(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧もしくは降圧回路又は力率補償回路（ＰＦＣ）でのインタリーブされた適用例のための２つのコイル及びコアを有するチョークを提供する。【解決手段】コア２００は、いくつかの横方向レグ２３０、２４０及び真ん中のレグ２５０を有するいくつかのコアセクションを備える。コア２００は、コアセクションが共通のセクションとしての真ん中のレグを有する２つのループを形成するように設計され、これにより２つのコイル２０、３０の各々は、共通のセクションの外側に異なるループ上に存在する。横方向レグ２３０、２４０は断面Ａ１を有し、共通のセクションのための真ん中のレグ２５０は断面Ａ２＜２×Ａ１を有する。【選択図】図４
2015201642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのコイル（２０，３０）および１つのコア（２００）を有するチョークであって、  前記コア（２００）は、いくつかの横方向レグ（２３０，２４０，２４０−Ａ，２４０−Ｂ，２４０−Ｃ，２４０−Ｄ）および真ん中のレグ（２５０，３５０，４５０）を有するいくつかのコアセクションを含有し、
前記コアセクションは、共通のセクションとして前記真ん中のレグを有する２つのループを形成し、
前記２つのコイル（２０，３０）の各々は、前記共通のセクションの外側に異なるループ上に存在し、
前記横方向レグ（２３０，２４０，２４０−Ａ，２４０−Ｂ，２４０−Ｃ，２４０−Ｄ）は断面Ａ１を有し、
前記真ん中のレグ（２５０，３５０，４５０）は前記共通のセクションについて断面Ａ２＜２×Ａ１を有する、チョーク。
【請求項２】
前記２つのコイル（２０，３０）は、コイルを担持する２つの対向する横方向レグ（２３０）上に配置される、請求項１に記載のチョーク。
【請求項３】
Ａ２は１×Ａ１〜０．２×Ａ１の範囲内にある、請求項１または２に記載のチョーク。
【請求項４】
前記横方向レグのうち少なくとも１つの磁気抵抗ＲMAは、前記真ん中のレグの磁気抵抗ＲMIよりも大きく、これによりＲMA＞２０×ＲMIである、請求項１から３の１項に記載のチョーク。
【請求項５】
前記真ん中のレグ中の前記コアセクションには高透磁性材料が用いられ、前記横方向レグには飽和磁束密度が高い材料が用いられる、請求項１から４の１項に記載のチョーク。
【請求項６】
前記横方向レグ（２３０）の少なくとも１つは空隙（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２）を含む、請求項１から５の１項に記載のチョーク。
【請求項７】
空隙（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２）は、前記コイル（２０，３０）の領域に、前記横方向レグ（２３０）中に配置される、請求項１から６の１項に記載のチョーク。
【請求項８】
前記コアセクションは軟磁性材料からなる板積層体から製造される、請求項１から７の１項に記載のチョーク。
【請求項９】
前記コアセクションは自由端が出合うように接続される２つのＥ字状部分（２１０，２２０）であり、これにより前記２つのＥ字状部分（２１０，２２０）の接続された前記真ん中のレグ（２５０）が前記共通のセクションを形成する、請求項１から８の１項に記載のチョーク。
【請求項１０】
前記横方向レグ（２３０，２４０）は、自由端が出合うように接続される２つのＵ字状部分によって形成され、これによって磁気回路が作られ、
前記共通のセクションのための前記真ん中のレグ（３５０）はＴ字形状を有し、磁気回路が短絡されるように前記磁気回路の中に前記２つのコイル（２０，３０）の間に挿入され、これにより前記磁気回路が前記２つのコイルに分割される、請求項１から９の１項に記載のチョーク。
【請求項１１】
前記Ｔ字形状の真ん中のレグ（３５０）の縦方向部分（３５０−１）の高さＨ２は前記横方向レグ（２３０，２４０）の高さＨ１に対応し、前記Ｔ字形状の真ん中のレグ（３５０）の前記縦方向部分（３５０−１）の幅Ｂ２は前記２つのコイル同士の間の明確な距離に対応し、前記Ｔ字形状のコアセクション（３５０）の前記縦方向部分（３５０−１）の長さＴ２は前記磁気回路の対向する前記横方向レグ（２４０）の内側距離Ｔ１に対応し、これにより前記Ｔ字形状のコアセクション（３５０）の縦方向セクション（３５０−１）は、前記磁気回路内部の前記コイル同士の間のクリアランスのない空間を充填する、請求項１０に記載のチョーク。
