JP5804609B2

JP5804609B2 - 改良型変成器

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Publication number: JP5804609B2
Application number: JP2013505090A
Authority: JP
Inventors: マーティンフォルネージ，; ドナルド，リチャードジマンク，
Original assignee: エンフェイズエナジーインコーポレイテッド
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: CN102918609A; JP2013528932A; AU2011240594C1; AU2011240594B2; US20110260824A1; AU2011240594A1; CA2795949A1; US8456265B2; WO2011130394A3; CN102918609B; WO2011130394A2; EP2561527A2

Description

[0001]本発明の実施形態は、一般的に、変成器に関するものであり、より特定すると、低背、高周波数、高効率の変成器に関するものである。

[0002]変成器は、電圧レベルの変更（例えば、電子機器に電力供給するために主電圧を低電圧へ変換する）、回路分離、電力システムにおける電圧又は電流の測定の如き機能、及び他の多くの機能を果たすため、種々な装置に使用される。多くの場合に、変成器は、漏洩インダクタンスを減少させるために、２つの２次巻線の間に１次巻線を挟み込んでいる。それら巻線のための充分なスペースを与えるために、変成器の巻線区域は、一般的に、その変成器のコアの横断面面積に比較して大きく、その結果として、形状係数が大きくなり、且つ磁気損失が高くなってしまう。それに加えて、巻線数が多いため、銅損が高くなってしまう。

[0003]従来、磁気装置の供給者は、コアにおける磁気損失と巻線における銅損との間の良好な妥協点を見出す設計とすることにより、効率を最大とするためこの形状係数を最適化しようとしている。しかしながら、高周波数（例えば、数百キロヘルツ）では、全コアウインドウを使用する設計では、近接効果損失が非常に大きくなってしまう。

[0004]更に、電流及び／又は電圧感知変成器を使用する装置又は回路の場合には、その装置内又は回路板上のスペースは、その感知変成器を支持するために割り当てられねばならず、従って、組み立てる必要のある部品の数が増大し、且つなさねばならない接続の数が増大してしまう。

[0005]従って、当業分野では、改良型の変成器が必要とされている。

[0006]本発明の実施形態は、一般的に、変成器アセンブリに関するものである。１つの実施形態では、この変成器アセンブリは、変成器を備えており、前記変成器は、磁気コアと、前記磁気コアの周りに巻かれ、第１の導電性材料の１つ又は２つの巻回（ｔｕｒｎ：１つの巻回とは線を１周させたもの）を備える１次巻線と、前記磁気コアの周りに巻かれ、第２の導電性材料の複数の巻回を備える２次巻線と、を備え、前記磁気コアの直径は、前記変成器が巻線損失に匹敵するコア損失でもって第１のインダクタンスを達成するようなサイズとされている。

[0007]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定するものではなく、本発明は、均等の効果を発揮し得る他の実施形態を含みうるものであることに、注意されたい。

本発明の１つ以上の実施形態による変成器アセンブリの分解部品配列斜視図である。本発明の１つ以上の実施形態による組み立てられた変成器アセンブリの横断面図である。本発明の１つ以上の実施形態による一体型変成器アセンブリの分解部品配列斜視図である。本発明の１つ以上の実施形態による、図３の４−４線に沿ってとられた、組み立てられた一体型変成器アセンブリの横断面図である。本発明の１つ以上の実施形態による組み立てられた一体型変成器アセンブリの斜視図である。１つ以上の代替実施形態による組み立てられた一体型変成器アセンブリの斜視図である。本発明の１つ以上の実施形態を使用して、太陽光発電されたＤＣ電力をＡＣ電力へと転換するためのシステムのブロック図である。本発明の１つ以上の実施形態による変成器を形成するための方法のフロー図である。

[0016]図１は、本発明の１つ以上の実施形態による変成器アセンブリ１００の分解部品配列斜視図である。この変成器アセンブリ１００は、第１の磁極片１０２、ボビン巻線アセンブリ１０４及び第２の磁極片１０６を備える。

[0017]第１の磁極片１０２は、この第１の磁極片１０２の構成を例示するため部分的に切り欠いた状態で示されている。第１の磁極片１０２は、フェライトの如き磁性材料で形成されており、ボビン巻線アセンブリ１０４を受け入れるようなサイズとされた環状チャネル１０８を画成しており、即ち、第１の磁極片１０２は、環状チャネル１０８がそこに形成された磁気パックである。チャネル１０８は、ポスト１１０（第１の磁極）を画成している。チャネル１０８は、ポスト１１０の外側表面と環状リム１３６の内側表面とにより画成されている。ポスト１１０及びリム１３６は、第１の磁極片１０２の下側で、それぞれ、全体として平坦なポスト合せ表面１１２及び全体として平坦なリム合せ表面において終端している。第１の磁極片１０２は、円柱形状として示しているのであるが、前述したような特徴を備える任意の形状であることができる。

[0018]ボビン巻線アセンブリ１０４は、環状ボビン１１４、１次巻線１１８及び２次巻線１２２を備える。ボビン１１４は、誘電体プラスチック等の剛性の絶縁材料で形成されており、このボビン１１４の中心には、このボビン１１４の長手方向に亘って延びるボビン開口１１６が画成されている。ボビン１１４は、このボビン１１４の上部及び底部周囲を取り巻くフランジ１３２を備えており、これらフランジ１３２は、ボビン開口１１６から半径方向外側へと延びている。ボビン１１４の長さは、１次巻線１１８及び２次巻線１２２がフランジ１３２の間に画成されたチャネル１０８における巻線区域内に保持されるようなサイズとされている。

