CN104081477B - 用于在配电系统中使用的耦合器 - Google Patents

Abstract

一种耦合器、耦合器外壳和铁氧体磁芯及其相关联的元件和概念以及其用于具体地与感应电力传输系统或分布式电力系统一起的使用。

Description

用于在配电系统中使用的耦合器

本发明涉及一种用于在配电系统中使用的并且更具体地用于在对高频交流(AC)电进行分配的系统中使用的耦合器。该耦合器被用作一种用于以一种感应的方式从电源向负载传输电力的装置。

WO2010/106375中披露了一种配电系统。本申请中披露的耦合器理想地适用于在那种配电系统中使用。

WO2010/106375中披露了一种用于与在配电系统中与其一起使用的耦合器。然而，就其效率和到配电系统上的安装简易度而言，WO2010/106375中所示的耦合器实施例具有局限性。本发明披露了一种具有各种优化特征的显著改进的耦合器以提高效率和具体地安装简易度。其还解决了其他问题，如保持两部分或更多部分式变压器清洁以优化电力传输能力的要求。

当按照高频交流电流或电压分配电力时，令人希望的是限制HFAC电路的电感(其增加电路电压并且使良好的电流控制恶化)和使其生成大的交变磁场(H-磁场)、损耗和干扰源的能力最小化。如果HFAC发送和返回路径几乎完全相同，则可以实现这两者。双绞线电缆(本领域中是公知的)实现此要求，增加其小磁场的连续转动，由此通过在适度距离处的对消来进一步减小H-磁场，并且允许轻易地分开导线以供使用。

目前，高效且适调的耦合器为不可分裂变压器磁芯，例如，环形磁芯，它们可以保证一致且充足的磁能力。这些需要HFAC承载导线穿过它们的中心。这不符合快速安装和维护。移除这种耦合器链中的失效单元格外恶劣。

只将HFAC电缆的一匝或两匝用作其初级线圈的耦合器可以传输的电力与那条电缆中的电流成比例。耦合器通过使用非常高的回路电流实现良好的电力传输。这些强电流加剧了HFAC辐射损耗和干扰的所有前述缺点。对系统的附加损害在于，当在强电流下操作时，电流回路将具有高静电电缆损耗。当集肤效应使大直径导线与其截面面积成比例地越来越多损耗时，在高频率下使得这种情况更糟糕。较细导线上的较弱电流代表了铺设电缆的成本与性能的更加好得多的平衡。

有待用耦合器变压器磁芯的设计解决的问题是生产可以与双绞线电缆一起工作并且仅用适度的回路电流提供大量电力传输的可分裂式变压器磁芯。需要合适的几何形状、材料和工艺来给予例外的电感和截面面积以实现此性能，并且采取对污染和反复使用的变化无常进行管理的合适措施来缓和与这些必要的磁参数的冲突。

为了可以更加快速地理解本发明，并且从而使得可以认识本发明的进一步的特征，现在将通过示例参照附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1为配电系统的示意图；

图2向前示出了体现本发明的耦合器及其相关联的组件。

图1中所示的配电系统使用狭长的导线3A、4A的双绞线，该双绞线形成用于绝缘导线的单回路，该绝缘导线被对折并且被扭绞以形成双绞线2A。导线3A、4A的自由端5A、6A被定位成彼此相邻并且连接到高频交流电源7A。

高频交流电源7A优选地将大约50Hz或60Hz下的或47Hz到63Hz范围内的110V或240V交流市电转换成但不限于大致50Hz下的高频交流电。高频交流电源优选地是电流受调或受限的。

高频交流电源优选地提供但不限于在150V与1KV之间的大于10kHz的操作频率的电压。操作频率优选地为10kHz到200kHz，但最优选地在50kHz或60kHz的范围内的频率。双绞线2A限定的回路相当于连接到高频交流电源7A的变压器线圈的一匝。

配电系统1A结合了一个电力分接元件10，此处为“耦合器”，该电力分接元件包括一个以可分裂式铁氧体元件为形式的铁氧体磁芯12，该铁氧体磁芯充当变压器。本发明的多个方面涉及该铁氧体元件、该耦合器、和可以包括其他元件的耦合器外壳。

图2中示出了体现本发明的耦合器10。

耦合器10包括一个形成有凹口11的外壳，该凹口容纳一个两部分铁氧体磁芯12以用作变压器。两部分铁氧体磁芯12结合了一个上半部分和一个下半部分。铁氧体磁芯12的上半部分优选地安装到一个金属底座上。该金属底座与铁氧体磁芯12热连通，从而使得，在使用时，热量从铁氧体磁芯12传导至该金属底座内。在一些实施例中，散热器附装在该金属底座上以进一步将热量从该金属底座散出去。因此，任选的金属底座和散热器将热量从铁氧体磁芯12散出去以使得耦合器能够在较高功率水平下操作。图9中示出了该两部分铁氧体磁芯的一个优选实施例。

