CN110506316A - 高电流摆动型电感器以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁部件组件(150)，其包括：第一磁芯件(154)；第二磁芯件(156)；和倒U形导电绕组(160)，所述倒U形导电绕组包括基部部分(190)以及从所述基部部分(190)延伸的第一支腿(192)和第二支腿(194)。所述第一磁芯件(154)和所述第二磁芯件(156)中的一个被配置成接收所述基部部分(190)。所述第一磁芯件(154)和所述第二磁芯件(156)彼此间隙开以限定第一间隙(158)，并且所述第一磁芯件(154)和所述第二磁芯件(156)中的一个包括第二间隙(200、202)，所述第二间隙与所述第一间隙(158)结合，允许所述部件以对应于不同电流负载的多于一个稳定开路电感(OCL)操作。

Description

高电流摆动型电感器以及其制造方法

背景技术

本发明的领域整体涉及表面安装电磁部件组件以及其制造方法，并且更具体地讲，涉及表面安装、摆动型电感器部件以及其制造方法。

已知诸如电感器的电磁部件，其利用电流和磁场来在电路中提供期望的效果。通过电感器部件中的导体的电流产生磁场。磁场继而可以有效地用于将能量存储在磁芯中，从磁芯释放能量，消除电气设备和电子设备的电力线和信号线中的不期望信号分量和噪声，或者以其他方式对信号滤波以提供期望的输出。

摆动型电感器部件(有时称为摆动扼流圈)是可例如用于电源的滤波器电路的电磁电感器部件，该滤波器电路将电源输入端处的交流电(AC)转换为电源输出端处的直流电(DC)。摆动扼流圈可也用于与稳压开关电源相关联的滤波器电路。与其中部件的电感尽管存在电流负载但通常仍是固定或恒定的其他类型的电感器部件不同，摆动扼流圈具有随电流负载而变化的电感。

更具体地，摆动型电感器部件可以包括在某些电流负载下可几乎在磁饱和下操作的磁芯。对于相对较小的电流范围，摆动磁芯的电感处于其最大值，并且对于另一个相对较高的电流范围，电感改变或摆动到较低值。在摆动型电感器部件的构造和制造中仍然存在某些挑战。改进是期望的。

附图说明

参考以下附图描述非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另外指明，否则类似的附图标记在各个附图中指代类似的部分。

图1是固定电感电磁部件组件的侧视图。

图2是图1所示的部件组件的电感曲线图。

图3是根据本发明的第一示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件的侧透视图。

图4是图3所示的摆动型电磁部件组件的底部透视图。

图5是图3所示的摆动型电磁部件组件的分解图。

图6是图3所示的摆动型电磁部件组件的横截面图。

图7示出了图3所示的摆动型电磁部件组件的示例性电感相对电流的曲线图。

图8是用于图3所示的摆动型电磁部件组件的替代性磁芯件的侧正视图。

图9是图8所示的磁芯件的透视图。

图10是根据本发明的第二示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件的侧正视图。

图11是用于图10所示的摆动型电磁部件组件的导电绕组的透视图。

图12是用于图10所示的摆动型电磁部件组件的第一磁芯件的透视图。

图13是用于图10所示的摆动型电磁部件组件的第二磁芯件的透视图。

图14是图10所示的摆动型电磁部件组件的横截面图。

图15是用于图10所示的摆动型电磁部件组件的替代性磁芯件的透视图。

图16是包括图15所示的磁芯件的摆动型电磁部件组件的横截面图。

图17示出了图10或图15所示的摆动型电磁部件组件的示例性电感相对电流的曲线图。

图18是根据本发明的第三示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件的侧正视图。

图19是用于图18所示的摆动型电磁部件组件的第一磁芯件和导电绕组的透视图。

图20是用于图18所示的摆动型电磁部件组件的第二磁芯件的透视图。

图21是图18所示的摆动型电磁部件组件的横截面图。

图22是根据本发明的第四示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件的侧正视图。

图23是用于图22所示的摆动型电磁部件组件的第二磁芯件和导电绕组的透视图。

具体实施方式

以下描述摆动型电感器部件的示例性实施方案，其与现在使用的常规电感器部件相比能够在更高电流、更高功率的电路中更有效地预成型。摆动型功率电感器的示例性实施方案还可能以相对低的成本并且通过简化的制造过程和技术来制造。摆动型功率电感器的示例性实施方案的小型化也有助于提供具有更小封装尺寸并且还改进在高电流应用中的能力的表面安装电感器部件。方法方面将部分地显而易见并且部分地在以下描述中明确地讨论。

如上所述，摆动型电感器部件有时用于电源的滤波器电路，该滤波器电路将电源输入端处的交流电(AC)转换为电源输出端处的直流电(DC)。这种转换器电路可以与各种电子设备结合地使用或设置。在其他应用中，摆动型电感器部件可以用于例如各种现代电子设备的稳压开关电源电路。

生产越来越强大但更小的电子设备的最近趋势已经给电子工业带来了许多挑战。诸如智能电话、个人数字助理(PDA)设备、娱乐设备和便携式计算机设备(举几个示例)的电子设备现在由大量且不断增长的用户群体广泛拥有和操作。此类设备包括令人印象深刻且快速扩展的一系列特征，其允许此类设备与多个通信网络(包括但不限于因特网)以及其他电子设备互连。使用无线通信平台进行的快速信息交换可以使用此类设备来进行，并且此类设备已经变得非常方便并且对于商业和个人用户而言也很受欢迎。

