CN103282978A - 电感器芯 - Google Patents

Abstract

根据本创造性概念的一方面，提供一种电感器芯，包含：轴向延伸的芯构件；至少部分环绕芯构件的轴向延伸的外部构件，由此在芯构件周围形成空间以用于在芯构件和外部构件之间容纳绕组；板构件，呈现径向延伸且设置有通孔，其中芯构件布置为延伸到通孔中，其中板构件是从芯构件和外部构件分离的构件且适于与芯构件和外部构件组装，其中形成通过芯构件、板构件和外部构件延伸的磁通路径。

Description

电感器芯

技术领域

本创造性概念涉及电感器芯。

背景技术

电感器被用在诸如信号处理、噪声过滤、发电、电气传输系统等广泛的应用中。为了提供更紧凑和更高效的电感器，电感器的导电绕组可以布置在细长磁性传导芯即电感器芯周围。电感器芯优选地由呈现比空气更高磁导率的材料制成，其中电感器芯可以实现增强电感的电感器。

电感器芯可以用在各种设计和材料中，每种设计和材料具有其特定优点和缺点。然而，鉴于不同应用中对于电感器的不断增加的需求，仍需要具有灵活和有效设计且可用在广泛应用中的电感器芯。

发明内容

鉴于上述考虑，本发明概念的目的是满足这种需求。在下文中，将描述根据创造性概念的第一和第二方面的电感器芯。这些创造性电感器芯提供的改进之处在于它们使得多种更特定的电感器芯的设计成为可能，每种设计具有其固有优点，但是它们全都呈现共同的性能和制造相关的优点。

根据第一方面，提供一种电感器芯，包含：轴向延伸的芯构件；至少部分环绕芯构件的轴向延伸的外部构件，由此在芯构件周围形成空间以用于在芯构件和外部构件之间容纳绕组；板构件，呈现径向延伸且设置有通孔，其中芯构件布置为延伸到通孔中，其中板构件是从芯构件和外部构件分离的构件且适于与芯构件和外部构件组装，其中形成通过芯构件、板构件和外部构件延伸的磁通路径。

通过构件的布置，可以获得低磁阻的磁通路径。至少部分地环绕芯构件的外部构件因而可以提供约束由在绕组中流动的电流产生的到电感器芯的磁通量且由此在用作磁通传导体的同时最小化或至少减小与周围环境的干扰的双重效果。

为了提供低磁阻磁通路径，电感器芯通常由具有高磁导率的材料制成。然而，这种材料尤其在较高的磁动势（MMF）处可能容易变得饱和。当饱和时，电感器的电感可能减小，其中电感器芯可用的电流范围减小。已知改善可用范围的措施是在其周围布置绕组的芯的部件中布置例如气隙形式的磁通屏障。对于细长的现有技术芯，气隙因而在芯的轴向方向上延伸。适当布置的气隙导致减小的最大电感。它还减小对于电流变化的电感灵敏性。电感器的属性可以通过使用不同长度的气隙修整。

当磁通量被迫跨越气隙时，磁场将趋向于在与磁通路径的方向垂直的方向中传播。通量的这种传播一般被称为“边缘通量（fringing flux）”。小或短的气隙将并不像大或长的气隙那样将场边缘化。气隙边缘化将减小通量磁阻且由此增加电感器的电感。然而，如果该磁边缘通量随着时间变化且场与导线几何形状交叠，还存在在周围的绕组导线中产生的涡电流。导线中的涡电流将增加绕组损耗。由于在气隙处与绕组干扰的边缘通量，气隙的现有技术布置将因此带来功效损耗。为了减小这些损耗，需要仔细地考虑气隙区域中绕组的布置。另外，可能必须使用良好设计的导线几何形状，例如平箔绕组或使用多股极细导线的绞合线（Litz-wire）以减小这些损耗。

第一方面的创造性电感器芯设计实现从上述现有技术方案的分离。更具体而言，它使得磁通屏障能够布置在磁通路径的径向延伸部分中。这种“径向磁通屏障”使得可以从绕组分离在磁通屏障出现的边缘通量，且由此减轻相关的功效损耗。

“磁通屏障”可以被解释为布置在电感器芯中且呈现径向长度延伸和磁阻的屏障，使得屏障将是磁通路径的总磁阻的决定因素。通量屏障因此还可以被称为磁阻屏障。

根据一个实施例，磁通屏障包括与板构件集成且在板构件径向部分上分布的减小磁导率的材料。径向部分的长度可以对应于板构件的全部径向延伸或仅其一部分。

根据一个实施例，磁通屏障布置在芯构件和板构件之间，磁通屏障由此分离芯构件和板构件。通过在芯构件中提供通孔（其中芯构件延伸到通孔中），“径向磁通屏障”可以轻易通过在芯和板构件之间延伸的空间或空隙形成。这种磁通屏障可以被称为“径向内部磁通屏障”。在磁通路径从轴向向径向方向过渡的位置处提供磁通屏障使得可以在电感器芯外部实现存在非常小的边缘通量，因为在芯构件和板构件之间的大部分边缘通量可能在电感器芯的内侧上出现。

