專利名稱：使用各向同性復(fù)合磁性材料、具有高功率重量比的低頻功率變換器和功率電感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明提供了幾種變換器和電感器的結(jié)構(gòu)，其中之一在
圖1a和1b中示出，此結(jié)構(gòu)使用磁芯10，該磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線11的圓柱對稱體(見圖1c)，磁芯具有繞組12，電感器盒內(nèi)只有一個繞組，被封閉在磁芯10內(nèi)。這些變換器和/或自耦變換器的初級繞組12，直接連接工作頻率在50Hz至1000Hz范圍的交流(AC)電源13(見圖12)。這些電源的使用功率在1伏安(VA)與10千伏安(kVA)之間。制造這些器件的磁芯10用的材料是用鐵粉和樹脂制成的各向同性軟磁復(fù)合材料。
所推薦的結(jié)構(gòu)使器件的功率重量比最大。這些器件既可以單獨使用，也可以與使用二極管和/或可控硅和/或晶體三極管的整流器14結(jié)合使用以提供電源，此電源用于具有電子元器件線路的裝置。此器件還可用于構(gòu)成分配變換器、隔離變換器和電感器，這些變換器和電感器具有低的外形或不具有低的外形。
這些器件的裝配成本比較高，因為其制造過程需要許多步驟，包括迭片的成型、沖制、安裝與疊放、繞組的插入及其絕緣，安裝外部支承和端子板。這些變換器可以按標(biāo)準尺寸供應(yīng)市場以覆蓋廣的功率范圍。
使用迭片的缺點之一是，對于頻率值在50Hz至1000Hz(例如50、60或400Hz)常用范圍內(nèi)的交流供電系統(tǒng)而言，會產(chǎn)生嚴重的可以聽見的噪聲，對此可參看授予Inokuti、Yukio等的美國專利No.259051“制造具有低噪聲和優(yōu)良形狀特性的低鐵損晶粒定向鋼的方法”。迭片之間的電氣絕緣也在很大程度上降低了迭片間的熱傳遞，熱的主要部分在迭片平面內(nèi)循環(huán)，即只在二維空間循環(huán)。磁芯對于因繞組內(nèi)銅損和磁芯內(nèi)磁損所產(chǎn)生的熱向周圍環(huán)境的傳遞所起的作用因此是有限的。在使用迭片的這種結(jié)構(gòu)中，繞組和迭片之間的溫升仍舊是變換器功率重量比的重要限制。
當(dāng)發(fā)生飽和時，迭片所用磁性材料的導(dǎo)磁率變化是極為重要的。因此必須加大變換器和電感器的尺寸，以便在交流電源電壓變化的情況下避免飽和。當(dāng)發(fā)生飽和時，磁化電流會以極大的比例增加，繞組會產(chǎn)生過大的熱。
象E形、C形、和I形磁芯這樣的傳統(tǒng)形狀，不能使變換器和電感器的功率體積比和功率重量比達到最大。在這些結(jié)構(gòu)中還有嚴重的磁逸散場和泄漏磁通量，這些泄漏磁通量在器件的外部環(huán)境循環(huán)，而且，例如可對電氣和電子回路中感生寄生擾動。在必須消除變換器或電感器的逸散磁輻射的應(yīng)用場合，通常使用環(huán)形磁芯(例如音頻放大器電源所用的變換器)，可參看由Wilkinson提出的美國專利No.3,668,589“低頻磁芯電感器結(jié)構(gòu)”。但是這種磁芯繞組的繞制過程困難，而且這種變換器和電感器因繞組內(nèi)銅損和磁芯中磁損所產(chǎn)生的熱向周圍環(huán)境的傳遞并不有效。
環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形且其繞組封閉其中這樣的磁芯，最適于制造變換器和電感器。在這種結(jié)構(gòu)中，存在對銅體積的最佳利用和繞組之間的良好磁耦合。功率重量比和功率體積比最大。但是，不可能用迭片制造這種形狀的磁芯，因為環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形的磁芯將繞組封閉于其中，磁力線在三維空間循環(huán)。必須使用一種具有低電導(dǎo)率的各向同性軟磁材料。
