Сердечник катушки индуктивности
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в расширении эксплуатационных возможностей. Сердечник катушки индуктивности содержит проходящий вдоль оси стержневой элемент, проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом, формирующий пространство вокруг стержневого элемента для размещения обмотки между стержневым элементом и наружным элементом. Дисковый элемент со сквозным отверстием, в котором размещен стержневой элемент. Дисковый элемент представляет собой отдельный элемент от стержневого элемента и наружного элемента, предназначен для сборки со стержневым и наружным элементами. Магнитный поток проходит через стержневой элемент, пластинчатый элемент и наружный элемент. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к сердечникам катушек индуктивности.
Уровень техники
Катушки индуктивности используются в широком диапазоне вариантов применения, таких как обработка сигнала, фильтрация шума, генерирование электроэнергии, системы передачи электроэнергии и т.д. Для получения более компактных и более эффективных катушек индуктивности электропроводная обмотка катушки индуктивности может быть расположена вокруг удлиненного магнитопроводящего сердечника, то есть сердечника катушки индуктивности. Сердечник катушки индуктивности, предпочтительно, выполнен из материала, представляющего более высокую магнитную проницаемость, чем воздух, при этом сердечник катушки индуктивности может обеспечивать получение катушки индуктивности с увеличенной индуктивностью.
Сердечники катушек индуктивности доступны с большим разнообразием конструкций и материалов, при этом каждый имеет свои преимущества и недостатки. Однако ввиду возможности увеличения потребности в катушках индуктивности в разных вариантах применения все еще существует потребность в сердечниках катушки индуктивности, имеющих гибкую и эффективную конструкцию, которые могут применяться в широком диапазоне вариантов применения.
Сущность изобретения
Ввиду вышеизложенного, задача настоящего изобретения состоит в удовлетворении этой потребности. Далее будут описаны сердечники катушек индуктивности согласно первому и второму аспектам изобретения. Эти сердечники катушек индуктивности обеспечивают усовершенствование, состоящее в том, что они позволяют получать множество более специфичных конструкций сердечников катушки индуктивности, при этом каждая конструкция имеет присущие ей преимущества, но все они представляют общие преимущества при производстве и эксплуатации.
Согласно первому аспекту, предоставлен сердечник катушки индуктивности, содержащий: проходящий вдоль оси стержневой элемент, проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом, формирующий пространство вокруг стержневого элемента, для размещения обмотки между стержневым элементом и наружным элементом, пластинчатый элемент, представляющий радиальную протяженность и снабженный сквозным отверстием, при этом стержневой элемент приспособлен для прохождения в сквозное отверстие, причем пластинчатый элемент представляет собой отдельный элемент относительно стержневого элемента и наружного элемента и приспособлен для сборки со стержневым элементом и наружным элементом, при этом формируется путь магнитного потока, который проходит через стержневой элемент, пластинчатый элемент и наружный элемент.
Благодаря конфигурации элементов может быть получен путь магнитного потока с низким магнитным сопротивлением. Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом, может обеспечивать двойной эффект ограничения магнитного потока, генерируемого током, протекающим в обмотке, для сердечника катушки индуктивности и, таким образом, минимизации или, по меньшей мере, уменьшения взаимных помех с окружением, действуя как проводник потока.
Для получения пути магнитного потока с низким магнитным сопротивлением сердечники катушки индуктивности обычно выполняют из материалов, имеющих высокую магнитную проницаемость. Однако такие материалы могут легко стать насыщенными, особенно с повышенной магнитодвижущей силой. При насыщении индуктивность катушки индуктивности может уменьшаться, при этом диапазон токов, для которых пригоден сердечник катушки индуктивности, уменьшается. Известной мерой для улучшения используемого диапазона является создание барьера для магнитного потока, например, в форме воздушного зазора в части сердечника, вокруг которой расположена обмотка. Для удлиненного сердечника известного уровня техники воздушный зазор, таким образом, проходит в осевом направлении сердечника. Должным образом расположенный воздушный зазор приводит к уменьшению максимальной индуктивности. Он также уменьшает чувствительность индуктивности к текущим колебаниям. Свойства катушки индуктивности могут быть настроены при использовании воздушных зазоров разных длин.
Магнитное поле будет иметь тенденцию распространения в направлении, перпендикулярном направлению пути потока, когда магнитный поток направляется через воздушный зазор. Это распространение потока обычно упоминается как "поток рассеяния". Малый или короткий воздушный зазор будет ограничивать поле меньше, чем большой или длинный воздушный зазор. Ограничение воздушным зазором будет уменьшать магнитное сопротивление и, таким образом, увеличивать индуктивность катушки индуктивности. Однако также будут существовать вихревые токи, генерируемые в окружающем обмоточном проводе, если этот магнитный поток рассеяния изменяется со временем, и поле перекрывает конфигурацию провода. Вихревые токи в проводе будут увеличивать потери в обмотке. Конфигурация воздушного зазора известного уровня техники, следовательно, может влечь за собой потери эффективности из-за потока рассеяния в воздушном зазоре, взаимодействующем с обмоткой. Для уменьшения этих потерь следует тщательно учитывать конфигурацию обмотки в районе воздушного зазора. Дополнительно, может быть необходимо применять хорошо спроектированную конфигурацию провода, например, плоскую обмотку из фольги или многожильный провод с использованием множества жил очень тонких проводов для уменьшения этих потерь.
Конструкция сердечника катушки индуктивности согласно первому аспекту изобретения допускает отклонение от указанного выше подхода известного уровня техники. Более конкретно, она позволяет располагать барьер для магнитного потока в проходящей радиально части пути магнитного потока. Такой "радиальный барьер для магнитного потока" позволяет отделять поток рассеяния, возникающий в барьере магнитного потока, от обмоток и, таким образом, снижать относящиеся к нему потери эффективности.
"Барьер для магнитного потока" может рассматриваться как барьер, расположенный в сердечнике катушки индуктивности и представляющий радиальную протяженность по длине и магнитное сопротивление, таким образом, что барьер будет определяющим фактором для полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Следовательно, барьер для магнитного потока может также упоминаться как барьер для магнитного сопротивления.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока включает в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, который интегрирован с пластинчатым элементом и распределен по его радиальной части. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатого элемента или только его части.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет стержневой элемент и пластинчатый элемент. Благодаря применению сквозного отверстия для стержневого элемента, когда стержневой элемент проходит в сквозное отверстие, "радиальный барьер для магнитного потока" может быть легко сформирован пространством или промежутком, проходящим между сердечником и пластинчатым элементом. Такой барьер для магнитного потока может упоминаться как "радиально-внутренний барьер для магнитного потока". Благодаря расположению барьера для магнитного потока в положении, где путь магнитного потока переходит от осевого к радиальному направлению, можно достигать наличия очень малого потока рассеяния вне сердечника катушки индуктивности, так как большая часть потока рассеяния между стержневым элементом и пластинчатым элементом может возникать на внутренней части сердечника катушки индуктивности.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это обеспечивает получение устойчивой конструкции, так как путь магнитного потока в поверхностях раздела и между стержневым элементом и между пластинчатым элементом, а также пластинчатым элементом и наружным элементом направлен радиально. Вызванное магнитным потоком осевое напряжение в сердечнике катушки индуктивности, таким образом, может поддерживаться на низком уровне.
