(57)【要約】  電気ケーブルの電気伝送線の温度を感知する、測定する、又は監視するためのシステム及び方法が提供される。温度感知インダクタは、電気伝送線と熱接触するように配設される。電気伝送線の温度は、温度感知インダクタのインダクタンスを測定することによって、感知、測定、又は監視することができる。電気伝送線により搬送される電流と温度感知インダクタとの間の磁気結合を排除する、最小限に抑える、又は考慮する機構及び方法が提供される。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置であって、
インダクタを備える受動的回路であって、前記インダクタは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有する温度感知コアを含み、前記受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する、受動的回路と、
前記温度感知コアに隣接して配設される磁気遮蔽構造体であって、前記磁気遮蔽構造体は、前記温度感知コアが前記電気伝送線に磁気的に近接するように配設されたときに、前記電気伝送線からの磁界から、前記温度感知コアを遮蔽するように構成される、磁気遮蔽構造体と、を備え、
前記温度感知コアは、前記電気伝送線と熱接触するように配設され、前記インダクタのインダクタンスは、前記電気伝送線の温度と共に変動する、温度感知装置。
【請求項２】
電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置であって、
インダクタを備える受動的回路であって、前記インダクタは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有する温度感知コアを含み、前記受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する、受動的回路と、
前記電気伝送線の複数の部分を直列に電気接続するための中空のカプラであって、前記インダクタは、前記中空のカプラの内側空間に位置付けられる、中空のカプラと、を備え、
前記温度感知コアは、前記電気伝送線と熱接触するように配設され、前記インダクタのインダクタンスは、前記電気伝送線の温度と共に変動する、温度感知装置。
【請求項３】
前記インダクタは、前記温度感知コアとインダクタコイルとを含むトロイダルインダクタであり、前記温度感知コアはリング形状を有し、前記インダクタコイルは、前記温度感知コアの外周の周りに分散している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記温度感知コアは、前記電気伝送線により発生した前記磁界内に対称位置で配設される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記温度感知コアは、そのｚ軸が前記電気伝送線を実質的に垂直に横切って延在する状態で前記電気伝送線に面する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタは、ポットコアインダクタ又はフェライトロッドベースのインダクタを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記磁気遮蔽構造体は、ミューメタル、鉄ニッケル系合金、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記温度感知コアの前記組成物は、１５０℃よりも高いキュリー温度を有する１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含み、前記組成物は、−５０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって相対透磁率対温度の正の傾斜を呈する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記温度感知コアの前記組成物は、１５０℃よりも低いキュリー温度を有する１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含み、前記組成物は、相対透磁率対温度の負の傾斜を呈する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記受動的回路は、前記インダクタに電気接続されたコンデンサを更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記受動的回路は、前記インダクタと電気接続したアンテナを更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記受動的回路に電磁結合された送受信ユニットを更に備え、前記送受信ユニットは、前記電気伝送線の温度を表す信号を送出するように構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
電気伝送線の温度を感知する方法であって、
温度と共に変動する共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも１つを有する受動的回路を準備することであって、前記受動的回路は、温度感知コアを含むインダクタを備える、受動的回路を準備することと、
前記温度感知コアを前記電気伝送線と熱接触するように配設することと、
前記受動的回路に電磁結合するように構成された送受信ユニットを準備することと、
前記送受信ユニットと前記受動的回路との間の電磁結合を介して、前記受動的回路の共振周波数又はＱ値を測定することと、
前記測定した共振周波数又はＱ値に基づいて、前記電気伝送線の温度を決定することと、を含み、
前記温度感知コアは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有し、前記インダクタのインダクタンス、及び前記受動的回路の前記共振周波数又は前記Ｑ値は、前記電気伝送線の温度と共に変動する、電気伝送線の温度を感知する方法。
【請求項１４】
前記受動的回路の前記共振周波数は、前記電気伝送線を通過する電流が実質的にゼロである時間ウィンドウ内で測定される、請求項１３の記載の方法。
【請求項１５】
前記電気伝送線内の前記電流についてのゼロ電流交差を決定することを更に含む、請求項１４の記載の方法。
【請求項１６】
前記受動的回路の前記共振周波数又は前記Ｑ値を監視して、最小共振周波数及び最大共振周波数のうちの少なくとも１つを決定することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度感知コアを、前記電気伝送線により発生した磁界内に対称位置で配設して、前記磁界と前記インダクタとの間の磁気結合を減少させる、請求項１３の記載の方法。
【請求項１８】
前記温度感知コアに隣接して配設される磁気遮蔽構造体を準備することを更に含み、前記磁気遮蔽構造体は、前記温度感知コアが前記電気伝送線に磁気的に近接するように配設されたときに、前記電気伝送線からの磁界から、前記温度感知コアを遮蔽するように構成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気伝送線の複数の部分を直列に電気接続する中空のカプラの内側に、前記温度感知コアを配設することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記送受信ユニットは、前記電気伝送線の温度を表す信号を送出するように構成される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気導体の温度を監視するためのシステムに関し、特に、電気導体、例えば、配電システムの電力ケーブルの電気導体の温度を監視するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
配電システムは、現代社会において、重要な役割を担っている。安全と安心は、配電システムの「健康」に関して、常に考慮すべき要素である。したがって、配電システムの「健康」の監視を可能とする技術が存在すべきである。
【０００３】
