磁芯通量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及諸如電變壓器和電感器的電磁裝置，并且更具體地涉及用于測(cè)量變壓器、電感器或類似裝置的芯內(nèi)的磁通量的磁芯通量傳感器以及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如電感器、變壓器和類似裝置的電磁裝置包括磁芯，在磁芯中，磁通量流可以響應(yīng)于電流流過與磁芯相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)線繞組而產(chǎn)生。磁芯中的磁通量流可以使用諸如有限元分析或者類似技術(shù)的技術(shù)來估計(jì)；然而這樣的方法不是測(cè)量芯中的通量的直接方法。因此，磁芯可以被超要求設(shè)計(jì)或可以制作地比一些應(yīng)用所必需的更大。這會(huì)使得這樣的裝置過重和過大。過重和過大會(huì)是這些電磁設(shè)備用于某些應(yīng)用(例如在重量和尺寸上是重要的諸如飛機(jī)、宇航飛行器或其他車輛的交通工具上的實(shí)例)時(shí)的重要考慮因素。
[0003]對(duì)磁芯中的流動(dòng)或飽和模式的理解同樣可以對(duì)設(shè)計(jì)這樣的電磁裝置提供有幫助的信息。不論是使特定的芯設(shè)計(jì)作為一個(gè)本體飽和還是飽和是基于時(shí)間的都會(huì)是有用的。例如，在任意一個(gè)時(shí)間時(shí)刻，芯材料中存在分界線，其中材料可以在分界線的一側(cè)上飽和而在分界線的另一側(cè)上不飽和。對(duì)飽和模式的認(rèn)識(shí)可以直接影響磁性元件的設(shè)計(jì)和實(shí)施，并且這樣的理解可以通過直接測(cè)量芯中的磁通量獲得。因此，需要能夠直接測(cè)量諸如電感器、變壓器或類似裝置的電磁裝置的芯部件內(nèi)的通量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一實(shí)施方式，磁芯通量傳感器組件可以包括通量傳感器芯部分和至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口，用于接收穿過通量傳感器芯部分的導(dǎo)線繞組。流過導(dǎo)線繞組的電流產(chǎn)生繞導(dǎo)線繞組的磁場(chǎng)和繞通量傳感器芯部分中的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的磁通量流。多對(duì)傳感器孔相對(duì)于至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口定位為防止對(duì)傳感器芯部分中的磁通量流的顯著破壞，并且用于在距至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的邊緣的不同距離處感測(cè)磁通量流。磁芯通量傳感器組件還可以包括穿過每對(duì)傳感器孔的傳感器導(dǎo)線繞組。磁通量流在每個(gè)傳感器導(dǎo)線繞組中產(chǎn)生電信號(hào)并且特定傳感器導(dǎo)線繞組中的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于特定傳感器導(dǎo)線繞組的位置處的磁通量流。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，電磁裝置可以包括通量傳感器芯部分和用于接收穿過通量傳感器芯部分的導(dǎo)線繞組的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口。流過導(dǎo)線繞組的電流產(chǎn)生繞導(dǎo)線繞組的磁場(chǎng)和繞通量傳感器芯部分中的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的磁通量流。多對(duì)傳感器孔相對(duì)于至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口定位為防止對(duì)傳感器芯部分中的磁通量流的顯著破壞，并且用于在距至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的邊緣的不同距離處感測(cè)磁通量流。電磁裝置還可以包括穿過每對(duì)傳感器孔的傳感器導(dǎo)線繞組。磁通量流在每個(gè)傳感器導(dǎo)線繞組中產(chǎn)生電信號(hào)并且特定傳感器導(dǎo)線繞組中的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于特定傳感器導(dǎo)線繞組的位置處的磁通量流。間隔部分可以布置在通量傳感器芯的相對(duì)側(cè)上。間隔部分可以包括用于導(dǎo)線繞組的開口以使導(dǎo)線繞組穿過間隔部分。電磁裝置還可以包括布置在每個(gè)間隔部分上的磁芯部分。至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口穿過磁芯部分延伸并且導(dǎo)線繞組穿過每個(gè)磁芯部分延伸。