JP2005039229A - 直流電流飽和が低減されたパワーインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】磁心材の飽和が発生する可能性を少なくするパワ−インダクタを提供する。
【解決手段】パワーインダクタが、第１の端部と第２の端部とを持つ第１の磁心を備える。第１の磁心にはフェライトビーズ芯材が含まれる。第１の磁心材内に配設された内部キャビティは第１の端部から第２の端部まで延設する。導体がキャビティを貫通する。第１の磁心材内に配設されたスロット付きエアギャップが第１の端部から第２の端部まで延設する。第２の磁心は、エアギャップ内の位置か、スロット付きエアギャップに隣接する位置のうちの少なくとも一方の位置に配置され、第１の磁心よりも低い透磁率を有する。
【選択図】図４

Description

本願は米国特許出願第１０／６２１，１２８号（２００３年７月１６日出願）の一部継続出願であり、上記出願はその全体が本願明細書で参照により援用されている。

本発明はインダクタに関し、特に、高い直流電流で、かつ、高い動作周波数で作動する際に低レベルの飽和を有する磁心材を含むパワーインダクタに関する。

インダクタとは、磁場に基づいて作動する回路素子である。磁場の源は、動いている電荷、すなわち電流である。時間と共に電流が変動する場合、誘導される磁場も時間と共に変動する。時変磁場は、磁場に中に存在する任意の導体にも電圧を誘導する。電流が一定であれば、理想的インダクタの両端間の電圧はゼロとなる。従って、インダクタは定電流すなわち直流電流から見ると短絡回路のように見える。上記インダクタでは、電圧は下式で与えられる：
ｖ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔ
従って、インダクタ内で電流の瞬間的変化は生じ得ない。

多種多様の回路内でインダクタの使用が可能である。パワーインダクタは比較的高い直流電流（例えば、約１００アンペアまで）を受け取り、比較的高い周波数での作動が可能である。例えば、ここで図１を参照すると、直流／直流コンバータ２４内でパワーインダクタ２０の使用が可能であり、このコンバータでは、或る直流電圧を他の直流電圧に変換するために、極性反転および／または整流が通常用いられる。

次に図２を参照すると、パワーインダクタ２０は、通常、磁心材３４を貫通する導体３０を備え、導体３０は１以上の巻き（ｔｕｒｎ）を有する。例えば、磁心材３４は正方形の外側断面３６と、磁心材３４の長さだけ延設する正方形の中心キャビティ３８とを有し得る。導体３０は中心キャビティ３８を貫通する。導体３０の中を流れる比較的高いの直流電流は、磁心材３４の飽和を引き起こす傾向があり、この飽和によって、パワーインダクタ２０およびパワーインダクタ２０が組み込まれた装置の性能の低下が生じる。

本発明によるパワーインダクタは、第１の端部と第２の端部とを備え、フェライトビーズ芯材を有する第１の磁心を備える。第１の磁心内のキャビティは、第１の端部から第２の端部まで延設する。第１の磁心内のスロット付きエアギャップは第１の端部から第２の端部まで延設する。第２の磁心は、スロット付きエアギャップ内の位置か、スロット付きエアギャップに隣接する位置のうちの少なくとも一方の位置に配置される。

他の特徴として、システムはパワーインダクタを備え、パワーインダクタと接続される直流／直流コンバータを備える。

さらに他の特徴として、導体はキャビティを貫通し、スロット付きエアギャップは、導体に対して平行方向に第１の磁心内に配設される。第２の磁心は第１の磁心よりも低い透磁率を有する。第２の磁心は軟磁性体を有する。軟磁性体には粉末金属が含まれる。第１の磁心と第２の磁心とは少なくとも２つの直交平面でセルフロックする。第２の磁心には、第２の磁心の透磁率を低下させる分散型ギャップを持つフェライトビーズ芯材が含まれる。磁束はパワーインダクタ内の磁路の中を流れ、第２の磁心は磁路の３０％未満を構成する。磁束はパワーインダクタ内の磁路の中を流れ、第２の磁心は磁路の２０％未満を構成する。

