(57)【要約】      （修正有）【課題】中空トロイダル磁気コアの磁気飽和を防ぎ環状ギャップ及びトロイダルギャップが磁気パワーユニットの性能に基づいて選択される、同じ中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた少なくとも二つの独立したトロイダルコイルをもつ中空トロイダル磁気パワーユニットを提供する。【解決手段】第一のトロイダル溝を有する第一の部分的トロイダルコア１０と、重なり合う第二の部分的トロイダルコア２０とを含む中空トロイダル磁気コア及び中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた少なくとも一つのトロイダルコイル３０及び第一のトロイダル溝に含まれる巻型４２に巻き付けられた少なくとも一つの環状軸方向コイル４０を含み中空トロイダル磁気コアが、第一及び第二の部分的トロイダルコアの間に画定された環状ギャップと、少なくとも第一の部分的トロイダルコア１０の二つの対向壁中の途切れもしくは開口部によって画定されるトロイダルギャップ５２とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側円柱面（２）と、管状内側通路（４）を包囲する内側円柱面（３）とを画定する、中心軸（Ａ）と同心の中空トロイダル磁気コア（１）；
前記中空トロイダル磁気コア（１）は第一の部分的トロイダルコア（１０）及び第二の部分的トロイダルコア２０を含み、前記第一及び第二の部分的トロイダルコア（１０、２０）は重なり合い、互いに対面し；
前記第一の部分的トロイダルコア（１０）は、第二の部分的トロイダルコア（２０）に対面する第一の部分的トロイダルコア（１０）の面を介してアクセス可能な、中心軸（Ａ）と同心の第一のトロイダル溝（１１）を有する；
中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた絶縁電気伝導性導線でできた少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）；
第一のトロイダル溝（１１）に含まれる巻型（４２）に巻き付けられた絶縁電気伝導性導線でできた少なくとも一つの環状軸方向コイル（４０）
を含む中空トロイダル磁気パワーユニットであって、
中空トロイダル磁気コア（１）が、第一及び第二の部分的トロイダルコア（１０、２０）の間で中心軸（Ａ）に対して垂直な面に画定された環状ギャップ（５１）と、少なくとも第一の部分的トロイダルコア（１０）の環状連続部の途切れによって、又は少なくとも第一の部分的トロイダルコア（１０）の外側円柱面（２）に設けられた通路開口によって画定されたトロイダルギャップ（５２）とを含み、前記トロイダルギャップ（５２）が、中心軸（Ａ）と平行かつ一致する面に画定されて、中空トロイダル磁気コア（１）の磁気飽和を防ぎ；
中空トロイダル磁気パワーユニットが電気絶縁性支持ベース（６０）上に組み立てられ、前記支持ベース（６０）が複数対の金属接続端子（６１）を含み、金属接続端子（６１）の各対が、一つのトロイダルコイル（３０）又は一つの環状軸方向コイル（４０）を構成する一つの導線の各端に接続され；
各環状軸方向コイル（４０）を金属接続端子（６１）の各対と接続する導線が、中空トロイダル磁気コア（１）の外側円柱面（２）に設けられた通路開口（１２）を通して、前記中空トロイダル磁気コア（１）と電気的に接触することなく、第一のトロイダル溝（１１）に導入され、
前記環状ギャップ（５１）及びトロイダルギャップ（５２）のサイズが磁気パワーユニットの性能に基づいて選択されることを特徴とする、中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項２】
中空トロイダル磁気コア（１）が磁気電気伝導性材料でできており、少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）及び少なくとも一つの環状軸方向コイル（４０）が、中空トロイダル磁気コア（１）に対し、電気絶縁体要素（７０）によって電気的に絶縁されている、請求項１記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項３】
環状ギャップ（５１）が第一及び第二の部分的トロイダルコア（１０、２０）の間に画定され、前記第一及び第二の部分的トロイダルコア（１０、２０）が、それらの間に配置されたスペーサ（５０）によって、又は、互いに対面する第一及び第二の部分的トロイダルコア（１０、２０）の面から突出する突起によって画定されるスペーサ（５０）によって、又は巻型（４２）の内壁から突出する突起によって離間される、請求項１記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項４】
