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TWI401711B - 減少直流電流飽和之電力電感器及其系統 - Google Patents

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TWI401711B
TWI401711B TW093116550A TW93116550A TWI401711B TW I401711 B TWI401711 B TW I401711B TW 093116550 A TW093116550 A TW 093116550A TW 93116550 A TW93116550 A TW 93116550A TW I401711 B TWI401711 B TW I401711B
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magnetic
air gap
power inductor
conductor
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Sutardja Sehat
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Marvell World Trade Ltd
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Description

減少直流電流飽和之電力電感器及其系統
本申請是於2003年7月16日申請的美國專利No.10/621128的延續部分，其全部內容收編在此以供參考。
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。
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，那麽跨過理想導體的電壓是零。因此，導體對恒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。例如並參照第一圖，電力電感器20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。
參照第二圖，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。
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；一個槽型空氣隙(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，其位於槽型空氣隙內和附近至少一個位置。
在其他特徵中，一個包括電力電感器的系統還包括一個直流/直流變換器(DC/DC Converter)，其與電力電感器耦合。
仍在其他特徵中，一個導體通過空腔，其中槽型空氣隙在平行於此導體的方向上，佈置在第一磁芯內。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佈間隙(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%。
仍在其他特徵中，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。第一和第二磁芯被佈置以使磁通量流過磁通路，磁通路包括第一和第二磁芯。
在其他特徵中，一種系統包括電力電感器，和直流/直流變 換器，其與電力電感器耦合。
在其他特徵中，該第一磁芯包括一個空腔和一個空氣隙。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，其具有分佈間隙，這些分佈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空氣隙是“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。
本發明其他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較佳實施例的同時，其目的僅用於說明本發明，而非限制本發明的範圍。
下面的較佳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。
現參考第四圖，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和正方形中央空腔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，正方形中央空腔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他的形狀。正方形外橫截面60的橫截面，正方形中央空腔64，和導體54不必形狀相同。導體54沿空腔64的一側通過中央空腔64。流過導體30的相對高水準的直流電流易引起磁芯材料34飽和，這降低電力電感器和/或並入到其中的器件的性能。
根據本發明，磁芯材料58包括槽型空氣隙70，其長度方向 沿磁芯材料58方向延伸。該槽型空氣隙70沿平行於導體54的方向延伸。對於給定的直流電流水平，該槽型空氣隙70降低磁芯材料58中飽和的可能性。
現參考第五圖，磁通量80-1和80-2(總稱為磁通量80)由槽型空氣隙70產生。磁通量80-2向導體54凸出，並且減少導體54中的渦流。在較佳實施例中，在導體54和槽型空氣隙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、由槽型空氣隙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。
現參考第六A圖和第六B圖，減少渦流材料84可臨近槽型空氣隙70佈置。減少渦流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，或任何其他合適的材料。在第六A圖中，減少渦流材料84延伸跨過槽型空氣隙70的底部。
在第六B圖中，減少渦流材料84’延伸跨過槽型空氣隙的外開口。因為減少渦流材料84’有比磁芯材料更低且比空氣更高的磁導率，流過減少渦流材料的磁通量比流過空氣的磁通量更低。因此，槽型空氣隙產生的磁通量到達導體的較少。
例如，減少渦流材料84的相對磁導率為9，而空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，也可使用具有其他磁導率的材料。現參考第七圖，在槽型空氣隙底部和導體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。
