Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к индуктору с использованием подложки в качестве материала основания.
Уровень техники
[0002] Из предшествующего уровня техники известен индуктор, который формируется с использованием технологии формирования тонкой пленки. Индуктор формируется посредством размещения на опоре, которая служит в качестве материала основания, магнитного слоя, множества катушек, намотанных вокруг магнитного слоя, и т.д. Процесс для того, чтобы формировать катушку, разделяется на две стадии, чтобы сужать зазоры между проводниками катушки. Катушки, изготовленные с помощью этого процесса, имеют широкую площадь прямоугольного поперечного сечения. Вследствие широкой площади прямоугольного поперечного сечения таких катушек, плотность катушек индуктора увеличивается (например, см. патентный документ 1).
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1. Выложенная заявка на патент Японии № 2003-297632
Сущность изобретения
Задача, решаемая изобретением
[0004] Например, чтобы улучшать допустимую нагрузку по току индуктора, необходимо уменьшать значение сопротивления катушки. В силу этого является эффективным задание площади прямоугольного поперечного сечения катушки широкой. С другой стороны, чтобы получать высокое значение индуктивности, важно иметь не только большое число витков катушки и высокую плотность витков, но также и большую площадь прямоугольного поперечного сечения катушки в направлении толщины для сцепления магнитного потока, сформированного посредством катушки. В индукторе, который формирует магнитное поле в направлении на плоскости подложки, при этом подложка используется в качестве материала основания, предпочтительно, если подложка имеет достаточную толщину для того, чтобы получать площадь прямоугольного поперечного сечения в направлении толщины. Тем не менее, толщина площади прямоугольного поперечного сечения катушки традиционного индуктора меньше зазоров между проводниками катушки. Вследствие этой небольшой толщины, невозможно увеличивать площадь прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки в направлении толщины. С другой стороны, даже если толщина фрагмента катушки просто увеличивается, остается проблема уменьшения индуктивности вследствие утечки магнитного потока из зазоров между проводниками. Помимо этого, если толщина катушки чрезмерно увеличивается, площадь прямоугольного поперечного сечения также становится большой, и допустимая нагрузка по току уменьшается. Следовательно, имеется проблема в том, что невозможно улучшать как индуктивность, так и плотность тока одновременно.
Здесь, "зазор" представляет собой расстояние между смежными проводниками. "Плотность катушки" представляет собой отношение площади поперечного сечения проводников к площади поперечного сечения катушки. "Допустимая нагрузка по току" означает ток на единицу площади, который может представляться, например, посредством значения, полученного посредством деления тока на площадь поперечного сечения катушки. "Магнитный поток" означает число силовых линий магнитного поля, которые проходят через один виток катушки.
"Сцепление" означает, что взаимосвязь между магнитным потоком и катушкой является аналогичной взаимосвязи сцепления соединений цепи. Если катушка имеет N (целое число в 1 или больше) витков, "потокосцепление" означает число силовых линий магнитного поля, которые проходят через всю катушку, имеющую N витков. "Плотность тока" означает поток электричества (заряда) в направлении, перпендикулярном единице площади в единицу времени.
[0005] С учетом проблемы, описанной выше, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять индуктор, который позволяет достигать как улучшенной индуктивности, так и улучшенной плотности тока.
Средство для решения задачи
[0006] Чтобы решать задачу, описанную выше, настоящее изобретение представляет собой индуктор, который использует подложку в качестве материала основания и который содержит фрагмент сердечника, фрагмент катушки, изоляционные фрагменты, сформированные между проводниками фрагмента катушки, и фрагменты контактных выводов, которые соединяют фрагмент сердечника и фрагмент катушки с наружной частью. Основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте катушки, представляет собой направление на плоскости подложки. По меньшей мере, в фрагменте для фрагмента катушки, как ширина, так и толщина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки задаются больше ширины изоляционного фрагмента.
Преимущества изобретения
[0007] Как результат, можно предоставлять индуктор, в котором могут достигаться как улучшенная индуктивность, так и улучшенная плотность тока.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг. 1 является общим видом, иллюстрирующим общую конфигурацию силового индуктора в первом варианте осуществления.
Фиг. 2 является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим размерную конфигурацию силового индуктора согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 3 является видом сверху, иллюстрирующим общую конфигурацию силового индуктора согласно второму варианту осуществления.
Фиг. 4 является пояснительным видом, иллюстрирующим кривую B-H.
Фиг. 5 является видом сверху, иллюстрирующим общую конфигурацию силового индуктора в третьем варианте осуществления, в котором конструкция фрагмента катушки наблюдается снаружи фрагмента катушки со стороны наружного слоя.
Фиг. 6 является видом, иллюстрирующим конфигурацию соединения фрагментов катушки и фрагментов катушки со стороны наружного слоя в третьем варианте осуществления.
Фиг. 7A является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс металлизации в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7B является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7C является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7D является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования изолирующей пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7E является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7F является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7G является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7H является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7I является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7J является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования изолирующей пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7K является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7L является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7M является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования изолирующей пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7N является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7O является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7P является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7Q является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования рисунков фрагментов катушки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7R является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс травления в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 7S является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим процесс формирования изолирующей пленки в способе изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 8 является видом сверху, иллюстрирующим общую конфигурацию силового индуктора в четвертом варианте осуществления, в котором конструкция фрагмента катушки наблюдается насквозь снаружи фрагмента катушки со стороны наружного слоя.
Фиг. 9 является видом сверху, иллюстрирующим общую конфигурацию силового индуктора согласно пятому варианту осуществления.
Варианты осуществления для реализации изобретения
[0009] Ниже описываются предпочтительные варианты осуществления для реализации индуктора согласно настоящему изобретению со ссылкой на варианты 1-5 осуществления, проиллюстрированные на чертежах.
Первый вариант осуществления
[0010] Сначала описывается конфигурация.
Индуктор согласно первому варианту осуществления применяется к силовому индуктору (одному примеру индуктора), который соединяется с инвертором электромотора/генератора, служащего в качестве источника приведения в движение для обеспечения движения транспортного средства. Ниже отдельно описываются "общая конфигурация" и "размерная конфигурация" относительно конфигурации силового индуктора согласно первому варианту осуществления.
[0011] Общая конфигурация
Фиг. 1 иллюстрирует общую конфигурацию силового индуктора согласно первому варианту осуществления. Ниже описывается общая конфигурация со ссылкой на фиг. 1.
[0012] Для удобства пояснения, ниже описывается позиционная взаимосвязь между каждым элементом со ссылкой на ортогональную систему координат XYZ. В частности, направление ширины (направление по оси +X) силового индуктора задается как направление по оси X. Направление спереди назад (направление по оси +Y) силового индуктора, которое является ортогональным к направлению по оси X, задается как направление по оси Y, и направление высоты (направление по оси +Z) силового индуктора, которое является ортогональным к направлению по оси X и направлению по оси Y, задается как направление по оси Z. При необходимости, направление по оси +X упоминается как вправо (направление по оси -X упоминается как влево), направление по оси +Y упоминается как вперед (направление по оси -Y упоминается как назад), и направление по оси +Z упоминается как вверх (направление по оси -Z упоминается как вниз).
[0013] Силовой индуктор 1A первого варианта осуществления получается посредством формирования фрагмента катушки, который служит в качестве базового компонента, внутри материала основания. Силовой индуктор 1A представляет собой индуктор, который использует подложку 2 из кремния (материал основания). Силовой индуктор 1A содержит фрагмент 3 сердечника, фрагмент 4 катушки (например, медный), межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки (изоляционные фрагменты), электродную часть 6 (фрагмент контактных выводов) и электродную часть 7 (фрагмент контактных выводов).
[0014] Подложка 2 служит в качестве опоры, которая поддерживает фрагмент 3 сердечника, фрагмент 4 катушки, электродную часть 6 и электродную часть 7. Подложка 2 имеет продолговатую форму, которая идет в направлении по оси Y.
[0015] Фрагмент 3 сердечника встраивается во внутреннюю часть 2i подложки 2 и служит в качестве пути магнитного потока для получения требуемой индуктивности.
Здесь, "путь магнитного потока" представляет собой путь для магнитного потока, который формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте 4 катушки.
[0016] Фрагмент 4 катушки формирует магнитное поле в соответствии с приложенным током. Основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте 4 катушки, идет в направлении по оси X (направлении на плоскости) подложки 2. В фрагменте 4 катушки, множество проводников 40 имеют спиральную форму на внешней периферии фрагмента 3 сердечника. Проводники 40 располагаются в позициях, которые отделены друг от друга в направлении по оси Y с интервалами, соответствующими межвитковому зазору 5 фрагмента катушки. Расстояние разнесения в направлении по оси Y (ширина d межвиткового зазора 5 фрагмента катушки, подробнее описанного ниже) задается заранее с учетом магнитного потока утечки. Фрагмент 4 катушки покрыт пленкой на основе оксида кремния, которая не показана. Фрагмент 4 катушки имеет начальный фрагмент S намотки на концевом фрагменте в направлении по оси +X. Фрагмент 4 катушки имеет конечный фрагмент E намотки на концевом фрагменте в направлении по оси -X.
Здесь, "магнитное поле" означает состояние пространства, в котором действует магнетизм. "Магнетизм" означает физическое свойство, уникальное для магнита, который притягивает железные опилки или указывает курс по компасу. "Направление на плоскости" означает направление по оси XY. "Магнитный поток утечки" означает магнитный поток, который утекает за пределы силового индуктора 1A из внутренней части 2i подложки 2 через межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки.
[0017] Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки формируются между проводниками 40 фрагмента 4 катушки. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки электрически изолируют смежные проводники 40 друг от друга. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки покрыты пленкой на основе оксида кремния, которая не показана. Фрагменты 5n диагональных элементов представляют собой фрагменты, в которых смежные проводники 40 соединяются между собой, смещенные в направлении по оси X.
[0018] Электродная часть 6 (например, медная) и электродная часть 7 (например, медная) соединяют фрагмент 3 сердечника и фрагмент 4 катушки с наружной частью. Электродная часть 6 соединяет фрагмент 3 катушки и фрагмент 4 катушки с аккумулятором, который не показан, через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4 катушки. Электродная часть 7 соединяет фрагмент 3 катушки и фрагмент 4 катушки с инвертором, который не показан, через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4 катушки.
[0019] Размерная конфигурация
Фиг. 2 является видом в поперечном сечении, иллюстрирующим размерную конфигурацию силового индуктора согласно первому варианту осуществления. Ниже описывается размерная конфигурация со ссылкой на фиг. 2.
[0020] В фрагменте 4 катушки, площади S1 прямоугольного поперечного сечения имеют ширины w. В фрагменте 4 катушки, площади S1 прямоугольного поперечного сечения имеют толщины t. Ширины w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задаются больше толщин t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения (w>t).
[0021] Межвитковый зазор 5 фрагмента катушки составляет ширину d в направлении по оси Z. В межвитковых зазорах 5 фрагмента катушки, фрагменты 5n диагональных элементов имеют ширину d' (d>d'). Во всех областях фрагмента 4 катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Таким образом, верхнее предельное значение для ширины w задается равным значению, при котором можно подавлять значение сопротивления фрагмента 4 катушки до требуемого значения или ниже. Нижнее предельное значение ширины w задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Верхнее предельное значение толщины t задается равным значению, при котором можно подавлять величину магнитного потока утечки до требуемого значения или ниже. Нижнее предельное значение толщины t задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Ширина w межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки задается равной приблизительно 1 мкм или меньше. Ширина d и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Ширина w задается равной от 20 мкм до нескольких мм (тем не менее, меньше или равной 10 мм). Толщина t задается равной примерно от нескольких мкм до 200 мкм.
