JP2013502074A - 漏れインダクタンス制御を向上させた結合インダクタ - Google Patents

漏れインダクタンス制御を向上させた結合インダクタ Download PDF

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Abstract

Ｍ−巻線結合インダクタ（８００）は、第１の端部磁気要素（８０２）と、第２の端部磁気要素（８０４）と、Ｍ個の接続磁気要素（９０２）と、Ｍ個の巻線（９０４）とを含む。Ｍは、１より大きい整数である。各接続磁気要素（９０２）は、第１の端部磁気要素（８０２）と第２の（８０４）端部磁気要素との間に配置され、それらを接続する。各巻線（９０４）は、Ｍ個の接続磁気要素（９０２）のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられる。結合インダクタはさらに、第１の端部磁気要素と第２の端部磁気要素との間に磁束経路を提供するように、Ｍ個の接続磁気要素のうちの少なくとも２つに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する、少なくとも１つの上部磁気要素（８０６）を含む。インダクタは、Ｍ相電源内に含むことができ、電源は、コンピュータプロセッサに少なくとも部分的に電力供給することができる。

Description

本願は、２００９年８月１０日に出願された米国特許出願番号第１２／５３８，７０７号の一部継続出願であり、上記米国特許出願が本明細書において参照により援用される。
多相結合インダクタトポロジを有するスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータは、開示が参照することによって本明細書に組み込まれる、Ｓｃｈｕｌｔｚらの特許文献１（「Ｓｈｕｌｔｚの’９８６」）に記載される。これらのコンバータは、従来の多相ＤＣ−ＤＣコンバータトポロジを有するコンバータより優れた、低減された相毎インダクタンスまたは低減されたスイッチング周波数を可能にする、インダクタおよびスイッチにおける低減されたリップル電流を含む、利点を有する。結果として、磁気結合インダクタを伴うＤＣ−ＤＣコンバータは、従来の多相トポロジと比較して、効率の不利益なく、優れた過渡応答を達成する。これは、出力容量の大幅な低減を可能にし、結果として、より小型で、より低費用な解決策をもたらす。
Ｓｃｈｕｌｔｚの’９８６に記載されるように、結合インダクタを利用するＤＣ−ＤＣコンバータの性能は、結合インダクタの漏れインダクタンスによって影響を及ぼされる。したがって、結合インダクタの漏れインダクタンスを、インダクタの用途にカスタマイズまたは調整することが望ましい場合がある。
いくつかの結合インダクタが、これまでに提案されてきた。例えば、図１〜図３は、Ｖｏｌｔｅｒｒａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発された、１つの結合インダクタ１００を示す。具体的に、図１は、結合インダクタ１００の側平面図を示し、図２は、結合インダクタ１００の断面図を示し、図３は、結合インダクタ１００の端平面図を示す。高さ１０６を有する結合インダクタ１００は、磁気コア１０２と、２つ以上の巻線１０４とを含む。図４は、結合インダクタ１００の１つの巻線１０４の側面斜視図を示す。
別の例として、Ｄｏｎｇらは、名称が「Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｃｏｒｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ」の論文において、二相「ツイストコア」結合インダクタを提案する。しかしながら、この結合インダクタは、体積利用の乏しい複合コアを有する。さらに、漏れインダクタンスは、垂直コア構造体とこれらの構造体の高さとの間の距離によって確定され、したがって、漏れインダクタンスは、制御することが困難である。さらに、ツイストコア結合インダクタの漏れ経路は、インダクタの設計を複雑にする。
さらに、Ｄｏｎｇらは、タイトルが「Ｔｈｅ Ｓｈｏｒｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ Ｐａｔｈ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ」の論文において、結合インダクタを提案する。図５は、このＤｏｎｇの論文の多相結合インダクタを表す、１つの結合インダクタ５００の上平面図を示す。コア５０２をより明確に示すために、図５には、巻線は示されていない。しかしながら、図６は、巻線６０２を含むインダクタ５００を示す。
コア５０２は、各相の個別の脚５０４を含む。各脚５０４は、幅５０８を有し、隣接する脚５０４は、幅５１０を有する窓５０６によって分離される。したがって、巻線６０２は、図６および図７に示されるように、間隔幅６０４を有する。窓幅５１０は、比較的大きく、およそ脚幅５０８である。漏れインダクタンスが十分に大きくなるように磁束に経路を提供するために必要とされる、漏れ部分５１２のための空間を提供するために、大きい窓幅５１０が必要である。漏れインダクタンスは、漏れ部分５１２の寸法および／または形状を変更することによって、変化させられ、これは、コア５０２の寸法および／または形状を変化させる必要がある場合がある。窓５０６はまた、図６に示されるように、個別の巻線タブも収容する。
図７は、図５の線Ａ−Ａに沿った、インダクタ５００の断面図を示す。各領域７０２は、個別の脚５０４の領域に対応し、各領域７０４は、個別の漏れ部分５１２の領域に対応する。図７では、巻線６０２の厚さは、図示上の明瞭さのために誇張されている。図５〜図７から分かるように、漏れ部分５１２を介して漏れインダクタンスを制御するために、巻線６０２間に大きい空間が必要である。
米国特許第６，３６２，９８６号明細書
実施形態では、Ｍ−巻線結合インダクタは、第１の端部磁気要素と、第２の端部磁気要素と、Ｍ個の接続磁気要素と、Ｍ個の巻線とを含む。Ｍは、１より大きい整数である。各接続磁気要素は、第１の端部磁気要素と第２の端部磁気要素との間に配置され、それらを接続する。各巻線は、Ｍ個の接続磁気要素のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられる。結合インダクタはさらに、磁束に第１の端部磁気要素と第２の端部磁気要素との間の経路を提供するように、Ｍ個の接続磁気要素のうちの少なくとも２つに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する、少なくとも１つの上部磁気要素を含む。
実施形態では、Ｍ相電源は、結合インダクタと、Ｍ個のスイッチング回路とを含む。Ｍは、１より大きい整数である。結合インダクタは、第１の端部磁気要素と、第２の端部磁気要素と、Ｍ個の接続磁気要素と、Ｍ個の巻線とを含む。各接続磁気要素は、第１の端部磁気要素と第２の端部磁気要素との間に配置され、それらを接続する。各巻線は、Ｍ個の接続磁気要素のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられる。各巻線は、個別の第１の端部と、個別の第２の端部とを有し、各第１の端部は、共通の第１の節点に電気的に結合される。結合インダクタはさらに、磁束に第１の端部磁気要素と第２の端部磁気要素との間の経路を提供するように、Ｍ個の接続磁気要素のうちの少なくとも２つに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する、少なくとも１つの上部磁気要素を含む。各スイッチング回路は、個別の巻線の第２の端部に電気的に結合され、少なくとも２つの異なる電圧間で第２の端部を切り替えるように構成される。
