CN102460612B

CN102460612B - 磁性部件及其制造方法

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Publication number: CN102460612B
Application number: CN201080028144.8A
Authority: CN
Inventors: 颜毅鹏; R·J·博格特
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Cooper Technologies Co
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-04-26
Also published as: CN102428526B; TWI484513B; KR20120011875A; KR20120018168A; JP6002035B2; CN102428527B; CN102460614A; WO2010129256A1; JP5557902B2; ES2413632T3; CN102428528A; EP2427895A1; WO2010129230A1; JP5711219B2; WO2010129344A1; JP2012526387A; EP2427889A1; WO2010129228A1; TW201108269A; JP2016197764A

Abstract

有利地使用包括线圈耦合构造的磁性部件组件，以提供诸如电感器和变压器之类的表面安装磁性部件。

Description

磁性部件及其制造方法

背景技术

本发明领域总地涉及磁性部件及其制造，并且更确切地涉及诸如电感器和变压器之类的磁性表面安装电子部件。

随着电子封装的进步，制造更小但具更大功率的电子装置已变得可行。为了减小这些电子装置的总体尺寸，用于制造这些电子装置的电子部件已变得日益小型化。制造电子部件来满足这些需求存在许多困难，因此使得制造工艺更加昂贵，并且不理想地增大电子部件的成本。

类似于其它部件那样，用于诸如电感器和变压器之类的磁性部件的制造工艺已被仔细审查，以减小高度竞争的电子制造业的成本。当被制造的电子部件是低成本的并且是高容量的部件时，对于制造成本的降低是尤为理想的。在这些电子部件、以及使用这些电子部件的电子装置的高容量大规模生产工艺中，制造成本的任何降低当然是显著的。

发明内容

本文披露了磁性部件组件以及制造这些磁性部件组件的方法的示范性实施例，且这些示范性实施例有利地用于实现以下益处中的一个或多个：部件结构更顺应以小型化水平进行生产；部件结构更易于在小型化水平下进行组装；部件结构允许免除已知的磁性部件构造常用的制造步骤；通过更有效的制造技术，部件结构具有提高的可靠性；与现有的磁性部件相比，在封装尺寸类似或减小情况下，部件结构具有改进的性能；与传统的小型化磁性部件相比，部件结构具有增大的功率容量；以及与已知的磁性部件构造相比，部件结构具有独特的芯部和线圈构造，以提供显著的性能优点。

示例的部件组件应被认为尤其有利于构造例如电感器和变压器。能以较小的封装尺寸来可靠地提供这些组件，且这些组件可包括表面安装特征，以易于安装于电路板。

附图说明

参照以下附图来描述非限制和非穷举的实施例，其中除非另有说明，类似的附图标记指代所有各个附图中的类似部件。

图1示出根据本发明一示例实施例的小型化功率电感器的顶侧的立体图和分解视图。

图2示出根据一示例实施例的、在中间制造步骤中图1所示小型化功率电感器的顶侧的立体图。

图3示出根据一示例实施例的图1所示小型化功率电感器的底侧的立体图。

图4示出根据一示例实施例的图1、图2和图3所示小型化功率电感器的示例绕组构造的立体图。

图5示出根据本发明一实施例的线圈构造。

图6示出包括图5所示线圈构造的磁性部件的剖视图。

图7是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的示意俯视图。

图8是包括耦合线圈的另一磁性部件组件的示意俯视图。

图9是图8所示部件组件的剖视图。

图10是包括耦合线圈的另一磁性部件组件的示意俯视图。

图11是图10所示部件的剖视图。

图12是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的另一实施例的示意俯视图。

图13是图12所示部件的剖视图。

图14是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的另一实施例的立体图。

图15是图14所示部件的俯视图。

图16是图14所示部件的顶侧立体图。

图17是图14所示部件的底侧立体图。

图18是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的另一实施例的立体图。

图19是图18所示部件的顶侧示意图。

图20是图18所示部件的底侧立体图。

图21是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的另一实施例的立体图。

图22是图21所示部件的顶侧示意图。

图23是图21所示部件的底侧立体图。

图24是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的另一实施例的立体图。

图25是图24所示部件的顶侧示意图。

图26是图24所示部件的底侧立体图。

图27示出包括根据本发明一示例实施例的耦合线圈的磁性部件与具有物理隔开的离散芯部件的部件相比的模拟和测试结果。

图28是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的又一分析。

图29示出包括根据本发明一示例实施例的耦合线圈的磁性部件与具有物理隔开的离散芯部件的部件相比的模拟数据。

图30是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的又一分析。

图31是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的又一分析。

图32是包括根据本发明一示例性实施例的耦合线圈的磁性部件的模拟和测试结果。

图33示出从图27-31的信息中所得到的耦合结论。

图34示出磁性部件组件和电路板设计布局的实施例。

图35示出具有耦合线圈的另一种磁性部件组件。

图36是图35所示组件的剖视图。

图37示出具有耦合线圈的本发明一实施例与不具有耦合线圈的离散磁性部件的波纹电流的比较。

具体实施方式

本文描述了独创的电子部件设计的示例实施例，这些电子部件克服了本领域的各种难题。为了最完整地理解本发明，以下披露具有不同部段或部分，其中部分I讨论具体问题和难题，而部分II描述用于克服这些问题的示例部件构造和组件。

