(57)【要約】      （修正有）【課題】電力管理のための変圧器コア磁束制御を提供する。【解決手段】電磁デバイス１００は、磁束コア１０２と、磁束コアを通る開口部１０４，１０６とを含む。導体巻線１０８、１１０が開口部内に受け入れられ、磁束コアを通じて延伸する。導体巻線を通じて流れる電流によって、導体巻線の周囲に磁場が生成され、磁束コア内の開口部の周囲に磁束流が生成される。電磁デバイスは、磁束コア内の磁束レベルを検出するためのコア磁束センサ装置１２０をも含む。電磁デバイスは、加えて、磁束コア内の磁束レベルを制御するために、導体巻線を通じて流れる電流を調整するコア磁束制御システム１０１を含む。【選択図】図１
2015038986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束コアと、
前記磁束コアを通る開口部と、
前記開口部内に受け入れられ、前記磁束コアを通って延伸する導体巻線であって、該導体巻線を通じて流れる電流によって、該導体巻線の周囲に磁場が生成され、前記磁束コア内の前記開口部の周囲に磁束流が生成される、導体巻線と、
前記磁束コア内の磁束レベルを検出するためのコア磁束センサ装置と、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムと、を備える電磁デバイス。
【請求項２】
前記コア磁束センサ装置が、
前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されているセンサ孔対であって、前記磁束コア内の磁束流の乱れを最小限に抑えながら、磁束流を検知するのに使用するために、前記磁束コアを通る前記開口部に対して位置付けられているセンサ孔対と、
前記センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が前記センサ導体巻線内に第１の電気信号を生成し、前記センサ導体巻線内の前記第１の電気信号が前記センサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、センサ導体巻線と、を備える、請求項１に記載の電磁デバイス。
【請求項３】
前記コア磁束センサ装置が、
前記開口部から、前記センサ孔対よりも長い距離をおいて前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されている第２のセンサ孔対であって、該第２のセンサ孔対の箇所における磁束流を検知するための第２のセンサ孔対と、
前記第２のセンサ孔対を通る第２のセンサ導体巻線であって、磁束流が該第２のセンサ導体巻線内に第２の電気信号を生成し、該第２のセンサ導体巻線内の前記第２の電気信号が前記第２のセンサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、第２のセンサ導体巻線と、を備える、請求項２に記載の電磁デバイス。
【請求項４】
各センサ孔が細長い開口部である、請求項３に記載の電磁デバイス。
【請求項５】
前記磁束コアを通る前記開口部が、少なくとも前記導体巻線を受け入れるために細長い開口部である、請求項１に記載の電磁デバイス。
【請求項６】
第２の細長い開口部と、
二次導体巻線であって、前記コア磁束制御システムが、前記コア内の磁束レベルに基づいて、前記コア内の磁束レベルおよび該二次導体巻線の電力出力を制御するように、前記導体巻線を通じて流れる前記電流を調整する、二次導体巻線と、をさらに備える請求項５に記載の電磁デバイス。
【請求項７】
前記コア磁束制御システムが、前記磁束コア内の所定の磁束レベルを維持するために、前記導体巻線における巻き数を調整するように適合されている、請求項１に記載の電磁デバイス。
【請求項８】
前記コア磁束センサ装置が、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束コア内の磁束レベルを検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピーク電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項１に記載の電磁デバイス。
【請求項９】
前記コアの少なくとも一部を通る制御巻線をさらに備え、前記コア磁束制御システムが、前記コア内の磁束レベルを制御するために、前記制御巻線内を流れる電流を増大または低減する、請求項１に記載の電磁デバイス。
【請求項１０】
前記コア磁束センサ装置が、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束コア内の磁束レベルを検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記制御巻線を通じて流れる前記電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピーク電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記制御巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項９に記載の電磁デバイス。
【請求項１１】
磁束コアと、
前記磁束コアの磁束センサコア部と、
前記磁束センサコア部を通る少なくとも１つの細長い開口部と、
前記少なくとも１つの細長い開口部内に受け入れられ、前記磁束センサコア部を通って延伸する導体巻線であって、該導体巻線を通じて流れる電流によって、該導体巻線の周囲に磁場が生成され、前記磁束センサコア部内の前記少なくとも１つの細長い開口部の周囲に磁束流が生成される、導体巻線と、
前記センサコア部内の磁束流が著しく乱れることを防止するために、および、前記少なくとも１つの細長い開口部の端部から複数の異なる距離において磁束流を検知するのに使用するために、前記少なくとも１つの細長い開口部に対して位置付けられている複数のセンサ孔対と、
各センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が各センサ導体巻線内に電気信号を生成し、特定のセンサ導体巻線内の前記電気信号が前記特定のセンサ導体巻線の箇所における磁束流に対応する、センサ導体巻線と、
