温度稳定罗戈夫斯基线圈的制作方法

背景技术：

本发明所公开并受权利要求书保护的概念涉及罗戈夫斯基线圈，并且更具体地讲，涉及温度稳定的罗戈夫斯基线圈以及包括此类罗戈夫斯基线圈的电流传感器组件。

发明背景

罗戈夫斯基线圈是通常用于测量另一个导体中的交流(ac)或高速电流脉冲的电气装置。罗戈夫斯基线圈包括螺旋线圈围绕其设置的芯。在一个常见的实施方案中，芯为圆环面。此外，在一个常见实施方案中，引线从螺旋线材的一端穿过线圈的中心返回到另一端，使得两个端子位于线圈的同一端。该构型还改善了对外部电磁场的抵抗力或免疫力。然后将整个组件包在另一个待测量电流的导体上。绕组密度的一致性对于保持对外部电磁场的抵抗力/免疫力以及对所测量的导体的定位的低灵敏度是至关重要的。即，在线圈中感应的电压与直导体中的电流的变化率(导数)成比例。因此，罗戈夫斯基线圈的输出通常连接到电(或电子)积分器电路以提供与电流成比例的输出信号。具有内置模数转换器的单芯片信号处理器通常用于此目的。在下文中，积分器电路/信号处理器，即接收罗戈夫斯基线圈输出的构造，被标识为“输出组件”。

该构型中的罗戈夫斯基线圈对温度变化敏感。即，罗戈夫斯基线圈的芯通常由非金属/非磁性主体诸如但不限于塑料制成。塑料主体随着温度变化而膨胀和收缩。从更正式的意义上来讲，塑料主体具有高且各向异性的线性热膨胀系数(在下文中，并且如本文所用，为“clte”)。即随着温度变化，具有高clte的塑料主体的变化大于具有低clte的主体。此外，各向异性的clte意味着主体的变化在所有方向上是不均匀的。例如，典型的高温塑料芯具有垂直于模具流的较高clte(例如，约90ppm/摄氏度)和平行于模具流的低得多的clte(例如，约15ppm/摄氏度)。因此，具有高clte的罗戈夫斯基线圈芯随着温度变化而拉伸和收缩。这是一个缺点和问题。

即，罗戈夫斯基线圈的输出的公式为：

n*μr*μ0*a/l*2*π*f*i

其中：n＝匝数，μr＝相对磁导率，μ0＝自由空间的磁导率，a＝芯的横截面积(通常以“平方”长度单位例如平方米或m²来测量)，l＝通常以长度单位(例如，米)测量的芯的平均周长，f＝以赫兹测量的载流导体中的电流的频率，以及i＝导体中施加的电流。在一个实施方案中，罗戈夫斯基线圈具有以下特性：n＝3600，a＝18×10-6m^2，l＝0.0254m，f＝60hz，u0＝4*pi*10-7h/m，ur＝8.5。在该构型中，罗戈夫斯基线圈的所得输出为0.3mv/a。

因此，当罗戈夫斯基线圈芯随温度变化时，缠绕在其周围的线的构型也变化。例如，如果罗戈夫斯基线圈芯随着温度升高而膨胀，则芯的横截面增大。此外，线圈的节距，即，线在芯主体的设定长度上的“线匝数”或转数也改变。因此，罗戈夫斯基线圈的输出随着温度变化而变化。当输出装置基于罗戈夫斯基线圈的预定构型产生输出时，罗戈夫斯基线圈芯的变化将非线性引入输出。即，输出传递比随温度变化。

因此，需要不易受温度变化影响的罗戈夫斯基线圈。还需要能够与现有罗戈夫斯基线圈一起操作的罗戈夫斯基线圈芯。

技术实现要素：

这些需求以及其他需求由本发明所公开且受权利要求书保护的概念的至少一个实施方案满足，该概念提供罗戈夫斯基线圈，该罗戈夫斯基线圈包括具有环绕主体的热稳定的芯和包括导电线的绕组。绕组通常设置在围绕芯主体的线圈中。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从以下优选实施方案的描述中获得对本发明的完整理解，其中：