I.对于本发明的引言

诸如电感器之类的用于电路板应用的传统磁性部件通常包括磁性芯部和位于磁性芯部内的导电绕组(有时被称为线圈)。芯部可由离散的芯部件制成，这些芯部件由磁性材料制成，同时将绕组放置在芯部件之间。各种形状和类型的芯部件以及组件对于那些本领域技术人员是已知的，包括但并不必要局限于U芯部和I芯部组件、ER芯部和I芯部组件、ER芯部和ER芯部组件、壶形芯部和T芯部组件以及其它匹配的形状。这些离散芯部件可利用粘合剂粘结在一起，并且通常在物理上彼此隔开或间隔开。

例如，在一些已知的部件中，线圈由导电金属丝制成，该导电金属丝卷绕于芯部或端子线夹。也就是说，在芯部件已完全形成之后，金属丝可围绕于芯部件，该芯部件有时称为滚筒芯部或线轴芯部。线圈的每个自由端可称作引线，并且可用于经由直接附连于电路板或者经由通过端子线夹的间接连接、而将电感器联接于电路。尤其是对于较小的芯部件来说，以成本有效并且可靠的方式来卷绕线圈是富有挑战性的。手绕部件在它们的性能方面趋于不稳定。芯部件的形状致使它们相当脆弱，并且在卷绕线圈时、芯部易于破裂，且芯部件之间的间隙变化会使部件性能产生不理想的变化。又一难题在于：DC阻抗(“DCR”)会由于在卷绕工艺过程中、不均匀地卷绕和张力而不理想地变化。

在其它的已知部件中，已知表面安装磁性部件的线圈通常与芯部件分开制成，并且之后与芯部件组装起来。也就是说，这些线圈有时被认为是被预成形或预卷绕的，以避免手绕线圈所产生的问题，并且简化磁性部件的组装。这些预成形线圈对于较小的部件尺寸来说尤其有利。

为了当将磁性部件表面安装于电路板上时、进行与线圈的电连接，通常提供导电端子或线夹。线夹组装在成形芯部件上，并且电连接于线圈的相应端部。端子线夹通常包括大体平坦且平面的区域，这些区域可使用例如已知的软钎焊(soldering)技术电连接于电路板上的导电迹线和焊盘。当如此连接时并且当电路板通电时，电流可从电路板流至其中一个端子线夹、通过线圈流至另一个端子线夹并返回至电路板。在电感器的情形中，流过线圈的电流会在磁性芯部中感应产生磁场和磁能。可提供一个以上的线圈。

在变压器的情形中，设置有初级线圈和次级线圈，其中流过初级线圈的电流在次级线圈中感应产生电流。变压器部件的制造具有与电感器部件类似的问题。

对于日益小型化的部件来说，提供在物理上间隔开的芯部是具有挑战性的。难于以成本有效的方式来可靠地实现建立并维持恒定间隙尺寸。

关于在小型化的表面安装磁性部件中、在线圈和端子线夹之间进行电连接方面也存在多个实际问题。线圈和端子线夹之间的相当易损连接通常在芯部外部进行，且因此在分开时易损坏。在一些情形中，已知将线圈的端部围绕于线夹的一部分缠绕，以确保线圈和线夹之间的可靠机械和电连接。然而，从制造角度，这已被证明是繁琐的，且更容易且更快速的端接方案会是理想的。此外，线圈端部的缠绕对于某些类型的线圈并不适用，例如具有带有平坦表面的矩形横截面的线圈，此种线圈并不具有如薄且圆的导线构造那样的挠性。

随着电子装置持续变得日益大功率化的近期趋势，还需要诸如电感器之类的磁性部件来传导增大的电流量。于是，通常增大用于制造线圈的线规。由于用于制造线圈的导线的尺寸增大，当圆形导线用于制造线圈时，端部通常压扁至合适的厚度和宽度，以令人满意地适用例如软钎焊、熔焊或导电粘合剂之类与端子线夹进行机械和电连接。然而，线规越大，则越难于将线圈的端部压扁，以适当地将这些端部连接于端子线夹。这些难题已在线圈和端子线夹之间引致不稳定的连接，而这会在使用中使磁性部件产生不理想的性能问题和变化。减小此种变化已被证明非常困难且成本。

对于某些应用来说，由平坦的而非圆形导电体制造线圈可缓解这些问题，但平坦的导电体首先趋于更刚性并且更难于成形为线圈，因此引起其它的制造问题。与圆形导电体相反，使用平坦的导电体还会有时不理想地在使用中改变部件的性能。此外，在一些已知构造中，尤其是那些包括由平坦导电体制成的线圈的构造中，诸如钩或其它结构特征之类的端接特征可形成到线圈的端部中，以便于与端子线夹的连接。然而，将这些特征形成到线圈的端部中会在制造工艺中引起进一步的费用。

对于减少电子装置的尺寸、但又要增大它们的功率和容量的新趋势仍存在更多的挑战。随着电子装置的尺寸减小，用于这些电子装置中的电子部件的尺寸须相应地减小，因此已试图经济地制造功率电感器和变压器，而这些功率电感器和变压器具有相对较小、有时是微型化的结构，但又承载增大电流量来为电子装置供电。磁性芯部结构理想地相对于电路板具有低得多的轮廓(型面高度低)，以获得细长且有时非常薄的电子装置轮廓。满足这些需求还存在更多的困难。对于连接于多相电力系统的部件来说还存在其它一些难题，其中在小型化装置中容纳电源的不同相位是困难的。