Здесь, "смещение" означает зазор между проводниками 40 при спиральной намотке проводника 40 в направлении вдоль оси фрагмента 4 катушки.
[0022] Далее описываются операции.
В дальнейшем отдельно описываются "механизм формирования магнитного насыщения" и "характерная операция силового индуктора 1A" относительно операций силового индуктора 1A согласно первому варианту осуществления.
[0023] Механизм формирования магнитного насыщения
Поскольку большой ток протекает в силовом индукторе по сравнению с общим фрагментом печатной катушки для связи, например, сформированное магнитное поле также больше. При использовании магнитного сердечника, имеется проблема в том, что он легко достигает плотности магнитного потока насыщения сердечника вследствие возникновения магнитного насыщения. Ниже описывается механизм формирования магнитного насыщения.
Здесь, "магнитное насыщение" означает состояние, в котором магнитное поле внешне прикладывается к магнитному телу, и интенсивность намагничивания более не изменяется, даже если большее магнитное поле внешне прикладывается. "Плотность магнитного потока насыщения" представляет собой плотность магнитного потока в состоянии, в котором магнитное насыщение возникает. "Плотность магнитного потока" представляет собой поверхностную плотность магнитного потока на единицу площади.
[0024] Силовой индуктор используется в преобразователе электрической мощности, зачастую в целях накопления энергии или поддержания электрического тока, и отличается тем, что величина тока, которая протекает в нем, больше по сравнению со схемой для связи. Таким образом, для силового индуктора важно иметь большую допустимую нагрузку по току при одновременной возможности функционировать в качестве индуктора. В общем, силовой индуктор формируется посредством намотки монтажного провода, покрытого изолирующей пленкой, вокруг магнитного сердечника.
Когда полупроводниковое устройство, используемое в преобразователе электрической мощности, отвечает на высокой скорости, частота переключения преобразователя электрической мощности становится высокой, и основная частота тока, который протекает в индукторе, также становится высокой. Следовательно, возникает такая проблема, что распределение плотности тока в монтажном проводе вследствие скин-эффекта становится явно выраженным, и потери на сопротивление фрагмента катушки увеличиваются. Чтобы разрешать эту проблему, приспосабливается способ для подавления распределения плотности тока посредством использования многожильного провода, сформированного посредством объединения в жгут сверхтонких монтажных проводов, покрытых изолирующей пленкой.
Здесь, "скин-эффект" означает явление, в котором когда переменный ток протекает через проводник, плотность тока является высокой на поверхности проводника и низкой на большом расстоянии от поверхности.
[0025] Тем не менее, поскольку пропорция изолятора в фрагменте катушки увеличивается вместе с повышением основной частоты, имеется проблема в том, что плотность тока в расчете на единицу объема индуктора уменьшается. В частности, в случае обмоточного провода, поскольку изменение формы также является большим, когда провод наматывается вокруг сердечника, затруднительно поддерживать надежность органической изолирующей пленки. Соответственно, предпочтительно применять покровную пленку, которая в достаточной степени больше толщины, которая требуется согласно свойствам материала.
[0026] С другой стороны, в фрагменте печатной катушки, который используется для связи, а не намотки монтажного провода, фрагмент катушки формируется с использованием фотолитографии, которая не влечет за собой изменения формы в ходе производства. Таким образом, необязательно предоставлять избыточную толщину пленки относительно требуемого выдерживаемого напряжения. В частности, пленки на основе оксида кремния являются высоконадежными, поскольку такие пленки легко наносятся равномерно.
[0027] В связи с вышеизложенным, в силовом индукторе также, пропорция изолятора относительно проводника в фрагменте катушки уменьшается посредством формирования фрагмента катушки согласно идентичному процессу для формирования фрагмента печатной катушки, вместо намотки монтажного провода, если увеличивается частота. Как результат этого уменьшения, можно увеличивать плотность мощности. Тем не менее, поскольку больший ток протекает в силовом индукторе по сравнению с фрагментом печатной катушки для связи, силовой индуктор предпочтительно имеет конструкцию, которая имеет более низкое сопротивление и улучшенные рабочие характеристики рассеяния тепла (рабочие характеристики охлаждения). Помимо этого, в силовом индукторе, напряженность сформированного магнитного поля становится больше по мере того, как значение тока увеличивается. Таким образом, когда используется магнитный сердечник, имеется проблема в том, что плотность магнитного потока насыщения сердечника должна легко достигаться вследствие возникновения магнитного насыщения.
[0028] Далее описывается индуктивность на основе теоретического уравнения для фрагмента соленоидной катушки. Индуктивность L может выражаться посредством следующего уравнения (1).
Здесь, "N" является числом витков фрагмента катушки, которые последовательно соединяются. "μ" является проницаемостью пути магнитного потока. "S" является площадью поперечного сечения, с которой фрагмент катушки окружает сердечник. "N/l" является числом витков на единицу длины, т.е. плотностью витков. Помимо этого, плотность B магнитного потока, которая используется в процессе извлечения этого уравнения (1), может выражаться посредством следующего уравнения (2).
Здесь, "I является электрическим током, который прикладывается к фрагменту катушки. "H" является магнитным полем, которое формируется в фрагменте соленоидной катушки вследствие I. В общем, когда используется магнитное тело, плотность магнитного потока насыщения, соответствующая материалу, присутствует, и имеется точка, в которой плотность магнитного потока не увеличивается, даже если электрический ток увеличивается.
[0029] Характерная операция силового индуктора 1A
Как видно из вышеописанного уравнения (2), поскольку большой I протекает в силовом индукторе, N/l, идентичное с N/l, используемым в предшествующем уровне техники, должно быстро приводить к магнитному насыщению. Чтобы увеличивать индуктивность без увеличения плотности магнитного потока, эффективно регулировать проницаемость пути магнитного потока и плотность витков таким образом, что она меньше или равна плотности магнитного потока насыщения, даже когда требуемый электрический ток прикладывается. Таким образом, эффективно увеличивать число витков и площадь, с которой фрагмент катушки окружает сердечник.
[0030] В первом варианте осуществления, по меньшей мере, в фрагменте для фрагмента 4 катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
Таким образом, ширина d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки задается меньше как ширины w, так и толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения. Таким образом, можно уменьшать пространство утечки магнитного потока. Как результат, можно улучшать индуктивность без увеличения плотности магнитного потока. Помимо этого, поскольку площади S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки сконструированы с возможностью быть широкими в направлении по оси X, можно эффективно уменьшать значение сопротивления фрагмента 4 катушки. Таким образом, можно улучшать допустимую нагрузку по току силового индуктора 1A. Как результат, можно достигать улучшения как индуктивности, так и плотности тока.
[0031] В первом варианте осуществления, во всех областях фрагмента 4 катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
Таким образом, во всех областях фрагмента 4 катушки, можно уменьшать пространство утечки магнитного потока и конструировать площади S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки с возможностью быть широкими в направлении по оси X. Как результат, область, в которой могут улучшаться индуктивность и плотность тока, идет во все области фрагмента 4 катушки.
Таким образом, можно достигать улучшения как индуктивности, так и плотности тока в более широком диапазоне фрагмента 4 катушки.
[0032] В первом варианте осуществления, ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки.
Таким образом, площади S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4 катушки имеют форму, которая является длинной в направлении по оси X и короткой в направлении по оси Y.
Таким образом, можно обеспечивать то, что площадь S1 прямоугольного поперечного сечения является широкой при обеспечении широкой площади поперечного сечения потокосцепления, которое формируется посредством фрагмента 4 катушки (площади S2 поперечного сечения в направлении по оси Y, показанной на фиг. 1).
[0033] В первом варианте осуществления, материал основания представляет собой кремний.
Таким образом, материал основания изготовлен из кремния, который представляет собой общий полупроводниковый материал. Таким образом, можно изготавливать силовой индуктор 1A с использованием существующего устройства изготовления полупроводников. Таким образом, силовой индуктор 1A может изготавливаться при низких затратах.
[0034] Далее описываются преимущества.
Нижеперечисленные преимущества могут получаться согласно силовому индуктору 1A первого варианта осуществления.
[0035] (1) Индуктор (силовой индуктор 1A) с использованием подложки (подложки 2) в качестве материала основания (кремния) содержит:
- фрагмент сердечника (фрагмент 3 сердечника); фрагмент катушки (фрагмент 4 катушки); изоляционный фрагмент (межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки), сформированный между проводниками (проводниками 40) фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки); и фрагмент контактных выводов (электродную часть 6 и электродную часть 7), которые соединяют фрагмент сердечника (фрагмент катушки 3) и фрагмент катушки (фрагмент 4 катушки) с наружной частью, при этом:
- основное направление (направление по оси X) магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте катушки (фрагменте 4 катушки), идет в направлении на плоскости (направлении по оси X) подложки (подложки 2), и
- по меньшей мере, в фрагменте для фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки), как ширина (ширина w), так и толщина (толщина t) площади прямоугольного поперечного сечения (площадей S1 прямоугольного поперечного сечения) фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки) задаются больше ширины (ширины d) изоляционного фрагмента (межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки) (фиг. 2).
Как результат, можно предоставлять полупроводниковое устройство (силовой индуктор 1A), которое позволяет достигать улучшения как индуктивности, так и плотности тока.
[0036] (2) Во всех областях фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки), как ширина (ширина w), так и толщина (толщина t) площади прямоугольного поперечного сечения (площадей S1 прямоугольного поперечного сечения) фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки) задаются больше ширины (ширины d) изоляционного фрагмента (межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки) (фиг. 2).
Таким образом, помимо преимущества (1), можно достигать улучшения как индуктивности, так и плотности тока в более широком диапазоне фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки).
[0037] (3) Ширина (ширина w) площади прямоугольного поперечного сечения (площадей S1 поперечного сечения) фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки) задается больше толщины (толщины t) площади прямоугольного поперечного сечения (площадей S1 прямоугольного поперечного сечения) фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки) (фиг. 2).
Таким образом, помимо преимуществ (1) и (2), можно обеспечивать то, что площадь прямоугольного поперечного сечения (площадь S1 прямоугольного поперечного сечения) является широкой при обеспечении широкой площади поперечного сечения (площади S2 поперечного сечения в направлении по оси Y) потокосцепления, которое формируется посредством фрагмента катушки (фрагмента 4 катушки).
[0038] (4) Материал основания представляет собой кремний (фиг. 1 и 2).
Таким образом, помимо преимуществ (1)-(3), силовой индуктор 1A может изготавливаться при низких затратах.
Второй вариант осуществления
[0039] Второй вариант осуществления представляет собой пример, в котором предоставляется множество фрагментов катушки.
[0040] Сначала описывается конфигурация.
Индуктор согласно второму варианту осуществления применяется к силовому индуктору (одному примеру индуктора), который соединяется с инвертором электромотора/генератора, идентично первому варианту осуществления. Ниже отдельно описываются "общая конфигурация" и "размерная конфигурация" относительно конфигурации силового индуктора согласно второму варианту осуществления.
[0041] Общая конфигурация
Фиг. 3 иллюстрирует общую конфигурацию силового индуктора согласно второму варианту осуществления. Ниже описывается общая конфигурация со ссылкой на фиг. 3.
