(57)【要約】  本発明は、インダクタンス回路であって、（ａ）磁性材料からなる統合コア（２０）であって、フレーム（２１）と、バー（３０）に対して対称であり、バー（３０）の対称面に隣接し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するように前記フレーム（２１）の中心に配置されたバー（３０）とを備え、磁気ループの直線部分は表面積Ａを有する断面を有する、統合コア（２０）と、（ｂ）巻数Ｎを備える、コイル（４０）と、（ｃ）外部雰囲気に露出され、熱を逃がすことが意図されたフィン（５０）と、を備え、前記インダクタンス回路は、フィン（５０）が、前記フレーム（２１）の少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）に含まれており、前記バー（３０）の少なくとも一端の延長部分を形成することを特徴とする、インダクタンス回路に関連する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス回路であって、
（ａ）全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなるコア（２０）であって、フレーム（２１）と、バー（３０）に対して対称であり、バー（３０）の対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するように前記フレーム（２１）の中心に配置されたバー（３０）とを備え、前記フレーム（２１）の直線部分は面積Ａを有する断面を有し、前記バー（３０）は断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有する、コア（２０）と、
（ｂ）前記バー（３０）中に磁気誘導を生み出すように設計された巻数Ｎを備える、コイル（４０）と、
（ｃ）外部環境に露出され、熱を逃がすように設計されたフィン（５０）であって、前記コアと同じ磁性材料からなるフィンと、を備え、
前記フィン（５０）は、少なくとも部分的に、前記フレーム（２１）の少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）の内側であり、前記バー（３０）の少なくとも一端の延長部分に沿って位置していることを特徴とする、インダクタンス回路。
【請求項２】
前記フィン（５０）が、前記フレームの少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）中に形成された少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）の底部に位置し、前記少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）は前記フレーム（２１）の外側側面（２２）へと開き、前記フレーム（２１）の平面に垂直な方向に沿って一側から他側へと前記フレーム（２１）を通過する、請求項１に記載のインダクタンス回路。
【請求項３】
前記少なくとも一つの凹部（２４ａ、２４ｂ）が、その底部から前記フレーム（２１）の外側側面（２２）へと、外側に向かって先細になる、請求項２に記載のインダクタンス回路。
【請求項４】
前記少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）が、前記フレームの平面（２１）に垂直な方向に沿って一定の寸法でフレーム（２１）の平面に平行な部分を有し、前記部分は有利に台形であり、更に一層有利には等脚台形である、請求項３に記載のインダクタンス回路。
【請求項５】
前記インダクタンス回路（１０）のインダクタンスと公称インダクタンスＬとの相対的な差が５％未満であるように、好ましくは２％未満であるように前記フィン（５０）が配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項６】
前記少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）が、前記インダクタンス回路の動作中に、局所的な磁気インダクタンスが前記コア（２０）中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満であるゾーンである、請求項１から５のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項７】
前記フィン（５０）は前記フレーム（２１）によって規定された平面と平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項８】
各フィンによって開発された面積は、面積Ａの１０〜１００％の間である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項９】
前記少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）中に位置した前記フィンは、前記フレーム（２１）によって占められた体積を変えない、請求項１から８のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１０】
追加フィン（５１）が前記フレーム（２１）の外側側面（２２）上に追加される、請求項１から９のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１１】
前記バー（３０）の断面が正方形であり、前記フレーム（２１）の平面に垂直な方向に沿って左右にキャビティがそれを通過し、前記キャビティは、前記コイル（４０）の一部を形成するように導電体で充填されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１２】
前記フィン（５０）間の空間が金属材料で充填され、有利には、金属材料はアルミニウム及び銅から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のインダクタンス回路（１０）を備える、電力変換器。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の誘導回路の製造方法であって、
