ДАТЧИК ПОТОКА С МАГНИТНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ
FLUX SENSOR WITH MAGNETIC CORE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к электромагнитным устройствам, таким как электрические трансформаторы и индукторы, и, в частности, к датчику потока с магнитным сердечником и способу измерения магнитного потока в сердечнике трансформатора, индуктора или аналогичного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Электромагнитные устройства, такие как индукторы, трансформаторы и аналогичные устройства, включают в себя магнитные сердечники, в которых протекание магнитного потока может быть создано в качестве реакции на электрический ток, протекающий через обмотку проводника, связанную с магнитным сердечником. Протекание магнитного потока в магнитном сердечнике может быть оценено с использованием таких методов, как анализ методом конечных элементов, или подобных методов; однако такие способы не являются прямым способом измерения потока в сердечнике. Соответственно, магнитные сердечники могут быть спроектированы с большим запасом прочности или могут быть выполнены крупнее, чем необходимо для решения некоторых задач. Это может привести к избыточным весу и объему таких устройств. Избыток веса и объема может быть важным фактором, когда эти электромагнитные устройства используются для решения конкретных задач, таких как, например, на транспортных средствах, таких как воздушные летательные аппараты, аэрокосмические транспортные средства, или иных транспортных средствах, где вес и размер может быть важными.
[0003] Понимание протекания или структуры насыщения в магнитном сердечнике может также оказаться полезным при разработке таких электромагнитных устройств. Может быть полезным понимание того, происходит ли насыщение конкретной конструкции сердечника как одного тела или насыщение основано на времени. Например, в любой данный момент времени существует граница в материале сердечника, где материал может быть насыщенным на одной стороне границы и ненасыщенным на другой стороне границы. Знание о структуре насыщения может непосредственно влиять на разработку и реализацию магнитных компонентов, и такого понимания можно лучше всего достичь путем непосредственного измерения магнитного потока в сердечнике. Соответственно, существует потребность в обеспечении возможности непосредственного измерения потока внутри компонента сердечника электромагнитного устройства, такого как индуктор, трансформатор, или аналогичного устройства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В соответствии с одним вариантом осуществления узел датчика магнитного потока в сердечнике может включать в себя часть сердечника датчика потока и по меньшей мере одно продолговатое отверстие для приема обмотки проводника через указанную часть сердечника датчика потока. Электрический ток, протекающий через обмотку проводника, создает магнитное поле вокруг обмотки проводника и вызывает протекание магнитного потока вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия в части сердечника датчика потока. Множество пар отверстий для датчика размещены относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия. Узел датчика магнитного потока в сердечнике также может включать в себя обмотку проводника датчика, выполненную через каждую пару отверстий для датчика. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в каждой обмотке проводника датчика, и этот электрический сигнал в конкретной обмотке проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки проводника датчика.
[0005] В соответствии еще с одним вариантом осуществления электромагнитное устройство может включать в себя часть сердечника датчика потока и по меньшей мере одно продолговатое отверстие для приема обмотки проводника через указанную часть сердечника датчика потока. Электрический ток, протекающий через обмотку проводника, создает магнитное поле вокруг обмотки проводника и вызывает протекание магнитного потока вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия в части сердечника датчика потока. Множество пар отверстий для датчика размещены относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия. Электромагнитное устройство также может включать в себя обмотку проводника датчика, выполненную через каждую пару отверстий для датчика. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в каждой обмотке проводника датчика, и этот электрический сигнал в конкретной обмотке проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки проводника датчика. Проставочная часть может быть размещена на противоположных сторонах сердечника датчика потока. Проставочная часть может включать в себя отверстие для пропуска обмотки проводника через проставочную часть. Электромагнитное устройство дополнительно может включать в себя часть магнитного сердечника, размещенную на каждой проставочной части. Указанное по меньшей мере одно продолговатое отверстие проходит через указанную часть магнитного сердечника, а обмотка проводника проходит через каждую часть магнитного сердечника. Проставочная часть также может включать в себя промежуток для обмотки проводника датчика, выполненной через каждую пару отверстий для датчика, чтобы осуществить соединение с устройством для обнаружения протекания магнитного потока в месте расположения каждой обмотки проводника датчика.
[0006] В соответствии еще с одним вариантом осуществления узел датчика магнитного потока в сердечнике может включать в себя часть сердечника датчика потока и по меньшей мере одно продолговатое отверстие для приема обмотки проводника через указанную часть сердечника датчика потока. Электрический ток, протекающий через обмотку проводника, создает магнитное поле вокруг обмотки проводника и вызывает протекание магнитного потока вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия в части сердечника датчика потока. Узел датчика магнитного потока в сердечнике также может включать в себя множество отверстий для датчика. Каждое отверстие для датчика может быть размещено относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия. Провод проводника датчика проходит через каждое отверстие для датчика. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в каждом проводе проводника датчика, и этот электрический сигнал в конкретном проводе проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретного провода проводника датчика.