根据一个实施例，外部构件至少部分地环绕板构件。这实现稳定的构造，因为在芯构件和板构件以及板构件和外部构件之间的界面处的磁通路径被径向引导。电感器芯上的通量感应轴向应力由此可以保持为低。

通过布置外部构件至少部分地环绕板构件，可以在板构件和外部构件之间布置磁通屏障，该磁通屏障由此将外部构件和板构件彼此分离。这种磁通屏障可以称为“径向外部磁通屏障”。径向外部磁通屏障和径向内部磁通屏障提供相同或相应的优点。然而径向外部磁通屏障提供的附加优点在于，它实现在径向外部磁通屏障处出现的边缘通量从绕组的进一步分离，由此可以减轻相关功效损耗。

根据一个实施例，电感器芯包含径向内部磁通屏障和径向外部磁通屏障二者。因而，第一磁通屏障布置在芯构件和板构件之间且第二磁通屏障布置在板构件和外部构件之间。这种双屏障布置在某些情况下可以提供增加的设计灵活性。此外，与单屏障布置相比，双屏障布置实现电感器芯外侧的减小边缘通量，因为在维持与单屏障布置相同的对于磁通路径的总磁阻的组合贡献时，每个屏障可以设置较小的径向厚度。较小的径向厚度实现在相应构件之间较小的分离，这进而导致较小的边缘通量。

从上文可以理解，第一方面的电感器芯呈现模块化设计，其中板构件可以从芯构件和外部构件分离地形成。因而可以独立于其他构件的制造而优化板构件的制造。构件此后可以以方便的方式组装在一起。

根据一个方面，构件由软磁粉末材料制成。软磁粉末材料可以是软磁复合物（SMC）。软磁复合物可以包含具有电气绝缘涂层的磁性粉末颗粒（例如铁颗粒）。板构件中的通孔使得可以使用相同数量的压力制造较大的电感器芯或相反地使用较少的压力制造现有技术尺寸的电感器芯。

根据第一方面的电感器芯设计还提供制造过程中的容差相关的优点。芯构件、板构件和/或外部构件可以通过软磁粉末材料的单轴压实来制造。芯构件、板构件和/或外部构件可以通过模压软磁粉末材料来制造。模压可以包括通过在对应于每个相应构件的轴向方向的方向中按压来压实粉末材料。在径向方向中，构件的尺寸通过模具的腔壁限制。构件因而可以使用单轴压实制造，在径向方向中比在轴向方向中具有更紧密的容差。因此制造的构件可以在径向方向中呈现高精确度的尺寸。这是有利的，因为可以在径向分布的构件之间相对于彼此实现精确的拟合。再者，磁通屏障的径向延伸的长度（例如通过通孔的半径或芯构件的径向延伸确定、或通过板构件的径向延伸和外部构件的径向尺寸确定）可以被精确地确定，这进而在最终电感器产品中实现电感的良好精度。当使用轴向延伸的气隙制造紧凑的电感器芯时，这种精度级别很难实现。

根据一个实施例，芯构件、外部构件和板构件是分离的构件，它们适于组装且一同形成通过芯构件、板构件和外部构件延伸的磁通路径。由此，每个构件可以以方便的方式单独制造。构件可以由软磁粉末材料制成，其中电感器芯的构件可以使用单级加工有效地制造。

电感器芯的模块化设计进一步实现电感器芯的混合设计，其中每个构件可以以最合适的材料形成。

根据一个实施例，外部构件的通量传导截面面积超过芯构件的通量传导截面面积。这在某些应用中可能是有利的。它对于某些混合设计可能尤其有利。例如，芯构件可以由软磁复合物材料制成且外部构件可以由铁氧体（ferrite）（诸如软铁氧体）制成。

软铁氧体材料可以比软磁复合物呈现更高的磁导率和更低的涡电流损耗，但是呈现较低级别的饱和。然而，较低饱和级别可以通过使得外部构件的通量传导截面面积大于芯构件的通量传导截面面积来补偿。外部构件的饱和级别因而可以增加，其中电感器芯的总损耗可以减小。

根据一个实施例，芯构件由软磁粉末制成且板构件由在径向方向延伸的多个层叠的传导薄片制成。因为芯构件延伸到板构件的通孔，通量可以在轴向延伸的芯构件和板构件的径向延伸的传导薄片之间有效地传送。如果这与布置外部构件组合以至少部分环绕板构件，通量还可以在板构件的传导薄片和外部构件之间有效地传送。

根据一个实施例，板构件呈现在向外径向方向中减小的轴向尺寸。因为板构件的圆周沿着向外径向方向增加，在维持与在芯构件和板构件之间的界面处相同的通量传导截面面积的同时，板构件的轴向尺寸可以逐渐减小。板构件所需的材料数量因而可以减小而并不负面地影响功效。