從30年代以來，具有圓柱對稱體形狀的磁芯(例如筒形磁芯)已經(jīng)用具有低電導(dǎo)率鐵素體類的各向同性燒結(jié)軟磁材料制成，此類磁芯用于高頻電源(頻率從20kHz至300kHz)，可參見授予Pollock等人的美國專利No.4,602,957“磁粉壓制品”。這些材料的磁學(xué)特性和熱學(xué)特性是各向同性的，因此其磁損失在高達500kHz至幾MHz的廣闊的頻率范圍都最小，對此可參見授予Rich III等人的美國專利No.4,507,640“高頻變換器”。幾家銷售商例如Philips、Siemens等已經(jīng)提供范圍廣、具有不同形狀的標(biāo)準尺寸的鐵素體磁芯，這些磁芯具有C、E和I型、環(huán)型、ETD磁芯和筒型磁芯，以制造高頻變換器和電感器。但是，在低頻領(lǐng)域，變換器和電感器的功率重量比還是正比于軟磁材料的飽和感應(yīng)值。鐵素體材料的飽和感應(yīng)值較低，接近0.4T，這就限制了這種材料在從50Hz至1000Hz例如50Hz、60Hz和400Hz這樣傳統(tǒng)交流電源系統(tǒng)的低頻領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。鐵素體材料于是被限制在高頻領(lǐng)域應(yīng)用。由于是燒結(jié)的，鐵素體材料還是脆，其所能制造磁芯的尺寸和形狀因此也是有限的。例如，由于這些材料的脆性，在其成型過程中不可能在磁芯上直接壓制出冷卻翼片。
其它種類的磁性材料已經(jīng)推薦用于制造低頻或高頻用的筒型磁芯變換器，正如在授予Soileau等人的美國專利No.4,601,765和授予Lupinski的美國專利No.4,201,837所公開的那樣。通常，燒結(jié)材料生產(chǎn)成本高，且所推薦的磁芯的外表面不具有冷卻翼片以使其功率重量比最大。
幾種新的軟磁復(fù)合物近來已經(jīng)在粉末冶金領(lǐng)域開發(fā)出來，(例如Quebec Metal Powders Inc的ATOMET EM-1，參見由I.C.Gélinas、L.P.Lefebvre、S.Pelletier、P.Viarouge提出的論文“汽車用鐵-樹脂復(fù)合物性質(zhì)的溫度效應(yīng)”，該論文是美國汽車工程師學(xué)會(SAE)的技術(shù)論文970421(7頁)，是工程師協(xié)會向1997年2月24-27日在DetroitMichigan舉行的“Advancing Mobility Land Sea Air and Space”國際會議提交的)。在這種各向同性軟磁材料中，鐵薄片被樹脂覆蓋層彼此隔離。這些材料需要一個沖壓過程和一種低溫?zé)崽幚?。于是其生產(chǎn)成本得以降低。這些材料更適于需要大量生產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域，盡管這些材料每一公斤的制造成本仍然高于每一公斤迭片的成本(接近高兩倍)。
通過使用模制技術(shù)，可以在單個工序制成復(fù)雜形狀的磁芯。還可以用傳統(tǒng)工具加工軟磁復(fù)合材料，盡管象軟磁鐵素體這樣的粉末冶金材料只能用金剛石磨輪校正。
軟磁復(fù)合材料在從50Hz至1000Hz的低頻應(yīng)用領(lǐng)域中的使用仍舊沒有得到發(fā)展，這是由于這些材料的導(dǎo)磁率比迭片的導(dǎo)磁率低。(軟磁復(fù)合材料的相對導(dǎo)磁率接近200，而傳統(tǒng)等級迭片的相對導(dǎo)磁率為1500)。
在頻率為50Hz和60Hz時，軟磁復(fù)合材料中的磁損失高于軟磁迭片材料的磁損失。(軟磁復(fù)合材料在1.2T時接近5至15W/kg，而軟磁迭片材料為2W/kg)。但是在頻率為400Hz時，某些軟磁復(fù)合材料的磁損失可以比上述作為參考的技術(shù)論文中所見的磁損失低兩倍。
如果具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形結(jié)構(gòu)的磁芯的繞組是封閉于磁芯中，且該磁芯設(shè)有與其制成一體的冷卻翼片，該冷卻翼片也用與磁芯材料相同的軟磁復(fù)合材料制成的，就可能提高功率重量比，因為磁芯和變換器因銅損與磁損所產(chǎn)生熱向周圍發(fā)散的外表面增大了。在本發(fā)明中，我們推薦將這些冷卻翼片用磁芯自身的軟磁復(fù)合材料直接在磁芯上制成，因為這種材料的機械特性允許在壓力加工過程中這樣制造。冷卻翼片不需要任何其它制造步驟，因為冷卻翼片與磁芯自身都是直接壓力加工而成。不過，冷卻翼片也可以在磁芯壓力加工成之后，用機械精加工(機械加工)磁芯而獲得。這種冷卻翼片與可以安裝在磁芯上的鋁質(zhì)冷卻翼片比較，具有更好的熱傳遞效率。因為在磁芯結(jié)構(gòu)與冷卻翼片之間沒有接觸熱阻。
