(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに一列に並んで配置された少なくとも３つの磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）と、前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）のそれぞれに対応している少なくとも１つの巻線（１）とを有する一体型インダクタ装置であって、
前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）が、それぞれが前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）のうちの１つの一部となっている個々のコア素子（２）と、それぞれが前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）のうちの２つの隣接する磁気ループの一部となっている、共有されているコア素子（３）とによって形成され、
前記共有されているコア素子（３）が、誘電体の分離用ピースで埋められた磁気ギャップ（４）によって、前記個々のコア素子（２）から分離され、
前記少なくとも１つの巻線（１）のそれぞれが、前記磁気ギャップ（４）のまわりに巻かれることなく、前記個々のコア素子（２）のうちの１つのまわりに配置され、
前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）のうちの２つの隣接する磁気ループに対応する前記巻線（１）が、異なる向きの巻線を有する
一体型インダクタ装置。
【請求項２】
前記共有されているコア素子（３）が、前記個々のコア素子（２）と垂直に配置されている
請求項１に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項３】
前記個々のコア素子（２）と、前記共有されているコア素子（３）とが、同じ断面積を有する
請求項１または２に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項４】
前記共有されているコア素子（３）が立方体ブロックである
請求項１から３のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項５】
前記磁気ループ（ａ、ｂ、ｃ）のうちの２つが、内側の磁気ループ（ｂ）のまわりに位置決めされた外側の磁気ループ（ａ、ｃ）であり、
前記外側の磁気ループ（ａ、ｃ）における前記個々のコア素子（２）がｃ字形である
請求項１から４のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項６】
前記外側の磁気ループ（ａ、ｃ）のそれぞれにおける前記個々のコア素子（２）が、３つの立方体ブロックを含む
請求項５に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項７】
前記内側の磁気ループ（ｂ）における前記個々のコア素子（２）が、２つの立方体ブロックを含む
請求項５または６に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項８】
すべての立方体ブロックが同じサイズである
請求項４、６、および７に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項９】
巻線（１）を担持する個々のコア素子（２）が楕円断面を有する
請求項１から５のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１０】
前記個々のコア素子（２）、および／または、前記共有されているコア素子（３）が、積層構造をなすように積み重ねられた、型打ちされたケイ素鋼板で作られている
請求項１から９のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１１】
前記個々のコア素子（２）、および／または、前記共有されているコア素子（３）が、フェライトで作られている
請求項１から９のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１２】
前記個々のコア素子（２）、および／または、前記共有されているコア素子（３）が、積層された磁性アモルファス金属で作られている
請求項１から９のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１３】
前記個々のコア素子（２）、および／または、前記共有されているコア素子（３）が、焼結された磁性材料の粉で作られている
請求項１から９のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１４】
巻線（１）を担持する個々のコア素子（２）が、焼結された磁性材料の粉で作られ、他のすべての個々のコア素子（２）と、前記共有されているコア素子（３）とが、高い透磁率の材料で作られている
請求項１から９のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１５】
前記巻線（１）が、ボビン（６）の上に巻かれている
請求項１から１４のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１６】
前記ボビン（６）が、前記共有されているコア素子（３）を固定するための手段を有する
請求項１５に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１７】
コア素子（２、３）からなる前記一体型インダクタ装置が、締めつけ力によって固定されている
請求項１から１６のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１８】
