точность/аккуратность устройства эффективно зафиксирована).

Вышеупомянутая техника также может быть применима в установках, где может потребоваться большое количество индивидуальных или сгруппированных катушек, подобных тем, которые используются в программах широкого мониторинга потребителей коммунальных услуг. Например, там где база электрических счетчиков для потребителей коммунальных услуг, по существу, однородна, коммунальное предприятие может «отрегулировать» установку на примерном или образцовом счетчике и затем просто повторить установку для всех других счетчиков в пределах потребительской базы (без необходимости индивидуальной регулировки каждого). Таким образом, коммунальное предприятие может купить один «регулировочный набор», который может содержать, например, множество различных типов, диаметров, плотностей витков, расстояний между сегментами и конфигураций сборок катушки/катушек, и отрегулировать прототип или образцовую установку так, чтобы оптимизировать производительность и/или стоимость (т.е. достигнуть требуемого уровня точности при минимально возможной стоимости). Как только оптимальная конфигурация (или конфигурации для соответствующих типов установок для потребителей) известна, коммунальное предприятие может массово закупить оптимизированную по цене и производительности конфигурацию у поставщика, тем самым избегая лишнего использования и затрат на «остатки» или неиспользованные части (например, катушки) из-за приобретения множества индивидуальных регулируемых наборов.

Также стоит отметить, что в то время, как некоторые из вышеупомянутых вариантов подразумевают использование однородных катушечных конфигураций (например, две или три, по существу, идентичные катушки используются в состыкованной установке), настоящее изобретение также подразумевает использование неоднородных катушечных конфигураций. Например, в вышеописанной составной сборке первая катушка может иметь определенную плотность намотки сегментов и определенное расстояние между сегментами/их количество. Однако вторая катушка может иметь другую плотность или другое расстояние/количество, при этом имея тот же эффективный радиус и/или вертикальную высоту. Более того, как отмечается ранее, катушки могут также (или альтернативно) иметь различную высоту и/или радиусы, различные профили поперечного сечения и т.д. Таким образом, сборка, которая может «сочетать и согласовывать» различные типы катушек, также подразумевается в настоящем документе. Для подобной сборки также может быть сконфигурирован корпус (если такой присутствует), чтобы вмещать различные типы катушек, тем самым избавляя пользователя/установщика от необходимости приобретать разные типы корпусов в зависимости от выбранной комбинации/конфигурации компонентов катушек. Данный «универсальный» корпус может быть без труда сконструирован так, чтобы вмещать различные возможные конфигурации, при этом соответствуя целям относительной экономии пространства, низкой стоимости, удержания катушки (катушек) в необходимой относительно измеряемого проводника ориентации и т.д.

Способы изготовления устройств измерения тока

Ссылаясь на фиг.10, показан и подробно описан первый вариант способа изготовления устройства 1000 измерения тока. В частности, на фиг.10 иллюстрируется способ производства устройств измерения тока, показанных на фиг.1-1B. На этапе 1010, бескаркасные катушки наматывают на оправе. Данные катушки могут по выбору быть намотанными либо по очереди, либо, как альтернатива, вместе, чтобы избежать необходимости их соединения на последующих технологических операциях. Данные катушки могут быть намотаны либо с использованием одного слоя обмотки либо, как альтернатива, в многослойной конфигурации. Намотанные катушки впоследствии скрепляются с помощью применения тепла. Производство бескаркасных катушек описано, среди прочего, в патентной заявке США того же заявителя 11/203,042 «Stacked Inductive Device and Methods of Manufacturing» поданной 12 августа 2005, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

На этапе 1020 намотанные катушки надевают на заранее изготовленный из медного провода обратный контур (фиг.1, 104). В примере осуществления изобретения, форма изготовленного из медного провода обратного контура в общем представляет собой букву «С» с относительно маленьким промежутком между началом и концом медного обратного контура.

На этапе 1030 каждую из бескаркасных катушек (фиг.1, 102) располагают в соответствующих полостях (фиг.1А, 112) сегментированной головной части (фиг.1, 110).

На этапе 1040 обратный контур из медного провода вставляют в направляющий радиальный паз 114 сегментированной головной части. Как вариант, обратный контур может быть закреплен в радиальной канавке с помощью применения эпоксидного связующего вещества.