図１は、１つの先行技術の多相結合インダクタの側平面図を示す。 図２は、図１の先行技術の結合インダクタの断面図を示す。 図３は、図１の先行技術の結合インダクタの端平面図を示す。 図４は、図１の先行技術の結合インダクタの巻線の側面斜視図を示す。 図５は、巻線のない、１つの先行技術の多相結合インダクタの上平面図を示す。 図６は、巻線を伴う、図５の先行技術の結合インダクタの上平面図を示す。 図７は、図５および図６の先行技術の結合インダクタの断面図を示す。 図８は、実施形態に係る、１つの結合インダクタの側面斜視図を示す。 図９は、磁気要素が除去された、図８の結合インダクタの側面斜視図を示す。 図１０は、磁気要素および巻線が除去された、図８の結合インダクタの別の側面斜視図を示す。 図１１は、磁気要素が除去された、図８の結合インダクタのさらに別の側面斜視図を示す。 図１２は、図８の結合インダクタの上平面図を示す。 図１３は、図１２の結合インダクタの垂直断面図を示す。 図１４〜図１８は、図８の結合インダクタと共に使用することができる、巻線の実施例の側面斜視図を示す。 図１４〜図１８は、図８の結合インダクタと共に使用することができる、巻線の実施例の側面斜視図を示す。 図１４〜図１８は、図８の結合インダクタと共に使用することができる、巻線の実施例の側面斜視図を示す。 図１４〜図１８は、図８の結合インダクタと共に使用することができる、巻線の実施例の側面斜視図を示す。 図１４〜図１８は、図８の結合インダクタと共に使用することができる、巻線の実施例の側面斜視図を示す。 図１９は、代替の巻線構成を伴う、図８の結合インダクタの実施形態の上平面図を示す。 図２０は、実施形態に係る、２つの上部磁気要素を含む、１つの結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２１は、実施形態に係る、１つの二巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２２は、実施形態に係る、端部磁気要素が開口部を形成する、１つの三巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２３は、実施形態に係る、端部磁気要素が開口部を形成する、１つの四巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２４は、磁気要素が除去された、図２３の結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２５は、実施形態に係る、１つの二巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２６は、図２５の結合インダクタの側平面図を示す。 図２７は、実施形態に係る、１つの三巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図２８は、図２７の結合インダクタの側平面図を示す。 図２９は、実施形態に係る、１つの四巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図３０は、図２９の結合インダクタの側平面図を示す。 図３１は、実施形態に係る、１つの四巻線結合インダクタの側面斜視図を示す。 図３２は、図３１の結合インダクタの別の側面斜視図を示す。 図３３は、図３１の結合インダクタの代替の実施形態の側面斜視図を示す。 図３４は、実施形態に係る、１つの結合インダクタの上面斜視図を示す。 図３５は、上部磁気要素が除去された、図３４の結合インダクタの磁気コアの上面斜視図を示す。 図３６は、磁気コアが透明なものとして示される、図３４の結合インダクタの上面斜視図を示す。 図３７は、図３４の結合インダクタの側面を示す。 図３８〜図４０は、それぞれ、少なくとも１つの非磁性スペーサを含む、個別の結合インダクタの上面斜視図を示す。 図３８〜図４０は、それぞれ、少なくとも１つの非磁性スペーサを含む、個別の結合インダクタの上面斜視図を示す。 図３８〜図４０は、それぞれ、少なくとも１つの非磁性スペーサを含む、個別の結合インダクタの上面斜視図を示す。 図４１は、図３４の結合インダクタの代替の実施形態の側面図を示す。 図４２は、実施形態に係る、１つの電源を示す。 図４３は、実施形態に係る、結合インダクタを具現化する、１つのコンピューティング装置を示す。
図示における明瞭さのために、図面中の特定の要素は、一定の縮尺で描写されていない場合があることが留意される。アイテムの特定のインスタンスは、丸括弧内の数値の使用によって参照される場合があり（例えば、巻線９０４（１））、一方、丸括弧のない数字は、任意のそのようなアイテムを指す（例えば、巻線９０４）。
図８は、１つのＭ−巻線結合インダクタ８００の側面斜視図を示す。Ｍが４と等しい、結合インダクタ８００が示されている。しかしながら、Ｍは、任意の１より大きい整数であってもよい。結合インダクタ８００は、それぞれが磁性材料（例えば、フェライト材料および／または粉末鉄材料）で形成される、第１の端部磁気要素８０２と、第２の端部磁気要素８０４と、上部磁気要素８０６とを含む。第１および第２の端部磁気要素８０２、８０４は、例えば、相互に対して平行である。第２の端部磁気要素８０４および上部磁気要素８０６は、単一の磁気要素に組み合わせられたものとして示されているが、これらの磁気要素は、別個の磁気要素であってもよい。いくつかの実施形態では、上部磁気要素８０６は、少なくとも実質的に平面的な表面８１４を形成し、これは、インダクタ８００の上面にステッカを必要とすることなく、結合インダクタ８００の自動定置を容易にすることができる。
上部磁気要素８０６は、磁束に第１の端部磁気要素８０２と第２の端部磁気要素８０４との間を移動するための経路を提供する。したがって、上部磁気要素８０６は、インダクタ８００の巻線の漏れインダクタンス値に寄与する、漏れ磁束に経路を提供する。上部磁気要素８０６はまた、厚さ８１０を有する空隙８０８も形成する。空隙８０８は、結合インダクタ８００の長さ８１２全体に沿って延在するように示されているが、空隙８０８は、非線形漏れインダクタンス値が望ましい場合等、長さ８１２の一部分に沿ってのみ延在するように構成することができる。
図９は、接続磁気要素９０２および巻線９０４を示すために、第２の端部磁気要素８０４および上部磁気要素８０６が除去された、結合インダクタ８００の側面斜視図を示す。結合インダクタ８００は、磁性材料で形成され、第１の端部磁気要素８０２と第２の端部磁気要素８０４との間に配置され、それらを接続する、Ｍ個の接続磁気要素９０２を含む。したがって、上部磁気要素８０６は、接続磁気要素９０２のそれぞれに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する。個別の巻線９０４（斜交平行線で示される）は、Ｍ個の接続磁気要素９０２のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられる。図１０は、接続磁気要素９０２をより良く示すために、第２の端部磁気要素８０４、上部磁気要素８０６、および巻線９０４が除去された、結合インダクタ８００の側面斜視図を示す。各接続磁気要素９０２は、個別の幅１００２を有する。接続磁気要素９０２は、長方形であり、等幅１００２を有するように示されているが、それらの形状は、変化させる（例えば、円形）ことができ、接続磁気要素９０２の各インスタンスは、同一幅１００２を有する必要はない。