【請求項１２】
前記Ｔ字形状の真ん中のレグ（３５０）の水平方向部分（３５０−２）は横方向レグ（２４０）の上にある、請求項１０または１１に記載のチョーク。
【請求項１３】
前記横方向レグ（２３０，２４０，２４０−Ａ，２４０−Ｂ，２４０−Ｃ，２４０−Ｄ）は２つのＵ字状部分によって形成され、互いに対向するその自由端は、真ん中のレグとして働く真っ直ぐな細長いコアセクション（４５０）によってクリアランスなしに互いから分離され、これにより真ん中のコイル（４５０）を有する前記２つのコイルは共通のセクションとして形成されて２つの相互に結合された磁気回路を形成する、請求項１から８の１項に記載のチョーク。
【請求項１４】
各々のＵ字状部分はいくつかの真っ直ぐな片から組立てられる、請求項１０から１３の１項に記載のチョーク。
【請求項１５】
いくつかの横方向レグ（２３０，２４０，２４０−Ａ，２４０−Ｂ，２４０−Ｃ，２４０−Ｄ）および真ん中のレグ（２５０，３５０，４５０）からなるいくつかのコアセクションを有するチョークコアであって、
前記コアセクションは、前記コアセクションが共通のセクションとして前記真ん中のレグ（２５０，３５０，４５０）を有する２つのループを形成して２つの弱く結合された磁気回路を形成するように配置され、
前記横方向レグ（２３０，２４０，２４０−Ａ，２４０−Ｂ，２４０−Ｃ，２４０−Ｄ）は断面Ａ１を有し、
前記真ん中のレグ（２５０，３５０，４５０）は、前記共通のセクションについて２×Ａ１よりも小さな断面Ａ２を有する、チョークコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本発明は、インタリーブされた構成の昇圧もしくは降圧回路または力率補償（ＰＦＣ）フィルタで用いるように最適化される、２つのコイルおよび１つのコアを有するチョークに関する。さらに、本発明は、昇圧および降圧または力率補償（ＰＦＣ）回路におけるインタリーブされた適用例のための最適化された二重コイルコアに関する。
【０００２】
以下では、「チョーク」という用語は、共通のコアの上に載置される１つまたはいくつかのコイルからの構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
昇圧または降圧回路は、直流電圧を上昇させるまたは低下させることができる回路を指す。昇圧および降圧回路は、力率補償フィルタのような同様の原理に従って動作し、部分的に同じ構成要素を用いる。
【０００４】
電磁場適合性基準（ＥＭＣ）によって２００１年１月１日以来ドイツでは、７５ワットを超える電気的負荷について力率の補正が課されている。力率は、有効電力の値と皮相電力との間の比を記述する。１未満の値は、送電網から引かれる皮相電力が有効電力よりも大きいことを意味し、そのため送電網には、与えられかつ搬送される必要がありかつ部分的に送電網を通って戻るように流れる必要がある皮相電力によって付加的に負荷が与えられる。これにより、送電網でより大きな損失が発生し、実際に必要であるよりも大きく網を寸法決めしなくてはならない。力率補正フィルタは、力率ができる限り１に近づく、すなわち純粋な有効電力のみが送電網から引かれる、ことを確実にする。力率補正（ＰＦＣ）が活性である場合、引かれた電流は、送電網の時間依存正弦形状の電圧に再調節される。
【０００５】
昇圧、降圧回路、およびＰＦＣの中心的な構成要素がチョークであり、これは原則的に一時的にエネルギを貯蔵するのに用いられ、要請に応じてこれを解放する。以下の説明はＰＦＣフィルタにおけるチョークの使用に限定する。しかしながら、同様の理論は昇圧および降圧回路にも当てはまる。
【０００６】
コイル出力を参照電位に調節することができるチョークの下流に接続されるスイッチは、一方では十分な電力を電気負荷に送達するように、しかし他方では網から引かれる網電圧曲線の電流が同相となるように、制御装置によって開閉される。
【０００７】