各センサ導体巻線の箇所における磁束レベルを検出するためのコア磁束センサと、
前記磁束センサコア部の対向する両側面上に配置されるスペーサ部であって、該スペーサ部が開口部を備え、前記導体巻線が該スペーサ部の開口部を通る、スペーサ部と、
各スペーサ部上に配置されている前記磁束コアの磁芯部であって、前記少なくとも１つの細長い開口部が該磁芯部を通じて延伸し、前記導体巻線が各磁芯部を通じて延伸し、前記スペーサ部が、各センサ孔対を通る前記センサ導体巻線が各センサ導体巻線の箇所における磁束流を検知するために、前記コア磁束センサに接続するための間隙を備える、磁芯部と、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムと、を備える電磁デバイス。
【請求項１２】
前記複数のセンサ孔対が、前記少なくとも１つの細長い開口部の長手方向面に沿って互いに或る間隔をおいた第１のセンサ孔対および第２のセンサ孔対を備え、前記第２のセンサ孔対が、前記少なくとも１つの細長い開口部の前記長手方向面の端部から、前記第１のセンサ孔対よりも長い距離を隔てている、請求項１１に記載の電磁デバイス。
【請求項１３】
前記磁束センサコア部および前記磁芯部を通る前記少なくとも１つの細長い開口部に平行な第２の細長い開口部であって、前記導体巻線が該第２の細長い開口部を通り、前記前記導体巻線を通じて流れる電流が、前記導体巻線の周囲の磁場と、前記磁束センサコア部および前記磁芯部内の該第２の細長い開口部の周囲の別の磁束流とを生成する、第２の細長い開口部と、
前記第２の細長い開口部、前記少なくとも１つの細長い開口部および前記スペーサ部の開口部を通る第２の導体巻線と、をさらに備える請求項１２に記載の電磁デバイス。
【請求項１４】
前記コア磁束センサが、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束センサコア部内の磁束流を検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピークソース電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項１１に記載の電磁デバイス。
【請求項１５】
電磁デバイス内の磁束流を制御するための方法であって、
前記電磁デバイスの磁束コア内の磁束レベルを検出するステップと、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記電磁デバイスの前記磁束コア内の開口部を通じて延伸する導体巻線を通じて流れるソース電流を調整するステップであって、前記導体巻線を通じて流れる前記ソース電流の振幅が磁束レベルに対応する、ステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記ソース電流を調整し、前記磁束コア内で所定の磁束レベルを維持するために、前記導体巻線における巻き数を調整するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに磁束レベルを検出するステップと、
磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、前記導体巻線を通じて流れる電流を増大させるステップと、
磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して、前記導体巻線を通じて流れる電流を低減するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記コア内の磁束レベルを制御するために、制御巻線内を流れる電流の量を増大または低減するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
磁束レベルが前記導体巻線を通じて流れるピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、前記制御巻線内を流れる電流の量を増大させるステップと、
磁束レベルが前記導体巻線を通じて流れるピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して、前記制御巻線内を流れる電流の量を低減するステップと、をさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されているセンサ孔対であって、前記磁束コア内の磁束流の乱れを最小限に抑えながら、磁束流を検知するのに使用するために、前記磁束コアを通る前記開口部に対して位置付けられているセンサ孔対を提供するステップと、
前記センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が前記センサ導体巻線内に第１の電気信号を生成し、前記センサ導体巻線内の前記第１の電気信号が前記センサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、センサ導体巻線を提供するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、変圧器および誘導子のような電磁デバイスに関し、より詳細には、電力管理のために電磁デバイスのコアにおける磁束を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導子、変圧器および類似のデバイスのような電磁デバイスは磁芯（コア）を含み、磁芯において、磁芯と関連付けられる導体巻線を通じて電流が流れるのに応答して、磁束流が生成され得る。磁芯内の電流（ＡＣ）が増大すると、コア内のインダクタンスが増大する（デバイス内のエネルギー貯蔵が増大する）。電力源に接続されている一次巻線および負荷に接続されている二次巻線を含む変圧器構成において、電力源によって供給される電流または電圧の変化が、二次巻線に伝達するための磁芯内に貯蔵されているエネルギーを大きく変化させ得る。たとえば、変圧器の一次巻線に落雷があると、その結果として、二次巻線に極端に高い電圧および電流レベルが伝達される可能性があり、これによって負荷に損傷を与えるおそれがある。したがって、変圧器および他の電磁デバイス内の磁束流のレベルを制御することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第１３／５５３２６７号
