专利名称：电流探测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于探测导体中电流的新的改进的仪器，更具体地说，是涉及一种利用对导体产生的磁通量敏感的探测器，以提供随导体电流而变化的输出信号的仪器。
以前曾用电流互感器或电流环来探测导体中流过的电流大小。电流互感器的体积和重量都比较大。为了适应各种电流水平，需要几种不同尺寸的电流互感器。电流互感器对频率很敏感，且必须做得很小才能完全补偿连续热电流的因素。
以前曾建议采用一种磁通探测器(如霍尔效应探测器)来提供随流过导体的电流而改变的输出信号。霍尔效应探测器可安放在这导体不同距离的地方。象霍尔效应探测器一类的磁通探测器的使用方法，在美国专利4,539,520；4,587,509；5,172,052；和5,416,407中作了阐述。
本发明提供一种用来探测导体中电流的新的改进的仪器。该仪器包括一个磁通聚集器，它可以绕一部分导体延伸。磁通聚集器可包括磁性材料的主段和非磁性材料的一或多个中间段。磁通探测器安放在磁通聚集器的中间部段上。需要的话也可以采用多个磁通探测器。
磁通聚集器的主段可包括导磁柱体，它们与一个或几个中间部段相连。主段还可能包括从柱体伸出的导磁联结器段。各联结器段可由一非磁性材料的中间部段啮合。柱体至少有一部分位于导体的开孔内。可以用一个导磁底坐互连各导柱。
结合所附各图阅读以下的描述，可以更好地了解本发明的上述和其它一些特征，附图中
图1是磁通探测器与载流导体所产生的磁通相交链的方式的示意图；图2是按本发明构造的电流探测仪的图解示意图；图3是图2中电流探测仪的中间波的图解示意图；图4是说明为什么电流以探测仪第二个实施例不受邻近导体发出的磁通的影响的简化示意图；图5是电流探测仪第三个实施例连同一个汇流条的图解示意图6是图5中电流探测仪一个中间段的放大图解示意图；图7是一个连接器段的放大图解示意图，该连接器段是图5的电流探测仪主段的一部分；图8是柱体主体部分的局部放大图解示意图，该主体部分是图5的电流探测仪主段的一部分；图9是柱体的套筒部分和安装部分以及基底部分的分解图解示意图，其中底坐是与图5的电流探测仪主段的柱体相连的；图10是电流探测仪第四个实施例连同一个汇流条的局部示意图；图11是图10的汇流条的缩小平面图；图12是说明图10的电流探测仪一部分结构的图解示意图；图13是图10的电流探测仪的中间段的图解示意图；图14是沿图10的14-14线的局部剖视图；图15(在附图第4页)是沿图12的13-13线的局部剖视图。
总的说明磁通探测器20相对于电导体22的定位方式示于图1中。导体22中电流的方向用箭头24表示。导体产生的磁通以虚线箭头26表示。
磁通探测器20具有两个对磁通敏感的平行侧平面30和32，通过这两个面之间的磁通26为磁通探测器20所检测。磁通26使磁通探测器20给出一个输出信号，经以34表示的电线输出。流过电线34的输出信号随着通过导体22的电流24的改变而变化。电线34与一个适当的控制电路(图中未画出)相连接，由控制电路起控制作用，以反映流过导体22的电流的变化。电线34和(或)磁通探测器20可以与一决印刷电路板(未示)相连。
现有许多不同类型的磁通探测器20可用来检测磁通量26的变化。但在本发明的实施例中，磁通探测器20是一个霍尔效应探测器。希望的话，当然也可以采用其它已有类型的磁通探测器。
虽然图1中只画了一个磁通探测器20，但也可以采用多个磁通探测器20来检测流经导体20的电流24的变化。磁通探测器20可以安放在许多相对于导体22*不相同的位置。例如，可以把第二个磁通探测器20放在与图1所示的磁通探测器20直径方向的对面。使用几个探测器20时，它们对磁通的灵敏度可能不相同。
需要的话，可以把多加的磁通探测器20沿着导体22的轴线方向相隔一定距离安放。采用几个对磁通具有不同灵敏度的磁通探测器20，可以检测到较大范围的电流变化。因此，可以在沿导体22轴向相隔一定距离的每个位置安放几个磁通探测器20。不同位置上的磁通探测器20对磁通可以有不同的灵敏度。
按本发明构造的电流探测仪40如图2所示。该电流探测仪40是利用图1所示的原理。电流探测仪40(图2)包含一个磁通聚集器42，它将图1中以26表示的磁通相对于磁通探测器20聚集起来。
图2所示的本发明实施例中，导体22是一条电缆，其电导体部分为44。导体部分44外面有一层绝缘材料46包围。虽然在图2中所示的作为导体22的一种特定类型是电缆，但如希望的话，电流探测仪40也可以和其它类型的导体联用。比如，电流探测仪40可以与一个汇流条联用。
磁通聚集器42包括一对主段50和52，它们由磁性材料(即包含铁磁元素为铁，镍和钴)制成。主段50和52的磁性材料易于退磁，而且没有什么剩磁。
上、下中间段54和56与磁通聚集器42的主段50和52相连。中间段54和56由非磁性材料(即磁效应很弱)材料制成。例如，可采用适当的聚合物材料来制造中间段54和56。虽然在图2所示的实施例中有两个中间段54和56，但需要的话，也可以只用一个或者两个以上的中间段。
长方形的磁通探测器20(图2)被安放在上中间段54中的一个矩形凹槽60内。第二个磁通探测器20(图中未画出)安放在下中间段56中的凹槽62内。上、下磁通探测器20通过电线34与适当的控制电路相连。虽然图2所示的实施例是有两个磁通探测器20，但如需要的话，也可以只用一个或两个以上的磁通探测器。
