JP6581672B2 - 磁気コアを監視するための装置、および監視対象の磁気コアの飽和挙動を検出するための方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本開示は、概して、磁気コアを監視するための装置、および監視対象の磁気コアの飽和挙動を検出するための方法に関する。本開示は、特に、監視対象の磁気コアの上記飽和挙動を監視することに関する。

背景
誘導部品、たとえばチョークまたはトランスにおいて、磁気コアが一般に提供されている。磁気コアは、空心コイル（すなわち、コアのないコイル）における他の方法では巻き数を比較的多くすることによってしか達成できず、その結果非常に高いオーミック抵抗をもたらすであろうインダクタンス値を達成することができる。比較的少ない巻き数の磁気コアによって達成可能な大きなインダクタンスは、好適なコア材料を選択することによってさらに高めることができる。ここでは、インダクタンス増加の要因である透磁率は、対象の好適な材料によって調節される。磁気コアを有する誘導部品の適用は、たとえば、燃料電池および太陽光発電システムのための電源およびコンバータに及ぶ。

一般に、磁気コアを有する誘導部品においては、電気エネルギから磁気エネルギおよびその逆の良好な変換が望まれる。たとえば、電気エネルギから磁気エネルギおよびその逆の非常に効率の良い変換が、磁気コアによってチョークおよびトランスのコイルで達成される。なぜなら、磁気コアは、外部磁場を加えると著しく増加する磁束密度を呈するからである。その理由は、外部磁場を加えると、磁気コアにおける顕微鏡レベルに小さい磁化領域（いわゆるワイス・ドメイン）が増大して磁気コア全体に延在するまで、材料の磁化が増進するからである。その結果、加える外部磁場を増加しても、飽和した磁気コアの磁化をさらに増進することはできず、磁気コアの磁束密度は非常に緩やかにしか増加しない。換言すれば、コアが飽和すると、磁気コアの透磁率は値μ＝１（すなわち、真空の透磁率）に近づく。

誘導部品は、動作中に磁気コアが飽和になると、多くの技術的使用において不都合が生じる。たとえば、トランスにおいて、電気エネルギから磁気エネルギおよびその逆の変換効率は、コアが飽和になると低下する。その結果、トランスの効率が大幅に低下する。コアにおける飽和の発生は、チョークに関しても望ましくない。なぜなら、ここではエネルギを磁場の形で一時的に蓄積するチョークの容量が、大幅に減少するからである。特に、小型化に際して、飽和限界は、より小さな電流および磁場の方へ減少する。

飽和とともに生じる不都合な影響を防ぐための１つの可能性は、飽和の発生を後の時間、すなわち、より大きな外部磁場および電流を加える時まで遅らせることである。それは、たとえば磁気コアにおけるエアギャップ隙間によって達成され得る。コアにおけるエアギャップにより、磁束密度の増加が緩やかになり、その結果、磁気飽和は後の時点（すなわち、より大きな外部磁場の時）になってようやく起こる。その理由は、エアギャップの磁気抵抗が磁気コアよりも実質的に高く、磁気コアの材料の磁化が事実上妨げられるからである。その結果、磁気コアの磁化の増進が、より緩やかである。より広い領域にわたる磁化の緩やかな増進は、加えられる外部磁場に比例するため、多くの用途において、磁気コアに外部から加えられる磁場の増加が不十分ということになる。

一般に、誘導部品は、コアが飽和にならないことが保証される範囲内で動作する。処理変動のため、磁気コアの製造における飽和範囲を完全には考慮することができないので、動作中の望まれない飽和を回避するためには、外部磁場および動作電流の下限を規定しなければならない。しかしながら、これにより、誘導部品の制御性が著しく制限されることになる。

