CN104885167B - 电感器芯 - Google Patents

Abstract

一种电感器芯，其包括两个单独电感器芯组件，所述两个电感器芯组件在被彼此组装时共同构成所述电感器芯并限定公共轴；其中，所述电感器芯组件构成至少一个磁通量屏障，所述磁通量屏障具有沿相对于所述公共轴的周向的宽度；其中，通过将所述电感器芯组件围绕所述公共轴相对于彼此进行旋转，所述宽度是可调整的。

Description

电感器芯

技术领域

本发明涉及电感器芯。

背景技术

电感器，有时也称为电抗器或扼流器，其用在诸如信号处理、噪声过滤、发电、电传输系统之类的广泛的一系列应用之中。为了提供更紧凑和更高效的电感器，可以将电感器的导电绕组围绕一个细长的导磁芯(即，电感器芯)布置。电感器芯优选地由呈现出高于空气的磁导率的材料制成，其中，电感器芯可以使能具有增加的电感的电感器。

电感器芯可用于各种设计和材料中，其中每个都具有特有的优点和缺点。但是，鉴于在不同应用中对电感器的日益增长的需求，依旧需要具有灵活并高效的设计并且可使用于广泛应用的电感器芯。

为了提供低磁阻的磁通量路径，电感器芯通常由具有高磁导率的材料制成。但是，这种材料可能很容易变得饱和，特别在较高的磁动势(MMF)的情况下。当饱和时，电感器的电感将减小，其中，电感器芯可使用于的电流范围缩小。增加可使用范围的已知措施是将磁通量屏障(例如，形式为气隙)布置在芯的被绕组围绕的部分中。被恰当布置的气隙导致最大电感的减少。它还降低了对电流变化的电感灵敏度。可以通过使用具有不同宽度的气隙来调整电感器的性能。

WO2012/093040公开了一种适用于软磁粉材料的电感器芯的设计。在制造这种现有技术的电感器芯(特别是气隙)的过程中，这种电感器芯易于产生小的公差。但是，依然期望提供一种可以被高效地制造的具有可变但仍明确限定的气隙宽度的电感器芯。

发明内容

根据第一个方面，本文所公开的是一种电感器芯的实施例，所述电感器芯包括两个单独电感器芯组件，所述两个电感器芯组件在被彼此组装时共同构成所述电感器芯并限定公共轴；其中，所述电感器芯组件例如在所述两个电感器芯组件的相应表面之间构成至少一个磁通量屏障，所述磁通量屏障具有沿相对于所述公共轴的周向的宽度；其中，通过将所述电感器芯组件围绕所述公共轴相对于彼此进行旋转，所述宽度是可调整的。

本文所描述的电感器芯的实施例考虑到多个更特定的电感器芯设计，每个设计都具有其固有优势，但是全都呈现共同的性能和与制造相关的优势。特别地，本文所描述的电感器芯的实施例适合于被高效地制造(例如，通过粉末冶金制造技术)，同时便于准确地调整气隙的宽度。电感器芯组件的周向尺寸一般由模具或压模的几何形状来限定，从而容许高精确度，同时沿轴向的尺寸由压实工艺(其容许对结果尺寸的稍低精确度的控制)的工艺参数限定。另外，可以在制造电感器期间通过将不同组件围绕公共轴向相对于彼此进行旋转来方便地调整沿周向的尺寸。因此，在磁通量路径的圆周部分中提供磁通量屏障促进可调整的通量屏障和屏障尺寸的高精确度，从而提高电感器性能。可以知道，电感器芯组件中的每一个都可以成形为一个零件。

在一些实施例中，所述两个电感器芯组件中的第一电感器芯组件包括第一组凸出物，所述两个电感器芯组件中的第二电感器芯组件包括第二组凸出物；其中，所述第二组的凸出物与所述第一组的凸出物相交错，以便在所述第二组的每个凸出物与所述第一组的相应相邻凸出物之间限定相应通量屏障。每组的凸出物可以从相应基底部件径向和/或轴向地延伸，从而通过旋转每组的凸出物从其延伸的对应基底部件，允许该组的全部凸出物的位置的同时周向位移。可以将所述凸出物成形为细长的齿，例如，以梳状间隔地分布。特别地，所述齿可以沿圆周分布。

特别地，所述电感器芯可以包括第一和第二基底部件以及至少第一轴向延伸的芯部件，所述第一芯部件的形状和尺寸被设置为在所述第一和第二基底部件之间提供磁通量路径。因此，可以在所述第一轴向延伸的芯部件的相对端处提供所述第一基底部件和所述第二基底部件。所述第一芯部件可以包括从所述第一基底部件向所述第二基底部件轴向延伸的第一组凸出物以及从所述第二基底部件向所述第一基底部件轴向延伸的第二组凸出物；其中，所述第二组的凸出物与所述第一组的凸出物相交错，以便在所述第二组的每个凸出物与所述第一组的相应相邻凸出物之间限定相应通量屏障。因此，通过在所述第一和第二基底部件之间的芯部件的磁通量穿过在所述第一组的突出物与所述第二组的相邻凸出物之间的沿周向的通量屏障。可以通过将所述第一组凸出物从中延伸的所述第一基底部件相对于所述第二组凸出物从中延伸的所述第二基底部件进行旋转来方便地调整所述通量屏障的宽度。因此，所述两个单独电感器芯组件中的第一电感器芯组件可以包括所述第一基底部件和所述第一组凸出物，所述两个电感器芯组件中的第二电感器芯组件可以包括所述第二基底部件和所述第二组凸出物。

