JP2004525505A - トロイダル誘導装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素と該電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲して磁束経路を形成する複数の別々の磁性要素を備え、複数の磁性要素の端部の間には少なくとも１つのギャップが形成されてなる誘導装置。
Description
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００１年１月２３日に出願された、米国仮特許出願第６０／２６３，６３８号に基づくものであり、当該仮出願を本引用により援用するものとする。
【０００２】
本発明はトロイダル誘導装置（toroidal inductive apparatus）の分野に関わるものであり、より詳しくは変圧器、チョーク、コイル、安定器（ballasts）などのトロイダル誘導装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００３】
従来入手可能なトロイダル誘導装置は、電気的絶縁層に取り巻かれたトロイダル形状の磁性コアを有しており、該磁性コアは方向性鋼帯、合金の連続鋼帯、または様々な粉体コア構成よりなる。そして電気的巻き線がコア周りに巻かれ、かつコアの周に沿って配されている。これはたとえばトロイダル巻線（toroidal winding machine）によってなされる。 トロイダル誘導装置の種類によっては、さらなる電気的絶縁層が電気的巻き線のまわりを包囲し、かつこのさらなる絶縁層上に第２の電気的巻き線が巻かれる。トロイダル装置をプラスチック容器などに入れる場合を除き、通常は第２の巻き線の上に絶縁外皮層を形成し第２の巻き線を保護する。代表的なトロイダル誘導装置は米国特許第5,838,220号（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
トロイダル誘導装置はより一般的なＥ−Ｉ型の誘導装置に対していくつかの重要な利点を有している。たとえば、磁性コアの形状により必要な材料の量が最小となり、それによって装置全体の大きさと重量を小さくできる。また、巻き線が装置の磁性コア全体にわたって対称に広がっているので、巻き線の長さが相対的に短く、これによってさらに装置の大きさと重量を引き下げることができる。その他の利点としては、磁束漏れが少ないこと、ノイズと熱の発生が少ないこと、またある用途において信頼性が高いことなどがある。
【０００５】
従来のトロイダル誘導装置の重大な欠点の一つは、製造コストが、より一般的なＥ−Ｉ型の誘導装置に比して遙かに高いことである。このコスト高は、トロイダル形状の磁性コアまわりに電気的巻き線を巻くために複雑な巻線技術が必要であることによる。
【０００６】
従来のトロイダル誘導装置の別の欠点は、急激に流れ込む大電流(high rush-in current)に弱いことである。従来入手可能なトロイダル誘導装置は通常磁気抵抗を制御できない。なぜなら、通常のトロイダル誘導装置は、磁束経路のギャップを制御せずに製造されるからである。通常、与えられたギャップとは、磁性コアの鋼帯の間に存在するなんらかの隙間のことである。多くの場合、急激に流れ込む電流から保護するために、トロイダル誘導装置の１次巻き線に直列に抵抗を付加する。米国特許第6,243,940号（特許文献２）に開示されている技術のように、所望の大きさのギャップを作り出す方法も開発されている。しかしそれらおよびその他の技術は、誘導装置の製造コストを増加させるだけである。従って、従来のトロイダル誘導装置および方法は、急激に流れ込む電流に対処するために所望の大きさのギャップ作り出すコスト上有利な方法を提供していない。
【特許文献１】
米国特許第５，８３８，２２０号
【特許文献２】
米国特許第６，２４３，９４０号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は従来技術の欠点を排除したトロイダル誘導装置およびその製造方法を提供する。以下に説明から明らかなように、本発明は従来入手可能なトロイダル誘導装置におけるものとは根本的に異なる設計アプローチをとっており、その結果コスト上有利に、急激に流れ込む電流を制御する方法を提供する。より詳しくは、本発明は電気的巻き線自体を一般的なトロイダル形状とし、それを磁束経路を形成する複数の個別の（個々別々の）磁性要素で包囲するという設計に基づいている。これら複数の磁性要素の端部がギャップを形成し、該ギャップにより磁性要素の磁束経路内に磁気抵抗をもたらす。ギャップの大きさは磁性要素の長さと位置を決めることにより制御することができる。このように、個別の磁性要素によって電気的巻き線を包囲することにより、ギャップを効率的にかつコスト上有利に制御し、所望の大きさの磁気抵抗をもたらすギャップサイズとすることができる。
【０００８】
本発明はその主要な態様の１つにおいて、誘導装置であって、一般的なトロイダル形状を有する電気的巻き線要素と、電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲して電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成する複数の個別の磁性要素であって、複数の磁性要素の端部間には少なくとも一つのギャップが形成されるような磁性要素と、を有する誘導装置を提供する。
【０００９】
本発明は別の主要な態様において、誘導装置を製造する方法であって、一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素を準備し、複数の個別の磁性要素を電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲するように配置して、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成し、かつ複数の個別の磁性要素の端部間に少なくとも一つのギャップを形成する、ことを含む誘導装置の製造方法。
【００１０】
好適な実施形態において、本発明は複数の磁性要素と電気的巻き線要素とを有するトロイダル誘導装置であって、該複数の磁性要素は実質的に該電気的巻き線要素の周りに延在する複数のワイヤを含む装置を提供する。この複数のワイヤは電気的巻き線要素上に個々にあるいは群をなして配置され、それらは磁気的シーリング剤またはその他の適宜の手段によりまとめて保持される。電気的巻き線要素は少なくとも一つの電気的巻き線を含み、該少なくとも一つの電気的巻き線は、単一のワイヤを一般的なトロイダル形状に巻いて形成してよい。様々な実施形態において、複数のワイヤは異なる直径および／または異なる断面形状のワイヤを含む。更にまた別の実施形態においては、電気的巻き線は異なる大きさおよび形状のいくつかのワイヤを含む。
【００１１】
好適な形態において、ギャップは磁束漏れが誘導装置内に閉じこめられ限定されるようにトロイドの内周に分布される。
【００１２】
複数の磁性要素の端部はトロイドの外側中央部付近および／または内側中央部付近で実質的に会合するようにしてよい。端部は離間した面を有してもよいし、端部どうしで当接する構成としてもよいし、重なり合う構成としてもよい。磁束漏れを更に低減するために、端部上に磁気的シーリング材（封止材）を配設してもよい。本発明のトロイダル誘導装置は改良された動作周波数レンジ、すなわち高い動作周波数レンジを提供するという利点を有する。
【００１３】
本発明の好適な実施形態において、トロイダル誘導装置の内部領域を閉鎖するためにプレートまたは端部キャップが用いられる。磁束漏れを防止するために、内部領域全体に磁気的シーリング材を配置する。別の実施形態においては、端部キャップによって、該端部キャップを貫通する取り付け支柱を支持する。取り付け支柱は装置の所望により片側または両側に延在する。取り付けワッシャ、ゴムパッドやＬ字形またはΩ型のブラケットなど、その他の取り付け部材を同様に用いてよい。