试图使磁性部件的基底面和轮廓优化、对于期望满足现代电子装置的尺寸需求的部件制造商来说具有更大的意义。电路板上的每个部件可通常由在平行于电路板的平面中所测得的垂直的宽度和深度尺寸所限定，该宽度和深度的乘积确定由部件在电路板上所占据的表面积，该表面积有时被称为部件的“基底面(覆盖面积)”。另一方面，在沿正交于或垂直于电路板的方向所测得的部件总高有时被称为部件的“轮廓”。部件的基底面部分地确定有多少部件可安装在电路板上，而轮廓部分地确定在电子装置中、平行的电路板之间所允许的空间。较小的电子装置通常需要存在更多的部件安装于每个电路板上，减小相邻电路板之间的间隙，或者同时需要上述两者。

然而，用于磁性部件的许多已知端子线夹倾向于在表面安装于电路板时、增大部件的基底面和/或轮廓。也就是说，线夹倾向于在安装于电路板时、延长部件的深度、宽度和/或高度并且不理想地增大部件的基底面和/或轮廓。尤其是对于装配在位于芯部的顶部、底部或侧部处的磁性芯部件的外表面上的线夹来说，完成部件的基底面和/或轮廓会由于端子线夹延长。即使部件轮廓或高度的延长相对较小，但随着在任何给定的电子装置中、部件和电路板的数量增大，后果会是严重的。

II.示例创造性磁性部件组件及其制造方法

现在将描述会解决本领域传统磁性部件的其中一些问题的磁性部件组件的示例实施例。为了描述目的，相关于针对解决本领域的特定问题的共有的设计特征来总体地讨论部件组件和制造方法的示例实施例。

与所描述装置相关联的制造步骤部分显而易见而部分在下文进行确切地描述。类似的，与所描述方法步骤相关联的装置部分显而易见而部分在下文进行确切地描述。也就是说，本发明的装置和方法将没有必要在下文的描述中进行单独地描述，而被相信良好地位于本领域技术人员的认识范围内，而无需进一步解释。

参见图1-4，示出磁性部件或装置100的一示例实施例的若干视图。图1示出小型化功率电感器的顶侧的立体图和分解视图，该小型化功率电感器根据一示例实施例具有一示例绕组构造的三匝线夹绕组、至少一个磁性粉末板以及水平定向的芯部区域。图2示出根据一示例实施例的、在中间制造步骤中图1所示小型化功率电感器的顶侧的立体图。图3示出根据一示例实施例的图1所示小型化功率电感器的底侧的立体图。图4示出根据一示例实施例的图1、图2和图3所示小型化功率电感器的第十一个绕组的立体图。

根据该实施例，小型化功率电感器100包括磁性体，该磁性体包括至少一个磁性粉末板101、102、104、106和多个线圈或绕组108、110、112，这些线圈或绕组各自可呈线夹的形式，并且在绕组构造114中联接于至少一个磁性粉末板101、102、104、106。在该实施例中可以看到，小型化功率电感器100包括第一磁性粉末板101、第二磁性粉末板102、第三磁性粉末板104以及第四磁性粉末板106，且该第一磁性粉末板具有下表面116和与该下表面相对的上表面，第二磁性粉末板具有下表面和与该下表面相对的上表面118，第三磁性粉末板具有下表面120和上表面122，而第四磁性粉末板具有下表面124和上表面126。

磁性层101、102、104和106可设置成相对较薄的板，这些板可在层压过程中或者经由本领域中已知的其它技术与线圈或绕组108、110、112进行堆叠并彼此连结。磁性层101、102、104以及106可在单独的制造阶段预先制成，以简化后续组装阶段中磁性部件的形成。磁性材料有益地可例如通过压缩模制技术或其它技术而模制成所希望的形状，以将磁性层联接于线圈并且将磁性体限定成所希望的形状。能对磁性材料进行模制是有利的，这是由于磁性体可围绕线圈108、110、112形成为包括线圈的一体或单体结构，并避免了将线圈组装至磁性结构的单独制造步骤。在各种实施例中可提供各种形状的磁性体。

在一示例实施例中，每个磁性粉末板可以是例如由韩国仁川的昌顺公司(Chang Sung Incorporated in Incheon，Korea)所制造的并且以20u-eff柔性磁性板(Flexible Magnetic Sheet)的产品号售卖的磁性粉末板。此外，这些磁性粉末板具有主要沿特定方向定向的晶粒。因此，当沿主要晶粒定向的方向产生磁场时，可实现较高的电感值。虽然该实施例示出四个磁性粉末板，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，磁性板的数量可增多或减少，以增大或减小芯部区域。此外，虽然该实施例示出磁性粉末板，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，可替代地使用能被层叠的任何柔性板。

在又一和/或替代实施例中，磁性板或磁性层101、102、104和106可由相同类型的磁性颗粒或者不同类型的磁性颗粒所制成。也就是说，在一实施例中，所有的磁性层101、102、104和106可由一种相同类型的磁性颗粒所制成，使得这些磁性层101、102、104和106具有即使不相同也基本上类似的磁性。然而，在另一实施例中，磁性层101、102、104和106中的一层或多层可由与其它磁性层不同类型的磁性粉末颗粒所制成。例如，内部磁性层104和106可包括与外部磁性层101和106不同类型的磁性颗粒，使得内部磁性层104和106具有与外部磁性层101和106不同的特性。因此，所完成部件的性能特征可根据所使用的磁性层数量和用于形成每个磁性层的磁性材料的类型而改变。