Посредством расположения наружного элемента так, что он, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент, становится возможным расположение барьера для магнитного потока между пластинчатым элементом и наружным элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет наружный элемент и пластинчатый элемент друг от друга. Такой барьер для магнитного потока может упоминаться как "радиально-наружный барьер для магнитного потока". Радиально-наружный барьер для магнитного потока и радиально-внутренний барьер для магнитного потока дают одинаковые или соответствующие преимущества. Однако радиально-наружный барьер для магнитного потока дает дополнительное преимущество, состоящее в том, что он допускает дальнейшее отделение потока рассеяния, возникающего в радиально-внешнем барьере магнитного потока, от обмоток таким образом, что связанные потери эффективности могут быть снижены.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, сердечник катушки индуктивности содержит и радиально-внутренний барьер для магнитного потока, и радиально-наружный барьер для магнитного потока. Таким образом, первый барьер для магнитного потока расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, и второй барьер для магнитного потока расположен между пластинчатым элементом и наружным элементом. Такое двойное расположение барьера в некоторых случаях может обеспечивать увеличенную гибкость конструкции. Кроме того, двойное расположение барьера позволяет уменьшать поток рассеяния вне сердечника катушки индуктивности по сравнению с применением одиночного барьера, так как каждый барьер может иметь меньшую радиальную толщину, сохраняя такое же комбинированное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока, как и одиночная конфигурация барьера. Меньшая радиальная толщина допускает меньшее отделение между соответствующими элементами, что, в свою очередь, приводит к меньшей величине потока рассеяния.
Как можно понять из указанного выше, сердечник катушки индуктивности согласно первому аспекту представляет модульную конструкцию, в которой пластинчатый элемент может быть сформирован отдельно от стержневого элемента и наружного элемента. Производство пластинчатого элемента, таким образом, может быть оптимизировано отдельно от производства других элементов. Элементы могут затем быть собраны подходящим образом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, элементы выполнены из магнитомягкого порошкового материала. Магнитомягкий порошковый материал может быть магнитомягким композитом. Магнитомягкий композит может содержать частицы магнитного порошка (например, частицы железа), снабженные электроизоляционным покрытием. Сквозное отверстие в пластинчатом элементе позволяет производить большие сердечники катушки индуктивности с применением той же величины силы сжатия или наоборот производить сердечники катушки индуктивности с размерами предшествующего уровня техники с применением меньшей силы сжатия.
Сердечник катушки индуктивности согласно первому аспекту также предлагает преимущества, относящиеся к допуску в ходе производства. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством одноосного прессования магнитомягкого порошкового материала. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством прессования магнитомягкого порошкового материала. Прессование может включать в себя уплотнение порошкового материала посредством прессования в направлении, соответствующем осевому направлению каждого соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен стенками полости матрицы. Элемент, таким образом, может быть произведен с применением одноосного прессования с намного более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении. Следовательно, произведенные элементы могут представлять размеры в радиальном направлении с высокой точностью. Это предпочтительно, так как это допускает точную посадку относительно друг друга между радиально распределенными элементами. Кроме того, радиальная протяженность барьера магнитного потока (например, определенная радиусом сквозного отверстия и радиальной протяженностью стержневого элемента или радиальной протяженностью пластинчатого элемента и радиальным размером наружного элемента) может быть точно определена, что, в свою очередь, допускает получение хорошей точности относительно индуктивности полученной катушки индуктивности. Эту степень точности было бы очень трудно достичь, производя прессованный сердечник катушки индуктивности с проходящим вдоль оси воздушным зазором.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент, наружный элемент и пластинчатый элемент представляют собой отдельные элементы, которые приспособлены для сборки и совместного формирования пути магнитного потока, проходящего через стержневой элемент, пластинчатый элемент и наружный элемент. Таким образом, каждый элемент может быть отдельно произведен подходящим образом. Элемент может быть выполнен из магнитомягкого порошкового материала, при этом элементы сердечника катушки индуктивности могут быть эффективно произведены с применением одноуровневого набора инструментов.
Модульная конструкция сердечника катушки индуктивности также позволяет получать гибридную конструкцию сердечника катушки индуктивности, когда каждый элемент может быть сформирован из наиболее подходящего материала.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, площадь магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента превышает площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента. Это может быть предпочтительно в некоторых вариантах применения. Это может быть особенно предпочтительно для некоторых гибридных конструкций. Например, стержневой элемент может быть выполнен из магнитомягкого композиционного материала, и наружный элемент может быть выполнен из феррита, такого как мягкий феррит.
Ферритовый материал может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако меньший уровень насыщения может компенсироваться благодаря площади магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента, которая больше, чем площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента. Уровень насыщения наружного элемента, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери в сердечнике катушки индуктивности могут быть уменьшены.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент выполнен из магнитомягкого порошка, и пластинчатый элемент выполнен из множества слоистых проводящих листов, проходящих в радиальном направлении. Так как стержневой элемент проходит в сквозное отверстие пластинчатого элемента, поток может эффективно передаваться между проходящим вдоль оси стержневым элементом и проходящими радиально проводящими листами пластинчатого элемента. Если он скомбинирован с размещением наружного элемента, по меньшей мере, частично окружающего пластинчатый элемент, магнитный поток может эффективно передаваться также между проводящими листами пластинчатого элемента и наружным элементом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент представляет осевой размер, который уменьшается в радиальном направлении наружу. Поскольку окружность пластинчатого элемента увеличивается вдоль радиального направления наружу, осевой размер пластинчатого элемента можно постепенно уменьшать, сохраняя ту же площадь магнитопроводящего поперечного сечения, как на поверхности раздела между пластинчатым элементом и стержневым элементом. Количество материала, требуемого для пластинчатого элемента, таким образом, можно уменьшить, не оказывая негативного влияния на эффективность.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, сквозное отверстие пластинчатого элемента представляет уменьшающийся радиальный размер вдоль направления к внешней осевой стороне пластинчатого элемента. Внешняя осевая сторона представляет собой сторону пластинчатого элемента, которая обращена в противоположном направлении от пространства обмотки между стержневым элементом и наружным элементом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент проходит полностью через сквозное отверстие. Это допускает получение большой поверхности раздела между стержневым элементом и пластинчатым элементом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент проходит через сквозное отверстие и за его пределы. Это позволяет снабжать стержневой элемент охлаждающим средством, при этом тепло, выделяемое магнитным потоком и токами в обмотке, может эффективно рассеиваться из сердечника катушки индуктивности.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент представляет собой первый пластинчатый элемент, и сердечник катушки индуктивности также содержит дополнительный или второй пластинчатый элемент. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах наружного элемента. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах стержневого элемента. Стержневой элемент, наружный элемент, первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут формировать отдельные элементы и могут быть приспособлены для сборки.