根据一个实施例，板构件的通孔沿着朝向板构件的外部轴向侧的方向呈现减小的径向尺寸。外部轴向侧是面对远离在芯构件和外部构件之间的绕组空间的方向的板构件侧。

根据一个实施例，芯构件完全延伸通过通孔。这实现在芯构件和板构件之间的大界面。

根据一个实施例，芯构件延伸通过且超过通孔。这使得芯构件设置有冷却装置，其中磁通量和绕组电流产生的热可以从电感器芯有效地消散。

根据一个实施例，板构件是第一板构件且电感器芯还包含或附加第二板构件。第一板构件和第二板构件可以设置在外部构件的相对端。第一板构件和第二板构件可以设置在芯构件的相对端。芯构件、外部构件、第一板构件和第二板构件可以形成分离的构件且可以适于组装。

备选地，第二板构件可以与芯构件和外部构件在一个片中形成且布置为在芯构件和外部构件之间在径向方向中延伸。这实现非常稳定的构造。

当组装时，构件可以一同形成通过芯构件、第一板构件、外部构件和第二板构件延伸的磁通路径。此外，构件实现从周围环境有效屏蔽由绕组电流产生的磁通量的封闭电感器芯设计。

根据第二方面，提供一种电感器芯，包含：芯构件，其包含轴向延伸的芯部件和与所述芯部件在一个片中形成的径向延伸的板构件；至少部分地环绕芯部件的轴向延伸的外部构件，由此在芯部件周围形成空间以用于在芯部件和外部部件之间容纳绕组，该外部构件还至少部分地环绕板构件，其中芯构件和外部构件是分离的构件，它们适于被组装且一同形成通过芯部件、板构件和外部构件延伸的磁通路径。

通过构件的配置，可以获得相对低磁阻的磁通路径。至少部分地环绕芯构件的外部构件可以约束由绕组中流动的电流产生的到电感器芯的磁通量且由此在用作磁通传导体的同时最小化或至少减小与周围环境的干扰。

外部构件至少部分地环绕板构件。这实现稳定的结构，因为在板构件和外部构件之间的界面处的磁通路径被径向引导。电感器芯上的通量感应轴向应力由此可保持为低。这与集成的芯部件和板构件组合进一步增加了稳定性。

为了提供低磁阻磁通路径，电感器芯通常由具有高磁导率的材料制成。然而，这种材料尤其在较高的磁动势（MMF）可能容易变得饱和。当饱和时，电感器的电感可能减小，其中电感器芯可用的电流范围减小。已知改善可用范围的措施是围绕布置绕组的芯的部件中布置气隙。对于细长的现有技术芯，气隙因而在芯的轴向方向中延伸。适当布置的气隙导致减小的最大电感。然而，它还减小对于电流变化的电感灵敏性。电感器的属性可以通过使用不同长度的气隙修整。

当迫使磁通量跨越气隙时，磁场将趋向于在与磁通路径的方向垂直的方向中传播。通量的这种传播一般被称为“边缘通量”。小或短的气隙将并不像大或长的气隙那样边缘化场。气隙边缘化将减小通量磁阻且由此增加电感器的电感。然而，如果该磁边缘通量随着时间变化且场交叠导线几何形状，还将存在周围绕组中产生的涡电流。导线中的涡电流将增加绕组损耗。由于在气隙处的边缘通量与绕组的干扰，气隙的现有技术布置将因此带来功效损耗。为了减小这些损耗，需要仔细地考虑气隙区域中的绕组布置。另外，必须使用良好设计的导线几何形状，例如平箔绕组或使用多股极细导线的绞合线以减小这些损耗。

第二方面的创造性电感器芯设计实现从上述现有技术方案的分离。更具体而言，它使得磁通屏障能够布置在磁通路径的径向延伸部分中。这种“径向磁通屏障”使得可以从绕组分离在磁通屏障出现的边缘通量，且由此减轻相关的功效损耗。

根据一个实施例，磁通屏障包括与板构件集成且在板构件径向部分上分布的减小磁导率材料。径向部分的长度可以对应于板构件的全部径向延伸或仅其一部分。

根据第二方面，外部构件至少部分地环绕板构件。这使得磁通屏障能够布置在板构件和外部构件之间，磁通屏障由此将板构件和外部构件彼此分离。在磁通路径从轴向向径向方向过渡的位置处提供磁通屏障使得可以在电感器芯外部实现非常小的边缘通量，因为在芯构件和外部构件之间的大部分边缘通量可能在电感器芯内侧上出现。

第二方面的电感器芯呈现模块化设计，其中芯构件和外部构件可以彼此分离地形成。可以独立于其他构件的制造方法因此优化用于每个构件的制造方法。构件此后可以以方便的方式组装在一起。

根据一个方面，构件由软磁粉末材料制成。软磁粉末材料可以是软磁复合物（SMC）。软磁复合物可以包含设置有电气绝缘涂层的磁性粉末颗粒（例如铁颗粒）。

第二方面还提供在制造过程期间的容差相关的优点。芯构件、板构件和/或外部构件可以通过软磁粉末材料的单轴压实制造。芯构件和/或外部构件可以通过用模压软磁粉末材料制造。模压可以包括通过在对应于相应构件的轴向方向的方向中按压来压实粉末材料。在径向方向中，构件的尺寸通过模具限制。构件因而可以使用单轴压实制造，在径向方向中比在轴向方向中具有更紧凑的容差。因此制造的构件可以在径向方向中呈现非常紧密的容差。这是有利的，因为这可以在芯构件和外部之间实现良好拟合。再者，磁通屏障的径向延伸的长度（例如通过板构件和外部构件的径向延伸确定）可以被精确地确定，这进而在最终的电感器产品中实现电感的良好精度。使用轴向延伸的气隙对于电感器芯这种级别的精度很难实现。