中電圧又は高電圧の配電システムにおいて、電気ケーブルの導体の温度は、ケーブルが搬送する電流が増大するにつれて、上昇し得る。したがって、かかるシステムの「健康」は、例えば、このようなシステムの弱点となり得るケーブルの接合部又は連結部において、オンライン電気導体の温度を監視することにより評価できる。通常、ケーブルの接合部又は連結部を通って流れる通常電流は、例えば約９０℃の温度を作り出し得る。ケーブルの接合部又は連結部の温度がその温度を越えて上昇する場合には、この配電システムに異常がある恐れがあるという指標となり得る。一方、既存の配電システムが最大の電流容量であるかどうか、既存のシステムを使って追加電力を確実に配電できるかどうか、又は追加のインフラ支出が必要かどうか、を知るためにもまた有用である。
【発明の概要】
【０００４】
中又は高配電システムにおけるオンライン電力ケーブル、及びケーブル接合部及び連結部は、典型的には複数の絶縁層及び（半）導電層により絶縁及び保護され、並びに／あるいは、一般的には地下に埋設されているか、又は地上高くに架設されている。オンライン電気導体の温度をリアルタイムで、直接的に監視又は測定することが望まれている。
【０００５】
簡単に言うと、一態様では、電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置が準備される。本装置は、インダクタを含む受動的回路又はユニットを含む。インダクタは、温度感知コアを有する。温度感知コアは、相対透磁率が温度と共に変動する組成物を有する。受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する。温度感知コアは、電気伝送線と熱接触するように配設され、インダクタのインダクタンスは、電気伝送線の温度と共に変動する。本明細書で使用する用語「熱接触」は、２つ以上の物体が互いに、エネルギーを熱の形で交換できることを意味する。
【０００６】
別の態様では、電気伝送線の温度を感知するための方法が提供される。本方法は、インダクタを含む受動的回路を準備することを含む。インダクタは、温度感知コアを含む。受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する。温度感知コアを電気伝送線と熱接触するように配設する。受動的回路に電磁結合するように構成された送受信ユニットを準備する。本方法は、送受信ユニットと受動的回路との間の電磁結合を介して、受動的回路の共振周波数又はＱ値を測定することと、測定した共振周波数に基づいて、電気伝送線の温度の変化を決定することとを更に含む。温度感知コアは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有し、インダクタのインダクタンス、及び受動的回路の共振周波数又はＱ値は、電気伝送線の温度と共に変動する。
【０００７】
別の態様では、電気伝送線内の電流を監視するための方法が提供される。本方法は、インダクタを含む受動的回路を準備することと、インダクタを、電気伝送線に磁気的に近接するように配設することと、受動的回路に電磁結合するように構成された送受信ユニットを準備することと、送受信ユニットと受動的回路との間の電磁結合を介して、受動的回路の共振周波数を測定することと、監視した共振周波数に基づいて、電気伝送線内の電流の、位相又は振幅のような特性を決定することとを含む。インダクタは、電気伝送線の電流により発生した磁束に磁気結合されるように構成された磁気インダクタコアを含み、インダクタのインダクタンス及び受動的回路の共振周波数は、電気伝送線の電流と共に変動する。
【０００８】
本開示の例示的実施形態では、様々な予期せぬ結果及び利点が得られる。本開示の例示的な実施形態の１つのそのような利点は、電気伝送線の磁界及び／又はインダクタの内部磁界からの潜在的な磁気干渉を最小限に抑えることができるということである。磁気干渉がなければ、電気伝送線の温度は、電気伝送線の温度変化時のインダクタのインダクタンス変化に基づいて、リアルタイムで正確に測定することができる。
【０００９】
例示的実施形態の列挙
例示的実施形態を以下に列挙する。実施形態Ａ〜Ｌ、Ｍ〜Ｔ、及びＵ〜Ｗのいずれかを組み合わせることができることを理解されたい。
【００１０】
実施形態Ａ．電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置であって、
インダクタを備える受動的回路であって、インダクタは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有する温度感知コアを含み、受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する、受動的回路と、
温度感知コアに隣接して配設される磁気遮蔽構造体であって、磁気遮蔽構造体は、温度感知コアが電気伝送線に磁気的に近接するように配設されときに、電気伝送線からの磁界から、温度感知コアを遮蔽するように構成される、磁気遮蔽構造体と、を備え、
温度感知コアは、電気伝送線と熱接触するように配設され、インダクタのインダクタンスは、電気伝送線の温度と共に変動する、電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置。
【００１１】
実施形態Ｂ．電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置であって、
インダクタを備える受動的回路であって、インダクタは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有する温度感知コアを含み、受動的回路は、温度と共に変動する共振周波数又はＱ値のうちの少なくとも１つを有する、受動的回路と、
電気伝送線の複数の部分を直列に電気接続するための中空のカプラであって、インダクタは、中空のカプラの内側空間に位置付けられる、中空のカプラと、を備え、
温度感知コアは、電気伝送線と熱接触するように配設され、インダクタのインダクタンスは、電気伝送線の温度と共に変動する、電気伝送線の温度を感知するための温度感知装置。
【００１２】
実施形態Ｃ．インダクタは、温度感知コアとインダクタコイルとを含むトロイダルインダクタであり、温度感知コアはリング形状を有し、インダクタコイルは、温度感知コアの外周の周りに分散している、実施形態Ａ又はＢの装置。
【００１３】
実施形態Ｄ．温度感知コアは、電気伝送線により発生した磁界内に対称位置で配設される、実施形態Ａ〜Ｃのうちのいずれか１つの装置。
【００１４】
実施形態Ｅ．温度感知コアは、そのｚ軸が電気伝送線を実質的に垂直に横切って延在する状態で電気伝送線に面する、実施形態Ｄに記載の装置。
【００１５】
実施形態Ｆ．インダクタは、ポットコアインダクタ又はフェライトロッドベースのインダクタを含む、実施形態Ａ〜Ｅのうちのいずれか１つの装置。
【００１６】
実施形態Ｇ．磁気遮蔽構造体は、ミューメタル、鉄ニッケル系合金、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態Ａに記載の装置。
【００１７】
実施形態Ｈ．温度感知コアの組成物は、１５０℃よりも高いキュリー温度を有する１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含み、組成物は、−５０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって相対透磁率対温度の正の傾斜を呈する、実施形態Ａ〜Ｇのうちのいずれか１つの装置。
【００１８】
実施形態Ｉ．温度感知コアの組成物は、１５０℃よりも低いキュリー温度を有する１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含み、組成物は、相対透磁率対温度の負の傾斜を呈する、実施形態Ａ〜Ｈのうちのいずれか１つの装置。
【００１９】
実施形態Ｊ．受動的共振回路を形成するためにインダクタに電気接続されたコンデンサを更に備える、実施形態Ａ〜Ｉのうちのいずれか１つの装置。
【００２０】
実施形態Ｋ．受動的共振回路を形成するためにインダクタに電気接続されたアンテナを更に備える、実施形態Ａ〜Ｊのうちのいずれか１つの装置。
【００２１】
実施形態Ｌ．受動的共振回路に電磁結合された送受信ユニットを更に備え、送受信ユニットは、電気伝送線の温度を表す信号を送出するように構成されている、実施形態Ｊ又はＫのうちのいずれか１つの装置。