【００１４】
本発明の別の好適な実施形態においては、複数の磁性要素は、異なる直径および／または材質から磁気回路の様々な特性を最適化するように選択されたワイヤを含む。例えば、磁性要素の一部を透磁率を高め、より高い飽和レベルを実現し、さらにまた磁束を収束させる材料で作られたワイヤとしてもよい。
【００１５】
本発明の方法の好適な実施形態による方法は、電気的巻き線要素を一般的なトロイダル形状に形成し、複数のワイヤを該電気的巻き線要素を実質的に取り巻くようになして電気的巻き線要素を通過する磁束経路を形成し、該複数のワイヤの端部を互いに近接させてギャップを形成することを含む。
【００１６】
本発明の別の態様では、磁性要素の端部を溶接することなどによって磁束経路のギャップをなくすように、上記複数の個別の磁性要素を構成する。こうした構成は、大電力の変圧器などのある種の応用例において好ましい場合がある。
【００１７】
本発明の以上に述べたおよびその他の態様、特徴および利点は、添付の図面を参照してなされる以下の好適な実施形態の説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は好適な実施形態によるトロイダル誘導装置１０の部分的に切り欠かれた斜視図である。図２は図１の線２−２に沿った誘導装置１０の断面図である。本実施形態の誘導装置は変圧器である。本発明の原理は変圧器やコイル（チョークコイル、リアクターコイルなど）などの様々な誘導装置に適用することができ、それらの装置はコア飽和を利用したタイプのものと（可飽和変圧器、磁気アンプ、可飽和リアクター、スイングチョークなど）および利用しないタイプのソレノイド、リレー、接触器、リニア式またはロータリー式の誘導装置等の交流装置の両方を含むものであるが、ここに述べたものに限定されるものではない。
【００１９】
トロイダル誘導装置１０は複数の磁性要素１２および電気的巻き線要素１４を含む。従来のトロイダル誘導装置においては、電気的巻き線はトロイダル形状の磁性要素の周りに延在している。それに対し本発明では、複数の磁性要素１２が、図１に示すように一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素１４のまわりを部分的に包囲あるいは延在している。
【００２０】
複数の磁気要素１２はそれぞれ第１および第２の端部１６および１８を有している。本実施形態では複数の磁性要素１２が電気的巻き線要素１４をほぼ取り巻いて、電気的巻き線要素１４の少なくとも一部を経由する部分に延在する磁束経路を形成する。しかしながら、他の実施形態においては、複数の磁性要素が電気的巻き線要素のより少ない部分を包囲するものであってもよいし、また電気的巻き線要素を完全に包囲するものであってもよい。要するに、複数の磁性要素は、磁束経路が電気的巻き線要素の少なくとも一部を通って形成される限り、どのような長さであってもよい。しかし好適には磁束経路が電気的巻き線要素の全体を通ったほうが、より効率的な装置となるので望ましい。
【００２１】
図１および図２に示す実施形態では、ギャップ２０が複数の磁性要素１２の端部１６および１８間に形成される。このギャップ２０は磁束経路に磁気抵抗を導入する。磁気抵抗は急激に流れ込む電流のマイナスな作用を低減するように作用する。
【００２２】
ギャップ２０の幅は複数の磁性要素１２の第１および第２の端部１６および１８の間の距離によって決まる。ギャップ２０はトロイダル誘導装置１０の内周に沿って均一に分布する。端部１６および１８は、トロイダル誘導装置１０の内側の中央部分２２に沿って互いに向きあっている。ギャップの大きさは第１および第２の端部１６および１８の間の距離を設定することにより制御される。
【００２３】
ギャップが誘導装置１０の内側中央部分２２に配置されていることにより、ギャップからの磁束漏れは実質的に誘導装置１０の内部に局在化され、周囲の要素に影響することはない。多くの応用例において、ギャップを最小にする（しかし無くすことなく）ことが望ましい。従来のトロイダル誘導装置では、製造コストを少なからず増加させることなくこの所望の条件を実現することが概して不可能であった。しかし、本発明はコスト上有利にこの条件を実現することができる。これは第１および第２の端部１６および１８が電気的巻き線要素の外部にあるため、容易に最小ギャップ設定となすことができるからである。ギャップ２０からの磁束漏れは、複数の磁性要素１２の端部を覆うためにギャップ内に配された磁気的シーリング材３０によってさらに閉じこめられる。磁気的シーリング材３０はたとえば、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどからなる磁性粒子を含むものとすることができる。
【００２４】
他の実施形態では、ギャップを外側の中央部分に形成してもよく、その際、誘導装置の内側中央部分のギャップはあってもよいし、なくてもよい。また、磁性要素の第１および第２の端部が重なり合うように会合する構成としてもよく、この場合ギャップは重なり合う端部間に形成される。磁性要素は独立したあるいは一群のワイヤ（線材）、リボン（帯材）、リング（輪）、バー（棒材）、シート（板材）など様々な形態やそれら形態の組み合わせとすることができるが、それらに限定されるものではない。
【００２５】
図１および図２に示す実施形態では、複数の磁性要素１２は個別の（個々別々の）要素である。本実施形態では複数の磁性要素１２の各々は束ねられた一群のワイヤ（線材）２４を含んでいる。ワイヤを用いて磁性要素を構成することにより、所望の大きさのギャップを形成するために有効に長さを選択することができ、また電気的巻き線要素を容易に包囲することができる。
【００２６】
電気的巻き線要素１４は電気的巻き線２６および２８を含む。巻き線２６は一次巻き線であり、巻き線２８は二次巻き線である。電気的巻き線２６および２８は別々に単一のワイヤを一般的なトロイダル形状に巻くことにより形成される。あるいは、異なる大きさおよび形状のいくつかのワイヤを用いて電気的巻き線２６および２８を形成してもよい。巻き線２６と巻き線２８とは互いに直に隣接して配置される。しかし、巻き線２６と巻き線２８の相対的な配置は様々な配置とすることができ、それぞれの巻き線が混ざり合うようにしてもよいが、それに限定されるものではない。さらに各巻き線の間に電磁シールド（図示せず）を配置して巻き線を分離し、キャパシタンス制御、接地安全性などのさらなる所望の設計特徴を与えてもよい。
【００２７】
トロイダル誘導装置１０は電源（図示せず）を一次巻き線２６につなぐリード線３２と二次巻き線２８を負荷（図示せず）につなぐリード線３４とを備える。当業者には、一次巻き線、二次巻き線という呼び名はある意味で任意のものであり、リード線１２とリード線１４とを逆にしてもよいことが理解できるであろう。従って、ここでの「一次」「二次」という表示は便宜上のものであって、巻き線は逆にしてもよいことを理解されたい。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、個別の磁性要素はギャップを持たない完全な磁気回路を形成してもよい。そのような実施形態においては、たとえば端部１６および１８を接触させ、溶接などによって互いに固定して、磁束経路にギャップがなくなるようにしてもよい。そのような条件とすることが望ましい応用例としては、電力生成および搬送に関わる大電流コイルおよび変圧器において高効率化を達成しようとする場合などがあるが、それら限るものではない。
【００２９】
また別の実施形態においては、個別の磁性要素のうち少なくとも一つはギャップを形成し、少なくとも一つはギャップを形成しないようにする。このようなギャップの有るものと無いものとの組み合わせにより、所望の設定状態を得ることができる。特に、急激な電流流れ込みの問題に対処する正確なギャップ制御を保ちながらも、装置の効率が向上させることができる。
