專利名稱：電流探測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于探測導體中電流的新的改進的儀器，更具體地說，是涉及一種利用對導體產生的磁通量敏感的探測器，以提供隨導體電流而變化的輸出信號的儀器。
以前曾用電流互感器或電流環(huán)來探測導體中流過的電流大小。電流互感器的體積和重量都比較大。為了適應各種電流水平，需要幾種不同尺寸的電流互感器。電流互感器對頻率很敏感，且必須做得很小才能完全補償連續(xù)熱電流的因素。
以前曾建議采用一種磁通探測器(如霍爾效應探測器)來提供隨流過導體的電流而改變的輸出信號。霍爾效應探測器可安放在這導體不同距離的地方。象霍爾效應探測器一類的磁通探測器的使用方法，在美國專利4,539,520；4,587,509；5,172,052；和5,416,407中作了闡述。
本發(fā)明提供一種用來探測導體中電流的新的改進的儀器。該儀器包括一個磁通聚集器，它可以繞一部分導體延伸。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個中間段。磁通探測器安放在磁通聚集器的中間部段上。需要的話也可以采用多個磁通探測器。
磁通聚集器的主段可包括導磁柱體，它們與一個或幾個中間部段相連。主段還可能包括從柱體伸出的導磁聯結器段。各聯結器段可由一非磁性材料的中間部段嚙合。柱體至少有一部分位于導體的開孔內?？梢杂靡粋€導磁底坐互連各導柱。
結合所附各圖閱讀以下的描述，可以更好地了解本發(fā)明的上述和其它一些特征，附圖中

圖1是磁通探測器與載流導體所產生的磁通相交鏈的方式的示意圖；圖2是按本發(fā)明構造的電流探測儀的圖解示意圖；圖3是圖2中電流探測儀的中間波的圖解示意圖；圖4是說明為什么電流以探測儀第二個實施例不受鄰近導體發(fā)出的磁通的影響的簡化示意圖；圖5是電流探測儀第三個實施例連同一個匯流條的圖解示意圖6是圖5中電流探測儀一個中間段的放大圖解示意圖；圖7是一個連接器段的放大圖解示意圖，該連接器段是圖5的電流探測儀主段的一部分；圖8是柱體主體部分的局部放大圖解示意圖，該主體部分是圖5的電流探測儀主段的一部分；圖9是柱體的套筒部分和安裝部分以及基底部分的分解圖解示意圖，其中底坐是與圖5的電流探測儀主段的柱體相連的；圖10是電流探測儀第四個實施例連同一個匯流條的局部示意圖；圖11是圖10的匯流條的縮小平面圖；圖12是說明圖10的電流探測儀一部分結構的圖解示意圖；圖13是圖10的電流探測儀的中間段的圖解示意圖；圖14是沿圖10的14-14線的局部剖視圖；圖15(在附圖第4頁)是沿圖12的13-13線的局部剖視圖。
總的說明磁通探測器20相對于電導體22的定位方式示于圖1中。導體22中電流的方向用箭頭24表示。導體產生的磁通以虛線箭頭26表示。
磁通探測器20具有兩個對磁通敏感的平行側平面30和32，通過這兩個面之間的磁通26為磁通探測器20所檢測。磁通26使磁通探測器20給出一個輸出信號，經以34表示的電線輸出。流過電線34的輸出信號隨著通過導體22的電流24的改變而變化。電線34與一個適當的控制電路(圖中未畫出)相連接，由控制電路起控制作用，以反映流過導體22的電流的變化。電線34和(或)磁通探測器20可以與一決印刷電路板(未示)相連。
現有許多不同類型的磁通探測器20可用來檢測磁通量26的變化。但在本發(fā)明的實施例中，磁通探測器20是一個霍爾效應探測器。希望的話，當然也可以采用其它已有類型的磁通探測器。
雖然圖1中只畫了一個磁通探測器20，但也可以采用多個磁通探測器20來檢測流經導體20的電流24的變化。磁通探測器20可以安放在許多相對于導體22*不相同的位置。例如，可以把第二個磁通探測器20放在與圖1所示的磁通探測器20直徑方向的對面。使用幾個探測器20時，它們對磁通的靈敏度可能不相同。
需要的話，可以把多加的磁通探測器20沿著導體22的軸線方向相隔一定距離安放。采用幾個對磁通具有不同靈敏度的磁通探測器20，可以檢測到較大范圍的電流變化。因此，可以在沿導體22軸向相隔一定距離的每個位置安放幾個磁通探測器20。不同位置上的磁通探測器20對磁通可以有不同的靈敏度。
按本發(fā)明構造的電流探測儀40如圖2所示。該電流探測儀40是利用圖1所示的原理。電流探測儀40(圖2)包含一個磁通聚集器42，它將圖1中以26表示的磁通相對于磁通探測器20聚集起來。
圖2所示的本發(fā)明實施例中，導體22是一條電纜，其電導體部分為44。導體部分44外面有一層絕緣材料46包圍。雖然在圖2中所示的作為導體22的一種特定類型是電纜，但如希望的話，電流探測儀40也可以和其它類型的導體聯用。比如，電流探測儀40可以與一個匯流條聯用。
磁通聚集器42包括一對主段50和52，它們由磁性材料(即包含鐵磁元素為鐵，鎳和鈷)制成。主段50和52的磁性材料易于退磁，而且沒有什么剩磁。
上、下中間段54和56與磁通聚集器42的主段50和52相連。中間段54和56由非磁性材料(即磁效應很弱)材料制成。例如，可采用適當的聚合物材料來制造中間段54和56。雖然在圖2所示的實施例中有兩個中間段54和56，但需要的話，也可以只用一個或者兩個以上的中間段。
長方形的磁通探測器20(圖2)被安放在上中間段54中的一個矩形凹槽60內。第二個磁通探測器20(圖中未畫出)安放在下中間段56中的凹槽62內。上、下磁通探測器20通過電線34與適當的控制電路相連。雖然圖2所示的實施例是有兩個磁通探測器20，但如需要的話，也可以只用一個或兩個以上的磁通探測器。