【００２２】
実施形態Ｍ．電気伝送線の温度を感知する方法であって、
温度と共に変動する共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも１つを有する受動的回路を準備することであって、受動的回路は、温度感知コアを含むインダクタを備える、受動的回路を準備することと、
温度感知コアを電気伝送線と熱接触するように配設することと、
受動的回路に電磁結合するように構成された送受信ユニットを準備することと、
送受信ユニットと受動的回路との間の電磁結合を介して、受動的回路の共振周波数又はＱ値を測定することと、
測定した共振周波数又はＱ値に基づいて、電気伝送線の温度を決定することと、を含み、
温度感知コアは、温度と共に相対透磁率が変動する組成物を有し、インダクタのインダクタンス、及び受動的回路の共振周波数又はＱ値は、電気伝送線の温度と共に変動する、電気伝送線の温度を感知する方法。
【００２３】
実施形態Ｎ．受動的回路の共振周波数は、電気伝送線を通過する電流が実質的にゼロである時間ウィンドウ内で測定される、実施形態Ｍの記載の方法。
【００２４】
実施形態Ｏ．電気伝送線内の電流についてのゼロ電流交差を決定することを更に含む、実施形態Ｎの記載の方法。
【００２５】
実施形態Ｐ．受動的回路の共振周波数又はＱ値を監視して、最小共振周波数及び最大共振周波数のうちの少なくとも１つを決定することを更に含む、実施形態Ｎ又はＯに記載の方法。
【００２６】
実施形態Ｑ．温度感知コアを、電気伝送線により発生した磁界内に対称位置で配設して、磁界とインダクタとの間の磁気結合を減少させる、実施形態Ｍ〜Ｐのうちのいずれか１つの方法。
【００２７】
実施形態Ｒ．温度感知コアに隣接して配設される磁気遮蔽構造体を準備することを更に含み、磁気遮蔽構造体は、温度感知コアが電気伝送線に磁気的に近接するように配設されたときに、電気伝送線からの磁界から、温度感知コアを遮蔽するように構成される、実施形態Ｍ〜Ｑのうちのいずれか１つの方法。
【００２８】
実施形態Ｓ．電気伝送線の複数の部分を直列に電気接続する中空のカプラの内側に、温度感知コアを配設することを更に含む、実施形態Ｍ〜Ｒのうちのいずれか１つの方法。
【００２９】
実施形態Ｔ．送受信ユニットは、電気伝送線の温度の変化を表す信号を送出するように構成される、実施形態Ｍ〜Ｓのうちのいずれか１つの方法。
【００３０】
実施形態Ｕ．電気伝送線内の電流を監視する方法であって、
インダクタを備える受動的回路を準備することと、
インダクタを、電気伝送線に磁気的に近接するように配設することと、
受動的回路に電磁結合するように構成された送受信ユニットを準備することと、
送受信ユニットと受動的回路との間の電磁結合を介して、受動的回路の共振周波数又はＱ値を監視することと、
監視した共振周波数又はＱ値に基づいて、電気伝送線内の電流の振幅を決定することと、を含み、
インダクタは、電気伝送線の電流により発生した磁束に磁気結合されるように構成された磁気インダクタコアを含み、インダグタのインダクタンス、及び受動的回路の共振周波数又はＱ値は、電気伝送線の電流と共に変動する、電気伝送線内の温度を監視する方法。
【００３１】
実施形態Ｖ．電流の振幅を決定することは、監視した共振周波数に対して統計解析を実施することを更に含む、実施形態Ｕの方法。
【００３２】
実施形態Ｗ．監視した共振周波数に基づいて、電気伝送線内の電流の位相を決定することを更に含む、実施形態Ｕ又はＶの方法。
【００３３】
本開示の例示的実施形態の、様々な態様及び利点が要約されてきた。上記の「発明の概要」は、それらの本開示の特定の例示的実施形態の、図示される各実施形態又は全ての実装を説明することを意図するものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、本明細書に開示される原理を使用する特定の好ましい実施形態を、より詳細に例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
以下の本開示の様々な実施形態の「発明を実施するための形態」を、添付図面と併せて考慮することで、より完全に本開示を理解することができる。
【図１Ａ】一実施形態に係る、電気導体の温度を監視するためのシステムの概略ブロック図である。
【図１Ｂ】一実施形態に係る、ケーブルの接合アセンブリにおける電気導体の温度を監視するためのシステムの適用例の部分切取概略図である。
【図２Ａ】一実施形態に係る、電気導体の温度を監視するためのシステムのＬＣループの概略回路図である。
【図２Ｂ】別の実施形態に係る、電気導体の温度を監視するためのシステムのＬＣループの概略回路図である。
【図３Ａ】一実施形態に係る、電気導体の温度を監視するためのシステムの概略回路図である。
【図３Ｂ】別の実施形態に係る、電気導体の温度を監視するためのシステムの概略回路図である。
【図４】一実施形態に係る、電気導体の温度を監視するための方法の概略フロー図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る、トロイダルインダクタの斜視側面図である。
【図５Ｂ】電流を搬送する図５Ａのトロイダルインダクタ内の磁界の概略図である。
【図６Ａ】一実施形態に係る、ポットコアインダクタの一部分の斜視側面図である。
【図６Ｂ】一実施形態に係る、図６Ａの一部分を含むポットコアインダクタの爆発的側面図である。
【図７Ａ】一実施形態に係る、磁気インダクタコアの相対透磁率の温度感度を示すグラフである。
【図７Ｂ】一実施形態に係る、例示的なフェライト材料の相対透磁率の温度感度を示すグラフである。
【図８Ａ】公式４及び５に従った電気伝送線からの距離の関数として磁界を示すグラフである。
【図８Ｂ】一実施形態に係る、図８ａの磁界下におけるフェライト材料のＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図９Ａ】一実施形態に従って、温度感知インダクタコアを電気伝送線に磁気的に近接するように配設していることを概略的に示す図である。
【図９Ｂ】別の実施形態に従って、温度感知インダクタコアを電気伝送線に磁気的に近接するように配設していることを概略的に示す図である。
【図９Ｃ】別の実施形態に従って、温度感知インダクタコアを電気伝送線に磁気的に近接するように配設していることを概略的に示す図である。
【図１０Ａ】一実施形態に係る、電気伝送線の温度を感知するためのインダクタの側断面図である。
【図１０Ｂ】別の実施形態に係る、電気伝送線の温度を感知するためのインダクタの側断面図である。
【図１１Ａ】一実施形態に係る、電気伝送線の２つの箇所を電気接続する中空カプラを示す図である。
【図１１Ｂ】一実施形態に係る、図１１ａの中空カプラの内側に位置する温度感知インダクタコアを示す図である。
【図１１Ｃ】別の実施形態に係る、図１１ａの中空カプラの内側に位置する温度感知インダクタコアを示す図である。
【図１２Ａ】電流を搬送する中実の導電ワイヤの磁界の概略図である。
【図１２Ｂ】電流を搬送する中空の導電ワイヤの磁界の概略図である。
【図１３】一実施形態に係る、電気伝送線内の電流を監視するための方法のフロー図である。  これらの図面中、同様の参照番号は、同様の要素を示す。原寸大で描写されない場合がある、上で識別された図面は、本開示の様々な実施形態を説明するが、発明を実施するための形態で言及されるように、他の実施形態も検討される。全ての場合に、本開示は、本明細書で開示される開示内容を、明示的な限定によってではなく、例示的実施形態を表現することによって説明する。本開示の範囲内に含まれる多数の他の変更形態及び実施形態が当業者により考案され得ることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示は、電力ケーブルの電気導体又は電気伝送線の温度をリアルタイムで直接的に感知する、測定する、又は監視するためのシステム及び方法について説明する。用語「電気導体」及び「電気伝送線」は、本開示では互換的に使用される。本明細書で説明するいくつかの実施形態は、電気伝送線と熱接触している温度感知インダクタを準備する。温度感知インダクタは、電気伝送線の温度と共に変動する相対透磁率を有する温度感知コアを含むことができる。電気伝送線の温度は、温度感知コアの相対透磁率の関数である温度感知インダクタのインダクタンスを測定することによって、感知する、測定する、又は監視することができる。