На этапе 1050 наружный вывод последней намотанной катушки прикрепляют к концу обратного проводного контура. Данное прикрепление может быть произведено с использованием любого количества известных способов, таких как эвтектическая пайка, звуковая сварка и т.п.

На этапе 1060 начальный вывод первой намотанной катушки и начало обратного контура соединяют соединительными проводами устройства измерения тока. В примере осуществления изобретения соединительные провода включают витую пару, экранированные подводящие провода.

На этапе 1070 катушечную сборку располагают внутри или каким-либо образом инкапсулируют в защитную оболочку или покрытие, тем самым заканчивая сборку. В примере осуществления изобретения катушечная сборка расположена внутри перекрывающегося защитного пластмассового двухчастного корпуса. Перекрывающаяся природа пластмассового грейферного корпуса предоставляет повышенную защиту относительно высокого потенциала (также известного как «Hi-Pot», от англ. High Potential) благодаря увеличению протяженности между проводами устройства измерения тока и проводника, который необходимо измерить.

Ссылаясь на фиг.11, показан и подробно описан альтернативный способ изготовления устройства 1100 измерения тока. В частности, на фиг.11 иллюстрируется способ производства устройств измерения тока, показанных, например, на фиг.2-2C и фиг.4-4B. На этапе 1100 сегментированные каркасные элементы (фиг.2, 210) вставляют на оправу. В примере осуществления изобретения, начиная с конца, каждый каркасный элемент непрерывно наматывается вслед за последующими каркасными элементами так, что образуется непрерывная обмотка катушки без дискретных соединений. Данные намотанные катушки могут быть либо однослойными, либо многослойными по своей природе.

На этапе 1120 обратный провод пропускают через соответствующие отверстия (фиг.2А, 230) каркасного элемента. В одном из вариантов обратный провод содержит одну или несколько витых пар, экранированных подводящих проводов, которые предварительно оголены, разделены и выпрямлены так, чтобы они могли быть пропущены через отверстия, изготовленные в каркасных элементах, в то время, когда они находятся на оправе. В альтернативном варианте этап 1120 следует перед этапом 1110 намотки каркасных элементов.

На этапе 1130 намотанные каркасные элементы снимают с оправы в виде единой сборки. Снятая сборка намотанных каркасных элементов имеет сходство с жемчугом на нити.

На этапе 1140 конечный провод последней катушки соединяют с концом витой пары обратного провода. В вариантах, в которых используются два отверстия (см., например, фиг.4, 432), обратный провод может быть проведен обратно через центральную часть сегментированных намотанных каркасных элементов.

На этапе 1150 каркасным элементам придается их конечная форма (такая, как описано выше в примерах тороидального типа и радиальных образцов). В примерах осуществления изобретения, содержащих шарнирные соединения (например, фиг.2, 220), шарнирные соединения располагаются таким образом, что они находятся на внутреннем диаметре образца тороидального типа.

На этапе 1160 каждый из каркасных элементов располагают внутри соответствующей полости или выемки, связанной с пластмассовым носителем. Например, в показанном на фиг.4A варианте, каждый из каркасных элементов 410 расположен внутри соответствующей полости 464 внешней кольцеобразной головной части 460.

На этапе 1170 начальный вывод первой катушки соединяют с другим концом обратного проводного контура.

На этапе 1180 катушечную сборку располагают внутри или каким-либо образом инкапсулируют в защитную оболочку или покрытие, тем самым заканчивая сборку, как это описано выше в отношении к этапу 1070 на фиг.10.

Ссылаясь на фиг.12, показан и подробно описан третий способ изготовления устройства 1200 измерения тока. В частности, на фиг.12 иллюстрируется способ производства устройств измерения тока, показанных на фиг.3-3D. На этапе 1210 сегментированные каркасные элементы (фиг.3, 300) вставляют на оправу. В примере осуществления изобретения, начиная с одного конца, обмотка закрепляется на одном конце, и провод прокладывается вдоль всех каркасных элементов по верхним канавкам (фиг.3, 314). Данный провод будет использоваться в качестве обратного провода.