さらに他の特徴として、第１の磁心と第２の磁心は接着剤とストラップのうちの少なくとも一方を用いて一体に取り付けられる。

パワーインダクタは、第１の端部と第２の端部を持つ第１の磁心を備える。第１の磁心にはフェライトビーズ材が含まれる。第２の磁心は第１の磁心よりも低い透磁率を有する。第１の磁心と第２の磁心は、第１の磁心と第２の磁心を含む磁路の中を磁束が流れる事が出来るように構成される。

他の特徴として、システムは、パワーインダクタおよびパワーインダクタと接続される直流／直流コンバータを備える。

他の特徴として、第１の磁心にはキャビティとエアギャップとが含まれる。第２の磁心は軟磁性体を有する。軟磁性体には粉末金属が含まれる。第１の磁心と第２の磁心とは少なくとも２つの直交平面でセルフロックする。第２の磁心には、第２の磁心の透磁率を低下させる分散型ギャップを持つフェライトビーズ芯材が含まれる。第２の磁心は磁路の３０％未満を構成する。第２の磁心は磁路の２０％未満を構成する。第１の磁心の対向壁は、スロット付きエアギャップに隣接し、“Ｖ”字型である。第２の磁心は“Ｔ”字型であり、第１の磁心の内壁に沿って延設する。第２の磁心は“Ｈ”字型であり、第１の磁心の内壁と外壁に沿って部分的に延設する。

本発明のその他の適用領域は本明細書で以下記載する詳細な説明から明らかになる。詳細な説明と具体例とは、本発明の好ましい実施形態を示しているが、専ら例示を目的とするものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではないことを理解されたい。

本発明は上記詳細な説明と添付図面とからさらに十分に理解される。

好ましい実施形態についての以下の説明は単に例示的性質のものにすぎず、本発明や、その適用あるいは用途を決して限定するものではない。明瞭さを保つために、全ての図面において、同一の構成要素を示すために同一の参照番号が用いられる。

ここで図４を参照すると、パワーインダクタ５０は磁心材５８を貫通する導体５４を備える。例えば、磁心材５８は、正方形の外側断面６０と、磁心材の長さだけ延設する正方形の中心キャビティ６４とを有するものであってもよい。導体５４は正方形の横断面を有しても良い。正方形の外側横断面６０と、正方形の中心キャビティ６４と、導体５４とが示されているが、当業者であれば他の形状の採用も可能であることを理解するであろう。正方形の外側横断面６０と、正方形の中心キャビティ６４と、導体５４との横断面が同一の形状を成す必要はない。導体５４はキャビティ６４の１つの側部に沿って中心キャビティ６４を貫通する。導体３０の中を流れる比較的高い直流電流は、磁心材３４の飽和を引き起こす傾向があり、この飽和によって、パワーインダクタおよび／またはパワーインダクタが組み込まれた装置の性能の低下が生じる。

本発明によれば、磁心材５８は、磁心材５８に沿って縦方向に伸びるスロット付きエアギャップ７０を備える。スロット付きエアギャップ７０は導体５４に対して平行方向に配置される。スロット付きエアギャップ７０によって、所定の直流電流レベルに対して磁心材５８の飽和が発生する可能性が少なくなる。

次に図５を参照すると、磁束８０−１と８０−２（まとめて磁束８０と呼ぶ）がスロット付きエアギャップ７０により形成されている。磁束８０−２は、導体５４へ向かって突出し、導体５４内で渦電流を誘導する。好ましい実施形態では、磁束が実質的に減少するように、導体５４とスロット付きエアギャップ７０の底部との間に十分な距離“Ｄ”が画定される。一実施形態において、距離Ｄは、導体の中を流れる電流と、スロット付きエアギャップ７０により画定される幅“Ｗ”と、導体５４内で誘導可能な所望の容認可能な最大渦電流とに関連する。

次に図６ａと図６ｂを参照すると、渦電流低減材８４をスロット付きエアギャップ７０に隣接して配設する事が出来る。渦電流低減材は磁心材よりも低い透磁率と、空気よりも高い透磁率とを有する。その結果、空気の場合よりも多くの磁束が材料８４の中を流れる。例えば、磁気絶縁材８４は、軟磁性体や、粉末金属あるいは任意の適切な材料とすることが可能である。図６ａでは、渦電流低減材８４は、スロット付きエアギャップ７０の底部開口部の両端にわたって延設する。