【００３６】
電気伝送線を電流が通ると、電気伝送線の周りに磁界を発生させることができる。例えば、磁束線又は磁界線は、電流を搬送する電気伝送線を中心とした同心円の形態となり得る。インダクタが電気伝送線に磁気的に近接するように配設されると、インダクタと電気伝送線により発生した磁束との間に、磁気結合が生じ得る。磁気結合は、インダクタの磁気インダクタコア内に磁気飽和を発生させることがあり、かつ、インダクタのインダクタンスを変更させる、又は変化させることがある。本明細書で説明するいくつかの実施形態は、電気伝送線の磁界の存在下でのインダクタの潜在的な磁気飽和を最小限に抑える、防止する、又は考慮する方法及び機構を提供する。
【００３７】
本開示は、例えば中電圧又は高電圧（例えば、＞１ｋＶ又は＞１０ｋＶ）の電力ケーブルの、電気導体の温度を監視するためのシステム及び方法の実施形態を提供する。内部電源（例えばバッテリー）を必要とせず、かつ外部電源に物理的に接続する必要がない装置を意味する、「受動的」装置を用いてこのような監視を実行することは、とりわけ有用であり得る。このような適用例における使用が発見され得る１つの種類の受動的装置は、ＬＣ回路（即ち、誘導−静電容量回路）に依拠する。当業者であれば理解するように、適切に設計されたＬＣ回路は、共振周波数を呈し得、この共振周波数は、装置とのいかなるワイヤ接続も必ずしも必要とすることなしに（連続的か不連続的かにかかわらず）監視することができる。このような装置が、温度に感応するインダクタンスを有する温度感知インダクタを使用し、かつその温度感知インダクタが、電力ケーブルの電気導体の一部分と熱的に連通する又は熱接触する状態に置かれる場合、電気導体の当該部分の熱変化は、それに見合うだけ温度感知インダクタの温度を変化させ得る。この温度変化により、ＬＣ回路の共振周波数が変化し得、それを検知及び使用して電力ケーブルの当該部分の温度を推測することができる。
【００３８】
図１は、一実施形態に係る、電気導体３１の温度を監視するためのシステム１００の概略図である。システム１００は、受動的ユニット又は回路２０と、送受信ユニット４０と、制御ユニット５０とを含む。受動的ユニット又は回路２０は、後述するように、少なくとも１つの温度感知インダクタを含むように構成される。温度感知インダクタは、相対透磁率が温度と共に変動する組成物を有する磁気インダクタコアを含むことができる。いくつかの実施形態では、磁気インダクタコアは、電気導体３１と熱接触するように配設することができる。いくつかの実施形態では、磁気インダクタコアは、電気導体３１に磁気的に近接するように配設することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、受動的ユニット又は回路２０は、電気導体３１の温度と共に変動する共振周波数及び／又はＱ値を有することができる。送受信ユニット４０は、受動的ユニット又は回路２０に電磁結合することができ、かつ受動的ユニット又は回路２０の共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を送出することができる。制御ユニット５０は、送受信ユニット４０と通信して、共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及び／又はＱ値を表す信号に基づいて、電気導体３１の温度の値を決定することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、作動中に、電気導体３１の温度を監視する必要がある場合には、制御ユニット５０は、送受信ユニット４０に指示信号Ｓ１を送出してもよい。送受信ユニット４０は、一旦指示信号Ｓ１を受信すると、次いで、受動的ユニット又は回路２０に加振信号Ｓ２を送出する。加振信号Ｓ２は、受動的ユニット又は回路２０を誘導して、振動させることができる。送受信ユニット４０は、受動的ユニット又は回路２０からの発振信号Ｓ３を検出し、次いで、制御ユニット５０に帰還信号Ｓ４を送出することができる。発振信号Ｓ３及び帰還信号Ｓ４は、電気導体３１の温度と共に変動し得る、受動的ユニット又は回路２０の共振周波数及び／又はＱ値を表す情報を含む。制御ユニット５０は、確認した帰還信号Ｓ４に基づいて、電気導体３１の温度の値を決定することができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、システム１００は、任意追加のエネルギー発電ユニット６０を更に含んでもよい。エネルギー発電ユニット６０は、ＡＣ電流が電気導体３１を通って流れる際、電気導体３１から電力を発電し、その発電した電力を送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に供給するように適合され得る。
【００４２】
１つの実施形態では、受動的ユニット又は回路２０は、図２Ａに示すように、インダクタ−コンデンサ（ＬＣ）ループ２１を含むことができる。ＬＣループ２１は、例えばワイヤを介して、直列に電気接続されている、温度感知インダクタ２１Ｌとコンデンサ２１Ｃとを含む。温度感知インダクタ２１Ｌは、温度と共に変動するインダクタンスを呈する。この場合、実際の適用時には、この温度感知インダクタ２１Ｌは、図１の電気導体３１と熱接触する、又は直接接触することができる。いくつかの実施形態では、受動的ユニット又は回路２０は、温度感知インダクタ２１Ｌとは別個のコンデンサを含まなくてもよく、温度感知インダクタ２１Ｌのみが、共振周波数及び／又はＱ値を有することができることを理解されたい。
【００４３】
別の実施形態では、受動的ユニット又は回路２０は、図２Ｂに示すように、インダクタ−コンデンサ（ＬＣ）ループ２１’を含むことができる。ＬＣループ２１’は、ワイヤを介して電気接続されている、温度感知インダクタ２１Ｌとアンテナ２１Ａとコンデンサ２１Ｃとを含む。温度感知インダクタ２１Ｌは、温度と共に変動するインダクタンスを呈する。この場合、実際の適用時には、この温度感知インダクタ２１Ｌは、図１の電気導体３１と熱接触する、又は直接接触することができる。アンテナ２１Ａは、例えば、プリントアンテナ、誘導コイルなどのような、任意の好適な種類のインダクタとすることができる。ＬＣループ２１又は２１’は、１つ以上のコンデンサ及び／又は１つ以上のインダクタを含み得ることが理解できる。１つ以上のコンデンサと１つ以上のインダクタとを適切に接続して、ＬＣループを形成することができる。
【００４４】
ＬＣループ２１のようなＬＣループの共振周波数ｆｒは、下記の公式（１）に従って算出することができる。
【数１】
2018501474.tif 000003
式中、Ｌは、インダクタンス、例えば温度感知インダクタ２１Ｌのインダクタンスの値を示し、Ｃは、静電容量、例えばコンデンサ２１Ｃの静電容量の値を示す。
【００４５】
実際には、ＬＣループ２１は、多少の抵抗損失、拡散損失、及び／又は吸収損失を有することがあり、単一の小さい直列抵抗Ｒｓとしてモデル化することができる。かかるＬＣループ２１のＱ値は、下記の公式（２）に従って算出できる。
【数２】
2018501474.tif 000004
ただし、
【数３】
2018501474.tif 000005
かつ、式中ｆｒは共振周波数である。
【００４６】
ＬＣループ２１のインダクタンス又は静電容量が変化する場合、共振周波数ｆｒ及びＱ値もそれに応じて変化するであろうことがわかる。図２に示すような実施形態では、インダクタ２１Ｌは、温度感知式であるので、電気導体３１と熱接触するように構成される。この温度感知インダクタ２１Ｌの温度は、電気導体３１の温度の変化と共に変動し、それにより、インダクタ２１Ｌのインダクタンスを変化させ得る。その結果、ＬＣループ２１の共振周波数ｆｒ及びＱ値は、電気導体３１の異なる温度と共に変動し得る。
【００４７】
図１Ｂは、一実施形態に係る、例えば、ケーブルの接合アセンブリ３０に封入されている電気導体３１の温度を監視又は測定するための、受動的ユニット又は回路２０と送受信ユニット４０と制御ユニット５０とを含む、図１のシステム１００の適用例を示す。