上、下磁通探测器20对磁通的灵敏度可以相同或不同。上、下磁通探测器20安装时应使对磁通敏感的表面30和32(图1)一般与导体22发出的磁通流向相垂直。上、下磁通探测器20上的磁通敏感面30和32彼此平行，且与导体22的纵向中心轴线平行。这样就使上、下磁通探测器20的磁通敏感面30和32沿着垂直于磁通26的路径的方向伸展。但若希望的话，也可以让导体20的纵向中心轴线相对于磁通敏感面30和32为倾斜的。
在上述磁通聚集器部件42的实施例中，上、下磁通探测器20与导体22是等距安放的。但若需要也可以把它们安放在离导体不同距离的地方。例如，可以把下磁通探测器20安放在比上磁通探测器离导体22更远的地方。
从导体22发出的磁力线走向是垂直于磁通探测器20与磁力线相交处的磁通敏感面30和32。磁通聚集器磁通聚集器部件42包括由磁性材料制成的导磁主段50和52，及由非磁性材料制成的中间段54和56。在所示的实施例中，导磁主段50和52由含铁的圆柱形金属柱70和72组成。
导磁柱体70和72的平行纵向中心轴线位于垂直于导体纵向中心轴线的平面内。柱体70和72的平行中心轴所在的平面，垂直于上、下磁通探测器20的磁通敏感侧面30和32。柱体70和72的中心轴离上、下磁通探测器20的距离相等。不过，如需要也可以将磁通聚集器42做成不同的结构。
磁通聚集器部件的中间段54与柱体70和72的上端部74和76固定相连。因此，要在磁通聚集器42的中间段54上开一对圆柱形孔80和82(图3)，以插入柱体70和72的上端部74和76(图2)。圆柱形孔80和82(图3)轴向贯穿中间段54。不过，如需要也可将圆柱形孔80和82的上端部封闭。
在所示的实施例中，柱体70和72的上端部74和76与圆孔80和82的圆柱形内侧面为静配合。这种静配合能有效地将中间段54和柱体70及72牢固地连起来。但也可以使用合适的紧固件把中间段54和柱体70及72相连。
容纳磁通探测器20的长方形凹槽60(图2和图3)位于中间段54两个圆柱孔80和82的中间(图3)。电线34可与印刷电路板(未示)相连。凹槽60的侧面与长方形磁通探测器20为紧配合，使得磁通探测器与磁力线路径垂直。
在所示的实施例中，凹槽60是无底的，即凹槽60贯穿中间段54。但若需要，也可以把凹槽60对着导体22的一端(即下端)封闭起来。
虽然图3只表示了上中间段54的结构，但下中间段56(图2)的结构也和上中间段54相同。虽然我们相信最好在上、下中间段54和56中都安装磁通探测器20，但是希望的话，也可以只安一个，例如下中间段56内不装。
在图2所示的磁通聚集器部件42的实施例中，导体22通过一个通常为矩形的通道88，它是由柱体70和72以及上、下中间段54和56围成的。通道88应足够大，使得导体22与柱体70和72及上、下中间段54和56保持一定距离。导体22的纵向中心轴线穿过通道88的中心。希望的话也可将通道88组成与所示长方形不同的结构。例如，通道85可以是圆形结构。
如需要，可将柱体70和72之间的距离可较小。那时柱体70和72将与穿过通道88的导体22的相对两边接触。如希望的话，可将通道88的尺寸减小到使柱体70和72及中间段54和56都与通过通道的导体22相接触。
磁通聚集器部件42可以通过靠在导体22上来支撑。但若需要也可以用一个合适的托架将磁通聚集器部件42和导体22连起来，并将导体安置在通道88的中央，保持与磁通聚集器相隔一定距离。托架可由磁性和(或)非磁性材料制成，且与柱体70和72以及(或)中间段54和56相连。需要的话，也可利用导体周围的构件来支撑磁通聚集器部件42，而不依靠导体本身。
虽然磁通聚集器42的中间段54和56的宽侧面为平行平面，但如需要也可以把它们做成不同的结构形状。例如，可以将上中间段54向下延伸(按图2所示的方向)至与导体22接触。同样，下中间段56可以向上延伸至与导体22接触。如果这样做，中间段54和56这部分表面的形状就做成与导体22外表面相适应的形状。
虽然中间段54和56可以延伸至与导体22相接触，但我们认为，还是将探测器20保持在图2所示的相对于导体及柱体70和72的位置为好。如中间段54和56延伸至与导体22相接触，则可把中间段做成将柱体70和72的大部分甚至全部包围起来。这样做的结果是用中间段54和56将柱体70和72支撑起来。
在图2所示的磁通聚集器部件42实施例中，通道88具有普通的矩形形状，导体22为圆柱形。但若需要通道88也可以是其它的形状。只要通道的尺寸与导体22的尺寸相适应，就很容易将磁通聚集器42安置在沿导体22长度方向任意希望的位置。于是，磁通聚集器42可以座落在由适当的连接器互相连接起来的各段内，以便将磁通聚集器在沿导体长度方向任何选定的位置夹持到导体22上。杂散磁通图4所示的本发明实施例中，电流探测仪是处在一个由导体发出的磁通场内，该导体与穿过磁通聚集器的导线是处于相同的平面。在这种情况下，可以预料磁通聚集器可能有一个无效点，其位置就是磁通探测器所处的地方。这使得磁通探测器只对穿过磁通聚集器的导体产生的磁通变化有反应，而对同一平面内其它导体产生的磁通变化不起作用。因为图4所示的实施例一般与图1至3所示的实施例很相似，我们采用相似的数字来表示相似的元件，但为避免搞混，把图4中的数字加上一个下标“a”。
电流探测仪40a包括一个磁通聚集器部件42a，它将导体22a的一部分包围起来。磁通聚集器部件42a包括主段50a和52a以及上、下中间段54a和56a。磁通探测器20a装在上中间段54a的凹槽60a内。虽然磁通探测器20a用的是霍尔效应器件，但若希望也可以采用其它现有类型的磁通探测器。在图4的实施例中，只有一个磁通探测器20a。因而在下中间段56a内没有磁通探测器。