根据该实施例，第三磁性粉末板104可包括在下表面120上的第一凹口128以及在第三磁性粉末板104的上表面122上的第一凸起130，其中第一凹口128和第一凸起130基本上沿第三磁性粉末板104的中心延伸并且从一个边缘延伸至相对的边缘。第一凹口128和第一凸起130定向成：使得当第三磁性粉末板104联接于第二磁性粉末板102时，第一凹口128和第一凸起130沿与多个绕组108、110、112相同的方向延伸。第一凹口128设计成封装多个绕组108、110、112。

根据该实施例，第四磁性粉末板106可包括在下表面124上的第二凹口132以及在第四磁性粉末板106的上表面126上的第二凸起134，其中第二凹口132和第二凸起134基本上沿第四磁性粉末板106的中心延伸并且从一个边缘延伸至相对的边缘。第二凹口132和第二凸起134定向成：使得当第四磁性粉末板106联接于第三磁性粉末板104时，第二凹口132和第二凸起134沿与第一凹口128和第一凸起130相同的方向延伸。第二凹口132设计成封装第一凸起130。虽然该实施例在第三和第四磁性粉末板中示出凹口和凸起，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，可消除形成在这些板中的凹口或凸起。

在形成第一磁性粉末板100和第二磁性粉末板102的情形下，第一磁性粉末板100和第二磁性粉末板102利用高压(例如，液压)压在一起并且层叠在一起，以形成小型化功率电感器100的第一部分140。此外，第三磁性粉末板104和第四磁性粉末板106也可压在一起，以形成小型化功率电感器100的第二部分。根据该实施例，多个线夹108、110、112放置在小型化功率电感器100的第一部分140的上表面118上，使得多个线夹超出第一部分140的两侧延伸一定距离。该距离等于或者大于小型化功率电感器100的第一部分140的高度。一旦多个线夹108、110、112适当地定位在第一部分140的上表面118上，则将第二部分放置在第一部分140的顶部上。然后，小型化功率电感器100的第一和第二部分140可压在一起，以形成完成的小型化功率电感器100。

多个线夹108、110、112延伸超出小型化功率电感器100的两个边缘的部分可绕第一部分140弯曲，以形成第一端接件142、第二端接件144、第三端接件146、第四端接件148、第五端接件150以及第六端接件152。这些端接件150、152、142、146、144、148使得小型化功率电感器能适当地联接于基底或印刷电路板。根据该实施例，去除了绕组和芯部之间的物理间隙，而在传统的电感器中通常会发现有此种物理间隙。此种物理间隙的消除趋于使由于绕组振动而产生的声频噪声最小。

多个绕组108、110、112由导电铜层所形成，该导电铜层可变形以提供所希望的几何形状。虽然在该实施例中使用导电铜材料，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，可使用任何导电材料。

虽然在该实施例中示出仅仅三个线夹，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，可使用更多或更少的线夹。虽然这些线夹示作处于并联构造，但根据基底的迹线构造可串联地使用这些线夹。

虽然在第一和第二磁性粉末板之间并未示出磁性板，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，只要绕组具有充足的长度以充分地形成用于小型化功率电感器的端接件，则磁性板可定位在第一和第二磁性粉末板之间。此外，虽然示作有两个磁性粉末板定位在多个绕组108、110、112上方，但在不偏离示例实施例的范围和精神的条件下，可使用更多或更少的磁性板，以增大或减小芯部区域。

在该实施例中，根据磁性粉末板压出的方向，可沿垂直于晶粒定向的方向产生磁场，并且由此实现较低的电感值，或者可沿平行于晶粒定向的方向产生磁场，并且由此实现较高的电感值。

形成磁性体162的可模制磁性材料可以是上述材料中的任何一种或者本领域已知的其它合适材料。制造这些磁性层101、102、104、106和108的示例磁性粉末颗粒可包括铁氧体颗粒、铁颗粒、铁硅铝(Sendust)颗粒、镍钼铁(MPP)颗粒、镍铁(HighFlux)颗粒、铁硅合金(Megaflux)颗粒、铁基无定形粉末颗粒、钴基无定形粉末颗粒或者本领域已知的其它等同材料。当这些磁性粉末颗粒与聚合物粘合剂材料混合时，所合成的磁性材料呈现分布式间隙特性，而这种特性避免了对于物理间隙或者分开的不同磁性材料件的任何需要。这样，可以有利地避免了与建立并维持一致的物理间隙尺寸相关联的困难和费用。对于高电流应用来说，预退火磁性无定形金属粉末与聚合物粘合剂组合会是有利的。

虽然混合有粘合剂的磁性粉末材料被认为是有利的，但对于使磁性材料形成磁性体162来说，粉末颗粒或者非磁性粘合剂都不是必需的。此外，可模制磁性材料无需设置成上述板或层，而是可使用压缩模制技术或本领域已知的其它技术直接联接于线圈164。虽然图6中所示的本体162通常是细长的和矩形的，但其它形状的磁性体162也是可能的。

在各种示例中，磁性部件100可特定地适用于在直流(DC)电源应用、单相电压变换器电源应用、二相电压变换器电源应用、三相电压变换器电源应用以及多相电源应用中用作变压器或电感器。在各种实施例中，线圈108、110、112可在部件自身中或者经由其上安装有这些线圈的电路板中的电路而串联或并联地电连接，以实现不同的目的。

