用于感测通过导体的电流的传感器装置和方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：用于感测通过导体的电流的传感器装置和方法
技术领域：
本发明的领域总体上涉及传感器装置和方法，且更具体而言，涉及感测通过导体的电流。
背景技术：
至少一些已知的电度表(或需给电表，utility meter)用于测量从电源供应至用户的电力。为了能够精确地测量供应至用户的能量数额，电度表常常包括一个或多个传感器装置以感测流过电源与用户之间的导体的电流。当包含在电度表中时，传感器装置意图在运行的电压和/或电流范围内精确地工作。多种已知的电流传感器装置在电度表中使用。例如，至少一些已知的变压器式传感器装置包括在其上卷绕有磁线以感测流过导体的电流的磁芯。然而，通常已知的是包括变压器的电流传感器装置体积庞大且昂贵。已知的电流传感器装置的另一实例是罗氏线圈(Rogowski coil)。罗氏线圈包括线圈并且通常小于变压器式传感器装置。然而，已知的是罗氏线圈在一电压范围内的低电流和/或高电流状态期间仅提供受限的精度。结果，在制造期间，具有已知罗氏线圈的电度表常常经历多个校准过程以最大限度地减小这些不精确性的影响。尽管这些重复的校准过程可减少此类传感器装置的不精确性，但这些过程也增加了电度表的制造时间和成本。

发明内容
在一方面，提供了一种用于感测通过导体的电流的传感器装置。该传感器装置包括限定孔口的罗氏线圈和至少部分地包封该罗氏线圈的介电材料。该介电材料具有至少约3. 5的介电常数。该介电材料构造成使得当导体至少部分地插入孔口内时，介电材料的至少一部分位于罗氏线圈与导体之间。在另一方面，提供了一种用于将来自电源的电能传输至用户的电度表。该电度表包括导体和至少部分地包围该导体的传感器装置。该传感器装置包括罗氏线圈和至少部分地包封该罗氏线圈的介电材料。该介电材料具有大于约3. 5的介电常数。介电材料的至少一部分位于罗氏线圈与导体之间。在又一方面，提供了一种制造用于感测通过导体的电流的传感器装置的方法。该方法包括提供罗氏线圈并将该罗氏线圈至少部分地包封在介电材料内而使得当线圈围绕导体定位时，介电材料位于罗氏线圈与导体之间。该介电材料具有大于或等于约3. 5的介电常数。

图1是包括示例性传感器装置的示例性电度表的框图。图2是图1中所示的传感器装置的部分地拆卸的视图。图3是图1中所示的传感器装置的透视图。
图4是图1中所示的传感器装置的平面图。图5是与图1中所示的传感器装置一起使用的示例性基体(substrate)和线圈的
透视图。图6是可与图1中所示的传感器装置一起使用的示例性绕线筒的截面图。图7是可与图1中所示的传感器装置一起使用的示例性线圈和屏蔽体(shield)
的电路图。图8是包括四根引线的示例性传感器装置的透视图。图9是可与图8中所示的传感器装置一起使用的示例性线圈和屏蔽体的电路图。零件清单 10电度表
12传感器装置 14导体 15导体 15导体 16导体 17控制板 102基体 104线圈
106气隙(或空气间隙)
108介电材料 110 孔口 112封壳 116 支座(mount)
118第一部分 120第二部分 124绕线筒 126绕线筒 128绕线筒 130绕线筒 132绕线筒 134绕线筒 135凸缘 136引线 137铰接接头 138引线 140第一屏蔽体 142第二屏蔽体 144引线 200传感器装置 204线圈 236引线 238引线 240第一屏蔽体 242第二屏蔽体 244引线 245引线。
具体实施例方式图1示出了示例性电度表10的框图。在示例性实施例中，电度表10包括传感器装置12、导体14和联接到传感器装置12上的表控制板17。导体14可包括汇流条、多股导线、单股导线、电缆或其它合适的导体，以将来自电源的电力传输至电力用户。电源可包括而不限于电网和/或发电机系统，例如燃气涡轮发动机、水力发电涡轮机、风力涡轮机、太阳能电池板，和/或其它合适的发电和/或传输系统。电源还可包括与表控制板17通信的智能电网。用户可包括而不限于住宅用户、商业用户和/或任何层次的任何其他电力用户。传感器装置12联接到导体14上以感测流过导体14的电流。传感器装置12向表控制板17提供代表所感测电流的信号。