TWI585789B - 電感器芯 - Google Patents

Description

電感器芯

本發明性概念係關於電感器芯。

電感器用於寬的應用陣列中，諸如信號處理、雜訊濾波、功率產生、電氣傳輸系統等。為了提供更緊密且更有效之電感器，電感器之導電繞組可配置於伸長之磁性傳導芯(亦即，電感器芯)周圍。電感器芯較佳地由具有高於空氣之磁導率的材料製成，其中該電感器芯可實現具有增大之電感的電感器。

電感器芯在廣泛多種設計及材料中可用，該等設計及材料各自具有其特定優點及缺點。然而，鑒於在不同應用中對於電感器之不斷增大的需求，仍需要具有靈活且有效之設計且在寬範圍之應用中可用的電感器芯。

鑒於上文，本發明性概念之一目標係滿足此需要。在下文中，將描述根據發明性概念之第一態樣及第二態樣的電感器芯。此等發明性電感器芯提供改良，該改良在於：其使得複數個更特定之電感器芯之設計變為可能，每一設計具有其固有的優點但皆具有共同的效能及與製造相關之優點。

根據第一態樣，提供一種電感器芯，其包含：一軸向延伸之芯部件；一軸向延伸之外部部件，其至少部分地圍繞該芯部件，藉此在該芯部件周圍形成一空間以用於容納在該芯部件與該外部部件之間的一繞組；一板部件，其具有一徑向延伸物且具備一通孔，其中該芯部件經配置以延伸至該通孔中，其中該板部件為一與該芯部件及該外部部件分離之部件且經調適以與該芯部件及該外部部件裝配，其中一延伸通過該芯部件、該板部件及該外部部件之磁通量路徑得以形成。

藉由該等部件之組態，可獲得具有低磁阻之磁通量路徑。至少部分地圍繞該芯部件之該外部部件可由此提供如下雙重效應：將藉由在繞組中流動之電流所產生的磁通量限定至該電感器芯，且藉此最小化或至少減小對周圍事物的干擾同時充當通量導體。

為提供低磁阻磁通量路徑，電感器芯通常係由具有高磁導率之材料製成。然而，此等材料可容易地變得飽和，尤其係在較高的磁動力(MMF)下。在飽和後，電感器之電感即可減小，其中電感器芯可用於之電流的範圍減小。用以改良可用範圍之已知的措施係配置磁通量障壁(例如，呈氣隙之形式，該氣隙位於繞組經配置而環繞之芯之部分中)。針對伸長之先前技術芯，氣隙由此在芯之軸向上延伸。恰當配置之氣隙產生減小之最大電感。其亦減小對電流變化之電感敏感性。可藉由使用不同長度之氣隙來定製電感器之性質。

當磁通量被迫使跨越氣隙時，磁場將傾向於在垂直於通量路徑之方向的方向上擴展。此通量擴展一般被稱為「邊緣通量(fringing flux)」。小的或短的氣隙對該場加邊緣之程度將小於大的或長的氣隙。氣隙邊緣將減小通量磁阻且藉此增大電感器之電感。然而，若此磁性邊緣通量隨時間而改變且該場重疊導線幾何結構，則亦將存在產生於周圍繞組導線中之渦流。導線中之渦流將增大繞組損耗。氣隙之先前技術配置可因此歸因於在與繞組相互作用之氣隙處的邊緣通量而使效率損耗成為必需。為減小此等損耗，需要仔細地考慮氣隙之區域中的繞組之配置。另外，可能有必要使用極佳設計之導線幾何結構(例如，扁平箔繞組或使用多股極細導線之絞合漆包線)，以便減小此等損耗。

第一態樣之發明性電感器芯設計實現與上文所提及之先前技術方法的背離。更特定言之，其使得磁通量障壁能夠配置於磁通量路徑之徑向延伸部分中。此「徑向磁通量障壁」使得有可能分離邊緣通量(出現於該磁通量障壁處)與繞組且藉此減輕相關的效率損耗。

「磁通量障壁」可解釋為配置於電感器芯中且具有徑向長度延伸物及磁阻的障壁，使得該障壁將為針對磁通量路徑之總磁阻的判定因素。通量障壁可因此亦被稱為磁阻障壁。

根據一實施例，磁通量障壁包括具有減小之磁導率的材料，該材料與該板部件整合且分佈於其徑向部分之上。該徑向部分之長度可對應於該板部件之完全的徑向延伸物或其僅一部分。

根據一實施例，該磁通量障壁配置於該芯部件與該板部件之間，該磁通量障壁藉此分離該芯部件與該板部件。藉由在該芯部件中提供通孔(其中該芯部件延伸至該通孔中)，可藉由在該芯與該板部件之間延伸之空間或間隙而容易地形成「徑向磁通量障壁」。此磁通量障壁可被稱為「徑向內磁通量障壁」。在磁通量路徑自軸向轉變至徑向之位置處，提供該磁通量障壁使得有可能達成邊緣通量在電感器芯外部的極小的存在，此係因為在該芯部件與該板部件之間的邊緣通量之大部分可出現於電感器芯內部。

根據一實施例，該外部部件至少部分地圍繞該板部件。此實現穩定的構造，此係因為在該芯部件與該板部件之間以及該板部件與該外部部件之間兩者的界面處之磁通量路徑得以徑向地導引。對在電感器芯上由通量誘發之軸向應力可藉此保持為低的。