由导体22a发出的一部分磁通在图4中以实线26a表示。虽然图4中只用实线箭头标示从主段50a经过中间段54a到达主段52a的磁通26a，以及从主段52a经过中间段56a到达主段50a的磁通26a，但应指出，从导体22a发出的磁通26a也沿轴向通过主段50a和52a。磁通探测器20a处在对磁通敏感的侧面30a和32a上，后者与导体22a发出的磁通26a相垂直。
导体22a可能是一个多相，多导体系统。除了由导体22a发出的磁通外，磁通聚集器部件42a还与和导体22a处在同一平面的相邻平行导体发出的磁通相交链。这些磁通可以称为杂散磁通。图4中以虚线92来标示由相邻导体产生的杂散磁通。
由于磁通聚集器部件的金属主段50a和52a的导磁率高，杂散磁通92被吸引过来。从相邻导体来的杂散磁通92沿着主段50a和52a流向上中间段54a。主段50a和52a由容易退磁的磁性材料制成。杂散磁通52a穿出磁通聚集器42a后进入紧靠磁通探测器20a上面(从图4的方向看)的空间。
杂散磁通92a在探测器20a的两个相对侧面强度相等。杂散磁通92在探测器20a的两个相对侧面上方向相反，故相互抵消。这使得杂散磁通92几乎不对磁通探测器20a的输出产生什么影响。这是因为磁通探测器20a处在杂散磁通场基本上无效的区域。因此，磁通探测器20a的输出仅随导体22a发出的磁通的变化而改变。
在图4的本发明实施例中，主段50a和52a与导体22a的两个对面紧靠着。但可将主段50a和52a之间的距离拉大，使得导体22a两边与主段之间有间隙。需要的话，也可以用适当的托架把磁通聚集器42a与导体22a连起来。另外，可以将中间段54a和56a延伸至与导体22a相接触。
磁通聚集器部件42a与图1-3中的磁通聚集器42的结构大致相同。但磁通聚集器部件42a只有一个磁通探测器20a。如需要也可在下中间段56a上安装第二个磁通探测器。在所示的本发明实施例中，上、下中间段54a和56a是用非磁性材料制造的。当只在上中间段54a内有一个探测器20a时，下中间段56a可以用磁性材料做。
磁通聚集器-第三个实施例在图2和图4所示的本发明实施例中，磁通聚集器的主段50和52为整体结构。在图5-9的磁通聚集器实施例中，则采用多件具有要求长度的磁通聚集器主段结构。因图5-9所示的实施例大体上与图1-4所示的实施例相似，我们采用相似的数字来标示相似的元件，但加一个下标“b”以避免混淆。
磁通探测器20b(图5)用来探测导体22b产生的磁通。虽然可以采用任何所希望的磁通探测器，但我们用的磁通探测器20b是霍尔效应器件。在图5所示的实施例中，导体22b是一个金属汇流条，而不是象图2中所示的电缆。但若需要的话，图2的导体22也可以是一个汇流条或汇流条的一部分。
电流按图5中箭头24b所示的方向流过导体22b。电流探测仪40b经电线34b提供一个随流经导体22b的电流大小而变化的输出信号。电流探测仪40b包括一个磁通聚集器部件42b，它将导体22b发出的一部分磁通聚集起来并指向磁通探测器20b。
磁通聚集器部件42b包括两个平行的主段50b和52b。主段50b和52b由磁性材料，即含有铁磁元素(如铁，镍，钴)的金属制成。主段50b和52b的磁性材料是容易退磁的。
中间段54b与主段50b和52b相连且处在它们的中间。中间段54b的纵向中心轴线垂直延伸至与主段50b和52b的中心轴线相交。虽然中间段54b可用多种非磁性材产来做，但在所示的实施例中，中间段54b是用聚合材料做的。
底坐部分100跨在主段50b和52b之间，且处于与中间段54b相对的导体22b一侧。底坐部分100是由容易退磁的磁性材料制成的。底坐部分100的纵向中心轴线垂直伸至与主段50b和52b的中心轴线相交。底坐部分100两个相对的端部与主段50b和52b相连接。
主段50b包括一个由磁性材料做的导磁柱体70b和一个由磁性材料做的导磁连结器段102。连接器段102与柱体70b和中间段54b固定连接。同样，主段52b包括一个由磁性材料做的导磁柱体72b和一个电磁性材料做的连接器段104。连接器段104与柱体72b和中间段54b固定连接。柱体70b和72b以及连接器段102和104都用磁性材料做。
在图5所示的实施例中，主段50b和52b是由几个彼此连在一起的导磁元件构成的。因而主段52b包括由磁性材料做的连接器段104(图7)。连接器段104有一个基坐部分108，用适当的固紧器，焊接或粘接材料紧固在柱体72b上(图5)。臂110(图7)从基坐部分108向外伸至中间段54b(图5)。此臂110与中间段54b紧固在一起。
主段52b(图5)的柱体72b包括一个由磁性材料做的圆柱体114(图8)。此柱体114有一个圆形上端面116，按图5所示的方式与连接器段104的基坐部分108相连。另外，柱体114包括一个圆柱形端部118(图8)，插在由磁性材料做的圆管金属套筒120内(图9)。套筒120和柱体114(图8)的端部118紧固在一起。在图5-9所示的实施例中，柱体114的端部与管状圆套筒120的内壁为静配合。如需要，可在元件114和120之间装一个适当的电绝缘元件。
一个由磁性材料做的金属安装轴124(图9)与套筒120和基底部分100相连。安装轴124有一个圆柱形轴段126和一个圆柱形头部128。头部128插在套筒120中。轴段126插在底坐部分100的孔132内(图9)。底坐部分100可以是导体22b支撑结构的一部分。或者底坐部分100可以是一个与导体22b的支撑结构分开的构件。