したがって、目的は、誘導部品の制御性の低下を可能な限り小さく保つことである。

概要
上述の問題は、磁気コアを監視するための装置、および監視対象の磁気コアの飽和挙動を検出する方法によって解決される。これにより、それほど厳密ではない飽和電流限界を設定することが可能である。特に、監視対象の磁気コアの飽和挙動の監視および／または判定によって最適な制御が可能である、「インテリジェント部品」が提供される。

本開示の一態様は、磁気コアを監視するための装置を提供する。この装置は、監視対象の磁気コアに磁気的に結合された測定巻線と、当該巻線に直列に電気的に接続された比較インダクタンスと、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するように構成されている電子処理ユニットとを提供する。また、電子処理ユニットは、測定巻線および比較インダクタンスに印加された電気測定信号に応答して、測定巻線で発生する第１の電気信号と、比較インダクタンスで発生する第２の電気信号とを記録し、第１および第２の信号に基づいて監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するように構成されている。これにより、磁気コアの飽和挙動を容易に監視し、磁気コアの飽和の発生を確実に検出することが可能になる。

第１の態様の例証的な実施形態では、電子処理ユニットはさらに、第１の電気信号および第２の電気信号の比を判定するように構成されてもよい。これにより、簡単な方法で実現可能な監視が構成される。たとえば、電子処理ユニットは、オペアンプを有し、アナログ回路図に従う比回路を含んでもよい。

本明細書における好ましい実施形態では、電子処理ユニットはさらに、比が、当該比の一定値の１０％を上回る分、好ましくは５％または１％を上回る分だけ変化すると、監視対象の磁気コアが飽和したと認定するように構成されてもよい。これにより、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するための非常に単純な基準が提供される。

本開示の他の例証的な実施形態では、第１の電気信号は、測定巻線の両端の電圧降下であってもよく、および／または、第２の電気信号は、比較インダクタンスの両端の電圧降下であってもよい。これにより、容易に測定され、さらに処理され得る電気信号が示される。

本開示の他の例証的な実施形態では、比較インダクタンスは、監視対象の磁気コアとは異なる追加の磁気コアを含んでもよい。これにより、磁気コアを容易に組込むことのできる、融通性の高い構造が実現可能である。

本実施形態の好ましい構成では、追加の磁気コアは、監視対象の磁気コアの飽和電流よりも大きい飽和電流を有してもよい。これにより、追加の磁気コアによる監視対象の磁気コアの飽和挙動への悪影響が効率的に防止される。

本実施形態のさらに好ましい構成では、比較インダクタンスは、電流トランスとして構成されてもよい。これは、比較インダクタンスを提供するための簡単な方法である。

本実施形態のさらに好ましい構成では、追加の磁気コアは、監視対象の磁気コアに接続されてもよく、比較インダクタンスによって監視対象の磁気コアに誘起される磁束密度は、測定巻線によって監視対象の磁気コアに誘起される磁束密度に垂直に方向付けられてもよい。これにより、比較インダクタンスによる測定巻線への悪影響が防止される。

本開示の第２の態様では、測定巻線を用いて監視対象の磁気コアの飽和挙動を検出する方法が提供される。この方法は、電気測定信号を測定巻線に印加するステップと、電気測定信号に応答して、測定巻線における第１の電気信号を検出するステップと、電気測定信号に応答して、測定巻線に直列に電気的に接続された比較インダクタンスにおける第２の電気信号を検出するステップと、第１および第２の電気信号に基づいて、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するステップとを含む。これにより、磁気コアの飽和挙動を容易に監視し、磁気コアの飽和の発生を確実に検出することが可能になる。

本明細書の例証的な実施形態では、第１の電気信号は、測定巻線の両端の電圧降下として検出されてもよく、および／または、第２の電気信号は、比較インダクタンスの両端の電圧降下として検出されてもよい。これにより、電気信号を検出および処理するための簡単な方法が構成される。

本発明の他の記述的な実施形態では、飽和挙動は、第１の電気信号および第２の電気信号から得られる比に基づいて判定されてもよい。これにより、第１および第２の電気信号による飽和挙動の簡単な判定が可能になる。

