可變電感器及其製造方法與流程
2023-11-02 09:14:44
本申請要求享有於2014年7月1日在韓國知識產權局提出的韓國專利申請No.10-2014-0081734的優先權，並在此通過引用併入其公開的全部內容。
技術領域
根據本公開的裝置和方法涉及一種可變電感器及其製造方法，更具體地，涉及一種磁飽和特性可被寬泛調節的電感器及其製造方法。
背景技術：
電感器是指通過圍繞芯纏繞電線製造的無源元件。電感器使用的特性是能量存儲在由電流產生的磁場中。作為依據時間的電流變化率與施加在電感器兩端的電壓之間的比率，電感是電感器的固有常量。電感可以根據電感器的材料和形狀而改變。
一般電感器的電感是常量。因此，一般電感器具有恆定電感值，所述恆定電感值與電流相關，直到電感器的磁芯飽和為止。這些特性具有以下缺點：由於可變負載的特性，導致大功率轉換器的功率轉換效率不好。
此外，在根據現有技術的傳統可變電感器中，需要在主繞組中使用機械抽頭，或需要具有用於供應額外磁通量的單獨功率驅動裝置的輔助繞組。此外，在根據現有技術的可變電感器中，需要用於感測負載的電流的附加電路。因此，當使用根據現有技術的可變電感器時，導致諸如功率轉換效率和經濟效率的降低以及體積和電路複雜性的增加的缺點。
因此，需要一種能夠克服根據現有技術的可變電感器的限制並容易實現可變電感器的特性的電感器及其製造方法。
技術實現要素：
本發明的示例性實施例可以克服上述缺點以及以上未描述的其他缺點。
本公開提供了一種電感器及其製造方法，所述電感器通過包括由異質磁性材料形成的磁芯而具有根據電流變化的飽和特性。
根據本公開的一個方面，電感器包括：磁芯，具有預設形狀；以及線圈部，圍繞所述磁芯的一個區域並且根據電流的流動產生磁通量，其中所述磁芯包括由第一磁性材料形成的第一磁性區域以及由不同於第一磁性材料的第二磁性材料形成的第二磁性區域。
第二磁性區域可以包括多個磁性成分(component)和圍繞多個磁性成分的非磁性材料。
多個磁性成分可以以預設間隔單位布置。
多個磁性成分可以被布置為非磁性材料中的多個層。
多個磁性成分和非磁性材料可以具有預設體積比。
多個磁性成分可以僅布置在非磁性材料的預設區域上。
多個磁性成分可以是磁帶和磁粉中的至少一種。
第二磁性區域可以包括具有不同磁導率的多個區。
第二磁性區域可以具有沿與磁通量穿過第二磁性區域的方向平行的方向布置所述多個區的形狀。
第二磁性區域可以具有沿與磁通量穿過第二磁性區域的方向垂直的方向布置所述多個區的形狀。
多個區可以布置在一個連續空間中，或分別布置在彼此分離的多個空間中。
多個區可以移動成與磁芯中的第一磁性區域的範圍不對準。
第二磁性區域可被配置為使得多個區中僅一些區佔據其體積。
電感器還可以包括：傳送設備，移動所述多個區；以及控制器，控制所述傳送設備根據連接到功率轉換電路的副邊的負載的量來移動所述多個區。
根據本公開的另一方面，一種用於製造電感器的方法包括：提供具有預設形狀的磁芯；在所提供的磁芯的一個區域中形成氣隙；用與所述磁芯的磁性材料不同的磁性材料填充所形成的氣隙；以及在所述磁芯的填充有該不同的磁性材料的一個區域周圍纏繞線圈。
不同磁性區域可以包括多個磁性成分和圍繞多個磁性成分的非磁性材料。
多個磁性成分可以以預設間隔單位布置。
多個磁性成分可以被布置為非磁性材料中的多個層。
多個磁性成分和非磁性材料可以具有預設體積比。
多個磁性成分可以僅布置在非磁性材料的預設區域上。
多個磁性成分可以是磁帶和磁粉中的至少一種。
在根據本公開的各示例性實施例的電感器中，可以容易地設計鐵芯的飽和特性，使得電感器根據負載具有不同的電感。
附圖說明
通過參考附圖描述本發明的一些示例性實施例，本發明的以上和/或其他方面將更加清楚，其中：
圖1是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的透視圖；
圖2是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的截面圖；
圖3是根據本公開的示例性實施例的電感器的等效磁路圖；
圖4A和4B是示出了根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的截面圖；
圖5是示出了根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的參數的視圖；
圖6是示出了根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的參數的視圖；