（ａ）動作中の前記インダクタンス回路（１０）の前記コア（２０）中の磁束線の理論マップを作成するステップであって、前記インダクタンス回路（１０）は所定のインダクタンス値Ｌを有し、前記コア（２０）は全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなり、前記コアは、フレーム（２１）と、バー（３０）に対して対称であり、前記バー（３０）の対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するように前記フレーム（２１）の中心に配置されたバー（３０）とを備え、前記フレーム（２１）の直線部分は面積Ａを有する断面を有し、前記バー（３０）は断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有するステップと、
（ｂ）磁気インダクタンスが前記コア（２０）中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満である、動作中のインダクタンス回路（１０）の、前記コア（２０）の体積内のゾーンを同定するために予め作成されたマップを使用するステップと、
（ｃ）ステップ（ａ）で検討された前記コア（２０）を製造するステップであって、ステップ（ｂ）で同定された体積のゾーンの少なくとも一部に前記フィン（５０）が少なくとも部分的に含まれており、前記フィン（５０）は前記バー（３０）の少なくとも一端の延長部分に沿って位置もしており、前記フィン（５０）は前記コア（２０）と同じ磁性材料からなるステップと、
（ｄ）前記コア（２０）の一部の周りに導体材料からなるコイル（４０）を形成するステップと、を備える製造方法。
【請求項１５】
追加フィンが前記フレーム（２１）の外側側面（２２）上に追加される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記フィン（５０）間の空間を金属材料で充填するためにステップ（ｃ）の後にステップ（ｃ１）が実施される、請求項１４又は１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記コア（２０）を製造するためのステップ（ｃ）が粉末射出成形によって行われる、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動的温度管理システムを含む一体コアを備えるインダクタンス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術で知られ、米国特許第６，９２０，０３９号で記述されたインダクタンス回路を示し、これは、
（ａ）全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなるコア１であって、フレーム２と、バーに対して対称であり、バーの対称面で接触し、実効長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するようにフレーム２の中心に配置されたバー３とを備え、磁気ループの直線部分は面積Ａを有する断面を有する、コア１と、
（ｂ）バー３の周りでＮ巻を備えるコイル４と、
（ｃ）外部環境に露出され、熱を逃がすように設計されたフィン５と、を含み、
フィンはコア１の外側側面に加えられている。
【０００３】
誘導回路は、大きさＡ、Ｉ、及びＮ、並びにコア１の透磁率μｒによって決定されるインダクタンスＬを有し、Ｌは以下の関係によって与えられる。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
換言すると、コア１の配置、より詳細には幾何学的因子Ｉ及びＡの比がインダクタンス回路のインダクタンス値を決定する。
【０００６】
そのようなインダクタンス回路は、例えば電力変換器に使用されてよく、その機能は、電力源による電圧及び電流出力を、電気システムに電力を供給するのに適合させることである。
【０００７】
電力変換器は、所定の周波数ｆでスイッチングするスイッチ（能動的構成要素）のように動作し、従って磁気励起コイルに電力を供給する電子部品も備える。
【０００８】
例えばＤＣ／ＤＣ変換器の場合、能動的構成要素は規則的な周期で入力電圧を「断ち切る（ｃｈｏｐ）」のに使用されるトランジスタである。ｄｃ出力電圧を出力するためには、インダクタンス回路は、各サイクルで電気エネルギーを蓄積し、復元し、出力電圧をその平均値に平滑化するためにも使用される。
【０００９】
動作中、能動的構成要素による電流出力が磁気励起コイル４を通過し、従って、コア１内に二つの対称的な閉じたループを備える磁束を生み出す。
【００１０】
図２に描かれたように、磁束は対称軸に沿ったバー３に由来し、フレーム２内でバー３の一端から対称的に流れ、バー３の他端へと戻る。
【００１１】
インダクタンス回路は、変換器の体積及びコストの最大４０％を占めることがある。
【００１２】
インダクタンス回路の体積は、高い透磁率、例えばμｒ＞５０を有する材料を備える磁性コアを使用することによって減らすことができる。高い透磁率を有する磁性材料の中で、フェライト型酸化物、より詳細には以下の材料に言及することができる：Ｍｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４及びＮｉ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４。
【００１３】
インダクタンス回路の体積は、インダクタンス回路の動作周波数を大きくすることによっても減らすことができる。例えば、能動的構成要素は、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるトランジスタを備えてよい。これらのトランジスタは１ＭＨｚ超のスイッチング周波数を達成することができる。これに関して、当業者はＡ．Ｍ．ＬＥＡＲＹによる文書［２］を参考にすることができる。
【００１４】
コア１を通過する磁束は、コアの加熱を引き起こす磁気損失を伴う。