[0007] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления согласно способу измерения магнитного потока в электромагнитном устройстве могут обеспечивать узел датчика магнитного потока в сердечнике, включающий в себя часть сердечника датчика потока и по меньшей мере одно продолговатое отверстие для приема обмотки проводника через указанную часть сердечника датчика потока. Электрический ток, протекающий через обмотку проводника, создает магнитное поле вокруг обмотки проводника и вызывает протекание магнитного потока вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия в части сердечника датчика потока. Согласно способу также могут обеспечивать множество пар отверстий для датчика, размещенных относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия. Кроме того, согласно способу могут обеспечивать обмотку проводника датчика, выполненную через каждую пару отверстий для датчика. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в каждой обмотке проводника датчика. Этот электрический сигнал в конкретной обмотке проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки проводника датчика.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Последующее подробное описание вариантов осуществления дано со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Другие варианты осуществления, имеющие различные конструкции и операции, не выходят за пределы объема настоящего изобретения.
[0009] На ФИГ. 1 показано боковое сечение примера узла датчика магнитного потока в сердечнике в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0010] На ФИГ. 2А показан вид сверху примера пластины датчика магнитного потока или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0011] На ФИГ. 2В показан местный вид приведенной в качестве примера пластины датчика магнитного потока или слоистого элемента по ФИГ. 2А с подробным изображением отверстий для датчика в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0012] На ФИГ. 3 показан вид сверху примера проставочной пластины или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0013] На ФИГ. 4А показан перспективный вид примера трансформаторного узла с вырезанной частью верхнего магнитного сердечника, чтобы показать приведенный в качестве примера узел датчика с частью сердечника для потока, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0014] На ФИГ. 4В показано боковое сечение, выполненное по линиям 4А-4А приведенного в качестве примера трансформаторного узла по ФИГ. 4А.
[0015] На ФИГ. 5 показан вид сверху примера пластины 642 магнитного сердечника или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0016] На ФИГ. 6А показано сечение примера индукторного или трансформаторного узла, в зависимости от количества обмоток, включающих в себя датчик магнитного потока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0017] На ФИГ. 6В показан вид сверху примера пластины датчика магнитного потока или слоистого элемента в соответствии еще с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0018] На ФИГ. 7А и 7В (обобщенно ФИГ. 7) показаны блок-схемы примера способа обнаружения и измерения интенсивности магнитного потока в сердечнике электромагнитного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Последующее подробное описание вариантов осуществления дано со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Другие варианты осуществления, имеющие различные конструкции и операций, не выходят за пределы объема настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные позиции могут относиться к одному и тому же элементу или компоненту на разных чертежах.
[0020] В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения линейный индуктор представляет собой электромагнитное устройство, имеющее только одну проводную обмотку или обмотки электрического проводника, пропущенную или пропущенные через магнитный сердечник. В соответствии еще с одним вариантом осуществления линейный трансформатор представляет собой магнитное устройство, в котором линейная первичная проводная обмотка или обмотки электрического проводника и одна или более линейных вторичных проводных обмоток электрических проводников пропущены через магнитный сердечник. Сердечник может быть одной деталью, и не требуется никаких витков первичной и вторичной обмоток из электрических проводников вокруг сердечника. Хотя сердечник может быть одной деталью, сердечник в виде этой одной детали может быть выполнен из множества уложенных в стопу пластин или слоистых элементов. Через первичную обмотку может быть проведен ток. Магнитный поток от тока в первичной обмотке поглощается сердечником. Когда ток в первичной обмотке уменьшается, сердечник передает электродвижущую силу (выделяет) во вторичные провода. Особенностью линейного трансформатора является линейный пропуск первичных и вторичных проводников через сердечник. Один сердечник может быть использован в качестве отдельного устройства, или может быть использована совокупность из двух или более сердечников, где необходимо более длинное линейное открытие. Еще одной особенностью этого трансформатора является то, что все магнитное поле или по меньшей мере существенная часть магнитного поля, созданного током в первичной обмотке, поглощается сердечником и выделяется во вторичную обмотку. Сердечник трансформатора может быть выполнен имеющим такие размеры или габариты, что по существу все магнитное поле, созданное током, поглощается сердечником, и так, что магнитный поток по существу полностью находится в сердечнике. Это приводит к формированию трансформатора, имеющего высокий коэффициент полезного действия, очень низкие потери меди, высокую эффективность передачи энергии, низкое тепловыделение и очень низкое излучение. Кроме того, линейный трансформатор минимум на 50% меньше по объему и весу, чем существующие конфигурации. Линейные электромагнитные устройства, такие как линейные трансформаторы, индукторы и аналогичные устройства, описаны более подробно в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267, поданной 19 июля 2012 г., озаглавленной "Линейное электромагнитное устройство", уступленной тому же правопреемнику, который является правопреемником по настоящей заявке, и включенной в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки. Узел датчика магнитного потока в сердечнике, как описано в настоящем документе, может быть встроен в линейное электромагнитное устройство, такое как одно из описанных в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267, для прямого обнаружения и измерения протекания магнитного потока в магнитном сердечнике таких устройств или узла датчика магнитного потока в сердечнике таких устройств.