間隔部分還可以包括用于穿過每對(duì)傳感器孔的傳感器導(dǎo)線繞組的間隙以連接至用于檢測(cè)每個(gè)傳感器導(dǎo)線繞組的位置處的磁通量流的裝置。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，磁芯通量傳感器組件可以包括通量傳感器芯部分和用于接收穿過通量傳感器芯部分的導(dǎo)線繞組的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口。流過導(dǎo)線繞組的電流產(chǎn)生繞導(dǎo)線繞組的磁場(chǎng)和繞通量傳感器芯部分中的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的磁通量流。磁芯通量傳感器組件還可以包括多個(gè)傳感器孔。每個(gè)傳感器孔可以相對(duì)于至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口定位為防止對(duì)傳感器芯部分中的磁通量流的顯著破壞，并且用于在距至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的邊緣的不同距離處感測(cè)磁通量流。傳感器導(dǎo)線延伸穿過每個(gè)傳感器孔。磁通量流在每個(gè)傳感器導(dǎo)線中產(chǎn)生電信號(hào)并且特定傳感器導(dǎo)線中的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于特定傳感器導(dǎo)線的位置處的磁通量流。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種用于測(cè)量電磁裝置中的磁通量的方法可以包括:提供磁芯通量傳感器組件，其包括通量傳感器芯部分和用于接收穿過通量傳感器芯部分的導(dǎo)線繞組的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口。流過導(dǎo)線繞組的電流產(chǎn)生繞導(dǎo)線繞組的磁場(chǎng)和繞通量傳感器芯部分中的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的磁通量流。該方法還可以包括提供多對(duì)傳感器孔，該傳感器孔相對(duì)于至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口定位為防止對(duì)傳感器芯部分中的磁通量流的顯著破壞并且用于在距至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口的邊緣的不同距離處感測(cè)磁通量流。該方法可以進(jìn)一步包括提供穿過每對(duì)傳感器孔的傳感器導(dǎo)線繞組。磁通量流在每個(gè)傳感器導(dǎo)線繞組中產(chǎn)生電信號(hào)。特定傳感器導(dǎo)線繞組中的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于特定傳感器導(dǎo)線繞組的位置處的磁通量流。
【附圖說明】
[0008]實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述參考示出了本公開的特定實(shí)施方式的附圖。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其他實(shí)施方式并不脫離本公開的范圍。
[0009]圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的磁芯通量傳感器組件的實(shí)例的側(cè)面截面圖。
[0010]圖2A是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的磁通量傳感器板或?qū)訅喊宓膶?shí)例的俯視圖。
[0011]圖2B是圖2A的示例性磁通量傳感器板或?qū)訅喊宓木植恳晥D，其示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的傳感器孔的細(xì)節(jié)。
[0012]圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的間隔板或?qū)訅喊宓膶?shí)例的俯視圖。
[0013]圖4A是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的上部磁芯的一部分被切割掉的變壓器組件的實(shí)例的立體圖，以示出示例性芯通量部分傳感器組件。
[0014]圖4B是沿著圖4A的示例性變壓器組件的線4B-4B截取的側(cè)面截面圖。
[0015]圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的磁芯板或?qū)訅喊宓膶?shí)例的俯視圖。
[0016]圖6A是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的取決于包括磁通量傳感器的繞組的數(shù)量的電感器或變壓器組件的實(shí)例的截面圖。
[0017]圖6B是根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施方式的磁通量傳感器板或?qū)訅喊宓膶?shí)例的俯視圖。