【特許文献２】米国特許出願第１３／７７３１３５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によれば、電磁デバイスは、磁束コアと、磁束コアを通る開口部とを含んでもよい。導体巻線が開口部内に受け入れられ、磁束コアを通じて延伸する。導体巻線を通じて流れる電流によって、導体巻線の周囲に磁場が生成され、磁束コア内の開口部の周囲に磁束流が生成される。電磁デバイスは、磁束コア内の磁束レベルを検出するためのコア磁束センサ装置をも含んでもよい。電磁デバイスは、加えて、磁束コア内の磁束レベルを制御するために、導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムを含んでもよい。
【０００５】
一実施形態によれば、電磁デバイスは、磁束センサコア部と、磁束センサコア部を通る少なくとも１つの細長い開口部とを含んでもよい。導体巻線が少なくとも１つの細長い開口部内に受け入れられ、磁束センサコア部を通じて延伸する。導体巻線を通じて流れる電流によって、導体巻線の周囲に磁場が生成され、磁束センサコア部内の少なくとも１つの細長い開口部の周囲に磁束流が生成される。センサコア部内の磁束流が著しく乱れることを防止するために、および、少なくとも１つの細長い開口部の端部から複数の異なる距離において磁束レベルを検知するのに使用するために、少なくとも１つの細長い開口部に対して、複数のセンサ孔対が位置付けられてもよい。電磁デバイスは、各センサ孔対を通るセンサ導体巻線をも含んでもよい。磁束流は、各センサ導体巻線内に電気信号を生成する。特定のセンサ導体巻線内の電気信号は、その特定のセンサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する。電磁デバイスは、加えて、各センサ導体巻線の箇所における磁束レベルを検出するためのコア磁束センサを含んでもよい。磁束センサコアの対向する両側にスペーサ部が配置されてもよい。スペーサ部は開口部を含んでもよく、導体巻線は、スペーサ部開口部を通ってもよい。磁束コア部が各スペーサ部に配置されてもよい。少なくとも１つの細長い開口部は、磁束コア部を通じて延伸し、導体巻線は、各磁束コア部を通じて延伸する。スペーサ部は、各センサ孔対を通るセンサ導体巻線が、各センサ導体巻線の箇所における磁束レベルを検出するために、コア磁束センサに接続するための間隙を含んでもよい。電磁デバイスは、磁束コア内の磁束レベルを制御するために、導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムをさらに含んでもよい。
【０００６】
［請求項１］
磁束コアと、
前記磁束コアを通る開口部と、
前記開口部内に受け入れられ、前記磁束コアを通って延伸する導体巻線であって、該導体巻線を通じて流れる電流によって、該導体巻線の周囲に磁場が生成され、前記磁束コア内の前記開口部の周囲に磁束流が生成される、導体巻線と、
前記磁束コア内の磁束レベルを検出するためのコア磁束センサ装置と、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムと、を備える電磁デバイス。
［請求項２］
前記コア磁束センサ装置が、
前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されているセンサ孔対であって、前記磁束コア内の磁束流の乱れを最小限に抑えながら、磁束流を検知するのに使用するために、前記磁束コアを通る前記開口部に対して位置付けられているセンサ孔対と、
前記センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が前記センサ導体巻線内に第１の電気信号を生成し、前記センサ導体巻線内の前記第１の電気信号が前記センサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、センサ導体巻線と、を備える、請求項１に記載の電磁デバイス。
［請求項３］
前記コア磁束センサ装置が、
前記開口部から、前記センサ孔対よりも長い距離をおいて前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されている第２のセンサ孔対であって、該第２のセンサ孔対の箇所における磁束流を検知するための第２のセンサ孔対と、
前記第２のセンサ孔対を通る第２のセンサ導体巻線であって、磁束流が該第２のセンサ導体巻線内に第２の電気信号を生成し、該第２のセンサ導体巻線内の前記第２の電気信号が前記第２のセンサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、第２のセンサ導体巻線と、を備える、請求項２に記載の電磁デバイス。
［請求項４］
各センサ孔が細長い開口部である、請求項３に記載の電磁デバイス。
［請求項５］
前記磁束コアを通る前記開口部が、少なくとも前記導体巻線を受け入れるために細長い開口部である、請求項１に記載の電磁デバイス。
［請求項６］
第２の細長い開口部と、
二次導体巻線であって、前記コア磁束制御システムが、前記コア内の磁束レベルに基づいて、前記コア内の磁束レベルおよび該二次導体巻線の電力出力を制御するように、前記導体巻線を通じて流れる前記電流を調整する、二次導体巻線と、をさらに備える請求項５に記載の電磁デバイス。
［請求項７］
前記コア磁束制御システムが、前記磁束コア内の所定の磁束レベルを維持するために、前記導体巻線における巻き数を調整するように適合されている、請求項１に記載の電磁デバイス。
［請求項８］
前記コア磁束センサ装置が、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束コア内の磁束レベルを検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピーク電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項１に記載の電磁デバイス。
［請求項９］
前記コアの少なくとも一部を通る制御巻線をさらに備え、前記コア磁束制御システムが、前記コア内の磁束レベルを制御するために、前記制御巻線内を流れる電流を増大または低減する、請求項１に記載の電磁デバイス。