本実施形態の好ましい構成では、比が、当該比の一定値の１０％を上回る分、好ましくは５％または１％を上回る分だけ変化すると、監視対象の磁気コアが飽和したと認定されてもよい。これにより、飽和挙動を判定するための単純な基準が示される。

本実施形態のさらに好ましい構成では、電気測定信号は電流信号であってもよく、比は電流信号の関数として検出されてもよい。当該方法はさらに、電流信号および比から積を形成するステップと、積と電流信号との相互関係における極大から飽和電流を判定するステップとを含んでもよい。これにより、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するためのさらに効率的な基準が示される。

本実施形態のさらに好ましい構成では、電気測定信号は電流信号であってもよく、比は電流信号の関数として検出されてもよい。当該方法はさらに、電流信号の平方および比から積を形成するステップと、積と電流信号との相互関係における極大から飽和電流を判定するステップとを含んでもよい。これにより、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するための効率的な方法が構成される。

本開示の第３の態様では、上述の第１の態様に係る装置の、電源用またはトランス用の使用が提供される。巻線が形成された監視対象の磁気コアは、電源またはトランスにおけるインダクタンスを形成する。これにより、たとえば燃料電池または太陽光発電システムの電源またはトランスにおけるインダクタの通常動作時に、インダクタの磁気コアが監視される。その結果、通常動作時におけるインダクタの最大の制御性を発揮することができ、それは予め定められたパラメータとは独立している。なぜなら、インダクタンスは動作中に直接監視され、インダクタンスの偏差を確実に検出することができるからである。その結果、たとえば、磁気コアの目立った飽和挙動を抑制するための適切な処置を適時に行なうことができる。

本発明のさらに好ましい記述的な態様および実施形態は、添付図面の参照により、以下の説明から明らかになるであろう。

磁気コアを監視するための装置を有する誘導部品を概略的に示す図である。 本開示の他の例証的な実施形態に係る磁気コアを監視するための装置を有する誘導部品を概略的に示す図である。 本開示のいくつかの例証的な実施形態に係る、２つの電気信号の比と電流信号との間の関係を概略的に示す図である。 本開示のいくつかの例証的な実施形態に係る、電流信号と、上記比および電流信号との積との間の関係を概略的に示す図である。 本開示のいくつかの例証的な実施形態に係る、電流信号と、上記比、および電流信号の平方との積との間の関係を概略的に示す図である。 本開示のいくつかの例証的な実施形態に係る磁気コアを監視するための装置の概略斜視図である。

いくつかの例証的な実施形態の詳細な説明
本開示のさまざまな記述的な実施形態では、磁気コアの飽和挙動は、監視対象の磁気コアに結合された測定巻線と、測定巻線に直列に接続された比較インダクタンスとによって監視される。監視対象の磁気コアが飽和になったことは、測定巻線から得られる少なくとも１つの測定信号によって判定することができる。非限定的な単なる一例では、比は、比較インダクタンスの両端の電圧降下と、測定巻線の両端の電圧降下とによって形成され得る。監視対象の磁気コアがそれほど飽和しないうちは、比は一定である。磁気コアの飽和が増進すると、一定値からの比の偏差が増加する。偏差が特定の程度を超えることにより、監視対象の磁気コアが飽和したことが示される。

いくつかの記述的な実施形態では、監視対象の磁気コアを含む誘導部品の電気的動作が監視および制御され得る。たとえば、誘導部品によって、監視対象の磁気コアの飽和挙動に基づいて電流が制御され得る。たとえば、誘導部品の電流の流れが一定値からの比の偏差に比例して減少するように、および／または、比と予め定められた値との比較に比例して減少するように、電流が制御され得る。これは、誘導部品の動作を制御および／または監視するコントローラによって、直接的または間接的に達成され得る。

