Dispositivo sensor de corriente de montaje superficial.

Dispositivo sensor de corriente de montaje superficial.

Sensor de corriente que comprende un transformador de corriente en el que el citado transformador comprende:

un núcleo, un devanado primario y un devanado secundario, estando dispuestos los citados devanados alrededor de al menos parte del núcleo en el que dicho sensor es un dispositivo de montaje superficial (SMD) y en el que sobre el devanado primario se dispone un sobremoldeado que proporciona una barrera sólida que separa físicamente el devanado primario del devanado secundario.

Dispositivo sensor de corriente de montaje superficial.

La presente invención hace referencia a un dispositivo sensor de corriente que tiene la particularidad de ser adecuado para su utilización en montajes sobre circuito impreso, es decir, es un dispositivo de montaje superficial (también conocidos como SMD, por la expresión en inglés “Surface Mounting Device”) .

El principio de funcionamiento del dispositivo sensor se basa en la utilización de un transformador de instrumentación para efectuar una medición de corriente. En el transformador de la presente invención, el sensor está separado del primario del transformador, permite una alta frecuencia de muestreos de la corriente que fluye a través del primario del transformador y dispone de una error de amplitud reducido (menor al 2.5%)

Existen múltiples dispositivos en el estado de la técnica que se refieren a la utilización de transformadores de instrumentación para mediciones de corrientes eléctricas tales como el documento de Patente norteamericana US4630218.

Además, se conoce que en las fuentes modernas de energía eléctrica se disponen sistemas de protección conmutados que incorporan este tipo de sensores de corriente. Un ejemplo de sensores en esta aplicación particular se da a conocer por ejemplo en el documento de Patente norteamericana US2012/0236611.

En aplicaciones tales como inversores y cargadores de batería DC/DC para vehículos eléctricos e híbridos (también conocidos como HEV, por la expresión en inglés “Hybrid-Electric Vehicles”) se requieren sensores que ocupen el menor espacio posible y que soporten la mayor potencia posible. Adicionalmente, para tener una gestión adecuada de conmutación se requieren controles digitales que sean mejores que los convencionales controles por modulación de ancho de pulso (PWM, por sus siglas en inglés) y que este control se lleve a cabo mediante un muestreo a una frecuencia muy alta (entre 70 KHz y 200 KHz) de la corriente que fluye a través de los conductores.

Los sensores de la técnica conocidos son difícilmente utilizables en aplicaciones en que se requiere un sensor que sea un dispositivo de montaje superficial (SMD) debido a las restricciones de tamaño. Los requerimientos de los diferentes estándares internacionales en cuanto a distancias entre devanados, distancia entre núcleo y devanados, etc. impiden la utilización de dispositivos convencionales.

En consecuencia, la presente invención da a conocer un sensor de corriente con una disposición tal que permite la incorporación de un transformador sensor de corriente en dimensiones de un dispositivo SMD, manteniendo las características de seguridad y cumpliendo con los parámetros propuestos por estándares tales como IEC-61558 y UL-1950. En concreto, la presente invención da a conocer un sensor de corriente que comprende un transformador de corriente en el que el citado transformador comprende:

-un núcleo;

- un devanado primario; y

- un devanado secundario

estando dispuestos los citados devanados alrededor de al menos parte del núcleo, caracterizado porque dicho sensor es un dispositivo de montaje superficial (SMD) , y porque sobre el devanado primario se dispone un sobremoldeado que proporciona una barrera sólida que separa físicamente el devanado primario del devanado secundario. Esta barrera física permite un mayor aislamiento lo que permite reducir la distancia entre devanados incrementando el aislamiento entre ellos.

En una realización preferente, el núcleo es un núcleo en forma de “E” que comprende una base, dos brazos laterales y un brazo central. Esta realización es particularmente ventajosa, ya que la forma del núcleo es más parecida a la forma cúbica de los dispositivos de montaje superficial. Además esta forma permite obtener un dispositivo simétrico y que el núcleo sea desmontable, si se requiere, para su reemplazo. En este tipo de núcleo, el devanado primario y el secundario se disponen alrededor del brazo central y los brazos laterales funcionan también como elementos estructurales del dispositivo aumentando la robustez.

Preferentemente, el devanado primario es un devanado de una vuelta y el devanado secundario es de más de una vuelta. Más en concreto, el devanado secundario dispone de al menos 50 vueltas para aplicaciones en la industria del HEV.

En realizaciones particulares, el núcleo comprende un sobremoldeado independiente del sobremoldeado del devanado primario y el devanado secundario comprende, a su vez, un sobremoldeado independiente del sobremoldeado del devanado primario y/o del núcleo. Esto aumenta la barrera física existente entre devanados y entre los devanados y el núcleo haciendo que el dispositivo pueda soportar mayores corrientes limitando, de esta manera, la aparición de arcos eléctricos.

Más preferentemente, el núcleo se encuentra unido de manera desmontable al devanado primario y al devanado secundario.