图1是具有罗戈夫斯基线圈的电流传感器组件的示意图。

具体实施方式

应当理解，本文在附图中示出并在以下说明书中描述的特定元件仅是所公开的概念的示例性实施方案，其仅作为非限制性示例提供，以仅用于说明目的。因此，与本文公开的实施方案相关的特定尺寸、取向、组件、所使用的部件数量、实施方案配置和其他物理特性不应视为限制所公开的概念的范围。

本文使用的方向短语，诸如例如顺时针、逆时针、左、右、顶、底、向上、向下及其衍生词，涉及附图中所示的元件的取向，并且并不限制权利要求，除非在其中明确地表述。

如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指称，除非上下文另外明确地说明。

如本文所用，“被构造为[动词]”意为所标识的元件或组件具有被成形、设定大小、设置、联接和/或被配置为执行所标识的动词的结构。例如，“被构造为移动”的构件可移动地联接到另一个元件，并且包括使构件移动的元件，或者构件另外被配置为响应于其他元件或组件而移动。因此，如本文所用，“被构造为[动词]”叙述结构而不是功能。此外，如本文所用，“被构造为[动词]”意为所标识的元件或组件旨在并被设计为执行所标识的动词。因此，仅能够执行所标识的动词但不意图并未设计为执行所标识的动词的元件不是“被构造为[动词]”。

如本文所用，“相关联”意为元件是同一组件的一部分和/或一起操作，或者以某种方式相互作用/彼此作用。例如，汽车具有四个轮胎和四个毂部盖。虽然所有元件都作为汽车的一部分而联接，但是应当理解，每个毂部盖与特定轮胎“相关联”。

如本文所用，“联接组件”包括两个或更多个联接件或联接部件。联接件或联接组件的部件一般不是同一元件或其他部件的一部分。因此，在以下描述中可能不会同时描述“联接组件”的部件。

如本文所用，“联接件”或“联接部件”是联接组件的一个或多个部件。也就是说，联接组件包括被构造为联接在一起的至少两个部件。应当理解，联接组件的部件彼此相容。例如，在联接组件中，如果一个联接部件是卡扣插槽，那么另一个联接部件是卡扣插头，或如果一个联接部件是螺栓，那么另一个联接部件是螺母。

如本文所用，两个或更多个零件或部件“联接”的表述应当意为这些零件直接地或间接地连结在一起或一起操作，即，通过一个或多个中间零件或部件连结在一起或一起操作，只要出现联结即可。如本文所用，“直接地联接”意为两个元件彼此直接地接触。如本文所用，“固定地联接”或“固定”意为两个部件联接，以便一体地移动，同时保持相对于彼此的恒定取向。因此，当两个元件联接时，这些元件的所有部分都联接。然而，描述第一元件的特定部分联接到第二元件，例如，轴第一端联接到第一轮，意为第一元件的特定部分设置得比第一元件的其他部分更靠近第二元件。此外，搁置在仅通过重力保持在适当的位置的另一个物体上的物体不“联接”到下部物体，除非上部物体以其他方式基本上保持在适当的位置。也就是说，例如，桌子上的书没有与其联接，但是粘在桌子上的书就与其联接。

如本文所用，短语“可移除地联接”或“临时联接”意为一个部件以基本上临时的方式与另一个部件联接。也就是说，两个部件以此类方式联接，使得部件的连结或分离是容易的，而且不会损坏部件。例如，用有限数量的易接取紧固件(即，不难接取的紧固件)彼此固定的两个部件“可移除地联接”，而通过难以接取的紧固件焊接在一起或连结的两个部件不是“可移除地联接”的。“难以接取的紧固件”是在接取紧固件之前需要移除一个或多个其他部件的紧固件，其中“其他部件”不是接取设备，诸如但不限于门。

如本文所用，“临时设置”是指一个或多个第一元件或组件以在无需脱离或以其他方式操控第一元件的情况下，允许第一元件/组件移动的方式位于一个或多个第二元件或组件上。例如，仅仅放在桌子上的书，即书未胶合或固定到桌上，是“临时设置”在桌面上。

如本文所用，“可操作地联接”意为联接多个元件或组件(每个元件或组件可在第一位置与第二位置、或第一配置与第二配置之间移动)，使得当第一元件从一个位置/配置移动到另一个位置/配置时，第二元件也在位置/配置之间移动。应当注意，第一元件可以“可操作地联接”到另一个元件，反之则非如此。