圖7是示出了根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的成分的截面圖；
圖8是示出了根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的其他成分的視圖；
圖9是示出了根據本公開的示例性實施例的第二磁性區域的B-H曲線的視圖；
圖10是示出了當調整根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的參數時磁飽和特性的變化的視圖；
圖11是示出了當調整根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的組成比時磁飽和特性的變化的視圖；
圖12是示出了當調整根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的體積比時磁飽和特性的變化的視圖；
圖13是示出了當調整根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的磁性材料時磁飽和特性的變化的視圖；
圖14是示出了根據本公開的另一示例性實施例的電感器的結構的視圖；
圖15是示出了根據本公開的另一示例性實施例的電感器的結構的視圖；
圖16是示出了根據本公開的另一示例性實施例的用於製造電感器的方法的流程圖；
圖17是示出根據本公開的第三示例性實施例的第二磁性區域的成分的視圖；
圖18是示出根據本公開的第四示例性實施例的第二磁性區域的成分的視圖；
圖19是示出根據本公開的第五示例性實施例的第二磁性區域的成分的磁芯的視圖；
圖20是用於描述使用圖17到19的第二磁性區域的電感器的電感特性的曲線圖；
圖21是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的框圖；以及
圖22是用於描述圖21的電感器的電感特性的曲線圖。
具體實施方式
下文中，參考附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。
圖1和2分別是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的透視圖和各成分的組裝截面圖。
參考圖1，根據本公開的示例性實施例的電感器100包括磁芯110和130以及線圈部120。
磁芯110和130具有預設形狀。具體地，磁芯110和130可以具有閉環形狀。因此，可以將由在線圈部120中流動的電流產生的磁場的能量存儲在磁芯110和130中。換言之，穿過磁芯110和130的磁通量可以沿著磁芯110和130的閉合迴路的路徑流動。
通過在將在下文描述的線圈部120中流動的電流來產生具有方向和大小(magnitude)的磁通量。磁通量沿著磁芯110和130的閉合迴路的路徑產生。磁芯110和130是指存在於磁通量經過的路徑上的介質。也就是說，磁芯110和130存儲磁場的能量，所述磁場是由流動在位於其中的電線中的電流產生的。此外，分別根據磁芯110和130的不同磁導率來確定由電感器100抑制的電流的程度(電感)。
此外，磁芯110和130包括由第一磁性材料形成的第一磁性區域110和由第二磁性材料形成的第二磁性區域130。第一磁性材料和第二磁性材料是不同的材料。具體地，第一磁性區域110可以是包括中心柱部分和左右柱部分的一對EE形的芯。線圈部120可以圍繞磁芯的中心柱部分。此外，由電流產生的磁通量可以穿過作為外部路徑的左右柱部分。
根據示例性實施例的第一磁性區域110可以確定電感器的整體尺寸或形狀。儘管圖1中示出了EE形的芯，但是第一磁性區域110不限於此，它可以是具有氣隙部分的各種一般芯，諸如，EI/EF/EER/EFD/ER/EPC/UI/CI/EP/RM芯、環狀芯、壺形芯等。此外，本領域技術人員顯而易見的是可以根據具有圖14或15所示的另一形狀的商用芯，來在各種示例性實施例中實現第一磁性區域110。
此外，第一磁性區域110是在一般電感器中使用的鐵氧體芯。第一磁性區域的第一磁性材料可以是alpha鐵或將氧化錳(MnO)和氧化鋅(ZnO)中的至少一種與氧化鐵混合的材料。
線圈部120圍繞磁芯110和130的一部分，並根據其中的電流的流動產生磁通量。具體地，線圈部120可以由諸如搪瓷銅的導電體形成，且可以使電流通過其中。此外，線圈部120可以包括圓柱形或矩形柱形框架，其中圍繞所述框架纏繞不止一匝導線，並可以將磁芯110和130插入圓柱形或矩形柱形框架中。