第二の部分的トロイダルコア（２０）が、第一の部分的トロイダルコア（１０）に対面する第二の部分的トロイダルコア（２０）の面を介してアクセス可能な、中心軸（Ａ）と同心の第二のトロイダル溝（２１）を有し、巻型（４２）が第二のトロイダル溝（２１）にも含まれる、請求項１又は３記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項５】
少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）と中空トロイダル磁気コア（１）との間に提供された電気絶縁体要素（７０）が、
中空トロイダル磁気コア（１）を包囲する中空トロイダルシェル；又は
一緒に結合される二つのトロイダルシェルによって形成されて中空トロイダル磁気コア（１）を包囲する、中空トロイダル磁気コア（１）を包囲する中空トロイダルシェル
である、請求項１、２、３又は４記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項６】
少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）と中空トロイダル磁気コア（１）との間に提供された電気絶縁体要素（７０）が、中空トロイダル磁気コア（１）の周囲にオーバーモールド成形された電気絶縁体材料である、請求項１、２、３又は４記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項７】
少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）と中空トロイダル磁気コア（１）との間に提供された電気絶縁体要素（７０）が、前記電気絶縁体要素（７０）で覆われた導線である、請求項１、２、３又は４記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項８】
少なくとも一つの環状軸方向コイル（４０）と中空トロイダル磁気コア（１）との間に配置された電気絶縁体要素（７０）が、電気絶縁材料でできた前記巻型である、請求項１〜７のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項９】
前記少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）が少なくとも二つの独立したトロイダルコイル（３０）であり、一方の独立したトロイダルコイル（３０）の各単一巻回が他方の独立したトロイダルコイル（１）の連続的な巻回の間に配置されている、請求項７記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのトロイダルコイル（３０）が二つの独立したトロイダルコイル（３０）であり、各独立したトロイダルコイル（３０）が中空トロイダル磁気コア（１）の異なる円形セクタに巻き付けられている、請求項１〜８のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの環状軸方向コイル（４０）が、等しい直径を有し、中心軸（Ａ）の方向に離間し、電気的に絶縁されている少なくとも二つの独立した環状軸方向コイル（４０）である、請求項１〜１０のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１２】
中空トロイダルコイル（３０）を含む磁気パワーユニットが、オーバーモールド成形された電気絶縁体材料で覆われて、金属接続端子（６１）の対を覆われない状態に残している、請求項１〜１１のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１３】
中空トロイダル磁気コア（１）がマンガン亜鉛合金でできている、請求項１〜１２のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１４】
熱伝導要素（８０）が中空トロイダル磁気コア（１）の内側通路（４）に挿入され、中空トロイダル磁気パワーユニットと熱的に接触し、前記熱伝導要素（８０）が、ヒートシンクを含む冷却構造に組み込まれている、請求項１〜１３のいずれか１項記載の中空トロイダル磁気パワーユニット。
【請求項１５】