【００１５】
コアの加熱はインダクタンス回路の性能を低下させることがあり、最終的にはそれを稼働させる。
【００１６】
高透磁率コアを形成する磁性材料の使用によって及び／又はインダクタンス回路の動作周波数を上げることによって恐らく生じたコア体積の減少は、この温度上昇を深刻にする。
【００１７】
その後、インダクタンス回路の動作中に生じる熱量を比較的良好に管理するために、放熱手段がインダクタンス回路に加えられる。
【００１８】
図１に示されたような放熱手段は、コア１と周囲の空気との間の交換表面積を増やすために、一般的に、フィン１ａの形状であり、コアの外側に配置され、前記コアの外側表面上に加えられる。
【００１９】
従って配置されたフィン５はコア１の幾何学的因子を変更せず、従って、インダクタンス回路の磁気インダクタンスの値を変えないままにしておく。しかし、これらの放熱手段は満足いくものではない。放散手段によって占有された体積は、インダクタンスの体積に付加的なものであり、その質量を増やしもする。更に、効率的であるために、フィン５は大きな交換面積を有さなければならず、従って、コアと比べて比較的大きな面積を占める。
【００２０】
しかし、いくつかの用途にとって、放熱手段を備えたインダクタンス回路が可能な限り小さな体積を占めるべきことが望ましい、又は不可欠でさえある。
【００２１】
それからインダクタンス回路は、特に航空分野及び自動車分野の最新技術で知られたものと同じ効率で動作する散逸を要求する。
【００２２】
より詳細に、放熱の管理も、５０超の透磁率を有する磁性コア１の使用及び／又は例えば１ＭＨｚ超の高周波数での前記回路の動作を要求する誘導回路について最適化されてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第６９２００３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
その結果、本発明の一つの目的は、より効率的な放熱手段を有する一方で、回路の体積及び質量の増加を制限するインダクタンス回路を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
それから、本発明の目的は、インダクタンス回路であって、
（ａ）全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなるコアであって、フレームと、バーに対して対称であり、バーの対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するようにフレームの中心に配置されたバーとを備え、フレームの直線部分は面積Ａを有する断面を有し、バーは断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有する、コアと、
（ｂ）バー中に磁気誘導を生み出すように設計された巻数Ｎを備えるコイルと、
（ｃ）外部環境に露出され、熱を逃がすように設計されたフィンであって、コアと同じ磁性材料からなるフィンと、を備え、
フィンは、少なくとも部分的に、フレームの体積の内側であり、バーの少なくとも一端の延長部分に沿って位置している、インダクタンス回路によって達成される。
【００２６】
フレームの少なくとも一部分の体積内に一切フィンを有しない場合、インダクタンス回路のインダクタンスは、大きさＡ、Ｉ、及びＮによって規定された公称インダクタンスと等しい。
【００２７】
更に、フィンを一切有しない誘導回路の動作中に、磁気誘導線も少なくとも一つの体積を通過する。
【００２８】
フレームの直線部分の断面は、各直線部分について同じであり、長方形である。
【００２９】
最新技術とは異なり、フィンは、従って、磁気誘導線の循環に関与するコアの体積の内部である。
【００３０】
出願人は、局所的な磁気誘導が非常に弱く、インダクタンス回路の磁気特性に非常に僅かな貢献しかしないゾーンが存在することを観測した。従って、出願人は、フィンを形成するためにコアにおけるこれらのゾーンの一つを使用することを提案する。これらの配置によって、出願人は著しい冷却度を得る。例えば、本発明に係るフィンが存在することによって、動作中の回路コアの温度を２５０℃から１１０℃に変更することができることを出願人は観測した。更に、フィンの存在は、公称インダクタンスと比べてインダクタンス回路のインダクタンスにほとんど影響を与えない、或いは全く影響を与えない。
【００３１】
このように、フィンはコアの体積中に直接形成される。フィンは、一切材料を加えることなく形成されてもよく、その結果、コアによって占有される体積が変わらない。
【００３２】
更に、コアの体積の内部であり、バーの延長部分に沿って配置されたフィンの配置によって、コアの最も高温なゾーンに非常に近い熱交換表面をつくることができる。
【００３３】
更に、１ＭＨｚより大きな周波数でインダクタンス回路を動作することは、もはや制限ではない。周波数の増加による温度の上昇は、本発明に係るフィンによって完璧に管理される。
【００３４】
一実施形態によると、フィンは、フレームの少なくとも一つの体積ゾーン中に形成された少なくとも一つの凹部の底部に位置し、前記少なくとも一つの凹部は前記フレームの外側側面上に開いており、フレームの平面に垂直な方向に沿って一側から他側へとフレームを通過する。
【００３５】
このように、凹部の形状によってフィンの表出が更に効率的となり、結果としてコアの更に良好な冷却がもたらされる。
【００３６】
一実施形態によると、少なくとも一つの凹部は、その底部からフレームの外側側面へと、外側に向かって先細になる（ｔａｐｅｒ）。
【００３７】
一実施形態によると、少なくとも一つの凹部は、前記フレームの平面に垂直な方向に沿って一定の寸法でフレームの平面に平行な部分を有し、この部分は有利に台形であり、更に一層有利には等脚台形である。
【００３８】
一実施形態によると、インダクタンス回路のインダクタンスと公称インダクタンスＬとの相対的な差が５％未満であるように、好ましくは２％未満であるようにフィンが配置される。
【００３９】