双绞线2A限定的回路是变压器线圈的单匝，并且该导线对位于保持在耦合器外壳的凹口内的铁氧体磁芯内。

夹紧机构13位于该两部分铁氧体磁芯上方并且将该磁芯正向地定位于该凹口内。

在一个实施例中，该夹紧机构以装有弹簧的金属指状物13为形式。在一个实施例中，指状物13优选地被配置成装有弹簧的悬臂式指状物，该指状物在一端是自由的并且限定保持元件的顶面以将磁芯保持在凹口11内。同时，显示该指状物为在一端为悬臂的，指状物13还可以在两端被保持或固定在耦合器外壳上以便提供在位置上位于铁氧体磁芯上方的弹簧桥。优选地，指状物13在两端被固定到耦合器外壳上，并且指状物13的截面基本上为U形。当指状物13被按压在可分裂式铁氧体磁芯12的上部部分的顶面上时，其被配置成有弹性地变形。

在一个实施例中，指状物13的底面的中心携带一个小突起、一个圆角凸起，依托到凹口11内。指状物内的凸起位于铁氧体磁芯12的上表面内的圆角浅凹15内，用于将铁氧体磁芯精确地定位在指状物下方并将两部分铁氧体磁芯压在一起并且还有压到凹口11内。

在一个优选实施例中，指状物13的底面为狭长的U形截面，为其提供的不是上述突起或圆角凸起。该狭长的U形截面依托在设置在两部分铁氧体磁芯12的顶面中的狭长通道15a内。该狭长的U形截面沿着两部分铁氧体磁芯12的顶面的大部分长度扩散指状物13施加的弹性力。因此，该狭长的U形区域不在铁氧体磁芯12的孤立点处施加力。从而，与力在单个点处施加到铁氧体磁芯的其他安排相比，该U形截面不太可能破坏铁氧体磁芯12。该狭长的U形区截面还纵向地与铁氧体磁芯12内的狭长通道对准以将铁氧体磁芯12保持与指状物13和外壳对准。从而，指状物13的U形区截面提高了两部分铁氧体磁芯12的上半部分的转动稳定性。

两部分铁氧体磁芯12通过指状物弹簧13施加的力正向地保持在一起。在操作时，包括当在高频率下操作时，铁氧体可以展现磁致伸缩，该磁致伸缩有时快速改变铁氧体的形状，从而具体地当在较低频率、或高频率范围内的较低频率下正在被操作时或中断操作时，如当调光照明组件连接到耦合器输出端上时，产生振动和在一些情况下产生可闻噪声。

指状物弹簧13用于将铁氧体磁芯的两个部分夹在一起以防止这种噪声和/或振动。

铁氧体磁芯12的结构为两部分构造，优选地包括一个形成有两个通道的E磁芯，这些通道优选地平行以接收初级绕组导线2A和还有耦合器的次级绕组。该E磁芯覆盖有一个I磁芯，该磁芯恰好位于E磁芯上以关闭通道并且在I磁芯与E磁芯的直立侧壁之间提供平滑的配合表面。在替代性实施例中，铁氧体部分可以是U磁芯和I磁芯的形式，如图22中所示，其将单个长度、或双绞线中的仅一条导线用作初级绕组。这种替代性实施例通常比E磁芯和I磁芯实施例在分布式电力系统中产生更多的‘噪声’，该替代性实施例在沿着铁氧体磁芯的长度的相邻位置上使用了双绞线导线的‘发送’和‘返回’路径两者。这种优选E磁芯和I磁芯安排在该系统上提供了更加高效、噪声少且平衡的负载。U磁芯和I磁芯安排对于在非常低的电力传输速率下的使用而言仍然是普遍接受的，然而，在从零高达5w的范围内，但当配电电缆比较短时，电力传输速率可以更高。然而，短电缆可能减损整个配电系统的总体有用性。

重要的是双磁芯的配合表面为扁平和光滑的以便使效率和电力传输能力最大化。在一些实施例中，铁氧体磁芯12的顶面结合了具有多个侧边的狭长通道，这些侧边的形状促进指状物弹簧13上的突出物滑入和滑出这些通道。例如，在一个实施例中，该或每个通道具有两个狭长侧边，其中相对于铁氧体磁芯12的平面顶面，一个侧边比另一个侧边处于更浅的角。

在进一步的实施例中，铁氧体磁芯12的平面顶面不是平面的。在这些实施例中，铁氧体磁芯12的顶面结合了升起和降低区域。在一个实施例中，设置有狭长通道的该顶面的这些区域升起，而周围的区域降低。升起和降低区域之间的顶面的那些部分是倾斜的，从而使得指状物弹簧13上的突出物可以在这些升起和降低区域之间滑动并且滑入这些通道。升起区域比降低区域使指状物弹簧13变形至更大的程度，从而使得当突出物停留在升起区域上时相比当突出物停留在降低区域上时指状物弹簧13在铁氧体磁芯12上施加一个更大的力。如将从以下描述变得清晰的，铁氧体磁芯12被配置成可相对于指状物弹簧13滑动。指状物弹簧13由于升起和降低部分而施加在铁氧体磁芯12的顶面上的可变力如此使得当铁氧体磁芯12的上半部分与铁氧体磁芯12的下半部分对准时，指状物弹簧13在顶面上施加一个大力。当指状物弹簧13的上半部分滑动而不与下半部分对准时，指状物弹簧13在顶面上施加一个较低的力以便促进该上半部分相对于该下半部分滑动。图32中的夸张示例展示了此安排。

