(57)【要約】  特に誘導性電力転送システムまたは分散電源システムとともに使用するための、新規性のあるカプラ、カプラハウジングおよびフェライトコア、ならびに関連する要素およびそれらの概念。
2015506100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記２つの部分のそれぞれが、互いに対して摺動可能であり、かつ、前記部分のうちの一方の中に形成された１つ以上のチャンネルを露出する場合を含めて、ともに確実に保持されることを特徴とする、フェライトコア。
【請求項２】
請求項１に記載のコアにおいて、一方の部分が、他方の部分に対して摺動可能であり、かつ、前記部分が互いの方に向けて確実に付勢され続けることを特徴とするコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコアにおいて、一方の部分は、前記他方の部分に対して、少なくとも１つのチャネルを露出するために一方の方向に摺動可能であり、かつ、少なくとも１つの他のチャネルを露出するために別の方向に摺動可能であることを特徴とするコア。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のコアにおいて、摺動動作は、ワイピング効果または清浄効果をもたらす、前記コアの前記部分の、互いに対する移動を含むことを特徴とするコア。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のコアにおいて、ワイヤ据え付け機構は、チャネル内においてワイヤを保持する一方で、前記チャネルを露出させておくために、前記コアの外部に設けられることを特徴とするコア。
【請求項６】
ハウジングと、２つの部分からなるフェライトコアと、を備えるカプラにおいて、配置機構は、前記ハウジングおよび前記フェライトコアの一部分のいずれか一方の上、または両方の上に設けられ、かつ、前記配置機構は、前記フェライトコアの前記一部分の、前記ハウジングに対する移動に抵抗することを特徴とするカプラ。
【請求項７】
請求項６に記載のカプラにおいて、前記係止機構は、共働する突出部を、前記ハウジングおよびコア部のいずれか一方の上に備えるとともに、前記ハウジング用の前記コア部分の前記他方の上に形成された共働する凹み部分を備えることを特徴とするカプラ。
【請求項８】
請求項６または７に記載のカプラにおいて、前記係止機構は、前記コアの一方の部分を前記コアの別の部分に対して正確に位置合わせするために、厳密な位置に設けられることを特徴とするカプラ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のカプラにおいて、複数の係止位置は、前記コアの一方の部分の、前記複数の位置のそれぞれから、前記コアの別の部分に対する移動に抵抗するために設けられることを特徴とするカプラ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記フェライトコアの一方の部分を、前記フェライトコアの他方の部分に向けて、嵌合するように、前記フェライトコアの前記一方の部分の、前記フェライトコアの前記他方の部分に対する移動の範囲を超えて、前記複数の係止位置のうちの２つの最も遠隔した位置の間を付勢するために、スプリング機構が設けられ、前記コアの前記一方の部分の前記位置は、前記コアの他方の部分に対して厳密に位置合わせされることを特徴とするカプラ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記コアの一方の部分の、前記コアの他方の部分に対する移動の一方の範囲は、前記コアの一方の部分におけるチャンネルが、巻線が挿入されるように露出される範囲であり、かつ、他方の範囲は、前記コアの一部分の前記他方のチャンネルの開口部によって画定されることを特徴とするカプラ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記カプラハウジングまたは前記カプラハウジングの一部分は、互いに対する使用時の位置に直線状に整列されると、前記フェライトコアの前記２つの部分に、互いに向けて正の力を及ぼすことを特徴とするカプラ。
【請求項１３】
二次巻線を前記２つの部分からなるフェライトコア上に備えるカプラハウジングにおいて、前記二次巻線は、前記フェライトコア内におけるチャネル内部に保持されることを特徴とするカプラハウジング。
【請求項１４】
前記二次巻線がプリント回路基板上に支承されるカプラハウジング。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載のカプラハウジングにおいて、前記カプラハウジングとともに使用される前記２つの部分からなるフェライトコアの一部分は、前記二次巻線と前記カプラハウジングのベースとの間にはさまれることを特徴とするカプラハウジング。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５の何れか１項に記載のカプラハウジングにおいて、補助カプラまたは補助変圧器のためのさらなる二次巻線が設けられることを特徴とするカプラハウジング。
【請求項１７】
請求項１６に記載のカプラハウジングにおいて、前記さらなる二次巻線は、前記プリント回路基板または別のプリント回路基板上に設けられることを特徴とするカプラハウジング。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のカプラハウジングにおいて、少なくとも１つの付属部品は、前記補助カプラまたは前記補助変圧器から供給される動力によって駆動されることを特徴とするカプラハウジング。
【請求項１９】
前記フェライトコア内に前記コアの長手方向軸に沿って形成された一対のチャンネルを有する２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記コアは、その長さに沿った寸法が、その幅または（前記長手方向軸に垂直な）高さに沿った寸法よりも大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２０】
請求項１９に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも１０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２１】
請求項１９に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも２０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２２】
請求項１９に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも３０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２３】
請求項１９に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも４０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２４】
請求項１９に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも５０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするフェライトコア。
【請求項２５】
請求項１９乃至２４の何れか１項に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、前記コアが変圧器コアであることを特徴とするフェライトコア。
【請求項２６】
変圧器として使用される２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅは、前記コアの磁路の横断面積値であり、Ｌｅは、前記コアの前記磁路長さであり、Ａｅ／Ｌｅは、０．０００２メートルを大幅に超過することを特徴とするフェライトコア。
【請求項２７】
請求項２６に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ｌｅは、０．００５〜０．０１５メートルの領域内にあることを特徴とするフェライトコア。
【請求項２８】
請求項２６に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ｌｅは、０．００８〜０．０１２メートルの領域内にあることを特徴とするフェライトコア。
【請求項２９】
請求項２６に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ｌｅは、０．０１メートルの領域内にあることを特徴とするフェライトコア。
【請求項３０】
変圧器として使用される２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅは、前記磁路の横断面積値であり、Ａｗは、前記コア巻線の横断面積であり、Ａｅ／Ａｗは、１を大幅に超過することを特徴とするフェライトコア。
【請求項３１】
請求項３０に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ａｗは、５よりも大きい領域内にあることを特徴とするフェライトコア。
【請求項３２】
請求項３０に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ａｗは、１０よりも大きい領域内にあることを特徴とするフェライトコア。