对于此类电子设备所需的电路板应用的表面安装部件制造商，挑战在于提供越来越小型化的电感器部件以便最小化电感器部件在电路板上占用的面积(有时称为部件“占有面积”)以及还在垂直于电路板平面的方向上测量的其高度(有时称为部件“轮廓”)。通过减少电感器部件的占有面积和轮廓，可以减小用于电子设备的电路板组件的尺寸和/或可以增加电路板上的部件密度，这允许减小电子设备本身的尺寸或增加具有相当尺寸的设备的能力。以成本有效的方式使电子部件小型化在竞争激烈的市场中给电子部件制造商带来了许多实际挑战。由于电子设备非常需要大量电感器部件，因此制造电感器部件的成本降低对电子部件制造商来说具有很大的实际意义。

为了满足对电子设备(尤其是手持设备)的日益增长的需求，每一代电子设备不仅需要更小，还要提供增加的功能特征和能力。因此，电子设备必须是越来越强大的设备。对于一些类型的部件(诸如电磁电感器部件)，除了其他以外，其可提供能量存储和稳压能力，满足增加的功率需求并且同时继续减小已经非常小的电感器部件的尺寸，已经被证明具有挑战性。

随着稳压开关电源电路中的功率密度增加，需要更高的操作频率。就电感器而言，较高的操作频率可减小针对相同纹波电流的电感值，但也可显著增加开关损耗。与满载操作相比，由于传导损耗减少，因此开关损耗在轻负载下更加影响整体效率。较轻电流负载下的较低开关频率可以继而帮助减小开关损耗，但需要较高开路电感(OCL)以保持与以前相同的电流纹波。然而，对于常规小型化电感器部件，这很难实现。具体地相对于某些高功率密度电力***应用，诸如用于计算机服务器、计算机工作站和电信设备的电源电路和电源转换器，已经发现常规摆动型电感器不能以期望的效率执行，并且需要改进。

图1是通常不能够解决上述问题的固定电感电磁电感器部件组件100的侧正视图。如图1所示，电感器100通常包括第一磁芯件102、第二磁芯件104、以及被配置用于表面安装连接到电路板的绕组106。如图1所示，绕组106与第一磁芯件102和第二磁芯件104积极地接合，并且具有恒定厚度T的均匀间隙108在第一磁芯件102和第二磁芯件104的面对表面之间延伸。电感器部件组件100可有利地以小型化水平制造，并且可以相对于常规电感器部件以相对简单且低成本的方式制造。

图2以电感曲线图的形式示出了电感器部件组件100的电感特性，其中电感值对应于垂直轴线并且其中电流值对应于水平轴线。如图2的电感曲线图所示，电感器部件组件100表现出在图2中由水平绘制的线110指示的固定且大致恒定的电感值，其表示在正常操作电流值的范围内的恒定开路电感(OCL)值。也就是说，无论在电感器部件组件100的正常操作范围内使用的实际电流负载如何，开路电感(OCL)值都是相同的。

还如图2中的虚线所示，当电感器部件组件100以高达其饱和电流(Isat)的电流操作时(该饱和电流表示满载电感(FLL)或满载操作)，无论实际电流负载如何，电感器部件组件100都表现出对应于满载电感(FLL)值的固定且大致恒定的电感值。虽然电感器部件组件100可以在较轻电流负载下以较低开关频率操作以解决较高功率密度电路中的开关损耗，但因为电感器100的OCL值是固定的，所以电感器部件组件100不能保持与在满载下操作时相同的电流纹波。这仅在电感器部件组件100可以在较高OCL值下操作时才是可能的，但是如图2所示它不能。

因此，下面描述可作为摆动型电感器操作的电感器部件组件的示例性实施方案。也就是说，接下来描述的实施方案可操作以在轻负载下实现较高OCL并且在满载下实现较低OCL，同时仍以相对低的成本促进小型化制造。这是通过将第一磁芯件和第二磁芯件与其间的导电绕组的至少一部分组合来实现的，并且第一磁芯件和第二磁芯件彼此间隔开以在组件中限定第一间隙。第一磁芯件和第二磁芯件中的一个包括在其中形成的至少一个第二间隙，该第二间隙在使用中在与第一间隙分开的位置处与磁性部件组件的磁通线相交。第一间隙和至少一个第二间隙的组合在不同的电流负载下产生多于一个稳定OCL值。可以提供不同的间隙形式以及间隙填充材料的不同组合，以在各种不同负载下改进电感器部件组件的操作效率并且同时保持基本上恒定的纹波电流。

图3至图6示出了根据本发明的第一示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件150的第一示例性实施方案的各种视图。具体地，图3是部件组件150的侧透视图；图4是部件组件150的底部透视图；图5是部件组件150的分解图；并且图6是部件组件150的横截面图。

如图所示，电磁部件组件150通常包括磁芯152，该磁芯由第一磁芯件154和第二磁芯件156组装并且包括第一磁芯件154和第二磁芯件156，该第一磁芯件和第二磁芯件彼此间隔开以在磁芯152中限定第一间隙158。导电绕组160布置在磁芯件154和156之间。