在本文中公开的电感器芯的实施例允许对于通量屏障的尺寸的调整，而不需要改变从中组装所述电感器芯的任何一个组件的尺寸或形状。因此，具有不同通量屏障尺寸(从而具有不同性能)的电感器可以由更少数量的组件制造而成。这不仅促进了更高效的制造工艺，还减少了用于制造具有不同规格的各种电感器的组件的不同工具(诸如压实模具)的数量。当所述第一和第二电感器芯组件具有相同的形状和尺寸时，所述电感器芯可以由同一类型的组件组装而成，从而进一步提升了制造工艺的效率并进一步减少了所需的制造工具的数量。

所述电感器芯还可以包括第二轴向延伸的芯部件，所述第二芯部件的形状和尺寸被设置为在所述第一和第二基底部件之间提供磁通量路径。因此，所述第一和第二芯部件以及所述第一和第二基底部件提供包括尺寸可精确调整的通量屏障的闭环通量路径。可以在两个芯部件的任何一个中或甚至在两个芯部件中提供所述通量屏障。

可以将所述第二芯部件完全地包括在所述第一和第二电感器芯组件的一个之中，或者可以将所述第二芯部件部分地包括在所述第一和第二电感器芯组件两者之中。

所述通量屏障可以是气隙或者填充了具有低于所述第一和第二电感器芯组件的材料的磁导率的另一种材料的空隙。用于填充气隙的适合材料的示例包括纸板、纤维增强塑料、塑料塑模材料、聚(4,4'-二亚苯基-均苯四甲酸酐(4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimide))(还称为Kapton)、如杜邦公司的商标为Nomex(诺梅克斯)的间位芳纶材料等，或它们的组合。

术语“通量屏障的宽度”意在指气隙沿磁通量通过通量屏障的方向的线性尺寸。在本文所公开的电感器芯的实施例中，气隙的宽度是沿周向进行测量的。本文所使用的术语轴向的、径向的以及周向的指相对于由电感器芯组件限定的轴的方向。可以知道，在一些实施例中，可以旋转电感器芯组件，以便使其彼此接触，从而使通量屏障的宽度基本为0。然而在两个组件之间的界面仍然构成通量屏障。一般地，屏障的宽度可以是0或更大。除其它因素外，所期望的宽度可以取决于电感器芯组件的材料，特别地，取决于电感器芯组件的材料的磁导率。当电感器芯组件由低磁导率材料制成时，期望具有小气隙(即，具有小磁阻的通量屏障)。在一些实施例中，甚至期望使组件彼此接触，以便最小化气隙的宽度。

如本文所描述的电感器芯可以制造成各种尺寸。在一些实施例中，例如，在电感器芯组件由压实的粉末制成的实施例中，电感器芯的径向尺寸可以在30毫米到300毫米之间(诸如在40毫米到250毫米之间)。电感器芯的轴向尺寸可以小于200毫米(例如，小于100毫米)。电感器芯组件可以具有不同数量的凸出物，例如，每个电感器芯组件可以具有3到10个凸出物(例如，3、4、5、6、7、8、9、10个凸出物)。

在一些实施例中，电感器芯包括内芯部件和外芯部件，所述内芯部件和外芯部件都在所述第一和第二基底部件之间轴向延伸并在所述第一和第二基底部件之间提供相应磁通量路径；其中，所述外芯部件至少部分地包围所述内芯部件，从而限定围绕所述内芯部件的用于容纳在所述内芯部件和所述外芯部件之间的绕组的空间的外周长；其中，所述内芯和外芯部件中的至少一个包括所述至少一个磁通量屏障。因此，包括所述磁通量屏障的芯部件可以是所述内芯部件或者所述外芯部件，或是它们两者，即，所述第一芯部件可以是所述内芯或外芯部件，而所述第二芯部件可以是所述内芯和外芯部件中对应的另一个芯部件。

可以将所述内芯部件成形为圆柱或管状结构，或者它可以具有不同的横截面形状(例如，多边形)。所述内芯部件可以由相应第一和第二内芯部件构成，所述第一和第二内芯部件都从所述第一和第二基底部件中的相应部件向彼此延伸。在组装后的电感器芯中，所述第一和第二凸出物可以彼此邻接，以便构成从所述第一基底部件向所述第二基底部件延伸的细长的内芯部件。

备选地，所述第一和第二凸出物可以限定在它们的相应端面之间的气隙。因此，电感器可以包括除本文所描述的可调整的切向气隙之外的气隙。这在以下这样的电感器中可以是有用的：期望较大的整体通量屏障，但气隙的精确宽度应当是可调整的或可以微调的。

所述外芯部件可以构成至少部分地围绕所述电感器的内芯部件和绕组周向地延伸的壁结构，从而提供在所述基底部件之间的通量路径并在电磁上屏蔽所述电感器。每组凸出物可以围绕由所述外芯部件限定的圆周进行分布(例如，平均分布)，从而在同一组的相邻凸出物之间留下相应空隙。空隙的周向宽度大于另一组凸出物的凸出物周向宽度。因此，延伸到在第一组的两个相邻凸出物之间形成的空隙中的第二组的凸出物限定了在第二组的该凸出物的侧边表面之一与第一组的相邻凸出物之一之间的至少一个空隙。根据第一组的凸出物相对于第二组的凸出物的相对角位置，在第一组的凸出物和与其相邻的第二组的凸出物之间限定的空隙是不同的。当凸出物接触到与其相邻的另一组的凸出物中的一个时，提供最小的通量屏障，这是由于磁通可以从一个凸出物直接穿到相邻的凸出物，而不需要通过低磁导率的材料。当将凸出物布置为沿周向放置在另一组的两个相邻凸出物之间的空隙的中央时，提供相应组的凸出物之间的最大距离，从而使磁通穿过通过低磁导率材料的最大距离。