В качестве альтернативы, второй пластинчатый элемент может быть сформирован как единое целое со стержневым элементом и наружным элементом и расположен так, чтобы он проходил в радиальном направлении между стержневым элементом и наружным элементом. Это обеспечивает получение очень устойчивой конструкции.
Когда они собраны, элементы могут совместно формировать путь магнитного потока, проходящий через стержневой элемент, первый пластинчатый элемент, наружный элемент и второй пластинчатый элемент. Кроме того, элементы обеспечивают получение закрытой конструкции сердечника катушки индуктивности, эффективно экранирующего магнитный поток, генерируемый токами в обмотке, от окружающей среды.
Согласно второму аспекту, получен сердечник катушки индуктивности, содержащий: стержневой элемент, содержащий проходящую вдоль оси стержневую часть, и проходящий радиально пластинчатый элемент, сформированный как единое целое с указанной стержневой частью, при этом проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает стержневую часть, таким образом, формируя пространство вокруг стержневой части для размещения обмотки между стержневой частью и наружным элементом, при этом наружный элемент также, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент, причем стержневой элемент и наружный элемент представляют собой отдельные элементы, которые приспособлены для сборки и совместного формирования пути магнитного потока, проходящего через стержневую часть, пластинчатый элемент и наружный элемент.
Благодаря конфигурации элементов, может быть получен путь магнитного потока с относительно низким магнитным сопротивлением. Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, может ограничивать магнитный поток, генерируемый током, протекающим в обмотке, для сердечника катушки индуктивности и, таким образом, минимизировать или, по меньшей мере, уменьшать взаимные помехи с окружением, действуя как проводник потока.
Наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это обеспечивает получение устойчивой конструкции, так как путь магнитного потока на поверхности раздела между пластинчатым элементом и наружным элементом направлен радиально. Вызванное магнитным потоком осевое напряжение в сердечнике катушки индуктивности, таким образом, может поддерживаться на низком уровне. Это в комбинации со стержневой частью и добавленным пластинчатым элементом добавляет устойчивость.
Для получения пути магнитного потока с низким магнитным сопротивлением, сердечники катушки индуктивности обычно выполняют из материалов, имеющих высокую магнитную проницаемость. Однако такие материалы могут легко насыщаться, особенно при высокой магнитодвижущей силе. При насыщении индуктивность катушки индуктивности может уменьшаться, при этом диапазон токов, с которыми применяют сердечник катушки индуктивности, уменьшается. Известной мерой для улучшения используемого диапазона является создание воздушного зазора в части сердечника, вокруг которой расположена обмотка. Для удлиненного сердечника известного уровня техники воздушный зазор, таким образом, проходит в осевом направлении сердечника. Должным образом выполненный воздушный зазор приводит к уменьшению максимальной индуктивности. Однако он также уменьшает чувствительность индуктивности к текущим колебаниям. Свойства катушки индуктивности могут быть настроены с использованием воздушных зазоров, имеющих разную длину.
Магнитное поле будет иметь тенденцию распространения в направлении, перпендикулярном направлению пути потока, когда магнитный поток будет направляться через воздушный зазор. Это распространение потока обычно упоминается как "поток рассеяния". Малый или короткий воздушный зазор будет ограничивать поле меньше, чем большой или длинный воздушный зазор. Ограничение воздушным зазором будет уменьшать магнитное сопротивление потока и, таким образом, увеличивать индуктивность катушки индуктивности. Однако также будут существовать вихревые токи, генерируемые в окружающих обмоточных проводах, если этот магнитный поток рассеяния изменяется со временем, и поле перекрывает конфигурацию провода. Вихревые токи в проводе будут увеличивать потери в обмотке. Следовательно, конфигурация воздушного зазора известного уровня техники может вызывать потери эффективности из-за потока рассеяния в воздушном зазоре, взаимодействующем с обмоткой. Для уменьшения этих потерь следует тщательно принимать во внимание расположение обмотки в районе воздушного зазора. Дополнительно, может быть необходимо применять хорошо спроектированную конфигурацию провода, например, плоскую обмотку из фольги или многожильного провода с применением множества жил очень тонких проводов для уменьшения этих потерь.
Конструкция сердечника катушки индуктивности согласно второму аспекту изобретения допускает отклонение от указанного выше подхода известного уровня техники. Более конкретно, она допускает расположение барьера для магнитного потока в проходящей радиально части пути магнитного потока. Такой "радиальный барьер для магнитного потока" позволяет отделить поток рассеяния, возникающий в барьере для магнитного потока, от обмоток и, таким образом, уменьшить соответствующие потери эффективности.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока включает в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, который интегрирован с пластинчатым элементом и распределен по его радиальной части. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатого элемента или только ее части.
Согласно второму аспекту, наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает пластинчатый элемент. Это допускает расположение барьера для магнитного потока между пластинчатым элементом и наружным элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет пластинчатый элемент и наружный элемент друг от друга. Расположение барьера для магнитного потока в положении, где путь магнитного потока переходит от осевого к радиальному направлению, позволяет достигать очень небольшого потока рассеяния вне сердечника катушки индуктивности, так как большая часть потока рассеяния между стержневым элементом и наружным элементом может возникать внутри сердечника катушки индуктивности.
Сердечник катушки индуктивности согласно второму аспекту представляет модульную конструкцию, в которой стержневой элемент и наружный элемент могут быть сформированы отдельно друг от друга. Производственный процесс для каждого элемента, таким образом, может быть оптимизирован изолированно от производственных способов для другого элемента. Элементы затем могут быть собраны подходящим образом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, элементы выполнены из магнитомягкого порошкового материала. Магнитомягкий порошковый материал может быть магнитомягким композитом. Магнитомягкий композит может содержать частицы магнитного порошка (например, частицы железа), снабженные электроизоляционным покрытием.