需要指出，軟磁復(fù)合材料的導(dǎo)熱率類似于鐵的導(dǎo)熱率。但是，軟磁復(fù)合材料的熱特性也是各向同性的，在三維方向的導(dǎo)熱率具有相同數(shù)值。因此繞組相對于周圍環(huán)境的溫升仍舊低，于是就可能實現(xiàn)這樣的設(shè)計，這種設(shè)計進一步減少器件的總質(zhì)量。如果冷卻翼片適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成指向磁力線循環(huán)的方向，磁力線還可以在作為磁芯一部分的冷卻翼片中循環(huán)。于是冷卻翼片是磁激活的，可進一步減小所需要材料的總量。這個優(yōu)點對于制造高達10kVA的單相變換器特別重要。
不存在可以聽見的噪聲也是交流應(yīng)用中所用磁芯的一個重要優(yōu)點，這種磁芯可以用軟磁復(fù)合材料實現(xiàn)。外逸散磁場的消失也是交流系統(tǒng)所用具有對稱圓柱形磁芯的又一個重要優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明又一主要方面，提供了一種電感器，此電感器用于從直流至1000Hz的低頻應(yīng)用領(lǐng)域。這種電感器包括具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形形狀的磁芯。磁芯用包含鐵和樹脂的各向同性軟磁復(fù)合材料制成。一個繞組被封閉在磁芯內(nèi)，環(huán)繞磁芯的中央柱設(shè)置，并與磁芯磁耦合。磁芯由磁芯分部組成。
圖3a是沿圖3b中A-A’線所示方向觀察的頂視圖，該圖示出了磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形，繞組窗和磁芯的橫截面為圓形；圖3b是沿圖3a中剖切線B-B所示方向觀察的剖視圖；圖4a是沿圖4b中A-A線所示方向觀察的磁芯的頂視圖，該圖示出了磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形，繞組窗和磁芯的橫截面為具有圓角的矩形；圖4b是沿圖4a中剖切線B-B所示方向觀察的剖視圖；圖5a是沿圖5b中A-A線所示方向觀察的磁芯的頂視圖，該圖示出了磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形，繞組窗和磁芯的橫截面為矩形；圖5b是沿圖5a中剖切線B-B所示方向觀察的剖視圖；圖6a是沿圖6b中A-A線所示方向觀察的磁芯的頂視圖，該圖示出了磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形，磁芯的橫截面外輪廓為矩形而繞組窗的橫截面為梯形；圖6b是沿圖6a中剖切線B-B所示方向觀察的剖視圖；圖7a是沿圖7b中A-A線所示方向觀察的磁芯的頂視圖，該圖示出了磁芯具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形，磁芯的橫截面外輪廓為梯形而繞組窗的橫截面為矩形；圖7b是沿圖7a中剖切線B-B所示方向觀察的剖視圖；圖8a和圖8b分別是圖1c所示根據(jù)本發(fā)明設(shè)計制造的磁芯的側(cè)視圖和頂視圖，不過磁芯設(shè)有冷卻翼片；圖9a和圖9b分別是圖4b所示根據(jù)本發(fā)明實施例制造的磁芯的側(cè)視圖和頂視圖，不過具有環(huán)繞磁芯設(shè)置的冷卻翼片；圖10a和圖10b分別是圖5b所示根據(jù)本發(fā)明實施例制造的磁芯的側(cè)視圖和頂視圖，不過具有相對于磁芯側(cè)壁延伸的冷卻翼片；圖11a是沿圖11b中A-A線所示方向觀察的磁芯的頂視剖視圖，該圖示出了在磁芯的每一個分部制出一個槽；圖11b是圖11a的側(cè)視圖；圖11c是沿圖11b中A-A線所示方向觀察的磁芯的又一個頂視剖視圖，該圖示出了在磁芯的每一個分部制出數(shù)個槽，用于減小磁芯中的渦旋電流的環(huán)流；圖11d是圖11c的側(cè)視圖；和圖12是框圖，該框圖示出了具有一個或幾個次級繞組的變換器與整流器回路連接的應(yīng)用例子，用于作為電子元器件的直流電源。