さらなる発展例では、入力電力の電圧は、互いに独立して動作可能な２つのコイル同士の間で分割される。一般的に、スイッチは互いに対して逆に動作される。すなわち、一方のスイッチが開くと、他方のスイッチが閉じる。そのような「インタリーブされた」動作モードでは、チョークの分岐（マスタ）が調整回路によって直接に制御される。すなわち、チョークの切換時間は調整によって直接に制御される。第２のチョーク分岐（スレーブ）は、一般的に１８０度の位相ずれでマスタに追従する。そのようなインタリーブされた作動配置は、より効率的な力率補正を達成できるという利点を有する。各々のチョークは出力電力の半分しか扱う必要がないので、より小さな構成要素を寸法決めして電力の損失および熱の生成を改良し、より小さなＰＦＣ回路を可能にすることができる。他の位相ずれ＜１８０°においても正しい機能が可能であることに留意すべきである。すなわち、一般的に位相は可変であることができる。しかしながら、適用例のうち大部分は１８０°の位相ずれで動作する。
【０００８】
活性のＰＦＣ回路は通常、下流でコイルおよびスイッチに直接に装着される昇圧コンバータを有する整流器からなり、これは、大きなキャパシタを網ネットワーク交流のピーク電圧を上回る電圧に充電する。図１ａはインタリーブされた技術における昇圧回路の原則を概略的に示す。入力で、２つのチョークコイルＬ１およびＬ２に入力電圧ＶINが印加され、２つのチョークの間で入力電流ＩINが分割される。各々のコイルまたはチョークＬ１もしくはＬ２の出力で、それぞれスイッチＳ１またはＳ２は、調整回路（図示せず）によって制御される出力Ｌ１またはＬ２を参照電位に設定することができる。コイルＬ１およびＬ２の出力はキャパシタＣOUTのダイオードを通して接続され、コイルＬ１およびＬ２との相互作用で電圧を上昇させ（昇圧回路）、電圧を平滑化し、これによりこれを負荷抵抗ＲLOADに送達することができる。
【０００９】
スイッチＳ１の開閉時間はコントローラ（マスタ）によって設定され、一方では負荷ＲLOADが十分な電流ＩOUTを与えられ、他方では入力電圧ＩINが同相の入力電圧ＶINに追従していることを確実にする。スイッチＳ１は１８０度だけ位相ずれしてスイッチＳ１（スレーブ）に追従する。これは、原則的に、パルス幅がコントローラによって制御される、入力電流のパルス幅変調を生じさせる。図１ｂはスイッチＳ１およびＳ２の切換え特性を示す。スイッチＳ１が閉じる時間はＴonで表記され、コントローラに従って可変である。スイッチＳ１が閉じる時間にスイッチＳ２が開く（１８０度位相がずれている）。スイッチＳ１が閉じる時間Ｔonおよびスイッチが開く時間Ｔoffの和からなる全体的な時間が周期Ｔとして表記され、これは一定である。デューティサイクルＤ＝Ｔon／Ｔは可変であり、コントローラに依存する。図１ｂには、０．５である一定のデューティサイクルＤが示される。
【００１０】
図１ｃは、コイルＬ１およびＬ２を通る電流Ｉ１およびＩ２を示す。コイルＬ１を通る電流Ｉ１は、直流成分Ｉｄｃ１および切換えプロセスで生成されるリップル成分Ｉａｃ１からなる。これに応じて、コイルＬ２を通る電流Ｉ２は、直流成分Ｉｄｃ２およびリップル成分Ｉａｃ２（切換えプロセスで生じる交流成分）からなる。スイッチは１８０度位相がずれて接続されるので、Ｉａｃ１とＩａｃ２との間の位相ずれは１８０度である。キャパシタＣOUT上で、電流Ｉ１およびＩ２が加えられる。すなわち、完全な直流成分は、Ｉｄｃ＝Ｉｄｃ１＋Ｉｄｃ２という結果になる。Ｉｄｃ１＝Ｉｄｃ２＝ＩIN／２から、ＩｄｃについてはＩｄｃ＝ＩINに従う。完全なリップル電流成分（交流成分）は、Ｉａｃ＝Ｉａｃ１−Ｉａｃ２に従う。というのも、Ｉａｃ１とＩａｃ２とは位相が１８０度ずれているからである。しかしながら、これはデューティサイクルがＤ＝０．５である場合、すなわちｔon＝ｔoffである場合についてのみ当てはまる。すなわち、デューティサイクルＤ＝０．５については、リップル電流成分が相互に補償する。異なるデューティサイクルでは、リップル電流成分は正確に互いを補償するわけではない。いずれの場合も、全体的に、インタリーブされた設計では、リップル電流成分が低減されてより平滑な電流曲線を与える。
【００１１】
１８０°の位相ずれでは、真ん中のレグでのリップル電流最大値にはデューティサイクルＤ＝０．５で到達することに留意すべきである。しかしながら、インタリーブされたチョークは、他の位相＜１８０°においても機能する。これにより、交流リップルの最大値が発生するデューティサイクルＤのみがずらされる。すなわち、一般的に位相は可変であることができる。しかしながら、適用例の大部分は１８０°の位相ずれで動作する。
【００１２】