Второй аспект также предлагает преимущества, относящиеся к допускам в ходе производства. Стержневой элемент, пластинчатый элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством одноосного прессования магнитомягкого порошкового материала. Стержневой элемент и/или наружный элемент могут быть произведены посредством прессования магнитомягкого порошкового материала. Прессование может включать в себя уплотнение порошкового материала посредством прессования в направлении, соответствующем осевому направлению соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен матрицей. Элемент, таким образом, может быть произведен с применением одноосного прессования с намного более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении. Произведенный таким образом элемент может представлять очень жесткие допуски в радиальном направлении. Это предпочтительно, так как это допускает достижение хорошей посадки между стержневым элементом и наружным элементом. Кроме того, радиальная протяженность барьера для магнитного потока (например, определяемая радиальным размером пластинчатого элемента и наружного элемента) может быть точно определена, что в свою очередь допускает получение хорошей точности индуктивности в завершенной катушке индуктивности. Эту степень точности было бы очень трудно достигнуть для сердечника катушки индуктивности с воздушным зазором, проходящим вдоль оси.
Модульная конструкция сердечника катушки индуктивности также допускает получение гибридной конструкции сердечника катушки индуктивности, в которой каждый элемент может быть сформирован из наиболее подходящего материала.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, площадь магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента вдоль пути потока превышает площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневой части. Это может быть предпочтительно для некоторых вариантов применения. Например, это может быть предпочтительно для некоторых гибридных конструкций. В качестве более конкретного примера, стержневой элемент может быть выполнен из магнитомягкого композиционного материала, и наружный элемент может быть выполнен из феррита.
Феррит может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако меньший уровень насыщения может компенсироваться посредством получения площади магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента, большей, чем площадь магнитопроводящего поперечного сечения стержневой части стержневого элемента. Уровень насыщения наружного элемента, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери сердечника катушки индуктивности могут быть уменьшены.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, пластинчатый элемент стержневого элемента представляет осевой размер, который уменьшается в радиальном направлении наружу. Поскольку окружность пластинчатого элемента увеличивается вдоль радиального направления наружу, осевой размер пластинчатого элемента может постепенно уменьшаться при сохранении такой же площади магнитопроводящего поперечного сечения, как и на переходе между стержневой частью и пластинчатым элементом. Количество материала, требуемого для сердечника катушки индуктивности, таким образом, может быть уменьшено без негативного влияния на эффективность.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, сердечник катушки индуктивности также содержит второй пластинчатый элемент. Сердечник катушки индуктивности, таким образом, содержит первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах наружного элемента. Первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент могут быть расположены на противоположных концах стержневой части. Второй пластинчатый элемент может быть сформирован как проходящий радиально выступ на стержневой части. Когда они собраны, элементы могут совместно формировать путь магнитного потока, проходящий через стержневую часть, первый пластинчатый элемент, наружный элемент и второй пластинчатый элемент. Кроме того, элементы допускают получение закрытой конструкции сердечника катушки индуктивности, эффективно экранирующей магнитный поток, генерируемый токами в обмотке, от окружения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, второй пластинчатый элемент может быть снабжен сквозным отверстием, при этом стержневая часть стержневого элемента проходит в сквозное отверстие. Наружный элемент может, по меньшей мере, частично окружать второй пластинчатый элемент. В дополнение к барьеру для магнитного потока в первом пластинчатом элементе, второй проходящий радиально барьер для магнитного потока может быть расположен во втором пластинчатом элементе. Второй барьер для магнитного потока может быть расположен между стержневым элементом и пластинчатым элементом, при этом второй барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет стержневой элемент и пластинчатый элемент. Второй барьер для магнитного потока может быть расположен между вторым пластинчатым элементом и наружным элементом, таким образом, отделяя второй пластинчатый элемент и наружный элемент.
Краткое описание чертежей
Указанные выше, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны при ознакомлении со следующим иллюстративным и не вносящим ограничений подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления изобретения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых будут применяться одинаковые ссылочные позиции для подобных элементов, если не указано иначе, на которых:
Фиг. 1 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта выполнения сердечника катушки индуктивности.
Фиг. 2 - вид сердечника катушки индуктивности в собранном состоянии.
Фиг. 3a-c - виды различных конструкций сердечника катушки индуктивности.
Фиг. 4 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности, снабженный охлаждающим средством.
Фиг. 5 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий катушку индуктивности в соответствии с альтернативным вариантом выполнения.
Фиг. 6 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий пластинчатый элемент согласно возможной конструкции.
Фиг. 7a и 7b - виды в сечении, выполненные вдоль осевого направления, иллюстрирующие барьер для магнитного потока согласно двум другим вариантам осуществления изобретения.
Фиг. 8 - вид барьера для магнитного потока согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 9 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 10 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 11 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 12 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 13 - вид сечения, выполненного вдоль осевого направления, иллюстрирующий сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта выполнения сердечника 10 катушки индуктивности, содержащего множество отдельных элементов, приспособленных для сборки. Сердечник 10 катушки индуктивности содержит проходящий вдоль оси стержневой элемент 12 и проходящий вдоль оси наружный элемент 14. Стержневой элемент 12 имеет круглое поперечное сечение. Наружный элемент 14 имеет кольцевое поперечное сечение. Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, наружный элемент 14 окружает стержневой элемент 12 в направлении внешней окружности, таким образом, формируя проходящее в радиальном и продольном направлениях пространство между стержневым элементом 12 и наружным элементом 14, при этом пространство содержит обмотку 15 (обозначенную схематично).
Сердечник 10 катушки индуктивности также содержит первый пластинчатый элемент 16 в форме кольца или диска и второй пластинчатый элемент 18 в форме кольца или диска. Каждый из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 снабжен сквозным отверстием 17, 19. Каждое из сквозных отверстий проходит вдоль оси через их соответствующие пластинчатые элементы 16, 18. Сквозные отверстия 17, 19 расположены для приема соответствующей концевой части стержневого элемента 12. Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, стержневой элемент 12 проходит в сквозные отверстия 17, 19, первого и второго пластинчатых элементов 16, 18, расположенных на противоположных концах стержневого элемента 12.
Первый и второй пластинчатые элементы 16, 18 проходят в радиальном направлении. Таким образом, первый и второй пластинчатые элементы 16, 18 каждый представляет протяжение в плоскости, которая перпендикулярна осевому направлению.