[0019]１次巻線１１８及び２次巻線１２２は、各々、ボビン１１４の周りに巻かれた導電性材料で形成されている。ある幾つかの実施形態では、１次巻線１１８は、絶縁積層箔の如き導電性箔の単一巻回からなり、２次巻線１２２は、絶縁銅線の７巻回の如き導電性線の複数巻回からなる。他の実施形態では、１次巻線１１８は、例えば、インターリーブ型設計にて使用される導電性箔の２巻回からなり、２次巻線１２２は、絶縁銅線の１４巻回からなる。

[0020]１次巻線１１８は、２つの１次巻線リード１２０で終端しており、２次巻線１２２は、２つの２次巻線リード１２４にて終端している。ある特定の実施形態では、２次巻線１２２は、ボビン構造体内に閉じ込められており、例えば、ボビン１１４は、プラスチックで形成され、その内部に、２次巻線１２２が閉じ込められており、２次巻線リード１２４は、そのプラスチックから延出している。

[0021]第１の磁極片１０２と同様に、第２の磁極片１０６は、フェライトの如き磁性材料で形成されており、ボビン巻線アセンブリ１０４を受け入れるようなサイズとされた環状チャネル１２８を画成しており、即ち、第２の磁極片１０６は、環状チャネル１２８がそこに形成された磁気パックである。環状チャネル１２８は、ポスト１２６（第２の磁極）を画成している。チャネル１２８は、ポスト１２６の外側表面と環状リム１４０の内側表面とにより画成されている。リム１４０は、ボビン巻線アセンブリ１０４がリム１３６及び１４０により取り巻かれるようにリム合せ表面１３８と合わせられる全体的に平坦なリム合せ表面１４２で終端している。更に又、第２の磁極片１０６は、適当なサイズとされ形状とされた切欠き部１５０を画成しており、この切欠き部１５０を通して、１次巻線リード１２０及び２次巻線リード１２４が延びることができるようになっている。

[0022]ポスト１２６は、変成器アセンブリ１００のコア（即ち、図２に関して以下に説明されるようなコア２０２）を形成するため、ボビン開口１１６を通してポスト合せ表面１１２と合わせられる全体的に平坦なポスト合せ表面１３０で終端している。ある幾つかの実施形態では、ポスト合せ表面１１２及び１３０は、同一平面にて合わせられ、エポキシ、結合材、シリコーン接着剤等の如き接着材により互いに対して固着される。他の実施形態では、ポスト合せ表面１１２及び１３０は、それぞれ、リム合せ表面１３８及び１４２の平面から凹まされている。このような実施形態では、非導電性発泡体（又は、同様の材料）が、ポスト１１０及び１２６との間にスペース（即ち、変成器コア内の空気ギャップ）を維持するためポスト合せ表面１３０及び１１２の間に保持される。例えば、変成器アセンブリ１００の組立中に、発泡体は、ポスト合せ表面１３０及び１１２の間に流体として付与され、その後、その空気ギャップを維持するための固い物質へと硬化される。ある幾つかの代替実施形態では、その空気ギャップは、ポスト合せ表面１３０及び１１２の間にどのような材料も使用せずに形成される（即ち、それら合せ表面１３０及び１１２は、離間されている）。

[0023]第２の磁極片１０６は、円柱形状として示されているのであるが、前述したような特徴を備える任意の形状とすることができる。

[0024]当業分野において知られているように、変成器の１次コイルインダクタンスは、コア面積に比例している。本発明の１つ以上の実施形態によれば、ポスト１１０及び１２６の幅（即ち、変成器コアの幅）は、変成器アセンブリ１００が単一巻回の１次巻線１１８、又は別の仕方として、２巻回の１次巻線１１８を備える時、望むインダクタンスが効率的に達成されるようなサイズとされている。変成器コア幅は、巻線損失に匹敵するコア損失でもってその望むインダクタンスが達成されるように選択され、例えば、変成器コアは、２０ミリメートル（ｍｍ）程度の直径を有する。このような構成とすることにより、コア横断面に比較して小さな巻線面積となり、例えば、巻線ウインドウ面積は、２０平方ミリメートル（ｍｍ^２）となり、コア横断面面積は、３００ｍｍ^２となる。ある幾つかの実施形態では、１次巻線１１８が１巻回を有しており、２次巻線１２２が７巻回を有しており、且つコア横断面面積が６平方センチメートル（ｃｍ^２）である場合において、３．６マイクロヘンリーのインダクタンスが達成される。コア幅が比較的に大きく、巻線数が少ないと、その変成器アセンブリ１００は、より低背となり且つ磁気損失及び銅損が低いものとなる（例えば、特に、数百キロヘルツというようなより高い周波数では、低い漏洩インダクタンス並びに低い近接効果損失により、巻線における損失が改善される）。１つの実施形態では、変成器アセンブリ１００は、１５ｍｍより低い高さでもって９９％の効率で２２５ワット（Ｗ）を処理することができる（即ち、２．２５Ｗの損失）。

