(57)【要約】【課題】電力変換器回路のエネルギー変換素子のコストを削減する。【解決手段】一実施態様では、本発明の実施態様によるエネルギー変換素子は、少なくとも第１の巻線および第２の巻線がボビンを用いずに巻かれる外側表面を有する磁気素子を含む。このため、電力変換器回路入力から受け取ったエネルギーは、磁気素子によって生成される磁気結合を通じて第１の巻線から第２の巻線に伝達され、電力変換器回路出力に変換される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側表面を含む磁気素子と、
電力変換器回路入力から受けたエネルギーが、前記磁気素子によって生成される磁気結合を通じて第１の巻線から第２の巻線に伝達され、電力変換器出力に変換されるように、ボビンなしに前記磁気素子の前記外側表面の周りに巻かれた少なくとも第１の巻線および第２の巻線とを備えるエネルギー変換素子。
【請求項２】
前記磁気素子の前記外側表面は実質的に湾曲した表面を含む請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項３】
前記磁気素子の、前記外側表面を含む部分はほぼ円筒形である請求項２に記載のエネルギー変換素子。
【請求項４】
前記磁気素子の前記外側表面はほぼ平面状の表面を含む請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項５】
前記磁気素子の、前記外側表面を含む部分はほぼ多角形である請求項４に記載のエネルギー変換素子。
【請求項６】
前記第１および第２の巻線は、前記第１および第２の巻線を、前記磁気素子によって形成された開口部に通す必要なしに前記磁気素子の前記外側表面の周りに直接巻かれる請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項７】
前記第１の巻線はマグネットワイヤを備える請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項８】
前記第２の巻線は３重絶縁線を備える請求項７に記載のエネルギー変換素子。
【請求項９】
前記第２の巻線はマグネットワイヤを備える請求項７に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１０】
前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に絶縁材料をさらに備える請求項９に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１１】
前記絶縁材料は、浸漬によって施されるコーティングを備える請求項１０に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１２】
前記絶縁材料は、噴霧によって施されるコーティングを備える請求項１０に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１３】
前記絶縁材料はスリーブを備える請求項１０に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１４】
前記スリーブは熱収縮チュービングを備える請求項１３に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１５】
電気絶縁材料を通して前記磁気素子に取り付けられた２本の導電ピンをさらに備える請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１６】
前記第１の巻線の各端部が前記電気絶縁材料を通して前記磁気素子に取り付けられた２本の導電ピンのそれぞれ１本に結合されている請求項１５に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１７】
前記第２の巻線の両方の端部が前記電気絶縁材料を通して前記磁気素子に取り付けられた導電ピンに結合されない請求項１６に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１８】
電力変換器回路入力から受け取ったエネルギーが前記第１の巻線から第３の巻線に伝達されるようにボビンなしに前記磁気素子の前記外側表面に巻かれる第３の巻線をさらに備える請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項１９】
自由空間よりもかなり高い透磁率を有する材料の少なくとも部分的な外部コーティングをさらに備える請求項１に記載のエネルギー変換素子。
【請求項２０】
ボビンなしに磁気素子の外側表面の周りに巻かれた第１の巻線によって電力変換器回路の入力からエネルギーを受け取ること、
前記第１の巻線からの前記エネルギーを、前記磁気素子によって前記第１の巻線と第２の巻線との間に生成される磁気結合を通じて、ボビンなしに前記磁気素子の前記外側表面の周りに巻かれた第２の巻線に変換すること、