【請求項３３】
請求項３０に記載の２つの部分からなるフェライトコアにおいて、Ａｅ／Ａｗは、１５よりも大きい領域内または約２０の何れかであることを特徴とするフェライトコア。
【請求項３４】
請求項１２に記載のカプラにおいて、前記フェライトコアに及ぼされた前記正の力は、前記フェライトコアの部分が直線状に整列している場合には、スイートスポット２１に集中されることを特徴とするカプラ。
【請求項３５】
請求項１２に記載のカプラにおいて、前記フェライトコアに及ぼされた前記正の力は、前記フェライトコアの部分が直線状に整列している場合には、スィートエリア２３に集中されることを特徴とするカプラ。
【請求項３６】
請求項３４または３５に記載のカプラにおいて、前記フェライトコアに及ぼされた前記正の力は、シム２２を通して加えられることを特徴とするカプラ。
【請求項３７】
請求項３６に記載のカプラにおいて、前記シムは、クランプバー１３ａの一部または前記フェライトコアの一方の部分の一部として形成されることを特徴とするカプラ。
【請求項３８】
請求項１２または請求項３４乃至３７の何れか１項に記載のカプラにおいて、ガイド部品は、前記フェライトコアの上側の部分に接合され、前記シムの役割を満たすことを特徴とするカプラ。
【請求項３９】
請求項１２または請求項３８に記載のカプラにおいて、前記ガイド部品は、前記フェライトコアの前記上側の部分が下側の部分に対して摺動すると、摺動面として機能することを特徴とするカプラ。
【請求項４０】
請求項３９に記載のカプラにおいて、前記ガイド部品は、前記フェライトコアの前記上側の部分がチャンネル内部において移動すると、少なくとも１つの摺動面として機能することを特徴とするカプラ。
【請求項４１】
請求項１乃至４０の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて前記フェライトコアの前記２つの部分の合わせ面は、ラッピングされることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４２】
請求項４１に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記ラッピングされた表面は、低粘度潤滑剤で処理されることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４３】
請求項４２に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記低粘度潤滑剤は、シリコーン油、中鎖アルカン、ＰＴＦＥまたはグラファイトであることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４４】
２つのフェライト部分を備えるカプラまたはフェライトコアにおいて、前記２つの部分は、導電ワイヤを挿入するために、前記フェライト部分の少なくとも１つの部分において少なくとも１つのチャンネルを露出するように、並進的または回転的な態様で互いに離間して移動するように構成されることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４５】
請求項４４に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記少なくとも１つのチャンネルにおいて挿入される際にワイヤを清浄するために、少なくとも１つのワイピング表面１４がさらに設けられることを特徴とするフェライトコア。
【請求項４６】
請求項４４または４５に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、使用の際に、前記２つのフェライト部分は、ともに確実に保持されることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４７】
請求項１乃至４６の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアの２つの部分をともに確実に付勢または保持するための手段は、可変力を加えることができるカム機構を含むことを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４８】
請求項１乃至４７の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアの２つの部分をともに確実に付勢するために、１ｋｇから１０ｋｇの間の力が加えられることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項４９】
請求項１乃至４８の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアの２つの部分をともに確実に付勢するために、約１０ｋｇの力が加えられることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５０】
請求項１乃至４９の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアの２つの部分を、１０〜１００ｋＰａの領域内にある圧力でともに確実に付勢するために、力が加えられることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５１】
前記圧力の範囲は、６０〜１００ｋＰａの領域内または６０〜８０ｋＰａの領域内であることを特徴とする請求項５０に記載のカプラまたはフェライトコア。
【請求項５２】
請求項５０に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記圧力は、約８０ｋＰａであることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５３】
請求項１乃至５２の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアは、２つの部分で構成され、一方の部分はＥ型コアであり、他方の部分はＩ型コアであることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５４】
請求項１乃至５２の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアは２つの部分で構成され、一方の部分はＵ型コアであり、他方の部分はＩ型コアであることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５５】
請求項１乃至５２の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアは、２つの部分で構成され、両方の部分がＦ型コアであることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５６】
請求項１乃至５２の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアにおいて、前記フェライトコアは、２つの部分で構成され、前記コアおよびその２つの部分は軸対称であることを特徴とするカプラまたはフェライトコア。
【請求項５７】
請求項１乃至５６の何れか１項に記載のフェライトコアを備えるカプラにおいて、ワイヤが、フェライトコアの部分のチャンネルに挿入される際に、その箇所を保持するための手段を備える挿入チャネル１６をさらに備えることを特徴とするカプラ。
【請求項５８】
請求項５７に記載のカプラにおいて、前記保持するための手段は、挿入チャネル１６のネック部であることを特徴とするカプラ。
【請求項５９】
請求項５７または５８に記載のカプラにおいて、前記保持するための手段は、棘または歯１７または長尺のリッジ部１８の何れかをさらに備えることを特徴とするカプラ。
【請求項６０】
請求項５７乃至５９の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記保持手段は、ワイヤが前記フェライトコアチャンネルに挿入される際に、または挿入されると、圧縮されて保持されることが可能であるように構成されることを特徴とするカプラ。
【請求項６１】
少なくとも１つの、請求項１乃至６０の何れか１項に記載のカプラまたはフェライト変圧器コアを備える配電システム。
【請求項６２】
請求項６１に記載の配電システムにおいて、前記配電システムは、高周波交流（ＨＦＡＣ）型であることを特徴とする配電システム。
【請求項６３】
請求項６１または６２に記載の配電システムにおいて、前記配電システムは、ワイヤのツイストペアを備えることを特徴とする配電システム。
【請求項６４】
請求項６２または６３に記載の配電システムにおいて、前記ＨＦＡＣの動作周波数は、１０〜２００ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする配電システム。
【請求項６５】
請求項６２または６３に記載の配電システムにおいて、前記ＨＦＡＣの前記動作周波数は、４７〜６３ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする配電システム。
【請求項６６】
請求項６２または６３に記載の配電システムにおいて、前記ＨＦＡＣの前記動作周波数は、約５０〜６０ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする配電システム。
【請求項６７】