电感器芯的模块化设计进一步实现电感器芯的混合设计，其中每个构件可以以最合适的材料形成。

根据一个实施例，沿着通量路径截取的外部构件的通量传导截面面积超过芯部件的通量传导截面面积。这对于某些应用可能是有利的。例如，它对于某些混合设计可能是尤其有利的。在更具体的示例中，芯构件可以由软磁复合物材料制成且外部构件可以由铁氧体制成。

铁氧体可以比软磁复合物呈现更高的磁导率和更低的涡电流损耗，但是呈现较低级别的饱和。然而，较低饱和级别可以通过使得外部构件的通量传导截面面积大于芯构件的芯部件的通量传导截面面积来补偿。因而可以增加外部构件的饱和级别，其中可以减小电感器芯的总损耗。

根据一个实施例，芯构件的板构件呈现在向外径向方向中减小的轴向尺寸。因为板构件的圆周沿着向外径向方向增加，在维持与芯部件和板构件之间的过渡处相同的通量传导截面面积的同时，板构件的轴向尺寸可以逐渐减小。因而可减小板电感器芯所需的材料数量而并不负面影响功效。

根据一个实施例，电感器芯还包含第二板构件。电感器芯因而包含第一板构件和第二板构件。第一板构件和第二板构件可以在外部构件的相对端提供。第一板构件和第二板构件可以在芯部件的相对端处提供。第二板构件可以形成为芯部件上的径向延伸凸起。当组装时，构件可以一同形成通过芯部件、第一板构件、外部构件和第二板构件延伸的磁通路径。此外，构件实现从周围环境有效屏蔽由绕组电流产生的磁通量的封闭电感器芯设计。

根据一个实施例，第二板构件可以设置有通孔，其中芯构件的芯部件延伸到该通孔中。外部构件可以至少部分地环绕第二板构件。除了在第一板构件处的磁通屏障，第二径向延伸磁通屏障可以布置第二板构件处。第二磁通屏障可以布置在芯构件和板构件之间，第二磁通屏障由此分离芯构件和板构件。第二磁通屏障可以布置在第二板构件和外部构件之间，由此分离第二板构件和外部构件。

附图说明

参考附图，从本创造性创造性概念的优选实施例的下面的说明性而非限制性详细描述将更好地理解本创造性概念的上述以及附加目的、特征和优点，附图中，除非特别声明，相似的参考标号将用于相似的元件，其中：

图1是电感器芯的一个实施例的示意性分解图。

图2是组装条件中电感器芯的说明。

图3a-c说明各种电感器芯设计。

图4是沿着轴向方向截取的剖面图，说明设置有冷却装置的电感器芯。

图5是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据一个备选实施例的电感器。

图6是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据可选设计的板构件。

图7a和7b是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据两个其他实施例的磁通屏障。

图8说明根据另一实施例的磁通屏障。

图9是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据另一实施例的电感器芯。

图10是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据另一实施例的电感器芯。

图11是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据另一实施例的电感器芯。

图12是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据另一实施例的电感器芯。

图13是沿着轴向方向截取的剖面图，说明根据另一实施例的电感器芯。

具体实施方式

图1是包含适于组装的多个分离构件的电感器芯10的实施例的示意性分解图。电感器芯10包含轴向延伸的芯构件12和轴向延伸的外部构件14。芯构件12呈现圆形剖面。外部构件14呈现环形剖面。一旦电感器芯10被组装，外部构件14在圆周方向环绕芯构件12，由此在芯构件12和外部构件14之间形成径向和轴向延伸的空间，该空间用于容纳绕组15（示意性示出）。

电感器芯10还包含第一环形或盘形板构件16和第二环形或盘形板构件18。第一和第二板构件16、18中的每一个设置有通孔17、19。通孔中的每一个通过它们的相应板构件16、18轴向延伸。通孔17、19布置为接收芯构件12的相应端部分。一旦电感器芯10被组装，芯构件12延伸到通孔17、19中，第一和第二板构件16、18布置在芯构件12的相对端。

第一和第二板构件16、18呈现径向方向的延伸。因而，第一和第二板构件16、18均呈现垂直于轴向方向的平面中的延伸。

电感器芯10还包含绕组引出（为清晰起见未示出）。引出可以布置在例如外部构件14、板构件16或板构件18中。

一旦电感器芯10被组装，外部构件14还在圆周方向上环绕板构件16、18。因此，在外部构件14与第一和第二板构件16、18中的每一个之间的界面圆周且轴向地延伸。此外，在芯构件12与第一和第二板构件16、18中的每一个之间的界面圆周和轴向延伸。通孔17、19的半径可以沿着轴向方向恒定。备选地，通孔17、19中的一个或二者可以是圆锥形的。通孔17和/或19的半径因而可以沿着轴向方向朝向芯构件12的端部分减小。芯构件12相应的端部分可以呈现相应的形状。