Dado que el devanado primario, es un devanado de una vuelta, basta con disponer de un conductor eléctrico con un resalte destinado a recibir el núcleo. Este resalte puede tener, en concreto, una forma de “omega”, que es una forma ampliamente conocida en el ámbito, por ejemplo, de los perfiles metálicos.

Por otra parte, en realizaciones particulares de la presente invención, el devanado secundario se dispone sobre un formador de devanados.

En cuanto a materiales se refiere, el formador de devanados podría comprender un polímero de cristal líquido, el núcleo es, preferentemente, un núcleo que comprende una aleación de Manganeso-Zinc y/o Cobalto amorfo.

Adicionalmente, el devanado primario puede estar construido a partir de Níquel, Plata, Oro y/o alguna aleación de Estaño.

Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realización del dispositivo objeto de la presente invención.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un dispositivo sensor de corriente según la presente invención La figura 2 muestra una vista superior del dispositivo de la figura 1

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un despiece mecánico del dispositivo de las figuras 1 y 2.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva de los devanados de un dispositivo según la presente invención La figura 5 muestra una vista superior esquemática de un dispositivo según la presente invención.

La figura 6 muestra una sección por VI-VI de la figura 5.

Las figuras 1 y 2 muestran un sensor de corriente -1- que presenta una primera zona -3- correspondiente al devanado primario -31- del transformador, una segunda zona -4- correspondiente al devanado secundario del transformador comprendiendo la citada segunda zona -4- pines -41- de salida de una señal proporcional a la corriente que circula a través del devanado primario -31-.

El principio del sensor de corriente de la presente invención se basa en la utilización de un transformador de instrumentación. De esta manera no se manipula la corriente eléctrica que pasa a través de un conductor, la medición se realiza a partir del campo magnético inducido por esa corriente en un núcleo. Por tanto, la presente invención además de ser un dispositivo sensor de corriente también puede aplicarse como un medidor de corriente.

Este tipo de mediciones permite la medición de corrientes muy altas sin necesidad de tener un contacto directo con ellas ya que, si se efectuara dicho contacto, los dispositivos relacionados deberían tener un volumen considerable.

En la figura 3, se puede observar mejor la disposición de este transformador de instrumentación. En concreto, se observa un núcleo en forma de “E” seccionado en dos partes -51- y -52-. Cada una de dichas partes dispone de dos brazos laterales y un brazo central -511- la parte -51-, y -521- la parte -52- que al unirse en el sensor se conectan eléctricamente.

Por otro lado, el sensor comprende un devanado primario -31- y un devanado secundario -43-. En la realización preferente descrita el devanado primario -31- dispone de una vuelta y el devanado secundario -43-puede llegar a comprender entre 50 y 200 vueltas, aunque un experto en la materia sabría calcular la relación del numero de vueltas del primario y el secundario para otras realizaciones.

Tal y como se puede observar en la figura 3, la presente invención dispone de un encapsulado individual para cada uno de los devanados, de esta manera existe una barrera física entre ellos que impide que se generen arcos eléctricos o pérdidas. Esto es particularmente relevante en cuanto a que el dispositivo de la presente invención, preferentemente,...

1. Sensor de corriente que comprende un transformador de corriente en el que el citado transformador comprende:

-un núcleo;

- un devanado primario; y

- un devanado secundario

estando dispuestos los citados devanados alrededor de al menos parte del núcleo caracterizado porque dicho sensor es un dispositivo de montaje superficial (SMD) y porque sobre el devanado primario se dispone un sobremoldeado que proporciona una barrera sólida que separa físicamente el devanado primario del devanado secundario.

2. Sensor de corriente, según la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo es un núcleo en forma de “E” que comprende una base, dos brazos laterales y un brazo central.

3. Sensor de corriente, según la reivindicación 2, caracterizado porque el devanado primario y el secundario se disponen alrededor del brazo central.

4. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el transformador dispone de una vuelta en el devanado primario y más de una en el devanado secundario.

5. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo comprende un sobremoldeado independiente del sobremoldeado del devanado primario.

6. Sensor de corriente, según la reivindicación 5, caracterizado porque el devanado secundario comprende un sobremoldeado independiente del sobremoldeado del devanado primario y/o del núcleo.

7. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo se encuentra unido de manera desmontable al devanado primario y al devanado secundario.

8. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el devanado primario comprende un resalte destinado a recibir el núcleo.

9. Sensor de corriente, según la reivindicación 8, caracterizado porque el devanado primario tiene una forma de “omega”.

10. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo es un núcleo que comprende una aleación de Manganeso-Zinc.

11. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el devanado secundario se dispone sobre un formador de devanados.

12. Sensor de corriente, según la reivindicación 11, caracterizado porque el formador de devanados comprende un polímero de cristal líquido.

13. Sensor de corriente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el devanado primario comprende Níquel, Plata, Oro y/o alguna aleación de Estaño.

14. Medidor de corriente caracterizado porque comprende un sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1-13.