上、下磁通探測器20對磁通的靈敏度可以相同或不同。上、下磁通探測器20安裝時應使對磁通敏感的表面30和32(圖1)一般與導體22發(fā)出的磁通流向相垂直。上、下磁通探測器20上的磁通敏感面30和32彼此平行，且與導體22的縱向中心軸線平行。這樣就使上、下磁通探測器20的磁通敏感面30和32沿著垂直于磁通26的路徑的方向伸展。但若希望的話，也可以讓導體20的縱向中心軸線相對于磁通敏感面30和32為傾斜的。
在上述磁通聚集器部件42的實施例中，上、下磁通探測器20與導體22是等距安放的。但若需要也可以把它們安放在離導體不同距離的地方。例如，可以把下磁通探測器20安放在比上磁通探測器離導體22更遠的地方。
從導體22發(fā)出的磁力線走向是垂直于磁通探測器20與磁力線相交處的磁通敏感面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導磁主段50和52，及由非磁性材料制成的中間段54和56。在所示的實施例中，導磁主段50和52由含鐵的圓柱形金屬柱70和72組成。
導磁柱體70和72的平行縱向中心軸線位于垂直于導體縱向中心軸線的平面內。柱體70和72的平行中心軸所在的平面，垂直于上、下磁通探測器20的磁通敏感側面30和32。柱體70和72的中心軸離上、下磁通探測器20的距離相等。不過，如需要也可以將磁通聚集器42做成不同的結構。
磁通聚集器部件的中間段54與柱體70和72的上端部74和76固定相連。因此，要在磁通聚集器42的中間段54上開一對圓柱形孔80和82(圖3)，以插入柱體70和72的上端部74和76(圖2)。圓柱形孔80和82(圖3)軸向貫穿中間段54。不過，如需要也可將圓柱形孔80和82的上端部封閉。
在所示的實施例中，柱體70和72的上端部74和76與圓孔80和82的圓柱形內側面為靜配合。這種靜配合能有效地將中間段54和柱體70及72牢固地連起來。但也可以使用合適的緊固件把中間段54和柱體70及72相連。
容納磁通探測器20的長方形凹槽60(圖2和圖3)位于中間段54兩個圓柱孔80和82的中間(圖3)。電線34可與印刷電路板(未示)相連。凹槽60的側面與長方形磁通探測器20為緊配合，使得磁通探測器與磁力線路徑垂直。
在所示的實施例中，凹槽60是無底的，即凹槽60貫穿中間段54。但若需要，也可以把凹槽60對著導體22的一端(即下端)封閉起來。
雖然圖3只表示了上中間段54的結構，但下中間段56(圖2)的結構也和上中間段54相同。雖然我們相信最好在上、下中間段54和56中都安裝磁通探測器20，但是希望的話，也可以只安一個，例如下中間段56內不裝。
在圖2所示的磁通聚集器部件42的實施例中，導體22通過一個通常為矩形的通道88，它是由柱體70和72以及上、下中間段54和56圍成的。通道88應足夠大，使得導體22與柱體70和72及上、下中間段54和56保持一定距離。導體22的縱向中心軸線穿過通道88的中心。希望的話也可將通道88組成與所示長方形不同的結構。例如，通道85可以是圓形結構。
如需要，可將柱體70和72之間的距離可較小。那時柱體70和72將與穿過通道88的導體22的相對兩邊接觸。如希望的話，可將通道88的尺寸減小到使柱體70和72及中間段54和56都與通過通道的導體22相接觸。
磁通聚集器部件42可以通過靠在導體22上來支撐。但若需要也可以用一個合適的托架將磁通聚集器部件42和導體22連起來，并將導體安置在通道88的中央，保持與磁通聚集器相隔一定距離。托架可由磁性和(或)非磁性材料制成，且與柱體70和72以及(或)中間段54和56相連。需要的話，也可利用導體周圍的構件來支撐磁通聚集器部件42，而不依靠導體本身。
雖然磁通聚集器42的中間段54和56的寬側面為平行平面，但如需要也可以把它們做成不同的結構形狀。例如，可以將上中間段54向下延伸(按圖2所示的方向)至與導體22接觸。同樣，下中間段56可以向上延伸至與導體22接觸。如果這樣做，中間段54和56這部分表面的形狀就做成與導體22外表面相適應的形狀。
雖然中間段54和56可以延伸至與導體22相接觸，但我們認為，還是將探測器20保持在圖2所示的相對于導體及柱體70和72的位置為好。如中間段54和56延伸至與導體22相接觸，則可把中間段做成將柱體70和72的大部分甚至全部包圍起來。這樣做的結果是用中間段54和56將柱體70和72支撐起來。
在圖2所示的磁通聚集器部件42實施例中，通道88具有普通的矩形形狀，導體22為圓柱形。但若需要通道88也可以是其它的形狀。只要通道的尺寸與導體22的尺寸相適應，就很容易將磁通聚集器42安置在沿導體22長度方向任意希望的位置。于是，磁通聚集器42可以座落在由適當的連接器互相連接起來的各段內，以便將磁通聚集器在沿導體長度方向任何選定的位置夾持到導體22上。雜散磁通圖4所示的本發(fā)明實施例中，電流探測儀是處在一個由導體發(fā)出的磁通場內，該導體與穿過磁通聚集器的導線是處于相同的平面。在這種情況下，可以預料磁通聚集器可能有一個無效點，其位置就是磁通探測器所處的地方。這使得磁通探測器只對穿過磁通聚集器的導體產生的磁通變化有反應，而對同一平面內其它導體產生的磁通變化不起作用。因為圖4所示的實施例一般與圖1至3所示的實施例很相似，我們采用相似的數字來表示相似的元件，但為避免搞混，把圖4中的數字加上一個下標“a”。