图2是组装条件中电感器芯10的示意性透视和剖视图。芯构件12、外部构件14和板构件16、18一同形成磁通路径P。通量路径P形成通过芯构件12、板构件16、外部构件14、板构件18延伸且返回到芯构件12的闭环。轴向方向与芯构件12中的通量路径P的方向一致或与之对应，即在绕组内部。通量路径的一部分通过板构件16、18径向延伸。如下文更详细描述的，这实现了径向延伸的磁通屏障。

如图2所示，芯构件12完全延伸通过通孔16、18的轴向延伸。然而，根据备选布置，芯构件12可以仅部分地延伸通过通孔16、18。

电感器构件10的模块化配置使得可以从各种不同材料和材料组合形成电感器芯10。

根据第一设计，芯构件12、外部构件14和板构件16、18可以由压实的磁性粉末材料制成。材料可以是软磁粉末。材料可以是铁氧体粉末。材料可以是软磁复合物材料。复合物可以包含设置有电气绝缘涂层的铁颗粒。有利地，材料的电阻系数可以使得基本抑制涡电流。作为更具体的示例，材料可以是源于瑞典S-26383的有限公司的系列产品Somaloy的软磁复合物（例如110i、

130i或

770HR）。

软磁粉末可以填充到模具中且被压实。材料然后例如通过烧结（针对诸如铁氧体粉末的粉末材料）热处理，或在相对低温的热处理从而不破坏在粉末颗粒之间的绝缘层（针对软磁复合物）。在压实处理期间，在对应于相应构件的轴向方向的方向上施加压力。在径向方向中，构件的尺寸通过模具的腔壁限制。因而可以使用单轴压实制造构件，在径向方向比在轴向方向具有更紧密的容差。

从图2可以看出，芯构件12以及同样外部构件14中的通量路径P的轴向延伸部分的长度通过板构件16、18相对于芯构件和外部构件14的位置确定。因而，在第一板构件16和第二板构件18之间的轴向分离确定了通量路径P的轴向长度。由于上面讨论的压缩方法导致的芯构件12和/或外部构件14的轴向长度中的任意不精确性因而可以通过相对于芯构件12和外部构件14的板构件16、18的仔细布置来补偿。如本领域技术人员所理解的，与减小轴向方向上的芯构件12和外部构件14的可接受制造容差间隔相比，精确布置板16、18更加切实可行。

再者，如上所述，使径向方向上的容差间隔可以相对紧密。因而，通量路径P（即通过板构件16、18）的径向延伸部分的长度可以更加精确。因为最终电感器的电感将取决于通量路径P的总长度，根据电感器芯10的设计实现呈现精确电感的电感器的制造。

径向方向中的紧密容差进一步呈现的优点在于，它使得能够在径向分布的构件12、14、16、18之间相对于彼此实现精确拟合。例如，可以实现用于通孔17、19和芯构件12的径向尺寸的紧密容差。这进而使得可以在板构件16、18处引入在电感器芯10中具有良好定义的径向延伸的磁通屏障。下面将描述各种磁通屏障配置。

根据第二设计，芯构件12和外部构件14可以由结合第一设计讨论的任意类型的软磁粉末材料制成。板构件16、18可以由在径向方向中延伸的多个传导和层叠薄片（例如层叠薄片钢）制成，该薄片布置为垂直于轴向方向延伸。层叠可以通过在两个相邻薄片之间布置电阻层实现。结合第一设计讨论的容差相关优点也可应用于该设计。

根据第三设计，芯构件12可以由软磁复合物制成。板构件16、18可以由结合第一和第二设计讨论的任意类型的软磁粉末材料制成。外部构件14可以由铁氧体制成。有利地，铁氧体可以是软铁氧体粉末。在制造过程期间，外部构件14可以通过铁氧体的压实和烧结形成，外部构件14因而形成烧结铁氧体压实体。外部构件14可以呈现大于芯构件12的通量传导截面面积的通量传导截面面积。铁氧体材料可以呈现比软磁复合物更高的磁导率和更低的涡电流损耗，但是呈现较低级别的饱和。然而在这种情况下，较低饱和级别可以通过外部构件14的增加的通量传导截面面积来补偿。外部构件14的饱和级别因而可以增加，其中电感器芯的总损耗可以减小。结合第一和第二设计讨论的容差相关优点也可应用于这种设计。

这三种设计的进一步变型也是可行的，例如，软磁粉末材料的芯构件12、层叠薄片的板构件16、18以及铁氧体的外部构件。

参考图3a-3c，电感器芯10可以包含径向磁通屏障。

参考图3a，通孔17和19的径向尺寸可以大于由通孔17、19接收的芯构件12的部分的径向尺寸。径向内部磁通屏障20因而可以布置在芯构件12和板构件16之间的空隙中。因此，径向内部磁通屏障22可以布置在芯构件12和板构件18之间的空隙中。屏障20、22形成环形空隙。空隙在每个相应板构件16、18的通孔17、19的内部轴向和圆周延伸边界表面和芯构件12的轴向和圆周延伸边界表面之间轴向和径向延伸。