На этапе 1220, начиная с дальнего конца (от начальной точки обратного провода), происходит наматывание провода вдоль длины каркасных элементов, при этом обмотка располагается на каждом каркасном элементе, тем самым образуя непрерывную обмотку катушки без соединений и одновременно охватывая обратный провод. Подобно предыдущим вариантам, катушки могут быть либо однослойными, либо многослойными, в зависимости от конструкторских соображений в соответствии с конкретной областью применения устройства измерения тока.

На этапе 1230 намотанные каркасные элементы снимают с оправы.

На этапе 1240 каркасным элементам придается их конечная форма (такая, как описано выше в примерах тороидального типа и радиальных образцов). В соответствии с вариантом, показанным на фиг.3-3D, обратный провод в данном случае будет проходить вдоль внешнего диаметра каркасных элементов.

На этапе 1250 наружный вывод и обратный провод соединяют с проводами, соответствующими соединительным проводам (например, витая пара, экранированные подводящие провода).

На этапе 1260 катушечную сборку располагают внутри или каким-либо образом инкапсулируют в защитную оболочку или покрытие, тем самым заканчивая сборку.

Ссылаясь на фиг.13, показан и подробно описан другой вариант изготовления устройства 1300 измерения тока. В частности, на фиг.13 иллюстрируется способ производства устройств измерения тока, показанных, например, на фиг.5-5C. На этапе 1310 сегментированные каркасные элементы (фиг.5, 510) вставляют на оправу. В примере осуществления изобретения, начиная с одного конца, каждый каркасный элемент непрерывно наматывается вслед за последующими каркасными элементами так, что образуется непрерывная обмотка катушки без дискретных соединений. Данные намотанные катушки могут быть либо однослойными, либо многослойными по своей природе.

На этапе 1320 обратный провод пропускают через соответствующие отверстия (фиг.5, 530) каркасных элементов. В одном из вариантов, обратный провод содержит одну или несколько витых пар, экранированных подводящих проводов, которые предварительно оголены, разделены и выпрямлены так, чтобы они могли быть пропущены через отверстия, выполненные в каркасных элементах в то время, когда они находятся на оправе. В альтернативном варианте этап 1320 следует перед этапом 1310 намотки каркасных элементов.

На этапе 1330 намотанные каркасные элементы снимают с оправы. Намотанные каркасные элементы снимаются в виде единой сборки, т.к. они соединены.

На этапе 1340 конечный провод последней катушки соединяют с концом витой пары обратного провода.

На этапе 1350 каркасным элементам придается их конечная форма (такая, как описано выше в примерах тороидального типа и радиальных образцов). В примерах осуществления изобретения, содержащих шарнирные соединения (например, фиг.5В, 550), шарнирные соединения располагаются таким образом, что они находятся на внутреннем диаметре образца тороидального типа.

На этапе 1360 каждый из каркасных элементов располагают внутри соответствующей полости или выемки, связанной с пластмассовым носителем, подобным показанному в варианте на фиг.4A.

На этапе 1370 начальный вывод первой катушки соединяют с другим концом обратного проводного контура.

На этапе 1380 катушечную сборку располагают внутри или каким-либо образом инкапсулируют в защитную оболочку.

Ссылаясь на фиг.14, показан и подробно описан другой способ изготовления устройства 1400 измерения тока. В частности, на фиг.14 иллюстрируется способ производства устройств измерения тока, показанных, например, на фиг.6-6B. На этапе 1410 сегментированные каркасные элементы (фиг.6, 610) вставляют на оправу. Обратный провод, начиная с одного конца, прокладывается в полости (фиг.6, 630) на внешнем диаметре каркасного элемента. Затем, начиная с противоположного конца, каждый каркасный элемент непрерывно наматывается вслед за последующими каркасными элементами так, что образуется непрерывная обмотка катушки без дискретных соединений. Данные намотанные катушки могут быть либо однослойными, либо многослойными по своей природе, и их располагают сверху обратного провода.

На этапе 1420 намотанные каркасные элементы снимают с оправы. Намотанные каркасные элементы снимаются в виде единой закрепленной сборки, т.к. они соединены.

На этапе 1430 конечный провод последней катушки соединяют с одним концом витой пары обратного провода.

