(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフォイル巻線の第１の巻線部（１０１，１０２，２０１，２０２）を構成する二つ以上の第１のフォイル導体と、
前記第１のフォイル巻線と略同一の磁気軸を有する第２のフォイル巻線の一つ以上の第２の巻線部（１０３，１０４，２０３，２０４）を構成する一つ以上の第２のフォイル導体と、
を備え、前記磁気軸は、前記第１のフォイル導体及び前記第２のフォイル導体の横方向に略平行であり、前記第１の巻線部は、前記磁気軸と略垂直な方向で前記第２の巻線部と交互積層される変成器において、
前記第１のフォイル導体の各々の少なくとも一つの端部が、前記磁気軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片（１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂ）を構成するように分けられ、
前記第１の巻線部の一方（１０１，２０１）に属する前記細長片（１０５ａ，１０５ｂ，２０５ａ，２０５ｂ）の端部を、前記第１の巻線部の間に配置された前記第２の巻線部の特定の巻線部（１０３，２０３）を渡る接続ブリッジを構成するために前記第１の巻線部の他方（１０２，２０２）に属する前記細長片（１０６ａ，１０６ｂ，２０６ａ，２０６ｂ）の端部に接続するように、
前記第１の巻線部は、電気的に相互接続され、
前記第１の巻線部は、前記細長片の端部によって構成される二つの接続ブリッジによって電気的に相互接続されていることを特徴とする変成器。
【請求項２】
前記第２の巻線部の個数は少なくとも２個であり、
前記第２のフォイル導体の各々の少なくとも一つの端部が、前記磁気軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片（１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ）を構成するように分けられ、
前記第２の巻線部の一方（１０３）に属する前記細長片（１０７ａ，１０７ｂ）の端部を、前記第２の巻線部の間に配置された前記第１の巻線部の特定の巻線部（１０２）を渡る接続ブリッジを構成するために前記第２の巻線部の他方（１０４）に属する前記細長片（１０８ａ，１０８ｂ）の端部に接続するように、
前記第２の巻線部は、電気的に相互接続される請求項１に記載の変成器。
【請求項３】
前記磁気軸に略平行な方向のうちの第１の方向に折り曲げられるとともに前記接続ブリッジの一つを構成する前記細長片の各対の端部を、第１の回路基板（３１４）の導体にはんだ付けした請求項１又は２に記載の変成器。
【請求項４】
前記磁気軸に略平行な方向のうちの第２の方向に折り曲げられるとともに前記接続ブリッジの一つを構成する前記細長片の各対の端部を、第２の回路基板（３１５）の導体にはんだ付けした請求項１又は２に記載の変成器。
【請求項５】
前記変成器は、前記第１のフォイル巻線及び前記第２のフォイル巻線によって包囲された脚部（１１６，２１６）を有するコア構造（１１３，２１３）を備える請求項１又は２に記載の変成器。
【請求項６】
前記コア構造（２１３）は、強磁性材料を含み、前記脚部（２１６）は、非強磁性ギャップ（２１７）によって前記脚部の長手方向に互いに切り離された二つの部分（２１６ａ，２１６ｂ）を備える請求項５に記載の変成器。
【請求項７】
前記第１のフォイル導体及び前記第２のフォイル導体の一方の一部であるとともに前記脚部に最も近接する少なくとも一つのフォイル導体部分は、前記磁気軸の方向に互いに離間した距離で互いに平行な二つの細長片を備え、前記非強磁性ギャップによって生じた磁束の広がりが前記フォイル導体部分に渦電流を誘導するのを妨げるために前記細長片の間のギャップを前記非強磁性ギャップ（２１７）に合わせる請求項６に記載の変成器。
【請求項８】
前記第１のフォイル導体及び前記第２のフォイル導体の各々は、前記磁気軸の方向に互いに離間した距離で互いに平行な二つの細長片（２０５ａ，２０５ｂ）を備え、前記非強磁性ギャップによって生じた磁束の広がりが前記脚部に最も近接する前記第１のフォイル導体及び前記第２のフォイル導体のフォイル導体部分に渦電流を誘導するのを妨げるために前記細長片の間のギャップ（２１８）を前記非強磁性ギャップ（２１７）に合わせる請求項６に記載の変成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、一般的には変成器に関する。更に詳しくは、発明は、フォイル巻線を有する変成器であって、フォイル巻線はフォイル巻線の漏れインダクタンスを低減するために交互積層部を有する変成器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、変成器の巻線の漏れインダクタンスを最小にしたいという要望がある。