空隙８０８は、第１の端部磁気要素８０２、第２の端部磁気要素８０４、上部磁気要素８０６、および接続磁気要素９０２を形成する、１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する材料を含む（例えば、それで少なくとも部分的に充填される）。例えば、空隙８０８は、空気、絶縁テープ、プラスチック、接着剤、および／または紙等の非磁性材料を含むことができる。別の実施例として、空隙８０８は任意に、巻線９０４が非線形漏れインダクタンス値を有するように、結合インダクタ８００の予測される通常の動作中に飽和する、可飽和磁性材料を含むことができる。上部磁気要素８０６および空隙８０８は典型的に、各巻線９０４の個別の漏れインダクタンスの最重要寄与要因である。したがって、漏れインダクタンスは、空隙８０８の厚さ８１０を変化させることによって変化させることができ、漏れインダクタンスは、厚さ８１０に比例して増加する。
図１１は、インダクタ８００を図８〜図１０とは反対の側面斜視から示す。図１１では、第１の端部磁気要素８０２が除去されている。図１２は、結合インダクタ８００の上平面図であり、点線は、磁気要素によって覆い隠されている、巻線９０４の輪郭を示す。巻線９０４は、回路基板配線長さを最小化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ電力密度を最大化するように、例えば、結合インダクタ８００が取り付けられるＤＣ−ＤＣコンバータの電力段の間隔幅と等しい間隔幅１２０２を有する。間隔幅１２０２は、巻線９０４の各対について同一であるように示されているが、間隔幅１２０２は、電力段幾何学形状を収容するため等、巻線の対の間で異なってもよい。
図１３は、図１２の線Ｂ−Ｂに沿って切り取った、インダクタ８００の断面図を示す。領域１３０２は、個別の幅１３０６を有する窓１３０４によって分離される、接続磁気要素９０２の領域を表す。領域１３０８は、上部磁気要素８０６の断面を表す。図１３では、巻線９０４の厚さは、図示上の明瞭さのために誇張されている。各窓１３０４は、必ずしも同一の幅１３０６を有する必要はない。接続磁気要素９０２は、漏れ部分のための空間を提供して漏れインダクタンスを上昇させるために分離されている必要はないため、窓幅１３０６は、小さくすることができる。代わりに、上述されるように、漏れインダクタンスは主として、上部磁気要素８０６および空隙８０８によって生じる。実際、窓幅１３０６は、巻線９０４が短絡するのを防止するのに辛うじて十分に大きい等、可能な限り小さくすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、窓幅１３０６は、接続磁気要素幅１００２の５０％、２５％、または１０％未満である。したがって、いくつかの実施形態では、隣接する接続磁気要素９０２は、いずれかの隣接する接続磁気要素の個別の幅１００２の５０％、２５％、または１０％未満である分離距離（すなわち、窓幅１３０６）で分離される。窓幅１３０６が比較的小さくなるように結合インダクタ８００を構成することによって、以下に記載されるように、結合インダクタ８００の、巻線を共に磁気結合するために利用される体積の部分が有利に増加される。
巻線９０４は、巻線インピーダンスを最小化するのを助長するように、例えば、単巻、少なくとも実質的に長方形の断面を有する単層巻線である。図１４は、１つの巻線９０４の側面斜視図を示し、図１５は、１つの巻線９０４の部分透視図を示す。巻線９０４はしかしながら、他の構成を有することができる。例えば、図１６〜図１８は、他の可能な巻線構成の実施例を示す。別の実施例として、図１９は、結合インダクタ８００の三巻線実施形態である、１つの結合インダクタ１９００の上平面図を示す。結合インダクタ１９００は、例えば、導電性材料（例えば、銅）の長方形シートから形成される、巻線１９０２を含む。図１９の上平面図では見えない巻線１９０２の縁部の輪郭は、点線で描かれている。さらに、図１９の上平面図では覆い隠されている接続磁気要素の縁部もまた、点線で示されている。
各巻線９０４は、インダクタ８００の側１２０４および１２０６（図１２を参照）のそれぞれから延在する端部を有するように示されているが、巻線９０４は、インダクタ８００から異なるように延在することができる、または全く延在しなくてもよい。例えば、１つ以上の巻線９０４の各端部は、電力段レイアウト要件に適合するため等、インダクタ８００の共通の側から延在することができる。さらに、巻線９０４は、貫通孔ピンを含むように、またはそれに結合されるように修正することができる。
上部磁気要素８０６の構成は、変化させることができる。例えば、上部磁気要素８０６は、図２０に示されるもの等、２つ以上の上部磁気要素で置換することができる。具体的に、図２０は、結合インダクタ８００の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２０００の側面斜視図を示す。結合インダクタ２０００では、第１の上部磁気要素２００２は、第１の端部磁気要素２００４から接続磁気要素にわたって延在し、第２の上部磁気要素２００６は、第２の端部磁気要素２００８から接続磁気要素にわたって延在する。上部磁気要素２００２、２００６は、空隙２０１０を形成する。
Ｍが比較的大きい、結合インダクタ８００の実施形態では、インダクタ８００の長さ８１２は、Ｍ個の接続磁気要素９０２のそれぞれを収容するように、比較的長くなる。インダクタ８００のそのような比較的長い長さ８１２は、厚さ８１０に対して直交する空隙８０８の断面積を増加させ、それによって、巻線９０４の漏れインダクタンス値を増加させる。漏れインダクタンスが望ましくないほど大きい場合、これは、空隙８０８の厚さ８１０を増加させることによって低減することができる。
したがって、所望の漏れインダクタンスを維持するために、巻線の数が増加するにつれて、空隙８０８の厚さ８１０が増加される場合がある。
上部磁気要素８０６、第１の端部磁気要素８０２、および／または第２の端部磁気要素８０４の構成もまた、巻線漏れインダクタンス値を決定するように変化させることができる。例えば、巻線が増加される際、所望の空隙断面積を維持する（およびそれによって所望の漏れインダクタンス値を維持する）ために、磁気要素８０６に隣接する端部磁気要素８０２、８０４のうちの１つ以上内に開口部を形成することができる。図２１〜図２４は、そのような技術の一実施例を示す。
図２１は、結合インダクタ８００の二巻線実施形態である、１つの結合インダクタ２１００の側面斜視図を示す。結合インダクタ２１００は、空隙２１０８を形成する、第１の端部磁気要素２１０２と、第２の端部磁気要素２１０４と、上部磁気要素２１０６とを含む。空隙２１０８は、インダクタの巻線の漏れインダクタンス値を主として決定する、厚さ２１１０を有する。