[0025]第１の磁極片１０２は、第２の磁極片１０６に合わせられた第１の磁極片１０２を保持するためのフランジ１６２を備えるＵ字形クリップ１６０により、第２の磁極片１０６に固定される。付加的に又は代替的に、第１の磁極片１０２は、ねじ、ボルト、結合接着剤、スナップ機構、クリップ等の如き１つ以上の他の機械的手段により、第２の磁極片１０６に固定することもできる。

[0026]図２は、本発明の１つ以上の実施形態による組み立てられた変成器アセンブリ１００の横断面図である。ボビン１１４は、それぞれ第１の磁極片１０２及び第２の磁極片１０６のチャネル１０８及び１２８内に保持されている。ボビン１１４のフランジ１３２は、このボビン１１４の周りに巻線区域を画成しており、この巻線区域内に、１次巻線１１８及び２次巻線１２２が巻かれている。図１に関して前述したように、１次巻線１１８は、導電性箔の単一巻回（別の仕方として、導電性箔の２巻回）からなり、２次巻線１２２は、導電性線（銅線の如き）の７巻回からなる。１つ以上の代替実施形態では、１次巻線１１８及び／又は２次巻線１２２は、より少ない又はより多い巻回からなり、及び／又は異なる導電性材料で形成することができる。

[0027]リム合せ表面１３８は、リム合せ表面１４２と同一平面にて合わせられている。ある幾つかの実施形態では、リム合せ表面１３８は、シリコーン接着剤又は同様のエポキシの如き接着材により、リム合せ表面に固着される。ある幾つかの実施形態では、非導電性発泡体２３３が、空気ギャップを維持するため、ポスト合せ表面１１２及び１３０の間に保持される。ある幾つかの代替実施形態では、ポスト合せ表面１１２及び１３０の間の空気ギャップは、これらポスト合せ表面１１２及び１３０の間にどのような材料をも使用せずに維持される。他の代替実施形態では、ポスト合せ表面１１２及び１３０は、同一平面において合わせられており、ある幾つかのこのような実施形態では、ポスト合せ表面１１２及び１３０は、シリコーン接着剤又は同様のエポキシにより、互いに対して固着される。

[0028]ポスト１１０及び１２６は、コア２０２を形成しており、１次巻線１１８及び２次巻線１２２と共に、変成器アセンブリ１００の変成器２０４を形成している。図１に関して前述したように、コア２０２は、フェライトの如き磁性材料（例えば、ＭｎＺｎＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＺｎＦｅ_２Ｏ_３等）で形成され、巻線面積に対して大きな横断面面積を示している。

[0029]クリップ１６０は、第１の磁極片１０２及び第２の磁極片１０６が固定合せ状態に保たれるようにするため、第１の磁極片１０２及び第２の磁極片１０６を保持する。

[0030]図３は、本発明の１つ以上の実施形態による一体型変成器アセンブリ３００の分解部品配列斜視図である。この変成器アセンブリ３００は、第１の磁極片３０２、ボビン巻線アセンブリ３０４、第２の磁極片３０６及び保持クリップ３６０を備える。

[0031]第１の磁極片３０２は、この第１の磁極片３０２の構成を例示するため、部分的に切り欠いた状態で示されている。第１の磁極片３０２は、フェライトの如き磁性材料で形成されており、ボビン巻線アセンブリ３０４を受け入れるようなサイズとされたチャネル３０８及び切欠き部３０９を画成している。チャネル３０８は、環状形状とされており、切欠き部３０９に通じている。切欠き部３０９は、チャネル３０８から第１の磁極片３０２のエッジまで延出しており、ボビン巻線アセンブリ３０４の感知変成器巻線アセンブリ３７０が、以下に更に説明するように、第１の磁極片３０２の外部に保持されるような適当なサイズとされ形状とされている。

[0032]第１の磁極片３０２は、円柱状ポスト３１０（第１の磁極）及びリム３３６を備えており、チャネル３０８がポスト３１０の外側表面及びリム３３６の内側表面により画成されるようになっている。ポスト３１０及びリム３３６は、第１の磁極片３０２の下側で、それぞれ全体として平坦なポスト合せ表面３１２及び全体として平坦なリム合せ表面３３８で終端している。

[0033]ボビン巻線アセンブリ３０４は、環状ボビン３１４、１次巻線３１８及び２次巻線３２２を備える。ボビン３１４は、誘電体プラスチック等の如き剛性の絶縁材料で形成され、このボビン３１４の中心にこのボビン３１４の長手方向に延長するボビン開口３１６を画成している。ボビン３１４は、このボビン３１４の上部及び底部の周りにフランジ３３２を備えており、これらフランジ３３２は、ボビン開口３１６から半径方向に延出している。ボビン３１４の長さは、１次巻線３１８及び２次巻線３２２がフランジ３３２の間に画成されたチャネル３０８における巻線区域内に保持されるようなサイズとされている。ある幾つかの実施形態では、ボビン３１４は、ボビン１１４に対応するサイズ及び形状とされており、１次巻線３１８は、導電性箔（例えば、絶縁積層箔）の単一巻回からなり、２次巻線３２２は、導電性線の複数巻回（絶縁銅線の７巻回）からなり、別の仕方として、１次巻線３１８は、例えば、インターリーブ型設計にて使用される導電性箔の２巻回からなり、２次巻線３２２は、絶縁銅線の１４巻回からなる。他の実施形態では、１次巻線３１８及び／又は２次巻線３２２は、異なる数の巻回からなり及び／又は異なる導電性材料で形成することもできる。ある特定の実施形態では、２次巻線３２２は、ボビン構造体内に閉じ込められ、例えば、ボビン３１４は、プラスチックで形成され、そのプラスチックの中に２次巻線３２２を閉じ込め、リードをそのプラスチックから延出させるようにすることができる。

