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公開番号2025178132
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025066859
出願日2025-04-15
発明の名称モジュラー積層型磁気部品
出願人台達電子工業股ふん有限公司,DELTA ELECTRONICS, INC.
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類H01F 30/12 20060101AFI20251128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】磁気コアの体積と損失を削減し、より良い磁束分布を実現するモジュラー積層型磁気部品を提供する。
【解決手段】モジュラー積層型磁気部品100は、N相のDC-DCコンバータ用であり、Nは1より大きい奇数である。N相において、n番目の相は、(n+1)番目の相を360/N度先行し、nは、N未満の正の整数であり、N番目の相は、第1の相を360/N度先行する。例えば、モジュラー積層型磁気部品は、複数の磁気コア11、12、13、磁気カバー10及び複数の巻線21、22、23を含む。各磁気コアは、垂直に順に積層される。磁気カバーは、複数の磁気コアの上に積層される。複数の巻線は、それぞれDC-DCコンバータの各相に接続され、各巻線は、対応する磁気コアの巻線コラムに巻かれ、一体化されたトランスおよびインダクタを形成する。隣接する任意の2つの巻線は、電流方向が互いに反対である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｎ相のＤＣ－ＤＣコンバータ用のモジュラー積層型磁気部品であって、
Ｎは、１より大きい奇数であり、Ｎ相において、ｎ番目の相は、（ｎ＋１）番目の相を３６０／Ｎ度先行し、ｎは、Ｎ未満の正の整数であり、Ｎ番目の相は、第１の相を３６０／Ｎ度先行し、
前記モジュラー積層型磁気部品は、
垂直方向に順に積層されたＮ個の磁気コアであって、前記Ｎ個の磁気コアのそれぞれはプレートと複数の巻線コラムを含み、前記複数の巻線コラムは前記プレート上に配置されている、Ｎ個の磁気コアと、
前記Ｎ個の磁気コアの上に積層された磁気カバーと、
ＤＣ－ＤＣコンバータの前記Ｎ相にそれぞれ接続されたＮ個の巻線であって、前記Ｎ個の巻線のそれぞれは、前記Ｎ個の磁気コアの対応する磁気コアの前記複数の巻線コラムに巻かれ、一体化されたトランスおよびインダクタを形成する、Ｎ個の巻線と、を含み、
前記Ｎ個の巻線のうち、隣接する任意の２つの巻線は、電流方向が互いに反対である、モジュラー積層型磁気部品。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記Ｎ個の巻線のうち、隣接する任意の２つの巻線によって発生する２つの磁束は、前記２つの隣接する巻線の間のプレート上において少なくとも部分的に打ち消し合う、請求項１に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項３】
２つの磁束の位相差は、９０度より大きく２７０度より小さい、請求項２に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項４】
前記２つの隣接する巻線の間のプレートの厚さは、前記磁気カバーの厚さ、または前記Ｎ個の磁気コアのうちのＮ番目の磁気コアのプレートの厚さ以下である、請求項３に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項５】
前記Ｎ個の磁気コアうちの隣接する任意の２つの磁気コアにおいて、一方の磁気コアの前記複数の巻線コラムと他方の磁気コアの前記プレートとの間に空隙がある、請求項１に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項６】
前記Ｎ個の巻線のそれぞれは、垂直方向に順に積層されたＭ層を含み、Ｍは２より大きい偶数であり、前記Ｍ層において、前記空隙にｍ番目に近い層は、前記空隙からｍ番目に遠い層と電気的に並列接続されて層セットを形成し、ｍは、Ｍ／２以下の正の整数であり、すべての前記層セットは電気的に直列接続される、請求項５に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項７】
前記Ｎ個の巻線のそれぞれは、垂直方向に順に積層されたＭ層を含み、
Ｍは２より大きい奇数であり、
前記Ｍ層において、前記空隙にｍ番目に近い層は、前記空隙からｍ番目に遠い層と電気的に並列接続されて層セットを形成し、
ｍは、（Ｍ－１）／２以下の正の整数であり、
（（Ｍ＋１）／２）番目の層とすべての前記層セットは、電気的に直列接続される、請求項５に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項８】
前記複数の巻線コラムは、インダクタ巻線コラムとトランス巻線コラムを含み、
前記Ｎ個の巻線のそれぞれは、インダクタ巻線とトランス巻線を含み、
前記インダクタ巻線は、前記インダクタ巻線コラムに巻かれており、
前記トランス巻線は、前記トランス巻線コラムに巻かれている、請求項５に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項９】
前記Ｎ個の磁気コアの隣接する任意の２つの磁気コアにおいて、
一方の磁気コアの前記インダクタ巻線コラムと他方の磁気コアの前記プレートとの間の前記空隙は、同じサイズを有し、
一方の磁気コアの前記トランス巻線コラムと他方の磁気コアの前記プレートとの間の前記空隙は同じサイズを有する、請求項８に記載のモジュラー積層型磁気部品。
【請求項１０】
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、Ｎ相インターリーブＬＬＣ回路を含む、請求項１に記載のモジュラー積層型磁気部品。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気部品に関し、より詳細にはモジュラー積層型磁気部品に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