前記第２の巻線からの前記エネルギーを電力変換器回路出力に結合すること
を含む方法。
【請求項２１】
前記電力変換器回路出力に応答して前記電力変換器回路入力と前記巻線との間の接続を切り換えることによって前記電力変換器回路入力から前記電力変換器回路出力に変換される前記エネルギーを調整することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電力変換器回路入力と前記第１の巻線との間の前記接続を切り換えることは、前記接続を一定の周波数で切り換えることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電力変換器回路入力と前記第１の巻線との間の前記接続を切り換えることは、前記接続を可変周波数で切り換えることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記電力変換器回路入力と前記第１の巻線との間の前記接続を切り換えることは、サイクル・スキッピング制御によって前記接続を切り換えることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記電力変換器回路入力と前記第１の巻線との間の前記接続を切り換えることは、パルス幅変調によって前記接続を切り換えることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
交流（ＡＣ）源を整流して直流（ＤＣ）源エネルギーを生成すること、
電力変換器回路入力によって受け取ったＤＣ源エネルギーを結合することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の巻線からの前記エネルギーを、磁気素子によって前記第１の巻線と第２の巻線との間に生成される前記磁気結合を通じて、前記ボビンなしに前記磁気素子の前記外側表面の周りに巻かれた第３の巻線に変換することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の巻線を前記第１の巻線から絶縁することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の巻線を３重に絶縁して前記第１の巻線を前記第２の巻線から絶縁することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の巻線と前記磁気素子を絶縁材料で被覆して前記第１の巻線を第２の巻線から絶縁することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の巻線および前記磁気素子に絶縁材料で噴霧して前記第１の巻線を第２の巻線から絶縁することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の巻線および前記磁気素子を絶縁スリーブで密閉して前記第１の巻線を第２の巻線から絶縁することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の巻線と前記磁気素子を密閉する熱収縮チュービングを加熱して前記第１の巻線を第２の巻線から絶縁することをさらに含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
電気絶縁材料を通して前記磁気素子に取り付けられた導電ピンに前記第２の巻線の両方の端部を結合せずに、電気絶縁材料を通して前記磁気素子に取り付けられた前記２本の導電ピンのそれぞれ１本に前記第１の巻線の各端部を結合することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
前記磁気素子の周りに巻かれた前記第１および第２の巻線で形成されたエネルギー変換素子の少なくとも一部を、自由空間よりもかなり高い透磁率を有する材料で被覆することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して磁気デバイスに関し、特に、本発明は、電力変換器でエネルギーを変換する構成要素に関する。本発明は、１本よりも多くの巻線を有するインダクタと変圧器のコストを削減する構成方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
最も近代的な電子機器では、調整された直流（ＤＣ）電圧源を動作させる必要がある。調整される電圧の大きさは通常、２０Ｖ未満である。多くの場合、調整されたＤＣ電圧は、必要な調整された値よりも数倍大きな値を有する調整されていないＤＣ電圧源または交流（ＡＣ）電圧源から得られる。調整されていない電圧源から調整された電圧を与えることが電子的な電源の目的である。
【０００３】