藉由配置該外部部件以至少部分地圍繞該板部件，在該板部件與該外部部件之間配置磁通量障壁變為可能的，該磁通量障壁藉此將該外部部件與該板部件彼此分離。此磁通量障壁可被稱為「徑向外磁通量障壁」。徑向外磁通量障壁及徑向內磁通量障壁提供相同或對應之優點。然而，徑向外磁通量障壁提供額外優點在於：其實現邊緣通量(出現於該徑向外磁通量障壁處)與繞組之進一步分離，藉此相關的效率損耗可得以減輕。

根據一實施例，該電感器芯包含一徑向內磁通量障壁及一徑向外磁通量障壁兩者。因此，第一磁通量障壁配置於該芯部件與該板部件之間，且第二磁通量障壁配置於該板部件與該外部部件之間。此雙重障壁配置可在一些狀況下提供增大之設計靈活性。此外，雙重障壁配置實現與單障壁配置相比的減小之在電感器芯外部的邊緣通量，此係因為每一障壁可具備較小的徑向厚度同時維持與單障壁配置相同的對磁通量路徑之總磁阻的組合式影響。較小之徑向厚度實現各別部件之間的較小分離，此又產生較小的邊緣通量。

如可自上文理解，第一態樣之電感器芯具有模組化設計，其中該板部件可與該芯部件及該外部部件單獨地形成。在與其他部件之生產隔離的情況下，該板部件之生產可由此得以最佳化。此後，該等部件可以便利的方式裝配在一起。

根據一實施例，該等部件係由軟的磁性粉末材料製成。該軟的磁性粉末材料可為軟的磁性複合物(SMC)。該軟的磁性複合物可包含具備電絕緣塗層之磁性粉末粒子(例如，鐵粒子)。該板部件中之通孔使得有可能使用相同量之按壓力製造較大的電感器芯，或相反地，使用較小的按壓力製造先前技術大小之電感器芯。

根據第一態樣之電感器芯設計亦在製造期間提供公差相關之優點。可藉由軟的磁性粉末材料之單軸壓實來製造該芯部件、該板部件及/或該外部部件。可藉由模製軟的磁性粉末材料來製造該芯部件、該板部件及/或該外部部件。該模製可包括藉由在對應於每一各別部件之軸向的方向上按壓來壓實粉末材料。在徑向上，藉由鑄模之凹穴壁來限制部件的尺寸。可由此使用在徑向上比在軸向上具有更緊密之公差的單軸壓實來製造部件。因此，所製造之部件可以高的精確度具有徑向上之尺寸。此係有利的，此係因為其使得精確的配合能夠達成於徑向分佈之部件(關於彼此)之間。此外，磁通量障壁之徑向延伸物的長度(例如，藉由通孔之半徑及該芯部件之徑向延伸物，或藉由該板部件之徑向延伸物及該外部部件之徑向尺寸所判定)可得以精確地判定，此又實現針對最終電感器產品中之電感的良好精度。當製造具有軸向延伸之氣隙的經壓實電感器芯時，此精度將極難達成。

根據一實施例，該芯部件、該外部部件及該板部件為單獨部件，其經調適以裝配且一起形成延伸通過該芯部件、該板部件及該外部部件的磁通量路徑。藉此，可以便利之方式單獨地製造每一部件。部件可由軟的磁性粉末材料製成，其中可使用單級加工來有效地生產電感器芯之部件。

電感器芯之模組化設計進一步實現電感器芯之混合設計，其中每一部件可以最適當的材料形成。

根據一實施例，該外部部件之一通量傳導橫截面面積超過該芯部件之一通量傳導橫截面面積。此在一些應用中可為有利的。其針對一些混合設計可為尤其有利的。舉例而言，該芯部件可由軟的磁性複合物材料製成，且該外部部件可由鐵氧體(諸如，軟的鐵氧體)製成。

鐵氧體材料可具有高於軟的磁性複合物之磁導率及低於軟的磁性複合物之渦流損耗，而且具有較低的飽和度。然而，可藉由使該外部部件之通量傳導橫截面面積大於該芯部件之通量傳導橫截面面積來補償較低的飽和度。該外部部件之飽和度可由此增大，其中電感器芯之總損耗可得以減小。

根據一實施例，該芯部件係由軟的磁性粉末製成，且該板部件係由在徑向上延伸之複數個層壓導電薄片製成。由於該芯部件延伸至該板部件之通孔中，因此通量可在軸向延伸之芯部件與該板部件之徑向延伸的導電薄片之間有效地傳送。若此係與配置該外部部件以至少部分地圍繞該板部件組合，則通量可亦在該板部件之導電薄片與該外部部件之間有效地傳送。

根據一實施例，該板部件具有在向外徑向上減小之軸向尺寸。由於該板部件之圓周沿著向外徑向增大，因此該板部件之軸向尺寸可逐漸減小，同時維持與在該板部件與該芯部件之間的界面處相同的通量傳導橫截面面積。在不會不利地影響效率之情況下，針對該板部件所需之材料的量可由此減小。

根據一實施例，該板部件之通孔具有沿著朝向該板部件之外軸向側的方向減小之徑向尺寸。該外軸向側為該板部件在一方向上背離該芯部件與該外部部件之間的繞組空間之側。

根據一實施例，該芯部件完全通過通孔延伸。此實現在該芯部件與該板部件之間的大的界面。

根據一實施例，該芯部件延伸通過且超越通孔。此使得該芯部件能夠具備冷卻構件，其中藉由磁通量及繞組電流所產生之熱量可自電感器芯有效地耗散。

根據一實施例，該板部件為第一板部件，且電感器芯進一步包含額外或第二板部件。可在該外部部件之相對末端處提供第一板部件及第二板部件。可在該芯部件之相對末端處提供第一板部件及第二板部件。該芯部件、該外部部件、該第一板部件及該第二板部件可形成單獨部件且可經調適以裝配。