一実施形態によると、少なくとも一つの体積ゾーンは、インダクタンス回路の動作中に、局所的な磁気インダクタンスがコア中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満であるゾーンである。
【００４０】
一実施形態によると、フィンはフレームによって規定された平面と平行である。
【００４１】
一実施形態によると、各フィンによって開発された面積は、面積Ａの１０〜１００％の間である。
【００４２】
一実施形態によると、少なくとも一つの体積ゾーン中に位置したフィンは、フレームによって占められた体積を変えない。
【００４３】
一実施形態によると、追加フィンがフレームの外側側面上に追加される。
【００４４】
一実施形態によると、バーの断面は正方形（ｓｑｕａｒｅ）であり、フレームの平面と垂直な方向に沿って左右にキャビティがそれを通過し、キャビティは、コイルの一部を形成するように導電体で充填される。
【００４５】
一実施形態によると、フィン間の空間は金属材料で充填され、有利には、金属材料はアルミニウム及び銅から選択される。
【００４６】
本発明はインダクタンス回路を備える電力変換器にも関する。
【００４７】
本発明は、以下のステップを含むインダクタンス回路の製造方法にも関する。
（ａ）動作中のインダクタンス回路のコア中の磁束線の理論マップを作成するステップであって、前記インダクタンス回路は所定のインダクタンス値Ｌを有し、コアは全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなり、コアは、フレームと、バーに対して対称であり、バーの対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するようにフレームの中心に配置されたバーとを備え、フレームの直線部分は面積Ａを有する断面を有し、バーは断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有するステップ、
（ｂ）磁気インダクタンスがコア中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満である、動作中のインダクタンス回路の、前記コアの体積内のゾーンを同定するために予め作成されたマップを使用するステップ、
（ｃ）ステップ（ａ）で検討されたコアを製造するステップであって、ステップ（ｂ）で同定された体積のゾーンの少なくとも一部にフィンが少なくとも部分的に含まれており、フィンはバーの少なくとも一端の延長部分に沿って位置もしており、フィンはコアと同じ磁性材料からなるステップ、
（ｄ）コアの一部の周りに導体材料からなるコイルを形成するステップ。
【００４８】
一実施形態によると、追加フィンがフレームの外側側面上に追加される。
【００４９】
一実施形態によると、フィン間の空間を金属材料で充填するためにステップ（ｃ）の後にステップ（ｃ１）が実施される。
【００５０】
一実施形態によると、コアを製造するためのステップ（ｃ）は粉末射出成形によって行われる。
【００５１】
添付図面への参照と共に、非限定的な例として与えられる本発明に係るインダクタンス回路の製造方法の以下の記述において、他の特徴及び利点が明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来技術で知られたインダクタンス回路の図表示の平面図である。
【図２】従来技術で知られたインダクタンス回路中の磁束パスの図表示である。
【図３】従来技術で知られたインダクタンス回路に含まれる磁性コア中の実効磁路の図表示の平面図である。
【図４】本発明の一つの例示的な実施形態に係るインダクタンス回路の図表示の平面図である。
【図５】従来技術で知られたインダクタンス回路のコア中の磁気誘導線のマップである。
【図６ａ】従来技術で知られた放熱手段を有さないコア中の温度分布のシミュレーションである。
【図６ｂ】本発明の一つの例示的な実施形態に係るコア中の温度分布のシミュレーションである。
【図７】本発明の一つの例示的な実施形態に係るインダクタンス回路の図表示の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
異なる実施形態のそれぞれにおいて、記述を簡略化するために、同じ参照符号は同一の要素、又は同じ機能を果たす要素について使用される。
【００５４】
［定義］
実効磁気長Ｉ（実効磁路長）：
実効磁気長（Ｌｅｆｆ）は磁性コア中に含まれた閉曲線の長さとして定義され、平均磁場（Ｈａｖｅ）の循環は、回路を通過する電流の合計（巻数Ｎに公称電流Ｉを乗じたもの）と等しい（アンペールの法則）。換言すると、ＨａｖｅＬｅｆｆ＝Ｎ×Ｉである。実効磁路の例は図３に与えられる。この例では、コアは長方形のループを形成し、この構成に関連した実効磁路が破線で示されている。
【００５５】
断面：
断面は、細長い形状を有する要素の長手軸に垂直な平面の交差によってつくられる部分である。
【００５６】
公称インダクタンスＬ：
以下の関係式に従って、実効磁気長Ｉ、面積Ａ、及び巻数Ｎによって規定されるインダクタンスの値Ｌである。
【００５７】
【数２】
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【００５８】
図４は本発明に係るインダクタンス回路１０の例示的な実施形態を示す。コアと巻数Ｎとの幾何学的特徴によって規定されたインダクタンスＬＭを有するインダクタンス回路１０である。
【００５９】
本記述の残り部分は、インダクタンス回路１０の例を記述する。
【００６０】
本発明に係るインダクタンス回路１０は、コア２０を備える。
【００６１】
本発明に係るコア２０は全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなり、フレーム２１と、バー３０に対して対称であり、バー３０の対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するようにフレーム２１の中心に配置されたバー３０とを備え、磁気ループの直線部分は面積Ａを有する断面を有する
【００６２】