現參考第八圖，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被分別佈置在第一和第二空腔108和110中。第一和第二槽型空氣隙120和122被安排在磁芯材料104的一邊，該邊分別跨過導體112和114。第一和第二槽型空氣隙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。
現參考第九A圖和第九B圖，減少渦流材料被臨近一個或多個槽型空氣隙120和/或122佈置，以便減少槽型空氣隙產生的磁通量，這樣可減少感生渦流。在第九A圖中，減少渦流材料84臨近槽型空氣隙120的底部開口處。在第九B圖中，減少渦流材料臨近兩個槽型空氣隙120和122的頂部開口處。如可理解的那樣，減少渦流材料可臨近一個或兩個槽型空氣隙處。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。
槽型空氣隙可位於其他各種不同位置。例如，參考第十A圖，槽型空氣隙70’可被安排在磁芯材料58的一側。槽型空氣隙70’的底部邊緣優選安排在導體54的頂表面，但不是必須安排在此處。如所看到的那樣，磁通量向內輻射。由於槽型空氣隙70’被安排在導體54的上方，磁通量的影響減小。如可被理解的那樣，減少渦流材料可臨近槽型空氣隙70’佈置，以進一步減少如第六A圖和/或第六B圖所示的磁通量。在第十B圖中，減少渦流材料84’臨近槽型空氣隙70’的外開口。減少渦流材料84也可設置在磁芯材料58的內側。
現參考第十一A圖和第十一B圖，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被分別佈置在第一和第二空腔126和128中，且臨近一側。第一和第二槽型空氣隙138和140安排在磁芯材料相對側，分別臨近導體130和132的一側。槽型空氣隙138和/或140可和磁芯材料124的內邊緣 141對齊，如第十一B圖所示或與內邊緣141隔開，如第十一A圖所示。如可理解的那樣，減少渦流材料可用於進一步減少從一個或兩個槽型空氣隙發出的磁通量，如第六A圖和/或第六B圖所示。
現參考第十二圖和第十三圖，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分別佈置在第一和第二空腔146和148中。磁芯材料144的凸出部分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。在較佳實施例中，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，如第十四圖中155所示。可替換地，凸出部分和磁芯材料都可如第十五圖所示的那樣去除。在此實施例中，互耦係數M近似等於1。
在第十二圖中，槽型空氣隙156被安排在磁芯材料144內，凸出部分154之上的位置。槽型空氣隙156的寬度W1小於凸出部分154的寬度W2。在第十三圖中，槽型空氣隙156’被安排在磁芯材料內，凸出部分154之上的位置。槽型空氣隙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，減少渦流材料可用於進一步減少從槽型空氣隙156和/或156’中發出的磁通量，如第六A圖和/或第六B圖所示。在第十二圖至第十四圖的某些實施例中，互耦係數M約為1。
現在參考第十六圖，第十六圖顯示電力電感器170，其包括磁芯材料172，該磁芯材料172形成一個空腔174。槽型空氣隙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顯著地減少槽型空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。
現參考第十七圖，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。槽型空氣隙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’跨過槽型空氣隙192。在第十八圖中，渦流減少材料84’包括凸出部分194，其延伸進槽型空氣隙，且其和開口匹配，該開口由槽型空氣隙192形成。
現參考第十九圖，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/或減少渦流材料製成。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/或其他低電阻的合適導電材料可以使用。磁芯材料可以是鐵氧體，雖然可以用其他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，槽型空氣隙可用金剛石刀片或其他合適的技術切割。
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，但其他合適的現狀，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較佳具有處理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/直流變換器進行了說明，所述技術領域的技術人員應該明白電力電感器可用於其他更廣泛的應用中。
現參考第二十圖，電力電感器250包括“C”形第一磁芯252，其形成空腔253。雖然在第二十圖至第二十八圖中沒有示出導體，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，且形成空氣隙254。第二磁芯258被連接到第一磁芯252的至少一個表面，臨近空氣隙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。
現參考第二十一圖，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和空氣隙274。第二磁芯276位於空氣隙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。
現參考第二十二圖，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和空氣隙284。第二磁芯286位於空氣隙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。
