具有減小的直流電流飽和度的電力電感器的製作方法
2023-09-21 19:52:05 1
專利名稱：具有減小的直流電流飽和度的電力電感器的製作方法
技術領域：
本發明關於感應器，更具體地，關於電力電感器，其具有磁芯材料，且在高操作頻率和高直流電流下操作時，其飽和水平降低。
背景技術：
感應器是電路元件，其基於磁場工作。磁場源是運動的電荷或電流。如果電流隨時間而變化，則其產生的磁場也隨時間而變化。隨時間變化的磁場在任何通過磁場連接的導體中感生出電壓。如果電流是常數，那麼跨過理想導體的電壓是零。因此，導體對恆定或直流電流而言就象一個短路。在感應器中，電壓是由下式給出的v＝L(di)/(dt)因此，在電感器中沒有瞬間的電流變化。
感應器可用於各種電路中。電力電感器接收相對高的直流(DC)電流，例如，達100安培的電流，並且許多電流是在高工作頻率下工作。例如並參照圖1，電力電感器200可以用在DC/DC轉換器24內，此轉換器通常採用逆變流和/或整流將DC從一個電壓轉換到另一個電壓。
參照圖2，電力電感器20通常包括一匝或多匝導體30，導體30通過磁芯材料34。例如，磁芯材料34可以一個方型的外截面36和一個方型的中空腔38，其貫通整個磁芯材料34。導體30通過中空腔。相對高的直流電流流經導體30，趨於使磁芯材料34達到飽和，這降低了電力電感器20的性能，並且此裝置收編在此以供參考。
發明內容
根據本發明的電力電感器(power inductor)包括第一磁芯，其具有第一和第二末端，並且，其包括鐵氧體珠狀磁芯(ferrite bead core)材料；一個空腔(cavity)，其在第一磁芯中，從第一末端延伸至第二末端；一個槽型氣隙(slotted air gap)，其在第一磁芯中，從第一末端延伸到第二末端；第二磁芯，其位於槽型氣隙內和附近至少一個位置。
在其它特徵中，一個包括電力電感器的系統還包括一個直流-直流轉換器(DC/DC Converter)，其與電力電感器耦合。
仍在其它特徵中，一個導體通過空腔，其中槽型氣隙在平行於此導體的方向上，布置在第一磁芯內。第二磁芯磁導率比第一磁芯的低。第二磁芯包括一種軟磁材料。該軟磁材料包括一種粉末金屬。此第一磁芯和第二磁芯至少在兩正交平面內是自鎖的(self-locking)。此第二磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，此鐵氧體珠狀磁芯材料具有分布的間隙(distributed gap)，從而降低此第二磁芯的磁導率。磁通量流過電力電感器中的磁通路(magnetic path)，並且其中第二磁芯不超過磁通路的30％。磁通量流過電力電感器中的磁通路，並且其中此第二磁芯不超過磁通路的20％。
仍在其它特徵中，用粘合劑和帶子至少一種方法將此第一和第二磁芯連接在一起。
一種電力電感器包括第一磁芯，此第一磁芯具有第一和第二末端。第一磁芯包括一種鐵氧體珠狀材料。第二磁芯具有比第一磁芯低的磁導率。第一和第二磁芯被布置以使磁通量流過磁通路，磁通路包括第一和第二磁芯。
在其它特徵中，一種系統包括電力電感器，和直流-直流轉換器，其與電力電感器耦合。
在其它特徵中，該第一磁芯包括一個空腔和一個氣隙。該第二磁芯有一種軟磁材料組成。該軟磁材料包括一種粉末金屬。該第一磁芯和該第二磁芯在至少兩個正交平面內是自鎖的。該第二磁芯包括鐵氧體珠狀材料，其具有分布的間隙，這些分布的間隙降低該第二磁芯的磁導率。該第二磁芯不超過磁通路的30％。該第二磁芯不超過磁通路的20％。第一磁芯的相對壁相鄰於槽型氣隙是「V」形的。該第二磁芯是「T」形的，且沿該第一磁芯的內壁延伸。該第二磁芯是「H」形的，且部分地沿第一磁芯的內、外壁延伸。
本發明其它可應用的領域將從下面提供的詳細說明中明顯看出。應該理解，詳細說明和具體實施例在揭示本發明的優選實施例的同時，其目的僅用於說明本發明，而非限制本發明的範圍。
從詳細說明和附圖可更充分地理解本發明，其中圖1是根據現有技術在直流-直流轉換器中實施的電力電感器功能性的方框圖和示意電氣布局圖；圖2顯示圖1中根據現有技術的電力電感器的透視圖；圖3顯示圖1和圖2中根據現有技術的電力電感器的剖視圖；圖4顯示根據本發明具有槽型氣隙的電力電感器的透視圖，該槽型氣隙布置在磁芯材料中；圖5是圖4中的電力電感器的剖視圖；圖6A和圖6B顯示可替換實施例的剖視圖，該實施例具有渦流減少材料，其被臨近槽型氣隙布置；圖7顯示可替換實施例的剖視圖，該實施例具有位於槽型氣隙與導體之上的額外的空間；圖8是具有多個空腔的磁芯的剖視圖，其中每個空腔都具有一個槽型氣隙；圖9A和圖9B是圖8的剖視圖，其中具有渦流減少材料，其被臨近一個或兩個槽型氣隙布置；圖10A顯示槽型氣隙的可替換側位置的剖視圖；圖10B顯示槽型氣隙的可替換側位置的剖視圖；圖11A和11B是具有多個空腔的磁芯的剖視圖，其中每個空腔具有一個側槽型氣隙；圖12是具有多個空腔和一個中央槽型氣隙的磁芯的剖視圖；圖13是具有多個空腔和一個更寬的中央槽型氣隙的磁芯的剖視圖；圖14是一個磁芯的剖視圖，該磁芯具有多個空腔，一個中央槽型氣隙，和一個具有較低磁導率的布置在相鄰導體之間的材料；