当两个或多个独立线圈设在一个磁性部件中时，线圈可设置成使得在这些线圈之间存在磁通共享。也就是说，这些线圈使用通过单个磁性体各部分的共同磁通通路。

图5示出使用冲压金属、印刷技术或本领域已知的其它制造技术制成的大体平坦构件的示例线圈420。如图5所示，线圈420大体呈C形并且包括第一大体直的导电通路422、第二大体直的导电通路424以及第三导电通路426，且该第二大体直的导电通路相对于第一导电通路422以直角延伸，而第三导电通路相对于第二导电通路424以直角延伸并且沿与第一导电通路422大体平行的定向而延伸。线圈端部428、430限定在第一和第三导电通路422、426的远端处，且以导电通路422、424以及426通过线圈420设有3/4个匝圈。线圈420的内周缘限定中心磁通区域A(如图5中的虚线所示)。区域A限定内部区域，在线圈422中产生磁通时，磁通通路可通过该内部区域。或者说，区域A包括在导电通路422和导电通路426之间的位置处和在导电通路424和连接线圈端部428、430的假象线之间的位置处延伸的磁通通路。当在磁性体中采用了多个此种线圈420时，中心磁通区域可部分地彼此交迭，以使这些线圈相互地联接于彼此。虽然在图5中示出特定的线圈形状，但应认识到在其它实施例中，可使用具有类似效果的其它线圈形状。

图6示出在磁性体440中若干线圈420的横截面。在所示的实施例中，该磁性体由非磁性材料所围绕的磁性金属粉末颗粒所制成，其中相邻的金属粉末颗粒由非磁性材料彼此分离开。在其它实施例中可替代地使用其它磁性材料，包括但不局限于上述磁性板或层。这些磁性材料可具有分布式间隙特性，而这种特性避免了对于彼此须物理地间隔开的离散芯部件的需要。

诸如线圈420之类的线圈设置在磁性体440中。如图6所示，区域A1指代第一线圈的中心磁通区域，区域A2指代第二线圈的中心磁通区域，而区域A3指代第三线圈的中心磁通区域。根据这些线圈在磁性体440中的设置(即，线圈的间隔)，区域A1、A2和A3会交迭、但并不完全交迭，从而在磁性体440的各处的不同部分中，线圈的相互联接会改变。具体地说，线圈可在磁性体中相对于彼此偏离或交错，从而由每个线圈限定的部分区域但并非所有区域与另一线圈交迭。此外，这些线圈可设置在磁性体中，使得每个线圈中的区域A的一部分并不与任何其它线圈交迭。

在磁性体440中的相邻线圈的区域A的非交迭部分中，由每个相应线圈所产生的磁通的一部分仅仅在产生该磁通的相应线圈的中心磁通区域中返回，但不通过相邻线圈的中心磁通区域A。

在磁性体440中的相邻线圈的区域A的交迭部分中，由每个相应线圈所产生的磁通的一部分在产生该磁通的相应线圈的中心磁通区域中返回，并且还通过相邻线圈的中心磁通区域A。

通过改变线圈中心磁通区域A的交迭和非交迭部分的程度，可改变线圈之间的耦合度。此外，通过沿正交于线圈平面的方向来改变分开的距离(即、通过将线圈定位在隔开的平面中)，磁通通路的磁阻会在整个磁性体440中改变。相邻线圈的交迭中心磁通面积和它们之间的特定距离的乘积确定磁性体中共有的磁通通路通过该磁性体440可通过的横截区段区域。通过改变此种横截区段区域，磁阻可随相关的性能优点改变。

图27-33包括具有物理间隔开的离散芯部件的传统磁性部件与本发明的分布式间隙芯部实施例的模拟和测试结果以及比较数据。图27-33中所示的信息还涉及使用参见6所描述方法的部件的示例实施例的耦合特性。

图7示意地示出具有多个线圈的磁性部件组件460，这些线圈如上所述在磁性体462内设置有部分地交迭和非交迭磁通区域A。虽然在组件460中示出四个线圈，但在其它实施例中可使用更多或更少数量的线圈。每个线圈与图5所示的线圈420相类似，但在替代实施例中可使用其它形状的线圈。

第一线圈由从磁性体462的第一面中伸出的线圈端部428a、430a所指代。第一线圈可在磁性体462中的第一平面中延伸。

第二线圈由从磁性体462的第二面中伸出的线圈端部428b、430b所指代。第二线圈可在磁性体462中与第一平面隔开的第二平面中延伸。

第三线圈由从磁性体462的第三面中伸出的线圈端部428c、430c所指代。第三线圈可在磁性体462中与第一和第二平面隔开的第三平面中延伸。

第四线圈由从磁性体462的第四面中伸出的线圈端部428d、430d所指代。第四线圈可在磁性体462中与第一、第二和第三平面隔开的第四平面中延伸。

第一、第二、第三和第四面或侧部如图所示限定大体正交的磁性体462。第一、第二、第三和第四线圈的相对应的中心磁通区域被发现以各种方式彼此交迭。四个线圈中每个线圈的中心磁通区域的一部分与其它线圈中任一线圈都不交迭。每个相应线圈的磁通区域A的其它部分与其它线圈中的一个线圈交迭。每个相应线圈的磁通区域的又一些其它部分与其它线圈中的两个线圈交迭。在另一部分中，每个相应线圈最接近图7所示磁性体462中心而定位的磁通区域与其它三个线圈中的每个线圈都交迭。因此，通过磁性体462中的不同部分在线圈耦合方面建立大量变化。此外，通过改变第一、第二、第三和第四线圈的平面的空间分隔关系，也可在磁通通路中提供大量变化的磁阻。