Сердечник 10 катушки индуктивности также может содержать ввод обмотки (не показан для ясности). Ввод обмотки может быть расположен, например, в наружном элементе 14 в пластинчатом элементе 16 или в пластинчатом элементе 18.
Когда сердечник 10 катушки индуктивности собран, наружный элемент 14 окружает также пластинчатые элементы 16, 18 в направлении вдоль окружности. Следовательно, поверхность раздела между наружным элементом 14 и каждым из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Кроме того, поверхность раздела между стержневым элементом 12 и каждым из первого и второго пластинчатых элементов 16, 18 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Радиус сквозных отверстий 17, 19 может быть постоянным вдоль осевого направления.
В качестве альтернативы, одно или оба сквозные отверстия 17, 19 могут иметь коническую форму. Радиус сквозных отверстий 17 и/или 19, таким образом, может уменьшаться вдоль осевого направления к концевым частям стержневого элемента 12. Соответствующие концевые части стержневого элемента 12 могут представлять соответствующую форму.
На фиг. 2 показан схематический вид в перспективе в сечении сердечника 10 катушки индуктивности в собранном состоянии. Стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18 совместно формируют путь Р магнитного потока. Путь P потока формирует замкнутый контур, проходящий через стержневой элемент 12, пластинчатый элемент 16, наружный элемент 14, пластинчатый элемент 18 и назад в стержневой элемент 12. Осевое направление совпадает с направлением пути Р потока или соответствует ему в стержневом элементе 12, то есть, в обмотке. Часть пути потока проходит радиально через пластинчатые элементы 16, 18. Как будет описано более подробно ниже, это позволяет создавать проходящий в радиальном направлении барьер для магнитного потока.
Как показано на фиг. 2, стержневой элемент 12 проходит полностью через осевую протяженность сквозных отверстий 16, 18. Однако в соответствии с альтернативной конфигурацией стержневой элемент 12 может проходить только частично через сквозные отверстия 16, 18.
Модульная конфигурация сердечника 10 катушки индуктивности позволяет формировать сердечник 10 катушки индуктивности из множества разных материалов и комбинаций материалов.
В соответствии с первый конструкцией, стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из спрессованного порошкового магнитного материала. Материал может быть магнитомягким порошком. Материал может быть ферритовым порошком. Материал может быть магнитомягким композиционным материалом. Композит может содержать частицы железа, снабженные электроизоляционным покрытием. Предпочтительно, удельное сопротивление материала может быть таково, что вихревые токи по существу подавляются. В качестве более конкретного примера, материал может быть магнитомягким композитом из семейства продуктов Somaloy (например, Somaloy® 110i, Somaloy® 130i или Somaly® С 700HR) от 
AB, S-26383 , Швеция.
Магнитомягкий порошок может быть загружен в матрицу и спрессован. Материал затем может быть термически обработан, например, посредством спекания (для порошковых материалов, таких как ферритовый порошок) или с относительно низкой температурой, чтобы не разрушать изоляционный слой между частицами порошка (для магнитомягких композитов). В ходе процесса прессования прилагают давление в направлении, соответствующем осевому направлению соответствующего элемента. В радиальном направлении размер элемента ограничен стенками полости матрицы. Таким образом, элемент может быть произведен с применением одноосного прессования с более жестким допуском в радиальном направлении, чем в осевом направлении.
Как можно видеть на фиг. 2, длина проходящей вдоль оси части пути Р потока в стержневом элементе 12 и также в наружном элементе 14 определена положениями пластинчатых элементов 16, 18 относительно стержневого элемента и наружного элемента 14. Таким образом, осевое разделение между первым пластинчатым элементом 16 и вторым пластинчатым элементом 18 определяет осевую длину пути Р потока. Любые неточности осевой длины стержневого элемента 12 и/или наружного элемента 14 в связи с указанным выше способом прессования, могут компенсироваться точным расположением пластинчатых элементов 16, 18 относительно стержневого элемента 12 и наружного элемента 14. Как будет понятно специалистам в данной области техники, намного более выполнимо точное расположение пластинчатых элементов 16, 18, чем уменьшение приемлемого диапазона производственного допуска для стержневого элемента 12 и наружного элемента 14 в осевом направлении.
Кроме того, как указано выше, интервал допуска в радиальном направлении может быть задан относительно жестким. Таким образом, также длина проходящих радиально частей пути Р потока (то есть, через пластинчатые элементы 16, 18) может быть выполнена точно. Так как индуктивность завершенной катушки индуктивности будет зависеть от полной длины пути Р потока, конструкция в соответствии сердечником 10 катушки индуктивности позволяет производить катушки индуктивности, представляющие точную индуктивность.
Жесткий допуск в радиальном направлении представляет дополнительные преимущества в том, что он допускает достижение точной посадки относительно друг друга радиально распределенных элементов 12, 14, 16, 18. Например, может быть достигнут жесткий допуск радиального размера сквозных отверстий 17, 19 и стержневого элемента 12. Это, в свою очередь, позволяет вводить барьер для магнитного потока, имеющий точно определенную радиальную протяженность в сердечнике 10 катушки индуктивности, в пластинчатых элементах 16, 18. Различные конфигурации барьера магнитного потока будут описаны ниже.
Согласно второй конструкции, стержневой элемент 12 и наружный элемент 14 могут быть выполнены из магнитомягкого порошкового материала любого из типов, указанных в связи с первой конструкцией. Пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из множества проводящих и слоистых листов, проходящих в радиальном направлении, например, из слоистой листовой стали, при этом листы расположены перпендикулярно осевому направлению. Ламинирование может осуществляться посредством расположения слоя электрического сопротивления между двумя смежными листами. Преимущества, относящиеся к допуску, обсужденные в связи с первой конструкцией, применимы также к этой конструкции.
Согласно третьей конструкции, стержневой элемент 12 может быть выполнен из магнитомягкого композита. Пластинчатые элементы 16, 18 могут быть выполнены из магнитомягкого порошкового материала любого из типов, обсужденных в связи с первой и второй конструкцией. Наружный элемент 14 может быть выполнен из феррита. Предпочтительно, феррит может быть мягким ферритовым порошком. В ходе производства наружный элемент 14 может быть сформирован посредством прессования и спекания феррита, при этом, наружный элемент 14, таким образом, формирует спеченную прессованную ферритовую деталь. Наружный элемент 14 может представлять магнитопроводящее поперечное сечение, которое больше магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента 12. Ферритовый материал может представлять более высокую проницаемость и меньшие потери на вихревые токи, чем магнитомягкий композит, но также и меньший уровень насыщения. Однако в этом случае меньший уровень насыщения компенсируется увеличенной площадью магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента 14. Уровень насыщения наружного элемента 14, таким образом, может быть увеличен, при этом полные потери в сердечнике катушки индуктивности можно будет уменьшить. Преимущества, относящиеся к допуску, описанные в связи с первой и второй конструкцией, применимы также к этой конструкции.