インタリーブされた昇圧回路およびＰＦＣ段における使用のためのチョークは現行技術から公知である。最も単純な場合、たとえばボルテラ（Volterra）社の米国特許第６，３６２，９８６号に示されるように、２つのコイルが共通のコアの上に巻回される。図２は、インタリーブされた動作モードについてスイッチ４０を有するこの特許のコイル配置を概略的に示す。２つのコイル２０および３０が共通のリング形状のコア１０上に配置される。すなわち、１対のコイル２０、３０が変圧器と同様の強い磁気結合で働く。コイルからの磁気の流れがまとまるので、コアの外形は対応して大きくなって高い磁気導通性に達し、同時に飽和磁化までコアに応力を与えない。
【００１３】
米国特許第８，２１７，７４６号は、インタリーブされたＰＶＣ回路のためのチョークコイルのさらなる発展例を記載し、ここでは２つのコイルのためのコイルコアは、２つのコイルが弱くにしか磁気的に結合されないように設計される。図３は、米国特許第８，２１７，７４６号のコイルおよびコア構成の概略図を示す。コアはＩ字状部分１３０によって互いから分離される２つのＥ字状部分１１０および１２０からなる。コイル２０および３０はＥ字状部分１１０および１２０の真ん中のレグ上に巻回される。Ｅ字状部分の真ん中のレグからのコイル２０および３０中の磁気の流れΦ１およびΦ２はＥ字状部分の横方向レグの間で分かれるので、横方向レグの断面Ａ２は、真ん中のレグの断面Ａ１の大きさの半分であることができる。コイル２０および３０は位相が反対となるように巻回または接続されるので、部分１３０のＩ字状部分中のコイル２０および３０の磁気の流れΦ１またはΦ２の直流成分は大部分互いを補償するため、Ｉ字状部分１３０の断面をＥ字状部分１１０および１２０の真ん中のレグの断面Ａ１よりも小さく設計することができる。２つのＥ字状部分１１０および１２０ならびにＩ字状部分１３０を接続することにより、接合部に空隙１４０が形成される。
【００１４】
ハイブリッド車両および電気車両の分野の自動車工学などの新しい電力安全技術に鑑みて、一方ではエネルギ（重量）を節減し、他方ではたとえば電気またはハイブリッド車両における運動エネルギが発電機で取出されて車載電気網の中に供給される場合に効率的にエネルギを運搬するために、軽量で高効率のインタリーブされたＰＦＣ回路向けのチョークに対する要求が大きくなっている。したがって、本発明の課題は、小型であり損失が小さくかつ軽量のインタリーブされたＰＦＣ適用例で用いるためのチョークコイル対のための最適化されたコア外形をチョークに与えることである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題は、特許請求項１に従う２つのコイルおよび１つのコアを有するチョークによって達成される。
【００１６】
特に、この課題は２つのコイルおよび１つのコアを有するチョークによって達成され、コアはいくつかの横方向レグおよび１つの真ん中のレグを有するいくつかのコアセクションを含み、コアは、コアセクションが共通のセクションとしての中間レグを有する２つのループを形成するように設計され、２つのコイルの各々は共通のセクションの外側に異なるループ上に存在し、これにより、横方向レグは断面Ａ１を有し、共通のセクションのための真ん中のレグは断面Ａ２＜２×Ａ１を有する。
【００１７】
この配置により、５％よりも小さい、好ましくは３よりも小さい、かつより好ましくは１％よりも小さい２つのコイルの結合係数ｋを実現可能であり、そのため、コアの断面を横方向レグで小さく保つことができる。というのも、コイルの磁場は横方向レグで重ならないからである。さらに、直流成分に対応する磁束は共通のセクションで補償し、これにより、共通のセクションの断面を小さく設計可能であるので、材料を節約することができる。コイルは米国特許第８，２１７，７４６号のように同軸に配置されるのではなく、むしろ横方向レグの上に置かれるので、コアに必要な材料がより少なく、これにより重量が節減される。たとえば、これは、２つのコイルを２つの対向する横方向レグの上に配置することによって到達される。
【００１８】
別の実施形態では、断面Ａ１は０．５Ａ１〜０．２Ａ１の範囲にあり、そのためより多くの重量を節約することができる。
【００１９】
５％、３％、または１％未満の結合率に到達するため、コアは、横方向レグの少なくとも１つの磁気抵抗ＲMAが真ん中のレグの磁気抵抗ＲMIよりも大きくなるように設計される。ここで、ＲMA＞２０ＲMI（５％）、ＲMA＞３３ＲMI（３％）、またはＲMA＞１００ＲMI（１％）である。
