专利名称：柔性电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量电导体中的电流的传感器，特别是涉及一种柔性电流传感器。
背景技术：
已知用线圈来测量所产生的场从而来测量导体中的电流，该线圈布置在所要监测的导体的周围或紧邻该导体。这样的线圈称为Rogowski线圈。由在监测导体中流动的电流所引起的磁场在线圈传感器导体的端部之间感应生成电压，该电压与在监测导体中流动的电流成正比。Rogowski线圈的感应电压或输出信号由信号处理电路读出以便进一步处理，该信号处理电路例如是微处理器或分压器电路。
典型的电流传感器线圈为固定环形闭合环，或者是不可调节的可打开的环结构。该监测导体穿过该电流传感器线圈。传统的电流传感器难以与不同尺寸或形状的导体一起使用。使用闭合环传感器需要一种断开连接的监测导体，使得该监测导体能够穿过该环。
因此，需要一种根据Rogowski原理工作的柔性电流传感器。还需要一种能够用于和重新用于不同尺寸和形状导体的电流传感器，以便监测这些导体中的电流。还需要一种电流传感器，该电流传感器能够改变由它所形成的环的直径。还需要一种装置来制造柔性电流传感器。
发明内容
本发明提供了一种用于测量导体中的电流的电流传感器。该传感器包括非磁性的柔性芯部件，该柔性芯部件具有第一端部和第二端部。具有贯穿槽道的锁定头与该芯部件的第一端部联接。第一传感器导体绕组层安装在该芯部件上。其中，该第二端部可释放地啮合该槽道中的锁定头，并当该第二端部穿过槽道移动时将该芯部件可调节地构造成围绕该导体。在另一实施例中，该电流传感器包括在该槽道内的锁定凸块以及在该芯部件的一部分上的多个锯齿部件，且这些锯齿部件构造成当该芯部件的第二端部穿过槽道移动时与该锁定凸块选择性地啮合。
还提供了一种利用根据Rogowski原理工作的柔性电流传感器来检测导体中的电流的方法。该电流传感器为柔性长条材料，具有第一端部和第二端部，传感器导体绕组层安装在柔性长条上，并且，具有贯穿槽道的锁定头联接至该柔性长条的一个端部。该方法包括步骤将该柔性电流传感器以与该导体的纵向长度相垂直的方位布置在该导体上。将该柔性电流传感器的第二端部围绕该导体进行缠绕。将该第二端部插入到该槽道内。拉动该第二端部穿过该槽道，以便将该柔性电流传感器拉靠在该导体上。检测该传感器导体中的感应电压，该感应电压代表在该导体中流动的电流。
还提供了一种用于在一种装置上制造柔性电流传感器的方法，该装置包括第一夹具、第二夹具和传感器导体供给器。该方法包括步骤提供非磁性的柔性芯部件，该柔性芯部件具有第一端部和第二端部。将该第一端部联接至第一夹具。将该第二端部联接至该第二夹具。向与第二端部联接的第二夹具施加力，以便使该芯部件保持平直。将该传感器导体联接至该芯部件。使第一和第二夹具以及该芯部件以固定的预定速度旋转。使该传感器导体供给器以预定速度旋转，并使该传感器导体供给器沿与该芯部件平行的纵向方向以恒定速度运动，其中，第一均匀传感器导体绕组层的传感器导体布置在该芯部件上。
还提供了一种电流传感器装置。该电流传感器装置包括可用于缠绕在一个或多个电流传输部件上的塑料电缆扎匝。该塑料电缆扎匝具有纵向轴线并具有用于将该塑料电缆扎匝锁定到其自身上的部分。传感器导体绕组缠绕在该塑料电缆扎匝的至少一部分上。该电流传感器的另一实施例提供了该电缆扎匝，该电缆扎匝有沿其至少一部分的凹槽，其中，该用于锁定的部分可与该凹槽啮合，以便阻止该用于锁定的部分相对于该电缆扎匝运动，且沿该运动的一个方向的力比沿相反运动方向的力更大。
图1是柔性电流传感器的示例性实施例的正视图，该柔性电流传感器具有安装在芯部件上的第一传感器导体层。
图2是图1中所示的柔性电流传感器沿纵向中心线的侧剖图。
图3是柔性电流传感器的示例实施例的正视图，该柔性电流传感器具有安装在芯部件上的第一和第二传感器导体层。