基于从传感器装置12接收的信号，表控制板17确定随着时间的推移而经导体14从电源传输至用户的电量。由于从电源转移到用户的电力可能要收费，故希望传感器装置12非常精确以确保用户基本上仅对所接收的电力付费，而不是基本上对电源运营商传输至用户的全部电力付费。在该示例性实施例中，电度表10还包括导体15和16以及联接到导体15上的另一个传感器装置12。应了解，任何数量的导体和/或传感器装置(例如一个、三个、六个等)都可用于其它电度表实施例中。此外，应了解的是传感器装置12并不限于仅在电度表10内使用，而是可在实质上任何应用中用来感测通过导体的电流，例如发电应用、公用事业、汽车应用、家用电器应用、电讯应用等。图2是示例性传感器装置12的部分地拆卸的视图。在示例性实施例中，传感器装置12包括基体102、包括围绕基体102卷绕的多个盘圈(turn)的线圈104，以及介电材料108。线圈104包括限定在其中的孔口 110，该孔口构造成(例如在尺寸、定向，和/或形状等方面)用以将导体14接纳于其中。介电材料108位于线圈104附近并至少部分地位于孔口 110内。更具体而言，在此实施例中，当导体14定位成穿过孔口 110时，介电材料108至少部分地定位在线圈104与导体14之间。介电材料108可包括具有以各种方式构成的各种特性的一种或多种介电材料。例如，介电材料108可具有在IO-1OOOHz时等于或大于约3. O的介电常数。在一些实施例中，该介电常数可大于约3. 5、约4. O、约5. O、约8. O、约12. O、约17. O和/或任何其它合适的介电常数。在一个示例性实施例中，介电材料108的介电常数可大致等于约3. 5。在另一示例性实施例中，介电材料108的介电常数可大致等于约6. O。此外，介电材料108具有至少一个厚度，并且可具有多种厚度。在示例性实施例中，位于线圈104附近并至少部分地位于孔口 110内的介电材料108具有约3. O毫米的厚度。此外，在同一实施例中，位于线圈104附近但与孔口 110相对的介电材料108具有约1. 2毫米的厚度。应了解，介电材料108可具有使传感器装置12能够如文中所述那样起作用的任何厚度或多个厚度。一般而言，介电材料108的厚度至少部分地基于介电材料108的介电常数、线圈104与一个或多个导体14、15和16的接近性，和/或用于安装传感器装置的预期环境中可获得的空间等来选择。在一些示范实施例中，介电材料108的厚度可在从约1. O毫米至约3. O厘米的范围内，或者在还有的其它实施例中更大。在示例性实施例中，介电材料108可由若干种材料中的一种或多种制成，例如而不限于塑料材料、热塑性材料、热固性材料、陶瓷材料、金属材料、木质材料、粘土材料、有机材料、它们的任何混合物，和/或适合如文中所述那样起作用的其它材料。在图2的示例性实施例中，介电材料108包括可从Valox 材料系列商购的PBT热塑性材料。在各种实施例中，介电材料108包括而不限于以下材料中的一种或多种Kapton 带、聚偏二氟乙烯(PVDF)材料、室温硫化硅胶(RTV)聚合物、可从Valox 材料系列商购的PBT热塑性材料(例如Valox 365或Valox V9561)、来自Rynite 材料系列的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)热塑性材料、可从Ryton 材料系列商购的PPS热塑性材料、可从Primef 材料系列商购的PPS热塑性材料、可从Zytel 、Stanyl 或RTP 材料系列商购的尼龙热塑性材料、LCP热塑性材料(例如Sumitomo E5008L或E4008L材料)等。介电材料108中的一种或多种可基于(多种)材料的介电常数、对一种或多种制造技术的适用性、尺寸稳定性、成本、可塑性、可加工性、刚性，和/或其它特性来选择。在至少一个实例中，介电材料108至少部分地基于其介电常数相对于温度的变化性来选择。图3是导体14穿过孔口 110延伸的传感器装置12(示出为已组装)的透视图。如上所述，传感器装置12感测流过导体14的电流。具体而言，当电流流过导体14时，在线圈104中感生电流。在线圈104中感生的电流量代表流过导体14的电流量。当传感器装置12围绕导体14定位时，线圈104与导体14间隔一距离。因此，在线圈104与导体14之间存在电容。