次に、図１〜図３を参照して、例示的な実施形態を説明する。
図１ａは、監視対象の磁気コア１２と、磁気コア上に配置された巻線１４とを含む誘導部品１０を概略的に示す。誘導部品１０は、たとえば燃料電池または太陽光発電の用途で、電源用に、またはトランスとして、提供され得る。

磁気コア１２を監視するために装置２０が提供される。装置２０は、測定巻線２２と、測定巻線に直列に電気的に接続された比較インダクタンス２４とを含む。磁気コア１２を監視するための装置は、監視対象の磁気コア１２の飽和挙動を判定するように構成された電子処理ユニット３０をさらに含む。

例示的な実施形態では、比較インダクタンス２４は、巻線２８および磁気コア２６によって形成される。磁気コア２６は監視対象の磁気コア１２とは異なる。いくつかの例証的な例によれば、磁気コア２６は監視対象の磁気コア１２から分離している。すなわち、巻線２８によって磁気コア２６に誘起される磁束密度は、測定巻線２２には如何なる電圧も誘起しない。すなわち、巻線２８によって巻線２２に誘起される電圧は、特定的には、巻線１４によって測定巻線２２に誘起される電圧の２０％未満である。たとえば、巻線２８によって巻線２２に誘起される電圧は、巻線１４によって測定巻線２２に誘起される電圧の１０％未満、または５％未満、または１％未満であってもよい。

電子処理ユニット３０は、測定巻線２２および比較インダクタンスと結合されている。これにより、測定巻線２２で発生した電気信号、または比較インダクタンス２４で発生した電気信号（たとえば、比較インダクタンス２４の両端で降下した電圧Ｕ_１）が検出されて、電子処理ユニットに供給される。いくつかの例示的な実施形態によれば、電子処理ユニット３０は測定装置（図示せず）を含む。この測定装置は、測定巻線２２における電気信号（たとえば、測定巻線２２の両端の電圧Ｕ_２）、および／または比較インダクタンス２４における電気信号（たとえば、比較インダクタンスの両端の電圧Ｕ_１）を検出し、それらを電子処理ユニット３０に送信するためのものである。電子処理ユニット３０は、電流源もしくは電圧源（図示せず）、および／または電流測定装置もしくは電圧測定装置を含んでもよい。

図１ａによれば、電流信号Ｉ（ｔ）が巻線１４に印加されるように、誘導部品１０は電流源に接続されてもよい。たとえば、電子処理ユニット３０は、巻線１４から磁気コアを介して測定巻線２２に送信された電流信号Ｉ（ｔ）を検出するように構成されてもよい。代替的には、電子処理ユニット３０は、電子処理ユニット３０によって出力された電流信号などの測定信号を、測定巻線２２および／または比較インダクタンス２４に印加し、測定巻線２２で出力された測定信号（たとえば、測定巻線２２の両端で降下した電圧Ｕ_２）に応答して発生した電気信号、および、比較インダクタンス２４で発生した電気信号（たとえば、巻線２８の両端で降下した電圧Ｕ_１）を検出してもよい。電流信号Ｉ（ｔ）の代わりに、電圧信号（図示せず）が測定信号として印加されてもよい。

例証的な実施形態によれば、電子処理ユニットは、監視対象の磁気コア１２の飽和挙動を判定するように構成され、特に、測定巻線２２および比較インダクタンス２４で発生した電気信号（たとえば、測定巻線２２の両端で降下した電圧Ｕ_２、および比較インダクタンス２４の巻線２８の両端で降下した電圧Ｕ_１）に基づいて監視対象の磁気コア１２の飽和挙動を判定するように構成されている。本発明のいくつかの記述的な実施形態に係る飽和挙動の判定についての詳細を、図２ａ〜図２ｃを参照して以下で詳述する。代替的には、降下した電圧Ｕ_１および／またはＵ_２の代わりに、測定巻線２２および／または比較インダクタンスに流れる電流を、第１および／または第２の信号として測定してもよい。