當電流在線圈部120中流動時，根據電流和纏繞導線的方向產生具有兩個極性的磁場，並且由電流產生的能量被暫時存儲為磁場形式。所產生的磁通量穿過磁芯的主體，其一部分被線圈部圍繞。此外，根據磁通量穿過的介質(磁芯)的特性來確定電感器的電感特性。
磁芯的第一磁性區域110由第一磁性材料形成。此外，磁芯的第二磁性區域130由不同於第一磁性材料的第二磁性材料形成。具體地，第二磁性區域130可以包括多個磁性成分和圍繞所述多個磁性成分的非磁性材料。
構成第二磁性區域130的多個磁性成分可以由被磁場以非常大程度磁化的鐵磁材料形成。也就是說，多個磁性成分可以由磁化率(χm)大於正數1的高磁導率鐵磁材料形成。例如，鐵磁材料可以包括鎳、鈷、鐵及其合金(例如鎳鐵合金)。
可以使用與第一磁性區域的磁飽和特性不同的第二磁性區域的磁飽和特性來調整電感器100的整體電感和飽和特性。
構成第二磁性區域130的非磁性材料是基本上不受磁場影響的材料，且可以被鑄模成圍繞多個磁性成分並將該多個磁性成份包括在其中。此外，非磁性材料可以接觸磁芯的第一磁性區域110，以使得第二磁性區域的多個磁性成分能夠被置於固定位置。此外，非磁性材料可以是具有足以耐受電感器的發熱、衝擊和重量的耐久性和耐熱性的材料。例如，第二磁性區域130的非磁性材料可以是諸如聚丙烯的塑料。此外，第二磁性區域130可以是通過注塑成型技術製造的。
第二磁性區域130的多個磁性成分可以以預設間隔單位布置。此外，多個磁性成分可以布置為非磁性材料中的多個層。下面將參照圖4和5來對第二磁性區域130的磁性成分的布置進行詳細描述。
第二磁性區域130的多個磁性成分和非磁性材料可以具有預設體積比。此外，第二磁性區域130的多個磁性成分可以僅布置在非磁性材料的預設區域上。下面將參照圖6和7來詳細描述第二磁性區域130的磁性成分的混合比和體積比。
第二磁性區域130的多個磁性成分可以是磁帶和磁粉中的至少一種。將參考圖4到22來詳細描述實現多個磁性成分的兩個示例性實施例。
通過磁帶來實現多個磁性成分的第一示例性實施例被稱為帶類型。此外，將磁帶插入非磁性材料中的第一示例性實施例的第二磁性區域130被稱為帶芯。此外，將以相同的間隔布置帶芯的帶的形式被稱為帶陣列。此外，通過磁粉來實現多個磁性成分的第二示例性實施例被稱為粉末類型。此外，將磁粉與非磁性材料混合的第二示例性實施例的磁芯的第二磁性區域130被稱為粉末芯。
如上所述，根據本公開的示例性實施例的電感器100包括由第一磁性材料形成的第一磁性區域和磁飽和特性與第一磁性區域的磁飽和特性不同且由第二磁性材料形成的第二磁性區域。根據本公開的示例性實施例的電感器100可以具有以下特性：其電感在電感器電流的驅動範圍內連續變化。此外，根據本公開的示例性實施例的電感器100具有簡單的結構，使得可以容易地改變調整磁飽和特性的參數值。
圖2是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的截面圖。
參考圖2，圖1的第一磁性區域100的EE形的芯對的三個柱彼此相對並接觸，且第二磁性區域130設置在中心柱之間。此外，線圈部120纏繞在包括第一磁性區域110和第二磁性區域130的中央柱區域周圍。儘管圖2中誇大了線圈件120的導線，然而可以在物理允許範圍內，圍繞中心柱區域纏繞細長的導線。
圖3是根據本公開的示例性實施例的電感器的等效磁路圖。
參考圖3，根據本公開的示例性實施例的電感器100可以由等效磁路表示，等效磁路包括與線圈部120的匝數N和電流i成正比的磁動力320以及磁通量φ穿過的第一磁性區域的磁阻Rcore1 310和第二磁性區域的磁阻Rcore2 330。
圖4A和4B是示出了根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的平面和側面截面圖。
參考圖4A和4B，第二磁性區域400包括以預設間隔單位布置在非磁性材料410中的多個磁性成分420。具體地，如第二磁性區域400的平面截面圖(圖4A)所示，第二磁性區域400可以被配置為使得帶類型磁性成分420以預定間隔布置在非磁性材料410中。此外，如第二磁性區域400的側面截面圖(圖4B)所示，第二磁性區域400可以被配置為使得帶類型磁性成分420被布置為非磁性材料410中彼此平行的多個層。第二磁性區域400的磁帶420的數量不限於圖4A和4B所示的數量，且磁帶420可以布置為單層或多層。