前記締めつけ力が、前記一体型インダクタ装置の各先端に位置決めされた２つの留め具（８）に作用するボルト（７）により生じている
請求項１７に記載の一体型インダクタ装置。
【請求項１９】
電力網に電力を供給するための電力インバータに向けた三相のＡＣフィルタの内部における
請求項１から１８のいずれか一項に記載の一体型インダクタ装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型インダクタ装置に関し、特に、電力網に電力を供給するための電力インバータに向けた、三相交流（ＡＣ）のフィルタの内部におけるこのような装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料からのエネルギーコストの増加により、再生可能エネルギーの獲得が促されている。  
さらに、欧州連合などの多くの国々には、温室効果ガスの生成を低減するための法規制が存在する。  
再生可能エネルギーは、既存のエネルギー伝送設備を使用する可能性のある電流の形で生成されることが多いため、伝送システムのパラメータに対応する再生可能エネルギーのコンバータが必要である。  
たとえば、電力網に供給される電気エネルギーは、電圧、周波数、および位相角などのパラメータに対応している必要がある。  
このことは、通常は電力インバータを用いることによって実現される。  
電力インバータは、電力の電子転流回路を用いることにより、三相の電流となるように適切に整形された電流を作り出す。  
電力インバータによってもたらされる電流は、５０Ｈｚ（ヘルツ）または６０Ｈｚである電力網の基本周波数の他に、不要な高周波成分をしばしば含んでいる。  
高周波の電流成分の部分的な除去は、サインフィルタと呼ばれることもあるフィルタ回路を用いることによって行われる。  
このようなフィルタは、キャパシタと組み合わされたインダクタをたいてい含んでいる。
【０００３】
再生可能エネルギーの収益性は、いくつかあるコンポーネントの中でも特に、光起電力発生器などのエネルギーソースとインバータとを含む生成システムのコストによって決まるだけでなく、その生成システムの効率によっても決まる。  
したがって、誘導性部品のサイズおよび／または重量の低減を可能にするいかなる改善も、関心のおけるものである。  
サイズおよび／または重量の低減は、特定材料の節約につながるだけでなく、電力損失の低減にもつながる。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池に結合したインバータのための、直流（ＤＣ）の入力段で用いられる一体型インダクタ装置が記載されている。  
この一体型インダクタ装置は、磁気ループに対応したインダクタ素子を含んでおり、隣接する磁気ループは共通のコアピース（ｃｏｒｅ  ｐｉｅｃｅ）を共有している。  
これにより、一体型インダクタ装置の全重量は、独立したインダクタに比べて減少している。  
特許文献１によるソリューションは、ＤＣ／ＤＣコンバータ用に考えられているものである。  
ＤＣソースからのエネルギーは、誘導性素子のうちの１つに送ることによってブーストされ、ＤＣ入力段におけるスイッチング素子の開放後に、より高い電圧に変えられる。  
インダクタを励起するのに要する時間は、エネルギーを負荷に移すのに要する時間より長いため、エネルギーを負荷に無理に移さずに時間を短縮するためにインダクタが３倍にされている。  
特許文献１によれば、別々のコア素子を隔てている空気ギャップなどの磁気ギャップのまわりには巻線が設けられているため、空気ギャップ周辺のフリンジング磁束（ｆｒｉｎｇｉｎｇ  ｆｌｕｘ）に起因するさらなる電力損失が生じる。  
さらに、複雑な形状のコア素子が用いられているために製造コストが増えることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７８３０２３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の欠点のない一体型インダクタ装置を提供することが望ましい。
【０００７】
本目的は、独立請求項の特徴をそれぞれ有する一体型インダクタ装置と、独立請求項の特徴を有するこのような装置の使用とによって達成される。  
改良と有利な展開とは、従属請求項の主題である。
【０００８】
本発明による一体型インダクタ装置は、互いに一列に並んで配置された少なくとも３つの磁気ループと、磁気ループのそれぞれに対応している少なくとも１つの巻線とを有する。  
磁気ループは、それぞれが磁気ループのうちの１つの一部となっている個々のコア素子と、それぞれが磁気ループのうちの２つの隣接する磁気ループの一部となっている、共有されているコア素子とによって形成されている。  
共有されているコア素子は、誘電体の分離用ピースで埋められた磁気ギャップによって、個々のコア素子から分離され、少なくとも１つの巻線のそれぞれは、磁気ギャップのまわりに巻かれることなく、個々のコア素子のうちの１つのまわりに配置されている。
【０００９】
巻線は、個々のコア素子の上に位置決めされているため、磁気ギャップのまわりには巻かれていない。  
このため、磁気ギャップによるフリンジング磁束が巻線に影響を及ぼすことがなく、それにより磁気損失が低減するとともに一体型インダクタ装置の効率が向上する。  
さらに、共有されているコア素子が２つの隣接する磁気ループの一部となっていることによって、重量の低減がもたらされる。
【００１０】
加えて、誘電体の分離用ピースで磁気ギャップが埋められているため、一体型インダクタ装置における容易な取付けを可能にする。 
さらにまた、磁気ループのうちの２つの隣接する磁気ループに対応する巻線は、異なる向きの巻線を有する。 
このため、三相のＡＣフィルタに一体型インダクタ装置が用いられる場合に、共有されているコア素子の最大磁束が、個々のコア素子の最大磁束を上まわることはない。