摆动型电磁部件组件150特别适用于也在上面描述的稳压开关电源或电源转换器电路的滤波器电路。在任何一种情况下，滤波器电路和稳压开关电源和/或电源转换器电路都在电路板162上实现(如图3中的虚线所示)，并且部件150可以经由设置在电路板162上的导电迹线164以及表面安装终端(诸如下面描述的那些)使用已知过程(诸如焊接过程)来连接到电路板162。由于此类滤波器电路、电源稳压器电路和转换器电路通常是已知的并且在本领域技术人员的视界内，因此认为不需要对电路进行进一步描述。

磁芯152包括多个大致正交的侧面，从而赋予整体矩形或盒状的形状和外观。磁芯152的尺寸和形状是磁芯件154和156的组装的结果。在所示的示例中，磁芯152的盒状形状具有沿第一维度轴(诸如笛卡尔坐标系的x轴)测量的总长度L、沿垂直于第一维度轴的第二维度轴(诸如笛卡尔坐标系的y轴)测量的宽度W、以及沿着垂直于第一维度轴和第二维度轴延伸的第三维度轴(诸如笛卡尔坐标系的z轴)测量的高度H。磁芯件154、156之间的间隙158沿高度尺寸(即，在垂直于电路板162的主平面的方向上)延伸。

磁芯152的尺寸比例与本领域的最近努力，即减小高度尺寸H以便产生尽可能低轮廓的部件相反。在较高功率、较高电流的电路中，随着高度尺寸H根据现有技术的最新趋势而减小，尺寸W(以及可能L也)倾向于增加以适应能够在较高电流电路中执行的线圈绕组。因此并且遵循这种趋势，高度尺寸H的减小倾向于增加宽度W或长度L并且因此增加部件在板162上的占有面积。然而，本发明的组件100有利于增加高度尺寸H(和增加的部件轮廓)，从而有利于板162上的更小占有面积。如图3的示例所示，尺寸L和H都远大于尺寸W。因此，电路板162的部件密度可以通过部件在电路板162上的较小占用面积而增加。

磁芯152由磁芯件154和156以及其间的导电绕组160组装而成。磁芯件154和156可以各自利用软磁颗粒材料和已知技术来制造，诸如模制颗粒状的磁性颗粒以产生期望形状。用于制造磁芯件的软磁粉末颗粒可以包括：铁氧体颗粒、铁(Fe)颗粒、铁硅铝(Fe-Si-Al)颗粒、MPP(Ni-Mo-Fe)颗粒、高磁通(Ni-Fe)颗粒、超磁通(Fe-Si合金)颗粒、铁基无定形粉末颗粒、钴基无定形粉末颗粒、以及本领域已知的其他合适材料。在一些情况下，磁性粉末颗粒可以被涂覆有绝缘材料，使得磁芯件可以具有本领域技术人员熟悉并且以已知方式制造的所谓的分布间隙特性。磁芯件可以由相同或不同的磁性材料制成，并且因此可以根据需要具有相同或不同的磁特性。用于制造磁芯件的磁性粉末颗粒可以使用已知的方法和技术来获得，并且也可以使用已知技术来模制成期望的形状。

如图5的分解图中最佳示出的，磁芯件154和156具有类似的形状，但在导电绕组160的任一侧上以镜像布置相对于彼此反转。

在所示的示例中，每个磁芯件154和156被形成有：相对的第一纵向侧壁170和第二纵向侧壁172；相对的第一横向侧壁174和第二横向侧壁176，其互连第一纵向侧壁170和第二纵向侧壁172；以及相对的顶壁178和底壁180，其互连相应的第一纵向侧壁170和第二纵向侧壁172以及相应的第一横向侧壁174和第二横向侧壁176。在本说明书的上下文中，每个件154和156中的“底”壁180定位在电路板162(图1)附近，并且“顶”壁178定位在与电路板162相距一定距离的位置处。每个件154、156具有大致矩形构造，其包括大致平坦的顶表面和大致平坦的相对底表面，该底表面与顶表面相对并且在图1的x,y平面中且平行于电路板162的主表面延伸。

在所示的示例性磁芯件154、156中，面对壁172中的每一个的形状和轮廓被设计成接收导电绕组160的部分，如下所述。此外并且在所示的示例中，底壁180和顶壁178中的每一个的形状和轮廓被设计成接收导电绕组160的一部分。

更具体地，每个件中的壁172包括间隔开的垂直狭槽182、184，其在大致平行于侧壁174、176并且垂直于顶壁178和底壁180的方向上延伸达到足以接收导电绕组160的对应垂直部分的距离。

每个磁芯件154、156中的顶壁178限定延伸到狭槽182、184的端部的凹陷表面186。凹陷表面186从顶壁178的表面内凹和按压，使得凹陷表面186所在的位置具有相对于顶壁178的其余部分减小的高度尺寸H。内凹的凹陷表面186与侧壁174、176中的每一个间隔开。表面186从顶壁178凹陷，但大致平行于顶壁延伸，以适应线圈绕组160的一部分，如下所述。

每个磁芯件154、156中的底壁180还包括一对凹陷表面188，其分别延伸到横向侧174、176和其中的狭槽182、184。

绕组160由导电材料的薄带制成，该导电材料弯曲或以其他方式成形或形成为所示的几何形状。在所示的示例中，绕组160、106包括在每个磁芯件154、156的顶侧178上暴露的平面绕组部分190、以及各自垂直于平面绕组部分190延伸并且彼此相对的第一平面支腿192和第二平面支腿194。这样，并且在所示的示例中，绕组160在所示的示例中通常是倒U形构件，其中部分190是U的基部并且支腿192、194从部分190向下延伸。