［請求項１０］
前記コア磁束センサ装置が、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束コア内の磁束レベルを検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記制御巻線を通じて流れる前記電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピーク電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記制御巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項９に記載の電磁デバイス。
［請求項１１］
磁束コアと、
前記磁束コアの磁束センサコア部と、
前記磁束センサコア部を通る少なくとも１つの細長い開口部と、
前記少なくとも１つの細長い開口部内に受け入れられ、前記磁束センサコア部を通って延伸する導体巻線であって、該導体巻線を通じて流れる電流によって、該導体巻線の周囲に磁場が生成され、前記磁束センサコア部内の前記少なくとも１つの細長い開口部の周囲に磁束流が生成される、導体巻線と、
前記センサコア部内の磁束流が著しく乱れることを防止するために、および、前記少なくとも１つの細長い開口部の端部から複数の異なる距離において磁束流を検知するのに使用するために、前記少なくとも１つの細長い開口部に対して位置付けられている複数のセンサ孔対と、
各センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が各センサ導体巻線内に電気信号を生成し、特定のセンサ導体巻線内の前記電気信号が前記特定のセンサ導体巻線の箇所における磁束流に対応する、センサ導体巻線と、
各センサ導体巻線の箇所における磁束レベルを検出するためのコア磁束センサと、
前記磁束センサコア部の対向する両側面上に配置されるスペーサ部であって、該スペーサ部が開口部を備え、前記導体巻線が該スペーサ部の開口部を通る、スペーサ部と、
各スペーサ部上に配置されている前記磁束コアの磁芯部であって、前記少なくとも１つの細長い開口部が該磁芯部を通じて延伸し、前記導体巻線が各磁芯部を通じて延伸し、前記スペーサ部が、各センサ孔対を通る前記センサ導体巻線が各センサ導体巻線の箇所における磁束流を検知するために、前記コア磁束センサに接続するための間隙を備える、磁芯部と、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されているコア磁束制御システムと、を備える電磁デバイス。
［請求項１２］
前記複数のセンサ孔対が、前記少なくとも１つの細長い開口部の長手方向面に沿って互いに或る間隔をおいた第１のセンサ孔対および第２のセンサ孔対を備え、前記第２のセンサ孔対が、前記少なくとも１つの細長い開口部の前記長手方向面の端部から、前記第１のセンサ孔対よりも長い距離を隔てている、請求項１１に記載の電磁デバイス。
［請求項１３］
前記磁束センサコア部および前記磁芯部を通る前記少なくとも１つの細長い開口部に平行な第２の細長い開口部であって、前記導体巻線が該第２の細長い開口部を通り、前記前記導体巻線を通じて流れる電流が、前記導体巻線の周囲の磁場と、前記磁束センサコア部および前記磁芯部内の該第２の細長い開口部の周囲の別の磁束流とを生成する、第２の細長い開口部と、
前記第２の細長い開口部、前記少なくとも１つの細長い開口部および前記スペーサ部の開口部を通る第２の導体巻線と、をさらに備える請求項１２に記載の電磁デバイス。
［請求項１４］
前記コア磁束センサが、ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに、前記磁束センサコア部内の磁束流を検出し、前記コア磁束制御システムが、磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる電流を増大させ、且つ、磁束流が前記ピークソース電流の前記所定レベルよりも高くなっていることに応答して前記導体巻線を通じて流れる前記電流を低減するように適合されている、請求項１１に記載の電磁デバイス。
［請求項１５］
電磁デバイス内の磁束流を制御するための方法であって、
前記電磁デバイスの磁束コア内の磁束レベルを検出するステップと、
前記磁束コア内の磁束レベルを制御するために、前記電磁デバイスの前記磁束コア内の開口部を通じて延伸する導体巻線を通じて流れるソース電流を調整するステップであって、前記導体巻線を通じて流れる前記ソース電流の振幅が磁束レベルに対応する、ステップと、を含む方法。
［請求項１６］
前記ソース電流を調整し、前記磁束コア内で所定の磁束レベルを維持するために、前記導体巻線における巻き数を調整するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
［請求項１７］
ピークソース電流が前記導体巻線を通じて流れているときに磁束レベルを検出するステップと、
磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、前記導体巻線を通じて流れる電流を増大させるステップと、
磁束レベルが前記ピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して、前記導体巻線を通じて流れる電流を低減するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。
［請求項１８］
前記コア内の磁束レベルを制御するために、制御巻線内を流れる電流の量を増大または低減するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
［請求項１９］
磁束レベルが前記導体巻線を通じて流れるピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、前記制御巻線内を流れる電流の量を増大させるステップと、
磁束レベルが前記導体巻線を通じて流れるピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して、前記制御巻線内を流れる電流の量を低減するステップと、をさらに含む請求項１８に記載の方法。
