專利名稱：用于耦合信號到導(dǎo)線的電感耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
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(dǎo)線進行高頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。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(shè)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圈，和電感耦合器的線圈為變壓器的次級線圈。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(gòu)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圈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(shè)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(dāng)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(zhuǎn)變中，會發(fā)生電絕緣材料的應(yīng)力破裂。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(dǎo)線的電感耦合器。電感耦合器包括(a)具有導(dǎo)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(dǎo)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。


圖1為電力線上的電感耦合器的主視圖和剖視圖；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；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視圖。
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M00-35000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(dǎo)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(gòu)成的分離磁芯，所述上磁芯和下磁芯被成型以使得當(dāng)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的線圈130。線圈130用于與調(diào)制解調(diào)器或者其他通信設(shè)備(未示出)連接。在圖1中，線圈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(gòu)成內(nèi)層140B、外層140A、端層 140C和端層140D。電絕緣材料的層150設(shè)置在外層140A、端層140C和端層140D上方。下磁芯125由可壓縮材料包裹，所述可壓縮材料構(gòu)成內(nèi)層145B、外層145A、端層 145C和端層145D。電絕緣材料的層155被成型為三維形狀并且設(shè)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。在圖 1-3的橫截面圖中，層155顯示為具有設(shè)置在外層145A上的部分155A和設(shè)置在內(nèi)層145B 上的部分155B。內(nèi)層140B、外層140A、端層140C和端層140D的可壓縮材料具有比層150的電絕緣材料的硬度小的硬度。在成型的過程中，當(dāng)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為上磁芯120提供環(huán)境密封。外層145A、內(nèi)層145B、端層145C和端層145D的可壓縮材料具有比層155的電絕緣材料的硬度小的硬度。在成型的過程中，當(dāng)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。采用邵氏A型硬度計進行檢測，外層140A和145A、內(nèi)層140B和145B和端層140C、 140D、145C、145D的可壓縮材料優(yōu)選具有大約10到大約100之間的硬度。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 D2M0-04提供硬度測試程序。在實際操作中，電感耦合器100會遇到各種溫度和環(huán)境條件，例如，酷暑、寒冬、 雨、雪和冰等。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?？p隙內(nèi)會積存水，其后水會結(jié)冰和膨脹，也就是凍脹，進一步加重縫隙，并且導(dǎo)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(dǎo)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 禾口 145A、內(nèi)層 140B 禾口 145B、和端層 140C、140D、145C 和 145D 的可壓縮材料還優(yōu)選具有半導(dǎo)體電性特性。因此，當(dāng)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110 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(dǎo)體外殼，所述半導(dǎo)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
1 O術(shù)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(jié)構(gòu)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 破裂的機率。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，上磁芯和下磁芯暴露磁芯面。外層140A禾口 145A、內(nèi)層140B禾口 145B、端層140C、140D、145C和145D(未在圖3 中示出)結(jié)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禾口 145A之間、內(nèi)層140B禾口 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視圖。層400設(shè)置在上磁芯120的外表面上，并且設(shè)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(gòu)成。也就是，層400為絕緣體并且對于上磁芯120 和下磁芯125的包覆成型(over-molding)還是可壓縮的。優(yōu)選地，采用邵氏A型硬度計進行檢測，層400的硬度為大約10到大約100之間。例如，層400可以由硅構(gòu)成。在此描述的技術(shù)為示例性的，并且不應(yīng)該隱含任何對于本發(fā)明的特定的限定。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)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(quán)利要求范圍內(nèi)的替換、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于耦合信號到導(dǎo)線的電感耦合器，包括 磁芯，所述磁芯具有所述導(dǎo)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(dǎo)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，所述可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(quán)利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，采用邵氏A型硬度計進行檢測，所述可壓縮材料的所述硬度為10到100之間。
3.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體電性特征。
4.根據(jù)權(quán)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5到1000歐姆-厘米之間的電阻率。
5.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述導(dǎo)線傳輸從90到600伏特的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述導(dǎo)線傳輸從MOO到35000伏特之間的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合器，其特征在于，所述信號具有大于或等于1兆赫茲的頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耦合信號到導(dǎo)線的電感耦合器。電感耦合器包括(a)具有導(dǎo)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(dǎo)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。可壓縮材料具有比電絕緣材料的硬度小的硬度。
文檔編號H01F38/14GK102360869SQ201110154048
公開日2012年2月22日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)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