圖5是示出根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的參數的側截面圖。
如圖5所示，第二磁性區域500的側截面圖示出了磁帶520在非磁性材料510中布置為多個層。此外，上層和下層的磁帶520彼此平行布置。具體地，磁飽和特性的磁帶520的可以調整第二磁性區域500的參數包括磁帶520的高度h和寬度w以及平面上帶陣列中的磁帶520之間的距離g1。
如上所述，根據第一示例性實施例的第二磁性區域500的磁飽和特性可以通過調整磁帶520的數量、尺寸和布置間隔來調整。因此，可以通過調整上述參數來製造具有滿足期望設計條件的磁飽和特性的電感器。
圖6是示出根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的成分的參數的側截面圖。
參考圖6，第二磁性區域600的側截面圖示出了第二磁性區域600的磁帶620在非磁性材料610中布置為多個層。此外，上層和下層的帶陣列的磁帶620被布置為在水平軸線或垂直軸線方向上彼此間隔g2。具體地，可以調整第二磁性區域600的磁飽和特性的磁帶620的參數包括上層和下層的磁帶彼此間隔開的距離g2。
如上所述，根據第一示例性實施例的第二磁性區域600的磁飽和特性可以通過調整磁帶620的數量、尺寸和布置間隔來調整。因此，可以通過調整上述參數來製造具有滿足期望設計條件的磁飽和特性的電感器。
圖7是示出了根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的成分的截面圖。
參考圖7，第二磁性區域700的多個磁性成分由磁粉720形成。此外，磁粉720隨機分布在非磁性材料710中。具體地，第二磁性區域可以由以預定比例彼此混合的磁粉和非磁性材料710的混合物形成。此外，磁粉可以隨機分布在非磁性材料710中。同時，可以調整第二磁性區域700的磁飽和特性的磁粉720的參數可以是非磁性材料710與磁性成分720的質量比、體積比或混合比。此外，磁粉720的一個參數是與存在於第二磁性區域700中的磁粉720的含量成正比增加的相對磁導率。
圖8是示出了根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的另一配置的截面圖。
參考圖8，第二磁性區域中的一部分僅由非磁性材料830形成，且在第二磁性區域的其它區域中，粉末類型磁性成分820隨機分布在非磁性材料810中。具體地，對磁通量穿過的路徑具有影響的磁粉僅存在於一部分區域中，使得可以改變電感器的磁飽和特性。換言之，磁粉820的可以調整第二磁性區域800的磁飽和特性的參數包括僅由非磁性材料830形成的區域與粉末類型區域之間的體積比v，在所述粉末類型區域中，粉末類型磁性成分820與非磁性材料810混合。
如上所述，可以通過調整磁粉的量和粉末類型磁性成分820與非磁性材料混合的區域的尺寸來調整根據第二示例性實施例的第二磁性區域的磁飽和特性。因此，可以通過調整上述參數來製造具有滿足期望設計條件的磁飽和特性的電感器。
圖9是示出了根據本公開的示例性實施例的具有各種成分的第二磁性區域的B-H曲線的視圖。
參考圖9，示出了在第二磁性區域僅由磁性材料形成的情況下的B-H曲線以及在第二磁性區域具有多個成分比的情況下的B-H曲線，其中所述多個成分比包括根據本公開的示例性實施例的非磁性材料。具體地，B-H曲線中的梯度意味著相對磁導率。此外，具有氣隙的一般電感器具有真空磁導率(μ0)，使得梯度總是恆定值。相反，在根據本公開的具有第二磁性區域的電感器中，根據第二磁性區域的成分比來改變磁場強度H。此外，根據本公開的具有第二磁性區域的電感器具有取決於磁場強度H的變化的非線性梯度，且具有第二磁性區域的電感器的磁通量變化大於氣隙電感器的磁通量變化。
根據安培電路定律，磁場的強度H與電流和繞組匝數成正比，且電感與磁導率成正比。因此，在根據本公開的電感器中，可以基於第二磁性區域的磁飽和特性來控制取決於電流變化的電感的非線性可變特性。
在上文中，已經參照附圖描述了根據本公開的示例性實施例的電感器和第二磁性區域的結構。圖10至13是用於描述當調整第二磁性區域的參數時電感針對電感器電流的變化特性的視圖。在圖10到13的實驗中使用的電感器的第一磁性區域是EE形鐵氧體芯。此外，根據工業標準指示方法的EE形鐵氧體芯的結構為A：70.50、B：33.20、C：32.00、D：48.00、E：22.00和F：21.90。