该电容可影响传感器装置12在不同运行电压(例如范围从约30V至约277V)的精度。在示例性实施例中，介电材料108位于限定在线圈104与导体14之间的气隙106的至少一部分内。结果，介电材料108影响和/或有利于线圈104与导体14之间电容的减�。痹市硐呷�104和导体14保持紧密贴近。电容的减小使得传感器装置12与已知的罗氏线圈或其它气隙线圈相比能够以提高的精度感测流过导体14的电流。更具体而言，通过减小耦接在线圈104与导体14之间的电容，减小了对运行电压的敏感度。结果，在横跨一范围的不同电流(包括高电流和低电流)的不同运行电压提供了一致的电流感测。因此，当电度表10中包括传感器装置12时，可省略校准已知传感器装置所需的一个或多个过程。具体而言，在示例性实施例中，与在不同电压需要使用多个校准系数的已知电度表相比，传感器装置12横跨不同的运行电压精确地检测电流的一致性可允许表控制板17对多个运行电压仅使用一个校准系数。此外，线圈104与导体14之间电容的减小不仅有利于减少和/或简化校准过程，而且有利于横跨运行电压/电流范围以至少相同且常常提高的精度来减少制造成本、资源和/或时间。如图3中所示，在该示例性实施例中，传感器装置12包括封壳112。封壳112可由各种材料和/或通过各种制造工艺形成。在示例性实施例中，封壳112基本上仅包括介电材料108，使得介电材料108位于线圈104周围，与孔口 110相对。因此，当在具有三相导体14、15和16的电度表10内使用时，传感器装置12可围绕导体14定位并接近至少一个其它导体15 (如图1中所示)，并潜在地接近导体16。类似于线圈104与导体14之间的相互作用，在线圈104与导体15之间存在电容，该电容可不利地影响和/或降低传感器装置12的精度。由于与孔口 110相对的介电材料108的定位，介电材料108位于线圈104与邻近的导体15之间。因此，介电材料108还提供用来减小线圈104与导体15之间的电容。这样，传感器装置12当用于具有多个导体的电度表10中时和/或当紧密贴近一个或多个其它导体使用时，与已知的气隙线圈相比可提供提高的精度。在一些实施例中，封壳112除介电材料108外可包括一种或多种材料，例如具有不同特性的非介电材料或介电材料。在一个实施例中，封壳112包括介电材料108和添加剂材料，该添加剂材料提供用来相对于线圈104将介电材料108支承在一个或多个位置以使其能够如文中所述那样起作用。该添加剂材料可包括塑料材料、热塑性材料、热固性材料、陶瓷材料、金属材料、木质材料、粘土材料、有机材料、它们的任何混合物,和/或其它合适的材料。该添加剂材料可基于制造技术、尺寸稳定性、成本、可塑性、可加工性、刚性，和/或材料的其它特性等来选择。在此类实施例中，当介电材料108为成本较高的材料(与添加剂材料相比)时，添加剂材料的加入可减少传感器装置12的总成本。此外，可使用一种或更多添加剂材料来执行一个或更多附加功能，例如支承介电材料108、保护线圈104和/或使线圈104绝缘等。如应该清楚的那样，在各种实施例中，可使用添加剂材料作为封壳112的一部分。然而，在示例性实施例中，省略了添加剂材料，因为封壳112基本上仅包括介电材料108。封壳112可由介电材料制成、由介电材料108和至少一种添加剂材料一体地形成，或者由(多种)单独的介电材料108和(多种)添加剂材料聚集而成。封壳112和/或介电材料108可使用一种或多种注入模塑工艺和/或其它合适的制造工艺来制造。在示例性实施例中，封壳112经由单一注入模塑工艺构成，在其中将介电材料108注入到构造成用以形成封壳112的模具中。备选的是，封壳112可由多级注入模塑工艺构成。在多级工艺中，通过初始模塑工艺将添加剂材料模塑成指定形状。随后，使模塑的添加剂材料位于模具内，并将介电材料108注入到模具中。介电材料108流入限定在模具和/或添加剂材料之间的空隙中，以由介电材料108和添加剂材料形成封壳112。在各种实施例中，多级模塑工艺可允许成本相对高的介电材料相对于线圈104特定地定位以便实现如文中所述的期望性能，同时仍允许封壳112的其它部分由一种或多种成本相对低的材料构成。应了解的是封壳112可通过其它制造技术构成，以遍布线圈104和/或导体14或者在相对于线圈104和/或导体14的期望位置提供介电材料108。