圖15是具有多個空腔和一個中央槽型氣隙的磁芯的剖視圖；圖16是具有槽型氣隙和一個或多個絕緣導體的磁芯材料的剖視圖；圖17是「C」形磁芯材料和渦流減少材料的剖視圖；圖18是「C」形磁芯材料和具有匹配的凸起(projection)的渦流減少材料的剖視圖；圖19是具有多個空腔的「C」形磁芯材料和渦流減少材料的剖視圖；圖20是「C」形第一磁芯和第二磁芯的剖視圖，該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，該第二磁芯臨近氣隙；圖21是「C」形第一磁芯和第二磁芯的剖視圖，該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，而該第二磁芯位於氣隙內；圖22是「U」形第一磁芯和第二磁芯的剖視圖，該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，該第二磁芯臨近氣隙；圖23分別說明「C」形第一磁芯和「T」形第二磁芯的剖視圖，其中該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料；圖24說明「C」形第一磁芯和自鎖的「H」形第二磁芯的剖視圖，其中該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，而該第二磁芯位於氣隙內；圖25是「C」形第一磁芯和自鎖的第二磁芯的剖視圖，其中該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，而該第二磁芯位於氣隙內；圖26顯示「O」形第一磁芯和第二磁芯，其中該第一磁芯包括鐵氧體珠狀材料，而第二磁芯位於氣隙內；圖27和圖28顯示「O」形第一磁芯和自鎖的第二磁芯，其中該第一磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，而該第二磁芯位於氣隙內；圖29顯示第二磁芯，其包括鐵氧體珠狀磁芯材料，其具有分布的間隙，這些間隙降低第二磁芯的磁導率；以及圖30顯示第一和第二磁芯，它們通過帶子連接在一起。
圖31顯示電力電感器的磁芯材料的透視圖，該磁芯材料具有一個或多個布置在該磁芯材料至少一側的凹口(notches)；圖32是圖31中電力電感器的剖視圖，其包括一個或多個導體，這些導體貫穿磁芯材料的內腔且位於凹口內；
圖33是圖32中的電力電感器的側剖視圖(side cross-sectionalview)，其顯示導體的末端沿磁芯材料的外側開始和結束；圖34是圖32和圖33中電力電感器的功能性方框圖和電氣布局示意圖，該電力電感器應用於直流/直流轉換器的示例中；圖35是電力電感器的仰視剖視圖(bottom cross-sectional view)，其包括單個導體，該導體多次穿過內腔且位於每個凹口中；圖36是圖35中的電力電感器的功能性方框圖和電氣布局示意圖，該電力電感器應用於直流/直流轉換器的示例中；圖37是圖33中的電力電感器的側視圖，該電力電感器表面安裝在印製電路板上；圖38是圖33中的電力電感器的側視圖，其以鷗翅式構型表面安裝在印製電路板上；圖39是圖33中的電力電感器的側視圖，其連接到印製電路板的電鍍通孔上；圖40說明應用到具有直形導體的電力電感器的同名端標記(dotconvention)；圖41說明連接到圖40中電力電感器的晶片；圖42說明用於具有兩個導體的電力電感器所期望的同名端標記；圖43說明具有交叉導體的電力電感器；圖44說明連到圖43中的電力電感器的晶片；圖45是由絕緣材料分開的第一和第二引線框導體(lead frameconductors)的側剖視圖；圖46A和46B分別為第一和第二引線框導體的平面圖；圖46C是跨接導體的平面圖；圖47A是包括第一引線框和絕緣材料的第一疊層(laminate)的側視圖；圖47B是圖47A的第一疊層在從絕緣材料一側向第一引線框的方向的衝壓；圖48A是第二引線框的側剖視圖；圖48B說明第二引線框的衝壓；
圖49說明第一疊層固定到第二引線框上形成第二疊層；圖50A和50B分別說明引線框的第一和第二陣列；以及圖51A-51C顯示可替換的引線框陣列。
具體實施例方式
下面的優選實施例的描述在本質上只是示例性的，並且絕不是為了限制本發明及其應用或使用。為了清楚起見，圖中相同的元件用相同的標號標記。
