專利名稱：用于電力線通信的電感耦合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力線通信，并且尤其涉及用于電力線通信的數(shù)據(jù)耦 合器的結構。
背景技術：
電力線通信(PLC),還稱為電力線寬帶(BPL),是一種包括通過 現(xiàn)有的電力線，也就是用于傳輸電流的導線進行高頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?術。用于電力線通信的數(shù)據(jù)耦合器在電力線和例如調(diào)制解調(diào)器的通信 設備之間耦合數(shù)據(jù)信號。
這種數(shù)據(jù)耦合器的一個例子是電感耦合器，所述電感耦合器包括 一組磁芯，和纏繞一部分磁芯的線圈。電感耦合器用作變壓器，其中， 磁芯位于電力線上，以使得電力線作為變壓器的初級線圏，和電感耦 合器的線圏為變壓器的次級線圏。
磁芯典型地由磁性材料，例如鐵氧體、能量金屬(powered metal ) 或納米晶體材料構成。通過與電力線的接觸磁芯通電并且磁芯需要與 次級線圈絕緣。典型地，通過將磁芯和次級線圏嵌入到電絕緣材料例 如環(huán)氧樹脂內(nèi)，在磁芯和次級線圈之間設置絕緣材料。在成型過程中， 電絕緣材料達到一個較高的溫度。當液態(tài)的電絕緣材料圍繞磁芯流動 時，其開始冷卻和收縮。電絕緣材料的熱膨脹系數(shù)典型地比磁芯的熱 膨脹系數(shù)高，因此，在從液態(tài)到固態(tài)的轉變中，會發(fā)生電絕緣材料的 應力-皮裂。
在現(xiàn)場操作中，由于振動或者熱膨脹，由脆性材料制成的硬化保 持(stiffly held)磁芯會破裂。需要一種能夠避免這種破裂的電感 耦合器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于耦合信號到導線的電感耦合器。電感耦合器包括(a)具有導線穿過的孔的磁芯，(b)纏繞磁芯部分的線圏， 其中通過磁芯信號在線圈和導線之間耦合，(c)位于線圏和磁芯之間 的電絕緣材料，和(d)位于磁芯和電絕緣材料之間的可壓縮材料。 可壓縮材料具有比電絕緣材料的硬度小的硬度。


圖1為電力線上的電感耦合器的主視圖和剖視圖2為具有圍繞磁芯的壓縮層的電感耦合器的上磁芯和下磁芯的 剖視圖3為具有壓縮層的電感耦合器的上磁芯和下磁芯的橫剖視圖， 上磁芯和下磁芯暴露磁芯面(expose the core faces);
圖4為具有作為圍繞磁芯的壓縮層的絕緣體的電感耦合器的上磁 芯和下磁芯的剖一見圖。
具體實施例方式
在PLC系統(tǒng)中，電流通過電力線以50 - 60赫茲(Hz)頻率范圍 傳輸。在低壓線上，電流以90 - 600伏特的電壓傳輸，在中壓線上， 電流以大約2400 - 35000伏特電壓傳輸。數(shù)據(jù)信號的頻率大于或者等 于1兆赫茲(MHz),并且數(shù)據(jù)信號的電壓在零點幾伏特到幾十伏特之間。
圖1是在導線即電力線上的電感耦合器100的用虛線表示的可視 的內(nèi)部部件的主視圖，以及剖視圖。電感耦合器100具有由上磁芯120 和下磁芯125構成的分離磁芯，所述上磁芯和下磁芯被成型以使得當 上磁芯和下磁芯被彼此相鄰放置在一起時，提供孔105，電力線110 通過所述孔105。電感耦合器100還具有圍繞一部分下磁芯125的線 圏130。線圏130用于與調(diào)制解調(diào)器或者其他通信設備(未示出)連 接。在圖1中，線圏130表示為圍繞下磁芯125纏繞一次，但是在實 際操作中，線圈130可以纏繞兩次或者更多次。通過分離磁芯，數(shù)據(jù) 信號在線圈130和電力線110之間耦合。
上磁芯120由可壓縮材料包裹，所述可壓縮材料構成內(nèi)層140B、 外層140A、端層140C和端層140D。電絕緣材料的層150設置在外層 140A、端層140C和端層140D上方。
下茲芯125由可壓縮材津牛包裹，所述可壓縮材^H勾成內(nèi)層145B、 外層145A、端層145C和端層145D。電絕緣材料的層155設置在內(nèi)層 145B、外層145A、端層140C和端層140D上方。層155還包裹纏繞在 >磁芯125上的線圈130部分。