フレーム２１は、本記述の残りにおいてフレームの平面として言及する平面を規定する。フレーム２１の足跡（又は、フレームとフレームの平面に平行な平面との交差）は、面積Ｓを有する長方形である。
【００６３】
フレーム２１の直線部分における断面は、各直線部分について同じであり、有利には長方形である。
【００６４】
バー３０の断面は、正方形、長方形、又は円形でよい。
【００６５】
有利に、コア２０は５０超の透磁率を有する（μｒ＞５０）磁性材料を含む。
【００６６】
例えば、磁性材料はスピネル結晶構造を有するフェライト型酸化物を含むことができる。そのような材料の透磁率は、高周波数範囲内で安定している。最も頻繁に使用される磁性材料は、以下の式を満足する：
Ｍｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４及びＮｉ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４。
【００６７】
例えば、コア２０はＭｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４を含み、ｘは０．３から０．６の間であり、透磁率μｒはｘと共に変化し、５００から１０００の間である。
【００６８】
本記述の残りで提示されるコア２０についての一つの好ましい実施形態は、ＮｉＺｎ又はＭｎＺｎフェライトの粉末射出成形（ＰＩＭ）を含む。
【００６９】
有利に、フェライト型材料は電気抵抗率の高い値も有し、これによって誘導電流による損失を制限する。
【００７０】
Ｍｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４及びＮｉ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４材料は、工業規模で利用可能であるという利点も有する。
【００７１】
コア２０は厚さｅを有するフレーム２１を備える。フレーム２１の直線部分は面積Ａを有する断面を有する。
【００７２】
フレーム２１は外側側面２２を形成する四つの横方向の外面も備える。外側側面２２はフレームの平面に垂直である。
【００７３】
フレーム２１は、やはりフレームの平面に垂直な内側表面２３を形成する四つの内面を備える。
【００７４】
フレーム２１の全体積Ｖを、その体積の足跡によって規定する。より詳細に、フレーム２１の全体積Ｖは、従って、厚さｅと面積Ｓとの積である。フレーム２１の全体積Ｖもコア２０の全体積Ｖ’と等しい。
【００７５】
コア２０は面２Ａを有する断面を有するバー３０を備え（従って、面積２Ａを有する断面の面積は、フレームの直線部分の面積Ａを有する断面の面積の約二倍に等しい）、実効磁気長Ｉを有し、バー３０の対称面に対して接触する二つの対称磁気ループを形成するために、フレーム２１の内面２３の二つの対向面を接続する。
【００７６】
バー３０は、その長さに沿って延在する対称軸を備える（図４のＸＸ’軸によって表される）。
【００７７】
このように記述された構成はインダクタンス回路１０で使用されるコア２０の典型的な場合であり、型Ｅ−Ｅ構成という用語が通常使用され、又は、二つの部分のＥ−Ｅ型構成が使用される場合もある。
【００７８】
そのような構成は、二つの半部を組み立てることによって通常得られる。各半部は、半フレーム及び半バーを備える。
【００７９】
半バーは半フレームの二つの横方向の半部よりも短い場合がある。従って、二つの半バーによって形成されたバー３０は、エアギャップを有する。
【００８０】
インダクタンス回路１０は、巻数Ｎを備える磁気励起コイル４０を備える。磁気励起コイル４０を電流が通過する場合、バー３０中に磁気誘導が形成される。コイル４０中のＮ巻がバー３０の周りに形成され得る。        
【００８１】
磁気励起コイル４０は、金属、例えば銅からなる。磁気励起コイル４０は、Ｎ巻を形成するためにバー３０の周りに巻かれた連続ワイヤを備える。
【００８２】
コア２０は放熱手段を備える。
【００８３】
放熱手段は外部環境に露出されたフィン５０の形態でよい。
【００８４】
特に有利に、フィン５０は、コア２０と同じ磁性材料から作られる。
【００８５】
フィン５０はコア１０の外部環境との熱交換表面積を増やし、それによって、インダクタンス回路１０が動作している時の冷却を更に効率的にする。
【００８６】
本発明によると、フィン５０は、少なくとも部分的にフレーム２１の少なくとも一つの体積ゾーンの内側であり、バー３０の少なくとも一端の延長部分に沿って位置する。
【００８７】
少なくとも一つの体積ゾーンは、第一体積ゾーン２４ａと第二体積ゾーン２４ｂとを含んでよい。
【００８８】
例えば、コアは、フレーム２１の第一体積ゾーン２４ａと第二体積ゾーン２４ｂとに少なくとも部分的に含まれた、２セットのフィン５０が取り付けられている。
【００８９】
第一体積ゾーン２４ａと第二体積ゾーン２４ｂとは、バー３０の中心を通過し前記バー３０の長手軸に垂直な平面に対して対称に配置されてよい。
【００９０】
有利に、フィン５０はフレーム２１の少なくとも一つの体積ゾーン中に形成された凹部の底部に配置され、前記少なくとも一つの凹部は前記フレーム２１の外側側面２２上に開いている。
【００９１】
少なくとも一つの凹部は、第一凹部２５ａ及び第二凹部２５ｂを備えることができる。
【００９２】
第一凹部２５ａ及び第二凹部２５ｂは、それぞれ第一体積ゾーン２４ａ及び第二体積ゾーン２４ｂに含まれる。
【００９３】
有利に、各凹部２５ａ及び２５ｂは、前記フレーム２１の平面に垂直な方向に沿って左右にフレーム２１を通過する。
【００９４】
図４に示された例では、各凹部２５ａ及び２５ｂは、フレーム２１が開くフレーム２１の横方向の外面と平行な平底を含んでよい。
【００９５】
それからフィン５０のセットは各凹部２５ａ及び２５ｂの底部から突き出す。
【００９６】
従って、少なくとも一つの凹部の底部上のフィン５０の配置は、交換面積を増やすことができ、それを可能な限りバー３０に近づける。
【００９７】
出願人は、インダクタンス回路１０が動作している際に生じる、バー３０中の最も大きな温度上昇を観測した。例えば、図６ａは、放熱手段を有しない、動作中の、従来技術で知られたインダクタンス回路のコア１の温度分布を示す。表１は検討されたコアの一般的な特徴を含む。
