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专利名称：电流感测装置和方法
技术领域：
本发明大体上涉及电路元件，且更明确地说，在一个示范性方面中，涉及用于感测电流的装置，以及利用和制造所述装置的方法。
背景技术：
电流感测装置的无数不同配置是现有技术中已知的。一种常见方法是通过使用所谓的“罗柯夫斯基(Rogowski)线圈”来制造电流感测装置。罗柯夫斯基线圈是用于测量交流(“AC”)的电装置。罗柯夫斯基线圈通常由具有引线的螺旋形线圈组成，所述引线从一端返回穿过线圈的中心且经过螺旋形线圈到另一端。接着将整个螺旋形线圈定位在电流待测量的交流运载导体周围。线圈中感应的电压与导体中的电流的变化速率成比例，使得罗柯夫斯基线圈的输出指示穿过所述导体的电流的量。罗柯夫斯基线圈可制作为开端且柔性的，从而允许罗柯夫斯基线圈缠绕在电流运载导体周围，而不会像原本那样直接干扰经过所述导体的电流。罗柯夫斯基线圈通常利用空气，而不是永磁芯，因此使罗柯夫斯基线圈得到拥有相对较低电感以及对改变相对较快的电流的响应两者的特性。此外，罗柯夫斯基线圈的输出通常为高度线性的，即使在经受例如电力传输、焊接或其它脉冲电力应用中所用的电流等大电流时也是如此。另外，经合适构造的罗柯夫斯基线圈通常还很大程度上对电磁干扰免疫，从而使得罗柯夫斯基线圈抵抗外部篡改。然而，由于涉及相对较复杂的绕组配置，因此制造罗柯夫斯基型线圈的现有技术尝试已是劳动密集型且昂贵的。存在用于生产现有技术的罗柯夫斯基线圈的大量方法，包含(例如)以下各项中所揭示的方法1986年10月7日颁发给墨丘利(Mercure)等人且标题为“动态电流换能器(Dynamic current transducer) ” 的第 4，616，176 号美国专利；1995 年 5 月 9 日颁发给格里斯(Gris)等人且标题为“罗柯夫斯基线圈(Rogowski coil) ”的第5，414，400号美国专利；1995年8月15日颁发给伯达特(Baudart)且标题为“用于使用罗柯夫斯基线圈来测量导体中白勺电白勺装置(Device for measuring an electrical current in a conductorusing a Rogowski coil) ” 的第 5，442，280 号美国专利；1999 年 11 月 9 日颁发给(VonSkarczinski)等人且标题为“用于电流变换器的电流检测线圈(Current-detection coilfor a current transformer) ”的第5，982，洸5号美国专利；2000年7月25日颁发给库斯特拉(Kustera)等人且标题为“具有高准确性及大带宽的AC电流传感器(ACcurrent sensorhaving high accuracy and large bandwidth) ” 的第 6，094, 044 号美国专利；2001 年 11月6日颁发给科约维奇(Kojovic)等人且标题为“高精度罗柯夫斯基线圈(High precisionRogowski coil)，，的第6，313，623号美国专利；2003年9月2日颁发给雷(Ray)且标题为“电流测量装置(Current measuring device) ”的第6，614，218号美国专利；2004年5月4日颁发给梅耶尔(Meier)等人且标题为“基于印刷电路板的电流传感器(Printed circuitboard-based current sensor) ”的第 6，731，193 号美国专利；2004 年 11 月 23 日颁发给齐藤(Saito)等人且标题为“电流变换器(Current transformer)，，的第6，822，547号美国专利；2007年6月5日颁发给斯肯帝基克(Skendzic)等人且标题为“精确罗柯夫斯基线圈及其制造方法(Precision Rogowski coil and method for manufacturing same)，，的第7，227，441号美国专利；2007年8月7日颁发给科瓦尼科(Kovanko)等人且标题为“电流传感器布置(Current sensor arrangement) ”的第7，253，603号美国专利；2009年5月洸日颁发给科约维奇(Kojovic)且标题为“分裂式罗柯夫斯基线圈电流测量装置及方法(SplitRogowski coil current measuring device and methods)，，的第 7，538，541 号美国专利；2005年11月10公开且标题为“具有包括形成完整电路的局部电路的关联的罗柯夫斯基型绕组的电流变换器(Current transformer with Rogowski type windings comprising anassociation of partial circuits forming a complete circuit)，，的杜普拉兹(Dupraz)等人的第20050248430号美国专利公开案；2006年10月5日公开且标题为“基于精确印刷电路板的罗柯夫斯基线圈及其制造方法(Precision printed circuit board basedRogowski coil and method for manufacturing same)，，的斯肯帝基克(Skendzic)的第20060220774号美国专利公开案；2007年12月20日公开且标题为“用于测量电流的方法及设备(Method and Apparatus for Measuring Current) ”的马洪(Mahon)的第 20070290695号美国专利公开案；2008年1月10公开且标题为“精确经温度补偿的屏蔽式电流测量装置(Precision, Temperature-compensated, shielded current measurement device)，，的威克森(Wilkerson)等人的第20080007249号美国专利公开案；2008年4月3日公开且标题为“高精度罗柯夫斯基电流变换器(High-precision Rogowski current transformer) ”的瑞伊(Rea)等人的第20080079418号美国专利公开案；2008年5月8日公开且标题为“屏蔽式罗柯夫斯基线圈组合件及方法(Shielded Rogowski coil assembly and methods)”的科约维奇(Kojovic)的第20080106253号美国专利公开案；以及2008年9月4日公开且标题为“柔性电流变换器组合件(Flexible current transformer assembly) ”的豪威尔(HOWELL)等人的第20080211484号美国专利公开案。 尽管有许多种现有技术电流感测配置，但存在对制造成本较低(此低成本尤其是通过解决与现有技术电流感测装置的复杂线圈配置相关联的困难来实现)并且提供与现有技术装置相比改进或至少相当的电性能的电流感测装置(包含罗柯夫斯基线圈)的突出需要。理想的是，此解决方案将不仅提供电流感测装置的非常低的制造成本和改进的电性能，而且通过限制装置制造期间的误差或其它瑕疵的机率来提供高等级的性能一致性和可靠性。 此外，理想的解决方案还将至少在某种程度上可按比例缩放，且能够采取各种所需要的形状因子。

发明内容