【００３０】
図３は本発明の別の実施形態によるトロイダル誘導装置４０の断面図である。このトロイダル誘導装置４０は、複数の個別の磁性要素４２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素４４を有する点では上述の実施形態と同様である。複数の磁性要素４２は電気的巻き線要素４４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素４４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。しかし、本実施形態においては、複数の磁性要素４２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材４６と第２の磁性部材４８とからなっている。第１および第２の磁性部材４６および４８はそれぞれ端部５０および５２を有している。端部５０および５２は実質的に会合してギャップ５４および５６を形成している。ギャップ５４および５６は前述のギャップ２０と同様のものであり、磁束経路に磁気抵抗を導入する。ギャップ５４は誘導装置４０の内側面５８に位置し、ギャップ５６は誘導装置４０の外側面６０に位置する。磁気的シーリング材６２および６４をギャップ５４および５６にそれぞれ配し、ギャップ５４、５６からの磁束漏れ量を低減する。磁気的シーリング材３０と同様に磁気的シーリング材６２および６４は、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどからなる磁性粒子を含むが、これら材料に限定されるものではない。
【００３１】
図４は本発明のまた別の実施形態によるトロイダル誘導装置７０の断面図である。このトロイダル誘導装置７０は、複数の個別の磁性要素７２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素７４を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素７２は電気的巻き線要素７４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素７４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。しかし、本実施形態においては、複数の磁性要素７２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材７６、第２の磁性部材７８および第３の磁性部材８０からなっている。第１、第２、第３の磁性部材７６、７８、８０はそれぞれ端部８２、８４、８６を有している。
【００３２】
第１の磁性部材７６は電気的巻き線要素７４を実質的に取り囲んでおり、端部８２は実質的に会合してギャップ８８を形成している。
【００３３】
第２の磁性部材７８は第１の磁性部材７６を実質的に取り囲んでおり、端部８４は実質的に会合してギャップ９０を形成している。第２の磁性部材７８は第１の磁性部材７６に対してギャップ８８とギャップ９０とが当該少なくとも一つの磁性要素の反対側（対向する側）に位置するように配置されている。
【００３４】
第３の磁性部材８０は第２の磁性部材７８を実質的に取り囲んでおり、端部８６は実質的に会合してギャップ９２を形成している。第３の磁性部材８０は第２の磁性部材７８に対してギャップ９０とギャップ９２とが当該少なくとも一つの磁性要素の反対側に位置するように配置されている。
【００３５】
ギャップ８８、９０、９２は、磁束経路に磁気抵抗を導入する点において前述のギャップ２０と同様である。ギャップ８８が実質的に第２の磁性部材７８によってカバーされ、ギャップ９０が実質的に第３の磁性部材８０によってカバーされるような第１、第２、第３の磁性部材７６、７８、８０の相対的配置によって、ギャップ８８および９０からの磁束漏れは実質的に磁性要素７２内に閉じこめられる。本実施形態のギャップにおいては磁気的シーリング材は用いないが、所望により用いてもよい。
【００３６】
図５は本発明の別の実施形態によるトロイダル誘導装置１００の断面図である。このトロイダル誘導装置１００は、複数の個別の磁性要素１０２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素１０４を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素１０２は電気的巻き線要素１０４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素１０４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。複数の磁性要素１０２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材１０６と第２の磁性部分１０８とからなっている。部分１０６および部分１０８の端部間には、前述の誘導装置４０と同様にギャップ１１０および１１２が形成される。ギャップ１１０および１１２は当該複数の磁性要素１０２の少なくとも一つの反対側（対向する側）に位置する。
【００３７】
誘導装置１００は、複数の磁性要素１０２の両側に配置されたプレートすなわち端部キャップ１１４を更に有している。端部キャップと複数の磁性要素１０２の間には内部空間１１６が画成される。磁気的シーリング材１１８が内部空間１１６内に配置され磁束漏れを更に閉じこめている。磁気的シーリング材１１８はたとえば、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどから選択された軟（ソフト）磁性粒子を含むものとすることができる。
【００３８】
磁気的シーリング材１１８と同様の磁気的シーリング材１２０が、ギャップ１１０からの磁束漏れを閉じこめるためにギャップ１１０内に配されている。
【００３９】
ねじ山を設けた取り付け支柱１２２が両方の端部キャップを貫いて誘導装置１００の上面部分から下面部分に延在している。本実施形態においては、取り付け支柱１２２は誘導装置１００の中心軸Ａと同軸に配置されている。ねじ山を設けたナット１２４が取り付け支柱１２２のねじ山と螺合し、端部キャップ１１４を磁性要素１０２に対して保持している。取り付け支柱は、所望により誘導装置のどちらの側から延在するにしてもよいし、両側に延在してもよいことはもちろんである。取り付け支柱はまた、装置の熱を除去するために冷却剤が支柱を通って流れる冷却チューブとして使用してもよい。
【００４０】
図６は本発明の更に別の実施形態によるトロイダル誘導装置１３０の斜視図である。このトロイダル誘導装置１３０は、複数の個別の磁性要素１３２および一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素（図示せず）を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素は電気的巻き線要素を包囲しており、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。ギャップ１３４がそれぞれの要素の端部間に形成されている。
【００４１】
本実施形態の重要な特徴は、磁性要素によって形成されるギャップ１３４が装置を取り巻いて分布している点である。ギャップ１３４は隣接するギャップ１３４またはギャップグループ間の渦電流を低減するように分布されている。好適には、図６に概要を示すように、ギャップを装置１３０を取り巻くスパイラル状に（螺旋状に）分布させる。ギャップを装置を取り巻いて分布させることにより、装置の効率および周波数レンジの上限が高められる。
【００４２】
