УЗЕЛ ДАТЧИКА ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ШИНЫ
ELECTRIC BUS CURRENT SENSOR UNIT

Уровень техники
[0001] В авиационно-космической промышленности распределения мощности распределительные коробки могут включать в себя встроенные функциональные возможности определения тока. Датчики тока часто используются, чтобы обнаруживать повышенные токи короткого замыкания, так что система распределения мощности летательного аппарата может быстро изменять рабочие режимы, чтобы предотвращать повреждение и предоставлять возможность непрерывной и безопасной эксплуатации летательного аппарата.
[0002] Когда ток проходит по токопроводящему проводу, кабелю или шине (далее в данном документе "проводнику"), создается магнитное поле, которое окружает проводник. Величина магнитного поля линейно связана с величиной тока. Таким образом, посредством определения величины магнитного поля может быть определена величина тока.
[0003] Существует множество способов измерять магнитное поле и, таким образом, определять ток. Предпочтительно, датчик магнитного поля/тока согласуется с величиной магнитного поля, создаваемого протекающим током, который должен быть измерен. Это может быть выполнено посредством множества способов. Например, одним общим способом согласования измерительного компонента с магнитным полем является использование тороидального ферритового сердечника с разрезом. Другой способ подразумевает использование шунтирующего сопротивления последовательно. Альтернативно, датчики тока могут быть размещены на противоположных сторонах проводника, но в проводнике должно быть сделано отверстие, и датчики должны быть точно размещены рядом с отверстием, чтобы уменьшать магнитное поле для правильного измерения. Однако, эти способы имеют множество недостатков, и необходимо улучшение.
Сущность изобретения
[0004] Принимая во внимание вышесказанное, предоставляется узел датчика тока шины, который включает в себя элемент шины. Элемент шины включает в себя основание, которое включает в себя первую поверхность, которая обращена в первом направлении, и вторую поверхность, которая обращена во втором направлении. Первое направление является противоположным второму направлению. Элемент шины также включает в себя первую пограничную стенку, которая проходит от первой поверхности основания в направлении от второй поверхности. Первая пограничная стенка и первая поверхность взаимодействуют с образованием первой полости. Элемент шины также включает в себя вторую пограничную стенку, которая проходит от второй поверхности основания в направлении от первой поверхности. Вторая пограничная стенка и вторая поверхность взаимодействуют с образованием второй полости. Узел датчика тока шины также включает в себя первый датчик тока, расположенный в первой полости, и второй датчик тока, расположенный во второй полости.
[0005] Согласно аспекту, узел датчика тока шины включает в себя элемент шины, который включает в себя первую полость и вторую полость. Вторая полость располагается напротив первой полости. Узел датчика тока шины также включает в себя первый датчик тока, расположенный в первой полости, так что первая полость, по меньшей мере, частично окружает первый датчик тока, и второй датчик тока, расположенный во второй полости, так что вторая полость, по меньшей мере, частично окружает второй датчик тока.
Краткое описание чертежей
[0006] Фиг. 1 - это покомпонентный вид в перспективе узла датчика тока шины.
[0007] Фиг. 2 - это вид в плане первой поверхности элемента шины с первой схемной платой, установленной в нем, со снятой первой крышкой.
[0008] Фиг. 3 - это вид в плане второй поверхности элемента шины со второй схемной платой, установленной в нем, со снятой второй крышкой.
[0009] Фиг. 4 - это схемный вид в перспективе узла датчика тока шины в распределительной коробке.
Подробное описание изобретения
[0010] Фиг. 1 изображает компоненты узла 10 датчика тока шины. Узел 10 датчика тока шины может включать в себя элемент 12 шины, первый изолятор 14, второй изолятор 16, первую схемную плату 18, вторую схемную плату 20, первую крышку 22, первые крепления 24, вторую крышку 26 и вторые крепления 28.