請求項６２または６３に記載の配電システムにおいて、前記動作周波数は、約５０または６０Ｈｚであることを特徴とする配電システム。
【請求項６８】
請求項６１乃至６７の何れか１項に記載の配電システムにおいて、照明装置の要素に電力を供給するために、請求項１乃至６７の何れか１項に記載のカプラまたはフェライトコアの組み込むことを特徴とする配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電システムで使用されるカプラに関し、具体的には、高周波交流電源を分配するためのシステムで使用されるカプラに関する。
【０００２】
カプラは、誘導的な態様で電力を電源から負荷まで転送するための手段として使用される。
【０００３】
配電システムが、国際公開第２０１０／１０６３７５号パンフレットにおいて開示されている。本出願において開示されるカプラは、その配電システムでの使用に理想的に適合されている。
【０００４】
国際公開第２０１０／１０６３７５号パンフレットにおける配電システムとともに使用されるカプラが、国際公開第２０１０／１０６３７５号パンフレットに開示されている。しかしながら、国際公開第２０１０／１０６３７５号パンフレットに示されるカプラの実施形態は、その効率および配電システム上への設置の容易さに関して制限があった。本発明は、効率を向上させる特性、特に設置の容易さを向上させるための様々な最適化された特性を有する、大幅に改良されたカプラを開示する。本発明は、その他の課題、例えば、２つ以上の部分からなる変圧器の合わせ面を清浄に保ち、電力転送性能を最適化するための要件にも取り組む。
【０００５】
高周波交流電流（ＨＦＡＣ）または高周波交流電圧として電力を分配する際には、（回路電圧を増加させて、良好な電流制御を悪化させる）ＨＦＡＣ回路のインダクタンスを制限し、かつ、損失および干渉の元凶である、大きな交番磁界（Ｈフィールド）を生成する回路の能力を最小限に抑えることが望ましい。これらはいずれも、ＨＦＡＣの送り経路、および戻り経路が略同一である場合に達成される。ツイストペアケーブル（公知のもの）は、この要件を達成する。ケーブルの小さな磁界に連続的な回転を加えて、適度な距離で磁界を相殺することにより、Ｈフィールドをさらに縮小して、ワイヤが容易に分離して使用可能となる。
【０００６】
現時点での、高効率で、よく調整されたカプラは、分割可能でない変圧器コア（例えばトロイダルコア）であり、ムラのない、かつ十分な磁気能力を保証することができる。それらの中心部にＨＦＡＣ担持ワイヤを通す必要がある。これは迅速な設置およびメンテナンスと相容れない。一連のこのようなカプラ中で故障したユニットを取り外すことは特に困難を極める。
【０００７】
カプラは、一次巻線としてＨＦＡＣケーブルのわずか１巻きか２巻きしか使用しないが、カプラによって転送可能な電力は、そのケーブル中の電流に比例する。カプラは、非常に高いループ電流を使用することにより、良好な電力転送を達成する。これらの高電流は、前述のＨＦＡＣ放射損失および放射干渉の欠点をすべて悪化させる。高電流で動作されると、電流ループに高いケーブル静電損が生じることは、システムにとってのさらなるマイナス面である。これは、高周波において、直径の大きいワイヤが、表皮効果によってその横断面積に比例して損失性が増大すると、さらに悪化する。細いワイヤ上で比較的低電流を使用する方が、ケーブル配線のためのコストおよび性能のバランスがはるかに良い。
【０００８】
カプラ変圧器コアのデザインに関して解決されるべき問題は、ツイストペアケーブルで動作可能な、かつ、適度なループ電流だけで相当量の電力転送が提供可能な、分割可能な変圧器コアを製作することである。適切な幾何学的形状、材料およびプロセスは、非常にすぐれたインダクタンスおよび横断面積を付与して、この性能を達成し、かつ、これらの必要な磁気パラメータとの矛盾を軽減するために適切な手段を講じて、繰り返しの使用による汚染および予測不能な変動を管理することが必要である。
【０００９】
本発明がより容易に理解されるように、また、本発明のさらなる特徴が理解されるようにするため、以下の添付図面を参照して、本発明の実施形態について、例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、配電システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３】図３は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図４】図４は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図５】図５は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図６】図６は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図７】図７は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図８】図８は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図９】図９は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図９ａ】図９ａは、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１０】図１０は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１２】図１２は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１３】図１３は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１４】図１４は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１５】図１５は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１６】図１６は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１７】図１７は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１８】図１８は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図１９】図１９は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２０】図２０は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２１】図２１は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２２】図２２は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２３】図２３は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２４】図２４は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２５】図２５は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２６ａ】図２６ａは、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２６ｂ】図２６ｂは、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２７】図２７は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２８】図２８は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図２９】図２９は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３０】図３０は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３１ａ】図３１ａは、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３１ｂ】図３１ｂは、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３２】図３２は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３３】図３３は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３４】図３４は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３５】図３５は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【図３６】図３６は、本発明を具体化するカプラおよびその関連する部品を示す。
【００１１】
図１に示される配電システムは、ツイストペア２Ａを形成するように半分に折られ、ねじられた単ループの絶縁線のために形成された長尺の導体３Ａ、４Ａのツイストペアを使用する。導体３Ａ、４Ａの自由端５Ａ、６Ａは、互いに隣接して位置し、高周波交流電源７Ａに接続されている。
【００１２】