[0034]ボビン３１４は、更に、ボビン３１４の中心から直角に延出する感知変成器ベース３３５を備える。この感知変成器ベース３３５は、感知変成器アセンブリ３７０を支持するに適当なサイズとされ形状とされている。ある幾つかの実施形態では、２次巻線３２２は、感知変成器ベース３３５を通して延長する２次巻線リード３２４で終端している。

[0035]感知変成器アセンブリ３７０は、環状感知変成器ボビン３４０、第１の感知変成器フレーム部材３５０（「フレーム部材３５０」）及び第２の感知変成器フレーム部材３８０（「フレーム部材３８０」）を備える。ボビン３１４と同様に、感知変成器ボビン３４０は、誘電体プラスチック等の如き剛性の絶縁材料で形成され、感知変成器ボビン３４０の中心でこの感知変成器ボビン３４０の長手方向に延長する感知変成器ボビン開口３４２を画成している。感知変成器ボビン３４０は、上部及び底部周囲の周りで感知変成器ボビン開口３４２から延出するフランジ３５８を備えている。

[0036]感知変成器ボビン３４０には、感知変成器ベース３３５を全体として通して延長する感知変成器２次巻線リード３４８で終端する感知変成器２次巻線３４６が巻かれている。感知変成器２次巻線３４６は、銅線の如き導電性線で形成されており、ある幾つかの実施形態では、百程度の巻回数（例えば、１５０巻回）からなる。ある特定の実施形態では、２次巻線３４６は、感知変成器ボビン構造体内に閉じ込められ、例えば、感知変成器ボビン３４０は、プラスチックで形成され、そのプラスチック内に、２次巻線３４８を閉じ込め、感知変成器２次巻線リード３４８をそのプラスチックから延出させるようにすることができる。

[0037]第１及び第２の１次脚部３１７及び３１９が、１次巻線３１８から延出しており、これら各々は、感知変成器ボビン３４０の対向側の周りに１／２巻回巻線を形成しており、これにより、全感知変成器ボビン３４０の周りに単一巻回巻線を形成している。これら１次脚部３１７及び３１９は、更に、感知変成器ベース３３５を通して延長して、それぞれ１次巻線リード３２０及び３２１にて終端している。ボビン３１４の長さは、１次脚部３１７及び３１９、及び感知変成器２次巻線３４６が、フランジ３５８の間に画成された感知変成器巻線区域内に保持されるようなサイズとされている。

[0038]フレーム部材３５０及び３８０は、全体としてＥ字形状とされており、フェライトの如き磁性材料（例えば、ＭｎＺｎＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＺｎＦｅ_２Ｏ_３等）で形成される。ある幾つかの実施形態では、フレーム部材３５０は、円柱状中心ポスト３５２（第１の感知変成器磁極）を備えており、この円柱状中心ポスト３５２は、感知変成器ボビン開口３４２を通してフレーム部材３８０の円柱状中心ポスト３８２（第２の感知変成器磁極）と合わせられ、感知変成器アセンブリ３７０内にコア（即ち、図４に関して以下に説明するような感知変成器コア４０４）を形成する。それに加えて、感知変成器ベース３３５は、３つの切欠き３８６を画成しており、これら切欠き３８６は、中心ポスト３５２及び３８２並びにフレーム部材３５０及び３８０の外部脚部がそれら切欠き３８６を通して合わせられるように適当なサイズとされ且つ離間されている。フレーム部材３５０及び３８０の外部脚部は、例えば、エポキシ、結合材、シリコーン接着剤等の如き接着材により、互いに固着される。

[0039]中心ポスト３５２及び３８２は、各々、それぞれ、互いに対して同一平面にて合わせられる（即ち、空気ギャップ無しで）全体として平坦な合せ表面３５４及び３８４で終端している。これら合せ表面３５４及び３８４は、エポキシ、結合材、シリコーン接着剤等の如き接着材により、互いに対して固着される。ある幾つかの代替実施形態では、感知変成器コア内に空気ギャップを与えるため、非導電性発泡体又は同様の材料が合せ表面３５４及び３８４の間に保持され、他の代替実施形態では、空気ギャップは、どのような材料をも使用せずに合せ表面３５４及び３８４の間に維持される（即ち、合せ表面３５４及び３８４は、離間される）。中心ポスト３５２／３５８は、１次脚部３１７／３１９及び２次巻線３４６と共に、感知変成器（即ち、図４に関して以下に説明されるような感知変成器４０８）を形成する。

[0040]第１の磁極片３０２と同様に、第２の磁極片３０６は、フェライトの如き磁性材料で形成され、ボビン巻線アセンブリ３０４を受け入れるようなサイズとされたチャネル３２８及び切欠き部３２９を画成している。チャネル３２８は、環状形状とされ、切欠き部３２９に通じている。切欠き部３２９は、チャネル３２８から第２の磁極片３０６のエッジまで延出しており、感知変成器巻線アセンブリ３７０が、以下に更に説明するように、合わせられた第１及び第２の磁極片３０２／３０６の外側に保持されるような適当なサイズとされ、形状とされている。