第一和第二组的相交错的凸出物都可以具有长度，以便它们仅仅部分地从一个基底部件延伸到另一个基底部件。因此，每个凸出物都具有连接到基底部件之一的第一端以及面对另一个基底部件的相对自由端，该自由端没有接触另一个基底部件，但在自由端和另一个基底部件之间留下通量屏障，以便使磁通穿过在相邻的相交错的凸出物之间限定的周向通量屏障空隙。因此，在凸出物的自由端和它们面对的端面之间的通量屏障可以大于相邻凸出物之间的周向通量屏障。因此，在一些实施例中，在每个凸出物的自由端与相对的基底部件之间的距离大于同一组的两个相邻凸出物之间的距离与每个凸出物的周向宽度之差。

可以将所述第一和第二基底部件成形为相应的板(例如，圆板)，其中，所述内芯部件从板的中心沿轴向延伸，所述外芯部件从端板的外围部分延伸，所述基底部件提供连接所述内芯和外芯部件的径向通量路径。

根据另一个方面，本文所公开的电感器芯的实施例可以包括第一和第二基底部件以及两个芯部件，其中一个芯部件是内芯部件，另一个芯部件是外芯部件。所述内芯部件在所述第一和第二基底部件之间延伸，其限定所述电感器芯的轴向。所述外芯部件至少部分地包围内芯部件，从而限定围绕所述内芯部件的用于容纳在所述内芯部件和所述外芯部件之间的绕组的空间的外周长。将所述芯部件中的至少一个的形状和尺寸设置为提供在所述第一和第二基底部件之间的通过具有芯磁导率的材料的磁通量路径，所述磁通量路径至少具有周向路径部分；其中，所述至少一个芯部件还包括在屏障磁导率小于芯磁导率的周向路径部分中的一个或多个磁通量屏障。

所述电感器芯可以包括第一电感器芯组件和第二电感器芯组件，其中每个电感器芯组件都被成形为单个零件，所述第一电感器芯组件包括第一基底部件、第一组凸出物，所述第二电感器芯组件包括第二基底部件和第二组凸出物。因此，促进了一种方便的制造工艺，可以容易地将两个电感器芯组件进行组装，以便构成所述电感器芯，并可以容易地围绕公共轴进行旋转，以便调整气隙的尺寸。

通过对所述部件进行配置，可以获得具有低磁阻的磁通路径。至少部分地包围芯部件的所述外芯部件从而可以提供以下双重效果：在作为通量导体的同时，将由绕组中的电流生成的磁通限制在电感器芯中，从而最小化或至少减少对周围环境的干扰。

当迫使磁通跨越气隙时，磁场倾向于沿与通量路径方向垂直的方向进行扩散。这种通量扩散一般称为“边缘通量”。小或窄的气隙倾向于比大或宽的气隙更少地使场弥散。气隙弥散减少通量磁阻，从而增加电感器的电感。但是，如果该磁弥散通量随时间变化并且场与导线几何形状重叠，则在围绕的绕组导线中生成涡电流，使绕组损耗增加。

气隙的次最优布置因而可能造成由于在气隙处与绕组相互作用的弥散通量而导致的效率损失。在一些实施例中，凸出物的径向宽度可以沿周向变化，从而允许通量泄露的减少。

在一些实施例中，在所述电感器芯组件之间限定的凸出物和/或通量屏障的形状和/或尺寸可以变化，以便提供具有相应磁阻的不同通量路径。

本文所描述的电感器芯的实施例很适合通过粉冶金(P/M)生产方法进行生产。因此，在一些实施例中，所述电感器芯由诸如压实的软磁粉之类的软磁材料制成，从而简化了所述电感器芯组件的制造并提供在软磁材料中的有效三维通量路径(其允许例如在电感器芯中的径向、轴向和周向的通量路径组件)。在此处及下文中，术语“软磁的”意在指可以被磁化但当磁化场移除时不趋向于保持磁化的材料的材料特性。通常地，当材料的矫顽磁性不大于1千安培/米(kA/m)时(参见例如“Introduction to Magnetism and Magneticmaterials”,David Jiles，第一版1991 ISBN 0 412 38630 5(HB)，第74页)，可以将材料描述为是软磁的。

本文所使用的术语“软磁复合材料”(SMC)意在指具有三维(3D)磁特性的经压制/压实并经热处理的金属粉组件。SMC组件通常由表面绝缘的铁粉颗粒组成，表面绝缘的铁粉颗粒被压实以构成均匀的各向同性的组件(其可以在单个步骤中具有复杂形状)。

软磁粉可以例如是软磁铁粉或包含钴或镍的粉或包含同样成分的合金。软磁粉可以是基本上纯的水雾化铁粉或海绵铁粉(其具有已经被涂上电绝缘层的不规则形状的颗粒)。在该上下文中，术语“基本上纯的”意味着该粉应当基本上没有夹杂物而且诸如氧、碳以及氮的杂质的数量应当保持在最低限度。基于重量的平均颗粒尺寸通常可以是小于300微米并大于10微米。