高周波交流電源７Ａは、好ましくは、およそ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数、あるいは４７Ｈｚ〜６３Ｈｚの範囲内の周波数で、ＡＣ１１０Ｖまたは２４０Ｖの本線供給電力を、限定されないが、約５０ｋＨｚで、高周波交流電力に変換するものである。この高周波交流電源は、好ましくは、電流調整または電流制限されたものである。
【００１３】
高周波交流電源は、好ましくは、１０ｋＨｚ超の動作周波数で、限定されないが、１５０Ｖ〜１ｋＶの間の電圧を供給する。動作周波数は、好ましくは、１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚだが、５０ｋＨｚまたは６０ｋＨｚの範囲内の周波数が最も好ましい。ツイストペア２Ａにより画定されるループは、高周波交流電源７Ａに接続される変圧器コイルの１巻きに相当するものである。
【００１４】
配電システム１Ａは、電力分岐素子１０、ここでは「カプラ」を組み込んでいる。カプラは、変圧器として機能する、分割可能なフェライト要素の形態をしたフェライトコア１２を備える。本発明の態様は、フェライト要素、カプラ、およびその他の要素を備えてもよいカプラハウジングに関する。
【００１５】
本発明を具体化するカプラ１０は、図２に示される。
【００１６】
カプラ１０は、変圧器として用いる２つの部分からなるフェライトコア１２を収容する凹部１１が形成されたハウジングを備える。２つの部分からなるフェライトコア１２は、上半部と下半部を組み込んでいる。フェライトコア１２の下半部は、好ましくは、金属製ベースに据え付けられる。金属製ベースはフェライトコア１２と熱連通し、その結果、使用時に、熱はフェライトコア１２から金属製ベースの中へと導通される。一部の実施形態では、ヒートシンクが、金属製ベースに取り付けられて、金属製ベースからさらに熱を放散する。したがって、任意で設けられた金属製ベースおよびヒートシンクは、フェライトコア１２から熱を放散して、カプラがより高い電力レベルで動作することを可能にする。２つの部分からなるフェライトコアの好ましい実施形態は、図９に示される。
【００１７】
ツイストペア２Ａにより画定されるループは、変圧器コイルの１巻きであり、１組のワイヤは、カプラハウジングの凹部に保持されたフェライトコアに配置される。
【００１８】
クランプ機構１３は、２つの部分からなるフェライトコア上方に位置し、コアを凹部内に確実に配置する。
【００１９】
一実施形態では、クランプ機構は、ばね仕掛けの金属フィンガ１３の形態をしている。一実施形態では、フィンガ１３は、好ましくは、一端が自由端であるばね仕掛けのカンチレバーフィンガとして構成され、凹部１１にコアを保持するための保持要素の上面を画定している。フィンガは一端でカンチレバーされるように示されているが、フィンガ１３は、スプリングブリッジをフェライトコア上方に適切に配置するように、カプラハウジングに対する両端部で保持または固定されてもまたよい。好ましくは、フィンガ１３は、カプラハウジングに対する両端部で固定され、フィンガ１３は、断面略Ｕ字形である。フィンガ１３は、分割可能なフェライトコア１２の上側の部分の上面に押圧されるにつれて、弾性的に変形するように構成される。
【００２０】
一実施形態では、フィンガ１３の下側の中心は凹部１１に垂れ下がり、小さな突出部、すなわち丸みのある凸部を支承する。フィンガ中の凸部は、フェライトコア１２の上側の面の丸みのあるくぼみ１５に配置され、フェライトコアを正確にフィンガの下部に配置し、かつ、２つの部分からなるフェライトコアをともに凹部１１の中に押し込む機能を果たす。
【００２１】
好ましい実施形態では、フィンガ１３の下側は、上述の突出部または丸みのある凸部の代わりに設けられる長尺のＵ字形の断面である。長尺のＵ字形の断面は、２つの部分からなるフェライトコア１２の上面に設けられる長尺のチャンネル１５ａに垂れ下がる。長尺のＵ字形断面は、フィンガ１３によって及ぼされる弾性的な力を、２つの部分からなるフェライトコア１２の上面の長さの大半の部分に沿って拡散させる。したがって、長尺のＵ字形領域は、フェライトコア１２の孤立点では力を及ぼさない。Ｕ字形断面は、したがって一点でフェライトコアに力が加えられるその他の構成よりも、フェライトコア１２が破損しにくい。長尺のＵ字形断面は、フェライトコア１２の上面の長尺のチャンネルと長手方向に直線状に整列し、フィンガ１３およびハウジングと直線状に整列してフェライトコア１２を保持する。フィンガ１３のＵ字形断面は、このようにして、２つの部分からなるフェライトコア１２の上半部の回転安定性を向上させる。
【００２２】
フェライトコア１２の２つの部分は、ともにフィンガスプリング１３によって及ぼされる力によって確実に保持される。高周波で動作される場合を含む動作時に、フェライトは、磁歪を示すことがあり、それは時として急速にフェライトの形状を変化させ、その結果振動が生じ、特に、比較的低周波数で、またはカプラ出力に接続された照明部品を調光する場合などのように、高周波領域において低周波数で、動作されたり動作が中断されたりすると、可聴ノイズ音が生じる場合がある。
【００２３】
フィンガスプリング１３は、フェライトコアの２つの部分をともにクランプ固定する機能を果たして、このようなノイズ音および／または振動を防ぐ。
【００２４】
フェライトコア１２の構造は、２部構成であり、好ましくは、２つのチャンネルからなるＥ型コアを備え、２つのチャンネルは、好ましくは、並列して一次巻線ワイヤ２Ａと、さらにカプラの二次巻線も収容する。Ｅ型コアは、Ｉ型コアで蓋をされており、Ｉ型コアは正確にＥ型コア上に位置してチャンネルを閉じ、Ｉ型コアとＥ型コアの直立する側壁との間に、平坦で滑らかな合わせ面を提供する。代替の一実施形態では、フェライト部品は、図２２に示されるように、一次巻線として単一長さ、すなわちツイストペアの一方のワイヤのみを使用するＵ型コアおよびＩ型コアの形態をしていてもよい。このような代替の一実施形態は、一般に、フェライトコアの長さに沿った隣接する位置で、ツイストペアワイヤの「送り」経路および「戻り」経路の両方を使用するので、Ｅ型コアとＩ型コアの実施形態よりも大きな「ノイズ音」を分散電源システムにおいて生じ易い。このような好ましいＥ型コアとＩ型コアの構成は、さらに効率的で、ノイズ音の少ない、均衡した負荷をシステム上に提供する。Ｕ型コアとＩ型コアの構成は、非常に低い電力転送レートで使用することは、依然として普遍的に受け入れられているとはいえ、ゼロから５Ｗまでの範囲においてであり、配電ケーブルが比較的短いところでは、それよりも高い可能性がある。しかしながら、短尺のケーブルは、配電システム全体の汎用性を減ずる場合がある。
【００２５】
効率および電力転送性能を最大化するために、２つのコアの合わせ面が平坦で、かつ滑らかであることが重要である。いくつかの実施形態では、フェライトコア１２の上面は、フィンガスプリング１３上の突起部が、チャンネルを出入りする摺動がし易いように形作られた側縁部を有する長尺のチャンネルを組み込んでいる。例えば、一実施形態では、そのチャンネルまたは各チャンネルは、フェライトコア１２の平面状の上面に対して一方の側縁部が、他方の側縁部よりも浅い角度である２つの長尺の側縁部を有する。
【００２６】
さらなる実施形態では、フェライトコア１２の上面は、平面状ではない。これらの実施形態では、フェライトコア１２の上面は、高くなった領域および低くなった領域を組み込んでいる。一実施形態では、長尺のチャンネルが設けられた上面の領域は高くなっており、その周囲の領域は低くなっている。上面の、高くなった領域と低くなった領域との間の部分は、フィンガスプリング１３上の突起部が、高くなった領域と低くなった領域との間を摺動してチャンネルの中に入ることができるように傾斜している。高くなった領域は、低くなった領域よりも大きな程度でフィンガスプリング１３を変形させて、突起部が低くなった領域で静止しているときと比較して、突起部が高くなった領域で静止しているときに、より大きな力をフィンガスプリング１３がフェライトコア１２に及ぼすようにする。下記の説明から明らかになるように、フェライトコア１２は、フィンガスプリング１３に対して摺動可能に構成される。高くなった部分と低くなった部分があることで、フィンガスプリング１３によってフェライトコア１２の上面に及ぼされる可変力は、フェライトコア１２の上半部がフェライトコア１２の下半部と直線状に整列する際に、フィンガスプリング１３が、上面に大きな力を及ぼすようになっている。フィンガスプリング１３の上半部が、下半部との整列から摺動する際に、上半部が下半部に対して摺動し易いように、フィンガスプリング１３は、上面上に比較的弱い力を及ぼす。この構成は、図３２の誇張した例によって示される。
【００２７】
Ｉ型コアの上側の面に形成されたくぼみまたは長尺のチャンネルは、コアの効率が最大となるように、可能な限り平坦で、浅く、かつ滑らかでなければならない。
【００２８】
コアの一例は、図９に示される。２つの部分からなるコア１２の幾何学的形状およびパラメータは、図１０に示される。
【００２９】
カプラ内の部品がカスタマイズされた電源を必要とする場合には、補助変圧器が任意で設けられる。補助変圧器用のコアの一例は、図１２に示され、補助変圧器がカプラ配線へ接続される態様は、図１３に示される。
【００３０】
図５は、主変圧器／カプラ用の一次巻線を備えるワイヤ２Ａのない凹部１１に配置されたコア１２を示す。
【００３１】