在所示的实施方案中，支腿192、194沿着绕组的轴线不成比例地长于部分190。也就是说，支腿192、194具有第一轴向长度(在与部件150的高度尺寸H平行的方向上延伸)，其比绕组部分190的轴向长度(在与部件150的宽度尺寸W平行的方向上延伸)大得多。例如，支腿192、194的轴向长度可以是部分190的轴向长度的约三倍，但这在所有实施方案中不是严格必需的。如以上所解释的，绕组160的比例有助于减小完成的电感器部件在电路板162上的占用面积，并且绕组62的增加的高度提供了具有足够长度的绕组，以便能够处理在电路板162上的较高功率密度电路中的较高电流。

在所示的示例中，绕组160中的支腿192、194的端部进一步形成为包括表面安装终端焊盘196、198。表面安装终端焊盘196、198垂直于支腿192、194的平面延伸，大致彼此共面地延伸，并且平行于绕组部分190但在从绕组部分偏移的平面中延伸。此外，表面安装终端焊盘196、198沿彼此相反的方向延伸。

如图3所示，每个表面安装终端焊盘196、198以略微凹陷的方式暴露在每个磁芯件154、156的底侧180上。表面安装终端焊盘196、198提供了较大区域以用于表面安装到电路板162并且因此能够适应较高功率的电路。具体地，表面安装终端焊盘196、198在x,y平面中相对较大，以便能够处理超出其他类似尺寸的常规电磁部件构造的限制的较高电流、较高功率的应用。

包括表面安装终端焊盘的U形绕组160的形状相当简单，并且可能以低成本由具有期望厚度的导电材料片材制成如图所示的三维形状。绕组160可以预先制造为用于与磁芯件154和156组装的单独元件。也就是说，绕组160可以预先形成为如图所示的形状以用于随后与磁芯件154和156组装。U形绕组160在磁芯152中限定少于一个完整匝，并且与更大和更复杂的多匝线圈相比更不复杂且更容易组装。

为了组装部件150，通过将绕组的支腿192、194***每个磁芯件154、156中的面对壁172中的相应狭槽182、184壁中，将绕组160组装到第一磁芯件154和第二磁芯件156。绕组部分190被接收在每个磁芯件154和156中的顶壁178中的凹陷表面186上，并且表面安装终端焊盘196、198被接收在每个磁芯件154、156中的底壁180上的凹陷表面188中。

示例性部件150中的每个磁芯件154、156接收绕组160的一半，如图3至图6所示。在绕组160在磁芯件154和156之间被捕获就位的情况下，磁芯件154、156可以被结合就位，其中间隙158在磁芯件154和156的面对壁172之间延伸。当组装时，表面安装终端焊盘196、198在每个磁芯件154和156的底侧壁180上延伸到但不超出侧壁174、176。因此，部件150在电路板162上的占有面积以及部件150在高度尺寸H上的轮廓不被终端焊盘196、198的存在影响。

在所示出的示例中，磁芯件154还包括形成在壁170中的一对间隔开的物理间隙200、202。如图6中的横截面所示，在部件150的操作中，在部件150的磁芯152内部产生磁通线206、208。当通过绕组支腿192、194的电流沿相反方向发生时，磁通线206、208沿相反方向延伸。如图所示，每个磁通线206、208与磁芯件154、156之间的间隙158相交。重要的是，磁通线206、208也分别与磁芯件154中的间隙200、202相交。这些件之间的第一间隙158与由间隙200、202限定的第二间隙组合，从而产生能够取决于电流负载执行大于OCL的值的摆动型电感器功能。

在所示的示例中，磁芯件154中的间隙200、202大致彼此平行地延伸，并且在磁芯件154的顶壁152和底壁180之间的整个距离内延伸。进一步看到间隙200、202与磁芯件154的壁170中的狭槽182、184大致对准。此外，在所示的示例中，间隙200、202不与磁芯件154、156之间的间隙158连通。也就是说，间隙200、202和间隙158不彼此流体连通，而是由磁芯件154中的磁性材料的一部分分开。间隙200、202具有固定且恒定的尺寸和横截面积，并且相对容易地形成在磁芯件154中，并且磁芯件154、156之间的间隙158也具有固定且恒定的尺寸或大小，从而简化了部件150的组装。相对于具有可调整间隙以改变部件电感的一些类型的部件，可以更简单地制造和组装部件150。

图7示出了针对图3至图6所示的部件组件150的不同变型的一系列示例性电感相对电流的曲线图。沿垂直轴线绘制OCL值，并且沿水平轴线绘制电流值。

第一曲线210示出了不包括第二间隙200、202的部件150的性能。从曲线210可以看出，该部件在低电流值下表现出第一OCL值，但随后迅速下降而在另一个电流范围内没有获得第二OCL值。没有第二间隙200、202的部件表现得像固定电流电感器，其由于上面关于图2所解释的原因而针对某些应用存在问题。

曲线220示出了包括第一尺寸(例如，0.5mm宽和1.0mm长)的第二间隙200、202的部件150。在曲线220中可以看出，该部件现在在较低电流范围内表现出第一OCL值，并且在第二电流范围内表现出第二OCL值。这样，该部件表现出摆动型电感器功能，其可以有利地用于上述开关稳压器或电源转换器应用的滤波器电路。部件150可以在较低开关频率和较低电流负载下操作，同时保持与在满载下工作时相同的纹波电流。