圖10是示出了當調整根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域的參數時電感變化的視圖。
參考圖10，示出了取決於電感器電流iL的四個電感器的電感(L)變化曲線1010、1020、1030和1040。具體地，水平軸表示在線圈部120中流動的電流，且以安培為單位。縱軸表示電感值，且以微亨為單位。
第一電感變化曲線1010涉及將第二磁性區域設置為氣隙(即，空的空間)的電感器。此外，第二、第三和第四電感變化曲線1020、1030和1040涉及根據本公開的第一示例性實施例的第二磁性區域包括多個磁帶520以及圍繞多個磁帶520的非磁性材料510的電感器。此外，與第二、第三和第四電感變化曲線1020、1030和1040相關的電感器的第二磁性區域的參數包括磁帶520的高度h和寬度w、磁帶之間的距離g1以及在一個軸方向上兩層磁帶彼此間隔的距離g2。此外，第二、第三和第四電感變化曲線1020、1030和1040涉及調整上述參數中的至少一個的三種類型電感器。三個電感器100的參數示出在表1中。
表1
參考圖10，作為控制組的氣隙電感器在20A的電感器電流範圍內具有幾乎恆定的電感值，且在大於20A的電感器電流下由於磁飽和而具有以平滑梯度減小的電感。然而，根據本公開的示例性實施例的電感器100在低電感器電流下具有大於氣隙電感器的電感。此外，根據本公開的示例性實施例的電感器100即使在低電流下也快速飽和，使得電感器100的電感以比氣隙電感器的電感更大的梯度減小。此外，當調整諸如h、w、g1和g2的參數時，根據本公開的第一示例性實施例的具有第二磁性區域的電感器100的電感變化特性與其他電感器不同。
圖11是示出了當調整根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的組成比時電感變化的視圖。
參考圖11，示出了取決於電感器電流iL的電感器的電感(L)變化曲線1110、1120和1130。具體地，水平軸表示在線圈部120中流動的電流，且以安培為單位。縱軸表示電感值，且以微亨為單位。
示出在圖11中的第一電感變化曲線1110涉及將第二磁性區域設置為氣隙(即，空的空間)的電感器。此外，第二和第三電感變化曲線1120和1130涉及根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域包括磁粉720以及圍繞磁粉720的非磁性材料710的電感器100。也就是說，第二和第三電感變化曲線1120和1130涉及兩個類型的電感器，其中第二磁性區域中的磁粉720的混合比彼此不同。基於第二磁性區域的相對磁導率(μr)，可以根據磁粉的混合比將兩個電感器100劃分如下。
表2
參考圖11的曲線圖，根據本公開的第二示例性實施例的電感器100的電感變化曲線1120和1130與氣隙電感器的電感變化曲線相比較地示出了在較低電感器電流下的高電感和快速飽和特性。此外，根據本公開的第二示例性實施例的電感器100的電感變化曲線1120和1130示出了隨著第二磁性區域中的磁粉的比率變高，在較低電流下電感更高且飽和特性更快。
圖12是示出了當調整根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域的體積比時電感變化的視圖。
參考圖12，示出了取決於電感器電流iL的電感變化曲線1210、1220、1230和1240。具體地，水平軸表示在線圈部120中流動的電流，且以安培為單位。縱軸表示電感值，且以微亨為單位。
示出在圖12中的第一電感變化曲線1210涉及將第二磁性區域設置為氣隙(即，空的空間)的電感器。此外，第二、第三和第四電感變化曲線1220、1230和1240涉及根據本公開的第二示例性實施例的第二磁性區域包括磁粉820以及圍繞磁粉820的非磁性材料810的電感器100。第二磁性材料是將磁粉820和非磁性材料810彼此混合的材料。也就是說，第二、第三和第四電感變化曲線1220、1230和1240涉及第二磁性區域800的整個體積被第二磁性材料佔據的電感器100、第二磁性區域800的整個體積的2/3被第二磁性材料佔據的電感器100以及第二磁性區域800的整個體積的1/3被第二磁性材料佔據的電感器100。
如圖12所示，根據本公開的第二示例性實施例的包括第二磁性區域的電感器100隨著第二磁性材料佔據的體積比變高，在低電流下表現出更高的電感和更快的飽和特性。
