JP4732811B2 - 直流電流の飽和を減少させる電力コイル - Google Patents

Description

本願は、２００３年１２月２２日に出願された、米国特許出願番号１０／７４４、４１６号明細書の部分継続出願、および２００３年６月１６日に出願された、米国特許出願番号１０／６２１、１２８号明細書の部分継続出願であり、先の両方の出願は、その全体を参照することにより本願に組み込まれる。本発明はコイルに関しており、より詳しくは、高い直流電流、かつ高い動作周波数で動作する場合に、飽和レベルを減少させる磁気コア材料を含んだ、電力コイルに関する。

コイルは、磁界に基づいて動作する回路素子である。磁界の源は、動いている電荷や電流である。電流が時間と共に変化する場合、誘導される磁界もまた時間と共に変化する。時間と共に変化する磁界は、磁界によりつながった全ての導体に電圧を誘導する。電流が一定である場合、理想的なコイルにかかる電圧はゼロである。従ってコイルは、一定の電流や直流電流にとって、短絡回路のようである。コイルでは、電圧は次式で与えられる。

従って、コイル内では、瞬間的な電流変化は起こりえない。

コイルは、多種多様な電気回路で使用することができる。電力コイルは、例えば約１００アンペアに至るような、比較的高い直流電流を受け取り、比較的高い周波数で動作してよい。例えばここで図１を参照すると、電力コイル２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４で使用されてよく、コンバータは、一般的には、ある直流の電圧を他の直流の電圧へ変換する為の反転や整流に用いられる。

ここで図２を参照すると、電力コイル２０は、通常、磁気コア材料３４を１回転以上通過する導体３０を有する。例えば、磁気コア材料３４は、正方形状外側断面３６と、磁気コア材料３４の全長にまで延伸した正方形状中央空洞３８とを有してよい。導体３０は、正方形状中央空洞３８を通過する。導体３０の中を流れる直流電流が、比較的高いレベルであると、磁気コア材料３４を飽和させる傾向があり、これにより、電力コイル２０、およびそれを組み込んだデバイスの性能を低下させる。

本発明に係る複数の実施形態によれば、請求項１で特定される連結された伝導交差構造を備えた電力コイルが提供される。

本発明に係る複数の実施形態によれば、請求項８で特定される連結された伝導交差構造が提供される。

本発明が適応される更なる範囲は、以下で示される詳細な説明より明らかとなる。詳細な説明および具体的な実施例は本発明における好ましい実施形態を示しているが、それは、例を示すという目的を意図しただけであって、本発明の範囲を制限しようとするものではないと理解されるべきである。

本発明は、詳細な説明、およびそれに伴う図面から、より完全に理解される。１つ以上の好ましい実施形態についての以下の記述は、事実上、単なる事例にすぎず、本発明、その適用、またはその使用を制限するものではない。明確さを期する為に、図面では、同じ構成要素を識別する為に、同じ参照番号が使用される。

ここで図４を参照すると、電力コイル５０は、磁気コア材料５８を通過する導体５４を有する。例えば磁気コア材料５８は、正方形状外側断面６０と、磁気コア材料の全長に延伸した正方形状中央空洞６４とを有してよい。また導体５４は、正方形状の断面を有してよい。正方形状外側断面６０、正方形状中央空洞６４、および導体５４が図示されているが、当業者であれば、他の形状を使用してもよいことは明らかである。正方形状外側断面６０、正方形状中央空洞６４、および導体５４のそれぞれの断面は、同じ形状を有する必要はない。導体５４は、正方形状中央空洞６４における１つの側面に沿って、正方形状中央空洞６４を通る。導体３０の中を流れる直流電流のレベルが比較的高いと、磁気コア材料３４を飽和させる傾向があり、これは、電力コイル２０およびそれを組み込んでいるデバイスの性能を低下させる。

本発明によると、磁気コア材料５８は、磁気コア材料５８の縦方向に沿って走る溝付きエアギャップ７０を有する。溝付きエアギャップ７０は、導体５４に平行な方向に走っている。溝付きエアギャップ７０は、所定の直流電流レベルに対して、磁気コア材料５８が飽和する確度を減らす。

ここで図５を参照すると、磁束８０‐１および磁束８０‐２（まとめて磁束８０と称する）は、溝付きエアギャップ７０で生み出される。磁束８０‐２は、導体５４のへ向かって突出しており、導体５４における渦電流を誘導する。好ましい実施形態においては、磁束が実質的に減少するように、導体５４と溝付きエアギャップ７０の下部との間で、十分な距離“Ｄ“が定められる。典型的な一実施形態において、この距離Ｄは、導体を流れる電流、溝付きエアギャップ７０によって定められる幅”Ｗ”、および導体５４で誘導されることが許容される望ましい最大渦電流に関連する。

ここで、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、渦電流減少材料８４は、溝付きエアギャップ７０に隣接して配置されてよい。渦電流減少材料は、コア材料よりも低く、かつ空気よりも高い透磁率を有する。その結果として、空気よりも多くの磁束が材料８４の中を流れる。例えば磁性遮蔽材８４は、軟磁性体、粉末状の金属、または、他のいかなる適切な材料でもあってもよい。図６（ａ）の渦電流減少材料８４は、溝付きエアギャップ７０の開口部の下部全体に渡って延伸する。

図６（ｂ）において、渦電流減少材料８４’は、溝付きエアギャップの外側の開口部全体に渡って延伸する。渦電流減少材料８４’は、コア材料よりも低く、かつ空気よりも高い透磁率を有するので、空気よりも多くの磁束が渦電流減少材料の中を流れる。これにより、溝付きエアギャップで生じた磁束で導体にたどり着くものは、少なくなる。

例えば、エアギャップにおける空気の比透磁率が１であり、これに対して、渦電流減少材料８４の比透磁率が９であってよい。その結果、磁束の約９０％が材料８４の中を流れ、磁束の約１０％が空気の中を流れる。その結果、導体にたどり着く磁束は実質的に減少し、これにより導体に誘導される渦電流を減少させる。他の透磁率の値を持った材料を使用できることは明らかである。ここで図７を参照すると、導体５４で誘導される渦電流の大きさを減らす為に、溝付きエアギャップの下部と導体５４の上部との間の距離”Ｄ２”を大きくすることができる。