記述的な例では、比較インダクタンス２４は電流トランスによって与えられ、誘導部品１０に印加された電流信号は、ポテンシャルフリーの態様で装置２０に送信される。ここでは、大きな電流信号Ｉ（ｔ）がポテンシャルフリーの態様で測定され得る。

本発明の例示的な実施形態によれば、比較インダクタンス２４のコア２６の飽和電流は非常に大きい。すなわち、比較インダクタンス２４のコア２６の飽和電流は、ここでは監視対象の磁気コア１２に見込まれる飽和電流よりも大きい。例証的な例によれば、磁気コア２６の飽和電流は、監視対象の磁気コア１２に見込まれる飽和電流の２倍を上回ってもよい。特定の例では、磁気コア２６の飽和電流は、監視対象の磁気コア１２の飽和電流の５倍または１０倍を上回ってもよい。

図１ｂには、本発明の代替的な実施形態が示されている。誘導部品１１０、磁気コア１１２を監視するための装置１２０、および磁気コア１１２上に取付けられた巻線１２２が示されている。巻線１２２を含む磁気コア１１２は、たとえば、電源用のチョークを形成してもよく、または、太陽光発電の用途もしくは燃料電池用のトランスを少なくとも部分的に形成してもよい。

装置１２０は、巻線１２２に直列に電気的に接続された比較インダクタンス１２４をさらに含む。当該比較インダクタンス１２４は、さらに磁気コア１２６および巻線１２８によって形成されており、磁気コア１２６は監視対象の磁気コア１１２とは異なる。この装置は、電流信号Ｉ（ｔ）などの測定信号に応答して電気信号を検出するように構成された電子処理ユニット１３０をさらに含む。図示の例では、電子処理ユニット１３０は、巻線１２２および比較インダクタンス１２４で発生した電気信号を、測定ユニット（図示せず）によって測定するように構成されている。これらの電気信号は、たとえば、巻線１２２の両端で降下した電圧Ｕ_４、および巻線１２８の両端で降下した電圧Ｕ_３（代替的には、対応する１または複数の電流）などである。巻線１２２および比較インダクタンス１２４で発生した信号は、電子処理ユニットに送信され、および／または電子処理ユニットによって検出される。

図１ｂに示す実施形態は、装置１２０が誘導部品１１０内に直接設けられている点、特に装置１２０が誘導部品１１０と電気的に結合されている点で、図１ａに示す実施形態とは異なる。これに対して、図１ａの装置２０は、巻線１４から電気的に分離している。

図２ａ〜図２ｃを参照して、さまざまな記述的な実施形態に係る監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するための詳細を説明する（たとえば、図１ａの磁気コア１２または図１ｂの磁気コア１１２参照）。なお、インダクタンスによって誘起される電圧については、Ｕ（ｔ）＝Ｌ×（−ｄＩ／ｄｔ）である。Ｌはインダクタンス（ヘンリー）、Ｉは電流信号（ｄＩ／ｄｔはＩの時間導関数）を示す。したがって、電圧Ｕ（ｔ）が印加されると、インダクタンスは電流Ｉの変化を制限する。

図１ａの比較インダクタンス２４のインダクタンスおよび／または図１ｂの比較インダクタンス１２４のインダクタンスをＬ_Ｖで示し、図１ａの測定巻線２２のインダクタンスおよび／または図１ｂの測定巻線１２２のインダクタンスをＬ_ｍで示すと、比Ｕ_１／Ｕ_２はＬ_Ｖ／Ｌ_ｍと等しく、つまり一定である。比Ｕ_３／Ｕ_４については、磁気コア１２６、１１２のうちのいずれも飽和ではない限り、当該比はＬ_Ｖ／Ｌ_ｍと等しく、つまり一定である。換言すれば、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４は、印加される電気信号Ｉ（ｔ）とは独立している。磁気コア１２および／または磁気コア１１２が飽和になると、電流の増加に伴って測定巻線２２および／または測定巻線１２２における電圧降下が減少し、その結果、測定巻線２２および／または測定巻線１２２のインダクタンスＬ_ｍが減少する。したがって、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４の値は変化し、つまり、一定の軌道から逸脱する。