或者，該第二板部件可與該芯部件及該外部部件成整體形成，且經配置以在該芯部件與該外部部件之間的徑向上延伸。此實現極穩定之構造。

當經裝配時，該等部件可一起形成延伸通過該芯部件、該第一板部件、該外部部件及該第二板部件之磁通量路徑。此外，該等部件實現閉合電感器芯設計，該設計有效地自周圍事物屏蔽藉由繞組電流所產生的磁通量。

根據第二態樣，提供一種電感器芯，其包含：一芯部件，其包含一軸向延伸之芯部分及一與該芯部分成整體形成的徑向延伸之板部件；一軸向延伸之外部部件，其至少部分地圍繞該芯部分，藉此在該芯部分周圍形成一空間以用於容納在該芯部分與該外部部件之間的一繞組，該外部部件進一步至少部分地圍繞該板部件，其中該芯部件及該外部部件為單獨部件，其經調適以裝配且一起形成一延伸通過該芯部分、該板部件及該外部部件的磁通量路徑。

藉由該等部件之組態，可獲得具有相對低之磁阻的磁通量路徑。至少部分地圍繞該芯部件之該外部部件可將藉由在繞組中流動之電流所產生的磁通量限定至該電感器芯，且藉此最小化或至少減小對周圍事物的干擾同時充當通量導體。

該外部部件至少部分地圍繞該板部件。此實現穩定的構造，此係因為在該板部件與該外部部件之間的界面處之磁通量路徑得以徑向地導引。對在電感器芯上由通量誘發之軸向應力可藉此保持為低的。此與經整合之該芯部分及該板部件組合而進一步增加穩定性。

為提供低磁阻磁通量路徑，電感器芯通常係由具有高磁導率之材料製成。然而，此等材料可容易地變得飽和，尤其係在高的磁動力(MMF)下。在飽和後，電感器之電感即可減小，其中電感器芯可用於之電流的範圍減小。用以改良可用範圍之已知的措施係配置一氣隙，該氣隙位於繞組經配置而環繞之芯之部分中。針對伸長之先前技術芯，氣隙由此在芯之軸向上延伸。恰當配置之氣隙產生減小之最大電感。然而，其亦減小對電流變化之電感敏感性。可藉由使用不同長度之氣隙來定製電感器之性質。

當磁通量被迫使跨越氣隙時，磁場將傾向於在垂直於通量路徑之方向的方向上擴展。此通量擴展一般被稱為「邊緣通量」。小的或短的氣隙對該場加邊緣之程度將小於大的或長的氣隙。氣隙邊緣將減小通量磁阻且藉此增大電感器之電感。然而，若此磁性邊緣通量隨時間而改變且該場重疊導線幾何結構，則亦將存在產生於周圍繞組導線中之渦流。導線中之渦流將增大繞組損耗。氣隙之先前技術配置可因此歸因於在與繞組相互作用之氣隙處的邊緣通量而使效率損耗成為必需。為減小此等損耗，需要仔細地考慮氣隙之區域中的繞組之配置。另外，可能有必要使用極佳設計之導線幾何結構(例如，扁平箔繞組或使用多股極細導線之絞合漆包線)，以便減小此等損耗。

第二態樣之發明性電感器芯設計實現與上文所提及之先前技術方法的背離。更特定言之，其使得磁通量障壁能夠配置於磁通量路徑之徑向延伸部分中。此「徑向磁通量障壁」使得有可能分離邊緣通量(出現於該磁通量障壁處)與繞組且藉此減輕相關的效率損耗。

根據一實施例，磁通量障壁包括具有減小之磁導率的材料，該材料與該板部件整合且分佈於其徑向部分之上。該徑向部分之長度可對應於該板部件之完全的徑向延伸物或其僅一部分。

根據第二態樣，該外部部件至少部分地圍繞該板部件。此使得磁通量障壁能夠配置於該板部件與該外部部件之間，該磁通量障壁藉此將該板部件與該外部部件彼此分離。在磁通量路徑自軸向轉變至徑向之位置處提供該磁通量障壁使得有可能達成在電感器芯外部的極小的邊緣通量，此係因為在該芯部件與該外部部件之間的邊緣通量之大部分可出現於電感器芯內部。

第二態樣之電感器芯具有模組化設計，其中該芯部件及該外部部件可彼此單獨地形成。在與另一部件之生產方法隔離的情況下，每一部件之生產方法可由此得以最佳化。此後，該等部件可以便利的方式裝配在一起。

根據一實施例，該等部件係由軟的磁性粉末材料製成。該軟的磁性粉末材料可為軟的磁性複合物(SMC)。該軟的磁性複合物可包含具備電絕緣塗層之磁性粉末粒子(例如，鐵粒子)。

第二態樣亦在製造期間提供與公差相關之優點。可藉由軟的磁性粉末材料之單軸壓實來製造該芯部件、該板部件及/或該外部部件。可藉由模製軟的磁性粉末材料來製造該芯部件及/或該外部部件。該模製可包括藉由在對應於各別部件之軸向的方向上按壓來壓實粉末材料。在徑向上，藉由鑄模來限制部件的尺寸。可由此使用在徑向上比在軸向上具有更緊密之公差的單軸壓實來製造部件。由此製造之部件可由此在徑向上具有極緊密之公差。此係有利的，此係因為其使得良好的配合能夠達成於該芯部件與該外部部件之間。此外，磁通量障壁之徑向延伸物的長度(例如，藉由該板部件及該外部部件之徑向尺寸所判定)可得以精確地判定，此又實現針對最終電感器產品中之電感的良好精度。針對具有軸向延伸之氣隙的電感器芯，此精度將極難達成。

