JP6258357B2

JP6258357B2 - 磁気コア磁束センサ

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Inventors: ジム・ペック
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Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2018-01-10
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Description

本開示は、変圧器および誘導子などの電磁気デバイスに関し、より詳しくは、磁気コア磁束センサ、および変圧器、誘導子、もしくは同様のデバイスのコア内の磁束を測定する方法に関する。

誘導子、変圧器、および同様のデバイスなどの電磁気デバイスは磁気コアを含み、磁気コアにおいて、磁気コアと関連する導体巻線を通って流れる電流に応じて、磁束フローが生成されることがある。磁気コアにおける磁束フローは、有限要素解析などの技術または同様の技術を使用して推定することができるが、そのような方法は、コアにおける磁束を測定する直接的な方法ではない。したがって、磁気コアは、過剰設計される可能性があり、または何らかの用途に対して必要とされるよりも大型に作られる可能性がある。これにより、そのようなデバイスの重さや体積が過剰になるであろう。過剰な重さおよび体積は、これらの電磁気デバイスが、ある用途、例えば、重さやサイズが重要となる可能性がある航空機、航空宇宙飛行体、または他の車両などの車両などで使用される場合に、重要な要因となるであろう。

磁気コアにおける飽和の流れまたはパターンを理解することはまた、そのような電磁気デバイスを設計する際に有用な情報となる可能性がある。特定のコア設計が単一物体として飽和しているかどうか、またはその飽和が時間ベースであるかが有用である可能性がある。例えば、時間内のある瞬間に、コア材料において境界が存在し、その材料は、境界の一方の側で飽和し、その境界の他方の側では飽和しない可能性がある。飽和パターンについて知ることは、磁気部品の設計および実装に直接影響する可能性があり、そのような理解は、コアにおける磁束を直接測定することによって最もよく得られるであろう。したがって、誘導子、変圧器、または同様のデバイスなどの電磁気デバイスのコア部品内の磁束を直接測定することを可能にする必要がある。

一実施形態によれば、磁気コア磁束センサアセンブリは、磁束センサコア部と、磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部とを含むことができる。導体巻線を通って流れる電流は、導体巻線の周りに磁界を生成し、磁束センサコア部の少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成する。センサコア部における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、少なくとも1つの細長い開口部に対して、センサ孔の複数の対が配置される。磁気コア磁束センサアセンブリはまた、センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線を含んでもよい。磁束フローは、各センサ導体巻線において電気信号を発生させ、特定のセンサ導体巻線における電気信号は、特定のセンサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する。

別の実施形態によれば、電磁気デバイスは、磁束センサコア部と、磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部とを含むことができる。導体巻線を通って流れる電流は、導体巻線の周りに磁界を生成し、磁束センサコア部の少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成する。センサコア部における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、少なくとも1つの細長い開口部に対して、センサ孔の複数の対が配置される。電磁気デバイスはまた、センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線を含んでもよい。磁束フローは、各センサ導体巻線において電気信号を発生させ、特定のセンサ導体巻線における電気信号は、特定のセンサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する。スペーサ部は、磁束センサコアの対向する両側に配置することができる。スペーサ部は、導体巻線がスペーサ部を通るように、開口部を含んでもよい。さらに、電磁気デバイスは、各スペーサ部に配置される磁気コア部を含んでもよい。少なくとも1つの細長い開口部は、磁気コア部を通って延伸し、導体巻線は、各磁気コア部を通って延伸する。スペーサ部はまた、センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線が、各センサ導体巻線の箇所で磁束フローを検出するためのデバイスに接続するための間隙を含んでもよい。

別の実施形態によれば、磁気コア磁束センサアセンブリは、磁束センサコア部と、磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部とを含むことができる。導体巻線を通って流れる電流は、導体巻線の周りに磁界を生成し、磁束センサコア部の少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成する。磁気コア磁束センサアセンブリはまた、複数のセンサ孔を含んでもよい。センサコア部における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、少なくとも1つの細長い開口部に対して、各センサ孔を配置してもよい。センサ導体配線は、各センサ孔を通って延伸する。磁束フローは、各センサ導体配線において電気信号を発生させ、特定のセンサ導体配線における電気信号は、特定のセンサ導体配線の箇所での磁束フローに対応する。

さらなる実施形態によれば、電磁気デバイスにおける磁束を測定する方法は、磁束センサコア部と、磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部とを含む磁気コア磁束センサアセンブリをもたらすことを含むことができる。導体巻線を通って流れる電流は、導体巻線の周りに磁界を、磁束センサコア部の少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成する。本方法はまた、センサコア部における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、少なくとも1つの細長い開口部に対して配置されたセンサ孔の複数の対をもたらすことができる。さらに、本方法はまた、センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線をもたらすことを含んでもよい。磁束フローは、各センサ導体巻線において電気信号を生成する。特定のセンサ導体巻線における電気信号は、特定のセンサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する。

実施形態の以下の詳細な説明は、本開示の特定の実施形態を示す、添付図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱するものではない。

本開示の一実施形態による、磁気コア磁束センサアセンブリの一例の垂直断面図である。本開示の一実施形態による、磁束センサプレートすなわち積層体の一例の上面図である。本開示の一実施形態による、センサ孔の細部を示す図2Aの例示的磁束センサプレートすなわち積層体の部分図である。本開示の一実施形態による、スペーサプレートすなわち積層体の一例の上面図である。本開示の一実施形態による、例示的コア磁束部センサアセンブリを示すための上部磁気コア断面図の一部を伴う変圧器アセンブリの一例の透視図である。図4Aの例示的変圧器アセンブリの、線4A−4Aに沿った横断面図である。本開示の一実施形態による、磁気コアプレートすなわち積層体の一例の上面図である。本開示の一実施形態による、磁束センサを含む巻線の数に応じた誘導子または変圧器アセンブリの断面図である。本開示の別の実施形態による、磁束センサプレートすなわち積層体の一例の上面図である。本開示の一実施形態による、電磁気デバイスのコアにおける磁束強度を検出および測定する方法の一例のフローチャートである。本開示の一実施形態による、電磁気デバイスのコアにおける磁束強度を検出および測定する方法の一例のフローチャートである。

実施形態の以下の詳細な説明は、本開示の特定の実施形態を示す、添付図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱するものではない。異なる図面において、同一の参照番号は同じ要素または構成要素を示すことができる。

本開示の一実施形態によれば、線形誘導子は、磁気コアを通る唯一の、または複数の電気導体配線巻線を有する電磁気デバイスである。別の実施形態によれば、線形変圧器は、1つまたは複数の線形一次電気導体配線巻線および1つまたは複数の線形二次電気導体配線巻線が磁気コアを通る磁気デバイスである。コアは、一体形であってもよく、コアの周りに一次電気導体および二次電気導体を巻く必要はない。コアは一体形であってもよいが、一体型コアは、複数の積層プレートすなわち積層体から形成してもよい。電流は一次電気導体を通じて伝導してもよい。一次電気導体内の電流からの磁束がコアによって吸収される。一次電気導体内の電流が低減すると、コアは起電力を二次配線に伝達（放出）する。線形変圧器の形状は、コアを通る一次導体および二次導体の線形パスである。1つのコアを独立型デバイスとして使用してもよく、または、より長い線形露出が必要とされる一連の2つ以上のコアを使用してもよい。この変圧器の別の形状は、一次導体内の電流によって生成される磁場全体または磁場の少なくとも相当な部分がコアによって吸収され、二次導体内に放出されるものである。変圧器のコアは、電流によって生成される磁場の実質的に全体がコアによって吸収されるような、および、磁束が実質的に完全にコアで包含されるようなサイズにしてもよく、またはそのような寸法を含んでもよい。これによって、銅損が非常に低く、エネルギー伝達効率が高く、熱放射が低く、電磁放射が非常に低い、効率の高い変圧器が形成される。さらに、線形変圧器は、既存の構成よりも体積および重さが最小で50％低い。線形電磁気デバイスは、線形変圧器、誘導子、および同様のデバイスなどであり、本出願と同じ譲受人に譲受され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2012年7月19日に出願された、米国特許第13／553，267号「Linear Electromagnetic Device」で説明される。磁気コア磁束センサアセンブリは、本明細書で説明するように、米国特許第13／553，267号で説明されるものの1つなどの、線形電磁気デバイスに組み込むことができ、線形電磁気デバイスは、そのようなデバイスの磁気コアまたはそのようなデバイスの磁気コア磁束センサアセンブリ部品内の磁束フローを直線検出および測定する。

図1は、本開示の一実施形態による、磁気コア磁束センサアセンブリ100の一例の垂直断面図である。磁気コア磁束センサアセンブリ100は、磁束センサコア部102を含むことができる。磁束センサコア部102は、互いに積層する複数の磁束センサ・コア・プレート104すなわち積層体を含むことができる。図2Aを参照すると、図2Aは本開示の一実施形態による、磁束センサプレート104すなわち積層体の一例の上面図である。図2Bは、本開示の一実施形態による、各センサプレート104におけるセンサ孔114から122の細部を示す図2Aの例示的磁束センサプレート104すなわち積層体の部分図である。プレート104は、磁束を吸収することを可能にする材料から作ることができる。例えば、プレート104は、ケイ素鋼合金、ニッケル−鉄合金、または本明細書で説明するものと同様の磁束を吸収することを可能にする他の金属材料から作ることができる。一実施形態において、コア102は、約20重量％の鉄および約80重量％のニッケルを含むニッケル−鉄合金であってもよい。プレート104は、実質的に方形もしくは矩形であってもよく、または、電磁気デバイスの用途、および、電磁気デバイスが設置される可能性がある環境に応じて何らかの他の幾何形状であってもよい。

磁気コア磁束センサアセンブリ100はまた、磁束センサコア部102を通る1つまたは複数の導体巻線108を受けるための少なくとも1つの細長い開口部106すなわち巻線開口部を含んでもよい。図1の例示的な磁気コア磁束センサアセンブリ100および図2Aの磁束センサプレート104は、変圧器型電磁気デバイスまたは誘導子型電磁気デバイスで使用するよう構成してもよい。変圧器電磁気デバイスの一例は、図4を参照して説明する。図4の例において、磁気コア磁束センサアセンブリ100および磁束センサプレート104は、それぞれ、第2の細長い開口部110を含む。細長い開口部106および110のそれぞれは、磁束センサコア部102を通る、1つまたは複数の一次導体巻線108または少なくとも1つまたは複数の二次導体巻線112を受けることができる。別の実施形態において、変圧器は、3つ以上の巻線を有してもよい。そのような1つまたは複数の実施形態において、すべての巻線は、細長い開口部106および110の両方を通ることができる。変圧器巻線が不均等に巻かれた場合、各巻線は、各細長い開口部106および110を特有な回数通過する。

