TWI618100B - 電感器及電感器芯 - Google Patents
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Abstract
電感器芯5具有高於空氣之一磁導率且包括經調適以用於容納一電感器繞組2之一環狀通道，其中該電感器芯沿著一第一軸A延伸，且該電感器繞組2以使得該電感器繞組2具有其中其沿著垂直於該電感器芯5之該第一軸A之一方向延伸之許多離散位置或第一區段3之一方式完全圍繞該電感器芯5之該第一軸A延伸，且其中介於該等離散位置或第一區段之間之該電感器繞組2具有其中其至少部分地沿著該第一軸A延伸之第二區段4。
Description
本發明係關於電感器及電感器芯。
電感器係用於一廣泛應用陣列中，諸如信號處理、雜訊濾波、電力產生、電傳輸系統等。為提供更緊緻及更高效之電感器，電感器之導電繞組可圍繞一細長形導磁芯(即，一電感器芯)配置。一電感器芯較佳由呈現高於空氣之一磁導率之一材料製成，其中該電感器芯可啟用具有增加電感之一電感器。
電感器芯在各種各樣之設計及材料中可用，各具有其等之特定優點及缺點。然而，歸因於對需要較少空間之在不同應用中之電感器之不斷增長之需求，仍存在對於具有一緊緻及高效設計且藉此在一廣泛應用範圍中可用之電感器及電感器芯之一需要。
根據一第一態樣，本文中所揭示係一電感器芯之實施例，該電感器芯具有高於空氣之一磁導率，且包括經調適以用於容納使至少一個導體以一或多個環圈纏繞之一電感器繞組之一環狀通道，且其中該電感器芯沿著一第一軸延伸且該環狀通道以使得該環狀通道(且藉此該電感器繞組)具有其中其沿著垂直於該電感器芯之該第一軸之一方向延伸之許多離散位置或第一區段之一方式完全圍繞該電感器芯之該第一軸延伸，且其中介於該等離散位置或第一區段之間之該環狀通道
(且藉此該電感器繞組)具有其中其至少部分地沿著該第一軸延伸之第二區段。
藉此繞組中之一個導體環圈之長度與電感器芯體積相比相對較長，使得可獲得提供特定電感特性且相較於先前技術電感器(例如，具有一罐型磁芯設計之電感器)需要較少空間之一電感器。
以下揭示許多實施例，提供設計甚至更緊緻電感器或電感器芯之選項。
電感器芯之環狀通道(且藉此電感器繞組)可至少處於一個位置或區段，沿平行於電感器芯之第一軸之一方向延伸。
電感器芯可至少沿著第二區段之一或多者之一區段圍繞環狀通道。
此外，電感器芯可完全囊封電感器繞組。
在本發明之一較佳實施例中，藉由該實施例，電感器芯藉由模製、澆鑄、鍛造或燒結尤其易於產生，電感器芯包括一第一電感器芯部分及一第二電感器芯部分，各電感器芯部分具有實質上平行於第一軸配置之第一數目個鄰接表面，及橫向於該第一軸配置之第二數目個鄰接表面，且其中在該第一電感器芯部分及該第二電感器芯部分上之該第一數目個鄰接表面係經互補塑形，使得可藉由在該第二電感器芯部分之第一數目個鄰接表面上沿著第一軸滑動該第一電感器芯部分之第一數目個鄰接表面且直至第一電感器部分上之第二數目個鄰接表面鄰接第二電感器部分上之第二鄰接表面(在此位置中兩個電感器芯部分形成用於封圍環狀通道之至少第二區段之一通道)而組裝該等電感器芯部分。
在一進一步較佳實施例中，電感器芯經設計以使得兩個電感器芯部分具有相同形狀及大小。
本文中所描述之電感器芯之實施例係非常適於藉由粉末冶金