電流探測儀40a包括一個磁通聚集器部件42a，它將導體22a的一部分包圍起來。磁通聚集器部件42a包括主段50a和52a以及上、下中間段54a和56a。磁通探測器20a裝在上中間段54a的凹槽60a內。雖然磁通探測器20a用的是霍爾效應器件，但若希望也可以采用其它現有類型的磁通探測器。在圖4的實施例中，只有一個磁通探測器20a。因而在下中間段56a內沒有磁通探測器。
由導體22a發(fā)出的一部分磁通在圖4中以實線26a表示。雖然圖4中只用實線箭頭標示從主段50a經過中間段54a到達主段52a的磁通26a，以及從主段52a經過中間段56a到達主段50a的磁通26a，但應指出，從導體22a發(fā)出的磁通26a也沿軸向通過主段50a和52a。磁通探測器20a處在對磁通敏感的側面30a和32a上，后者與導體22a發(fā)出的磁通26a相垂直。
導體22a可能是一個多相，多導體系統。除了由導體22a發(fā)出的磁通外，磁通聚集器部件42a還與和導體22a處在同一平面的相鄰平行導體發(fā)出的磁通相交鏈。這些磁通可以稱為雜散磁通。圖4中以虛線92來標示由相鄰導體產生的雜散磁通。
由于磁通聚集器部件的金屬主段50a和52a的導磁率高，雜散磁通92被吸引過來。從相鄰導體來的雜散磁通92沿著主段50a和52a流向上中間段54a。主段50a和52a由容易退磁的磁性材料制成。雜散磁通52a穿出磁通聚集器42a后進入緊靠磁通探測器20a上面(從圖4的方向看)的空間。
雜散磁通92a在探測器20a的兩個相對側面強度相等。雜散磁通92在探測器20a的兩個相對側面上方向相反，故相互抵消。這使得雜散磁通92幾乎不對磁通探測器20a的輸出產生什么影響。這是因為磁通探測器20a處在雜散磁通場基本上無效的區(qū)域。因此，磁通探測器20a的輸出僅隨導體22a發(fā)出的磁通的變化而改變。
在圖4的本發(fā)明實施例中，主段50a和52a與導體22a的兩個對面緊靠著。但可將主段50a和52a之間的距離拉大，使得導體22a兩邊與主段之間有間隙。需要的話，也可以用適當的托架把磁通聚集器42a與導體22a連起來。另外，可以將中間段54a和56a延伸至與導體22a相接觸。
磁通聚集器部件42a與圖1-3中的磁通聚集器42的結構大致相同。但磁通聚集器部件42a只有一個磁通探測器20a。如需要也可在下中間段56a上安裝第二個磁通探測器。在所示的本發(fā)明實施例中，上、下中間段54a和56a是用非磁性材料制造的。當只在上中間段54a內有一個探測器20a時，下中間段56a可以用磁性材料做。
磁通聚集器-第三個實施例在圖2和圖4所示的本發(fā)明實施例中，磁通聚集器的主段50和52為整體結構。在圖5-9的磁通聚集器實施例中，則采用多件具有要求長度的磁通聚集器主段結構。因圖5-9所示的實施例大體上與圖1-4所示的實施例相似，我們采用相似的數字來標示相似的元件，但加一個下標“b”以避免混淆。
磁通探測器20b(圖5)用來探測導體22b產生的磁通。雖然可以采用任何所希望的磁通探測器，但我們用的磁通探測器20b是霍爾效應器件。在圖5所示的實施例中，導體22b是一個金屬匯流條，而不是象圖2中所示的電纜。但若需要的話，圖2的導體22也可以是一個匯流條或匯流條的一部分。
電流按圖5中箭頭24b所示的方向流過導體22b。電流探測儀40b經電線34b提供一個隨流經導體22b的電流大小而變化的輸出信號。電流探測儀40b包括一個磁通聚集器部件42b，它將導體22b發(fā)出的一部分磁通聚集起來并指向磁通探測器20b。
磁通聚集器部件42b包括兩個平行的主段50b和52b。主段50b和52b由磁性材料，即含有鐵磁元素(如鐵，鎳，鈷)的金屬制成。主段50b和52b的磁性材料是容易退磁的。
中間段54b與主段50b和52b相連且處在它們的中間。中間段54b的縱向中心軸線垂直延伸至與主段50b和52b的中心軸線相交。雖然中間段54b可用多種非磁性材產來做，但在所示的實施例中，中間段54b是用聚合材料做的。
底坐部分100跨在主段50b和52b之間，且處于與中間段54b相對的導體22b一側。底坐部分100是由容易退磁的磁性材料制成的。底坐部分100的縱向中心軸線垂直伸至與主段50b和52b的中心軸線相交。底坐部分100兩個相對的端部與主段50b和52b相連接。
主段50b包括一個由磁性材料做的導磁柱體70b和一個由磁性材料做的導磁連結器段102。連接器段102與柱體70b和中間段54b固定連接。同樣，主段52b包括一個由磁性材料做的導磁柱體72b和一個電磁性材料做的連接器段104。連接器段104與柱體72b和中間段54b固定連接。柱體70b和72b以及連接器段102和104都用磁性材料做。
在圖5所示的實施例中，主段50b和52b是由幾個彼此連在一起的導磁元件構成的。因而主段52b包括由磁性材料做的連接器段104(圖7)。連接器段104有一個基坐部分108，用適當的固緊器，焊接或粘接材料緊固在柱體72b上(圖5)。臂110(圖7)從基坐部分108向外伸至中間段54b(圖5)。此臂110與中間段54b緊固在一起。
主段52b(圖5)的柱體72b包括一個由磁性材料做的圓柱體114(圖8)。此柱體114有一個圓形上端面116，按圖5所示的方式與連接器段104的基坐部分108相連。另外，柱體114包括一個圓柱形端部118(圖8)，插在由磁性材料做的圓管金屬套筒120內(圖9)。套筒120和柱體114(圖8)的端部118緊固在一起。在圖5-9所示的實施例中，柱體114的端部與管狀圓套筒120的內壁為靜配合。如需要，可在元件114和120之間裝一個適當的電絕緣元件。