図２２は、結合インダクタ８００の三巻線の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２２００の側面斜視図を示す。結合インダクタ２２００は、第１の端部磁気要素２２０２と、第２の端部磁気要素２２０４と、上部磁気要素２２０６とを含む。第１の端部磁気要素２２０２は、開口部２２０８を形成し、これは、それぞれが、インダクタ２１００の空隙２１０８の厚さ２１１０（図２１）と同一である個別の厚さ２２１２を有する、２つの空隙２２１０を形成する、上部磁気要素２２０６をもたらす。開口部２２０８の寸法は、両方の空隙２２１０のそれらの厚さ２２１２に対して直交する集合的断面積が、インダクタ２１００の空隙２１０８のその厚さ２１１０に対して直交する断面積と略同一となるように選択される。したがって、結合インダクタ２２００は、インダクタ２２００が、インダクタ２１００より多くの巻線、およびインダクタ２１００と同一の空隙厚さを有するにも関わらず、インダクタ２１００と略同一の巻線漏れインダクタンス値を有する。
図２３は、第１の端部磁気要素２３０２と、第２の端部磁気要素２３０４と、上部磁気要素２３０６とを含む、結合インダクタ８００の四巻線の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２３００の側面斜視図を示す。結合インダクタ２３００は、結合インダクタ２２００（図２２）と類似する。しかしながら、結合インダクタ２３００は、４つの巻線を含み、第１の端部磁気要素２３０２内に形成される開口部２３０８の寸法は、空隙２３１０のそれらの厚さ２３１２に対して直交する集合的断面積が、インダクタ２１００の空隙２１０８のその厚さ２１１０（図２１）に対して直交する断面積と略同一となるように選択される。各空隙２３１０の厚さ２３１２は、インダクタ２１００の空隙２１０８の厚さ２１１０と同一である。したがって、結合インダクタ２３００は、結合インダクタ２３００が、インダクタ２１００および２２００より多くの巻線、ならびにインダクタ２１００および２２００と同一の空隙厚さを有するにも関わらず、結合インダクタ２１００および２２００と略同一の巻線漏れインダクタンス値を有する。
図２４は、第２の端部磁気要素２３０４および上部磁気要素２３０６が除去された、インダクタ２３００の側面斜視図を示す。図２４では、接続磁気要素２４０２および巻線２４０４を見ることができる。
したがって、図２１〜図２４から示されるように、巻線の数が増加される際、上部磁気要素に隣接する端部磁気要素内に開口部を追加することによって、漏れインダクタンスを所望の値に維持することができ、開口部寸法は、全ての空隙の所望の総断面積を達成し、それによって、所望の巻線漏れインダクタンスを達成するように選択される。大きい数の巻線を有する実施形態では、一部の磁束が開口部を通って移動するため、開口部寸法は典型的に、所望の空隙断面積を達成するために必要とされるよりわずかに大きい。
巻線の数が増加される際、上部磁気要素８０６の構成もまた、所望の空隙断面積を維持する（およびそれによって所望の巻線漏れインダクタンス値を維持する）ように変化させることができる。図２５〜図３０は、そのような技術の一実施例を示す。
図２５は、結合インダクタ８００（図８）の二巻線の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２５００の側面斜視図を示す。図２６は、結合インダクタ２５００の側平面図を示す。結合インダクタ２５００は、空隙２５０８を形成する、第１の端部磁気要素２５０２と、第２の端部磁気要素２５０４と、上部磁気要素２５０６とを含む。インダクタ２５００の製造中に空隙２５０８を制御することを容易にするために、任意に、非磁性材料で形成されるもの等のスペーサ（図示せず）を空隙２５０８内に含むことができる。空隙２５０８は、結合インダクタ２５００の全長２５１０に及び、空隙２５０８は、厚さ２６０２（図２６を参照）を有する。上外面２５１２の全体は、インダクタ２５００の上面にステッカを必要とすることなく、結合インダクタ２５００の自動定置を容易にするように、例えば、少なくとも実質的に平面である。
図２７は、結合インダクタ２５００の三巻線の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２７００の側面斜視図を示し、図２８は、その側平面図を示す。結合インダクタ２７００は、空隙２５０８の厚さ２６０２と同一である厚さ２８０２を有する空隙２８０４（図２８を参照）を形成する、第１の端部磁気要素２７０２と、第２の端部磁気要素２７０４と、上部磁気要素２７０６とを含む。しかしながら、結合インダクタ２５００とは対照的に、空隙２８０４は、インダクタ２７００の全長２７１０には及ばない。代わりに、上部磁気要素２７０６は、空隙２８０４のその厚さ２８０２に対して直交する断面積が、インダクタ２５００の空隙２５０８のその厚さ２６０２に対して直交する断面積と略同一となるように構成される。したがって、インダクタ２７００の巻線漏れインダクタンス値は、インダクタ２７００が、インダクタ２５００より多くの巻線、およびインダクタ２５００と同一の空隙厚さを有するにも関わらず、インダクタ２５００と略同一である。
図２９は、結合インダクタ２５００の四巻線の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ２９００の側面斜視図を示し、図３０は、その側平面図を示す。結合インダクタ２９００は、空隙２５０８の厚さ２６０２と同一である厚さ３００２を有する空隙３００４（図３０を参照）を形成する、第１の端部磁気要素２９０２と、第２の端部磁気要素２９０４と、上部磁気要素２９０６とを含む。インダクタ２７００（図２７）と同様に、上部磁気要素２９０６は、空隙３００４のその厚さ３００２に対して直交する断面積が、インダクタ２５００の空隙２５０８（図２５）のその厚さ２６０２に対して直交する断面積と略同一となるように構成される。したがって、インダクタ２９００の巻線漏れインダクタンス値は、インダクタ２９００が、インダクタ２５００および２７００より多くの巻線、ならびにインダクタ２５００および２７００と同一の空隙厚さを有するにも関わらず、インダクタ２５００および２７００と略同一である。
図３１は、結合インダクタ８００（図８）の代替の実施形態であり、結合インダクタ２３００（図２３）および結合インダクタ２９００（図２９）の両方のいくつかの特徴を含む、１つの結合インダクタ３１００の側面斜視図を示す。結合インダクタ３１００は、磁束に第１の端部磁気要素３１０２と第２の端部磁気要素３１０４との間を移動するための経路を提供する、第１の端部磁気要素３１０２と、第２の端部磁気要素３１０４と、上部磁気要素３１０６とを含む。上部磁気要素３１０６はさらに、空隙３１０８を形成する。上部磁気要素３１０６は、第１の端部磁気要素３１０２内の開口部３１１２に延在するが、第１の端部磁気要素３１０２と接触しない、延在部３１１０を形成する。図３２は、インダクタ３１００を図３１とは反対の側面斜視から示す。空隙３１０８の比較的大きい集合的断面積のため、インダクタ３１００の巻線漏れインダクタンス値は、比較的大きい場合がある。しかしながら、インダクタ３１００の大きい数の空隙３１０８は、巻線漏れインダクタンス値の決定における十分な柔軟性を提供することができる。