(P/M)製造方法之製造。因此，在一較佳實施例中，電感器芯部分係由某些實施例中之一軟磁粉末材料製成，電感器芯係由一軟磁材料(諸如經壓實之軟磁粉末)製成，藉此簡化電感器芯組件之製造且在該軟磁材料中提供一有效三維磁通路徑，在一電感器芯中允許(例如)徑向、軸向及圓周磁通路徑組件。此處及下文，術語軟磁意欲係指在移除磁化場時可經磁化但並不趨於保持磁化之一材料之一材料性質。通常，一材料可在其矯頑磁力不大於1kA/m時描述為軟磁(例如，參見「Introduction to Magnetism and Magnetic materials」，David Jiles，1991年ISBN 0 412 38630 5(HB)，第1版，第74頁)。
如本文中所使用之術語「軟磁複合材料」(SMC)意欲係指具有三維(3D)磁性質之壓製/壓實及熱處理金屬粉末組件。SMC組件通常由經壓實以在一單一步驟中形成可具有複雜形狀之均勻各向同性組件之表面絕緣鐵粉末粒子組成。
軟磁粉末可(例如)係一軟磁鐵粉末或含有Co或Ni或含有其等之部分之合金之粉末。軟磁粉末可係一實質上純水霧化鐵粉末或具有已經塗佈有一電絕緣物之不規則形狀粒子之一海綿鐵粉末。在此背景內容中，術語「實質上純」意謂粉末應實質上無夾雜物且雜質(諸如O、C及N)之量應保持為一最小值。加權平均粒子大小可通常低於300μm且高於10μm。
然而，可使用任何軟磁金屬粉末或金屬合金粉末，只要軟磁性質足夠且粉末適於模壓實即可。
粉末粒子之電絕緣物可由一無機材料製成。尤其合適的係在US 6348265(其特此以引用的方式併入本文中)中所揭示之絕緣物之類型，US 6348265係關於由具有一含氧及含磷之絕緣障壁之基本上純鐵組成之一基質粉末粒子。具有絕緣粒子之粉末係可購得的，如可自瑞典Höganas AB購得之Somaloy® 500、Somaloy® 550或Somaloy®
700。
1‧‧‧電感器
2‧‧‧電感器繞組/電感器芯繞組
3‧‧‧離散位置或第一區段
4‧‧‧第二區段
5‧‧‧電感器芯/第一電感器芯部分
6‧‧‧內芯部件
7‧‧‧外芯部件
9‧‧‧第一鄰接表面
10‧‧‧通道部分
11‧‧‧突出部
12‧‧‧第二鄰接表面
15‧‧‧第二電感器芯部分
A‧‧‧第一軸
將參考附圖在本文中所揭示之態樣之實施例之以下闡釋性及非限制性描述中更詳細描述本文中所揭示之各種態樣之實施例以及本發明概念之額外目的、特徵及優點，其中除非另有說明否則相同元件符號係指相同元件，其中：圖1係用於一電感器之一實施例中之一電感器繞組之一透視圖。
圖2係根據本發明之一實施例之一電感器芯之一部分之一透視圖。
圖3係展示經配置於根據圖2之電感器芯部分中之根據圖1之電感器繞組之一透視圖。
圖4係根據本發明之一實施例之一電感器之一完整總成之一透視圖。
圖1係用於一電感器1之一實施例中之一電感器繞組2之一透視圖。在此關係中，該圖式僅展示此一電感器繞組2之一輪廓。然而，顯而易見的是該電感器繞組2可包括以圖1中所展示之輪廓內之一或多個環圈纏繞之一或多個電導體。除該導體之外，該電感器繞組2亦可包括(例如)用於支撐導體繞組之其他元件，且顯而易見的是此等元件可通常在電感器繞組2之輪廓內延伸。此外，電感器繞組2可通常包括用於將該等導體環圈連接至(例如)一外部電路之至少兩個分接頭，且儘管此等分接頭並未展示於圖中，然顯而易見其等可延伸遠離電感器繞組2且延伸至如圖4中所展示之完全組裝之電感器1之外。
