(57)【要約】  最新のＸ線発生装置は、３０ｋＷと１２０ｋＷとの間のピーク電力を送り出すことが要求される。この要件には、そのようなＸ線発生装置に供給するために使用される電力インバータの設計への厳しい制約があり、同時に、Ｘ線発生装置のサイズを減少させるという産業界の動機が存在する。最新のＸ線発生装置の電力段のスイッチング動作の周波数が増加する傾向は、磁芯インダクタではなく空芯インダクタの使用を可能にする。本出願は、一体化電流センサを有する空芯インダクタアセンブリを論じる。本出願によれば、部品表全体が減少するやり方の、経時的に位置がずれない電流センサがより的確に提供される。
2021506121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流センサを含むプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に装着された第１の空芯インダクタコイルの一部分とを含む、空芯インダクタアセンブリであって、
前記電流センサが前記プリント回路基板と一体化して形成され、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分が前記電流センサの近くに配列されて使用中に電磁結合を行い、それにより、前記電流センサが、前記第１の空芯インダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる、空芯インダクタアセンブリ。
【請求項２】
前記電流センサが、プリント回路基板トレースから形成される、請求項１に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項３】
前記プリント回路基板トレースが、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分の外径によって規定された前記プリント回路基板の一部分の内部に、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックを形成する、請求項２に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項４】
前記電流センサが前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分の外側の部分と電磁結合を行うように、前記プリント回路基板トレースが、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分の前記外径によって規定された前記プリント回路基板の前記一部分の前記外側に、端子直径まで、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックを形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項５】
前記プリント回路基板が、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分の前記外径によって規定された前記プリント回路基板の前記一部分の内部に貫通孔をさらに含み、
前記第１の空芯インダクタコイルのワイヤ接続が、前記貫通孔を介して前記プリント回路基板の反対側まで通される、請求項１から４のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項６】
前記プリント回路基板が多層プリント回路基板であり、前記電流センサが、複数の多層に配置された複数のプリント回路基板トレースから形成され、前記複数のプリント回路基板トレースが、前記層間のプリント回路基板バイアを使用して直列又は並列構成で接続される、請求項１から５のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項７】
第２の空芯インダクタコイルをさらに含み、
前記第２の空芯インダクタコイルが、前記第１の空芯インダクタコイルに対して前記プリント回路基板の反対側に配設され、前記第１の空芯インダクタコイルと位置合わせされて、それにより、前記第１の空芯インダクタコイルと前記第２の空芯インダクタコイルとの間の磁束結合が可能になる、請求項１から６のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項８】
第１のコイル支持体をさらに含み、
前記第１のコイル支持体が前記プリント回路基板で支持され、前記第１の空芯インダクタコイルが前記第１のコイル支持体で支持される、請求項１から７のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリを含む、共振電源アセンブリ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の空芯インダクタアセンブリである第１及び第２の空芯インダクタアセンブリ
を含む共振多段フィルタであって、