【００９８】
【表１】
2019504488.tif 000005
【００９９】
それから、コア１が、２５０℃の温度に到達する（バー３の）高温ゾーンＢを備える一方で、コア１の横ゾーンＣ１及びＣ２で観測された温度は１７０度未満であることが分かる。
【０１００】
更に、従来技術、より詳細にはＵＳ６，９２０，０３９Ｂ２に係る解決法とは異なり、本発明に係るフィン５０の構成は大きな体積増加を必要としない。
【０１０１】
有利に、フィン５０は、それらが支持される底部平面に垂直でよい。
【０１０２】
やはり有利に、フィン５０は少なくとも一つの凹部によって規定された体積中に全体が含まれてよい。図４の例では、放熱手段の追加は、コア２０の体積の増加をもたらしていない。
【０１０３】
このようにコア２０の全体積は影響を受けない。
【０１０４】
代替的に、フィン５０は少なくとも一つの凹部によって規定された体積を超えて延在できる。
【０１０５】
このように、最も長いフィンがコア２０の外部環境との交換表面積を増やし、従って、誘導デバイスが動作している時に誘導デバイス１の冷却を更に効率的にする。
【０１０６】
一つの特に有利な実施形態によると、第一凹部２５ａ及び第二凹部２５ｂは、各凹部の底部から、それらが開く横方向の外面に向かって外側へと先細になる。このようにして、図６ｂに描写されたように、より良好な表出がフィン５０で提供される。各凹部２５ａ及び２５ｂは、前記フレーム２１の平面に垂直な方向に沿って一定の寸法を有するフレーム２１の平面に平行な部分を有する。前記部分は台形でよく、より詳細には等脚台形でよい。
【０１０７】
フィン５０はフレーム２１によって規定された平面に平行又は垂直でよい。
【０１０８】
変形例として、凹部は、非限定的にＶ又はＵ形状の部分を有してよい。凹部は、体積ゾーンの部分と一致する部分も有することができ、例えば、凹部は体積ゾーンの形状と適合してよい。
【０１０９】
このように、フレーム２１の体積ゾーンの内部の側表面２２から延在し、前記第一ゾーンはバー３０の延長部分に沿って位置するフィン５０は、コアの高温領域に可能な限り近い熱交換領域をつくることができる。
【０１１０】
第二の例によると、図６ｂは、本発明の別の実施形態に係る放熱手段が取り付けられたインダクタンス回路の温度のシミュレーションマップを示す（フィン５０はコアの体積Ｖから突出する）。そして１１０℃の温度がバー（ゾーンＣ１及びＣ２）と、フレーム（ゾーンＢ）の両方で観測される。温度は、はるかに低温であるだけでなく、コア内ではるかに均一でもある。
【０１１１】
そして、本発明に係るコア２０中のフィン５０の形成は、その効率を散熱の観点で最適化するように行われ、一方で、インダクタンス回路のインダクタンスに穏やかな影響しか有しない。
【０１１２】
有利に、インダクタンス回路１０のインダクタンスに穏やかな影響しか有しないように、フィン５０が配置される。好ましくは、インダクタンス回路１０のインダクタンスＬＭと公称インダクタンスＬとの差は、５％未満であり、更に一層好ましくは２％未満である。
【０１１３】
以下の手順は、本発明に係るインダクタンス回路１０のインダクタンスと、放熱手段なしの同じインダクタンス回路のインダクタンスとの差を最小化するように選択され得る。
【０１１４】
第一ステップにおいて、インダクタンス回路は、放熱手段なしで検討され、そのコアの幾何学的パラメータＡ及びＩと、コイル中の巻数Ｎとによって特徴づけられる。
【０１１５】
それから例えば有限要素計算プログラムを用いて、ステップ１で決定された対照配置を考慮しつつ、コア中の磁気フロー線のマップが正確に計算される。二次元又は三次元の有限要素デジタルシミュレーションは、その主題の専門家に周知であり、本記述には詳細に記述されない。局所的な磁気誘導が前記コア中の磁気誘導の平均値の５％未満残るコア中のゾーンが、図５で黒く同定されている。
【０１１６】
図５に描写された例では、コアの体積の第一部分が、有利に、磁気誘導がコア中の磁気誘導の平均値の５％未満残るゾーンで同定され、バーの少なくとも一端の延長部分に沿って位置している。
【０１１７】
この方法は、コア中にフィン５０を作ることができるコアの体積中のゾーンの詳細な同定を提供し、一方で、検討されるインダクタンス回路のインダクタンスにほどほどの修正しか行わない。
【０１１８】
特に有利に、フィン５０は、インダクタンス回路１０が動作しているときに形成され得る力線と平行である。従って、前記回路のインダクタンスと公称インダクタンスとの差を小さくすることができる。
【０１１９】
更に、各フィンの開発された表面は、面積Ａの１０から１００％、例えば３０％でよい。
【０１２０】
フィン５０の深さは、面積Ａの平方根の１０から５０％、例えば３０％でよい。
【０１２１】
バー３０が６ｍｍと等しい直径を有する円柱状であるコアについて。
【０１２２】
フィン５０の幅は０．１から２ｍｍ、例えば１ｍｍでよい。
【０１２３】
フィン５０の間隔は０．１から０．５ｍｍ、例えば０．２ｍｍでよい。
【０１２４】
フィン５０の形状は、長方形、又は三角形、又は曲線でよい。
【０１２５】
特に有利な方法では、ステップ（ｃ１）中のフィン５０間の空間は、銅又はアルミニウム等の良好な熱伝導体である非磁性材料で充填されてよい。従って、この実施形態によると、コア２０を効率的に冷却するための熱橋（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｒｉｄｇｅ）を作ることができる。
【０１２６】
追加フィン５１は、コアの交換表面積を更に増やすために、くぼんだ表面上以外のフレーム２１の外側側面２２上に追加されてよい。
【０１２７】
特に有利に、追加フィン５１はコア２０と同じ磁性材料からなる。
【０１２８】
コア２０は実効磁気長Ｉの５％よりも薄いエアギャップを備えてよい。
【０１２９】
有利に、エアギャップはバー３０の中心に配置される。
【０１３０】