在一个实例中，介电材料108与添加剂材料分开地构成，并且随后用添加剂材料转换和/或构成以形成封壳112。在又一个实例中，可将管状介电材料插入由添加剂材料形成的孔口中以形成封壳112。在该示例性实施例中，封壳112包括限定孔口 110的支座116。当导体14接纳在孔口 110中时(如图3中所示)，气隙106形成在支座116与导体14之间。同时，支座116与导体14之间形成摩擦配合。支座116可包括介电材料108和/或其它材料。应了解，支座116可形成为设计成用以接纳各种类型、形状和/或定向的导体和/或联接到其上的各种不同形状。在至少一个实施例中，支座116限定构造成与矩形的汇流条导体形成摩擦配合的孔口。再次参照图2，封壳112包括第一部分118和第二部分120。第一部分118可释放地联接到第二部分120上，以便将基体102和线圈104基本上包封于其中。具体而言，当已组装时，如图3中所示，第一部分118通过至少一个搭接接头(ship-lap joint)而联接到第二部分120上以形成封壳112。应了解，第一部分118和第二部分120可通过各种不同的方法联接在一起，包括而不限于一个或多个对接接头、螺纹接头、铰链接头、接片-槽布置结构、榫舌-凹槽布置结构、紧固件等。虽然封壳112具有大体环形形状，如图3中所示，但应了解，其它封壳实施例可限定确定尺寸和/或操作成至少部分地包封基体102、线圈104和/或屏蔽体并且使介电材料108能够如文中所述那样起作用的任何形状和/或尺寸。此外，在示例性实施例中，介电材料108的厚度遍及封壳112而变化。第一部分118与第二部分120之间的搭接接头提供了第一部分118与第二部分120的重叠。具体而言，在该示例性实施例中，第一部分118和第二部分120在孔口 110处均具有约1. 2毫米的厚度。当第一部分118和第二部分120已组装时，第一部分118和第二部分120在搭接接头处至少部分地重叠(沿孔口 110)以形成约2. 4毫米的总厚度。此外，在该示例性实施例中，第一部分118和第二部分120构造成使得封壳112在局部搭接接头(与孔口 110相对)处的外侧周围的总厚度小于约1. 2毫米。应了解，可使用各种形成封壳112的方法来提供封壳112和/或介电材料108的一个或多个不同厚度。在各种其它实施例中，封壳112和/或介电材料108的厚度可介于约O. 5毫米与约3. O厘米之间。在一些实施例中，封壳和/或介电材料108的一个或多个厚度介于约1. O毫米与6. O毫米之间。此外，在各种实施例中，封壳和/或介电材料108的一个或多个厚度介于约1. O毫米与4. O毫米之间。应了解，封壳112和/或介电材料108可潜在地基于组装/制造方法、所选择的介电材料的(多个)特性，和/或(多个)期望的性能特性而在其它实施例中具有不同厚度。此外，用于封壳112的其它形状、尺寸和/或接头可用于至少部分地包封线圈104，同时使介电材料108相对于线圈104定位以起到与本公开内容的一个或多个方面一致的作用。在示例性实施例中，线圈104包括示例性罗氏线圈。然而，应了解，传感器装置12可包括罗氏线圈以外的线圈。此外，本公开内容的方面并不限于仅与如文中所述和所示的罗氏线圈一起使用。图5是与封壳112分开的基体102和线圈104的透视图。在示例性实施例中，基体102包括六个绕线筒124、126、128、130、132和134 (统称为绕线筒124-134)。每个绕线筒124-134都具有大致圆形截面，且更具体而言，是在相对的端部处包括保持线圈104的凸缘135的直圆柱体。在其它实施例中，基体102可具有不同数量、形状和/或尺寸的绕线筒。例如，基体102可包括五个绕线筒、八个绕线筒、十个绕线筒、十三个绕线筒，或其它偶数或奇数个绕线筒。此外，基体102可包括具有不同形状，和/或卵形截面、椭圆形截面、或矩形截面等的绕线筒。在还有的其它实施例中，基体102除凸缘135外或者不同于凸缘135可包括用于支承线圈104的不同结构。在至少一个实施例中，线圈104足够刚性以省略基体102。在该示例性实施例中，绕线筒124-134经由铰接接头137联接在一起。更具体而言，绕线筒124和126铰接地联接以允许二者之间的枢转运动。在各种实施例中，绕线筒124-134可线性地对准以使线圈104能够高效卷绕和/或相对于彼此枢转而形成大致圆形形状，如图5中所示。