現參考圖4，電力電感器50包括導體54，其通過磁芯材料58。例如，磁芯材料58可以具有正方形外橫截面60和正方形內空腔64，該空腔延長磁芯材料的長度。導體54也可具有正方形橫截面。既然正方形外橫截面60，正方形內空腔64，以及導體54已示出，所屬領域的技術人員應該明白也可採用其它的形狀。正方形外橫截面60的橫截面，正方形內空腔64，和導體54不必形狀相同。導體54沿空腔64的一側通過內空腔64。流過導體30的相對高水平的直流電流易引起磁芯材料34飽和，這降低電力電感器和/或包含在其中的器件的性能。
根據本發明，磁芯材料58包括槽型氣隙70，其長度方向沿磁芯材料58方向延伸。該槽型氣隙70沿平行於導體54的方向延伸。對於給定的直流電流水平，該槽型氣隙70降低磁芯材料58中飽和的可能性。
現參考圖5，磁通量80-1和80-2(總稱為磁通量80)由槽型氣隙70產生。磁通量80-2嚮導體54凸出，並且減少導體54中的渦流。在優選實施例中，在導體54和槽型氣隙70的底部之間限定一個足夠的距離「D」，以充分地減少磁通量。在一個示例性實施例中，距離D和流過導體的電流、由槽型氣隙70限定的寬度「W」，以及導體54中感生的所需的最大可接受渦流有關。
現參考圖6A和圖6B，渦流減少材料84可臨近槽型氣隙70布置。渦流減少材料具有比磁芯材料更低並且比空氣更高的磁導率。結果是，流過材料84的磁通量比流過空氣的磁通量更高。例如，磁絕緣材料84可以是軟磁，粉末金屬，或任何其它合適的材料。在圖6A中，渦流減少材料84延伸跨過槽型氣隙70的底部。
在圖6B中，渦流減少材料84』延伸跨過槽型氣隙的外開口。因為渦流減少材料84』有比磁芯材料更低且比空氣更高的磁導率，流過渦流減少材料的磁通量比流過空氣的磁通量更低。因此，槽型氣隙產生的磁通量到達導體的較少。
例如，渦流減少材料84的相對磁導率為9，而氣隙中的空氣的相對磁導率為1。結果是，約90％的磁通量流過材料84，並且約10％的磁通量流過空氣。結果是，到達導體的磁通量顯著減少，這減少了導體中感生的渦流。可以理解，也可使用具有其它磁導率的材料。現參考圖7，在槽型氣隙底部和導體54頂部間的距離「D2」也可以增加以減少導體54中感生的渦流大小。
現參考圖8，電力電感器100包括磁芯材料104，其形成第一和第二空腔108和110。第一和第二導體112和114被分別布置在第一和第二空腔108和110中。第一和第二槽型氣隙120和122被布置在磁芯材料104的一側，該側分別跨過導體112和114。第一和第二槽型氣隙120和122減少磁芯材料104的飽和度。在一個實施例中，互耦係數M約為0.5。
現參考圖9A和9B，渦流減少材料被臨近一個或多個槽型氣隙120和/或122布置，以便減少槽型氣隙產生的磁通量，這樣可減少感生渦流。在圖9A中，渦流減少材料84f臨近槽型氣隙120的底部開口處。在圖9B中，渦流減少材料臨近兩個槽型氣隙120和122的頂部開口處。如可理解的那樣，渦流減少材料可臨近一個或兩個槽型氣隙處。磁芯材料的「T」形中央部分123將第一和第二空腔108和110分開。
槽型氣隙可位於其它各種不同位置。例如，參考圖10A，槽型氣隙70』可被布置在磁芯材料58的一側。槽型氣隙70』的底部邊緣優選布置在導體54的頂表面，但不是必須布置在此處。如所看到的那樣，磁通量向內輻射。由於槽型氣隙70』被布置在導體54的上方，磁通量的影響減小。如可被理解的那樣，渦流減少材料可臨近槽型氣隙70』布置，以進一步減少如圖6A和/或6B所示的磁通量。在圖10B中，渦流減少材料84』臨近槽型氣隙70』的外開口。渦流減少材料84也可設置在磁芯材料58的內側。
現參考圖11A和11B，電力電感器123包括磁芯材料124，其形成第一和第二空腔126和128，這兩個空腔是由中央部分129分開的。第一和第二導體130和132被分別布置在第一和第二空腔126和128中，且臨近一側。第一和第二槽型氣隙138和140布置在磁芯材料相對側，分別臨近導體130和132的一側。槽型氣隙138和/或140可和磁芯材料124的內邊緣141對齊，如圖11B所示或與內邊緣141隔開，如圖11A所示。如可理解的那樣，渦流減少材料可用於進一步減少從一個或兩個槽型氣隙發出的磁通量，如圖6A和/或6B所示。
現參考圖12和13，電力電感器142包括磁芯材料144，其形成第一和第二相聯的空腔146和148。第一和第二導體150和152分別布置在第一和第二空腔146和148中。磁芯材料144的凸出部分(projection)154在導體150和152之間，從磁芯材料的底側向上延伸。凸出部分154部分地但非完全地朝頂側延伸。在優選實施例中，凸出部分154的凸出長度大於導體150和154的高度。如可理解的那樣，凸出部分154還可由磁導率比磁芯低但比空氣高的材料製成，如圖14中155所示。可替換地，凸出部分和磁芯材料都可如圖15所示的那樣去除。在此實施例中，互耦係數M近似等於1。