前記磁気電気伝導性材料がＭｎＺｎ系フェライト及びＦｅ−Ｓｉ合金の中から選択される、請求項２記載の中空トロイダルパワーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つ又は二つの独立した誘導子を提供する、中空トロイダル磁気ユニットに巻き付けられた一つ以上の独立したトロイダルコイルと、シングル又はダブル（たとえばコモンモード）チョーク構造を提供する、中空トロイダル磁気コアによって画定される中心軸に巻き付けられた一つ以上の環状軸方向コイルとを含む中空トロイダル磁気コアを含む組み込み型中空トロイダル磁気パワーユニットに関する。本発明の範囲内で、一つ以上のトロイダルコイル及び環状軸方向コイルの巻線が直交するならば、一つ以上のトロイダルコイル及び環状軸方向コイルを有する他の構成が可能である。
【０００２】
環状軸方向コイルは中空トロイダル磁気コア内に組み込まれ、又は完全に収容されて、より良好な性能及びコンパクトな構造を達成する。この構造は、従来技術では一つの独立したコイルをそれぞれ使用する軟らかい磁気コアを、ここでは二つの独立した電気部品のように作用するただ一つの磁気装置に巻き付けられる二つの独立した部品としてより効率的に使用する。
【０００３】
この磁気パワーユニットは、たとえば、電力分野で電力変圧器又は誘導子として使用されるのに特に適合され、高パワー電気装置を作動させるのに適し、特に、現今急成長しているハイブリッド及び電気自動車（ＥＨＶ）の分野で使用可能である。新たなモデルの電気自動車は、速度及びトルク制御を有する電気モータ供給のためだけでなく、高電圧（ＨＶ）充電器及び安定した車内連続低電圧（ＬＶ）電源のためにも、ますます多くのパワー電子部品を内部に必要とする。ある実施形態においては、電気自動車中のＨＶ電池とＨＶ部品との間の中間接続ボックスのために提案された磁気パワーが設計された。
【０００４】
本発明の中空トロイダル磁気パワーユニットは、磁気ユニットにおける新たな容積効率概念に応える。
【０００５】
本明細書にしたがって、幾何学的位置、たとえば平行、垂直、正接などの参照は、この用語によって定義される理論的位置からの±５°までの逸脱を許すということが理解されよう。また、所与の値の範囲は極値においては最適でないこともあり、そのような極値への本発明の適合を要することもあり、そのような適合は当業者の技術範囲内であるということが理解されよう。
【背景技術】
【０００６】
ＵＳ４２１０８５９は、磁気コアと、そのコア内のすべてのポイントで二つの（図１〜３を参照）実質的に直交の磁場を発生させるための巻線とを含む誘導装置を開示している。典型的なポットコアが図１に示されている。フェライト、磁性鉄鋼又は他の強磁性材料でできていることができるコアは、外側円柱形ポット壁３０、中心ポスト３２及びポットカバー３４を含む。ポット壁３０と中心ポスト３２との間に環状の空間４０が形成されている。この空間中に、適当な寸法の電線の一つ以上のコイルを支持するボビン（図示せず）が配置される。ポストホール３６及びカバーホール３８はトロイドの中心ホールとみなすことができるため、中心ホールを一方向に通過し、ポット壁３０の外を回って戻るさらなる巻線をポットコアに提供することが可能である。そのような巻線は、ポットコア材料によって完全には収容されないため、タイプＡの巻線である。
【０００７】
同出願人のＥＰ特許出願１６００２３５４は、特に電力変圧器の場合に磁気パワーユニットのコアから発生するフーコー電流によって発生する熱を除去するために特殊な溶液が提供されているコンパクトな磁気パワーユニットを開示している。この特許出願の図５は、内部ハウジング（その内側にコイルが巻かれている）を有するポット形状の磁気コアを有する実施形態を示す。好ましくは、磁気コアには外部から二つのコイルが巻き付けられる。
【０００８】
本発明は、前記実施形態の提案をさらに発展させ、中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた、切り離され、電気的に絶縁された二つの環状軸方向コイルを有する実施形態を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、技術水準において公知であるような、
・外側円柱面と、管状内側通路を包囲する内側円柱面とを画定する、中心軸と同心の中空トロイダル磁気コア；
・前記磁気コアは第一の部分的トロイダルコア及び第二の部分的トロイダルコアを含み、第一及び第二の部分的トロイダルコアは重なり合い、互いに対面し；
・前記第一の部分的トロイダルコアは、第二の部分的トロイダルコアに対面する第一の部分的トロイダルコアの面を介してアクセス可能な、中心軸と同心の第一のトロイダル溝を有する；
・中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた絶縁電気伝導性導線でできた少なくとも一つのトロイダルコイル；
・第一のトロイダル溝に含まれる巻型に巻き付けられた絶縁電気伝導性導線でできた少なくとも一つの環状軸方向コイル
を含む、非常にコンパクトな中空トロイダル磁気パワーユニットに関する。
【００１０】