Возможны другие варианты этих трех конструкций, например, стержневой элемент 12 из магнитомягкого порошкового материала, пластинчатые элементы 16, 18 из слоистых листов и наружный элемент из феррита.
Как показано на фиг. 3a-c, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиальный барьер для магнитного потока.
Как показано на фиг. 3a, радиальный размер сквозного отверстия 17 и 19 может быть больше радиального размера частей стержневого элемента 12, принимаемых сквозными отверстиями 17, 19. Радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока, таким образом, может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16. Соответственно, радиально-внутренний барьер 22 для магнитного потока может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 18. Барьеры 20, 22 формируют кольцеобразные промежутки. Промежутки проходят вдоль оси и радиально между внутренней проходящей вдоль оси и вдоль окружности граничной поверхностью сквозного отверстия 17, 19 каждого соответствующего пластинчатого элемента 16, 18 и проходящей вдоль оси и вдоль окружности граничной поверхностью стержневого элемента 12.
Посредством указанных выше жестких радиальных интервалов допуска, доступных для прессованных компонентов, может быть очень точно определена радиальная протяженность промежутков и, таким образом, магнитное сопротивление каждого барьера для магнитного потока.
Промежутки могут быть заполнены воздухом, при этом барьер 20 для магнитного потока и барьер 22 для магнитного потока каждый включает в себя воздушный зазор. В качестве альтернативы, промежутки могут быть заполнены материалом, представляющим значительно уменьшенную магнитную проницаемость по сравнению с элементами, формирующими путь магнитного потока. Термин "достаточно уменьшенный" может рассматриваться таким образом, что радиальная протяженность материала, имеющего значительно уменьшенную магнитную проницаемость, будет определяющим фактором для полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Для примера, материал может быть пластмассовым материалом, резиновым материалом или керамическим материалом. Следовательно, каждый барьер 20, 22 для магнитного потока может включать в себя кольцеобразный элемент, выполненный из материала, представляющего достаточно уменьшенную магнитную проницаемость и расположенного между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16 и пластинчатым элементом 18, соответственно. Стержневой элемент 12, таким образом, может проходить через кольцеобразные элементы. Кольцеобразные элементы могут быть прикреплены к стержневому элементу и пластинчатому элементу 16 и 18, соответственно, например, посредством склеивания и т.п.
В качестве альтернативы, барьер для магнитного потока может не снабжаться обоими пластинчатыми элементами 16, 18, но сердечник 10 катушки индуктивности может содержать только барьер 20 для магнитного потока.
Как показано на фиг. 3b, внутренний радиальный размер наружного элемента 14 может быть больше радиального размера пластинчатых элементов 16, 18. Радиально-наружный барьер 24 для магнитного потока, таким образом, может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 16 и наружным элементом 14. Соответственно, радиально-наружный барьер 26 для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 18 и наружным элементом 14. Промежуток может быть заполнен воздухом или некоторым другим материалом, представляющим значительно уменьшенную магнитную проницаемость.
Как показано на фиг. 3c, радиальный размер сквозного отверстия 17 и 19 может быть больше радиального размера частей стержневого элемента 12, принимаемых сквозными отверстиями 17, 19. Дополнительно, внутренний радиальный размер наружного элемента 14 может быть больше радиального размера пластинчатых элементов 16, 18. Таким образом, барьер 28a для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 16 и наружным элементом 14, и барьер для магнитного потока 28b может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 16. Соответственно, барьер 30a для магнитного потока может быть расположен в промежутке между пластинчатым элементом 18 и наружным элементом 14, и барьер 30b для магнитного потока может быть расположен в промежутке между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 18.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, барьер для магнитного потока может быть интегрирован с пластинчатыми элементами 16, 18. Например, проходящая радиально и вдоль окружности часть каждого пластинчатого элемента 16, 18 может включать в себя материал уменьшенной магнитной проницаемости, таким образом, формируя кольцеобразные барьеры для магнитного потока. Длина радиальной части может соответствовать полной радиальной протяженности пластинчатых элементов 16, 18 или только их части. Например, кольцеобразная часть каждого пластинчатого элемента 16, 18 может быть снабжена множеством отверстий или малых объемов, заполненных воздухом или другим материалом, представляющим уменьшенную магнитную проницаемость.
Следует отметить, что сердечник 10 катушки индуктивности может быть снабжен комбинацией указанных выше барьеров для магнитного потока. Например, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока на одном осевом конце и радиально-наружный барьер 26 магнитного потока на противоположном осевом конце. Согласно другому примеру, сердечник 10 катушки индуктивности может содержать радиально-внутренний барьер 20 для магнитного потока на одном осевом конце и пластинчатый элемент 18 с интегрированным барьером для магнитного потока на другом конце.
Согласно альтернативному варианту конструкции, стержневой элемент и пластинчатый элемент могут быть расположены в контакте друг с другом. Пластинчатый элемент может быть расположен таким образом, что площадь поверхности контакта со стержневым элементом меньше площади поперечного магнитопроводящего сечения стержневого элемента. Таким образом, увеличенное магнитное сопротивление может быть получено на переходе между стержневым элементом и пластинчатым элементом. Таким образом, барьер для магнитного потока может быть сформирован на переходе между стержневым элементом и пластинчатым элементом. На фиг. 7a, 7b и 8 показаны различные варианты осуществления изобретения, включающие в себя такой барьер для магнитного потока.
Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 7а, пластинчатый элемент 34 и стержневой элемент 12 расположены в контакте друг с другом. Радиальный размер сквозного отверстия соответствует радиальному размеру части стержневого элемента 12, принимаемого сквозным отверстием. Пластинчатый элемент 34 включает в себя кольцеобразный паз 36. Радиальное и круговое сечение пластинчатого элемента 34, таким образом, демонстрирует уменьшенную осевую толщину по сравнению с другими частями пластинчатого элемента 34.