図６ｂでは、渦電流低減材８４’はスロット付きエアギャップの外側開口部の両端にわたって延設する。渦電流低減材８４’の透磁率は、磁心材よりも低く、かつ空気よりも高いので、空気の場合よりも多くの磁束が渦電流低減材の中を流れる。従って、スロット付きエアギャップにより生成される磁束より少ない磁束が導体に達することになる。

例えば、渦電流低減材８４が９の相対透磁率を持つ事が出来るのに対して、エアギャップ内の空気は１の相対透磁率を有する。この結果、ほぼ９０％の磁束が材料８４の中を流れ、ほぼ１０％の磁束が空気の中を流れる。その結果、導体に達する磁束は大幅に減少し、これによって導体内の誘導渦電流は低減する。明らかなように、他の透磁率の値を持つ他の材料の利用も可能である。次に図７を参照すると、スロット付きエアギャップの下部と、導体５４の上部との間の距離“Ｄ２”を長くすることによって、導体５４内で誘導される渦電流の大きさを減らすことも可能である。

次に図８を参照すると、パワーインダクタ１００には、第１のキャビティ１０８と第２のキャビティ１１０とを画定する磁心材１０４が含まれる。第１の導体と第２の導体１１２と１１４は、第１のキャビティ１０８と第２のキャビティと１１０にそれぞれ配設される。第１のスロット付きエアギャップ１２０と、第２のスロット付きエアギャップ１２２は、それぞれ、導体１１２と１１４の両端に存在する側部の磁心材１０４の中に配設される。第１のスロット付きエアギャップ１２０と、第２のスロット付きエアギャップ１２２とによって磁心材１０４の飽和が低減される。一実施形態において、相互結合度Ｍは０．５の範囲となる。

次に図９ａと図９ｂを参照すると、渦電流低減材が１以上のスロット付きエアギャップ１２０および／または１２２に隣接して配設され、スロット付きエアギャップに起因する磁束が減少し、これによって誘導渦電流が低減される。図９ａでは、渦電流低減材８４はスロット付きエアギャップ１２０の下部開口部に隣接して配置されている。図９ｂでは、渦電流低減材はスロット付きエアギャップ１２０と１２２の双方の上部開口部に隣接して配置されている。明らかなように、渦電流低減材はスロット付きエアギャップの一方または双方に隣接して配置する事が出来る。磁心材の“Ｔ”字型中心断面１２３によって第１のキャビティ１０８と第２のキャビティ１１０とが分離される。

スロット付きエアギャップは他の様々な位置に配置することが可能である。例えば、図１０ａを次に参照すると、磁心材５８の側部の一方にスロット付きエアギャップ７０’を配設することが可能である。スロット付きエアギャップ７０’の下端部は、必ずというわけではないが、導体５４の頂面に配設することが望ましい。図から明らかなように、磁束８０’は内側へ向かって放射される。スロット付きエアギャップ７０’が導体５４の上方に配設されているため、磁束の影響は少ない。明らかなように、また、渦電流低減材を図６ａおよび／または図６ｂに図示されるようにスロット付きエアギャップ７０’に隣接して配設して、磁束をさらに小さくすることが可能である。図１０ｂでは、渦電流低減材８４’はスロット付きエアギャップ７０’の外側開口部に隣接して配置されている。同様に、渦電流低減材８４は磁心材５８の内側に配置することも可能である。

次に図１１ａと図１１ｂを参照すると、パワーインダクタ１２３は、中心部１２９により分離されている第１のキャビティ１２６と第２のキャビティ１２８とを画定する磁心材１２４を備えている。第１の導体１３０と第２の導体１３２とは、それぞれ１つの側部に隣接する第１のキャビティ１２６と第２のキャビティ１２８内に配設される。第１のスロット付きエアギャップ１３８と第２のスロット付きエアギャップ１４０は、磁心材の対向する側部に配設され、磁心材の対向する側部は、導体１３０と１３２とを備える１つの側部に隣接する。図１１ｂに示されるように、スロット付きエアギャップ１３８および／または１４０と磁心材１２４の内縁１４１の位置を合わせる事が可能であり、または、図１１ａに図示されるように内縁１４１から離間して配置することが可能である。明らかなように、また図６ａおよび／または図６ｂに図示されるように、スロット付きエアギャップの一方または双方から発する磁束をさらに少なくするために、渦電流低減材を用いることが可能である。