代表的な電源は一般に、エネルギー変換素子を用いてある電圧または電流の大きさを異なる電圧または電流に変えている。図１は、エネルギー変換素子の一般的な構成の例を示している。図示のように、エネルギー変換素子は、磁気素子１００と、一次ポートＰ１を形成する一次巻線１０１と、二次ポートＳ１を形成する二次巻線１０２とを含む。図１の二次元図は、磁気素子１００の構造がトロイドであることを示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トロイド状構造の重要な特徴は、磁気素子が、あらゆる巻線のあらゆる巻きを完全に囲むように穴を有する閉じた構造を形成することである。この閉じた構造の結果、巻線１０１と１０２の各々の一方の端部を、円形構造の内径１０３によって形成された穴に通すかあるいはこの穴を通過させなければならない。この制限のために製造プロセスは複雑になる。内径１０３が小さくなるにつれて製造がますます困難になりかつコストが高くなる。磁気素子１００の円形の穴の曲率は巻線の適用をさらに複雑にする。
【０００５】
図２は、図１の磁気素子１００のトロイド状構造を修正したものである。図２の磁気素子２００の構造も磁気素子１００のような閉じた構成である。磁気素子２００と磁気素子１００との主要な違いは、磁気素子２００の穴が直線によって形成されているのに対して磁気素子１００の穴の周りの形状が湾曲していることである。磁気素子２００の閉じた矩形構造は、製造性や高いコストに関して、磁気素子１００の閉じた円形構造と同じ基本的な問題を有する。巻線２０１と２０２の一方の端部は、内側矩形領域２０３に通すかまたはこの領域２０３を通過させなければならない。
【０００６】
製造性の問題は一般に、図３に示されている技術によって対処される。図２の磁気素子２００の閉じた構造は、図３の開放構造を有する２つの部材３００、３０１に分離されている。さらに、やはり電気絶縁体である剛性の非磁性材料の２本のチューブ３０２、３０３が用いられ、それぞれに巻線３０４、３０５が保持される。電力変換器の磁気構成要素の構成の当業者には、３０２と３０３がボビンとして認識されよう。ボビンは、磁気素子の巻線を保持して機械的に支持し、磁気素子がないときに巻線の相対的な位置を維持する電気絶縁非磁性材料の剛性の構造である。磁気素子のボビンの当業者には、ボビンが、巻線の端部を形成するが図３に示されている技術の主要な利点を実現するのに必要ではない導電ピンを通常含むことが認識されよう。
【０００７】
図３の例によって示されている開放構造を有する複数の素子から閉じた構造を有する磁気デバイスを構成する技術は、巻線の端部を図１や図２のような閉じた構造の開口部を通過させることを必要とする制限を無くす。しかし、この製造上の利点は、ボビンの追加のコストによって打ち消されることが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電力変換器回路においてエネルギーを変換する装置と方法が開示される。一実施態様では、本発明の実施態様によるエネルギー変換素子は、少なくとも第１の巻線と第２の巻線がボビンを用いずに巻かれる外側表面を有する磁気素子を含む。このため、電力変換器回路の入力から受け取ったエネルギーが磁気素子によって生成される磁気結合を通じて第１の巻線から第２の巻線に伝達され、電力変換器回路の出力に取り出される。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図と、特許請求の範囲から明らかになろう。
【０００９】
本発明は、制限としてではなく一例として添付の図に示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
電力変換器においてエネルギーを変換する装置と方法の実施形態を開示する。以下の説明では、本発明を完全に理解させるために多数の特定の詳細について説明する。しかし、当業者には、本発明を実施するのにこれらの特定の詳細が必要とされないことが明らかであろう。他の例では、本発明を曖昧にしないように公知の材料および方法について詳しくは説明しない。
【００１１】
本明細書全体にわたる「一実施形態」または「実施形態」の参照は、その実施形態に関して説明する特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な個所に句「一実施形態では」または「実施形態では」が現れた場合、必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態において特定の特徴、構造、または特性を任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００１２】
次に、本発明の教示によって電力変換器においてエネルギーを変換する２本以上の巻線を有するエネルギー変換素子の新規であるが簡単な実施形態を構成する方法について説明する。この簡単な構成は、開放構造を有しボビンを含まない磁気素子を用いることによって低コストの製造を実現する。この簡単なエネルギー変換素子は、低出力電力を供給する電力変換器と電源のコストを削減し、したがって、本発明の教示による低電力電子機器の製造コストを削減する。コストのこのような削減は、エネルギー変換素子のコストが製品の総コストにかなり寄与する、構成要素をほとんど使用しない回路で特に重要である。