理解されるように、磁気コアとは、磁場を閉じ込め、誘導する能力を有する高透磁率材料でできた要素である。
【００１１】
本発明にしたがって、中空トロイダル磁気コアは、アタッチメントによって層構造の複合コアとして一緒に組み立てられた、第一及び第二の部分的トロイダルコアに対応する少なくとも二つの異なる部分的磁気コアによって形成される。
【００１２】
引用された文献ＵＳ４２１０８５９による技術水準においては、第一の部分的トロイダルコアが、その中に画定されたトロイダル溝を有し、前記第一の部分的トロイダルコアが、Ｕ字形部分から得られる回転体であるということが公知である。この文献にしたがって、環状軸方向コイルを、第一のトロイダル溝に含まれる巻型に巻き付けることが公知である。この特徴は、巻型の周囲への環状軸方向コイルの容易な巻き付け操作及び第一のトロイダル溝への前記巻かれた巻型の後方挿入を可能にする。
【００１３】
トロイダルコイルは、各巻回を内側通路に通し、各巻回が内側円柱面及び外側円柱面を横切るようにしながら巻かれるコイルである。
【００１４】
環状軸方向コイルは、中空トロイダル磁気コアの中心軸に巻き付けられるコイルである。
【００１５】
本発明は、革新的な特徴として、技術水準からは知られない以下の特徴を提案する：
・中空トロイダル磁気コアは、第一及び第二の部分的トロイダルコアの間で中心軸に対して垂直な面に画定された環状ギャップと、少なくとも第一の部分的トロイダルコアの環状連続部の途切れによって、又は少なくとも第一の部分的トロイダルコアの外側円柱面に設けられた通路開口によって画定されたトロイダルギャップとを含み、前記トロイダルギャップは、中心軸と平行かつ一致する面に画定されて、中空トロイダル磁気コアの磁気飽和を防ぎ；
・中空トロイダル磁気パワーユニットは電気絶縁性支持ベースに取り付けられ、前記支持ベースは複数対の金属接続端子を含み、金属接続端子の各対は、一つのトロイダルコイル又は一つの環状軸方向コイルを構成する一つの導線の各端に接続され；
各環状軸方向コイルを金属接続端子の各対と接続する導線は、中空トロイダル磁気コアの外側円柱面に設けられた通路開口を通して、前記中空トロイダル磁気コアと電気的に接触することなく、第一のトロイダル溝に導入され；
前記環状ギャップ及びトロイダルギャップのサイズは磁気パワーユニットの性能に基づいて選択される。
【００１６】
好ましい実施形態において、中空トロイダル磁気コアは電気伝導性材料でできており、少なくとも一つのトロイダルコイル及び少なくとも一つの環状軸方向コイルは、中空トロイダル磁気コアに対し、電気絶縁体要素によって電気的に絶縁されている。
【００１７】
少なくとも一つのトロイダル及び環状軸方向コイルが中空トロイダル磁気コアから電気的に絶縁されているため、中空トロイダル磁気コアは、磁気伝導性材料だけでなく、磁気電気伝導性材料でできていることもできる。
【００１８】
本明細書に開示される磁気コアは、たとえば、フェライト、強磁性材料又はＰＢＭ（ポリマー結合軟質磁性材料）注入可能材料（電磁的性質を示されるような）の中から選択される材料でできていることができる。そのうえ、本発明の設計（単一の磁気コアの周囲にいくつかの直交コイルがある）のおかげで、コア材料の重大な節約が得られる。
【００１９】
典型的には、競合的な価格でより高い透磁率を有する最良の磁気伝導性材料は電気伝導性材料でもある（典型的にはＭｎＺｎ系フェライト及びＦｅ−Ｓｉ合金）。このパワーユニットは、高パワー回路に接続されるように設計されている。したがって、中空トロイダル磁気コアを構成する材料の高められた磁気飽和限界及び透磁率が、パワーユニットのサイズ及び前記パワーユニットによって管理されるパワー限界を決定する。したがって、トロイダル及び環状軸方向コイルの絶縁は、中空トロイダル磁気コアに最良の材料の選択を可能にして、より小さく、より高性能のパワーユニットを達成する。
【００２０】
記載された環状及びトロイダルギャップは、中空トロイダル磁気コアによって収容され、誘導される磁場のための出口路を画定する。
【００２１】
環状ギャップは、中心軸に対して垂直な面に画定され、少なくとも一つの環状軸方向コイルを通って伝導する電流によって誘導される磁場によって発生する磁気飽和を防ぐ。
【００２２】
トロイダルギャップは、中心軸と平行かつ一致する平面内に画定され、少なくとも一つのトロイダルコイルを通って伝導する電流によって誘導される磁場によって発生する磁気飽和を防ぐ。
【００２３】
したがって、前記環状及びトロイダルギャップは、中空トロイダル磁気コアの磁気飽和を防いで、中空トロイダル磁気コアのサイズを増すことなく、トロイダルコイル及び環状軸方向コイルを通って伝導するパワーの増大を可能にする、又は、中空トロイダル磁気コアサイズの減少を可能にして、よりコンパクトなパワーユニットを達成する。前記環状及びトロイダルギャップのサイズを適合させて、各中空トロイダルパワーユニットを、それが接続される回路に対して最適化することができる。