図３３は、結合インダクタ３１００（図３３）の代替の実施形態である、１つの結合インダクタ３３００の側面斜視図である。結合インダクタ３３００は、結合インダクタ３１００と類似する。しかしながら、結合インダクタ３１００とは対照的に、結合インダクタ３３００の上部磁気要素３３０２は、全ての接続磁気要素３３０４にわたって延在せず、それによって、空隙断面積を減少させる。したがって、結合インダクタ３３００は一般的に、結合インダクタ３１００の実施形態より小さい漏れインダクタンス値を有する。
結合インダクタ８００は、他の結合インダクタより優れた、多数の潜在的利点を有することができる。１つの潜在的利点は、結合インダクタ８００が、同様のインダクタンスおよび電流付加耐量特性を伴う他の結合インダクタより小さい設置面積を有することができるということである。具体的に、漏れインダクタンスは主として、上部要素８０６および空隙８０８を介して生じ、制御される。その結果、典型的にインダクタ設置面積寸法を増加させる、漏れインダクタンスを増加させるための他の特徴が必要とされない。例えば、他の結合インダクタにおいて漏れインダクタンス値を増加させるために使用される、インダクタの端部または巻線間の漏れ部分（例えば、図５〜図７のインダクタ５００を参照）に追加される、空隙を伴う外脚は、結合インダクタ８００では必要とされない。
さらに、上述されるように、漏れインダクタンスは、空隙８０８の厚さ８１０を変化させることによって調整可能である。したがって、漏れインダクタンスは、単に上部磁気要素８０６を細かくすることによって等、容易に調整することができる。対照的に、結合インダクタ１００（図１〜図３）または結合インダクタ５００（図５〜図７）の漏れインダクタンスを調整するためには、コア幾何学形状および／または漏れ部分が変更されなければならない。
さらに、結合インダクタ８００は、巻線間に幅広の窓幅１３０６を有する必要がなく、それによって、コア断面の巻線を磁気結合するのに利用可能な部分を最大化することを助長する。例えば、図１３では、巻線９０４を共に結合する磁性材料が断面の大部分を占め、窓１３０４のみが磁性材料を含まない。したがって、インダクタ８００は、同様の巻線間隔幅を伴う他のインダクタより大きい磁化インダクタンスを有することができ、これは、巻線間の磁気結合を高め、巻線の間の漏れインダクタンスおよび磁化インダクタンスの均一性を高め、巻線電流不整合による飽和に対する耐性を高め、および／またはコア損失を低減する。さらに、結合インダクタ８００のいくつかの実施形態によって提供される、大きい磁気結合は、より低い透磁率のコア材料を使用することを可能にし、それによって、コア損失を低減することができる。
対照的に、結合インダクタ１００（図１〜図３）または結合インダクタ５００（図５〜図７）等のいくつかの他の結合インダクタでは、インダクタの体積の相当部分が巻線を共に磁気結合するために利用されない。そのような事実は、図７および図１３を比較することによって理解することができ、結合インダクタ８００は、同一の巻線間隔幅で、結合インダクタ５００より著しく多い、巻線を共に結合する磁気コア材料を含む。
さらに、結合インダクタ８００の特定の実施形態は、巻線９０４が短い長さおよび広い幅を有することを可能にし、それによって、巻線抵抗および関連電力損失を低減する。対照的に、いくつかの先行技術の結合インダクタは、例えば、結合インダクタ１００の巻線１０４の長さ（図４を参照）によって示されるような、大幅に長い巻線を必要とする。
さらに、結合インダクタ８００のいくかの実施形態は、薄い磁気コア片を必要とせず、それによって、機械的強度を促進し、製造、輸送、取り扱い、および／または組み立てを容易にする。対照的に、いくつかの他の結合インダクタは、脆弱な薄いコア片を必要とし、製造、輸送、取り扱い、および／または組み立てが困難である。例えば、結合インダクタ１００のコア１０２（図１）は、薄い上部片および薄い下部片を必要とする場合がある。
図３４は、１つのＭ−巻線結合インダクタ３４００の上面斜視図を示す。Ｍが４である、結合インダクタ３４００が示されている。しかしながら、Ｍは、任意の１より大きい整数であってもよい。結合インダクタ３４００は、結合インダクタ８００と類似するが、その主要漏れ磁束経路と直列の２つの空隙を含む。具体的に、結合インダクタ３４００は、第１の端部磁気要素３４０４および第２の端部磁気要素３４０６を含む磁気コア３４０２と、上部磁気要素３４０８とを含む。第１の空隙３４１０は、上部磁石要素３４０８を第１の端部磁気要素３４０４から分離し、第２の空隙３４１２は、上部磁気要素３４０８を第２の端部磁気要素３４０６から分離する。第１および第２の空隙３４１０、３４１２は、それぞれ、磁気コア３４０２を形成する１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する、個別の空隙材料（例えば、空気、絶縁テープ、プラスチック、接着剤、および／または紙）を含む。上部磁気要素３４０８は、外面または上面３４２２を形成し、特定の実施形態では、表面３４２２の少なくとも一部分は、少なくとも実質的に平面である。
図３５は、上部磁気要素３４０８が除去された、コア３４０２の上面斜視図を示す。コア３５０２は、第１の端部磁気要素３４０４と第２の端部磁気要素３４０６との間に配置され、それらを接続する、Ｍ個の接続磁気要素３４１４を含む。したがって、上部磁気要素３４０８は、接続磁気要素３４１４のそれぞれに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する。第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６は、例えば、コア３４０２が梯子形コアを形成するように、相互に対して平行である。コア３４０２の磁気要素は、コア３４０２を形成するように接合される別個の磁気要素として示されているが、磁気要素のうちの１つ以上を、単一の磁気要素に組み合わせることができる（例えば、接続磁気要素３４１４および第１の端部磁気要素３４０４を、単一の磁気要素に組み合わせることができる）。
結合インダクタ３４００はさらに、各接続磁気要素３４１４に少なくとも部分的に巻き付けられる、個別の巻線３４１６を含む。図３６は、結合インダクタ３４００の上面斜視図を示し、磁気コア３４０２は、巻線３４１６を示すために、透明なものとして示されている。巻線３４１６の構成は、図１６〜図１８の実施例のものと同様のものになるように等、変化させることができる。図３７は、結合インダクタ３４００の側面３４１８の図を示す。
接着剤、エポキシ、および／または１つ以上の非磁性スペーサ等の非磁性材料３７０８（図３７）は典型的に、上部磁気要素３４０８を第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６から分離し、それによって第１および第２の空隙３４１０、３４１２を生じさせるように、コア３４０２の上部磁気要素３４０８と１つ以上の他の要素（例えば、第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６）との間に配置される。磁性スペーサは任意に、粘着剤であり、そのような場合、上部磁石要素３４０８を第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６に少なくとも部分的に固定する。接着剤はまた、上部磁石要素３４０８を第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６に少なくとも部分的に固定するために使用することもできる。図３８〜図４０は、それぞれが上部磁石要素３４０８を第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６から分離する、１つ以上の非磁性スペーサ３８０２を含む、結合インダクタ３４００の実施形態である、結合インダクタ３８００、３９００、および４０００の上面斜視図をそれぞれ示す。コア３４０２は、図３８〜図４０では、非磁性スペーサ３８０２を示すために、透明なものとして示されている。