形成在I磁芯的上表面上的浅凹或狭长通道应尽可能扁平、浅和光滑以使磁芯的效率最大化。

图9中示出了示例磁芯。图10中示出了两部分磁芯12的几何形状和参数。

如果耦合器中的组件需要定制供应，则任选地提供辅助变压器。图12中示出了用于辅助变压器的磁芯的示例，并且图13中示出了辅助变压器连接到耦合器内的方式。

图5示出了位于凹口11内的磁芯12，而没有包括用于主变压器/耦合器的初级绕组的导线2A。

图7示出了位于耦合器外壳的底座内的PCB19。一对通用夹连接器20可以附装到PCB上，以便不使用工具或技术装置来接收任何形式的直流导线，如毛囊导线或绞合线。其他类型的连接装置可以附装到PCB上，以便电力可以最终被供应到LED或其他灯具或照明设备。

PCB携带主变压器/耦合器的沿着E磁芯通道的底座内的狭长PCB轨道对的次级绕组。PCB还任选地携带着用于与辅助变压器一起使用的另一个绕组，该辅助变压器具有一个如图12中所示的磁芯的磁芯，该磁芯可以与如图6中所示的PCB上携带的其他组件一起使用。可以提供其他装置来携带或连接到该或一个主次级绕组和该或一个辅助次级绕组。

图6示出了位于次级绕组下面的主变压器的E磁芯，这些次级绕组位于E磁芯通道内，但没有示出导线2A。图6示出了位于E磁芯的顶部上并且在其上被指状物弹簧13夹紧就位。

耦合器与已经安装并固定在耦合器外壳内的E磁芯优一起优选地通过机械装置和粘合剂粘结两者装到耦合器底座上。耦合器底座优选地具有金属，从而使得耦合器底座将热量从铁氧体磁芯12散出。可以通过来自3M(TM)(如F9460PC)的双面无基材胶带在E磁芯的底面上提供粘合剂粘结，从而与机械导向件一起将E磁芯紧固和精确地定位到耦合器外壳的底座上。参照图7，提供了耦合器外壳底座内的槽，这些槽可以用于连通胶带，由此通过粘合剂和还有通过机械地使接片变形到胶带上来将胶带固定到底座上。图14也中示出了这些槽。

如图6中所示的耦合器的一个进一步实施例使用了一个I磁芯和如图9中所示的精确定位在上表面内的三个间隔开的浅凹，与指状物弹簧13滑动接触。

耦合器外壳设置有与铁氧体磁芯12中的通道对准的多个凹口16。图8中示出了这种实施例。这些凹口16优选地每个结合至少一个突出物17，该突出物接触并保持被插入到凹口内的导线。在一个实施例中，该或每个突出物为允许在一个方向上但不在另一个方向上拉动导线通过凹口的齿状物或倒刺17。在一个优选实施例中，每个凹口结合以有角度的齿状物或倒刺为形式的多个突出物。在这些实施例中，这些突出物将耦合器在导线2A上保持就位。突出物通过允许使用者将导线2A定位在耦合器的一端处的凹口内并且然后允许使用者在将导线2A插入到耦合器的另一端处的凹口内之前将导线2A拉紧从而促进了耦合器安装到导线2A。因此，使用者可以将导线2A拉紧，从而使得导线2A笔直地位于铁氧体磁芯12中的通道内。然后，突出物将导线2A保持张紧并且当铁氧体磁芯12的两个半部分彼此相对移动时使导线2A在这两个半部分之间被困住的机会最小化。图33中示出了这种实施例的细节。该实施例进一步示出了凹口是‘颈状的(necked)’，从而使得导线的插入需要一定的努力来克服颈口的抵抗以将导线推动通过颈口并推入凹口内(针对给定的导线直径)。当存在时，上述突出物17增加了此机械约束。可以按照没有突出物所示、任选地按照在此另外讨论和图15中所示的提供凹口。

方便地，插入通道/凹口16(颈口、齿状物/倒刺，或替代物，如脊18或这些特征的任意组合)的保持特征18意味着当将导线安装到E磁芯的通道内时存在向使用者提供的有益帮助。导线的长度正向地保持在其两‘端’的事实意味着当导线足够结实或刚硬时，其可以在压紧下被放置在通道内。图34中展示了这种情况。这不仅意味着导线正向地保持在通道内，其被压入通道内以便紧贴地和紧密地安装到通道内，而且还在安装过程的其余部分过程中使其保持在I磁芯的滑动/擦拭动作的路径以外。

