专利名称：用于耦合信号到导线的电感耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力线通信，并且尤其涉及用于电力线通信的数据耦合器的结构。
背景技术：
电力线通信(PLC)，还称为电力线宽带(BPL)，是一种包括通过现有的电力线，也就是用于传输电流的导线进行高频数据传输的技术。用于电力线通信的数据耦合器在电力线和例如调制解调器的通信设备之间耦合数据信号。这种数据耦合器的一个例子是电感耦合器，所述电感耦合器包括一组磁芯，和缠绕一部分磁芯的线圈。电感耦合器用作变压器，其中，磁芯位于电力线上，以使得电力线作为变压器的初级线圈，和电感耦合器的线圈为变压器的次级线圈。磁芯典型地由磁性材料，例如铁氧体、能量金属(powered metal)或纳米晶体材料构成。通过与电力线的接触磁芯通电并且磁芯需要与次级线圈绝缘。典型地，通过将磁芯和次级线圈嵌入到电绝缘材料例如环氧树脂内，在磁芯和次级线圈之间设置绝缘材料。在成型过程中，电绝缘材料达到一个较高的温度。当液态的电绝缘材料围绕磁芯流动时，其开始冷却和收缩。电绝缘材料的热膨胀系数典型地比磁芯的热膨胀系数高，因此，在从液态到固态的转变中，会发生电绝缘材料的应力破裂。在现场操作中，由于振动或者热膨胀，由脆性材料制成的硬化保持(stiffly held)磁芯会破裂。需要一种能够避免这种破裂的电感耦合器。
发明内容
本发明提供了一种用于耦合信号到导线的电感耦合器。电感耦合器包括(a)具有导线穿过的孔的磁芯，(b)缠绕磁芯部分的线圈，其中通过磁芯信号在线圈和导线之间耦合，(C)位于线圈和磁芯之间的电绝缘材料，和(d)位于磁芯和电绝缘材料之间的可压缩材料。可压缩材料具有比电绝缘材料的硬度小的硬度。
图1为电力线上的电感耦合器的主视图和剖视图；图2为具有围绕磁芯的压缩层的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖视图；图3为具有压缩层的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的横剖视图，上磁芯和下磁芯暴露磁芯面(expose the core faces)；图4为具有作为围绕磁芯的压缩层的绝缘体的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖视图。
具体实施例方式在PLC系统中，电流通过电力线以50-60赫兹(Hz)频率范围传输。在低压线上， 电流以90-600伏特的电压传输，在中压线上，电流以大约M00-35000伏特电压传输。数据信号的频率大于或者等于1兆赫兹(MHz)，并且数据信号的电压在零点几伏特到几十伏特之间。图1是在导线即电力线上的电感耦合器100的用虚线表示的可视的内部部件的主视图，以及剖视图。电感耦合器100具有由上磁芯120和下磁芯125构成的分离磁芯，所述上磁芯和下磁芯被成型以使得当上磁芯和下磁芯被彼此相邻放置在一起时，提供孔105，电力线110通过所述孔105。电感耦合器100还具有围绕一部分下磁芯125的线圈130。线圈130用于与调制解调器或者其他通信设备(未示出)连接。在图1中，线圈130表示为围绕下磁芯125缠绕一次，但是在实际操作中，线圈130可以缠绕两次或者更多次。通过分离磁芯，数据信号在线圈130和电力线110之间耦合。上磁芯120由可压缩材料包裹，所述可压缩材料构成内层140B、外层140A、端层 140C和端层140D。电绝缘材料的层150设置在外层140A、端层140C和端层140D上方。下磁芯125由可压缩材料包裹，所述可压缩材料构成内层145B、外层145A、端层 145C和端层145D。电绝缘材料的层155被成型为三维形状并且设置在内层145B、外层 145A、端层140C和端层140D上方。层155还包裹缠绕在磁芯125上的线圈130部分。在图 1-3的横截面图中，层155显示为具有设置在外层145A上的部分155A和设置在内层145B 上的部分155B。内层140B、外层140A、端层140C和端层140D的可压缩材料具有比层150的电绝缘材料的硬度小的硬度。在成型的过程中，当层150固化(cure)、冷却和收缩时，外层140A、 端层140C和端层140D收缩(compress)。在冷却阶段，这种收缩避免了层150的破裂。而且，外层140A、内层140B、端层140C和端层140D为上磁芯120提供环境密封。外层145A、内层145B、端层145C和端层145D的可压缩材料具有比层155的电绝缘材料的硬度小的硬度。在成型的过程中，当层155固化、冷却和收缩时，外层145A、内层145B、端层145C和端层145D收缩。这样的收缩避免了在冷却阶段层155的破裂。外层 145A、内层145B、端层145C和端层145D还为下磁芯125提供环境密封。采用邵氏A型硬度计进行检测，外层140A和145A、内层140B和145B和端层140C、 140D、145C、145D的可压缩材料优选具有大约10到大约100之间的硬度。这种材料的一个实施例是乙烯丙烯二烃单体(EPDM)。由美国试验与材料协会，ASTM D2M0-04提供硬度测试程序。在实际操作中，电感耦合器100会遇到各种温度和环境条件，例如，酷暑、寒冬、 雨、雪和冰等。由于上磁芯120和层150之间的热膨胀系数的差别，在上磁芯120和层150 之间会产生缝隙。缝隙内会积存水，其后水会结冰和膨胀，也就是冻胀，进一步加重缝隙，并且导致在上磁芯120和层150内形成裂缝。电感耦合器100内的这些缝隙和裂缝能够导致放电，引起射频噪声，这对于电力线通信系统的运行是有害的。放电还会引起层150的电绝缘材料的损耗，长时间会导致不能实现绝缘。外层140A、端层140C和端层140D密封这些缝隙和裂缝，并且因此减少放电发生的机会。此外，外层140A、内层104B、端层140C和端层 140D吸收能够损坏上磁芯120的物理冲击和振动。