但是，可以使用任何软磁金属粉或金属合金粉，只要软磁特性是足够的并且该粉适于压模压实。

粉颗粒的电绝缘层可以由无机材料制成。在US 6348265(通过引用结合到本文中)中公开的绝缘层类型尤其适合，其涉及由具有绝缘的包含氧和磷的屏障的基本上纯的铁组成的基底粉的颗粒。可以将可向AB(瑞典)购买的500、550或700作为具有绝缘颗粒的粉。

本文所描述的电感器芯的实施例在制造期间提供涉及公差的优势。可以通过软磁粉材料的单轴压实来制造第一和第二电感器芯组件。特别地，可以通过模制软磁粉材料来制造电感器芯组件，该模制可以包括通过沿着与每个相应电感器芯组件的轴向对应的方向按压来压实粉材料。沿径向和周向，组件的尺寸由模具/压模的腔壁限定。从而可以以在周向上比在轴向上严格得多的公差使用单轴压实来制造组件。因此，所制造的部件可以呈现沿周向具有高精确度的尺寸。这是有益的，因为这使能实现电感器芯组件之间相对于彼此沿周向的精确匹配，从而允许组件之间的空隙或其它通量屏障的周向尺寸的精确确定，这反过来使能在最终电感器产品中的电感的良好精度。当制造具有沿轴向延伸的气隙的压实的电感器芯时，这种精度将很难实现。

根据一个实施例，所述第一和第二电感器芯组件是单独组件，它们适于被组装并共同构成贯穿所述内芯和外芯部件以及所述基底部件的磁通量路径。因此，可以通过简便的方式分别制造每个组件。如上文所述，每个组件都可以由诸如表面绝缘软磁粉之类的软磁粉材料制成，从而允许使用单级加工进行高效生产。

另外，电感器芯的模块设计还使能电感器芯的混合设计，其中每个芯组件都可以由最适合的材料制成。特别地，电感器的不同组件可以由相同的或不同的材料制成。适合的材料的示例包括压实的粉、薄片等。另外，本说明书主要涉及电感器的组件，特别地，实现磁功能并从而由具有适合的磁特性的材料制成的电感器芯的组件。但是，可以知道，电感器可以包括不具有磁功能的其它结构组件；这种结构组件一般可以由非磁性材料制成。

根据一个实施例，所述基底部件呈现沿向外径向减少的轴向尺寸。因为所述基底部件的周长沿向外径向增加，所以所述基底部件的轴向尺寸可以逐渐减少，同时保持与在所述基底部件和所述芯部件之间的界面处相同的通量传导横截面面积。因此，可以在对效率不造成不利影响的情况下减少基底部件所需的材料量。

另外，所述电感器芯组件使闭合的电感器芯设计能够高效地对周围环境屏蔽由绕组电流生成的磁通量。

本公开涉及不同的方面，包括上文和下文所描述的电感器芯，相应的方法、设备和/或生产装置，其中每个都产生结合第一所述方面进行描述的益处和优点中的一个或多个，而且其中每个都具有与结合第一所述方面进行描述的和/或在所附权利要求中公开的实施例对应的一个或多个实施例。

特别地，本文所公开的是调整如在此所述的电感器芯的磁通量屏障的宽度的方法的实施例。方法实施例包括将电感器芯组件围绕公共轴相对于彼此进行旋转，以便调整磁通量屏障的宽度。该过程可以例如在制造电感器芯期间(例如，在组装电感器芯组件和绕组以便形成电感器之后)实施。例如通过使用适合的材料(例如，非磁性材料)来使电感器二次成形、通过使用固定螺丝来固定组件，或通过任何其它适合的粘合或固定手段，可以随后将电感器芯组件固定在所选择的配置中(即，所选择的相对于彼此的周向位置)。

附图说明

在以下示意性且非限定性的对参考附图在本文中公开的方面的实施例的描述中，将更详细描述在本文中公开的不同方面的实施例以及本发明思想的其它目标、特征及优点，其中，相同的参考标记指示相同的元件，除非另有说明，其中：

图1显示了电感器的一个实施例的示意分解图；

图2a-b是在组装状态下的电感器芯的图示；

图3显示了电感器芯组件的另一个实施例的示意图；

图4是在组装状态下的电感器芯的图示；

图5-6显示了电感器芯的其它实施例；

图7示出了被配置为具有随电流负载而变化的电感的电感器芯的示例。

具体实施方式

图1是包括电感器芯和绕组109的电感器的一个实施例的示意分解图。电感器芯包括两个单独电感器芯组件101a和101b。

两个电感器芯组件中的第一电感器芯组件(101a)包括基底部件103a、内芯部件105a以及一组凸出物102a。基底部件103a是圆盘形，其限定了外围104a。内芯部件分段105a沿轴向从基底部件103a的中心延伸。在该示例中，内芯部件分段是圆柱形。但是，可以知道内芯部件分段可以具有不同形状(例如，多边形截面)。将基底内芯部件分段105a与基底部件103a同轴布置。凸出物102a沿轴向从基底部件103a延伸，并沿基底部件103a的外围104a分布，在内芯部件分段105a和凸出物102a之间留下径向空隙。凸出物102a沿着与内芯部件分段105a相同的方向延伸。凸出物102a沿周向彼此隔开，从而限定了相邻凸出物之间的空隙，所述空隙由凸出物的侧表面107a界定。在图1的示例中，凸出物102a都具有相同的形状和尺寸，并且它们沿外围104a均匀分布，即，相邻凸出物之间的所有空隙都具有相同的尺寸。该组凸出物102a从而共同构成包围内芯部件分段105a的外芯部件的一部分。内芯部件分段105a和该组凸出物102a共同限定了在内芯部件分段105a和该组凸出物102a之间用于容纳绕组109的空间。每个凸出物102a都成形为管状壁的一段，以便该组凸出物共同构成具有沿轴向延伸的槽的管状壁。内芯部件分段105a的轴向长度小于凸出物102a的轴向长度。