[0042] Силовой индуктор 1B второго варианта осуществления получается посредством формирования фрагмента катушки, который служит в качестве базового компонента, внутри материала основания, идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1B представляет собой индуктор, который использует подложку 2 в кремнии (материале основания), идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1B содержит множество ферритовых сердечников 3 (фрагментов сердечника), множество фрагментов 4A-4H катушки (например, медных), межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки (изоляционные фрагменты), электродную часть 6 (фрагмент контактных выводов) и электродную часть 7 (фрагмент контактных выводов). Начальные фрагменты S намотки на фиг. 3 указывают начальный фрагмент S намотки каждого из фрагментов 4A-4H катушки. Конечные фрагменты E намотки указывают конечный фрагмент E намотки каждого из фрагментов 4A-4H катушки.
[0043] Подложка 2 служит в качестве опоры, которая поддерживает каждый из ферритовых сердечников 3, каждый из фрагментов 4A-4H катушки, электродную часть 6 и электродную часть 7. Подложка 2 имеет прямоугольную внешнюю форму.
[0044] Каждый из ферритовых сердечников 3 придерживается изогнутого пути и взаимно сцепляет магнитный поток, который формируется в каждом из фрагментов 4A-4H катушки. Каждый ферритовый сердечник 3 располагается между фрагментами 4A-4H катушки и служит в качестве пути магнитного потока, который соединяет фрагменты 4A-4H катушки. Каждый ферритовый сердечник 3 имеет закрытый фрагмент 3i, который помещается в фрагменты 4A-4H катушки, и раскрытый фрагмент 3e, который является раскрытым со стороны фрагментов 4A-4H катушки. Двойная штрихпунктирная линия на чертеже указывает поверхность раздела между закрытым фрагментом 3i и раскрытым фрагментом 3e. Ферритовый сердечник 3, который соединяет конечный фрагмент E намотки фрагмента 4H катушки и начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, задается как ферритовый сердечник 3E для контактных выводов.
[0045] Каждый из фрагментов 4A-4H катушки формирует магнитный поток в соответствии с приложенным током. Фрагменты 4A-4H катушки формируются рядом в направлении по оси Y на плоскости подложки 2. Фрагменты 4A-4H катушки последовательно соединяются. Ввод электрического тока в и вывод электрического тока из фрагментов 4A-4H катушки возникают относительно электрода 6 и электрода 7, соответственно. Таким образом, электрический ток, который вводится из электрода 6 через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, протекает через фрагменты 4A-4H катушки и выводится в наружную часть из электрода 7 через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4H катушки. Помимо этого, основные направления магнитных полей, которые формируются в соответствии с электрическим током, отличаются между фрагментами 4B, 4D, 4F и 4H катушки и фрагментами 4A, 4C, 4E и 4G катушки. Таким образом, основное направление магнитных полей, которые формируются в фрагментах 4B, 4D, 4F и 4H катушки, представляет собой направление по оси +X. Основное направление магнитных полей, которые формируются в фрагментах 4A, 4C, 4E и 4G катушки, представляет собой направление по оси -X. Зазор G, окруженный посредством штрихпунктирной линии с одной точкой, показанной на фиг. 3, формируется в каждом из фрагментов 4A-4H катушки за исключением концевого фрагмента 4e, который помещает фрагмент для закрытого фрагмента 3i. Концевые фрагменты 4e фрагмента 4A катушки и фрагмента 4H катушки связываются между собой посредством ферритового сердечника 3E для контактных выводов.
Здесь, "зазор G" означает площадь, которая заполнена элементом, имеющим более низкую проницаемость, чем ферритовый сердечник 3 (например, немагнитным материалом, таким как воздух). "Немагнитный материал" означает вещество, которое не представляет собой ферромагнитный материал. "Ферромагнитный материал" означает вещество, которое легко намагничивается посредством внешнего магнитного поля, такое как железо, кобальт, никель, их сплав и феррит, и вещество, которое имеет относительно высокую проницаемость.
[0046] Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки формируются между проводниками 40 фрагментов 4A-4H катушки. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки электрически изолируют смежные проводники 40 друг от друга. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки покрыты пленкой на основе оксида кремния, которая не показана. Фрагменты 5n диагональных элементов представляют собой фрагменты, в которых проводники 40 каждого из фрагментов 4A-4H катушки соединяются между собой, смещенные в направлении по оси X.
[0047] Электродная часть 6 (например, медная) и электродная часть 7 (например, медная) соединяют ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4H катушки с наружной частью. Электродная часть 6 соединяет ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4H катушки с аккумулятором, который не показан, через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки. Электродная часть 7 соединяет ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4H катушки с инвертором, который не показан, через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4H катушки.
[0048] Размерная конфигурация
Ниже описывается размерная конфигурация со ссылкой на фиг. 3.
[0049] В фрагментах 4A-4H катушки, ширина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет w, идентично первому варианту осуществления. В фрагментах 4A-4H катушки, толщина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет t, идентично первому варианту осуществления. Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения, идентично первому варианту осуществления.
[0050] Межвитковый зазор 5 фрагмента катушки составляет ширину d в направлении по оси Z, идентично первому варианту осуществления. В межвитковых зазорах 5 фрагмента катушки, фрагменты 5n диагональных элементов фрагментов 4A, 4C, 4E и 4G катушки имеют ширину d' (d>d'), идентично первому варианту осуществления. Хотя затемнено и не видно на фиг. 3, фрагменты 5n диагональных элементов фрагментов 4B, 4D, 4F и 4H катушки также имеют ширину d' (d>d'). Во всех областях фрагментов 4A-4H катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагментов 4A-4H катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, идентично первому варианту осуществления. Таким образом, верхнее предельное значение ширины w задается равным значению, при котором можно подавлять значение сопротивления каждого из фрагментов 4A-4H катушки до требуемого значения или ниже. Нижнее предельное значение ширины w задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Верхнее предельное значение толщины t задается равным значению, при котором можно подавлять величину магнитного потока утечки до требуемого значения или ниже. Нижнее предельное значение толщины t задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
[0051] Далее описываются операции.
В дальнейшем отдельно описываются "операция регулирования проницаемости всего пути магнитного потока", "операция уменьшения наклона кривой B-H" и "характерная операция силового индуктора 1B" относительно операций силового индуктора 1B согласно второму варианту осуществления.
[0052] Операция регулирования проницаемости всего пути магнитного потока
Концевые фрагменты 4e фрагмента 4A катушки и фрагмента 4H катушки связываются между собой посредством ферритового сердечника 3E для контактных выводов в состоянии, в котором отсутствует магнитный поток утечки. Магнитные потоки, которые формируются в соответствии с приложенным током в фрагментах 4A-4H катушки, формируют замкнутый контур вследствие этого связывания.
Здесь, "контур" означает последовательность протекания магнитных потоков, которые формируются посредством ферритовых сердечников 3 и фрагментов 4A-4H катушки. "Замкнутый контур" означает состояние, в котором последовательность протекания магнитных потоков является замкнутой, а не разомкнутой.
[0053] Как описано выше, внутренняя часть каждого из фрагментов 4A-4H катушки за исключением концевого фрагмента 4e, который помещает фрагмент для закрытого фрагмента 3i, заполнена элементом, имеющим более низкую проницаемость, чем ферритовый сердечник 3. Таким образом, внутренняя часть каждого из фрагментов 4A-4H катушки имеет конструкцию, в которой проницаемость является более низкой в крайнем внутреннем фрагменте, чем на концевом фрагменте 4e. Таким образом, в фрагментах 4A-4H катушки, проницаемость крайних внутренних фрагментов, из которых магнитный поток с меньшей конструктивной вероятностью должен утекать, регулируется таким образом, что она является низкой. За счет этого регулирования, появляется возможность уменьшать эквивалентную проницаемость всего пути магнитного потока, когда ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4H катушки рассматриваются в качестве одного пути магнитного потока. Уменьшение эквивалентной проницаемости может быть реализовано посредством уменьшения наклона кривой B-H. За счет этого можно не допускать магнитного насыщения всего пути магнитного потока.
[0054] Операция уменьшения наклона кривой B-H
Фиг. 4 является пояснительным видом, иллюстрирующим кривую B-H. Ниже описывается операция уменьшения наклона кривой B-H со ссылкой на фиг. 4. На фиг. 4, горизонтальная ось является магнитным полем H, и вертикальная ось является плотностью B магнитного потока.
[0055] Кривая B-H имеет характеристику магнитного гистерезиса. Абсолютное значение плотности B магнитного потока увеличивается по мере того, как абсолютное значение напряженности магнитного поля увеличивается. Плотность магнитного потока поддерживается равной предварительно определенной плотности Bs магнитного потока насыщения, даже если абсолютное значение напряженности магнитного поля достигает предварительно определенной интенсивности или выше.
Кривые A, указываемые посредством сплошных линий на чертеже, представляют собой кривые B-H, когда ферритовый сердечник располагается в фрагменте, который соединяет концевые фрагменты 4e фрагментов 4A-4H катушки между собой и со всеми внутренними частями фрагментов 4A-4H катушки. Кривые B, указываемые посредством пунктирных линий на чертеже, представляют собой кривые B-H, когда ферритовый сердечник 3 располагается в фрагменте, который соединяет концевые фрагменты 4e фрагментов 4A-4H катушки между собой и с фрагментами, которые входят немного внутрь фрагментов катушки из концевых фрагментов 4e.
Кривые C, указываемые посредством пунктирных линий, представляют собой кривые B-H, когда ферритовый сердечник 3 располагается в фрагменте, который соединяет концевые фрагменты 4e фрагментов 4A-4H катушки между собой. Прямая линия D, указываемая посредством штрихпунктирной линии с одной точкой, представляет собой прямую линию, когда ферритовый сердечник 3 не располагается в любом из фрагментов 4A-4H катушки. Наклон m этой прямой линии представляет собой проницаемость μ0 вакуума.
[0056] Зазор G, который заполнен элементом, имеющим более низкую проницаемость, чем ферритовый сердечник 3 (например, немагнитным материалом, таким как воздух) в каждом из фрагментов 4A-4H катушки, увеличивается в следующем порядке: кривая A -> кривая B -> кривая C. Таким образом, наклон кривой B-H уменьшается по мере того, как зазор G увеличивается. Таким образом, когда ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4H катушки рассматриваются в качестве одного пути магнитного потока, эквивалентная проницаемость μ всего пути магнитного потока уменьшается.
[0057] На основе вышеприведенного, целевая точка X (Hx, Bx) задается на кривой B, для которой магнитное поле H придерживается пути от положительного к отрицательному. Эта плотность магнитного потока Bx не достигает плотности Bs магнитного потока насыщения (Bx<Bs). Как результат, можно получать большую плотность магнитного потока Bx с низким током Ix (∝ магнитное поле Hx) в области кривой B, в которой плотность B магнитного потока не является насыщенной. Таким образом, можно получать большую плотность магнитного потока Bx с низким током Ix при недопущении магнитного насыщения всего пути магнитного потока.
[0058] Характерная операция силового индуктора 1B
Во втором варианте осуществления, магнитные потоки, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты 4A-4H катушки, которые формируются рядом в направлении по оси Y подложки 2, связываются последовательно в каждом из фрагментов 4A-4H катушки.