例えば、フライバックトポロジーを有するスイッチング電源“ＳＭＰＳ”において、１次巻線の漏れインダクタンスによって、１次巻線を介してフライバック電源の変成器に充電された全てのエネルギーを、２次巻線を介して変成器から放出することができない。変成器の巻線の漏れインダクタンスを低減させる既知の方法は、各巻線が変成器の一つ以上の他の巻線の対応する巻線部と交互積層された巻線部を備える交互積層巻線を用いることである。交互巻線に関連する固有の課題は、巻線を構成するために巻線部を接続するように巻線部の間に電気的な接続部を配置する必要があることである。同一の巻線に属する二つの巻線部の間の電気的な接続部は、一つ以上の他の巻線の一つ以上の他の巻線部を渡る接続ブリッジを形成する必要があり、この場合、一つ以上の他の巻線部は、交互積層配置において、対象としている巻線の二つの巻線部の間に配置される。巻線部の間の上述した電気的な接続部のインダクタンスを、交互積層巻線によって提供される利点すなわち漏れインダクタンスの低減が弱くなること又は損なわれることを回避するために、できるだけ小さくする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フォイル巻線は、フォイル巻線の種々の利点のために多くの種類及び用途の変成器において一般的である。例えば、表皮効果は、同一の断面領域を有する円形導線における場合のように、平坦で薄いフォイル導体において有効導電領域を大きく減少させない。交互積層巻線に関連する上述した課題は、変成器のフォイル巻線を交互積層巻線を形成するように構成した場合、すなわち、電気的な接続部のインダクタンスができるだけ小さくなるように各フォイル巻線の巻線部の間に電気的な接続部を配置する必要がある場合にも存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下、種々の発明の実施の形態の一部の態様の基本的な理解を提供するために簡単化した要約を提供する。要約は、発明の詳細な概説ではない。発明の主要な又は重要な要素を特定することも発明の範囲を詳しく説明することも意図しない。以下の要約は、発明の例示する及び限定されない実施の形態の更に詳細な説明の序章としての簡単化した形態における発明の一部の概念を単に提供する。
【０００５】
発明によれば、例示する及び必須ではないスイッチング電源“ＳＭＰＳ”の変成器とすることができる新たな変成器を提供する。発明による変成器は、
第１のフォイル巻線の第１の巻線部を構成する二つ以上の第１のフォイル導体と、
第１のフォイル巻線と略同一の磁気軸を有する第２のフォイル巻線の一つ以上の第２の巻線部を構成する一つ以上の第２のフォイル導体と、
を備え、磁気軸は、第１のフォイル導体及び第２のフォイル導体の横方向に略平行である。
【０００６】
第１の巻線部は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の漏れインダクタンスを低減するために磁気軸と略垂直な方向で第２の巻線部と交互積層される。
【０００７】
第１のフォイル導体の各々の少なくとも一つの端部が、磁気軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片を構成するように分けられ、
第１の巻線部の一方に属する細長片の端部を、第１の巻線部の間に配置された第２の巻線部の特定の巻線部を渡る接続ブリッジを構成するために第１の巻線部の他方に属する細長片の端部に接続するように、
第１の巻線部は、電気的に相互接続される。
【０００８】
発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器において、第２の巻線部の個数は少なくとも２個であり、
第２のフォイル導体の各々の少なくとも一つの端部が、磁気軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片を構成するように分けられ、
第２の巻線部の一方に属する細長片の端部を、第２の巻線部の間に配置された第１の巻線部の特定の巻線部を渡る接続ブリッジを構成するために第２の巻線部の他方に属する細長片の端部に接続するように、
第２の巻線部は、電気的に相互接続される。
【０００９】