參考圖13，示出了取決於電感器電流iL的電感(L)變化曲線1310、1320、1330和1340。具體地，水平軸表示在線圈部120中流動的電流，且以安培為單位。縱軸表示電感值，且以微亨為單位。
在圖13中示出的第一電感變化曲線1310和第二電感變化曲線1320涉及將高度為2mm和4mm的第二磁性區域設置為氣隙(即，空的空間)的電感器。此外，根據本公開的第二示例性實施例的用於電感器的第三和第四電感變化曲線1330和1340涉及第二磁性區域包括由稀土金屬製成的磁粉820以及圍繞磁粉820的非磁性材料810的電感器100。此外，第三和第四電感變化曲線1330和1340涉及電感器100，其中第二磁性區域800的高度分別為2mm和4mm。
如圖13所示，根據本公開的第二示例性實施例的具有由稀土金屬粉末形成的第二磁性區域的電感器100示出了與具有由鐵磁性金屬粉末形成的第二磁性區域的現有電感器不同的特性。也就是說，具有由稀土金屬粉末形成的第二磁性區域的電感器100在高電流區域中表現出高電感，且隨著第二磁性區域800的高度變高，表現出較慢的飽和特性。
如上所述，可以使用幾個參數(例如，第二磁性材料的成分比、體積比；磁性材料變化；第二磁性區域的高度等)，來調節根據本公開的第一或第二示例性實施例的包括第二磁性區域的電感器100的電感特性。因此，可以根據設計目標容易地調整電感器電流的電感值和驅動範圍。
圖14是示出了根據本公開的另一示例性實施例的電感器的結構的視圖。
參考圖14，電感器100'包括O形或環形磁芯1410和1430以及線圈部1420。具體地，由第一磁性材料形成的商用O形的芯是第一磁性區域。此外，將由第二磁性材料形成的第二磁性區域插入到第一磁性區域的一部分中，使得可以配置磁芯。此外，線圈部可以由圍繞磁芯的一部分的導線形成。線圈部不限於圖14所示的結構，且可以將更多的線圈纏繞在磁芯的更寬區域上。
在如上所述的根據本公開的另一示例性實施例的電感器100』中，磁芯的第二磁性區域暴露於外部。因此，滿足期望電感飽和特性的第二磁性材料容易插入和替換。此外，儘管未示出，但是在電感器100』附近提供單獨的電路，且可以控制第二磁性區域在第一磁性區域的氣隙中移動。因此，能夠改變第二磁性區域的體積比，其中所述第二磁性區域用於提供在磁芯中流動的磁通量通過的路徑。此外，第二磁性區域的體積比的變化可以改變電感器的磁飽和特性。
圖15是示出了根據本公開的另一示例性實施例的電感器的結構的視圖。
參考圖15，電感器100」包括圓柱形磁芯1510和1530以及線圈部1520。具體地，在線圈部1520中將商用圓柱形的芯作為第一磁性區，其中導線圍繞長圓柱體纏繞，且由第二磁性材料形成的第二磁性區可以設置在圓柱形的芯中。
在如上所述的根據本公開的另一示例性實施例的電感器100」中，僅商用芯的一部分可以包括由異質磁性材料形成的第二磁性區域。因此，容易改變電感器100」的電感飽和特性，使得可以改變電感器電流的電感。
圖16是示出了根據本公開的一個示例性實施例的用於製造電感器的方法的流程圖。
參考圖16，根據本公開的示例性實施例的用於製造電感器的方法包括：製造磁芯(S1610)；形成氣隙(S1620)；填充磁性材料(S1630)以及纏繞線圈(S1640)。
在磁芯的製造(S1610)中，提供具有預設形狀的磁芯。具體地，磁芯可以是商用電感器組件，例如EE鐵氧體芯。此外，預設形狀可以是沿著當電流在線圈中流動時產生的磁通量的閉合路徑形成的形狀。此外，可以根據磁芯的磁導率來確定電感。
在形成氣隙(S1620)時，在磁芯的一個區域中形成氣隙。具體地，可以將存在空的空間的氣隙形成在磁芯中的磁通量所經過的閉合路徑上。
在填充磁性材料(S1630)時，用與構成磁芯的磁性材料不同的磁性材料填充氣隙。具體地，第一磁性區域是在一般電感器中使用的鐵氧體芯，且第一磁性區域的第一磁性材料可以是alpha鐵或將Mn和Zn彼此混合的材料。此外，不同於第一磁性材料的第二磁性材料可以是與第一磁性材料具有不同的磁導率的材料。此外，填充在氣隙中的磁性材料可以包括多個磁性成分和圍繞多個磁性成分的非磁性材料。具體地，多個磁性成分可以由磁化率(χm)大於正數1的高磁導率鐵磁材料形成。例如，磁性材料可以包括鎳、鈷、鐵及其合金(例如鎳鐵合金)。此外，非磁性材料是基本上不受磁場影響的材料。此外，非磁性材料可以被鑄模成圍繞多個磁性成分並將多個磁性成分包括在其中。此外，非磁性材料可以是具有耐久性和耐熱性的材料。例如，非磁性材料可以是諸如聚丙烯的塑料。此外，所述不同磁性材料可以是通過注塑成型技術製造的。