На этапе 1440 каркасным элементам придается их конечная форма (такая, как описано выше в примерах тороидального типа и радиальных образцов).

На этапе 1450 каждый из каркасных элементов располагают внутри соответствующей полости или выемки, связанной с пластмассовым носителем, подобным показанному в варианте на фиг.4A. В другом варианте каждый из каркасных элементов располагают внутри нижней части перекрывающегося двухчастного корпуса.

На этапе 1460 начальный вывод первой катушки соединяют с другим концом обратного проводного контура.

В заключение на этапе 1470 катушечную сборку располагают внутри или каким-либо образом инкапсулируют в защитную оболочку. В варианте, в котором используется пластмассовый двухчастный корпус, на данном этапе перекрывающийся сверху защитный пластмассовый двухчастный корпус располагают и закрепляют поверх сборки.

Ссылаясь на фиг.18А-18S, показан и подробно описан один из способов сборки устройства типа пояса Роговского по изобретению. На фиг.18А показан первый характерный этап процесса изготовления. На фиг.18А первый концевой зажим 1890 вставляют в соответствующее отверстие расположенное на первом концевом каркасном сегменте 1810. Концевой зажим 1890, согласно одному из вариантов, изготавливается из проводящего листа металла, который штампуется и по выбору покрывается материалом, чтобы защищать текстуру поверхности зажима. После вставки зажим впоследствии изгибают. Данный изгиб, в приведенном примере, выполнен под углом в 60 градусов по отношению к неизогнутой части зажима 1890. Альтернативно, первый концевой зажим может быть вставлен и заформован во время процесса инжекционного литья. В характерном процессе, зажим после вставки формируют рукой так, чтобы он находился над поверхностью каркасного элемента. Кроме того, в характерных вариантах осуществления изобретения содержатся выемки вдоль линии изгиба концевого зажима, чтобы уменьшить необходимую силу для осуществления процесса изгиба, тем самым снижая вероятность появления трещин на каркасном сегменте во время процесса изгиба.

На фиг.18В показана вставка последнего концевого зажима 1892 в последний концевой каркасный сегмент 1810. Следует заметить, что сами каркасные сегменты, показанные на фиг.18А и на фиг.18В, являются идентичными (т.е. первый и последний каркасные элементы - идентичны, отличаются только их зажимы). Кроме того, также следует заметить, что «первый» концевой зажим на фиг.18А и «последний» концевой зажим на фиг.18В расположены на противоположных концах, соответствующих им каркасных сегментов. Последний концевой зажим 1892 также предпочтительно не сгибают перед вставкой, чтобы часть концевого зажима 1892, содержащая выемку, была расположена над проходом 1893 сквозного проводника.

На фиг.18С показан следующий этап характерного процесса, на котором каждый из каркасных элементов 1810 вставляют на намоточную оправу 1870. Каркасный элемент 1810 с последним зажимом (т.е. каркасный элемент, описанный в отношении к фиг.18В) вставляют на оправу первым, за ним следуют шесть (6) каркасных элементов, на которых нет проводящих зажимов. В окончание, первый каркасный элемент (т.е. каркасный элемент, описанный в отношении к фиг.18А) вставляют в конец ряда каркасных элементов, при этом первый концевой зажим 1890 обращен в противоположную остальным собранным каркасным элементам сторону.

Ссылаясь на фиг.18D, полимерный кабель 1860 помещается в канавку 1813, которая коллективно образована сборкой каркасных элементов 1810. Следует заметить, что конец кабеля обрезается так, что кабель не выступает за пределы внешней стенки 1811 фланца последнего элемента. В примере осуществления изобретения, кабель изготовляется из политетрафторэтилена (PTFE) электрического класса. Иллюстрированный диаметр равен 0,031 дюйма (приблизительно 0,078 мм), хотя следует понимать, что в альтернативных конфигурациях могут быть без труда использованы другие формы (т.е. прямоугольник, многоугольник и т.д.) и размеры. Данный кабель используется, чтобы создать соединительный «позвоночник», который окончательно удержит сборку вместе в ее конечной форме. Не смотря на то, что показано применение PTFE-кабеля, следует понять, что могут быть без труда использованы другие элементы (такие как лента, и т.д.) для того, чтобы обеспечить так называемый соединительный «позвоночник» для завершенного устройства типа пояса Роговского.