图4是图3中所示的柔性电流传感器沿纵向中心线的侧剖图。
图5是用于制造柔性电流传感器的装置的视图，并表示了与该装置相关的相对运动和力。
图6是安装在电导体上的柔性电流传感器的示例实施例的剖视图，其中该芯部件构造成环绕具有矩形横截面的电导体。
图7是柔性电流传感器的示例实施例的剖视图，该柔性电流传感器安装在具有圆形横截面的电导体上。
图8是柔性电流传感器的示例实施例的剖视图，该柔性电流传感器安装在具有圆形横截面的电导体上。
具体实施例方式
下面参考附图，图1和图2表示了用于测量导体5中的电流的柔性电流传感器10。该传感器10包括非磁性的柔性芯部件12，该柔性芯部件12有第一端部14和第二端部16。该柔性芯部件12可由柔性材料(例如尼龙、塑料或高模量弹性体)构成。该柔性芯部件可以为任意合适长度。应当理解，当该柔性芯部件12尚未如下文所述那样环绕在导体5上时，该柔性芯部件12可以以平直方式存放。
该柔性电流传感器10的特征是能够以平直方式存放，这与传统电流传感器不同，传统电流传感器通常为刚性的，或者即使它们有一些柔性，也不能以平直方式放置。该柔性电流传感器10的附加特征是当该芯部件12的第二端部16穿过锁定头24中的槽道26运动时，由该电流传感器所形成的环的直径D是可变的。
锁定头24联接至该芯部件12的第一端部14，同时该锁定头24具有贯穿其的槽道26。传感器导体成均匀间隔开的圈而缠绕在该柔性芯部件12上，从而形成第一传感器导体绕组层32。该柔性芯部件12的第二端部16构造成在该槽道26中与该锁定头24可释放地啮合。
该锁定头24能够与该芯部件12成一体地作为单个单元。该锁定头24可具有伸入该槽道26内的锁定凸块28。
多个锯齿部件18形成于该芯部件12的至少一部分20上，并构造成当该芯部件12的第二端部16穿过该槽道26运动时与锁定凸块28选择性地啮合。锁定凸块28和锁定头24可以由与柔性芯部件12相同的材料构成。
在使用时，操作人员将该柔性电流传感器10以与要监测的导体5的纵向长度相垂直的方位布置在该导体5上。该柔性电流传感器10的第二端部16围绕导体5缠绕，且该第二端部16插入到形成于锁定头24中的槽道26内。用户拉动该第二端部16穿过该槽道26，以便将该柔性电流传感器10拉靠在导体5上。柔性电流传感器10的示例性实施例在图6、7和8中表示，这些附图表示了该柔性电流传感器10缠绕在不同形状的导体5上。
当该柔性电流传感器10成闭合环形式缠绕在导体5上时，电流传感器10连接至信号处理电路40，该信号处理电路40构造成可测量由经过该监测导体5的电流在该传感器导体绕组层32中感应生成的电压。
本发明的柔性电流传感器的一个优点是，能够通过从锯齿部件18上释放该锁定凸块28并且将该柔性芯部件12的第二端部16从锁定头24中的槽道26中拉出而从该监测导体5上取下该电流传感器10。然后，可以将该柔性电流传感器10移至另一个导体5，以便再次测量电流。
该柔性电流传感器10可以具有附加传感器导体绕组层34，该附加传感器导体绕组层34布置在另一传感器导体绕组层32上面，如图3和4所示。应当理解，可以将任意数目的传感器导体绕组层布置在该柔性芯部件12上，这由该柔性电流传感器10的制造商或用户来确定。
柔性芯部件10在装置50(见图5)上制造。该装置包括同轴对齐的第一夹具52和第二夹具54，且各夹具构造成啮合或夹紧柔性芯部件12的一个端部14、16。如图5中所示，该柔性芯部件12的第一端部14与第一夹具42连接，而第二端部14与第二夹具54连接。该装置50的重要特征是能够在将传感器导体30缠绕在该芯部件12上的过程中保持该柔性芯部件平直。将力F施加在第二夹具54上，以便在缠绕过程中使芯部件12保持平直。