コア磁束センサアセンブリ100はまた、誘導子型電磁気デバイスで使用してもよい。誘導子構成では、ただ1つの電気導体巻線が、細長い開口部106および110の両方を通過する。本明細書で説明するすべての磁気コア構成は、誘導子または変圧器とすることができることに留意されたい。巻線の数および使用は、デバイスが誘導子であるか、または変圧器であるかを判断する。

磁気コア磁束センサアセンブリ100と同様の磁気コア磁束センサアセンブリはまた、図6Aおよび図6Bで示すもののような単一の細長い開口部を有して構成してもよい。単一の細長い開口部または少なくとも1つの細長い開口部を有する磁気コア磁束センサアセンブリは、単一導体巻線のみを有する誘導子型電磁気デバイスと共に使用してもよく、または同じ細長い開口部において互いに隣接する可能性のある一次巻線および少なくとも1つの二次巻線の両方を、米国特許第13／553，267号で説明するものと同様である変圧器型構成で使用してもよい。

1つまたは複数の導体巻線108を通って流れる電流は、1つまたは複数の導体108の周りに磁場を生成し、磁束は、コア部102によって吸収され、磁束センサコア部102のコアにおける少なくとも1つの細長い開口部106の周りを流れる。変圧器構成は、図1に示したように、磁束が、コア部102で吸収され、第2の細長い開口部110の周りの磁束センサコア部102のコア内を流れる。

磁気コア磁束センサアセンブリ100はまた、センサ孔の複数の対114から122を含む。磁束センサ孔の対114から122は、磁束センサコア部102に設けられ、以下により詳細に説明するように、センサ巻線128すなわちループ・アンテナ・センサをサポートする。ループ・アンテナ・センサは、磁束センサコア部102に分散され、コア内の磁束密度を検出し、さらにループ・アンテナ・センサは、細長い巻線開口部106から所定の距離で、コア内の磁束の流れに少なくとも影響する分散パターンで分散される。したがって、磁束センサ孔の対114から122は、センサコア部102における磁束の流れの著しい乱れを防ぐために、少なくとも1つの細長い開口部106に対して配置される。センサ孔の複数の対114から122はまた、少なくとも1つの細長い開口部106の縁部124からさまざまな距離で磁束の流れを感知するのに使用するために配置される。図1および図2Aで図示した例示的な変圧器構成では、複数のセンサ孔114から122は、細長い開口部106および110の長手方向側か、またはより長い寸法側の両側に沿って配置される。しかしながら、他の実施形態において、センサ孔の複数の対114から122は、細長い開口部106の1つの長手方向側126にのみ沿って配置してもよい。いくつかの実施形態において、図6Aおよび図6Bで図示する磁束センサアセンブリでのように、ただ1つの細長い開口部のみがあってもよい。

図2Aおよび図2Bで図示した例示的な磁束センサプレート104では、センサ孔の5つの対114から122のみが示されるが、磁束センサコア部は、その磁束センサが使用される電磁気デバイスのサイズおよび磁束測定が望まれる可能性のあるコア内の箇所の数に応じてセンサ孔の対をいくつでも含むことができる。しかしながら、磁束センサコア部における磁束フローの乱れを最小にするか、または避けるように、センサ孔のサイズ、数、および配置を制限してもよい。

図2Bをさらに参照すると、図2Bは、本開示の一実施形態による、センサ孔114から122の細部を示す図2Aの例示的磁束センサプレート104すなわち積層体の部分図である。センサ孔の複数の対114から122は、それぞれ、細長い開口部106の長手方向側126に沿って連続的に配置され、センサ孔の各連続的な対114から122は、細長い開口部106の長手方向側126の縁部124から徐々に離れながら配置される。センサ孔の複数の連続的な対114から122は、少なくとも1つの細長い開口部106の長手方向側126に沿って互いから所定の距離「L」で均一な間隔で配置してもよい。センサ孔の各対114から122の第1のセンサ孔114aから122aは、センサ孔の各対114の第2のセンサ孔114bから122bより、細長い開口部106の長手方向側126または縁部124により近い。センサ孔の各対114から122の第1および第2のセンサ孔は、第1のセンサ孔が第2のセンサ孔と並列であり、両方の孔が細長い開口部106の長手方向側126に並列である場合に、同じ距離だけ離してもよい。センサ孔の第1の対114の第1のセンサ孔114aの中心線は、細長い開口部106の縁部124から、選択された距離「D」に配置することができる。センサ孔の各連続的な対114から122の第1のセンサ孔114aから122aの中心線の距離は、選択された距離「D」の約半分、すなわち、「D／2」ずつ、細長い開口部106の縁部124からの距離を増やすことができる。したがって、センサ孔の第2の対116の第1のセンサ孔116aの中心線は、センサ孔の第1の対114の第1のセンサ孔114aの中心線からの距離を「D／2」とすることができ、各連続的な第1のセンサ孔118aから122aは、センサ孔の隣接する対の第1のセンサ孔からの距離が約D／2であり、細長い開口部106の縁部124からさらにD／2の距離にある。

センサ孔のそれぞれ114から122は、1つまたは複数のセンサ導体巻線128（図1）を受けるために、図2Bに示したものと同様の細長い開口部としてもよい。例えば、各センサ孔は、幅約D／2、長さ約1．5Dとすることができる。