前記第１の空芯インダクタアセンブリが負荷要素に直列に接続可能であり、前記第２の空芯インダクタアセンブリが前記負荷要素に並列に接続可能であり、それにより、前記第１及び第２の空芯インダクタアセンブリの前記電流センサによって供給される磁束の測定値に基づいて、複素電力メトリックを計算することができる、共振多段フィルタ。
【請求項１１】
空芯導体アセンブリを製造するための方法であって、前記方法は、
ａ）プリント回路基板に一体化して形成された電流センサを有する前記プリント回路基板を製造するステップと、
ｂ）前記プリント回路基板に装着される第１の空芯インダクタコイルの一部分を設けるステップであって、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分が前記電流センサの近くに配列され、それにより、前記電流センサが、使用中に前記第１の空芯インダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる、設けるステップと
を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか一項に記載の第１の空芯インダクタコイル及びプリント回路基板を含む、部品のキット。
【請求項１３】
前記プリント回路基板トレースが、前記第１の空芯インダクタコイルの前記一部分の前記外径によって規定された前記プリント回路基板の前記一部分の内部に、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックとして設けられる、請求項１２に記載の部品のキット。
【請求項１４】
命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、実行されたとき、プリント回路基板設計プログラムが、電流センサと、プリント回路基板に装着される第１の空芯インダクタコイルのための装着パッドとを含む前記プリント回路基板を製造するための命令を生成できるようにし、前記電流センサが前記プリント回路基板と一体化して形成され、前記第１の空芯インダクタコイルを装着するための前記装着パッドが前記電流センサの近くに配列されて、使用中に前記電流センサと前記第１の空芯インダクタコイルとの間の電磁結合が行われ、それにより、前記電流センサが、前記第１の空芯インダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムを格納した、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空芯インダクタアセンブリ、空芯インダクタアセンブリを製造するための方法、共振電源アセンブリ、共振多段フィルタ、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新のＸ線発生装置は、３０ｋＷと１２０ｋＷとの間のピーク電力を送り出すことが要求される。この要件には、そのようなＸ線発生装置に供給するのに使用される電力インバータの設計への厳しい制約がある。
【０００３】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）から製作された新しい半導体スイッチング要素の商品化により、数百アンペアの電流の場合でさえ、Ｘ線発生装置のスイッチング周波数の増加を予期することができる。そのようなコンバータの動作周波数の予期される増加により、Ｘ線発生装置の電力インバータで使用される構成要素の設計を改善する機会が作り出される。
【０００４】
ＣＮ２０１７９６０７５Ｕは、空隙をもつ環状磁気コア、コイル、及びメイン回路基板を含む電流センサ用のコイルモジュールを論じている。しかしながら、そのようなコイルモジュールはさらに改善することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえに、インダクタコイル設計を改善する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、添付の独立請求項の主題によって解決される。さらなる実施形態が、従属請求項及び説明に組み込まれる。
【０００７】
第１の態様は、
電流センサを含むプリント回路基板と、
プリント回路基板に装着された第１の空芯インダクタコイルの一部分と
を含む空芯インダクタアセンブリを提供する。
【０００８】
電流センサはプリント回路基板と一体化して形成され、第１の空芯インダクタコイルの一部分は電流センサの近くに配列されて使用中に電磁結合を行い、それにより、電流センサは、第１の空芯インダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる。
【０００９】
したがって、プリント回路基板を使用してピックアップコイル巻線を実現することが可能である。これは、別個の電流感知コイルを不要にすることによって、空芯インダクタアセンブリの「部品表」コストを低減する。さらに、プリント回路基板設計技法の柔軟性により、特定の設計の要件に応じて、ピックアップコイル巻線の多くの異なる構成を実現することができる。それゆえに、特定のサイズ及び／又は空芯コイルの構成では、空芯インダクタの内部の磁束強度を評価するために、より効果的なピックアップコイル（電流センサ）を備えることが可能である。