電感器芯之模組化設計進一步實現電感器芯之混合設計，其中每一部件可以最適當的材料形成。

根據一實施例，該外部部件沿著通量路徑所截取之通量傳導橫截面面積超過該芯部分之通量傳導橫截面面積。此針對一些應用可為有利的。舉例而言，其針對一些混合設計可為有利的。作為一更特定實例，該芯部件可由軟的磁性複合物材料製成，且該外部部件可由鐵氧體製成。

鐵氧體可具有高於軟的磁性複合物之磁導率及低於軟的磁性複合物之渦流損耗，而且具有較低的飽和度。然而，可藉由使該外部部件之通量傳導橫截面面積大於該芯部件之該芯部分的通量傳導橫截面面積來補償較低的飽和度。該外部部件之飽和度可由此增大，其中電感器芯之總損耗可得以減小。

根據一實施例，該芯部件之該板部件具有在向外徑向上減小之軸向尺寸。由於該板部件之圓周沿著向外徑向增大，因此該板部件之軸向尺寸可逐漸減小，同時維持與在該芯部分與該板部件之間的過渡處相同的通量傳導橫截面面積。在不會不利地影響效率之情況下，針對電感器芯所需之材料的量可由此減小。

根據一實施例，該電感器芯進一步包含一第二板部件。該電感器芯由此包含一第一板部件及一第二板部件。可在該外部部件之相對末端處提供第一板部件及第二板部件。可在該芯部分之相對末端處提供第一板部件及第二板部件。第二板部件可形成為芯部分上之徑向延伸的突起。當經裝配時，該等部件可一起形成延伸通過該芯部分、該第一板部件、該外部部件及該第二板部件之磁通量路徑。此外，該等部件實現閉合電感器芯設計，該設計有效地自周圍事物屏蔽藉由繞組電流所產生的磁通量。

根據一實施例，該第二板部件可具備通孔，其中該芯部件之該芯部分延伸至該通孔中。該外部部件可至少部分地圍繞該第二板部件。除了在該第一板部件處之磁通量障壁之外，第二徑向延伸之磁通量障壁亦可配置於該第二板部件處。該第二磁通量障壁可配置於該芯部件與該板部件之間，該第二磁通量障壁藉此分離該芯部件與該板部件。該第二磁通量障壁可配置於該第二板部件與該外部部件之間，藉此分離該第二板部件與該外部部件。

參看所附圖式，經由本發明性概念之較佳實施例的以下說明性及非限制性實施方式，將更好地理解本發明性概念之以上以及額外目標、特徵及優點，其中除非另外規定，否則相似參考數字將用於相似元件。

圖1為包含經調適以裝配之複數個單獨部件的電感器芯10之一實施例的示意分解圖。電感器芯10包含軸向延伸之芯部件12及軸向延伸之外部部件14。芯部件12具有圓形橫截面。外部部件14具有環形橫截面。一旦電感器芯10經裝配，則外部部件14在圓周方向上圍繞芯部件12，藉此在芯部件12與外部部件14之間形成徑向及軸向延伸的空間，該空間係用於容納繞組15(示意性地指示)。

電感器芯10進一步包含第一環形或盤形板部件16及第二環形或盤形板部件18。第一板部件16及第二板部件18中之每一者具備通孔17、19。該等通孔中之每一者軸向延伸通過其各別板部件16、18。通孔17、19經配置以接收芯部件12之各別末端部分。一旦電感器芯10經裝配，則芯部件12延伸至通孔17、19中，第一板部件16及第二板部件18配置於芯部件12之相對末端處。

第一板部件16及第二板部件18在徑向上具有延伸物。因此，第一板部件16及第二板部件18各自在垂直於軸向之平面中具有延伸物。

電感器芯10可進一步包含繞組引入物(lead-through)(為清楚起見未圖示)。該引入物可配置於(例如)外部部件14中、板部件16中或板部件18中。

一旦電感器芯10經裝配，則外部部件14亦在圓周方向上圍繞板部件16、18。因此，在外部部件14與第一板部件16及第二板部件18中之每一者之間的界面圓周地且軸向地延伸。此外，在芯部件12與第一板部件16及第二板部件18中之每一者之間的界面圓周地且軸向地延伸。通孔17、19之半徑沿著軸向可為恆定的。或者，通孔17、19中之一者或兩者可為錐形的。通孔17及/或19之半徑可由此沿著朝向芯部件12之末端部分的軸向減小。芯部件12之對應末端部分可具有對應形狀。

圖2為在裝配條件下之電感器芯10的示意透視及剖視圖。芯部件12、外部部件14及板部件16、18一起形成磁通量路徑P。通量路徑P形成延伸通過芯部件12、板部件16、外部部件14、板部件18且返回至芯部件12中的閉合迴路。軸向與芯部件12中(亦即，繞組內部)之通量路徑P的方向重合或對應於該方向。通量路徑之一部分徑向延伸通過板部件16、18。如下文將更詳細地描述，此實現徑向延伸之磁通量障壁。

如圖2中所說明，芯部件12完全延伸通過通孔16、18之軸向延伸物。然而，根據一替代配置，芯部件12可僅部分延伸通過通孔16、18。

電感器芯10之模組化組態使得有可能自多種不同之材料及材料組合形成電感器芯10。

根據第一設計，芯部件12、外部部件14及板部件16、18可由經壓實磁性粉末材料製成。該材料可為軟的磁性粉末。該材料可為鐵氧體粉末。該材料可為軟的磁性複合物材料。該複合物可包含具備電絕緣塗層之鐵粒子。有利地，材料之電阻率可使得渦流實質上受到抑制。作為一更特定實例，該材料可為來自產品系列Somaloy(例如，Somaloy 110i、Somaloy 130i或Somaly 700HR)(來自Hgans AB,S-263 83 Hgans,Sweden)之軟的磁性複合物。