【００１１】
一体型インダクタ装置における有利な実施形態では、共有されているコア素子は、個々のコア素子と垂直に配置されている。  
このことは、一体型インダクタ装置における容易な組み立てを可能にする。
【００１２】
一体型インダクタ装置におけるさらに有利な実施形態では、個々のコア素子と、共有されているコア素子とは、同じ断面積を有している。  
このことは、最大限の材料の節約につながる。
【００１３】
一体型インダクタ装置におけるさらに有利な実施形態では、共有されているコア素子、および／または、個々のコア素子は、立方体ブロックである。  
特に好ましくは、すべてのコア素子は、立方体ブロックであるか、または、２つ以上の立方体ブロックの組み合わせであり、さらに好ましくは、すべて同じサイズ、および／または、同じ材料である。  
このため、製造コストと保管コストを低減することができる。
【００１４】
一体型インダクタ装置におけるさらに有利な実施形態では、個々のコア素子、および／または、共有されているコア素子は、積層構造をなすように積み重ねられた、型打ちされたケイ素鋼板で作られているか、または、フェライトで作られているか、または、積層された磁性アモルファス金属で作られているか、または、焼結された磁性材料の粉で作られている。  
さらに好ましくは、巻線を担持する個々のコア素子は、焼結された磁性材料の粉で作られ、他のすべての個々のコア素子と、共有されているコア素子とは、高い透磁率の材料で作られている。
【００１５】
一体型インダクタ装置におけるさらに有利な実施形態では、巻線はボビンの上に巻かれている。  
さらに好ましくは、ボビンは、共有されているコア素子を固定するための手段を有する。  
これらの特徴は、一体型インダクタ装置における容易な取付けを可能にする。
【００１６】
一体型インダクタ装置におけるさらに有利な実施形態では、コア素子からなる一体型インダクタ装置は、締めつけ力によって固定されている。  
さらに好ましくは、この締めつけ力は、一体型インダクタ装置の各先端に位置決めされた２つの留め具に作用するボルトにより生じている。  
このため、一体型インダクタ装置における極めてコスト効果の高い、材料の節約された組み立て品が提供される。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、このような一体型インダクタ装置は、電力網に電力を供給するための電力インバータに向けた三相のＡＣフィルタの内部において使用される。  
三相のＡＣフィルタにおける位相シフトは、共有されているコア素子が個々のコア素子と同じ断面を有利に有し得ることで、コア材料の最大限の節約につながるようになっている。
【００１８】
以下のテキストでは、例示的な実施形態と３枚の図面とを用いて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一体型インダクタ装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】本発明による一体型インダクタ装置を用いることができるＡＣフィルタの例示的構成を示す図である。
【図３】一体型インダクタ装置において共有されているコア素子における磁束の時間依存の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１ａは、本願による一体型インダクタ装置の上面図を示す。  
図１ｂは、図１ａに示されているラインＡ−Ａにおける一体型インダクタ装置の断面図を示す。
【００２１】
この例では、一体型インダクタ装置は、３つのペアを形成する６つの巻線１を含んでおり、各ペアは、３つの磁気ループａ、ｂ、ｃのうちの１つに対応している。  
これらのループは、高い透磁率を示すコア素子２、３によって定められている。  
コア素子２、３は、たとえば、積層構造をなすように積み重ねられた、型打ちされたケイ素鋼板で作られていてもよく、フェライトで作られていてもよく、積層された磁性アモルファス金属で作られていてもよく、または、焼結された磁性粉で作られていてもよい。
【００２２】
磁気ループａ、ｂ、ｃは、互いに並んで一列に配置されている。  
このため、内側の磁気ループｂには、外側の２つの磁気ループａ、ｃが磁気ループｂの各側面に配置されている。
【００２３】
磁気ループａ、ｂ、ｃを形成するとともにそれらを定めているコア素子２、３は、ある磁気ループａ、ｂ、ｃだけに属する個々のコア素子２と、２つの隣接する磁気ループａ、ｂ、または、ｂ、ｃによって共有されているコア素子３とに区別され得る。  
巻線１は、個々のコア素子２の上だけに配置され、共有されているコア素子３の上には配置されていない。  
共有されているコア素子３は、個々のコア素子２から磁気ギャップ４の分だけ離され、これらの磁気ギャップ４は、誘電体プレートなどによって作られている。  
これらの磁気ギャップ４は、透磁率の低い小さな部分である。  
これらの磁気ギャップ４は、磁気ループａ、ｂ、ｃを互いから分離している。
【００２４】
巻線１は、個々のコア素子２の上に位置決めされているため、磁気ギャップ４のまわりには巻かれていない。  
このため、磁気を帯びている巻線１によるフリンジング磁束が巻線１に影響を及ぼすことがなく、それにより磁気損失が低減するとともに一体型インダクタ装置の効率が向上する。  
隣接している２つの磁気ループａ、ｂ、および、ｂ、ｃに対応している巻線１は、図２の星印で示されているとともに図２に関連して以下で説明されるように、異なる向きの巻線を有していることが有利である。
【００２５】
共有されている２つのコア素子３は立方形であることが好ましい。  
外側の磁気ループａ、ｃにおける個々のコア素子２はｃ字形である。  
それぞれは、ｃ字形の単一ピースで形成されていてもよい。しかし、この例で示されているように、それぞれは、ｃ字形に配置された３つの立方体ブロックによって形成されてもよい。  