在铁氧体磁芯的具体尺寸参数和这些具体参数呈现的优点中找出如在此介绍的本发明的一个方面。现有技术中可以存在如在此介绍的在相似范围内具有多个参数的磁芯，但这种现有技术磁芯仅用于对电缆的通过电感的传导发射进行过滤的领域。如此，它们被设计成用于产生比本发明中所希望的损耗更高的损耗。相比之下，本发明优选地将低功率损耗级铁氧体用作磁芯材料。如在本发明中，将具有这种参数的磁芯用作变压器(其中存在初级和次级绕组)既是新颖的又是具有创造性的。可分裂式铁氧体磁芯的相关方面概念需要每匝具有高电感的磁芯几何形状，其中，用来自双绞线的导线通过E磁芯的腿柱内的每个间隙的单个长度来表示单个初级线圈。这是因为具有很少电感绕组的变压器具有一个受到磁芯的磁通饱和之前的可用电感限制的峰值电压。因此，为了传输尽可能多的电力，高达磁通饱和极限，同时保持良好的负载调节(即：宽负载范围上输出电流对输入电流的统一比值)，必须将电感做得尽可能大，同时缓解如此高电感的不希望的效应。

通过用电容器进行分流来标称地中性化电感，从而使得其在操作频率下谐振。然而，在非常低的电感下，出现多种问题。具有非常低的电感和非常高的补偿电容的谐振电路将具有高的循环电流，从而在谐振组件及其布线中引起高欧姆损耗。进一步地，如果在缓解上用最低损耗组件来实现，则这种组合将显示出高Q(品质因数)，从而由于输出端处的组件或频率公差产生高输出灵敏度，这在本系统中是不令人希望的。从效率、成本或稳定性的观点看，这种损耗和公差问题产生不可接受的低电感。相应地，甚至在低匝数情况下具有高电感的铁氧体磁芯允许应用高效、成本有效且可靠的中性化-电路变得低Q并且因此容忍频率和组件变化，具有低循环电流和低损耗。这给予了也容忍温度变化的良好的稳定耦合。

还希望的是使磁芯的体积最小化以便使由于磁通量引起的损耗最小化。磁芯损耗随着通量密度(B)快速典型地增加大于2的幂数；例如，PI(功率损耗)＝K₁×B^2.5。通量密度本身与绕组上的匝数数量N和磁路的截面面积(Ae)成反比(B＝K₂×V/(N×Ae)。因此，在如本发明优选地形成配电系统中的一部分(其中，(初级)匝数数量N为1，与变压器的更一般情况下的大的匝数数量截然不同)的配电系统环境下，通过增加磁路的截面面积Ae可获得通量密度的减小。

从成本角度以及整个配电系统的方便性要求来讲，还通常希望磁芯具有小体积并且因此具有少量材料和重量。

在本发明的一个方面中，因此，选择某些几何形状以便获得在其中该系统得到优化的特别希望的配置。图22通过图示的方式示出了通用矩形两部分变压器磁芯的关键参数。Aw为绕组的截面面积，Le为磁路长度，并且Ae为磁芯的截面面积。如从图10中可以看到的，本发明的铁氧体磁芯的优选实施例是一对有效并排的这种磁芯。

重大约100g、相对介电常数为2,000的典型的现有技术磁芯将具有一个约每平方匝5微亨的电感。对于本发明在其优选配电系统环境下的使用而言，其中电力最终用于驱动照明系统中的LED，优选的是使电感的数量级更高。电感与Ae/Le成比例。典型的现有技术磁芯将具有0.002米的Ae/Le。在本发明的一个优选实施例中，Ae/Le为大约0.01米，每平方匝给予大约该电感的5倍。通过使用具有更高磁导率(相对磁导率为大约3,000)、并通过对两个铁氧体磁芯件的配合表面优选地进行‘研磨抛光’来获得典型磁芯上的电感的进一步增加。以此方式，可以实现典型的现有技术磁芯上的电感(每平方匝)的数量级增加。

将认识到，表达式Ae/Le不是无量纲的。就无量纲比值而言，可以在磁路的截面面积Ae与绕组的截面面积Aw相比之间的建立比值。典型的现有技术磁芯展现为大约1的磁芯Ae/Aw比值。相比之下，根据本发明的磁芯实施例可以在展现为大约5的Ae/Aw比值。