[0018]圖7A和圖7B(統(tǒng)稱為圖7)是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于檢測(cè)和測(cè)量電磁裝置的芯中的磁通量強(qiáng)度的方法的實(shí)例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述參考示出了本公開的特定實(shí)施方式的附圖。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其他實(shí)施方式并不脫離本公開的范圍。相同的參考標(biāo)號(hào)可以指代不同的附圖中的相同的元件或部件。
[0020]根據(jù)本公開的實(shí)施方式，線性電感器是僅具有穿過磁芯的一個(gè)導(dǎo)線繞組或多個(gè)繞組。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，線性變壓器是磁裝置，其中線性初級(jí)導(dǎo)線繞組或多個(gè)繞組以及一個(gè)或多個(gè)線性次級(jí)導(dǎo)線繞組或多個(gè)繞組穿過磁芯。芯可以是單片的并且不需要繞芯的初級(jí)導(dǎo)線和次級(jí)導(dǎo)線匝。在芯可以單片時(shí)，單片芯可以由多個(gè)層疊的板或?qū)訅喊逍纬?。電流可以傳?dǎo)流過初級(jí)導(dǎo)線。源自初級(jí)導(dǎo)線中的電流的磁通量由芯吸收。當(dāng)初級(jí)導(dǎo)線中的電流減小時(shí)，芯將電動(dòng)勢(shì)傳輸(釋放)至次級(jí)導(dǎo)線。線性變壓器的特征是初級(jí)和次級(jí)導(dǎo)線線性傳送穿過芯。一個(gè)芯可以用作獨(dú)立的設(shè)備或者可以使用一系列兩個(gè)或多個(gè)芯，其中需要長(zhǎng)的線性暴露。這些變壓器的另一個(gè)特征是由初級(jí)導(dǎo)線中的電流產(chǎn)生的整個(gè)磁場(chǎng)或至少磁場(chǎng)的主要部分由芯吸收，并且釋放至次級(jí)導(dǎo)線中。變壓器的芯可以被大小制作為或包括這樣的范圍，使得由電流產(chǎn)生的基本整個(gè)磁場(chǎng)由芯吸收并且使得磁通量基本完全包含在芯中。這些形成高效的變壓器，該變壓器具有非常低的銅損耗、高效能量轉(zhuǎn)移、低熱放射和非常低的輻射放射。另外，線性變壓器在體積和重量方面比現(xiàn)有的構(gòu)造最少降低50%。諸如線性變壓器、電感器和類似裝置的線性電磁裝置在2012年7月19日提交的題為“Linear ElectromagneticDevice”的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)13/553，267中更詳細(xì)地描述，該申請(qǐng)莊然給與本申請(qǐng)相同的受讓人并且通過引用全部結(jié)合在本文中。如本文中描述的磁芯通量傳感器組件可以結(jié)合在線性電磁裝置中，諸如美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)13/553，267中描述的那些中的一個(gè)，用于直接檢測(cè)和測(cè)量這樣的裝置的磁芯或者這樣的裝置的磁芯通量傳感器組件部件內(nèi)的磁通量流。
[0021]圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的磁芯通量傳感器組件100的實(shí)例的截面圖。磁芯通量傳感器組件100可以包括通量傳感器芯部分102。通量傳感器芯部分102可以包括彼此層疊的多個(gè)通量傳感器芯板104或?qū)訅喊濉２⑶覅⒄請(qǐng)D2A，圖2A是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的磁通量傳感器板104或?qū)訅喊宓膶?shí)例的俯視圖。圖2B是圖2A的示例性磁通量傳感器板104或?qū)訅喊宓木植恳晥D，其示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的每個(gè)傳感器板104中的傳感器孔114-122的細(xì)節(jié)。板104可以由能吸收磁通量的材料制成。例如，板104可以由以下材料制成，即硅鋼合金、鎳鐵合金或與本文中描述的相似的能吸收磁通量的其他金屬材料。在實(shí)施方式中，芯102可以是鎳鐵合金，該鎳鐵合金包括按重量計(jì)的約20%的鐵和按重量計(jì)的約80%的鎳。板104可以大致是正方形或矩形，或者可以是根據(jù)電磁裝置的應(yīng)用和電磁裝置可以位于的環(huán)境的一些其他幾何形狀。
[0022]磁芯通量傳感器組件100還可以包括至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)開口 106或繞組開口，用于容納穿過通量傳感器芯部分102的導(dǎo)線繞組108或多個(gè)導(dǎo)線繞組。圖1中的示例性磁芯通量傳感器組件100和圖2A中的通量傳感器板104可被配置為用在變壓器類型電磁裝置或電感器類型電磁裝置中。將參考圖4描述變壓器電磁裝置的實(shí)例。在圖4的實(shí)例中