電気的巻き線要素を包囲する複数の個別の磁性要素を用いることにより、磁束経路の磁気抵抗を制御することのできるトロイダル誘導装置の効率的かつコスト上有利な製造方法が実現される。特に誘導装置の電気的巻き線要素の外に複数の磁性要素を配置することによって、誘導装置の設計者は磁性要素のギャップの大きさとギャップの装置周りでの分布を特定できる。ギャップの磁気抵抗は磁性要素の長さによって決まる。
【００４３】
本発明の好適な実施形態による方法は、少なくとも１本のワイヤ（線材）を一般的なトロイド形状に巻いて電気的巻き線を形成することによって電気的巻き線要素を準備することを含む。巻き線は当初、帯またはそれに類するものによってまとめて保持される。あるいは、電気的巻き線要素は複数のワイヤを一般的なトロイド形状に巻くことによって準備してもよい。複数のワイヤは同一の直径および／または形状のものであってもよいし、または異なる直径および／または形状のものとして、巻き線の密度を増加させてもよい。
【００４４】
この方法は更に電気的巻き線を包囲して複数の個別の磁性要素を配置し、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成させるようになすことを含む。磁性要素の端部間にはギャップが形成され、磁束経路に磁気抵抗を導入する。ある実施例においては、複数の磁性要素は複数のワイヤ（線材）であり、それらが電気的巻き線のまわり個別にあるいは群をなして形成される。また別の実施例では、複数の磁性要素の端部はトロイダル装置の内側中央部付近および／または外側中央部付近において実質的に会合する。磁気的シーリング材を端部に施し、端部を所定位置に固定する。
【００４５】
本発明の方法の別の実施形態においては、複数の磁性要素のうちの少なくとも一つは複数の磁性部材を含む。この方法は各部材が実質的に電気的巻き線要素を実質的に取り巻き、かつそれぞれの部材の端部間に別々のギャップが形成されるように部材を配置することを含む。この方法は更にまた、部材のうちの一つが他の部材のうちの一つを実質的に取り巻き、取り巻かれた部材の形成するギャップをカバーするように部材の配置を行うことを含む。このように部材を配置することにより、磁束漏れはいっそう閉じこめられる。
【００４６】
本発明の方法の別の実施形態においては、複数の磁性要素の両側に隣接してプレートすなわち端部キャップが配設され磁性要素と端部キャップとの間に内部空間を画成する。内部空間は磁気的シーリング材で満たされ、磁束漏れを低減する。また別の好適な実施形態では内部空間を排気して該空間に磁気的シーリング材を注入する。内部空間を排気することにより、より完全に内部空間を磁気的シーリング材で満たすことができ、実質的にすべてのギャップを満たすことができる。
【００４７】
以上の本発明の好適な実施形態の説明は、例示としてなされたものである。本発明がここに開示された形態そのものに尽きるあるいは限られることを意味するものではない。上記の説明を参考に明白な改造、変形またはそれらの組み合わせを行うことが可能である。上記の好適な実施形態は、本発明の諸原理の例示と実際の応用を提供し、以て当業者が本発明を特定の目的とする用途のために様々な実施形態、様々な変形例、またそれらの組み合わせなどに本発明を利用することを可能とすべく、選んで説明したものである。本発明の概念と範囲を逸脱することなく様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好適な実施形態による誘導装置の一部切り欠き斜視図である。
【図２】誘導装置の図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による誘導装置の断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による誘導装置の断面図である。
【図５】一対の端部キャップと取り付け支柱を有する誘導装置の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のまた別の実施形態による誘導装置の斜視図である。
【０００１】
本出願は２００１年１月２３日に出願された、米国仮特許出願第６０／２６３，６３８号に基づくものであり、当該仮出願を本引用により援用するものとする。
【０００２】
本発明はトロイダル誘導装置（toroidal inductive apparatus）の分野に関わるものであり、より詳しくは変圧器、チョーク、コイル、安定器（ballasts）などのトロイダル誘導装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００３】
従来入手可能なトロイダル誘導装置は、電気的絶縁層に取り巻かれたトロイダル形状の磁性コアを有しており、該磁性コアは方向性鋼帯、合金の連続鋼帯、または様々な粉体コア構成よりなる。そして電気的巻き線がコア周りに巻かれ、かつコアの周に沿って配されている。これはたとえばトロイダル巻線（toroidal winding machine）によってなされる。 トロイダル誘導装置の種類によっては、さらなる電気的絶縁層が電気的巻き線のまわりを包囲し、かつこのさらなる絶縁層上に第２の電気的巻き線が巻かれる。トロイダル装置をプラスチック容器などに入れる場合を除き、通常は第２の巻き線の上に絶縁外皮層を形成し第２の巻き線を保護する。代表的なトロイダル誘導装置は米国特許第5,838,220号（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
トロイダル誘導装置はより一般的なＥ−Ｉ型の誘導装置に対していくつかの重要な利点を有している。たとえば、磁性コアの形状により必要な材料の量が最小となり、それによって装置全体の大きさと重量を小さくできる。また、巻き線が装置の磁性コア全体にわたって対称に広がっているので、巻き線の長さが相対的に短く、これによってさらに装置の大きさと重量を引き下げることができる。その他の利点としては、磁束漏れが少ないこと、ノイズと熱の発生が少ないこと、またある用途において信頼性が高いことなどがある。
【０００５】
従来のトロイダル誘導装置の重大な欠点の一つは、製造コストが、より一般的なＥ−Ｉ型の誘導装置に比して遙かに高いことである。このコスト高は、トロイダル形状の磁性コアまわりに電気的巻き線を巻くために複雑な巻線技術が必要であることによる。
【０００６】
従来のトロイダル誘導装置の別の欠点は、急激に流れ込む大電流(high rush-in current)に弱いことである。従来入手可能なトロイダル誘導装置は通常磁気抵抗を制御できない。なぜなら、通常のトロイダル誘導装置は、磁束経路のギャップを制御せずに製造されるからである。通常、与えられたギャップとは、磁性コアの鋼帯の間に存在するなんらかの隙間のことである。多くの場合、急激に流れ込む電流から保護するために、トロイダル誘導装置の１次巻き線に直列に抵抗を付加する。米国特許第6,243,940号（特許文献２）に開示されている技術のように、所望の大きさのギャップを作り出す方法も開発されている。しかしそれらおよびその他の技術は、誘導装置の製造コストを増加させるだけである。従って、従来のトロイダル誘導装置および方法は、急激に流れ込む電流に対処するために所望の大きさのギャップ作り出すコスト上有利な方法を提供していない。
【特許文献１】
米国特許第５，８３８，２２０号
【特許文献２】