基体102的绕线筒124-134中的每一个都是非磁性结构，使得绕线筒124-134由一种或多种非磁性材料构成，包括例如热塑性材料、陶瓷材料、木质材料，或其它类型的(多种)合适材料。在该示例性实施例中，绕线筒124-134中的每一个都由潜在地与介电材料108 —致的介电材料制成。通过使用非磁性基体102，与包括一个或多个磁芯的已知传感器装置相比可实现成本节省。此外，在示例性实施例中，基体102成形和/或确定尺寸为与包括体积庞大磁芯的已知传感器装置相比提供了在电度表10内和/或在表控制板17上的改善的安装。此外，在该示例性实施例中，绕线筒124-134与封壳112分开形成。然而，应了解的是在其它传感器装置实施例中，绕线筒124-134可与封壳112 —体地形成和/或形成封壳112的一个或多个部分。在示例性实施例中，线圈104是卷绕在每个绕线筒124-134上的多个盘圈。更具体而言，在示例性实施例中，线圈104包括单个磁线，该磁线使线圈104能够以每个绕线筒124-134上若干盘圈而从绕线筒124卷绕到绕线筒134，然后以每个绕线筒124-134上的附加盘圈而卷绕回到绕线筒124上。应了解的是在其它实施例中，可在绕线筒124-134上使用其它不同的卷绕模式。与横跨绕线筒124-134的上述卷绕模式一致，线圈104的第一端和第二端在绕线筒124处终止。线圈104的第一端终止于引线136，而线圈104的第二端终止于引线138，如下文进一步描述的图7中所示。除线圈104外，在示例性实施例中，将一个或多个屏蔽体施加到基体102上。具体而言，图6示出了传感器装置12在绕线筒124处的局部截面图。在示例性实施例中，绕线筒124包括第一屏蔽体140和第二屏蔽体142。第一屏蔽体140位于绕线筒124与线圈104之间。第二屏蔽体142位于线圈104附近并与第一屏蔽体140相对，使得线圈104位于第一屏蔽体140与第二屏蔽体142之间。每个绕线筒124-134都包括与图6中所示大致相同的屏蔽体-线圈-屏蔽体模式。在其它实施例中，绕线筒124-134可包括其它卷绕模式，包括在其中卷绕模式从一个绕线筒到另一个绕线筒变化的卷绕模式。在示例性实施例中，每个屏蔽体140和142都提供法拉第屏蔽。更具体而言，在该示例性实施例中，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142表现为与法拉第笼大致一致，以便有利于减少传感器装置12上的普通模式噪音和/或提供用于高频噪音过滤的低通滤波器。结果，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142在用于电磁界面(EMI)和/或电磁兼容性(EMC)的一个或多个工业标准的背景下有利于提高性能。在制造期间，磁线的多个盘圈从绕线筒124到绕线筒134卷绕在每个绕线筒124-134上以形成第一屏蔽体140。线圈104然后从绕线筒124卷绕到绕线筒134上并如上所述回到绕线筒124。随后，第一屏蔽体140的磁线以每个绕线筒124-134上多个盘圈而从绕线筒134卷绕回到绕线筒124，以形成第二屏蔽体142。因此，在示例性实施例中，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142由单个磁线形成。单个磁线包括两个端部，这两个端部可端接在一起并联接到引线138上，和/或联接到一个或多个附加引线上，如下文所述。应了解，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142可包括任何合适的材料，例如但不限于铜、铝或其它非铁导电材料。更一般而言，屏蔽材料可作为片材、带、丝线、枝状物(spray)和/或使绕线筒124-134能够包括屏蔽体140和142的任何其它形式而形成。因此，屏蔽体140和/或142的施加可经由例如而不限于卷绕、缠绕和/或喷射来形成。在各种实施例中，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142可与线圈104分开形成并随后施加到线圈104上。再次参照图5，传感器装置12包括自其延伸的三根引线136、138和144。图7示出了引线136、138和144的联接的电路图。