主段50b的柱体70b具有与主段52b的柱体72b相同的结构。因而柱体70b包括一个与连接器段102固定连接的柱体140(图5)。柱体140插在管状金属套筒142中。安装轴144有一个圆柱形头部146，插在圆柱形套筒142内。此外，安装轴144有一个圆柱形轴段148，伸进金属基底部分100的一个孔(未示)内。两个柱作70b和72b具有相同的结构，且都用磁性材料制成。
柱体70b和72b具有平行的中心轴线。连接器段102和104的中心轴线相重合，且垂直延伸至与柱体70b和72b的平行中心轴线相交。中间段54b有一个中心轴线，沿平行于连接器段102和104的中心轴线伸展。基底部分100有一个中心轴线，沿平行于中间段54b的中心轴线和导体22b的上宽侧面伸展。
根据本发明这个实施例的特征，安装轴124和144穿过导体22b中的孔将磁通聚集器42b相对于导体22b定位。因此，安装轴124(图5)的轴段126(图9)将穿过导体22b中的孔152。同样，安装轴144的轴段148穿过导体22b中的孔154。导体22b将安装轴124和144的轴段126和148夹紧。
安装轴124和144与基底部分100固定相连。基底部分与导体22b隔开一定距离。如需要可在基底部分100和导体22b之间加上一层电绝缘材料。
如果把金属基底部分100作为导体22b支撑结构的一部分，安装轴124将和基底部分100一起，将导体22b相对于基底部分和导体22b的支撑结构的其它元件定位。若基底部分100是作为一个与导体22b的支撑结构分开的构件，则基底部分和导体中的孔152和154可处于沿导体22b长度方向任何所希望的位置。如沿导体22b长度方向装有一个以上的电流探测仪40b，则一个电流探测仪40b可与构成导体22b的支撑结构一部分的基底部分100相连接，另一个电流探测仪40b可与和导体支撑结构分开的基底部分相连接。
中间段54b(图6)包括一个矩形凹槽60b，它穿过中间段54b的中心。一对矩形凹槽160和162从中间段54b的相对两端沿轴向方向向内伸展。连接器段104上的臂110插在矩形凹槽162中。同样，连接器段102上的臂插在凹槽160中。
凹槽160和162的深度还未达到装有矩形磁通探测器20b的凹槽60*处。因此，接纳连接器段102的凹槽160和安装磁通探测器20b的凹槽60b之间留有一部分用来制造中间段54b的聚合材料。同样，接纳连接器段104的凹槽162和安装磁通探测器20b的凹槽60b之间当有一部分用来制造中间段54b的聚合材料。
中间段54b与连接器段102和104是通过凹槽160和162与连接器段之间的干涉配合来连接的。如需要，还可采用适当的连接器将中间段54b和连接器段102和104相互连接起来。
安装磁通探测器20b的凹槽60b具有两个宽侧面166和168，它们彼此平行，且垂直于凹槽160和162的共有的纵向中心轴线。当连接器段102和104插入凹槽160和162时，凹槽60b的宽侧面166和168将处在垂直于连接器段102和104的纵向中心轴线的方向。凹槽60b的宽侧面166和168也和包含柱体70b和72b的纵向中心轴线的平面相垂直。磁通探测器20b以其磁通敏感侧面30和32(图1)装入凹槽60b内，使得探测器20b与凹槽60b的宽侧面166和168沿平面接触。
根据本发明的另一个特征，有一个磁通分路元件174与导体22b和基底部分100相连接。分路元件174将减少通过主段50b和52b流向中间段54b及磁通探测器20b的磁通量。因此，从导体22b发出的一部分磁力线将在主段50b和分路元件174的磁性材料之间流过。这使得通过磁通探测器20b的总磁通量减少。
在所示的本发明实施例中，分路元件174有一个金属轴部分(未示)，它穿过导体22b并进入基底部分100中的内螺纹孔内。分路元件有一个金属头端部露在外面。分路元件174安装在主段50b和52b的中间。
在图5所示的本发明实施例中，磁通聚集器42b的主段50b和52b是由彼此固定连接在一起的几部分构成的。通过改变构成主段50b和52b各部分的尺寸，可以改变中间段54b和导体22b之间的距离。但主段50b和52b中每一段也可以由较少的材料块构成。例如，柱体70b和连接器段102可以用一块材料来做。同样，柱体72b和连接器段104也可用一块材料来做。或者，基底部分100，柱体70b，连接器段102，柱体72b，和连接器段104可以全部用一块材料来做。
在图5所示的本发明实施例中，柱体70b和72b穿过导体22b中的孔152和154。如愿意可以让柱体70b和72b对导体22b的相对两边不对称地安置。这样一来，基底部分100可以伸出导体22b边缘之外一个距离，足以让安装轴124的轴段126(图9)插入基底部分100中的孔132内，而不穿过导体22b。同样，基底部分100上的孔可以这样配置，使得安装轴144能插入基底部分中靠近导体22b上纵向伸展的窄侧面的孔内。这样一来，基底部分100就可用作导体22b的支撑结构的一部分，或者可以与支撑结构分开来做，然后与支撑结构或导体22b相连。电流探测仪的第四个实施例在图1-9的本发明实施例中，磁通探测器20是与导体22隔开一段距离，且磁通聚集器42的主段50和52是安置在靠近导体两相反的侧面处。在图10-15所示的本发明实施例中，磁通探测器是放在靠近导体的地方，且只有一部分导体通过磁通聚集器两个主段之间。由于图10-15中的实施例大体上与图1-9中的实施例相似，我们用相似的数字来标示相似的元件，但为了避免混淆，我们在图10-15的数字上加一下标“c”。