［請求項２０］
前記磁束コアの少なくとも一部を通じて形成されているセンサ孔対であって、前記磁束コア内の磁束流の乱れを最小限に抑えながら、磁束流を検知するのに使用するために、前記磁束コアを通る前記開口部に対して位置付けられているセンサ孔対を提供するステップと、
前記センサ孔対を通るセンサ導体巻線であって、磁束流が前記センサ導体巻線内に第１の電気信号を生成し、前記センサ導体巻線内の前記第１の電気信号が前記センサ導体巻線の箇所における磁束レベルに対応する、センサ導体巻線を提供するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。
【０００７】
さらなる実施形態によれば、電磁デバイスの磁束レベルを制御するための方法は、電磁デバイスの磁束コア内の磁束レベルを検出する工程を含んでもよい。方法は、磁芯内の磁束レベルを制御するために、電磁デバイスの磁束コアを通る開口部を通じて延伸する導体巻線を通じて流れる電源電流を調整する工程をも含んでもよい。導体巻線を通じて流れる電源電流の量または振幅は、磁束レベルに対応する。
【０００８】
以下の実施形態の詳細な説明は、本開示の特定の実施形態を示す添付の図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態による電磁デバイスおよびコア磁束制御システムの一例の側断面図である。
【図２】本開示の一実施形態による磁束センサコアプレートまたは積層体の一例の上面図である。
【図３】本開示の一実施形態によるスペーサプレートまたは積層体の一例の上面図である。
【図４】本開示の一実施形態による磁芯プレートまたは積層体の一例の上面図である。
【図５】図１の例示的な電磁デバイスおよびコア磁束制御システムの概略ブロック図である。
【図６】本開示の一実施形態による、電力管理のために電磁デバイス内の磁束を制御するための方法の一例の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施形態の詳細な説明は、本開示の特定の実施形態を示す添付の図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱するものではない。異なる複数の図面において、同様の参照符号は同じ要素または構成要素を指し得る。
【００１１】
本開示の一実施形態によれば、線形誘導子は、磁芯を通る１つのみのまたは複数の導電体ワイヤ巻線を有する電磁デバイスである。別の実施形態によれば、線形変圧器は、１つまたは複数の線形一次導電体ワイヤ巻線および１つまたは複数の線形二次導電体ワイヤ巻線が磁芯を通る電磁デバイスである。磁芯は一体形であってもよく、磁芯の周りに一次導電体および二次導電体を巻く必要はない。磁芯は一体形であってもよいが、一体型磁芯は、複数の積層プレートまたは積層体から形成されてもよい。電流は一次導電体を通じて伝導されてもよい。一次導電体内の電流からの磁束が磁芯によって吸収される。一次ワイヤ内の電流が低減すると、磁芯は起電力を二次ワイヤに伝達（放出）する。線形変圧器の特徴は、一次導体および二次導体が磁芯を直線的に通ることである。１つのコアが独立型デバイスとして使用されてもよく、または、より長い線形露出が必要とされる一連の２つ以上のコアが使用されてもよい。この変圧器の別の特徴は、一次導体内の電流によって生成される磁場全体または磁場の少なくとも相当部分がコアによって吸収され、二次導体内に放出されることである。この変圧器のコアは、電流によって生成される磁場の実質的に全体がコアによって吸収されるような、かつ、磁束が実質的に完全にコアによって包含されるようなサイズにされてもよく、またはそのような寸法を含んでもよい。これによって、銅損が非常に低く、エネルギー伝達効率が高く、熱放射が低く、放射妨害波が非常に低い、効率の高い変圧器が形成される。加えて、線形変圧器は、既存の構成よりも体積および重量が最小で約５０％低い。線形変圧器、誘導子および類似のデバイスのような線形電磁デバイスは、本出願と同じ譲受人に譲受され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題する２０１２年７月１９日に提出された米国特許出願第１３／５５３２６７号（特許文献１）により詳細に記載されている。磁芯磁束センサアセンブリは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｒｅ  Ｆｌｕｘ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題する２０１３年２月２１日に提出された米国特許出願第１３／７７３１３５号（特許文献２）により詳細に記載されている。
【００１２】
図１は、本開示の一実施形態による電磁デバイス１００およびコア磁束制御システム１０１の一例の側断面図である。電磁デバイス１００は、磁束コア１０２を含んでもよい。本明細書においてより詳細に説明するように、コア磁束制御システム１０１は、磁束コア１０２内の磁束レベルを制御するために、導体巻線を通じて流れる電流を調整するように構成されてもよい。第１の開口部１０４および第２の開口部１０６が、磁束コア１０２を通じて形成されてもよい。第１の開口部１０４および第２の開口部１０６は、図２および図４に示すものと同様の細長い開口部であってもよい。図１に示す例示的な電磁デバイス１００は、変圧器として構成されてもよく、一次導体巻線１０８と二次導体巻線１１０とを含んでもよい。一次導体巻線１０８は第１の開口部１０４および第２の開口部１０６を通じて延伸してもよく、電力源１１２に結合されてもよい。電力源１１２は、電圧源であってもよい。二次導体巻線１１０も第１の開口部１０４および第２の開口部１０６を通じて延伸してもよく、負荷１１４に結合されてもよい。負荷１１４は、可変負荷であってもよい。一次導体巻線１０８を通じて流れる電流によって、一次導体巻線１０８の周囲に磁場が生成され、図２および図４内の矢印１１６および１１８が示すように、磁束コア１０２内に磁束流が生成される。磁束コア１０２内の磁束流は、細長い開口部１０４および１０６を通る一次導体巻線１０８（図１）内の電流の向きおよび右手の法則のために、矢印１１６および１１８が示すように、それぞれの細長い開口部１０４および１０６を中心として反対の向きになる。右手の法則に基づいて、細長い開口部１０４を通じて一次導体巻線１０８内で図２の紙面に流れ込む電流は、図２の例において矢印１１６の向きにおける磁束流を引き起こし、細長い開口部１０６を通る同じ一次導体巻線１０８内で紙面を流れ出る電流は、矢印１１８の向きにおける磁束流を引き起こす。