在圖12中，槽型氣隙156被布置在磁芯材料144內，凸出部分154之上的位置。槽型氣隙156的寬度W1小於凸出部分154的寬度W2。在圖13中，槽型氣隙156』被布置在磁芯材料內，凸出部分154之上的位置。槽型氣隙156的寬度W3大於或等於凸出部分154的寬度W2。如可被理解的那樣，渦流減少材料可用於進一步減少從槽型氣隙156和/或156』中發出的磁通量，如圖6A和/或6B所示。在圖12-14的某些實施例中，互耦係數M約為1。
現在參考圖16，圖16顯示電力電感器170，其包括磁芯材料172，該磁芯材料172形成一個空腔174。槽型氣隙175在磁芯材料172的一側形成。一個或多個絕緣導體176和178穿過空腔174。該絕緣導體176和178包括外部層182，其環繞內部導體184。該外部層182的磁導率比空氣的磁導率大，且比磁芯材料的磁導率低。外部層182顯著地減少槽型氣隙產生的磁通量和渦流，否則如果沒有外部層的話，渦流將在導體184中感生。
現參考圖17，電力電感器180包括導體184和「C」形磁芯材料188，其形成空腔190。槽型氣隙192位於磁芯材料188的一側。導體184穿過空腔190。渦流減少材料84』跨過槽型氣隙192。在圖18中，渦流減少材料84』包括凸起(projection)194，其延伸進槽型氣隙，且其和開口匹配，該開口由槽型氣隙192形成。
現參考圖19，電力電感器200包括磁芯材料，其形成第一和第二空腔206和208。第一和第二導體210和212分別穿過第一和第二空腔206和208。中央部分218位於第一和第二空腔之間。如可理解的那樣，中央部分218可由磁芯材料和/或渦流減少材料製成。可替換地，導體可包括一個外部層。
導體可由銅製成，雖然金，鋁和/或其它低電阻的合適導電材料可以使用。磁芯材料可以是鐵氧體，雖然可以用其它高磁導率和高電阻磁芯材料。如此處使用的，鐵氧體是指幾種磁性物質中的任何一種，這些磁性物質包括氧化鐵和一種或幾種金屬，如錳，鎳和/或鋅的氧化物。如果採用鐵氧體，槽型氣隙可用金剛石刀片或其它合適的技術切割。
雖然某些所示的電力電感器只有一道繞組，所屬技術領域的技術人員應該明白可以使用更多的繞組。雖然某些實施例僅示出具有一個或兩個空腔的磁芯材料，其中每個空腔有一個或兩個導體，在每個空腔中可以有更多的導體，和/或採用更多的空腔和導體，而並不偏離本發明的精神和範圍。雖然感應器橫截面的形狀顯示是正方形，但其它合適的現狀，如矩形，圓形，卵形，橢圓形和類似形狀也可考慮。
按照本發明實施例的電力電感器優選具有處理100安培(A)的直流電流的容量，並且電感為500nH或更小。例如，通常使用50nH的電感。雖然本發明結合直流一直流轉換器進行了說明，所述技術領域的技術人員應該明白電力電感器可用於其它更廣泛的應用中。
現參考圖20，電力電感器250包括「C」形第一磁芯252，其形成空腔253。雖然在圖20-28中沒有示出導體，所述技術領域的技術人員應該明白一個或多個導體穿過第一磁芯的中央，如圖示及上面的說明。第一磁芯252優選由鐵氧體珠狀磁芯材料製造，且形成氣隙254。第二磁芯258被連接到第一磁芯252的至少一個表面，臨近氣隙254的位置。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。磁通量260穿過第一和第二磁芯252和258，如虛線所示。
現參考圖21，電力電感器270包括「C」形第一磁芯272，其由鐵氧體珠狀材料製成。第一磁芯272形成空腔273和氣隙274。第二磁芯276位於氣隙274內。在某些實施例中，第二磁芯的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。磁通量278分別穿過第一和第二磁芯272和276，如虛線所示。
現參考圖22，電力電感器280包括「U」形第一磁芯282，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯282形成空腔283和氣隙284。第二磁芯286位於氣隙284內。磁通量288分別穿過第一和第二磁芯282和286，如虛線所示。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖23，電力電感器290包括「C」形第一磁芯292，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯292形成空腔293和氣隙294。第二磁芯296位於氣隙294內。在一個實施例中，第二磁芯296伸進氣隙294內，且一般具有「T」形橫截面。第二磁芯296沿第一磁芯290的內表面297-1和297-2臨近氣隙304延伸。磁通量298分別穿過第一和第二磁芯292和296，如虛線所示。