特定の代替の実施形態では、結合インダクタの巻線のうちの少なくとも１つは、コアの上部磁気要素と１つ以上の他の要素との間のスペーサとしての役割を果たす。例えば、図４１は、結合インダクタ３４００の代替の実施形態である、結合インダクタ４１００の側面図を示し、巻線４１０２（巻線３４１６と類似する）は、上部磁気要素４１０４を第１および第２の端部磁気要素４１０６、４１０８から分離するのを助長する。接着剤またはエポキシ等の粘着性材料（図示せず）は典型的に、上部磁気要素４１０４を結合インダクタ４１００の残りの部分に保持するために使用される。そのような粘着性材料はまた典型的に、上部磁気要素４１０４を端部磁気要素４１０６、４１０８から分離するのも助長する。巻線４１０２を上部磁気要素４１０４と端部磁気要素４１０６、４１０８との間のスペーサとして使用することによって、空隙厚さ４１１０、４１１２を精密に制御することを容易にすることができる。
上部磁気要素３４０８は、磁束に第１の端部磁気要素３４０４と第２の端部磁気要素３４０６との間を移動するための経路を提供する。したがって、上部磁気要素３４０８は、漏れ磁束に経路を提供し、第１および第２の空隙３４１０、３４１２は、それぞれ、上部磁気要素３４０８の漏れ磁束経路と直列である。したがって、上部磁気要素３４０８ならびに第１および第２の空隙３４１０、３４１２は典型的に、各巻線３４１６の個別の漏れインダクタンスの最重要寄与要因である。したがって、漏れインダクタンスは、空隙第１の空隙３４１０の厚さ３７０２および／または第２の空隙３４１２の厚さ３７０４（図３７を参照）を変化させることによって変化させることができ、漏れインダクタンスは、厚さ３７０２、３７０４に比例して増加する。漏れ磁束経路内に２つの空隙３４１０、３４１２を含む結合インダクタ３４００のため、空隙３４１０、３４１２は典型的に、漏れ磁束経路内に単一の空隙しか含まないインダクタの漏れ磁束経路内の空隙より薄い。
厚さ３７０２、３７０４は、図３７では同一であるように示されているが、厚さ３７０２は、厚さ３７０４と同一である必要はない。さらに、第１および第２の空隙３４１０、３４１２のそれぞれは、結合インダクタ３４００の長さ３４２０の全体に沿って延在するように示されているが、第１および第２の空隙３４１０、３４１２のうちの１つ以上は、長さ３４２０の部分のみに沿って延在するように修正することができる。さらに、第１および第２の空隙３４１０、３４１２のうちの１つ以上は、非線形漏れインダクタンス値を生じさせるため等、結合インダクタ３４００の幅３４２０に沿って、および／または深さ３７０６に沿って不均一である、厚さ３７０２、３７０４を有することができる。さらに、結合インダクタ３４００は、上部磁気要素３４０８の漏れ磁束経路内に、第１および第２の空隙３４１０、３４１２に加えて、１つ以上の空隙を含むように修正することができる。
結合インダクタ３４００の特定の実施形態は、同様のインダクタンスおよび電流付加耐量特性を伴う、いくつかの他の結合インダクタより小さい設置面積、漏れインダクタンスを容易に調整する能力、隣接する巻線を近接して定置する能力、ならびに短いおよび／または幅広の巻線を使用する能力等、結合インダクタ８００に関して上述されるものと同様の利点を有する。さらに、以下に記載されるように、結合インダクタ３４００の特定の実施形態は、結合インダクタ８００の特定の実施形態によって必ずしも実現される必要はない、追加の利点を有する。
例えば、結合インダクタ３４００の特定の実施形態では、上面３４２２の少なくとも一部分には、空隙がなく、実質的に平らであり（空隙３４１０、３４１２は、表面３４２２の側にある）、それによって潜在的に、表面３４２２上にラベルまたはカバーを使用する必要なく、ピックアンドプレース組み立てを可能にする。ラベルまたはカバーを使用する必要がないことは有利に、材料および人件費を削減すること、結合インダクタ３４００の高さ３４２４を低減すること、および／または上面３４２２からインダクタの環境への熱の伝達を促進することができる。
別の実施例として、結合インダクタ３４００の特定の実施形態は、多数の単純な形状（例えば、実質的に長方形）の磁気要素から形成されるコアを含み、それによって、低コア費用および製造可能性を促進する。そのような磁気要素は、対称であり、それによって、コア３４０２を形成するために必要とされる磁気要素の数を削減することができる。例えば、特定の実施形態では、第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６は、交換可能であり、それによって、コア３４０２を形成するために備蓄される、異なる磁気要素の数を削減する。
さらに別の実施例として、空隙厚さ３７０２、３７０４が、第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６に対する上部磁気要素３４０８の位置によって決定されるという事実は、空隙厚さを比較的容易に制御することを可能にすることができる。例えば、特定の実施形態では、空隙厚さは主として、上部磁気要素３４０８を第１および第２の端部磁気要素３４０４、３４０６から分離する非磁性スペーサならびに／または接着剤の厚さによって制御される。
別の実施例として、単一の空隙の代わりに２つの空隙３４１０、３４１２を使用することによって、結合インダクタ３４００から放出される浮遊磁界を低減することができる。特に、上述されるように、空隙３４１０、３４１２は典型的に、漏れ磁束経路内に単一の空隙しか含まないインダクタの漏れ磁束経路内の空隙より薄い。そのようなより小さい空隙は、浮遊磁界を低減することができ、これは言い換えると、結合インダクタ３４００からの電磁干渉を低減することができる。浮遊磁界の低減はまた、浮遊磁界から金属部品内に誘導される電流からもたらされる、隣接する金属部品における損失も低減することができる。
本明細書に開示される結合インダクタの１つの考えられる用途は、スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源である。したがって、本明細書に開示される結合インダクタの磁気コアを形成するために使用される磁性材料は典型的に、スイッチング電源において一般的である高スイッチング周波数（例えば、少なくとも２０ＫＨｚ）で比較的低いコア損失を呈する材料（例えば、フェライト材料または粉末鉄材料）である。
図４１は、本明細書に記載される結合インダクタの１つの考えられる用途である、１つの電源４２００を図式的に示す。電源４２００は、３つの相を有するように示されているが、電源４２００は、２つ以上の任意の数の相を有することができる。