軟的磁性粉末可填充至晶粒中且經壓實。該材料可接著(例如)藉由燒結(針對諸如鐵氧體粉末之粉末材料)或以相對低的溫度經熱處理，以便不會破壞粉末粒子(針對軟的磁性複合物)之間的絕緣層。在壓實程序期間，在對應於各別部件之軸向的方向上施加壓力。在徑向上，藉由鑄模之凹穴壁來限制部件的尺寸。可由此使用在徑向上比在軸向上具有更緊密之公差的單軸壓實來製造部件。

如自圖2可見，藉由板部件16、18關於芯部件及外部部件14之位置來判定在芯部件12中且亦在外部部件14中的通量路徑P之軸向延伸之部分的長度。因此，在第一板部件16與第二板部件18之間的軸向間距判定通量路徑P之軸向長度。可由此藉由板部件16、18關於芯部件12及外部部件14之仔細配置來補償芯部件12及/或外部部件14的軸向長度歸因於上文所論述之壓實方法的任何不精確度。如熟習此項技術者將理解，精確地配置板部件16、18比減小在軸向上的芯部件12及外部部件14之可接受製造公差間隔還更為可行。

此外，如上文所提及，可使在徑向上之公差間隔相對緊密。因此，亦可使通量路徑P(亦即，通過板部件16、18)之徑向延伸部分的長度為精確的。由於最終電感器之電感將取決於通量路徑P之總長度，因此根據電感器芯10的設計實現具有準確電感之電感器的製造。

在徑向上之緊密公差具有另外優點在於：其使得精確之配合能夠達成於徑向分佈的部件12、14、16、18(關於彼此)之間。舉例而言，可達成針對通孔17、19及芯部件12之徑向尺寸的緊密公差。此又使得有可能在板部件16、18處在電感器芯10中引入具有良好界定之徑向延伸物的磁通量障壁。下文將描述各種磁通量障壁組態。

根據第二設計，芯部件12及外部部件14可由結合第一設計所論述之類型中之任一者的軟的磁性粉末材料製成。板部件16、18可由在徑向上延伸之複數個導電薄片及層壓薄片(例如，層壓薄片鋼)製成，該等薄片配置為垂直於軸向而延伸。可藉由在兩個鄰近薄片之間配置電阻層來達成該層壓。結合第一設計所論述之公差相關之優點亦適用於此設計。

根據第三設計，芯部件12可由軟的磁性複合物製成。板部件16、18可由結合第一設計及第二設計所論述之類型中之任一者的軟的磁性粉末材料製成。外部部件14可由鐵氧體製成。有利地，鐵氧體可為軟的鐵氧體粉末。在製造期間，外部部件14可藉由鐵氧體之壓實及燒結而形成，外部部件14由此形成經燒結之鐵氧體壓實物。外部部件14可具有大於芯部件12之通量傳導橫截面面積的通量傳導橫截面面積。鐵氧體材料可具有高於軟的磁性複合物之磁導率及低於軟的磁性複合物之渦流損耗，而且具有較低的飽和度。然而，在此狀況下，藉由外部部件14之增大的通量傳導橫截面面積來補償較低的飽和度。外部部件14之飽和度可由此增大，其中電感器芯之總損耗可得以減小。結合第一設計及第二設計所論述之公差相關之優點亦適用於此設計。

此等三個設計之另外變化係可能的，例如，具有軟的磁性粉末材料之芯部件12、具有層壓薄片之板部件16、18，及具有鐵氧體之外部部件。

參看圖3a至圖3c，電感器芯10可包含徑向磁通量障壁。

參看圖3a，通孔17及19之徑向尺寸可大於藉由通孔17、19所接收之芯部件12之部分的徑向尺寸。徑向內磁通量障壁20可由此配置於在芯部件12與板部件16之間的間隙中。對應地，徑向內磁通量障壁22可配置於在芯部件12與板部件18之間的間隙中。障壁20、22形成環形間隙。該等間隙在每一各別板部件16、18之通孔17、19的軸向及圓周地延伸之內邊界表面與芯部件12之軸向及圓周地延伸的邊界表面之間軸向及徑向地延伸。

藉由針對經壓實組件可獲得之上文所論述之緊密徑向公差間隔，可極準確地判定間隙之徑向延伸物及由此每一磁通量障壁的磁阻。

該等間隙可填充有空氣，其中磁通量障壁20及磁通量障壁22各自包括氣隙。或者，該等間隙可填充有與形成磁通量路徑之部件相比具有顯著減小之磁導率的材料。「充分減小」可被解釋，使得具有顯著減小之磁導率的材料之徑向延伸物的長度將為針對磁通量路徑之總磁阻的判定因素。藉由實例，該材料可為塑膠材料、橡膠材料或陶瓷材料。因此，每一磁通量障壁20、22可包括由具有充分減小之磁導率的材料製成且分別配置於芯部件12與板部件16之間及芯部件12與板部件18之間的環形部件。芯部件12可由此延伸通過該等環形部件。該等環形部件可(例如)藉由膠合或其類似者而分別附著至芯部件以及板部件16及18。