ここで図８を参照すると、電力コイル１００は、第１の空洞１０８および第２の空洞１１０を定める磁気コア材料１０４を有する。第１の導体１１２および第２の導体１１４は、第１の空洞１０８および第２の空洞１１０に、それぞれ配置される。第１のエアギャップ１２０および第２のエアギャップ１２２は、導体１１２および導体１１４に向かい合った磁気コア材料１０４の一側面に、それぞれ配置される。第１の溝付きエアギャップ１２０および第２の溝付きエアギャップ１２２は、磁気コア材料１０４における飽和を減少させる。一実施形態において、相互結合Ｍ（ｍｕｔａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、０．５の範囲内である。

ここで図９（ａ）および図９（ｂ）を参照すると、溝付きエアギャップで生じる磁束を減らす為に、１つ以上の溝付きエアギャップ１２０および／または１２２に隣接して、渦電流減少材料が配置されており、これにより渦電流を減少させる。図９（ａ）の渦電流減少材料８４は、第１の溝付きエアギャップ１２０の下側の開口部に隣接して位置する。図９（ｂ）の渦電流減少材料は、溝付きエアギャップ１２０および１２２の両方における上側の開口部に隣接して位置する。渦電流減少材料が、溝付きエアギャップの一方または両方に隣接して位置することができることは、明らである。Ｔ字形状中央部１２３は、第１の空洞１０８および第２の空洞１１０を分離する。

溝付きエアギャップは、他の様々な場所に位置することができる。例えば、図１０（ａ）を参照すると、溝付きエアギャップ７０’は、磁気コア材料５８における側面の１つに配置されてよい。このことは必ずしも必要ではないが、溝付きエアギャップ７０’の下端は、好ましくは導体５４の上側の表面よりも上に配置される。見てわかるように、磁束は内側へ放射する。溝付きエアギャップ７０’は、導体５４よりも上に配置されるので、磁束の影響が減少する。磁束を更に減らす為に、図６（ａ）および／または図６（ｂ）に示したように、渦電流減少材が溝付きエアギャップ７０’に隣接して配置されてもよいことは明らかである。図１０（ｂ）の渦電流減少材料８４’は、溝付きエアギャップ７０’の外側の開口部に隣接して位置する。渦電流材料８４は、同様に、磁気コア材料５８の内側に位置してもよい。

ここで図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照すると、電力コイル１２３は、第１の空洞１２６および第２の空洞１２８を定める磁気コア材料１２４を有し、これらの空洞は、中央部１２９によって分離される。第１の導体１３０および第２の導体１３２は、第１の空洞１２６および第２の空洞１２８において、１つの側面に隣接してそれぞれ配置される。第１の溝付きエアギャップ１３８および第２の溝付きエアギャップ１４０は、磁気コア材料の、導体１３０および１３２が配置される側と近接して反対側に配置される。溝付きエアギャップ１３８、および／または溝付きエアギャップ１４０は、図１１（ｂ）に示すように、磁気コア材料１２４における内側の縁部１４１に合わせられてよく、或いは図１１（ａ）に示すように、内側の縁部１４１から間隔を置いて配置されてもよい。一方または両方の溝付きエアギャップから放射される磁束を更に減らす為に、図６（ａ）および／または図６（ｂ）で示したように、渦電流減少材料を使用することができることは明らかである。

ここで図１２および図１３を参照すると、電力コイル１４２は、第１の連結空洞１４６と第２の連結空洞１４８とを定める磁気コア材料１４４を有する。第１の導体１５０および第２の導体１５２は、第１の空洞１４６および第２の空洞１４８に配置される。磁気コア材料１４４における突起１５４は、導体１５０および導体１５２の間において、磁気コア材料の底面から上方へ延伸する。突起１５４は上面へ向かって部分的に延伸しており、全体的に延伸しているわけではない。好ましい実施形態における突起１５４は、導体１５０および１５４の高さよりも長い突起長を有する。図１４における符号１５５に示すように、突起１５４が、磁気コアよりも低くかつ空気よりも高い透磁率を有する材料でできていてよいことは、明らかである。或いは、突起および磁気コア材料は、図１５に示すように取り除かれてもよい。本実施形態の相互連結Ｍは、ほぼ１に等しい。

図１２の溝付きエアギャップ１５６は、磁気コア材料１４４の中に、突起１５４よりも上の位置に配置される。溝付きエアギャップ１５６は、突起１５４の幅Ｗ２よりも狭い幅Ｗ１を有する。図１３の溝付きエアギャップ１５６’は、磁気コア材料の中に、突起１５４よりも上の位置に配置される。溝付きエアギャップ１５６は、突起１５４の幅と等しいかそれ以上の幅Ｗ３を有する。溝付きエアギャップ１５６および／または溝付きエアギャップ１５６’から放射される磁束を更に減らす為に、図６（ａ）および／または図６（ｂ）に示したように、渦電流減少材が使用されてもよいことは、明らかである。図１２から図１４における実施例において、相互結合Ｍは、１の範囲内である。

ここで図１６を参照すると電力コイル１７０が示されており、電力コイル１７０は、空洞１７４を定める磁気コア材料１７２を有する。溝付きエアギャップ１７５は、磁気コア材料１７２の１つの側面に形成される。１以上の絶縁導体１７６および１７８は、空洞１７４を通過する。絶縁導体１７６および１７８は、内部導体１８４を覆う外層１８２を有する。外層１８２は、空気よりも高くかつ磁気コア材料よりも低い透磁率を有する。外側材１８２は、溝付きエアギャップで生じる磁束を実質的に減らすと共に、もし外側材１８２が溝付きエアギャップで生じる磁束を減らさない場合に、導体１８４において誘導され得る渦電流を減少させる。

ここで図１７を参照すると、電力コイル１８０は、導体１８４と、空洞１９０を定めるＣ字形状の磁気コア材料１８８とを有する。溝付きエアギャップ１９２は、磁気コア材料１８８における１つの側面に位置する。導体１８４は、空洞１９０を通過する。渦電流減少材料８４’は、溝付きエアギャップ１９２の全体に渡って位置する。図１８の渦電流減少材料８４’は、溝付きエアギャップへと延伸し、かつ溝付きエアギャップ１９２によって定められる開口部と嵌合する突起１９４を有する。