通过将传感器导体30从传感器导体供给器58上放出而将其施加在该非磁性的柔性芯部件12上。该传感器导体供给器58通常是传感器导体30的供给线轴，该供给线轴的旋转方向安装成与该芯部件12的旋转方向相反并且以预定速度旋转。该传感器导体供给器58还沿与该芯部件12平行的纵向方向以恒定速度移动，其中，具有传感器导体30的第一均匀传感器导体绕组层32布置在芯部件12上。具有传感器导体30的第二或附加传感器导体绕组层能够布置在该芯部件上，当该芯部件12在该装置50的第一和第二夹具52、54中旋转时，通过改变传感器导体供给器58的纵向方向而将该第二或附加传感器导体绕组层布置在该芯部件上。
第一和第二夹具52、54以及芯部件12的旋转通过驱动机构56来实现，该驱动机构56使得各夹具以相同的固定预定速度旋转。可以通过机械传动(例如齿轮组)来实现第一和第二夹具52、54的同步旋转，并可以用同步电马达和合适电路来对该同步旋转进行电子控制。
因此，这里提供了一种用于监测导体中的电流的柔性电流传感器。前述实施例的说明是为了举例说明的目的。它并不是进行穷举或限制为所公开的精确形式，且根据上述教导可以进行变化和改变，或者可以通过实施本发明来获得这些变化和改变。这些实施例选择和介绍为用于解释原理和实际应用，以便使本领域技术人员能够制造和使用电流传感器来测量导体中的电流，且根据实际使用可以进行各种变化。应当知道，电流传感器的范围由所附权利要求和它们的等效物来确定。
还提供了一种电流传感器装置，该电流传感器装置包括可用于缠绕在一个或多个电流传输部件上的塑料电缆扎匝。该塑料电缆扎匝具有纵向轴线并具有用于将该塑料电缆扎匝锁定到其自身上的部位。传感器导体绕组缠绕在该塑料电缆扎匝的至少一部分上。
还提供了一种电流传感器，其中，该电缆扎匝具有沿其至少一部分的凹槽，其中，该用于锁定的部分可与该凹槽啮合，以便阻止该锁定部分相对于电缆扎匝运动，且沿该运动的一个方向的力比沿相反运动方向的力更大。
权利要求
1.一种电流传感器，用于测量导体中的电流，该传感器包括非磁性的柔性芯部件，该柔性芯部件具有第一端部和第二端部；锁定头，该锁定头具有贯穿其的槽道，且该锁定头与该芯部件的第一端部联接；以及第一传感器导体绕组层，该第一传感器导体绕组层安装在该芯部件上；其中，该第二端部可释放地啮合该槽道中的该锁定头，并当该第二端部穿过槽道移动时，将该芯部件可调节地构造成围绕该导体。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中该锁定头与该芯部件成一体地作为单个单元。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，包括在该槽道内的锁定凸块以及在该芯部件的一部分上的多个锯齿部件，且这些锯齿部件构造成当该芯部件的第二端部穿过该槽道移动时与该锁定凸块选择性地啮合。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，包括至少一个附加传感器导体绕组层，该附加传感器导体绕组层位于该第一传感器导体绕组层上。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其中该芯部件的第二端部比该芯部件的第一端部更窄。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中该芯部件是具有矩形横截面的长条材料。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其中该电流传感器构造成与一信号处理电路连接。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其中由该柔性芯部件形成的环是由一可变直径来限定的。