【００１３】
一実施形態では、通常のマグネットワイヤの第１の巻線がボビンなしで磁気素子に巻かれる。次いで、３重絶縁線の第２の巻線が第１の巻線上に直接巻かれる。３重絶縁線によれば、この構成で安全機関の電気絶縁要件を満たすことができる。
【００１４】
他の実施態様では、通常のマグネットワイヤの第１の巻線がボビンなしで磁気素子上に巻かれる。第１の巻線は絶縁コーティングによって覆われるかまたはカプセル化される。通常のマグネットワイヤの第２の巻線が第１の巻線のカプセル化コーティングまたは絶縁コーティング上に直接巻かれる。カプセル化コーティングまたは絶縁コーティングによれば、その構成で安全機関の電気絶縁要件を満たすことができ、３重絶縁線の追加の経費を無くす。
【００１５】
他の実施形態では、通常のマグネットワイヤの第１の巻線がボビンなしで磁気素子に巻かれ、絶縁材料のスリーブが第１の巻線上に配置され、通常のマグネットワイヤの第２の巻線が第１の巻線を覆うスリーブ上に直接巻かれる。
【００１６】
他の実施形態では、通常のマグネットワイヤの第１の巻線がボビンなしで磁気素子に巻かれる。絶縁材料のスリーブが第１の巻線上に配置される。絶縁材料のスリーブは、加熱されたときに収縮する特性を有するものを用いる。適切に加熱することによって、絶縁スリーブは第１の巻線の輪郭および磁気素子の表面に整合する。通常のマグネットワイヤの第２の巻線が、第１の巻線を覆うスリーブ上に直接巻かれる。第２の巻線を保護するかまたは第３の巻線を設けるために、任意に追加の絶縁スリーブが取り付けられる。この技術は、任意の数のスリーブと巻線に対処するように拡張することができる。
【００１７】
高電力用の電力変換器は通常、開放構造の磁気素子を使用しない。開放構造では、巻線からの磁束が、通常予測できずかつ望ましくない状態で回路に結合する。したがって、高電力用の電力変換器は通常、閉じた磁気構造を有する磁気素子を用いる。閉じた構造は実質的に磁束を拘束し、巻線からの磁束の望ましくない結合の可能性を低くする。開いた磁気構造からの磁束の望ましくない結合は、低電力変換器では起こる可能性が低い。
【００１８】
本発明の一実施形態では、自由空間よりも高い透磁率を有する材料のコーティングが最終巻線または絶縁スリーブに施される。コーティングは十分な面積にわたって、巻線からの磁束の方向を変えかつ磁束を拘束するのに適切な厚さに施される。巻線からの磁束の方向を変えかつ磁束を拘束すると、巻線からの磁束の回路との望ましくない結合が弱まる。
【００１９】
前述のように、本発明の実施形態によるエネルギー変換素子は、電力変換器回路、またはたとえば切換モード電源を含む電源に用いられる。図４は、切換モード電力変換器に含まれる機能素子を概略的に示し、本発明の教示によるエネルギー変換素子の様々な実施形態の役割を示している。
【００２０】
電子電源に固有の機能として、２つの別々の異なる機能がある。１つは、電力変換器によって実行される電力変換機能である。他の機能は、電力変換器に作用する制御機構によって実行される調整機能である。代表的な電子電力変換器は、スイッチ、エネルギー貯蔵素子、エネルギー変換素子の接続を用いてある電圧または電流の大きさを異なる大きさの電圧または電流に変化させる。制御機構は、調整すべき電圧または電流を検知し、検知された電圧または電流の大きさを所望の大きさと比較し、次いで電流変換器の動作を検知された電圧または電流と所望の大きさとの誤差を減らすように調整する。
【００２１】
一例として、図４では、調整されていない電圧源４００が、１つまたは複数の電気的構成要素やスイッチを含む一次切換回路４０１に結合されている。この開示では、スイッチは、その導電状態を電流の導通を可能にする第１の状態と、電流の導通を阻止する第２の状態との間で変化させることのできる任意の構成要素である。スイッチは、機械的構成要素であっても電気的構成要素であってもよい。スイッチは、外部制御の下で能動的に動作することも、スイッチの両端間に現れる電圧またはスイッチを通過する電流に応答して受動的に動作することもできる。
【００２２】
一次切換回路４０１はエネルギー変換素子４０２の電気ポートＰ1に結合されている。電気ポートはエネルギーを供給するかまたは引き込むことのできる一対の電気導体である。エネルギー変換素子は、エネルギーが１つのポートから別のポートに移るのを可能にする少なくとも２つの電気ポートを有するデバイスである。この開示では、電力変換器内のエネルギー変換素子は、２本以上の巻線を有する磁気素子を含む磁気デバイスである。磁気素子は、自由空間よりもかなり高い透磁率を有する任意の構造である。巻線は、磁束を結合する電気導体である。
【００２３】