可以知道，在备选实施例中，电感器芯组件101a的不同部分的形状和/或布置可以不同。例如，凸出物可以具有不同形状，它们的形状和/或尺寸可以各不相同，相邻凸出物之间的空隙的尺寸可以不完全相同等。

在图1的示例中，第二电感器芯组件101b与第一电感器芯组件101a的形状和尺寸相同，即，第二电感器芯组件101b包括基底部件103b、内芯部件分段105b以及一组从基底部件103b的外围104b延伸的凸出物102b，全部如结合第一电感器芯组件101a描述的那样。但是，可以知道，电感器芯的其它实施例可以包括具有不同形状的两个电感器芯组件。例如，所述组件中只有一个可能包括内芯部件分段，该内芯部件分段可以足够长，以便在组装后的电感器芯中沿轴向一直延伸到另一个电感器芯组件的基底部件。备选地或另外地，两个组件的凸出物可以具有不同的形状和尺寸。

两个电感器芯组件101a和101b适合被这样组装：彼此沿轴向对齐并且它们各自的内芯部件分段105a、b彼此相对，以便凸出物延伸进入由另一个组件的凸出物构成的空隙中，即，其中一个组件的凸出物与另一个组件的凸出物相交错。

内芯部件分段105a和105b可以在组装后的电感器芯中通过它们各自的正面106a和106b彼此接触，以便构成在基底部件103a和103b之间一直延伸的内芯部件。在一些实施例中，内芯部件分段105a、b可以限定轴向通量屏障，例如，以在它们之间的沿轴向延伸的空隙的形式和/或以包括具有较低磁导率的材料的内芯部件分段中的一个或两个的一部分的形式。

两个电感器芯组件101a、b的相交错的凸出物102a、b共同构成具有包围内芯部件的外层管状壁的形式的外芯部件，从而构成沿径向和轴向在内芯部件和外芯部件之间延伸的空间，该空间用于容纳绕组109。

绕组109是管状，并且其尺寸被设计为使其包围内芯部件并被装入内芯部件和外芯部件之间的空间。电感器芯还可以包括绕组引线和/或其它特征(未示出以便简化图示)。可以将引线例如布置在外芯部件之中或其中一个基底部件之中。

电感器芯组件101a和101b可以都由压实的磁粉材料制成。所述材料可以是软磁粉。所述材料可以是铁氧体粉。所述材料可以是表面绝缘的软磁粉(例如，包括具有电绝缘涂层的铁颗粒)。所述材料的电阻率可以是这样的电阻率：使得涡电流被基本抑制。作为一个更具体的示例，所述材料可以是软磁粉(例如，来自瑞典，S-26383赫格纳斯，赫格纳斯AB的产品系列Somaloy(例如，Somaloy(R)110i、Somaloy(R)130i或Somaly(R)700HR))。

可以将软磁粉填充进压模并压实。然后可以将材料进行热处理，例如，通过烧结(对于诸如铁氧体粉的粉材料)或在相对低的温度进行热处理，以便不破坏粉颗粒之间的绝缘层(对于软磁复合材料)。在压实过程中，可以沿着与相应部件的轴向对应的方向施加压力。在径向和周向上，组件的尺寸由模具的腔壁限定。因此，可以以在径向和周向上比在轴向上更严格的公差使用单轴压实来制造每个组件。

备选地，电感器芯组件可以由一种具有足够高磁导率(高于空气的磁导率)的不同材料制成，和/或从多个单独的零件组装而成，而不是在单个零件中构成。

图2a-b是在已组装状态下的电感器芯的图示。一旦组装电感器芯，则两个电感器芯组件101a、b的相交错的凸出物102a、b构成管状壁，所述管状壁具有在两个电感器芯组件中的一个的各个凸出物和与之相邻的另一个电感器芯组件的凸出物之间的沿轴向延伸的槽210和211。构成这些槽的原因在于：每个组件的凸出物都具有宽度d(沿周向测量)，其小于相应另一个组件的相邻凸出物之间的空隙的宽度D(同样沿周向测量)。

根据两个电感器芯组件101a、b相对于彼此的角位置，槽使磁通量(其从一个基底部件到另一个基底部件通过外芯部件)穿过气隙形式的通量屏障，其中，气隙的尺寸(沿周向)取决于电感器芯组件相对于彼此的相对角位置。

在图2a的示例中，电感器芯组件被这样定向：使得一个电感器芯组件的每个凸出物102a接触与其相邻的另一个电感器芯组件的凸出物102b，即，凸出物的相应侧表面107a、b彼此接触。因此，存在在基底部件之间的通过外芯部件的磁通量路径，以致于整个通量路径贯穿电感器芯部件的材料，如图2a中的箭头212所示出的。可以看出，通量路径穿过其中两个凸出物之间的接触面。