【００２０】
別の実施形態では、真ん中のセクション中のコアセクションについて透過性の高い材料を用いて、２つの巻線同士の間またはそれらの流れの間の結合を低く保つ。横方向レグにおいて、高い飽和流れ密度を有する材料を好ましくは用いて、横方向レグの磁性断面を低く保つ。
【００２１】
横方向レグと真ん中のレグとに異なる材料を用いるこの実施形態は、２つの巻線同士の間の強過ぎる結合および高い損失を回避すべき特定的な場合にのみ有利である。コアにはせん断が加えられているので、高い透過性は一般的には必要ない。一般的に用いることができる共通のパワーフェライトは１０００〜３０００の間の初期透過性μｉを有する。結合を低下させるので、真ん中のレグの高い透過性が有利である。空隙は磁気抵抗に勝るので、結合に対する横方向レグの透過性の影響は無視できる程度である。この理由のため、むしろ、高い透磁性材料を真ん中のレグにおいて用いる。断面の減少によって生じる増大した交換流デューティサイクルによる損失が支配的となるので、真ん中のレグの断面を飽和限界まで小さくすることはできず、そのためこの場合、好ましくは僅かにより低い飽和流れ密度を有するより損失の低い材料を用いる。横方向レグで、高いデューティサイクルの材料を−通常のチョークにおいてのように用いる。大抵の適用例では、コア全体が１つの材料からなることができる。特定的な場合（真ん中のレグにおける高過ぎる結合、高い損失）にのみ、横方向レグと真ん中のレグとに異なる材料を用いる。
【００２２】
真ん中のレグに対して横方向レグの１つで１００倍増大した磁気抵抗に達するために、１つの実施形態では、横方向レグは好ましくはコイルの区域に配置される空隙を特徴とすることができる。
【００２３】
この発明に従うコア外形に到達するのに、異なる実施形態が可能である。
１つの実施形態では、コアセクションは、自由端が出合うように組合される２つのＥ字状部分によって形成され、これにより２つのＥ字状部分の接続された真ん中のレグが共通のセクションを形成する。この構成により、たとえば米国特許第８，２１７，７４６号に示されるよりも短い、およびしたがってより小型の設計が可能である。
【００２４】
別の実施形態では、横方向レグは自由端が出合うように接続される２つのＵ字状部分によって形成されて磁気回路を作製し、これにより、共通のセクションのための真ん中のレグがＴ字形状を有し、磁気回路が短絡されるように２つのコイルの間に磁気回路の中に挿入され、これにより磁気回路が２つの磁気的に弱く結合されたループに分割される。小型の設計だけではなく、この実施形態は、２つの形成された構成要素を接続する際に、３つの表面が出合うＥ字形状を形成する構成要素とは反対に、２つの表面のみが出合うという利点を有する。３つの表面が出合う場合、制御されていない空隙を回避するためには、形成される構成要素を非常に高精度に製造する必要がある。製造公差のために、これらの空隙は事実上不可避である。Ｕ字状構成要素およびＴ字状構成要素のように２つの表面が出合う場合は、この影響は発生せず、これにより、この実施形態では、より公差の低いチョークを製造することができる。
【００２５】
その実施形態の１つで、Ｔ字状の真ん中のレグの縦方向部分の高さＨ２は横方向レグの高さＨ１に対応する。さらに、Ｔ字状の真ん中のレグの縦方向部分の幅Ｂ２は２つのコイルの間の明確な距離に対応し、Ｔ字状のコアセクションの縦方向部分の深さＴ２は磁気回路の対向する横方向レグの内側の距離Ｔ１に対応する。これは小型の設計に寄与する。というのも、磁気回路内のコイル同士の間の空間がクリアランスなく充填され、かつしたがってこれを完全に磁気の流れのために使用可能であるからである。さらなる実施形態では、Ｔ字状の真ん中のレグの水平方向部分は横方向レグによって支持される。全体的に、真ん中のレグのＴ字状の設計は、２つのコイル同士の間の磁気的短絡の単純かつ正確な位置決めを可能にする。Ｔ字状の真ん中のレグの水平方向部分によって形成される支持面により、真ん中のレグは正しい深さまで磁気回路の中に正確に挿入される。
【００２６】