借助于上面讨论的针对压实元件可获得的紧密径向容差间隔，空隙的径向延伸以及每个磁通量屏障的容差可以被非常精确地确定。

空隙可以用空气填充，其中磁通屏障20和磁通屏障22均包括气隙。备选地，空隙可以填充以呈现与形成磁通路径的构件相比明显减小的磁导率的材料。“明显减小”可以解读为使得具有明显减小磁导率的材料的径向延伸的长度将是磁通路径的总容差的决定因素。举例而言，材料可以是塑料材料、橡胶材料或陶瓷材料。因此，每个磁通屏障20、22可以包括由呈现明显减小的磁导率的材料制成且分别布置在芯构件12与板构件16和板构件18之间的环形构件。芯构件12因而可以通过环形构件延伸。环形构件可以例如分别通过胶粘等附连到芯构件以及板构件16和18。

备选地，不需要在两个板构件16、18处提供磁通屏障，而是电感器芯10可以仅包含磁通屏障20。

参考图3b，外部构件14的内部径向尺寸可以大于板构件16、18的径向尺寸。径向外部磁通屏障24因而可以布置在板构件16和外部构件4之间的空隙中。相应地，径向外部磁通屏障26可以布置在板构件18和外部构件14之间的空隙中。空隙可以用空气或呈现明显减小磁导率的一些其他材料填充。

参考图3c，通孔17和19的径向尺寸可以大于由通孔17、19接收的芯构件12部分的径向尺寸。另外，外部构件14的内部径向尺寸可以大于板构件16、18的径向尺寸。磁通屏障28a因而可以布置在板构件16与外部构件14之间的空隙中且磁通屏障28b可以布置在芯构件12和板构件16之间的空隙中。相应地，磁通屏障30a可以布置在板构件18和外部构件14之间的空隙中且磁通屏障30b可以布置在芯构件12和板构件18之间的空隙中。

根据一个实施例，磁通屏障可以与板构件16、18集成。例如，每个板构件16、18的径向和圆周延伸部分可以包括减小磁导率的材料，因而形成环形磁通屏障。径向部分的长度可以对应于板构件16、18的全部径向延伸或仅其一部分。作为一个示例，每个板构件16、18的环形部分可以设置有多个钻孔或用于空气或呈现减小磁导率的其他材料填充的小体积。

应当注意电感器芯10可以设置有上述磁通屏障的组合。例如，电感器芯10可以在一个轴向端包含径向内部磁通屏障20且在相对轴向端包含径向外部磁通屏障26。根据另一示例，电感器芯10可以在一个轴向端包含径向内部磁通屏障20且在另一端包含具有集成磁通屏障的板构件18。

根据备选设计，芯构件和板构件可以彼此接触地布置。板构件可以布置为使得与芯构件的接触表面的面积小于芯构件的截面通量传导面积。由此可以在芯构件和板构件的过渡处获得增加的磁阻。由此可以在芯构件和板构件之间的过渡处形成磁通屏障。图7a、7b和8说明包括这种磁通屏障的各种实施例。

根据图7a中说明的实施例，板构件34和芯构件12彼此接触地布置。通孔的径向尺寸匹配由通孔接收的芯构件12部分的径向尺寸。板构件34包括环形槽36。与板构件34的其他部件相比，板构件34的径向和圆周部分因而呈现减小的轴向厚度。

减小的轴向厚度的部分布置在通孔处。减小的轴向厚度的部分布置在芯构件12和板构件34之间的过渡处。槽36减小在芯构件12和板构件34之间的接触表面。由此在芯构件12和板构件34之间的界面或过渡处的磁阻可以增加，使得形成磁通屏障。槽36可以布置为使得在芯构件12和板构件34之间的接触表面的面积小于芯构件12的截面通量传导面积。因而可以在芯构件12和板构件34之间的过渡处形成磁通屏障。槽36可以呈现轴向深度和径向长度延伸，使得可以获得为磁通路径的总磁阻提供所需贡献的磁通屏障。槽36的轴向深度可以使得在界面处的芯构件12的区域中出现磁饱和。槽36的轴向深度可以使得在界面处的板构件34的区域中出现磁饱和。电感器芯由此可以在变感扼流圈芯配置中使用。

根据图7b中说明的实施例，板构件38可以包括槽40，槽40沿着朝向芯构件12的方向呈现逐渐增加的轴向深度。

根据图8中说明的实施例，板构件42包括布置在芯构件12和板构件42之间的界面处的三个凹进44、46、48。应当注意，板构件可以包括任意数目的凹进，例如，一个、两个或多于三个。凹进可以沿着在芯构件12和板构件42之间的圆周界面均匀分布。每个凹进减小在芯构件12和板构件42之间的接触表面的圆周延伸。板构件42沿着三个弧形片段啮合芯构件12。凹进44、46、48可以呈现圆周延伸，使得可以获得为磁通路径的总磁阻提供所需贡献的磁通屏障。每个凹进44、46、48的圆周延伸可以使得在界面处的芯部件12的区域中出现磁饱和。每个凹进44、46、48的圆周延伸可以使得在界面处的板构件42的区域中出现磁饱和。