На фиг.18Е показано начало намоточного процесса. В частности, провод 1862, который будет намотан на каркасные элементы, сперва закрепляется на намоточном стержне 1872 оправы и впоследствии закрепляется на последнем зажиме 1892. Проводящий провод, в приведенном варианте, дважды оборачивают вокруг концевого зажима 1892 перед тем, как произвести намотку на намоточный барабан каркасного элемента.

На фиг.18F показан остаток последнего каркасного элемента 1810, на который было намотано необходимое количество витков провода 1862. В приведенном варианте три (3) слоя провода намотаны на каркасный элемент с пятьюдесятью двумя (52) витками провода в каждом слое. Слои изготовлены так, что первый слой наматывается слева направо; второй слой наматывается справа налево; и третий слой наматывается снова слева направо, хотя могут быть использованы и другие совместимые с изобретением типы намоток и/или количества слоев. Например, все витки (52 в приведенном примере) могут быть намотаны одним слоем в одном направлении. Альтернативно, можно использовать двухслойный двунаправленный тип намотки.

На фиг.18G показан проход провода 1862 с только что намотанного концевого каркасного элемента на прилегающий каркасный элемент. Следует заметить, что оба показанных каркасных элемента включают переходной элемент 1863, содержащий выступающую часть, на которой есть изогнутый край. Данный изогнутый край помогает предотвратить повреждение провода во время его прохода между прилегающими каркасными элементами. Прилегающий каркасный элемент впоследствии наматывается аналогично тому, как показано на фиг.18F (т.е. тремя (3) слоями, содержащими по пятьдесят два (52) витка в каждом). Оставшиеся каркасные элементы 1810 впоследствии наматываются подобно тому, как показано на фиг.18Н.

На фиг.18I показан конец обмотки 1862 после того, как она была нанесена на каждый из ранее рассмотренных каркасных элементов и закреплена на первом зажиме 1890. Подобно последнему зажиму, провод закрепляется на первом зажиме с помощью двукратного оборачивания провода вокруг зажима, хотя возможно применение и других механизмов.

На фиг.18J показана намотка экранирующего слоя 1864 на каркасные элементы. Как можно увидеть на фиг.18J, экранирующий слой состоит из дополнительного слоя пятидесяти двух (52) витков, которые намотаны в противоположном для предыдущих слоев направлении. Следует также заметить, что провод, из которого состоит экранирующий слой - это тот же провод, который использовался для предшествующей намотки каркасных элементов. Как показано на фиг.18К, процесс продолжается вместе с нанесением экранирующего слоя на все оставшиеся каркасные элементы. Использование того же провода, который использовался в предыдущей намотке является преимуществом особенно с точки зрения производственных затрат. В то время, как каркасные элементы уже расположены на намоточной оправе для автоматизированного нанесения обмотки, нет необходимости в выполнении дополнительных технологических операций оператором для того, чтобы нанести экранирующий слой на каркасные элементы. Соответственно, единственные дополнительные затраты, связанные с добавлением экранирующего слоя, состоят из лишнего времени, которое проводят каркасные элементы на намоточной оправе, являющегося минимальным, вместе с ценой дополнительного материала, связанного с экранирующим слоем, которая также минимальна. Более того, было выяснено, что использование того же провода 1862 для экранирующего слоя столь же эффективно, как обеспечение экранирования устройства другими трудоемкими способами, которые используют медную фольгу и т.д.

На фиг.18L показано, как провод 1862 закрепляют на сборке каркасных элементов. В частности, на фиг.18L иллюстрируется, как конец провода экранирующего слоя закрепляют на последнем каркасном элементе. В общем, один виток ленты 1870 наматывают на последний каркасный элемент, и конец провода 1862 впоследствии прокладывают поверх этого единичного слоя ленты и после этого закрепляют дополнительным обертыванием еще одного слоя ленты. Лишнюю часть провода 1862 и лишнюю часть ленты 1870 обрезают. Следует заметить, что конец экранирующего слоя провода не закрепляется на концевом зажиме 1892.