對推薦實施例的說明本說明介紹幾種變換器和電感器的結(jié)構(gòu)，其中之一在圖1a和1b中示出，該結(jié)構(gòu)使用一種磁芯10，此磁芯具有環(huán)繞主旋轉(zhuǎn)軸線11的對稱圓柱形(見圖1c)，繞組12中只有一個繞組在電感器殼內(nèi)，繞組封閉在磁芯10內(nèi)。這些變換器和/或自耦變換器的初級繞組，直接連接至工作頻率在50Hz至1000Hz范圍的交流電源13(見圖12)。這些應(yīng)用的電源功率在1VA至10kVA的范圍。制造這些器件的磁芯10所用各向同性軟磁復(fù)合材料，是由鐵粉和樹脂制成。
所推薦的結(jié)構(gòu)使器件的功率重量比最大。這些器件可以單獨使用，或與使用二極管和/或可控硅和/或晶體三極管的整流器14結(jié)合使用，以提供電源，該電源用于具有電子元器件線路的裝置。此器件還可用于構(gòu)成分配變換器、隔離變換器和電感器，這些變換器和電感器具有低的外輪廓或不具有低的外輪廓。磁芯10是用鐵和樹脂組成的各向同性軟磁復(fù)合材料經(jīng)過加工或壓力加工工藝過程制成。
用所介紹的技術(shù)方案，可以制造出比使用迭片的變換器和電感器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功率重量比更高的變換器15和電感器16(見圖12)。
參看圖1a至4b可見本發(fā)明所推薦結(jié)構(gòu)的形狀，是繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線11的圓柱對稱體(見圖1c)；一個或多個繞組12、12’封閉在磁芯10內(nèi)。在圓柱體對稱平面(通過旋轉(zhuǎn)軸線的平面)內(nèi)，繞組窗16和磁芯10的橫截面可以是矩形(圖5b)、圓形(圖3b)或橢圓形(圖4b)。具有這種設(shè)置，由于磁芯10的屏蔽效應(yīng)，可以在繞組12之間獲得良好的耦合，使外部散逸磁場最小。由于使用軟磁復(fù)合材料，還消除了可以聽見的噪聲。
磁芯10是由兩個相同的部分即分部10’和10”構(gòu)成以簡化制造，繞組12和12’繞磁芯的中央柱17設(shè)置。一個或兩個小直徑孔18可在磁芯10兩個分部的底面或一側(cè)制出，以將一個內(nèi)繞組或多于一個內(nèi)繞組的輸出導(dǎo)線與變換器或電感器的外輸出端子(未示出)連接。
電感器的磁芯10可以具有氣隙19，此氣隙可以通過將其兩個分部10’和10”(圖2a)分離實現(xiàn)，或通過使用具有不同長度的中央柱和外殼實現(xiàn)(圖2b)。在此情況下，較好的做法是在中央柱17上制出氣隙19’使外逸散磁場最小。還可以增大中央氣隙以取消中央柱。
繞組窗16橫截面的形狀，與磁芯在圓柱體對稱平面內(nèi)，即在通過旋轉(zhuǎn)軸線11的平面內(nèi)的形狀可以不同。
具有如圖1a至1c所示圓形橫截面，可以使磁性材料的總量最小，并可以減小鐵損，因為磁力線的重新分布是均勻的，而且沒有象在圖5a和圖5b中所示矩形橫截面繞組窗結(jié)構(gòu)的角部存在局部飽和的現(xiàn)象。
也可以使用橢圓形橫截面或如圖4b所示具有圓角部的矩形橫截面。這種磁芯結(jié)構(gòu)比圖5a和5b所示結(jié)構(gòu)更適于軟磁復(fù)合材料的壓力加工工藝過程，而卻存在相同的優(yōu)點。
還可以使用如圖6b所示的磁芯，繞組窗的橫截面為梯形，其外輪廓的橫截面20是矩形，或者如圖7b所示，繞組窗16的橫截面是矩形，磁芯橫截面的外輪廓21是梯形。這些磁芯結(jié)構(gòu)所用磁性材料的總量最小，但不如圖1a至1c所示結(jié)構(gòu)那樣完善。