1つまたは複数のセンサ導体巻線128またはループ・アンテナ・センサは、センサ孔の各対114から122に巻き付けられるか、またはセンサ孔の各対114から122を通ることができる。磁束フローは、各センサ導体128において電気信号を生成する。特定のセンサ導体巻線128における電気信号は、特定のセンサ導体巻線またはセンサ孔の対114から122の箇所での磁束フローに対応する。センサ孔114から122およびセンサ巻線128すなわちループ・アンテナ・センサは、コア104に分散され、各細長い開口部106および110から所定の距離で、磁束密度を検出する。センサ孔114から122およびセンサ巻線128はまた、図2Aにおける矢印127および129で示すような磁束の流れに少なくとも影響する分散パターンで配置される。コア104aおよび104bにおける磁束フローは、各細長い開口部106および110の周りに矢印127および129で示したように、反対方向であり、それは、細長い開口部106および110を通る巻線108（図1）における電流の方向および右手の法則のためである。右手の法則に基づいて、細長い開口部106を通る巻線におけるページに流れる電流は、図2Aでの例における矢印129の方向に磁束フローを引き起こし、細長い開口部110を通る同じ巻線におけるページの外に流れる電流は、矢印127の方向に磁束フローを引き起こす。

別の実施形態によれば、センサ孔の複数の対114から122の代わりに、複数の単一のセンサ孔とすることができる。センサコア部102における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部106および110の縁部124からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、少なくとも1つの細長い開口部106および110に対して、各センサ孔を配置してもよい。センサ導体巻線128は、各単一センサ孔における単一配線またはアンテナ要素としてもよい。単一センサ孔は、実質的に、環状もしくは円形とすることができ、または単一配線もしくはアンテナ要素のサイズおよび形状に対応するような形とすることができる。

上記したように、磁束センサコア部102は、互いに積層する（図1）複数の磁束センサ・コア・プレート104（図2A）を含むことができる。少なくとも1つの細長い開口部106およびセンサ孔の複数の対114から122は、各磁束センサ・コア・プレート104に形成される。図2Aに示すように、各磁束センサ・コア・プレート104は、第1のプレート部104aおよび第2のプレート部104bを含むことができる。第1の細長い開口部106は、第1のプレート部104aに形成することができ、第2の細長い開口部110は、第2のプレート部104bに形成することができる。センサ孔の複数の対114から122は、図2Aの実施形態で示すように、細長い開口部106および110の両側に形成することができる。

第1のプレート部104aは、第1のプレート部104aの一端から延伸する延伸部材130を含むことができ、第2のプレート部104bは、第1のプレート部104aの延伸部材130の反対側の第2のプレート部104bの一端から延伸する別の延伸部材132を含むことができる。孔134は、締め具などの保持デバイスを受けるために延伸部材130および132のそれぞれに形成され、保持部材は、細長い開口部106および110で積層において磁束センサ・コア・プレート104を共に保持し、積層においてセンサ・コア・プレート104のそれぞれの複数のセンサ孔114から122をそれぞれ位置が重なるように保持する。他の孔135もまた、さらなる保持部材、すなわち、締め具を受けるために、磁束センサ・コア・プレート104に形成してもよい。

磁気コア磁束センサアセンブリ100はまた、各外部磁束センサ・コア・プレート104に配置されたスペーサ部136および138を含むことができる。各スペーサ部136および138は、互いに積層した複数のスペーサプレート140を含むことができる。スペーサプレートは、非磁性材料または電気絶縁体または誘電体である材料から作ることができる。図3をさらに参照すると、図3は、本開示の一実施形態による、スペーサプレート140すなわち積層体の一例の上面図である。スペーサプレート140は、実質的に、図3に示すように、「E」形状とすることができる。スペーサプレート140は、主区分302、主区分302の中心部から延伸する中心区分304、および主区分302の両端から延伸する2つの外側区分306および308を含むことができる。スペーサ部136および138を形成するよう積層される複数のスペーサプレート140は、図3に示す実施形態でのように、2つの外側区分306および308と、中心区分304との間に形成される開口部310および312をもたらす。一次導体巻線108および二次導体巻線112は、破線および図1により示したように、開口部310および312を通るか、または延伸する。図6Aに示す例示的な誘導子構成などの、別の実施形態によれば、スペーサプレート140は、導体巻線が図6Aで示すように通るか、または延伸する単一の開口部のみを有してもよい。

各スペーサプレート140はまた、センサ孔の各対114から122（図2Aを通るセンサ導体巻線128のための1つまたは複数の間隙314および316を含み、各センサ導体巻線128およびセンサ孔の関連する対114から122の箇所で磁束フローを検出するデバイス（図4に示す）に接続することができる。各スペーサプレート140はまた、磁束センサ・コア・プレート104における孔134および135と並ぶ孔318を含み、磁気コア磁束センサアセンブリ100の部品を共に保持するための保持デバイスすなわち締め具を受けることができる。

図4Aは、本開示の一実施形態による、例示的コア磁束部センサアセンブリを示すための上部磁気コア部402の断面図の一部を伴う変圧器アセンブリ400の一例の透視図である。図4Aに示す例示的なコア磁束部センサアセンブリは、図1の磁気コア磁束センサアセンブリ100と同じであるが、他の構成もまた、使用してもよい。図4Bは、図4Aの例示的変圧器アセンブリ400の、線4A−4Aに沿った横断面図である。変圧器アセンブリ400は、各スペーサ部136および138にそれぞれ配置される磁気コア部402および404を含む。細長い開口部106および110は、各磁気コア部402および404を通って延伸し、一次導体巻線108および二次導体巻線112は、各磁気コア部402および404を通って延伸するか、各磁気コア部402および404を通る。一次導体巻線108は、電力の供給源406に接続することができ、二次導体巻線112は、可変負荷とすることができる負荷408に接続することができる。電気供給源406は、一次導体巻線108の周りに磁界を、磁束センサアセンブリ100およびコア部402および404を通って延伸する細長い開口部106および110の周りに磁束フローを生成するよう、電圧生成器、または導体巻線108を通る電流を伝える他のデバイスとすることができる。上記したように、アセンブリ400は、3つ以上の巻線108および112を含むことができ、さらに、1つの巻線のみが細長い開口部106および110の両方を通過する場合に、誘導子として構成することができる。