Ссылаясь на фиг.18М, показано, как снимают намотанные каркасные элементы с оправы, и как закрепляют провода на обоих зажимах - последнем зажиме 1892 и начальном зажиме 1890 (не показан). Закрепление провода на данных зажимах может быть осуществлено любым количеством различных способов. Согласно одному из вариантов используют сварку сопротивлением, чтобы приварить часть 1866 провода к соответствующим зажимам. Альтернативно может быть использована эвтектическая пайка, чтобы физически и электрически прикрепить провод к соответствующим зажимам. Также возможно применение других способов специалистом в данной области в случае предоставления настоящего описания.

На фиг.18N показана установка обратного провода 1850. Обратный провод вставляют в центральный проход первого концевого каркасного элемента (т.е. конец с первым зажимом 1890) и проводят через каждый каркасный элемент, пока он не встретится с элементом 1892 последнего зажима в последнем каркасном элементе. Данный обратный провод 1850 впоследствии электрически прикрепляют к концевому зажиму 1892 с помощью эвтектической пайки, сварки сопротивлением и т.п. На фиг.18O показано, что оконечный провод 1852 прикрепляют к первому зажиму 1890. Опять же, это может быть осуществлено с помощью, например, или пайки или сварки сопротивлением, чтобы прикрепить оконечный провод к первому зажиму в первом каркасном элементе.

На фиг.18Р показана вставка сборки каркасных элементов в корпус 1880. Вначале конечный каркасный элемент 1810 (т.е. каркасный элемент с расположенной на нем лентой 1870) вставляют в соответствующую полость 1886, расположенную в корпусе, и затем последующие каркасные элементы вставляют в соответствующие полости корпуса кольцеобразной формы. Также следует заметить, что последний каркасный элемент располагают вблизи от канавки 1884 оконечного провода и канавки 1882 обратного провода, связанных с корпусом.

На фиг.18Q показаны оконечный провод 1852 и обратный провод 1850 после того, как их вставили в соответствующие канавки корпуса. Следует заметить, что в приведенном варианте оконечный провод 1852 располагают сверху над обратным проводом, благодаря чему провода удерживаются близко друг к другу для того, чтобы уменьшить нежелательные внешние электрические помехи.

Ссылаясь на фиг.18R, показано, как на каждую из полостей 1889 верхней части корпуса 1883 наносят небольшие капли эпоксидного клея или другого связующего вещества. Также на стенку 1887 среднего отверстия дополнительно наносится небольшое количество эпоксидного клея. Верхнюю часть корпуса 1883 впоследствии устанавливают на корпус 1880, как это показано на фиг.18S. После этого оконечный провод 1852 и обратный провод 1850 скручивают вместе по направлению часовой стрелки для того, чтобы уменьшить эффекты, вызванные внешними электрическими помехами.

Необходимо понимать, что в то время, как определенные аспекты изобретения описаны в терминах, которые представляют собой конкретные последовательности этапов способа, данные описания являются только иллюстрациями более обобщенных способов по изобретению и могут быть модифицированы в соответствии с требованиями конкретных областей применения. Определенные этапы могут оказаться необязательными или выполняться по выбору в зависимости от конкретных обстоятельств. Кроме того, определенные этапы или функции могут быть добавлены к изложенным вариантам, или же последовательность выполнения двух или более этапов может быть изменена. Все подобные изменения считаются включенными в описанное и заявленное в настоящем документе изобретение.

В то время как подробное описание показывает, описывает и указывает на новые признаки изобретения, которые используются в разных вариантах осуществления изобретения, необходимо понять, что разные опущения, замены и изменения могут быть совершены в отношении моделей и конструкций описанных устройств и процессов специалистом в данной области без выхода за рамки изобретения. Вышеприведенное описание наилучшим образом описывает осуществление настоящего изобретения. Данное описание никоим образом не является ограничивающим, наоборот, его следует воспринимать, как общую иллюстрацию принципов изобретения. Область охраны изобретения определяется по его формуле.