通过在板构件（例如16、18）中提供通孔（例如通孔17、19），可以使得芯构件12在电感器芯的一个或两个轴向端延伸通过且超过通孔。从通孔凸起的芯构件12的部分可以连接到冷却装置，其中可以实现有效的冷却。

图4说明一个这种冷却布置，其中芯构件12的凸起端部分12a和12b分别与冷却装置31和32啮合。冷却装置31和32例如可以是热传导块，其中热H可以通过芯构件12消散。有利地，冷却装置31和32以比形成芯构件12、板构件16、18和外部构件14的材料具有更低磁阻的材料形成，使得与磁通路径P的干扰被最小化。举例而言，冷却装置31、32均可以是铝块。

备选地，与上文的双端冷却配置相反，可以使用单端冷却配置。在这种单端冷却配置中，芯构件12可以延伸通过且超过仅板构件中的一个，例如板构件16，其中凸出部分的端部12a可以与冷却装置啮合。

根据可选设计，仅两个板构件中的第一板构件16包括通孔17，其中第二板构件可以布置为电感器芯10的盖子，因而毗邻芯构件12的轴向面对的端面。

图6说明备选设计的板构件16’。板构件16’呈现沿着向外径向方向减小的轴向尺寸。板构件16’的通量传导截面面积是沿着板构件16’的半径的径向位置的函数。对于盘形板构件16，面积是：

A(r)=T(r)*2πr

其中，对于比通孔的径向尺寸大的r，T(r)是在径向位置r处的板构件16’的轴向尺寸。板构件16’因而可以在保持A(r)恒定的同时呈现减小的径向尺寸。板构件16’的重量因而可以减小而并不负面影响通量传导截面面积。有利地，A(r)对应于芯构件12和/或外部构件14的通量传导截面面积。

图5说明根据另一实施例的电感器芯10’。电感器芯10’类似于上面描述的电感器芯10，然而不同之处在于它包含与芯构件12集成形成的盘形第二板构件18’。根据该备选实施例，芯构件12因而包含轴向延伸芯部件12’，其在一端包括形成为径向和圆周延伸凸起的第二板构件18’。芯部件12’的相对端延伸到板构件16的通孔17中。外部构件14在圆周方向环绕板构件16、芯部件12’和板构件18’。在板构件18’和外部构件14之间的界面圆周和轴向地延伸。该界面使得可以在外部构件14和板构件18’之间以对应于图3b中说明的方式布置径向延伸磁通屏障。备选地或附加地，如结合电感器芯10所讨论的，磁通屏障可以与板构件18’集成。

可选地，芯部件12’可以延伸通过且超过板构件16的通孔17，其中从通孔17’凸出的芯部件12’的部分可以与上面关于图4讨论的冷却装置啮合。通过提供作为分离部件的芯构件12、板构件16和外部构件14，提供模块化电感器芯10’。类似于电感器芯10，模块化配置使得可以从各种不同材料和材料组合形成电感器芯10’。

类似于电感器芯10，在电感器芯10’的板构件16和板构件18’之间的轴向分离确定了通量路径P的轴向长度。再者，同样当通过压实制造时，径向方向中的容差可以针对板构件16和18’做得相对紧凑。类似于电感器芯10，电感器芯10’因此还实现呈现精确电感的电感器制造。

尽管在上文中，作为电感器10的备选实施例，已经公开了电感器芯10’，包含芯构件12（包括芯部件12’）和板构件18’的电感器芯10’可以被认为是独立的创造性概念。

在上文中，主要参考几个实施例描述了创造性概念。然而，如本领域技术人员所容易理解的，不同于上面讨论的其他实施例等价地可以处于如所附权利要求限定的创造性概念的范围内。

例如，在上文中，已经公开了呈现圆柱几何形状的电感器芯10、10’。然而，创造性概念不限于该几何形状。例如，芯构件12、外部构件14和板构件16、18、18’可以呈现椭圆、三角、方形或多边形截面。

在上文中，已经描述了包括在单个片中形成的构件（例如构件12、14、16、18）的电感器芯。根据备选实施例，芯构件、外部构件、第一板构件和第二板构件中的至少一个可以从至少两个部件形成，这两个部件适于组装且一同形成构件。这使得可以构造较大的构件且因此还构造较大的电感器。这对于包括至少一个由软磁粉末材料制成的构件的电感器可能是尤其有利的，其中构件的尺寸将通过压力工具能够施加的最大压力限制。

例如，构件（例如芯构件、外部构件、第一板构件或第二板构件）可以包括第一和第二部件。第一部件可以对应于构件的第一角度部分且第二部件可以对应于构件的第二角度部分。备选地，第一部件可以对应于构件的第一轴向部分且第二部件可以对应于构件的第二轴向部分。在任意情况中，第一和第二部件可以布置为组装且一同形成构件。第一部件可以包括凸出部分且第二部件可以包括相应的接收部分，其中部件布置为互锁。备选地，部件可以通过将部件胶粘在一起来组装。应当注意构件可以包括多于两个部件，例如3个部件、4个部件等。