如本文所用，“紧固件”是被构造为联接两个或更多个元件的单独部件。因此，例如，螺栓是“紧固件”，但是榫槽联接件不是“紧固件”。也就是说，榫槽元件是联接的元件的一部分，而不是单独部件。

如本文所用，“对应”表示两个结构部件的大小和形状设定为彼此类似，并且可以以最小的摩擦量联接。因此，“对应”于构件的开口的大小略大于构件，使得构件可以以最小的摩擦量穿过开口。如果要将两个部件“紧密地”配合在一起，那么修改该定义。在那种情况下，部件大小之间的差值甚至更小，从而使摩擦量增加。如果限定开口的元件和/或插入开口中的部件由可变形或可压缩材料制成，那么开口甚至可以略小于插入开口中的部件。关于表面、形状和线，两个或更多个“对应”表面、形状或线一般具有相同大小、形状和轮廓。

如本文所用，当与移动的元件关联地使用时，“行进路径”或“路径”包括元件在运动时移动通过的空间。因此，固有地移动的任何元件都具有“行进路径”或“路径”。此外，“行进路径”或“路径”涉及一个可识别构造作为一个整体相对于另一对象的运动。例如，假设道路非常平坦，则汽车上的旋转车轮(可识别构造)通常不会相对于汽车的车身(另一对象)移动。也就是说，车轮作为一个整体不会相对于例如相邻的挡泥板改变其位置。因此，旋转车轮相对于汽车的车身不具有“行进路径”或“路径”。相反，该车轮上的进气阀(可识别构造)相对于汽车的车身具有“行进路径”或“路径”。即，当车轮旋转并且运动时，进气阀作为一个整体相对于汽车的车身移动。

如本文所用，两个或更多个零件或部件彼此“接合”的表述意为这些元件直接地或通过一个或多个中间元件或部件向彼此施加力或偏置抵靠彼此。此外，如本文关于移动零件所用，移动零件可以在从一个位置到另一个位置的运动期间“接合”另一个元件和/或可以在一旦处于所述的位置时“接合”另一个元件。因此，应当理解，表述“当元件a移动到元件a第一位置时，元件a接合元件b”和“当元件a在元件a第一位置时，元件a接合元件b”是等同表述，并且意为元件a在移动到元件a第一位置时接合元件b和/或元件a在处于元件a第一位置时接合元件b。

如本文所用，“可操作地接合”意为“接合和移动”。也就是说，当关于被构造为移动可移动或可旋转的第二部件的第一部件进行使用时，“可操作地接合”意为第一部件施加足以使第二部件移动的力。例如，可以将螺丝刀放置成与螺钉接触。当没有对螺丝刀施加力时，螺丝刀仅“临时联接”到螺钉。如果对螺丝刀施加轴向力，那么将螺丝刀压靠在螺钉上并“接合”螺钉。然而，当将旋转力施加到螺丝刀时，螺丝刀“可操作地接合”螺钉并使螺钉旋转。此外，对于电子部件，“可操作地接合”意为一个部件通过控制信号或电流控制另一个部件。

如本文所用，字词“单一”意为产生为单个件或单元的部件。也就是说，包括单独地产生并然后联接在一起以作为一个单元的件的部件不是“单一”部件或主体。

如本文所用，术语“数量”应当意为一个或多于一个的整数(即，多个)。即，例如短语“多个元件”是指一个元件或多个元件。特别要注意的是，术语“‘多个’[x]”包括单个[x]。

如本文所用，在短语“[x]在其第一位置与第二位置之间移动”或“[y]被构造为在其第一位置与第二位置之间移动[x]”中，“[x]”是元件或组件的名称。此外，当[x]是在多个位置之间移动的元件或组件时，代词“其”意为“[x]”，即，在代词“其”之前提到的所述元件或组件。

如本文所用，“在电子通信中”参考经由电磁波或信号传达信号而使用。“在电子通信中”包括硬线和无线通信形式；因此，例如，经由与另一个部件“电子通信”的部件的“数据传输”或“通信方法”意为数据通过物理连接(诸如usb、以太网连接)或远程连接(诸如nfc、蓝牙等)从一台计算机传输到另一台计算机(或从一个处理组件传输到另一个处理组件)，并且不应限于任何特定装置。