[0011] Со ссылкой на фиг. 1-3, элемент 12 шины выполняется из электропроводного материала, например, меди или алюминия. Дополнительно, элемент 12 шины может быть покрыт любым числом веществ, включающих в себя, например, никель. Элемент 12 шины включает в себя основание 30 с первой поверхностью 32, обращенной в первом направлении, и второй поверхностью 34, обращенной во втором направлении. Первое направление является противоположным второму направлению. Поперечным сечением элемента 12 шины можно манипулировать, чтобы регулировать силу магнитного поля рядом с чувствительными к магнитному полю компонентами. Однако, как будет понятно, существуют практические ограничения в регулировании длины и ширины элемента 12 шины.
[0012] Основание 30 включает в себя донный участок 36, который может образовывать проходное отверстие 38, и пару ножек 40a,b, которые протягиваются в противоположных направлениях друг от друга от донного участка 36. Дополнительно, донный участок 36 и ножки 40 a,b совместно используют общую горизонтальную плоскость. Дополнительно, как иллюстрировано на фиг. 2-3, донный участок 36 и ножки 40 a,b, все совместно используют первую поверхность 32. Проще говоря, первая поверхность 32 является коллинеарной поверхностью, которая проходит между донным участком 36 и ножками 40 a,b, все обращены в одинаковом направлении.
[0013] Дополнительно, донный участок 36 и ножки 40 a,b, все совместно используют вторую поверхность 34. В частности, вторая поверхность 34 является коллинеарной поверхностью, которая проходит между донным участком 36 и ножками 40 a,b, все обращены в одинаковом направлении, которое находится напротив первой поверхности 32. Как также показано на фиг. 2-3, донный участок 36 и ножки 40 a,b имеют одинаковую ширину. Будет понятно, что донный участок 36 и ножки 40 a,b могут иметь одинаковую толщину друг с другом. На виде в плане ножки 40 a,b имеют одинаковый размер друг с другом и могут быть прямоугольными по форме. Ножки 40 a,b, каждая, образует отверстие 42 a,b, соответственно, для приема штифтов, чтобы предоставлять возможность электричеству проходить сквозь элемент 12 шины, чтобы подавать электричество к другим компонентам, как будет описано далее в данном документе.
[0014] Со ссылкой на фиг. 1-2, первая пограничная стенка 44 проходит от первой поверхности 32 основания 30 в направлении от второй поверхности 34 и заканчивается как свободный край 46. Как показано на фиг. 2, первая пограничная стенка 44 может образовывать прямоугольную форму, если смотреть с оси, которая является ортогональной первой поверхности 32. Эта прямоугольная форма включает в себя углы 48 a,b,c,d. Прямоугольная форма предоставляет возможность правильного приема первой схемной платы 18 и легкой интеграции узла 10 датчика тока шины в существующие установки, которые были ранее спроектированы, чтобы принимать традиционные элементы шин.
[0015] Как показано на фиг. 1 и 3, вторая пограничная стенка 50 проходит от второй поверхности 34 основания 30 в направлении от первой поверхности 32 и заканчивается как свободный край 52. Таким образом, первая пограничная стенка 44 и вторая пограничная стенка 50 протягиваются от основания 30 и, в частности, от донного участка 36, в противоположных направлениях друг от друга. Как иллюстрировано на фиг. 3, вторая пограничная стенка 50 может образовывать прямоугольную форму, если смотреть с оси, которая является ортогональной второй поверхности 34. Эта прямоугольная форма включает в себя углы 48 e,f,g,h. Аналогично первой пограничной стенке 44, прямоугольная форма второй пограничной стенки 50 предоставляет возможность правильного приема второй схемной платы 20 и легкой интеграции узла 10 датчика тока шины в существующие установки, которые были ранее спроектированы, чтобы принимать традиционные элементы шин. Основание 30, первая пограничная стенка 44 и вторая пограничная стенка 50, все выполнены из электропроводного материала.
[0016] Первая пограничная стенка 44 может включать в себя пару первых боковых стенок 54 a,b, которые располагаются на расстоянии друг от друга, и пару первых торцевых стенок 56 a,b, которые располагаются на расстоянии друг от друга. Первые боковые стенки 54 a,b протягиваются от первой поверхности 32 в первом направлении и могут быть, в целом, параллельны друг другу, а первые торцевые стенки 56 a,b могут протягиваться от первой поверхности 32 в первом направлении, так, чтобы быть, в целом параллельными друг другу. Первые боковые стенки 54 a,b протягиваются в продольном направлении (т.е., в том же направлении, что и воображаемая линия, которая будет соединять отверстия 42 a,b), а первые торцевые стенки 56 a,b протягиваются в поперечном направлении (т.е., ортогонально первым боковым стенкам 54 a,b). Эта форма и выравнивание первых боковых стенок 54 a,b и первых торцевых стенок 56 a,b помогают управлять магнитным полем, как будет описано более подробно далее в данном документе.