【００１０】
オプションとして、電流センサはプリント回路基板トレースである。
【００１１】
したがって、別個の電流センサは必要とされず、空芯インダクタアセンブリの部品表コストが低減される。
【００１２】
オプションとして、プリント回路基板トレースは、第１の空芯インダクタコイルの一部分の外径によって規定されたプリント回路基板の一部分の内部に、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックを含む。
【００１３】
したがって、電流センサの形状は、空芯インダクタの端部の特定の断面に多くの異なるやり方で適合されて、空芯インダクタと電流センサとの間の達成可能な磁束鎖交を最大にすることができる。これにより、空芯インダクタからの磁束鎖交測定の信号対雑音比が改善される。
【００１４】
オプションとして、プリント回路基板トレースは、電流センサが第１の空芯インダクタコイルの一部分の外側の一部分と電磁結合を行うように、第１の空芯インダクタコイルの一部分の外径によって規定されたプリント回路基板の一部分の外側に、端子直径まで、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックを形成する。
【００１５】
したがって、磁束鎖交は空芯インダクタの空芯の内部で最も強いが、電流センサは、空芯インダクタの外部側の近くに存在する追加の磁束を捕捉するためにプリント回路基板の内部に設計される。
【００１６】
オプションとして、プリント回路基板は、第１の空芯インダクタコイルの一部分の外径によって規定されたプリント回路基板の一部分の内部に貫通孔をさらに含む。第１の空芯インダクタコイルのワイヤ端子は、貫通孔を介してプリント回路基板の反対側に通される。
【００１７】
したがって、第１の空芯インダクタコイルは、都合良く、プリント回路基板の反対側で終端されるか又はプリント回路基板の反対側で第２のインダクタコイルに接続される。電流センサは、貫通孔を囲むように設けられ、それにより、磁束鎖交をインダクタの空芯の内部で測定することができる。
【００１８】
オプションとして、プリント回路基板は多層プリント回路基板である。電流センサは、複数の多層に配置されたプリント回路基板トレースから形成され、プリント回路基板トレースは、層間のプリント回路基板バイアを使用して直列又は並列構成で接続される。
【００１９】
したがって、電流センサの磁束ピックアップ特性は、多層プリント回路基板のメサ構造を利用することにより簡単なやり方で複数のピックアップコイルを設けることによって改善される。
【００２０】
オプションとして、空芯インダクタアセンブリは、第１のコイル支持体をさらに含む。第１のコイル支持体はプリント回路基板で支持され、第１の空芯インダクタコイルは第１のコイル支持体で支持される。
【００２１】
したがって、空芯インダクタアセンブリは安定して支持される。
【００２２】
オプションとして、空芯インダクタアセンブリは、第２のインダクタコイルをさらに含む。第２の空芯インダクタコイルは、第１の空芯インダクタコイルに対してプリント回路基板の反対側に配設され、第１の空芯インダクタコイルと位置合わせされて、それにより、第１の空芯インダクタコイルと第２の空芯インダクタコイルとの間の磁束結合が可能になる。
【００２３】
オプションとして、プリント回路基板は計測増幅器をさらに含む。計測増幅器は、電流センサからの電流ピックアップ信号を増幅し、それをフィードバック回路による使用のために出力するように構成される。
【００２４】
したがって、空芯インダクタのコア内又はその近くの磁束鎖交を表す電流ピックアップ信号は、電源モニタリング回路のさらなる使用のために増幅及び／又はインピーダンス整合される。
【００２５】
第２の態様によれば、第１の態様又はそのオプションの実施形態による空芯インダクタアセンブリを含む共振電源アセンブリが提供される。
【００２６】
したがって、共振電源アセンブリで使用されるインダクタの磁束強度フィードバック特性を得ることを依然として可能にしながら、共振電源アセンブリの部品表コストが簡素化される。
【００２７】
第３の態様によれば、
第１の態様又はそのオプションの実施形態による第１の空芯インダクタアセンブリと、
第１の態様又はそのオプションの実施形態による第２の空芯インダクタアセンブリと
を含む共振多段フィルタが提供される。
【００２８】
第１の空芯インダクタアセンブリは負荷要素に直列に接続可能であり、第２の空芯インダクタアセンブリは負荷要素に並列に接続可能であり、それにより、第１及び第２の空芯インダクタアセンブリの電流センサによって供給される磁束の測定値に基づいて、複素電力メトリックを計算することができる。
【００２９】
したがって、共振多段フィルタの部品表コストは低減される。