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖24，電力電感器300包括「C」形第一磁芯302，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯302形成空腔303和氣隙304。第二磁芯306位於氣隙304內。第二磁芯306延伸進氣隙304內，並且伸到氣隙304的外部，一般具有「H」形橫截面。第二磁芯306沿第一磁芯302的內表面307-1和307-2以及外表面309-1和309-2臨近氣隙304延伸。磁通量308分別穿過第一和第二磁芯302和306，如虛線所示。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖25，電力電感器320包括「C」形第一磁芯322，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯322形成空腔323和氣隙324。第二磁芯326位於氣隙324內。磁通量328分別穿過第一和第二磁芯322和326，如虛線所示。第一磁芯322和第二磁芯326是自鎖的。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖26，電力電感器340包括「O」形第一磁芯342，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯342形成空腔343和氣隙344。第二磁芯346位於氣隙344內。磁通量348分別穿過第一和第二磁芯342和346，如虛線所示。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖27，電力電感器360包括「O」形第一磁芯362，其由鐵氧體珠狀磁心材料製成。第一磁芯362形成空腔363和氣隙364。氣隙364由相對的「V」形壁365部分地形成。第二磁芯366位於氣隙364內。磁通量368分別穿過第一和第二磁芯362和366，如虛線所示。第一磁芯362和第二磁芯366是自鎖的。換句話說，第一磁芯和第二磁芯的相對運動局限在至少兩個正交平面內。雖然採用「V」形壁365，所屬技術領域的技術人員應該明白也可以採用提供自鎖特徵的其它形狀。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
現參考圖28，電力電感器380包括「O」形第一磁芯382，其由鐵氧體珠狀磁芯材料製成。第一磁芯382形成空腔383和氣隙384。第二磁芯386位於氣隙384內且一般為「H」形的。磁通量388分別穿過第一和第二磁芯382和386，如虛線所示。第一磁芯382和第二磁芯386是自鎖的。換句話說，第一磁芯和第二磁芯的相對運動局限在至少兩個正交平面內。雖然第二磁芯是「H」形的，所屬技術領域的技術人員應該明白也可採用提供自鎖特徵的其它形狀。在某些實施例中，第二磁芯258的磁導率比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低。
在一個實施例中，鐵氧體珠狀磁芯材料形成的第一磁芯是從鐵氧體珠狀磁芯材料的固體塊上用如金剛石刀具切下的。可替換地，鐵氧體珠狀磁芯材料可被模注成需要的形狀然後焙燒。如果需要，模注和焙燒的材料然後被切割。其它組合和/或模注、焙燒和/或切割的順序對所屬技術領域的技術人員而言是顯然的。第二磁芯可用相似的技術製造。
第一磁芯和/或第二磁芯中的一個或兩個匹配表面在連接之前可用傳統技術拋光。第一和第二磁芯可用任何合適的方法連接到一起。例如，粘合劑，粘合膠帶，和/或任何其它連接方法可用於將第一磁芯連接到第二磁芯上以形成一個複合結構。所屬技術領域的技術人員應該理解也可採用其它的機械固定方法。
第二磁芯的磁導率優選用比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低的材料製造。在優選實施例中，第二磁芯材料形成不超過30％的磁通路。在更多優選實施例中，第二磁芯材料形成不超過20％的磁通路。例如，第一磁芯的磁導率約為2000，而第二磁芯材料的磁導率約為20。分別根據穿過第一和第二磁芯的磁通路的長度，通過電力電感器的磁通路的組合磁導率約為200。在一個實施例中，第二磁芯是用鐵粉製成的。雖然鐵粉的損耗相對較高，但是鐵粉可以承載大磁化電流。
現參考圖29，在其它實施例中，第二磁芯用鐵氧體珠狀磁芯材料420形成，其具有分布的間隙424。這些間隙可填充有空氣，和/或其它氣體，液體或固體。換句話說，分布在第二磁芯材料中的間隙和/或氣泡降低第二磁芯材料的磁導率。第二磁芯可以用類似於上面描述的製造第一磁芯的方式製造。如可理解的那樣，第二磁芯材料可為其它形狀。所屬技術領域的技術人員也應理解，結合圖20-30說明的第一和第二磁芯可用於結合圖1-19說明的實施例中。