在本发明的第一方面中，揭示一种改进的电流感测电感性装置。在一个实施例中，电流感测电感性装置包含分段式绕组元件中的多者。返回导体将分段式绕组元件中的第一者与分段式绕组元件中的最后一者电耦合。在一个实施例中，所述分段式绕组元件包括分段式线架元件，若干个绕组安置在所述线架元件上。在另一实施例中，所述绕组有效地为自立式，使得不需要线架或其它内部支撑结构。在本发明的第二方面中，揭示一种改进的无形状电流感测电感性装置。在一个实施例中，所述电感性装置包含无形状缠绕空气线圈中的多者。接着将这些空气线圈放置在位于包封头部上的相应腔内。返回导体将无形状线圈中的第一者与无线线圈中的最后一者華禹合。在本发明的第三方面中，揭示一种并入有前面提到的电流感测电感性装置的系统设备。在一个实施例中，所述系统设备包括电力分配公用设施箱，所述电力分配公用设施箱并入有改进的电流感测电感性装置。所述电力分配公用设施箱包含网络接口，所述网络接口通过网络将电流感测电感性装置收集到的数据发射到用于监视、记账的装置或位置(例如，集中式储集库或控制中心)和/或控制应用程序。在本发明的第四方面中，揭示制造前述装置的方法。在一个实施例中，所述方法包括将绝缘导体连续地缠绕在多个分段式线架元件上。返回导体在所述分段式线架元件中的每一者之间路由。返回导体接着与绝缘导体电耦合，以便形成电流感测电感性装置。在本发明的第五方面中，揭示使用前述设备的方法。在本发明的第六方面中，揭示一种可按比例缩放的电感性装置。在一个实施例中，所述装置包括若干个绕组区段，且绕组区段的数目(和/或每区段的匝数)可根据需要而变化，以便实现较高性能与较高制造成本之间的所需要折衷。在本发明的第七方面中，揭示一种低成本且高度精确的电感性装置。在一个实施例中，使用若干个区段来有效地近似圆形连续的罗柯夫斯基线圈装置。在本发明的第八方面中，揭示一种用户可调谐的多线圈组合件。在一个实施例中，堆叠两个或两个以上分段式线圈(即，以与共用中心轴并列安置的形式)，使得安装者或最终用户可改变围绕共用轴的线圈的角度安置(旋转)，且/或可改变存在的线圈的数目。当一个线圈的区段相对于其它线圈的区段以不同位置放置(且/或线圈的数目增加或减少)时，装置的输出将改变，从而允许安装者/用户将线圈组合件的有效输出“调谐”到所需要的性能等级。在另一实施例中，两个或两个以上线圈大体上彼此同心，使得所述线圈具有不同半径。类似地，当线圈的相对位置改变(且/或线圈的数目变化)时，线圈的输出也将变化，且可被调谐或调整到所需要的性能等级。此外，在又一实施例中，可改变不同线圈(不管是“堆叠”配置中还是“同心”配置中)的垂直间距或安置，从而增加/减少线圈的耦合或相互作用。在本发明的第九方面中，揭示一种具有导体接纳插入件的线圈装置。在一个实施例中，所述装置包括上文所提类型的分段式线圈，所述分段式线圈进一步包含适于将正被监视的一或更多个导体定向和放置在线圈的中心区内的指定位置处的中心部分。在本发明的第十方面中，揭示一种结合前面提到的电流感测电感性装置使用的支撑结构。在一个实施例中，所述支撑结构包含线架元件中的多者。所述线架元件的至少一部分还包含连接特征，所述特征用于将线架元件连结到邻近的线架元件。在本发明的第十一方面中，揭示一种用于前面提到的电流感测电感性装置中的线架元件。在一个实施例中，所述线架元件包含线轴元件，所述线轴元件界定一内部体积，且进一步具有与所述线轴元件相关联的外缠绕直径。一对凸缘特征也安置在线轴元件的相对端上。在一变体中，所述对凸缘特征中的至少一者包含安置于凸缘特征中的导电夹。在又一变体中，所述内部体积包含返回导体支撑特征，所述返回导体支撑特征将返回导体定位在相对于线轴元件的预定位置处。


本发明的特征、目标和优点从下文结合图式进行时所陈述的详细描述将变得更明显，其中图1是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第一实施例的透视图。图IA是说明根据本发明原理的图1的罗柯夫斯基线圈头部的透视图。图IB是沿图IA的线1B-1B截取的透视截面图。图IC是说明根据本发明原理的通过分段或连续施加粘合剂而形成的罗柯夫斯基线圈的透视图。图ID是说明根据本发明原理的具有重叠的导体端部的现场可安装罗柯夫斯基线圈装置的俯视正视图。图IE是说明根据本发明原理的具有邻接的导体端部的现场可安装罗柯夫斯基线圈装置的俯视正视图。图2是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第二实施例的一部分的透视图。图2A是沿图2的线2A-2A截取的透视截面图。图2B是根据本发明原理的如图2中所说明的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图2C是从不同角度展示的图2B中所说明的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图3是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第三实施例的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图3A是图3中所说明的罗柯夫斯基线圈区段的侧正视图。图;3B是说明根据本发明原理的形成罗柯夫斯基线圈装置的一半的如图3中所说明的四(4)个经组装罗柯夫斯基线圈区段的透视图。
图3C是说明根据本发明原理的安装在绕组心轴上的图:3B的四(4)个经组装罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图3D是图3C中所示的绕组心轴安装的罗柯夫斯基线圈区段的侧正视图。图4是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第四实施例的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图4A是说明根据本发明原理的安装在两个头部区段之间的如图4中所说明的两个经缠绕罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图4B是说明根据本发明原理的安装在绕组心轴上的图4的八(8)个经组装罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图5是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第五实施例的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图5A是说明图5的单个罗柯夫斯基线圈元件的侧正视图。图5B是说明根据本发明原理的安装在一起的图5的两个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图5C是说明根据本发明原理的安装在绕组心轴上的图5的八(8)个经组装罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图6是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的第六实施例的单个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图6A是说明图6的单个罗柯夫斯基线圈元件的侧正视图。图6B是说明根据本发明原理的安装在一起的图6的两个罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图6C是说明根据本发明原理的适于接纳外围绳索的线圈区段的另一实施例的透视图。图7是说明根据本发明原理的电流感测装置的穿通导体的各种位置的侧正视图。图8是说明根据本发明原理的围绕矩形电力导体定位的罗柯夫斯基线圈装置的替代配置的俯视正视图。图8A是说明根据本发明原理的图8的罗柯夫斯基线圈装置的第一示范性实施例的俯视正视图，上面并入有对准特征以防止倾斜和偏置。图8B是适合在4边(例如矩形)母线条(盖已移除)上使用的本发明的感测装置的另一实施例的俯视正视图。图8B-1是沿8B-1-8B-1截取的盖已安装的图8B的装置的横截面。图9是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈装置的替代配置的侧正视图。图10是根据本发明原理的用于制造图1到IB的电流感测设备的过程流程图。图11是根据本发明原理的用于制造图2到2C以及图4到4B的电流感测设备的过程流程图。图12是根据本发明原理的用于制造图3到3D的电流感测设备的过程流程图。图13是根据本发明原理的用于制造图5到5C的电流感测设备的过程流程图。图14是根据本发明原理的用于制造图6到6B的电流感测设备的过程流程图。图15A是根据本发明原理的示范性堆叠式罗柯夫斯基线圈装置的透视图。