ここで図１９を参照すると、電力コイル２００は、第１の空洞２０６および第２の空洞２０８を定める磁気コア材料を有する。第１の導体２１０および第２の導体２１２は、第１の空洞２０６および第２の空洞２０８を、それぞれ通過する。中心部２１８は、第１および第２の空洞の間に位置する。磁気コア材料および／または渦電流減少材料で、中心部分２１８が作られていてよいことは明らかである。或いは導体は、外層を有してもよい。

導体は金やアルミ、および／または使用可能な他の適切な低抵抗の金属導体が使用されてもよいが、銅でできていてもよい。磁気コア材料は、高い透磁率と高い電気抵抗とを有した使用可能な他の磁気コア材料が利用されてもよいが、フェライトであってもよい。ここで使用されるフェライトとは、例えばマンガン、ニッケル、および／または亜鉛など、少なくとも１つ以上の酸化物と結合した酸化鉄を含む様々な磁性体の全てを指す。フェライトが使用される場合、溝付きエアギャップは、ダイヤモンド切断ブレードや他の適切な技術によって切断される。

図示された、いくつかの電力コイルは１回の巻き回数を有しているが、当業者であれば、巻き回数を追加して使用してよいことは明らかである。いくつかの実施形態においては、１または２つの導体をそれぞれ含む、１または２つの空洞を有した磁気コア材料が示されただけであって、各空洞において、追加の導体が利用されてもよく、かつ／或いは、本発明から逸脱しない範囲において、追加された空洞および導体が利用されてもよい。コイルの断面は、正方形として示されたが、例えば、長方形、円形、卵形、楕円形等の、他の適切な形状であってよい。

本発明の実施形態における電力コイルは、好ましくは、１００（Ａ）に至る直流電流を取り扱える性能を有し、かつ５００ｎＨかそれ以下のインダクタンスを有する。例えば、典型的な５０ｎＨというインダクタンスが使用される。本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータと関連して図示されが、当業者であれば、電力コイルが多種多様な他のアプリケーションに利用できることは明らかである。

ここで図２０を参照すると、電力コイル２５０は、空洞２５３を定めるＣ字型の第１の磁気コア２５２を有する。図２０から図２８において、導体は図示されていないが、当業者であれば、上で図示し記載したように、第１の磁気コアの中心を１以上の導体が通ることは明らかである。第１の磁気コア２５２は、好ましくはフェライトビーズ・コア材から製造され、エアギャップ２５４を定める。第２の磁気コア２５８は、エアギャップ２５４に隣接して第１の磁気コア２５２の少なくとも一つの表面に取り付けられる。いくつかの実施例において、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材よりも低い透磁率を有する。点線で示すように、磁束２６０は、第１の磁気コア２５２および第２の磁気コア２５８の中を流れる。

ここで図２１を参照すると、電力コイル２７０は、フェライトビーズ・コア材でできたＣ字形状の第１の磁気コア２７２を有する。第１の磁気コア２７２は、空洞２７３およびエアギャップ２７４を定める。第２の磁気コア２７６は、エアギャップ２７４に位置する。いくつかの実施例において第２の磁気コアは、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。点線で示すように、磁束２７８は、第１の磁気コア２７２および第２の磁気コア２７６の中を流れる。

ここで図２２を参照すると、電力コイル２８０は、フェライトビーズ・コア材でできた、Ｕ字形状の第１の磁気コア２８２を有する。第１の磁気コア２８２は、空洞２８３およびエアギャップ２８４を定める。第２の磁気コア２８６は、エアギャップ２８４に位置する。点線で示すように、磁束２８８は、第１の磁気コア２８２および第２の磁気コア２８６の中を流れる。いくつかの実施例において、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２３を参照すると、電力コイル２９０は、フェライトビーズ・コア材でできたＣ字形状の第１の磁気コア２９２を有する。第１の磁気コア２９２は、空洞２９３およびエアギャップ２９４を定める。第２の磁気コア２９６は、エアギャップ２９４に位置する。一実施例において、第２の磁気コア２９６は、エアギャップ２９４へ延伸し、通常はＴ字形状断面を有する。第２の磁気コア２９６は、エアギャップ３０４に隣接した第１の磁気コア２９０における内部表面２９７−１および２９７−２に沿って延伸する。点線で示すように、磁束２９８は、第１の磁気コア２９２および第２の磁気コア２９６の中を流れる。いくつか実施例において、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２４を参照すると、電力コイル３００は、フェライトビーズ・コア材でできたＣ字形状の第１の磁気コア３０２を有する。第１の磁気コア３０２は、空洞３０３およびエアギャップ３０４を定める。第２の磁気コア３０６は、エアギャップ３０４に位置する。第２の磁気コアは、エアギャップ３０４へ延伸すると共に、エアギャップ３０４の外側へ延伸し、通常はＨ字形状の断面を有する。第２の磁気コア３０６は、エアギャップ３０４に隣接する第１の磁気コア３０２における内部表面３０７−１および３０７−２と、外部表面３０９−１および３０９−２に沿って延伸する。点線で示すように、磁束３０８は、第１の磁気コア３０２および第２の磁気コア３０６の中を流れる。いくつかの実施例では、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２５を参照すると、電力コイル３２０は、フェライトビーズ・コア材でできた、Ｃ字形状の第１の磁気コア３２２を有する。第１の磁気コア３２２は、空洞３２３およびエアギャップ３２４を定める。第２の磁気コア３２６は、エアギャップ３２４の中に位置する。点線で示すように、磁束３２８は、第１の磁気コア３２２および第２の磁気コア３２６の中を、それぞれ流れる。第１の磁気コア３２２および第２の磁気コア３２６は、セルフロックとなっている。いくつかの実施例においては、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２６を参照すると、電力コイル３４０は、フェライトビーズ・コア材でできたＯ字形状の第１の磁気コア３４２を有する。第１の磁気コア３４２は、空洞３４３およびエアギャップ３４４を定める。第２の磁気コア３４６は、エアギャップ３４４の中に位置する。点線で示すように、磁束３４８は、第１の磁気コア３４２および第２の磁気コア３４６の中それぞれ流れる。いくつかの実施例おいては、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２７を参照すると、電力コイル３６０は、フェライトビーズ・コア材でできたＯ字形状の第１の磁気コア３６２を有する。第１の磁気コア３６２は、空洞３６３およびエアギャップ３６４を定める。エアギャップ３６４は、対向するＶ字形状の壁３６５によって部分的に定められる。第２の磁気コア３６６は、エアギャップ３６４の中に位置する。点線で示すように、磁束３６８は、第１の磁気コア３６２および第２の磁気コア３６６の中をそれぞれ流れる。第１の磁気コア３６２および第２の磁気コア３６６は、セルフロックとなっている。言い換えると、第１の磁気コアおよび第２の磁気コアにおける相対的な動きは、少なくとも２つの直交した平面内においては制限される。Ｖ字形状の壁３６５が使用されたが、当業者にとっては、セルフロック機能を提供する他の形状が利用できることは明らかである。いくつかの実施例においては、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ここで図２８を参照すると、電力コイル３８０は、フェライトビーズ・コア材でできたＯ字形状の第１の磁気コア３８２を有する。第１の磁気コア３８２は、空洞３８３およびエアギャップ３８４を定める。第２の磁気コア３８６は、エアギャップ３８４の中に位置しており、一般的には、Ｈ字形状である。点線で示すように、磁束３８８は、第１の磁気コア３８２および第２の磁気コア３８６の中をそれぞれ流れる。第１の磁気コア３８２および第２の磁気コア３８６は、セルフロックとなっている。言い換えると、第１の磁気コアおよび第２の磁気コアにおける相対的な動きは、少なくとも２つの直交した平面によって制限される。第２の磁気コアはＨ字形であるが、当業者にとっては、セルフロック機能を提供する他の形状が利用できることは明らかである。いくつかの実施例においては、第２の磁気コア２５８は、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する。