曲线230示出了包括第二尺寸(例如，0.5mm宽和1.4mm长)的第二间隙200、202的部件150。在曲线230中可以看出，该部件仍然在较低电流范围内表现出第一OCL值，并且在第二电流范围内表现出第二OCL值，但是与曲线220不同。该部件仍然表现出摆动型电感器功能以用于上述开关稳压器或电源转换器应用的滤波器电路，但具有不同的电流范围和不同的OCL值。

曲线240示出了包括第三尺寸(例如，0.75mm宽和0.7mm长)的第二间隙200、202的部件150。在曲线240中可以看出，该部件仍然在较低电流范围内表现出第一OCL值，并且在第二电流范围内表现出第二OCL值，但是与曲线230不同。该部件仍然表现出摆动型电感器功能以用于上述开关稳压器或电源转换器应用的滤波器电路，但具有不同的电流范围和不同的OCL值。

曲线250示出了包括第四尺寸(例如，0.75mm宽和1.0mm长)的第二间隙200、202的部件150。在曲线250中可以看出，该部件仍然在较低电流范围内表现出第一OCL值，并且在第二电流范围内表现出第二OCL值，但是与曲线240不同。该部件仍然表现出摆动型电感器功能以用于上述开关稳压器或电源转换器应用的滤波器电路，但具有不同的电流范围和不同的OCL值。

现在应该明显的是，通过改变磁芯件154中的第二间隙200、202的宽度和长度，不同的OCL值和不同的电流范围可以提供具有不同性能参数和属性的摆动型电感器功能。

图8和图9分别是用于图3至图6所示的摆动型电磁部件组件150的替代磁芯件260的侧正视图和透视图。可以使用磁芯件260代替上述的磁芯件154，具有类似的益处。

在大多数方面，磁芯件260类似于上述磁芯件154，但代替间隙200、202形成在与磁芯件154相同的壁170中，磁芯件260包括形成在相应侧壁174和176中的不同侧壁中的物理间隙262、264。当磁芯件260与绕组160和磁芯件156组装时，物理间隙262、264也与磁芯152中的磁通线206、208(图6)相交，并且以与图7所示方式类似的方式提供摆动型电感器功能。

在所示的示例中，磁芯件206中的间隙262、264大致彼此平行地延伸，并且在磁芯件260的顶壁178和底壁180之间的整个距离内延伸。间隙262、264不与磁芯件260的壁172中的狭槽182、184对准，而是大致垂直于这些狭槽延伸。间隙262、264具有固定且恒定的尺寸，并且大致彼此共面地延伸。此外，在所示的示例中，间隙262、264不与磁芯件156、260之间的间隙158连通。也就是说，间隙262、264和间隙158不彼此流体连通，而是由磁芯件260中的磁性材料的一部分分开。通过改变间隙262、264的尺寸(例如，宽度和长度)，可以获得不同的OCL值和电流范围，以产生类似于图7所示的曲线的结果。

图10至图14示出了根据本发明的第二示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件300的各种视图。具体地，图10是部件组件300的侧正视图；图11是用于部件组件300的导电绕组的透视图；图12是用于部件组件300的第一磁芯件的透视图；图13是用于部件组件300的第二磁芯件的透视图；并且图14是部件组件300的横截面图。部件组件300可以在电路板162(图1)上代替部件150使用。

如图所示，电磁部件组件300通常包括磁芯302，该磁芯包括第一磁芯件302和第二磁芯件304，其彼此间隙开以限定固定和恒定尺寸的第一间隙307。导电绕组308部分地布置在磁芯件302和304之间。

绕组308由导电材料的薄带制成，该导电材料弯曲或以其他方式成形或形成为所示的几何形状。在所示的示例中，并且如图11中最佳所示，绕组308包括平面绕组部分310、以及各自垂直于平面绕组部分310延伸并且彼此相对的第一平面支腿312和第二平面支腿314。这样，并且在所示的示例中，绕组308在所示的示例中通常是倒U形构件，其中部分310是U的基部并且支腿312、314从部分310向下延伸。

相对于上述绕组160，支腿312、314沿着绕组的轴线成比例地小于部分310。也就是说，支腿312、314具有第一轴向长度，该第一轴向长度远小于缠绕部分310的轴向长度。例如，支腿312、314的轴向长度可以是部分310的轴向长度的约三分之一，但这在所有实施方案中不是严格必需的。绕组308的比例有助于相对于绕组160减小绕组310的高度，同时仍提供足够长度的绕组以便能够处理在例如电路板162上的较高功率电气***中的较高电流。

在所示的示例中，绕组308中的支腿312、314的端部进一步形成为包括表面安装终端焊盘316、318。表面安装终端焊盘316、318垂直于支腿312、314的平面延伸，大致彼此共面地延伸，并且平行于绕组部分310但在从绕组部分偏移的平面中延伸。此外，表面安装终端焊盘316、318从相应支腿312、314向内朝向彼此延伸。这与其中表面安装终端焊盘沿相反方向从相应的支腿向外并且彼此远离延伸的绕组160不同。

还如图11所示，绕组部分310的宽度尺寸w₁相对于支腿312、314和表面安装终端316、318的宽度尺寸w₂减小。支腿312、314中的导体和表面安装终端316、318的增加的宽度w₂提供了增加的载流能力，而当电流流过磁芯302中的绕组部分310时，绕组部分310的减小的宽度w₁仍提供足够的磁场。绕组部分310的减小的宽度w₁在支腿312、314的较大宽度w₂上居中，使得绕组部分的每个侧边缘相对于支腿312、314的对应侧边缘凹陷或内凹。