Таким образом, магнитный поток, который формируется в фрагменте 4A катушки, придерживается изогнутого пути вследствие каждого из ферритовых сердечников 3 и взаимно сцепляет внутренние части других фрагментов 4B катушки 4H. Таким образом, фрагменты 4A-4H катушки также магнитно связываются друг с другом последовательно. Как результат, даже в пределах ограниченных размеров подложки 2, можно обеспечивать большое число (N) витков фрагментов 4A-4H катушки, которые последовательно соединяются. Таким образом, можно увеличивать число витков каждого из фрагментов 4A-4H катушки, даже при использовании сегмента фрагментов катушки (площади, в которой предоставляется фрагмент катушки) с низкой плотностью (N/l) витков в ограниченной площади.
Таким образом, можно достигать как улучшения индуктивности, так и уменьшения плотности магнитного потока.
[0059] Во втором варианте осуществления, магнитные потоки, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты 4A-4H катушки, в которых основные направления магнитных полей, которые формируются в соответствии с токами, отличаются, связываются последовательно между каждым из фрагментов 4A-4H катушки.
Таким образом, число (N) витков магнитно-связанных фрагментов 4A-4H катушки, которые последовательно соединяются, увеличивается.
Таким образом, можно улучшать индуктивность без увеличения плотности магнитного потока.
Помимо этого, внутренние части фрагментов 4A-4H катушки за исключением концевых фрагментов, которые помещают фрагмент каждого из ферритовых сердечников 3, заполнены немагнитным материалом (например, воздухом). Как результат, можно понижать проницаемость внутренних частей фрагментов 4A-4H катушки, из которых магнитный поток с меньшей конструктивной вероятностью должен утекать, по сравнению с концевыми фрагментами. За счет этого можно не допускать магнитного насыщения при понижении проницаемости всего пути магнитного потока.
[0060] Во втором варианте осуществления, каждый из ферритовых сердечников 3 располагается между каждым из фрагментов 4A-4H катушки.
Таким образом, даже если фрагменты 4A-4H катушки отделены друг от друга, фрагменты катушки магнитно связываются последовательно. Таким образом, число витков фрагментов 4A-4H катушки, которые последовательно соединяются, увеличивается.
Следовательно, может получаться силовой индуктор 1B с высокой индуктивностью.
Другие операции являются идентичными операциям в первом варианте осуществления, так что их описания опускаются.
[0061] Далее описываются преимущества.
Нижеперечисленные преимущества могут получаться согласно силовому индуктору 1B второго варианта осуществления.
[0062] (5) Предоставляется множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки),
- множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки) формируются рядом в направлении на плоскости подложки (подложки 2), и
- магнитный поток, который формируется в соответствии с током, протекающим через множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки), связывается последовательно внутри множества фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки) (фиг. 3).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(4), можно достигать как улучшения индуктивности, так и уменьшения плотности магнитного потока.
[0063] (6) Предоставляется множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки), имеющих различные основные направления (направление по оси +X, направление по оси -X), и
- магнитный поток формируется в соответствии с током, протекающим через множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки), связывается последовательно между множеством фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки) (фиг. 3).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(5), можно улучшать индуктивность без увеличения плотности магнитного потока.
[0064] (7) Фрагмент сердечника (ферритовые сердечники 3) располагается, по меньшей мере, между одним из фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки) (фиг. 3).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(6), может получаться индуктор (силовой индуктор 1B) с высокой индуктивностью.
Третий вариант осуществления
[0065] Третий вариант осуществления представляет собой пример, в котором фрагменты катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружном слое фрагментов катушки через изоляционные фрагменты.
[0066] Сначала описывается конфигурация.
Индуктор согласно третьему варианту осуществления применяется к силовому индуктору (одному примеру индуктора), который соединяется с инвертором электромотора/генератора, идентично первому варианту осуществления. Ниже отдельно описываются "общая конфигурация", "размерная конфигурация", "конфигурация соединения" и "способ изготовления" относительно конфигурации силового индуктора согласно третьему варианту осуществления.
[0067] Общая конфигурация
Фиг. 5 иллюстрирует общую конфигурацию силового индуктора согласно третьему варианту осуществления. Ниже описывается общая конфигурация со ссылкой на фиг. 5.
[0068] Силовой индуктор 1C третьего варианта осуществления получается посредством формирования фрагмента катушки, который служит в качестве базового компонента, внутри материала, идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1C представляет собой индуктор, который использует подложку 2 из кремния (материала основания), идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1C содержит множество ферритовых сердечников 3 (фрагментов сердечника), множество фрагментов 4A-4F катушки (например, медных), межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки (изоляционные фрагменты), электродную часть 6 (фрагмент контактных выводов), электродную часть 7 (фрагмента контактных выводов) и множество фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя (например, медных).
[0069] Подложка 2 служит в качестве опоры, которая поддерживает каждый из ферритовых сердечников 3, каждый из фрагментов 4A-4F катушки, электродную часть 6, электродную часть 7 и каждый из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
[0070] Каждый из ферритовых сердечников 3 придерживается изогнутого пути и взаимно сцепляет магнитный поток, сформированный в каждом из фрагментов 4A-4F катушки и каждом из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Каждый ферритовый сердечник 3 располагается между фрагментами 4A-4F катушки и служит в качестве пути магнитного потока, который соединяет фрагменты 4A-4F катушки друг с другом. Ферритовый сердечник 3, который соединяет конечный фрагмент E намотки фрагмента 4H катушки и начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, задается как ферритовый сердечник 3E для контактных выводов.
[0071] Каждый из фрагментов 4A-4F катушки формирует магнитный поток в соответствии с приложенным током. Фрагменты 4A-4F катушки формируются рядом в направлении по оси Y. Ввод электрического тока в и вывод электрического тока из фрагментов 4A-4F катушки возникают относительно электрода 6 и электрода 7, соответственно.
[0072] Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки формируются между проводниками 40 фрагментов 4A-4F катушки. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки электрически изолируют смежные проводники 40 друг от друга. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки покрыты пленкой на основе оксида кремния, которая не показана. Фрагменты 5n диагональных элементов представляют собой фрагменты, в которых проводники 40 фрагментов 4A, 4C, 4E катушки соединяются между собой, смещенные в направлении по оси X.
[0073] Электродная часть 6 (например, медная) и электродная часть 7 (например, медная) соединяют ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с наружной частью. Электродная часть 6 соединяет ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с аккумулятором, который не показан, через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки. Электродная часть 7 соединяет ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с инвертором, который не показан, через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки.
[0074] Множество фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя формирует магнитные потоки в соответствии с приложенным током, идентично фрагментам 4A-4F катушки. Фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя формируются рядом в направлении по оси Y. Фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружных слоях фрагментов 4A-4F катушки через пленку на основе оксида кремния (изоляционный фрагмент), которая не показана. Проводники 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружных слоях межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Позиции межвитковых зазоров 9 фрагмента катушки и межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки сдвигаются в направлении горизонтальной плоскости (направлении по оси X) подложки 2. Межвитковые зазоры 9 фрагмента катушки формируются между проводниками 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Число (четыре) проводников 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя меньше числа (одиннадцать) проводников 40 фрагментов 4A-4F катушки.
[0075] Размерная конфигурация
Ниже описывается размерная конфигурация со ссылкой на фиг. 5.
[0076] В фрагментах 4A-4F катушки, ширина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет w, идентично первому варианту осуществления. В фрагментах 4A-4F катушки, толщина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет t, идентично первому варианту осуществления. Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения, идентично первому варианту осуществления.
[0077] Межвитковый зазор 5 фрагмента катушки составляет ширину d в направлении по оси Z, идентично первому варианту осуществления. В межвитковых зазорах 5 фрагмента катушки, фрагменты 5n диагональных элементов фрагментов 4A, 4C и 4E катушки имеют ширину d' (d>d'), идентично первому варианту осуществления. Хотя затемнено и не видно на фиг. 5, фрагменты 5n диагональных элементов фрагментов 4B, 4D и 4F катушки также имеют ширину d' (d>d'). Во всех областях фрагментов 4A-4F катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагментов 4A-4F катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, идентично первому варианту осуществления. Таким образом, верхнее предельное значение ширины w задается равным значению, при котором можно поддерживать значение сопротивления каждого из фрагментов 4A-4F катушки равным требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение ширины w задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Верхнее предельное значение толщины t задается равным значению, при котором можно поддерживать величину магнитного потока утечки равной требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение толщины t задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
[0078] Конфигурация соединения
Фиг. 6 иллюстрирует конфигурацию соединения фрагментов катушки и фрагментов катушки со стороны наружного слоя в третьем варианте осуществления. Ниже описывается конфигурация соединения со ссылкой на фиг. 6. Символы внутри поперечных сечений фрагмента катушки по фиг. 6 представляют ориентацию магнитного потока, который формируется посредством фрагмента катушки. Эта ориентация меняется на противоположную для каждого смежного фрагмента катушки.
[0079] Каждый из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя последовательно соединяется с каждым из фрагментов 4A-4F катушки. Чтобы формировать противоположно ориентированные магнитные потоки в двухслойном фрагменте катушки, катушки поворачиваются в противоположных направлениях. Таким образом, фрагмент 4A катушки и фрагмент 4B катушки, например, конструктивно отличаются. Помимо этого, чтобы соединять, без потери, фрагменты 4A-4F катушки, в которых оси сформированных магнитных полей отличаются, предпочтительно использовать конструкцию, в которой соединительные фрагменты между фрагментами катушки приближаются друг к другу. В случае такого соединения, поскольку можно собирать фрагменты, которые соединяют фрагменты катушки, на одной стороне сегмента катушки, можно эффективно использовать пространство.
[0080] Электрический ток, который протекает в фрагмент 4A катушки из аккумулятора, который не показан, через электродную часть 6, протекает через фрагмент 4A катушки в направлении против часовой стрелки. Затем, ток протекает через фрагмент 8A катушки со стороны наружного слоя в направлении против часовой стрелки через конечный фрагмент E намотки, который не показан. Основное направление магнитного поля, которое формируется в фрагменте 4A катушки в соответствии с этим током (направление по оси -X), является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в фрагменте 8B катушки со стороны наружного слоя (направлению по оси -X). Затем, ток протекает в фрагмент 8B катушки со стороны наружного слоя из фрагмента 8A катушки со стороны наружного слоя через начальный фрагмент S намотки. Затем, ток протекает через фрагмент 8B катушки со стороны наружного слоя в направлении по часовой стрелке. Затем, ток протекает в фрагмент 4B катушки через конечный фрагмент E намотки, который не показан. Основное направление магнитного поля, которое формируется в фрагменте 4B катушки в соответствии с этим током (направление по оси +X), является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в фрагменте 8A катушки со стороны наружного слоя (направлению по оси +X). Ток затем протекает в фрагмент 8C катушки со стороны наружного слоя из фрагмента 4B катушки через начальный фрагмент S намотки. Ток затем протекает в порядке "фрагмент 8C катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 4C катушки -> фрагмент 8D катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 4D катушки -> фрагмент 4E катушки -> фрагмент 8E катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 8F катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 4F катушки". В это время, основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в каждом из фрагментов 8C, 8D, 8E, 8F катушки со стороны наружного слоя, соответственно, является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в каждом из фрагментов 4C, 4D, 4E, 4F катушки. Ток затем протекает в электродную часть 7 из фрагмента 4F катушки через конечный фрагмент E намотки. Затем ток выводится в инвертор, который не показан, через электродную часть 7.