【００３０】
第４の態様によれば、空芯導体アセンブリを製造するための方法であって、
ａ）プリント回路基板に一体化して形成された電流センサを有するプリント回路基板を製造するステップと、
ｂ）プリント回路基板に装着される第１の空芯インダクタコイルの一部分を設けるステップであって、第１の空芯インダクタコイルの一部分が電流センサの近くに配列されて使用中に電磁結合を行う、設けるステップと
を有する、方法が提供される。
【００３１】
オプションとして、電流センサは、多層プリント回路基板の複数の層に形成される。
【００３２】
オプションとして、プリント回路基板トレースは、第１の空芯インダクタコイルの一部分の外径によって規定されたプリント回路基板の一部分の内部に、ループ、螺旋、又は矩形螺旋トラックとして設けられる。
【００３３】
第５の態様によれば、命令を含むコンピュータプログラム要素が提供され、命令は、実行されたとき、プリント回路基板設計プログラムが、電流センサと、プリント回路基板に装着される第１の空芯インダクタコイルのための装着パッドとを含むプリント回路基板を製造するための命令を生成できるようにし、電流センサはプリント回路基板と一体化して形成され、第１の空芯インダクタコイルを装着するための装着パッドは電流センサの近くに配列されて、使用中に電流センサと第１の空芯インダクタコイルとの間の電磁結合が行われ、それにより、電流センサは、第１の空芯インダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる。
【００３４】
第６の態様によれば、第５の態様のコンピュータプログラム要素を格納したコンピュータ可読媒体が提供される。
【００３５】
第７の態様によれば、第１の態様又はそのオプションの実施形態に記載の第１の空芯インダクタコイル及びプリント回路基板を含む部品のキットが提供される。
【００３６】
以下の適用において、「インダクタコイル」という用語は、オプションとしてコイル支持体に形成された複数の巻線を有するワイヤを指す。コイルの巻線は、オプションとして直線軸のまわりにあってもよいが、より一般的には、オプションとしてインダクタコイルが装着されるプリント回路基板基部に対して半円形軸のまわりに巻かれる。コイル支持体を設けることは、必須ではなく、例えば、インダクタを製造するときに使用されるワイヤゲージの剛性によって決まる。
【００３７】
以下の適用において、「電流センサ」という用語は、空芯インダクタの内部又はその近くの磁束強度をモニタすることができる手段を指す。本出願では、これは、例えば、銅から製作されたプリント回路基板トレースを含む。空芯インダクタのコア内の変化する磁束は、マクスウェル−ファラデーの式に従って、プリント回路基板トレースに、インダクタコイルを流れる電流のサイズに比例し、磁束変化の変化率（電力スイッチング周波数）に比例する負の電圧を誘導する。オプションとして、電流センサはまた、例えば、「ホール効果センサ」として実施されてもよい。
【００３８】
以下の適用において、「コンピュータプログラム要素」を形成することができるコンピュータデータフォーマットの一例は、普通のプリント回路基板設計プログラムで使用されるデータフォーマット、例えば、ＯＤＢ＋＋、標準ガーバー（ＲＳ−２７４−Ｄ）、拡張ガーバー（ＲＳ−２７４Ｘ）、ＥＤＩＦ、又はＩＳＯ１０３０３−２１０などである。
【００３９】
それゆえに、プリント回路基板製造プロセスで製造される電流センサを使用して空芯インダクタアセンブリのコアの内部の磁束強度をモニタすることが本発明の基本的な発案である。
【００４０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下で説明される実施形態から明らかになり、それを参照して解明される。
【００４１】
本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電流センサを有する２つのインダクタをもつ多段フィルタ回路を概略的に示す図である。
【図２】空芯インダクタアセンブリの側面図及びトップダウン図を概略的に示す図である。
【図３】様々な電流センサ構成を概略的に示す図である。
【図４】支持要素を含む組み立てられた空芯インダクタアセンブリの等角図である。
【図５】空芯インダクタアセンブリを製造する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
最新のＸ線発生装置は、３０ｋＷから１２０ｋＷの範囲のピーク電力を送り出すように設計される。最新技術の電力インバータは、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲の周波数で動作する。Ｘ線装置のサイズを減少させるために、より小さいキャパシタ変成器及びインダクタ値が望まれる。損失を最小にするために、Ｘ線電源回路の電源段に共振インバータを使用することがさらに知られている。
【００４４】