エネルギー変換素子４０２は、一次切換回路４０１からその一次ポートＰ1でエネルギーを受ける。一次ポートＰ1で受けたエネルギーは、１つまたは複数のポート４０３に伝達される。図４には二次ポートがＳ1〜ＳNとして概略的に示されている。二次ポート４０３は、１つまたは複数の二次切換回路４０４にエネルギーを供給する。各二次ポートは、１つまたは複数の電気的構成要素とスイッチを含む二次切換回路にエネルギーを供給する。図４の二次切換回路はＳＣ1〜ＳＣNとして示されている。二次切換回路４０４は、１つまたは複数の負荷４０５に結合されている。各二次切換回路は負荷に結合されている。
【００２４】
負荷４０５での電圧と電圧源４００での電圧との関係は、一次切換回路４０１、エネルギー変換素子４０２、二次切換回路４０４の構成によって決定される。電力変換器から調整された電源を得るために、回路またはその他の機構を用いて、１つまたは複数の負荷での所望の電圧または電流を維持するように切換回路の動作が調整される。一次切換回路４０１、二次切換回路４０４、またはその両方４０１、４０４を調整することができる。本発明の教示によれば、切換回路の動作は様々な技術を用いることができる。たとえば、様々な実施形態は、一定の周波数または可変周波数でスイッチングを行うことを含む。一実施形態では、パルス幅変調を用いてスイッチング波形のデューティ・サイクルを変化させることができる。一実施形態では、たとえば、動作またはサイクル・スキッピング制御の自己発振モードを用いる様々な技術を用いてスイッチングの周波数を変化させることができる。他の適切な種類の技術を用いて、本発明の教示によって、電源における切換回路の動作を調整できることが理解されよう。
【００２５】
次に、本発明の実施形態によるエネルギー変換素子を概略的に参照すると、本発明の例示的な一実施形態は、製造コストを高くする機械的な複雑化なしに手作業または機械によってワイヤを巻くことができる固有の物理的な構造を有する磁気素子を用いる。一例として、図５は、ほぼ円柱形を有する開放ロッド構造である磁気素子５００を第１の断面に含むエネルギー変換素子の一実施形態を示している。したがって、三次元形状を表す紙面に垂直で長い辺５０７に垂直な第２の断面は、一実施形態では、磁気素子５００がほぼ円形の形状であることを示す。このため、磁気素子５００の一実施形態の外側表面は実質的に湾曲した表面である。他の実施形態では、図の平面に垂直でかつ長い辺５０７に垂直な磁気素子５００の第２の断面は、磁気素子５００の一実施形態の外側表面がほぼ平面になるようにほぼ多角形であってよい。したがって、磁気素子５００の長い辺５０７は、湾曲した表面ではなく平坦な表面を有する平面であってよい。様々な実施形態では、磁気素子５００は、本発明の教示によってボビンなしに表面上に直接巻かれた第１の巻線５０１を備える巻かれたワイヤを容易に受け入れることができる区画を持つ開放構造を有している。本発明の教示によれば、ボビンがなくなるため製造コストが削減される。本発明の一実施形態は、ワイヤをボビンを使用せずに磁気素子５００の外側表面の周りに直接巻くことができる。
【００２６】
一実施形態では、磁気素子５００は、外側表面を保護し巻線の磨耗を低減させるコーティングを含んでよい。この開示では、磁気素子の外側表面上のコーティングは磁気素子５００の一体部分であり、したがって、コーティングの表面は、この開示では磁気素子５００の表面と同じ意味を有する。
【００２７】
一実施形態では、巻線５０２は通常のマグネットワイヤである。この開示の利益を有する当業者は、マグネットワイヤを、絶縁コーティングを有する標準直径の銅の単一より線と認識するであろう。絶縁コーティングは通常、エナメル、ポリイミド、ナイロン、ポリウレタン、同様の絶縁材料のような１つまたは複数の物質の組成である。
【００２８】
一実施形態では、巻線５０１の端部は導電ピン５０３、５０４に結合されている。図５の実施形態では、絶縁体５０５が導電ピン５０３、５０４を保持している。一実施形態では、絶縁体５０５は接着剤５０６によって磁気素子５００に取り付けられている。ピン５０３、５０４は第１の巻線５０１の電気端子である。ピン５０３、５０４は、回路板に挿入されたときにエネルギー変換デバイスを機械的に取り付ける。他の実施形態では、ピン５０３、５０４は、単一の絶縁体５０５以外の手段によって保持することができ、ピン５０３、５０４は磁気素子５００上のそれぞれの異なる場所に取り付けることができる。他の実施形態では、エネルギー変換素子はピン５０３、５０４を含まない。この実施形態は、第１の巻線５０１の端部を異なる手段によって結合するのが望ましい用途に用いることができる。
【００２９】