次に図１２と図１３を参照すると、パワーインダクタ１４２には、第１および第２の接続されたキャビティ１４６と１４８を画定する磁心材１４４が含まれる。第１の導体と第２の導体１５０と１５２は、第１のキャビティ１４６と第２のキャビティ１４８内にそれぞれ配設される。磁心材１４４の突起部１５４は、導体１５０と１５２間の磁心材の下部側から上向きに延設する。突起部１５４は、全体的にではなく部分的に上面へ向かって延設する。好ましい実施形態では、突起部１５４は導体１５０と１５２の高さよりも長い長さの突起部を有する。明らかなように、突起部１５４は、図１４の１５５に図示されるように、透磁率が磁心よりも低く、かつ空気よりも高いような材料から製造することが可能である。また、本実施形態において、図１５に図示されるように、突起部と磁心材の双方を除去することが可能である。本実施形態において、相互結合度はほぼ１に等しい。

図１２では、スロット付きエアギャップ１５６が、突起部１５４の上方の位置に在る磁心材１４４内に配設されている。スロット付きエアギャップ１５６は、突起部１５４の幅Ｗ２よりも狭い幅Ｗ１を有する。図１３では、スロット付きエアギャップ１５６’が、突起部１５４の上方の位置における磁心材内に配設されている。スロット付きエアギャップ１５６は、突起部１５４の幅Ｗ２以上の幅Ｗ３を有する。明らかなように、また図６ａおよび／または６ｂに図示されるように、スロット付きエアギャップ１５６および／または１５６’から発する磁束をさらに小さくするために、渦電流低減材を用いることが可能である。図１２〜図１４の幾つかの実施構成において、相互結合度Ｍが１の範囲にあるものもある。

次に図１６を参照すると、キャビティ１７４を画定する磁心材１７２を備えるパワーインダクタ１７０が示さる。スロット付きエアギャップ１７５が磁心材１７２の片側に形成される。１以上の絶縁電線１７６と１７８とはキャビティ１７４を貫通する。絶縁電線１７６と１７８とには、内部導体１８４を囲む外層１８２が含まれる。外層１８２は、空気よりも高く、磁心材よりも低い透磁率を有する。外層１８２は、スロット付きエアギャップにより生じた磁束を大幅に減少させ、外層１８２が設けられていなかった場合に導体１８４中に誘導されるはずの渦電流を低減させる。

次に図１７を参照すると、パワーインダクタ１８０は、導体１８４と、キャビティ１９０を画定する“Ｃ”字型の磁心材１８８とを備える。スロット付きエアギャップ１９２が磁心材１８８の１つの側部に配置される。導体１８４はキャビティ１９０を貫通する。渦電流低減材８４’がスロット付きエアギャップ１９２の両端にわたって配置される。図１８では、渦電流低減材８４’には、スロット付きエアギャップの中へ延設する突起部１９４を備え、突起部１９４はスロット付きエアギャップ１９２により画定される開口部と接続される。

次に図１９を参照すると、パワーインダクタ２００は、第１のキャビティ２０６と第２のキャビティ２０８とを画定する磁心材２０４から製造される。第１の導体と第２の導体２１０と２１２とは、それぞれ第１のキャビティ２０６と第２のキャビティ２０８とを貫通する。中心断面２１８は第１のキャビティと第２のキャビティとの間に配置される。明らかなように、中心断面２１８は磁心材および／または渦電流低減材から製造することも可能である。また、導体は外層を含むものであってもよい。

上記導体は銅から製造することも可能であるが、金、アルミニウムおよび／または低い抵抗を持つ他の適切な導体材料を使用してもよい。磁心材はフェライトであって良いが、高い透磁率と高い電気抵抗とを有する他の磁心材を使用してもよい。本願で用いられるフェライトとは、マンガン、ニッケルおよび／または亜鉛などの１以上の金属酸化物と組み合わされたいくつかの磁気物質のうちの任意の磁気物質を意味する。フェライトを使用する場合、ダイヤモンド切刃を用いて、または、他の適切な技法によってスロット付きエアギャップの切断を行うことが可能である。