相应地，本发明的实施例使用一个具有不同寻常形状的铁氧体磁芯。图9和图10中示出了一个优选实施例。E磁芯和I磁芯铁氧体是公知的，但这种现有技术E磁芯和I磁芯组合的深度(t1加t2)大于这些组合的宽度。这是因为前面的E磁芯和I磁芯组合需要容纳多个初级绕组。在本发明的示例中，E磁芯的通道内仅容纳了单个初级绕组，并且发明人已经发现偏离E磁芯和I磁芯组合的正常高宽比而提供宽度比起深度更大的组合提供了有益结果。相应地，根据本发明的实施例，E磁芯和I磁芯组合具有一个大于其深度的宽度W(t1加t2)，使用附图中的图10描绘的惯例轮廓。在图10中所示的磁芯的特定示例中，该磁芯具有一个15mm的深度和一个34mm的宽度。优选地，该深度(t1加t2)为大约17mm，其中t1＝6mm，且t2＝11mm；宽度W为大约34mm，并且长度L为大约50mm。找出在大约这些比值下的这些具体参数来简化本发明。

将体现本发明的耦合器添加到如图1中所示的双绞线是可以由不熟练的使用者在不使用任何工具情况下来进行的一个简单过程。

通用夹连接器用于电性地和机械地连接有待通过耦合器从配电系统供电的任何模式。在一个示例中，该负载为LED灯。在另一个实施例中，直流电灯是可调光的，并且将控制插头插到耦合器外壳上携带的控制端口内以将该控制插头电连接到PCB上携带的耦合器外壳内的组件上。在本实施例中，该PCB优选地结合了被定位在该PCB的一个边缘处的触头以便为可以可移除地直接附装到边缘连接的外部装置提供边缘连接。在另一个实施例中，该控制插头可以是对配电系统上携带的数据进行处理的数据总线。

将导线2A连接到耦合器上的顺序如下：

从图5处的位置开始，克服位于中心浅凹内的指状物弹簧13突起之间的力平移从该指状物弹簧下面滑出I磁芯并在擦拭动作用将I磁芯在E磁芯的配合表面上滑动以位于指状物弹簧突起下面的外浅凹之一—这是图3中所示的位置。在图3中所示的位置上，暴露E磁芯通道之一并且可以将导线2A中的一条导线插在该通道内。如图15中更清晰所示的，与E磁芯通道的开口相邻的耦合器在外壳侧壁上具有一个颈状导线保持孔径，从而使得可以将导线推入到通道内并且当在正确位置上时被外壳侧壁夹紧。当将I磁芯滑动远离对应的E磁芯通道以暴露出/打开那个通道时，颈状孔径正向地将导线2A保持在E磁芯内的正确位置上。在一条导线正确地位于如图3中所示的E磁芯通道内时，然后将I磁芯从其图3位置向后滑动通过图2中所示的位于中心的位置进入到图4中所示的一个第三位置，在该第三位置上，打开E磁芯通道中的另一个通道，从而允许导线中的第二导线以恰好相同的方式正确地位于另一个E磁芯通道和耦合器外壳侧壁的颈状孔径内。在图4中所示的位置上，装有弹簧的指状突起位于I磁芯的上表面上的浅凹中的第三浅凹内。

然后，通过沿着E磁芯的光滑配合表面将I磁芯滑动或擦拭到图2中所示的其中心位置上来返回I磁芯。这是使用耦合器所在的操作位置。

将认识到，耦合器具有由磁芯12的上表面内的浅凹的位置限定的三个锁定位置。这些浅凹不需要位于磁芯的上表面，但可以位于磁芯的侧壁内或与面板外壳的多个部分交互。在本示例中，这些浅凹与装有弹簧的指状物13上的突起交互。在其他示例中，突起可以位于I磁芯的上表面上并且可以是不具有铁氧体材料的模制部分并且可以与形成在指状物弹簧13的底面内的形状类似的协作浅凹接合。协作浅凹和突起的使用提供I磁芯相对于E磁芯在三个位置中的每个位置上的位置配准：一个使用者位置，在该位置上，I磁芯安装在E磁芯的顶部上；一个第一组装位置，在该位置上，通过将I磁芯滑动后擦拭至一侧来暴露出一个E磁芯通道；一个第二组装位置，在该位置上，暴露出另一个E磁芯通道。

I磁芯与E磁芯之间的滑动动作的使用较铰链式两部分铁氧体磁芯或蛤壳式两部分铁氧体磁芯的使用特别有优势，因为污垢会聚集在铁氧体的配合空间上，并且污垢或颗粒在铁氧体的配合表面上的累积将降低效率。可以通过使用如在本发明的优选实施例中实现的滑动或擦拭动作来保持铁氧体的面清洁。I磁芯相对于E磁芯的滑动或擦拭移动特别在安装过程中在配合表面上提供了清洁动作，由此提高铁氧体的效率。

耦合器的总大小(即，占地面积)优选地为大约60mm乘60mm。另一个示例使用宽度为70mm(采用图10中使用的相同惯例)、长度L为66mm并且厚度为17.6mm的耦合器，不包括通用夹连接器。图16至图19示出了组装的和已经用于使用的耦合器的实施例的示例。