【００１３】
図１に示す例示的な電磁デバイス１００は、磁束コア１０２を通る第１の開口部１０４および第２の開口部１０６ならびに開口部１０４および１０６を通る一次導体巻線１０８および二次導体巻線１１０を有するものとして記載されているが、他の実施形態は、単一の開口部を有してもよい。一次導体巻線および二次導体巻線は、単一の開口部を通じて延伸して、変圧器として構成される電磁デバイスを形成してもよい。別の実施形態において、単一の導体巻線が、磁束コアを通る単一の開口部を通じて延伸してもよい。単一の導体巻線を有する電磁デバイスは、誘導子として構成される。巻線の数および使用によって、電磁デバイスが誘導子であるか、または変圧器であるかが決まる。
【００１４】
電磁デバイス１００は、磁束コア１０２内の磁束レベルを検出するためのコア磁束センサ装置１２０をも含んでもよい。電磁デバイス１００の磁束コア１０２は、コア磁束センサ装置１２０の一部であってもよい磁束センサコア部１２２を含んでもよい。磁束センサコア部１２２は、互いに積層されている複数の磁束センサコアプレート１２４または積層体を含んでもよい。図２も参照すると、図２は、本開示の一実施形態による磁束センサコアプレート１２４または積層体の一例の上面図である。磁束センサコア部１２２の各磁束センサコアプレート１２４は、第１のセンサ孔対１２８ａおよび１２８ｂと、第２のセンサ孔対１３０ａおよび１３０ｂとを含んでもよく、これらは、第１のセンサ孔対１２８ａおよび１２８ｂならびに第２のセンサ孔対１３０ａおよび１３０ｂの各々のそれぞれの箇所における磁束流１１６のレベルを検知するのに使用される。第１のセンサ孔対１２８ａおよび１２８ｂならびに第２のセンサ孔対１３０ａおよび１３０ｂは、少なくとも１つの長手方向面、または、細長い開口部１０４の最長寸法を有する面に沿って配置されてもよい。第１のセンサ孔対１２８ａおよび１２８ｂは、開口部１０４の端部１３２から、センサ孔１２８ｂの、開口部１０４の端部１３２から最も遠いところまでの距離「Ｄ１」にあってもよい。第２のセンサ孔対１３０ａおよび１３０ｂは、開口部１０４の端部１３２から、センサ孔１３０ｂの、上記端部１３２から最も遠いところまでの距離「Ｄ２」にあってもよい。各センサ孔対の間の間隔は、距離「Ｄ１」のほぼ半分であってもよい。センサ孔対１２８および１３０は、磁束コア１０２の磁束センサコア部１２２内の磁束流１１６の乱れを最小限に抑えながら、開口部１０４からの異なる距離における磁束流１１６のレベルを検知するのに使用するために、磁束コア１０２を通る開口部１０４に対して位置付けられる。
【００１５】
センサ導体巻線１３４（図１）が第１のセンサ孔対１２８ａおよび１２８ｂを通じて延伸し、コア磁束センサデバイス１３６に接続する。第２のセンサ導体巻線１３８が第２のセンサ孔対１３０ａおよび１３０ｂを通じて延伸し、コア磁束センサデバイス１３６に接続する。センサ孔対１２８および１３０は、センサ導体巻線１３４および１３８を受け入れるために、図２に示すように実質的に細長くてもよく、または、センサ孔対１２８および１３０は、センサ導体巻線１３４および１３８の特定の形状およびサイズを受け入れるための何らかの他の形状およびサイズであってもよい。磁束流１１６は、センサ導体巻線１３４および１３８の各々の中に電気信号を生成する。各センサ導体巻線１３４および１３８内の電気信号の振幅は、各センサ導体巻線１３４および１３８またはセンサ孔対１２８および１３０のそれぞれの箇所における磁束流のレベルに対応する。コア磁束センサデバイス１３６は、センサ孔対１２８および１３０ならびにセンサ導体巻線１３４および１３８のそれぞれの箇所における、磁束コア１０２内の磁束流を検出して、磁束流のレベルを測定するためのオシロスコープまたは他のデバイスであってもよい。センサ導体巻線１３４および１３８は、下記により詳細に説明するようなループアンテナセンサを画定する。コア磁束センサ装置１２０は、センサ孔対１２８、１３０と、センサ孔対１２８および１３０を通るセンサ導体巻線１３４および１３８と、コア磁束センサデバイス１３６とを含んでもよい。
【００１６】
図１に示す例示的な電磁デバイス１００は、２のセンサ孔対１２８および１３０を有するものとして記載されているが、単一のセンサ孔対および単一のセンサ導体巻線を有してもよく、または、磁束コア内の複数の異なる箇所における磁束レベルを検出または測定するのに使用するための、３以上のセンサ孔対およびセンサ導体巻線を有してもよい。
【００１７】
磁束センサコアプレート１２４は、磁束を吸収することが可能な材料から作成されてもよい。たとえば、磁束センサコアプレート１２４は、ケイ素鋼合金、ニッケル−鉄合金、または、本明細書に記載するものと同様の磁束を吸収することが可能な他の金属材料から作成されてもよい。一実施形態において、磁束コア１０２は、約２０重量％の鉄および約８０重量％のニッケルを含むニッケル−鉄合金であってもよい。磁束センサコアプレート１２４は、実質的に方形もしくは矩形であってもよく、または、電磁デバイス１００の用途、および、電磁デバイスが位置し得る環境に応じて何らかの他の幾何形状であってもよい。
【００１８】
別の実施形態によれば、複数のセンサ孔対１２８および１３０ではなく、複数の単一のセンサ孔があってもよい。磁束センサコア部１２２内の磁束流が著しく乱れることを防止するために、および、少なくとも１つの細長い開口部１０４の端部１３２から複数の異なる距離において磁束流を検知するのに使用するために、少なくとも１つの細長い開口部１０４に対して、各センサ孔が位置付けられてもよい。センサ導体巻線は、各単一のセンサ孔の中の単一のワイヤまたはアンテナ素子であってもよい。単一のセンサ孔は、実質的に円形もしくは輪状であってもよく、または、単一のワイヤもしくはアンテナ素子のサイズおよび形状に適合するように成形されてもよい。
【００１９】