圖1a至7b所推薦的全部磁芯10，可以制成具有不同的形狀因子(磁芯高度與其外直徑的比值)以適應(yīng)特定的應(yīng)用約束條件。低輪廓的變換器和電感器可以容易地以低成本制造，因為使用了軟磁鐵-樹脂復(fù)合材料。例如，低輪廓的電感器和變換器，良好地適于在這樣的電子卡上使用，這種電子卡正如美國專利5,175,525中所討論的那樣設(shè)置在框架內(nèi)，其中，卡之間的間距有限。
參看圖8a至10b，為了優(yōu)化變換器或電感器的熱傳遞和使其功率重量比最大，最好在磁芯10上增設(shè)冷卻翼片22。在本發(fā)明中所介紹的技術(shù)方案中，包括使用軟磁材料本身在器件的外表面23直接制出冷卻翼片22。這些冷卻翼片22與磁芯10的結(jié)構(gòu)制成一體，因此可以在壓力加工工藝過程中在同一工序中完成。軟磁復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率高，從繞組12或繞組12、12’和磁芯10至周圍環(huán)境的熱傳遞是有效的。還可以最大限度地利用冷卻翼片的磁性材料，以使磁力線在其中循環(huán)。用這樣的設(shè)置，軟磁材料的用量進一步減少。在這種情況下，冷卻翼片22必須指向磁力線循環(huán)的方向。冷卻翼片22可以在磁芯10的整個外表面上制出，或者如圖10a和10b所示只在此外表面的一部分上制出。在圖示水平面23’上沒有設(shè)置冷卻翼片，但也可以將冷卻翼片設(shè)置在這些表面23’上。需要指出，在本發(fā)明所介紹的結(jié)構(gòu)中，冷卻翼片的最優(yōu)方向總是在圓柱體對稱平面內(nèi)，即在通過旋轉(zhuǎn)軸線11的平面內(nèi)。使用這種冷卻翼片22允許進一步改善功率重量比，該比值與器件功率成正比。
現(xiàn)在參看圖11a至11d，需要指出，當(dāng)所用軟磁復(fù)合材料的導(dǎo)電率較高時，需要制出一個或幾個寬度小的槽24，以減小在磁芯內(nèi)渦流的循環(huán)，并減少磁損失。需要指出，槽24的平面25必須是圓柱體對稱平面，即通過旋轉(zhuǎn)軸線11的平面。
具有三個柱的傳統(tǒng)三相變換器和電感器用E形磁芯制成。在對應(yīng)于三相電源每一相的每一個柱上有一個或幾個繞組。具有三個柱的結(jié)構(gòu)，各相繞組都是磁耦合的。三相變換器和電感器可以用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的三個不同磁芯(每一相一個磁芯)來實現(xiàn)。利用這種設(shè)置，如果磁芯被氣隙彼此分隔，各相繞組可以被磁隔離，如果磁芯彼此直接安裝在一起，則可以磁耦合。還可以將各個磁芯設(shè)置成具有120度的空間相位移，以獲得各相繞組的對稱耦合。
具有分布式氣隙的單相電感器可以通過將幾個磁芯疊放而制成，該磁芯形狀如圖2a或2b所示，具有小寬度的氣隙19和19’。由于每一個磁芯10具有小氣隙19，在接近氣隙19的繞組區(qū)16內(nèi)因鄰近效應(yīng)(proximity effect)而產(chǎn)生的銅損(copper losses)減小。
變換器根據(jù)本發(fā)明和軟磁復(fù)合材料實現(xiàn)，如圖12所示，該軟磁復(fù)合材料與使用二極管14’和/或可控硅和/或晶體三極管的一個或幾個整流器14結(jié)合使用，此時，交流電源電流諧波的注頻(injection)滿足IEC-555-2標(biāo)準的要求，因為磁化電流的諧波組成及其幅值較小。
在此所述推薦實施例的任何明顯的更改，均不超出本發(fā)明的范圍，所提出的這種更改均在所提權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在50Hz至1000Hz低頻范圍應(yīng)用的變換器。此變換器包括環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形磁芯。磁芯用包含鐵和樹脂的各向同性軟磁復(fù)合材料制成。繞組被封閉在磁芯內(nèi)并與磁芯磁耦合。磁芯由磁芯分部構(gòu)成。一種在從直流至1000Hz低頻范圍應(yīng)用的電感器，具有類似結(jié)構(gòu)，所述電感器包括環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線的對稱圓柱形磁芯，所述磁芯用包含鐵和樹脂的各向同性軟磁復(fù)合材料制成，一個繞組被封閉在磁芯內(nèi)，繞所述磁芯的中央柱設(shè)置，并與磁芯磁耦合，所述磁芯由磁芯分部構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯的外表面設(shè)置了冷卻翼片，此冷卻翼片用所述軟磁復(fù)合材料與磁芯制成一體。