[0021] На ФИГ. 1 показано сечение примера узла 100 датчика магнитного потока в сердечнике в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике может включать в себя часть 102 сердечника датчика потока. Часть 102 сердечника датчика потока может включать в себя множество пластин 104 сердечника датчика потока или слоистых элементов, которые уложены друг на друга в стопу. На ФИГ. 2А показан вид сверху примера пластины 104 датчика магнитного потока или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 2В показан местный вид приведенной в качестве примера пластины 104 датчика магнитного потока или слоистого элемента по ФИГ. 2А с подробным изображением отверстий 114-122 для датчика в каждой пластине 104 датчика в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Пластины 104 могут быть выполнены из материала, обладающего способностью поглощения магнитного потока. Например, пластины 104 могут быть выполнены из сплава на основе кремнистой стали, железоникелевого сплава или иного металлического материала, обладающего способностью поглощения магнитного потока, схожего с тем, который описан в настоящем документе. В одном варианте осуществления сердечник 102 может быть выполнен из железоникелевого сплава, содержащего примерно 20 масс. % железа и примерно 80 масс. % никеля. Пластины 104 могут быть по существу квадратными или прямоугольными или могут иметь какую-либо иную геометрическую форму, в зависимости от применения электромагнитного устройства и условий окружающей среды, в которой может быть размещено электромагнитное устройство.
[0022] Узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике также может включать в себя по меньшей мере одно продолговатое отверстие 106 или отверстие для обмотки для приема обмотки 108 или обмоток проводника через указанную часть 102 сердечника датчика потока. Приведенный в качестве примера узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике на ФИГ. 1 и пластина 104 датчика потока на ФИГ. 2А могут быть выполнены для использования в электромагнитном устройстве трансформаторного типа или электромагнитном устройстве индукторного типа. Пример трансформаторного электромагнитного устройства будет описан со ссылкой на ФИГ. 4. В примере по ФИГ. 4 узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике и пластина 104 датчика потока каждый/каждая включают в себя второе продолговатое отверстие 110. Каждое из продолговатых отверстий 106 и 110 может принимать первичную обмотку 108 или обмотки проводника и по меньшей мере вторичную обмотку или обмотки 112 проводника через указанную часть 102 сердечника датчика потока. Еще в одном варианте осуществления трансформатор может иметь больше, чем две обмотки. В таком варианте осуществления или таких вариантах осуществления все обмотки могут быть пропущены через оба продолговатых отверстия 106 и 110. Если обмотки трансформатора имеют неравное количество витков, каждая обмотка будет иметь уникальное количество проходов через каждое продолговатое отверстие 106 и 110.
[0023] Узел 100 датчика потока в сердечнике может также быть использован в электромагнитном устройстве индукторного типа. В индукторной конфигурации только одна обмотка электрического проводника будет пропущена через оба продолговатых отверстия 106 и 110. Следует отметить, что все конфигурации магнитного сердечника, описанные в настоящем документе, могут являться индуктором или трансформатором. Количество и использование обмоток определяет, является ли это устройство индуктором или трансформатором.
[0024] Узел датчика магнитного потока в сердечнике, схожий с узлом 100 датчика магнитного потока в сердечнике, может также быть выполнен с одним продолговатым отверстием, таким, как то, которое проиллюстрировано на ФИГ. 6А и 6В. Узел датчика магнитного потока в сердечнике с одним продолговатым отверстием или по меньшей мере одним продолговатым отверстием может быть использован с электромагнитным устройством индукторного типа, который имеет обмотку только с одним проводником, или в конфигурации трансформаторного типа, в которой обе первичные обмотки и по меньшей мере одна вторая обмотка, которые могут быть выполнены рядом друг с другом в одном и том же продолговатом отверстии, схожем с тем, которое описано в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267.
[0025] Электрический ток, протекающий через обмотку 108 или обмотки проводника, создает магнитное поле вокруг проводника или проводников 108, и магнитный поток поглощается частью 102 сердечника и протекает вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106 в сердечнике части 102 сердечника датчика потока. В трансформаторной конфигурации, как проиллюстрировано на ФИГ. 1, магнитный поток поглощается в части 102 сердечника и протекает в сердечнике части 102 сердечника датчика потока вокруг второго продолговатого отверстия 110.
[0026] Узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике также включает в себя множество пар отверстий 114-122 датчика потока. Пары отверстий 114-122 датчика потока размещены в части 102 сердечника датчика потока для поддержки проводников 128 датчика или датчиков, выполненных в виде рамочной антенны, как более подробно описано ниже. Датчики, выполненные в виде рамочной антенны, распределены в части 102 сердечника датчика потока для обнаружения плотности магнитного потока в сердечнике, при этом датчики, выполненные в виде рамочной антенны, распределены на заданных расстояниях от продолговатого отверстия 106 для обмотки и в конфигурации распределения, которая оказывает минимальное влияние на протекание магнитного потока в сердечнике. Следовательно, пары отверстий 114-122 датчика потока размещены относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106 для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части 102 сердечника датчика. Указанное множество пар отверстий 114-122 для датчика также размещены для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки 124 указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106. В приведенной в качестве примера трансформаторной конфигурации, проиллюстрированной на ФИГ. 1 и 2А, указанное множество отверстий 114-122 для датчика размещены вдоль обеих продольных сторон или имеющих большую длину сторон продолговатых отверстий 106 и 110. Однако еще в одном варианте осуществления указанное множество пар отверстий 114-122 для датчика может быть размещено только вдоль одной продольной стороны 126 продолговатого отверстия 106. В некоторых вариантах осуществления может быть только одно продолговатое отверстие, как в узле датчика магнитного потока, проиллюстрированном на ФИГ. 6А и 6В.