图15B是图15A的堆叠式罗柯夫斯基线圈装置的俯视正视图。图15C是图15A的堆叠式罗柯夫斯基线圈装置的可调谐实施方案的透视图。图15D是根据本发明原理的可调谐堆叠式罗柯夫斯基线圈装置的第二示范性实施例的透视截面图。图15E是根据本发明原理的同心堆叠式罗柯夫斯基线圈装置的俯视正视图。图16是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈区段的第七实施例的一部分的透视图。图16A是说明与其它类似区段链接在一起以形成罗柯夫斯基线圈装置的图16的罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图16B是罗柯夫斯基线圈装置和外壳的第七实施例的分解图的透视图。图16C是沿图16B的线16C-16C截取的截面图。图16D是与图16B中所说明的罗柯夫斯基线圈装置相关联的底部外壳部分的俯视正视图。图17是说明根据本发明原理的罗柯夫斯基线圈区段的第八实施例的透视图。图17A是说明与其它类似区段链接在一起以形成罗柯夫斯基线圈装置的图17的罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图17B是沿图17A的线17B-17B截取的截面图。图18A是说明根据本发明一个实施例为罗柯夫斯基线圈区段插入开始夹的透视图。图18B是说明根据本发明一个实施例为罗柯夫斯基线圈区段插入结束夹的透视图。图18C是说明根据本发明一个实施例将罗柯夫斯基线圈区段插入到绕组心轴上的透视图。图18D是说明根据本发明一个实施例将芯组合件安装到线架区段凹槽中的透视图。图18E是说明根据本发明原理的缠绕过程的一个实施例的开始的透视图。图18F是说明根据本发明一个实施例的安置在第一罗柯夫斯基线圈区段上的分层绕组的横截面图。图18G是说明根据本发明一个实施例使绕组经过罗柯夫斯基线圈区段之间的透视图。图18H是根据本发明一个实施例安装在绕组心轴上并缠绕的罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图181是说明根据本发明一个实施例使绕组端接到开始夹的透视图。图18J是说明根据本发明一个实施例的第一罗柯夫斯基线圈区段上的屏蔽层绕组的横截面图。图18K是根据本发明一个实施例安装在绕组心轴上并与屏蔽层一起缠绕的罗柯夫斯基线圈区段的透视图。图18L是说明根据本发明一个实施例将带层缠绕在绕组的屏蔽层上的透视图。图18M是说明根据本发明一个实施例使绕组端接到结束夹的透视图。
图18N是说明根据本发明一个实施例插入返回导体的透视图。图180是说明根据本发明一个实施例插入完成线导体的透视图。图18P是说明根据本发明一个实施例将罗柯夫斯基线圈区段插入到头部中的俯视正视图。图18Q是说明根据本发明一个实施例将线导体安装在罗柯夫斯基头部中的透视图。图18R是说明根据本发明一个实施例将环氧树脂沉积到罗柯夫斯基装置的顶部头部中的透视图。图18S是说明使用图18A到图18R中所说明的工艺制造的罗柯夫斯基线圈装置的透视图。本文所揭示的所有图均受 Copyright 2009-2010普尔思工程设计公司(PulseEngineering, Inc.)保护。版权所有。
具体实施例方式现在参考图式，其中相同标号始终指代相同部分。如本文中所使用，术语“线架”和“形状”(或“成形器”)在无限制的情况下用于指代安置在感应装置上或感应装置内或作为感应装置的一部分的任何结构或组件，该任何结构或组件帮助形成或维持所述装置的一或更多个绕组。 如本文所使用，术语“电组件”和“电子组件”可互换使用，且指代适于提供某一电和/或信号调节功能的组件，包含(但不限于)感应电抗器(“扼流线圈”)、变压器、滤波器、晶体管、有缺口芯环形线圈、电感器(耦合或以其它方式)、电容器、电阻器、运算放大器和二极管，不管是离散组件还是集成电路，不管是单独还是组合。如本文中所使用，术语“电感装置”指代使用或实施感应的任何装置，包含(但不限于)电感器、变压器和感应电抗器(或“扼流线圈”)。如本文所使用，术语“网络”和“承载网络”大体上指代任何类型的数据、电信或其它网络，包含(但不限于)数据网络(包含MAN、PAN、WAN、LAN、WLAN、微网、微微网、因特网和企业内部网)、混合光纤同轴(HFC)网络、卫星网络、蜂窝式网络以及电话公司网络。此些网络或网络部分可利用任何一或更多种不同拓扑(例如，环形、总线、星形、回路形等)、传输媒体(例如，有线/RF缆线、RF无线、毫米波、光学等)和/或通信或连网协议(例如，SONET、DOCSIS、IEEE 标准 802. 3,802. 11、ATM、Χ. 25、帧中继、3GPP、3GPP2、WAP、SIP、UDP、FTP、RTP/RTCP、H. 323 等)。如本文中所使用，术语“网络接口 ”或“接口”通常指代与组件、网络或进程的任何信号、数据或软件接口，包含(但不限于)FireWire (例如FW400、FW800等)、USB (例如、USB2、USB 3.0、移动USB等)、以太网(例如10/100、10/100/1000 (千兆位以太网)、IO-Gig-E 等)、MoCA、光学(例如 PON,DffDM 等)、串行 ATA(例如 SATA、e-SATA、SATAII)、超ATA/DMA、Coaxsys (例如，TVnetTM)、射频调谐器(例如，带内或00B、电缆调制解调器等)、WiFi (802. 11a、b、g、n)、WiMAX (802. 16)、PAN (802. 15)、IrDA 或其它无线系列的接口。如本文所使用，术语“信号调节”或“调节”将被理解为包含(但不限于)信号电压变换、滤波和噪声减轻、信号分割、阻抗控制和校正、电流限制、电容控制和时间延迟。