因此，圖1中所展示之電感器繞組2之輪廓亦展示電感器芯1必須提供以容納該電感器繞組2之最小空間之一實例，且在此方面其展示配置於電感器芯1中之一環狀通道之一合適形狀之一實例。
配置於電感器芯1中之電感器繞組2及/或環狀通道之輪廓在此實施例中具有其中該電感器繞組2或環狀通道沿垂直於第一軸A之一方向延伸之四個第一區段3以及其中該電感器繞組或環狀通道至少部分地沿著該第一軸A延伸之四個第二區段。然而，顯而易見的是可在本發明之範疇內建議不同實施例(例如，其中電感器繞組或環狀通道具有第一種類及/或第二種類之四個以上區段)，且可設計具有第一區段及第二區段(具有(例如)不同長度)之電感器以獲得具有不同電感特性之電感器。
在此關係中，圖2展示一第一電感器芯部分5，且圖4中所展示之電感器包括兩個此等電感器芯部分5及15，其中第一電感器芯部分5係如圖2上所展示定向且第二電感器芯部分15係與該第一電感器芯部分5相同但上下翻轉且圍繞第一軸A旋轉90度。當該兩個電感器芯部分如圖4所展示經組裝時，在此位置中自該第一電感器芯部分5及該第二電感器芯部分15中之各者延伸之突出部11將部分延伸至另一電感器芯部分之通道部分10中。
第一電感器芯部分及第二電感器芯部分各包括形成為一正方形杯之一外芯部件7且具有自外芯部件7之底部沿著第一軸A延伸之一內芯部件6。該外芯部件7及該內芯部件6具有實質上平行於第一軸A延伸之許多第一鄰接表面9，且允許如圖1中所展示之電感器繞組2可放置於配置在第一電感器芯部分5中之通道部分10中，且允許該兩個電感器芯部分5及15可經組裝以形成圖4中所展示之完整電感器芯1。在此位置中，第一電感器芯部分5上之第二鄰接表面12接觸第二電感器芯部分15上之對應第二鄰接表面。
藉此該兩個電感器芯部分5及15，惟(例如)可自電感器繞組2且穿過外芯部件延伸之分接頭除外，完全封圍電感器芯繞組2，且如圖4中所展示之完整總成1形成一種罐型磁芯電感器1。電感器繞組2中之導
體環圈相對於電感器1之外尺寸非常長，藉此提供具有一相對較高電感之一電感器1。
將瞭解，一電感器芯之其他實施例可包括具有不同形狀之兩個或兩個以上電感器芯組件。例如，該等芯部分之僅一者可包括接著可能足夠長以便一直軸向延伸至經組裝電感器芯1中之另一電感器芯部分之底部之一內芯部件區段。替代性地或另外，兩個組件之突出部可具有不同形狀及大小。
兩個電感器芯部分5及15經調適以經組裝而軸向對準且其中其等各別內芯部件面向彼此且使得突出部延伸至藉由另一組件之突出部形成之間隙中。
內芯部件可藉由其等各別鄰接表面12在經組裝電感器芯中彼此接觸以便分別形成在兩個電感器芯部分5及15之間一直延伸之一內芯部件。然而，在某些實施例中，內芯部件可界定(例如)呈介於其等之間之一軸向延伸間隙之形式及/或呈包括較低磁導率之一材料之一或兩個內芯部件區段之一部分之形式之一軸向磁通障壁。
電感器芯部分可各自由經壓實磁粉末材料製成。該材料可係軟磁粉末。該材料可係肥粒鐵粉末。該材料可係(例如)包括具備一電絕緣塗層之鐵粒子之表面絕緣軟磁粉末。該材料之電阻率可使得渦流實質上受抑制。作為一更特定實例，該材料可係(例如)來自Hoeganaes AB(S-263 83 Hoeganaes，瑞典)之產品系列Somaloy(例如，Somaloy(R)110i、Somaloy(R)130i或Somaly(R)700HR)之一軟磁粉末。