具体而言，在示例性实施例中，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142由单个磁线形成，其中每个端部都联接在一起并联接到引线144上。此夕卜，线圈104(由单个磁线形成)的第一端联接到引线136上，而线圈104的第二端联接到引线138上。如图5中所示，引线136、138和140从封壳112延伸并形成扭绞线束。因此，引线144起到低通滤波器元件的作用，以抑制噪音从第一屏蔽体140和/或第二屏蔽体142传入由传感器装置12所提供的电流信号的返回路径中。扭绞线束具有至少约O. 25英寸的长度。在其它实施例中，扭绞线束可具有至少约1. O英寸的长度，或至少约3. O英寸的长度。在更多实施例中，扭绞线束可具有至少约6. O英寸的长度。应了解，在其它传感器装置实施例中，可能的是基于引线和/或扭绞线束起到滤波器的作用以抑制噪音传入从传感器装置12传输的电流信号中的性能而可采用其它长度的引线和/或扭绞线束。图8-9示出了另一个示例性传感器装置200。在示例性实施例中，传感器装置200包括与上述线圈104以及屏蔽体140和142大致一致的线圈204以及第一屏蔽体240和第二屏蔽体242。然而，传感器装置200包括四个引线236、238、244和245。具体而言，形成第一屏蔽体240和第二屏蔽体242的磁线的每一端都联接到单独的引线244和245上，以形成滤波器元件。另外，在该示例性实施例中，两个引线236和238联接到线圈204上。如图8中所示，引线236、238、244和245形成扭绞线束，该扭绞线束与上文参照图5所述的扭绞线束大致一致地起作用。当联接到表控制板17上时，每个引线244和245都可联接在一起并联接到引线238上。在一些实施例中，扭绞的引线244和245可起到滤波器元件的作用。另外，或备选的是，滤波器元件可联接在引线244和245与引线238之间。此类滤波器元件可包括而不限于电阻器-电容器电路、电感器-电容器电路、电阻器-电感器电路，和/或电阻器-电感器-电容器电路。再次参照图3和图7，在又一实施例中，形成屏蔽体140和142的磁线的每一端都可联接在一起并联接到引线138上(即线圈104的一端)，而不是单独的引线144。在这种示例性实施例中，传感器装置12可包括引线136和138，同时省略引线144，从而提供双线传感器装置12。在示例性实施例中，来自第一屏蔽体140和/或第二屏蔽体142的一些噪音可传入从传感器装置12所提供的电流信号的返回路径中，同时提供用于期望运行环境的充分精度和/或可重复性。在还有的其它实施例中，可从传感器装置实施例中省略引线以供安装在例如表控制板17的电路板上。在这种实施例中，滤波器元件可由表控制板17上的迹线(trace)提供，迹线具有充分的长度以起到如上文参照引线144所述的作用。另夕卜，或备选的是，滤波器元件可包括电阻器-电容器电路、电感器-电容器电路、电阻器-电感器电路，和/或电阻器-电感器-电容器电路，以抑制噪音从第一屏蔽体140和/或第二屏蔽体142传入用于由传感器装置12所提供的电流信号的返回路径中。在示例性实施例中，传感器装置12在约IOHz至约IOOOHz之间运行，并且基本上不受该范围以外的信号影响。更具体而言，导体14可充当天线以拾取射频(RF)信号并向传感器装置12再发射不希望的噪音。第一屏蔽体140和第二屏蔽体142起到低通滤波器的作用以抑制噪音信号传播，从而提供高信噪比(SNR)输出。更具体而言，当感测到通过导体14的低电流时，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142排斥再发射的RF信号(和/或其它噪音信号)以提供用于传感器装置12的输出的高SNR。通过减少噪音对电流信号的影响，与已知的传感器装置相比，传感器装置12在可应用标准内的有效电流感测范围更宽。在示例性实施例中，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142可允许省略一个或多个附加滤波器元件(用于低和/或高电流性能)。此外，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142基本上抑制EMI影响传感器装置12的精度。