В сквозном отверстии находится сечение уменьшенной осевой толщины. Сечение уменьшенной осевой толщины расположено в переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Паз 36 уменьшает площадь поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Таким образом, магнитное сопротивление на поверхности раздела или переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34 может быть увеличено таким образом, что формируется барьер для магнитного потока. Паз 36 может быть конфигурирован таким образом, чтобы сделать площадь поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34 меньше площади поперечного магнитопроводящего сечения стержневого элемента 12. Таким образом, барьер для магнитного потока может быть сформирован в переходе между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 34. Паз 36 может представлять такую осевую глубину и радиальную протяженность, что может быть получен барьер для магнитного потока, обеспечивающий желательное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Осевая глубина паза 36 может быть такова, что магнитное насыщение происходит в зоне стержневого элемента 12 на поверхности раздела. Осевая глубина паза 36 может быть такова, что магнитное насыщение происходит в зоне пластинчатого элемента 34 на поверхности раздела. Сердечник катушки индуктивности, таким образом, может применяться в конфигурации сердечника дросселя переменной индуктивности.
Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 7b, пластинчатый элемент 38 может включать в себя паз 40, представляющий постепенно увеличивающуюся осевою глубину вдоль направления к стержневому элементу 12.
Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 8, пластинчатый элемент 42 включает в себя три паза 44, 46, 48, расположенных на поверхности раздела между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Следует отметить, что пластинчатый элемент может включать в себя любое количество пазов, например, один, два или больше трех. Пазы равномерно распределены вдоль круговой поверхности раздела между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Каждый паз уменьшает протяженность вдоль окружности поверхности контакта между стержневым элементом 12 и пластинчатым элементом 42. Пластинчатый элемент 42 сцепляется со стержневым элементом 12 вдоль трех дугообразных сегментов. Пазы 44, 46, 48 могут представлять протяженность вдоль окружности таким образом, что может быть получен барьер для магнитного потока, обеспечивающий желательное пополнение полного магнитного сопротивления пути магнитного потока. Протяженность вдоль окружности каждого паза 44, 46, 48 может быть таковой, что магнитное насыщение происходит в области стержневой части 12 на поверхности раздела. Протяженность вдоль окружности каждого паза 44, 46, 48 может быть таковой, что магнитное насыщение происходит в области пластинчатого элемента 42 на поверхности раздела.
Благодаря выполнению сквозных отверстий (например, сквозных отверстий 17, 19) в пластинчатых элементах (например, 16, 18), становится возможным иметь стержневой элемент 12, проходящий через сквозные отверстия и за их пределы на одной или обеих осевых сторонах сердечника катушки индуктивности. Части стержневого элемента 12, выступающие из сквозных отверстий, могут быть соединены с охлаждающим средством, и при этом может достигаться эффективное охлаждение.
На фиг. 4 показано одно такое охлаждающее устройство, в котором выступающие концевые части 12a и 12b стержневого элемента 12 взаимодействуют с охлаждающими средствами 31 и 32, соответственно. Охлаждающие средства 31 и 32, например, могут представлять собой теплопроводный блок, в который может рассеиваться тепло Н стержневым элементом 12. Предпочтительно, охлаждающие средства 31, 32 сформированы в материале, имеющем меньшую магнитную проницаемость, чем материал, формирующий стержневой элемент 12, пластинчатые элементы 16, 18 и наружный элемент 14, такой, что взаимная помеха с путем магнитного Р потока минимизирована. Для примера охлаждающие средства 31, 32 могут каждый быть блоком алюминия.
В качестве альтернативы, может применяться односторонняя охлаждающаяся конфигурация в противоположность указанной выше двусторонней охлаждающейся конфигурации. В такой односторонней охлаждающейся конфигурации стержневой элемент 12 может проходить через и наружу только одного из пластинчатых элементов, например, пластинчатого элемента 16, при этом выступающая концевая часть 12a может взаимодействовать с охлаждающим средством.
Согласно возможной конструкции, только первый пластинчатый элемент 16 из двух пластинчатых элементов включает в себя сквозное отверстие 17, при этом второй пластинчатый элемент может быть конфигурирован как крышка для сердечника 10 катушки индуктивности, таким образом, смежная вдоль оси с противостоящей торцевой поверхностью стержневого элемента 12.
На фиг. 6 показан пластинчатый элемент 16’ в альтернативном варианте осуществления изобретения. Пластинчатый элемент 16’ представляет осевой размер, который уменьшается вдоль радиального направления наружу. Площадь магнитопроводящего поперечного сечения пластинчатого элемента 16' является функцией радиального положения вдоль радиуса пластинчатого элемента 16’. Для дискообразного пластинчатого элемента 16’ площадь составляет:
А(r)=T(r)*2TTr,
где T(r) является осевым размером пластинчатого элемента 16’ в радиальном положении r для r, которое больше радиального размера сквозного отверстия. Пластинчатый элемент 16’, таким образом, может представлять уменьшенный осевой размер, при сохранении (r) постоянным. Вес пластинчатого элемента 16’, таким образом, можно будет уменьшить, не оказывая негативного влияния на площадь магнитопроводящего поперечного сечения. Предпочтительно, А(r) соответствует площади магнитопроводящего поперечного сечения стержневого элемента 12 и/или наружного элемента 14.
На фиг. 5 показан сердечник 10' катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения. Однако сердечник 10' катушки индуктивности, подобно описанному выше сердечнику 10' катушки индуктивности, отличается тем, что он содержит второй дискообразный пластинчатый элемент 18', сформированный как единое целое со стержневым элементом 12. Согласно этому альтернативному варианту осуществления изобретения, стержневой элемент 12, таким образом, содержит проходящую вдоль оси стержневую часть 12', включающую в себя на одном конце второй пластинчатый элемент 18', сформированный как выступ, проходящий радиально и вдоль окружности. Противоположный конец стержневой части 12' проходит в сквозное отверстие 17 пластинчатого элемента 16. Наружный элемент 14 окружает пластинчатый элемент 16, стержневую часть 12' и пластинчатый элемент 18' в направлении внешней окружности. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 18' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Эта поверхность раздела позволяет образовать радиально проходящий барьер для магнитного потока между наружным элементом 14 и пластинчатым элементом 18', таким же образом, как показано на фиг. 3b. В качестве альтернативы или дополнительно, барьер для магнитного потока может быть интегрирован с пластинчатым элементом 18', как описано относительно сердечника 10 катушки индуктивности.
В случае необходимости, стержневая часть 12' может проходить через сквозное отверстие 17 пластинчатого элемента 16 и за его пределы, при этом часть стержневой части 12', выступающая из сквозного отверстия 17', может взаимодействовать с охлаждающим средством, как описано выше относительно фиг. 4. Благодаря применению стержневого элемента 12, пластинчатого элемента 16 и наружного элемента 14, как отдельных компонентов, получен модульный сердечник 10' катушки индуктивности. Модульная конфигурация позволяет формировать сердечник 10’ катушки индуктивности из множества разных материалов и комбинаций материалов аналогично сердечнику 10 катушки индуктивности.