此外，所述不同磁性材料的多個磁性成分可以以預設間隔單位布置。此外，所述不同磁性材料的多個磁性成分可以布置為非磁性材料中的多個層。
此外，所述不同磁性材料的多個磁性成分和非磁性材料可以具有預設體積比。此外，所述不同磁性材料的多個磁性成分可以僅布置在非磁性材料中的預設區域上。
此外，所述不同磁性材料的多個磁性成分可以是磁帶和磁粉中的至少一種。
在纏繞線圈(S1640)時，用與磁芯的磁性材料不同的磁性材料填充磁芯的氣隙。此外，將線圈纏繞在磁芯的填充有該不同的磁性材料的一部分中。具體地，線圈可以是諸如搪瓷銅的導電導體，且可以使電流通過其中。此外，可以根據沿著線圈流動的電流來產生磁通量。
如上所述的根據本公開的用於製造電感器的方法可以通過用於製造電感器的裝置來實現。具體地，用於製造電感器的裝置可以是用於執行控制以執行用於製造電感器的方法的每個步驟的機器。
例如，可以通過對具有粉末形狀的鐵氧體(第一磁性材料)進行加熱、壓縮和鑄模的工藝來製造預定形狀的磁芯。備選地，可以省略磁芯的製造(S1610)，且可以使用現有的商用芯。在這種情況下，磁芯可以被設計為用於包括氣隙的預設形狀。可以包括單獨的第二磁芯生成線，以便在氣隙中形成第二磁性區域。可以通過使用第二磁性材料的化學和物理工藝(諸如，混合、燒制、加工等)來製造第二磁芯，且其可以將其插入到磁芯的氣隙中。可以通過在磁芯的一部分或整體周圍纏繞導線來製造線圈部。備選地，可以通過在圍繞磁芯的外側的線圈周圍纏繞導線來製造線圈部。
圖17是示出根據本公開的第三示例性實施例的第二磁性區域的成分的側面視圖。
參考圖17，第二磁性區域1700可以包括多個區(塊)1710、1720和1730。具體地，第二磁性區域1700可以包括具有不同磁導率的多個區。
本文中，具有特定磁導率的塊(區)可以是上述的帶類型或粉末類型芯。此外，可以根據上述參數來確定每個塊中彼此不同的磁導率。例如，插入構成第二磁性區域的各個塊中的帶的數量或包含在各個塊中的粉末的量可以彼此不同。儘管在圖17中示出了三個塊1710、1720和1730，但是所述塊的數量可以是兩個或四個或更多個。此外，儘管在圖17中各塊1710、1720和1730的尺寸彼此不同，但是各個塊1710、1720和1730的大小可以彼此相同。
磁通量1740可以發生在與堆疊第二磁性區域1700的多個區1710、1720和1730的方向平行的方向上。具體地，構成第二磁性區域1700的多個塊1710、1720和1730可以被布置為在磁通量1740的方向上彼此相對。文本中，多個塊1710、1720和1730可以以團狀插入到第一磁性區域的氣隙中，其中堆疊所述多個塊以彼此接觸。備選地，多個塊1710、1720和1730可以插入到設置在第一磁性區域中的多個氣隙中的每一個中。
由線圈部產生的磁場能量也存儲在塊1710、1720和1730中。此外，具有不同磁導率的塊具有不同的飽和特性。隨著線圈部的電流增加，具有小容量的塊1710首先飽和。此外，通過尚未飽和的其他塊1720和1730呈現電感器的電感特性。
圖18是示出根據本公開的第四示例性實施例的第二磁性區域的成分的側面視圖。
參考圖18，第二磁性區域1800可以包括多個區(塊)1810、1820和1830。具體地，第二磁性區域1800可以包括具有不同磁導率的多個塊1810、1820和1830。
磁通量1840可以發生在與堆疊第二磁性區域1800的多個區1810、1820和1830的方向垂直的方向上。具體地，構成第二磁性區域1800的多個塊1810、1820和1830可以沿橫向方向彼此布置的，以便平行於磁通量1840的方向。文本中，布置多個塊1810、1820和1830的方向基本上垂直於磁通量1840的方向。此外，多個塊1810、1820和1830可以以團狀插入到第一磁性區域的氣隙中，其中所述多個塊彼此接觸。備選地，多個塊1810、1820和1830可以插入到設置在第一磁性區域中的多個氣隙中的每一個中。
在根據第四示例性實施例的第二磁性區域中，可以限制磁通量向在多個塊之間飽和的第一塊的流動，使得可以出現相對明顯的電感變化特性。
圖19是用於示出根據本公開的第五示例性實施例的第二磁性區域的成分的磁芯的側面視圖。
參考圖19，磁芯1900包括第一磁性區域1950和第二磁性區域1910。此外，第二磁性區域1910包括具有不同磁導率的多個區1920、1930和1940。
第一磁性區域1950包括形成在多個位置的氣隙。儘管在圖19中的磁芯1900的第一磁性區域1950中沿水平方向形成氣隙，但是氣隙不限於此。它們可以形成在磁通量的閉環路徑的任何位置中，只要氣隙的數量為兩個或更多個即可。