如本文中所使用，术语“顶部”、“底部”、“侧”、“上”、“下”等仅隐含一个组件与另一组件的相对位置或几何形状，且绝不隐含绝对参考系或任何所需定向。举例来说，当将组件安装到另一装置(例如，安装到PCB的下侧)时，组件的“顶部”部分可实际上位于“底部”部分下方。如本文中所使用，术语“无线”表示任何无线信号、数据、通信或其它接口，包含(但不限于)Wi-Fi、蓝牙、3G (例如，3GPP、3GPP2 和 UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA, CDMA (例如IS-95A、WCDMA 等)、FHSS, DSSS、GSM、PAN/802. 15、WiMAX (802. 16) ,802. 20、窄带 /FDMA、OFDM、PCS/DCS、模拟蜂窝式、CDPD、卫星系统、毫米波或微波系统、光学、声学和红外线(即IrDA)。综述本发明尤其提供改进的低成本电流感测设备及其制造和利用方法。在一个实施例中，所述电流感测设备分区段形成，所述区段(在示范性实施例中)通常本质上为线性的，以便促进设备的卷绕。随后将所形成的区段定位成复杂的几何形状，例如圆形、多边形或椭圆形花托/超环面状几何形状。虽然花托形几何形状是常见的，但所形成的区段可适合结合各种各样的几何形状使用，所述区段的形成所围绕的导体本质上是不规则的。除大体上固定的形状之外，本文所揭示的额外实施例还适合柔性组合件。前面提到的“分段式，，线圈方法有利地允许控制制造所述装置的成本与所需性能或精度等级平衡。当给定应用需要较大精度时，可使用较大数目的区段(和/或每区段较大数目的匝数)，这还通常带来较大的制造成本。在低精度应用中，可利用具有较少区段和/或匝数的较低精度装置，从而针对所需精度等级提供最低的可能成本。在一个示范性实施方案中，从具有有利地促进所述区段组合成最终完整电流感测设备的特征和/或几何形状的线架元件形成所述区段。这些线架元件包含铰接耦合件、对准特征、模制柔性厚带等中的一或更多个，以便促进组合。在替代实施例中，所述区段由随后放置到保护性头部元件中的自支撑接合线绕组形成。还利用一或更多个返回导体或穿通导体，所述返回导体或穿通导体电耦合到所述绕组以形成电流感测设备。另外，本文所揭示的一些实施例包含插入模制或后插入的导电夹，所述导电夹可不仅用于线绕接(即，以便在将绕组缠绕到线架元件上之前保护绕组)，而且用于将外部引线电耦合到线架元件绕组，从而促进形成罗柯夫斯基线圈装置所需的电连接。还揭示在一些实施例中使用的形成于线架元件的外凸缘上的突起。一起包含这些突起与对应的成对孔，以提供缠绕操作期间的对准和稳定性。在所述装置的示范性实施例中，头部和/或线架元件形成有有利地并入到装置的几何形状中以便相对于装置上的绕组而支撑并准确地定位返回导体的特征。返回导体的定位可与性能考虑因素和制造考虑因素两者进行权衡，以便提供高性能且低成本的电流感测设备。导体的定位可甚至本质上为可变的；例如通过支撑导体的多个不同位置的结构。还揭示所述装置的“自由空间”或“无形状”实施例，其中在无线架或其它支撑结构的情况下形成和使用绕组的匝数(以及区段自身)。在一种变体中，使用所谓的“接合”线，其中将绕组的个别匝选择性地彼此接合(例如，通过热活化的粘合剂或其它物质)，以便将所述匝相对于彼此维持在所需要位置和定向，从而摒弃线架且降低制造成本。在另一变体中，将绕组(和中心导体)包封在聚合物或其它包封化合物中，此做法将绕组和导体“灌封”在相对位置中，且增加机械稳定性和刚性。还预见“可调谐”实施例，所述实施例将前面提到的电流感测设备中的两(2)者或两者以上放置成彼此邻近，以便校正与区段有关的电性能不足，且/或允许用户或安装者选择性地调谐线圈性能。在一个实施例中，以堆叠或并列定向排列两个或两个以上线圈，且将所述线圈相对于彼此放置以便抵消或减轻与线圈区段之间的间隙相关联的通量泄露。在另一变体中，所述两个或两个以上线圈大体上同心。示范性实施例的详细描述现在提供本发明的设备和方法的各种实施例和变体的详细描述。虽然主要在电流感测装置的上下文中进行论述，且明确地说，在根据罗柯夫斯基原理操作的电流感测装置的一个实施例中进行论述，但本文所论述的各种设备和方法不限于此。实际上，本文所描述的许多设备和方法在制造任何数目的复杂线圈配置(例如缠绕花托形状)时有用，所述配置可受益于本文所描述的分段制造方法和设备，包含不利用或不需要穿通或返回导体的装置。另外，进一步了解，在许多例子中，相对于特定实施例而论述的某些特征可易于适合在本文描述的一或更多个其它预期实施例中使用。所属领域的技术人员将容易了解，本发明考虑到本文所描述的许多特征在描述所述特征的特定实例和实施方案之外拥有较广泛的有用性。罗柯夫斯基线圈原理为了更好地理解实施用于制造本文随后描述的示范性线圈的方法时的各种设计考虑，理解控制罗柯夫斯基型线圈的行为的基本原理是有用的。如在电子技术中清楚理解，由罗柯夫斯基线圈产生的电压是通过以下等式(1)表示等式⑴Γ =
I dt其中A =小回路中的一者的面积；N=匝数；1 =绕组的长度；μ ^=磁性常数；且dl/dt =回路中的电流的变化速率。为了使现实的实施方案较接近等式(1)中所陈述的理论行为而操作，作出各种假设，包含匝数是均勻间隔的，且装置的半径与匝数本身的半径相比相当大。因此，在下文陈述的各种线圈装置的后续论述中，应记住这些假设以及这些假设如何影响罗柯夫斯基线圈本身的敏感性。电流感测设备现在参看图1到1B，详细展示并描述电流感测设备100的第一实施例。具体地说，图1到IB的实施例中说明罗柯夫斯基型电流感测设备。图1说明与电流感测设备相关联的主要元件，包含缠绕线圈102、穿通或返回导体104以及分段式头部110。如在图1中可见，此装置100优于其它现有技术罗柯夫斯基线圈的第一突出优点是显而易见的。具体地说，典型的现有技术罗柯夫斯基线圈强调线圈绕组在装置的整个回路上的均勻分布，这曾被广泛相信是必要的，以便实现所述装置的足够电性能。然而，本案受让人已发现，此现有技术构造不仅难以制造(导致所述装置的相对较高的销售价格)，而且对于实现所述装置的所需要等级的电性能来说是没有必要的。相反，通过将电流感测设备100分段成多个大体上均勻缠绕的线圈区段102，下伏的装置不仅较容易制造，而且提供与传统的罗柯夫斯基线圈装置相比类似或改进的电性能。在示范性实施例中，使用接合线缠绕将线圈区段102缠绕在线性心轴上。此外，还可结合接合/胶合工艺使用正常的绝缘线。接合线是用于产生所谓的“空气线圈”的技术成熟的产品/工艺。空气线圈本身是电感器，且按照惯例已用于RFID标签、话音线圈、传感器等中。用于生产接合线的材料和制造设备市面上可从所属领域的技术人员已知的多种来源购买到。接合线本质上是涂有瓷漆的线，所述线具有施加(由线的卖主或装置制造商)到瓷漆的外表面的额外涂层。一般来说，在缠绕期间，可活化(通常通过热量，但其它类型的工艺包含辐射通量、化学制剂等等)接合线涂层，以致使经涂覆的线粘合/接合在一起。此方法在电子组件生产的背景下提供某些益处和成本节约。通过使用接合线，线圈区段102本身成为自支撑结构。接合线的使用通常为众所周知的，且在构造感应装置时的用途例如在共同拥有的2004年7月6日申请且标题为“无形状电子装置及制造方法(Form-lessElectronic Device and Methods of Manufacturing) ” 的第 10/885，868 号美国专利申请案中详细描述，所述专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。图1的装置100仅说明安装在分段式头部110中的单个线圈区段102，但应了解，装置100既定与八(8)个如所说明的线圈区段一起操作。此外，虽然展示八(8)个线圈区段，但应了解，可很大程度上取决于电流感测设备100的总体大小及所述设备的所需要形状/轮廓而添加更多或更少的区段。修改线圈区段的数目的能力提供了优于制造电流感测设备的现有技术方法的不同竞争性优点。具体地说，随着线圈区段的数目增加(即，朝区段的理论无限量前进)，电流感测设备的行为将趋向于较像理想线圈那样表现，然而这是以制造复杂性和成本为代价的。然而，相反地，也可减小区段的数目，直到已实现最小可接受等级的电性能为止，从而最小化制造复杂性以及制造成本。现在参看图IA和1B，更容易看到分段式头部110的示范性实施例的构造。在所说明的实施例中，分段式头部110包括八(8)个腔112，所述腔各自与线圈区段102中的个别区段相关联。