[0041]第２の磁極片３０６は、円柱状ポスト３２６（第２の磁極）及びリム３２７を備えており、チャネル３２８が、そのポスト３２６の外側表面及びそのリム３２７の内側表面により画成されるようになっている。リム３２７は、第１の磁極片３０２のリム合せ表面３３８と合わせられる全体として平坦なリム合せ表面３３１で終端しており、感知変成器アセンブリ３７０を除くボビン巻線アセンブリ３０４の部分が、これらリム３３６及び３２７により取り囲まれるようになっている。ポスト３２６は、ボビン開口３１６を通してポスト合せ表面３１２と合わせられる全体として平坦なポスト合せ表面３３０で終端している。ポスト３１０及び３２６は、ボビン開口３１６を通して電力変成器コア（即ち、図４に関して以下に説明されるようなコア４０２）を形成し、１次巻線３１８及び２次巻線３２２と共に、電力変成器（即ち、図４に関して以下に説明するような電力変成器４０６）を形成する。ある幾つかの実施形態では、ポスト合せ表面３１２及び３３０は、同一平面にて合わせられ、エポキシ、結合材、シリコーン接着剤等の如き接着材により、互いに固着される。他の実施形態では、ポスト合せ表面３１２及び３３０は、それぞれリム合せ表面３３８及び３３１から凹まされる。このような実施形態では、ポスト３１０及び３２６の間にスペース（変成器コア内の空気ギャップ）を維持するため、ポスト合せ表面３１２及び３３０の間に非導電性発泡体又は同様の材料が保持される。ある幾つかの代替実施形態では、空気ギャップは、ポスト合せ表面３１２及び３３０の間にどのような材料も使用せずに形成される（即ち、それら合せ表面３１２及び３３０は、離間される）。

[0042]第１の磁極片３０２は、第２の磁極片３０６に合わせられた第１の磁極片３０２を保持するためのフランジ３６２を備えるＵ字形状のクリップ３６０により、第２の磁極片３０６に固定される。付加的に又は代替的に、第１の磁極片３０２は、ねじ、ボルト、結合接着材、スナップ機構、クリップ等の如き１つ以上の他の機械的手段により、第２の磁極片３０６に固定される。第１の磁極片３０２及び／又は第２の磁極片３０６は、矩形形状として示されているが、前述した特徴を備える任意の形状とすることができる。

[0043]本発明の１つ以上の実施形態によれば、一体型感知変成器アセンブリ３００は、電力変成器（即ち、それぞれ１次巻線３１８及び３２２と、及びポスト３１０及び３２６により形成される電力変成器コアと、により形成される変成器）と、電流感知変成器（即ち、１次脚部３１７／３１９及び２次巻線３４６と共に中心ポスト３５２及び３８２により形成される変成器）と、を一体化しているものである。感知変成器ボビン３４０の対向側の周りの各１次脚部３１７及び３１９の１／２巻回巻線は、単一巻回巻線を形成しており、１次巻線３１８を通して流れる電流が、感知変成器２次巻線３４６と電磁気的に結合するようになっている。それから、感知変成器２次巻線３４６を通してその結果生ずる電流は、その電力変成器の１次巻線３１８を通して流れる電流のレベルを決定するのに測定される。

[0044]図４は、本発明の１つ以上の実施形態による、図３の４−４線にそって取られた、組み立てられた一体型変成器アセンブリ３００の横断面図である。ボビン３１４は、それぞれ第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６に亘ってチャネル３０８及び３２８内に保持されている。ボビン３１４のフランジ３３２は、そのボビン３１４の周りに巻線区域を画成しており、この巻線区域内で、１次巻線３１８及び２次巻線３２２が巻かれている。図３に関して前述したように、１次巻線３１８は、導電性箔の「Ｐ」巻回からなり、２次巻線３２２は、導電性線（銅線の如き）の「Ｓ」巻回からなる。１対上の代替実施形態では、１次巻線３１８及び／又は２次巻線３２２は、より少ない又はより多い巻回からなり、及び／又は異なる導電性材料で形成することができる。２次巻線３２２は、感知変成器ベース３３５を通して延長する２次巻線リード３２４で終端している。

[0045]リム合せ表面３３８は、リム合せ表面３３１と同一平面にて合わせられている。ある幾つかの実施形態では、リム合せ表面３３８及び３３１は、シリコーン接着剤又は同様のエポキシの如き接着材により、互いに固着される。内側合せ表面３１２及び３３０の間に、非導電性発泡体４３３（又は、同様の材料）が保持され、例えば、組立中に、発泡体４３３が内側合せ表面３１２及び３３０の間に流体として付与され、その後に、固い材料へと硬化される。ある幾つかの代替実施形態では、内側合せ表面３１２及び３３０の間の空気ギャップは、どのような材料をも使用せずに維持される（即ち、合せ表面３１２及び３３０は、離間される）。他の代替実施形態では、内側合せ表面３１２及び３３０は、同一平面にて合わせられ、ある幾つかのこのような実施形態では、内側合せ表面３１２及び３３０は、シリコーン接着剤又は同様のエポキシにより、互いに固着される。

[0046]ポスト３１０及び３２６は、電力変成器コア４０２を形成しており、１次巻線３１８及び２次巻線３２２と共に、変成器アセンブリ３００の電力変成器４０６を形成している。ある幾つかの実施形態では、電力変成器４０６は、前述した変成器２０４と同様であることができる。