Claims (19)

1. Индуктивное устройство измерения тока, содержащее
множество линейно намотанных индуктивных элементов, каждый из которых включает проводящую обмотку, которая расположена в два или более слоев обмотки; и
обратный проводник, который электрически соединяет передний элемент из множества индуктивных элементов с завершающим элементом из указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов;
при этом первый элемент из указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов включает первый проводящий элемент, причем первый проводящий элемент электрически соединяет указанный обратный проводник с первым концом указанной проводящей обмотки;
причем, по меньшей мере, один из двух или более слоев обмотки содержит экранирующий слой, а указанный экранирующий слой электрически соединен только с одним из числа переднего и завершающего элементов из множества линейно намотанных индуктивных элементов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов содержит дискретный каркасный элемент.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит второй проводящий элемент, расположенный на втором из указанного множества каркасных элементов, причем второй проводящий элемент прикреплен к концу проводящей обмотки, противоположному первому концу проводящей обмотки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанный второй проводящий элемент изогнут под определенным углом по отношению к поверхности второго из множества каркасных элементов.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый проводящий элемент расположен на фланце первого каркасного элемента или внутри него.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два из указанного множества каркасных элементов физически соединены друг с другом с помощью шарнирного соединения.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что шарнирное соединение содержит пару внешних шарнирных элементов, расположенных на первом из указанного множества каркасных элементов; пару внутренних шарнирных элементов, расположенных на втором из указанного множества каркасных элементов; и шарнирный стержень, расположенный внутри указанных пар внутренних и внешних шарнирных элементов.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит корпус, который заключает в себе указанное множество каркасных элементов, причем указанный корпус включает отверстие для приема шарнирного стержня, размер которого позволяет разместить указанный шарнирный стержень.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанный корпус дополнительно содержит множество отверстий для приема шарнирного стрежня, адаптированных для того, чтобы располагать и выравнивать указанное множество каркасных элементов относительно друг друга.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждый из указанных каркасных элементов содержит пару фланцев с намоточным сердечником расположенным, по существу, между ними, причем указанная индуктивная обмотка намотана на намоточный сердечник.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанное шарнирное соединение содержит отверстие и полость на первом из указанного множества каркасных элементов; и соединительный элемент, включающий часть намоточного сердечника и вставочную часть на втором из множества каркасных элементов; при этом указанная часть намоточного сердечника второго из множества каркасных элементов соответствует указанной полости первого из множества каркасных элементов, причем указанная вставочная часть второго из множества каркасных элементов одновременно соответствует указанному отверстию первого из множества каркасных элементов.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть указанного множества линейно намотанных индуктивных элементов содержит намоточный барабан с парой фланцев, расположенных по обе стороны указанного намоточного барабана.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что первый из указанной пары фланцев содержит выпуклость, а второй из указанной пары фланцев содержит согласованное с выпуклостью отверстие; при этом указанная выпуклость адаптирована для приема в смежном согласованном с выпуклостью отверстии для облегчения намотки множества линейно намотанных индуктивных элементов.

14. Способ изготовления индуктивного устройства измерения тока, включающий:
скрепление изолированного проводника с первым концом множества сегментированных намоточных элементов;
непрерывную намотку указанного изолированного проводника на указанное множество сегментированных намоточных элементов;
скрепление указанного изолированного проводника со вторым концом указанного множества сегментированных намоточных элементов;
прокладку обратного проводника между всеми из указанного множества сегментированных намоточных элементов; и
электрическое соединение указанного обратного проводника с указанным изолированным проводником с тем, чтобы сформировать указанное индуктивное устройство измерения тока.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что скрепление изолированного проводника с указанным вторым концом обеспечивает электрическое соединение обратного проводника с изолированным проводником.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что скрепление изолированного проводника с указанным вторым концом включает соединение накруткой указанного изолированного проводника с проводящим зажимом, причем указанный проводящий зажим расположен на указанном втором конце множества сегментированных намоточных элементов.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что дополнительно включает скрепление указанного обратного проводника с указанным проводящим зажимом.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что дополнительно включает непрерывную намотку указанного изолированного проводника на указанное множество сегментированных намоточных элементов в противоположном направлении после выполнения скрепления указанного изолированного проводника с указанным вторым концом множества сегментированных намоточных элементов.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что изолированный проводник, намотанный на указанное множество сегментированных намоточных элементов в указанном противоположном направлении, намотан в один слой обмотки.

Images