一個由磁性材料做的金屬安裝軸124(圖9)與套筒120和基底部分100相連。安裝軸124有一個圓柱形軸段126和一個圓柱形頭部128。頭部128插在套筒120中。軸段126插在底坐部分100的孔132內(圖9)。底坐部分100可以是導體22b支撐結構的一部分?；蛘叩鬃糠?00可以是一個與導體22b的支撐結構分開的構件。
主段50b的柱體70b具有與主段52b的柱體72b相同的結構。因而柱體70b包括一個與連接器段102固定連接的柱體140(圖5)。柱體140插在管狀金屬套筒142中。安裝軸144有一個圓柱形頭部146，插在圓柱形套筒142內。此外，安裝軸144有一個圓柱形軸段148，伸進金屬基底部分100的一個孔(未示)內。兩個柱作70b和72b具有相同的結構，且都用磁性材料制成。
柱體70b和72b具有平行的中心軸線。連接器段102和104的中心軸線相重合，且垂直延伸至與柱體70b和72b的平行中心軸線相交。中間段54b有一個中心軸線，沿平行于連接器段102和104的中心軸線伸展?；撞糠?00有一個中心軸線，沿平行于中間段54b的中心軸線和導體22b的上寬側面伸展。
根據本發(fā)明這個實施例的特征，安裝軸124和144穿過導體22b中的孔將磁通聚集器42b相對于導體22b定位。因此，安裝軸124(圖5)的軸段126(圖9)將穿過導體22b中的孔152。同樣，安裝軸144的軸段148穿過導體22b中的孔154。導體22b將安裝軸124和144的軸段126和148夾緊。
安裝軸124和144與基底部分100固定相連?；撞糠峙c導體22b隔開一定距離。如需要可在基底部分100和導體22b之間加上一層電絕緣材料。
如果把金屬基底部分100作為導體22b支撐結構的一部分，安裝軸124將和基底部分100一起，將導體22b相對于基底部分和導體22b的支撐結構的其它元件定位。若基底部分100是作為一個與導體22b的支撐結構分開的構件，則基底部分和導體中的孔152和154可處于沿導體22b長度方向任何所希望的位置。如沿導體22b長度方向裝有一個以上的電流探測儀40b，則一個電流探測儀40b可與構成導體22b的支撐結構一部分的基底部分100相連接，另一個電流探測儀40b可與和導體支撐結構分開的基底部分相連接。
中間段54b(圖6)包括一個矩形凹槽60b，它穿過中間段54b的中心。一對矩形凹槽160和162從中間段54b的相對兩端沿軸向方向向內伸展。連接器段104上的臂110插在矩形凹槽162中。同樣，連接器段102上的臂插在凹槽160中。
凹槽160和162的深度還未達到裝有矩形磁通探測器20b的凹槽60*處。因此，接納連接器段102的凹槽160和安裝磁通探測器20b的凹槽60b之間留有一部分用來制造中間段54b的聚合材料。同樣，接納連接器段104的凹槽162和安裝磁通探測器20b的凹槽60b之間當有一部分用來制造中間段54b的聚合材料。
中間段54b與連接器段102和104是通過凹槽160和162與連接器段之間的干涉配合來連接的。如需要，還可采用適當的連接器將中間段54b和連接器段102和104相互連接起來。
安裝磁通探測器20b的凹槽60b具有兩個寬側面166和168，它們彼此平行，且垂直于凹槽160和162的共有的縱向中心軸線。當連接器段102和104插入凹槽160和162時，凹槽60b的寬側面166和168將處在垂直于連接器段102和104的縱向中心軸線的方向。凹槽60b的寬側面166和168也和包含柱體70b和72b的縱向中心軸線的平面相垂直。磁通探測器20b以其磁通敏感側面30和32(圖1)裝入凹槽60b內，使得探測器20b與凹槽60b的寬側面166和168沿平面接觸。
根據本發(fā)明的另一個特征，有一個磁通分路元件174與導體22b和基底部分100相連接。分路元件174將減少通過主段50b和52b流向中間段54b及磁通探測器20b的磁通量。因此，從導體22b發(fā)出的一部分磁力線將在主段50b和分路元件174的磁性材料之間流過。這使得通過磁通探測器20b的總磁通量減少。
在所示的本發(fā)明實施例中，分路元件174有一個金屬軸部分(未示)，它穿過導體22b并進入基底部分100中的內螺紋孔內。分路元件有一個金屬頭端部露在外面。分路元件174安裝在主段50b和52b的中間。
在圖5所示的本發(fā)明實施例中，磁通聚集器42b的主段50b和52b是由彼此固定連接在一起的幾部分構成的。通過改變構成主段50b和52b各部分的尺寸，可以改變中間段54b和導體22b之間的距離。但主段50b和52b中每一段也可以由較少的材料塊構成。例如，柱體70b和連接器段102可以用一塊材料來做。同樣，柱體72b和連接器段104也可用一塊材料來做?；蛘撸撞糠?00，柱體70b，連接器段102，柱體72b，和連接器段104可以全部用一塊材料來做。
在圖5所示的本發(fā)明實施例中，柱體70b和72b穿過導體22b中的孔152和154。如愿意可以讓柱體70b和72b對導體22b的相對兩邊不對稱地安置。這樣一來，基底部分100可以伸出導體22b邊緣之外一個距離，足以讓安裝軸124的軸段126(圖9)插入基底部分100中的孔132內，而不穿過導體22b。同樣，基底部分100上的孔可以這樣配置，使得安裝軸144能插入基底部分中靠近導體22b上縱向伸展的窄側面的孔內。這樣一來，基底部分100就可用作導體22b的支撐結構的一部分，或者可以與支撐結構分開來做，然后與支撐結構或導體22b相連。電流探測儀的第四個實施例在圖1-9的本發(fā)明實施例中，磁通探測器20是與導體22隔開一段距離，且磁通聚集器42的主段50和52是安置在靠近導體兩相反的側面處。在圖10-15所示的本發(fā)明實施例中，磁通探測器是放在靠近導體的地方，且只有一部分導體通過磁通聚集器兩個主段之間。由于圖10-15中的實施例大體上與圖1-9中的實施例相似，我們用相似的數字來標示相似的元件，但為了避免混淆，我們在圖10-15的數字上加一下標“c”。