ある実施例において、第１の磁気コアを形成しているフェライトビーズ・コア材は、例えばダイヤモンドソーを使うことで、フェライトビーズ・コア材でできたブロックから切り出される。或いは、フェライトビーズ・コア材は、所望の形状に当業者であれば、型成形（ｍｏｌｄｉｎｇ）され、そして加熱されて（ｂａｋｉｎｇ）よい。型形成され、焼かれた材料は、その後、必要に応じて切断されてよい。型形成、加熱、および／または切断の組み合わせ、および／または、それらの順番は、当業者にとっては明らかである。第２の磁気コアも、同様の技術を用いて製造されてよい。

第１の磁気コア、および／または第２の磁気コアにおける嵌合面の、一方または両方は、取り付け段階に先立って、従来の技術を用いて研磨されてよい。第１および第２の磁気コアは、いかなる適切な手段を使いて互いに取り付けられてもよい。複合的な構造を形成する為に、例えば、接着剤、接着テープ、および／または他のいかなる接着手段も、第１の磁気コアを、第２のコアに接続する為に用いることができる。当業者であれば、他の機械的な定着手段が使用されてよいことは、明らかである。

第２の磁気コアは、好ましくは、フェライトビーズ・コア材より低い透磁率を有する材料から作られる。好ましい実施形態では、第２の磁気コア材料は、磁路の３０％未満を形成する。より好ましい実施形態では、第２の磁気コア材料は、磁路の２０％未満を形成する。例えば第１の磁気コアは、およそ２０００の透磁率を有してよく、第２の磁気コア材料は、２０の透磁率を有してよい。電力コイルを通る磁路において合成された透磁率は、第１および第２の磁気コアにおけるそれぞれの磁路の長さに依存し、およそ２００であってよい。１つの実施例では、第２の磁気コアは、鉄粉末を用いて形成される。鉄粉末は、相対的に損失は大きいが、その一方で、大きな磁化電流（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｅｎｔ）を扱うことができる。

図２９を参照すると、他の実施例において第２の磁気コアは、分散された複数のギャップ４２４を含んだフェライトビーズ・コア材４２０を用いて形成される。これらのギャップは、空気、および／または、その他のガス、または、液状や固体で満たされてよい。言い換えると、第２の磁性コア材料の中に分散された、ギャップ、および／または気泡は、第２の磁性コア材の透磁率を低減させる。先に述べたように、第２の磁気コアは、第１の磁気コアと同様な方法で製造されてよい。第２の磁気コア材料が、他の形状を有してもよいことは明らかである。また、図２０から図３０に関連して記載された第１および第２の磁気コアが、図１から図１９に関連して記載された実施形態で用いられてもよいことは、当業者には明らかである。

ここで、図３０を参照すると、第１の磁気コア２５２、および第２の磁気コア２５８をそれぞれ互いに保持する為に、ストラップ４５０が用いられる。ストラップにおける対向する端は、コネクタ４５４を用いて互いに取り付けられるか、或いは、直接的に、お互いに接続されてよい。ストラップ４５０は、例えば、金属材や非金属材等のいなかる適切な材料で作られていてもよい。

ここで、図３１を参照すると、電力コイル５２０は、磁気コア材料５２４に配置された切込５２２を有する。例えば、磁気コア材料５２４は、第１の切込５２２−１、第２の切込５２２−２、第３の切込５２２−３、および第４の切込５２２−４を、それぞれ有する。（まとめて、切込５２２とする。）切込５２２は、磁気コア材料５２４において、内側空洞５２６と磁気コア材料５２４の外側の側面５２８との間に配置される。第１の切込５２２−１および第２の切込５２２−２は、それぞれ、磁気コア材料５２４における第１の端５３０に配置され内側へ突出する。第３の切込５２２−３および第４の切込５２２−４は、それぞれ、磁気コア材料５２４における第２の端５３２に配置され内側へ突出する。