更具体而言，第一屏蔽体140和第二屏蔽体142有利于抑制位于传感器装置12附近的EMI源(例如，认为会与传感器装置12和/或电度表10的精度发生干扰的邻近电子元件和/或装置)的影响。另外，通过省略磁芯，与已知的传感器相比，传感器装置12提供了 EMI对精度影响的增强免疫性。因此，与存在一个或多个EMI源的其它已知传感器装置相比，传感器装置12提供了更可靠和/或精确的电流传感器装置。传感器装置12的精度可理解为流过导体14的电流的实际值的百分比。在示例性实施例中，传感器装置12在处于约2安培与约200安培之间的范围内的实际值的约±0. 2%内工作。更具体而言，传感器装置12在等级(Class)O. 2内工作，也即在O. 2%的精度内在约60V与约600V之间、更具体而言约240V的运行电压以O.1A至200A。应了解，与本公开内容的一个或多个方面一致的传感器装置12在不同的运行电流/电压可符合一个或多个不同的精度标准，这可能的是取决于预期应用和/或与预期应用相关的一个或多个精度要求。文中描述了用于制造用于感测通过导体的电流的传感器装置的各种方法。虽然下文参照传感器装置12描述这些方法，但应理解，这些方法并不限于传感器装置12并且可用来制造其它传感器装置实施例。同样，传感器装置12和传感器装置200可由与下文描述的方法不同的方法制造。制造用于感测通过导体14的电流的传感器装置12的一种示例性方法包括对线圈104提供围绕非磁性基体102的多个盘圈并使介电材料108邻近线圈104，使得当导体14布置在由传感器装置12所限定的孔口 110内时，介电材料108位于导体14与线圈104之间。在若干实施例中，该示例性方法可包括至少部分地和/或基本上将线圈104和/或基体104包封在封壳112内。制造用于感测通过导体14的电流的传感器装置12的另一种示例性方法包括提供罗氏线圈104并将罗氏线圈104至少部分地包封在介电材料108内而使得当罗氏线圈104布置在导体14周围时，介电材料108布置在罗氏线圈104与导体14之间。介电材料108具有大于或等于约3. 5的介电常数。在若干个实施例中，该示例性方法可包括组装封壳的第一部分和封壳的第二部分，其中罗氏线圈布置在二者之间以至少部分地包封罗氏线圈。封壳包括介电材料。另外，或备选的是，该示例性方法可包括在具有多个热塑性绕线筒的基体上形成罗氏线圈。此外，该示例性方法可包括由介电材料形成多个热塑性绕线筒。制造用于感测通过导体14的电流的传感器装置12的又一种示例性方法包括围绕基体的多个绕线筒中的每一个而卷绕磁线的第一屏蔽体，围绕基体的多个绕线筒中的每一个而卷绕线圈，以及围绕基体的多个绕线筒中的每一个而卷绕磁线的第二屏蔽体。例如，参照图3的传感器装置12，示例性方法可包括将磁线的第一端和第二端联接到传感器装置12的基准引脚144上，将线圈的第一端联接到传感器装置12的第一引脚136上，以及将线圈的第二端联接到传感器装置12的第二引脚138上。此外，该示例性方法可包括将线圈以及第一屏蔽体和第二屏蔽体至少部分地包封在封壳内，该封壳包括至少一种介电材料。制造用于感测通过导体14的电流的传感器装置12的另一示例性方法包括提供传感器装置12，该传感器装置包括限定孔口 110的非磁性基体102、具有围绕非磁性基体102的至少一部分的多个线圈盘圈的线圈104、布置在各基体102与多个线圈盘圈之间的第一屏蔽体140、与第一屏蔽体140相对的贴近多个线圈盘圈布置的第二屏蔽体142。该示例性方法还包括将引线144联接到第一屏蔽体140和第二屏蔽体142中的至少一者上，将引线136联接到线圈104的第一端上，将引线138联接到线圈104的第二端上，以及由引线136、138和144形成扭绞的引线束。在各种实施例中，将引线144联接到第一屏蔽体140和第二屏蔽体142中的至少一者上包括将引线144联接到第一屏蔽体140和第二屏蔽体142中的每一者上。在其它实施例中，将引线联接到第一屏蔽体和第二屏蔽体中的至少一者上包括将引线244联接到第一屏蔽体140上以及将引线245联接到第二屏蔽体142上。上述实施例中的一个或多个提供了非常精确的传感器装置。更具体而言，文中描述的传感器装置、电度表和方法可提供非常精确的传感器装置，该传感器装置与已知的线圈传感器相比以降低的校准要求而提供了扩大的运行范围。