電源４２００は、例えば、本明細書に記載される結合インダクタのうちの１つの三巻線実施形態（例えば、結合インダクタ８００、１９００、２０００、２１００、２２００、２３００、２５００、２７００、２９００、３１００、３３００、３４００、または４１００のうちの１つの三巻線実施形態）である、結合インダクタ４２０２を含む。結合インダクタ４２０２は、磁気コア４２０４と、３つの巻線４２０６とを含む。各巻線４２０６は、共通の第１の節点４２１２に電気的に結合される、第１の端部４２１０を有する。各第１の端部４２１０は任意に、インダクタ４２０２の１つの共通の側（例えば、図１２の側１２０４）から延在する。各巻線４２０６はさらに、個別のスイッチング回路４２１４に電気的に結合される、第２の端部４２０８を含む。各第２の端部４２０８は任意に、インダクタ４２０２の別の共通の側（例えば、図１２の側１２０６）から延在する。巻線４２０６は、その第２の端部４２０８から１つの巻線４２０６を通ってその第１の端部４２１０に流れる電流が、各他の巻線４２０６内に、その第２の端部４２０８からその第１の端部４２１０に流れる電流を誘導するように、コア４２０４上に巻かれる。スイッチング回路４２１４は、それらの個別の巻線４２０６の第２の端部４２０８を少なくとも２つの異なる電圧間で切り替えるように構成され、配設される。コントローラ４２１８は、スイッチング回路４２１４を制御し、コントローラ４２１８は任意に、第１の節点４２１２へ等のフィードバック接続４２２０を含む。第１の節点４２１２は任意に、フィルタ４２１６を含む。
電源４２００は典型的に、スイッチング電流による構成要素の移動から生じる音が、人が知覚可能な周波数範囲を超えるような、少なくとも約２０ｋＨｚのスイッチング周波数、スイッチング回路４２１４が切り替える周波数を有する。スイッチング電源４２００を、低スイッチング周波数の代わりに高スイッチング周波数（例えば、少なくとも２０ｋＨｚ）で動作させることによって、また、（１）エネルギー貯蔵構成要素（例えば、結合インダクタ４２０２およびフィルタコンデンサ）の寸法の低減、（２）リップル電流およびリップル電圧振幅の低減、ならびに／または（３）改善されたコンバータ過渡応答を促進することもできる。高スイッチング周波数での効率的な動作を可能にするために、結合インダクタ４２０２の磁気コア４２０４を形成する１つ以上の磁性材料は典型的に、高周波数動作で比較的低いコア損失を有する材料である。
いくつかの実施形態では、コントローラ４２１８は、各スイッチング回路４２１４が各他のスイッチング回路４２１４とは異なる相で動作するように、スイッチング回路４２１４を制御する。換言すれば、そのような実施形態では、各スイッチング回路４２１４によってその個別の第２の端部４２０８に提供される、切り替えられた波形は、各他のスイッチング回路４２１４によってその個別の第２の端部４２０８に提供される、切り替えられた波形に対して位相シフトされる。例えば、電源４２００の特定の実施形態では、スイッチング回路４２１４（１）は、スイッチング回路４２１４（２）によって第２の端部４２０８（２）に提供される、切り替えられた波形、およびスイッチング回路４２１４（３）によって第２の端部４２０８（３）に提供される、切り替えられた波形から約１２０度位相がずれている、切り替えられた波形を第２の端部４２０８（１）に提供する。
電源４２００は、種々の構成を有するように構成し、配設することができる。例えば、電源４２００が降圧コンバータとして構成され、第１の節点４２１２が出力電圧節点であり、フィルタ４２１６が出力フィルタであるようなスイッチング回路４２１４は、それらの個別の巻線４２０６の第２の端部４２０８を、入力電圧節点（図示せず）とグランドとの間で切り替えることができる。本実施例では、各スイッチング回路４２１４は、少なくとも１つの高側スイッチングデバイスおよび少なくとも１つのキャッチダイオード、または少なくとも１つの高側スイッチングデバイスおよび少なくとも１つの低側スイッチングデバイスを含む。本文献の文脈では、スイッチングデバイスには、バイポーラ接合トランジスタ、電界効果トランジスタ（例えば、Ｎ−チャネルまたはＰ−チャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、接合型電界効果トランジスタ、金属−半導体電界効果トランジスタ）、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ、サイリスタ、またはシリコン制御整流器が挙げられるが、これらに限定されない。
別の実施例として、電源４２００は、節点４２１２が入力電力節点であり、スイッチング回路４２１４がそれらの個別の巻線４２０６の第２の端部４２０８を出力電圧節点（図示せず）とグランドとの間で切り替えるような、昇圧コンバータとして構成することができる。さらに、電源４２００は、例えば、節点４２１２が共通の節点であり、スイッチング回路４２１４がそれらの個別の巻線４２０６の第２の端部４２０８を出力電圧節点（図示せず）と入力電圧節点（図示せず）との間で切り替えるような、降圧−昇圧コンバータとして構成することができる。
さらに、さらに別の実施例として、電源４２００は、孤立したトポロジを形成することができる。例えば、各スイッチング回路４２１４は、変圧器と、変圧器の一次巻線に電気的に結合される、少なくとも１つのスイッチングデバイスと、変圧器の二次巻線と個別の巻線４２０６の第２の端部４２０８との間に結合される整流回路とを含むことができる。整流回路は任意に、効率を改善するように、少なくとも１つのスイッチングデバイスを含む。
電源４２００の１つの考えられる用途は、図４３のコンピューティング装置４３００等のコンピューティング装置である。コンピューティング装置４３００は、例えば、個人用コンピュータもしくはサーバのマザーボード、サーバの処理ボード、コンピューティング能力を伴う携帯電話、または個人用デジタル補助装置である。電源４２００の実施形態である、電源４３０２は、プロセッサ４３０４に少なくとも部分的に電力供給する。電源４３０２は、例えば、本明細書に記載される結合インダクタのうちの１つの実施形態（例えば、結合インダクタ８００、１９００、２０００、２１００、２２００、２３００、２５００、２７００、２９００、３１００、３３００、３４００、または４１００のうちの１つの実施形態）である、結合インダクタ４３０６を含む。
上記の方法およびシステムに、その範囲から逸脱することなく、変更を行うことができる。したがって、上述に含まれ、添付の図面中に示される事柄は、制限的な意味ではなく、実例として解釈されるべきであることに留意されたい。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載される、包括的特徴および具体的特徴を網羅すること、ならびに本方法およびシステムの範囲の全ての記述は、言語上の事実として、その範囲内に含まれるということができることが意図される。

Claims (25)

  1. Ｍ−巻線結合インダクタであって、Ｍは、１より大きい整数であり、該結合インダクタは、
    第１の端部磁気要素と、
    第２の端部磁気要素と、
    Ｍ個の接続磁気要素であって、各接続磁気要素は、該第１の端部磁気要素と該第２の端部磁気要素との間に配置され、それらを接続する、Ｍ個の接続磁気要素と、
    Ｍ個の巻線であって、各巻線は、該Ｍ個の接続磁気要素のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられる、Ｍ個の巻線と、