情報技術（ＩＴ）、特にクラウドコンピューティング、ビッグデータ、および人工知能（ＡＩ）の急速な発展に伴い、データセンターの消費電力は著しく増加している。各電源装置の電力レベルは、フットプリントを増加させることなく、大幅に増加させる必要がある。その結果、多相ＬＬＣは、低実効値およびピーク電流（ＲＭＳ）、ＤＣコンデンサの低電流リップル、およびより良い磁気統合と電力密度のため、データセンターアプリケーションの有力な候補の一つとなっている。しかしながら、高出力アプリケーションにおける多相トランスとインダクタの統合は、磁束集中、渦電流損失、次元共振、および物理的サイズ制限のために依然として課題である。
【０００３】
したがって、従来の技術の欠点を克服するために、モジュラー積層型磁気部品を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明の概要】
解決しようとする課題
【０００４】
本開示は、磁気コアの体積と損失を削減し、より良い磁束分布を実現することができるモジュラー積層型磁気部品を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によれば、モジュラー積層型磁気部品が提供される。モジュラー積層型磁気部品は、Ｎ相のＤＣ－ＤＣコンバータ用であり、Ｎは１より大きい奇数である。Ｎ相において、ｎ番目の相は（ｎ＋１）番目の相を３６０／Ｎ度先行し、ｎはＮ未満の正の整数であり、Ｎ番目の相は第１の相を３６０／Ｎ度先行する。モジュラー積層型磁気部品は、Ｎ個の磁気コア、磁気カバー、およびＮ個の巻線を含む。Ｎ個の磁気コアは、垂直に順に積層され、各磁気コアは、プレートと複数の巻線コラムを含み、複数の巻線コラムは、プレート上に配置される。磁気カバーは、Ｎ個の磁気コアの上に積層される。Ｎ個の巻線はそれぞれＤＣ－ＤＣコンバータのＮ相に接続され、Ｎ個の巻線のそれぞれは、対応するＮ個の磁気コアの複数の巻線コラムに巻かれ、一体化されたトランスおよびインダクタを形成する。Ｎ個の巻線のうち、隣接する任意の２つの巻線は、互いに反対する電流方向を有する。
【０００６】
本開示の別の態様によれば、モジュラー積層型磁気部品が提供される。モジュラー積層型磁気部品は、単相ＤＣ－ＤＣコンバータ用である。モジュラー積層型磁気部品は、複数の磁気コア、磁気カバー、および複数の巻線を含む。複数の磁気コアは垂直に順に積層され、各磁気コアはプレートと少なくとも１つの巻線コラムを含み、少なくとも１つの巻線コラムはプレート上に配置される。磁気カバーは複数の磁気コアの上に積層される。各巻線は、複数の磁気コアのうち対応する磁気コアの少なくとも１つの巻線コラムに巻かれ、一体化されたトランスおよびインダクタ、トランス、またはインダクタを形成する。複数の巻線は同じ電流方向を有する。
【０００７】
上記の開示内容は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、当業者にとってより容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の一実施形態によるモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
単相ＤＣ－ＤＣコンバータに適用されたモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
図２Ａにおける磁束の関係を概略的に示す。
３相ＤＣ－ＤＣコンバータに適用されたモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
図３Ａにおける磁束の関係を概略的に示す。
本開示のモジュラー積層型磁気部品によって形成された一体化されたトランスおよびインダクタを備えた３相ＤＣ－ＤＣコンバータを示す概略回路図である。
軽負荷条件下で動作する図４の３相ＤＣ－ＤＣコンバータに適用されたモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
図５Ａにおける磁束の関係を概略的に示す。
本開示のモジュラー積層型磁気部品によって形成された一体化されたトランスおよびインダクタを備えた別の３相ＤＣ－ＤＣコンバータを示す概略回路図である。
異なるタイプの磁気コア及び巻線方法を例示する。
異なるタイプの磁気コア及び巻線方法を例示する。
異なるタイプの磁気コアと巻線方法を例示する。
図７Ｃのモジュラー積層型磁気部品の一例を示す概略斜視図である。
本開示の一実施形態による側部コラムのない磁気コアを含むモジュラー積層型磁気部品を示す概略斜視図である。
本開示の一実施形態による５相ＤＣ－ＤＣコンバータに適用されたモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
図１０Ａにおける磁束の関係を概略的に示す。
本開示の別の実施形態による５相ＤＣ－ＤＣコンバータに適用されたモジュラー積層型磁気部品を示す概略図である。
図１１Ａにおける磁束の関係を概略的に示す。
図９の一体化されたトランスおよびインダクタのインダクタを形成する部分の２つの可能な実装例を概略的に示す。
図９の一体化されたトランスおよびインダクタのインダクタを形成する部分の２つの可能な実装例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。ただし、以下に示す本開示の好ましい実施形態の説明は、例示および説明のみを目的として提示されるものであり、網羅的であること、または開示された正確な形態に限定されることを意図するものではないことに留意されたい。
【００１０】
ＰＣＢ巻線を備えた平面トランスは、高い信頼性で自動化製造プロセスを実現する上で有効であることが証明されている。しかしながら、ＯｐｅｎＲａｃｋＶ３（ＯＲＶ３）規格への統合、特に５ｋＷを超える電源装置（ＰＳＵ）に関しては、課題が生じる。主な問題は、フットプリントの大型化、ｚ軸の最適化の妥協、およびｚ軸がＰＣＢの平面に垂直な１ラックユニット（１Ｕ）設計における高さが十分に活用されていないことなどが挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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