【００４８】
ケーブルの接合アセンブリ３０において、電気ケーブル１０の２つの箇所が接合される。電気ケーブル１０のそれぞれの箇所は、電気導体３１と、絶縁層３３と、（半）導電層３５とを含む。本明細書で使用される用語「（半）導電」は、特定の構造に応じて、層が半導電性又は導電性になり得ることを示している。絶縁層３３及び（半）導電層３５は、電気導体３１を封入している。コネクタ１２は、接合された電気導体３１を同心的に取り囲んでいる。第１の（半）導電（又は電極）層１３、ここでは金属層は、接合された電気導体３１とコネクタ１２とを同心的に取り囲み、コネクタ１２及び電気導体３１の周りに遮蔽ファラデーケージを形成する。いくつかの実施形態において、「（半）導電」は、特定の構造に応じて、層が半導電性又は導電性になり得ることを示している。絶縁層１１（幾何学的ストレス制御部品１６を含む）は、第１の（半）導電層１３を取り囲む。前述の構造は、シールド層及び接地層としての機能を果たす第２の（半）導電層１４、ここでは金属ハウジング、の内側に配設される。ポート１８のうちの１つを通して金属ハウジング１４内に樹脂を注入し、絶縁層１１の周りの区域を埋めることができる。収縮性スリーブ層１５は、最外層として働く。
【００４９】
この実施形態では、電気導体３１の複数の部分は、コネクタ１２により覆われ、次いで、第１の（半）導電層１３、絶縁層１１、第２の（半）導電層１４、及び収縮性スリーブ層１５に封入されている。この実施形態では、収縮性スリーブ層１５は、重なり合う２つの箇所１５１及び１５２を含み、その重なり合う部分の間に通路１５３を残す。通路１５３は、収縮性スリーブ層１５の外側から、第２の（半）導電層１４上にあるポート１８を通って、第２の（半）導電層１４の内側までである。
【００５０】
図１Ｂに示すように、受動的ユニット又は回路２０は、電気導体３１のうちの１つの近く、かつ第１の（半）導電層１３の内側に位置付けられる。好ましくは、電気導体３１の一部分は、電気ケーブル１０の絶縁層３３とコネクタ１２との間に露出し、受動的ユニット又は回路２０を、電気導体３１の露出した部分の周りに位置付けてもよい。
【００５１】
送受信ユニット４０は、第１の（半）導電層１３の外側かつ第２の（半）導電層１４の内側、すなわち、第１の（半）導電層１３と第２の（半）導電層１４との間に位置付けられる。図４に示すような一実施形態では、送受信ユニット４０は、例えば誘導コイルとプリントアンテナなどを含む、任意の種類のインダクタを含むことができるインダクタ４４を含む。インダクタ４４は、図１Ｂの絶縁層１１の周りに位置付けられ得る。いくつかの実施形態では、インダクタ４４と受動的ユニット又は回路２０のインダクタ２１Ｌとは、電磁結合を向上させるように、同一断面に位置することができる。送受信ユニット４０の実施形態に関するより詳細な説明は、図３Ａ〜図３Ｂを参照して、以下で提供する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、受動的ユニット又は回路２０と送受信ユニット４０との対は、アセンブリ３０の外側の電気ケーブル１０の特定の部分に位置することができる。受動的ユニット又は回路２０は、電気導体３１に隣接して配設され、かつ電気ケーブル１０の（半）導電層３５及び絶縁層３３により封入され得る。送受信ユニット４０は、（半）導電層３５の外側に位置することができ、かつ受動的ユニット又は回路２０に電磁結合するように構成され得る。一連の係る対を電気ケーブル１０に沿って分散させて、電気導体３１の温度分布を実現することができる。
【００５３】
図１Ｂを再び参照すると、制御ユニット５０は、ワイヤ５１を介して送受信ユニット４０と通信するように構成される。ワイヤ５１は、ワイヤ５１が送受信ユニット４０から、ポート１８を通って、制御ユニット５０へと延在できるように、通路１５３内に収容され得る。電力誘導コイル６１を含む任意追加のエネルギー発電ユニット６０は、アセンブリ３０の外側かつケーブル１０の周りに位置し得、又は第２の（半）導電層１４と収縮性スリーブ層１５との間に位置し得る。エネルギー発電ユニット６０は、ワイヤ５２を介して、送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に電力を供給するために使用することができる。この仕様を通じて、ワイヤ５１及びワイヤ５２は、それぞれが「ワイヤ」と称されるが、ワイヤ５１及びワイヤ５２のいずれか又は双方は、システムが機能する際に必要な場合、複数のワイヤを含み得ることを理解されたい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、任意追加のエネルギー発電ユニット６０の誘導コイル６１として、例えば、鉄芯変流器、空芯変流器、又はロゴスキーコイルを挙げることができる。誘導コイル６１は、第１の（半）導電層１３の外側に、又は、第２の（半）導電層が使用される場合には、その外側に、位置付けられ得る。好ましくは、エネルギー発電ユニット６０は、送受信ユニット４０に発電した電力を提供するために主に使用されてもよく、そのため、エネルギー発電ユニット６０は、送受信ユニット４０が位置する層の外側に位置付けられ得る。したがって、エネルギー発電ユニット６０は、１つ以上のワイヤを介して、送受信ユニット４０と電気接続されていてもよい。いくつかの実施形態では、エネルギー発電ユニット６０は、発電された電力を送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に適応させるための任意追加の整流回路を更に含むことができる。
【００５５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すような一実施形態では、送受信ユニット４０は、例えば誘導コイル、プリントアンテナなどのような、任意の種類のインダクタを含むことができるインダクタ４４を含む。図３Ａでは、インダクタ４４は、受動的ユニット又は回路２０の温度感知インダクタ２１Ｌに電磁結合している。図３Ａでは、インダクタ４４は、受動的ユニット又は回路２０のアンテナ２１Ａに電磁結合している。
【００５６】
図４は、一実施形態に係る、例えば図１のシステム１００を使用することによって電気導体の温度を感知するための方法４００のフロー図である。４１０において、温度感知コアを含むインダクタを準備する。温度感知コアは、相対透磁率が温度と共に変動する組成物を有する。いくつかの実施形態では、温度感知コアは、磁気コアを含むことができる。磁気コアは、例えば、鉄、シリコーン鉄、カルボニル鉄、フェライトなどのような、例えば強磁性又はフェリ磁性材料を含むことができる。次いで、方法４００は、４２０に進む。
【００５７】
４２０において、温度感知コアを、図１の電気導体３１のような電気導体と熱接触するように配設する。いくつかの実施形態では、温度感知コアは、電気導体３１と直接熱接触するように配設することができる。いくつかの実施形態では、例えば熱伝導性ペーストのような熱伝導性材料を温度感知コアと電気導体３１との間に配設して、温度感知コアと電気導体３１との間の熱交換を促進することができる。次いで、方法４００は、４３０に進む。
【００５８】
４３０において、図２Ａのコンデンサ２１Ｃのようなコンデンサを、インダクタに電気接続するように提供して、図２ＡのＬＣ回路２１のような受動的ＬＣ回路を形成する。次いで、方法４００は、４４０に進む。
【００５９】
４４０において、図１の送受信ユニット４０のような送受信ユニットを、受動的ＬＣ回路に電磁結合するように提供する。次いで、方法４００は、４５０に進む。
【００６０】
４５０において、制御ユニット５０により、送受信ユニット４０と受動的ＬＣ回路との間の電磁結合を介して、受動的ＬＣの共振周波数を測定する。次いで、方法４００は、４６０に進む。
【００６１】
４６０において、測定した共振周波数に基づいて、電気導体３１の温度を決定する。いくつかの実施形態では、電気導体３１の絶対温度は、制御ユニット５０により、測定した共振周波数に基づいて決定することができる。いくつかの実施形態では、電気導体３１の温度変化は、測定した共振周波数に基づいて、制御ユニット５０により決定することができ、それに応じて、電気導体３１の絶対温度を決定することができる。
【００６２】