3.如權(quán)利要求3所述的變換器，其中，所述冷卻翼片，在壓力加工所述磁芯的單一工藝過程中與所述磁芯制成一體。
4.如權(quán)利要求3所述的變換器，其中，所述冷卻翼片用加工工序在所述磁芯上加工出。
5.如權(quán)利要求3所述的變換器，其中，所述冷卻翼片指向所述磁芯的磁力線循環(huán)方向，并設(shè)置在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有圓形橫截面。
7.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有橢圓形橫截面。
8.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有矩形橫截面，此矩形具有或不具有圓角。
9.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有梯形橫截面，此梯形具有或不具有圓角。
10.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述變換器是一種多相變換器，此多相變換器是通過將每一相的磁芯面對面地疊放或具有氣隙地制成。
11.如權(quán)利要求1所述的變換器，其中，所述磁芯設(shè)有一個或多個槽，該槽設(shè)置在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱的對稱面的平面內(nèi)，用于減少渦旋電流。
12.如權(quán)利要求1所述的變換器，設(shè)置了一個初級繞組，該初級繞組直接與交流電源連接，該交流電源的頻率在50Hz至1000Hz范圍，該變換器還設(shè)置了一個或多個次級繞組，該次級繞組與使用二極管和/或可控硅和/或晶體三極管的整流器連接。
13.如權(quán)利要求1所述的變換器，當(dāng)用頻率在50Hz至1000Hz范圍的電源供電時，具有低水平的可以聽見的噪聲，并在所述磁復(fù)合材料中本質(zhì)上磁感應(yīng)振蕩，從而使在諸如分配變換器、熒光燈用的鎮(zhèn)流變換器和電感器、音響設(shè)備和家用電器的電源變換器等應(yīng)用中，使可以聽見的噪聲最小。
14.如權(quán)利要求1所述的變換器，由于所述繞組均封閉在所述磁芯內(nèi)，具有低水平的電磁干擾(EMI)和低的外部逸散磁場，適用于所述電磁干擾必須最小的應(yīng)用場合，例如用于音響設(shè)備的電源變換器。
15.如權(quán)利要求1所述的變換器，該變換器與頻率在50Hz至1000Hz范圍的交流電源連接，輸入電流的總諧波失真(THG)低。
16.如權(quán)利要求1所述的變換器，其形狀因子(沿所述磁芯的所述旋轉(zhuǎn)軸線方向的高度與其外直徑的比)數(shù)值小，適用于低外輪廓應(yīng)用的特定約束情況，例如電子卡上所用的低外形變換器，該電子卡設(shè)置在具有特定的卡間距的框架內(nèi)。
17.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯設(shè)有一個或多個氣隙，所述磁芯具有兩個磁芯分部，所述氣隙的形成是通過將所述兩分部分離而實現(xiàn)，或是通過使用具有不同長度的中央柱和外殼實現(xiàn)。
18.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯的外表面設(shè)置了冷卻翼片，此冷卻翼片用所述軟磁復(fù)合材料與磁芯制成一體。
19.如權(quán)利要求19所述的電感器，其中，所述冷卻翼片在壓力如工所述磁芯的單一工藝過程中與所述磁芯制成一體。
20.如權(quán)利要求19所述的電感器，其中，所述冷卻翼片用加工工序在所述磁芯上加工出。