內(nèi)層140B、外層140A、端層140C和端層140D的可壓縮材津牛具 有比層150的電絕緣材料的硬度小的硬度。在成型的過程中，當層150 固化(cure)、冷卻和收縮時，外層140A、端層140C和端層140D收 縮(compress)。在冷卻階段，這種收縮避免了層150的破裂。而且， 外層140A、內(nèi)層140B、端層140C和端層140D為上石茲芯12(M是供環(huán) 境密封。
外層145A、內(nèi)層145B、端層145C和端層145D的可壓縮材泮牛具 有比層155的電絕緣材料的硬度小的硬度。在成型的過程中，當層155 固化、冷卻和收縮時，外層145A、內(nèi)層145B、端層145C和端層145D 收縮。這樣的收縮避免了在冷卻階段層155的破裂。外層145A、內(nèi)層 145B、端層145C和端層145D還為下磁芯125提供環(huán)境密封。
外層140A和145A、內(nèi)層140B和145B和端層140C、 140D、 "5C、 145D的可壓縮材料優(yōu)選具有邵氏A型硬度計讀數(shù)從大約IO到大約100 的硬度。這種材料的一個實施例是乙烯丙烯二烴單體(EPDM)。由美 國試驗與材料協(xié)會，ASTM D2 24 0 - 04提供硬度測試程序。
在實際操作中，電感耦合器IOO會遇到各種溫度和環(huán)境條件，例 如，酷署、寒冬、雨、雪和水等。由于上磁芯120和層150之間的熱 膨脹系數(shù)的差別，在上磁芯120和層150之間會產(chǎn)生縫隙。縫隙內(nèi)會 積存水，其后水會結冰和膨脹，也就是凍脹，進一步加重縫隙，并且 導致在上磁芯120和層150內(nèi)形成裂縫。電感耦合器100內(nèi)的這些縫 隙和裂縫能夠?qū)е路烹?，引起射頻噪聲，這對于電力線通信系統(tǒng)的運 行是有害的。放電還會引起層150的電絕緣材料的損耗，長時間會導
致不能實現(xiàn)絕緣。外層140A、端層140C和端層140D密封這些縫隙和 裂縫，并且因此減少放電發(fā)生的機會。此外，外層140A、內(nèi)層104B、 端層140C和端層140D吸收能夠損壞上磁芯120的物理沖擊和^振動。 外層145A、內(nèi)層145B、端層145C和端層145D對于層155和下磁芯 125提供類似益處。
外層140A和145A、內(nèi)層140B和145B、和端層140C、 140D、 145C 和145D的可壓縮材料還優(yōu)選具有半導體電性特性。因此，當遇到電 荷時，外層140A和145A、和內(nèi)層140B和145B中的每一個在其各自 的體積、上散布電荷，并且提供等電位體積、 ( equipotential volume )。 在優(yōu)選的實施例中，外層140A和145A、和內(nèi)層140B和145B的高電 阻率在大約5到1000歐姆-厘米之間，因此上磁芯120和下磁芯125 之間的電壓差不會超過電力線IIO上的電壓的2%。
外層140A、內(nèi)層140B、端層140C和端層140D與外層145A、內(nèi) 層145B、端層145C和端層145D物理地并且電接觸。因此，上磁芯 120和下磁芯125彼此連接并且具有共同的電位，使可能會引起在上 磁芯120和下磁芯125之間放電的電位差最小化。外層140A和145A、 內(nèi)層140B和145B、和端層140C、 140D、 145C和145D共同形成半導 體外殼，所述半導體外殼使電感耦合器100內(nèi)的局部放電或者電暈最 小化。
圖2為具有圍繞磁芯的可壓縮層的電感耦合器的上磁芯和下磁芯 的剖視圖。上磁芯120具有極面200，下磁芯125具有極面205。極 面200和極面205通過氣隙210彼此分離。
術語"氣隙"指得是磁芯之間具有非磁性材料的區(qū)域。在高電流 等級，氣隙改善磁路的磁性特征。
外層140A、內(nèi)層140B、和端層140C和140D (未在圖2中示出) 彼此覆蓋并且覆蓋極面200。外層145A、內(nèi)層145B、和端層145C和 145D (未在圖2中示出)彼此覆蓋并且覆蓋極面205。因此，所述層 為氣隙210提供了非磁性材料的填充。氣隙210內(nèi)的材料結構還能夠 緩沖極面200和極面205使其免受物理沖擊和振動，以減少上磁芯120和下磁芯125石皮裂的機率。