[0017] Как показано на фиг. 1-2, первая пограничная стенка 44 может образовывать первый ступенчатый участок 58 для приема первой крышки 22. Первая пограничная стенка 44 и первая поверхность 32 взаимодействуют с образованием первой полости 60. Дополнительно, первая крышка 22 принимается посредством первого ступенчатого участка 58, так, чтобы закрывать первую полость 60. Первый ступенчатый участок 58 единообразно и непрерывно проходит вокруг первой пограничной стенки 44, включая в себя пару первых боковых стенок 54 a,b и пару первых торцевых стенок 56 a,b, так, чтобы предоставлять возможность единообразного и непосредственного соприкосновения с первой крышкой 22. Вследствие этой структуры первая полость 60 уплотняется, чтобы предотвращать проникновение инородных тел в первую полость 60.
[0018] Как показано на фиг. 1 и 3, вторая пограничная стенка 50 может включать в себя пару вторых боковых стенок 62 a,b, которые располагаются на расстоянии друг от друга, и пару вторых торцевых стенок 64 a,b, которые располагаются на расстоянии друг от друга. Вторые боковые стенки 62 a,b могут протягиваться от второй поверхности 34 во втором направлении, так, чтобы быть, в целом, параллельными друг другу, а вторые торцевые стенки 64 a,b протягиваются от второй поверхности 34 во втором направлении, так, чтобы быть, в целом, параллельными друг другу. Вторые боковые стенки 62 a,b протягиваются в продольном направлении (т.е., в том же направлении, что и воображаемая линия, которая будет соединять отверстия 42 a,b), а вторые торцевые стенки 64 a,b протягиваются в поперечном направлении (т.е., ортогонально вторым боковым стенкам 62 a,b). Как показано на фиг. 1, пара вторых боковых стенок 62 a,b могут быть коллинеарными с парой первых боковых стенок 54 a,b, а пара вторых торцевых стенок 64 a,b могут быть коллинеарными с парой первых торцевых стенок 56 a,b. Эта форма и выравнивание вторых торцевых стенок 62 a,b и вторых торцевых стенок 64 a,b помогают управлять магнитным полем.
[0019] Со ссылкой на фиг. 1 и 3, вторая пограничная стенка 50 образует второй ступенчатый участок 66. Вторая пограничная стенка 50 и вторая поверхность 34 взаимодействуют с образованием второй полости 68. Дополнительно, вторая крышка 26 принимается посредством второго ступенчатого участка 66, так, чтобы закрывать вторую полость 68. Второй ступенчатый участок 66 единообразно и непрерывно проходит вокруг второй пограничной стенки 50, включая в себя пару вторых боковых стенок 62 a,b и пару вторых торцевых стенок 64 a,b, так, чтобы предоставлять возможность единообразного и непосредственного соприкосновения со второй крышкой 26. Вследствие этой структуры вторая полость 68 уплотняется, чтобы предотвращать проникновение инородных тел во вторую полость 68.
[0020] Первая полость 60 образует первый кубический объем, а вторая полость 68 образует второй кубический объем. Первый кубический объем равен второму кубическому объему. Вследствие размещения первой крышки 22 на первом ступенчатом участке 58 и второй крышки 26 на втором ступенчатом участке 66 защита обеспечивается для любого компонента, расположенного в первой полости 60 и второй полости 68, соответственно. Дополнительно, благодаря такой компоновке, магнитные поля в первой полости 60 и второй полости 68 являются более благоприятствующими для измерения для определения тока, протекающего через элемент 12 шины, как будет описано далее в данном документе.