表面安装终端焊盘316、318以略微凹陷的方式暴露在部件300的底侧上。表面安装终端焊盘316、318提供了较大区域以用于表面安装到电路板162并且因此能够适应较高功率的电路。具体地，表面安装终端焊盘316、318在x,y平面中相对较大，以便能够处理超出其他类似尺寸的常规电磁部件构造限制的较高电流、较高功率的应用。

包括表面安装终端焊盘的U形绕组308的形状相当简单，并且可能以低成本由具有期望厚度的导电材料片材制成如图所示的三维形状。绕组308可以预先部分地制造为用于与磁芯件154和156组装的单独元件。例如，绕组308可以预先形成有部分310和支腿312、314，其中在将绕组308与磁芯件306组装之后形成表面安装终端。U形绕组308在磁芯302中限定少于一个完整匝，并且与更大和更复杂的多匝线圈相比更不复杂且更容易组装。

磁芯件306在图12中示出并且被形成为包括横向侧壁或端壁320和322、纵向壁324和326、以及顶壁328和底壁330，其被布置成共同形成大致正交的盒状形状。磁芯件306可以由上述任何磁性材料形成，并且可以通过已知技术形成为所示的形状。

横向侧壁或端壁320和322各自包括凹陷部332、334，其宽度尺寸通常大致等于绕组支腿312、314的宽度w₂(图11)。顶壁328包括凹陷部336，其宽度尺寸大致等于绕组部分310的宽度w₁(图11)。底壁330包括凹陷部338，其宽度尺寸大致等于绕组终端焊盘316、318的宽度w₂(图11)。这样，当绕组308组装到磁芯件306时，磁芯件306中的相应凹陷部大致接收绕组308的部分。每个凹陷部通常在相对的侧壁304和306之间在磁芯件306中居中。

磁芯件306还包括固定且恒定尺寸的物理间隙340，其在磁芯件306的凹陷部分的垂直高度的部分内垂直延伸(即垂直于顶壁和底壁330)。间隙340从端壁320的凹陷部分端对端地延伸到端壁322的凹陷部分，并且通常向磁芯件的底壁330开放。然而，间隙340与顶壁328中的凹陷部336不连通。也就是说，间隙340和凹陷部336不彼此流体连通，而是由磁芯件306中的磁性材料的一部分分开。在所示的实施方案中，间隙340通常在侧壁324和326之间的中心位置延伸。

图13示出了磁芯件304，该磁芯件被形成为包括横向侧壁或端壁340和342、纵向壁344和346、以及顶壁348和底壁350，其被布置成共同形成大致正交的盒状形状。磁芯件304可以由上述任何磁性材料形成，并且可以通过已知技术形成为所示的形状。如图16所示，磁芯件304不包括任何凹陷部、任何间隙或任何开口，而是具有平坦外壁的块状形状的大致实心的磁性材料件。

图14以横截面示出了部件300。在使用中，在绕组308中的绕组部分310周围产生磁通线360。磁通线360与磁芯件304、306的面对壁350、328之间的间隙307相交。磁通线360还与磁芯件306中的间隙340相交。第一间隙307和第二间隙340的组合产生上述的摆动型电感器功能，其中第一OCL值和第二OCL值在不同的电流范围内是可能的。通过改变在磁芯件306中形成的第二间隙340的尺寸和长度，可以提供如前面关于图7所示的带类似益处的具有不同性能特征的摆动型电感器。

图15和图16分别示出了用于图10所示的摆动型电磁部件组件300的替代性磁芯件380，以及包括磁芯件380的摆动型电磁部件组件的横截面图。

磁芯件380类似于上述的磁芯件306，但代替间隙340，磁芯件380包括物理间隙382。物理间隙382在磁芯件380的凹陷部分的垂直高度的部分内垂直延伸(即垂直于顶壁和底壁330)。间隙382的尺寸是固定且恒定的，并且该间隙从端壁320的凹陷部分端对端地延伸到端壁322的凹陷部分，并且通常向磁芯件的顶壁328开放。间隙382与顶壁328中的凹陷部336流体连通。在所示的实施方案中，间隙382通常在侧壁324和326之间的中心位置延伸。

图16以横截面示出了包括磁芯件380的部件300。在使用中，在绕组308中的绕组部分310周围产生磁通线360。磁通线360与磁芯件304、380的面对壁350、328之间的间隙307相交。磁通线360还与磁芯件380中的间隙382相交。第一间隙307和第二间隙382的组合产生上述的摆动型电感器功能，其中第一OCL值和第二OCL值在不同的电流范围内是可能的。通过改变第二间隙382的尺寸和长度，可以提供具有不同性能特征的摆动型电感器，其具有与上述那些益处相似的益处。

图17示出了摆动型电磁部件组件300的示例性电感相对电流的曲线图。可以清楚地看到不同电流范围内的第一OCL值和第二OCL值。

图18至图21示出了根据本发明的第三示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件400的各种视图。具体地，图18是部件组件400的侧正视图；图19是用于部件组件400的第一磁芯件和导电绕组的透视图；图20是用于部件组件400的第二磁芯件的透视图；并且图21是部件组件400的横截面图。

如图所示，电磁部件组件400通常包括磁芯402，该磁芯包括第一磁芯件404和第二磁芯件406，其彼此间隙开以限定第一间隙408。导电绕组308部分地布置在磁芯件404和406之间。