分段式头部110最好是由注射模制的聚合物材料构造，但包含(但不限于)复合物、纤维性材料(例如纸)和上述各项的组合的其它构造材料以及替代方法(例如，转移模制或组合/粘合工艺)对于本发明所属领域的技术人员来说将是显而易见的。在示范性实施例中，穿通导体保持特征114中的多者定位在沿分段式头部的多个点处以及邻近的腔112之间，且用以将穿通导体104(图1)保持在相对于经定位的线圈区段102的所需要位置处。在所说明的实施例中，保持特征114将穿通导体104沿着线圈区段中的每一者的纵轴定位，但应认识到，穿通导体的定位可变化(且在可使用多个导体的情况下，可实际占用区段内的不同位置)。举例来说，见本文随后对图7的论述。另外，柱特征116为区段之间的互连线的绕接提供位置。虽然图1到IB中所说明的电流感测设备特别适合于将最终从中感测电流的导体能够穿过设备100的中心部分的应用，但应认识到，可将分段式头部制造为并非静态均勻结构。举例来说，应认识到，设备100可经铰接，使得分段式头部110能够卷绕在电流运载导体周围以供安装，或准许操作者/安装者在现场进行测量/测试。此外，经铰接的分段式头部还可易于经调整以使得头部的柔性性质以一个以上旋转自由度操作。举例来说，分段式头部可不仅经调整以便准许装置的封闭环路打开和闭合，而且被允许枢转和扭曲，以便促进分段式头部适应现场的任何数目的困难安装位置的能力。接着可用保持机构(例如搭扣等)进一步调整相对端(即，未铰接的部分)，所述保持机构将经铰接的设备保持在设备的闭合形式中。进一步认识到，这可在无铰链(例如，通过使用暗榫、搭扣、穿通导体的张力等)的情况下或通过将头部110分段成两个或两个以上可分开或可移动部分来实现，这视设备将最终安装于其中的系统的需要而定。图1到IB中所描述的电流感测设备100的可分开或可移动分段式实施例还被认为同等适用于本文随后描述的其它电流感测设备实施例。还应注意，在某些应用中，容易修改头部110以促进将电流感测设备安装到外部衬底上(通过表面安装或穿孔应用)。举例来说，在穿孔应用中，头部110并入有孔口(未图示)，所述孔口以预定间距固持并定位用于电流感测设备中的导体的端部。这些导体优选由足够厚度的导电线形成，使得所述线在安装之前不可能发生变形。在表面安装应用中，容易以两个或两个以上导电区域来调整所述头部。这些导电区域可由附接到头部或者通过任何数目的众所周知的聚合物镀覆工艺并入的离散金属板形成。接着可通过软焊、电阻性焊接等将导体的端部电耦合到导电区域，以便形成电流感测设备绕组与待通过表面安装工艺安装在外部衬底上的导电区域之间的电连接。电流感测设备(不管是静态还是其它)还可任选地装入蛤壳形盖中，或以其它方式经包封/模制/过模制等，以抵御污垢和碎屑，并且提供对来自(例如)正被电流感测设备测量的导体的高电压的增强的抵抗性。另外，已发现在某些实施方案中，电流感测设备的性能对线圈区段102的变形极为敏感。因此，通过将电流感测设备装入蛤壳形盖中或以其它方式包封绕组，可以对最终客户来说相对较低的成本来保护电流感测设备的性能。除静态实施例(即，装入的设备100为大体上刚性的)之外，应认识到，可通过使用柔性的箱来容易地实施柔性实施例。在示范性变体中，通过利用安置在头部110的至少若干部分周围的用橡胶处理过的收缩管道来形成此柔性装置。现在参看图1C，详细展示并描述图1到IB中所说明的电流感测设备的替代实施例。具体地说，图IC的实施例说明在具有或不具有图1中所说明的头部或线架元件的情况下使用的连续构造的螺旋形线圈。通过使用(例如)安置在线圈的内圆周上的粘合剂珠120将图IC的电流感测设备180有效地分为若干个区段102。视特定应用而定，所用的粘合剂的类型可广泛变化。举例来说，在个别区段102内需要某些柔性的情况下，使用柔性粘合剂(例如硅酮)以允许区段102内的线的个别匝之间的某些移动。或者，在不需要柔性的情况下，使用较硬的粘合剂(例如双组份环氧树脂)来限制区段内的线的个别匝之间的移动量。在所说明的实施例中，电流感测设备形成于一个连续绕组的心轴上。接着使用自动分配设备将粘合剂放置于完成的电流感测设备的内径上的分段式部分102中，从而使电流感测设备的制造大体上自动化。还注意，返回导体(未图示)在缠绕之前在线圈的内部路由。尽管主要将粘合剂预想为放置于完成的电流感测设备的内径上，但应认识到，替代实施例可容易地将粘合剂放置在绕组上的任何其它地方(例如外径上)，且甚至放置在绕组上的多个位置处(以进一步固定和最小化任一给定区段中的邻近绕组之间的移动)。另外，虽然主要将粘合剂预想为安置到离散区段中的绕组上，但应认识到，放置于绕组上的粘合剂珠可沿绕组的长度连续施加，尤其是在所用的粘合剂以柔性形式固化的情况下。有利的是，前述工艺还适用于大规模并行制造操作。举例来说，可使用一个长心轴，所述长心轴上形成(且如果适用的话，固化)有用于许多线圈的区段，在沿心轴向下的一次移动中快速地施加前述粘合剂。接着可在心轴上将个别线圈分开(或如果需要，在将整个组合件从心轴移除之后)，且将所述个别分开的线圈形成为所需要形状(例如，大体上圆形或多边形)并端接。类似地，可并行处理多个此类心轴，至多达制造设备的限制。此大规模制造提供优于线圈设计单独提供的节约的额外节约。如果需要的话，图IC的装置还可包封在主体化合物(例如灌封化合物、硅酮等)内，使得装置的机械刚性得以大体上维持，至少在临界尺寸上。具体地说，本案发明人已认识到，本文所描述的线圈在许多情况下可对每一区段的匝的横截面面积或轮廓的改变较敏感(在性能降级方面)。举例来说，如果图IC的装置中的区段的线圈破裂或变形，那么装置作为一个整体的准确度可能显著降级。此尺寸比(例如)维持装置作为一个整体的“循环性”以及将正被监视的导体维持在线圈/多边形的几何中心内(所述装置有利地在较大程度上对后者更容忍)更重要。因此，线圈匝的至少横截面面积的机械稳定性是许多应用中的突出考虑因素。是通过使用较硬或刚性外部“壳”(例如，盒或者套管或其它隐藏线圈的外部的此类布置)还是通过包封或通过例如线架或头部等内部支撑来维持此稳定性很大程度上是设计抉择。图ID说明如(例如)图IC中所说明的不拥有如图1到IB中所说明的头部元件的电流感测设备100的倒置视图。具体地说，图ID说明制作可现场安装在导体周围(无需将导体从所述导体附接到的装置移除)的电流感测设备的第一示范性方式。图ID中所说明的电流感测设备拥有可围绕导体路由的重叠端部185。所述重叠端部可接着通过粘合剂等而附接到线圈的另一“端部”。以此方式，线圈装置的自由端可围绕现存导体安装而路由，且两端重叠且固定在适当位置，从而形成有效不中断的环路。虽然将了解，此“重叠”配置具有比相当的“不中断”装置(例如，本身不具有端部，而是制作为连续环路的装置)小的精度，但此配置还提供前面提到的在不拆卸的情况下进行现场安装的能力，以及非常低的制造成本(如下文更详细地描述)。注意，虽然图ID的装置说明线圈的两端在垂直平面(即，垂直于图的平面)内重叠，但所述重叠端可径向重叠，同时维持“平坦”的垂直轮廓(即，一端安置在小于另一端的半径的半径处)。可使用任何数目的不同技术来连结图IC的装置的两个自由端，所述技术包含(但不限于)(1)如果适用的话，仅利用线圈装置的现有刚性或柔韧性来维持两端成所需要的接近关系(即，使所述装置“弯曲”成形)；( 用以接合两端的粘合剂；C3)电和环境密封技术中众所周知的类型的收缩管道的一部分(例如，在受热时收缩)；(4)塑料或其它扎带；(5)使用带子(例如，绝缘带或管带)；或(6)安置于两个相应端上的模制或成形的搭扣配合组合件。前述各项中的每一者(在不同程度上)提供极低成本的益处，尤其是在结合用于装置本身的具成本效益的成形技术使用时。