[0021] Прямоугольная форма первой пограничной стенки 44 имеет тот же размер, что и прямоугольная форма второй пограничной стенки 50. Элемент 12 шины включает в себя первую полость 60 и вторую полость 68, так что вторая полость 68 располагается напротив первой полости 60. Кроме того, ножки 40 a,b располагаются на противоположных концах элемента 12 шины, так что первая полость 60 и вторая полость 68 располагаются между парой ножек 40 a,b. Эта компоновка гарантирует, что в полости могут выполняться правильные измерения магнитного поля.
[0022] Как показано на фиг. 1, проходное отверстие 38 проходит сквозь донный участок 36 основания 30, так, чтобы предоставлять возможность электрического соединения между первой полостью 60 и второй полостью 68. Дополнительно, отверстия 42 a,b являются внешними по отношению к первой полости 60 и второй полости 68 и протягиваются сквозь основание 30 в том же направлении, что и проходное отверстие 38. Как иллюстрировано, проходное отверстие 38 имеет вытянутую форму, а отверстия 42 a,b имеют круглую форму. Эти формы предоставляют возможность правильного прохождения и соединения с различными компонентами, как будет описано далее в данном документе.
[0023] Элемент 12 шины может также включать в себя множество первых выпуклостей 70 b,d и вторых выпуклостей 70 e,f,g,h, каждая из которых образует крепежное отверстие 72 b,d,e,f,g,h для приема первых креплений 24 и вторых креплений 28. Как показано на фиг. 1-3, первые выпуклости 70 b,d располагаются в углах 48 b,d первой пограничной стенки 44, а вторые выпуклости 70 e,f,g,h располагаются в углах 48 e,f,g,h второй пограничной стенки 50.
[0024] Как иллюстрируется на фиг. 1, первый изолятор 14 имеет, в целом, прямоугольную форму, которая является взаимодополняющей для первой полости 60, так, чтобы предоставлять возможность первому изолятору 14 непосредственно касаться первой поверхности 32 основания 30, а более конкретно, донного участка 36 основания 30. Второй изолятор 16 также имеет, в целом, прямоугольную форму, которая является взаимодополняющей для второй полости 68, так, чтобы предоставлять возможность второму изолятору 16 непосредственно касаться второй поверхности 34 основания 30, а более конкретно, донного участка 36 основания 30. Первый изолятор 14 и второй изолятор 16 могут определять срезанные углы для правильного размещения первых выпуклостей 70 b,d и вторых выпуклостей 70 e,f,g,h. Это гарантирует, что первый изолятор 14 и второй изолятор 16 электрически изолируют первую схемную плату 18 и вторую схемную плату 20 от тока, который протекает через элемент 12 шины.
[0025] Первый изолятор 14 и второй изолятор 16 могут, каждый, образовывать первый разрез 74 и второй разрез 76, соответственно, чтобы предоставлять возможность прохождения различных компонентов, как будет описано далее в данном документе. Как будет понятно, первый изолятор 14 и второй изолятор 16 выполняются из электрически изолирующего материала, например, майлара, который является пластмассовым листовым изделием, выполненным из полимерного полиэтилентерефталата (PET). Первый изолятор 14 и второй изолятор 16 могут быть выполнены из одинаковых материалов, с тем, чтобы минимизировать стоимость производства узла 10 датчика тока шины.
[0026] Первая схемная плата 18 включает в себя первый датчик 78 тока, который устанавливается на нее. Первый датчик 78 тока включает в себя внутреннюю поверхность 80, которая обращена к первой поверхности 32, и внешнюю поверхность 82, которая находится напротив внутренней поверхности 80. Внутренняя поверхность 80 может быть, в целом, параллельной первой поверхности 32. Первый датчик 78 тока и сопровождающая первая схемная плата 18 располагаются в первой полости 60, так что первый датчик 78 тока располагается между первой крышкой 22 и первой поверхностью 32. Дополнительно, первый датчик 78 тока располагается в первой полости 60, так что первая полость 60, по меньшей мере, частично окружает первый датчик 78 тока. Кроме того, первый изолятор 14 может быть расположен между первой поверхностью 32 и первым датчиком 78 тока, так, чтобы электрически отделять элемент 12 шины и первый датчик 78 тока.