共振インバータは、共振インダクタ及びキャパシタを使用する。全システムインダクタンスは、高電圧変成器に固有の浮遊容量と、追加の共振インダクタとによって規定される。変成器が誘導成分全体を供給する設計が知られているが、そのような解決策は、比較的高い漂遊磁場に結びつけられ、それが、共振インバータの隣接部分に渦電流を生成するという欠点を有する。さらに、そのような設計は、変成器の磁気コアの損失を大きくする。
【００４５】
ＳｉＣ及びＧａＮなどの新しい半導体を利用できることは、将来、Ｘ線用途における電力コンバータが、より高いスイッチング周波数で、例えば、１００ｋＨｚから１ＭＨｚまでの間で動作し、数百アンペアの電流を搬送することを意味する。
【００４６】
動作周波数が増加するにつれて、変成器は低損失に向けて最適化される。これには、別個のインダクタを共振インバータに設けることが必要とされる。現在、そのようなＸ線共振インバータで使用されるインダクタは、磁芯を使用して作り上げられている。しかしながら、そのようなインダクタは、より高い動作周波数で高い損失を受けやすく、そしてかなりの熱管理を必要とする。
【００４７】
動作の周波数が増加するにつれて、インダクタの必要な値は、０．５μＨから５μＨの範囲内まで減少する。そのようなインダクタンス値は、磁芯がないインダクタ、代わりに、空芯インダクタアセンブリとして知られるインダクタによって実現される。
【００４８】
共振インバータは、一般に、共振回路の電流の測定値を１つの入力として取り込むフィードバック回路を使用して制御される。共振回路の電流に代わるものは、共振インバータのインダクタ要素で測定された磁束である。
【００４９】
図１は、高電圧Ｘ線源電力コンバータで使用される典型的な多段フィルタを示す。交流電源１０は、インダクタＬ１及びキャパシタＣ１とインダクタＬ２及びキャパシタＣ２とによって形成された第１の直列インダクタ−キャパシタ帯域通過ネットワークに接続され、インダクタＬ１及びＬ２は第１のトロイド１２を形成する。このネットワークはＬ３に並列に接続され、Ｌ３は第２のトロイド１４を形成する。並列キャパシタンスＣ３は、インダクタＬ３と一緒に、帯域消去ネットワークを形式する。
【００５０】
続いて、インダクタＬ４及びキャパシタＣ４とインダクタＬ５及びキャパシタＣ５とから形成された直列インダクタ−キャパシタネットワークは、負荷ＺＬに接続される第２の帯域通過フィルタを構成する。インダクタＬ４及びＬ５は第３のトロイド１６を形成する。交流電源１０のより効果的な制御を可能にするために、コントローラ１８は、電流感知インダクタＬＣＳ１及び電流感知インダクタＬＣＳ２からの電流感知入力が供給され、電流感知入力は、動作中に、電流感知インダクタＬＣＳ１にインダクタＬ１によって誘導された電流及び電流感知インダクタＬＣＳ２にインダクタＬ３によって誘導された電流を測定することによって得られる。したがって、電流感知インダクタＬＣＳ１及び電流感知インダクタＬＣＳ２は、一般に、インダクタＬ１、Ｌ３とそれぞれの電流感知インダクタとの間に電磁結合が存在するように配置される。
【００５１】
現在、そのような回路トポロジで電流感知インダクタＬＣＳ１及び電流感知インダクタＬＣＳ２によって形成された電流センサは、例えば、ワイヤの個別のコイルとして提供される。これにより、多段フィルタ又は空芯インダクタ回路アセンブリの部材表コストが増加する。追加として、電流センサにワイヤの個別のコイルを使用すると、ワイヤのコイルの方位を予測できないことなどの回路の構成の複雑さがもたらされる。誤った向きのワイヤのコイルは、予期しない電流測定結果を返すことがある。さらに、個別のワイヤのコイルはまた、電力制御サブシステムの自動機械アセンブリ中の複雑化を引き起こす。ワイヤのコイルが初めに正しく配置されていると想定しても、それは、さらに、サービス又は通常動作中に位置がずれた状態になり、それにより、システムが信頼できなくなることがある。
【００５２】
第１の態様によれば、
電流センサ２６を含むプリント回路基板２２と、
プリント回路基板２２に装着された第１のインダクタコイル２４の一部分と
を含む空芯インダクタアセンブリ２０が提供される。
【００５３】
電流センサ２６は、プリント回路基板２２と一体化して形成され、第１のインダクタコイル２４の一部分２８は、電流センサ２６の近くに配列されて使用中に電磁結合を行い、それにより、電流センサ２６は、第１のインダクタコイル２４に存在する磁束の測定を行うことができる。
【００５４】
図２ａ）は、第１の態様による空芯アセンブリの側面図を概略的に示す。
【００５５】
図２ｂ）は、同じ配列で、図２ａ）に示した空芯アセンブリのトップダウン図を概略的に示す。
【００５６】
例示的な実施形態では、空芯インダクタアセンブリ２０は、第１のインダクタコイル２４が装着されるプリント回路基板２２として提供される。図示のように、プリント回路基板２２は、ＦＲ４などのガラス強化プラスチックから製作された上層２２ａ及び下層を有する単層プリント回路基板であり、例えば、導電性銅層２２ｂがガラス強化プラスチック上層２２ａに接着で取付けられている。第１のインダクタコイル２４は、この例では、十分に硬くて第１のインダクタコイル２４が別個の支持体なしに立つことができる太いゲージのリッツワイヤとして提供される。オプションとして、支持体（プラスチック構成などの）が、細いゲージのリッツワイヤを支持するために設けられてもよい。