該軟磁粉末可經填充至一模中且經壓實。接著，該材料可(例如)藉由燒結而經熱處理(針對諸如肥粒鐵粉末之粉末材料)或處於一相對較低溫度以便不破壞介於粉末粒子之間之一絕緣層(針對軟磁複合材料)。在壓實程序期間，可沿著對應於各別部件之軸向方向之一方向
施加一壓力。在徑向及圓周方向上，組件之尺寸係藉由模具之腔壁予以界定。因此，可在於徑向及圓周方向上具有比在軸向方向上更嚴格之一公差之情況下使用單軸壓實來製造各組件。
替代性地，電感器芯組件可由具有高於空氣之磁導率之一足夠高磁導率之一不同材料製成，及/或自複數個個別件組裝而非以一單件形成。
儘管已詳細描述及展示某些實施例，然本發明並不限於該等實施例，而亦可以其他方式體現於在以下申請專利範圍中所定義之標的物之範疇內。特定言之，應理解，可利用其他實施例，且可在不脫離本發明之範疇之情況下做出結構及功能性修改。例如，在上文中，已揭示呈現垂直於第一軸之一正方形剖面之電感器芯。然而，本發明概念並不限於此幾何形狀。例如，電感器芯及/或電感器繞組可呈現一橢圓形、三角形、正方形或多邊形剖面。儘管上文及圖式中所揭示之電感器繞組僅具有至少部分地沿著第一軸延伸之四個區段，然顯而易見的是可在本發明之範疇內建議具有更多此等區段之電感器繞組。
在指定若干構件之器件申請專利範圍中，此等構件中之若干者可藉由同一個結構組件來體現。在互不相同的附屬請求項中陳述某些措施此一事實本身並不指示無法有利地使用此等措施之一組合。
應強調，術語「包括」在此說明書中使用時係用以指定存在所陳述之特徵、整數、步驟或組件但並不排除存在或增加一或多個其他特徵、整體、步驟、組件或其等之群組。
Claims (4)
- 一種電感器，其包括具有高於空氣之一磁導率之一電感器芯及包括以一或多個環圈纏繞之至少一個導體之一電感器繞組，其中該電感器芯至少部分地沿著一第一軸延伸，且該電感器繞組以使得該電感器繞組具有其中其沿著垂直於該電感器芯之該第一軸之一方向延伸之許多離散位置或第一區段之一方式完全圍繞該電感器芯之該第一軸延伸，且其中介於該等離散位置或區段之間之該電感器繞組具有其中該電感器繞組至少部分地沿著該第一軸延伸之第二區段，其中該電感器芯包括一第一電感器芯部分及一第二電感器芯部分，各電感器芯部分具有實質上平行於該第一軸配置之第一數目個鄰接表面及橫向於該第一軸配置之第二數目個鄰接表面，且其中在該第一電感器芯部分及該第二電感器芯部分上之該第一數目個鄰接表面係經互補塑形，使得可藉由在該第二電感器芯部分上之該第一數目個鄰接表面上且沿著該第一軸滑動該第一電感器芯部分之該第一數目個鄰接表面直至該第一電感器部分上之該第二數目個鄰接表面鄰接該第二電感器部分上之該等第二鄰接表面而組裝該等電感器芯部分，在此相互位置中，該兩個電感器芯部分形成用於封圍該電感器繞組之至少該等第二區段之一通道。
- 如請求項1之電感器，其中該電感器繞組至少在各第二區段之一個離散位置或區段處沿著平行於該電感器芯之該第一軸之一方向延伸。
- 如請求項1之電感器，其中該電感器芯至少沿著該等第二區段之一或多者之一區段圍繞該電感器繞組。
- 如請求項3之電感器，其中該電感器芯完全囊封該電感器繞組。
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