上述の通り、コア２０はフェライトの粉末射出成形によって形成されてよい。この主題の専門家は、粉末射出成形法の詳細についての情報を、特許ＦＲ２９７０１９４［３］に見つけることができる。この技術は、有機材料（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン）と、無機粉末（例えば、目的用途のために、フェライト型酸化物、例えばＭｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４及びＮｉ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４）を含むマスター混合物が形成される第一ステップを含む。
【０１３１】
それからマスター混合物は型に注入され、それに要求された形状を与える。それから有機材料を除去するために、成型部品は４００から７００℃の温度（例えば５００℃）で脱バインダされる。そして脱バインダステップに続いて、９００から１３００℃の間の温度（例えばＭｎ１−ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４フェライト酸化物については１２２０℃）で焼結ステップが実施され、従って、このように形成された部品の密度が高まる。そしてコアは一体から作られてよく、或いは、複数の部品のアセンブリ（例えば、二つのＥ形状片、又はＥ形状及びＩ形状、又はＵ形状及びＩ形状のアセンブリ）からなってもよい。コアの製造方法によって、一又は複数の型が必要であるかもしれない。
【０１３２】
フィン５０間の空間は、ステップ（ｃ１）中に、導体材料によって、当分野の専門家に周知でありＲｕｈ著の文献［４］に記述されたインサート成形技術を用いて充填される。
【０１３３】
図７に示されるように、バー３０は正方形の断面を有してよく、キャビティ４１ａ及び４１ｂは、フレーム２１の平面に垂直な方向に沿って一側から他側へと通過することができ、それぞれコアの二つの側面３１及び３２と近接する。そしてキャビティ４１ａ及び４１ｂは、バー３０中に埋め込まれることになるコイル４０の一部を形成するように（例えばインサート成形によって）導体材料（例えば、銅又はアルミニウム）を用いて充填される。そして、例えばフレーム２１の平面に平行なバー３０の面のそれぞれに金属パッド４２を追加することによって、コイル４０が完成する。前記パッド４２のそれぞれは、バー３０中に磁気誘導を生み出すのに適合された連続コイルを形成するように、キャビティ４１ａをキャビティ４１ｂに接続する。
【０１３４】
従って、コイルの巻は、部分的にバーの体積内を通る。コイルは（ジュール効果による）エネルギー散逸の場所でもあるので、バー中の巻の部分的な埋め込みも、本発明に係るフィン５０を通ってコイルによって放出された熱の散逸を改善する。
【０１３５】
このように本発明に係る放熱手段はインダクタンス回路で生み出された熱を効率的に散逸することができる。そしてインダクタンス回路の動作温度は下がり、コア中の異なる点ではるかに均一である。
【０１３６】
本発明に係る放熱手段の使用は、誘導回路の全体積を適度にだけ減らすか、全く減らさない。最先端技術で知られた手段と異なり、前記放熱手段はコアの体積内に位置している。換言すると、最先端技術と異なり、放熱手段は少量の材料の付加を要求するだけであるか、又は全く要求しない。
【０１３７】
より詳細に、放熱手段は、動作中の誘導回路のコアの体積の残りと比べて磁気インダクタンスが低いコアの領域に配置される。
【０１３８】
本発明に係る放散手段は、比較的高周波数、有利に１ＭＨｚ超でインダクタンス回路を使用することを想定することを可能にもする。
【０１３９】
［参考文献］
［１］ＵＳ６，９２０，０３９Ｂ２．
［２］Ａ．Ｍ．ＬＥＡＲＹ著、「Ｓｏｆｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＪＯＭ、６４巻、７号、２０１２年７月、７７２〜７８１頁
［３］ＦＲ２９７０１９４
［４］Ｒｕｈ著、「Ｔｈｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｗｏ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｍｉｃｒｏ  ｐｏｗｄｅｒ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｍｏｕｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｉｎｔｅｒ  ｊｏｉｎｉｎｇ」、Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．、２０１１年、１７：１５４７〜１５５６頁
【図１】
2019504488.tif 000006
【図２】
2019504488.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月19日(2018.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス回路であって、
（ａ）全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなるコア（２０）であって、フレーム（２１）と、バー（３０）に対して対称であり、バー（３０）の対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するように前記フレーム（２１）の中心に配置されたバー（３０）とを備え、前記フレーム（２１）の直線部分は面積Ａを有する断面を有し、前記バー（３０）は断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有する、コア（２０）と、
（ｂ）前記バー（３０）中に磁気誘導を生み出すように設計された巻数Ｎを備える、コイル（４０）と、
（ｃ）外部環境に露出され、熱を逃がすように設計されたフィン（５０）であって、前記コアと同じ磁性材料からなるフィンと、を備え、
前記フィン（５０）は、少なくとも部分的に、前記フレーム（２１）の少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）の内側であり、前記バー（３０）の少なくとも一端の延長部分に沿って位置していることを特徴とする、インダクタンス回路。