9.一种利用柔性电流传感器来检测导体中的电流的方法，该柔性电流传感器根据Rogowski原理工作，该电流传感器为柔性长条材料，该柔性长条材料具有第一端部和第二端部，传感器导体绕组层安装在柔性长条上，并且，具有贯穿槽道的锁定头联接至该柔性长条的一个端部，该方法包括以下步骤将该柔性电流传感器以与该导体的纵向长度相垂直的方位布置在该导体上；将该柔性电流传感器的第二端部围绕该导体缠绕成一环将该第二端部插入到该槽道内；拉动该第二端部穿过该槽道，以便将该柔性电流传感器拉靠在该导体上；以及检测该传感器导体中的感应电压，该感应电压代表在该导体中流动的电流。
10.根据权利要求9所述的方法，包括步骤将该柔性电流传感器的第二端部锁定在该槽道内。
11.根据权利要求10所述的方法，包括步骤解锁该柔性传感器的第二端部，并从该槽道中移走该第二端部。
12.根据权利要求9所述的方法，包括步骤将所检测到的电压发送给信号处理电路。
13.根据权利要求9所述的方法，包括步骤通过移动该槽道中的该第二端部来改变该环的直径。
14.一种用于在一种装置上制造柔性电流传感器的方法，该装置包括第一夹具、第二夹具和传感器导体供给器，该方法包括以下步骤提供非磁性的柔性芯部件，该柔性芯部件具有第一端部和第二端部；将该第一端部联接至该第一夹具；将该第二端部联接至该第二夹具；向与第二端部联接的第二夹具施加力，以便将该芯部件保持平直；将该传感器导体联接至该芯部件；使第一和第二夹具以及该芯部件以固定的预定速度旋转；以及使该传感器导体供给器以预定速度旋转，并使该传感器导体供给器沿与该芯部件平行的纵向方向以恒定速度移动，其中，第一均匀传感器导体绕组层的传感器导体布置在该芯部件上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该芯部件的第一端部包括具有贯穿槽道的锁定头。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该锁定头与该芯部件成一体地作为单个单元。
17.根据权利要求15所述的方法，其中该锁定头包括在该槽道内的锁定凸块，且该芯部件包括多个锯齿部件，这些锯齿部件构造成选择性地啮合该锁定凸块。
18.根据权利要求17所述的方法，包括步骤将至少一第二均匀传感器导体绕组层的传感器导体布置在该第一层传感器导体上。
19.根据权利要求14所述的方法，其中该芯部件为具有矩形横截面的长条材料。
20.一种电流传感器装置，包括可用于缠绕在一个或多个电流传输部件上的塑料电缆扎匝，该塑料电缆扎匝具有纵向轴线并具有用于将该塑料电缆扎匝锁定到其自身上的部分；以及传感器导体绕组，该传感器导体绕组缠绕在该塑料电缆扎匝的至少一部分上。
21.根据权利要求20所述的电流传感器，其中该电缆扎匝有沿其至少一部分的凹槽，其中，该用于锁定的部分可与该凹槽啮合，以便阻止该用于锁定的部分相对于该电缆扎匝运动，且沿该运动的一个方向的力比沿相反运动方向的力更大。
全文摘要
本发明提供了一种用于测量导体(5)中的电流的方法和电流传感器(10)。该传感器包括非磁性的柔性芯部件(12)，该柔性芯部件有第一端部(14)和第二端部(16)。具有穿过槽道的锁定头(24)与该芯部件(12)的第一端部连接。第一传感器导体绕组层安装在芯部件(12)上。其中，第二端部可释放地与槽道中的锁定头啮合，并当第二端部穿过槽道运动时将芯部件可调节地构造成环绕导体。在另一实施例中，电流传感器(10)包括在槽道中的锁定凸块和在芯部件的一部分上的多个锯齿部件，且这些锯齿部件构造成当芯部件的第二端部穿过槽道运动时与锁定凸块选择地啮合。
文档编号G01R15/18GK101044408SQ200580035635
公开日2007年9月26日 申请日期2005年9月28日 优先权日2004年10月19日
发明者B·张, M·比拉克 申请人:西门子能量及自动化公司