[0027] Первая схемная плата 18 может также включать в себя интегральную схему 84 дифференциального усилителя. Работа интегральной схемы 84 дифференциального усилителя будет обсуждена более подробно далее в данном документе. Первая схемная плата 18 может полностью содержаться в первой полости 60, так что расстояние от свободного края 46 первой пограничной стенки 44 до первой поверхности 32 больше расстояния от первой поверхности 32 до первой схемной платы 18. Дополнительно, пара первых боковых стенок 54 a,b и пара первых торцевых стенок 56 a,b взаимодействуют друг с другом, чтобы формировать непрерывный периметр вокруг первого датчика 78 тока.
[0028] Второй датчик 86 тока устанавливается на вторую схемную плату 20, так что вторая полость 68, по меньшей мере, частично окружает второй датчик 86 тока. Второй датчик 86 тока включает в себя внутреннюю поверхность 88, которая обращена ко второй поверхности 34, и внешнюю поверхность 90, которая находится напротив внутренней поверхности 88. Внутренняя поверхность 88 второго датчика 86 тока может быть, в целом, параллельной второй поверхности 34. Расстояние между второй поверхностью 34 и свободным краем 52 второй пограничной стенки 50 больше расстояния от второй поверхности 34 до внешней поверхности 90 второго датчика 86 тока. Дополнительно, пара вторых боковых стенок 62 a,b и пара вторых торцевых стенок 64 a,b взаимодействуют друг с другом, чтобы формировать непрерывный периметр вокруг второго датчика 86 тока. Более того, второй изолятор 16 располагается между второй поверхностью 34 и вторым датчиком 86 тока. Вторая схемная плата 20 может также включать в себя разъем 92, чтобы принимать фрикционные штифты (не показаны) от отформованного поверх элемента 100, как будет описано далее в данном документе.
[0029] Первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока могут быть одинаковой или аналогичной конструкции и спецификаций. Например, первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока могут быть интегральными схемами на эффекте Холла (т.е., интегральными схемами, каждая из которых включает в себя датчик на эффекте Холла). Как будет понятно, датчик на эффекте Холла является измерительным преобразователем, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока обнаруживают величину магнитного поля, таким образом, предоставляя возможность определения величины тока. В частности, первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока ориентируются, чтобы предоставлять изменение выходного сигнал противоположной полярности для элемента 12 шины. Два выходных сигнала из первого датчика 78 тока и второго датчика 86 тока применяются к интегральной схеме 84 дифференциального усилителя. Интегральная схема 84 дифференциального усилителя затем выполняет функцию вычитания. В частности, интегральная схема 84 дифференциального усилителя вычитает один сигнал из другого, таким образом, устраняя влияние каких-либо внешних магнитных полей, получающихся в результате близких магнитных источников типа силовых кабелей и реле. Выходной сигнал из интегральной схемы 84 дифференциального усилителя является пропорциональным току в элементе 12 шине, и помеха внешнего магнитного поля значительно уменьшается.
[0030] Геометрией поперечного сечения элемента 12 шины можно манипулировать, чтобы регулировать силу магнитного поля рядом с первым датчиком 78 тока и вторым датчиком 86 тока. Первая пограничная стенка 44 и вторая пограничная стенка 50, которые образуют первую полость 60 и вторую полость 68, соответственно, не только уменьшают магнитное поле поблизости от первого датчика 78 тока и второго датчика 86 тока, соответственно, но также делают магнитное поле более однородным. Это также устраняет необходимость в сверлении отверстия в элементе шины, чтобы уменьшать силу магнитного поля поблизости от датчиков тока.
[0031] Как будет понятно, устранение отверстия в элементе шины, чтобы уменьшать силу магнитного поля рядом с датчиками тока, имеет многочисленные преимущества. Например, требуется меньшая производственная работа, поскольку не нужно создавать отверстие. Дополнительно, точное размещение датчиков тока, так, чтобы они были совмещены с отверстием, не нужно. Таким образом, узел 10 датчика тока шины может быть произведен более быстро.