図２ａでは、電流Ｉに対する比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４の推移が概略的にプロットされている。図２ａが示すように、比Ｕ_１／Ｕ_２および／またはＵ_３／Ｕ_４は飽和限界よりも小さい。すなわち、飽和電流Ｉ_Ｓよりも小さな電流に対して、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４は一定である。飽和を判定するための基準が指定された後、監視対象のコア１２および／またはコア１１２の飽和が増進するにつれて比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４の値は一定値Ｑ_０から逸脱し、飽和を表わすものとして認定され得る。たとえば、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４の値が、Ｑ_０の１０％を上回る分、好ましくは５％または１％を上回る分だけＱ_０から逸脱すると、監視対象の磁気コアが飽和したと認定され得る。ここでは、飽和限界Ｉ_Ｓに従って、値Ｑ_Ｓ＝ａ×Ｑ_０が飽和電流に指定される。ここでは、因数「ａ」は一般に１未満の値、たとえば０．１未満の範囲にある値を表わす。具体的な例では、Ｑ_Ｓ＝０．１×Ｑ_０またはＱ_Ｓ＝０．０５×Ｑ_０またはＱ_Ｓ＝０．０１×Ｑ_０で示される。値Ｑ_Ｓ、Ｉ_Ｓの対を設定し、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４を電流Ｉと比較することによって、比Ｕ_１／Ｕ_２および／または比Ｕ_３／Ｕ_４に基づいて、監視対象の磁気コア１２および／または磁気コア１１２の飽和挙動を判定することができる。

追加的または代替的には、飽和限界は、比Ｕ_１／Ｕ_２とＩとの積、および／またはＵ_３／Ｕ_４とＩの積の、電流Ｉに対する推移をプロットすることによって判定され得る。ここでは、図２ｂに示す推移が直線関係から逸脱したときに、監視対象のコア１２および／またはコア１１２が飽和になったことが認識される。飽和挙動を判定するための基準は、図２ｂのグラフの推移における極大によって定められてもよい。たとえば、極大Ｉ_ｍａｘ１の位置が飽和電流限界として規定される。図２ｂに示す推移において、極大は、インダクタンスＬ_ｍの変化が電流の変化によって相殺される点を表わす。電流Ｉ_ｍａｘ１以降は、インダクタンスＬ_ｍの減少は、電流Ｉの増加よりも強い影響をもたらす。その結果、図２ｂのグラフの軌道が減少する。

追加的または代替的には、飽和挙動の判定は、電流Ｉの平方および比Ｕ_１／Ｕ_２から形成された積、および／または、電流信号Ｉの平方および比Ｕ_３／Ｕ_４から形成された積の、電流Ｉに対する推移によって得られる。この場合、飽和の増進は、図２ｃに示す放物線の推移における偏差の増加を表わす。飽和になったことの基準として、および／または飽和電流限界として、ここでは、推移における極大値（たとえば、図２ｃのグラフの推移における極大を示すＩ_ｍａｘ２）が選択される。

本開示のさまざまな例証的な実施形態では、測定信号（たとえば、図１ａおよび図１ｂの電流Ｉ（ｔ））に応答して、測定巻線（たとえば、図１ａの測定巻線２２または図１ｂの測定巻線１２２）で電気信号が検出され、比較インダクタンス（たとえば、図１ａの比較インダクタンス２４または図１ｂの比較インダクタンス１２４）において電気信号と比較される。これにより、監視対象の磁気コア（たとえば、図１ａの磁気コア１２または図１ｂの磁気コア１１２）の飽和挙動が判定される。