さらなる実施形態では、横方向レグは２つのＵ字状部分によって形成され、その自由端は互いに対向し、真ん中のレグとして働く真っ直ぐの細長いコアセクションによって互いから遊びなしに分離され、これにより真ん中のレグを共通のセクションとして２つのレグが形成され、２つのレグは２つのともに弱く結合された磁気回路を形成する。真ん中のレグとして働く真っ直ぐの細長いコアセクションは、Ｔ字状のコアセクションと比較して、Ｔ部分と横方向レグとの間に作られる微小な空隙を回避するという利点を有する。これにより、磁気回路同士の間の結合が減少する。同時に、この配置は横方向の空隙または横方向レグにおける公差をそれぞれ補償することができる。というのも、今回真ん中のレグを、横方向レグまたは側方プレートに可撓に貼付け可能だからである。真ん中のレグの小さな張出端は問題ではないが、僅かにより短い真ん中のレグも電流の流れにほんの僅かに影響する。１つの実施形態では、各々のＵ字状部分またはＥ字状部分はいくつかの真っ直ぐな部分から構成される。これらの真っ直ぐな部分は、たとえば貼付け可能であるので、制御されない微小な空隙による公差が減少する。
【００２７】
実施形態では、コアセクションは、軟磁性材料からなる板積層体から製造される。この技術により、技術的な労力をほとんどかけずに任意のコア形状を実現することができる。
【００２８】
上述の課題は、いくつかの横方向レグおよび真ん中のレグからなるいくつかのコアセクションを備えるチョークコアによっても達成可能である。これにより、コアセクションは、真ん中のレグを共通のセクションとして有する２つのループをコアセクションが形成して２つの弱く結合した磁気回路を形成するように配置され、これにより横方向レグが断面Ａ１を有し、かつ共通のセクションのための真ん中のレグが２×Ａ１よりも小さな断面Ａ２を有する。
【００２９】
以下、同封の図を用いて発明の例示的な実施形態、修正例、利点、および適用例を記載する。ここに、単独でのまたは任意の組合せでのすべての記載されるおよび／または描かれる特徴が、請求項またはそれらの参照におけるその要約とは独立して、一般的に発明の主題である。請求項の内容も明細書の一部にされる。これは図に示される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インタリーブされた技術における昇圧コンバータの原則の図である。
【図２】現行技術に従うＰＦＣ装置での使用のためのチョークの第１の例の図である。
【図３】現行技術に従うＰＦＣ装置での使用のためのチョークのための第２の例の図である。
【図４】本発明に従うＰＦＣ装置のためのチョークの原則を示す図である。
【図５】本発明に従うＰＦＣ装置のためのチョークの第１の実施形態の図である。
【図６ａ】本発明に従うＰＦＣ装置のためのチョークの第２および第３の実施形態の上面図である。
【図６ｂ】本発明に従うチョークの第２の実施形態の斜視図である。
【図６ｃ】本発明に従うチョークの第２の実施形態の別の斜視図である。
【図６ｄ】本発明に従うＰＦＣ装置のためのチョークの第３の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、インタリーブされたトポロジーを有するＰＦＣ装置のための最適化された小型のコア外形をチョークに与えるようになされた。特に、成長中のエレクトロモビリティ、電気車両（ＥＶ）、およびハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）に伴う技術において、新しい小型の、すなわち軽量の、１００ｋＨｚを上回る周波数で用いることができるチョークおよびチョークコアが必要である。
【００３２】
図４は本発明の原則を示す。真ん中のレグ２５０とともにいくつかの横方向レグ２３０および２４０からなる最適化された小型のコア２００の上に、２つのコイル２０および３０が置かれる。横方向レグは、コイルを有する２つの横方向レグ２３０および２つの横方向レグ２４０からなり、横方向レグ２４０は、磁気回路を形成するコイルを担持する横方向レグ２３０のための接続要素として働く。横方向レグ２３０を担持する、コイルと平行に走りかつ横方向レグ２４０のほぼ真ん中を接続する真ん中のレグ２５０は、接続要素２４０同士の間の磁気短絡を生じさせ、磁気回路を２つのループ２００−Ａおよび２００−Ｂに分割する。横方向レグは断面Ａ１を有する。真ん中のレグは２×Ａ１よりも小さな断面Ａ２を有する。ＰＦＣ適用例では、コイル２０および３０は、真ん中のレグ２５０中の磁束の直流成分が反対方向に走り、こうしてそれ自身を補償するように接続される。補償されたＤＣ流れ（直流）のおかげで、真ん中のレグの断面を大幅に小さくすることができる。