図３１における複数の切込５２２は、その形状が長方形に示されているが、切込５２２は、円形、卵形、楕円形、テラス形（ｔｅｒｒａｃｅｄ）等を含むいかなる適切な形状であってもよいことは、当業者には明らかである。ある典型的な実施形態においては、切込５２２は、型成形の最中であって、かつ焼結処理の前に、磁気コア材料５２４へと形成される。このアプローチにより、型成形の後に切込５２２を形づくるという追加のステップを避けることができ、これにより、時間とコストが削減される。また必要に応じて、切込５２２は、型成形および焼結の後に切断され、そして別に形成されてもよく、或いは、型成形および焼結の後に、切断されてもよいし、或いは、型形成および焼結の後に、別に形成されてもよい。図３１では、２対の切込が示されているが、１つの切込や、１対の切込や、および／または追加の対となった切込が使用されてもよい。磁気コア材料５２４における１つの側面に沿って複数の切込５２２が示されているが、１つ以上の切込５２２が、磁気コア材料５２４における１つ以上の側面に形成されてもよい。更には、１つの切込２２２が、磁気コア材料５２４の端における１つの側面に形成され、別の切込５２２が、磁気コア５２４における対向する端の別の側面に形成されてもよい。

ここで図３２および図３３を参照すると、第１の導体５３４および第２の導体５３６は、それぞれ、内側空洞５２６の下面に沿って内側空洞５２６を通過し、そして切込５２２によって受け入れられている。切込５２２は、例えば、第１の導体５３４および第２の導体５３６の位置をそれぞれ調節してよい。第１の導体５３４は、第１の切込５２２‐１と第３の切込５２２‐３によってそれぞれ受け入れられ、第２の導体５３６は、第２の切込５２２‐２と第４の切込５２２‐４によってそれぞれ受け入れられる。切込５２２は、好ましくは、第１の導体５３４および第２の導体５３６を保持しており、これにより第１の導体５３４が第２の導体５３６が接触することを防止し、短絡を避けている。この場合には、第２の導体５３６から第１の導体５３４を絶縁する為の、導体の絶縁物が必要ではなくなる。従ってこのアプローチでは、接続を行う場合に、絶縁導体の端から絶縁物を除くという追加の処理が回避され、これにより時間とコストが削減される。しかしながら、必要に応じて絶縁物が使用されてよい。

図３１から図３３には示されていないが、電力コイル５２０は、磁気コア材料５２４に配置される１つ以上の溝付きエアギャップを有してよい。例えば図４に示すように、１つ以上の溝付きエアギャップは、磁気コア材料５２４において、第１の端５３０から第２の端５３２まで延伸してよい。また電力コイル５２０は、図６（ａ）および図６（ｂ）で示したように、溝付きエアギャップの内側の開口部、および／または外側の開口部に隣接して配置される渦電流低減材料を有してよい。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示したように溝付きエアギャップは、磁気コア材料５２４の上面、および／または、側面の１つ配置されてよい。

第２の空洞は、磁気コア材料５２４に配置されてよく、そして磁気コア材料５２４の中央部は、内側空洞５２６と第２の空洞との間に配置されてよい。この場合、第１の導体５３４は、内側空洞５２６を通過してよく、そして第２の導体５３６は、第２の空洞を通過してよい。第１の導体５３４および第２の導体５３６は、図１６に示したように、外側の絶縁層をそれぞれ有してよい。また磁気コア材料５２４は、フェライトビーズ・コア材を備えてよい。図３１から図３９における電力コイルは、図１から図３０におけるその他の特徴を有してよい。

ここで図３４を参照すると、第１の導体５３４および第２の導体５３６は、連結型コイル回路５４４を、それぞれ形成してよい。一実施例において、相互結合は、ほぼ１に等しい。他の実施例において、電力コイル５２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４６に実装される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４６は、ある直流電圧を他の直流電圧へと変換する為に、電力コイル５２０を利用する。

ここで図３５を参照すると、電力コイル５２０の下側断面図が示されており、内側空洞５２６を２回通過すると共に、複数の切込５２２のそれぞれによって受け入れられた一本の導体５５４を電力コイル５２０は有する。典型的な実施形態では、導体５５４における第１の端５５６は、磁気コア材料５２４の外側の側面５２８に沿って始まり、第２の切込５２２−２で受け止められている。導体５５４は、第２の切込５２２‐２から内部空洞５２６の下側に沿って内部空洞５２６を通過し、第４の切込５２２‐４で受け止められている。導体５５４は、第４の切込５２２‐４から磁気コア材料５２４の外側の側面５２８に沿ったルートを有し、第１の切込５２２‐１によって受けとめられている。導体５５４は、第１の切込５２２‐１から内部空洞５２６の下側に沿って内部空洞５２６を通過し、第３の切込５２２‐３によって受け止められている。

導体５５４は第３の切込５２２‐３から続き、導体５５４の第２の端５５８は、磁気コア材料５２４の外側の側面５２８に沿って終了する。従って図３５の導体５５４は、少なくとも二回、磁気コア材料５２４の内側空洞５２６を通過し、複数の切込５２２のそれぞれによって受け止められる。内側空洞５２６を通過する回数を増やす為に、導体５５４は、磁気コア材料５２４に追加して設けられた切込５２２によって受け止められてよい。

ここで図３６を参照すると、導体５５４は、連結型コイル回路５６６を形成してよい。一実施例において、電力コイル５２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６８に実装されてよい。

ここで図３７および図３８を参照すると、電力コイルは、プリント回路ボード５７０の上に表面載置される。図３９の電力コイルは、プリント基板ボード５７０のメッキスルーホール（ＰＴＨｓ）に取り付けられる。図３７から図３９では、図３２および図３３と同様の参照番号が使用される。典型的な実施形態において、図３７を参照すると、第１の導体５３４および第２の導体５３６における第１および第２の端は、それぞれ、磁気コア材料５２４の外側の側面５２８に沿って始まりそして終了している。これにより電力コイル５２０は、プリント基板ボード５７０の上に表面載置される。例えば第１の導体５３４および第２の導体５３６における第１および第２の端は、プリント基板ボード５７０の半田パッド５７２にそれぞれ付着してよい。