米国特許第６，２４３，９４０号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は従来技術の欠点を排除したトロイダル誘導装置およびその製造方法を提供する。以下に説明から明らかなように、本発明は従来入手可能なトロイダル誘導装置におけるものとは根本的に異なる設計アプローチをとっており、その結果コスト上有利に、急激に流れ込む電流を制御する方法を提供する。より詳しくは、本発明は電気的巻き線自体を一般的なトロイダル形状とし、それを磁束経路を形成する複数の個別の（個々別々の）磁性要素で包囲するという設計に基づいている。これら複数の磁性要素の端部がギャップを形成し、該ギャップにより磁性要素の磁束経路内に磁気抵抗をもたらす。ギャップの大きさは磁性要素の長さと位置を決めることにより制御することができる。このように、個別の磁性要素によって電気的巻き線を包囲することにより、ギャップを効率的にかつコスト上有利に制御し、所望の大きさの磁気抵抗をもたらすギャップサイズとすることができる。
【０００８】
本発明はその主要な態様の１つにおいて、誘導装置であって、一般的なトロイダル形状を有する電気的巻き線要素と、電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲して電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成する複数の個別の磁性要素であって、複数の磁性要素の端部間には少なくとも一つのギャップが形成されるような磁性要素と、を有する誘導装置を提供する。
【０００９】
本発明は別の主要な態様において、誘導装置を製造する方法であって、一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素を準備し、複数の個別の磁性要素を電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲するように配置して、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成し、かつ複数の個別の磁性要素の端部間に少なくとも一つのギャップを形成する、ことを含む誘導装置の製造方法。
【００１０】
好適な実施形態において、本発明は複数の磁性要素と電気的巻き線要素とを有するトロイダル誘導装置であって、該複数の磁性要素は実質的に該電気的巻き線要素の周りに延在する複数のワイヤを含む装置を提供する。この複数のワイヤは電気的巻き線要素上に個々にあるいは群をなして配置され、それらは磁気的シーリング剤またはその他の適宜の手段によりまとめて保持される。電気的巻き線要素は少なくとも一つの電気的巻き線を含み、該少なくとも一つの電気的巻き線は、単一のワイヤを一般的なトロイダル形状に巻いて形成してよい。様々な実施形態において、複数のワイヤは異なる直径および／または異なる断面形状のワイヤを含む。更にまた別の実施形態においては、電気的巻き線は異なる大きさおよび形状のいくつかのワイヤを含む。
【００１１】
好適な形態において、ギャップは磁束漏れが誘導装置内に閉じこめられ限定されるようにトロイドの内周に分布される。
【００１２】
複数の磁性要素の端部はトロイドの外側中央部付近および／または内側中央部付近で実質的に会合するようにしてよい。端部は離間した面を有してもよいし、端部どうしで当接する構成としてもよいし、重なり合う構成としてもよい。磁束漏れを更に低減するために、端部上に磁気的シーリング材（封止材）を配設してもよい。本発明のトロイダル誘導装置は改良された動作周波数レンジ、すなわち高い動作周波数レンジを提供するという利点を有する。
【００１３】
本発明の好適な実施形態において、トロイダル誘導装置の内部領域を閉鎖するためにプレートまたは端部キャップが用いられる。磁束漏れを防止するために、内部領域全体に磁気的シーリング材を配置する。別の実施形態においては、端部キャップによって、該端部キャップを貫通する取り付け支柱を支持する。取り付け支柱は装置の所望により片側または両側に延在する。取り付けワッシャ、ゴムパッドやＬ字形またはΩ型のブラケットなど、その他の取り付け部材を同様に用いてよい。
【００１４】
本発明の別の好適な実施形態においては、複数の磁性要素は、異なる直径および／または材質から磁気回路の様々な特性を最適化するように選択されたワイヤを含む。例えば、磁性要素の一部を透磁率を高め、より高い飽和レベルを実現し、さらにまた磁束を収束させる材料で作られたワイヤとしてもよい。
【００１５】
本発明の方法の好適な実施形態による方法は、電気的巻き線要素を一般的なトロイダル形状に形成し、複数のワイヤを該電気的巻き線要素を実質的に取り巻くようになして電気的巻き線要素を通過する磁束経路を形成し、該複数のワイヤの端部を互いに近接させてギャップを形成することを含む。
【００１６】
本発明の別の態様では、磁性要素の端部を溶接することなどによって磁束経路のギャップをなくすように、上記複数の個別の磁性要素を構成する。こうした構成は、大電力の変圧器などのある種の応用例において好ましい場合がある。
【００１７】
本発明の以上に述べたおよびその他の態様、特徴および利点は、添付の図面を参照してなされる以下の好適な実施形態の説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は好適な実施形態によるトロイダル誘導装置１０の部分的に切り欠かれた斜視図である。図２は図１の線２−２に沿った誘導装置１０の断面図である。本実施形態の誘導装置は変圧器である。本発明の原理は変圧器やコイル（チョークコイル、リアクターコイルなど）などの様々な誘導装置に適用することができ、それらの装置はコア飽和を利用したタイプのものと（可飽和変圧器、磁気アンプ、可飽和リアクター、スイングチョークなど）および利用しないタイプのソレノイド、リレー、接触器、リニア式またはロータリー式の誘導装置等の交流装置の両方を含むものであるが、ここに述べたものに限定されるものではない。
【００１９】
トロイダル誘導装置１０は複数の磁性要素１２および電気的巻き線要素１４を含む。従来のトロイダル誘導装置においては、電気的巻き線はトロイダル形状の磁性要素の周りに延在している。それに対し本発明では、複数の磁性要素１２が、図１に示すように一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素１４のまわりを部分的に包囲あるいは延在している。
【００２０】
複数の磁気要素１２はそれぞれ第１および第２の端部１６および１８を有している。本実施形態では複数の磁性要素１２が電気的巻き線要素１４をほぼ取り巻いて、電気的巻き線要素１４の少なくとも一部を経由する部分に延在する磁束経路を形成する。しかしながら、他の実施形態においては、複数の磁性要素が電気的巻き線要素のより少ない部分を包囲するものであってもよいし、また電気的巻き線要素を完全に包囲するものであってもよい。要するに、複数の磁性要素は、磁束経路が電気的巻き線要素の少なくとも一部を通って形成される限り、どのような長さであってもよい。しかし好適には磁束経路が電気的巻き線要素の全体を通ったほうが、より効率的な装置となるので望ましい。
【００２１】
図１および図２に示す実施形態では、ギャップ２０が複数の磁性要素１２の端部１６および１８間に形成される。このギャップ２０は磁束経路に磁気抵抗を導入する。磁気抵抗は急激に流れ込む電流のマイナスな作用を低減するように作用する。
【００２２】
ギャップ２０の幅は複数の磁性要素１２の第１および第２の端部１６および１８の間の距離によって決まる。ギャップ２０はトロイダル誘導装置１０の内周に沿って均一に分布する。端部１６および１８は、トロイダル誘導装置１０の内側の中央部分２２に沿って互いに向きあっている。ギャップの大きさは第１および第２の端部１６および１８の間の距離を設定することにより制御される。
【００２３】
ギャップが誘導装置１０の内側中央部分２２に配置されていることにより、ギャップからの磁束漏れは実質的に誘導装置１０の内部に局在化され、周囲の要素に影響することはない。多くの応用例において、ギャップを最小にする（しかし無くすことなく）ことが望ましい。従来のトロイダル誘導装置では、製造コストを少なからず増加させることなくこの所望の条件を実現することが概して不可能であった。しかし、本発明はコスト上有利にこの条件を実現することができる。これは第１および第２の端部１６および１８が電気的巻き線要素の外部にあるため、容易に最小ギャップ設定となすことができるからである。ギャップ２０からの磁束漏れは、複数の磁性要素１２の端部を覆うためにギャップ内に配された磁気的シーリング材３０によってさらに閉じこめられる。磁気的シーリング材３０はたとえば、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどからなる磁性粒子を含むものとすることができる。