【００２４】
提案されたパワーユニットは電気絶縁性支持ベース上に組み立てられることができ、前記支持ベースは複数対の金属接続端子を含む。
【００２５】
各トロイダルコイル及び各環状軸方向コイルは、磁気コアに複数回巻き付けられた単一の導線でできている。各導線は、前記金属接続端子の対に電気的に接続されている二つの反対端を有する。この特徴は、提案された中空トロイダルパワーユニットの、回路への容易かつ安全な接続を可能にする。
【００２６】
前記少なくとも一つの環状軸方向コイルを構成する導線の各端は、中空トロイダル磁気コアの外側円柱面に設けられた通路開口を通して第一のトロイダル溝に導入される。前記通路開口は、好ましくは、トロイダルギャップと一致し、トロイダルギャップに接続されて、少なくとも一つの環状軸方向コイルを担持する巻型を中空トロイダル磁気コア内に中心軸方向に容易に挿入することを可能にする。
【００２７】
導線は、中空トロイダル磁気コア又は通路開口のいずれとも電気的に接触していることができない。
【００２８】
上記エアギャップが第一及び第二の部分的トロイダルコアの間に画定されると、前記第一及び第二の部分的トロイダルコアは、好ましい実施形態にしたがって、それらの間に配置されたスペーサによって、又は、互いに対面する第一及び第二の部分的トロイダルコアの表面から突出する突起によって画定されるスペーサによって離間される。
【００２９】
前記スペーサは、たとえば、第一及び／又は第二の部分的トロイダルコアの突起であることもできるし、あるいはまた、巻型によって、電気絶縁された支持ベースによって、又は中空トロイダル磁気コアには含まれない別の構造によって提供されることもできる。
【００３０】
本発明の実施形態にしたがって、第一及び第二の両部分的トロイダルコアはトロイダル溝を有する。したがって、少なくとも一つの環状軸方向コイルの巻型は、第一の部分的トロイダルコアに設けられた第一のトロイダル溝に部分的に挿入され、同時に、第二の部分的トロイダルコアに設けられた第二のトロイダル溝にも部分的に挿入される。
【００３１】
この特徴は、記載された環状ギャップが中空トロイダル磁気コアの外側円柱面の中間位置に配置されることを決定し、前記ギャップが環状軸方向コイルと対面し、第一及び第二の部分的トロイダルコアが同様又は同一のサイズを有し、同様又は同一の磁気飽和限界を提供し、したがって、中空トロイダルパワーユニットを通して伝導されるパワーを最適化する。
【００３２】
好ましくは、前記第一及び第二の部分的トロイダルコアは対称的である。この場合、環状ギャップは中空トロイダル磁気コアの外側円柱面のちょうど中心位置にあり、第一及び第二の両部分的トロイダルコアはサイズが等しく、等しい磁気飽和レベルを提供する。
【００３３】
上記電気絶縁体要素は、たとえば、中空トロイダル磁気コアを包囲する中空トロイダルシェルであることができる。前記電気絶縁体要素は、一緒に結合される二つのトロイダルシェルによって形成されて、中空トロイダル磁気コアを包囲することができる。あるいはまた、電気絶縁体要素は、中空トロイダル磁気コアの周囲にオーバーモールド成形された電気絶縁体材料であることもできる。
【００３４】
さらなる代替実施形態において、前記少なくとも一つのトロイダルコイルは、前記絶縁導線が中空トロイダル磁気コアに巻き付けられたのち、絶縁体材料が、トロイダルコイルを構成する導線を中空トロイダル磁気コアから絶縁するよう、可撓性材料である前記電気絶縁体要素で覆われた導線でできている。
【００３５】
少なくとも一つの環状軸方向コイルの絶縁は、電気絶縁材料、たとえば熱伝導性ポリマーでできた巻型を使用して達成することができる。
【００３６】
本発明のもう一つの実施形態は、同じ中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた少なくとも二つの独立したトロイダルコイルを提供することである。これは、二つの異なるパワーユニットをそれぞれの異なる磁気コアとともに使用してのみ達成可能な能力を本パワーユニットに提供する。
【００３７】
この実施形態は、それぞれが前記電気絶縁体要素で絶縁された少なくとも二つの異なる導線を使用して達成することができる。中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた一方の独立したトロイダルコイルの各単一巻回は、中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた他方の独立したトロイダルコイルの連続的な巻回の間に配置されるべきである。この解決手段は、中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた二つ以上のトロイダルコイルを提供する。