【請求項２】
前記フィン（５０）が、前記フレームの少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）中に形成された少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）の底部に位置し、前記少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）は前記フレーム（２１）の外側側面（２２）へと開き、前記フレーム（２１）の平面に垂直な方向に沿って一側から他側へと前記フレーム（２１）を通過する、請求項１に記載のインダクタンス回路。
【請求項３】
前記少なくとも一つの凹部（２４ａ、２４ｂ）が、その底部から前記フレーム（２１）の外側側面（２２）へと、外側に向かって先細になる、請求項２に記載のインダクタンス回路。
【請求項４】
前記少なくとも一つの凹部（２５ａ、２５ｂ）が、前記フレームの平面（２１）に垂直な方向に沿って一定の寸法でフレーム（２１）の平面に平行な部分を有する、請求項３に記載のインダクタンス回路。
【請求項５】
前記インダクタンス回路（１０）のインダクタンスと公称インダクタンスＬとの相対的な差が５％未満であるように、前記フィン（５０）が配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項６】
前記少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）が、前記インダクタンス回路の動作中に、局所的な磁気インダクタンスが前記コア（２０）中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満であるゾーンである、請求項１から５のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項７】
前記フィン（５０）は前記フレーム（２１）によって規定された平面と平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項８】
各フィンによって開発された面積は、面積Ａの１０〜１００％の間である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項９】
前記少なくとも一つの体積ゾーン（２４ａ、２４ｂ）中に位置した前記フィンは、前記フレーム（２１）によって占められた体積を変えない、請求項１から８のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１０】
追加フィン（５１）が前記フレーム（２１）の外側側面（２２）上に追加される、請求項１から９のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１１】
前記バー（３０）の断面が正方形であり、前記フレーム（２１）の平面に垂直な方向に沿って左右にキャビティがそれを通過し、前記キャビティは、前記コイル（４０）の一部を形成するように導電体で充填されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１２】
前記フィン（５０）間の空間が金属材料で充填される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインダクタンス回路。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のインダクタンス回路（１０）を備える、電力変換器。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の誘導回路の製造方法であって、
（ａ）動作中の前記インダクタンス回路（１０）の前記コア（２０）中の磁束線の理論マップを作成するステップであって、前記インダクタンス回路（１０）は所定のインダクタンス値Ｌを有し、前記コア（２０）は全体積Ｖを有する一体の磁性材料からなり、前記コアは、フレーム（２１）と、バー（３０）に対して対称であり、前記バー（３０）の対称面で接触し、実効磁気長Ｉを有する、二つの長方形の磁気ループを形成するように前記フレーム（２１）の中心に配置されたバー（３０）とを備え、前記フレーム（２１）の直線部分は面積Ａを有する断面を有し、前記バー（３０）は断面Ａの二倍と等しい断面２Ａを有するステップと、
（ｂ）磁気インダクタンスが前記コア（２０）中の磁気インダクタンスの平均値の５％未満である、動作中のインダクタンス回路（１０）の、前記コア（２０）の体積内のゾーンを同定するために予め作成されたマップを使用するステップと、
（ｃ）ステップ（ａ）で検討された前記コア（２０）を製造するステップであって、ステップ（ｂ）で同定された体積のゾーンの少なくとも一部に前記フィン（５０）が少なくとも部分的に含まれており、前記フィン（５０）は前記バー（３０）の少なくとも一端の延長部分に沿って位置もしており、前記フィン（５０）は前記コア（２０）と同じ磁性材料からなるステップと、
（ｄ）前記コア（２０）の一部の周りに導体材料からなるコイル（４０）を形成するステップと、を備える製造方法。
【請求項１５】
追加フィンが前記フレーム（２１）の外側側面（２２）上に追加される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記フィン（５０）間の空間を金属材料で充填するためにステップ（ｃ）の後にステップ（ｃ１）が実施される、請求項１４又は１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記コア（２０）を製造するためのステップ（ｃ）が粉末射出成形によって行われる、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【国際調査報告】
2019504488.tif 000014
2019504488.tif 000015
2019504488.tif 000016
2019504488.tif 000017