图19示出了组装到磁芯件406的导电绕组308。磁芯件406类似于上述的磁芯件306，但不包括间隙340。

图20所示的磁芯件404类似于上述的磁芯件304，但包括形成在底壁350中的物理间隙410。物理间隙410在壁342、344之间端对端地延伸并且向底壁350开放。间隙410平行于壁344、346延伸并且在其间大致居中。

如图21所示，在使用部件400时，磁通线360与磁芯件404、406的面对壁之间的间隙307相交。磁通线360还与磁芯件404中的间隙410相交。第一间隙307和第二间隙410的组合产生上述的摆动型电感器功能，其中第一OCL值和第二OCL值在不同的电流范围内是可能的。通过改变第二间隙410的尺寸和长度，可以提供具有不同性能特征的摆动型电感器。

图22和图23是根据本发明的第四示例性实施方案形成的摆动型电磁部件组件420的视图。

如图22所示，摆动型电磁部件组件420包括由第一磁芯件422和第二磁芯件406组装的磁芯，其中绕组308在第一磁芯件与第二磁芯件之间部分地延伸。

磁芯件422类似于上述磁芯件304，但包括形成在顶壁348中的物理间隙424。物理间隙424在壁340、342之间端对端地延伸并且向顶壁348开放。间隙424平行于壁344、346延伸并且在其间大致居中。

与前述实施方案类似，在使用部件420时，磁通线360与磁芯件422、406的面对壁之间的间隙306相交。磁通线360还与磁芯件422中的间隙424相交。第一间隙306和第二间隙424的组合产生上述的摆动型电感器功能，其中第一OCL值和第二OCL值在不同的电流范围内是可能的。通过改变第二间隙424的尺寸和长度，可以提供具有不同性能特征的摆动型电感器。

虽然各种不同的示例现在已经被描述为在磁芯件之一中包括不同间隙，其在与磁芯件之间的间隙组合时，提供了特别是在开关稳压器和电源转换器应用中期望的摆动型电感器操作。如在图7和图17的示例性曲线图中所见，可以看到此类部件中的OCL值包括当电流超过第一值时的第一急剧下降以及当电流超过第二值时的第二下降，而图2所示的电感器部件组件100的电感曲线图包括单个下降。本发明的部件中的第一OCL下降和第二OCL下降允许它们在第一电流I_Sat1下通过对应满载电感FLL1操作，同时还有助于在第二和更高电流I_Sat2下通过对应满载电感FLL2操作。满载电感FLL2低于满载电感FLL1。

因此，本发明的部件可在较低电流下通过较高电感值(例如，FLL1)操作，并且可在较高电流电平下通过较低电感值(例如，FLL2)操作。部件在第一操作范围内表现出第一OCL水平并且在第二操作范围内表现出第二OCL水平，使得可以保持恒定的纹波电流。相对于图1所示的固定电感部件，这些部件可通过增强的性能操作，并且特别是通过摆动型电感器功能操作，同时仍然有助于小型化和制造益处。本发明的电感器组件可以在较轻电流负载下以较低开关频率有效地操作以解决较高密度电路中的开关损耗，而不会影响纹波电流。

应当理解，虽然所描述和示出的示例包括物理间隙(有时称为气隙)，但部件中的第一间隙或第二间隙可以被填充有表现出与磁芯件其余部件不同的特性的磁性材料。这样，可以产生磁隙而不是非磁性气隙以提供更进一步的性能变化，但仍然获得摆动型电感器功能。通过改变磁芯件的磁特性和/或组件中的第一间隙和第二间隙的磁特性，可以进一步影响部件的电感曲线图(诸如图7和图17所示的那些)。

上述的各种部件提供了相当多种的摆动型电感器功能，同时使用少量可制造的部件零件以便以相对低的成本提供具有优越性能优势的小部件。特别是在高功率密度电力***应用的情况下，诸如用于计算机服务器、计算机工作站和电信设备的电源电路和电源转换器，本文所述的摆动型电感器部件可能以期望的效率操作，通常超出常规构造的表面安装摆动型电感器部件的能力。

鉴于所公开的示例性实施方案，所公开的发明构思的益处和优点现在被认为是显而易见的。

已经公开了电磁部件组件的实施方案，包括：第一磁芯件；第二磁芯件，该第二磁芯件以与第一磁芯件间隔开的关系延伸以便限定第一间隙；和倒U形导电绕组，该倒U形导电绕组包括基部部分以及从基部部分延伸的第一支腿和第二支腿；其中第一磁芯件和第二磁芯件中的至少一个被配置成接收倒U形导电绕组的至少一部分；并且其中第一磁芯件和第二磁芯件中的一个还包括第二间隙，第二间隙与第一间隙结合，允许部件以对应于不同电流负载的多于一个稳定开路电感(OCL)操作。

任选地，第一磁芯件和第二磁芯件中的每一个具有底表面以及与底表面相对的顶表面，其中倒U形导电绕组的基部部分暴露在第一磁芯件和第二磁芯件中的每一个的顶表面上。倒U形导电绕组的支腿可以比基部部分更长。

第一磁芯件和第二磁芯件中的至少一个可以被配置成接收导电绕组的第一支腿和第二支腿的一部分。第一磁芯件可以包括一对第二间隙。该对相应的间隙可以平行于倒U形导电绕组的第一支腿和第二支腿延伸。