前記したものと同様に、少なくともスペーサ部136は、センサ導体巻線128が磁束フロー試験アセンブリ410に接続するために、スペーサプレート140における間隙314および316によって形成される間隙409を含むことができる。磁束フロー試験アセンブリ410は、センサ孔114から122に対して各センサ導体巻線128の箇所で磁束フローを検出および／または測定するためのデバイスを含むことができる。磁束フロー試験アセンブリ410すなわちデバイスは、センサ孔114から122における特定のセンサ導体巻線128の箇所で磁束フローに対応する各特定のセンサ導体巻線128での電気信号を表示するためのオシロスコープを含むことができるか、またはオシロスコープとすることができる。

各磁気コア部402および404は、図4における例示的実施形態で示したような、互いに積層される複数の磁気コアプレート412すなわち積層体を含むことができる。プレート412は、本明細書で説明するように、磁束を吸収することを可能にするセンサプレート104と同じ材料から作ってもよい。さらに図5を参照すると、図5は、本開示の一実施形態による、磁気コアプレート412すなわち積層体の一例の上面図である。図5で示す例示的な磁気コアプレート412は、図4で示す例示的な変圧器アセンブリ400などの、変圧器型構成またはアセンブリで使用することができる。磁気コアプレート412は、第1の細長い開口部502および第2の細長い開口部504を含む。第2の細長い開口部504は、第1の細長い開口部502と並列であり、1つまたは複数の導体巻線108および122が、磁気コア部402および404を形成する積層磁気コアプレート412を通ることを可能にすることができる。

各磁気コアプレート412はまた、スペーサプレート140における開口部310、および変圧器アセンブリ400を組み立てる磁束センサ・コア・プレート104における孔134および135と並ぶ複数の孔506を含んでもよい。

図6Aは、本開示の一実施形態による、磁束センサアセンブリ602を含む電磁気デバイス600の断面図である。例示的な電磁気デバイスは、単一導体巻線のみが存在する場合、誘導子アセンブリとすることができ、または一次および二次導体巻線が設けられる場合、変圧器アセンブリとすることができる。二次導体巻線612および負荷616は、図6Aにおいて破線または点線で示され、変圧器構成の一例を示す。磁気コア磁束センサアセンブリ602は、図1を参照して説明した磁気コア磁束センサアセンブリ100と同様としてもよいが、電磁気デバイス600は、導体巻線のために単一の開口部を含むことができる。したがって、電磁気デバイス600は、磁束センサコア部604を含むことができる。上記したものと同様に、磁束センサコア部604は、図6Aで示すように、互いに積層される複数の磁束センサプレート606すなわち積層体を含むことができる。図6Bをさらに参照すると、図6Bは、本開示の一実施形態による、磁気コア磁束センサアセンブリ602と共に使用するための磁束センサプレート606すなわち積層体の一例の上面図である。電磁気デバイス600は、磁束センサコア部604を通る、および1つまたは複数の導体巻線610を受けるための電磁気デバイス600の他の部品を通る、少なくとも1つの細長い開口部608を含むことができる。すでに述べたように、電磁気デバイス600は、単一または複数の導体巻線610を有する誘導子アセンブリとしてもよく、または巻線610を一次巻線とすることができる構成での変圧器構成において少なくとも1つの二次巻線612を含んでもよい。一次巻線610および二次巻線612の両方は、同じ細長い開口部608を通ることができるが、米国特許第13／553，267号で説明したのと同様に、互いから空間的に分離するか、絶縁してもよい。巻線610は、電気供給源614に接続してもよい。電気供給源は、電圧生成器、または電力の他の供給源としてもよい。電磁気デバイス600が変圧器であり、二次巻線612を含む場合、二次巻線612は、負荷616に接続することができる。1つまたは複数の導体巻線610を通って流れる電流は、導体巻線610の周りに磁界を生成し、磁界は、磁束センサコア部604および電磁気デバイス600の他のコア部における少なくとも1つの細長い開口部608の周りに磁束フロー（図2Bにおいて矢印617により示す）を生成する。

磁束センサコア部602の各磁束センサプレート606はまた、少なくとも1つの細長い開口部608に対して配置されたセンサ孔の複数の対618から626を含んでもよい。センサコア部602における磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および少なくとも1つの細長い開口部608の縁部628からさまざまな距離で磁束フローを感知するのに使用するために、センサ孔の複数の対618から626が配置される。センサ孔の複数の対618から626は、図2Aおよび図2Bを参照して説明したセンサ孔114から122と同様に配置することができる。センサ孔の複数の対618から626は、図6Bで示すように、細長い開口部608の両方の長手方向側に配置することができ、または別の実施形態において、センサ孔の複数の対618から626は、細長い開口部608の一方の長手方向側にのみ配置することができる。したがって、センサ孔は、センサコア部602に分散されたセンサ導体巻線630すなわちループ・アンテナ・センサをサポートするよう配置され、細長い開口部608から所定の距離で磁束密度を検出する。センサ孔618から626およびループ・アンテナ・センサの分布パターンは、積層体またはコア602における磁束の流れに最も影響を与えない。