或いは、ここで図３８を参照すると、第１の導体５３４および第２の導体５３６における第１および第２の端は、それぞれ、磁気コア材料５２４の外側の側面５２８を越えて延伸してよい。この場合、ガルウイング構造５７４における半田パッド５７２に第１の導体５３４および第２の導体５３６における第１および第２の端をそれぞれ取り付けることによって、電力コイル５２０がプリント基板ボード５７０上に表面載置されてよい。

ここで図３９を参照すると、第１の導体５３４および第２の導体５３６における、第１および／または、第２の端は、それぞれ延伸し、プリント基板ボード５７０におけるメッキスルーホール（ＰＴＨｓ）に取り付けることができる。

ここで、図４０および図４１を参照すると、第１の導体６０２と第２の導体６０４とを有する図４０における電力コイル６００には、ドット規則（ｄｏｔ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）に基づいて点が付される。図４１に示すように、チップ６１０を接続する為には、プリント基板ボード（ＰＣＢ）トレース６１２‐１、６１２‐２、６１２‐３（まとめてＰＣＢトレース６１２）が使用されることがある。図４１を見てわかるように、ＰＣＢトレース６１２によって提供されるワイヤリング（ｗｉｒｉｎｇ）は、適切には釣り合っていない。ワイヤリングが釣り合っていないと、相互結合の係数を減少させる傾向があり、かつ／或いは、高周波での表皮効果によって、損失が増加する傾向がある。

ここで図４２、図４３、および図４４を参照すると、第１のコイル６２２および第２のコイル６２４を有した電力コイル６２０に対する望ましいドット規則（ｄｏｔ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）が示されている。図４３における第１の導体６２２および第２の導体６２４は、チップに対して改良されたコネクションを可能とする為に、それぞれ交差されている。図４１において、ＰＣＢトレース６３０‐１、６３０‐２、および６３０‐３（まとめて、ＰＣＢトレース６３０）は、導体６２２および６２４を電力コイル６２０に接続する為に、使用される。ＰＣＢトレース６３０は、図４１におけるＰＣＢトレースよりも短く、かつ釣り合っており、これにより相互結合の係数が１に近づくと共に、高周波での表皮効果による損失を減少させる。

ここで図４５および図４６を参照すると、本発明における交差導体構造６４０が示されている。図４５には、交差導体構造６４０の側面断面図が示されており、交差導体構造６４０は第１のリードフレーム６４４と第２のリードフレーム６４６とを有しており、これらのフレームは、絶縁材６４８によって分けられている。図４６（ａ）および図４６（ｂ）には、第１のリードフレーム６４４および第２のリードフレーム６４６の平面図が、それぞれ示されている。第１のリードフレーム６４４は、本体６５４から延伸する端子６５０‐１および端子６５０‐２を有する。第２のリードフレーム６４６は、本体６５６から延伸する端子６５６‐１および端子６５６‐２を有する。典型例としてリードフレーム６４４および６４６に対してＺ字形状の構成が示されているが、他の形状を使用することができる。図４６（ｃ）には、組み立てられた交差導体構造６４０の平面図が示されている。

交差導体構造６４０を作る為の典型的ないくつかのアプローチが、以下に記載される。第１のリードフレーム６４４および第２のリードフレーム６４６は、最初に、スタンピングされてよい。その後、絶縁材６５８がそれらの間に配置される。或いは絶縁材がリードフレームに対して塗布され（ａｐｐｌｉｅｄ）、スプレーされ（ｓｐｒａｙｅｄ）、コーティングされ（ｃｏａｔｅｄ）、そして／或いは、その別のやり方で塗布されてもよい。例えばある適切な絶縁材はエナメルを有しており、制御可能な方法で直ちに塗布することができる

或いは、第１のリードフレーム６４４、第２のリードフレーム６４６、および絶縁材６４８は、一緒に取り付けてからスタンピングされてもよい。第１のリードフレーム６４４の形状および端子を定める為に、（第１の側面における）第１のリードフレーム６４４は、第１の側面から第２の側面へ向かう積層体（ｌａｍｉｎａｔｅ）の厚さの約１／２にスタンピングされる。第２のリードフレーム６４６の形状と端子とを定める為に、（第２の側面における）第２のリードフレーム６４６は、第２の側面から第１の側面へ向かう積層体の厚さの約１／２にスタンピングされる。

ここで図４７（ａ）から図４９を参照すると、他の手段の構成が示されている。第１のリードフレーム６４４は、スタンピングの前に、まず絶縁材６４８に取り付けられる。短絡の可能性を減らす為に、スタンピングによる変形が（もし起こった場合でも）第２のリードフレームから（組み立て後において）離れる方向に生じるように、第１のリードフレーム６４４と絶縁材６４８とは、図４７（ｂ）に示された向きにスタンピングされる。言い換えると、第１のリードフレーム６４４へ向って、絶縁体の側面においてスタンピングされる。同様に、第２のリードフレーム６４６は、短絡の可能性を減らす為に、適切な方向に向かってスタンピングされる。第２のリードフレームにおけるスタンピング側面は、絶縁材と接して配置される。第１および第２のリードフレームにおいて、スタンピングによる変形は（もし起こった場合でも）は、外側へと導かれる。ここで図４９を参照すると、第１のリードフレーム６４４、絶縁材６４８、および第２のリードフレーム６４６のそれぞれは、積層体を形成する為に、互いに隣接して配置される。

図５０（ａ）は、第１のリードフレーム６４４‐１、６４４‐２、・・・、６４４‐Ｎを有する第１のリードフレームアレイ７００を示しており、ここでＮ＞１である。図５０（ｂ）において、第２のリードフレームアレイ７０４は、第２のリードフレーム６４６‐１、６４６‐２、・・・、および６４６‐Ｎを有する。図示されるように、リードフレームアレイ７００および７０４は、一定のポジションでオフセットを有し、交互になった第１および第２のリードフレームを有してよい。絶縁材６４８は、第１のリードフレームアレイ７００、および／または第２のリードフレームアレイ７０４に、それぞれ取り付けられてよく、かつ／或いは、個々のリードフレームに取り付けられてもよい。或いは絶縁材は、一方の、および／または、両方のリードフレームにおける１以上の表面の上に、塗布され、スプレーされ、コーティングされてよい。ストリップ７１２‐１、７１２‐２、７１２‐３、および７１２‐４（まとめてストリップ７１２）にそれぞれ給電する為に、タブ部７１０‐１、７１０‐２、７１０‐３および７１０‐４（まとめてタブ部７１０）のそれぞれは、個々のリードフレームにおける端子やその他の部分を取り付ける為に用いられる。リードフレームの形状、端子、およびタブ部のそれぞれは、スタンピング中に定められる。本実施形態において、スタンピングは、リードフレームと絶縁材を接続する前に実行される。給電ストリップ７１２は、駆動ホイール（不図示）の位置決めピンを受け入れる為の複数の孔７１３を、状況に応じて有してよい。符号７１４に示すように、隣接したリードフレームは、状況に応じて互いに間隔を置いて配置され、かつ／或いは、複数のタブ部が備えられてよい。