导体22c(图10和11)中电流的流向以箭头24c表示。在这个实施例中，导体22c是一个金属汇流条。流经导体22c中电流的变化由电流探测仪40c探测(图10和14)。
电流探测仪40c(图10)包括一个磁通探测器20c，它通过电线34c与一个适当的控制装置连接。一旦流经导体22c的电流有变化，磁通探测器20c就经过电线34c给出一个输出信号，引发适当的控制作用。在所示的实施例中，磁通探测器20c是一个霍尔效应器件。
除了磁通探测器20c之外，电流探测仪还包括一个磁通聚集器事件42c。磁通聚集器42c包括一对相隔一定距离的导磁主段50c和52c(图12和14)。一个非磁性材料做的中间段54c(图10和13)与主段50c和52c固定相连。磁通探测器20c安装在中间段54c中的一个凹槽60c内。
主段50c(图12和14)包括一个一般为矩形截面的柱体70c，它由磁性材料制成。一个由磁性材料制成的连接器段102c(图12)从柱体50c的上端部74c伸向主段52c一方。同样，主段52c包括一个由磁性材料做的矩形截面柱体72c。一个由磁性材料制成的连接器段104c从柱体72c的上端部76c伸向主段50c一方。
柱体70c，连接器段102c，柱体72c和连接器段104c(图12)都用磁性材料制造。基底部分100c(图12和14)与柱体70c和72c做成一个整体。基底部分100c，柱体70c和72c以及连接器段102c和104c都用磁性材料制造，且共同至少部分地界定一个矩形通道88c。导体22c的一部分处在通道88c中。
柱体70c和72c穿过导体22c中相隔一定距离的一对椭圆孔200和202(图10和11)。虽然图10中磁通聚集器部件42c是处在导体22c的一对开孔200和202中，但也可以把磁通聚集器放在相对导体22c的其它位置。例如，导体22c可以象图2中的导体22那样是一条电缆，并穿过通道88c。另外，可将通道扩大至足以让整个导体22c穿过。
磁通聚集器部件42c的基底部分100c(图14)靠近导体22c的下边204。连接器段102c和104c处在与导体22c的上边205相接触的位置。但柱体70c和72c与导体22c隔开一定距离。
需要的话，也可以象图5所示的实施例那样，让连接器段102c和104c及中间段54c与导体22c的上边隔开一定距离。在连接器段102c和104c(图14)及导体22c的上边205之间可以放一层电绝缘材料。同样，在基底部分100c和导体22c下边204之间也可以放一层电绝缘材料。
连接器段102c和104c(图12)具有两个彼此隔开一定距离的交叠臂206和208。这两个平行臂206和208部分地构成一个处于它们之间的开口或窄缝210。磁通探测器20c(图10)就安置在连接器段102c和104c两臂206和208之间的窄缝210中(图12)。磁通探测器20c的取向应使其磁通敏感面30和32(图1)平行于连接器段102c和104c上两臂206和208的纵向中心轴线。
在图12所示的本发明实施例中，交叠的连接器段102c和104c是与金属柱体70c和72c分离的。连接器段102c和104c用适当的固定器(未示)固牢在柱体70c和72c上。但也可以不用固定器，而用焊接或粘接等方法将连接器段102c和104c与柱体70c和72c连起来。此外，也可以将连接器段102c和104c与柱体70c和72c做成一个整体。
非磁性连接器段54c上开有一对槽216和218(图13和15)，臂206和208(图12)按图5的方式伸入槽中。槽216和218的纵向中心轴线相互平行，且与安装磁通探测器20c的矩形凹槽60c的宽侧面平行。槽216和218(图13)的纵向中心轴线与柱体70c和72c(图10和12)的纵向中心轴线互相垂直。
凹槽60c离槽216和218(图15)有一定距离。凹槽60c中的矩形磁通探测器20c处在连接器段102c和104c上相交叠的两臂206和208的中间。中间段54c的非磁性材料伸到磁通探测器20c附近，并将探测器与臂206和208分开。
磁通探测器20c上的磁通敏感侧面30c和32c与流过连接器段102c和104c两臂206和208之间的磁力线相垂直。因而，即使磁通探测器20c的方向从图2和5所示的方向改变90°，探测器20c的磁通敏感侧面30c和32c仍然与磁力线流向垂直。
只有导体22c的一个中心部分(图14)穿过由磁通聚集器42c形成的通道88c。导体22c的侧面部分216和218则沿着磁通聚集器42c相反的两个侧面安置。在所示的实施例中，开口200和202将导体22c分成截面积相同的三部分214，216和218。
从垂直于导体22c的纵向中心轴的平面，即沿着图10的14-14线来看，三部分214，216和218具有相同的横截面积。因此，电流24c就被分成大致等量的三路在开口200和202之间及附近流动。但若需要也可以把导体22c的三部分214，215和218做成具有不同的横截面积。
在图2-9所示的本发明实施例中，导体22中的全部电流都流过磁通聚集器部件42。在图10-15所示的实施例中，只有一部分电流流过磁通聚集器部件42c。改变导体22c三部分214，216和218的相对尺寸，则可改变流过磁通聚集器42c中通道88c的总电流24c的百分数。