センサ導体巻線630またはループ・アンテナ・センサは、センサ孔の各対618から626を通るか、またはセンサ孔の各対618から626を通って延伸することができる。磁束センサコア604における磁束フローは、各センサ導体巻線630において電気信号を生成する。特定のセンサ導体巻線630における電気信号は、特定のセンサ導体巻線630または関連するセンサ孔618から626の箇所での磁束フローに対応する。

スペーサ部632は、磁束センサコア604の対向する両側に配置することができる。各スペーサ部632は、スペーサプレート634を実質的にC形状にすることができること以外、図3を参照して説明したスペーサプレート140と同様に複数のスペーサプレート634すなわち積層体を含むことができ、さらに図3での開口部310または312と同様に単一の開口部636のみを含むことができる。導体巻線610は、図6Aで示したものと同様に、スペーサ部632における開口部636を通る。各スペーサプレート634はまた、センサ孔の各対618から626を通るセンサ導体巻線630が磁束フロー検出器638に接続するために間隙636すなわち開口部を提供するという点で、スペーサプレート140における間隙314または316（図3）と同様に間隙を含むことができる。磁束フロー検出器638は、センサ孔618から626を通るセンサ導体巻線630の箇所のそれぞれで、磁束強度を測定することができる。上記したものと同様に、磁束フローおよび検出器638は、センサ孔618から626を通る各特定のセンサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する各センサ導体巻線630での電気信号の波形を表示するためのオシロスコープとしてもよい。

電磁気デバイス600はまた、各スペーサ部632に配置される磁気コア部640を含んでもよい。少なくとも1つの細長い開口部628は、磁気コア部640を通って延伸し、導体巻線610は、各磁気コア部640を通って延伸する。磁気コア部640は、上記したのと同様に、多くの磁気コアプレート642から作ってもよい。各磁気コアプレート642すなわち積層体は、導体巻線610を受けるための、開口部502などの、単一の細長い開口部を除いて、図5における磁気コアプレート412と同様とすることができる。

図7Aおよび図7B（合わせて図7とする）は、本開示の一実施形態による、電磁気デバイスのコアにおける磁束強度を検出および測定する方法700の一例のフローチャートである。方法700は、図1、図4、および図6を参照して説明した、磁束センサアセンブリ100および電磁気デバイス400ならびに600により使用することができる。

ブロック702では、磁束センサ部を含む磁束センサアセンブリをもたらすことができる。磁束センサ部は、1つまたは複数の配線導体巻線のための少なくとも1つの細長い開口部と、センサ巻線のためのセンサ孔の複数の対とを含むことができる。センサ孔は、1つまたは複数の導体巻線のための細長い開口部よりもかなり小さな細長い孔としてもよい。センサ孔の各対は、細長い開口部の長手方向の範囲に沿って所定の間隔で配置することができ、さらに電磁気デバイスのコアにおける磁束の流れの乱れを実質的に最小にするか、または防ぐために、細長い開口部の縁部から選択したさまざまな距離で配置することができる。各対のセンサ孔は、互いに並列とすることができ、センサ孔の各対は、細長い開口部に並列とすることができる。磁束センサ部は、互いに積層された複数の磁束センサプレートすなわち積層体を含み、上記したものと同様に、磁束センサ部を形成することができる。

ブロック704では、単一のセンサ導体もしくは巻線または複数のセンサ導体もしくは巻線が、センサ開口部の各対を通って延伸するか、または巻き付くことができる。センサ導体または巻線は、磁束検出器または磁束測定デバイスに接続可能である。上記したものと同様に、磁束検出器または磁束測定デバイスは、センサ孔を通る各センサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する波形を表示するためのオシロスコープとしてもよい。

ブロック706では、スペーサ部を、磁束センサ部の対向する両側に設けることができる。スペーサ部は、多くの磁束センサプレートすなわち積層体の対向する両側上の多くの複数のスペーサプレートすなわち積層体とすることができる。プレートは、上記したものと同様に、互いに並列に積層することができる。

ブロック708では、誘導子または変圧器コア部を、各スペーサ部上に設けることができる。上記したものと同様に、コア部は、1つまたは複数の巻線のための少なくとも1つの細長い開口部を含むことができる。誘導子構成は、単一の、または複数の巻線を含み、変圧器構成およびアセンブリは、一次巻線および少なくとも1つの二時巻線を含む。少なくとも1つの細長い開口部は、センサプレートにおいて少なくとも1つの開口部と並べられる。

ブロック710では、単一の導体巻線または複数の一次導体巻線が、少なくとも1つの細長い開口部を通って延伸するか、または巻き付く。導体は、米国特許第13／553，267号で説明されたものと同様に、実質的に方形か、または矩形断面を有することができる。一次導体は、一列の細長い開口部またはスロット内で、互いに隣接して配置することができる。

ブロック712では、電磁気デバイスが変圧器である場合、単一の二次導体巻線または複数の二次導体巻線が、細長い開口部を通って延伸するか、もしくは巻き付くことができ、または第2の細長い開口部を通って延伸するか、もしくは巻き付くことができる。二次導体巻線はまた、方形か、または矩形断面を有することができる。二次導体は、一列の細長い開口部またはスロット内で、互いに隣接して配置することができる。二次導体は、同じ細長い開口部において一次導体と隣接して配置してもよく、または別の実施形態において、二次導体巻線は、米国特許第13／553，267号で説明されたものと同様に、別々の細長い開口部に配置されてもよい。