图20和图21示出了滑到E耦合器的对应侧以暴露出其中导线2A正确地位于其对应通道内的对应E磁芯通道的I磁芯。

在上述实施例中，该夹紧机构以装有弹簧的金属指状物为形式。然而，在其他实施例中，可以有区别地安排该夹紧机构。在一个实施例中，该夹紧机构为被配置成用于相对于铁氧体磁芯12的下半部分升起和降低铁氧体磁芯12的上半部分的杠杆。在本实施例中，铁氧体磁芯12的两个半部分移动彼此分开，而不是一半滑动并保持与另一半接触。在本实施例中，当杠杆将上半部分移动离开下半部分时，暴露出铁氧体磁芯12的两个半部分的配合面。为了防止配合表面彼此不接触时它们受到污垢的污染，本实施例任选地结合了以氯丁橡胶前缘14为形式的可移动屏障，这些氯丁橡胶前缘遮蔽铁氧体磁芯12的边缘但其允许导线2A在氯丁橡胶前缘14之间通过，从而使得可以将导线2A定位在铁氧体磁芯12中的通道内。图29中示出了这种实施例。可以使用其他材料(如橡胶或塑料)，其条件是如图29中所示当导线在它们之间被推动时，它们给予良好的擦拭效应。

在一个进一步实施例中，铁氧体磁芯12的两个半部分枢转地附装至彼此上。在本实施例中，通过相对于彼此枢转两个半部分来打开铁氧体磁芯12以允许将导线2A定位在铁氧体磁芯12中的通道内。本发明的此实施例或其他实施例可以设置有清洁装置或产品以允许使用者清洁铁氧体磁芯12的两个半部分的配合表面从而保证铁氧体磁芯12的这些半部分最佳接触。图30中示出了具有合适机械安排的元件的这种具体实施例。

在一个进一步优选实施例中，指状物13以如图23、图25和图26中看到的桥或夹紧杆13a为形式，固定在其长度的两端处。这能够使得沿着I磁芯的长度更均匀地施加夹紧力。要求将铁氧体磁芯的两个部分夹在一起所需的力必须落在一个满足以下要求的合适范围内：第一，在下端，不过夹紧力必须足够减少磁致伸缩噪声的发生；第二，在上端，夹紧力不准如此大以至于发起I磁芯在E磁芯上的滑动所需的横向力超出当以在此描述的方式将耦合器安装到配电系统上时的平均人类操作员的力量，或如此大以至于在使用时耦合器的任何组件受到破坏。发明人已经发现，对于配合表面的总面积为约1200mm²的磁芯而言，夹紧力的大约10kg的上限非常合适，在平均人类操作能力内也是牢固的。当应用其他缓解技术时，以下讨论了其中的一些技术，夹紧力可以低至1kg。就配合表面处的压力而言，优选范围在10至100kPa范围内。优选地，该范围在60至100kPa范围内。更优选地，该压力在60kPa至80kPa范围内，或大约为80kPa。

理想的夹紧方法将是沿着I磁芯的长度总体上均匀地施加一个力。然而，这实现起来非常困难。在上述实施例之一中，来自指状物13或夹紧杆13a的夹紧压力将其压力大部分在浅凹中的单个点处向I磁芯的长度的中心施加，如图24中看到的，由于磁致伸缩力，在I磁芯的两端引起振动，这两端弯曲。图25示出了夹紧杆13a就位的实施例。实际上，这倾向于在I磁芯的两端夹紧，并且如图所示，I磁芯的中心部分易于弯曲和振动。需要一种从指状物13或夹紧杆13a向I磁芯施加夹紧力的改进方法。出人意外地，发明人已经发现，存在图27中所示的两个‘甜蜜点(sweet spot)21’，由此，如果夹紧力集中在这些点处，则针对给定的夹紧力或压力，其将非常有效地使振动最小化。这些点进而是图27中的线23限定的一个更大的‘甜蜜区(sweet area)’的一部分。这些甜蜜点/甜蜜区21/23通常位于铁氧体尺寸的25％和75％线处。图26a中示出了实现此内容的一种优先方式，其中垫片22被放置在夹紧杆和I磁芯之间，其中该垫片的边缘在甜蜜点21/甜蜜区23处或与其重叠。图26b处示出了一个替代性实施例，其中‘垫片’为夹紧杆的组成部分。一个进一步替代性实施例将是I磁芯本身与该垫片成为一体。

在又一个进一步优选实施例中，I磁芯具有一个粘结到其上表面上的一个导向组件25，如图28中所示。此导向组件可以满足多种用途。其可以是或可以包括以上概述的垫片元件。进一步地，其可以悬于I磁芯的边缘之上或与其重叠并且在所设置的通道内提供I磁芯的滑动边缘以允许I磁芯的所述滑动。这在以下情况下具有多种优点：通道的边缘可以由更软的材料制成，如塑料，并且I磁芯的边缘可以是锐利的并且当向I磁芯施加扭矩时可以‘咬’入通道边缘内。这种塑料导向组件可以用较低的摩擦力在通道内滑动并且同时起到将I磁芯与E磁芯保持在一种希望的空间关系下的作用，即：长度与滑动方向正交，并且I磁芯的长度平行于E磁芯的长度。这在以下情况下特别有用：可以已经通过加压部分的烧结来制造铁氧体磁芯，并且由于这些部分在烧结过程中的收缩，成品铁氧体部分的公差可以相对大，该收缩常见地可以是大约高达20％。