[0081] Способ изготовления
Фиг. 7A-7S иллюстрируют способ изготовления силового индуктора согласно третьему варианту осуществления. Ниже описываются этапы, которые составляют способ изготовления силового индуктора 1C согласно третьему варианту осуществления, со ссылкой на фиг. 7A-7S. Проводники 40 и проводники 80 на стороне верхней поверхности подложки формируются согласно процессу формирования фрагментов катушки на верхней поверхности, и затем проводники 40 и проводники 80 на стороне нижней поверхности подложки формируются согласно процессу формирования фрагментов катушки на нижней поверхности. В этих процессах, сквозные каналы формируются в материале основания в направлении толщины подложки фрагмента катушки, сквозные каналы заполнены проводящим материалом, нанесенным металлизацией, и верхняя и нижняя поверхности подложки обрабатываются с использованием фотолитографии, чтобы формировать индуктор. Поскольку также можно встраивать множество проводников в направлении толщины подложки, можно достигать как уменьшения магнитного потока утечки, так и улучшения плотности тока.
[0082] Процесс формирования фрагментов катушки на верхней поверхности
В процессе формирования фрагментов катушки на верхней поверхности, во-первых, открываются сквозные каналы H, в которых формируются фрагменты проводников 40 и проводников 80 в направлении толщины подложки 2, как проиллюстрировано на фиг. 7A. Затем, на этапе металлизации, сквозные каналы H заполнены проводником 10 согласно способу металлизации в подложке 2, поверхность которой покрыта пленкой на основе оксида кремния, которая не показана.
[0083] Затем, на первом этапе формирования рисунка верхней поверхности, фоторезист 11 применяется к верхней поверхности 10U проводника 10, который заполняет сквозные каналы H на этапе металлизации, как проиллюстрировано на фиг. 7B. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагментах, которые соответствуют фрагменту 40U верхней поверхности проводника 40 и фрагментам 80T в направлении толщины проводника 80.
[0084] Затем, на первом этапе травления верхней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на верхнюю поверхность 10U проводника 10 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на первом этапе формирования рисунка верхней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7C. Верхняя поверхность 2U подложки 2 является раскрытой вследствие переноса. Затем вследствие этой раскрытости, фрагмент 40U верхней поверхности, к примеру, показанный на фиг. 7C, завершается.
[0085] Затем, на первом этапе формирования изолирующей пленки верхней поверхности, верхняя поверхность 2U (см. фиг. 7C) подложки 2, которая является раскрытой на первом этапе травления верхней поверхности, подвергается тепловой окислительной обработке, как проиллюстрировано на фиг. 7D. За счет тепловой окислительной обработки, формируется изолирующая пленка 12, к примеру, показанная на фиг. 7D, на верхней поверхности 2U.
[0086] Затем, на втором этапе формирования рисунка верхней поверхности, фоторезист 11 наносится на верхнюю поверхность 12U изолирующей пленки 12, которая формируется на первом этапе формирования изолирующей пленки верхней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7E. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагментах, которые соответствуют фрагментам 80T в направлении толщины проводника 80. При этом формировании, верхняя поверхность 12U изолирующей пленки 12 является раскрытой.
[0087] Затем, на первом этапе травления верхней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на верхнюю поверхность 12U изолирующей пленки 12 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на втором этапе формирования рисунка верхней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7F. Верхние поверхности 80Tu фрагментов 80T в направлении толщины являются раскрытыми вследствие переноса.
[0088] Затем, на этапе формирования пленки фрагмента 80U верхней поверхности проводника 80, проводник 13 формируется посредством CVD-способа на верхних поверхностях 80Tu (см. фиг. 7F), которые являются раскрытыми на первом этапе травления верхней поверхности, и на верхней поверхности 2U подложки 2, как проиллюстрировано на фиг. 7G. При этом формировании пленки, фрагменты 80T в направлении толщины проводника 80 электрически соединяются друг с другом через фрагмент 80U верхней поверхности.
[0089] Затем, на третьем этапе формирования рисунка верхней поверхности, фоторезист 11 наносится на верхнюю поверхность 13U проводника 13, который формируется на этапе формирования пленки фрагмента 80U верхней поверхности проводника 80, как проиллюстрировано на фиг. 7H. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагменте, который соответствует фрагменту 80U верхней поверхности проводника 80, идентично фиг. 7B.
[0090] Затем, на втором этапе травления верхней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на верхнюю поверхность 13U проводника 13 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на третьем этапе формирования рисунка верхней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7I. Верхняя поверхность 2U подложки 2 является раскрытой вследствие переноса, идентично фиг. 7C. Вследствие этой раскрытости, фрагмент 80U верхней поверхности проводника 80, к примеру, показанного на фиг. 7I, завершается.
[0091] Затем, на втором этапе формирования изолирующей пленки верхней поверхности, верхняя поверхность 2U (см. фиг. 7I) подложки 2, которая является раскрытой на втором этапе травления верхней поверхности, подвергается тепловой окислительной обработке, как проиллюстрировано на фиг. 7J. За счет тепловой окислительной обработки, формируется изолирующая пленка 14 на верхней поверхности 2U. Процесс формирования фрагментов катушки на верхней поверхности в силу этого завершается.
[0092] Процесс формирования фрагментов катушки на нижней поверхности
Затем, на первом этапе формирования рисунка нижней поверхности, фоторезист 11 наносится на нижнюю поверхность 10D проводник 10 на стороне нижней поверхности подложки 2, на которой формируется изолирующая пленка 14 на втором этапе формирования изолирующей пленки верхней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7K. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагменте, который соответствует фрагменту 40D нижней поверхности проводника 40 и фрагментам 80T в направлении толщины проводника 80.
[0093] Затем, на первом этапе травления нижней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на нижнюю поверхность 10D проводника 10 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на первом этапе формирования рисунка нижней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7L. Нижняя поверхность 2D подложки 2 является раскрытой вследствие переноса. Вследствие раскрытости, проводник 40, к примеру, показанный на фиг. 7L, завершается.
[0094] Затем, на первом этапе формирования изолирующей пленки нижней поверхности, нижняя поверхность 2D (см. фиг. 7L) подложки 2, которая является раскрытой на первом этапе травления нижней поверхности, подвергается тепловой окислительной обработке, как проиллюстрировано на фиг. 7M. За счет тепловой окислительной обработки, формируется изолирующая пленка 15 на нижней поверхности 2D.
[0095] Затем, на втором этапе формирования рисунка нижней поверхности, фоторезист 11 наносится на нижнюю поверхность 15D изолирующей пленки 15, которая формируется на первом этапе формирования изолирующей пленки нижней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7N. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагментах, которые соответствуют фрагментам 80T в направлении толщины проводника 80. При этом формировании, нижняя поверхность 15D изолирующей пленки 15 является раскрытой.
[0096] Затем, на втором этапе травления нижней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на нижнюю поверхность 15D изолирующей пленки 15 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на втором этапе формирования рисунка нижней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7O. Нижние поверхности 80Td фрагментов 80T в направлении толщины являются раскрытыми вследствие переноса.
[0097] Затем, на этапе формирования пленки фрагмента 80D нижней поверхности проводника 80, проводник 14 формируется посредством CVD-способа на нижних поверхностях 80Td (см. фиг. 7O), которые являются раскрытыми доступа на втором этапе травления нижней поверхности, и на нижней поверхности 2D подложки 2 (см. фиг. 7O), как проиллюстрировано на фиг. 7P. При этом формировании пленки, фрагменты 80T в направлении толщины проводника 80 электрически соединяются друг с другом через фрагмент 80D нижней поверхности.
[0098] Затем, на третьем этапе формирования рисунка нижней поверхности, фоторезист 11 наносится на нижнюю поверхность 14D проводника 14, который формируется на этапе формирования пленки фрагмента 80D нижней поверхности проводника 80, как проиллюстрировано на фиг. 7Q. После этого, в фоторезисте 11, рисунок катушки, который не показан, формируется в фрагменте, который соответствует фрагменту 80D нижней поверхности проводника 80.
[0099] Затем, на третьем этапе травления нижней поверхности, рисунок катушки, который не показан, переносится на нижнюю поверхность 14D проводника 14 посредством травления с использованием рисунка катушки, который не показан, сформированного на третьем этапе формирования рисунка нижней поверхности, как проиллюстрировано на фиг. 7R. Нижняя поверхность 2D подложки 2 является раскрытой вследствие переноса, идентично фиг. 7L. Вследствие этой раскрытости, проводник 80, к примеру, показанный на фиг. 7R, завершается.
[0100] Затем, на втором этапе формирования изолирующей пленки нижней поверхности, нижняя поверхность 2D (см. фиг. 7R) подложки 2, которая является раскрытой на третьем этапе травления нижней поверхности, подвергается тепловой окислительной обработке, как проиллюстрировано на фиг. 7S. За счет тепловой окислительной обработки, формируется изолирующая пленка 16 на нижней поверхности 2D. Процесс формирования фрагментов катушки на нижней поверхности в силу этого завершается. Хотя не показано, обработка выравнивания поверхности, такая как способ CMP (химико-механического полирования), может надлежащим образом добавляться в процесс формирования фрагментов катушки на верхней поверхности и процесс формирования фрагментов катушки на нижней поверхности.
[0101] После этого описывается характерная операция силового индуктора 1C.
В третьем варианте осуществления, основные направления магнитных полей, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, соответственно, являются идентичными основным направлениям магнитных полей, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты катушки.
Таким образом, посредством формирования двухслойных фрагментов катушки, плотность (N/l) витков увеличивается. Следовательно, можно получать более высокую индуктивность по сравнению со случаем, в котором фрагмент катушки является однослойным.
[0102] В третьем варианте осуществления, проводники 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружных слоях межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, которые формируются между проводниками 40 фрагментов 4A-4F катушки.
Таким образом, межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки, которые выступают в качестве путей, через которые утекают магнитные потоки, которые формируются посредством фрагментов 4A-4F катушки (пути магнитного потока утечки), имеют такую форму, что они блокируются посредством проводников фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
Таким образом, можно получать более высокую индуктивность, поскольку магнитный поток утечки из межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки может уменьшаться.
[0103] В третьем варианте осуществления, число (четыре) проводников 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя меньше числа (одиннадцать) проводников 40 фрагментов 4A-4F катушки.
Таким образом, число межвитковых зазоров 9 фрагмента катушки уменьшается по сравнению с межвитковыми зазорами 5 фрагмента катушки. Как результат, число между витками фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя уменьшается, в то время как магнитный поток утечки из межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки уменьшается посредством проводников 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Как результат, магнитный поток утечки всего силового индуктора 1C уменьшается.
Следовательно, может получаться силовой индуктор 1C с высокой индуктивностью.
[0104] В третьем варианте осуществления, фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, соответственно, соединяются последовательно с фрагментами 4A-4F катушки.
Таким образом, появляется возможность взаимно сцеплять фрагменты 4A-4F катушки и магнитные потоки, которые формируются в фрагментах 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, через фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя и фрагменты 4A-4F катушки. За счет этого можно подавлять магнитный поток утечки даже в отсутствие магнитного материала в фрагменте катушки.
Таким образом, можно подавлять магнитный поток утечки даже в конструкции, в которой проницаемость в фрагменте катушки является низкой, и магнитный поток утекает легко через межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки.
Помимо этого, поскольку фрагменты катушки и фрагменты катушки со стороны наружного слоя последовательно соединяются, и соединительные фрагменты находятся на одном конце, соединение с множеством катушки упрощается таким образом, что плотность индуктивности может улучшаться.
Другие операции являются идентичными операциям в первом варианте осуществления, так что их описания опускаются.
[0105] Далее описываются преимущества.