図７は、カプラハウジングのベースに据え付けられたプリント回路基板（ＰＣＢ）１９を示す。一対のユニバーサルクランプコネクタ２０は、工具や熟練した取り付け技術を用いることなく、フォリクルワイヤまたは撚り線などの任意の形態のＤＣワイヤをＰＣＢに取り付けて収容することができる。電力がＬＥＤまたはその他の照明器具、あるいは照明装置に最終的に供給されるように、その他のタイプの接続器具を、ＰＣＢに取り付けてもよい。
【００３２】
ＰＣＢは、Ｅ型コアチャンネルのベースに位置している一対の長尺のＰＣＢレールに沿った主変圧器／カプラの二次巻線を支承する。ＰＣＢは、任意で、図１２に示されるようなコアを有する補助変圧器とともに使用される別の巻線もまた支承し、図６に示されるようなＰＣＢ上に支承されるその他の部品とともに使用してもよい。その主二次巻線または任意の主二次巻線、およびその補助二次巻線または任意の補助二次巻線を支承または両者と接続するための、その他の手段が提供されてもよい。
【００３３】
図６は、Ｅ型コアチャンネルに位置している二次巻線の下に配置された主変圧器のＥ型コアを示すが、ワイヤ２Ａは示されていない。図６は、フィンガスプリング１３によってＥ型コアの上部の場所に配置され、かつ、クランプ固定されたＩ型コアを示す。
【００３４】
カプラには、好ましくは機械的手段と接着との両方によって、カプラハウジングのカプラベースに予め据え付けられ、固定されたＥ型コアが付随している。カプラベースは、好ましくは金属製であり、カプラベースがフェライトコア１２からの熱を放散するようにしている。Ｅ型の下側で、３Ｍ（商標）製のＦ９４６０Ｃなどの両面接着剤転写テープによって接着を行って、機械的ガイドを用いてＥ型コアをカプラハウジングのベースに正確に固定して、配置することができる。図７を参照する。カプラハウジングベース内にテープを貫通させるために使用することができるスロットが設けられることで、接着剤によってテープをベースに固定するとともに、さらにタブをテープの方へと機械的に変形することによって固定する。スロットも図１４に示される。
【００３５】
図６に示されるカプラのさらなる一実施形態は、図９に示されるように、上側の面に正確に間隔をあけて位置決めされた、３つのくぼみを備え、フィンガスプリング１３に摺接しているＩ型コアを使用している。
【００３６】
カプラハウジングには、フェライトコア１２内のチャンネルと直線状に整列する凹部１６が設けられている。そのような実施形態は、図８に示される。凹部１６は、好ましくは、それぞれ、凹部に挿入されるワイヤと接触し、これを保持する、少なくとも１つの突起部１７を組み込んでいる。一実施形態では、その突起部または各突起部は、ワイヤが凹部を通って、他の方向にではなく、ある一方向に引っ張られるようにする歯または棘１７である。好ましい実施形態では、各凹部は、角度を有する歯または棘の形態をした複数の突起部を組み込んでいる。これらの実施形態では、突起部は、ワイヤ２Ａ上の位置でカプラを保持する。突起部によって、ユーザーは、カプラの一端にある凹部に、ワイヤ２Ａを位置決めして、次に、カプラの他端にある凹部の中にワイヤ２Ａを挿入する前に、ワイヤ２Ａをピンと引っ張ることができるので、カプラのワイヤ２Ａへの据え付けが容易になる。したがって、ユーザーはワイヤ２Ａをピンと引っ張ることで、ワイヤ２Ａを、フェライトコア１２のチャンネル内部に真っ直ぐに位置させることができる。その後、突起部は、ワイヤ２Ａをピンと張りつめたまま保持して、フェライトコア１２の２つの半部が互いに対して移動するにつれて、ワイヤ２Ａが、２つの半部の間でトラップされる機会を最小限に抑える。そのような実施形態の詳細は、図３３に示される。実施形態はさらに、凹部は「ネック部分付き」であるので、ワイヤの挿入時に、ワイヤをネック部分に押し込んで（所与のワイヤ直径に合わせた）凹部まで貫通させることに対するネック部分の抵抗を克服するために、一定の労力が必要であり、その後、一定量の機械的な拘束力によってワイヤが凹部に保持されることを示す。前述の突起部１７は、機械的な拘束力が存在する場合には、これを増大する。凹部を、図示したものを突起部なしで、任意で設けることができるが、それは本明細書において別段に論じられ、かつ図１５に示されている。
【００３７】
好都合なことに、挿入チャネル／凹部１６（ネック部、歯／棘、またはリッジ部１８など選択肢、あるいはこれらの機能の任意の組み合わせ）の保持機能１８は、結果としてユーザーがワイヤをＥ型コアのチャンネルに設置する際に役立つ援助を提供する。ワイヤの長さは、両「端部」で（チャンネル内のワイヤの長さに対して）確実に保持されるという事実は、ワイヤが十分に頑丈または堅固な場合には、ワイヤを圧縮状態でチャンネルに配置してもよいことになる。これは図３４に示される。これは結果としてワイヤをチャンネル内で確実に保持するということだけでなく、ワイヤをチャンネルにぴったりと緊密に嵌合するようにチャンネルに押し込み、残りの設置プロセスの間、Ｉ型コアの摺動／ワイピング動作経路に入れないようにするということもある。
【００３８】
本明細書に示される発明の一態様は、フェライトコアの具体的な寸法パラメータにおいて認められ、これらの具体的なパラメータによって、利点が得られる。本明細書に示されるものと同様の範囲のパラメータを備えたコアは、従来技術に存在するかもしれない。しかし、そのような従来技術のコアは、もっぱらフィルタ機能の分野において使用され、インダクタンスによっては、ケーブルの伝導放出に使用される。そのため、それら従来技術のケーブルは、本発明で望まれるものよりも大きな損失を生み出すように設計されている。対照的に、本発明は、好ましいことに、コア材料として低損失電力級のフェライトを使用する。一次巻線および二次巻線が存在する、本発明における変圧器のようなパラメータを備えたコアを使用することは、新規性があり、かつ進歩性がある。分割可能なフェライトコアの関連する発明の概念においては、単一の一次コイルは、ツイストペアからＥ型コアの脚部の中の各ギャップを通るワイヤの単一長さによって表わされるが、１巻き当たりのインダクタンスが高いコア形状が求められる。その理由は、インダクタンス巻線がほとんどない変圧器は、ピーク電圧が、利用可能なインダクタンスによって、コアの磁束飽和に先立って制限されるからである。したがって、良好な負荷調整を維持しつつ（すなわち広い負荷範囲にわたって入力電流に対する出力電流の比率を一定に保ちつつ）、磁束飽和限界まで、できるだけ多量の電力を転送するためには、インダクタンスをできるだけ大きくする一方で、そのような高インダクタンスが及ぼす望ましくない影響を軽減しなければならない。
【００３９】
インダクタンスは、動作周波数で共振させながらコンデンサで分路することにより名目上中和される。しかしながら、非常に低いインダクタンスにおいては、問題が生じる。インダクタンスが非常に低く、補償キャパシタンスが大きい共振回路は、循環電流が大きくなり、その結果共振部品およびそれらの配線中の抵抗損が大きくなる。さらに、そのような組み合わせは、軽減時の損失が最も少ない部品を用いて実施されれば、高いＱ（品質因子）を表わし、部品または入力時の周波数許容偏差に起因して、出力の感度が高くなってしまうので、本システムでは望ましくない。そのような損失および許容偏差の問題により、低インダクタンスは、効率、コストあるいは安定性の観点から受け入れ難い。したがって、巻き数が少なくてもインダクタンスの高いフェライトコアは、効率的で、コスト効率が良く、かつ、確実性の高い中和が適用可能となる。回路は、Ｑが低くなり、したがって周波数許容差および部品のばらつきが小さくなり、循環電流および損失が小さくなる。これにより、温度変動に耐性のある、良好な安定したカップリングがもたらされる。
【００４０】
磁束に起因する損失を最小限に抑えるために、コアの体積を最小限に抑えることもまた望ましい。コア損失は、磁束密度（Ｂ）とともに迅速に増加し、変則的でない場合には、２よりも大きな累乗数分増加する。例えば、ＰＩ（電力損失）＝Ｋ１ｘＢ２．５である。磁束密度それ自体は、巻線の巻き数Ｎおよび磁路（Ｂ＝Ｋ２ｘＶ／（ＮｘＡｅ）の横断面積（Ａｅ）に反比例する。このため、本発明が、好ましくは一部分を形成するような配電システム環境では、変圧器ではたいていの場合、巻き数が１よりも大きくなっているのとは対照的に、（一次巻線）の巻き数Ｎが１であり、磁路の横断面積Ａｅを増加させることにより磁束密度を減少させることができる。
【００４１】
さらに、コアの体積が小さく、材料が少量で重量が小さくなり、配電システム全体の利便性要件の観点だけでなくコストの観点からも一般に望ましい。
【００４２】
したがって、本発明の一態様では、システムが最適化される特に望ましい構成を得るために、ある一定の幾何学的形状が選択される。実例として、図２２は、一般的な矩形をした２つの部分からなる変圧器コアの主要パラメータを示す。Ａｗは、巻線の横断面積であり、Ｌｅは、磁路長さであり、Ａｅは、コアの横断面積である。図１０に見られるように、本発明のフェライトコアの好ましい実施形態は、事実上並んだ一対の、そのようなコアである。
【００４３】
重量が約１００ｇで、比誘電率が２，０００である、代表的な従来技術のコアは、巻き数の２乗当たり約５マイクロヘンリーのインダクタンスを有することになる。その好ましい配電環境において本発明を使用するためには、電力は最終的に照明装置のＬＥＤを駆動するために使用されるので、１桁高いインダクタンスを有することが好ましい。インダクタンスは、Ａｅ／Ｌｅに比例している。代表的な従来技術のコアは、０．００２メートルのＡｅ／Ｌｅを有することになる。本発明の優先的な一実施形態では、Ａｅ／Ｌｅは、０．０１メートルの領域内にあり、巻き数の２乗当たり約５倍のインダクタンスがもたらされる。代表的なコアにかかるインダクタンスは、さらに高い透磁率（比透磁率約３，０００）を備える材料を使用し、かつ２つのフェライトコア片の合わせ面を研磨することにより、好ましくは「ラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）」することによりさらに増加させることができる。このようにして、代表的な従来技術のコアにかかる（巻き数の２乗当たりの）インダクタンスを１桁大きく増加させることができる。