导向组件25的一个进一步优点在于，导向组件所附装在其上的上部铁氧体磁芯件因此可以被安排成仅具有一个滑动表面—即：那个配合面。需要滑动的所有其他表面可以是该导向组件的一部分。相应地，这使对铁氧体磁芯的可移动滑动I磁芯部分的破坏的机会最小化。

进一步地，导向组件25可以是其中存在如上所述的浅凹或狭长通道的物品，消除了在铁氧体磁芯本身内形成这种特征的要求和消除了磁芯效率相伴降低的可能性。

如本文其他地方指出的，优选对E磁芯/I磁芯组合的配合表面进行高度抛光，优选地‘研磨’，以便它们在其配合配置中在一起位于尽可能近，以便提高电感器的效率。其增加了电感并且帮助限制磁致伸缩噪声的产生。本发明的一个方面为通过I磁芯在E磁芯的顶部上是可滑动的方式来实现的擦拭效应，其帮助保持表面的清洁度。配合表面的清洁度也是重要的，因为表面上的任何污垢干扰表面的配合并且再次降低效率。

申请人已经发现，配合表面上的指纹产生具体的且略微出人意料的问题。指纹包括若干种物质，包括胆固醇的油脂、油性甘油三酸酯和蜡脂等。即时通过本发明的擦拭动作通常也没有全部清除这些物质。已经发现，当存在于光滑的研磨表面上时，特别是在低环境温度下，蜡类在研磨表面上充当粘合剂并且这会产生一个具体问题，如这起到阻止为本发明的一个特征的滑动机构。

众所周知的是，虽然明显‘光滑’，但在非常小的比例下，研磨表面本身倾向于不完全光滑。当光滑被定义为具有深度不超过1微米的起伏或孔情况时，典型的表面可能最多为30％光滑。其余表面可以包括深度高达或超过10微米的深孔。

已经出人意料地发现，研磨表面经少量低粘度硅油的初始处理给予了针对指纹的影响的持久保护。油防止指纹蜡类粘附，并且滑动I磁芯的擦拭动作轻易清除这些指纹蜡类。发现甚至在大量擦拭动作之后、和甚至在用其他材料(如布)擦拭表面之后，此效应还在持续。预计甚至当擦拭将油从表面的光滑部分清除时，表面的更深的‘非光滑’孔保持微量的油。然后，此微量‘存储’油在后续擦拭动作过程中充当产生形成在光滑表面上的极薄的油膜的供应源。

有利地，这种处理还减少了发现磁致伸缩噪声—改进了配合表面的外围处的气密性，从而增强了用于封闭的大气压，并且其增加了这些面之间的粘度。甚至更出人意料地，油的存在不影响或减小磁芯在充当电感器时的效率。压力(伴随着当操作时磁芯的温和加热)下的膜厚度足够薄，以便不可辨别地改变磁芯组装的有效电感。具有低粘度和宽温度性能的其他油类(如中链烷烃)也产生这些希望的效应。还可以使用PTFE或石墨处理。

图31a和图31b中示出了该两部分铁氧体磁芯的一个替代性实施例。可以看到，本实施例包括可以被称为一对‘F’磁芯。本实施例的优点在于，整个磁芯的制造仅需要制造两个相同的部分而不需要制造两个不同的部分，并且可能节省相伴成本。并且，当磁芯在‘打开’位置(图31b)上时，可以在一次操作中将双绞线的两条导线插入其对应的槽内，从而避免需要如针对其他实施例所述的首先在一个方向上滑动上部磁芯元件并且然后在另一方向对其进行滑动，并且因此，可能简化安装操作。

图35中示出了该两部分铁氧体磁芯的一个进一步替代性实施例。其可以被称为轴对称磁芯。当磁芯部分如图30中是可完全分开时，这特别适用。

图36中示出了一种进一步替代性夹紧方法。在此具体实施例中，夹紧杆26位于铁氧体磁芯的顶部上方。该夹紧杆在至少一端具有一个杠杆28以便能够转动该杆和附装到其上的两个共心凸轮27。优选地，这两个凸轮位于之前提到过的‘甜蜜点’21处，并且在I磁芯的上表面中的通道或凹槽15a内。在杠杆在操作位置上的情况下，凸轮的较大部分位于夹紧杆下面并且向下压在上部I磁芯铁氧体磁芯部分上。当夹紧杆通过弹簧装置29向下自拉时，这以积极的方式并且用足够的压力将这些磁芯部分保持在一起以抵抗I磁芯和滑动和使由于磁致伸缩产生的噪声最小化。在杠杆在滑动位置上的情况下，凸轮的较小部分以更小的压力向下压在I磁芯上。然后，I磁芯更容易受到滑动压力，尽管其由于I磁芯的上表面中的进一步凹槽或通道的存在而移动到具体的接合位置上，这些凹槽或通道有利地限定I磁芯的移动的优选极限。这在铁氧体磁芯上提供了可变压力的优点，当铁氧体磁芯作为变压器在使用时，该压力较大，而在系统‘停止’和希望安装或拆卸时，并且当较小的压力有利于允许使用者滑动上部铁氧体磁芯时，该压力较小，同时仍然保持某一压力以便正向地将铁氧体磁芯保持在耦合器内并且允许‘擦拭’动作具有配合表面的充分清洁效应。