[0047]感知変成器ベース３３５及び１次脚部３１７及び３１９は、切欠き部３０９及び３２９により形成されたチャネルを通して延長している。感知変成器ボビン３４０は、感知変成器ベース３３５の上に座しており、合わせられたフレーム部材３５０及び３８０の間に保持されており、ある幾つかの実施形態では、フレーム部材３５０は、例えば、ねじ、ボルト、接着剤、スナップ機構、クリップ又は同様の機械的手段により、感知変成器ベース３３５に固定される。合せ表面３５４及び３８４は、同一平面にて合わせられ、中心ポスト３５２及び３８２が感知変成器ボビン開口３４２を通して感知変成器コア４０４を形成するようになっている。ある幾つかの実施形態では、合せ表面３５４及び３８４は、例えば、接着材により、互いに固着されている。ある幾つかの代替実施形態では、感知変成器コア４０４内に空気ギャップを与えるため、非導電性発泡体（又は同様の材料）の如き材料が合せ表面３５４及び３８４の間に保持され、他の代替実施形態では、空気ギャップは、合せ表面３５４及び３８４の間にどのような材料をも使用せずに維持される（即ち、合せ表面３５４及び３８４は、離間される）。感知変成器コア４０４は、脚部３１７／３１９による１／２巻回巻線及び感知変成器２次巻線３４６と共に、電流感知変成器４０８を形成している。

[0048]感知変成器ボビン３４０のフランジ３５８は、感知変成器ボビン３４０の周りに巻線区域を画成しており、この巻線区域内に、感知変成器２次巻線３４６が巻かれている。図３に関して前述したように、感知変成器２次巻線３４６は、銅線の如き導電性線で形成されており、ある幾つかの実施形態では、百程度の巻回数からなっている。感知変成器２次巻線３４６は、感知変成器ベース３３５を通して延長する感知変成器２次巻線リード３４８で終端している。

[0049]１次脚部３１７及び３１９の各々は、感知変成器ボビン３４０の対向側の周りに１／２巻回巻線を形成しており、感知変成器ボビン３４０の周りに単一巻回巻線となっている。１次脚部３１７及び３１９は、感知変成器ベース３３５を貫通して、それぞれ１次巻線リード３２０及び３２１で終端している。

[0050]クリップ３６０は、第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６が合せ固定状態に保たれるようにするため、第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６を保持する。

[0051]図５は、本発明の１つ以上の実施形態による組み立てられた一体型変成器アセンブリ３００の斜視図である。第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６は、クリップ３６０により同一平面にて合わせられ固定されている。感知変成器ベース３３５及び感知変成器アセンブリ３７０は、切欠き部３０９／３２９を通して、合わせられた第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６の側面から水平に延出している。感知変成器ボビン３４０は、感知変成器ベース３３５により支持されており、前述したように、フレーム部材３５０／３８０の間に保持されている。ポスト３５２及び３８２は、感知変成器ボビン開口３４２内へと延びて感知変成器コア４０４を形成している。

[0052]感知変成器２次巻線３４６は、感知変成器ボビン３４０の周りに巻かれており、感知変成器ベース３３５を通して延びる感知変成器２次巻線リード３４８で終端している。１次脚部３１７及び３１９は、切欠き部３０９／３２９により形成されたチャネルを通して延長し、各々、感知変成器ボビン３４０の対向側の周りに１／２巻回巻線を形成し、全感知変成器ボビン３４０の周りの単一巻回巻線となっている。１次脚部３１７及び３１９は、感知変成器ベース３３５を貫通して、それぞれ１次巻線リード３２０及び３２１で終端している。更に又、２次巻線リード３２４は、合わせられた磁極片３０２／３０６内のボビン３１４から感知変成器ベース３３５を通して延長している。

[0053]図６は、１つ以上の代替実施形態による組み立てられた一体型変成器アセンブリ６００の斜視図である。この一体型変成器アセンブリ６００は、感知変成器アセンブリ３７０を除いて、一体型変成器アセンブリ３００と同じ構成部分及び構造を備えている。

[0054]この一体型変成器アセンブリ６００では、第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６は、同一平面にて合わせられており、クリップ３６０により固定されている。感知変成器ベース３３５は、切欠き部３０９及び３２９により形成されたチャネルを通して且つ合わせられた第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６から水平に延出している。合わせられたフレーム部材３５０／３８０及び感知変成器ボビン３４０は、合わせられた第１の磁極片３０２及び第２の磁極片３０６の側面に対して直角方向に配向されている（即ち、ボビン３４０は、感知変成器ベース３３５と同一平面にある）。合わせられたフレーム部材３５０／３８０は、例えば、ねじ、ボルト、接着剤、スナップ機構、クリップ又は同様の機械的手段により、感知変成器ベース３３５に固定される。合わせられた中心ポスト３５２／３８２は、感知変成器ボビン開口３４２を通して延長して、感知変成器コア４０４を形成している。