Нижеперечисленные преимущества могут получаться согласно силовому индуктору 1C третьего варианта осуществления.
[0106] (8) Предоставляется, по меньшей мере, один из фрагмента катушки со стороны наружного слоя (фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя), который располагается на наружном слое фрагментов катушки (фрагментов 4A-4F катушки) через изоляционные фрагменты (проводники 80), и
- основные направления магнитных полей, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты катушки со стороны наружного слоя (фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя), являются идентичными основным направлениям магнитных полей, которые формируются в соответствии с током, протекающим через фрагменты катушки (фрагменты 4A-4F катушки) (фиг. 6).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(7), можно получать более высокую индуктивность по сравнению со случаем, в котором фрагмент катушки является однослойным.
[0107] (9) Проводники (проводники 80) фрагментов катушки со стороны наружного слоя (фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя) располагаются на наружных слоях изоляционных фрагментов (межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки), которые формируются между проводниками (проводниками 40) фрагментов катушки (фрагментов 4A-4F катушки) (фиг. 5).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(8), можно получать более высокую индуктивность, поскольку можно уменьшать магнитный поток утечки из изоляционных фрагментов (межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки).
[0108] (10) Число проводников (проводников 80) фрагментов катушки со стороны наружного слоя (фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя) меньше числа проводников (проводников 40) фрагментов катушки (фрагментов 4A-4F катушки) (фиг. 5).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(9), может получаться индуктор (силовой индуктор 1C) с высокой индуктивностью.
[0109] (11) Фрагменты катушки со стороны наружного слоя (фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя) последовательно соединяются с фрагментами катушки (фрагментами 4A-4F катушки) (фиг. 5 и 6).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(10), можно подавлять магнитный поток утечки даже в конструкции, в которой проницаемость в фрагментах катушки (фрагментах 4A-4F катушки) является низкой, и магнитный поток легко утекает через изоляционные фрагменты (межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки).
Четвертый вариант осуществления
[0110] Четвертый вариант осуществления представляет собой пример, в котором множество последовательно соединенных фрагментов катушки и множество последовательно соединенных фрагментов катушки со стороны наружного слоя соединяются параллельно.
[0111] Сначала описывается конфигурация.
Индуктор согласно четвертому варианту осуществления применяется к силовому индуктору (одному примеру индуктора), который соединяется с инвертором электромотора/генератора, идентично первому варианту осуществления. Ниже отдельно описываются "общая конфигурация", "размерная конфигурация" и "конфигурация соединения" относительно конфигурации силового индуктора согласно четвертому варианту осуществления.
[0112] Общая конфигурация
Фиг. 8 иллюстрирует общую конфигурацию силового индуктора согласно четвертому варианту осуществления. Ниже описывается общая конфигурация со ссылкой на фиг. 8.
[0113] Силовой индуктор 1D четвертого варианта осуществления получается посредством формирования фрагмента катушки, который служит в качестве базового компонента, внутри материала, идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1D представляет собой индуктор, который использует подложку 2 из кремния (материала основания), идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1D содержит множество ферритовых сердечников 3 (фрагментов сердечника), множество фрагментов 4A-4F катушки (например, медных), межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки (изоляционные фрагменты), электродную часть 6 (фрагмент контактных выводов), электродную часть 7 (фрагмент контактных выводов) и множество фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя (например, медных). Начальные фрагменты S намотки на фиг. 8 указывают начальный фрагмент S намотки каждого из фрагментов 4A-4F катушки и каждого из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Конечные фрагменты E намотки указывают конечный фрагмент E намотки каждого из фрагментов 4A-4F катушки и каждого из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
[0114] Подложка 2 служит в качестве опоры, которая поддерживает каждый из ферритовых сердечников 3, каждый из фрагментов 4A-4F катушки, электродную часть 6, электродную часть 7 и каждый из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
[0115] Каждый из ферритовых сердечников 3 придерживается изогнутого пути и взаимно сцепляет магнитный поток, который формируется в каждом из фрагментов 4A-4F катушки и каждом из фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Каждый ферритовый сердечник 3 располагается между фрагментами 4A-4F катушки и служит в качестве пути магнитного потока, который соединяет фрагменты 4A-4F катушки между собой. Ферритовый сердечник 3, который соединяет конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки и начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, задается как ферритовый сердечник 3E для контактных выводов.
[0116] Каждый из фрагментов 4A-4F катушки формирует магнитный поток в соответствии с приложенным током. Фрагменты 4A-4F катушки формируются рядом в направлении по оси Y. Ввод электрического тока в и вывод электрического тока из фрагментов 4A-4F катушки возникают относительно электрода 6 и электрода 7, соответственно.
[0117] Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки формируются между проводниками 40 фрагментов 4A-4F катушки. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки электрически изолируют смежные проводники 40 друг от друга. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки покрыты пленкой на основе оксида кремния (не показана). Фрагменты 5n диагональных элементов представляют собой фрагменты, в которых соединяются смежные проводники 40, смещенные в направлении по оси X.
[0118] Электродная часть 6 (например, медная) и электродная часть 7 (например, медная) соединяют ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с наружной частью. Электродная часть 6 соединяет ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с аккумулятором, который не показан, через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки. Электродная часть 7 соединяет ферритовые сердечники 3, фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя с инвертором, который не показан, через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки.
[0119] Множество фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя формирует магнитные потоки в соответствии с приложенным током, идентично фрагментам 4A-4F катушки. Фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя формируются рядом в направлении по оси Y. Фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружных слоях фрагментов 4A-4F катушки через пленку на основе оксида кремния (изоляционный фрагмент) (не показана). Проводники 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются на наружных слоях межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Позиции межвитковых зазоров 9 фрагмента катушки и межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки сдвигаются в направлении горизонтальной плоскости (направлении по оси X) подложки 2. Межвитковые зазоры 9 фрагмента катушки формируются между проводниками 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Число (четыре) проводников 80 фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя меньше числа (одиннадцать) проводников 40 фрагментов 4A-4F катушки.
[0120] Размерная конфигурация
Ниже описывается размерная конфигурация со ссылкой на фиг. 8.
[0121] В фрагментах 4A-4F катушки, ширина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет w, идентично первому варианту осуществления. В фрагментах 4A-4F катушки, толщина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет t, идентично первому варианту осуществления. Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения, идентично первому варианту осуществления.
[0122] Межвитковый зазор 5 фрагмента катушки составляет ширину d в направлении по оси Z, идентично первому варианту осуществления. В межвитковых зазорах 5 фрагмента катушки, фрагменты 5n диагональных элементов имеют ширину d' (d>d') идентично первому варианту осуществления. Во всех областях фрагментов 4A-4F катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагментов 4A-4F катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, идентично первому варианту осуществления. Таким образом, верхнее предельное значение ширины w задается равным значению, при котором можно поддерживать значение сопротивления каждого из фрагментов 4A-4F катушки равным требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение ширины w задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Верхнее предельное значение толщины t задается равным значению, при котором можно поддерживать величину магнитного потока утечки равной требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение толщины t задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
[0123] Конфигурация соединения
Ниже описывается конфигурация соединения со ссылкой на фиг. 8.
[0124] Фрагменты 4A-4F катушки последовательно соединяются друг с другом через начальный фрагмент S намотки.
Фрагменты катушки со стороны наружного слоя также соединяются последовательно друг с другом через начальный фрагмент S намотки. Последовательно соединенные фрагменты 4A-4F катушки и последовательно соединенные фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя соединяются параллельно.
[0125] Электрический ток, который протекает в начальный фрагмент S намотки фрагмента 8A катушки со стороны наружного слоя и фрагмента 4A катушки из аккумулятора, который не показан, через электродную часть 6, разветвляется в сторону фрагмента 4A катушки и сторону фрагмента 8A катушки со стороны наружного слоя. Электрический ток, который протекает в сторону фрагмента 4A катушки, протекает через фрагмент 4A катушки в направлении против часовой стрелки относительно направления по оси X. Электрический ток, который протекает в сторону фрагмента 8A катушки со стороны наружного слоя, также протекает через фрагмент 8A катушки со стороны наружного слоя в направлении против часовой стрелки относительно направления по оси X. Таким образом, основное направление магнитного поля, которое формируется в фрагменте 4A катушки (направление по оси -X), является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в фрагменте 8A катушки со стороны наружного слоя (направлению по оси -X).
[0126] Затем, ток, который проходит через фрагмент 4A катушки, и ток, который проходит через фрагмент 8A катушки со стороны наружного слоя, первоначально сливаются в начальном фрагменте S намотки фрагмента 8B катушки со стороны наружного слоя и фрагмента 4B катушки и затем повторно разветвляются. Электрический ток, который протекает в сторону фрагмента 4B катушки, протекает через фрагмент 4B катушки в направлении по часовой стрелке относительно направления по оси X. Электрический ток, который протекает в сторону фрагмента 8B катушки со стороны наружного слоя, также протекает через фрагмент 8B катушки со стороны наружного слоя в направлении по часовой стрелке относительно направления по оси X. Таким образом, основное направление магнитного поля, которое формируется в фрагменте 4B катушки (направление по оси +X), является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в фрагменте 8B катушки со стороны наружного слоя (направлению по оси +X).
[0127] Затем, ток, который завершает протекание через фрагмент 4B катушки, и ток, который завершает протекание через фрагмент 8B катушки со стороны наружного слоя временно, сливаются в начальном фрагменте S намотки фрагмента 8C катушки со стороны наружного слоя и фрагмента 4C катушки и затем продолжают разветвляться и сливаться. Таким образом, ток, который завершает протекание через фрагмент 4B катушки, протекает в следующем порядке: фрагмент 4C катушки -> фрагмент 4D катушки -> фрагмент 4E катушки -> фрагмент 4F катушки. Ток, который проходит через фрагмент 8B катушки со стороны наружного слоя, протекает в следующем порядке: фрагмент 8C катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 8D катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 8E катушки со стороны наружного слоя -> фрагмент 8F катушки со стороны наружного слоя. В это время, основное направление магнитного поля, которое формируется в каждом из фрагментов 4C, 4D, 4E, 4F катушки, соответственно, является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в каждом из фрагментов 8C, 8D, 8E, 8F катушки со стороны наружного слоя. Затем, электрический ток, который сливается в конечном фрагменте E намотки фрагмента 8F катушки со стороны наружного слоя и фрагмента 4F катушки, выводится в инвертор, который не показан, через электродную часть 7.
[0128] Далее описываются операции.
В дальнейшем отдельно описываются "операция рассеяния количества вырабатываемого тепла" и "характерная операция силового индуктора 1D" относительно операций силового индуктора 1D согласно первому варианту осуществления.
[0129] Операция рассеяния количества вырабатываемого тепла
Предполагается, что взаимосвязь N0>N1 является справедливой, когда число последовательных соединений фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя составляет N0, и число последовательных соединений фрагментов 4A-4F катушки составляет N1. Следует отметить, что относительно частоты переключения преобразователя электрической мощности, к которому применяется силовой индуктор 1D согласно четвертому варианту осуществления, импеданс множества последовательно соединенных фрагментов 4A-4F катушки и импеданс последовательно соединенных фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя сконструированы с возможностью быть в сущности идентичными. Когда плотность B магнитного потока является идентичной, значение индуктивности L является пропорциональным числу витков N. При условии, что на частоте переключения, толщина поперечного сечения катушки меньше глубины скин-слоя, и скин-эффект может игнорироваться, когда следующая аппроксимация (3), по существу, удовлетворяется, импеданс является в сущности идентичным. Индуктивность L0 в выражении (3) отношения является индуктивностью в расчете на единицу виток катушки.