图2b显示了电感器芯，其中，电感器芯组件101a、b相对于彼此被旋转到一个不同的相对角位置，以致于由相应空隙210、211将每个凸出物和与其相邻的另一个的电感器芯组件的两个凸出物反隔开。因此，基底部件之间通过外芯部件的磁通量必须穿过相邻凸出物之间的空隙，如箭头213所指示的。

通量必须穿过的最小空隙的尺寸可以通过将电感器芯组件101a、b围绕它们的公共轴相对于彼此进行旋转来连续改变。可以知道，最小空隙尺寸可以在0毫米(如图2a的示例)和等于(D-d)/2的最大空隙尺寸(当将每个凸出物准确放置在与其相邻的另一个电感器芯组件的两个突出物之间的中央时出现)之间变化。典型的最大空隙尺寸可以在1毫米到8毫米的范围之间。但是，其它空隙尺寸也是可能的，这取决于所期望的电感器性能。可以知道，当在突出物两侧形成的空隙的宽度不同时，磁通量将主要通过较窄的空隙。因此，有效空隙宽度通常由其中最小的空隙限定。

如能在图2a中最清楚看到的，在该示例中，在组装后的电感器芯中(为了图示的简化，在图2a-b中显示电感器芯时没有显示绕组)，内芯部件分段105a和105b相互接触。另外，凸出物102a、102b的轴向长度足够小，以便通过将两个电感器芯组件的内芯部件分段相接触而将两个电感器芯组件组装时，使凸出物102a、b只是部分地朝向相应另一个电感器芯组件的基底部件延伸。因此，在每个凸出物的自由端108a、b和相应另一个电感器芯组件之间构成空隙214。该空隙的宽度可以是L(沿轴向测量)。因此，可以知道，在电感器芯组件之间的最大可获得的空隙尺寸可以是L和(D-d)/2中的较小者。

在已组装的情况下，图1和图2a-b的电感器芯提供了闭环通量路径，其通过内芯部件沿轴向从一个基底部件向另一个基底部件延伸，在其中一个基底部件中沿径向向内延伸，在另一个基底部件中沿径向向外延伸，并在外芯部件中沿径向并部分地沿周向延伸。闭环通量路径穿过由相邻凸出物之间的空隙(多个)201和/或211构成的通量屏障，其中，通过将两个电感器芯组件围绕它们的公共轴相对于彼此进行旋转，空隙的空隙宽度是可调节的。

因此，具有不同电感特性的电感器可以使用同样的电感器芯组件进行制造。鉴于此，在制造期间，可以组装电感器芯组件和绕组，可以将电感器芯组件相对于彼此进行旋转，以便将空隙尺寸调整到期望值，方式为：将电感器芯组件固定在所期望的相对于彼此的位置，例如，通过将组件粘合在一起，通过用期望的具有足够低磁导率的固化材料填充空隙，等等。通常，空隙210、211和/或214可以填充空气，其中，将磁通量屏障形成为气隙。备选地，空隙中的一些或全部可以填充与电感器芯组件的材料相比呈现显著减少的磁导率的材料。通过示例的方式，所述材料可以是塑料材料，橡胶材料或陶瓷材料。

如本领域技术人员可以理解的，通过将电感器芯组件相对于彼此进行旋转来精确调整空隙210和211的尺寸，这比减小组件沿轴向的可接受制造公差区间更可行。

另外，如上文所述，可以使沿周向的公差区间相对严格。因此，还可以精确限定凸出物的周向宽度和凸出物之间的空隙的周向宽度。因为最终的电感器的电感取决于通量路径的总长度和通量屏障的尺寸，所以根据所述电感器芯的设计使能制造呈现精确电感的电感器。

图3显示了电感器芯组件的另一个实施例的示意图。图3的电感器芯组件301a与图1所示的电感器芯组件101a类似，其中，电感器芯组件301a包括基底部件303a、内芯部件分段305a以及一组凸出物302a，全部如结合图1的电感器芯组件101a描述的那样，只是基底部件303a以及凸出物302a的形状不同。特别地，基底部件303a是限定具有交替凸凹部的周长的板。另外，凸出物302a具有沿周向变化的径向宽度，即，凸出物具有窄侧边315(其径向宽度小于另一个侧边的径向宽度)、较宽的侧边316。

图4是在组装状态下的电感器芯的图示，其中，该电感器芯包括两个电感器芯组件301a和301b，每个都如关于图3所描绘的。特别地，图4a显示了组装后的电感器芯的3D视图，图4b显示了电感器芯的横截面视图。电感器芯组件301a和301b具有同样的尺寸和形状，其中每个电感器芯组件包括各自的基底部件303a、b、各自的凸出物302a、b以及共同构成内芯部件305的内芯部件分段。因此，在组装后的电感器芯中，可以这样布置电感器芯组件：使具有最小磁阻的气隙310由两个相邻凸出物(它们通过各自的宽侧边表面316彼此相对)形成。每个凸出物的相对窄侧边表面315从而与另一个凸出物的窄边表面相对。但是，可以将窄边表面之间的空隙311选择为大于两个宽边表面之间的空隙。因此，在窄边表面之间限定的空隙的磁阻显著大于宽边表面之间的空隙的磁阻。因此，可以更精确地控制电感器的磁阻，并减少磁通量泄露。