複数の磁束センサコアプレート１２４を、図１に示すようなスタックにともに組み立てるための締結具を受け入れるために、磁束センサコアプレート１２４の各々の中に孔１４０が形成されてもよい。
【００２０】
電磁デバイス１００は、各外側磁束センサコアプレート１２４上に配置されるスペーサ部１４２および１４４をも含んでもよい。各スペーサ部１４２および１４４は、互いに積層されているスペーサプレート１４６を含んでもよい。スペーサプレート１４６は、非磁性材料、または、電気絶縁体もしくは誘電体である材料から作成されてもよい。図３も参照すると、図３は、本開示の一実施形態によるスペーサプレート１４６または積層体の一例の上面図である。スペーサプレート１４６は、図３に示すように、実質的に「Ｅ」字形状であってもよい。スペーサプレート１４６は、メインセグメント３０２と、メインセグメント３０２の中央部から延伸する中央セグメント３０４と、メインセグメント３０２の対向する両端から延伸する２つの外側セグメント３０６および３０８とを含んでもよい。スペーサ部１４２および１４４を形成するために積層される複数のスペーサプレート１４６は、図３に示す実施形態におけるような、２つの外側セグメント３０６および３０８と中央セグメント３０４との間に形成される開口部３１０および３１２を提供する。一次導体巻線１０８および二次導体巻線１１０は、開口部３１０および３１２を通るか、またはそれらを通じて延伸する。
【００２１】
各スペーサプレート１４６は、各センサ孔対１２８および１３０を通るセンサ導体巻線１３４および１３８（図１および図２）が、各センサ導体巻線１３４および１３８ならびに関連付けられるセンサ孔対１２８および１３０の箇所における磁束レベルを検出するためにコア磁束センサデバイス１３６に接続するための、１つまたは複数の間隙３１４および３１６をも含んでもよい。各スペーサプレート１４６は、電磁デバイス１００の構成要素をともに保持するための保持デバイスまたは締結具を受け入れるために、磁束センサコアプレート１２４内の孔１４０と位置整合することになる孔３１８をも含んでもよい。
【００２２】
電磁デバイス１００は、それぞれ各スペーサ部１４２および１４４上に配置される磁芯部１４８および１５０をも含む。細長い開口部１０４および１０６が各磁芯部１４８および１５０を通じて延伸し、一次導体巻線１０８および二次導体巻線１１０が各磁芯部１４８および１５０を通じて延伸するか、またはそれらを通る。
【００２３】
各磁芯部１４８および１５０は、図１における実施形態に示すように、互いに積層されている複数の磁芯プレート１５２または積層体を含んでもよい。磁芯プレート１５２は、本明細書に記載するように、同様の磁束を吸収することが可能な磁束センサコアプレート１２４と同じ材料から作成されてもよい。図４も参照すると、図４は、本開示の一実施形態による磁芯プレート１５２または積層体の一例の上面図である。磁芯プレート１５２は、図１における開口部１０４に対応する第１の細長い開口部４０２と、開口部１０６に対応する第２の細長い開口部４０４とを含む。第２の細長い開口部４０４は、１つまたは複数の導体巻線１０８および１１０が、磁芯部１４８および１５０を形成する積層磁芯プレート１５２を通ることを可能にするために、第１の細長い開口部４０２に平行であってもよい。磁芯プレートまたは積層体がともに積層されて磁芯部１４８および１５０を形成すると、各磁芯プレート１５２内の開口部４０２および４０４は、それぞれ開口部１０４および１０６を形成する。
【００２４】
各磁芯プレート１５２は、電磁デバイス１００の磁束コア１０２（図１）を組み立てるための締結具などを受け入れるために、スペーサプレート１４６内の孔３１８および磁束センサコアプレート１２４内の孔１４０と位置整合することになる複数の孔４０６をも含んでもよい。
【００２５】
コア磁束制御システム１０１（図１）は、コア磁束制御デバイス１５４を含んでもよい。コア磁束制御デバイス１５４は、電磁デバイス１００の磁束コア１０２内の磁束レベルを制御するために、一次導体巻線１０８を通じて流れる電流を調整するように構成されてもよい。コア磁束制御デバイス１５４は、一次導体巻線１０８と結合されていてもよく、コア磁束センサデバイス１３６から、磁束レベルに対応する制御入力信号を受信してもよい。コア磁束制御デバイス１５４は、コア磁束センサデバイス１３６によって検出または測定された磁束レベルに応答して、一次導体巻線１０８を通じて流れる電流を調整することができる。コア磁束制御デバイス１５４は、磁束コア１０２内で所定の磁束レベルを維持することができるように、一次導体巻線１０８における巻き数を調整するように適合されてもよい。一実施形態によれば、コア磁束制御システム１０１は、磁束コア１０２の開口部１０４および１０６を通る追加の巻線または１つもしくは複数の制御巻線１５６を含んでもよい。制御巻線１５６は、コア磁束制御デバイス１５４に結合される。コア磁束制御デバイス１５４は、電力源１１２を１つまたは複数の制御巻線１５６に接続し、それによって、一次導体巻線１０８の巻き数を調整するように適合されてもよい。コア磁束制御デバイス１５４は、追加の一次巻線または制御巻線１５６をスイッチインまたはスイッチアウトすることが可能であることに加えて、磁束コア１０２内の磁束流のレベルを制御するために、制御巻線１５６内を流れる電流の振幅または量を制御することもできる。
【００２６】
コア磁束センサ装置１２０は、ピークソース電流が一次導体巻線１０８を通じて流れているときに、磁束コア１０２内の磁束レベルを検出することができる。コア磁束制御デバイス１５４は、磁束レベルがピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して一次導体巻線１０８および／または制御巻線１５６を通じて流れる電流を増大させ、磁束流のレベルがピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して一次導体巻線１０８および／または制御巻線１５６を通じて流れる電流を低減するように適合されてもよい。
【００２７】