21.如權(quán)利要求19所述的電感器，其中，所述冷卻翼片指向所述磁芯磁力線循環(huán)的方向，并設(shè)置在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)。
22.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有圓形橫截面。
23.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有橢圓形橫截面。
24.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有矩形橫截面，此矩形具有或不具有圓角。
25.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯限定了一個繞組窗，當(dāng)在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱形的對稱平面內(nèi)觀察時，此繞組窗具有梯形橫截面，此梯形具有或不具有圓角。
26.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述電感器是一種多相電感器，此多相電感器是通過將每一相的磁芯面對面地疊放制成，或使這些面與面之間具有氣隙。
27.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中，所述磁芯設(shè)有一個或多個槽，該槽設(shè)置在通過所述旋轉(zhuǎn)軸線的所述圓柱的對稱面的平面內(nèi)，用于減少渦旋電流。
28.如權(quán)利要求2所述的電感器，當(dāng)用頻率在50Hz至1000Hz范圍的電源供電時，具有低水平的可聽見的噪聲，并在所述磁復(fù)合材料中本質(zhì)上沒有磁感應(yīng)振蕩，從而使在電子設(shè)備所用的諸如整流器和平滑電感器的應(yīng)用中，使可以聽見的噪聲最小。
29.如權(quán)利要求2所述的電感器，該電感器與頻率在50Hz至1000Hz范圍的交流電源連接，輸入電流的總諧波失真(THD)低。
30.如權(quán)利要求2所述的電感器，設(shè)置了分布式氣隙，使在所述繞組因鄰近效應(yīng)而產(chǎn)生的銅損最小，此分布式氣隙可以通過將幾個各具有小寬度氣隙的單個電感器疊放在一起而形成。
31.如權(quán)利要求2所述的電感器，其形狀因子(沿所述磁芯的所述旋轉(zhuǎn)軸線方向的高度與其外直徑的比)數(shù)值小，適用于低外輪廓應(yīng)用的特定約束情況，例如電子卡上所用的低外形電感器，該電子卡設(shè)置在具有特定的卡間距的框架內(nèi)。
32.如權(quán)利要求2所述的電感器，當(dāng)用頻率在直流至1000Hz范圍的電源供電時，具有低水平的可以聽見的噪聲，并在所述磁復(fù)合材料中本質(zhì)上具有磁感應(yīng)振蕩，從而使可以聽見的噪聲最小。
全文摘要
介紹了一種變換器,此變換器用于頻率從50Hz至1000Hz的低頻應(yīng)用領(lǐng)域。這種變換器包括具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形的磁芯。磁芯用包含鐵和樹脂的各向同性軟磁復(fù)合材料制成。繞組被封閉在磁芯內(nèi),環(huán)繞磁芯的中央柱設(shè)置,并與磁芯磁耦合。還介紹了一種電感器,此電感器用于從直流至1000Hz的低頻應(yīng)用領(lǐng)域。這種電感器包括具有環(huán)繞一個主旋轉(zhuǎn)軸線呈對稱圓柱形的磁芯。磁芯用包含鐵和樹脂的各向同性軟磁復(fù)合材料制成。一個繞組被封閉在磁芯內(nèi),環(huán)繞磁芯的中央柱設(shè)置,并與磁芯磁耦合。磁芯由磁芯分部組成。
文檔編號H01F27/34GK1384968SQ00814907
公開日2002年12月11日 申請日期2000年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月16日
發(fā)明者菲利普·維亞魯熱, 熱羅姆·克羅斯 申請人:塞萊姆電子技術(shù)公司