[0027] В приведенной в качестве примера пластине 104 датчика потока, проиллюстрированной на ФИГ. 2А и 2В, показаны только пять пар отверстий 114-122 для датчика; однако часть сердечника датчика магнитного потока может включать в себя любое количество пар отверстий для датчика, в зависимости от размера электромагнитного устройства, в котором должен использоваться датчик потока, и количества мест расположения в сердечнике, где могут быть необходимы измерения потока. Однако, могут существовать ограничения относительно размеров, количества и размещения отверстий для датчика, так чтобы минимизировать или избежать нарушения протекания магнитного потока в части сердечника датчика потока.
[0028] На ФИГ. 2В показан местный вид приведенной в качестве примера пластины 102 датчика магнитного потока или слоистого элемента по ФИГ. 2А с подробным изображением отверстий 114-122 для датчика в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Каждая пара из указанного множества пар отверстий 114-122 для датчика расположена последовательно на расстоянии друг от друга вдоль продольной стороны 126 продолговатого отверстия 106, при этом каждая последовательная пара отверстий 114-122 для датчика размещена на увеличивающемся расстоянии от кромки 124 продольной стороны 126 продолговатого отверстия 106. Указанное множество последовательных пар отверстий 114-122 для датчика может быть равномерно расположено на заданном расстоянии "L" друг от друга вдоль продольной стороны 126 указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106. Первое отверстие 114а-122а для датчика из каждой пары отверстий 114-122 для датчика выполнены ближе к продольной стороне 126 или кромке 124 продолговатого отверстия 106, чем второе отверстие 114b-122b для датчика из каждой пары отверстий 114 для датчика. Первое и второе отверстия для датчика из каждой пары отверстий 114-122 для датчика могут быть выполнены на одном и том же расстоянии друг от друга, причем первое отверстие для датчика параллельно второму отверстию для датчика и оба отверстия параллельны продольной стороне 126 продолговатого отверстия 106. Осевая линия первого отверстия 114а для датчика первой пары отверстий 114 для датчика могут находиться на выбранном расстоянии "D" от кромки 124 продолговатого отверстия 106. Расстояние осевой линии первого отверстия 114а-122а для датчика каждой последовательной пары отверстий 116-122 для датчика может увеличиваться от кромки 124 продолговатого отверстия 106 примерно на половину выбранного расстояния "D" или на "D/2". Соответственно, осевая линия первого отверстия 116а для датчика второй пары отверстий 116 для датчика может находиться на расстоянии "D/2" от осевой линии первого отверстия 114а для датчика первой пары отверстий 114 для датчика, и каждое последующее первое отверстие 118а-122а для датчика будет находиться примерно на расстоянии D/2 от первого отверстия для датчика в отношении соседней пары отверстий для датчика и на расстояние D/2 дальше от кромки 124 продолговатого отверстия 106.
[0029] Каждое из отверстий 114-122 для датчика может представлять собой продолговатое отверстие, схожее с тем, которое проиллюстрировано на ФИГ. 2В, для приема обмотки 128 или обмоток проводника датчика (ФИГ. 1). Например, каждое отверстие для датчика может иметь ширину примерно D/2 и длину примерно 1,5D.
[0030] Обмотка 128 проводника датчика, обмотки или датчики, выполненные в виде рамочной антенны, могут быть намотаны или пропущены через каждую пару отверстий 114-122 для датчика. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в каждом проводнике 128 датчика. Этот электрический сигнал в конкретной обмотке 128 проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки проводника датчика и пары отверстий 114-122 для датчика. Отверстия 114-122 для датчика и обмотки 128 датчика или датчики, выполненные в виде рамочной антенны, распределены в сердечнике 104 для обнаружения плотности магнитного потока на заданных расстояниях от каждого продолговатого отверстия 106 и 110. Отверстия 114-122 для датчика и обмотки 128 датчика также расположены в конфигурации распределения, которая оказывает минимальное влияние на протекание магнитного потока, как проиллюстрировано стрелками 127 и 129 на ФИГ. 2А. Протекание магнитного потока в сердечниках 104а и 104b будет осуществляться в противоположных направлениях, как проиллюстрировано стрелками 127 и 129, вокруг соответствующих продолговатых отверстий 106 и 110, вследствие направления протекания электрического тока в обмотках 108 (ФИГ. 1) через продолговатые отверстия 106 и 110 и правила правой руки. На основании правила правой руки электрический ток, протекающий в страницу в обмотках через продолговатое отверстие 106, будет вызывать протекание магнитного потока в направлении стрелки 129 в примере на ФИГ. 2А, а электрический ток, протекающий из страницы, в тех же самых обмотках через продолговатое отверстие 110, будет вызывать протекание магнитного потока в направлении стрелки 127.
[0031] В соответствии еще с одним вариантом осуществления вместо множества пар отверстий 114-122 для датчика может использоваться множество единичных отверстий для датчика. Каждое отверстие для датчика может быть размещено относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106 и 110 для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части 104 сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки 124 указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 106 и 110. Обмотка 128 проводника датчика может быть выполнена в виде одной проволоки или антенного элемента в каждом единичном отверстии для датчика. Единичные отверстия для датчика могут быть по существу круглыми или округлыми или могут иметь форму, обеспечивающую прием размера и формы одной проволоки или антенного элемента.