図５の実施形態に示されているように、第２の巻線５０２は第１の巻線５０１上に直接設けられる。第２の巻線５０２の端部はピンに結合されていない。追加のピンがないため製造コストが削減される。動作時には、電力変換器回路の入力から受け取ったエネルギーが、磁気素子５００によって第１の巻線５０１と第２の巻線５０２との間に生成される磁気結合を通じて第１の巻線５０１から第２の巻線５０２に誘導され、電力変換器回路の出力に出力される。本発明の一実施形態は、巻線５０１、５０２を構成するワイヤの巻きを、磁気素子５００によって形成された開口部にワイヤを通す必要なしに磁気素子の外側表面の周りに直接巻くことができる。他の実施形態では、磁気素子５００の周りに第３の巻線（不図示）を巻くこともでき、それにより、磁気素子５００によって第１の巻線と第３の巻線との間に磁気結合が生じる。同様に、本発明の教示によれば、磁気素子５００によって第１の巻線と第３の巻線との間に生成された磁気結合を通じて第１の巻線から第３の巻線までエネルギーが伝達される。したがって、本発明の教示によれば、エネルギー変換素子内のボビンなしに磁気素子５００の外側表面の周りに２本以上の巻線が巻かれることが理解されよう。したがって、本発明の教示によれば、１つまたは複数の巻きから成る追加の巻線を用いて追加の電力変換器の出力を与えることができ、あるいは追加の巻線をシールド巻線として用いて電力変換器回路の電磁干渉性能を向上させることができることがさらに理解されよう。追加の巻線を通常のマグネットワイヤあるいは導電箔またはテープあるいは他の適切な均等物で構成できることが理解されよう。
【００３０】
一実施形態では、巻線５０２のワイヤは、安全機関の要件が満たされるように３つの絶縁層を有するかまたは３重に絶縁されている。一実施形態では、３重絶縁線は、第１の巻線に結合された回路を３重絶縁線に結合された回路から分離する追加の絶縁障壁を必要としない。
【００３１】
他の実施形態では、第１の巻線を第２の巻線から分離する追加の絶縁材料が使用され、それによって、第１の巻線と第２の巻線の両方に通常のマグネットワイヤを用いることができる。通常のマグネットワイヤのコストは、３重絶縁線のコストよりも概ねかなり安い。３重絶縁線の使用に代わるより低コストの方法があれば総製造コストを削減することができる。
【００３２】
一例として、図６は、第１の巻線６０１を第２の巻線６０２から分離する絶縁材料６００のコーティングを含む本発明の実施形態を示している。絶縁材料６００は、第１の巻線と第２の巻線との間の電気的絶縁に関する安全機関の要件を満たすのに十分な寸法と絶縁耐力を有している。例示的な実施形態では、第１の巻線６０１、第２の巻線６０２は通常のマグネットワイヤである。
【００３３】
図７は、第１の巻線７０１と第２の巻線７０２との間に絶縁材料のスリーブ７００を有する本発明の一実施形態を示している。絶縁材料の絶縁耐力は十分に高く、スリーブの長さは、第１の巻線と第２の巻線との間の電気的絶縁に関する安全機関の要件を満たすのに十分な、巻線７０２を越えた位置まで延びている。この絶縁材料のスリーブ７００の使用は、図６に示されている実施形態における絶縁材料６００のコーティングに代わる方法である。一実施形態では、絶縁材料のスリーブ７００は、特定の材料に依存する、収縮温度と呼ばれる温度まで加熱されたときに収縮する架橋ポリマーの可とう性チューブである。この製品は、熱収縮チュービングという一般的な名前を有している。熱収縮チュ−ビングは、収縮温度に達した後サイズが永久的に小さくなる。一実施形態では、収縮後のスリーブ７００は、第１の巻線が磁気素子に密着し、第２の巻線の巻きを受け入れるのに適した表面を形成する。
【００３４】
図８は、熱収縮チュービングで構成することのできる第１のスリーブを用いて第１の巻線８０１を第２の巻線８０２から分離する本発明の一実施形態を示している。熱収縮チュービング８０３の第２のスリーブは、第２の巻線８０２を覆う。図示の実施形態では、熱収縮チュービング８００の絶縁耐力は十分に高く、熱収縮チュービング８００の長さは、第１の巻線８０１と第２の巻線８０２との間の電気的絶縁に関する安全機関の要件を満たすのに十分な、巻線８０１を越えた位置まで延びている。
【００３５】
図９は、自由空間よりもかなり高い透磁率を有する材料の外部コーティング９００を有する本発明の一実施形態を示している。一実施形態では、外部コーティング９００は、混合物がほぼ均質になるように非磁性液体と混合された磁性材料の微粒子で構成することができる。この混合物は、塗布、浸漬、または本発明の様々な実施形態による他の適切な手段によってエネルギー変換素子の外側に付着させることができる。一実施形態では、この混合物は、外部コーティング９００が付着させられた後で完了する硬化プロセスによって液体から個体に状態が変化する。外部コーティング９００の厚さと、外部コーティング９００が外側表面を覆う範囲は、製造プロセスのパラメータによって決定される。外部コーティング９００の厚さと外部コーティング９００が覆う面積は、巻線からの磁束に対して所望の方向変更や拘束が行われるようにコーティング材料の有効透過率に基づいて選択される。外部コーティング９００の厚さと外部コーティング９００が覆う面積とは、巻線のインダクタンスを調整するように選択することができる。
【００３６】