或者，磁通量障壁無需提供於板部件16、18兩者處，但電感器芯10可僅包含磁通量障壁20。

參看圖3b，外部部件14之內徑向尺寸可大於板部件16、18的徑向尺寸。徑向外磁通量障壁24可由此配置於在板部件16與外部部件14之間的間隙中。對應地，徑向外磁通量障壁26可配置於在板部件18與外部部件14之間的間隙中。該間隙可填充有空氣或具有顯著減小之磁導率的某其他材料。

參看圖3c，通孔17及19之徑向尺寸可大於藉由通孔17、19所接收之芯部件12部分的徑向尺寸。另外，外部部件14之內徑向尺寸可大於板部件16、18的徑向尺寸。磁通量障壁28a可由此配置於在板部件16與外部部件14之間的間隙中，且磁通量障壁28b可配置於在芯部件12與板部件16之間的間隙中。對應地，磁通量障壁30a可配置於在板部件18與外部部件14之間的間隙中，且磁通量障壁30b可配置於在芯部件12與板部件18之間的間隙中。

根據一實施例，磁通量障壁可與板部件16、18整合。舉例而言，每一板部件16、18之徑向及圓周地延伸之部分可包括具有減小的磁導率之材料，由此形成環形磁通量障壁。該徑向部分之長度可對應於板部件16、18之完全的徑向延伸物或其僅一部分。作為一實例，每一板部件16、18之環形部分可具備填充有空氣或具有減小之磁導率的其他材料之複數個孔或小的體積。

應注意，電感器芯10可具備上文所提及之磁通量障壁的組合。舉例而言，電感器芯10可在一軸向末端處包含徑向內磁通量障壁20且在相對軸向末端處包含徑向外磁通量障壁26。根據另一實例，電感器芯10可在一軸向末端處包含徑向內磁通量障壁20且在另一末端處包含具有整合式磁通量障壁的板部件18。

根據一替代設計，芯部件及板部件可配置為彼此接觸。板部件可經配置以使得與芯部件之接觸表面的面積小於芯部件之橫截面通量傳導面積。藉此，可在芯部件與板部件之間的過渡處獲得增大之磁阻。藉此，可在芯部件與板部件之間的過渡處形成磁通量障壁。圖7a、圖7b及圖8說明包括此磁通量障壁之各種實施例：

根據圖7a中所說明之實施例，板部件34及芯部件12配置為彼此接觸。通孔之徑向尺寸匹配藉由通孔所接收之芯部件12之部分的徑向尺寸。板部件34包括環形凹槽36。板部件34之徑向及圓周截面由此與板部件34之其他部分相比具有減小之軸向厚度。

具有減小之軸向厚度的截面配置於通孔處。具有減小之軸向厚度的截面配置於芯部件12與板部件34之間的過渡處。凹槽36減小芯部件12與板部件34之間的接觸表面的面積。藉此，在芯部件12與板部件34之間的界面或過渡處之磁阻可增大，使得磁通量障壁得以形成。凹槽36可經配置以使芯部件12與板部件34之間的接觸表面的面積小於芯部件12之橫截面通量傳導面積。因此，可在芯部件12與板部件34之間的過渡處形成磁通量障壁。凹槽36可具有軸向深度及徑向長度延伸物，使得可獲得對磁通量路徑之總磁阻提供所要貢獻的磁通量障壁。凹槽36之軸向深度可使得磁飽和發生於界面處在芯部件12之區域中。凹槽36之軸向深度可使得磁飽和發生於界面處在板部件34之區域中。電感器芯可藉此用於變感扼流圈芯組態中。

根據圖7b中所說明之實施例，板部件38可包括沿著朝向芯部件12之方向具有逐漸增大之軸向深度的凹槽40。

根據圖8中所說明之實施例，板部件42包括配置於芯部件12與板部件42之間的界面處之三個凹座44、46、48。應注意，板部件可包括任何數目個凹座，例如，一個、兩個或三個以上。該等凹座沿著芯部件12與板部件42之間的圓周界面均勻地分佈。每一凹座減小芯部件12與板部件42之間的接觸表面之圓周延伸物。板部件42沿著三個弧形片段嚙合芯部件12。凹座44、46、48可具有圓周延伸物，使得可獲得對磁通量路徑之總磁阻提供所要貢獻的磁通量障壁。每一凹座44、46、48之圓周延伸物可使得磁飽和發生於界面處在芯部分12之區域中。每一凹座44、46、48之圓周延伸物可使得磁飽和發生於界面處在板部件42之區域中。

藉由在板部件(例如，16、18)中提供通孔(例如，通孔17、19)，具有在電感器芯之一個或兩個軸向側處延伸通過且超越通孔的芯部件12變為可能的。自通孔突出之芯部件12之部分可連接至冷卻構件，其中有效冷卻可得以達成。

圖4說明一個此冷卻配置，其中芯部件12之突出末端部分12a及12b分別與冷卻構件31及32嚙合。冷卻構件31及32可(例如)為熱傳導區塊，其中熱量H可藉由芯部件12耗散。有利地，冷卻構件31、32係以具有低於形成芯部件12、板部件16、18及外部部件14之材料之磁導率的材料形成，使得對磁通量路徑P之干擾得以最小化。藉由實例，冷卻構件31、32可各自為鋁區塊。

或者，如與上文之雙側冷卻組態相對，可使用單側冷卻組態。在此單側冷卻組態中，芯部件12可延伸通過且超越板部件中之僅一者(例如，板部件16)，其中突出部分末端部分12a可與冷卻構件嚙合。

根據一可選設計，該兩個板部件中之僅第一板部件16包括通孔17，其中第二板部件可配置為對電感器芯10之蓋，由此與芯部件12之軸向面對的端面鄰接。

圖6說明一替代設計之板部件16'。板部件16'具有沿著向外徑向減小之軸向尺寸。板部件16'之通量傳導橫截面面積隨沿著板部件16'之半徑的徑向位置而變。針對盤形板部件16'，面積為：