【００５７】
電流センサ２６は、導電性銅層２２ｂの特定のトラックとして設けられる。図２ｂ）は、図２ａ）のプリント回路基板２２のトップダウン図を示し、第１のインダクタコイル２４は点線を使用して示され、プリント回路基板トレースによって形成された電流センサ２６（プリント回路基板の銅層２２ｂに製作された）は太い黒線を使用して示されている。
【００５８】
半円形状の第１のインダクタコイル２４の一部分２８がプリント回路基板２２の上面に接していることが分かる。第１のインダクタコイル２４の一部分２８によって輪郭を描かれた直径内に、実質的にループ形状の電流センサ２６が、プリント回路基板トレースとして設けられる。トレースの両端は、終端３０及び３２につながり、終端３０及び３２は、計測増幅器、インピーダンス整合ネットワーク、及び最終的にＸ線電力制御システムに接続される。
【００５９】
動作中、交流は、第１のインダクタコイル２４を通って両方向に流れ、それは、第１のインダクタコイル２４の空芯の内部に迅速に変動する磁場を確立する。第１のインダクタコイル２４は電流センサ２６を形成するプリント回路基板トレースの近くに配列されるので、迅速に変動する磁場に含まれるエネルギーの一部が、電流センサ２６によってピックアップされ、端子３０と３２の両端に、第１のインダクタコイル２４の内部に流れる電流に代わって表す電圧を誘導する。
【００６０】
オプションとして、「近くに」という用語は、第１のインダクタコイル２４の一部分２８がプリント回路基板２２の（非導電性）表面と物理的に接触することを意味する。「近くに」という用語は、代替として、第１のインダクタコイル２４の一部分２８が、プリント回路基板２２の非導電性表面から、１ｍｍ未満、２ｍｍ未満、３ｍｍ未満、４ｍｍ未満、５ｍｍ未満、又は１ｃｍ未満の距離だけ隔てられていることを意味する。選ばれた動作条件、例えば、共振コンバータのスイッチング周波数、共振コンバータを流れる電流、第１のインダクタコイル２４のインダクタンスに依存して、第１のインダクタコイル２４の一部分２８とプリント回路基板２２の表面との間の様々な距離が、第１のインダクタコイル２４の一部分２８と電流センサ２６との間の磁束鎖交が確立されるならば、許容可能である。オプションとして、計測増幅器及び／又はインピーダンス整合ネットワークを使用すると、感知信号の大きさが改善され、それにより、第１のインダクタコイルの一部分２８とプリント回路基板２２の表面との間の近接制約条件が緩和される。
【００６１】
オプションとして、第１のインダクタコイル２４はトロイダルである。
【００６２】
第１のインダクタコイル２４の「一部分」２８は、図２ａ）及び図２ｂ）の第１のインダクタコイル２４の端部部分として示されていることが理解されよう。しかしながら、第１のインダクタコイル２４がプリント回路基板２２の上部（非導電性）表面に配設された円筒状空芯インダクタであるオプションの実施形態も考えられ、この場合、電流センサ２６は、円筒状インダクタコイルの経路に沿って延びるプリント回路基板トレースとして設けられる。当業者は、インダクタコイルの多くの形状及び配置を使用することができることを理解するであろう。
【００６３】
オプションとして、第１及び／又は第２のインダクタコイルの一部分２８は、インダクタコイルの端部部分又は端子部分である。
【００６４】
図示されていないが、電流センサ２６のインダクタンスを改善するために多層プリント回路基板を利用してもよいことが理解されよう。例えば、２層プリント回路基板は、プリント回路基板層間の「バイア」によって一緒に接続された２つの直列接続された電流センサを備えることができる。限定なしに、この概念は、３つ、４つ、５つ又は多数の多層を有するプリント回路基板に適用可能である。
【００６５】
図３は、プリント回路基板に製作される様々な電流センサの設計を概略的に示す。
【００６６】
図３ａ）は、電流センサのボトムアップ図を示し、端子部分２８の端部径３６は円として描かれる。第１の電流センサの形態は、第１のインダクタコイル２４の端部部分の内部のまわりに経路を実質的に描くプリント回路基板の銅層内の円形ループ４０である。
【００６７】
図３ｂ）は、第１のインダクタコイル２４の端子部分２８を描くことによって境界をつけられたプリント回路基板の銅層内の矩形螺旋状トラック４２の形態の電流センサ２６のボトムアップ図を示す。
【００６８】
図３ｃ）は、第１のインダクタコイル２４の端子部分２８を描くことによって境界をつけられたプリント回路基板の銅層内の円形螺旋状パターン４４の形態の電流センサ２６のボトムアップ図を示す。
【００６９】