Здесь, "частота переключения" обращается к одной из схемных спецификаций переключающего регулятора.
[0130] Таким образом, площадь поперечного сечения фрагмента катушки фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя меньше площади поперечного сечения катушки фрагментов 4A-4F катушки. Таким образом, ток компонента частоты переключения протекает равномерно между фрагментами 4A-4F катушки и фрагментами 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Как результат, тепло, вырабатываемое посредством фрагментов 4A-4F катушки и фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, рассеивается.
Направления токов, которые протекают через фрагменты 4A-4F катушки и фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, являются идентичными направлениям тока на фиг. 6. Соединительные фрагменты между множеством последовательно соединенных фрагментов 4A-4F катушки и фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя располагаются с обоих концов фрагментов 4A-4F катушки и фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
[0131] Характерная операция силового индуктора 1D
В четвертом варианте осуществления, последовательно соединенные фрагменты 4A-4F катушки и последовательно соединенные фрагменты 8A-8F катушки со стороны наружного слоя соединяются параллельно.
Таким образом, ток протекает равномерно между фрагментами 4A-4F катушки и фрагментами 8A-8F катушки со стороны наружного слоя.
Таким образом, можно улучшать плотность тока, который может прикладываться к силовому индуктору 1D.
Помимо этого, площадь поперечного сечения фрагмента катушки фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя меньше площади поперечного сечения катушки фрагментов 4A-4F катушки. Таким образом, ток компонента частоты переключения протекает равномерно между фрагментами 4A-4F катушки и фрагментами 8A-8F катушки со стороны наружного слоя. Как результат, тепло, вырабатываемое посредством фрагментов 4A-4F катушки и фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя, рассеивается.
Другие операции являются идентичными операциям в первом варианте осуществления, так что их описания опускаются.
[0132] Ниже описываются преимущества.
Нижеперечисленные преимущества могут получаться согласно силовому индуктору 1D четвертого варианта осуществления.
[0133] (12) Множество фрагментов катушки (фрагментов 4A-4F катушки) соединяются между собой последовательно, множество фрагментов катушки со стороны наружного слоя (фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя) соединяются между собой последовательно, и множество последовательно соединенных фрагментов катушки (фрагментов 4A-4F катушки) и множество последовательно соединенных фрагментов катушки со стороны наружного слоя (фрагментов 8A-8F катушки со стороны наружного слоя) соединяются параллельно (фиг. 8).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(10), можно улучшать плотность тока, который может прикладываться к индуктору (силовому индуктору 1D).
Пятый вариант осуществления
[0134] Пятый вариант осуществления представляет собой пример, в котором ширина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки.
[0135] Сначала описывается конфигурация.
Индуктор согласно пятому варианту осуществления применяется к силовому индуктору (одному примеру индуктора), который соединяется с инвертором электромотора/генератора, идентично первому варианту осуществления. Ниже отдельно описываются "общая конфигурация" и "размерная конфигурация" относительно конфигурации силового индуктора согласно пятому варианту осуществления.
[0136] Общая конфигурация
Фиг. 9 иллюстрирует общую конфигурацию силового индуктора согласно пятому варианту осуществления. Ниже описывается общая конфигурация со ссылкой на фиг. 9.
[0137] Силовой индуктор 1E пятого варианта осуществления получается посредством формирования фрагмента катушки, который служит в качестве базового компонента, внутри материала, идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1E представляет собой индуктор, который использует подложку 2 из кремния (материала основания), идентично первому варианту осуществления. Силовой индуктор 1E содержит множество ферритовых сердечников 3 (фрагментов сердечника), множество фрагментов 4A-4F катушки (например, медных), межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки (изоляционные фрагменты), электродную часть 6 (фрагмент контактных выводов) и электродную часть 7 (фрагмента контактных выводов). Начальные фрагменты S намотки на фиг. 9 указывают начальный фрагмент S намотки каждого из фрагментов 4A-4F катушки. Конечные фрагменты E намотки указывают конечный фрагмент E намотки каждого из фрагментов 4A-4F катушки.
[0138] Подложка 2 служит в качестве опоры, которая поддерживает каждый из ферритовых сердечников 3, каждый из фрагментов 4A-4H катушки, электродную часть 6 и электродную часть 7. Подложка 2 имеет прямоугольную внешнюю форму.
[0139] Каждый из ферритовых сердечников 3 придерживается изогнутого пути и взаимно сцепляет магнитный поток, который формируется посредством каждого из фрагментов 4A-4F катушки. Каждый ферритовый сердечник 3 располагается между фрагментами 4A-4F катушки и служит в качестве пути магнитного потока, который соединяет фрагменты 4A-4F катушки. Ферритовый сердечник 3, который соединяет конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки и начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, задается как ферритовый сердечник 3E для контактных выводов.
[0140] Каждый из фрагментов 4A-4F катушки формирует магнитный поток в соответствии с приложенным током. Фрагменты 4A-4F катушки формируются рядом в направлении по оси Y на плоскости подложки 2. Фрагменты 4A-4F катушки соединяются между собой последовательно. Ввод электрического тока в и вывод электрического тока из фрагментов 4A-4F катушки возникают относительно электрода 6 и электрода 7, соответственно. Таким образом, электрический ток, который вводится из электрода 6 через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки, протекает через фрагменты 4A-4F катушки и выводится в наружную часть из электрода 7 через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки. Помимо этого, основные направления магнитных полей, которые формируются в соответствии с электрическим током, отличаются между фрагментами 4B, 4D и 4F катушки и фрагментами 4A, 4C, 4E и 4G катушки. Таким образом, основное направление магнитных полей, которые формируются в фрагментах 4B, 4D и 4F катушки, представляет собой направление по оси +X. Основное направление магнитных полей, которые формируются в фрагментах 4A, 4C и 4E катушки, представляет собой направление по оси -X.
[0141] Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки формируются между проводниками 40 фрагментов 4A-4F катушки. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки электрически изолируют смежные проводники 40 друг от друга. Межвитковые зазоры 5 фрагмента катушки покрыты пленкой на основе оксида кремния (не показана).
[0142] Электродная часть 6 (например, медная) и электродная часть 7 (например, медная) соединяют ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4F катушки с наружной частью. Электродная часть 6 соединяет ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4F катушки с аккумулятором, который не показан, через начальный фрагмент S намотки фрагмента 4A катушки. Электродная часть 7 соединяет ферритовые сердечники 3 и фрагменты 4A-4F катушки с инвертором, который не показан, через конечный фрагмент E намотки фрагмента 4F катушки.
[0143] Размерная конфигурация
Ниже описывается размерная конфигурация со ссылкой на фиг. 9.
[0144] В фрагментах 4A-4F катушки, ширина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет w, идентично первому варианту осуществления. В фрагментах 4A-4F катушки, толщина площадей S1 прямоугольного поперечного сечения составляет t, идентично первому варианту осуществления. Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения, идентично первому варианту осуществления.
[0145] Межвитковый зазор 5 фрагмента катушки составляет ширину d в направлении по оси Z, идентично первому варианту осуществления. Относительно межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, фрагменты 5n диагональных элементов, в которых соединяются проводники 40 фрагментов 4A, 4C, 4E катушки, смещенные в направлении по оси X, имеют ширину d' (d>d'), идентично первому варианту осуществления. Хотя затемнено и не видно на фиг. 9, фрагменты 5n диагональных элементов, в которых соединяются проводники 40 фрагментов 4B, 4D и 4F катушки, смещенные в направлении по оси X, также имеют ширину d' (d>d'). Во всех областях фрагментов 4A-4F катушки, как ширина w, так и толщина t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагментов 4A-4F катушки задаются больше ширины d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки, идентично первому варианту осуществления. Таким образом, верхнее предельное значение ширины w задается равным значению, при котором можно поддерживать значение сопротивления каждого из фрагментов 4A-4F катушки равным требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение ширины w задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки. Верхнее предельное значение толщины t задается равным значению, при котором можно поддерживать величину магнитного потока утечки равной требуемому значению или ниже. Нижнее предельное значение толщины t задается равным значению, которое превышает ширину d межвитковых зазоров 5 фрагмента катушки.
[0146] Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4D катушки увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки 2 в направлении по оси +X (w3>w2>w1).
[0147] Ниже описываются операции.
В дальнейшем отдельно описываются "базовая операция понижения температурного" и "характерная операция силового индуктора 1E" относительно операций силового индуктора 1E согласно пятому варианту осуществления.
[0148] Базовая операция понижения температуры
В силовом индукторе 1E, когда множество фрагментов катушки размещаются, площади поперечного сечения фрагментов катушки в центральном фрагменте подложки силового индуктора задаются больше площадей поперечного сечения фрагментов катушки во внешнем периферийном фрагменте подложки индуктора. В частности, площадь поперечного сечения фрагмента катушки увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки, в то время как площадь, на которой магнитные потоки взаимно сцепляются, не изменяется. Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 9, используется конструкция, в которой взаимосвязь w3>w2>w1 является справедливой, и плотность (N/l) витков уменьшается к центру. При такой конструкции, появляется возможность уменьшать количество тепла, вырабатываемого в центральном фрагменте подложки индуктора, в котором температура становится относительно высокой, больше, чем во внешнем периферийном фрагменте. Таким образом, количество вырабатываемого тепла становится равномерным, и появляется возможность предотвращать вырабатывание локализованного тепла посредством индуктора. Как результат, можно уменьшать максимальную температуру индуктора. Помимо этого, также можно эффективно использовать термодиффузию для того, чтобы охлаждать индуктор. Таким образом, можно уменьшать макроскопическое тепловое сопротивление в индукторе.
Здесь, "термодиффузия" означает явление перемещения вещества при температурном градиенте. "Тепловое сопротивление" является значением, которое представляет сложность при передаче тепла и означает величину роста температуры в расчете на количество вырабатываемого тепла в единицу времени.
[0149] Характерная операция силового индуктора 1E
В пятом варианте осуществления, ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента 4D катушки увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки 2 в направлении по оси +X (w3>w2>w1).
Таким образом, вследствие соотношения абсолютных величин w3>w2>w1, конструкция является такой, что плотность (N/l) витков уменьшается к центру подложки 2. Таким образом, появляется возможность уменьшать количество тепла, вырабатываемого в центральном фрагменте подложки 2, в котором температура становится относительно высокой, больше, чем во внешнем периферийном фрагменте. Количество тепла, вырабатываемого в силовом индукторе 1E, в силу этого становится равномерным. Таким образом, можно предотвращать вырабатывание локализованного тепла посредством силового индуктора 1E.
Как результат, можно уменьшать максимальную температуру силового индуктора 1E.
Другие операции являются идентичными операциям в первом варианте осуществления, так что их описания опускаются.
[0150] Далее описываются преимущества.
Нижеперечисленные преимущества могут получаться для силового индуктора 1E согласно пятому варианту осуществления.
[0151] (13) Ширина (ширина w) площадей прямоугольного поперечного сечения (площадей S1 поперечного сечения) фрагмента катушки (фрагмента 4D катушки) увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки (подложки 2) (фиг. 9).
Таким образом, помимо вышеприведенных преимуществ (1)-(12), можно уменьшать максимальную температуру индуктора (силового индуктора 1E).