上述した巻線部のフォイル導体が、上述した方法で巻線部の間に電気的な接続部を設けるために用いられるので、追加の導体をフォイル導体の端部に接続する必要がない。さらに、フォイル導体の相互接続された端部がそれぞれ互いに逆方向に折り曲げられた二つの細長片を構成するために分かれるので、二つの巻線部の間の電気的な接続部はそれぞれ、二つの接続ブリッジを備える。これによって、上述した電気的な接続部のインダクタンスを減少させる。その理由は、二つの接続ブリッジが略平行に接続されるからである。さらに、電気的な接続部を、フォイル導体を流れる電流の分布において更に対称となるように構成することができる。その理由は、電気的な接続部を、フォイル導体の長手方向の対称軸に対して対称にすることができるからである。
【００１０】
発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線と略同一の磁気軸を有する少なくとも一つの第３のフォイル巻線を更に備える。第３のフォイル巻線は、第１の巻線部及び第２の巻線部と交互積層されるとともに上述した方法で電気的に相互接続される二つ以上の第３の巻線部を備えてもよい。
【００１１】
発明の複数の例示する及び限定されない実施の形態を、伴う従属項に記載する。
【００１２】
構成及び動作方法に関する発明の種々の例示する及び限定されない実施の形態は、他の目的及びその利点と共に、特定の例示する及び限定されない実施の形態の以下の説明を添付図面に関連して読むときに当該説明から最もよく理解される。
【００１３】
動詞「備える」及び「有する」は、列挙しない特徴の存在を除外せず、かつ、列挙しない特徴の存在を必要としない限定のない制限としてこの文書で用いる。伴う従属項に列挙した特徴は、明記されていない限り相互に自由に組み合わせ可能である。さらに、この文書の最初から最後までの“ａ”又は“ａｎ”すなわち単数形の使用が複数を除外しないことを理解されたい。
【００１４】
発明の例示する及び限定されない実施の形態並びにその利点を、添付図面を参照しながら以下で更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】図１ａは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図１ｃ】図１ｃは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図１ｄ】図１ｄは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図１ｅ】図１ｅは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図２ａ】図２ａは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器を示す。
【図３】図３は、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ａは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器の斜視図を示す。図１ｂは、変成器の側面図を示し、図１ｃは、変成器の上面図を示し、図１ｄは、図１ｃに示すＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。断面は、座標系１９９のｘｚ面に平行である。変成器は、接続端子１０９及び１１０を介して外部電気システムに接続することができる第１のフォイル巻線と、接続端子１１１及び１１２を介して外部電気システムに接続することができる第２のフォイル巻線と、を備える。第１のフォイル巻線の磁気軸は、第２のフォイル巻線の磁気軸と略同一であり、座標系１９９のｚ軸に平行である。変成器を、例えば、スイッチング電源“ＳＭＰＳ”、例えば、フライバック電源又は共振コンバータの変成器とすることができるが、必ずしもそうする必要はない。第１のフォイル巻線は、１次巻線として動作してもよく、第２のフォイル巻線は、２次巻線として動作してもよい。
【００１７】
変成器の第１のフォイル巻線は、第１のフォイル導体の横方向が第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に平行になる、すなわち、座標系１９９のｚ軸に平行になるように第１のフォイル導体から構成した第１の巻線部によって構成される。第１の巻線部を図１ｃ及び図１ｄに示し、これらに参照番号１０１及び１０２を付す。同様に、変成器の第２のフォイル巻線は、第２のフォイル導体の横方向が第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に平行になる、すなわち、座標系１９９のｚ軸に平行になるように第２のフォイル導体から構成した第２の巻線部によって構成される。第２の巻線部を図１ｃ及び図１ｄに示し、これらに参照番号１０３及び１０４を付す。図１ｃ及び図１ｄに示すように、巻線部１０１が最も奥の巻線となり、巻線部１０３が巻線部１０１と巻線部１０２との間にあり、巻線部１０４が最も外側の巻線となり、巻線部１０２が巻線部１０３と巻線部１０４との間となるように、巻線部１０１〜１０４は、座標軸１９９のｚ軸に垂直な方向で交互積層される。上述したような交互積層配置は一例にすぎず、多くの異なる交互積層配置が可能であることは注目すべきことである。例えば、フォイル巻線の一つ、例えば、第２のフォイル巻線を、対象としているフォイル巻線のみを構成するとともの他のフォイル巻線の巻線部の間に配置される一つの巻線部のみから構成することができる。他の例として、フォイル巻線の少なくとも一つは、他のフォイル巻線の巻線部と交互配置された三つ以上の巻線部を備えてもよい。