当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”及其变化意味着包括规定额特征、步骤或完整的事物。这些术语不被解释为排除其他特征、步骤或组件的存在。

Claims (20)

1.一种耦合器，包括两部分铁氧体磁芯，该磁芯包括一个部分以及另一个部分，其中，一个部分在一个方向上可相对于另一个部分滑动通过一个中心位置以打开至少一个通道并且在另一个方向上返回滑动通过该中心位置以打开至少另一个通道，并且其中，该耦合器被配置为在这些部分相对于彼此的所述滑动期间，将这些部分连续促进在一起并且保持彼此接触，其中所述一个方向和所述另一个方向与所述通道基本上正交。

2.根据权利要求1所述的耦合器，其中，这些部分相对于彼此的滑动动作提供了一种擦拭和/或清洁效应。

3.根据权利要求1所述的耦合器，包括一个E磁芯，其中，那一个部分可相对于另一个部分滑动以暴露出该E磁芯中的一个通道或该E磁芯中的另一个通道。

4.根据权利要求1所述的耦合器，其中，这两个部分的配合表面是经过研磨的和/或包括具有深度不超过1微米的起伏或孔的多个区域。

5.根据权利要求4所述的耦合器，其中，对这些配合表面进行一种低粘度润滑剂处理。

6.根据权利要求1所述的耦合器，其中，施加一个力来用60到100kPa范围内的一个压强正向地将该磁芯的两个部分促进在一起。

7.根据权利要求1所述的耦合器，其中，Ae为该磁芯的磁路的截面面积的值，并且Le为该磁芯的磁路长度，并且其中，Ae/Le超过0.002米。

8.根据权利要求7所述的耦合器，其中Ae/Le在0.008至0.012米范围内。

9.根据权利要求1所述的耦合器，其中，Ae为磁路的截面面积的值，并且Aw为磁芯绕组的截面面积，并且其中，Ae/Aw超过1。

10.根据权利要求9所述的耦合器，其中，Ae/Aw大于10。

11.根据权利要求1所述的耦合器，其中，该磁芯为一个变压器磁芯，该变压器磁芯具有沿着该磁芯的一条狭长轴形成在该磁芯内的一对通道，其中该磁芯沿着其长度比沿着其宽度或高度具有一个更大的尺寸，其中该宽度或高度垂直于该狭长轴。

12.根据权利要求1所述的耦合器，还包括一个外壳。

13.根据权利要求12所述的耦合器，其中，在该外壳和该铁氧体磁芯的一部分其中之一或两者上设置了一个定位机构，该定位机构抵抗该铁氧体磁芯的那一个部分相对于该外壳的移动。

14.根据权利要求13所述的耦合器，其中，该定位机构包括该外壳或磁芯部分其中之一上的一个协作突起和形成在该磁芯部分或该外壳中的另一个上的一个协作凹陷。

15.根据权利要求13所述的耦合器，其中，该定位机构被设置在一个精确位置处以将该磁芯的一个部分相对于该磁芯的另一个部分精确地配准。

16.根据权利要求15所述的耦合器，其中，设置了多个定位位置以抵抗该磁芯的一个部分相对于该磁芯的另一个部分移动离开该多个定位位置中的每个位置。

17.根据权利要求12所述的耦合器，其中，设置了一个弹簧机构以在该磁芯的一个部分相对于该磁芯的另一个部分在多个锁定位置中的两个最远位置之间的移动范围上将该磁芯的那一个部分朝着该磁芯的另一个部分促进并与其接合，其中该磁芯的那一个部分的位置相对于该磁芯的另一个部分被精确地配准。

18.根据权利要求17所述的耦合器，其中，该磁芯的一个部分相对于该磁芯的另一个部分的移动的一个范围为将该磁芯的一个部分中的一个通道暴露至允许插入一个绕组的范围，并且该磁芯的一个部分相对于该磁芯的另一个部分的移动的另一个范围由该磁芯的一部分中的另一个通道的一个开口限定。

19.根据权利要求12所述的耦合器，包括用于正向地促进或将该磁芯的这两个部分保持在一起的装置，该装置包括一个凸轮机构，由此能够施加可变力。

20.一种包括至少一个如权利要求12至19中任一项所述的耦合器的配电系统。