具体地说，线圈的平面之间的间隔无需是相同的，从而在组件中，一些线圈可定位成更接近(或者更远离)其它线圈。再次，每个线圈的中心磁通面积和沿正交于线圈平面的方向距离相邻线圈的间隔限定所产生的磁通通过该磁性体所通过的横截区段区域。通过改变线圈平面的空间分隔关系，与每个线圈相关联的横截区段区域可在线圈中的至少两个线圈之间改变。

类似于所描述的其它实施例，在一些应用中，组件中的各种线圈可联接于电源的不同相位。

图8示出具有两个线圈420a和420b的磁性部件组件470，这两个线圈在它们的磁通区域A中部分地交迭而部分地不交迭。如图9中的剖视图示出，两个线圈在磁性体472中位于不同的平面中。

图10示出具有两个线圈420a和420b的磁性部件组件480，这两个线圈在它们的磁通区域A中部分地交迭而部分地不交迭。如图11中的剖视图示出，两个线圈在磁性体482中位于不同的平面中。

图12示出具有四个线圈420a、420b、420c和420d的磁性部件组件490，这四个线圈在它们的磁通区域A中部分地交迭而部分地不交迭。如图13中的剖视图示出，四个线圈在磁性体492中位于不同的平面中。

图14-17示出磁性部件组件500的一实施例，该磁性部件组件500具有与图8和9中所示线圈构造相类似的线圈构造。线圈501和502包括围绕磁性体506的侧部延伸的回绕终端504。磁性体506可如上所述或者由本领域已知的技术所形成，并且可具有分层的或不分层的构造。该组件500可经由终端504而表面安装于电路板。

图34示出磁性部件组件620的另一实施例，该磁性部件组件具有耦合电感器并且说明它们与电路板设计布局的关系。磁性部件620可类似于上文所述来进行构造和操作，但可用于不同的电路板设计布局以实现不同的效果。

在所示的实施例中，磁性部件组件620适用于电压变换器电源应用，并因此在磁性体626内包括第一组导电绕组622a、622b、622c以及第二组导电绕组624a、624b、624c。绕组622a、622b、622c和绕组624a、624b、624c中的每个可例如在电感器本体中完成1/2个匝圈，但在其它实施例中，在绕组中所完成的匝圈可替代地是或多或少的。线圈可通过它们在磁性体626内的物理位置以及通过它们的形状而物理地彼此联接。

在图34中示出用于磁性部件组件620的示例电路板设计布局或“封装设计(footprints)”630a和630b。如图34所示，设计布局630a和630b中的每个包括三个导电通路632、634和636，且这三个导电通路各自限定1/2个匝圈的绕组。使用已知技术将设计布局630a和630b设在电路板638上(如图34中的虚线所示)。

当磁性部件组件620表面安装于布置630a、630b、以将部件线圈622和624电连接于设计布局630a、630b时，可以观察到，对于每个相位所建立的整个线圈绕组通路是三个匝圈。部件620中的每半个匝圈的线圈绕组联接于电路板设计布局630a、630b中的半个匝圈绕组，并且绕组串联连接，从而使每个相位产生三个完整的匝圈。

如图34所示，相同的磁性部件组件620可替代地连接于另一电路板642(在图34中以虚线示出)上的不同电路板设计布局640a、640b，以实现不同的效果。在所示出的示例中，设计布局640a、640b包括各自限定1/2个匝圈绕组的两个导电通路644、646。

当磁性部件组件620表面安装于设计布局640a、640b、以将部件线圈622和624联接于设计布置＝局640a、640b时，可以观察到，对于每个相位所建立的整个线圈绕组通路是21/2个匝圈。

由于部件620的效果可通过改变其所连接的电路板设计布局而变化，因而该部件有时称作可编程的耦合电感器。也就是说，线圈的耦合度可根据电路板设计布局而改变。于是，虽然可提供基本上相同的部件组件620，但如果为这些部件提供不同的设计布局，这些部件的操作可根据它们与电路板连接的方式而不同。各种电路板设计布局可设在同一电路板的不同区域或者不同的电路板上。

许多其它变形也是可能的。例如，磁性部件组件可包括五个线圈，且每个线圈具有埋设在磁性体中的1/2个匝圈，并且该部件可用于至多十一个不同的且增大的电感值，使用者可以经由在电路板上布置导电迹线以完成绕组线匝的方式对电感值进行选择。

图35和36示出另一种磁性部件组件650，该磁性部件组件在磁性体656内具有耦合线圈652、654。如图36所示。线圈652、654在磁性体656中以对称方式耦合，同时在区域A1和A3中并不耦合。区域A2的耦合度可根据线圈652和654的分隔程度而改变。

图37示出具有以上述方式的耦合线圈的多相磁性部件与多个离散的非耦合磁性部件相比的优点，而多个离散的非耦合磁性部件利用传统的方式而用于每个相位。确切地说，当使用具有例如本文所描述线圈的耦合线圈的多相磁性部件时，至少部分地消除波纹电流。

图18-20示出另一种磁性部件组件520，该磁性部件组件在磁性体524内具有多个部分匝圈线圈522a、522b、522c以及522d。如图17所示，每个线圈522a、522b、522c和522d提供二分之一匝圈。虽然示出四个线圈522a、522b、522c和522d，但可替代地提供更多或更少数量的线圈。

每个线圈522a、522b、522c和522d可连接于例如可设在电路板上的另一半匝线圈。每个线圈522a、522b、522c和522d可设有能表面安装于电路板的回绕终端526。

图21-23示出另一种磁性部件组件540，该磁性部件组件在磁性体544内具有多个部分匝圈线圈542a、542b、542c和542d。可以看到线圈542a、542b、542c和542d具有与图18所示线圈不同的形状。虽然示出四个线圈542a、542b、542c和542d，但可替代地提供更多或更少数量的线圈。