【００２４】
他の実施形態では、ギャップを外側の中央部分に形成してもよく、その際、誘導装置の内側中央部分のギャップはあってもよいし、なくてもよい。また、磁性要素の第１および第２の端部が重なり合うように会合する構成としてもよく、この場合ギャップは重なり合う端部間に形成される。磁性要素は独立したあるいは一群のワイヤ（線材）、リボン（帯材）、リング（輪）、バー（棒材）、シート（板材）など様々な形態やそれら形態の組み合わせとすることができるが、それらに限定されるものではない。
【００２５】
図１および図２に示す実施形態では、複数の磁性要素１２は個別の（個々別々の）要素である。本実施形態では複数の磁性要素１２の各々は束ねられた一群のワイヤ（線材）２４を含んでいる。ワイヤを用いて磁性要素を構成することにより、所望の大きさのギャップを形成するために有効に長さを選択することができ、また電気的巻き線要素を容易に包囲することができる。
【００２６】
電気的巻き線要素１４は電気的巻き線２６および２８を含む。巻き線２６は一次巻き線であり、巻き線２８は二次巻き線である。電気的巻き線２６および２８は別々に単一のワイヤを一般的なトロイダル形状に巻くことにより形成される。あるいは、異なる大きさおよび形状のいくつかのワイヤを用いて電気的巻き線２６および２８を形成してもよい。巻き線２６と巻き線２８とは互いに直に隣接して配置される。しかし、巻き線２６と巻き線２８の相対的な配置は様々な配置とすることができ、それぞれの巻き線が混ざり合うようにしてもよいが、それに限定されるものではない。さらに各巻き線の間に電磁シールド（図示せず）を配置して巻き線を分離し、キャパシタンス制御、接地安全性などのさらなる所望の設計特徴を与えてもよい。
【００２７】
トロイダル誘導装置１０は電源（図示せず）を一次巻き線２６につなぐリード線３２と二次巻き線２８を負荷（図示せず）につなぐリード線３４とを備える。当業者には、一次巻き線、二次巻き線という呼び名はある意味で任意のものであり、リード線１２とリード線１４とを逆にしてもよいことが理解できるであろう。従って、ここでの「一次」「二次」という表示は便宜上のものであって、巻き線は逆にしてもよいことを理解されたい。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、個別の磁性要素はギャップを持たない完全な磁気回路を形成してもよい。そのような実施形態においては、たとえば端部１６および１８を接触させ、溶接などによって互いに固定して、磁束経路にギャップがなくなるようにしてもよい。そのような条件とすることが望ましい応用例としては、電力生成および搬送に関わる大電流コイルおよび変圧器において高効率化を達成しようとする場合などがあるが、それら限るものではない。
【００２９】
また別の実施形態においては、個別の磁性要素のうち少なくとも一つはギャップを形成し、少なくとも一つはギャップを形成しないようにする。このようなギャップの有るものと無いものとの組み合わせにより、所望の設定状態を得ることができる。特に、急激な電流流れ込みの問題に対処する正確なギャップ制御を保ちながらも、装置の効率が向上させることができる。
【００３０】
図３は本発明の別の実施形態によるトロイダル誘導装置４０の断面図である。このトロイダル誘導装置４０は、複数の個別の磁性要素４２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素４４を有する点では上述の実施形態と同様である。複数の磁性要素４２は電気的巻き線要素４４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素４４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。しかし、本実施形態においては、複数の磁性要素４２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材４６と第２の磁性部材４８とからなっている。第１および第２の磁性部材４６および４８はそれぞれ端部５０および５２を有している。端部５０および５２は実質的に会合してギャップ５４および５６を形成している。ギャップ５４および５６は前述のギャップ２０と同様のものであり、磁束経路に磁気抵抗を導入する。ギャップ５４は誘導装置４０の内側面５８に位置し、ギャップ５６は誘導装置４０の外側面６０に位置する。磁気的シーリング材６２および６４をギャップ５４および５６にそれぞれ配し、ギャップ５４、５６からの磁束漏れ量を低減する。磁気的シーリング材３０と同様に磁気的シーリング材６２および６４は、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどからなる磁性粒子を含むが、これら材料に限定されるものではない。
【００３１】
図４は本発明のまた別の実施形態によるトロイダル誘導装置７０の断面図である。このトロイダル誘導装置７０は、複数の個別の磁性要素７２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素７４を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素７２は電気的巻き線要素７４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素７４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。しかし、本実施形態においては、複数の磁性要素７２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材７６、第２の磁性部材７８および第３の磁性部材８０からなっている。第１、第２、第３の磁性部材７６、７８、８０はそれぞれ端部８２、８４、８６を有している。
【００３２】
第１の磁性部材７６は電気的巻き線要素７４を実質的に取り囲んでおり、端部８２は実質的に会合してギャップ８８を形成している。
【００３３】
第２の磁性部材７８は第１の磁性部材７６を実質的に取り囲んでおり、端部８４は実質的に会合してギャップ９０を形成している。第２の磁性部材７８は第１の磁性部材７６に対してギャップ８８とギャップ９０とが当該少なくとも一つの磁性要素の反対側（対向する側）に位置するように配置されている。
【００３４】
第３の磁性部材８０は第２の磁性部材７８を実質的に取り囲んでおり、端部８６は実質的に会合してギャップ９２を形成している。第３の磁性部材８０は第２の磁性部材７８に対してギャップ９０とギャップ９２とが当該少なくとも一つの磁性要素の反対側に位置するように配置されている。
【００３５】
ギャップ８８、９０、９２は、磁束経路に磁気抵抗を導入する点において前述のギャップ２０と同様である。ギャップ８８が実質的に第２の磁性部材７８によってカバーされ、ギャップ９０が実質的に第３の磁性部材８０によってカバーされるような第１、第２、第３の磁性部材７６、７８、８０の相対的配置によって、ギャップ８８および９０からの磁束漏れは実質的に磁性要素７２内に閉じこめられる。本実施形態のギャップにおいては磁気的シーリング材は用いないが、所望により用いてもよい。
【００３６】