外层145A、内层145B、端层145C和端层145D对于层155和下磁芯125提供类似益处。外层140A 禾口 145A、内层 140B 禾口 145B、和端层 140C、140D、145C 和 145D 的可压缩材料还优选具有半导体电性特性。因此，当遇到电荷时，外层140A和145A、和内层140B 和145B中的每一个在其各自的体积上散布电荷，并且提供等电位体积(equipotential volume)。在优选的实施例中，外层140A和145A、和内层140B和145B的高电阻率在大约5 到1000欧姆-厘米之间，因此上磁芯120和下磁芯125之间的电压差不会超过电力线110 上的电压的2%。外层140A、内层140B、端层140C和端层140D与外层145A、内层145B、端层145C 和端层145D物理地并且电接触。因此，上磁芯120和下磁芯125彼此连接并且具有共同的电位，使可能会引起在上磁芯120和下磁芯125之间放电的电位差最小化。外层140A和 145A、内层140B和145B、和端层140C、140D、145C和145D共同形成半导体外壳，所述半导体外壳使电感耦合器100内的局部放电或者电晕最小化。图2为具有围绕磁芯的可压缩层的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖视图。上磁芯120具有极面200，下磁芯125具有极面205。极面200和极面205通过气隙210彼此分
1 O术语“气隙”指得是磁芯之间具有非磁性材料的区域。在高电流等级，气隙改善磁路的磁性特征。外层140A、内层140B、和端层140C和140D(未在图2中示出)彼此覆盖并且覆盖极面200。外层145A、内层145B、和端层145C和145D(未在图2中示出)彼此覆盖并且覆盖极面205。因此，所述层为气隙210提供了非磁性材料的填充。气隙210内的材料结构还能够缓冲极面200和极面205使其免受物理冲击和振动，以减少上磁芯120和下磁芯125 破裂的机率。图3为具有可压缩层的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖视图，上磁芯和下磁芯暴露磁芯面。外层140A禾口 145A、内层140B禾口 145B、端层140C、140D、145C和145D(未在图3 中示出)结束于，并且不覆盖极面220和225。然而，外层140A和145A、内层140B和145B、 和端层140C、145C、140D和145D彼此接触。因此，在外层140A禾口 145A之间、内层140B禾口 145B之间、和端层140C、145C、140D和145D之间存在电连续性。图4为具有作为围绕磁芯的可压缩层的绝缘体的电感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖视图。层400设置在上磁芯120的外表面上，并且设置在下磁芯125的内表面和外表面上。层400由绝缘并且可压缩的材料构成。也就是，层400为绝缘体并且对于上磁芯120 和下磁芯125的包覆成型(over-molding)还是可压缩的。优选地，采用邵氏A型硬度计进行检测，层400的硬度为大约10到大约100之间。例如，层400可以由硅构成。在此描述的技术为示例性的，并且不应该隐含任何对于本发明的特定的限定。应该理解，本领域技术人员可以进行各种替换、合并和修改。本发明包含所有在所附权利要求范围内的替换、修改和变化。
权利要求
1.一种用于耦合信号到导线的电感耦合器，包括 磁芯，所述磁芯具有所述导线穿过的孔；缠绕磁芯的一部分的线圈，其中所述信号通过所述磁芯在所述线圈和所述导线之间耦合；位于所述线圈和所述磁芯之间的电绝缘材料；和位于所述磁芯和所述电绝缘材料之间的可压缩材料，其中，所述可压缩材料具有比所述电绝缘材料的硬度小的硬度。
2.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，采用邵氏A型硬度计进行检测，所述可压缩材料的所述硬度为10到100之间。
3.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述可压缩材料具有半导体电性特征。
4.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述可压缩材料具有5到1000欧姆-厘米之间的电阻率。
5.根据权利要求1所述的电感耦合器，还包括在所述磁芯的外表面上的可压缩材料。
6.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述磁芯包括由缝隙分离的上磁芯和下磁芯；并且其中所述电感耦合器还包括位于所述缝隙内的可压缩材料。
7.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述导线传输从90到600伏特的电压。
8.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述导线传输从MOO到35000伏特之间的电压。
9.根据权利要求1所述的电感耦合器，其特征在于，所述信号具有大于或等于1兆赫兹的频率。
全文摘要
本发明提供了一种耦合信号到导线的电感耦合器。电感耦合器包括(a)具有导线穿过的孔的磁芯，(b)缠绕磁芯部分的线圈，其中通过磁芯信号在线圈和导线之间耦合，(c)位于线圈和磁芯之间的电绝缘材料，和(d)位于磁芯和电绝缘材料之间的可压缩材料。可压缩材料具有比电绝缘材料的硬度小的硬度。
文档编号H01F38/14GK102360869SQ201110154048
公开日2012年2月22日 申请日期2006年3月2日 优先权日2005年5月20日
发明者埃里克·S·默克, 耶胡达·塞伦 申请人:安比恩特公司