【００１８】
巻線部１０１のフォイル導体の端部は、座標系１９９のｚ軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片１０５ａ及び１０５ｂを構成するために分けられる。これを、細長片１０５ａ及び１０５ｂが折り曲げられた線を破線で示す図１ｅに示す。同様に、巻線部１０２のフォイル導体の端部は、ｚ軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片１０６ａ及び１０６ｂを構成するために分けられ、巻線部１０３のフォイル導体の端部は、ｚ軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片１０７ａ及び１０７ｂを構成するために分けられ、巻線部１０４のフォイル導体の端部は、ｚ軸に略平行な互いに逆の方向に折り曲げられた二つの細長片１０８ａ及び１０８ｂを構成するために分けられる。
【００１９】
細長片１０５ａ及び１０６ａの端部は、図１ｄに示すように巻線部１０３を渡る接続ブリッジを構成するために相互接続される。細長片１０５ａ及び１０６ａの端部を、例えば、はんだ付けによって又は機械的な締結手段、例えば、ボルト及びナットを用いることによって相互接続することができる。同様に、細長片１０５ｂ及び１０６ｂの端部は、巻線部１０３を渡る他の接続ブリッジを構成するために相互接続される。細長片１０７ａ及び１０８ａの端部は、図１ｄに示すように巻線部１０３を渡る接続ブリッジを構成するために相互接続される。同様に、細長片１０７ｂ及び１０８ｂの端部は、巻線部１０３を渡る他の接続ブリッジを構成するために相互接続される。図１ｄに示すように、巻線部１０１及び１０２は、細長片１０５ａ及び１０６ａの端部並びに細長片１０５ｂ及び１０６ｂの端部によって構成される二つの接続ブリッジによって電気的に相互接続される。これによって、巻線部１０１と巻線部１０２との間の電気的な接続部のインダクタンスを低減する。その理由は、上述した二つの接続ブリッジが略平行に接続されるからである。さらに、二つの接続ブリッジによって形成された両側にある電気的な接続部は、巻線部１０１及び巻線部１０２のフォイル導体を流れる電流の分布を更に対称にする。上述したことは、巻線部１０３及び巻線部１０４にも当てはまる。
【００２０】
図１ａ〜図１ｅに示す例示する変成器は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線によって包囲された脚部を有するコア構造１１３を備え、この場合、脚部の長手方向は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に略平行である、すなわち、座標軸１９９のｚ軸に平行である。図１ａ及び図１ｄにおいて、脚部に参照番号１１６を付す。図１ａは、脚部１１６の一部を示し、図１ｄは、脚部の断面を示す。多くの用途において、コア構造１１３が強磁性材料を含むことが有利である。コア構造は、例えば、フェライト又は強磁性鋼板の束を服喪ことができる。しかしながら、上述した種類の交互積層されたフォイル巻線は、フェライトコア構造を備えない変成器においても適用可能である。
【００２１】
図２ａは、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器の断面図を示す。変成器は、接続端子２０９及び２１０を介して外部電気システムに接続することができる第１のフォイル巻線と、接続端子２１１及び２１２を介して外部電気システムに接続することができる第２のフォイル巻線と、を備える。第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線は、座標系２９９のｚ軸に平行である略同一の磁気軸を有する。変成器の第１のフォイル巻線は、第１のフォイル導体の横方向が第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に平行になるように第１のフォイル導体から構成した第１の巻線部２０１及び第１の巻線部２０２によって構成される。