図１０は、本発明の教示によるエネルギー変換素子を含む調整された電源である電力変換器１００９の一実施形態を概略的に示す電気概略図である。図示のように、一次切換回路１０００は、入力電圧１００１を集積回路１００２の手段によってエネルギー変換素子１００４の第１のポート１００３に結合する。一実施形態では、入力電圧１００１はＤＣ電圧であり、適切な整流回路（不図示）によって既知の技術を用いてＡＣ入力電圧から与えられる。エネルギーは、本発明の教示によるエネルギー変換素子の第１の巻線である第１のポート１００３からエネルギー変換素子の第２のポート１００５に伝達される。第２のポート１００５も本発明の第２の巻線である。第２のポート１００５は、二次切換回路１００６に結合されている。一実施形態では、二次切換回路１００６は、適切な負荷に結合される電圧１００７を生成する。
【００３７】
一実施形態では、集積回路１００２は、電圧１００７を調整するために適切なタイミングと持続時間で入力電圧１００１を第１のポート１００３に結合するために必要な制御回路を備えた電源スイッチを含む電源調整器を含んでいる。一実施形態では、調整される電圧１００７は、エネルギー変換素子１００４の第１のポート１００３において集積回路１００２で利用できる。一次切換回路１０００内の電気的構成要素は、第１のポート１００３からの情報を集積回路１００２に与える。集積回路１００２は、内部スイッチを有している。
【００３８】
一実施形態では、集積回路１００２は、一次切換回路１０００内の構成要素からの情報を用いて、電圧１００７および／または切換回路１００６を流れる電流に対して所望の調整を行うように内部スイッチのスイッチングを調整する。一実施形態では、集積回路１００２は、一定周波数ＰＷＭ制御、可変周波数制御、可変周波数自己発振制御、サイクル・スキッピング制御を含むいくつかの制御技術のうちの１つを用いて内部スイッチのスイッチングを調整する機能を実施することができる。この開示の利益を有する当業者には、集積回路１００２によって使用される制御技術が、電力変換器１００９全体の動作を表すのに用いられることもあることが理解されよう。一実施形態では、入力電圧１００１はＤＣ入力電圧である。
【００３９】
上述の詳細な説明では、本発明の方法および装置について、その特定の例示的な実施形態を参照して説明した。しかし、本発明の広義の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な修正および変更を施せることが明白であろう。したがって、本明細書および図は、制限的なものではなく例示的なものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】閉じた構造および２本の巻線を有する磁気素子を用いるエネルギー変換素子の代表的な構成を示す図である。巻線は、湾曲した磁気素子の区画を占有している。
【図２】閉じた構造および２本の巻線を有する磁気素子を用いるエネルギー変換素子の代表的な構成を示す図である。巻線は、直線によって形成された磁気素子の区画を占有している。
【図３】２つの磁気素子と、巻線を含む２つのボビンとの組立体であるエネルギー変換素子の構成を示す図である。
【図４】エネルギー変換素子の役割を示す、切換モード電力変換器の機能素子を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明の教示によって２本の巻線を有するエネルギー変換素子の一実施形態の擬似断面図である。
【図６】本発明の教示によって絶縁コーティングによって分離された２本の巻線を有するエネルギー変換素子の実施形態の擬似断面図である。
【図７】本発明の教示によって絶縁スリーブによって分離された２本の巻線を有するエネルギー変換素子の実施形態の擬似断面図である。
【図８】本発明の教示によって、絶縁スリーブによって分離されかつ覆われた２本の巻線を有するエネルギー変換素子の実施形態の擬似断面図である。
【図９】本発明の教示によって、絶縁スリーブによって分離されかつ覆われた２本の巻線を覆う、自由空間よりもかなり高い透磁率を有する材料で被覆されたエネルギー変換素子の実施形態の擬似断面図である。
【図１０】本発明の教示による、簡単なエネルギー変換素子の実施形態を使用する電力変換器回路の電気回路図の実施形態である。
【符号の説明】
【００４１】
４００  調整されていない電圧源、４０１  一次切換回路、４０２  エネルギー変換素子、４０３  二次ポート、４０４  二次切換回路、５００  磁気素子、５０１  巻線、５０３、５０４  導電ピン、５０５  絶縁体、５０６  接着剤、５０７  長い辺、６００  絶縁材料、６０１、７０１、８０１  第１の巻線、６０２、７０２、８０２  第２の巻線、８０３  熱収縮チュービング、９００  外部コーティング
【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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【図９】
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【図１０】
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