每个线圈542a、542b、542c和542d可连接于例如可设在电路板上的另一部分匝圈线圈。每个线圈542a、542b、542c和542d可设有能表面安装于电路板的回绕终端546。

图24-26示出另一种磁性部件组件560，该磁性部件组件在磁性体564内具有多个部分匝圈线圈562a、562b、562c和562d。可以看到线圈562a、562b、562c和562d具有与图18和24所示线圈不同的形状。虽然示出四个线圈562a、562b、562c和562d，但可替代地提供更多或更少数量的线圈。

每个线圈562a、562b、562c和562d可连接于例如可设在电路板上的另一部分匝圈线圈。每个线圈562a、562b、562c和562d可设有能表面安装于电路板的回绕终端526。

III.公开的示例性实施例

现在显而易见的是，所描述的各种特征能以各种组合来结合和匹配。例如，在描述用于磁性本体的分层构造之处，可替代地使用非分层状的磁性构造。可以有利地设置具有不同磁性特性、不同数目和类型的线圈和具有不同性能特征的许多种磁性部件组件来满足特定应用场合的需要。

此外，能有利地在具有离散芯部件的结构中使用所描述的其中某些特征，而这些离散芯部件彼此在物理上间隔开和分开。对于所描述的线圈耦合特征来说尤其如此。

在上文所阐述的内容范围内的各种可能性之中，至少以下实施例应被认为相对于传统的电感部件是有利的。

披露一种磁性部件组件的示例实施例，该磁性部件组件包括单体磁性体以及位于磁性体中的多个不同的相互耦合的线圈，其中多个相互耦合的线圈以彼此磁通共享关系设置在磁性体中。

这些不同的相互耦合的线圈可选地包括位于该磁性体内的多个基本上平面的线圈，且多个线圈中的每个限定由线圈产生的磁通可通过的中心磁通区域，其中由每个相应线圈产生的磁通的一部分仅仅返回到相应线圈的中心磁通区域中，而不通过相邻线圈的中心磁通区域。多个基本上平面的线圈可包括至少第一和第二线圈，且第一和第二线圈沿垂直于线圈平面的方向彼此隔开。每个线圈的中心磁通面积和沿垂直于线圈平面的方向距离相邻线圈的间隔限定所产生的磁通在所述磁性体中所通过的横截区段区域。多个线圈中相邻线圈之间的横截区段区域可以是相等的。

此外可选的是，至少第一和第二相邻线圈沿正交于线圈平面的方向彼此隔开，使得第一和第二线圈的中心磁通区域彼此隔开第一距离。第三线圈可沿正交于线圈平面的方向与第二线圈隔开，其中第三线圈沿正交于线圈平面的方向与第二线圈隔开，使得第二和第三线圈的中心磁通区域彼此隔开与第一距离不同的第二距离。

该磁性体能可选地包括由非磁性材料围绕的磁性金属粉末颗粒，其中相邻的金属粉末颗粒由非磁性材料彼此分离开。这些不同的相互耦合的线圈可构造成承载电源的不同相位。

不同的相互耦合的线圈中的每个能可选地包括从磁性体突出的第一和第二引线。磁性体可包括多个侧部，且每个相应线圈的第一和第二引线中的每个从磁性体的多个侧部中的单个侧部突出。每个相应线圈的第一和第二引线可从磁性体的多个侧部中的不同侧部突出，并且还可从磁性体的多个侧部中的相对的侧部突出。每个相应线圈的端子引线可围绕这些侧部中的至少一个侧部。

这些线圈能可选地呈大体C形，并且这些线圈中的每个完成绕组的第一匝数。第一匝数可以是小于1的分数。该组件还可包括电路板，该电路板构造有限定绕组的第二匝数的设计布局，且每个线圈连接于第二数量匝圈中的一个匝圈。第二匝数可以是小于1的分数。

不同的相互耦合的线圈可选地包括位于磁性体内的多个基本上平面的线圈，且多个基本上平面的线圈设置在隔开的基本上平行的平面中，其中每个线圈限定由线圈产生的磁通可通过的中心磁通区域，并且该线圈的中心磁通区域设置成沿基本上垂直于线圈平面的方向彼此部分交迭和部分不交迭，其中由至少一个线圈所产生的磁通的大部分通过其它线圈中至少一个线圈的中心磁通区域。磁性体围绕线圈并且具有多个侧部，而每个线圈可具有相对的第一和第二引线，且每个线圈的第一和第二引线可从多个侧部中的一个侧部突出。相邻线圈的第一和第二引线可从磁性体的不同侧部伸出。该磁性体能可选地具有四个正交侧部，且第一和第二线圈引线从这四个正交侧部中的每个侧部伸出。由至少一个线圈所产生磁通的大部分可通过所有其它线圈的中心磁通区域。

这些不同的相互耦合的线圈还能可选地包括至少三个大体平面的线圈，这些大体平面的线圈设置在隔开的大体平行的平面中，每个线圈限定线圈孔，并且这些线圈设置成：使得相邻线圈的线圈孔沿大体垂直于平面线圈的方向不完全地彼此交迭。至少三个线圈可包括第一和第二线圈以及第三线圈，第一和第二线圈在第一平面中以基本上共面关系延伸，而第三线圈在与第一平面隔开但大体平行的第二平面中延伸。每个线圈可限定由线圈产生的磁通可通过的中心磁通区域，且第三线圈相对于第一和第二线圈定位成，使得由第三线圈所产生磁通的大部分通过第一和第二线圈的中心磁通区域。