图9说明根据另一实施例的电感器芯，其包含包括芯部件12’的芯构件12、外部构件14、第一板构件16’和第二板构件18’。示意性示出布置在芯部件12’周围的绕组15。第一板构件16’与芯部件12’在一个片中形成。第二板构件18’与芯部件12’在一个片中形成。第一板构件16’布置在芯部件12’的一个轴向端。第二板构件18’布置在芯部件12’的相对轴向端。第一板构件16’和第二板构件18’因而在芯部件12’上形成为径向和圆周延伸的凸起。外部构件14在圆周方向环绕芯部件12’、第一板构件16’和第二板构件18’。在板构件16’和外部构件14之间的界面圆周和轴向地延伸。在板构件18’和外部构件14之间的界面圆周且轴向地延伸。这些界面使得可以在外部构件14与板构件16’和18’中的一个或二者之间布置磁通屏障。

图10说明根据另一实施例的电感器芯，其类似于图5中说明的实施例，然而不同之处在于第二板构件18’呈现超过外部构件14的内部径向尺寸的径向延伸。外部构件14的轴向端表面面对第二板构件18’。

图11说明根据另一实施例的电感器芯，其中板构件16也呈现超过外部构件14的内部径向尺寸的径向延伸。外部构件14的一个轴向端表面因而面对第一板构件16且外部构件14的另一轴向端表面面对第二板构件18’。

图12说明根据另一实施例的电感器芯，其类似于图1中说明的实施例，然而不同之处在于第一板构件16呈现超过外部构件14的内部径向尺寸的径向延伸。外部构件14的轴向端表面面对第一板构件16。同样第二板构件18可呈现超过外部构件14的内部径向尺寸的径向延伸。外部构件14的另一轴向端表面则可以面对第二板构件18。在图12中示出的实施例中，如上面所讨论，磁通屏障可以布置在芯构件12与板构件16和18中的一个或二者之间。

图13说明根据另一实施例的电感器芯，其包含芯构件12、外部构件14、第一板构件16和第二板构件18。第二板构件18与芯构件12和外部构件14在一个片中形成。第二板构件18在芯构件12和外部构件14之间在径向方向上延伸。

Claims (15)

1.一种电感器芯，包含：

轴向延伸的芯构件，

至少部分环绕芯构件的轴向延伸的外部构件，由此在芯构件周围形成空间以用于在芯构件和外部构件之间容纳绕组，

板构件，呈现径向延伸且设置有通孔，其中芯构件布置为延伸到通孔中，

其中板构件是从芯构件和外部构件分离的构件且适于与芯构件和外部构件组装，其中形成通过芯构件、板构件和外部构件延伸的磁通路径。

2.根据权利要求1所述的电感器芯，还包含布置在所述磁通路径的径向延伸部分中的磁通屏障，其中该磁通屏障布置在芯构件和板构件之间，该磁通屏障由此将芯构件和板构件分离。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的电感器芯，其中外部构件至少部分地环绕板构件。

4.根据权利要求1所述的电感器芯，其中外部构件至少部分地环绕板构件且电感器芯还包含布置在板构件和外部构件之间的磁通屏障，该磁通屏障由此将外部构件和板构件彼此分离。

5.根据权利要求4所述的电感器芯，还包含布置在芯构件和板构件之间的另一磁通屏障，该磁通屏障由此将芯和板构件分离。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电感器芯，其中芯构件、外部构件和板构件是适于组装且共同形成通过芯构件、板构件和外部构件延伸的磁通路径的分离构件。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的电感器芯，还包含附加板构件，该附加板构件与芯构件和外部构件在一个片中形成且在芯构件和外部构件之间在径向方向上延伸。

8.一种电感器芯，包含：

芯构件，包含轴向延伸的芯部件和与所述芯部件在一个片中形成的径向延伸的板构件，

至少部分地环绕芯部件的轴向延伸的外部构件，由此在芯部件周围形成空间以用于在芯部件和外部构件之间容纳绕组，该外部构件还至少部分地环绕板构件，

其中芯构件和外部构件是适于被组装且共同形成通过芯部件、板构件和外部构件延伸的磁通路径的分离的构件。

9.根据权利要求1或8所述的电感器芯，还包含布置在所述磁通路径的径向延伸部分中的磁通屏障。

10.根据权利要求9所述的电感器芯，当引用权利要求8时，其中磁通屏障布置在板构件和外部构件之间，该磁通屏障由此将外部部件和板构件彼此分离。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的电感器芯，其中芯构件由软磁粉末材料制成。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的电感器芯，其中板构件由软磁复合物制成。

13.根据权利要求11所述的电感器芯，当引用权利要求1-6中任一项时，其中板构件由在径向方向上延伸的多个层叠传导薄片制成。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的电感器芯，其中外部构件由铁氧体制成。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的电感器芯，其中外部构件的通量传导截面面积超过芯构件的通量传导截面面积。

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