ここで図５１（ａ）から（ｃ）を参照すると、追加タブ部７２０‐１および７２０‐２は、隣接したリードフレームを着脱自在に接続する。更に、一方および／または両方のリードフレームにおける１以上の表面の上に、塗布され、スプレーされ、および／またはコーティングされた絶縁材７２８を、リードフレームが有していることを示している。或いは、絶縁材６４８が用いられてもよい。典型的な実施形態では、リードフレームにおいて対向する表面は、絶縁材で被覆される。例えば絶縁材は、エナメルであってよい。

上記の手段に加えて、第１および第２のリードフレームアレイおよび絶縁材は、リードフレームアレイの形状を定める為に一緒に配置され、そして両側面から約１／２の厚みにスタンピングされてよい。或いは絶縁材は、一方または両方のリードフレームアレイに塗布され、スタンピングされ、そして上に記載したように、スタンピングによる変形があっても、短絡の原因を防止するような配列で組み立てられてよい。さらに他の変形が、当業者にとっては明らかであろう。

上の記載から、本発明に係る幅広い技術が、様々な形態で実施することができることが、今や当業者には明らかである。従って、特定の実施例に関して本発明が記載されたが、図面、明細書、および特許請求の範囲を検討した当業者にとって、その他の改良は明らかであるので、本発明の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。

従来技術における、あるＤＣ／ＤＣコンバータに実装された電力コイルの、機能ブロック図および電子回路図である。 従来技術における図１の電力コイルを示した斜視図である。 従来技術における図１および図２の電力コイルを示した断面図である。 本発明における磁気コア材料に配置された溝付きエアギャップを有する電力コイルを示した斜視図である。 図４における電力コイルの断面図である。 溝付きエアギャップに隣接して配置された渦電流減少材料を有する他の実施形態を示す断面図である。 溝付きエアギャップに隣接して配置された渦電流減少材料を有する他の実施形態を示す断面図である。 溝付きエアギャップと導体の上部との間に、追加の空間を有する他の実施形態を示す断面図である。 溝付きエアギャップをそれぞれ有する多重の空洞を備えた磁気コアの断面図である。 一方は両方の溝付きエアギャップに隣接して配置された渦電流減少材料を備えた図８の断面図である。 一方は両方の溝付きエアギャップに隣接して配置された渦電流減少材料を備えた図８の断面図である。 溝付きエアギャップの為の、他の側面配置を示す断面図である。 溝付きエアギャップの為の、他の側面配置を示す断面図である。 サイドに溝付きエアギャップを含む多重の空洞を有する磁気コアの断面図である。 サイドに溝付きエアギャップを含む多重の空洞を有する磁気コアの断面図である。 多重の空洞と、中央溝付きエアギャップとを有する磁気コアの断面図である。 多重の空洞と、幅広の中央溝付きエアギャップとを有する磁気コアの断面図である。 多重の空洞と、中央溝付きエアギャップと、隣接した導体間に配置された、より低い透磁率の材料とを有する磁気コアの断面図である。 多重の空洞と、中央溝付きエアギャップとを有する磁気コアの断面図である。 溝付きエアギャップと、１つ以上の絶縁導体とを有する磁気コア材料の断面図である。 Ｃ字形状の磁気コア材料と渦電流減少材料の断面図である。 Ｃ字形状の磁気コア材料と嵌合する突起を有する渦電流減少材料の断面図である。 多重の空洞を備えたＣ字形状の磁気コア材料と渦電流減少材料の断面図である。 フェライトビーズ・コア材を有するＣ字形状の第１の磁気コアと、そこのエアギャップに隣接して位置する第２の磁気コアの断面図である。 フェライトビーズ・コア材を有するＣ字形状の第１の磁気コアと、そこのエアギャップに隣接して位置する第２の磁気コアの断面図である。 フェライトビーズ・コア材を有するＵ字形状の第１の磁気コアと、そこのエアギャップに隣接して位置する第２の磁気コアの断面図である。 フェライトビーズ・コア材を有するＣ字形状の第１の磁気コアと、Ｔ字形状の第２の磁気コアの断面図をそれぞれ示す。 フェライトビーズ・コア材を有するＣ字形状の第１の磁気コアと、そこのエアギャップに位置するセルフロック式のＨ字形状の第２の磁気コアの断面図を、それぞれ示す。 第１の磁気コアでのエアギャップに位置する、セルフロック式の第２の磁気コアと共にフェライトビーズ・コア材を有するＣ字形状の第１の磁気コアの断面図を示す。 第１の磁気コアでのエアギャップに位置する、第２の磁気コアと共にフェライトビーズ・コア材を有するＯ字形状の第１の磁気コアの断面図を示す。 第１の磁気コアでのエアギャップに位置する、セルフロック式の第２の磁気コアと共にフェライトビーズ・コア材を有するＯ字形状の第１の磁気コアの断面図を示す。 第１の磁気コアでのエアギャップに位置する、セルフロック式の第２の磁気コアと共にフェライトビーズ・コア材を有するＯ字形状の第１の磁気コアの断面図を示す。 第２の磁気コアの透磁率を低減する為の分散されたギャップを含んだフェライトビーズ・コア材を有する第２の磁気コアを示す。 ストラップを用いて共に取り付けられた第１および第２の磁気コアを示す。 磁気コア材料の少なくとも１つの側面に配列された１つ以上の切込を備えた電力コイルの磁気コア材料を示す斜視図である。 磁気コア材料の内部空洞を通過すると共に切込によって受け入れられる、１つ以上の導体を有する図３１における電力コイルの断面図である。 磁気コア材料の外側の側面に沿った、導体の始端および終端を示した、図３２の電力コイルの側面断面図である。 典型的なＤＣ／ＤＣコンバータに実装された、図３２および図３３における電力コイルの機能ブロック図および電子回路図である。 内部空洞を複数回通り、そして複数の切込のそれぞれによって受け入れられる単一の導体を有する電力コイルの底面断面図である。 典型的なＤＣ／ＤＣコンバータに実装された図３５における電力コイルの機能ブロック図および電子回路図である。 プリント基板ボードに表面載置された図３３の電力コイルの側面断面図である。 ガルウイング構造のプリント基板ボードに表面載置された図３３の電力コイルの側面断面図である。 プリント基板ボードのメッキスルーホールに接続された図３３における電力コイルの側面図である。 ２つのまっすぐな導体を備えた電力コイルに、ドット規則（ｄｏｔ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）を付けた図を示す。 図４０の電力コイルに接続されたチップを示す。 ２つの導体を備えた電力コイルに、望ましいドット規則（ｄｏｔ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）を付した図を示す。 交差した導体を備えた電力コイルを示す。 図４３の電力コイルに接続されたチップを示す。 絶縁材によって分けられた第１および第２のリードフレーム導体の側面断面図を示す。 第１および第２のリードフレーム導体のそれぞれの平面図である。 第１および第２のリードフレーム導体のそれぞれの平面図である。 交差導体構造の平面図である。 第１のリードフレームと絶縁材とを有する第１の積層体の側面断面図である。 絶縁材から第１のリードフレームへ向かう方向への、図４７（ａ）における第１の積層体のスタンピングを示す。 第２のリードフレームの側面断面図である。 第２のリードフレームのスタンピングを示す。 第２の積層体を形成する為に、第２のリードフレームへ第１の積層体を取り付けた図を示す。 複数のリードフレームの第１および第２のアレイを示す。 複数のリードフレームの第１および第２のアレイを示す。 他のリードフレームアレイを示す。 他のリードフレームアレイを示す。 他のリードフレームアレイを示す。