図２Ａ〜図２Ｂの温度感知インダクタ２１Ｌは、任意の種類のインダクタとすることができる。１つの実施形態では、温度感知インダクタ２１Ｌは、図５ａ及び図５ｂに示したトロイダルインダクタ５２のような、トロイダルインダクタとすることができる。トロイダルインダクタ５２は、磁気インダクタコア５３と、磁気インダクタコア５３の周りに巻き付けられた巻線５４とを含む。いくつかの実施形態では、磁気インダクタコア５３は、例えば鉄、シリコーン鉄、カルボニル鉄、フェライト材料などのような、１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含有する組成物を有することができる。フェライト材料として、例えば、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライトなどを挙げることができる。フェライト材料は、例えば、Ｆａｉｒ−Ｒｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．（ＮＹ）から市販されている。図５ａ〜図５ｂの実施形態では、トロイダルインダクタ５２は、ｚ軸を中心とする「ドーナツ」形状又は「リング」形状を有する。磁気インダクタコア５３は、磁界線の経路全体が磁気インダクタコア５３の内側となり得る閉ループコアを形成する。インダクタ２１Ｌは、温度と共に変動する相対透磁率を有する磁気インダクタコアを含む、任意の種類のインダクタとすることができることを理解されたい。
【００６３】
トロイダルインダクタ５２のようなインダクタのインダクタンス（Ｌ）は、以下に従って、フェライトトロイダルコアの相対透磁率に応じて変わる。
【数４】
2018501474.tif 000006
式中、Ｎはコイルの巻数であり、Ａは磁気インダクタコア５３の断面積であり、μｏは真空の透磁率であり、μｒは磁気インダクタコア５３の相対透磁率であり、ｒは磁気インダクタコア５３の平均半径である。インダクタンスに対する透磁率の比例依存性を示す様々なインダクタジオメトリについて、同様の公式を導き出することができる。
【００６４】
トロイダルインダクタ５２は、比較的高いインダクタンスを提供することができ、したがって、ソレノイドコイルのような真っ直ぐなコアをもつ同様に構築したコイルよりも高いＱ因子を提供することができる。更に、トロイダル形状により、損失及び必要な遮蔽材料を最小限に抑えながら、温度感知インダクタ２１Ｌを電気導体３１に近接して配置することが可能になる。遮蔽材料と関連するコスト及び複雑度を低減することに加えて、遮蔽材料を最小限に抑えることにより、電気導体により密接に近接させること、及び電気導体と温度感知インダクタとの間の熱接触を向上させることが可能になる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂは、別の種類の温度感知インダクタ２１Ｌを示している。ポットコアインダクタ６２は、ボビン又はトロイド上にコイル巻線と共にインダクタコア６４を封入するための内部中空を画定する強磁性シェル６３を含む。強磁性シェル６３は、１つに嵌合する２つの半体６３ａ及び６３ｂで作製することができる。インダクタコア６４は、図５Ｂの磁気インダクタコア５３に使用される１つ以上の強磁性又はフェリ磁性材料を含有することができ、インダクタコア６４は、相対透磁率に関して、同様の温度感度を呈することができる。強磁性シェル６３は遮蔽効果を提供し、インダクタコア６４の磁気飽和を最小限に抑えるか、又はそれを除去し、起こり得る電磁干渉を低減することができる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、温度感知インダクタ２１Ｌは、フェライトロッドとフェライトロッドに装着されたコイルとを含む、フェライトロッドベースのインダクタとすることができる。いくつかの実施形態では、フェライトロッドは、電気導体又は電気伝送線に対して平行に配設することができる。
【００６７】
例えば図５Ａ〜図５Ｂの磁気インダクタコア５３のような磁気インダクタコアは、比較的高い透磁率の温度係数（∂μｒ／∂Ｔ）を呈する強磁性又はフェリ磁性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、強磁性又はフェリ磁性材料は、例えば、０〜１３０℃の温度で、０．５％／℃−１以上、１％／℃−１以上、２％／℃−１以上、５％／℃−１以上、１０％／℃−１以上、２０％／℃−１以上、又は４０％／℃−１以上、あるいは１％／℃−１〜４０％／℃−１の振幅の透磁率の温度係数を有することができる。図７Ａは、一実施形態に係る、Ｆａｉｒ−Ｒｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．（ＮＹ）が製造したフェライト材料を含む磁気インダクタコアの相対透磁率の温度感度を示している。相対透磁率は、１００ｋＨｚで測定され、Ｆａｉｒ−Ｒｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．（ＮＹ）により公表された。
【００６８】
いくつかの実施形態では、例えば図５Ａ〜図５Ｂの磁気インダクタコア５３のような磁気インダクタコアは、例えば３０℃〜６０℃のキュリー温度を示す強磁性又はフェリ磁性材料を含むことができる。図７Ｂは、Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｋ．「Ｔｈｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｆｅｒｒｉｔｅ  ｃｏｒｅｓ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ  ｃｕｒｉｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９６４年６月）で公表された、例示的なフェライト材料の相対透磁率の温度感度を示している。図７Ｂに示すように、相対透磁率は、キュリー温度（ＴＣ）を超えると個体の透磁率が急激に下がるが、これは、フェリ磁性から常磁性への遷移により生じる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、インダクタ２１Ｌのインダクタンスは、温度変化と共にそのジオメトリが変化すると変動し得る。いくつかの実施形態では、インダクタ２１Ｌの磁気インダクタコアは、電気導体３１と熱接触すると、温度の変動と共に膨張又は収縮し得る。いくつかの実施形態では、磁気インダクタコアは、例えば、２０℃で、５×１０−６Ｋ−１〜５０×１０−６Ｋ−１の体積熱膨張係数を有することができる。磁気インダクタコアの熱膨張は、インダクタ２１Ｌのインダクタンスの変化Ｄ１を誘起し得る。いくつかの実施形態では、磁気インダクタコアの周りの巻線のジオメトリ、形状及び／又は相対位置は、温度と共に変化することがあり、これは、インダクタ２１Ｌのインダクタンスの変化Ｄ２を誘起し得る。
【００７０】
いくつかの実施形態では、上記のインダクタンス変化Ｄ１及びＤ２は、磁気インダクタコアの相対透磁率の変化により誘起されるインダクタンス変化よりもはるかに低く（例えば、１オーダーの振幅よりも低く）なり得、インダクタンス変化Ｄ１及び／又はＤ２は、ごくわずかとなり得る。いくつかの実施形態では、上記のインダクタンス変化Ｄ１及び／又はＤ２は事前較正することができ、磁気インダクタコアの相対透磁率の変化に関係するインダクタンス変化とは別個のものであり得る。好適な事前較正の後に、インダクタンス変化Ｄ１及び／又はＤ２は、独立して、又は温度に伴う相対透磁率の変化に関係するインダクタンス変化と協働して電気導体３１の温度を決定するために使用することができる。
【００７１】
上記で論じたように、電流を搬送する電気導体又は電気伝送線と、電気導体又は電気伝送線に磁気的に近接するインダクタとの間に、磁気結合が形成され得る。本明細書で使用される用語「磁気的に近接する」とは、例えば磁界からインダクタを遮蔽することができる磁気遮蔽構造体がない場合に、電気導体又は電気伝送線から発生する磁界内にインダクタが配設されていることを意味する。電流伝送ワイヤ（例えば、図１の電気導体３１）内又はその近くの磁界強度（Ｈ）は、（無限長さを有する電流伝送ワイヤ内の電流密度は均一であると仮定して）以下の公式（４）及び（５）により求めることができる。
ワイヤの内側：