図示したパワーインダクタの巻き数は１つであるが、当業者であれば、追加の巻きを用いることも可能であることを理解するであろう。上記実施形態のいくつかは、１つ乃至２つの導体を個々に持つ１つ乃至２つのキャビティを持つ磁心材を示すのみであるが、個々のキャビティおよび／または追加キャビティ内に追加の導体を使用することも可能であり、さらに、本発明から逸脱することなく導体を用いることも可能である。インダクタの横断面の形状を正方形のものとして示したが、矩形、円形、楕円形、長円形、等の他の適切な形状も考慮される。

本実施形態によるパワーインダクタは、１００アンペア（Ａ）までの直流電流を処理できる容量を有し、５００ｎＨ以下のインダクタンスを有することが望ましい。例えば、代表的インダクタンス値である５０ｎＨが使用される。本発明を直流／直流コンバータと関連して例示したが、当業者であれば、多種多様の他の用途でパワーインダクタを利用できることを理解するであろう。

次に図２０を参照すると、パワーインダクタ２５０はキャビティ２５３を画定する“Ｃ”字型の第１の磁心２５２を備えている。図２０〜図２８には導体は示されていないが、当業者であれば、上記記載のように、１以上の導体が第１の磁心の中心を貫通することを理解するであろう。第１の磁心２５２は好適にはフェライトビーズ芯材から製造され、エアギャップ２５４を画定する。第２の磁心２５８はエアギャップ２５４に隣接する第１の磁心２５２の少なくとも１つの表面に取り付けられる。幾つかの実施構成において、第２の磁心２５８がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。磁束２６０は、点線によって示されるような第１の磁心２５２と第２の磁心２５８との中を流れる。

次に図２１を参照すると、パワーインダクタ２７０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｃ”字型の第１の磁心２７２が含まれる。第１の磁心２７２はキャビティ２７３とエアギャップ２７４とを画定する。第２の磁心２７６はエアギャップ２７４内に配置される。幾つかの実施構成において、第２の磁心の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。磁束２７８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心２７２と第２の磁心２７６との中を流れる。

次に図２２を参照すると、パワーインダクタ２８０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｕ”字型の第１の磁心２８２が含まれる。第１の磁心２８２はキャビティ２８３とエアギャップ２８４とを画定する。第２の磁心２８６はエアギャップ２８４上に配置される。磁束２８８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心２８２と第２の磁心２８６との中を流れる。幾つかの実施構成において、第２の磁心２８６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２３を参照すると、パワーインダクタ２９０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｃ”字型の第１の磁心２９２が含まれる。第１の磁心２９２はキャビティ２９３とエアギャップ２９４とを画定する。第２の磁心２９６はエアギャップ２９４内に配置される。１つの実施構成では、第２の磁心２９６がエアギャップ２９４の中へ延設し、略“Ｔ”字型の横断面を有する。第２の磁心２９６は、エアギャップ３０４に隣接する第１の磁心２９０の内面２９７−１と２９７−２に沿って延設する。磁束２９８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心２９２と第２の磁心２９６との中を流れる。幾つかの実施構成において、第２の磁心２９６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２４を参照すると、パワーインダクタ３００には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｃ”字型の第１の磁心３０２が含まれる。第１の磁心３０２はキャビティ３０３とエアギャップ３０４とを画定する。第２の磁心３０６はエアギャップ３０４内に配置される。第２の磁心がエアギャップ３０４の中へおよびエアギャップ３０４から外側へ延設し、略“Ｈ”字型の横断面を有する。第２の磁心３０６は、エアギャップ３０４に隣接する第１の磁心３０２の内面３０７−１と３０７−２、および、外面３０９−１と３０９−２に沿って延設する。磁束３０８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心と第２の磁心３０２と３０６の中を流れる。幾つかの実施構成において、第２の磁心３０６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２５を参照すると、パワーインダクタ３２０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｃ”字型の第１の磁心３２２が含まれる。第１の磁心３２２はキャビティ３２３とエアギャップ３２４とを画定する。第２の磁心３２６はエアギャップ３２４内に配置される。磁束３２８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心３２２と第２の磁心３２６との中を流れる。第１の磁心３２２と第２の磁心３２６とはセルフロックする。幾つかの実施構成において、第２の磁心３２６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２６を参照すると、パワーインダクタ３４０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｏ”字型の第１の磁心３４２が含まれる。第１の磁心３４２はキャビティ３４３とエアギャップ３４４とを画定する。第２の磁心３４６はエアギャップ３４４内に配置される。磁束３４８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心３４２と第２の磁心３４６の中を流れる。幾つかの実施構成において、第２の磁心３４６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２７を参照すると、パワーインダクタ３６０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｏ”字型の第１の磁心３６２が含まれる。第１の磁心３６２はキャビティ３６３とエアギャップ３６４とを画定する。エアギャップ３６４は、対向する“Ｖ”字型の壁３６５により部分的に画定される。第２の磁心３６６はエアギャップ３６４内に配置される。磁束３６８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心３６２と第２の磁心３６６との中を流れる。第１の磁心３６２と第２の磁心３６６とはセルフロックする。換言すれば、第１の磁心と第２の磁心の相対的動きは少なくとも２つの直交平面で制限される。“Ｖ”字型の壁３６５が用いられているが、当業者であれば、セルフロッキングの特徴を与える他の形状を用いることも可能であることを理解するであろう。幾つかの実施構成において、第２の磁心３６６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