ブロック714では、電磁気デバイスが変圧器である場合、1つまたは複数の一次導体巻線を、電気供給源に接続することができ、1つまたは複数の二次導体巻線を、負荷に接続することができる。

ブロック716では、電流は、1つまたは複数の一次導体巻線を通って伝わり、1つまたは複数の導体の周りに磁界を生成することができる。電磁気デバイスのコアは、実質的に磁界全体を、コアによって吸収させるように設計することができる。磁束は、磁界によってコア内に発生する。

ブロック718では、コアにおける磁束フローは、本明細書で説明したものと同様に、磁束センサアセンブリを用いて検出および／または測定することができる。磁束フローは、本明細書で説明したように、センサ孔の各対を通る1つまたは複数のセンサ導体巻線において、電気信号を生成する。特定のセンサ導体巻線における電気信号は、センサ孔を通る特定のセンサ導体巻線の箇所での磁束フローに対応する。

本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示に対する限定であるとは意図されない。本明細書において使用される場合、単数形「一つの（a）」、「一つの（an）」、および「前記（the）」は、文脈が明瞭に別途指示していない限り、複数形も含むように意図されている。「備える（comprises）」および／または「備えている（comprising）」という用語は、本明細書において使用される場合、記述されている形状、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、1つまたは複数の他の形状、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループが存在することまたはそれらが加わることを除外するものではないことがさらに理解されよう。

特定の実施形態を本明細書において例示および説明してきたが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成を、示されている特定の実施形態に代えることができること、および、本明細書における実施形態は他の環境においては他の用途を有することを当業者は理解する。本出願は、本開示の任意の適応形態および変形形態を包含するように意図されている。添付の特許請求の範囲は、本開示の範囲を本明細書に記載する特定の実施形態に限定するようには決して意図されていない。

100 磁気コア磁束センサアセンブリ
102 磁気センサコア部
104 磁束センサ・コア・プレート
104a 第1のプレート部
104b 第2のプレート部
106 細長い開口部
108 導体巻線、一次導体巻線
110 細長い開口部
112 導体巻線、二次導体巻線
114 センサ孔対
114a 第1のセンサ孔
114b 第2のセンサ孔
116 センサ孔対
116a 第1のセンサ孔
116b センサ孔
118 センサ孔対
118a 第1のセンサ孔
118b センサ孔
120 センサ孔対
120a センサ孔
120b センサ孔
122 センサ孔対
122a センサ孔
122b センサ孔
124 縁部
126 長手方向側
127 矢印
128 センサ導体巻線
129 矢印
130 延伸部材
132 延伸部材
134 孔
135 孔
136 スペーサ部
138 スペーサ部
140 スペーサプレート
302 主区分
304 中心区分
306 外側区分
308 外側区分
310 開口部
312 開口部
314 間隙
316 間隙
318 孔
400 変圧器アセンブリ
402 磁気コア部
404 磁気コア部
406 電気供給源
408 負荷
409 間隙
410 磁束フロー試験アセンブリ
412 磁気コアプレート
502 第1の細長い開口部
504 第2の細長い開口部
506 孔
600 電磁気デバイス
602 磁束センサアセンブリ
604 磁束センサコア部
606 磁束センサプレート
608 細長い開口部
610 導体巻線、一次巻線
612 導体巻線、二次巻線
614 電気供給源
616 負荷
617 矢印
618 センサ孔対
626 センサ孔対
628 縁部
630 センサ導体巻線
632 スペーサ部
634 スペーサプレート
636 開口部
638 磁束フロー検出器
640 磁気コア部
642 磁気コアプレート
702 ブロック
704 ブロック
706 ブロック
708 ブロック
710 ブロック
712 ブロック
714 ブロック
716 ブロック
718 ブロック