如本文所用，“电连通”意为电流在所标识的元件之间通过或可以通过。“处于电连通”还取决于元件的位置或构型。例如，在断路器中，当触点处于闭合位置时，可移动触点与固定触点“电连通”。当触点处于断开位置时，相同的可移动触点不与固定触点“电连通”。

如本文所用，圆形或圆柱形主体的“径向侧面/表面”是围绕或环绕其中心或穿过其中心的高度线延伸的侧面/表面。如本文所用，圆形或圆柱形主体的“轴向侧面/表面”是在大致垂直于穿过中心的高度线延伸的平面上延伸的侧面。即，一般来讲，对于圆柱形汤罐，“径向侧面/表面”为大致圆形的侧壁，并且“一个或多个轴向侧面/表面”为汤罐的顶部和底部。此外，如本文所用，“径向延伸”意为在径向方向上或沿着径向线延伸。即，例如，“径向延伸”线从圆或圆筒的中心朝径向侧/表面延伸。

如本文所用，“大致曲线的”包括具有多个弯曲部分的元件，弯曲部分和平面部分的组合，以及以相对于彼此的角度设置从而形成曲线的多个平面部分或区段。

如本文所用，“伸长的”元件固有地包括在伸长方向上延伸的纵向轴线和/或纵向线。

如本文所用，在诸如“围绕[元件、点或轴线]设置”或“围绕[元件、点或轴线]延伸”或“围绕[元件、点或轴线][x]度”的短语中的“约”意为环绕、围绕……延伸或围绕……测量。当用于参考测量或以类似方式使用时，“约”意为“近似”，即，在与测量相关的近似范围内，如本领域的普通技术人员将理解。

如本文所用，“大体”意为与要修饰的术语相关的“以一般方式”，如本领域的普通技术人员将理解。

如本文所用，“基本上”意为与要修饰的术语相关的“大多数情况下”，如本领域的普通技术人员将理解。

如本文所用，“在”意为与要修饰的术语相关的“在...上”和/或“在...附近”，如本领域的普通技术人员将理解。

如本文所用，“clte”是指线性热膨胀系数。此外，如本文所用，可模制材料具有“垂直clte”和“平行clte”，它们分别是指垂直于模具流的clte和平行于模具流的clte。此外，如本文所用，不可模制材料具有“各向同性clte”，这意味着clte基本上相同并且相对于方向不变。

如本文所用，“可模制材料”是指塑料或类似的聚合材料。

如本文所用，“热稳定的”元件、部件或主体具有小于15ppm/℃的clte(即，垂直clte、平行clte或各向同性clte中的任一者)。

如图1所示，电气设备10包括电气部件12和导体14。导体14将能量(即，电力)从未示出的源(或线路)传输到电气部件12(负载)。传感器组件20被构造成测量导体14中的电流特性。在示例性实施方案中，传感器组件20包括输出组件22和罗戈夫斯基线圈30。输出组件22被构造成接收来自罗戈夫斯基线圈30的输出信号并将该信号转换成电流特性的表示。在示例性实施方案中，输出组件22包括可编程逻辑电路24(下文称为“plc24”)。众所周知，plc24被构造成执行多个命令、程序或类似构造(下文称为模块，未示出)。输出组件22还包括输出装置26，诸如但不限于屏幕、仪表或被构造成向人类用户传达信息的类似构造。plc24和输出装置26电连通或电子连通。

罗戈夫斯基线圈30包括金属线材33的芯32和绕组31。在示例性实施方案中，芯32为热稳定的芯32。即，芯32具有小于15ppm/℃的clte。如下所述，在一个实施方案中，芯主体34为热稳定的芯主体34；在其他实施方案中，芯32的其他特性/元件使其成为热稳定的芯32。如上所述，芯32包括环绕主体34，下文称为“芯主体”34。如本文所用，“环绕主体”意指被构造成围绕另一个元件延伸并且确实围绕另一个元件延伸的主体。术语“环绕”不限于圆形或基本上圆形的形状。即，例如，正方形箍被构造成“环绕”另一个元件。在示例性实施方案中，如图所示，芯主体34是圆环面。即，如图所示，芯主体34具有大致圆形的局部横截面。如本文所用，圆环面主体的“局部横截面”意指在包括环面轴线的一侧上和平面中的位置处的横截面。换句话说，“局部横截面”是穿过圆环面主体的一侧的切片，其中切片的平面包括环面的轴线。因此，大致圆形的局部横截面意指围绕轴线旋转以形成圆环面芯主体34的形状是大致圆形的。在示例性实施方案中，芯主体34的内径，即环面的内径(即内圆环面直径)为约1.7英寸，并且环面的外径(即外圆环面直径)为约2.46英寸。因此，限定大致圆形局部横截面的圆形形状具有约0.76英寸的直径。在具有大致圆环面芯主体34的另一个实施方案中，环面的内径(即，内圆环面直径)为约0.95英寸，并且环面的外径(即，外圆环面直径)为约1.05英寸。因此，限定大致圆形局部横截面的圆形形状具有约0.1英寸的横截面直径。