不同的相互耦合线圈可形成在基质材料上并且包括多个部分匝圈，这些部分匝圈限定由线圈产生的磁通可通过的中心磁通区域，且线圈中至少两个线圈的中心磁通区域在磁性体中彼此交迭，使得由这些线圈中一个线圈所产生磁通的一部分通过多个线圈中至少另一个线圈的中心磁通区域。

IV.结论

现在可认为，本发明的益处通过前述示例和实施例是显而易见的。虽然已特定地描述各种实施例和示例，但只要在所披露的示例装置、组件以及方法的范围和精神内，则其它的示例和实施例也是可能的。

此书面描述使用示例来披露包括最佳模式的本发明，并且还用于使本领域任何技术人员能实践本发明，包括制造并使用任何设备或系统以及实施任何所包含的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求所限定，并且可包括由本领域技术人员所想到的其它示例。如果一些其它示例具有并不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者这些示例包括与权利要求的字面语言没有本质差别的等同结构元件，则这些示例仍可被认为落在这些权利要求的范围内。

Claims

1.一种磁性部件组件，包括：

一体式、单件式磁性体；以及

至少四个不同的相互耦合的线圈，所述相互耦合的线圈位于所述一体式、单件式磁性体中，

所述至少四个不同的相互耦合的线圈中的每一个包括导电通路，所述导电通路限定小于一圈的绕组；以及

其中所述至少四个不同的相互耦合线圈以彼此磁通共享的关系设置在所述一体式、单件式磁性体中，并且其中，

所述至少四个不同的相互耦合线圈中的每一个分别包括第一端部和第二端部，

其中，所述一体式、单件式磁性体限定第一、第二、第三和第四正交侧部，

其中，所述一体式、单件式磁性体的第一侧部同时包括至少四个不同的相互耦合的线圈中的第一线圈的第一和第二端部，

其中，所述一体式、单件式磁性体的第二侧部同时包括至少四个不同的相互耦合的线圈中的第二线圈的第一和第二端部，

其中，所述一体式、单件式磁性体的第三侧部同时包括至少四个不同的相互耦合的线圈中的第三线圈的第一和第二端部，

其中，所述一体式、单件式磁性体的第四侧部同时包括至少四个不同的相互耦合的线圈中的第四线圈的第一和第二端部，

所述部件限定耦合功率电感器。

2.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈限定由所述线圈的相应一个产生的磁通可通过的中心磁通区域，其中由每个相应线圈产生的磁通的一部分仅仅返回到所述相应线圈的中心磁通区域中，而不通过所述四个不同的相互耦合的线圈中的相邻一个的中心磁通区域。

3.如权利要求2所述的磁性部件组件，其特征在于，所述四个不同的相互耦合的线圈中的每一个在一个平面中延伸，并且其中所述四个不同的相互耦合的线圈的平面沿垂直于所述平面的方向彼此隔开。

4.如权利要求3所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈的每个线圈的中心磁通面积和沿垂直于所述平面的方向距离所述至少四个不同的相互耦合的线圈的相邻一个线圈的间隔的乘积确定所产生的磁通在所述磁性体中所通过的横截区段区域。

5.如权利要求4所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈的相邻线圈之间的横截区段区域是不相等的。

6.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈的每一个的相应的绕组在多个平行的平面的相应的一个中延伸，并且所述至少四个不同的相互耦合的线圈的相邻的线圈沿正交于多个平行的所述平面的方向彼此隔开，使得所述所述至少四个不同的相互耦合的线圈的中的第一和第二线圈的中心磁通区域彼此隔开第一距离。

7.如权利要求6所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈中的第三线圈沿正交于所述线圈的平行的平面的方向与所述第二线圈隔开，使得所述第二和第三线圈的中心磁通区域彼此隔开与所述第一距离不同的第二距离，并且其中所述第二线圈位于第一和第三线圈之间。

8.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述一体式、单件式磁性体包括由非磁性材料围绕的磁性金属粉末颗粒，其中相邻的金属粉末颗粒由非磁性材料彼此分离开。

9.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈构造成承载电源的不同相位。

10.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈中的每个包括从所述一体式、单件式磁性体突出的第一和第二端部。

11.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈的每一个中的绕组是基本上C形的。

12.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，还包括电路板，所述电路板构造有限定多个导电通路的设计布局，所述多个导电通路对应于相应的所述相互耦合的线圈，且所述部件中所述相互耦合的线圈中的每一个连接于所述电路板的所述多个导电通路中的一个。

13.如权利要求12所述的磁性部件组件，其特征在于，电路板的导电通路限定小于一圈的绕组。

14.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈的每一个在隔开的基本上平行的平面的相应一个中延伸，

所述至少四个不同的相互耦合的线圈的相邻线圈沿基本上垂直于所述平行的平面的方向并不完全彼此交迭。

15.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述至少四个不同的相互耦合的线圈形成在基质材料上并且包括多个部分匝圈，所述多个部分匝圈限定由所述线圈产生的磁通可通过的中心磁通区域，且所述线圈中至少两个线圈的中心磁通区域在所述一体式、单件式磁性体中彼此交迭，使得由所述线圈中一个线圈所产生的磁通的一部分通过所述多个线圈中至少另一个线圈的中心磁通区域。

16.如权利要求1所述的磁性部件组件，其特征在于，所述组件构造成用于表面安装到电路板。