【００３８】
この実施形態の代替解決手段にしたがって、前記少なくとも一つのトロイダルコイルは二つの独立したトロイダルコイルを含み、各独立したトロイダルコイルは中空トロイダル磁気コアの異なる円形セクタに巻き付けられ、前記異なる円形セクタは、管状内側通路内に配置された中心軸と平行かつ一致する磁性壁によって画定される。前記磁性壁は、中空トロイダル磁気コアの異なる円形セクタに巻き付けられた二つの独立したトロイダルコイルの磁場を分離して、パワーユニットの効率を低下させるおそれのある干渉を防ぐ。
【００３９】
あるいはまた、パワーユニットが、等しい直径を有し、中心軸の方向に離間している少なくとも二つの独立した環状軸方向コイルを含むということが提案される。この特徴は、二つの異なるチョーク構造の、同じ中空トロイダルパワーユニットへの組み込みを許す。
【００４０】
トロイダルコイルを含む磁気パワーユニットは、好ましくは、オーバーモールド成形された電気絶縁体材料で覆われて、金属接続端子の対を覆われない状態に残して、中空トロイダルパワーユニットを保護し、操作又は偶発事故を防ぐ。
【００４１】
好ましくは、熱伝導要素が中空トロイダル磁気コアの内側通路内に、中空トロイダル磁気パワーユニットと熱的に接触するように挿入され、前記熱伝導要素は、ヒートシンクを含む冷却構造に組み込まれる。
【００４２】
前記熱伝導要素は、パワーユニット内で発生した熱の排出を可能にする。
【００４３】
好ましい実施形態において、熱伝導要素は、低沸点の流体を充填された中空管である。
【００４４】
また、本発明の第二の局面の一部として、中空トロイダル磁気パワーユニットの製造方法が提案され、前記方法は、少なくとも一つの環状軸方向コイルを巻型に巻き付けたのち、少なくとも一つの環状軸方向コイルを担持する前記巻型を第一の部分的トロイダルコアの第一のトロイダル溝に挿入することを含む。次いで、第二の部分的トロイダルコアを、第一の部分的トロイダルコアの環状面に対面するように重ね合わせて配置して、それらの間に環状ギャップを残す。前記環状ギャップの幅は、それらの間に配置されたスペーサ、たとえば巻型の突起によって画定することができ、したがって、製造されるパワーユニットの一回ごとの使用に適合させることができる。
【００４５】
第二の部分的トロイダルコアが第二の溝を含む場合、巻型はその中にも挿入される。
【００４６】
少なくとも一つの環状軸方向コイルの接続導線は、中空トロイダル磁気コアの外側円柱面に設けられた通路開口を通って中空トロイダル磁気コアから出る。
【００４７】
そして、方法の第一の実施形態にしたがって、中空トロイダル磁気コアを、たとえばプラスチックカバーをその周囲にオーバーモールド成形する、又は二つのトロイダルシェルをその周囲に組み立てることにより、電気絶縁体要素内に封入する。そして、少なくとも一つのトロイダルコイルを、絶縁された中空トロイダル磁気コアに巻き付ける。
【００４８】
あるいはまた、トロイダルコアを構成する導線が、電気絶縁体要素、たとえば前記導線を覆う可撓性プラスチックで絶縁された導線であるならば、中空トロイダル磁気コアを電気絶縁体要素で絶縁することはできない。
【００４９】
そして、パワーユニットを支持ベースに取り付け、環状及びトロイダルコイルを構成する導線を、前記支持ベースに組み込まれた金属接続端子に接続する。
【００５０】
また、所与の値の範囲は極値においては最適でないこともあり、そのような極値への本発明の適合を要することもあり、そのような適合は当業者の到達する範囲内であるということが理解されよう。
【００５１】
以下の実施形態の詳細な説明から本発明の他の特徴が明らかになる。
【００５２】
限定的ではなく例示的に解釈されるべきである、添付図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明から、前記及び他の利点及び特徴がより完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】少なくとも一つの環状軸方向コイルを収容し、スペーサによって離間されて環状ギャップを形成する二つの対称的な部分的トロイダルコアを備え、中空トロイダル磁気コアが、二つの対称的なトロイダルシェルの形状を有する電気絶縁体要素によって覆われ、二つのコロイダルコイルが、中空トロイダル磁気コアを包囲する該電気絶縁体要素の上に巻かれている、提案された中空パワーユニットの実施形態の分解斜視図を示す。
【図２】図１に示す中空トロイダルパワーユニットの横断面図を示す。図１の実施形態は、支持ベースと、熱を放散するための熱伝導要素とを含むが、それらの要素は、図面を見やすくするために、図２には示されない。