[0055]感知変成器２次巻線３４６は、感知変成器ボビン３４０の周りに巻かれており、感知変成器ベース３３５を通して延長する感知変成器２次巻線リード３４８で終端している。１次脚部３１７及び３１９は、切欠き部３０９及び３２０により形成されたチャネルを通して延長している。１次脚部３１７及び３１９の各々は、感知変成器ボビン３４０の方へ９０°の角度で曲げられ、結合されたフレーム部材３５０／３８０及び感知変成器ボビン３４０の間を通過して、感知変成器ボビン３４０の対向側の周りの１／２巻回巻線を形成している（即ち、１次脚部３１７及び３１９は、全感知変成器ボビン３４０の周りに単一巻回巻線を形成している）。１次脚部３１７及び３１９は、感知変成器ベース３３５を貫通して、それぞれ１次巻線リード３２０及び３２１で終端している。更に又、２次巻線リード３２４は、合わせられた磁極片３０２／３０６内のボビン３１４から感知変成器ベース３３５を通して延長している。

[0056]図７は、本発明の１つ以上の実施形態を使用する、太陽光発電されたＤＣ電力をＡＣ電力へと転換するためのシステム７００のブロック図である。この図は、本発明を利用しうる多数の可能性のあるシステム構成及び装置のうちの１つの態様を示すだけのものである。本発明は、ＤＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器等の如き、変成器及びこの変成器を通して電流レベルを測定するための手段を必要とする任意のシステム又は装置において使用することができる。ある幾つかの代替実施形態では、システム７００は、受け取られた太陽光エネルギーをＤＣ電力へと変換するための、ＤＣ／ＡＣインバータでなくＤＣ／ＤＣ変換器を備える。このような実施形態では、これらＤＣ／ＤＣ変換器は、各々、本発明による一体型変成器アセンブリを備える。

[0057]システム７００は、集約してインバータ７０２と称される複数のインバータ７０２−１、７０２−２、７０２−３・・・７０２−Ｎ、集約してＰＶモジュール７０４と称される複数のＰＶモジュール７０４−１、７０４−２、７０４−３・・・７０４−Ｎ、制御器７０６、ＡＣバス７０８、及び負荷センター７１０を備える。

[0058]各インバータ７０２−１、７０２−２、７０２−３・・・７０２−Ｎは、それぞれ、ＰＶモジュール７０４−１、７０４−２、７０４−３・・・７０４−Ｎに結合される。インバータ７０２は、ＡＣバス７０８を経て制御器７０６に結合される。制御器７０６は、インバータ７０２の動作制御を行うためインバータ７０２と通信することができる。インバータ７０２は、更に、ＡＣバス７０８を介して負荷センター７１０に結合される。

[0059]インバータ７０２は、ＰＶモジュール７０４により発生されたＤＣ電力を、商用電力グリッド（電力網）に遵守したＡＣ電力へと変換し、このＡＣ電力を負荷センター７１０へと結合する。発生されたＡＣ電力は、更に、負荷センター７１０から１つ以上の機器及び／又は商用電力グリッドへと結合される。付加的に又は代替的に、発生されたエネルギーは、その後の使用のため蓄電され、例えば、その発生されたエネルギーは、バッテリー、加熱水、揚水、Ｈ_２Ｏ−水素変換等を利用して蓄電される。

[0060]インバータ７０２の各々は、ＤＣ電力をＡＣ電力へと変換するのに使用される一体型変成器アセンブリ３００を備える（即ち、インバータ７０２−１、７０２−２、７０２−３・・・７０２−Ｎは、それぞれ、一体型変成器アセンブリ３００−１、３００−２、３００−３・・・３００−Ｎを備える）。例えば、一体型変成器アセンブリ３００は、電力変成器４０６及び電流感知変成器４０８を備えており、ここで、電力変成器４０６は、インバータ７０２の電力変換ステージ内で使用され、一方、電流感知変成器４０８は、その電力変換を適当に制御するためその電力変成器を通して流れる電流を測定する。ある幾つかの代替実施形態では、インバータ７０２のうちの１つ以上のものは、一体型変成器アセンブリ３００でなく一体型変成器アセンブリ６００を備える。他の代替実施形態では、インバータ７０２のうちの１つ以上のものは、一体型変成器アセンブリ３００の代わりに、変成器アセンブリ１００の如き変成器及び別個の電流感知変成器を備える。

[0061]ある幾つかの実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器は、各ＰＶモジュール７０４と各インバータ７０２との間に結合される（例えば、ＰＶモジュール７０４当たり１つの変換器）。別の仕方として、複数のＰＶモジュール７０４が単一のインバータ７０２（中央集中インバータ）に対して結合され、ある幾つかのこのような実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器がＰＶモジュール７０４と中央集中インバータとの間に結合される。

[0062]図８は、本発明の１つ以上の実施形態による変成器を形成するための方法８００のフロー図である。この方法８００は、変成器２０４又は変成器４０６の如き、低背並びに低磁気損失及び銅損を示す効率の良い変成器を設計し形成するのに使用される。

[0063]この方法８００は、ステップ８０２で始まり、ステップ８０４へと進む。ステップ８０４にて、変成器に対して望むインダクタンスが決定される。この方法８００は、ステップ８０６に進み、そこで、巻線構造が選択される。１次巻線の巻回数が選択され（例えば、１又は２巻回）、並びに、２次巻線の対応する巻回数が選択される。ある幾つかの実施形態では、１次巻線は、導電性箔（絶縁積層箔の如き）の１巻回であるように選択され、２次巻線は、絶縁銅線の７巻回であるように選択される。他の実施形態では、１次巻線は、例えば、インターリーブ型設計にて使用される導電性箔の２巻回であるように選択され、２次巻線は、絶縁銅線の１４巻回であるように選択される。１次及び２次巻線は、ボビン１１４又はボビン３１４の如き環状ボビンの周りに巻かれる。