導體22c(圖10和11)中電流的流向以箭頭24c表示。在這個實施例中，導體22c是一個金屬匯流條。流經導體22c中電流的變化由電流探測儀40c探測(圖10和14)。
電流探測儀40c(圖10)包括一個磁通探測器20c，它通過電線34c與一個適當的控制裝置連接。一旦流經導體22c的電流有變化，磁通探測器20c就經過電線34c給出一個輸出信號，引發(fā)適當的控制作用。在所示的實施例中，磁通探測器20c是一個霍爾效應器件。
除了磁通探測器20c之外，電流探測儀還包括一個磁通聚集器事件42c。磁通聚集器42c包括一對相隔一定距離的導磁主段50c和52c(圖12和14)。一個非磁性材料做的中間段54c(圖10和13)與主段50c和52c固定相連。磁通探測器20c安裝在中間段54c中的一個凹槽60c內。
主段50c(圖12和14)包括一個一般為矩形截面的柱體70c，它由磁性材料制成。一個由磁性材料制成的連接器段102c(圖12)從柱體50c的上端部74c伸向主段52c一方。同樣，主段52c包括一個由磁性材料做的矩形截面柱體72c。一個由磁性材料制成的連接器段104c從柱體72c的上端部76c伸向主段50c一方。
柱體70c，連接器段102c，柱體72c和連接器段104c(圖12)都用磁性材料制造?；撞糠?00c(圖12和14)與柱體70c和72c做成一個整體?；撞糠?00c，柱體70c和72c以及連接器段102c和104c都用磁性材料制造，且共同至少部分地界定一個矩形通道88c。導體22c的一部分處在通道88c中。
柱體70c和72c穿過導體22c中相隔一定距離的一對橢圓孔200和202(圖10和11)。雖然圖10中磁通聚集器部件42c是處在導體22c的一對開孔200和202中，但也可以把磁通聚集器放在相對導體22c的其它位置。例如，導體22c可以象圖2中的導體22那樣是一條電纜，并穿過通道88c。另外，可將通道擴大至足以讓整個導體22c穿過。
磁通聚集器部件42c的基底部分100c(圖14)靠近導體22c的下邊204。連接器段102c和104c處在與導體22c的上邊205相接觸的位置。但柱體70c和72c與導體22c隔開一定距離。
需要的話，也可以象圖5所示的實施例那樣，讓連接器段102c和104c及中間段54c與導體22c的上邊隔開一定距離。在連接器段102c和104c(圖14)及導體22c的上邊205之間可以放一層電絕緣材料。同樣，在基底部分100c和導體22c下邊204之間也可以放一層電絕緣材料。
連接器段102c和104c(圖12)具有兩個彼此隔開一定距離的交疊臂206和208。這兩個平行臂206和208部分地構成一個處于它們之間的開口或窄縫210。磁通探測器20c(圖10)就安置在連接器段102c和104c兩臂206和208之間的窄縫210中(圖12)。磁通探測器20c的取向應使其磁通敏感面30和32(圖1)平行于連接器段102c和104c上兩臂206和208的縱向中心軸線。
在圖12所示的本發(fā)明實施例中，交疊的連接器段102c和104c是與金屬柱體70c和72c分離的。連接器段102c和104c用適當的固定器(未示)固牢在柱體70c和72c上。但也可以不用固定器，而用焊接或粘接等方法將連接器段102c和104c與柱體70c和72c連起來。此外，也可以將連接器段102c和104c與柱體70c和72c做成一個整體。
非磁性連接器段54c上開有一對槽216和218(圖13和15)，臂206和208(圖12)按圖5的方式伸入槽中。槽216和218的縱向中心軸線相互平行，且與安裝磁通探測器20c的矩形凹槽60c的寬側面平行。槽216和218(圖13)的縱向中心軸線與柱體70c和72c(圖10和12)的縱向中心軸線互相垂直。
凹槽60c離槽216和218(圖15)有一定距離。凹槽60c中的矩形磁通探測器20c處在連接器段102c和104c上相交疊的兩臂206和208的中間。中間段54c的非磁性材料伸到磁通探測器20c附近，并將探測器與臂206和208分開。
磁通探測器20c上的磁通敏感側面30c和32c與流過連接器段102c和104c兩臂206和208之間的磁力線相垂直。因而，即使磁通探測器20c的方向從圖2和5所示的方向改變90°，探測器20c的磁通敏感側面30c和32c仍然與磁力線流向垂直。
只有導體22c的一個中心部分(圖14)穿過由磁通聚集器42c形成的通道88c。導體22c的側面部分216和218則沿著磁通聚集器42c相反的兩個側面安置。在所示的實施例中，開口200和202將導體22c分成截面積相同的三部分214，216和218。
從垂直于導體22c的縱向中心軸的平面，即沿著圖10的14-14線來看，三部分214，216和218具有相同的橫截面積。因此，電流24c就被分成大致等量的三路在開口200和202之間及附近流動。但若需要也可以把導體22c的三部分214，215和218做成具有不同的橫截面積。
在圖2-9所示的本發(fā)明實施例中，導體22中的全部電流都流過磁通聚集器部件42。在圖10-15所示的實施例中，只有一部分電流流過磁通聚集器部件42c。改變導體22c三部分214，216和218的相對尺寸，則可改變流過磁通聚集器42c中通道88c的總電流24c的百分數。