これらの３つのブロックは、さらなる磁気ギャップ５によって互いに適宜分離されていてもよい。  
内側の磁気ループｂにおける個々のコア素子２は、２つの立方体ブロックからなっていてもよい。  
したがって、図１ｂに示されている有利な実施形態では、一体型インダクタ装置のコアは、１０個の立方体ブロックから構成される。  
このうち２つのブロック（共有されているコア素子３）と、各サイドにあるブロックとは、残りの６個のブロックに対して垂直に配置され、この残りの６個のブロックは、３つのブロック部分ごとにそれぞれ平行な２つのライン状にまとめられている。  
これらの１０個のブロックは、同一サイズおよび同一材料からなるものでもよく、それによって製造コストと保管コストが低減する。
【００２６】
巻線１は、すそ板などの適切な固定手段が備えられたボビン６の上に配置されることが好ましい。  
この固定手段により、ボビン６が個々のコア素子２の上に位置決めされる際に、共有されるコア素子３が支持される。  
コア素子２、３からなる一体型インダクタ装置全体は、好ましくは金属でできている２本の長いネジ７またはボルトと、特定形状の留め具８とを用い、一体型インダクタ装置の長手方向の軸に沿って一体型インダクタ装置を締めつけることによって固定されてもよい。
【００２７】
図２に示されている三相のＡＣフィルタ１０において、本願による一体型インダクタ装置を用いるのに有利な状況を、図３に関連して説明する。  
図３は、図１に示されている一体型インダクタ装置のうちの外側の磁気ループａ、ｃの一方に存在する第１の磁束２１と、内側の磁気ループｂに存在する第２の磁束２２との時間依存を示す。  
両方の磁束２１、２２は任意単位で示され、一方の振幅にスケールが合わされている。  
この、度の位相角として示されている時間依存、すなわち、この図は、電力網の周波数における一周期を示している。  
磁束２１、２２は、それぞれの巻線における電流に比例する。  
磁束２１、２２は、三相電流の性質により、互いに対して１２０度だけシフトしている。
【００２８】
図２は、たとえば電力インバータと電力網との間に配置された三相のＡＣフィルタ１０を概略配線図で示している。  
このＡＣフィルタ１０は、インバータにおける３本の出力ラインに接続された３つの入力部１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、ニュートラルラインに接続されたさらなる入力部１１ｎとを有する。  
３つの出力部１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、電力網におけるそれぞれのラインにつながっている。  
このＡＣフィルタ１０は、３つの第１のインダクタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、３つの第２のインダクタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、３つのキャパシタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃとを備える。本発明によれば、第１のインダクタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、および／または、３つの第２のインダクタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、たとえば図１に示されている一体型インダクタ装置によって提供されてもよい。  
例として、図２のボックス１３は、この場合には３つの第１のインダクタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが一体となっていることを示している。  
この図では、一体型インダクタ装置において隣接している磁気ループａ、ｂ、ｃの巻線における異なる向きは、巻線記号の隣に星印で示されている。
【００２９】
図３には、２つの磁束２１および２２の合計となっている第３の磁束２３が示されている。  
この第３の磁束２３は、共有されているコア素子３のうちの一方における磁束の時間依存を表している。  
この磁束が、単一成分、すなわち、磁束２１、２２のいずれの磁束密度の最大値も超えないことは明らかである。  
このことにより、用いられている磁性材料の最大磁束密度を上まわることに対するリスクを冒すことなく、個々のコア素子の断面積に対して、共有されているコア素子３の断面積を減らすこと、すなわち、ディスクリート構成の単純な組み合わせにおける２つのブロックの値よりも小さい値に減らすことが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  巻線
２  個々のコア素子
３  共有されているコア素子
４  磁気ギャップ
５  さらなる磁気ギャップ
６  ボビン
７  ネジ
８  留め具
１０  ＡＣフィルタ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｎ  入力部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  出力部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  第１のインダクタ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  第２のインダクタ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  キャパシタ
２１，２２，２３  磁束
ａ，ｂ，ｃ  磁気ループ
【図１】
0006042975.tif 000002
【図２】
0006042975.tif 000003
【図３】
0006042975.tif 000004