現參考圖30，帶子450可分別被用於固定第一和第二磁芯252和258。帶子的相對端可用連接器454連接到一起，或直接連接到一起。帶子450可由合適的材料如金屬或非金屬材料製成。
現參考圖31，電力電感器520包括凹口522，其被布置在磁芯材料524內。例如，磁芯材料524可分別包括第一，第二，第三和第四凹口522-1，522-2，522-3和522-4(總稱為凹口522)。凹口522被布置在磁芯材料524內，在磁芯材料524的內空腔526和外側528之間。第一和第二凹口522-1和522-2分別被布置在磁芯材料524的第一末端530，且向內凸出。第三和第四凹口522-3和522-4分別被布置在磁芯材料524的第二末端532，也向內凸出。
雖然圖31中的凹口522是以矩形示出的，所屬領域的技術人員應明白凹口522可以是任何適合的形狀，包括圓形，卵形，橢圓形和臺階形的。在示例性實施例中，凹口522是在燒結之前模注成型的時候模注到磁芯材料524中的。此方法避免在模注之後形成凹口522額外的步驟，這減少了時間和成本。如果需要，凹口522也可以被切割和/或在模注和燒結之後形成。雖然圖31中示出兩對凹口，一個凹口，一對凹口和/或更多對的凹口也可使用。雖然凹口522是沿磁芯材料524的一側示出的，一個或多個凹口522可形成於磁芯材料524的一側或多側。而且，凹口522可在磁芯材料524的一個末端的一側形成，且另一個凹口522可在磁芯材料524的另一個末端的另一側形成。
現參考圖32和33，第一和第二導體534和536分別沿內空腔526的底部通過內空腔526，且被凹口522接收。例如，凹口522可分別控制第一和第二導體534和536的位置。第一導體534分別由第一和第三凹口522-1和522-3接收，且第二導體536分別由第二和第四凹口522-2和522-4接收。凹口522優選分別保持第一和第二導體534和536，這防止第一導體534和第二導體536接觸並且避免短路。在這種情形下，無須對導體絕緣以將第一導體534與第二導體536絕緣開來。因此，這個方法避免當產生連接時，從絕緣的導體末端除去絕緣的額外的步驟，這減少了時間和成本。然而，如果需要可使用絕緣。
雖然沒有在圖31-33中示出，電力電感器520可包括一個或多個槽型氣隙，這些氣隙被布置在磁芯材料524中。例如，一個或多個槽型氣隙可從磁芯材料525的第一末端530延伸至第二末端532，如圖4所示。電力電感器520也可包括渦流減少材料，其被布置在臨近槽型氣隙的內開口和/或外開口處，如圖6A和6B所示。槽型氣隙可被布置在磁芯材料524的頂上和/或磁芯材料524的一側，如圖10A和10B所示。
第二空腔可被布置在磁芯材料524內，而磁芯材料524的中央部分可被布置在內空腔526和第二空腔之間。在這種情形下，第一導體534可穿過內空腔526，而第二導體536可穿過第二空腔。第一和第二導體534和536分別可包括外絕緣層，如圖16所示。磁芯材料524也可包括鐵氧體珠狀磁芯材料。圖31-39中的電力電感器也可具有圖1-30所示的其它特徵。
現參考圖34，第一和第二導體534和536分別可形成耦合的電感器電路544。在一個實施例中，互耦係數近似等於1。在另一個實施例中，電力電感器520應用於直流-直流轉換器546。該直流-直流轉換器546使用電力電感器520以將直流電流從一個電壓變換為另一個電壓。
現參考圖35，顯示了電力電感器520仰視剖視圖，其包括單個導體554，該導體兩次穿過內空腔526且由每個凹口522接收。在示例性實施例中，導體554的第一末端556沿磁芯材料524的外側528開始，且由第二凹口522-2接收。導體544從第二凹口522-2沿內空腔526的底部穿過內空腔526，且被第四凹口522-4接收。導體554從第四凹口522-4沿磁芯材料524的外側528布局，且由第一凹口522-1接收。導體554從第一凹口522-1沿內空腔526的底部穿過內空腔526，且由第三凹口522-3接收。
導體554從第三凹口522-3繼續延伸，且導體554的第二末端558沿磁芯材料524的外側528終止。因此，圖35中的導體554穿過磁芯材料524的內空腔526至少兩次，且由每個凹口522接收。導體554可由磁芯材料524中額外的凹口522接收，以增加導體554穿過內空腔526的次數。
現參考圖36，導體554可形成耦合的電感器電路566。在一個實施例中，電力電感器520可應用於直流一直流轉換器568。
現參考圖37-38，電力電感器是表面安裝於印製電路板570上。在圖39中，電力電感器固定在印製電路板570的電鍍通孔(PTHs)上。在圖37-39中，使用類似如圖32和33中的附圖標記。在一個示例性實施例中，並參考圖37，第一和第二導體534和536的第一和第二末端分別沿磁芯材料524的外側528開始並終止。這允許電力電感器520被表面安裝在印製電路板570上。例如，第一和第二導體534和536的第一和第二末端分別可固定在印製電路板570的焊墊(solder pad)572上。