図５は本発明の別の実施形態によるトロイダル誘導装置１００の断面図である。このトロイダル誘導装置１００は、複数の個別の磁性要素１０２およびトロイダル形状の電気的巻き線要素１０４を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素１０２は電気的巻き線要素１０４を実質的に取り巻いており、電気的巻き線要素１０４の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。複数の磁性要素１０２のうちの少なくとも一つは第１の磁性部材１０６と第２の磁性部分１０８とからなっている。部分１０６および部分１０８の端部間には、前述の誘導装置４０と同様にギャップ１１０および１１２が形成される。ギャップ１１０および１１２は当該複数の磁性要素１０２の少なくとも一つの反対側（対向する側）に位置する。
【００３７】
誘導装置１００は、複数の磁性要素１０２の両側に配置されたプレートすなわち端部キャップ１１４を更に有している。端部キャップと複数の磁性要素１０２の間には内部空間１１６が画成される。磁気的シーリング材１１８が内部空間１１６内に配置され磁束漏れを更に閉じこめている。磁気的シーリング材１１８はたとえば、コバルト、ニッケルおよびこれらの元素の組み合わせを含む鉄系材料の合金、およびそれらのものとより少ない量の他の元素との組み合わせやそれらに類するものなどから選択された軟（ソフト）磁性粒子を含むものとすることができる。
【００３８】
磁気的シーリング材１１８と同様の磁気的シーリング材１２０が、ギャップ１１０からの磁束漏れを閉じこめるためにギャップ１１０内に配されている。
【００３９】
ねじ山を設けた取り付け支柱１２２が両方の端部キャップを貫いて誘導装置１００の上面部分から下面部分に延在している。本実施形態においては、取り付け支柱１２２は誘導装置１００の中心軸Ａと同軸に配置されている。ねじ山を設けたナット１２４が取り付け支柱１２２のねじ山と螺合し、端部キャップ１１４を磁性要素１０２に対して保持している。取り付け支柱は、所望により誘導装置のどちらの側から延在するにしてもよいし、両側に延在してもよいことはもちろんである。取り付け支柱はまた、装置の熱を除去するために冷却剤が支柱を通って流れる冷却チューブとして使用してもよい。
【００４０】
図６は本発明の更に別の実施形態によるトロイダル誘導装置１３０の斜視図である。このトロイダル誘導装置１３０は、複数の個別の磁性要素１３２および一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素（図示せず）を有する点では上述の実施諸形態と同様である。複数の磁性要素は電気的巻き線要素を包囲しており、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成している。ギャップ１３４がそれぞれの要素の端部間に形成されている。
【００４１】
本実施形態の重要な特徴は、磁性要素によって形成されるギャップ１３４が装置を取り巻いて分布している点である。ギャップ１３４は隣接するギャップ１３４またはギャップグループ間の渦電流を低減するように分布されている。好適には、図６に概要を示すように、ギャップを装置１３０を取り巻くスパイラル状に（螺旋状に）分布させる。ギャップを装置を取り巻いて分布させることにより、装置の効率および周波数レンジの上限が高められる。
【００４２】
電気的巻き線要素を包囲する複数の個別の磁性要素を用いることにより、磁束経路の磁気抵抗を制御することのできるトロイダル誘導装置の効率的かつコスト上有利な製造方法が実現される。特に誘導装置の電気的巻き線要素の外に複数の磁性要素を配置することによって、誘導装置の設計者は磁性要素のギャップの大きさとギャップの装置周りでの分布を特定できる。ギャップの磁気抵抗は磁性要素の長さによって決まる。
【００４３】
本発明の好適な実施形態による方法は、少なくとも１本のワイヤ（線材）を一般的なトロイド形状に巻いて電気的巻き線を形成することによって電気的巻き線要素を準備することを含む。巻き線は当初、帯またはそれに類するものによってまとめて保持される。あるいは、電気的巻き線要素は複数のワイヤを一般的なトロイド形状に巻くことによって準備してもよい。複数のワイヤは同一の直径および／または形状のものであってもよいし、または異なる直径および／または形状のものとして、巻き線の密度を増加させてもよい。
【００４４】
この方法は更に電気的巻き線を包囲して複数の個別の磁性要素を配置し、電気的巻き線要素の少なくとも一部を通る磁束経路を形成させるようになすことを含む。磁性要素の端部間にはギャップが形成され、磁束経路に磁気抵抗を導入する。ある実施例においては、複数の磁性要素は複数のワイヤ（線材）であり、それらが電気的巻き線のまわり個別にあるいは群をなして形成される。また別の実施例では、複数の磁性要素の端部はトロイダル装置の内側中央部付近および／または外側中央部付近において実質的に会合する。磁気的シーリング材を端部に施し、端部を所定位置に固定する。
【００４５】
本発明の方法の別の実施形態においては、複数の磁性要素のうちの少なくとも一つは複数の磁性部材を含む。この方法は各部材が実質的に電気的巻き線要素を実質的に取り巻き、かつそれぞれの部材の端部間に別々のギャップが形成されるように部材を配置することを含む。この方法は更にまた、部材のうちの一つが他の部材のうちの一つを実質的に取り巻き、取り巻かれた部材の形成するギャップをカバーするように部材の配置を行うことを含む。このように部材を配置することにより、磁束漏れはいっそう閉じこめられる。
【００４６】
本発明の方法の別の実施形態においては、複数の磁性要素の両側に隣接してプレートすなわち端部キャップが配設され磁性要素と端部キャップとの間に内部空間を画成する。内部空間は磁気的シーリング材で満たされ、磁束漏れを低減する。また別の好適な実施形態では内部空間を排気して該空間に磁気的シーリング材を注入する。内部空間を排気することにより、より完全に内部空間を磁気的シーリング材で満たすことができ、実質的にすべてのギャップを満たすことができる。
【００４７】
以上の本発明の好適な実施形態の説明は、例示としてなされたものである。本発明がここに開示された形態そのものに尽きるあるいは限られることを意味するものではない。上記の説明を参考に明白な改造、変形またはそれらの組み合わせを行うことが可能である。上記の好適な実施形態は、本発明の諸原理の例示と実際の応用を提供し、以て当業者が本発明を特定の目的とする用途のために様々な実施形態、様々な変形例、またそれらの組み合わせなどに本発明を利用することを可能とすべく、選んで説明したものである。本発明の概念と範囲を逸脱することなく様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好適な実施形態による誘導装置の一部切り欠き斜視図である。
【図２】誘導装置の図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による誘導装置の断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による誘導装置の断面図である。
【図５】一対の端部キャップと取り付け支柱を有する誘導装置の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のまた別の実施形態による誘導装置の斜視図である。
Claims (40)
- 一般的なトロイダル形状を有する電気的巻き線要素と、