图IE说明所述装置的替代的现场可安装实施例，其中电流感测设备100的自由端在190处彼此邻接。预期图IE的实施例的制造成本高于图ID中所示的实施例，但提供比图IC中所说明的先前实施例好的电/磁性性能(精度)，这很大程度上是因为以下事实邻接的端部有效地允许线圈的形状近乎“完美”，且消除任何重叠(重叠导致磁性失真和泄露)。可使用任何数目的组合技术来邻接电流感测设备的端部，所述技术包含(但不限于)⑴定位销耦合；⑵磁性耦合；⑶螺口式耦合；⑷收缩管耦合；以及(5)搭扣/枢轴型耦合。关于磁性耦合的使用，应注意，磁体的使用不影响待测量的电流的变化(即，dl/dt)，且因此有利地不影响装置的电性能能力。图ID的实施例制造起来比图IC的实施例要昂贵一些(大部分因为所述耦合的邻接要求的成本)，但还提供较大的精度。还将认识到，图ID和IE的实施例可被塑造成在多个维度中为柔性的。举例来说，在一个变体中，由于线圈的柔性(明确地说，区段之间的间隙)，可稍稍拉开线圈端部(以便准许卷绕在已安装的导体或母线条周围)，但线圈端部也相对于彼此垂直变化(即，维持相同半径，但在将张力施加到两端时相对于彼此而移动)。在另一变体中，仅准许线圈的所描述部分(例如，“铰链”区；未图示)显著挠曲。这可以任何数目的不同方式来实现，例如通过在铰链区中使用较薄的覆盖材料或实际机械铰链，使得线圈在所述区中优先挠曲。现在参看图2和2C，详细展示并描述基于头部或线架的电流感测设备200的第二示范性实施例。具体地说，图2到2C的电流感测设备200包括分段式线架元件210中的多者。这些线架元件210中的每一者通过任选铰接耦合220安置在彼此旁边。在一个示范性实施例中，此铰接耦合220包含保持邻近分段式线架元件的特征(例如搭扣等)，使得所述特征保持彼此附接，然而应认识到，在替代实施例中，铰接耦合可仅提供枢转，与枢转及保持功能形成对比。在替代实施例中，可通过模制线架元件210中的邻近者之间的薄连结材料网来实现铰接耦合。此配置可制作为静态的(例如，用于最终应用几何形状已知的实施例中)或柔性的(如本文先前所描述)。还可使所述耦合为易碎的；即，如果需要，可在有限数目的加载循环之后分开，以便促进组件的选择性分离。现在参看图2和2A，展示电流感测设备200的局部区段。具体地说，仅说明三百六十度(360° )设备200的四十五度)区段。因此，如在所说明的实施例中可见，完整的设备200将由八(8)个分段式线架元件210组成。虽然预期八个元件，但此数目由电流感测设备应用的基本几何形状以及所定义的性能参数任意界定。因此，容易认识到，在替代实施例中，可利用更多或更少不同形状或配置的元件(还包含两个或两个以上不同线架元件配置的异质“混合”)。图2到2C中所说明的实施例还包含中心通道230，中心通道230既定将穿通导体定位在分段式线架元件中的每一者内的精确位置处。在所说明的配置中，所述通道沿圆柱形线架元件210中的每一者的纵轴(S卩，几何中心)定位；然而，如本文其它地方所述，中心导体的位置可(i)相对于通道230或线架元件的横截面为非对称；(ii)可为可变或可改变的；和/或(iii)可存在于其它位置处。图2B和2C说明根据一个实施例的单个分段式线架元件210的不同透视图。线架元件210的特征在于适合接纳一或更多个绕组层的绕组沟道212，而凸缘218将绕组保持在绕组沟道212中，从而产生绕组在线架元件210内的均勻分布。虽然以光滑的绕组圆筒来说明绕组沟道，但应了解，凹槽可形成于绕组圆筒中，以便提供用以引导绕组的额外特征，使得绕组更均勻地缠绕。此外，此“圆筒”的横截面无需为对称的，且/或还可包含分段
17(即，横截面可包括八边形、椭圆形、多边形等)。位于支架240上方的对准柱216定位于凸缘的相对端上。这些对准柱216是任选的，但用于促进线架元件210在包封头部内的个别放置(例如见本文随后描述的图4A，460)。在如本文随后将更全面论述的心轴上的自动化缠绕期间，利用路由柱214来促进绕组在线架元件210中的个别者之间的路由。这些路由柱214充当缠绕在缠绕沟道212内的线的入口 /出口点。回想关于图2A的对铰接耦合220的论述。如在图2B和2C中可见，铰接耦合包括突出部分222和相应的插座部分224，插座部分2M的大小经设计以便容纳来自邻近线架元件210的突出部分。路由沟道232还可任选地用于将最后一个区段的退出线路由到线圈内部的返回线。注意，在所说明的实施例中，铰接耦合220不包含允许邻近元件210保持可移动地彼此耦合的元件。而是实际上使用与相应的绕组和穿通导体相关联的张力来使经组合的电流感测装置保持所述装置完成的花托状形状。然而，应认识到，替代实施例可容易包含使用粘合剂或其它接合剂等使邻近元件210物理上彼此耦合的特征。现在参看图3到3D，说明罗柯夫斯基型电流感测装置350的又一实施例。图3说明单个线架元件300，(所说明的实施例)需要八(8)个线架元件300来形成单个电流感测装置350。应认识到，在如先前相对于其它实施例而论述的替代实施例中，可利用具有异质配置的更多或更少的线架元件。不同于图2到2C的线架元件210，图3的线架元件300并非必需铰接耦合。相反的，图3的线架元件300经构造以使得在线架元件300彼此邻近放置时线架元件300共同形成电流感测装置350的花托状结构。举例来说，见图3B，图;3B确切地展示电流感测装置350的一半(即，四(4)个线架元件)。每一线架元件包含一缠绕沟道310，所述缠绕沟道310由相应的凸缘元件330界定。这些凸缘元件维持并界定缠绕沟道310的缠绕宽度。线架元件300进一步包括路由柱312，路由柱312在退出和进入缠绕沟道310时再次被用作绕组的出口 /入口点。另外，这些出口 /入口点还可用于在缠绕之前锚定穿通或返回导体。邻近于路由柱312包含任选的穿通导体路由沟道314。路由沟道314适于容纳放置在缠绕沟道310内的绕组下面的一或更多个穿通导体。因此，路由经过沟道315的穿通导体通过施加到穿通导体(未图示)的张力而在组合时有利地帮助维持所组合装置350的结构整体性。在替代实施例中，穿通导体可改为路由经过中心腔320(即，沿中心腔的内径)。此外，线架元件300可容易地适于容纳通过构造于中心腔320内的中心通道(类似于图2B中所示的中心通道230)。这些和其它实施例将是本发明所属领域的技术人员显而易见的。图3A说明图3中所示的线架元件300的侧正视图。具体地说，如在图3A中可见，尽管线架元件300具有弯曲几何形状，但在所说明的实施例中，中心腔320直线穿过线架元件的主体。这促进线架元件的自动化缠绕(例如见图3C到3D)。键接缺口 322也沿中心腔320的内侧壁线性通过，从而提供可接纳在心轴上的相应狭槽(见图3D，362)内的特征，所述特征允许线架元件300在缠绕过程期间具有精度地旋转。图3C和3D说明安装在心轴360上的四(4)个此类线架元件300。注意，因为线架元件300以线性方式配置，所以最终“花托状”形状的自动化缠绕相较于真实花托(圆形)形状是非常简化的。轴环370安装在心轴360的端部，且将线架元件固定到心轴360上。图3到3D中所说明的实施例可接着任选地装入头部或外壳(例如重叠蛤壳型头部(未图示)或其它箱)中。现在参看图4到4B，详细展示并描述电流感测设备400的第四示范性实施例。具体地说，图4到4B的电流感测设备400包括分段式线架元件410中的多者。通过使用外部环状头部460(图4A)来将这些线架元件410中的每一者安置在彼此旁边。图4说明图4A的电流感测设备400的局部区段。具体地说，仅说明三百六十度(360° )设备400的四十五度)区段。