結論從以上的描述明顯可知，本發(fā)明提供了一種探測導體22中電流的新的改進型儀器40(圖2，4，5和10)。儀器40包括一個磁通聚集器部件42，該部件可以延伸到一部分導體22的周圍。磁通聚集器部件42可能包括由磁性材料構成的主段50和52’以及一個或幾個非磁性材料制成的一個或幾個中間段50和(或)56。磁通探測器20安裝在磁通聚集器42的中間段54中。如需要可采用多個磁通探測器20。
磁通聚集器42的主段50，52可能包括導磁的支持柱體70和72，柱體與一個或幾個中間段54和(或)56相連。主段50和52可能還包括導磁的連接器段102和104，它們是從支持柱體70和72伸出的。連接器段102和104可由一個非磁性材料做的中間段連起來。柱體70和72可能至少有一部分處于導體中的孔152和154或孔200和202內。導磁的底坐100可與支持柱體70和72相連。
權利要求
1.一種用來探測導體(22)中的電流的儀器(40)，該儀器包括一個在一部分導體周圍延伸的磁通聚集器(42)，該磁通聚集器(42)包括由磁性材料形成的第一和第二兩個部段(50和52)，和一個由非磁性材料形成的中間部段(54)，第一和第二部段(50和52)處于導體(22)相反兩側附近，中間部段(54)在磁通聚集器(42)的第一和第二部段(50和52)之間延伸，并且一個磁通探測器(20)裝在磁通聚集器(42)的中間部段(54)上。
2.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42)的第一部段(50)包括處于導體第一側附近的第一構件(70)，磁通聚集器的第二部分(52)包括處于導體第二側附近的第二構件(72)，該導體第二側與導體第一側對置，第一和第二構件(70和72)的軸線橫向于導體的縱向中心軸線延伸，中間部段(54)與第一構件(70)的端部(74)及第二構件(72)的端部(76)相連接，第一和第二構件(70和72)以及中間部段(54)配合以便至少部分地界定一個通道(88)，導體(22)就從這個通道通過。
3.如權利要求2所述的儀器，其中磁通聚集器的第一部段(50b)包括一個第三構件(102)，它與第一構件(70b)相連并伸向第二構件(72b)，磁通聚集器的第二部段(52b)包括一個第四構件(104)，它與第二構件(72b)相連并伸向第一構件(70b)，中間部段(54b)至少部分地處于第三和第四構件(102和104)之間。
4.如權利要求3所述的儀器，其中磁通探測器(20b)至少部分地處在中間部段(54b)內，且這個磁通敏感探測器的磁通敏感表面橫向于第三和第四構件(102和104)的中心軸線。
5.如權利要求3所述的儀器，其中磁通探測器(20c)至少部分地處在中間部段(54c)內，且其磁通敏感表面與第三和第四構件(102c和104c)的中心軸線平行。
6.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42)包括一個第二中間部段(56)，它用非磁性材料形成并與上述第一和第二構件(50和52)相連，所述第二中間部段(56)可有效地局部界定讓導體通過的通道(88)。
7.如權利要求6所述的儀器，還包括一第二磁通探測器(20)，它裝在磁通聚集器(42)的第二中間部段(56)上。
8.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42)還包括一個基底部分(100)，它由磁性材料形成并與第一和第二部段(50b和52b)相連，且可有效地局部界定讓導體通過的通道。
9.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)的第一部段(50b)至少部分地處在導體(24b)的第一開孔(54)中，磁通聚集器的第二部段(152b)至少部分地處在導體的第二開孔(152)中。
10.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42)的第一和第二部段(50和52)與導體(22)間隔開。
11.如權利要求1所述的儀器，其中磁通聚集器(42a)的第一和第二部段(50a和52a)都設置成與導體相嚙合。
12.如權利要求1所述的儀器，其中磁通探測器(20)的磁通敏感表面(30)至少部分地處在磁通聚集器的第一和第二部段(50和52)的中心、軸線之間，所述磁通探測器的所述磁通敏感表面(30)橫向于包含磁通聚集器第一和第二部段(50和52)的中心軸線的平面延伸并通過該平面延伸。
13.如權利要求1所述的儀器，其中磁通探測器(20c)的磁通敏感表面(30c)至少部分地處在磁通聚集器(42c)的第一和第二部段(50c和52c)之間，磁通探測器(20c)的磁通敏感表面(30c)是沿著包含磁通聚集器第一和第二部段(50c和52c)的中心軸線的平面延伸。
14.一種用于探測導體(22)中電流的儀器(40)，該儀器包括一個磁通聚集器，該聚集器(42)包括用磁性材料形成的相隔開的第一和第二導磁部段(50和52)，一個用非磁性材料形成的第一中間部段(54)，該第一中間部段(54)有一個第一端部與第一導磁部段(50)的第一端部(74)相連，和一個第二端部與第二導磁部段(52)的第一端部相連，聚集器還包括一個由非磁性材料形成的第二中間部段(56)，該第二中間段(56)有一個第一端部與第一導磁部段(50)的第二端部相連，和一個第二端部與第二導磁部段(52)的第二端部相連，并且在第一中間部段(54)上裝有一個磁通探測器(20)。