【図３】本発明の代替実施形態の斜視図を示す。この実施形態は、いずれも、金属接続端子を備える支持ベース上に支持される中空トロイダル磁気コアに巻き付けられた絶縁導線でできた二つのトロイダルコイルを有する。
【図４】図３に示す中空トロイダルパワーユニットの横断面図を示す。支持ベース及び熱伝導要素は、図面を見やすくするために、示されない。
【図５】第一の部分的トロイダルコアが第一のトロイダル溝を含み、第二の部分的トロイダルコアが、該トロイダル溝を覆う環状のふたであり、環状ギャップが中空トロイダル磁気コアの外側円柱面の中心に位置しない代替実施形態の横断面図を示す。支持ベース及び熱伝導要素は、図面を見やすくするために、示されない。
【図６】二つの異なる環状軸方向コイルが中心軸に巻き付けられ、それらの間で電気的に絶縁され（たとえば、コモンモードチョーク構造を提供し）、電気絶縁体要素が、中空トロイダル磁気コアの周囲にオーバーモールド成形されたプラスチックでできており、トロイダルコアが該電気絶縁体要素に巻き付けられている代替実施形態の横断面図を示す。支持ベース及び熱伝導要素は、図面を見やすくするために、示されない。
【図７】中空トロイダル磁気コアの二つの異なる対向するセクタが、絶縁導線でできた二つの異なるトロイダルコイルを巻かれ、支持ベースが、二つの異なるトロイダルコイルを分ける、内側通路に挿入された突出壁を有するさらなる実施形態の中空トロイダルパワーユニットの斜視図を示す。
【図８】図７に示す中空トロイダルパワーユニットの分解図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１〜８は、本発明において提案される中空トロイダルパワーユニットの非限定的な例示的な特徴を有する代表的な実施形態を示す。
【００５５】
本発明の実施形態にしたがって、中空トロイダルパワーユニットは、磁性かつ電気伝導性の材料、好ましくは高い磁気飽和レベルを有する亜鉛合金材料でできた中空トロイダル磁気コア１を含む。
【００５６】
中空トロイダル磁気コア１は、中心軸Ａを中心に回転させた方形断面から得られる回転体である。該中空トロイダル磁気コア１は、内側通路４を包囲する内側円柱面３と、外側円柱面２とを画定し、これらの面はいずれも中心軸Ａと同心である。
【００５７】
中空トロイダル磁気コア１は、第一の部分的トロイダルコア１０及び対称的な第二の部分的トロイダルコア２０でできており、両部分的トロイダルコア１０及び２０は、互いに対面する対応する環状面を有する。
【００５８】
第一の部分的トロイダルコア１０は、中心軸Ａと同心の第一のトロイダル溝を含み、トロイダル溝は、第一の部分的トロイダルコア１０の環状面を介してアクセス可能である。
【００５９】
本実施形態にしたがって、第二の部分的トロイダルコア２０は対称的であり、第一のトロイダル溝に対して対称的な第二のトロイダル溝を含む。第一及び第二の部分的トロイダルコア１０及び２０が互いに対面すると、第一及び第二の両部分的トロイダルコアは中空トロイダル磁気コア１を画定する。この特徴は、図１、２、３、４、６、７及び８に見ることができる。
【００６０】
プラスチック製の巻型４２が該中空トロイダル磁気コア１に挿入され、巻型４２が、それに巻き付けられる環状軸方向コイル４０を受ける。巻型４２がトロイダル溝に挿入されると、環状軸方向コイル４０は中心軸Ａと同心になる。
【００６１】
図１、２、４及び５に示す実施形態にしたがって、巻型４２は、中心軸Ａと同心の円柱壁と二つの環状フランジとによって画定されて、巻型４２を中空トロイダル磁気コア１から抜き取ると環状軸方向コイル４０を容易に巻くことができる環状チャネルを画定する。この特徴は、巻型４２への環状軸方向コイル４０の容易な巻き付け操作及び中空トロイダル磁気コア１内への環状軸方向コイル４０の容易な組み立てを可能にして、中空トロイダル磁気コア１からの環状軸方向コイル４０の正しい電気絶縁を保証する。
【００６２】
図６、７及び８に示すこの特徴の代替実施形態にしたがって、巻型４２は、二つの巻型を含む、又は二つの巻き付け環状チャネルを画定する中間フランジ５０を有する一つの巻型４２を含む。これは、それぞれ異なる導線から得られた同じ直径の二つの独立した環状軸方向コイル４０を巻くことを可能にする。このようにして、トロイダルコイル３０による変圧器に加えて、電流を磁場の形態で貯蔵するコモンモードチョーク構造（電流リプルを吸収する電流フィルタとして働くための）を得ることができ、又は代替として、変圧器の二つのコイルを中空トロイダル磁気コア内に収容することができる。
【００６３】
中空トロイダル磁気コア１内への二つよりも多い環状軸方向コイル４０の収容もまた、考慮される。
【００６４】