図２ａ〜図２ｃの例示的な実施形態によれば、比は、たとえば電圧Ｕ_１／Ｕ_２および／または電圧Ｕ_３／Ｕ_４から判定される。たとえば、飽和限界を判定するための基準は、測定信号に対する比の推移から得られ、または、測定信号に対する比から形成される要素の推移から得られる。

特定の実施形態によれば、１０本の巻線を有するストレージチョークでの測定に関する詳細が示される。ここでは、飽和ではない比については、４１．１０Ｖ／１１．１３Ｖ＝３．６９である。電流の増加に伴って、比は、４２．８８Ｖ／１２．２４Ｖ＝３．５０→３５．１６Ｖ／１０．５４Ｖ＝３．３４→２７．５５Ｖ／１１．５７Ｖ＝２．３８に従って変化する。飽和限界として、偏差５％に対応する値Ｑ_Ｓ＝３．５が選択された。これは、約２２．０５Ａの飽和電流Ｉ_Ｓに対応する。換言すれば、本発明に係る装置によって、例示的な測定ストレージチョークを最大２２．０５Ａの制御範囲で制御することができ、インダクタンスは５％未満変化する。

図２ｂに係る推移における最大値決定の結果、Ｉ_ｍａｘ１の値は２１．５Ａである。さらに、Ｉ_ｍａｘ２の値は２２．５Ａであり、これは５％基準にかなり近いものに対応する。

図３を参照して、チョーク巻線２１４および磁気コア２１２を有するストレージチョーク２１０の監視を説明する。測定巻線２２２および比較インダクタンス２２４は磁気コア２１２に配置されている。比較インダクタンスは、その上に配置された追加の磁気コア２２６および巻線２２８によって形成されており、比較インダクタンス２２４によって監視対象の磁気コア２１２に誘起される磁束密度が、測定巻線２２２によって監視対象のコアに誘起される磁束密度に垂直に方向付けられるように、追加の磁気コアは磁気コア２１２に配置されている。したがって、磁気コア２１２と磁気コア２２６との間の相互作用が防止される。なお、図１ａおよび図１ｂを参照して前述したように、測定巻線２２２は巻線２２８に直列に電気的に接続されている。

さまざまな態様では、本発明は、飽和挙動を判定するために磁気コアを監視するために、飽和および／または電流測定値の評価を提供する。いくつかの例示的な実施形態では、測定巻線、およびそれに直列に電気的に接続された比較インダクタンスにおいて、誘起される電圧は、比の形成によって評価される。ここでは、監視対象の磁気コア上の測定巻線および比較インダクタンスは、比を形成するために用いられる電流変化の関数として、比例する出力電圧を供給する。監視対象の磁気コアの飽和限界に達すると、測定巻線は高電圧を供給しなくなる。しかしながら、比較インダクタンスは、依然として増加している電流に比例して増加する電圧を依然として供給するので、監視対象の磁気コアの飽和挙動を判定するための基準を生じさせることになる。前述の記述的な実施形態によれば、２つの独立の電圧の比の形成によって飽和限界を判定することができる。ここでの条件として、比較インダクタンスは、監視対象の磁気コアよりも高い飽和限界を有する。

Claims (19)