在另一个示例性实施方案中，芯主体34是具有大致矩形的局部横截面形状的圆环面。即，环面的内径为约0.88英寸，并且环面8的外径为约1.05英寸。因此，局部横截面形状具有约0.11英寸的宽度。另外，局部横截面形状具有约0.25英寸的高度。

众所周知，绕组31包括细长元件，该细长元件被构造成以大致螺旋的方式缠绕芯主体34并且确实缠绕该芯主体。在示例性实施方案中，绕组31包括围绕芯主体34大致螺旋地设置的金属线材33，诸如但不限于铜线，从而形成线圈36。在示例性实施方案中，线材33具有约16ppm/摄氏度的clte。在一个未示出的示例性实施方案中，金属线材33为小号线材，例如但不限于36awg线材。线圈36的线匝彼此邻接，并且使用多层绕组。在一个实施方案中，其中芯主体34是实心的，线圈36的层交替顺时针和逆时针卷绕，使得引线38、40(下文所讨论)靠近彼此从芯主体34延伸。

在另一个示例性实施方案中，如示意性所示，芯主体34限定沿芯主体34的中心线延伸的中心通道35。在该实施方案中，线材33具有第一端部或第一引线38，以及第二端部或第二引线40。第一引线38过渡到螺旋线圈36中。即，第一引线38从芯主体34延伸并且与线圈36的第一端部42(下文称为“线圈第一端部”42)接续。线圈36在圆环面芯主体34上360°延伸并且该线圈结束于线圈36的第二端部44(下文称为“线圈第二端部”44)处。第二引线40在线圈第二端部44处开始并与其接续。第二引线40循原路折回并且大体延伸穿过线圈32和芯主体34的中心，直到在与第一引线38和/或线圈第一端部42相邻的位置处径向离开线圈32和芯主体34。换句话讲，第二引线40穿过线圈36的中心返回到线圈第一端部42并且从其径向延伸。第一引线38和第二引线40中的每一者与输出组件22电连通或电子连通。当暴露于流过芯主体34的电流时，金属线材34以及因此罗戈夫斯基线圈30生成输出信号，该输出信号被传送到并穿过第一引线38和第二引线40。

在示例性实施方案中，芯主体34为热稳定的芯主体34。即，芯主体34具有小于约15ppm/℃、12ppm/℃、10ppm/℃、或8ppm/℃中的一者的clte。此外，在一个实施方案中，芯主体34具有约7ppm/℃的clte。此外，在示例性实施方案中，芯主体34具有各向同性的clte。如本文所用，“各向同性clte”意指主体对温度变化作出反应，即，主体在所有方向上基本上相等地膨胀或收缩。在一个实施方案中，芯主体34为可模制材料。此外，在示例性实施方案中，可模制材料为低clte液晶聚合物。即，如本文所用，液晶聚合物包括在“可模制材料”的定义中。在另一个实施方案中，芯主体34为低clte陶瓷。即，clte大于“热稳定的clte”的限定极限的陶瓷不是可接受的陶瓷。另外，在示例性实施方案中，陶瓷芯主体34由特优技术陶瓷公司(600工业园区路，圣奥尔本斯，佛蒙特州05478)制造的滑石l-5^tm制成。以附录1附加了滑石l-5^tm的公开的选定特性的数据表。

虽然已经详细地描述了本发明的特定实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据本公开的总体教导内容来开发出那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书的全部范围及其任何和所有等同物给出。