15.如權利要求14所述的儀器，還包括一個裝在第二中間部段(56)上的第二磁通探測器(20)。
16.如權利要求15所述的儀器，其中第一磁通探測器(20)具有一個第一磁通敏感表面(30)，第二磁通探測器(20)具有一個第二環(huán)通敏感表面(30)，它通常與上述第一磁通敏感表面平行延伸。
17.如權利要求15所述的儀器，其中第一磁通探測器(20)處于上述第一和第二導磁部段(50和52)的第一端部(74和76)之間的中間，第二磁通探測器(20)處于上述第一和第二導磁部段(52和52)的第二端部之間的中間。
18.如權利要求15所述的儀器，其中第一磁通探測器(20)具有第一磁通敏感表面(30)，它橫向于包含第一和第二導磁部段(50和52)中心軸線的平面延伸并通過該平面延伸，第二磁通探測器(20)具有第二磁通敏感表面(30)，它橫向于包含第一和第二導磁部段(50和52)的中心軸線的平面延伸并通過該平面延伸。
19.如權利要求14所述的儀器，其中第一磁通探測器(20)有一個磁通敏感表面(30)，它橫向于第一和第二導磁部段(50和52)的中心軸線的平面延伸并通過該平面延伸。
20.如權利要求14所述的儀器，其中第一和第二導磁部段(50和52)與第一和第二中間部段(54和56)配合以至少部分地界定導體(22)的一部分延伸通過的通道(88)。
21.一種用來探測導體(22b)中電流的儀器(40b)，它包括一個磁通聚集器(42b)，該磁通聚集器(42b)包括由磁性材料形成的相隔開的第一和第二導磁部段(50b和52b)，一個由非磁性材料形成的中間部段(54b)，該中間部段(54b)有一第一部分與第一導磁部段(50b)的第一端部相連和有一第二部分與第二導磁部段(52b)的第一端部相連，磁通聚集器(42b)還有一個由磁性材料形成的第三導磁部段(100b)，該第三導磁部段(100b)有一第一端部與第一導磁部段(50b)的第二端部相連，和有一第二端部與第二導磁部段(52b)的第二端部相連，同時有一個磁通探測器(20b)安裝在上述中間部段(54b)上。
22.如權利要求21所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)包括一個第四導磁部段(102)，該第四導磁部段(102)有一第一端部與上述第一導磁部段(50b)的第一端部相連，和有一第二端部與上述中間部段(54b)相連，磁通聚集器還有一個第五導磁部段(104)，所述第五導磁部段(104)有一第一端部與第二導磁部段(52b)的第一端部相連，并有一第二端部與中間部段(54b)相連。
23.如權利要求22所述的儀器，其中磁通探測器(20b)處于第四導磁部段(102)的第二端部和第五導磁部段(104)的第二端部之間。
24.如權利要求23所述的儀器，其中磁通探測器(20b)有一個磁通敏感表面(30)，它橫向于包含第一和第二導磁部段(50b和52b)的中心軸線的平面延伸。
25.如權利要求23所述的儀器，其中磁通探測器(20c)有一個磁通敏感表面(30)，它與包含第一和第二導磁部段(50c和52c)的中心軸線的平面平行延伸。
26.如權利要求22所述的儀器，其中中間部段(54b)包括用來限定第一凹槽(160)的第一表面裝置，第四導磁部段(102)的第二端部至少部分地設置在此凹槽中，以及用來限定第二凹槽(162)的第二表面裝置，第五導磁部段(104)的第二端部至少部分地設置在第二凹槽中，磁通探測器(20b)至少部分地處于中間部段(54b)內第一和第二凹槽(160和162)之間。
27.如權利要求21所述的儀器，還包括一個由導磁材料形成的構件(174)，它處在磁通聚集器(42b)的第一和第二導磁部段(50b和52b)之間的中間，以使磁通在磁通聚集器(42b)的第一和第二導磁部段(50b和52b)以及導磁材料形成的構件(174)之間導通。
28.一種用來探測導體(22b)中電流的儀器(40b)，它包括一個磁通聚集器(42b)，該聚集器(42b)包括用磁性材料形成的隔開的第一和第二導磁部段(50b和52b)，第一導磁段(50b)有一個在導體上一第一位置處與導體(22b)相嚙合的第一部分(148)和一個與導體隔開的端部，第二導磁部段(52b)有一個在導體上一第二位置處與導體(22b)相嚙合的第一部分(126)和一個與導體隔開的端部，聚集器還包括一個由非磁性材料形成的中間部段(54b)，該中間部段(54b)有一第一部分與第一導磁部段(50b)的端部相連，并有一第二部分與第二導磁部段(52b)的端部相連，同時有一個磁通探測器(20b)安裝在磁通聚集器的中間段(54b)上，位于第一和第二導磁部段(50b和52b)之間的一個位置。
29.如權利要求28所述的儀器，其中磁通探測器(20b)有一個磁通敏感表面(30)，它橫向于包含第一和第二導磁部段(50b和52b)中心軸線的平面延伸。
30.如權利要求28所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)還包括一個由導磁材料形成的第二中間部段(100)，它在與非磁性材料的中間段(54b)隔開的一個位置與第一和第二導磁部段(50b和52b)相連。
31.如權利要求28所述的儀器，其中第一導磁部段(50b)的第一部分(148)是第一導磁部段的一個端部，第二導磁部段(52b)的第一部分(126)是第二導磁部段的一個端部。