【００４４】
式Ａｅ／Ｌｅは、無次元ではないことが認識されるだろう。無次元比に関しては、巻線Ａｗの横断面積と比較した磁路Ａｅの横断面積の比率を確定することは可能である。代表的な従来技術のコアは、コアＡｅ／Ａｗ比率約１を示す。これに対して、本発明によるコアの一実施形態は、５の領域内にあるＡｅ／Ａｗ比率を示し得る。
【００４５】
したがって、本発明の実施形態は、通常とは異なる形状のフェライトコアを使用する。好ましい実施形態は、図９および図１０に示される。Ｅ型コアとＩ型コアのフェライトは公知であるが、そのような従来技術のＥ型コアおよびＩ型コアの組み合わせの深さ（ｔ１プラスｔ２）は、組み合わせの幅よりも大きい。その理由は、従前のＥ型コアおよびＩＩ型コアの組み合わせは、多重の一次巻線を収容する必要があるからである。本発明の例では、単一の一次巻線だけがＥ型コアのチャンネルに収容される。また発明者らは、Ｅ型コアとＩ型コアの組み合わせのための正常なアスペクト比から離れて、深さよりも幅の方が大きい組み合わせを提供することにより有益な結果がもたらされることを発見した。したがって、本発明の実施形態によれば、添付の図面の図１０に概説された手法を使用するＥ型コアおよびＩ型コアの組み合わせは、その深さ（ｔ１プラスｔ２）よりも大きい幅Ｗを有する。図１０に示されるコアの特定の例では、コアは、深さ１５ｍｍ、幅３４ｍｍである。好ましくは、深さ（ｔ１プラスｔ２）は、約１７ｍｍで、そのうちｔ１＝６ｍｍ、ｔ２＝１１ｍｍである。幅Ｗは、約３４ｍｍで、長さＬは、約５０ｍｍである。ほぼこのような比率の、具体的なパラメータが発見され、本発明を例証する。
【００４６】
本発明を具体化するカプラを、図１に示されるようなワイヤのツイストペアに加えることは、熟練していないユーザーが、まったく工具を使わずに着手することができる簡単なプロセスである。
【００４７】
ユニバーサルクランプコネクタは、配電システムからのカプラによる電力供給方式を問わず、電気的接続および機械的接続するために使用される。一例では、負荷はＬＥＤ光である。別の実施形態では、ＤＣ光は、調光できるものであり、制御プラグは、カプラハウジング上に支承された制御ポートに挿入され、制御プラグをＰＣＢ上に支承されたカプラハウジング内部の部品に電気的に接続する。この実施形態では、ＰＣＢは、好ましくは、ＰＣＢの一方の縁部に位置決めされた接触子を組み込んでおり、着脱可能に直接取り付けることが可能な外部装置のためのエッジ接続部を提供する。別の実施形態では、制御プラグは、配電システム上で移送されるデータを処理するデータバスであってもよい。
【００４８】
カプラ上にワイヤ２Ａを接続する順序は以下のとおりである。
【００４９】
図５の各位置から始める。中央のくぼみに位置するフィンガスプリング１３突出部との間の力の平行移動を抑えながらＩ型コアを摺動させて、フィンガスプリングの下から出し、Ｉ型コアを、ワイピング動作でＥ型コアの合わせ面上を摺動させ、フィンガスプリング突出部の下の外側のくぼみのうちの１つに位置するようにする。これが、図３に示される位置である。図３に示される位置では、Ｅ型コアチャンネルのうちの１つが露出しているので、ワイヤ２Ａのうちの１本のワイヤを、チャンネルに挿入することができる。図１５に、さらにわかりやすく示されるように、Ｅ型コアチャンネルの開口部に隣接するカプラハウジングは、ハウジングの側壁に、ネック部分付きのワイヤ保持穴を有するので、ワイヤはチャンネルの中に押し込まれて適正な位置に着くと、ハウジング側壁によって握持される。Ｉ型コアが摺動して、対応するＥ型コアチャンネルから離れて、そのチャンネルを露出する／開放すると、ネック部分付きの穴が、Ｅ型コアチャンネル中の適正な位置でワイヤ２Ａを確実に保持する。図３に示されるように一方のワイヤが、Ｅ型コアチャンネルに適正に据え付けられると、Ｉ型コアは、次に、自身の図３の位置から後方へ、図２に示される自身の中央の据え付け位置を通過して、図４に示される第３の位置へと摺動する。第３の位置では、Ｅ型コアチャンネルの他方が開放されているので、カプラハウジング側壁の他方のＥ型コアチャンネルおよびネック部分付きの穴に、まったく同じように適正に、第２のワイヤを据え付けることが可能である。図４に示される位置では、ばね仕掛けのフィンガ突出部は、Ｉ型コアの上側の面の第３のくぼみに位置する。
【００５０】
次に、Ｅ型コアの滑らかな合わせ面に沿って、Ｉ型コアを摺動またはワイピングさせることにより、Ｉ型コアは、図２に示される自身の中央位置へと戻される。これは、カプラが使用される動作位置である。
【００５１】
カプラは、コア１２の上側の面のくぼみの位置によって画定される３箇所の係止位置を有することが認識されるだろう。くぼみは、コアの上側の面に配置される必要はないが、コアの側壁に配置すれば、パネルハウジングの部品と相互に作用させることが可能になる。この例では、くぼみは、ばね仕掛けのフィンガ１３上の突出部と相互に作用する。その他の例では、突出部は、Ｉ型コアの上側の面に配置されることも可能であり、フェライト材料ではない材料からなる成型部品であってもよいし、フィンガスプリング１３の下側に類似した形に形成された、共働するくぼみと嵌合することも可能である。共働するくぼみおよび突出部を使用することで、３箇所の位置それぞれにおいて、Ｅ型コアに対するＩ型コアの位置合わせが行われる。その３箇所とは、Ｉ型コアがＥ型コアの上面の中心に据え付けられるユーザー位置と、Ｉ型コアを一方の側へ摺動またはワイピングすることにより、一方のＥ型コアチャンネルが露出される第１の組み立て位置と、もう一方のＥ型コアチャンネルが露出される第２の組み立て位置である。
【００５２】
Ｉ型コアとＥ型コアとの間で摺動動作を用いることは、ヒンジ部を有する２つの部分からなるフェライトコアまたはクラムシェル型の２つの部分からなるフェライトコアを用いることに比べて特に好都合である。何故ならフェライトの嵌合空間に汚れが溜まる可能性があり、フェライトの合わせ面上に汚れや粒子が積もると、効率が悪くなるからである。フェライトの表面は、本発明の好ましい実施形態において達成されるような摺動またはワイピング作用を用いることにより清浄に維持することができる。Ｅ型コアに対するＩ型コアの摺動またはワイピング移動により、特に設置プロセスの際に合わせ面上に清浄作用がもたらされ、これによりフェライトの効率が向上する。
【００５３】
カプラの全体的なサイズ、すなわち実装面積は、好ましくは６０ｍｍ×６０ｍｍの領域内にある。別の例では、ユニバーサルクランプコネクタを除いた幅が７０ｍｍ（図１０中で使用されるものと同じ手法を採用して）、長さＬが６６ｍｍ、そして厚さが１７．６ｍｍであるカプラが使用される。組み立てられ、いつでも使用できる状態にあるカプラの実施形態の例が、図１６〜図１９に示されている。
【００５４】
図２０および図２１は、それぞれのＥ型コアチャンネルを、それぞれが対応するチャンネルに適正に据え付けられたワイヤ２Ａに露出するために、Ｅ型コアの対応する側の方へと摺動されたＩ型コアを示す。
【００５５】
上述の実施形態では、クランプ機構は、ばね仕掛けの金属フィンガの形態をしている。しかしながら、他の実施形態では、クランプ機構は構成が異なっている。一実施形態では、クランプ機構は、フェライトコア１２の下半部に対してフェライトコア１２の上半部を昇降させるように構成されているレバーである。この実施形態では、フェライトコア１２の２つの半部は、一方の半部が他方の半部に接触した状態を保ちながら摺動するのではなく、互いに離間する。この実施形態では、レベルが上半部を移動させて下半部から離すと、フェライトコア１２の２つの半部の合わせ面は露出される。合わせ面が互いに接触していない場合に、それらが汚れで汚染されるのを防止するために、この実施形態は、フェライトコア１２の縁部を遮蔽するネオプレンリップ１４の形態をした移動可能な障壁を任意で組み込んでいるが、これにより、ワイヤ２Ａは、ネオプレンリップ１４の間を通過することが可能になり、ワイヤ２Ａをフェライトコア１２内のチャンネルの中に位置決めすることができるようになる。そのような実施形態は、図２９に示される。ゴムまたはプラスチックなどの他の材料が使用されてもよい。ただし、図２９に示されるようにワイヤがそれらの障壁の間で押されるときに、良好なワイピング効果がもたらされることが前提である。
【００５６】
さらなる実施形態では、フェライトコア１２の２つの半部は、互いに枢着されている。この実施形態では、フェライトコア１２は、２つの半部を互いに対して回動させることにより開放され、これにより、ワイヤ２Ａをフェライトコア１２内のチャンネルの中に位置決めすることができる。本発明のこの実施形態、または他の実施形態では、清浄装置または清浄用品を用いて、ユーザーがフェライトコア１２の２つの半部の合わせ面を清浄にして、フェライトコア１２の半部間の接触が確実に最適となるようにしてもよい。好適な機械的装置の要素を用いたそのような具体的な実施形態は、図３０に示される。
【００５７】