図３ｄ）は、第１のインダクタコイル２４の端子部分２８を描くことによって規定された境界のわずかに外側にループ４４を形成する電流センサ２６のボトムアップ図を示す。これは、敏感な計測装置を用いて依然として検出可能であるフリンジ場が端子部分２８の範囲の外側の外径ＯＤでピックアップされることを可能にするものである。
【００７０】
従来、空芯インダクタアセンブリのプリント回路基板２２は、前部から後部への孔がない平面パネルとして論じられている。オプションとして、孔形状の開口が、プリント回路基板を通して設けられて、例えば、第１のインダクタコイル２４からのワイヤ接続４８を、プリント回路基板の一方の側からプリント回路基板の他方の側に戻すことができ、例えば、第１のインダクタコイル２４を収容している側とはプリント回路基板２２の反対側のプリント回路基板トレースに第１のインダクタコイル２４を電気的に接続することができる。
【００７１】
図３ｅ）は、第１のインダクタコイル２４の端子部分２８によって規定された直径の内部に形成されたループ形状の電流センサ２６（図３ａ）に示されたような）を示すが、開口４６が、第１のインダクタコイル２４の端子部分２８によって描かれたプリント回路基板の区域を通して設けられて、ワイヤ接続４８がプリント回路基板の一方の側からプリント回路基板の反対の側まで行われるのを可能にする。
【００７２】
図４は、前に論じたような空芯インダクタアセンブリ５２の実際の例を示す。この例は、第１のコイル支持体５６に形成された第１のインダクタコイル５４、及び第２のコイル支持体６０に形成された第２のインダクタコイル５８を示す。第１のインダクタコイル５４に使用されるワイヤが十分に太いゲージである場合、コイル支持体５６は必要とされないことが理解されよう。コイル支持体５６は、例えば、ワイヤコイルの規則的な分布を可能にするためにフィンを有する半円プラスチック構成要素として設けられる。第１のコイル支持体５６及び第２のコイル支持体６０はプリント回路基板６２に固定される。図示の場合には、電流センサ２６は示されていない（電流センサ２６は、第１のコイル支持体５６の端部によって不明瞭になっている）。しかしながら、この例のプリント回路基板６２は、上述の記載例によるエッチング済み銅トラックを含む。
【００７３】
一態様によれば、上述の空芯インダクタアセンブリ２０を含む共振電源アセンブリが提供される。
【００７４】
一態様によれば、上述で論じたような第１の空芯インダクタアセンブリと第２のコアインダクタアセンブリとを含む共振多段フィルタが提供される。
【００７５】
第１の空芯インダクタアセンブリは負荷要素に直列に接続可能であり、第２の空芯インダクタアセンブリは負荷要素に並列に接続可能であり、それにより、第１及び第２の空芯インダクタアセンブリの電流センサによって供給される磁束の測定値に基づいて、複素電力メトリックを計算することができる。
【００７６】
共振多段フィルタの一部（直列インダクタ及び並列インダクタ）として空芯インダクタを使用するとき、負荷への複素電力（Ｕ＊Ｉ）は、１つの直列インダクタ（複素振幅Ｉを与える）及び１つの並列インダクタ（複素振幅Ｕを与える）による磁束を測定することによって検出される。これは、図１の回路図に示されている通りである。図示の場合には、トロイド１２の電流を検出するように構成されたピックアップ（電流センサ）は、Ｉに比例するピックアップ信号を供給し、トロイド１４の電流を検出するように構成されたピックアップ（電流センサ）は、Ｕに比例する所望のピックアップ信号を供給する。
【００７７】
オプションとして、インダクタ電流は、フィードバック回路により、誘導電圧を積分することによって計算される。１つの主要周波数成分のみをもつ電流を考慮する場合、誘導電圧振幅は電流振幅に直接比例する。倍率は、計算又は較正測定によって得られる。有利には、第１の態様による空芯インダクタアセンブリは、形状、位置、及び方位が固定されている電流センサ２６を有する。そのため、それは、長期間安定である再現可能な測定を可能にする。
【００７８】
オプションとして、電流センサ２６は、電源システムプリント回路基板の一部である。さらに、空芯インダクタは、ハーフトロイドが、図４に示されるように、プリント回路基板に背中合わせに装着されることに応じて実現され、電流センサ２６は、第１及び第２のハーフトロイドのそれぞれの端部部分の間にある。
【００７９】
一態様によれば、上述の例示的なオプションで論じたようなプリント回路基板と第１のインダクタコイルとを含む部品のキットが提供される。
【００８０】
一態様によれば、
ａ）プリント回路基板に一体化して形成された電流センサを有するプリント回路基板を製造するステップ７０と、
ｂ）プリント回路基板に装着される第１のインダクタコイルの一部分を設けるステップ７２であり、第１のインダクタコイルの一部分が電流センサの近くに配列され、それにより、電流センサが、使用中に第１のインダクタコイルに存在する磁束の測定を行うことができる、設けるステップ７２と
を有する方法が提供される。
【００８１】
どこででも、プリント回路基板は、コンピュータを使用して設計及びテストされる。
【００８２】