[0032] Как рассмотрено выше, часть 102 сердечника датчика потока может включать в себя множество пластин 104 сердечника датчика потока (ФИГ. 2А), уложенных друг на друга в стопу (ФИГ. 1). Указанное по меньшей мере одно продолговатое отверстие 106 и указанное множество пар отверстий 114-122 для датчика выполнены в каждой пластине 104 сердечника датчика потока. Как показано на ФИГ. 2А, каждая пластина 104 сердечника датчика потока может включать в себя часть 104а первой пластины и часть 104b второй пластины. Первое продолговатое отверстие 106 может быть выполнено в части 104а первой пластины, а второе продолговатое отверстие 110 может быть выполнено в части 104b второй пластины. Множество пар отверстий 114-122 для датчика могут быть выполнены по обеим сторонам продолговатых отверстий 106 и 110, как показано в варианте осуществления по ФИГ. 2А.
[0033] Часть 104а первой пластины может включать в себя удлинительный элемент 130, проходящий от одного конца части 104а первой пластины, а часть 104b второй пластины может включать в себя еще один удлинительный элемент 132, проходящий от конца части 104b второй пластины напротив удлинительного элемента 130 части 104а первой пластины. Может быть выполнено отверстие 134 и каждый из удлинительных элементов 130 и 132 для приема удерживающего устройства, такого как крепежная деталь, для удержания вместе пластин 104 сердечника датчика потока в стопе с продолговатыми отверстиями 106 и 110 и указанное множество отверстий 114-122 для датчика каждой из пластин 104 сердечника датчика в стопе с выравниванием друг с другом. Другие отверстия 135 могут также быть выполнены в пластинах 104 сердечника датчика потока для приема дополнительных удерживающих устройств или крепежных деталей.
[0034] Узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике также может включать в себя проставочные части 136 и 138, размещенные на каждой наружной пластине 104 сердечника датчика потока. Каждая проставочная часть 136 и 138 может включать в себя множество проставочных пластин 140, уложенных друг на друга в стопу. Проставочные пластины могут быть выполнены из немагнитного материала или материала, который является электрическим изолятором или диэлектриком. На ФИГ. 3 показан вид сверху примера проставочной пластины 140 или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Проставочная пластина 140 может быть по существу Е-образной формы, как проиллюстрировано на ФИГ. 3. Проставочная пластина 140 может включать в себя основной элемент 302, центральный элемент 304, проходящий от центральной части основного элемента 302 и два внешних элемента 306 и 308, проходящих от противоположных концов основного элемента 302. Множество проставочных пластин 140, уложенных в стопу для формирования проставочных частей 136 и 138, обеспечивают отверстия 310 и 312, сформированные между двумя внешними элементами 306 и 308 и центральным элементом 304, как в варианте осуществления, проиллюстрированном на ФИГ. 3. Первичные обмотки 108 проводника и вторичные обмотки 112 проводника пропущены или проходят через отверстия 310 и 312, как проиллюстрировано пунктирными линиями на ФИГ. 1. В соответствии еще с одним вариантом осуществления, таким как приведенная в качестве примера индукторная конфигурация, проиллюстрированная на ФИГ. 6А, проставочная пластина 140 может иметь только одно отверстие, через которое пропущена или проходит обмотка проводника, как проиллюстрировано на ФИГ. 6А.
[0035] Каждая проставочная пластина 140 также может включать в себя промежуток или промежутки 314 и 316 для обмоток 128 проводника датчика, которые пропущены через каждую пару отверстий 114-122 для датчика (ФИГ. 2А), чтобы осуществить соединение с устройством (показано на ФИГ. 4) для обнаружения протекания магнитного потока в месте расположения каждой обмотки 128 проводника датчика и связанных пар отверстий 114-122 для датчика. Каждая проставочная пластина 140 также может включать в себя отверстия 318, которые будут выровнены с отверстиями 134 и 135 в пластинах 130 сердечника датчика потока, чтобы принимать удерживающие устройства или крепежные детали для удерживания вместе компонентов узла 100 датчика магнитного потока в сердечнике.
[0036] На ФИГ. 4А показан перспективный вид примера трансформаторного узла 400 с вырезанной верхней частью 402 магнитного сердечника, чтобы показать приведенный в качестве примера узел датчика с частью сердечника для потока, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Приведенный в качестве примера узел датчика с частью сердечника для потока, показанный на ФИГ. 4А представляет собой такой же узел, как узел 100 датчика магнитного потока в сердечнике по ФИГ. 1, хотя также могут быть использованы иные конфигурации. На ФИГ. 4В показано боковое сечение, выполненное по линиям 4А-4А для приведенного в качестве примера трансформаторного узла 400 по ФИГ. 4А. Трансформаторный узел 400 включает в себя часть 402 и 404 магнитного сердечника, размещенную соответственно на каждой проставочной части 136 и 138. Продолговатые отверстия 106 и 110 проходят через каждую часть 402 и 404 магнитного сердечника, и первичные и вторичные обмотки 108 и 112 проводника проходят или пропущены через каждую часть 402 и 404 магнитного сердечника. Первичные обмотки 108 проводника могут осуществлять соединение с источником 406 электрической энергии, а вторичные обмотки 112 проводника могут осуществлять соединение с нагрузкой 408, которая может быть переменной нагрузкой. Источник 406 электричества может являться генератором напряжения или иным устройством для проведения электрического тока через обмотки 108 проводника, чтобы создавать магнитное поле вокруг первичных обмоток 108 проводника и вызывать протекание магнитного потока вокруг продолговатых отверстий 106 и 110, проходящих через узел 100 датчика магнитного потока и части 402 и 404 сердечника. Как рассмотрено выше, узел 400 может включать в себя больше, чем две обмотки 108 и 112, и может также быть выполнен как индуктор, если только одна обмотка пропущена через оба продолговатых отверстия 106 и 110.