図５は、図１の例示的な電磁デバイス１００およびコア磁束制御システム１０１の概略ブロック図である。前述のように、コア磁束センサデバイス１３６が、電磁デバイス１００の磁束コア１０２内の磁束流を検出し、磁束コア１０２内の磁束流のレベルを測定する。コア磁束センサデバイス１３６は、その磁束レベルに対応する信号をコア磁束制御デバイス１５４に提供する。コア磁束制御デバイス１５４は、磁束コア１０２内の磁束レベルを制御するために、１つまたは複数の一次導体巻線１０８を通じて流れる電流を調整するように構成される。コア磁束制御デバイス１５４は、磁束コア１０２内で所定の磁束レベルを維持するために、導体巻線における巻き数を調整するように適合されてもよい。たとえば、コア磁束センサデバイス１３６は、ピークソース電流が一次導体巻線１０８を通じて流れているときに、磁束コア１０２内の磁束レベルを検出することができる。コア磁束制御デバイス１５４は、磁束レベルがピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、一次導体巻線１０８を通じて流れる電流を増大させるか、または電流の振幅を増大させることができ、磁束流のレベルがピーク電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して一次導体巻線１０８を通じて流れる電流、または電流の振幅を低減することができる。
【００２８】
前述のように、コア磁束制御デバイス１５４は、１つまたは複数の、追加の巻線もしくは制御巻線１５６にも接続されてもよい。一次導体巻線１０８内を流れる電流の量または振幅を制御することに加えて、コア磁束制御デバイス１５４は、制御巻線１５６をスイッチインまたはスイッチアウトすることもでき、磁束コア１０２内の磁束レベルをさらに制御するために、制御巻線１５６内を流れる電流を増大または低減することができる。
【００２９】
図６は、本開示の一実施形態による、電力管理のために電磁デバイス内の磁束を制御するための方法６００の一例の流れ図である。６００の方法は、図１の電磁デバイス１００およびコア磁束制御システム１０１または同様のシステムによって実行されてもよい。ブロック６０２において、磁束コア内の磁束流が検出され、コア内の磁束流のレベルが測定され得る。前述のように、コア磁束センサ装置が、磁束コア内の磁束流およびレベルを検出してもよい。前述のものと同様の磁芯の少なくとも一部の中に少なくとも一対のセンサ孔が形成されてもよく、センサ導体巻線が少なくとも一対のセンサ孔に通されて、磁束流およびレベルを検出するためのループセンサアンテナを形成してもよい。磁束流によって、センサ導体巻線またはループアンテナ内に電気信号が生成される。電気信号の振幅が、磁束コア内の磁束レベルに対応する。
【００３０】
ブロック６０４において、磁束コアを通る導体巻線を通じて流れる電流が、コア内の磁束レベルを制御するために、検出または測定された磁束レベルに応答して調整され得る。代替的に、または加えて、制御巻線内の電流が、電流を増大または低減することによってコア内の磁束流レベルを制御するために、検出または測定された磁束レベルに応答して調整されてもよい。磁束レベルは、所定の磁束レベルを維持するために一次巻線の巻き数を調整することによっても、制御または調整されてもよい。
【００３１】
ブロック６０６において、磁束レベルがピークソース電流の所定レベルよりも低くなっていることに応答して、一次導体巻線もしくは制御巻線またはその両方の中を流れる電流が増大され得る。
【００３２】
ブロック６０８において、磁束レベルがピークソース電流の所定レベルよりも高くなっていることに応答して、一次導体巻線もしくは制御巻線またはその両方の中を流れる電流が低減され得る。
【００３３】
本明細書において使用される用語は特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示に対する限定であるようには意図されない。本明細書において使用される場合、単数形は、文脈が明瞭に別途指示していない限り、複数形も含むように意図されている。「備える」という用語は、本明細書において使用されるとき、記述されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを規定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループが存在することまたはそれらが加わることを除外するものではないことがさらに理解されよう。
【００３４】
特定の実施形態を本明細書において例示および説明してきたが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成を、示されている特定の実施形態に代えることができること、および、本明細書における実施形態は他の環境においては他の用途を有することを当業者は諒解する。本出願は、本開示の任意の適応形態および変形形態を包含するように意図されている。添付の特許請求の範囲は、本開示の範囲を本明細書に記載する特定の実施形態に限定するようには決して意図されていない。
【符号の説明】
【００３５】
１００  電磁デバイス
１０１  コア磁束制御システム
１０２  磁束コア
１０４  開口部
１０６  開口部
１０８  一次導体巻線
１１０  二次導体巻線
１１２  電力源
１１４  負荷
１１６  磁束流
１１８  磁束流
１２０  コア磁束センサ装置
１２２  磁束センサコア部
１２４  磁束センサコアプレート
１２８  センサ孔対
１２８ａ  センサ孔
１２８ｂ  センサ孔
１３０  センサ孔対
１３０ａ  センサ孔
１３０ｂ  センサ孔
１３２  端部
１３４  センサ導体巻線
１３６  コア磁束センサデバイス
１３８  センサ導体巻線
１４０  孔
１４２  スペーサ部
１４６  スペーサプレート
１４８  磁芯部
１５２  磁芯プレート
１５４  コア磁束制御デバイス
１５６  制御巻線
３０２  メインセグメント
３０４  中央セグメント
３０６  外側セグメント
３１０  開口部
３１４  間隙
３１８  孔
４０２  開口部
４０４  開口部
４０６  孔
【図１】
2015038986.tif 000003
【図２】
2015038986.tif 000004
【図３】
2015038986.tif 000005
【図４】
2015038986.tif 000006
【図５】
2015038986.tif 000007
【図６】
2015038986.tif 000008
【外国語明細書】
2015038986000001.pdf