本発明の第４の態様によれば、処理ユニットによって実行されたとき前に説明したような方法のステップを実行するように構成されている、前に説明したような装置又は前の説明によるＸ線イメージング構成を制御するための命令を含むコンピュータプログラムが提供される。
【００８３】
そのようなコンピュータプログラムは、例えば、プリント回路基板設計を移送するために使用される普通のファイルフォーマット、例えば、ＯＤＢ＋＋、標準ガーバー（ＲＳ−２７４−Ｄ）、拡張ガーバー（ＲＳ−２７４Ｘ）、ＥＤＩＦ、又はＩＳＯ１０３０３−２１０などを含む。
【００８４】
本発明の第５の態様によれば、前に説明したようなコンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読媒体が提供される。それゆえに、コンピュータプログラム要素が、本発明の一実施形態でもあるコンピュータユニットに格納される。このコンピューティングユニットは、上述の方法のステップの動作を実行又は誘導するように構成される。その上、それは、上述の装置の構成要素を操作するように構成される。
【００８５】
コンピューティングユニットは、自動的に動作するように、及び／又はユーザの命令を実行するように構成される。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされる。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行するように装備される。
【００８６】
本発明のこの例示的な実施形態は、本発明を最初からインストールしたコンピュータプログラムと、更新によって既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムの両方をカバーする。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に供給されるか又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体などの好適な媒体に格納され及び／又は分配されてもよいが、さらに、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムなどを介して他の形態で分配されてもよい。
【００８７】
しかしながら、プログラムは、さらに、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされてもよい。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードできるようにする媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つによる方法を実行するように構成される。
【００８８】
本発明の実施形態が様々な主題を参照して説明されていることに留意すべきである。特に、ある実施形態は方法タイプの請求項を参照して説明され、一方、他の実施形態はデバイスタイプの請求項を参照して説明されている。しかしながら、当業者は、上述の説明及び以下の説明から、特に断らない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関連する特徴の間の他の組合せが本出願により開示されていると見なされることが分かるであろう。
【００８９】
すべての特徴を組み合わせて、特徴の単純な和を超える相乗効果を提供することができる。
【００９０】
本発明が、図面及び前述の説明で詳細に図示及び説明されたが、そのような図及び説明は、例証又は例示であり、限定でないと見なされるべきである。本発明は、開示した実施形態に限定されない。
【００９１】
開示した実施形態への他の変形は、請求される発明を実践する際に、図面、開示、及び従属請求項の検討から当業者によって理解され達成される。
【００９２】
特許請求の範囲において、「備えている、含んでいる、有している」という語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示していない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するものと解釈されるべきでない。
【図１】
2021506121.tif 000003
【図２ａ）−２ｂ）】
2021506121.tif 000004
【図３ａ）】
2021506121.tif 000005
【図３ｂ）】
2021506121.tif 000006
【図３ｃ）】
2021506121.tif 000007
【図３ｄ）】
2021506121.tif 000008
【図３ｅ）】
2021506121.tif 000009
【図４】
2021506121.tif 000010
【図５】
2021506121.tif 000011
【国際調査報告】
2021506121.tif 000012
2021506121.tif 000013
2021506121.tif 000014
2021506121.tif 000015