结论从以上的描述明显可知，本发明提供了一种探测导体22中电流的新的改进型仪器40(图2，4，5和10)。仪器40包括一个磁通聚集器部件42，该部件可以延伸到一部分导体22的周围。磁通聚集器部件42可能包括由磁性材料构成的主段50和52’以及一个或几个非磁性材料制成的一个或几个中间段50和(或)56。磁通探测器20安装在磁通聚集器42的中间段54中。如需要可采用多个磁通探测器20。
磁通聚集器42的主段50，52可能包括导磁的支持柱体70和72，柱体与一个或几个中间段54和(或)56相连。主段50和52可能还包括导磁的连接器段102和104，它们是从支持柱体70和72伸出的。连接器段102和104可由一个非磁性材料做的中间段连起来。柱体70和72可能至少有一部分处于导体中的孔152和154或孔200和202内。导磁的底坐100可与支持柱体70和72相连。
权利要求
1.一种用来探测导体(22)中的电流的仪器(40)，该仪器包括一个在一部分导体周围延伸的磁通聚集器(42)，该磁通聚集器(42)包括由磁性材料形成的第一和第二两个部段(50和52)，和一个由非磁性材料形成的中间部段(54)，第一和第二部段(50和52)处于导体(22)相反两侧附近，中间部段(54)在磁通聚集器(42)的第一和第二部段(50和52)之间延伸，并且一个磁通探测器(20)装在磁通聚集器(42)的中间部段(54)上。
2.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42)的第一部段(50)包括处于导体第一侧附近的第一构件(70)，磁通聚集器的第二部分(52)包括处于导体第二侧附近的第二构件(72)，该导体第二侧与导体第一侧对置，第一和第二构件(70和72)的轴线横向于导体的纵向中心轴线延伸，中间部段(54)与第一构件(70)的端部(74)及第二构件(72)的端部(76)相连接，第一和第二构件(70和72)以及中间部段(54)配合以便至少部分地界定一个通道(88)，导体(22)就从这个通道通过。
3.如权利要求2所述的仪器，其中磁通聚集器的第一部段(50b)包括一个第三构件(102)，它与第一构件(70b)相连并伸向第二构件(72b)，磁通聚集器的第二部段(52b)包括一个第四构件(104)，它与第二构件(72b)相连并伸向第一构件(70b)，中间部段(54b)至少部分地处于第三和第四构件(102和104)之间。
4.如权利要求3所述的仪器，其中磁通探测器(20b)至少部分地处在中间部段(54b)内，且这个磁通敏感探测器的磁通敏感表面横向于第三和第四构件(102和104)的中心轴线。
5.如权利要求3所述的仪器，其中磁通探测器(20c)至少部分地处在中间部段(54c)内，且其磁通敏感表面与第三和第四构件(102c和104c)的中心轴线平行。
6.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42)包括一个第二中间部段(56)，它用非磁性材料形成并与上述第一和第二构件(50和52)相连，所述第二中间部段(56)可有效地局部界定让导体通过的通道(88)。
7.如权利要求6所述的仪器，还包括一第二磁通探测器(20)，它装在磁通聚集器(42)的第二中间部段(56)上。
8.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42)还包括一个基底部分(100)，它由磁性材料形成并与第一和第二部段(50b和52b)相连，且可有效地局部界定让导体通过的通道。
9.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)的第一部段(50b)至少部分地处在导体(24b)的第一开孔(54)中，磁通聚集器的第二部段(152b)至少部分地处在导体的第二开孔(152)中。
10.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42)的第一和第二部段(50和52)与导体(22)间隔开。
11.如权利要求1所述的仪器，其中磁通聚集器(42a)的第一和第二部段(50a和52a)都设置成与导体相啮合。
12.如权利要求1所述的仪器，其中磁通探测器(20)的磁通敏感表面(30)至少部分地处在磁通聚集器的第一和第二部段(50和52)的中心、轴线之间，所述磁通探测器的所述磁通敏感表面(30)横向于包含磁通聚集器第一和第二部段(50和52)的中心轴线的平面延伸并通过该平面延伸。
13.如权利要求1所述的仪器，其中磁通探测器(20c)的磁通敏感表面(30c)至少部分地处在磁通聚集器(42c)的第一和第二部段(50c和52c)之间，磁通探测器(20c)的磁通敏感表面(30c)是沿着包含磁通聚集器第一和第二部段(50c和52c)的中心轴线的平面延伸。
14.一种用于探测导体(22)中电流的仪器(40)，该仪器包括一个磁通聚集器，该聚集器(42)包括用磁性材料形成的相隔开的第一和第二导磁部段(50和52)，一个用非磁性材料形成的第一中间部段(54)，该第一中间部段(54)有一个第一端部与第一导磁部段(50)的第一端部(74)相连，和一个第二端部与第二导磁部段(52)的第一端部相连，聚集器还包括一个由非磁性材料形成的第二中间部段(56)，该第二中间段(56)有一个第一端部与第一导磁部段(50)的第二端部相连，和一个第二端部与第二导磁部段(52)的第二端部相连，并且在第一中间部段(54)上装有一个磁通探测器(20)。