【数５】
2018501474.tif 000007
ワイヤの外側：
【数６】
2018501474.tif 000008
式中、Ｉはワイヤ内の電流であり、ｒはワイヤ内におけるラジアル距離であり、Ｒはワイヤの半径であり、ｄはワイヤの外側表面からラジアル距離である。公式（４）及び５に基づく１つの例示的な演算を図８Ａに示す。詳細には、図８Ａは、磁界の振幅を、４５５Ａ、５４５Ａ及び６１５Ａの電流を搬送する１０００ＭＣＭ電気伝送線からの距離の関数として示しており、４５５Ａ、５４５Ａ及び６１５Ａは、それぞれ６０℃、７５℃及び９０℃における１０００ＭＣＭ伝送ケーブル（半径＝１７ｍｍ）の最大電流定格である。
【００７２】
強磁性又はフェリ磁性材料を含む磁気インダクタコアは、電流を搬送する電気伝送線に磁気的に近接して配設することができる。図８Ｂは、一実施形態に係る、Ｆａｉｒ−Ｒｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．（ＮＹ）によるフェライト材料を含有する磁気インダクタコアのＢ−Ｈ曲線を示している。図８ＢのＢ−Ｈ曲線は、１０ｋＨｚで測定され、Ｆａｉｒ−Ｒｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．（ＮＹ）により公表された。図８Ｂに示すように、磁気インダクタコアは、インダクタと電気伝送線により発生した磁束との間の磁気結合に起因して、電気伝送線を通る電流が最大である間、磁気飽和し得る。電気伝送線からの磁界の存在により誘起された磁気インダクタコアの飽和は、対応するインダクタのインダクタンスを減少させ、したがって、図２ＡのＬＣ回路２１のような対応するＬＣ回路の共振周波数を増大させることができる。
【００７３】
例えば、電気導体３１に対してインダクタの磁気インダクタコアの向き及び／又は位置を調節することによって、磁気結合を制御することができる。図９Ａ〜図９Ｃは、電流を搬送する電気導体３１に対する、図５Ａのトロイダルインダクタ５２の３つの異なる向き／位置を示している。電気導体３１の電流は、電気導体３１の周りに、例えば同心円の形態の磁束線又は磁界線を発生させる。図９Ａでは、トロイダルインダクタ５２は、電気導体３１に磁気的に近接するように配設され、トロイダルインダクタ５２は、そのｚ軸が電気導体３１の磁束に正接した状態で配向される。ｚ軸は、図９Ｂ〜図９Ｃに矢印で示される。図９Ｂでは、トロイダルインダクタ５２は、そのｚ軸が電気導体３１に実質的に平行である状態で配向される。図９Ｃでは、トロイダルインダクタ５２は、磁界とインダクタとの間の磁気結合を減少させるために、電気導体３１により発生した磁界内に対称位置で配設される。トロイダルインダクタ５２は、それらのｚ軸が、電気導体３１を実質的に垂直に横切って延在する状態で電気導体３１に面している。図９ｃに示した向き／位置は、磁気インダクタコアと電気導体３１とを結合する潜在的な磁気を低減することができる。
【００７４】
図１０Ａ〜図１０Ｂは、図１の受動的ユニット又は回路２０の例示的な位置を示している。一例として、受動的ユニット又は回路２０は、図２Ｂに示すように、温度感知インダクタ２１Ｌと、アンテナ２１Ａと、コンデンサ２１Ｃとを含む。温度感知インダクタ２１Ｌとアンテナ２１Ａとコンデンサ２１Ｃとは、ワイヤ２２０を介して電気接続して、ＬＣループを形成する。受動的ユニット又は回路２０を設置するために、フィクスチャ２１０が提供される。図１０Ａ〜図１０Ｂの実施形態では、フィクスチャ２１０は、本体２１０１とチャネル２１０２とを含む。チャネル２１０２は、電気導体３１を収容し、導体３１がチャネル２１０２を通過するように適合される。本体２１０１は、温度感知インダクタ２１Ｌを収容するチャンバ２１０３を有する。チャンバ２１０３は、温度感知インダクタ２１Ｌが作動中の電気導体３１と熱接触できるように、チャネル２１０２に連通することができる。コンデンサ２１Ｃは、本体２１０１により支持されている。フィクスチャ２１０は、本体２１０１を封入するためのカバー２１０４を更に含む。
【００７５】
図１０Ａ〜図１０Ｂに示した実施形態では、熱伝導性ペースト２７は、温度感知インダクタ２１Ｌを電気導体３１に物理的に接続し、それにより、温度感知インダクタ２１Ｌが電気導体３１と熱接触するように配設される。任意の好適な熱伝導手段を使用して、温度感知インダクタ２１Ｌを電気導体３１に熱的に接続できることを理解されたい。
【００７６】
図１０Ａ〜図１０Ｂに示すように、受動的ユニット又は回路２０は、温度感知インダクタ２１Ｌに隣接して配設された任意追加の磁気遮蔽構造体２８又は２８’を更に含む。図１０Ａの実施形態では、磁気遮蔽構造体２８は、温度感知インダクタ２１Ｌと電気導体３１との間に配設されている。図１０Ｂの実施形態では、磁気遮蔽構造体２８’は、温度感知インダクタ２１Ｌを受容するためにボウル形状を有しており、電気導体３１に面するように配設されている。
【００７７】
例えば磁気遮蔽構造体２８又は２８’のような磁気遮蔽構造体は、電気導体３１からの入射磁界を低減するか、又はそれを除去するために、１つ以上の磁気遮蔽材料を含むことができる。磁気遮蔽構造体は、例えば、ミューメタル、鉄ニッケル系合金、それらの組み合わせ又は混合物など、１つ以上の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、磁気遮蔽構造体は、温度感知インダクタ２１Ｌを取り囲むように配設することができる。いくつかの実施形態では、磁気遮蔽構造体は、電気導体３１を取り囲むように配設することができる。磁気遮蔽構造体２８及び２８’を共に使用して、磁界から温度感知インダクタ２１Ｌを遮蔽できることを理解されたい。また、例えば磁気遮蔽構造体２８及び２８’のような２つ以上の磁気遮蔽構造体を、任意の好適な組み合わせで使用してもよいことも理解されたい。
【００７８】
いくつかの実施形態では、温度感知インダクタ２１Ｌと電気導体３１との間の熱交換を促進するために、磁気遮蔽構造体を熱伝導性としてもよい。いくつかの実施形態では、電気導体３１から磁気遮蔽構造体を電気的に分離するために、電気絶縁構造体を使用してもよい。
【００７９】
磁気遮蔽構造体が存在することに起因して、電気導体３１から生じた磁束は、そこを貫通することなく温度感知インダクタ２１Ｌの周りに向けられ得る。磁気遮蔽構造体は、磁気エネルギーが吸収されることに起因して、その温度を著しく増大させないことがあり、温度感知インダクタ２１Ｌの温度を変化させる熱源として働かなくてもよい。任意の好適な磁気遮蔽材料を使用することができ、その磁気遮蔽構造体は、電気導体３１からの磁界を磁気インダクタコアから効果的に遮蔽できる限り、任意の好適なジオメトリを有することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、温度感知インダクタ２１Ｌと電気導体３１との間の熱交換を促進するために、磁気遮蔽構造体を熱伝導性としてもよい。
【００８０】
１つの実施形態では、２ｍｍ厚のミューメタル層で作製された磁気遮蔽構造体を使用して、約２０ＯｅのＤＣ磁界から、磁気インダクタコア、例えば、巻線型インダクタ（８４本の巻線をもつＦａｉｒ−Ｒｉｔｅ  ５９５２０２０２０１トロイダルコア）を遮蔽することができる。ＤＣ２０Ｏｅの磁界の存在下では、磁気インダクタコアのインダクタンスは、５３３μＨから１０．５μＨまで減少し、これは、磁気遮蔽構造体がない場合の磁気インダクタコアの飽和度を表している。２ｍｍ厚のミューメタル層が存在すると、インダクタンスの減少を約２％以下に制限することができ、これは、２ｍｍ厚のミューメタルシールドが、ＤＣ２０Ｏｅ磁界を遮蔽するのに十分であり得ることを示している。
【００８１】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、接合された電気導体３１を示し、電気導体３１の２つの箇所が、カプラ１１２により直列に電気接続されている。カプラ１１２は、外側表面１１３と内側表面１１４とが内側空間１１５（図１１Ａでは見えない）を画定する中空の管形状を有する。電気導体３１の２つの箇所は、カプラ１１２の端部１１２ａ及び１１２ｂへとそれぞれ挿入され、電気導体３１により搬送された電流は、カプラ１１２を通して伝送され得る。いくつかの実施形態では、図２の温度感知インダクタ２１Ｌは、カプラ１１２の内側空間１１５に配設することができ、そこでは、電流により発生した磁界は、ゼロ付近になり得る。