[0032] Узел 10 датчика тока шины может также включать в себя магистраль 94 между платами. Магистраль 94 между платами проходит сквозь проходное отверстие 38, чтобы электрически соединять первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока. Таким образом, магистраль 94 между платами электрически соединяет первую схемную плату 18 и вторую схемную плату 20. Магистраль 94 между платами может включать в себя множество электропроводных штырьковых выводов 96. Как иллюстрировано, токопроводящие штырьковые выводы 96 являются цилиндрическими по форме. Токопроводящие штырьковые выводы 96, по меньшей мере, частично окружаются блоками 98 изолятора, так, чтобы электрически изолировать токопроводящие штырьковые выводы 96 от основания 30. Как будет понятно, блоки 98 изолятора являются кубическими по форме и выполнены из электрически изолирующего материала.
[0033] Как показано на фиг. 1, магистраль 94 между платами располагается на крае первой схемной платы 18 и второй схемной платы 20, который находится напротив края, на котором устанавливаются первый датчик 78 тока и второй датчик 86 тока, соответственно. Это расположение на расстоянии предотвращает возникновение помехи. В частности, посредством расположения магистрали 94 между платами так, чтобы быть на противоположном крае от первого датчика 78 тока и второго датчика 86 тока, магнитное поле рядом с первым и вторым датчиками 78, 86 тока не нарушается.
[0034] Первая крышка 22 и вторая крышка 26 состоят из электрически изолирующего материала. Первая крышка 22 покрывает первую полость 60 и непосредственно присоединяется к первой пограничной стенке 44 с помощью первых креплений 24, которые зацепляют выпуклости 70 b,d, которые располагаются в углах 48 b,d первой пограничной стенки 44. Вторая крышка 26 покрывает вторую полость 68 и непосредственно присоединяется ко второй пограничной стенке 50 с помощью вторых креплений 28, которые зацепляют выпуклости 70 e,f,g,h, которые располагаются в углах 48 e,f,g,h второй пограничной стенки 50. Таким образом, первый датчик 78 тока располагается между первой крышкой 22 и второй крышкой 26, а второй датчик 86 тока располагается между второй крышкой 26 и второй поверхностью 34.
[0035] После того как вторые крепления 28 используются, чтобы прикреплять вторую крышку 26 к элементу 12 шины, отформованный поверх элемент 100 помещается поверх второй крышки 26, чтобы обеспечивать дополнительную защиту от неблагоприятного воздействия окружающей среды элементу 12 шины и компонентам, находящимся внутри него. Отформованный поверх элемент 100 предоставляет возможность прохождения кабеля 102 сквозь него, как будет описано ниже в данном документе. Как отмечено ранее в данном документе, отформованный поверх элемент 100 может включать в себя фрикционные штифты (не показаны) для присоединения формованного поверх элемента 100 ко второй схемной плате 20.
[0036] Со ссылкой на фиг. 4, показана распределительная коробка 104, включающая в себя узел 10 датчика тока шины и узел 106 источника питания PCB. Распределительная коробка 104 может быть использована для множества целей, включающих в себя, например, перераспределение электрической мощности между схемами. Как будет понятно, эта электрическая мощность может быть довольно большой, например, выше 400 А.
[0037] Узел 106 источника питания PCB соединяется со второй схемной платой 20 с помощью кабеля 102, который проходит сквозь отформованный поверх элемент 100 и вторую крышку 26. Узел 106 источника питания PCB подает номинальную мощность к первой и второй схемным платам 18, 20 для их работы. Дополнительно, узел 106 источника питания PCB может быть использован для EMI/молниезащиты распределительной коробки 104. Узел 106 источника питания PCB может также включать в себя порт 108 связи, чтобы предоставлять возможность связи между узлом 106 источника питания PCB и различными другими неиллюстрированными компонентами.
[0038] Как показано, распределительная коробка 104 включает в себя множество клемм 110. Эти клеммы 110 могут быть использованы для подачи мощности к распределительной коробке 104 или для вывода мощности из распределительной коробки 104. Как будет понятно, распределительная коробка 104 может включать в себя множество компонентов, включающих в себя, например, плавкие вставки 112 и контакторы 114.
[0039] Узел датчика тока шины был описан выше в деталях. Модификации и изменения придут на ум при прочтении и понимании предшествующего подробного описания. Изобретение, однако, не ограничивается только вариантом осуществления, описанным выше. Вместо этого, изобретение в широком смысле определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.