前記電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲して磁束経路を形成する複数の個別の磁性要素であって、複数の磁性要素の端部間には少なくとも一つのギャップが形成されている磁性要素とを有する誘導装置。 - 前記電気的巻き線要素は、少なくとも一つの電気的巻き線を含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記電気的巻き線要素は、異なる断面形状の複数のワイヤを含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記電気的巻き線要素は、一次電気的巻き線と二次電気的巻き線を含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記一次電気的巻き線と前記二次電気的巻き線とは、混ぜ合わされている請求項４記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも１つは、複数のワイヤを含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数のワイヤは、前記複数の個別の磁性要素の前記少なくとも１つの密度を高めるように配置された、異なる直径のワイヤを含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数のワイヤは、前記複数の個別の磁性要素の前記少なくとも１つの密度を高めるために、異なる断面形状を有するワイヤを含んでいる請求項６記載の誘導装置。
- 前記少なくとも一つのギャップに配置された磁気的シーリング材を更に有する請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の前記端部は、重なり合っている請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも一つは、第１の磁性部材と第２の磁性部材を含んでいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記第１の磁性部材の端部は、前記第２の磁性部材の端部と実質的に会合し、少なくとも第１のギャップと第２のギャップとを形成している請求項１１記載の誘導装置。
- 前記第１のギャップと前記第２のギャップとは、前記一つの磁性要素の対向する側に位置する請求項１２記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも一つは、第１の磁性部材と第２の磁性部材と第３の磁性部材とを含でいる請求項１記載の誘導装置。
- 前記第１の磁性部材は、前記電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲し、前記第１の磁性部材の端部間に前記一つのギャップを形成し、
前記第２の磁性部材は、前記第１の磁性部材を少なくとも部分的に包囲し、前記第２の磁性部材の端部磁性部材間に第２のギャップを形成し、
前記第３の磁性部材は、前記第２の磁性部材を少なくとも部分的に包囲し、前記第３の磁性部材の端部間に第３のギャップを形成している請求項１４記載の誘導装置。 - 前記一つのギャップと前記第２のギャップとは、前記一つの磁性要素の対向する側に配置され、
前記第２のギャップと前記第３のギャップとは、前記一つの磁性要素の対向する側に配置されている請求項１５記載の誘導装置。 - 前記少なくとも一つのギャップは、前記第２の磁性部材によって実質的にカバーされ、前記第２のギャップは、前記第３の磁性部材によって実質的にカバーされている請求項１５記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の対向する面に隣接して配置された少なくとも２つのプレートを更に有し、前記複数の個別の磁性要素と前記少なくとも２つのプレートとの間に内部空間を画成している請求項１記載の誘導装置。
- 前記少なくとも２つのプレートを貫通して配置された取り付け支柱を更に有している請求項１８記載の誘導装置。
- 前記内部空間内に配設された磁気的シーリング材を更に含んでいる請求項１８記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素は、電磁場からの遮蔽を与えるために、前記電気的巻き線要素を実質的に包囲してなる請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素は、互いに電気的に絶縁されている請求項１記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の各々が前記電気的巻き線要素を実質的に取り巻いてなる請求項１記載の誘導装置。
- 一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素を備え、および、
複数の個別の磁性要素を前記電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲するように配置して磁束経路を形成し、かつ前記複数の個別の磁性要素の端部間に少なくとも一つのギャップを形成することを含んでいる誘導装置の製造方法。 - 前記電気的巻き線要素は、少なくとも一つの電気的巻き線を含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記電気的巻き線要素は、一次電気的巻き線と二次電気的巻き線とを含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記一次巻き線と前記二次巻き線とを混ぜ合わせることをさらに含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも一つは、複数のワイヤを含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記複数のワイヤは、前記複数の個別の磁性要素の前記少なくとも一つの密度を高めるように配置された、異なる直径のワイヤを含んでいる請求項２８記載の方法。
- 前記複数の個別の磁性要素の前記少なくとも１つの密度を高めるために、前記複数のワイヤは異なる断面形状を有するワイヤを含んでいる請求項２８記載の方法。
- 前記少なくとも一つのギャップに磁気的シーリング材を挿入することを更に含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも一つは、第１の磁性部材と、第２の磁性部材と第３の磁性部材とを含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記第１の磁性部材は、前記電気的巻き線要素を少なくとも部分的に包囲し、前記第１の磁性部材の端部間に前記一つのギャップを形成し、
前記第２の磁性部材は、前記第１の磁性部材を少なくとも部分的に包囲し、前記第２の磁性部材の端部磁性部材間に第２のギャップを形成し、
前記第３の磁性部材は、前記第２の磁性部材を少なくとも部分的に包囲し、前記第３の磁性部材の端部間に第３のギャップを形成している請求項３２に記載の方法。 - 前記少なくとも一つのギャップと前記第２のギャップとは前記複数の個別の磁性要素の前記一つの対向する側に配置され、前記第２のギャップと前記第３のギャップとは前記複数の個別の磁性要素の前記一つの対向する側に配置されている請求項３３記載の方法。
- 前記複数の個別の磁性要素の対向する面上に少なくとも２つのプレートを配設し、前記複数の個別の磁性要素と前記少なくとも２つのプレート間に内部空間を画成することを更に含んでいる請求項２４記載の方法。
- 前記内部空間に磁気的シーリング部材を充填することを更に含んでいる請求項３５記載の方法。
- 前記充填に先立って前記空間内を排気することを更に含んでいる請求項３６記載の方法。
- 一般的なトロイダル形状の電気的巻き線要素と、
前記電気的巻き線要素を取り巻いてギャップのない磁束経路を形成する複数の個別の磁性要素とを含んでいる誘導装置。 - 前記電気的巻き線要素は、少なくとも１つの電気的巻き線を含んでいる請求項３８記載の誘導装置。
- 前記複数の個別の磁性要素の少なくとも一つは、複数のワイヤを含んでいる請求項３８記載の誘導装置。
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