現參考第二十三圖，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和空氣隙294。第二磁芯296位於空氣隙294內。在一個實施例 中，第二磁芯296伸進空氣隙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臨近空氣隙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。
現參考第二十四圖，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和空氣隙304。第二磁芯306位於空氣隙304內。第二磁芯306延伸進空氣隙304內，並且伸到空氣隙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臨近空氣隙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。
現參考第二十五圖，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和空氣隙324。第二磁芯326位於空氣隙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。
現參考第二十六圖，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和空氣隙344。第二磁芯346位於空氣隙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。
現參考第二十七圖，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 和空氣隙364。空氣隙364由相對的“V”形壁365部分地形成。第二磁芯366位於空氣隙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他形狀。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。
現參考第二十八圖，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和空氣隙384。第二磁芯386位於空氣隙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他形狀。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。其他組合和/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抛光。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/或任何其他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他的機械固定方法。
第二磁芯的磁導率較佳用比鐵氧體珠狀磁芯材料的磁導率低的材料製造。在較佳實施例中，第二磁芯材料形成不超過30%的磁通路。在更多較佳實施例中，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。
現參考第二十九圖，在其他實施例中，第二磁芯用鐵氧體珠狀磁芯材料420形成，其具有分佈間隙424。這些間隙可填充有空氣，和/或其他氣體，液體或固體。換句話說，分佈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他形狀。所屬技術領域的技術人員也應理解，結合第二十圖至第三十圖說明的第一和第二磁芯可用於結合第一圖至第十九圖說明的實施例中。
現參考第三十圖，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。
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，因為在瞭解了本發明的附圖，說明書和權利要求後，對所屬技術領域的技術人員而言，可進行其他的修改，這是顯而易見的。
20‧‧‧電力電感器
24‧‧‧DC/DC轉換器
30‧‧‧導體
34‧‧‧磁芯材料
36‧‧‧外截面
38‧‧‧中空腔
50‧‧‧電力電感器
54‧‧‧導體
58‧‧‧磁芯材料
60‧‧‧外橫截面
64‧‧‧中央空腔
70,70’‧‧‧槽型空氣隙
80,80’‧‧‧磁通量
84,84’‧‧‧渦流材料
100‧‧‧電力電感器
104‧‧‧磁芯材料
108‧‧‧第一空腔
110‧‧‧第二空腔
112‧‧‧第一導體
114‧‧‧第二導體
120‧‧‧第一槽型空氣隙
122‧‧‧第二槽型空氣隙
123‧‧‧中央部分
124‧‧‧磁芯材料
126‧‧‧第一空腔
128‧‧‧第二空腔
129‧‧‧中央部分
130‧‧‧第一導體
132‧‧‧第二導體
138‧‧‧第一槽型空氣隙
140‧‧‧第二槽型空氣隙
141‧‧‧內邊緣
142‧‧‧電力電感器
144‧‧‧磁芯材料
146‧‧‧第一空腔
148‧‧‧第二空腔
150‧‧‧第一導體
152‧‧‧第二導體
154‧‧‧凸出部分
155‧‧‧凸出部分
156,156’‧‧‧槽型空氣隙
170‧‧‧電力電感器
172‧‧‧磁芯材料
174‧‧‧空腔
175‧‧‧槽型空氣隙
176‧‧‧絕緣導體
178‧‧‧絕緣導體
180‧‧‧電力電感器
182‧‧‧外部層
184‧‧‧導體
188‧‧‧磁芯材料
190‧‧‧空腔
192‧‧‧槽型空氣隙
194‧‧‧凸出部分
200‧‧‧電力電感器
206‧‧‧第一空腔
208‧‧‧第二空腔
210‧‧‧第一導體
212‧‧‧第二導體
218‧‧‧中央部分
250‧‧‧電力電感器
252‧‧‧第一磁芯
253‧‧‧空腔
254‧‧‧空氣隙
258‧‧‧第二磁芯
260‧‧‧磁通量
270‧‧‧電力電感器
272‧‧‧第一磁芯
273‧‧‧空腔
274‧‧‧空氣隙
276‧‧‧第二磁芯
278‧‧‧磁通量
280‧‧‧電力電感器
282‧‧‧第一磁芯
283‧‧‧空腔
284‧‧‧空氣隙
286‧‧‧第二磁芯
288‧‧‧磁通量
290‧‧‧電力電感器
292‧‧‧第一磁芯
293‧‧‧空腔
294‧‧‧空氣隙
296‧‧‧第二磁芯
297-1‧‧‧內表面
297-2‧‧‧內表面
298‧‧‧磁通量
300‧‧‧電力電感器
302‧‧‧第一磁芯
303‧‧‧空腔
304‧‧‧空氣隙
306‧‧‧第二磁芯
307-1‧‧‧內表面
307-2‧‧‧內表面
308‧‧‧磁通量
309-1‧‧‧外表面
309-2‧‧‧外表面
320‧‧‧電力電感器
322‧‧‧第一磁芯
323‧‧‧空腔
324‧‧‧空氣隙
326‧‧‧第二磁芯
328‧‧‧磁通量
340‧‧‧電力電感器