【００８２】
いくつかの実施形態では、図１１Ｂに示すように、温度感知インダクタ２１Ｌは、カプラ１１２の内側空間１１５内に位置する。いくつかの実施形態では、内側空間１１５には、１つ以上の熱伝導性材料を注入することができ、その１つ以上の熱伝導性材料に温度感知インダクタ２１Ｌを埋設することができ、それにより、温度感知インダクタ２１Ｌとカプラ１１２と電気導体３１との間の熱交換を向上させることができる。いくつかの実施形態では、図１１Ｃに示すように、温度感知インダクタ２１Ｌは、カプラ１１２の内側表面１１４に配設される。いくつかの実施形態では、熱伝導性ペーストを使用して、温度感知インダクタ２１Ｌをカプラ１１２の内側表面１１４に取り付けることができる。
【００８３】
カプラ１１２のような中空の導体の場合、電流は、中空の導体を通して伝送され、内側空間１１５内の磁界は、ゼロ付近になり得る。図１２ａは、電流を伝送する中実の導電ワイヤの内部の磁界の概略図であり、図１２ｂは、電流を搬送する中空の導電ワイヤの外部の磁界の概略図である。図１１ｂに示すように、温度感知インダクタ２１Ｌをカプラ１１２内に配置すると、電気導体３１の磁界により誘起される温度感知インダクタ２１Ｌの磁気インダクタコアの飽和を除去することができる。図１１ｃに示すように、温度感知インダクタ２１Ｌをカプラ１１２の内側表面１１４に配置すると、磁界が特定の半径内に含まれる電流に正比例するので、インダクタコア上への磁界を最小限に抑えることができる。表皮効果は、図１２Ａ〜図１２Ｂの図解には反映されないことがあることを理解されたい。ＡＣ電流が中実又は中空の導体を通過するとき、表皮効果は、電流及び得られた磁界を導体の外径へと更に向かって集中させることができる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、例えば図２ＡのＬＣ回路２１のようなＬＣ共振回路の共振周波数を電気導体３１のゼロ電流交差で測定することによって、電気導体３１の磁界からの電磁干渉を最小限に抑えることができる。例えば、電気伝送線より６０Ｈｚ周波数電流が搬送される場合、ゼロ電流交差は、１２０Ｈｚで生じる。ゼロ電流交差において、電気導体３１からの磁界はゼロ付近となり得、したがって、インダクタ２１Ｌの磁気インダクタコアは、外部磁界がない場合に、動作することが可能になる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、電気導体３１により搬送される電流の位相が既知である、又はそれを測定した場合、ＬＣ共振回路の共振周波数は、ゼロ電流交差において、又はその付近において測定することができる。いくつかの実施形態では、ＬＣ回路の共振周波数は、電気導体３１の伝送周波数（例えば、６０Ｈｚ）よりも数オーダー高い振幅とすることができ、それにより、ゼロ電流交差における、又はその付近における測定時間が、共振周波数を決定するのに十分となることが可能となる。
【００８６】
何らかの実施形態では、電気導体３１により伝送される電流の位相が不明である、又はそれを測定していない場合、ＬＣ回路の共振周波数に関して、電気導体３１のゼロ電流交差を決定することができる。代表的な測定時間にわたって監視された最小共振周波数又は最大共振周波数は、電気導体３１のゼロ電流交差に対応することができる。
【００８７】
何らかの実施形態では、ＬＣ回路の共振周波数を監視して、電気導体３１により搬送される電流を決定することができる。一実施形態では、例えば、数秒〜数十数秒間、ＬＣ回路の共振周波数を連続して監視することができる。別の実施形態では、電気導体３１により搬送される電流の最大又は最大振幅付近で、ＬＣ回路の共振周波数を選択的に監視することができる。
【００８８】
図１３は、一実施形態に係る、例えば図１のシステム１００を使用することによって、電気伝送線内の電流を監視するための方法８００のフロー図である。８１０において、図２ａの受動的ＬＣ回路２１内のインダクタ２１Ｌのようなインダクタを、電気伝送線に磁気的に近接するように配設する。インダクタは、電気伝送線の電流により発生した磁束に磁気結合されるように構成された磁気インダクタコアを含み、対応する受動的ＬＣ回路（例えば、図２ａのＬＣ回路２１）のインダクタのインダクタンス及び共振周波数は、電気伝送線の電流と共に変動し得る。インダクタは、温度感知式でなくてもよく、電気導体３１と熱接触している必要はないことを理解されたい。次いで、方法８００は、８２０に進む。
【００８９】
８２０において、コンデンサ２１Ｃのようなコンデンサは、インダクタに電気接続して受動的ＬＣ回路（例えば、ＬＣ回路２１）を形成するように構成される。次いで、方法８００は、８３０に進む。
【００９０】
８３０において、受動的ＬＣ回路に電磁結合するように送受信ユニット（例えば、送受信ユニット４０）を準備する。次いで、方法８００は、８４０に進む。
【００９１】
８４０において、送受信ユニットと受動的ＬＣ回路との間の電磁結合を介して、受動的ＬＣ回路２１の共振周波数を監視する。いくつかの実施形態では、電気伝送線の電流が変動すると、それに応じて、低減された磁界とそれらの間の電磁結合とに起因して、インダクタのインダクタンスが変動し得、かつ、対応する受動的ＬＣ回路（例えば、図２ＡのＬＣ回路２１）の共振周波数は、それに応じて変動し得る。いくつかの実施形態では、対応する受動的ＬＣ回路の共振周波数は、電気伝送線の電流の増大と共に増大し得る。いくつかの実施形態では、対応する受動的ＬＣ回路の共振周波数は、電気伝送線の電流の増大と共に減少し得る。次いで、方法８００は、８５０に進む。
【００９２】
８５０において、監視した共振周波数に基づいて、電気伝送線により搬送される電流の振幅を決定する。いくつかの実施形態では、受動的ＬＣ回路の監視した共振周波数について、統計解析を実施して、電流の特性（例えば、振幅及び位相）を決定することができる。上記で論じたように、受動的ＬＣ回路２１の監視した共振周波数は、電気伝送線の電流の特性（例えば、振幅及び位相）を反映し得る。受動的ＬＣ回路２１の電流（例えば、振幅、位相、など）及び共振周波数の特性の間の関係は、統計解析により決定することができる。
【００９３】
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「実施形態」への言及は、用語「実施形態」の前に、用語「例示的」が含まれているか否かに関わらず、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の特定の例示的実施形態のうちの少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。それゆえ、本明細書全体を通して、様々な箇所での「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも、本開示の特定の例示的実施形態のうちの、同じ実施形態に言及するものではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、任意の好適な方法で１つ又は複数の実施形態で組み合わされてもよい。
【００９４】
本明細書では、特定の例示的実施形態が詳細に説明されてきたが、当業者には、上述の説明を理解した上で、これらの実施形態の代替物、変更物、及び等価物を容易に想起することができる点が、理解されるであろう。したがって、本開示は、本明細書で上記された例示的実施形態に、過度に限定されるものではないことを理解されたい。特に、本明細書で使用するとき、端点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包含される全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）ことが意図される。更には、本明細書で使用される全ての数は、用語「約」によって修飾されるものと想定される。更に、種々の例示的な実施形態が説明されてきた。これらの及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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