    磁束に該第１の端部磁気要素と該第２の端部磁気要素との間の経路を提供するように、該Ｍ個の接続磁気要素のうちの少なくとも２つに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する、少なくとも１つの上部磁気要素と
    を備える、結合インダクタ。
  2. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、第１の空隙によって前記第１の端部磁気要素から離間され、該少なくとも１つの上部磁気要素は、第２の空隙によって前記第２の端部磁気要素から離間され、該第１および第２の空隙のそれぞれは、前記磁気要素を形成する１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する個別の空隙材料を含む、請求項１に記載の結合インダクタ。
  3. 各巻線は、前記第１の空隙の厚さの関数であり、かつ前記第２の空隙の厚さの関数である、個別の漏れインダクタンス値を有する、請求項２に記載の結合インダクタ。
  4. 接着剤および非磁性スペーサから成る群より選択される非磁性材料をさらに備え、該非磁性材料は、前記少なくとも１つの上部磁気要素を前記第１および第２の端部磁気要素から分離する、請求項３に記載の結合インダクタ。
  5. 前記Ｍ個の巻線のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの上部磁気要素と前記第１および第２の端部磁気要素との間のスペーサとしての役割を果たす、請求項３に記載の結合インダクタ。
  6. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、空隙材料を含む空隙を形成し、前記空隙材料は、前記磁気要素を形成する１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する、請求項１に記載の結合インダクタ。
  7. 各巻線は、前記空隙の厚さの関数である、個別の漏れインダクタンス値を有する、請求項６に記載の結合インダクタ。
  8. Ｍは、２より大きい整数である、請求項７に記載の結合インダクタ。
  9. 前記第１および第２の端部磁気要素のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの上部磁気要素に隣接する開口部を形成する、請求項８に記載の結合インダクタ。
  10. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、第１および第２の上部磁気要素を備え、該第１および第２の上部磁気要素は、それらの間に空隙を形成する、請求項１に記載の結合インダクタ。
  11. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、単一の上部磁気要素を備える、請求項１に記載の結合インダクタ。
  12. 各巻線は、単層であり、長方形の断面を有する単巻の巻線である、請求項１に記載の結合インダクタ。
  13. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、外面を形成し、前記外面の少なくとも一部分は、平面である、請求項１に記載の結合インダクタ。
  14. 各接続磁気要素は、個別の幅を有し、隣接する接続磁気要素は、いずれかの隣接する接続磁気要素の前記個別の幅の２５％未満である分離距離で分離される、請求項１に記載の結合インダクタ。
  15. 各接続磁気要素は、個別の幅を有し、隣接する接続磁気要素は、いずれかの隣接する接続磁気要素の前記個別の幅の１０％未満である分離距離で分離される、請求項１に記載の結合インダクタ。
  16. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、前記Ｍ個の接続磁気要素の全てに隣接し、それらにわたって延在する、請求項１に記載の結合インダクタ。
  17. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、前記Ｍ個の接続磁気要素の全て未満に隣接し、それらにわたって延在する、請求項１に記載の結合インダクタ。
  18. 前記第１および第２の端部磁気要素のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの上部磁気要素に隣接する開口部を形成する、請求項１７に記載の結合インダクタ。
  19. Ｍ相電源であって、Ｍは、１より大きい整数であり、該電源は、
    結合インダクタであって、
    第１の端部磁気要素と、
    第２の端部磁気要素と、
    Ｍ個の接続磁気要素であって、各接続磁気要素は、該第１の端部磁気要素と該第２の端部磁気要素との間に配置され、それらを接続する、Ｍ個の接続磁気要素と、
    Ｍ個の巻線であって、各巻線は、該Ｍ個の接続磁気要素のうちの個別の１つに少なくとも部分的に巻き付けられ、各巻線は、個別の第１の端部と、個別の第２の端部とを有し、各第１の端部は、共通の第１の節点に電気的に結合される、Ｍ個の巻線と、
    磁束に該第１の端部磁気要素と該第２の端部磁気要素との間の経路を提供するように、該Ｍ個の接続磁気要素のうちの少なくとも２つに隣接し、それらに少なくとも部分的にわたって延在する、少なくとも１つの上部磁気要素と
    を含む、結合インダクタと、
    Ｍ個のスイッチング回路であって、各スイッチング回路は、個別の巻線の該第２の端部に電気的に結合され、少なくとも２つの異なる電圧間で該第２の端部を切り替えるように構成される、Ｍ個のスイッチング回路と
    を備える、Ｍ相電源。
  20. Ｍは、２より大きい整数である、請求項１９に記載の電源。
  21. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、第１の空隙によって前記第１の端部磁気要素から分離され、該少なくとも１つの上部磁気要素は、第２の空隙によって前記第２の磁気要素から分離され、該第１および第２の空隙のそれぞれは、前記磁気要素を形成する１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する個別の空隙材料を含み、各巻線は、該第１の空隙の厚さの関数であり、かつ第２の空隙の厚さの関数である、個別の漏れインダクタンス値を有する、請求項１９に記載の電源。
  22. 前記少なくとも１つの上部磁気要素は、前記磁気要素を形成する１つ以上の磁性材料より低い透磁率を有する空隙材料を含む空隙を形成し、各巻線は、前記空隙の厚さの関数である、個別の漏れインダクタンス値を有する、請求項１９に記載の電源。
  23. 各接続磁気要素は、個別の幅を有し、隣接する接続磁気要素は、いずれかの隣接する接続磁気要素の該個別の幅の２５％未満である分離距離で分離される、請求項１９に記載の電源。
  24. 各スイッチング回路は、その個別の第２の端部を、少なくとも２０キロヘルツの周波数で、少なくとも２つの異なる電圧間で切り替えるように構成される、請求項１９に記載の電源。
  25. 前記電源は、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、および降圧−昇圧コンバータから成る群より選択されるＤＣ−ＤＣコンバータとして動作するように構成される、請求項１９に記載の電源。
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