[0037] Подобно тому, что обсуждалось ранее, по меньшей мере проставочная часть 136 может включать в себя промежуток 409, сформированный промежутками 314 и 316 в проставочных пластинах 140 для обмоток 128 проводника датчика, чтобы осуществить соединение с узлом 410 проверки протекания магнитного потока. Узел 410 проверки протекания магнитного потока может включать в себя устройство для обнаружения и/или измерения протекания магнитного потока в месте расположения каждой обмотки 128 проводника датчика для отверстий 114-122 для датчика. Узел 410 проверки протекания магнитного потока или устройство может включать в себя или может представлять собой осциллограф для отображения электрического сигнала в каждой конкретной обмотке 128 проводника датчика, который соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки 128 проводника датчика в отверстиях 114-122 для датчика.
[0038] Каждая часть 402 и 404 магнитного сердечника может включать в себя множество пластин 412 магнитного сердечника или слоистых элементов, уложенных друг на друга в стопу, как проиллюстрировано в приведенном в качестве примера варианте осуществления на ФИГ. 4. Пластины 412 могут быть выполнены из того же материала, что и пластины 104 датчика, которые обладают способностью поглощения магнитного потока, как описано в настоящем документе. На ФИГ. 5 показан вид сверху примера пластины 412 магнитного сердечника или слоистого элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Приведенная в качестве примера пластина 412 магнитного сердечника, проиллюстрированная и на ФИГ. 5, может быть использована в конфигурации или узле трансформаторного типа, такого как приведенный в качестве примера трансформаторный узел 400, проиллюстрированный на ФИГ. 4. Пластина 412 магнитного сердечника включает в себя первое продолговатое отверстие 502 и второе продолговатое отверстие 504. Второе продолговатое отверстие 504 может быть выполнено параллельно первому продолговатому отверстию 502, чтобы обеспечить пропуск обмотки или обмоток 108 и 122 проводника через уложенные в стопу пластины 412 магнитного сердечника, образующие части 402 и 404 магнитного сердечника.
[0039] Каждая пластина 412 магнитного сердечника также может включать в себя множество отверстий 506, которые выровнены с отверстиями 310 в проставочных пластинах 140 и отверстиями 134 и 135 в пластинах 104 сердечника датчика потока с образованием собранного трансформатора 400.
[0040] На ФИГ. 6А показано сечение примера электромагнитного устройства 600, включающего в себя узел 602 датчика магнитного потока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Приведенное в качестве примера электромагнитное устройство может быть индукторным узлом, если имеется обмотка только с одним проводником, или трансформаторным узлом, если обеспечены первичные и вторичные обмотки проводника. Вторичный проводник 612 и нагрузка 616 показаны линиями воображаемого контура или пунктирными линиями на ФИГ. 6А для иллюстрации примера трансформаторной конфигурации. Узел 602 датчика магнитного потока в сердечнике может быть схож с узлом 100 датчика магнитного потока в сердечнике, описанном со ссылкой на ФИГ. 1; однако электромагнитное устройство 600 может включать в себя одно отверстие для обмоток проводника. Соответственно, электромагнитное устройство 600 может включать в себя часть 604 сердечника датчика потока. Подобно тому, что было описано ранее, часть 604 сердечника датчика потока может включать в себя множество пластин 606 датчика потока или слоистых элементов, уложенных друг на друга в стопу, как показано на ФИГ. 6А. На ФИГ. 6В показан вид сверху примера пластины 606 датчика потока или слоистого элемента для использования с узлом 602 датчика магнитного потока в сердечнике в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Электромагнитное устройство 600 может включать в себя по меньшей мере одно продолговатое отверстие 608 через указанную часть 604 сердечника датчика потока и через иные компоненты электромагнитного устройства 600 для приема обмотки 610 или обмоток проводника Как описано выше, электромагнитное устройство 600 может быть индукторным узлом только с одной обмоткой 610 или обмотками проводника или может включать в себя по меньшей мере одну вторичную обмотку 612 в трансформаторной конфигурации, в которой обмотка 610 может являться первичной обмоткой. Обе первичные и вторичные обмотки 610 и 612 могут быть пропущены через одно и то же продолговатое отверстие 608, но могут быть отделены в пространственном отношении или изолированы одна от другой, подобно тому, что описано в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267. Обмотки 610 могут быть соединены с источником 614 электричества. Источник электричества может являться генератором напряжения или иным источником электрической энергии. Если электромагнитное устройство 600 представляет собой трансформатор и включает в себя вторичные обмотки 612, вторичные обмотки 612 могут быть соединены с нагрузкой 616. Электрический ток, протекающий через обмотку 610 или обмотки проводника, создает магнитное поле вокруг обмотки 610 проводника, а магнитное поле создает протекание магнитного потока (проиллюстрировано стрелкой 617 на ФИГ. 2В) вокруг указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 608 в части 604 сердечника датчика потока и другой части сердечника электромагнитного устройства 600.