第二磁性區域1910的多個區1920、1930和1940可以位於多個氣隙中。一個塊或多個塊可以位於一個氣隙中。
在如上所述的磁芯1900中，可以通過形成多個芯塊，然後將一個塊或幾個塊的組合插入到鐵氧體芯的氣隙中，來設計電感特性。
圖20是用於描述使用圖17到19的第二磁性區域的電感器的電感特性的曲線圖。
參考圖20，相較於具有相同尺寸的可變電感器的電感特性，示出了僅在磁芯中存在氣隙的氣隙電感器2020的電感特性。氣隙電感器2020的電感表現出在低電流範圍內基本恆定並在大約25A的電流附近逐漸減小並飽和的特性。
此外，在圖20中，還示出了包括具有多個區(塊)的第二磁性區域的可變電感器2010的電感特性，其中所述多個區(塊)具有不同磁導率。可變電感器2010的電感示出了階梯形特性，即，在與塊數相對應的三個電流帶中幾乎沒有電感的變化。具有不同磁導率的多個塊分別在其中存儲磁能。隨著電感器電流增加，飽和塊處的電感變化交替消失。然後，隨著電感器電流連續增加，電感迅速減小，使得出現階梯狀圖形。
圖21是示出了根據本公開的示例性實施例的電感器的成分的框圖。
參考圖21，電感器包括包含第一磁性區域2110和第二磁性區域2120的磁芯2100、線圈部2130、傳送設備2140和控制器2150。
第二磁性區域2120包括具有不同磁導率的多個區2121和2122。此外，多個區2121和2122可以移動成與磁芯2100中的第一磁性區域2110的氣隙範圍不對準。換言之，第二磁性區域2120的多個塊2121和2122中的一部分可以位於設置在第一磁性區域2110中的氣隙部分中。如圖所示，第二磁性區域包括沿移動方向布置的多個區2121和2122。
傳送設備2140移動第二磁性區域2120。具體地，傳送設備2140可以移動第二磁性區域2120的一部分以便使其位於在從第一磁性區域2110連接的氣隙範圍(空間)中。
傳送設備2140可以包括使用電能的發電裝置，例如電動機(電機)，且第二磁性區域2120可以通過電動機的旋轉運動而移動。
控制器2150可以感測電感器電流iL。具體地，控制器2150可以感測在線圈部2130中流動的電流iL的大小。控制器2150可以包括用於感測電流iL的大小的數字電流表。
控制器2150控制傳送設備2140。具體地，控制器2150可以控制傳送設備2140移動第二磁性區域2120。作為示例，控制器2150可以包括產生用於控制傳送設備2140的電機的控制信號的驅動器。
在本示例性實施例中，電感器可以用在功率轉換電路中。文本中，控制器2150可以根據電感器電流iL測量負載量。具體地，控制器2150可以基於與初始條件相對應的輸入電壓vin和輸入電流iin、與由傳送設備2140移動的第二磁性區域2120的位置相對應的電感器電感L以及電感器電流iL，來決定負載量是否小於預設閾值。備選地，控制器2150可以通過直接測量施加到負載的電壓和電流來測量負載量。在這種情況下，控制器2150可以包含針對連接到負載的副邊電路的電壓表和電流表。備選地，控制器2150可以通過感測來自電源的輸入功率並測量施加到負載的電壓或電流，來計算負載量。除了上述方法之外，可以將本領域的在若干功率轉換裝置中使用的用於感測負載量的各種方法應用於控制器2150。
控制器2150根據負載的負載量來控制傳送設備2140。具體地，控制器2150可以控制傳送設備2140，使得具有不同的磁導率的區域2121或2122可以根據負載量佔據氣隙範圍。
控制器2150可以以各種方案實現。例如，控制器2150可以是處理器、專用集成電路(ASIC)、嵌入式處理器、微處理器、硬體控制邏輯、硬體有限狀態機(FSM)和數位訊號處理器(DSP)中的至少一個。
圖22是用於描述圖21的電感器的電感特性的曲線圖。
參考圖22，示出了相對於電感器電流代表一般氣隙電感器的電感變化曲線2240、輕負載下的電感器的電感變化曲線2210、中負載下的電感器的電感變化曲線2220以及重負載下的電感器的電感變化曲線2230的圖。
相較於具有氣隙的一般電感器，可以通過傳送設備移動位於氣隙中的第二磁性區域的電感器具有較高的電感特性。此外，根據負載的大小，第二磁性區域可以移動的電感器可以具有不同電感特性。
儘管在上文中已經描述了本公開的示例性實施例，但是本公開不限於此，本公開所屬領域的技術人員可以在不脫離本公開的精神和範圍的情況下進行各種修改和改變，其中通過權利要求來限定本公開的精神和範圍。這些修改和變化落入本公開的範圍內。