因此，在所说明的实施例中，完整设备400将由八(8)个分段式线架元件410组成，如通过对图4A的环状头部460上的腔464的数目进行计数可见。图4中所说明的线架元件410包含中心通道430，所述中心通道430既定将穿通导体定位在分段式线架元件中的每一者内的精确位置处。在所说明的实施例中，所述通道沿圆柱形线架元件410的纵轴定位。图4的线架元件410还包含替代通道432，通道432可用于将返回线路由经过线架元件的中心，以便促进组合。线架元件410的特征在于适合接纳一或更多个绕组层的缠绕沟道412，而凸缘418将绕组保持在缠绕沟道412中，从而产生绕组在线架元件410内的均勻分布。位于支架440上方的对准柱416定位于凸缘的相对端上。这些对准柱416为任选的，但用于促进线架元件410在头部460内的个别放置。在如本文随后将相对于图4B更全面论述的心轴上的自动化缠绕期间，利用路由特征422来促进绕组在线架元件410中的个别者之间的路由。这些路由特征422充当缠绕在缠绕沟道412内的线的入口 /出口点。图4B说明为了线架元件中的个别者的自动缠绕的目的而安装在心轴470上的个别线架元件410。如可看到，将狭槽472机械加工或以其它方式形成于缠绕心轴470中。此狭槽472的大小经设计以容纳个别线架元件上的促进缠绕操作的相应特征434(图4)。将轴环480放置在心轴470的一端上，以便将个别线架元件410固定并定位在沿心轴轴杆的可靠位置处。此方法准许缠绕过程期间的可重复性和一致性，而无需使用视觉设备来帮助定位自动化缠绕器的馈送端。还注意，用于形成电流感测设备的所有八(8)个区段410安置在单个缠绕心轴470上。虽然先前实施例(图3C)已说明在任一时间在心轴上仅形成整个感测设备的一部分，但图4B的实施例说明其中可在单次缠绕操作中缠绕所有区段的实施例。接着可随后从心轴移除所缠绕的区段，且将所述区段放入头部460中，如图4A中所示。现在参看图5到5C，详细展示并描述用于电流感测装置中的线架元件510的又一实施例。图5中所说明的线架元件在构造上与先前在图2到2C中所说明的铰接实施例类似。具体地说，图5中所说明的实施例是类似的，因为所述实施例拥有由外缠绕凸缘518界定的缠绕沟道512。此外，所说明的实施例进一步包含路由柱514，用于促进磁体线在缠绕沟道中的邻近者之间的路由(见图5C)。铰接元件522也适合接纳在位于邻近线架元件510上的相应特征中，且充当线架元件的枢转点，类似于如关于图2到2C所描述的功能性。还见图5B中所说明的铰接点550。另外，可接着任选地将集体线架元件放置在蛤壳型盖(未图示)或其它箱内侧，或放置在一对头部元件(类似于图4A中的460所示的元件)之间。然而，不同于所论述的先前实施例，图5中所说明的线架元件510的实施例与穿通或返回导体(未图示)的不同之处在于不路由经过中心孔口 534，如图2到2C的先前实施例中已说明；相反，将线路由孔口 530用于此目的。将线路由孔口 530定位在缠绕圆筒的主体内，缠绕圆筒的外径界定缠绕沟道512。此配置在组合方面具有优点，因为穿通导体驻留于完成的电流感测装置的内径上。因为穿通导体在内径上，所以穿通导体的长度有利地无需显著加长，因为个别线架元件510形成为线架元件最终花托形状。这允许(尤其)制造和组合中的较大简单性和效率。另外，因为穿通导体不定位在中心孔口 534内，因此穿通导体可在心轴缠绕过程期间容易地适应各自安装在心轴560上的个别线架元件510。还注意，平坦表面536(如也许在图5A中最佳展示)与位于心轴560上的平坦表面570对应。此几何形状有助于确保线架元件510随心轴旋转而旋转。图6到6B说明图5到5C的电流感测设备的又一变体。图6到6B的实施例是类似的，因为所述实施例由用于电流感测装置中的线架元件610组成。线架元件610包括类似于图2到2C中所说明的组合件的铰接组合件。线架元件进一步拥有由外缠绕凸缘618界定的缠绕沟道612，且进一步包含路由柱614，用于促进磁体线在缠绕沟道中的邻近者之间的路由(见图6B)。铰接元件622也适合接纳在位于邻近的线架元件610上的相应特征中，且充当线架元件的枢转点，类似于如关于图2到2C以及图5到5C所描述的功能性。还见图6B中所说明的铰接点650。可接着任选地将集体线架元件610放置在蛤壳型盖(未图示)或其它箱内侧，或放置在一对头部元件(类似于图4A中的460所示的元件)之间。图6中所说明的线架元件610的实施例与先前所说明的实施例在一个突出方面不同；即返回导体(未图示)不路由经过穿过缠绕圆筒的中心孔口 634或线路由孔口(图5A，530)，如已在先前实施例中说明。相反，线路由狭槽630用于此目的。线路由狭槽630定位在缠绕沟道的外部周边或外径上。此配置在组合方面具有优点，因为返回导体不仅存在于完成的电流感测装置的内径上，而且无需穿经孔口，从而简化组合。还注意，可使用路由狭槽来铺设返回线(导体)和/或柔性绳嵌(非导体)。举例来说，在一个变体中(见图6C)，缠绕在线架周围的线将俘获前面提到的外狭槽631中的绳(未图示)，并将所述绳固定到个别线架元件，以便提供绳与个别线架元件间的柔性铰链，并增加机械稳定性(并且在组合期间保护交叉线)。此绳的横截面不必为圆形；实际上，此绳可具有差不多任何横截面形状，包含(但不限于)正方形、矩形、多边形、卵形/椭圆形，或甚至为多个离散线绳的复合物(例如，经编织)。此外，因为返回导体在内径上，所以返回导体的长度无需显著加长，因为个别线架元件610形成为线架元件最终花托形状，如先前所论述。另外，由于返回导体不定位在中心孔口 634内，因此返回导体可在心轴缠绕过程期间容易地适应各自安装在图5C中所说明的心轴560上的个别线架元件610。现在参看图7，展示返回或返回导体在线架元件700上的各种示范性位置。具体地说，图7说明用于相对于线架元件700以及安置在所述元件上的相应绕组710来定位返回导体的各种选择。虽然同时说明多个返回导体(720、730、740、750、760)，但应认识到，在大多数实施例中，一次将仅存在返回导体的单个位置。各种所说明的选择如下(这些选择无意具有限制性，且存在其它选择)选择(1)可将返回导体720放置在线架元件700的内径半径处，类似于图5到5C的实施例中所陈述的定位；选择( 还可将返回导体730放置在绕组710外部。虽然不合常规，但已发现只要返回导体730与绕组710物理接触，此布置就是有效的。应了解，返回导体730可差不多放置在沿绕组710的外部周边的任何地方；
选择C3)可将穿通导体740放置在线架元件700的几何中心(S卩，沿纵向缠绕轴)，如(例如)图2到2C中所陈述；选择(4)可沿在绕组710内部的线架元件700的外径半径定位穿通导体750 ；和/或选择(5)可将穿通导体760定位成相对于如上文在(1)和中陈述的内导体720和外导体750的位置在平面外。上文相对于图7所论述的各种选择具有各种电性能对比可制造性折衷。举例来说，在一些应用中，通过将馈通导体放置成较靠近完成的电流感测设备的内径(如上文相对于例如图5到5C所论述)，电流感测设备所经历的电性能降级不是大到足以抵消制造简易性方面的益处。或者，在高性能和/或精度的应用中，额外制造成本对于较高等级的性能/精度来说是合理的。本发明所属领域的技术人员将容易理解此些折衷，且因此本文不再进一步论述。现在参看图8，详细展示并描述电流感测设备810的又一实施例。具体地说，图8的实施例解决了待感测的电流运载导体820为矩圆形或其它不规则形状的特殊情况。如所说明的此矩圆形状在(例如)许多电力设施公司应用(例如在用于电力分配配电板、配电站和子站中的所谓的母线条中)是常见的。如先前所论述，先前实施例的电路感测设备主要预期为具有大体花托状形状，这在现有技术中是常规。然而，已发现通过延长电流感测设备810，使得电流感测设备810现在包括大体卵型或椭圆型形状，以适应导体820的矩圆形状，实现改进的电性能。从上文回想，罗柯夫斯基线圈的电压敏感性由等式(1)表示，其中等式⑴