例如，所公开的介电材料可提供线圈与一个或多个导体之间的减小的电容，从而横跨一电流和/或电压范围提供了提高的精度。通过制造期间更少的校准过程，可实现提高的精度，从而减少了制造成本和/或时间。在另一实例中，所公开的屏蔽技术对源自其它电子元件和/或防拆装置的EMI提供经改善的排斥。虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。按照本发明的原理，附图的任何特征都可结合任何其它附图的任何特征进行参照和/或主张权利。本书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和利用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围通过权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的同等结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种用于检测导体(14)中的电流的传感器装置(12)，所述传感器装置包括限定孔口 (110)的罗氏线圈(104);以及至少部分地包封所述罗氏线圈的介电材料(108)，所述介电材料具有至少约3. 5的介电常数，所述介电材料构造成使得当导体至少部分地插入所述孔口内时，所述介电材料的至少一部分位于所述罗氏线圈与所述导体之间。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置还包括至少部分地包封所述罗氏线圈(104)的封壳(112)，所述封壳包括所述介电材料(108)的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述介电材料(108)具有至少约 5. O的介电常数。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，所述介电材料(108)具有至少约 8.0的介电常数。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，所述介电材料(108)具有至少约10.O的介电常数。
6.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述介电材料(108)包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)热塑性材料。
7.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述封壳(112)包括第一部分 (118)和可释放地联接到所述第一部分上的第二部分(120)以基本上包封所述罗氏线圈 (104)。
8.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述介电材料(108)的至少一部分限定约1. O毫米与约8. O毫米之间的厚度。
9.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置还包括构造成用以支承所述罗氏线圈(104)的非磁性基体(102)，所述基体包括多个绕线筒(124，126，128， 130，132，134)，所述多个绕线筒包含第二介电材料。
全文摘要
本发明涉及用于感测通过导体的电流的传感器装置和方法。具体而言，公开了传感器装置和相关方法。一个示范的传感器装置(12)包括限定孔口(110)的罗氏线圈(104)和至少部分地包封该罗氏线圈的介电材料(108)。该介电材料具有至少约3.5的介电常数。该介电材料构造成使得当导体(14)至少部分地插入孔口内时，介电材料的至少一部分位于罗氏线圈与导体之间。
文档编号G01R19/00GK102998506SQ20121032804
公开日2013年3月27日申请日期2012年9月7日优先权日2011年9月9日
发明者S.S.查马蒂, S.L.比伊茨申请人:通用电气公司

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用于感测通过导体的电流的传感器装置和方法