1. 磁気コア（１２；１１２；２１２）を監視するための装置（１０；１１０；２１０）であって、
   監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）に結合された測定巻線（２２；１２２；２２２）と、
   前記測定巻線（２２；１２２；２２２）に直列に電気的に接続された比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）と、
   監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）の飽和挙動を判定するように構成されている電子処理ユニット（３０；１３０）とを備え、
   前記電子処理ユニット（３０；１３０）は、前記測定巻線（１２；１１２；２１２）および前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）に印加された電気測定信号に応答して、前記測定巻線（１２；１１２，２１２）で発生する第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）と、前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）で発生する第２の電気信号（Ｕ１；Ｕ３）とを検出し、前記第１および第２の信号（Ｕ１，Ｕ２；Ｕ３，Ｕ４）に基づいて監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）の飽和挙動を判定するように構成されている、装置（１０；１１０；２１０）。
2. 前記電子処理ユニット（３０；１３０）は、前記第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）および前記第２の電気信号（Ｕ１；Ｕ３）から得られる比を判定するように構成されている、請求項１に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
3. 前記電子処理ユニット（３０；１３０）は、前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の１０％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定するように構成されている、請求項２に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
4. 前記電子処理ユニット（３０；１３０）は、前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の５％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定するように構成されている、請求項２に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
5. 前記電子処理ユニット（３０；１３０）は、前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の１％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定するように構成されている、請求項２に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
6. 前記第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）は、前記測定巻線（２２；１２２；２２２）の両端の電圧降下であり、および／または、前記第２の信号（Ｕ１；Ｕ３）は、前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）の両端の電圧降下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
7. 前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）は、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）とは異なる追加の磁気コア（２６；１２６；２２６）を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
8. 前記追加の磁気コア（２６；１２６；２２６）は、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）の飽和電流よりも大きい飽和電流を有する、請求項７に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
9. 前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）は、電流トランスとして構成されている、請求項７または８に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
10. 前記追加の磁気コア（２６；１２６；２２６）は、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）に接続されており、前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）によって監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）に誘起される磁束密度は、前記測定巻線（２２；１２２；２２２）によって監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）に誘起される磁束密度に垂直に方向付けられている、請求項７から９のいずれか１項に記載の装置（１０；１１０；２１０）。
11. 測定巻線（２２；１２２；２２２）を用いて監視対象の磁気コア（１２；１１２；２１２）の飽和挙動を検出する方法であって、
    電気測定信号を前記測定巻線（２２；１２２；２２２）に印加するステップと、
    前記電気測定信号に応答して、前記測定巻線（２２；１２２；２２２）における第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）を検出するステップと、
    前記電気測定信号に応答して、前記測定巻線（２２；１２２；２２２）に直列に電気的に接続された比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）における第２の電気信号（Ｕ１；Ｕ３）を検出するステップと、
    前記第１および第２の電気信号（Ｕ１，Ｕ２；Ｕ３，Ｕ４）に基づいて、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）の飽和挙動を判定するステップとを含む、方法。
12. 前記第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）は、前記測定巻線（２２；１２２；２２２）の両端の電圧降下として検出され、および／または、前記第２の電気信号（Ｕ１；Ｕ３）は、前記比較インダクタンス（２４；１２４；２２４）の両端の電圧降下として検出される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記飽和挙動は、前記第１の電気信号（Ｕ２；Ｕ４）および前記第２の電気信号（Ｕ１；Ｕ３）から得られる比に基づいて判定される、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の１０％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の５％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記比が、前記比の一定値（Ｑ０）の１％を上回る分だけ変化すると、監視対象の前記磁気コア（１２；１１２；２１２）が飽和したと認定される、請求項１３に記載の方法。
17. 前記電気測定信号は電流信号であり、
    前記比は前記電流信号の関数として検出され、
    前記方法はさらに、
    前記電流信号および前記比から積を形成するステップと、
    前記積と前記電流信号との相互関係における極大から飽和挙動を判定するステップとを含む、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記電気測定信号は電流信号であり、
    前記比は前記電流信号の関数として検出され、
    前記方法はさらに、
    前記電流信号の平方および前記比から積を形成するステップと、
    前記積と前記電流信号との相互関係における極大から飽和電流を判定するステップとを含む、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。
19. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置（１０；２１０）の、電源用またはトランス用の使用であって、
    巻線（１４；２１４）が形成された監視対象の前記磁気コアは、前記電源または前記トランスにおけるインダクタンスを形成する、使用。

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