[0152] Выше описан индуктор настоящего изобретения на основе первого-пятого вариантов осуществления, но их конкретные конфигурации не ограничены этими вариантами осуществления, и различные модификации и добавления в конструкцию могут вноситься без отступления от объема изобретения согласно каждому пункту формулы изобретения.
[0153] В первом-пятом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых фрагменты катушки изготовлены из меди. Помимо этого, в третьем и четвертом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых фрагменты катушки со стороны наружного слоя изготовлены из меди. Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, фрагменты катушки и фрагменты катушки со стороны наружного слоя могут формироваться из металлов, таких как серебро, золото или алюминий. Вкратце, любой металл с относительно высокой проводимостью является подходящим.
[0154] В первом-пятом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых материал основания представляет собой кремний. Тем не менее, изобретение не ограничено этим. Например, материал основания может представлять собой феррит, эпоксидный стеклопластик и т.п. В случае если материал основания представляет собой феррит, фрагмент, который заполнен магнитным материалом, который уменьшает магнитный поток утечки, увеличивается, и может получаться высокая индуктивность. В случае если материал основания представляет собой эпоксидный стеклопластик, поскольку материал основания может формироваться с использованием идентичного устройства, используемого для печатных плат, индуктор может изготавливаться при низких затратах.
[0155] В первом-пятом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых межвитковые зазоры фрагмента катушки заполнены и изолируются пленкой на основе оксида кремния. Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, межвитковые зазоры фрагмента катушки могут изолироваться посредством заполнения кремнием, который представляет собой материал основания, и пленкой на основе оксида кремния. Вкратце, достаточно, если межвитковые зазоры фрагмента катушки заполнены изоляционным материалом.
[0156] В первом-пятом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки задается больше толщины t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения (w>t). Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Ширина w площадей S1 прямоугольного поперечного сечения может задаваться равной, по меньшей мере, толщине t площадей S1 прямоугольного поперечного сечения (w≥2t). Как результат, можно увеличивать площадь, которая окружена посредством фрагмента катушки, при подавлении электрического сопротивления, даже когда пространство компоновки подложки 2 ограничено. Хотя плотность (N/l) витков нарушается посредством увеличения w, чрезмерное увеличение плотности (N/l) витков вызывает магнитное насыщение, и плотность магнитного потока сердечника достигает плотности магнитного потока насыщения. Таким образом, может получаться такое преимущество, что можно поддерживать плотность магнитного потока сердечника равной требуемому значению, которое меньше или равно плотности магнитного потока насыщения, даже если плотность (N/l) витков нарушается.
[0157] Во втором варианте осуществления, показан пример, в котором зазор G заполнен немагнитным материалом, таким как воздух. Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, зазор G может быть заполнен элементом, имеющим относительную проницаемость в 10 или меньше. Вкратце, достаточно, если зазор G заполнен элементом, который имеет относительно низкую проницаемость.
[0158] Во втором варианте осуществления, показан пример, в котором проницаемость в каждом из фрагментов 4A-4H катушки уменьшается в крайнем внутреннем фрагменте по сравнению с концевым фрагментом 4e, чтобы регулировать проницаемость всего пути магнитного потока. Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, проницаемость всего пути магнитного потока может регулироваться посредством размещения ферритового сердечника, в котором частицы магнитного материала спекаются через изолирующий слой, в фрагменте внутренних частей фрагментов 4A-4H катушки за исключением концевых фрагментов 4e, в диапазоне, в котором магнитное насыщение не достигается. Вкратце, достаточно, если сердечник с относительной проницаемостью в 100 или более размещен в фрагменте внутренних частей фрагментов 4A-4H катушки за исключением концевых фрагментов 4e. Материал основания в это время может представлять собой материал печатной платы, такой как подложка Si или FR4. Помимо этого, ферритовая подложка магнитного материала и т.д. может использоваться посредством использования способа обработки, который сохраняет фрагмент сердечника.
Здесь, "FR (огнезащитный тип) 4" (см. фиг. 3) означает материал, полученный посредством пропитки стеклоткани эпоксидной смолой и применения обработки теплового отверждения к ней, чтобы формировать пластину.
[0159] Во втором варианте осуществления, показан пример, в котором проводник 13 формируется на верхней поверхности 80Tu и верхней поверхности 2U подложки 2 посредством CVD-способа (см. фиг. 7G). Помимо этого, во втором варианте осуществления, показан пример, в котором проводник 14 формируется на нижней поверхности 80Td и нижней поверхности 2D подложки 2 посредством CVD-способа (см. фиг. 7P). Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, известные способы, такие как способ напыления и способ вакуумного выпаривания, могут использоваться в качестве способа формирования пленки.
[0160] Во втором варианте осуществления, показан пример, в котором основные направления магнитных потоков, которые формируются в соответствии с электрическим током (направление по оси +X, направление по оси -X), отличаются во множестве фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки). Тем не менее, изобретение не ограничено таким образом. Например, оси множества фрагментов катушки (фрагментов 4A-4H катушки) могут отличаться. Таким образом, магнитные потоки, которые формируются вдоль осей, могут связываться последовательно между фрагментами 4A-4H катушки. Таким образом, число (N) витков магнитно-связанных фрагментов 4A-4H катушки, которые последовательно соединяются, увеличивается. Как результат, можно улучшать индуктивность без увеличения плотности магнитного потока. Следовательно, могут достигаться преимущества, идентичные вышеуказанному преимуществу (6).
[0161] В первом-пятом вариантах осуществления, показаны примеры, в которых индуктор настоящего изобретения применяется к инвертору, который используется в качестве устройства преобразования переменного тока в постоянный электромотора/генератора. Тем не менее, индуктор настоящего изобретения может применяться к различным устройствам преобразования мощности, отличным от инвертора.
Пояснения к обозначениям ссылок
[0162] d - ширина
H - магнитное поле
S1 - площадь прямоугольного поперечного сечения
w - ширина
1A, 1B, 1C, 1D, 1E - силовой индуктор (индуктор)
2 - подложка
3 - ферритовый сердечник (фрагмент сердечника)
4, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H - фрагмент катушки
8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F - фрагмент катушки со стороны наружного слоя
5 - межвитковый зазор фрагмента катушки (изоляционный фрагмент)
6 - электродная часть (фрагмент контактных выводов)
7 - электродная часть (фрагмент контактных выводов)
40 - проводник
80 - проводник
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА С ПОПЕРЕЧНЫМ ПОТОКОМ | 2011 |
|
RU2518187C2 |
| Излучатель нестационарного магнитного поля, его соединение в системе и способ модуляции данных | 2013 |
|
RU2650083C2 |
| УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПОПЕРЕЧНЫМ ПОТОКОМ | 2011 |
|
RU2518175C2 |
| МОНОПОЛЬНАЯ АНТЕННА С ЗАМКНУТЫМ СЕРДЕЧНИКОМ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2014 |
|
RU2601527C2 |
| РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР | 2017 |
|
RU2753347C2 |
| СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) | 2018 |
|
RU2708036C1 |
| СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ | 2009 |
|
RU2506678C2 |
| СТАТОР С КЛЕММНЫМ СОЕДИНИТЕЛЕМ | 2018 |
|
RU2776036C2 |
| БЛОК КАТУШКИ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ. | 2015 |
|
RU2657235C1 |
| ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПОНЕНТ И ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО | 2014 |
|
RU2575944C2 |
Устройство относится к электротехнике. Технический результат состоит в одновременном улучшении индуктивности и плотности тока. Индуктор (1A) с использованием подложки (2) в качестве материала основания содержит фрагмент (3) сердечника, фрагмент (4) катушки, изоляционные фрагменты (5), сформированные между проводниками (40) фрагмента (4) катушки, и фрагменты (6, 7) контактных выводов, которые соединяют фрагмент (3) сердечника и фрагмент (4) катушки с наружной частью. Основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте (4) катушки, идет в направлении на плоскости подложки (2). По меньшей мере, в фрагменте для фрагмента (4) катушки как ширина (w), так и толщина (t) площади (S1) прямоугольного поперечного сечения фрагмента (4) катушки задаются больше ширины (d) изоляционного фрагмента (5). 12 з.п. ф-лы, 27 ил.
1. Индуктор с использованием подложки в качестве материала основания, содержащий: фрагмент сердечника; фрагмент катушки; изоляционный фрагмент, сформированный между проводниками фрагмента катушки; и фрагмент контактных выводов, соединяющий фрагмент сердечника и фрагмент катушки с наружной частью, при этом основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, протекающим через фрагмент катушки, идет в направлении на плоскости подложки, и по меньшей мере, в фрагменте для фрагмента катушки как ширина, так и толщина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки задаются больше ширины изоляционного фрагмента.
2. Индуктор по п. 1, в котором как ширина, так и толщина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки задаются больше ширины изоляционного фрагмента во всех областях фрагмента катушки.
3. Индуктор по п. 1 или 2, в котором ширина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки задается больше толщины площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки.
4. Индуктор по любому из пп. 1-3, в котором предоставляется множество фрагментов катушки, множество фрагментов катушки формируются рядом в направлении на плоскости подложки и магнитный поток формируется в соответствии с током, протекающим через множество фрагментов катушки, которые связываются последовательно внутри множества фрагментов катушки.
5. Индуктор по любому из пп. 1-4, в котором предоставляется множество фрагментов катушки, имеющих различные основные направления, и магнитный поток формируется в соответствии с током, протекающим через множество фрагментов катушки, которые связываются последовательно между множеством фрагментов катушки.
6. Индуктор по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий: по меньшей мере, один фрагмент катушки со стороны наружного слоя, расположенный на наружном слое фрагмента катушки через изоляционный фрагмент, и основное направление магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте катушки со стороны наружного слоя, является идентичным основному направлению магнитного поля, которое формируется в соответствии с током, который протекает в фрагменте катушки.
7. Индуктор по п. 6, в котором фрагмент катушки со стороны наружного слоя имеет проводники, расположенные на наружном слое изоляционного фрагмента, который формируется между проводниками фрагмента катушки.
8. Индуктор по п. 6 или 7, в котором число проводников фрагмента катушки со стороны наружного слоя меньше числа проводников фрагмента катушки.
9. Индуктор по любому из пп. 6-8, в котором фрагмент катушки со стороны наружного слоя последовательно соединяется с фрагментом катушки.
10. Индуктор по любому из пп. 6-8, в котором множество фрагментов катушки соединяются между собой последовательно, множество фрагментов катушки со стороны наружного слоя соединяются между собой последовательно и множество последовательно соединенных фрагментов катушки и множество последовательно соединенных фрагментов катушки со стороны наружного слоя соединяются параллельно.
11. Индуктор по любому из пп. 5-10, в котором фрагмент сердечника располагается между, по меньшей мере, одним из фрагментов катушки.
12. Индуктор по любому из пп. 1-11, в котором ширина площади прямоугольного поперечного сечения фрагмента катушки увеличивается с уменьшением расстояния до центра подложки.
13. Индуктор по любому из пп. 1-12, в котором материал основания представляет собой любое из кремния, феррита или эпоксидного стеклопластика.
| US 2003189788 B2, 09.10.2003 | |||
| US 2006288564 B2, 28.12.2006 | |||
| JP 2006294997 A, 26.10.2006 | |||
| US 6861937 B1, 01.03.2005 | |||
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И/ИЛИ ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА, СФОРМИРОВАННЫЕ ИЗ МАТЕРИАЛОВ С ЧРЕЗВЫЧАЙНО НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ | 2012 |
|
RU2612847C2 |
| ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛЯ | 2001 |
|
RU2268542C2 |