次に図２８を参照すると、パワーインダクタ３８０には、フェライトビーズ芯材から製造された“Ｏ”字型の第１の磁心３８２が含まれる。第１の磁心３８２はキャビティ３８３とエアギャップ３８４とを画定する。第２の磁心３８６はエアギャップ３８４内に配置され、略“Ｈ”字型をしている。磁束３８８は、点線によってそれぞれ示されるような第１の磁心３８２と第２の磁心３８６の中を流れる。第１の磁心３８２と第２の磁心３８６とはセルフロックする。換言すれば、第１の磁心と第２の磁心の相対的動きは少なくとも２つの直交平面で制限される。第２の磁心は“Ｈ”字型であるが、当業者であれば、セルフロッキングの特徴を与える他の形状を用いることも可能であることを理解するであろう。幾つかの実施構成において、第２の磁心３８６の方がフェライトビーズ芯材よりも低い透磁率を有する。

１つの実施構成では、第１の磁心を形成するフェライトビーズ芯材は、例えばダイヤモンドソーを用いてフェライトビーズ芯材の固体ブロックから切断される。また、フェライトビーズ芯材は所望の形状に成型され、次いで、焼成される。この成型され、焼成された材料は、次いで、所望の場合切断することが可能である。成型、焼き入れおよび／または切断の他の組み合わせおよび／または順序は当業者には明らかである。類似の技法を用いて第２の磁心をつくることが可能である。

第１の磁心および／または第２の磁心の接続表面の一方または双方を取り付けるステップに先行して、従来の技法を用いて研磨することも可能である。任意の好適な方法を用いて第１の磁心と第２の磁心とを一体に取り付けることも可能である。例えば、接着剤、接着テープおよび／または他の任意の接着方法を用いて第１の磁心を第２の磁芯と取り付けて、複合構造を形成することが可能である。当業者であれば、他の機械的締結方法を利用できることは理解するであろう。

第２の磁心は、好ましくはフェライトビーズ芯材よりも低い磁性率を持つ材料から製造されることが望ましい。好ましい実施形態では、第２の磁心材は磁路の３０％未満を構成する。さらに好ましい実施形態では、第２の磁心材は磁路の２０％未満を構成する。例えば、第１の磁心がほぼ２０００の透磁率を持つようにすることも可能であり、第２の磁心材が２０の透磁率を持つようにすることも可能である。パワーインダクタの中を通る磁路の合成透磁率は、第１の磁心と第２の磁心の中を通る磁路のそれぞれの長さに応じてほぼ２００にする事が出来る。１つの実施構成では、第２の磁心は鉄粉を用いて形成される。鉄粉は、比較的高い損失を伴うものであるが、大きな磁化電流の処理が可能となる。

他の実施構成において、図２９を参照すると、第２の磁心が、複数のギャップ４２４が配置されたフェライトビーズ芯材４２０を用いて形成される。これらのギャップは空気および／または他の気体、液体または固体で充填する事が出来る。換言すれば、第２の磁心材内に分散されているギャップおよび／または泡によって第２の磁心材の透磁率が低減される。第２の磁心は、上述されたような第１の磁心を製造する際と類似の方法で製造されても良い。明らかなように、第２の磁心材は他の形状を持つものであってもよい。当業者であれば、図２０〜図３０を用いて説明した第１の磁心と第２の磁心とを、図１〜図１９を用いて説明した実施形態においても利用可能であることを理解されよう。