图5显示了电感器芯的另一个实施例。图5的电感器芯与图1的电感器芯类似，其中，电感器芯分别包括两个单独电感器芯组件501a和501b。两个电感器芯组件都包括各自的基底部件503a、b、内芯部件分段(没有明确显示)以及各自的一组凸出物502a、b，全部如关于图1所描述的。但是，图5的实施例与图1的实施例的区别在于电感器芯组件501a、b的形状不同。特别地，其中一个电感器芯组件501a的凸出物502a比另一个电感器芯组件501b的凸出物502b长。

图6显示了电感器的另一个实施例。图6的电感器与图1的电感器类似，其中，所述电感器包括管状绕组609和由两个单独电感器芯组件601a和601b构成的电感器芯。在图6的示例中，电感器芯组件601a与图1的电感器芯组件类似，其中，电感器芯组件601a包括基底部件603a、内芯部件分段605a以及一组凸出物602a。基底部件603a是圆盘形。内芯部件605沿轴向从基底部件603a的中心延伸。管状圆周壁645沿轴向从基底部件603a的外围延伸，在内芯部件605和壁645之间留下径向空隙。该壁限定了背向基底部件的外围604。轴向凸出物602a沿外围604分布。凸出物602a与内芯部件605沿相同方向延伸。凸出物602a沿周向彼此隔开，从而限定了相邻凸出物之间的空隙。壁645和该组凸出物602a从而共同构成包围内芯部件605的外芯部件。内芯部件分段605的轴向长度小于包括凸出物602a的壁645的轴向长度。将第二电感器芯组件601b形成为圆盘603b，圆盘603b具有沿径向从圆盘的外围向外延伸的径向凸出物602b。电感器芯组件601b从而构成电感器芯组件601a的盖，其中，轴向凸出物602a与径向凸出物602b相交错，并沿轴向延伸进入在电感器芯组件601b的径向凸出物之间构成的空隙。当组装时，内芯部件605a接触到圆盘603b。

径向凸出物602b的周向宽度小于在相邻轴向凸出物602a之间构成的空隙的尺寸。另外，凸出物602b的径向长度大于轴向凸出物602b的径向壁的厚度。因此，当将电感器芯组件601b与电感器芯组件601a相组装时，在径向凸出物602b和轴向凸出物602a之间构成气隙。特别地，在每个径向凸出物602b与相邻轴向凸出物602a的侧壁之间构成切向气隙。通过将电感器芯组件601a相对于电感器芯组件601b围绕它们的公共轴进行旋转，可以以关于前面的实施例所描述的类似方式调整切向空隙的宽度。

虽然图6的电感器芯的两个组件都由压实的软磁粉制成，但是它们还可以由不同的材料制成。例如，圆盘形组件601b可以由薄片制成。在该实施例中，可以将圆盘形组件601b构成为具有用于容纳内芯部件分段605的中心孔的环状圆盘，内芯部件分段605的形状和尺寸又被设置为贯穿中心孔。因此，在该实施例中，环状圆盘形的组件主要提供沿径向和周向的二维磁通量路径。

图7示出了被配置为具有随电流负载变化的电感的电感器芯的示例；该布置还被称为“变感扼流圈”。电感的变化归因于由磁芯的几何形状造成的磁芯的部分饱和。可以选择芯的尺寸(特别地，凸出物以及电感器芯组件之间的切向和轴向空隙的尺寸)，以提供将建立高初始低负载电感的部分低磁阻路径。该低磁阻路径通常将随着电流负载的增加而开始饱和。由于通量路径饱和，将存在磁通(其现在被导向将减少电感的更高磁阻)的备选路径。使用气隙分段的恰当的设计来稳定这两个感应水平是可能的。

图7a-b示意性地显示了电感器芯(例如，图1的电感器芯)的零件，其包括电感器芯组件101a、b(相应齿状凸出物102a、b从中延伸)。凸出物102a、b限定了它们之间的切向气隙210以及齿的端部和另一个相应电感器芯组件的基底部件103a、b之间的相应空隙214。切向空隙210比轴向空隙214窄。

图7a示出了穿过相邻凸出物102a、b之间的切向气隙210的低磁阻路径725。如图7b中示出的，当电流负载增加时，低电导路径穿过的芯材料至少部分饱和，使通量被导向一个不同的路径726，路径726穿过空隙214并具有较高的磁阻(因为空隙214主导磁阻)。因此，随着电流负载的增加，电感器的电感减小，例如，如在图7c中示意性地示出的。电感在高电感低功率模式“A”(其中，电感由通量路径725主导)和低电感高功率模式“B”(其中，电感由通量路径726主导)之间减少。

使用变感扼流圈的一个原因是为了当电感器在像例如切换模式功率电子电路的应用中以低功率工作时提供进一步的谐波消减。

可以知道，在备选实施例中，可以通过适当地布置不同尺寸的凸出物和气隙(例如，如图7d中示出的)来提供备选磁通路径。图7d示意性地显示了如在图7a中示出的电感器芯的各部分。但是，在该示例中，该组凸出物包括一个或多个窄凸出物702a、b，702a、b的切向宽度小于其余的凸出物721a、b的切向宽度，而且在702a、b之间形成比其余的凸出物721a、b之间的对应切向气隙731小的气隙710。如在图7a-b的示例中，该电感器提供通过窄凸出物702a、b并穿过窄气隙710的低功率通量路径725。在更高电流的情况下，发生窄凸出物的饱和，而且通量将越来越遵循通过较宽凸出物721a、b和较宽气隙731的路径726。