权利要求
1.一种电流感测电感性装置，所述电流感测电感性装置包括多个电感性元件，每一元件由导电绕组组成；以及返回导体，所述返回导体使所述多个电感性元件中的第一者与所述多个电感性元件中的最后一者电耦合；其中所述多个电感性元件中的第一元件包含第一导电元件，所述第一导电元件将所述返回导体电耦合到所述导电绕组的第一端。
2.如权利要求1所述的电流感测电感性装置，其中所述多个电感性元件各自包括离散线架元件。
3.如权利要求2所述的电流感测电感性装置，所述电流感测电感性装置进一步包括安置于所述多个线架元件中的第二者上的第二导电元件，所述第二导电元件附接到所述导电绕组的与所述导电绕组的所述第一端相对的端。
4.如权利要求3所述的电流感测电感性装置，其中所述第二导电元件相对于所述多个线架元件中的所述第二者的表面以界定角度弯曲。
5.如权利要求2所述的电流感测电感性装置，其中所述第一导电元件安置于所述第一线架元件的凸缘上或所述凸缘内。
6.如权利要求2所述的电流感测电感性装置，其中所述多个线架元件中的至少两者通过铰接耦合而彼此物理耦合。
7.如权利要求6所述的电流感测电感性装置，其中所述铰接耦合包括一对外铰链特征，安置在所述多个线架元件中的第一者上；一对内铰链特征，安置在所述多个线架元件中的第二者上；以及铰链销，安置在所述对内铰链特征和外铰链特征内。
8.如权利要求7所述的电流感测电感性装置，所述电流感测电感性装置进一步包括外壳，所述外壳装入有所述多个线架元件，所述外壳包含铰链销接纳孔口，所述铰链销接纳孔口的大小经设计以容纳所述铰链销。
9.如权利要求8所述的电流感测电感性装置，其中所述外壳进一步包括多个铰链销接纳孔口，所述铰链销接纳孔口适于使所述多个线架元件相对于彼此而定位和对准。
10.如权利要求6所述的电流感测电感性装置，其中所述线架元件中的每一者包括一对凸缘，缠绕线轴大体安置于所述对凸缘之间，所述导电绕组缠绕到所述缠绕线轴上。
11.如权利要求10所述的电流感测电感性装置，其中所述铰接耦合包括所述多个线架元件中的第一者上的孔口和腔；以及耦合元件，所述耦合元件由所述多个线架元件中的第二者上的缠绕线轴部分以及可插入部分组成；其中所述多个线架元件中的所述第二者的所述缠绕线轴部分配合在所述多个线架元件中的所述第一者的所述腔内，而所述多个线架元件中的所述第二者的所述可插入部分同时配合在所述多个线架元件中的所述第一者的所述孔口内。
12.如权利要求1所述的电流感测电感性装置，其中所述多个电感性元件中的每一者包括线性缠绕的电感性元件，每一元件上安置有所述导电绕组，所述导电绕组安置于两个或两个以上绕组层中。
13.如权利要求12所述的电流感测电感性装置，其中所述两个或两个以上绕组层中的至少一者包括屏蔽层。
14.如权利要求13所述的电流感测电感性装置，其中所述屏蔽层仅电耦合到所述多个线性缠绕的电感性元件中的所述第一者或最后一者中的一者。
15.如权利要求12所述的电流感测电感性装置，其中所述多个线性缠绕的电感性元件的至少一部分包括一缠绕圆筒，一对凸缘安置于所述缠绕圆筒的两侧上。
16.如权利要求15所述的电流感测电感性装置，其中所述对凸缘中的一第一者包括突起，且所述对凸缘中的第二者包括突起配合孔口 ；且其中所述突起适于接纳在邻近的突起配合孔口内，以促进所述多个线性缠绕的电感性元件的缠绕。
17.—种制造电流感测电感性装置的方法，所述方法包括将绝缘导体固定到多个分段式绕组元件的第一端；将所述绝缘导体连续地缠绕到所述多个分段式绕组元件上；将所述绝缘导体固定到所述多个分段式绕组元件的第二端；使返回导体在所述多个分段式绕组元件中的每一者之间路由；以及使所述返回导体与所述绝缘导体电耦合，以便形成所述电流感测电感性装置。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述将所述绝缘导体固定到所述第二端的动作促进所述返回导体与所述绝缘导体的所述电耦合。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述将所述绝缘导体固定到所述第二端的动作包括将所述绝缘导体绕接到导电夹，所述导电夹安置在所述多个分段式绕组元件的所述第二端上。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法进一步包括将所述返回导体固定到所述导电夹。
21.如权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括在所述将所述绝缘导体固定到所述多个分段式绕组元件的所述第二端的动作之后，在反向方向上将所述绝缘导体连续地缠绕到所述多个分段式绕组元件上。
22.如权利要求21所述的方法，其中在一单层绕组中缠绕所述以所述反向方向缠绕到所述多个分段式绕组元件上的绝缘导体。
23.一种用于电流感测电感性装置中的支撑结构，所述支撑结构包括多个线架元件；其中所述多个线架元件的至少一部分包含一或更多个连接特征，所述连接特征用于将至少所述部分连结到所述多个线架元件中邻近于所述部分的另一部分，以便形成所述支撑结构。
24.如权利要求23所述的支撑结构，其中所述连接特征包括铰链特征，所述铰链特征允许连结的线架元件之间的可移动关系。
25.如权利要求M所述的支撑结构，其中所述铰链特征包括第一组经间隔铰链元件，所述铰链元件中的每一者包含至少部分地穿过所述每一者安置的孔口。
26.如权利要求23所述的支撑结构，其中所述连接特征包括柔性铰链特征；以及孔口，所述孔口大小经设计以容纳所述线架元件中的邻近者的所述柔性铰链特征。
27.如权利要求沈所述的支撑结构，其中所述柔性铰链特征与所述柔性铰链特征关联到的所述线架元件一体地模制。
28.一种用于电流感测电感性装置中的线架元件，所述线架元件包括线轴元件，所述线轴元件由外绕组直径组成且界定内部体积；以及一对凸缘特征，安置在所述线轴元件的相对端上。
29.如权利要求观所述的线架元件，其中所述对凸缘特征中的至少一者包含安置于所述至少一者中的导电夹。
30.如权利要求四所述的线架元件，其中所述导电夹的一部分接纳在所述线轴元件的所述内部体积中。
31.如权利要求30所述的线架元件，其中所述导电夹的一端包含用于绕接导体的缺口端。
32.如权利要求观所述的线架元件，其中所述内部体积包含安置于其中的返回导体支撑特征，所述返回导体支撑特征适于将返回导体定位在相对于所述线轴元件的预定位置处。
33.如权利要求32所述的线架元件，其中所述预定位置包括所述线轴元件的几何中心。
全文摘要
本发明揭示一种低成本高精度电流感测装置及其使用和制造方法。在一个实施例中，电流感测设备包括罗柯夫斯基型线圈，所述线圈分段制造以便促进制造工艺。在示范性实施例中，所述电流感测设备的区段包括若干线架元件，所述线架元件经缠绕且随后形成为例如类似花托的形状等复杂几何形状。在替代实施例中，利用经接合绕组，所述绕组允许所述区段在无线架或成形器的情况下形成。在又一替代实施例中，以两个或两个以上一组的方式堆叠前面提到的所述电流感测装置。本发明还揭示制造和使用前面提到的所述电流感测设备的方法。
文档编号G01R15/18GK102576038SQ201080040621
公开日2012年7月11日 申请日期2010年5月6日 优先权日2009年7月31日
发明者弗学·吉恩, 弗朗西斯科·米歇尔, 维克多·阿尔达科, 詹姆斯·道格拉斯·林特 申请人:美商·帕斯脉冲工程有限公司