32.一種用來探測導體(22b)中電流的儀器(40b)，它包括一個磁通聚集的(42b)，該聚集器(42b)包括由磁性材料形成的相隔開的第一和第二導磁部段(50b和52b)，導體(22b)的一部分處在第一和第二導磁部段(50b和52b)之間，聚集器還包括一個由磁性材料形成的第三導磁部段(102)，它從第一導磁部段(50b)沿朝向第二導磁部段(52b)的方向延伸，還包括第四導磁部段(104)，電磁性材料制成且從第二導磁部段(52b)沿朝向第一導磁部段(50b)的方向延伸，第三和第四導磁部段(102和104)具有隔開的端部，聚集器還包括一個由非磁性材料形成的中間部段(54b)，它與第三和第四導磁部段(102和104)的端部相連，同時一個磁通探測器(20b)安裝在磁通聚集器(42b)的中間部段(54b)上，該探測器(20b)有一個磁通敏感表面(30)，它至少部分地處于第三和第四導磁部段(102和104)的端部之間。
33.如權利要求32所述的儀器，其中第三和第四導磁部段(102和104)的中心軸線穿過磁通探測器(20b)的磁通敏感表面(30)延伸。
34.如權利要求32所述的儀器，其中第三和第四導磁部段(102c和104c)的中心軸線沿著磁通探測器(20c)的磁通敏感表面(30c)延伸。
35.如權利要求32所述的儀器，其中第三和第四導磁部段(102和104)的長度合起來小于第一和第二導磁部段(50b和52b)之間的距離，且磁通探測器(20b)處于第三和第四導磁部段上的端面之間。
36.如權利要求32所述的儀器，其中第三和第四導磁部段(102c和104c)的長度合起來大于第一和第二導磁部段(50c和52c)之間的距離，第三和第四導磁部段(102c和104c)的端部處于相互交疊的關系，磁通探測器(20c)至少部分地處在第三和第四導磁部段(102c和104c)相互交疊的端部之間。
37.如權利要求32所述的儀器，其中第一導磁部段(50b)有一部分在第一位置(154)與導體(22b)嚙合，第二導磁部段(52b)有一部分在第二位置(152)與導體(22b)嚙合，第二位置和第一位置相隔開。
38.如權利要求32所述的儀器，還包括一個由磁性材料形成的構件(100)，它處于第一和第二導磁部段(50b和52b)之間，以使磁通在磁通聚集器的第一和第二導磁部段與由磁性材料做的此構件(100)之間導通。
39.如權利要求32所述的儀器，其中磁通聚集器還包括一個第五導磁部段(100)，它在第一和第二導磁段(50b和52b)之間延伸，且在與中間部段(54b)隔開的一位置與第一和第二導磁部段相連。
40.一種儀器包括一個上面有第一和第二兩個孔(154和152)的導體(22b)，一個磁通聚集器(42b)，該磁通聚集器(42b)有一個第一部分(50b)至少一部分地處在導體(22b)的第一個孔(154)內，和一個第二部分(52b)至少部分地處在導體(22b)的第二個孔(152)內，同時一個磁通探測器(20b)處于該磁通聚集器(42b)上。
41.如權利要求40所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)的第一部分(50b)包括一個由磁性材料形成的第一部段(70b)，磁通聚集器的第二部分(52b)包括一個由磁性材料形成的第二部段(72b)，該磁通聚集器(42b)還包括一個由磁性材料形成的中間部段(54b)，中間部段與上述第一和第二段相連，磁通探測器(20b)位于磁通聚集器的中間部段(54b)上。
42.如權利要求41所述的儀器，其中導體(22b)的一部分處于磁通聚集器(42b)的第一和第二部段(50b和52b)之間。
43.如權利要求41所述的儀器，其中磁通聚集器的第一部段(70b)被導體(22b)的第一部分(154)所固緊，磁通聚集器(42b)的第二部段(72b)被導體的第二部分(152)所固緊。
44.如權利要求41所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)的第一和第二部段(70b和72b)設置成與導體(22b)相嚙合，磁通聚集器的中間部段與導體隔開。
45.如權利要求41所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)包括一個第二中間部段(100)，它與第一和第二部段(70b和72b)相連。
46.如權利要求40所述的儀器，其中磁通聚集器(42b)包括一個電磁性材料形成的部段(100)，它與第一和第二段相連。
47.如權利要求40所述的儀器，其中磁通探測器(20b)包括一個磁通敏感表面(30)，該表面沿著導體(22b)的縱向中心軸線延伸。
48.如權利要求40所述的儀器，其中磁通探測器(20c)包括一個磁通敏感表面(30c)，該表面橫向于導體縱向中心軸線延伸。
全文摘要
一種用來探測導體(22)中電流的儀器(40),包括一個磁通聚集器(42)和一個或幾個磁通探測器(20)。磁通聚集器(42)包括兩個電磁性材料做的主段(50和52)。在磁通聚集器(42)兩個主段(50和52)之間跨接著一個或幾個由非磁性材料做的中間段(54和56)。磁通聚集器(42)的主段(50和52)和中間段(54)一起至少界定一個通道(88),一部分導體(22)就從此通道通過。
文檔編號G01R15/14GK1266189SQ0010377
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月9日 優(yōu)先權日1999年3月9日
發(fā)明者J·A·貝克爾, K·V·?？肆_斯, M·G·索爾維森 申請人:易通公司