圖3為具有可壓縮層的電感耦合器的上磁芯和下磁芯的剖視圖， 上,茲芯和下磁芯暴露磁芯面。外層140A和145A、內(nèi)層140B和145B、 端層140C、 140D、 145C和145D (未在圖3中示出)結束于，并且不 覆蓋極面220和225。然而，外層140A和145A、內(nèi)層140B和145B、 和端層140C、 145C、 140D和145D彼此接觸。因此，在外層140A和 145A之間、內(nèi)層140B和145B之間、和端層140C、 145C、 140D和145D 之間存在電連續(xù)性。
圖4為具有作為圍繞磁芯的可壓縮層的絕緣體的電感耦合器的上 磁芯和下磁芯的剖浮見圖。層400設置在上磁芯120的外表面上，并且 設置在下磁芯125的內(nèi)表面和外表面上。層400由絕緣并且可壓縮的 材料構成。也就是，層400為絕緣體并且對于上磁芯120和下f茲芯125 的包覆成型(。ver-molding)還是可壓縮的。優(yōu)選地，層40具有邵 氏A型硬度計讀數(shù)從大約10到大約100的硬度。例如，層4Q0可以 由硅構成。
在此描述的技術為示例性的，并且不應該隱含任何對于本發(fā)明的 特定的限定。應該理解，本領域技術人員可以進行各種替換、合并和 修改。本發(fā)明包含所有在所附權利要求范圍內(nèi)的替換、修改和變化。
權利要求
1.一種用于耦合信號到導線的電感耦合器，包括磁芯，所述磁芯具有所述導線穿過的孔；纏繞磁芯的一部分的線圈，其中所述信號通過所述磁芯在所述線圈和所述導線之間耦合；位于所述線圈和所述磁芯之間的電絕緣材料；和位于所述磁芯和所述電絕緣材料之間的可壓縮材料，其中，所述壓縮材料具有比所述電絕緣材料的硬度小的硬度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述可壓縮材 料的所述硬度具有邵氏A型硬度計讀數(shù)從大約10到大約100的硬度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述可壓縮材 料具有半導體電性特征。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述可壓縮材 料具有大約5到IOOO歐姆-厘米之間的電阻率。
5. 根據(jù)權利要求1所述的電感耦合器，還包括在所述磁芯的外表面 上的可壓縮材料。
6. 根據(jù)權利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述磁芯包括 由縫隙分離的上磁芯和下磁芯；并且其中所述電感耦合器還包括位于所 述縫隙內(nèi)的可壓縮材料。
7. 根據(jù)權利要求l所述的電感耦合器，其特征在于，所述導線傳輸 從大約90到600伏特的電壓。
8. 根據(jù)權利要求l所述的電感耦合器，其特征在于，所述導線傳輸 乂人大約2400到35000伏特的電壓。
9. 根據(jù)權利要求l所述的電感耦合器，其特征在于，所述信號具有 大于或等于約1兆赫茲的頻率。
10. —種用于耦合信號到導線的電感耦合器，包括 石茲芯，所述》茲芯具有所述導線穿過的孔；纏繞》茲芯的一部分的線圏，其中所述信號通過所述》茲芯在所述線圈 和所述導線之間耦合；和位于所述線圈和所述磁芯之間的電絕緣材料，所述電絕緣材料具有邵氏A型硬度計讀數(shù)從大約10到大約100的硬度。
11.根據(jù)權利要求IO所述的電感耦合器，還包括在所述磁芯的外表 面上的電絕緣材料，所述電絕緣材料具有邵氏A型硬度計讀數(shù)從大約10 到大約100的硬度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耦合信號到導線的電感耦合器。電感耦合器包括(a)具有導線穿過的孔的磁芯，(b)纏繞磁芯部分的線圈，其中通過磁芯信號在線圈和導線之間耦合，(c)位于線圈和磁芯之間的電絕緣材料，和(d)位于磁芯和電絕緣材料之間的可壓縮材料?？蓧嚎s材料具有比電絕緣材料的硬度小的硬度。
文檔編號H01F17/06GK101203923SQ200680017056
公開日2008年6月18日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者埃里克·S·默克, 耶胡達·塞倫 申請人:安比恩特公司