第一磁芯件可以替代地包括单个第二间隙。单个第二间隙可以垂直于绕组的基部部分延伸。

倒U形导电绕组的基部部分可以具有第一宽度尺寸，并且其中倒U形导电绕组的第一支腿和第二支腿具有大于第一宽度尺寸的第二宽度尺寸。

倒U形导电绕组可以包括从相应的第一支腿和第二支腿延伸的第一表面安装终端焊盘和第二表面安装终端焊盘。第一表面安装终端焊盘和第二表面安装终端焊盘可以沿彼此相反的方向延伸。

第一磁芯件可以包括第一端和第二端，其中倒U形导电绕组的基部部分从第一端延伸到第二端，并且其中第二间隙从第一端延伸到第二端。

第一磁芯件和第二磁芯件中的每一个可以包括用于接收倒U形导电绕组的第一支腿和第二支腿的第一狭槽和第二狭槽。第一磁芯件可以包括不与第一间隙连通的第一物理间隙和第二物理间隙。第一间隙和第二间隙可以平行于第一狭槽和第二狭槽延伸。第一间隙和第二间隙可以在第一磁芯件的不同侧壁上延伸。

第一磁芯件可以包括底壁以及位于底壁的相对侧上的第一端壁和第二端壁，其中第二间隙向底壁开放并且从第一端壁延伸到第二端壁。

第一磁芯件可以包括顶壁以及位于顶壁的相对侧上的第一端壁和第二端壁，其中第二间隙向顶壁开放并且从第一端壁延伸到第二端壁。

第一磁芯件可以包括顶壁和底壁，并且其中第二间隙在第一壁与第二壁之间不完全地延伸。

第一磁芯件可以包括相对的端壁和顶壁，相对的端壁和顶壁中的每一个限定凹陷部，顶壁中的凹陷部与相对端壁中的凹陷部具有不同的宽度。

该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种电磁部件组件，包括：

第一磁芯件；

第二磁芯件，所述第二磁芯件以与所述第一磁芯件间隔开的关系延伸以便限定第一间隙；和

倒U形导电绕组，所述倒U形导电绕组包括基部部分以及从所述基部部分延伸的第一支腿和第二支腿；

其中所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的至少一个被配置成接收所述倒U形导电绕组的至少一部分；并且

其中所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的一个还包括第二间隙，所述第二间隙与所述第一间隙结合，允许所述部件以对应于不同电流负载的多于一个稳定开路电感(OCL)操作。

2.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的每一个具有底表面以及与所述底表面相对的顶表面，所述倒U形导电绕组的所述基部部分暴露在所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的每一个的所述顶表面上。

3.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述倒U形导电绕组的所述支腿比所述基部部分更长。

4.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的至少一个被配置成接收所述导电绕组的所述第一支腿和所述第二支腿的一部分。

5.根据权利要求4所述的磁性部件组件，其中所述第一磁芯件包括一对第二间隙。

6.根据权利要求5所述的磁性部件组件，其中所述一对相应的间隙平行于所述倒U形导电绕组的所述第一支腿和所述第二支腿延伸。

7.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述第一磁芯件包括单个第二间隙。

8.根据权利要求8所述的磁性部件组件，其中所述单个第二间隙垂直于所述绕组的所述基部部分延伸。

9.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述倒U形导电绕组的所述基部部分具有第一宽度尺寸，并且其中所述倒U形导电绕组的所述第一支腿和所述第二支腿具有大于所述第一宽度尺寸的第二宽度尺寸。

10.根据权利要求1所述的磁性部件组件，其中所述倒U形导电绕组还包括从所述相应的第一支腿和第二支腿延伸的第一表面安装终端焊盘和第二表面安装终端焊盘。

11.根据权利要求10所述的磁性部件，其中所述第一表面安装终端焊盘和所述第二表面安装终端焊盘沿彼此相反的方向延伸。

12.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件具有第一端和第二端，所述倒U形导电绕组的所述基部部分从所述第一端延伸到所述第二端，并且所述第二间隙从所述第一端延伸到所述第二端。

13.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件和所述第二磁芯件中的每一个包括用于接收所述倒U形导电绕组的所述第一支腿和所述第二支腿的第一狭槽和第二狭槽。

14.根据权利要求13所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件包括不与所述第一间隙连通的第一物理间隙和第二物理间隙。

15.根据权利要求13所述的磁性部件，其中所述第一间隙和所述第二间隙平行于所述第一狭槽和所述第二狭槽延伸。

16.根据权利要求13所述的磁性部件，其中所述第一间隙和所述第二间隙在所述第一磁芯件的不同侧壁上延伸。

17.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件包括底壁以及位于所述底壁的相对侧上的第一端壁和第二端壁，并且其中所述第二间隙向所述底壁开放并且从所述第一端壁延伸到所述第二端壁。

18.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件包括顶壁以及位于所述顶壁的相对侧上的第一端壁和第二端壁，并且其中所述第二间隙向所述顶壁开放并且从所述第一端壁延伸到所述第二端壁。

19.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件包括顶壁和底壁，并且其中所述第二间隙在所述第一壁与所述第二壁之间不完全地延伸。

20.根据权利要求1所述的磁性部件，其中所述第一磁芯件包括相对的端壁和顶壁，所述相对的端壁和顶壁中的每一个限定凹陷部，所述顶壁中的所述凹陷部与所述相对端壁中的所述凹陷部具有不同的宽度。