さらに好ましい実施形態では、フィンガ１３は、ブリッジまたはクランプバーの１３ａの形態をしており、図２３、図２５および図２６に見られるように、その長さの両端部で固定されている。これによって、Ｉ型コアの長さに沿ってさらに均一なクランプ力を加えることが可能になる。フェライトコアの２つの部分をともにクランプ固定するために必要な力は、次の要件を満たす適切な範囲内にあることが必要である。第１に、下端部では、クランプ力は、やはり、磁歪ノイズ音の発生を低減するのに十分でなければならない。第２に、上端部では、クランプ力は、配電システムにカプラを、本明細書に記載されたやり方で設置する際に、Ｉ型コアがＥ型コア上で摺動を開始するために必要とされる横方向の力が、平均的な操作員の力を超えるほど大きくてはいけない。あるいは、使用中にカプラの部品のどれか１つでも破損されるほど大きくてもいけない。発明者らは、合わせ面の合計面積が約１２００ｍｍ２であるコアに関して、クランプ力に対する上限約１０ｋｇが、堅固に挟持しながらも、平均的な人間の操作能力を超えないので、極めて適切であることを発見した。その他の軽減する技術が適用される場合には、それらのうちのいくつかは後述されるが、クランプ力は、１ｋｇくらいの小さい力であってもよい。合わせ面における圧力に関しては、好ましい範囲は、１０ｋＰａ〜１００ｋＰａの領域内である。好ましくは、この範囲は、６０ｋＰａ〜１００ｋＰａの領域内である。より好ましくは、圧力は、６０ｋＰａ〜８０ｋＰａの範囲内、または約８０ｋＰａである。
【００５８】
理想的なクランプ固定方法は、Ｉ型コアの長さに沿って全体的に均一な力が加えられるようにすることである。しかしながら、これを実現することは非常に難しい。前述の実施形態のうちの１つでは、フィンガ１３またはクランプバー１３ａからの締付圧が、Ｉ型コアの長さの中央へと向かうくぼみの中の主として一点においてその圧力を加えており、図２４に見られるように、磁歪力に起因する振動がＩ型コアの端部に生じてＩ型コアが屈曲する。図２５は、クランプバー１３ａが所定の位置にある実施形態を示す。実際には、クランプバー１３ａは、結果としてＩ型コアの端部においてクランプ固定する傾向があり、示されるように、Ｉ型コアの中心部分は屈曲し振動する傾向がある。必要とされるのは、フィンガ１３またはクランプバー１３ａからＩ型コアにクランプ力を加える方法を改善することである。意外にも、発明者らは、図２７に示されるように２箇所の「スイートスポット」２１があることを発見した。それによって、クランプ力をこれらの地点に集中させれば、所与のクランプ力または圧力に関する振動を非常に効果的に最小限に抑えることになる。そしてまたこれらは、図２７で線２３によって画定される、さらに大きな「スィートエリア」の一部である。これらのスイートスポット２１／スィートエリア２３は、一般にフェライト寸法線の２５％および７５％の地点に配置される。これを達成する優先的な方法は、図２６ａに示されており、そこではシム２２が、クランプバーとＩ型コアとの間に配置され、シムの縁部は、スイートスポット２１／スィートエリア２３上にあるか、あるいはこれらと重なり合っている。代替の一実施形態が、図２６ｂに示されており、そこでは「シム」がクランプバーに一体化している部分となっている。さらなる代替の一実施形態では、Ｉ型コアそのものがシムと一体化することになる。
【００５９】
さらに優先的な一実施形態では、図２８に示されるように、Ｉ型コアは、その上側の面に接合されたガイド部品２５を有する。このガイド部品は、多数の目的を満たすことができる。ガイド部材は、上記で概説されたシム要素であってもよいし、あるいはシム要素を含むものであってもよい。さらにガイド部材は、Ｉ型コアの縁部に張り出させるか、または重なり合わせることができる。また、チャンネル内のＩ型コアの摺動縁部を設けることが可能で、これによりＩ型コアの前記摺動が可能になる。これは、チャンネルの縁部が、プラスチックなどの比較的柔らかい材料で作られてもよい場合、およびＩ型コアの縁部が鋭利で、Ｉ型コアにトルクが加えられると、チャンネル縁部を「噛む」おそれがある場合には、利点を有する。そのようなプラスチック製のガイド部品は、比較的低い摩擦でチャンネル内を摺動するとともに、Ｉ型コアをＥ型コアとの望ましい空間関係に保つことが可能である。すなわちガイド部品の長さが摺動方向と直交し、Ｉ型コアの長さがＥ型コアの長さと平行になっている状態である。これは、プレス部品を焼結してフェライトコアを製造してもよい場合、および完成したフェライト部品の寸法交差が、焼結時の部品の収縮に起因して比較的大きい可能性がある場合には、特に有用であるので、収縮は、通常約２０％以下の領域内にあってもよい。
【００６０】
ガイド部品２５のさらなる利点は、ガイド部品２５が取り付けられている上側のフェライトコア片が、このように唯一の摺動面、すなわち合わせ面の摺動面を有するように構成されてもよいということである。摺動を必要と要する他の表面はすべて、ガイド部品の一部であってもよい。したがって、フェライトコアの、可動性のＩ型コア摺動部が損傷される機会が最小限に抑えられる。
【００６１】
さらに、ガイド部品２５は、くぼみまたは前述したような長尺のチャンネルがその中に存在する物品であってもよく、フェライトコアそのものの中にそのような機能を形成する必要がなくなり、付随してコアの効率が低下するおそれがなくなる。
【００６２】
本明細書の他の箇所で言及したように、Ｅ型コア／Ｉ型コアの組み合わせの合わせ面は、誘導子の効率を向上させるために、合わせ面が接合した構成においてそれらがともに可能な限り密着して位置するように、高度に研磨されること、好ましくは「ラッピングされる」ことが好ましい。それはインダクタンスを増加させて、磁歪ノイズ音の発生を制限にするのに役立つ。本発明の一態様は、Ｉ型コアがＥ型コアの上面上を摺動可能であることによって得られるワイピング効果であり、それは表面を清浄に保つのに役立つ。合わせ面が清浄であることもまた重要である。というのは、表面上に少しでも汚れがあれば、表面同士の接合に干渉して、ここでもまた効率が低下するからである。
【００６３】
本願申請者らは、合わせ面に指紋があると、特殊な、そして少し意外な問題が生じることを発見した。指紋は、脂質、油性トリグリセリドおよびコレステロールのワックスエステルなどを含むいくつかの物質からなる。これらの物質は一般に、本発明のワイピング作用をもってしても完全には除去されない。滑らかにラッピングされた表面上に存在する場合には、特に、低い周囲温度では、ワックスがラッピングされた表面上で接着剤の機能を果たし、本発明の特徴である摺動機構を妨げるように作用することで、特殊な問題が生じるおそれがあることがわかっている。
【００６４】
ラッピングされた表面そのものは、「滑らか」に見えていても、非常に小さな尺度においては、完全に滑らかではないという傾向があることは、知られている。滑らかな部分とは、起伏または細孔の深さが１ミクロン以下であると定義すると、通常の表面は、滑らかな部分がせいぜい３０％くらいであろう。表面の残りの部分は、深さ１０ミクロンまでの、または１０ミクロンを越える細孔を含み得る。
【００６５】
意外にも、微量の低粘度シリコーン油でラッピングされた表面の初期処理によって、指紋の影響から永続的に保護されることがわかった。指紋ワックスは、油によって付着が防がれ、Ｉ型コア摺動のワイピング作用によって容易に除去される。この効果は、何度もワイピング作用を経た後であっても、布などの他の材料を用いて表面をワイピングした後であっても存続することがわかった。ワイピングによって表面の滑らかな部分から油が取り除かれる場合でも、ごく微量の油が、表面の、深くなっている「滑らかでない」細孔に残っていることが予想される。その後、このごく微量の「蓄積された」油は、後続のワイピング作用の際に滑らかな表面上に形成され、最終的には非常に薄い油の膜となる供給源として作用する。
【００６６】
好都合なことに、磁歪ノイズ音もこの処理によって低減されることがわかった。すなわち、接合された表面の周囲において気密性が高まることによって、接近するための大気圧が増加して、各表面の間に粘性が加えられる。さらに意外なことに、油の存在によって、コアが誘導子として作用する際の効率に影響を及ぼしたり、効率を減じたりすることはない。圧力下でのフィルムの厚さは、動作時のコアの緩やかな加熱とともに、コア組立体の実効インダクタンスが、目で見てわかるほど変わらないように十分に薄い。低粘度で、広い温度性能範囲を備えた、中鎖アルカンなどの他の油でも、これらの望ましい結果が生まれる。ＰＴＦＥまたはグラファイト処理が使用されてもまたよい。
【００６７】
２つの部分からなるフェライトコアの代替の一実施形態が、図３１ａおよび図３１ｂに示される。この実施形態は、一対の「Ｆ」型コアと呼ばれるものを備えていることがわかる。この実施形態の利点は、コア全体を製造するのに、２種類の部品を製造するのではなく、同一の部品２個を製造するだけでよいので、付随してコストが削減できる可能性があるということである。また、コアが「開放された」位置にある場合には（図３１ｂ）、ツイストペアワイヤのワイヤはいずれも、１つの動作で、それぞれ対応するスロットに挿入することが可能で、他の実施形態に記述されるように、上側のコア要素を、まずある方向に摺動させ、次にもう一方の方向に摺動させる必要がないので、設置作業を簡素化できる可能性がある。
【００６８】
２つの部分からなるフェライトコアのさらなる代替の一実施形態が、図３５に示される。それは軸対称コアと呼ぶことができる。これは特に、図３０におけるように、２つのコア部分が完全に分離可能な場合に適用可能である。
【００６９】