しかしながら、一般的に真ん中のレグでコイル２０および３０の交流が加わる。というのも、コイル２０および３０の逆の極性により、交流の振幅が真ん中のレグで合計されるからである。Ｄ＝０．５のデューティサイクルで、すなわちＴon＝Ｔoffで、最大交流は、ＦｉＡＣ  ｍａｘ＝Φａｃ１（コイル２０を通る交流）＋Φａｃ２（コイル３０を通る交流）である。他のデューティサイクルでは、真ん中のレグ２５０を通る最大交流振幅が小さくされる。横方向レグ２３０および２４０が共通のフェライト材料の飽和電流密度Ｂsattである３５０−４００ｍＴまで動作されると、リップル電流Ｉａｃと合計電流Ｉａｃ＋Ｉｄｃとの間の関係は０．１〜０．５の間の値に調節され、真ん中のレグ２５０の最小断面Ａ２は横方向レグの断面Ａ１の０．２〜１倍であることができる。好ましくは、ＰＦＣ段は、Ａ１が１×Ａ１〜０．２×Ａ１の間の範囲にあるように調節される。
【００３３】
コイル２０と３０との間の結合に到達するため、横方向レグ中の磁気抵抗ＲMAは真ん中のレグの磁気抵抗ＲMIの１００倍であるべきである。結合係数はｋ＝ＲMI／ＲMAから結果的に得られる。式中、ＲMIは真ん中のレグの磁気抵抗であり、ＲMAは横方向レグの磁気抵抗である。真ん中のレグ２５０の小さな断面Ａ２にも拘らず、これには、コイルを通る比較的大きな直流部分が横方向レグ中のコアに飽和に到達させるのを回避するために、たとえばコイル２０および３０の区域において横方向レグ２３０の中に組入れることができる空隙Ｌによって到達される。小さな磁気結合を通して、コイル２０の磁場は、強い結合の場合にそうであるように、コイル３０の横方向レグのコアセクションの中へおよび反対には貫通しない。強い磁気結合については、コイルの磁場は少なくとも部分的に互いを高めるので、横方向レグにおける飽和磁化がより速く到達されるであろう。すなわち、コイル２０および３０の強い磁気結合については、横方向レグの断面をより大きく寸法決めする必要があるであろう。しかしながら、一般的に、真ん中のレグにおいて磁気抵抗の低い（高い透過性の）材料を、また横方向レグにおいて高い飽和磁化の材料を用いることが有利である。
【００３４】
図５は、自由端が出合うように接続される２つのＥ字状に形成された構成要素２１０および２２０を有する第１の実施形態に従う本発明の実現例を示す。図５のＥ字形状を図示するため、２つのＥ字状部分２１０および２２０の自由端の間のより大きな間隙Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を示す。実現の際、規定されていない空隙を回避するためには、できる限り、間隙Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を全く発生させるべきではない。すなわち、Ｅ字状部分の自由端上の端面を、それらが１つの平面にある程度に正確に、空隙が発生しないように製造する必要がある。空隙は、コイル２０および３０の区域に横方向レグ２３０の中に例示的に選択的に導入される。以上で詳細に説明されるように、真ん中のレグ２５０の断面Ａ２は、横方向レグ２４０および２３０の断面Ａ１よりも小さい。
【００３５】
ツリー間隙Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を有するＥ字状部分に伴って発生することがあるような状況を回避するため、自由端が出合うように接続される２つのＵ字状コア部分２６０および２７０を用いることができる。
【００３６】
図６ａは、本発明の第２および第３の実施形態に従う真ん中のレグ２５０を有する２つのＵ字状部分２６０および２７０からのコアの概略上面図を示す。図６ａで、Ｕ部分２６０または２７０の自由端である、出合う端縁は見えない。コイル２０および３０は、コアのコイル担持横方向レグ２３０の上に位置決めされる。真ん中のレグ２５０はコイル２０と３０との間の間隙を充填し、横方向レグ２４０同士の間の磁気的短絡も形成するので、２つの磁気ループが形成される。コイル２０および３０の区域の中の横方向レグ２３０中の空隙Ｌは横方向レグ中の磁気飽和の外側の動作に繋がり、同時に、２つのループ、それぞれループ２０および３０、の間の１パーセント未満のより低い結合に繋がる。
【００３７】