[0041] Каждая пластина 606 датчика потока для части 602 сердечника датчика потока также может включать в себя множество пар отверстий 618-626 для датчика, размещенных относительно указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 608. Указанное множество пар отверстий 618-626 для датчика размещено для предотвращения значительного нарушения протекания магнитного потока в указанной части 602 сердечника датчика и для использования при обнаружении протекания магнитного потока на различных расстояниях от кромки 628 указанного по меньшей мере одного продолговатого отверстия 608. Указанное множество пар отверстий 618-626 для датчика может быть размещено аналогично отверстиям 114-122 для датчика, описанным со ссылкой на ФИГ. 2А и 2В. Указанное множество пар отверстий 618-626 для датчика может быть размещено на обеих продольных сторонах продолговатого отверстия 608, как показано на ФИГ. 6В, или еще в одном варианте осуществления указанное множество пар отверстий 618-626 для датчика может быть размещено только на одной продольной стороне продолговатого отверстия 608. Соответственно, отверстия для датчика размещены для поддержки обмоток 630 проводника датчика или датчиков, выполненных в виде рамочной антенны, распределенных в указанной части 602 сердечника датчика для обнаружения плотности магнитного потока на заданных расстояниях от продолговатого отверстия 608. Структура распределения отверстий 618-626 для датчика и датчиков, выполненных в виде рамочной антенны, должна минимально влиять на протекание магнитного потока в слоистом элементе или сердечнике 602.
[0042] Обмотка 630 проводника датчика или датчики, выполненные в виде рамочной антенны, может/могут быть пропущена/пропущены или проходить через каждую пару отверстий 618-626 для датчика. Протекание магнитного потока в сердечнике 604 датчика потока создает электрический сигнал в каждой конкретной обмотке 630 проводника датчика. Этот электрический сигнал в конкретной обмотке 630 проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки 630 проводника датчика или связанных отверстиях 618-626 для датчика.
[0043] Проставочная часть 632 может быть размещена на противоположных сторонах сердечника 604 датчика потока. Каждая проставочная часть 632 может включать в себя множество проставочных пластин 634 или слоистых элементов, схожих с проставочной пластиной 140, описанной со ссылкой на ФИГ. 3, за исключением того, что проставочная пластина 634 может быть по существу С-образной формы и может включать в себя только одно отверстие 636, схожее с отверстием 310 или 312 на ФИГ. 3. Обмотка 610 проводника пропущена через отверстие 636 в проставочной части 632 аналогично тому, как проиллюстрировано на ФИГ. 6А. Каждая проставочная пластина 634 также может включать в себя промежуток, схожий с промежутком 314 или 316 в проставочной пластине 140 (ФИГ. 3), которые образуют промежуток 636 или отверстие для обмоток 630 датчика через каждую пару отверстий 618-626 для датчика, чтобы осуществить соединение с устройством 638 для обнаружения протекания магнитного потока. Устройство 638 для обнаружения протекания магнитного потока может измерять интенсивность магнитного потока в каждом месте расположения обмоток 630 проводника датчика через отверстия 618-626 для датчика. Подобно тому, что было описано ранее, устройство 638 для обнаружения и протекания магнитного потока может представлять собой осциллограф для отображения формы волны электрического сигнала на каждой обмотке 630 проводника датчика, который соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения каждой конкретной обмотки проводника датчика, пропущенной через отверстия 618-626 для датчика.
[0044] Электромагнитное устройство 600 также может включать в себя часть 640 магнитного сердечника, размещенную на каждой проставочной части 632. Указанное по меньшей мере одно продолговатое отверстие 628 проходит через часть 640 магнитного сердечника, а обмотка 610 проводника проходит через каждую часть 640 магнитного сердечника. Часть 640 магнитного сердечника может быть выполнена из стопы пластин 642 магнитного сердечника, схожих с теми, которые были описаны ранее. Каждая пластина 642 магнитного сердечника или слоистый элемент может быть схожа/схож с пластиной 412 магнитного сердечника на ФИГ. 5, за исключением того, что выполнена/выполнен с одним продолговатым отверстием, таким как отверстие 502, для приема обмоток 610 проводника.
[0045] На ФИГ. 7А и 7В (обобщенно ФИГ. 7) показаны блок-схемы примера способа 700 обнаружения и измерения интенсивности магнитного потока в сердечнике электромагнитного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 700 может быть использован с узлом 100 датчика потока и электромагнитными устройствами 400 и 600, описанными со ссылкой на ФИГ. 1, 4 и 6.