342‧‧‧第一磁芯
343‧‧‧空腔
344‧‧‧空氣隙
346‧‧‧第二磁芯
348‧‧‧磁通量
360‧‧‧電力電感器
362‧‧‧第一磁芯
363‧‧‧空腔
364‧‧‧空氣隙
365‧‧‧V形壁
368‧‧‧磁通量
380‧‧‧電力電感器
382‧‧‧第一磁芯
383‧‧‧空腔
384‧‧‧空氣隙
386‧‧‧第二磁芯
388‧‧‧磁通量
420‧‧‧鐵氧體珠狀磁芯材料
424‧‧‧分佈間隙
450‧‧‧帶子
454‧‧‧連接器
第一圖是根據現有技術在直流/直流變換器中實施的電力電感器功能性的方框圖和示意電氣佈局圖；第二圖顯示第一圖中根據現有技術的電力電感器的透視圖；第三圖顯示第一圖和第二圖中根據現有技術的電力電感器的剖視圖；第四圖顯示根據本發明具有槽型空氣隙的電力電感器的透視圖，該槽型空氣隙安排在磁芯材料中；第五圖是第四圖中的電力電感器的剖視圖；第六A圖和第六B圖顯示可替換實施例的剖視圖，該實施例具有減少渦流材料，其被臨近槽型空氣隙佈置；第七圖顯示可替換實施例的剖視圖，該實施例具有位於槽型空氣隙與導體之上的額外的空間；第八圖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空氣隙；第九A圖和第九B圖是第八圖的剖視圖，其中具有減少渦流材料，其被臨近一個或兩個槽型空氣隙佈置；第十A圖顯示槽型空氣隙的可替換側邊位置的剖視圖；第十B圖顯示槽型空氣隙的可替換側邊位置的剖視圖；第十一A圖和第十一B圖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邊槽型空氣隙；第十二圖是具有多個空腔和一個中央槽型空氣隙的磁芯的剖視圖；第十三圖是具有多個空腔和一個更寬的中央槽型空氣隙的磁芯的剖視圖；第十四圖是一個磁芯的剖視圖，該磁芯具有多個空腔，一個中央槽型空氣隙，和一個具有較低磁導率的佈置在相鄰導體之間 的材料；第十五圖是具有多個空腔和一個中央槽型空氣隙的磁芯的剖視圖；第十六圖是具有槽型空氣隙和一個或多個絕緣導體的磁芯材料的剖視圖；第十七圖是“C”形磁芯材料和減少渦流材料的剖視圖；第十八圖是“C”形磁芯材料和具有匹配的凸起的減少渦流材料的剖視圖；第十九圖是具有多個空腔的“C”形磁芯材料和減少渦流材料的剖視圖；第二十圖是“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，該第二磁芯臨近空氣隙；第二十一圖是“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，而該第二磁芯位於空氣隙內；第二十二圖是“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，該第二磁芯臨近空氣隙；第二十三圖分別說明“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；第二十四圖說明“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，而該第二磁芯位於空氣隙內；第二十五圖是“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，而該第二磁芯位於空氣隙內；第二十六圖顯示“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，而第二磁芯位於空氣隙內；第二十七圖和第二十八圖顯示“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，而該第二磁芯位於空氣隙內；第二十九圖顯示第二磁芯，其包括鐵氧體珠狀磁芯材料，其具有分佈間隙，該間隙降低第二磁芯的磁導率；以及第三十圖顯示第一和第二磁芯，它們通過帶子連接在一起。
50‧‧‧電力電感器
54‧‧‧導體
58‧‧‧磁芯材料
60‧‧‧外橫截面
64‧‧‧中央空腔
70‧‧‧槽型空氣隙

Claims (12)

  1. 一種電力電感器，其包括：第一磁芯，其具有第一和第二末端，且其包括鐵氧體珠狀磁芯材料；在所述第一磁芯中的空腔，其從所述第一末端延伸到所述第二末端；在所述第一磁芯中的槽型空氣隙，其從所述第一末端延伸到所述第二末端；第二磁芯，其位於所述槽型空氣隙內和鄰近所述槽型空氣隙至少一個位置，其中所述第二磁芯的磁導率比所述第一磁芯的磁導率低；以及一導體，其穿過所述空腔，其中所述槽型空氣隙在平行於所述導體的方向上，安排在所述第一磁芯內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第二磁芯包括軟磁材料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電力電感器，其中所述軟磁材料包括粉末金屬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第一磁芯和所述第二磁芯在至少兩個正交平面內是自鎖的。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第二磁芯包括鐵氧體珠狀磁芯材料，其具有分佈間隙，這些間隙降低所述第二磁芯的磁導率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中磁通量流 過所述電力電感器中的磁通路，並且其中所述第二磁芯不超過磁通路的30%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中磁通量流過所述電力電感器中的磁通路，並且其中所述第二磁芯不超過磁通路的20%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第一和第二磁芯是用粘合劑和帶子中至少一種連接到一起的。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的電力電感器，其中所述第一磁芯的相對壁是“V”形的，所述磁芯臨近槽型空氣隙。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第二磁芯是“T”形的，並且沿所述第一磁芯的內壁延伸。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的電力電感器，其中所述第二磁芯是“H”形的，且部分地沿所述第一磁芯的內壁和外壁延伸。
  12. 一種包括如申請專利範圍第1項所述的電力電感器的系統，其還包括一直流/直流變換器，所述直流/直流變換器與所述電力電感器耦合。
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