虽然已经详细描述并显示了一些实施例，但本发明并不限于此，本发明还可以通过在以下权利要求中限定的主题范围内的其它方式来体现。特别地，可以理解，可以利用其它实施例，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和功能的修改。例如，在上文中，已经公开了呈现圆柱体几何形状的电感器芯。但是，该发明构思不限于该几何形状。例如，电感器芯可以是椭圆形、三角形、正方形或多边形分段。相似地，在上文所描述的实施例中，限定气隙的相邻凸出物的侧边表面已经显示为彼此相互平行，即，侧边表面已经显示为轴向-径向定向。但是，可以知道，可以选择侧边表面不相互平行，从而提供了具有变化的宽度的气隙。其它变化也同样可能，例如，具有台阶的侧边表面，以便提供具有两个不同宽度的气隙。这种具有变化的宽度的气隙还被称为变感扼流圈，其使电感器的设计具有在不同电流下期望的电感特性。

本文所描述的电感器芯的实施例可以用于包括光电应用的各种应用、功率变换单元、电压控制单元、诸如LC或LCL滤波器的滤波器单元等。本文所描述的电感器芯的实施例可以用于以各种功率级(例如，大于500瓦，诸如大于1千瓦)工作的系统。特别地，当本文所描述的电感器芯的实施例用于多相系统时(例如，3相系统)，可以将用于不同相位的电感器精确并方便地配置为具有如所期望的尽量相似的性能。

在列举了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以通过同一个结构组件体现。在互不相同的从属权利要求中记载或在不同实施例中描述一些措施，这并不表示这些措施的组合不能用于获得益处。

应当强调，当术语“包括/包含”用于本说明书时，其用于详细说明所陈述的特性、整体、步骤或组件的存在，而并不排除存在或附加一个或多个其它特性、整体、步骤、组件或它们的组合。

Claims (13)

1.一种电感器芯，其包括两个单独电感器芯组件，所述两个电感器芯组件在被彼此组装时共同构成所述电感器芯并限定公共轴；其中，所述电感器芯组件构成至少一个磁通量屏障，所述磁通量屏障具有沿相对于所述公共轴的周向的宽度；其中，通过将所述电感器芯组件围绕所述公共轴相对于彼此进行旋转，所述宽度是可调整的，其中，所述电感器芯包括第一和第二基底部件以及至少轴向延伸的第一芯部件，所述第一芯部件的形状和尺寸被设置为在所述第一和第二基底部件之间提供磁通量路径；其中，所述第一芯部件包括从所述第一基底部件向所述第二基底部件轴向延伸的第一组凸出物以及从所述第二基底部件向所述第一基底部件轴向延伸的第二组凸出物；其中，所述第二组的凸出物与所述第一组的凸出物相交错，以便在所述第二组的每个凸出物与所述第一组的相应相邻凸出物之间限定相应通量屏障。

2.根据权利要求1所述的电感器芯，其中，所述两个电感器芯组件中的第一电感器芯组件包括第一组凸出物，所述两个电感器芯组件中的第二电感器芯组件包括第二组凸出物；其中，所述第二组的凸出物与所述第一组的凸出物相交错，以便在所述第二组的每个凸出物与所述第一组的相应相邻凸出物之间限定相应通量屏障。

3.根据权利要求1所述的电感器芯，其中，所述两个单独电感器芯组件中的第一电感器芯组件包括所述第一基底部件和所述第一组凸出物，所述两个电感器芯组件中的第二电感器芯组件包括所述第二基底部件和所述第二组凸出物。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电感器芯，还包括轴向延伸的第二芯部件，所述第二芯部件的形状和尺寸被设置为在所述第一和第二基底部件之间提供磁通量路径。

5.根据权利要求4所述的电感器芯，其中，所述两个电感器芯组件中的每一个都包括所述第二芯部件的一部分。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电感器芯，其中，所述两个电感器芯组件具有相同的形状和尺寸。

7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电感器芯，包括内芯部件和外芯部件，所述内芯部件和外芯部件都在所述第一和第二基底部件之间轴向延伸并在所述第一和第二基底部件之间提供相应磁通量路径；其中，所述外芯部件至少部分地包围所述内芯部件，从而限定围绕所述内芯部件的用于容纳在所述内芯部件和所述外芯部件之间的绕组的空间的外周长；其中，所述内芯和外芯部件中的至少一个包括所述至少一个磁通量屏障。

8.根据权利要求7所述的电感器芯，其中，所述外芯部件包括限定所述第二组的每个凸出物与所述第一组的相应相邻凸出物之间的相应空隙的所述第一和第二组凸出物。

9.根据权利要求8所述的电感器芯，其中，每个凸出物都具有沿周向变化的径向宽度。

10.根据权利要求7所述的电感器芯，其中，所述外芯部件的通量传导横截面面积超过所述内芯部件的通量传导横截面面积。

11.根据权利要求8或9所述的电感器芯，其中，所述外芯部件的通量传导横截面面积超过所述内芯部件的通量传导横截面面积。

12.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电感器芯，其中，所述电感器芯组件由软磁粉材料制成。

13.一种调整如在权利要求1-12中的任意一项中所定义的电感器芯的磁通量屏障的宽度的方法；所述方法包括将所述电感器芯组件围绕公共轴相对于彼此进行旋转，以便调整所述磁通量屏障的宽度。