A(r)=T(r)*2πr，

其中T(r)為板部件16'之在徑向位置r處的軸向尺寸，r大於通孔之徑向尺寸。板部件16'可由此具有減小之軸向尺寸，同時保持A(r)恆定。板部件16'之重量可由此減小，而不會不利地影響通量傳導橫截面面積。有利地，A(r)對應於芯部件12及/或外部部件14之通量傳導橫截面面積。

圖5說明根據另一實施例之電感器芯10'。電感器芯10'類似於上文所述之電感器芯10，然而不同之處在於其包含與芯部件12整體形成之盤形第二板部件18'。根據此替代實施例，芯部件12由此包含軸向延伸之芯部分12'，軸向延伸之芯部分12'在一末端處包括形成為徑向及圓周地延伸之突起的第二板部件18'。芯部分12'之相對末端延伸至板部件16之通孔17中。外部部件14在圓周方向上圍繞板部件16、芯部分12'及板部件18'。在板部件18'與外部部件14之間的界面圓周地且軸向地延伸。此界面使得有可能以對應於在圖3b中所說明之方式的方式在外部部件14與板部件18'之間配置徑向延伸之磁通量障壁。或者或另外，如關於電感器芯10所論述，磁通量障壁可與板部件18'整合。

視情況，芯部分12'可延伸通過且超越板部件16之通孔17，其中自通孔17'突出之芯部分12'之部分可與冷卻構件嚙合，如上文關於圖4所論述。藉由提供芯部件12、板部件16及外部部件14作為單獨組件，模組化電感器芯10'得以提供。與電感器芯10相似，該模組化組態使得有可能自多種不同之材料及材料組合形成電感器芯10'。

類似於電感器芯10，在電感器芯10'之板部件16與板部件18'之間的軸向間距判定通量路徑P之軸向長度。此外，亦在藉由壓實來製造時，可針對板部件16及18'使徑向上之公差相對緊密。類似於電感器芯10，電感器芯10'因此亦實現具有準確之電感的電感器之製造。

儘管在上文中，電感器芯10'已被揭示為電感器芯10之一替代實施例，但包含包括芯部分12'之芯部件12及板部件18'的電感器芯10'可被視為獨立的發明性概念。

在上文中，已參考少許實施例主要地描述了發明性概念。然而，如熟習此項技術者易於瞭解，不同於上文所揭示之實施例的其他實施例在發明性概念之範疇內同樣係可能的，如藉由所附申請專利範圍所定義。

舉例而言，在上文中，已揭示具有圓柱形幾何結構的電感器芯10、10'。然而，發明性概念不限於此幾何結構。舉例而言，芯部件12、外部部件14及板部件16、18、18'可具有橢圓形、三角形、正方形或多邊形橫截面。

在上文中，已描述包括成整體形成之部件(例如，部件12、14、16、18)的電感器芯。根據一替代實施例，芯部件、外部部件、第一板部件及第二板部件中之至少一者可由經調適以裝配且一起形成部件之至少兩個部分形成。此使得有可能建構較大之部件且因此亦建構較大的電感器。此針對包括由軟的磁性粉末材料製成之至少一部件的電感器可為尤其有利的，其中另外，可藉由按壓工具能夠施加之最大按壓力來限制部件的尺寸。

舉例而言，部件(例如，芯部件、外部部件、第一板部件或第二板部件)可包括第一部分及第二部分。第一部分可對應於部件之第一斜剖面，且第二部分可對應於部件之第二斜剖面。或者，第一部分可對應於部件之第一軸向截面，且第二部分可對應於部件之第二軸向截面。在任何狀況下，第一部分及第二部分可經配置以裝配且一起形成部件。第一部分可包括突出部分且第二部分可包括對應之接收部分，其中該等部分經配置以連鎖。或者，該等部分可藉由將該等部分膠合在一起而被裝配。應注意，部件可包括兩個以上部分，例如，三個部分、四個部分等。

圖9說明根據另一實施例之電感器芯，該電感器芯包含包括芯部分12'之芯部件12、外部部件14、第一板部件16'及第二板部件18'。示意性地指示配置在芯部分12'周圍之繞組15。第一板部件16'係與芯部分12'成整體形成。第二板部件18'係與芯部分12'成整體形成。第一板部件16'配置於芯部分12'之一軸向末端處。第二板部件18'配置於芯部分12'之相對軸向末端處。第一板部件16'及第二板部件18'由此形成為芯部分12'上的徑向及圓周地延伸之突起。外部部件14在圓周方向上圍繞芯部分12'、第一板部件16'及第二板部件18'。在板部件16'與外部部件14之間的界面圓周地且軸向地延伸。在板部件18'與外部部件14之間的界面圓周地且軸向地延伸。此等界面使得有可能在外部部件14與板部件16'及18'中之一者或兩者之間配置磁通量障壁。

圖10說明根據另一實施例之電感器芯，該電感器芯類似於圖5中所說明之實施例，然而不同之處在於第二板部件18'具有超過外部部件14之內徑向尺寸的徑向延伸物。外部部件14之軸向末端表面面向第二板部件18'。

圖11說明根據另一實施例之電感器芯，其中板部件16亦具有超過外部部件14之內徑向尺寸的徑向延伸物。外部部件14之一軸向末端表面由此面向第一板部件16，且外部部件14之另一軸向末端表面面向第二板部件18'。