Claims

磁気コア磁束センサアセンブリであって、
磁束センサコア部と、
前記磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部であって、前記導体巻線を通って流れる電流が、前記導体巻線の周りに磁界を生成し、前記磁束センサコア部における前記少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成する少なくとも1つの細長い開口部と、
前記磁束センサコア部において前記磁束フローの著しい乱れを防ぎ、前記少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で前記磁束フローを感知するのに使用するための前記少なくとも1つの細長い開口部に対して配置されるセンサ孔の複数の対と、
センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線と、を備え、
前記磁束フローが、各センサ導体巻線において電気信号を生成し、特定のセンサ導体巻線における前記電気信号が、前記特定のセンサ導体巻線の箇所での前記磁束フローに対応する、磁気コア磁束センサアセンブリ。
センサ孔の前記複数の対が、それぞれ、前記少なくとも1つの細長い開口部の長手方向側に沿って連続的に配置され、センサ孔の各連続的な対が、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記長手方向側の縁部から徐々に離れながら配置される、請求項1に記載の磁束センサアセンブリ。
センサ孔の前記複数の連続的な対が、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記長手方向側に沿って、互いから所定の距離で配置される、請求項2に記載の磁束センサアセンブリ。
センサ孔の各対の第1のセンサ孔が、センサ孔の各対の第2のセンサ孔より、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記長手方向側に近い、請求項3に記載の磁束センサアセンブリ。
センサ孔の第1の対の第1のセンサ孔は、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記縁部から選択した距離にあり、センサ孔の各連続的な対の第1のセンサ孔の距離は、前記選択した距離の約半分ずつ、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記縁部からの距離が増加する、請求項2に記載の磁束センサアセンブリ。
センサ孔の各対の前記第1のセンサ孔および第2のセンサ孔が、前記選択した距離で分けられ、前記第2のセンサ孔が、センサ孔の各対の前記第1のセンサ孔より、前記少なくとも1つの細長い開口部の前記長手方向の縁部からさらに前記選択した距離で分けられる、請求項5に記載の磁束センサアセンブリ。
センサ孔の前記複数の対が、前記少なくとも1つの細長い開口部の両側にある、請求項1に記載の磁束センサアセンブリ。
前記センサ孔のそれぞれが、細長い開口部である、請求項1に記載の磁束センサアセンブリ。
前記磁束センサコア部が、互いに積層する複数の磁束センサ・コア・プレートを備え、前記少なくとも1つの細長い開口部及びセンサ孔の前記複数の対が、各磁束センサ・コア・プレートに形成される、請求項1に記載の磁束センサアセンブリ。
各外部磁束センサプレートに配置されるスペーサ部をさらに備え、前記スペーサ部が開口を備え、前記導体巻線が前記スペーサ部を通過する、請求項9に記載の磁束センサアセンブリ。
各スペーサ部は、互いに積層する複数のスペーサプレートを備える、請求項10に記載の磁束センサアセンブリ。
前記スペーサ部が、各センサ導体巻線の前記箇所で前記磁束フローを検出するためのデバイスにセンサ孔の各対を通る前記センサ導体巻線が接続するための間隙を備える、請求項10に記載の磁束センサアセンブリ。
電磁気デバイスをさらに備え、前記電磁気デバイスは、
前記磁束センサコアの対向する両側上に配置されるスペーサ部であって、前記スペーサ部が開口部を備え、前記導体巻線が前記スペーサ部の前記開口部を通るスペーサ部と、
各スペーサ部に配置される磁気コア部と、を備え、
前記少なくとも1つの細長い開口部が、前記磁気コア部を通って延伸し、前記導体巻線が、各磁気コア部を通って延伸し、前記スペーサ部が、各センサ導体巻線の前記箇所で前記磁束フローを検出するためのデバイスにセンサ孔の各対を通る前記センサ導体巻線が接続するための間隙を備える、請求項1から12のいずれか一項に記載の磁束センサアセンブリ。
前記磁束センサコア部と前記磁気コア部とを通る前記少なくとも1つの細長い開口部に並列な第2の細長い開口部であって、前記導体巻線を通って流れる電流が前記導体巻線の周りに磁界を生成し、前記磁束センサコア部と前記磁気コア部とにおける前記第2の細長い開口部の周りに別の磁束フローを生成する第2の細長い開口部と、
前記第2の細長い開口部と、前記少なくとも1つの細長い開口部と、前記スペーサ部の前記開口部とを通る第2の導体巻線と、
をさらに備える、請求項13に記載の電磁気デバイス。
前記磁束センサコア部における前記磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および前記第2の細長い開口部の縁部からさまざまな距離で前記磁束フローを感知するのに使用するために、前記第2の細長い開口部に対して配置されるセンサ孔の別の複数の対と、
前記第2の細長い開口に対して配置されるセンサ孔の各対を通る別のセンサ導体巻線とをさらに備え、前記第2の細長い開口部の周りの前記磁束フローが、他の各センサ導体巻線において電気信号を生成し、特定のセンサ導体巻線における前記電気信号が、前記第2の細長い開口部に対する前記特定のセンサ導体巻線の前記箇所での前記磁束フローに対応する、請求項14に記載の電磁気デバイス。
電磁気デバイスにおける磁束を測定する方法であって、前記方法は、
磁束センサコア部と、前記磁束センサコア部を通る導体巻線を受けるための少なくとも1つの細長い開口部とを備える磁気コア磁束センサアセンブリをもたらすステップであって、前記導体巻線を通って流れる電流が前記導体巻線の周りに磁界を生成し、前記磁束センサコア部における前記少なくとも1つの細長い開口部の周りに磁束フローを生成するステップと、
前記磁束センサコア部において前記磁束フローの著しい乱れを防ぐために、および前記少なくとも1つの細長い開口部の縁部からさまざまな距離で前記磁束フローを感知するのに使用するために、前記少なくとも1つの細長い開口部に対して配置されるセンサ孔の複数の対をもたらすステップと、
センサ孔の各対を通るセンサ導体巻線をもたらすステップと、
を備え、
前記磁束フローが各センサ導体巻線において電気信号を生成し、特定のセンサ導体巻線における電気信号が前記特定のセンサ導体巻線の箇所での前記磁束フローに対応する、方法。
センサ孔の前記複数の対をもたらす前記ステップが、
前記少なくとも1つの細長い開口部の長手方向側に沿って連続的にセンサ孔の前記複数の対にそれぞれを配置するステップと、
前記少なくとも1つの細長い開口部の前記長手方向側の縁部から徐々に離れながらセンサ孔の各連続的な対を配置するステップと、
を備える、請求項16に記載の方法。
前記磁束センサコアの対向する両側上にスペーサ部をもたらすステップをさらに備え、各スペーサ部が、前記磁束センサコアと電磁気デバイスの各コア部との間に、前記磁気コア磁束センサがインサートされる空間を提供し、前記スペーサ部の少なくとも1つの前記空間が、センサ孔の各対を通る前記センサ導体巻線を含み、前記スペーサ部が、各センサ導体巻線の前記箇所での前記磁束フローを検出するためのデバイスにセンサ孔の各対を通る前記センサ導体巻線が接続するための間隙を備える、請求項16に記載の方法。