次に図３０を参照すると、ストラップ４５０を用いて、第１の磁心２５２と第２の磁心２５８がそれぞれ一体に保持される。ストラップの対向する端部はコネクタ４５４を用いて一体に取り付けてもよいし、あるいは、直接相互に接続するようにしてもよい。ストラップ４５０は金属材料または非金属材料などの任意の適切な材料から製造する事が出来る。

当業者であれば、本発明の広範にわたる教示が様々な形態で実現可能であることは上述の説明から理解できるであろう。従って、本発明の特定の例と関連して本発明について以上説明したが、本発明の真の範囲は上記実施例に限定すべきではない。何故なら、上記図面、本願明細書並びに以下の特許請求の範囲を検討すれば当業者には他の改変を行う事が可能である事が明らかであるからである。

従来技術における典型的な直流／直流コンバータに適用されるパワーインダクタの機能ブロック図と電気接続図である。 従来技術における図１のパワーインダクタを示す透視図である。 従来技術における図１と図２のパワーインダクタを示す横断面図である。 本発明における磁心材で構成されるスロット付きエアギャップを設けたパワーインダクタを示す透視図である。 図４のパワーインダクタの横断面図である。 スロット付きエアギャップに隣接して配設された渦電流低減材を持つ他の実施形態を示す横断面図である。 スロット付きエアギャップに隣接して配設された渦電流低減材を持つ他の実施形態を示す横断面図である。 スロット付きエアギャップと導体の上部との間の追加の空間を持つ他の実施形態を示す横断面図である。 スロット付きエアギャップを個々に備えた複数のキャビティを持つ磁心の横断面図である。 スロット付きエアギャップの一方または双方に隣接して配設された渦電流低減材を持つ図８の横断面図である。 スロット付きエアギャップの一方または双方に隣接して配設された渦電流低減材を持つ図８の横断面図である。 スロット付きエアギャップ用の他の側部位置を示す横断面図である。 スロット付きエアギャップの他の側部位置を示す横断面図である。 側部スロット付きエアギャップを個々に備えた複数のキャビティを持つ磁心の横断面図である。 側部スロット付きエアギャップを個々に備えた複数のキャビティを持つ磁心の横断面図である。 複数のキャビティと中心スロット付きエアギャップを備えた磁心の横断面図である。 複数のキャビティとより広い中心スロット付きエアギャップとを備えた磁心の横断面図である。 隣接する導体間に設けられた複数のキャビティと、中心スロット付きエアギャップと、材料と、低い透磁率とを持つ磁心の横断面図である。 複数のキャビティと中心スロット付きエアギャップとを備えた磁心の横断面図である。 スロット付きエアギャップと１以上の絶縁電線とを備えた磁心材の横断面図である。 “Ｃ”字型の磁心材と渦電流低減材との横断面図である。 接続用突起部を備えた“Ｃ”字型の磁心材と渦電流低減材の横断面図である。 複数のキャビティと渦電流低減材とを備えた“Ｃ”字型の磁心材の横断面図である。 フェライトビーズ芯材と、磁心のエアギャップに隣接して配置された第２の磁心とを含む“Ｃ”字型の第１の磁心の横断面図である。 フェライトビーズ芯材と、磁心のエアギャップ内に配置された第２の磁心とを含む“Ｃ”字型の第１の磁心の横断面図である。 磁心のエアギャップに隣接して配置された第２の磁心を持つフェライトビーズ芯材を含む“Ｕ”字型の第１の磁心の横断面図である。 フェライトビーズ芯材と“Ｔ”字型の第２の磁心とを含む“Ｃ”字型の第１の磁心をそれぞれ示す。 フェライトビーズ芯材と、磁心のエアギャップ内に配置されたセルフロック用の“Ｈ”字型の第２の磁心とを含む“Ｃ”字型の第１の磁心の横断面図を示す。 磁心のエアギャップ内に配置されたセルフロック用の第２の磁心を備えたフェライトビーズ芯材を含む“Ｃ”字型の第１の磁心の横断面図である。 磁心のエアギャップ内に配置された第２の磁心を備えたフェライトビーズ芯材を含む“Ｏ”字型の第１の磁心を示す。 磁心のエアギャップ内に配置されたセルフロック用の第２の磁心を持つフェライトビーズ芯材を含む“Ｏ”字型の第１の磁心を示す。 磁心のエアギャップ内に配置されたセルフロック用の第２の磁心を持つフェライトビーズ芯材を含む“Ｏ”字型の第１の磁心を示す。 第２の磁心の透磁率を低下させる分散型ギャップを持つフェライトビーズ芯材を含む第２の磁心を示す。 ストラップを用いて一体に取り付けた第１の磁心と第２の磁心とを示す。