圖12說明根據另一實施例之電感器芯，該電感器芯類似於圖1中所說明之實施例，然而不同之處在於第一板部件16具有超過外部部件14之內徑向尺寸的徑向延伸物。外部部件14之軸向末端表面面向第一板部件16。又，第二板部件18可具有超過外部部件14之內徑向尺寸的徑向延伸物。外部部件14之另一軸向末端表面可接著面向第二板部件18。在圖12中所示之實施例中，磁通量障壁可配置於芯部件12與板部件16及18中之一者或兩者之間，如上文所論述。

圖13說明根據另一實施例之電感器芯，該電感器芯包含芯部件12、外部部件14、第一板部件16及第二板部件18。第二板部件18係與芯部件12及外部部件14成整體形成。第二板部件18在芯部件12與外部部件14之間於徑向上延伸。

10．．．電感器芯

10'．．．電感器芯

12．．．軸向延伸之芯部件

12'．．．軸向延伸之芯部分

12a．．．突出末端部分

12b．．．突出末端部分

14．．．軸向延伸之外部部件

15．．．繞組

16．．．第一環形或盤形板部件

16'．．．板部件/第一板部件

17．．．通孔

17'．．．通孔

18．．．第二環形或盤形板部件

18'．．．盤形第二板部件

19．．．通孔

20．．．徑向內磁通量障壁

22．．．徑向內磁通量障壁

24．．．徑向外磁通量障壁

26．．．徑向外磁通量障壁

28a．．．磁通量障壁

28b．．．磁通量障壁

30a．．．磁通量障壁

30b．．．磁通量障壁

31．．．冷卻構件

32．．．冷卻構件

34．．．板部件

36．．．環形凹槽

38．．．板部件

40．．．凹槽

42．．．板部件

44．．．凹座

46．．．凹座

48．．．凹座

H．．．熱量

P．．．磁通量路徑

圖1為電感器芯之一實施例的示意分解圖。

圖2為在裝配條件下之電感器芯的說明。

圖3a至圖3c說明各種電感器芯設計。

圖4為說明具備冷卻構件之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

圖5為說明根據一替代實施例之電感器的沿著軸向所截取之截面圖。

圖6為說明根據一可選設計之板部件的沿著軸向所截取之截面圖。

圖7a及圖7b為說明根據兩個另外實施例之磁通量障壁的沿著軸線所截取之截面圖。

圖8說明根據另一實施例之磁通量障壁。

圖9為說明根據另一實施例之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

圖10為說明根據另一實施例之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

圖11為說明根據另一實施例之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

圖12為說明根據另一實施例之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

圖13為說明根據另一實施例之電感器芯的沿著軸向所截取之截面圖。

10．．．電感器芯

12．．．軸向延伸之芯部件

14．．．軸向延伸之外部部件

15．．．繞組

16．．．第一環形或盤形板部件

17．．．通孔

18．．．第二環形或盤形板部件

19．．．通孔

Claims (10)

1. 一種電感器芯，其包含：一軸向延伸之芯部件，一軸向延伸之外部部件，其至少部分地圍繞該芯部件，藉此在該芯部件周圍形成一空間以用於容納在該芯部件與該外部部件之間的一繞組，一第一板部件，其具有一徑向延伸物且具備一通孔，其中該芯部件經配置以延伸至該第一板部件之該通孔中，一第二板部件，其具有一徑向延伸物且具備一通孔，該通孔經配置以接收該芯部件之一末端部分，其中該第一板部件與該第二板部件係提供於該外部部件之相對末端處；其中該第一板部件，該第二板部件、該芯部件及該外部部件係為分離之部件，其經調適以裝配且一起形成一延伸通過該芯部件、該第一板部件、該第二板部件及該外部部件之磁通量路徑，及其中該芯部件、該外部部件、該第一板部件及該第二板部件之至少之一者係由一軟磁性粉末所形成，而且該芯部件、該外部部件、該第一板部件及該第二板部件之至少之一者係由至少兩個部分所形成，該至少兩個部分經調適以裝配且一起形成該部件；其中該芯部件及該第一板部件係配置為彼此接觸，該第一板部件係經配置以使得與該芯部件之接觸表面之面 積小於該芯部件之橫截面通量傳導面積；且其中該第一板部件之徑向及圓周截面與第一板部件之其他部分相比具有減小之軸向厚度，該截面係配置於該第一板部件之通孔。
2. 如請求項1之電感器芯，其中該外部部件至少部分地圍繞該第一板部件。
3. 如請求項1之電感器芯，其中該外部部件至少部分地圍繞該第一板部件，且該電感器芯進一步包含一配置於該第一板部件與該外部部件之間的磁通量障壁，該磁通量障壁藉此將該外部部件與該第一板部件彼此分離。
4. 如請求項1之電感器芯，其進一步包含一配置於該磁通量路徑之一徑向延伸部分中的磁通量障壁。
5. 如請求項1之電感器芯，其中該芯部件係由一軟的磁性粉末材料製成。
6. 如請求項5之電感器芯，其中該第一板部件係由在一徑向上延伸之複數個層壓導電薄片製成。
7. 如請求項1之電感器芯，其中該第一板部件係由一軟的磁性複合物製成。
8. 如請求項1之電感器芯，其中該外部部件係由一鐵氧體製成。
9. 如請求項1之電感器芯，其中該外部部件之一通量傳導橫截面面積超過該芯部件之一通量傳導橫截面面積。
10. 如請求項1之電感器芯，進一步包含冷卻構件，其中該芯部件係經配置以延伸通過且超越該第一板部件之通 孔，其中該芯部件之一突出末端部分與該冷卻構件嚙合。