[0046] В блоке 702 может быть обеспечен узел датчика магнитного потока, включающий в себя часть датчика магнитного потока. Указанная часть датчика магнитного потока может включать в себя по меньшей мере одно продолговатое отверстие для проводной обмотки или обмоток проводника и множество пар отверстий для датчика для обмоток датчика. Отверстия для датчика могут быть продолговатыми отверстиями, выполненными гораздо меньшими, чем продолговатое отверстие для обмотки или обмоток проводника. Каждая пара отверстий для датчика может быть размещена на заданном расстоянии вдоль продольной протяженности продолговатого отверстия и на выбранном отличающемся расстоянии от кромки продолговатого отверстия, чтобы по существу свести к минимуму или предотвратить прерывание протекания магнитного потока в сердечнике электромагнитного устройства. Отверстия для датчика из каждой пары могут быть параллельны друг другу, и каждая пара отверстий для датчика может быть параллельна продолговатому отверстию. Указанная часть датчика потока может включать в себя множество пластин датчика потока или слоистых элементов, уложенных друг на друга в стопу, чтобы сформировать части датчика потока, аналогично описанным ранее.
[0047] В блоке 704 единичный проводник или обмотка датчика или множество проводников или обмоток датчика могут проходить или быть намотаны через каждую пару отверстий для датчика. Проводники или обмотки датчика выполнены с возможностью соединения с устройством для обнаружения магнитного потока или устройством для измерения потока. Подобно описанному выше, устройство для обнаружения магнитного потока или устройство для измерения может быть осциллографом для отображения форм сигнала, соответствующих протеканию магнитного потока в месте расположения каждой обмотки проводника датчика через отверстия для датчика.
[0048] В блоке 706 проставочная часть может быть выполнена на противоположных сторонах указанной части датчика магнитного потока. Проставочная часть может являться стопой из множества проставочных пластин или слоистых элементов на противоположных сторонах стопы пластин датчика потока или слоистых элементов. Пластины могут быть уложены в стопу параллельно друг другу, аналогично описанному ранее.
[0049] В блоке 708 индукторные или трансформаторные части сердечника могут быть выполнены на каждой из проставочных частей. Аналогично описанному ранее, части сердечника могут включать в себя по меньшей мере одно продолговатое отверстие для обмотки или обмоток. Индукторная конфигурация будет включать в себя одну обмотку или обмотки, а трансформаторная конфигурация или узел будет включать в себя первичную обмотку и по меньшей мере одну вторичную обмотку. Указанное по меньшей мере одно продолговатое отверстие будет выровнено с указанным по меньшей мере одним отверстием в пластинах датчика.
[0050] В блоке 710 обмотка с одним проводником или множество первичных обмоток проводника может проходить или быть намотана через указанное по меньшей мере одно продолговатое отверстие. Проводники могут иметь по существу квадратное или прямоугольное сечение, схожее с тем, которое описано в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267. Первичные проводники могут быть размещены рядом друг с другом в продолговатом отверстии или щелевом отверстии в один ряд.
[0051] В блоке 712, если электромагнитное устройство является трансформатором, а вторичная обмотка с одним проводником или множество вторичных обмоток проводника может проходить или быть намотана через продолговатое отверстие или может проходить или быть намотана через второе продолговатое отверстие. Вторичные обмотки проводника могут также иметь квадратное или прямоугольное сечение. Вторичные обмотки могут быть размещены рядом друг с другом в продолговатом отверстии или щелевом отверстии в один ряд. Вторичные обмотки могут быть размещены возле первичных проводников в том же продолговатом отверстии, или еще в одном варианте осуществления вторичные обмотки проводника могут быть выполнены в отдельном продолговатом отверстии, схожим с тем, которое описано в заявке на патент США с серийным номером 13/553,267.
[0052] В блоке 714, если электромагнитное устройство является трансформатором, первичная обмотка или первичные обмотки проводника могут быть соединены с источником электричества и вторичная обмотка или первичные обмотки проводника могут быть соединены с нагрузкой.
[0053] В блоке 716 электрический ток может быть пропущен через первичную обмотку или первичные обмотки проводника, чтобы создавать магнитное поле вокруг проводника или проводников. Сердечник электромагнитного устройства может быть выполнен таким, чтобы вызывать поглощение сердечником по существу всего магнитного поля. Магнитный поток создается в сердечнике магнитным полем.
[0054] В блоке 718 протекание магнитного потока в сердечнике может быть обнаружено и/или измерено с использованием узла датчика магнитного потока, схожего с тем, который изображен в настоящем документе. Протекание магнитного потока создает электрический сигнал в обмотке проводника или обмотках датчика, выполненных через каждую пару отверстий для датчика, как описано в настоящем документе. Этот электрический сигнал в конкретной обмотке проводника датчика соответствует протеканию магнитного потока в месте расположения конкретной обмотки проводника датчика через отверстия для датчика.
[0055] Терминология, использованная здесь, служит только в целях описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения настоящего изобретения. Как использовано в настоящем описании, формы единственного числа английских артиклей "a", "an" и "the" предназначены для включения в себя также и форм множественного числа, если из контекста явно не следует иное. Также следует понимать, что выражения "содержит" и/или "содержащий", при использовании в настоящем документе, указывают на наличие указанных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.
[0056] Хотя в настоящем раскрытии были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что любое расположение, которое рассчитывается для достижения той же цели, может быть заменено для конкретных показанных вариантов осуществления, и что варианты осуществления в данном документе имеют другие применения в других внешних средах. Настоящая заявка предназначена для охвата любых изменений или вариантов настоящего изобретения. Последующая формула изобретения не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения конкретными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.