さらなる代替のクランプ固定方法が、図３６に示される。この特定の実施形態では、クランプバー２６はフェライトコアの上面に位置する。クランプバーは、少なくとも一端において、バーおよびバーに取り付けられた２つの偏心カム２７の回転を可能にするための、レバー２８を有する。好ましくは、２つのカムは、前述の「スイートスポット」２１に位置決めされ、かつ、Ｉ型コアの上側の面のチャンネルまたは溝１５ａ内に位置決めされる。レバーを動作位置にすると、カムの大きい方の部分がクランプバーよりも下に位置して、上側のＩ型コアのフェライトコア部を押し下げる。クランプバー自体がバネ手段２９によって下方に引っ張られると、これにより確実な態様で、しかもＩ型コアの摺動に抵抗し、かつ、磁気歪みに起因するノイズ音を最小限にするのに十分な圧力で、２つのコア部分がともに保持される。レバーを、摺動位置にすると、カムの小さい方の部分は、より小さい圧力で、Ｉ型コアを押し下げる。その後Ｉ型コアは、特定の嵌合位置へと移動するが、Ｉ型コアの上側の面にさらなる溝またはチャンネルの存在に起因する、摺動圧の影響をさらに受けやすくなり、Ｉ型コアの好ましい移動範囲が画定されるので好都合である。これにより、フェライトコアへの圧力を、フェライトコアが変圧器として使用されている場合には大きく、システムが「オフ」である場合およびインストールまたはデインストールが望まれる場合には、小さく変えられるという利点がもたらされる。さらに圧力が小さければ、ユーザーが上側のフェライトコアを摺動することが可能になるので好都合ではある。ただし、カプラ内のフェライトコアを確実に保持し、かつ、「ワイピング」動作によって合わせ面の洗浄効果が十分にもたらされるように、ある程度の圧力は保たれなければならない。
【００７０】
「備える」及び「備えている」という用語、およびその変化形が本明細書及び請求項において用いられるときには、特定の特徴、ステップ、または構成要素が含まれることを意味している。これらの用語は、その他の特徴、ステップ、または構成要素の存在を除外していると解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月5日(2014.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部分からなるフェライトコアにおいて、一方の部分は、他方の部分に対して、少なくとも１つのチャネルを露出するために、中央位置を経由して一方の方向に摺動可能であり、かつ、少なくとも１つの他のチャネルを露出するために、前記中央位置を戻り経由して別の方向に摺動可能であるとともに、前記部分は、ともに付勢され続けて、互いに接触した状態にあることを特徴とする２つの部分からなるフェライトコア。
【請求項２】
請求項１に記載のコアにおいて、前記部分の、互いに対する摺動は、ワイピングおよび／または清浄効果を提供することを特徴とするコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコアにおいて、前記部分は、ともに付勢されて、一方の部分の、前記他方の部分に対する移動の範囲を超えて、規定された前記移動の好ましい限界点の間で互いに接触した状態であることを特徴とするコア。
【請求項４】
Ｅ型コアを備える請求項１乃至３の何れか１項に記載のコアにおいて、前記Ｅ型コア内における一方のチャンネルまたは前記Ｅ型コア内における他方のチャンネルのいずれかを露出するために、前記一方の部分は、前記他方の部分に対して摺動可能であることを特徴とするコア。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のコアにおいて、前記２つの部分の合わせ面は、ラッピングされて、および／または、起伏または深さが１ミクロン以下の細孔を有する領域を備えることを特徴とするコア。
【請求項６】
請求項５に記載のコアにおいて、前記合わせ面は、低粘度潤滑剤で処理されることを特徴とするコア。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のコアにおいて、前記コアの２つの部分を、１０〜１００ｋＰａの領域内または６０〜１００ｋＰａの領域内または６０〜８０ｋＰａの領域内にある圧力あるいは約８０ｋＰａの圧力でともに確実に付勢するために、力が加えられることを特徴とするコア。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のコアにおいて、Ａｅは、前記コアの磁路の横断面積値であり、Ｌｅは、前記コアの磁路の長さであり、Ａｅ／Ｌｅは、０．００２メートルを大幅に超過していることを特徴とする変圧器として使用されることを特徴とするコア。
【請求項９】
請求項８に記載のコアにおいて、Ａｅ／Ｌｅは、０．００５〜０．０１５メートルの領域内または０，００８〜０．０１２メートルの領域内にあるか、あるいは約０．０１メートルであることを特徴とするコア。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のコアにおいて、Ａｅは、前記磁路の横断面積値であり、Ａｗは、前記コア巻線横断面積であり、Ａｅ／Ａｗは、１を大幅に超過していることを特徴とする変圧器として使用されることを特徴とするコア。
【請求項１１】
請求項１０に記載のコアにおいて、Ａｅ／Ａｗは、５を超える領域内または１０を超える領域内または１５を超える領域内にあるか、あるいは約２０であることを特徴とするコア。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のコアにおいて、前記コアは、前記コアの長手方向軸に沿って形成された一対のチャンネルを有する変圧器コアであり、前記コアは、その幅または（長手方向軸に垂直な）高さに沿った寸法よりもその長さに沿った寸法の方が大きいことを特徴とするコア。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコアにおいて、前記長さ寸法は、別の直交軸における前記コアの寸法よりも１０％を超えるパーセントまたは２０％を超えるパーセントまたは３０％を超えるパーセントまたは４０％を超えるパーセントまたは５０％を超えるパーセントで大きいことを特徴とするコア。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載のハウジングと、コアと、を備えるカプラ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のカプラにおいて、配置機構は、前記ハウジングおよび前記フェライトコアの一部分のいずれか一方の上、または両方の上に設けられ、かつ、前記配置機構は、前記フェライトコアの前記一部分の、前記ハウジングに対する移動に抵抗することを特徴とするカプラ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のカプラにおいて、前記配置機構は、共働する突出部を、前記ハウジングおよびコア部のいずれか一方の上に備えるとともに、前記ハウジング用の前記コア部分の前記他方の上に形成された共働する凹み部分を備えることを特徴とするカプラ。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載のカプラにおいて、前記配置機構は、前記コアの一方の部分を前記コアの別の部分に対して正確に位置合わせするために、厳密な位置に設けられることを特徴とするカプラ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のカプラにおいて、複数の配置位置は、前記コアの一方の部分の、前記複数の位置のそれぞれから、前記コアの別の部分に対する移動に抵抗するために設けられることを特徴とするカプラ。
【請求項１９】
請求項１４乃至１８の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記コアの一方の部分を、前記コアの他方の部分に向けて、嵌合するように、前記コアの前記一方の部分の、前記コアの前記他方の部分に対する移動の範囲を超えて、前記複数の係止位置のうちの２つの最も遠隔した位置の間を付勢するために、スプリング機構が設けられ、前記コアの前記一方の部分の前記位置は、前記コアの他方の部分に対して厳密に位置合わせされることを特徴とするカプラ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のカプラにおいて、前記コアの一方の部分の、前記コアの他方の部分に対する移動の一方の範囲は、前記コアの一方の部分におけるチャンネルが、巻線が挿入されるように露出される範囲であり、かつ、他方の範囲は、前記コアの一部分の前記他方のチャンネルの開口部によって画定されることを特徴とするカプラ。
【請求項２１】
請求項１４乃至２０の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記ハウジングまたは前記ハウジングの一部分は、互いに対する使用時の位置に直線状に整列されると、前記コアの前記２つの部分に、互いに向けて正の力を及ぼすことを特徴とするカプラ。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記コアに及ぼされた力は、前記コアの前記部分が直線状に整列している場合には、スイートスポットまたはスイートエリアに集中されることを特徴とするカプラ。
【請求項２３】
請求項１４乃至２２の何れか１項に記載のカプラにおいて、前記コアの２つの部分をともに確実に付勢または保持するための、カム機構を含む、可変力を加えることができる手段を備えることを特徴とするカプラ。
【請求項２４】
少なくとも１つの、請求項１４乃至２３の何れか１項に記載のカプラを備える配電システム。
【国際調査報告】
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