可替換地，同時參考圖38，第一和第二導體534和536的第一和第二末端分別可延伸超出磁芯材料524的外側528。在這種情形下，電力電感器520可通過將第一和第二導體534和536的第一和第二末端以鷗翅式構型574分別固定到焊墊572上，從而表面安裝在印製電路板570上。
現參考圖39，第一和第二導體534和536的第一末端和/或第二末端可分別延伸並固定到印製電路板570的電鍍通孔(PTHs)576上。
現參考圖40和41，同名端標記被應用到圖40中的電力電感器600上，其分別包括第一和第二導體602和604。為了如圖41所示的那樣連接晶片610，印製電路板(PCB)跡線(traces)612-1，612-2和612-3(總稱為PCB跡線612)有時也被採用。如從圖41中所看到的那樣，PCB跡線612提供的繞線沒有被適當地均衡。不均衡地繞線易於減少互耦係數和/或增加由於高頻時的趨膚效應(skin effect)引起的損失。
現參考圖42，43和44，包括第一和第二導體622和624的用於電力電感器620的所期望的同名端標記被示出。在圖43中，第一和第二導體622和624分別交叉以允許對晶片改進的連接。在圖41中，PCB跡線630-1，630-2和630-3(總稱為PCB跡線630)被用於連接導體622和624至電力電感器620。PCB跡線630比圖41中的更短且更均衡，這使互耦係數更接近於1，且減少由於高頻時的趨膚效應引起的損失。
現參考圖45-46，根據本發明的交叉的導體結構640被示出。在圖45中，交叉的導體640的側剖視圖被示出，其分別包括第一和第二引線框644和646，它們由絕緣材料648分開。在圖46A和46B中，第一和第二引線框644和646的平面圖被分別示出。第一引線框644包括端子(terminal)650-1和650-3，其從主體654延伸。第二引線框646包括端子656-1和656-2，它們從主體658延伸。雖然一般地「Z」形構型被示出用於引線框644和646，其它形狀也可使用。在圖46C中，示出組裝跨接導體結構640的平面圖。
用於製造跨接導體結構640的幾個示例性方法將於下面說明。開始可衝壓第一和第二引線框644和646。絕緣材料648隨後被定位在其間。可替換地，絕緣材料可被施加，噴塗，塗覆和/或應用到引線框上。例如，一種合適的絕緣材料包括琺瑯，其易於以控制的方式施加。
可替換地，第一和第二引線框644和646和絕緣材料648可固定到一起然後被衝壓。第一引線框644(在第一側)從第一側向第二側被近似衝壓到疊層厚度的二分之一，以限定第一引線框644的形狀和端子(terminal)。第二引線框646(在第二側)從第二側向第一側被近似衝壓到疊層厚度的二分之一，以限定第二引線框646的形狀和端子。
現參考圖47A-49，顯示了構造的可替換的方法。在衝壓之前原始固定第一引線框644至絕緣材料648上。第一引線框644和絕緣材料648在圖47B所指示的方向上衝壓，以便衝壓變形(如果有)發生在遠離第二引線框(在組裝之後)的方向上，以減少短路的可能。換句話說，對絕緣側向第一引線框644衝壓。相似地，第二引線框646在適當的方向上被衝壓以減少短路的可能。第二引線框的衝壓側被布置在與絕緣材料接觸處。第一和第二引線框的衝壓變形(如果有)是指向外的。現參考圖49，第一引線框644和絕緣材料648和第二引線框646彼此臨近布置以形成疊層。
圖50A說明第一引線框陣列700包括第一引線框644-1，644-2，......和644-N，其中N＞1。在圖50B中，第二引線框陣列704包括第二引線框646-1，646-2，...和646-N。如可理解的那樣，引線框陣列700和704可替換地包括交替的第一和第二引線框，它們偏移一個位置。絕緣材料648可分別固定到第一和/或第二引線框陣列700和704，和/或固定至一個引線框。可替換地，一種絕緣材料可被施加，噴塗和/或塗覆到一個和/或兩個引線框的一個或多個表面。接頭部分(tab portions)710-1，710-2，710-3和710-4(總稱為接頭部分710)可分別用於固定端子或單個引線框的其它部分至輸送帶(feedstrips)712-1，712-2，712-3和712-4(總稱為輸送帶712)。
引線框，端子和接頭部分的形狀是在衝壓過程中形成的。在一個實施例中，衝壓是在將引線框和絕緣材料組合到一起之前執行的。輸送帶712可選擇地包括孔713，用於接收驅動輪(未示出)的定位銷(positioning pins)。引線框附近可選擇如標記714指示的彼此間隔開，和/或具有接頭部分。