15.如权利要求14所述的仪器，还包括一个装在第二中间部段(56)上的第二磁通探测器(20)。
16.如权利要求15所述的仪器，其中第一磁通探测器(20)具有一个第一磁通敏感表面(30)，第二磁通探测器(20)具有一个第二环通敏感表面(30)，它通常与上述第一磁通敏感表面平行延伸。
17.如权利要求15所述的仪器，其中第一磁通探测器(20)处于上述第一和第二导磁部段(50和52)的第一端部(74和76)之间的中间，第二磁通探测器(20)处于上述第一和第二导磁部段(52和52)的第二端部之间的中间。
18.如权利要求15所述的仪器，其中第一磁通探测器(20)具有第一磁通敏感表面(30)，它横向于包含第一和第二导磁部段(50和52)中心轴线的平面延伸并通过该平面延伸，第二磁通探测器(20)具有第二磁通敏感表面(30)，它横向于包含第一和第二导磁部段(50和52)的中心轴线的平面延伸并通过该平面延伸。
19.如权利要求14所述的仪器，其中第一磁通探测器(20)有一个磁通敏感表面(30)，它横向于第一和第二导磁部段(50和52)的中心轴线的平面延伸并通过该平面延伸。
20.如权利要求14所述的仪器，其中第一和第二导磁部段(50和52)与第一和第二中间部段(54和56)配合以至少部分地界定导体(22)的一部分延伸通过的通道(88)。
21.一种用来探测导体(22b)中电流的仪器(40b)，它包括一个磁通聚集器(42b)，该磁通聚集器(42b)包括由磁性材料形成的相隔开的第一和第二导磁部段(50b和52b)，一个由非磁性材料形成的中间部段(54b)，该中间部段(54b)有一第一部分与第一导磁部段(50b)的第一端部相连和有一第二部分与第二导磁部段(52b)的第一端部相连，磁通聚集器(42b)还有一个由磁性材料形成的第三导磁部段(100b)，该第三导磁部段(100b)有一第一端部与第一导磁部段(50b)的第二端部相连，和有一第二端部与第二导磁部段(52b)的第二端部相连，同时有一个磁通探测器(20b)安装在上述中间部段(54b)上。
22.如权利要求21所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)包括一个第四导磁部段(102)，该第四导磁部段(102)有一第一端部与上述第一导磁部段(50b)的第一端部相连，和有一第二端部与上述中间部段(54b)相连，磁通聚集器还有一个第五导磁部段(104)，所述第五导磁部段(104)有一第一端部与第二导磁部段(52b)的第一端部相连，并有一第二端部与中间部段(54b)相连。
23.如权利要求22所述的仪器，其中磁通探测器(20b)处于第四导磁部段(102)的第二端部和第五导磁部段(104)的第二端部之间。
24.如权利要求23所述的仪器，其中磁通探测器(20b)有一个磁通敏感表面(30)，它横向于包含第一和第二导磁部段(50b和52b)的中心轴线的平面延伸。
25.如权利要求23所述的仪器，其中磁通探测器(20c)有一个磁通敏感表面(30)，它与包含第一和第二导磁部段(50c和52c)的中心轴线的平面平行延伸。
26.如权利要求22所述的仪器，其中中间部段(54b)包括用来限定第一凹槽(160)的第一表面装置，第四导磁部段(102)的第二端部至少部分地设置在此凹槽中，以及用来限定第二凹槽(162)的第二表面装置，第五导磁部段(104)的第二端部至少部分地设置在第二凹槽中，磁通探测器(20b)至少部分地处于中间部段(54b)内第一和第二凹槽(160和162)之间。
27.如权利要求21所述的仪器，还包括一个由导磁材料形成的构件(174)，它处在磁通聚集器(42b)的第一和第二导磁部段(50b和52b)之间的中间，以使磁通在磁通聚集器(42b)的第一和第二导磁部段(50b和52b)以及导磁材料形成的构件(174)之间导通。
28.一种用来探测导体(22b)中电流的仪器(40b)，它包括一个磁通聚集器(42b)，该聚集器(42b)包括用磁性材料形成的隔开的第一和第二导磁部段(50b和52b)，第一导磁段(50b)有一个在导体上一第一位置处与导体(22b)相啮合的第一部分(148)和一个与导体隔开的端部，第二导磁部段(52b)有一个在导体上一第二位置处与导体(22b)相啮合的第一部分(126)和一个与导体隔开的端部，聚集器还包括一个由非磁性材料形成的中间部段(54b)，该中间部段(54b)有一第一部分与第一导磁部段(50b)的端部相连，并有一第二部分与第二导磁部段(52b)的端部相连，同时有一个磁通探测器(20b)安装在磁通聚集器的中间段(54b)上，位于第一和第二导磁部段(50b和52b)之间的一个位置。
29.如权利要求28所述的仪器，其中磁通探测器(20b)有一个磁通敏感表面(30)，它横向于包含第一和第二导磁部段(50b和52b)中心轴线的平面延伸。
30.如权利要求28所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)还包括一个由导磁材料形成的第二中间部段(100)，它在与非磁性材料的中间段(54b)隔开的一个位置与第一和第二导磁部段(50b和52b)相连。
31.如权利要求28所述的仪器，其中第一导磁部段(50b)的第一部分(148)是第一导磁部段的一个端部，第二导磁部段(52b)的第一部分(126)是第二导磁部段的一个端部。