第一及び第二の両部分的トロイダルコア１０及び２０は、中心軸Ａと平行かつ一致する面に画定された一つのトロイダルギャップ５２を含み、トロイダルギャップ５２は、第一の部分的トロイダルコア１０及び第二の部分的トロイダルコア２０を構成する材料の環状連続部の途切れである。好ましくは、第一及び第二の部分的トロイダルコアのギャップは一致する。
【００６５】
トロイダルギャップ５２は、中空トロイダル磁気コア１上でトロイダルコイル３０によって発生し、誘導される磁場の出口を提供して、中空トロイダル磁気コア１の磁気飽和を防ぐ。トロイダルギャップ５２は、図１に示すように、中空トロイダル磁気コア１の材料連続部を完全に途切れさせることもできるし、図８に示すように、部分的な途切れであることもでき、その場合、トロイダルギャップ５２は、環状軸方向コイル４０と対応する金属接続端子６１との接続のための、導線を通過させる通路開口１２でもある。
【００６６】
通路開口１２は、好ましくは、中空トロイダル磁気コア１の外側円柱面２に設けられる。
【００６７】
加えて、各中空トロイダル磁気コア１０、２０はまた、中心軸Ａに対して垂直な面に画定された環状ギャップ５１を含み、環状ギャップ５１は、第一および第二の部分的トロイダルコア１０および２０の間に配置される。
【００６８】
本発明の本実施形態にしたがって、環状軸方向コイル４０を収容する中空トロイダル磁気コア１は、電気絶縁材料の中空トロイダルシェルでできた電気絶縁体要素７０内に封入される。中空トロイダルシェルは、中空トロイダル磁気コア１の周囲に一緒に結合される二つのトロイダルシェルでできている。
【００６９】
あるいはまた、電気絶縁体要素７０は、オーバーモールド成形された電気絶縁材料、たとえばプラスチックである。
【００７０】
導線のトロイダルコイル３０が、電気絶縁要素７０で覆われた中空トロイダル磁気コア１に巻き付けられる。
【００７１】
代替実施形態において、中空トロイダル磁気コア１は電気絶縁体要素７０で封入されず、トロイダルコイル３０は中空トロイダル磁気コア１に直接巻き付けられるが、この実施形態において、トロイダルコイル３０を構成する導線は、図４、７及び８に示すように、電気絶縁体要素７０で覆われた電気絶縁導線でなければならない。
【００７２】
本発明の実施形態にしたがって、中空トロイダル磁気コア１は二つのトロイダルコイル３０を含む（図１、３、７及び８を参照）。二つのトロイダルコイル３０は、中空トロイダル磁気コアの異なる環状セクタに巻かれることができ（図７及び８）、環状セクタは、好ましくは、中空トロイダル磁気コアの内側通路４に挿入された、中心軸Ａと一致する隔壁５によって画定される。あるいはまた、二つのトロイダルコイル３０が平行に巻かれることもでき（図１及び３）、その場合、一方のトロイダルコイル３０の各巻回が、他方のトロイダルコイル３０の二つの隣接する巻回の間に巻かれる。二つのトロイダルコイル３０は変圧器を提供することができる。
【００７３】
上記中空トロイダルパワーユニットは、金属接続端子６１を備える絶縁体支持ベース６０に取り付けられる。トロイダルコイル３０又は環状軸方向コイル４０を構成する各導線は二つの反対端を有し、二つの反対端それぞれが支持ベース６０の一つの金属接続端子６１に接続される。該金属接続端子６１は、中空トロイダルパワーユニットと電気回路との間の簡単かつ確実で安全な電気接続を可能にする。
【００７４】
本発明はまた、中空トロイダル磁気コア１の内側通路４内への熱伝導要素８０の挿入を提案し、熱伝導要素８０はトロイダル磁気パワーユニットと熱的に接触している。熱伝導要素８０は、中空トロイダルパワーユニット内で発生する熱が内側通路４から熱伝導要素８０を介してシンクプレートに伝導されて、中空トロイダルパワーユニットの冷却効果を生じさせるようなやり方で、ヒートシンク、たとえばシンクプレートを含む冷却構造に組み込まれる。
【００７５】
好ましくは、中空トロイダルパワーユニットは、オーバーモールド成形されたカバーによって覆われて、金属接続端子６１だけを覆われない状態に残し、また、熱伝導要素８０があるならば、対応するシンクプレートを覆われない状態に残す。オーバーモールド成形されたカバーはまた、中空トロイダル磁気コア１の内側円柱面３と熱伝導要素８０との間の空間内に導入されて、それらの間の熱伝達を保証することもできる。
【００７６】
本発明の一つの実施形態の様々な部品を他の実施形態に記載された部品と自由に組み合わせることは、その組み合わせに害がないのであれば、たとえその組み合わせが明示的に記載されていなくても可能であることは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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