現參考圖51A-51C，額外的接頭部分720-1和720-2，可去除地連接到附近引線框。此外，所示引線框包括絕緣材料728，其被施加，噴塗和/或塗覆到一個和/或兩個引線框的一個或多個表面。可替換地，絕緣材料648可被使用。在示例性實施例中，面對引線框的表面塗覆有絕緣材料。例如，絕緣材料可以是琺瑯。
除了此處所述的方法，第一和第二引線框陣列和絕緣材料可被布置到一起，且然後被從兩側衝壓到其厚度的二分之一，以形成引線框陣列的形狀。可替換地，絕緣材料可以被施加到一個或兩個引線框陣列，然後衝壓，再在一個方向上組裝，這防止衝壓變形引起如上所述的短路。而且，其它的變化對所屬技術領域的技術人員是顯而易見的。
所屬技術領域的技術人員可以從前面的說明中理解本發明的精神可以用不同的方式實施。因此，雖然本發明是結合其中特定的示例進行說明的，本發明真正的範疇不應該被局限於這些示例，因為在了解了本發明的附圖，說明書和權利要求後，對所屬技術領域的技術人員而言，可進行其它的修改，這是顯而易見的。
權利要求
1.一種電力電感器，其包括第一磁芯材料，其具有第一和第二末端；內空腔，其被布置在所述第一磁芯材料內，該內空腔從所述第一末端延伸到所述第二末端；以及跨接導體結構，其包括第一引線框，其穿過所述內空腔，並且其具有第一端子和第二端子；第二引線框，其穿過所述內空腔，並且其具有第一端子和第二端子，其中所述第一引線框的所述第一和第二端子位於所述內空腔的第一對角線的相對的角落處，並且所述第二引線框的所述第一和第二端子位於所述空腔的第二對角線的相對的角落處；以及絕緣材料，其位於所述第一和第二引線框之間。
2.根據權利要求1所述的電力電感器，其中所述第一和第二引線框是由銅衝壓成的。
3.根據權利要求1所述的電力電感器，其中所述第一和第二引線框和所述絕緣材料彼此臨近布置，其中所述導體跨接結構具有一定的厚度，第一側和第二側，並且其中所述導體跨接結構在組裝的時候，從所述第一側和從所述第二側衝壓近似為所述厚度的二分之一的距離。
4.根據權利要求1所述的電力電感器，其中所述第一引線框和所述絕緣材料是彼此臨近布置的，並且在從所述絕緣材料向所述第一引線框的方向上衝壓，並且其中所述第二引線框是衝壓在它們的一側上的。
5.根據權利要求4所述的電力電感器，其中所述第二引線框的所述一側和所述絕緣材料接觸。
6.根據權利要求1所述的電力電感器，進一步包括粘合劑，其用於固定所述絕緣材料到所述第一引線框和/或所述第二引線框中的至少一個上。
7.一種包括權利要求1所述的電力電感器的系統，其進一步包括晶片，其中所述第一引線框的所述第一端子與所述第二引線框的第二端子通信，並且所述第一引線框的所述第二端子和所述第二引線框的所述第一端子與所述晶片通信。
8.一種用於電力電感器的導電性跨接結構，其包括第一引線框陣列，所述第一引線框陣列包括第一輸送帶；第一引線框，其包括第一和第二端子；以及第一接頭部分，其可釋放地連接所述第一引線框至所述第一輸送帶。
9.根據權利要求8所述的導電性跨接結構，進一步包括第二引線框，所述第二引線框陣列包括第二輸送帶；第二引線框，其包括第一和第二端子；以及第二接頭部分，其可釋放地連接所述第二引線框至所述第二輸送帶。
10.根據權利要求9所述的導電性跨接結構，其進一步包括絕緣材料，該絕緣材料被布置在所述第一和第二引線框陣列的至少一個上。
11.根據權利要求10所述的導電性跨接結構，其中所述第一和第二輸送帶將每個所述第一引線框逐個與每個所述第二引線框對齊。
12.根據權利要求10所述的導電性跨接結構，其中所述第一和第二引線框及所述絕緣材料形成跨接導體結構。
13.根據權利要求12所述的導電性跨接結構，其中每個所述第一引線框的第一和第二端子位於所述跨接導體結構第一對角線的相對的角落處，並且所述第二引線框的所述第一和第二端子位於所述跨接導體結構的第二對角線的相對的角落處。
14.根據權利要求9所述的導電性跨接結構，進一步包括第三接頭部分，其可釋放地連接所述第一引線框中的相鄰引線框；以及第四接頭部分，其可釋放地連接所述第二引線框中的相鄰引線框。
全文摘要
一種電力電感器，其包括第一磁芯材料，該第一磁芯材料具有第一和第二末端。內空腔被布置在該第一磁芯材料中，其從第一末端延伸至第二末端。第一和第二凹口被布置在第一磁芯材料中，其從第一和第二末端中的一個向內朝內空腔凸出。第三和第四凹口被布置在第一磁芯材料中，其從第一和第二末端中的另一個向內朝內空腔凸出。第一導體穿過內空腔，且被第一和第三凹口接收。第二導體穿過內空腔，且被第二和第四凹口接收。第一導體可選擇地穿過內空腔至少兩次，且被第一，第二，第三和第四凹口接收。
文檔編號H01F37/00GK1744241SQ200410073800
公開日2006年3月8日 申請日期2004年9月1日 優先權日2003年12月22日
發明者S·蘇塔迪加 申請人:馬維爾國際貿易有限公司