[0064]方法８００は、ステップ８０８へ進む。ステップ８０８にて、変成器の磁気コアのコア直径が選択される。このコア直径は、１次巻線の巻回数が１又は２の時に、望むインダクタンスが効率的に達成されるように選択され、ある幾つかの実施形態では、１次巻線が１巻回を有し、２次巻線が７巻回を有し、コア横断面面積が６ｃｍ^２である時に、３．６マイクロヘンリーのインダクタンスが達成される。変成器コア直径は、コア損失が巻線損失に匹敵するようにして望むインダクタンスが達成されるように選択され、ある幾つかの実施形態では、変成器コア直径は、２０ｍｍ程度であるように選択される。このような構成とすることにより、コア横断面に比較して巻線区域が小さくされ、従って、低背並びに低磁気損失及び銅損であるような変成器とされる。１つの実施形態では、変成器は、１５ｍｍより低い高さで９９％の効率で２２５Ｗ（即ち、２．２５Ｗの損失）を処理するように設計される。

[0065]方法８００は、ステップ８１０へと進み、そこで、変成器は、それら選択されたパラメータに従って形成される。それから、方法８００は、ステップ８１２に進み、そこで終了する。

[0066]本発明の実施形態の前述の説明は、説明したような種々な機能を果たす多くの素子、装置、回路及び／又はアセンブリを含んでいる。これらの素子、装置、回路及び／又はアセンブリは、それぞれ前述したような機能を果たすための手段の典型的な実施例である。

[0067]本発明の実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるのであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲により決定されるものである。

Claims

感知変成器と、前記感知変成器に物理的に且つ電磁気的に結合された電力変成器とを具備する一体型変成器アセンブリであって、
前記感知変成器は、
中心ポストを有する感知変成器磁気コアと、
前記感知変成器磁気コアの前記中心ポストの周りに巻かれ、第２の導電性材料からなる複数の巻回を備える感知変成器２次巻線と、
を備えており、
前記電力変成器は、
電力変成器磁気コアと、
前記電力変成器磁気コアの周りに巻かれ、第１の導電性材料からなる１つ又は２つの巻回を備える電力変成器１次巻線と、
前記電力変成器磁気コアの周りに巻かれた電力変成器２次巻線であって、前記電力変成器１次巻線の第１の端部及び前記電力変成器１次巻線の第２の端部が、感知変成器１次巻線を形成するように前記感知変成器磁気コアの前記中心ポストの対向側に沿って配置され、前記第１の端部及び前記第２の端部が前記電力変成器１次巻線の対向側である、前記電力変成器２次巻線と、
を備える、一体型変成器アセンブリ。
前記第１の端部及び第２の端部は、前記感知変成器１次巻線の単一巻回を形成する、請求項１に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１の端部及び第２の端部は、前記感知変成器１次巻線の前記単一巻回を形成するため、各々、前記感知変成器磁気コアの前記中心ポストの対向側において２分の１の巻線巻回を形成する、請求項２に記載の一体型変成器アセンブリ。
電力変成器ボビンを更に具備し、
（i）前記電力変成器磁気コアは、前記電力変成器ボビンの開口内に配設されており、（ii）前記電力変成器１次巻線及び前記電力変成器２次巻線は、前記電力変成器ボビンの周りに巻かれており、（iii）前記電力変成器ボビンのフランジが前記感知変成器を支持するためのベースとして延長している、請求項１に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記電力変成器磁気コアは、合わせられた第１の磁極片及び第２の磁極片を形成するように合わせられる第１の磁極片及び第２の磁極片から形成され、前記電力変成器ボビンは、前記合わせられた第１の磁極片及び第２の磁極片内に保持される、請求項４に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片は、それぞれ第１の磁極及び第２の磁極を備えており、前記第１の磁極及び前記第２の磁極は、前記電力変成器磁気コアを形成する、請求項５に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１の磁極及び前記第２の磁極は、空気ギャップを維持するように互いに離間されている、請求項６に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記ベースは、前記合わせられた第１の磁極片及び第２の磁極片を通して延長し、前記合わせられた第１の磁極片及び第２の磁極片の外部に配設される、請求項５に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記感知変成器磁気コアは、第１のフレーム部材及び第２のフレーム部材から形成され、少なくとも一つの前記第１のフレーム部材又は前記第２のフレーム部材は、実質的にＥ字形状とされており、前記感知変成器のボビンは、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材との間に保持される、請求項４に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１のフレーム部材及び前記第２のフレーム部材は、合わせられ、前記電力変成器１次巻線の前記第１の端部は、前記合わせられた第１のフレーム部材及び第２のフレーム部材内の第１の開口を通過し、前記電力変成器１次巻線の前記第２の端部は、前記合わせられた前記第１のフレーム部材及び第２のフレーム部材内の第２の開口を通過する、請求項９に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１のフレーム部材及び前記第２のフレーム部材は、前記ベースを通して合わせられる、請求項９に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第２の導電性材料からなる複数の巻回は百程度であり、前記電力変成器２次巻線は、７つの巻回を備える、請求項１に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記第１の導電性材料は、積層箔であり、前記第２の導電性材料は、絶縁銅線である、請求項２に記載の一体型変成器アセンブリ。
前記感知変成器は、前記ベースに対してほぼ直角又はほぼ平行に保持されることができる、請求項４に記載の一体型変成器アセンブリ。