32.一种用来探测导体(22b)中电流的仪器(40b)，它包括一个磁通聚集的(42b)，该聚集器(42b)包括由磁性材料形成的相隔开的第一和第二导磁部段(50b和52b)，导体(22b)的一部分处在第一和第二导磁部段(50b和52b)之间，聚集器还包括一个由磁性材料形成的第三导磁部段(102)，它从第一导磁部段(50b)沿朝向第二导磁部段(52b)的方向延伸，还包括第四导磁部段(104)，电磁性材料制成且从第二导磁部段(52b)沿朝向第一导磁部段(50b)的方向延伸，第三和第四导磁部段(102和104)具有隔开的端部，聚集器还包括一个由非磁性材料形成的中间部段(54b)，它与第三和第四导磁部段(102和104)的端部相连，同时一个磁通探测器(20b)安装在磁通聚集器(42b)的中间部段(54b)上，该探测器(20b)有一个磁通敏感表面(30)，它至少部分地处于第三和第四导磁部段(102和104)的端部之间。
33.如权利要求32所述的仪器，其中第三和第四导磁部段(102和104)的中心轴线穿过磁通探测器(20b)的磁通敏感表面(30)延伸。
34.如权利要求32所述的仪器，其中第三和第四导磁部段(102c和104c)的中心轴线沿着磁通探测器(20c)的磁通敏感表面(30c)延伸。
35.如权利要求32所述的仪器，其中第三和第四导磁部段(102和104)的长度合起来小于第一和第二导磁部段(50b和52b)之间的距离，且磁通探测器(20b)处于第三和第四导磁部段上的端面之间。
36.如权利要求32所述的仪器，其中第三和第四导磁部段(102c和104c)的长度合起来大于第一和第二导磁部段(50c和52c)之间的距离，第三和第四导磁部段(102c和104c)的端部处于相互交叠的关系，磁通探测器(20c)至少部分地处在第三和第四导磁部段(102c和104c)相互交叠的端部之间。
37.如权利要求32所述的仪器，其中第一导磁部段(50b)有一部分在第一位置(154)与导体(22b)啮合，第二导磁部段(52b)有一部分在第二位置(152)与导体(22b)啮合，第二位置和第一位置相隔开。
38.如权利要求32所述的仪器，还包括一个由磁性材料形成的构件(100)，它处于第一和第二导磁部段(50b和52b)之间，以使磁通在磁通聚集器的第一和第二导磁部段与由磁性材料做的此构件(100)之间导通。
39.如权利要求32所述的仪器，其中磁通聚集器还包括一个第五导磁部段(100)，它在第一和第二导磁段(50b和52b)之间延伸，且在与中间部段(54b)隔开的一位置与第一和第二导磁部段相连。
40.一种仪器包括一个上面有第一和第二两个孔(154和152)的导体(22b)，一个磁通聚集器(42b)，该磁通聚集器(42b)有一个第一部分(50b)至少一部分地处在导体(22b)的第一个孔(154)内，和一个第二部分(52b)至少部分地处在导体(22b)的第二个孔(152)内，同时一个磁通探测器(20b)处于该磁通聚集器(42b)上。
41.如权利要求40所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)的第一部分(50b)包括一个由磁性材料形成的第一部段(70b)，磁通聚集器的第二部分(52b)包括一个由磁性材料形成的第二部段(72b)，该磁通聚集器(42b)还包括一个由磁性材料形成的中间部段(54b)，中间部段与上述第一和第二段相连，磁通探测器(20b)位于磁通聚集器的中间部段(54b)上。
42.如权利要求41所述的仪器，其中导体(22b)的一部分处于磁通聚集器(42b)的第一和第二部段(50b和52b)之间。
43.如权利要求41所述的仪器，其中磁通聚集器的第一部段(70b)被导体(22b)的第一部分(154)所固紧，磁通聚集器(42b)的第二部段(72b)被导体的第二部分(152)所固紧。
44.如权利要求41所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)的第一和第二部段(70b和72b)设置成与导体(22b)相啮合，磁通聚集器的中间部段与导体隔开。
45.如权利要求41所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)包括一个第二中间部段(100)，它与第一和第二部段(70b和72b)相连。
46.如权利要求40所述的仪器，其中磁通聚集器(42b)包括一个电磁性材料形成的部段(100)，它与第一和第二段相连。
47.如权利要求40所述的仪器，其中磁通探测器(20b)包括一个磁通敏感表面(30)，该表面沿着导体(22b)的纵向中心轴线延伸。
48.如权利要求40所述的仪器，其中磁通探测器(20c)包括一个磁通敏感表面(30c)，该表面横向于导体纵向中心轴线延伸。
全文摘要
一种用来探测导体(22)中电流的仪器(40),包括一个磁通聚集器(42)和一个或几个磁通探测器(20)。磁通聚集器(42)包括两个电磁性材料做的主段(50和52)。在磁通聚集器(42)两个主段(50和52)之间跨接着一个或几个由非磁性材料做的中间段(54和56)。磁通聚集器(42)的主段(50和52)和中间段(54)一起至少界定一个通道(88),一部分导体(22)就从此通道通过。
文档编号G01R15/14GK1266189SQ0010377
公开日2000年9月13日 申请日期2000年3月9日 优先权日1999年3月9日
发明者J·A·贝克尔, K·V·埃克罗斯, M·G·索尔维森 申请人:易通公司