変成器の第２のフォイル巻線は、第２のフォイル導体の横方向が第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に平行になるように第２のフォイル導体から構成した第２の巻線部２０３及び第２の巻線部２０４によって構成される。巻線部２０１が最も奥の巻線となり、巻線部２０３が巻線部２０１と巻線部２０２との間にあり、巻線部２０４が最も外側の巻線となり、巻線部２０２が巻線部２０３と巻線部２０４との間となるように、巻線部２０１〜２０４は、座標軸２９９のｚ軸に垂直な方向で交互積層される。変成器は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線によって包囲された脚部２１６を有するコア構造２１３を備え、この場合、脚部の長手方向は、第１のフォイル巻線及び第２のフォイル巻線の磁気軸に略平行である、すなわち、座標軸２９９のｚ軸に平行である。脚部は、非強磁性ギャップによって脚部の長手方向において互いに離間した二つの部分２１６ａ及び部分２１６ｂを備える。図２ｂは、図２ａの部分２２０の拡大を示す。図２ｂにおいて、非強磁性ギャップに参照番号２１７を付す。フォイル巻線のフォイル導体の各々は、磁気軸の方向において所定の距離だけ互いに離間した互いに平行な二つの細長片を備え、非強磁性ギャップ２１７によって生じた磁束２１９の広がりが脚部２１６に最も近接するフォイル導体に渦電流を誘導するのを妨げるために、細長片の間のギャップ２１８を非強磁性ギャップ２１７に合わせるようにする。図２ａ及び図２ｂにおいて、巻線部２０１のフォイル導体の二つの互いに平行な細長片に参照番号２０５ａ及び２０５ｂを付す。図２ｃは、図２ａに示すように細長片の端部を対応する細長片２０６ａ及び細長片２０６ｂの端部に接続できるようにするために細長片の端部を二つの互いに逆の方向に折り曲げる方法を示す。
【００２２】
磁気軸すなわちｚ軸の方向において所定の距離だけ互いに離間した二つの互いに平行な細長片を有するためにフォイル導体の一つの一部であるとともに脚部２１６に最も近接したフォイル導体部のみを配置して、これらの細長片の間のギャップを非強磁性ギャップ２１７に合わせることによっても上述したような渦電流の低減を行うことができることは、注目すべきことである。したがって、全てのフォイル導体が二つの互いに平行な細長片を構成する必要はなく、脚部に最も近接するフォイル導体全体が二つの互いに平行な細長片を構成する必要はない。異なる選択肢間の選択は、例えば、製造に関連した観点に依存する。
【００２３】
図１ａ〜１ｅ及び図２ａ〜２ｃに示す例示する変成器において、接続端子１０９〜１１２及び接続端子２０９〜２１２は、座標系１９９及び座標権２９９の正のｚ方向に突出するように片側にある。接続端子を、例えば、折り曲げ線が対象としているフォイル導体の長手方向に対して４５°の角度を有するように略直角を形成するためにフォイル導体を折り曲げることによって構成することができる。場合に応じて図１ｅに示す方法又は図２ｃに示す方法で構成することができる両側の接続端子を有することもできる。
【００２４】
図３は、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器システムを示す。変成器システムは、変成器３２１と、第１の回路基板３１４と、第２の回路基板３１５と、を備える。回路基板は、座標系３９９のｘｙ面に平行である。変成器を、例えば、図１ａ〜１ｅに示す変成器又は図２ａ〜２ｃに示す変成器とすることができる。この例示する場合において、変成器３２１の接続端子の各々は、回路基板３１４の導体にはんだ付けされる。座標系３９９の正のｚ方向に折り曲げられるとともに接続ブリッジの一つを構成する細長片の各対の端部は、回路基板３１４の導体にはんだ付けされ、座標系３９９の負のｚ方向に折り曲げられるとともに接続ブリッジの一つを構成する細長片の各対の端部は、回路基板３１５の導体にはんだ付けされる。接続端子及び／又は細長片の端部を、回路基板の貫通孔に通した後に回路基板の導体にはんだ付けすることができる。接続端子及び／又は細長片の端部を、回路基板の表面上の接続パッドにはんだ付けし又は他の方法で取り付けることもできる。
【００２５】
上記説明で提供した特定の限定されない例は、添付した特許請求の範囲及び／又は添付した特許請求の範囲の適用性を制限するものと解釈すべきでない。例えば、発明の例示する及び限定されない実施の形態による変成器は、互いに交互積層された巻線部を有する三つ以上のフォイル巻線を備えてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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