Claims (10)

1. 電力コイルの為の伝導交差構造であって、
   第１のリードフレームアレイ及び第２のリードフレームアレイ
   を備え、
   前記第１のリードフレームアレイは、
   第１の方向に配置された第１の複数の孔を含む第１の給電ストリップと、
   前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸された第１の端子および第２の端子を含み、前記第１の方向に並べられた複数の第１のリードフレームと、
   前記複数の第１のリードフレームのそれぞれを前記第１の給電ストリップに直接、かつ、開放可能に前記第２の方向に接続する複数の第１のタブ部と
   を有し、
   前記第２のリードフレームアレイは、
   前記第１の方向に配置された第２の複数の孔を含む第２の給電ストリップと、
   第１の端子および第２の端子を含み、かつ、前記複数の第１のリードフレームに重なって、前記第１の方向に並べられた複数の第２のリードフレームと、
   それぞれが前記複数の第２のリードフレームを前記第２の給電ストリップから開放可能に前記第２の方向に接続する複数の第２のタブ部と
   を有し、
   前記複数の第１のリードフレームのスタンピングされた端部は、前記複数の第２のリードフレームから離れる向きへと変形しており、
   前記複数の第２のリードフレームのスタンピングされた端部は、前記複数の第１のリードフレームから離れる向きへと変形している伝導交差構造。
2. 前記第１のリードフレームアレイおよび前記第２のリードフレームアレイの少なくとも一方に配置された複数の絶縁材を更に備える請求項１に記載の伝導交差構造。
3. 前記複数の第１のリードフレームは、前記複数の絶縁材に隣接して配置され、前記複数の絶縁材から離れる向きに変形している請求項２に記載の伝導交差構造。
4. 前記複数の第１のリードフレーム、前記複数の第２のリードフレーム、および前記複数の絶縁材は、交差導体構造を定める請求項２または３に記載の伝導交差構造。
5. 前記複数の第１のリードフレームのそれぞれにおける、前記１の端子および前記第２の端子のそれぞれは、前記交差導体構造における第１の対向する対角部に位置し、前記複数の第２のリードフレームにおける前記１の端子および前記第２の端子は、前記交差導体構造における第２の対向する対角部に位置する請求項４に記載の伝導交差構造。
6. 前記第１の給電ストリップおよび前記第２の給電ストリップは、前記複数の第１のリードフレームのそれぞれを、前記複数の第２のリードフレームのそれぞれに合わせてアライメントする請求項１から５のいずれか一項に記載の伝導交差構造。
7. 複数の隣接した前記複数の第１のリードフレームのいずれかを、開放可能に接続する第３のタブ部と、
   複数の隣接した前記複数の第２のリードフレームのいずれかを、開放可能に接続する第４のタブ部と、
   を更に備える請求項１から６のいずれか一項に記載の伝導交差構造。
8. 前記第２のリードフレームアレイは、前記複数の第１のリードフレームの第１の端子および第２の端子に対して、前記複数の第２のリードフレームの第１の端子および第２の端子がオフセットを有する位置で、前記第１のリードフレームアレイに重ね合わせられる、請求項１から７のいずれかに記載の伝導交差構造。
9. 電力コイルであって、
   第１の端と第２の端とを有する第１の磁気コア材料と、
   前記第１の磁気コア材料に配置される、前記第１の端から前記第２の端へ延伸する内部空洞と、
   請求項１から８のいずれかに記載の伝導交差構造と
   を備え、
   前記複数の第１のリードフレームおよび前記複数の第２のリードフレームは、前記内部空洞を通過する、電力コイル。
10. 請求項９に記載の前記電力コイルを備えるシステムであって、
    チップを更に備え、
    前記複数の第１のリードフレームにおける前記第１の端子は、前記複数の第２のリードフレームにおける第２の端子と通じており、
    前記複数の第１のリードフレームにおける前記第２の端子、および前記複数の第２のリードフレームにおける前記第１の端子は、前記チップと通じているシステム。

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