図６ｂは、真ん中のレグ３５０が抽出された、第２の実施形態に従う図６ａの方式の斜視図を示す。図６ｂは、第２の実施形態に従うコイル巻線２０および３０なしのコア配置のみを示す。コアは、図６ｂ中の線２８０によって示されるようなＵ字状部分の自由端の対向面で出合う２つのＵ字状部分２６０および２７０から構成される。２つの対向面２８０しか存在しないので、横方向レグ中の制御されていない空隙を回避するのはより容易である。横方向レグは断面Ａ１＝Ｂ１×Ｈ１を有する。コイル装着横方向レグ２３０を接続する横方向レグ２４０の距離はＴ１である。図６ｂの図示でリング構造から抽出される真ん中のレグ３５０は、縦方向部分３５０−１および水平方向部分３５０−２を有するＴ字状に設計される。縦方向部分３５０−１は高さＨ２、長さＴ２、および幅Ｂ２を有する。コイル２０と３０との間の空気空間を最適に満たすため（図６ａを参照）、Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の縦方向部分の幅Ｂ２は、コイルの間の空間の明確な距離に対応する。Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の長さＴ２は、横方向レグ２４０同士の間の距離Ｔ１に対応し、Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の縦方向部分の高さＨ２は横方向レグ２３０および２４０の高さＨ１に対応する。Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の水平方向部分３５０−２の張出端は長さＬ１を有し、横方向レグ２４０によって支持される。Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の水平方向部分３５０−２の最大長さＬ２は最大でＴ１＋２×Ｂ１である、または横方向レグ２４０によって支持される張出部分３５０−２の張出端の長さＬ１がほぼＢ１である。Ｕ字状部分２６０または２７０中の空隙Ｌは、ＣＥＭ１またはＦＲ４のような充填材料を通して実現することができる。Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の厚みＢ２は、横方向レグ２３０および２４０の幅Ｂ１よりも小さい。
【００３８】
図６ｃは、複合形態の、図６ｂに従うコアの斜視図を示す。図６ｂ中の参照記号と同一の図６ｃ中の参照記号は同じ技術的特徴を表記するので、この場所で説明を繰返さない。真ん中のレグ３５０の縦方向部分３５０−１とコイル担持横方向レグ２３０（コイルは図６ｃには図示せず）との間の空隙は、コイルの巻線によってほぼ完全に充填される。図６ｃで、Ｔ字状の真ん中のレグ３５０の水平方向部分３５０−２は横方向レグ２４０の横方向端縁と同一平面上にある。しかしながら、小さな乖離、すなわち張出端およびより短い端は、コア全体の磁気的挙動に影響を及ぼさない。
【００３９】
図６ｄは、本発明の第３の実施形態に従うコアの斜視図を示す。コアは、図６ｄのように、２つのＵ字状部分２６０および２７０から構成される。Ｕ字状部分２６０と２７０との間に真ん中のレグ４５０が位置決めされるので、Ｕ字状部分２６０と２７０との開放端の自由面２８０−１および２８０−２は、高さＨ３、幅Ｂ３、および長さＴ１＋２Ｂ１を有する矩形の真ん中のレグ４５０の対向辺と出合う。サイズ表示Ｔ１、Ｂ１、およびＨ１は、図６ｂにおけるサイズ表示に対応する。そうでない場合、図６ｂ中のＵ字状部分は図６ｄ中のＵ字状部分と同一であり得る。図６ｄで、先の図と同一の参照記号は同じ技術的特徴を表記するので、ここでの繰返しは差し控える。図６ｄは、単一の要素２６０、２７０、および４５０がバラバラにして示される概略的な三次元配置を示す。組立てられた状態で、真ん中のレグ４５０は、横方向の空隙Ｌ中の公差を補償することができる横方向レグ２４０−ａ、２４０−ｂ、２４０−ｄ、および２４０−ｃに可撓に貼付けられる。真ん中のレグの小さな張出端または僅かにより短い真ん中のレグは、真ん中のレグ中の横方向レグからの電流の流れに僅かにしか影響を及ぼさない。
【符号の説明】
【００４０】
２０、３０  コイル、２００  コア、２１０、２２０  Ｅ字状部分、２３０、２４０  横方向レグ、２５０、３５０、４５０  真ん中のレグ、２６０、２７０  Ｕ字状部分。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【外国語明細書】
2015201642000001.pdf