Claims (20)

1. パワーインダクタであって、
   第１の端部と第２の端部とを有し、フェライトビーズ芯材を備える第１の磁心と、
   前記第１の端部から前記第２の端部まで延設する前記第１の磁心内のキャビティと、
   前記第１の端部から前記第２の端部まで延設する前記第１の磁心内のスロット付きエアギャップと、
   前記スロット付きエアギャップ内の位置か、前記スロット付きエアギャップに隣接する位置のうちの少なくとも一方の位置に配置される第２の磁心と
   を備える、パワーインダクタ。
2. 前記パワーインダクタと接続される直流／直流コンバータをさらに有する、請求項１記載のパワーインダクタ。
3. 前記キャビティを貫通する導体をさらに備え、前記スロット付きエアギャップが、前記導体に対して平行方向に前記第１の磁心内に配設される、請求項１記載のパワーインダクタ。
4. 前記第２の磁心が前記第１の磁心よりも低い透磁率を有する、請求項１記載のパワーインダクタ。
5. 前記第２の磁心が軟磁性体を備える、請求項１記載のパワーインダクタ。
6. 前記軟磁性体が粉末金属を含む、請求項５記載のパワーインダクタ。
7. 前記第１の磁心と前記第２の磁心とが、少なくとも２つの直交平面でセルフロックする、請求項１記載のパワーインダクタ。
8. 前記第２の磁心が前記第２の磁心の透磁率を低下させる分散型ギャップを備えたフェライトビーズ芯材を含む、請求項１記載のパワーインダクタ。
9. 磁束が前記パワーインダクタ内の磁路の中を流れ、前記第２の磁心が前記磁路の３０％未満を構成する、請求項１記載のパワーインダクタ。
10. 磁束が前記パワーインダクタ内の磁路の中を流れ、前記第２の磁心が前記磁路の２０％未満を構成する、請求項１記載のパワーインダクタ。
11. 前記第１の磁心と前記第２の磁心とが接着剤およびストラップのうちの少なくとも一方を用いて一体に取り付けられる、請求項１記載のパワーインダクタ。
12. パワーインダクタであって、
    フェライトビーズ材を含み、第１の端部と第２の端部とを備える第１の磁心と、
    前記第１の磁心よりも低い透磁率を有する第２の磁心と
    を備え、
    前記第１の磁心と前記第２の磁心とを含む磁路の中を磁束が流れる事が出来るように前記第１の磁心と前記第２の磁心とが配設される、
    パワーインダクタ。
13. 請求項１２記載のパワーインダクタを備えるシステムであって、
    前記パワーインダクタと接続される直流／直流コンバータを備える、
    システム。
14. 前記第１の磁心がキャビティとエアギャップとを含む、請求項１２記載のパワーインダクタ。
15. 前記第２の磁心が軟磁性体を備える、請求項１２記載のパワーインダクタ。
16. 前記軟磁性体が粉末金属を含む、請求項１５記載のパワーインダクタ。
17. 前記第１の磁心と前記第２の磁心とが少なくとも２つの直交平面でセルフロックする、請求項１２記載のパワーインダクタ。
18. 前記第２の磁心が、前記第２の磁心の透磁率を低下させる分散型ギャップを備えたフェライトビーズ芯材を含む、請求項１２記載のパワーインダクタ。
19. 前記第２の磁心が前記磁路の３０％未満を構成する、請求項１２記載のパワーインダクタ。
20. 前記第２の磁心が前記磁路の２０％未満を構成する、請求項１２記載のパワーインダクタ。

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