Подобно сердечнику 10 катушки индуктивности, осевое разделение между пластинчатым элементом 16 и пластинчатым элементом 18' сердечника 10' катушки индуктивности определяет осевую длину пути Р потока. Кроме того, допуск в радиальном направлении может быть выполнен относительно жестким для пластинчатого элемента 16 и 18' также при изготовлении посредством прессования. Подобно сердечнику 10 катушки индуктивности, сердечник 10' катушки индуктивности, следовательно, также позволяет производить катушки индуктивности, представляющие точную индуктивность.
Хотя выше сердечник 10' катушки индуктивности был описан как альтернатива сердечнику 10 катушки индуктивности, сердечник 10' катушки индуктивности, содержащий стержневой элемент 12, включающий в себя стержневую часть 12' и пластинчатый элемент 18', может быть расценен как независимая концепция изобретения.
Выше концепция изобретения была главным образом описана со ссылками на несколько вариантов осуществления изобретения. Однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, возможны другие варианты осуществления изобретения кроме описанных выше, одинаково находящиеся в рамках объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
Например, согласно указанным выше сердечникам 10, 10' катушки индуктивности были описаны представляющие цилиндрическую конфигурацию. Однако идея изобретения не ограничена этой конфигурацией. Например, стержневой элемент 12, наружный элемент 14 и пластинчатые элементы 16, 18, 18' могут представлять овальное, треугольное, квадратное или многоугольное поперечное сечение.
Выше были описаны сердечники катушки индуктивности, включающие в себя элементы (например, элементы 12, 14, 16, 18), сформированные как единое целое. В соответствии с альтернативным вариантом выполнения, по меньшей мере, один из стержневого элемента, наружного элемента, первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента могут быть сформированы, по меньшей мере, из двух частей, которые приспособлены для сборки и совместного формирования элемента. Это позволяет создавать более крупные элементы и, следовательно, также создавать более крупные катушки индуктивности. Это может быть особенно предпочтительно для катушки индуктивности, включающей в себя, по меньшей мере, один элемент, который выполнен из магнитомягкого порошкового материала, в котором, в противном случае, размеры элемента были бы ограничены максимальной силой сжатия, которую способен прилагать прессовый инструмент.
Например, элемент (например, стержневой элемент, наружный элемент, первый пластинчатый элемент или второй пластинчатый элемент) может включать в себя первую и вторую часть. Первая часть может соответствовать первому угловому сечению элемента, и вторая часть может соответствовать второму угловому сечению элемента. В качестве альтернативы, первая часть может соответствовать первому осевому сечению элемента, и вторая часть может соответствовать второму осевому сечению элемента. В любом случае, первая и вторая часть могут быть приспособлены для сборки и совместного формирования элемента. Первая часть может включать в себя выступающую часть, и вторая часть может включать в себя соответствующую принимающую часть, при этом части приспособлены для взаимного сцепления. В качестве альтернативы, части могут быть собраны посредством склеивания частей. Следует отметить, что элемент может включать в себя больше, чем две части, например, три части, четыре части и т.д.
На фиг. 9 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий стержневой элемент 12, включающий в себя стержневую часть 12', наружный элемент 14, первый пластинчатый элемент 16’ и второй пластинчатый элемент 18'. Обмотка 15, расположенная вокруг стержневой части 12', обозначена схематично. Первый пластинчатый элемент 16' сформирован как единое целое со стержневой частью 12'. Второй пластинчатый элемент 18' сформирован как единое целое со стержневой частью 12'. Первый пластинчатый элемент 16' расположен на одном осевом конце стержневой части 12'. Второй пластинчатый элемент 18' расположен на противоположном осевом конце стержневой части 12'. Первый пластинчатый элемент 16' и второй пластинчатый элемент 18', таким образом, сформированы как проходящие радиально и вдоль окружности выступы на стержневой части 12'. Наружный элемент 14 окружает стержневую часть 12', первый пластинчатый элемент 16' и второй пластинчатый элемент 18' в направлении внешней окружности. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 16' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Поверхность раздела между пластинчатым элементом 18' и наружным элементом 14 проходит вдоль окружности и вдоль оси. Эти поверхности раздела позволяют образовать барьер для магнитного потока между наружным элементом 14 и одним или обоими пластинчатыми элементами 16' и 18'.
На фиг. 10 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, который подобен варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 5, однако отличается тем, что второй пластинчатый элемент 18' представляет радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена к второму пластинчатому элементу 18'.
На фиг. 11 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором также присутствует пластинчатый элемент 16 с радиальной протяженностью, превышающей внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Одна осевая оконечная поверхность наружного элемента 14, таким образом, обращена к первому пластинчатому элементу 16, и другая осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена ко второму пластинчатому элементу 18’.
На фиг. 12 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, который подобен варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 1, однако отличается тем, что первый пластинчатый элемент 16 представляет радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 обращена к первому пластинчатому элементу 16. Также второй пластинчатый элемент 18 может представлять радиальную протяженность, превышающую внутренний радиальный размер наружного элемента 14. Другая осевая оконечная поверхность наружного элемента 14 тогда может быть обращенной ко второму пластинчатому элементу 18. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 12, барьер для магнитного потока может быть расположен между стержневым элементом 12 и одним или обеими из пластинчатых элементов 16 и 18, как описано выше.
На фиг. 13 показан сердечник катушки индуктивности согласно другому варианту осуществления изобретения, содержащий стержневой элемент 12, наружный элемент 14, первый пластинчатый элемент 16 и второй пластинчатый элемент 18. Второй пластинчатый элемент 18 сформирован как единое целое со стержневым элементом 12 и наружным элементом 14. Второй пластинчатый элемент 18 проходит в радиальном направлении между стержневым элементом 12 и наружным элементом 14.
1. Сердечник катушки индуктивности, содержащий:
проходящий вдоль оси стержневой элемент,
проходящий вдоль оси наружный элемент, по меньшей мере, частично окружающий стержневой элемент, таким образом формируя пространство вокруг стержневого элемента для размещения обмотки между стержневым элементом и наружным элементом,
первый пластинчатый элемент, выполненный в форме кольца или диска и снабженный сквозным отверстием, при этом стержневой элемент расположен таким образом, что он проходит в сквозное отверстие первого пластинчатого элемента,
второй пластинчатый элемент, выполненный в форме кольца или диска и снабженный сквозным отверстием, при этом стержневой элемент расположен таким образом, что он принимает концевую часть стержневого элемента,
при этом первый пластинчатый элемент и второй пластинчатый элемент расположены на противоположных концах наружного элемента,
причем первый пластинчатый элемент, второй пластинчатый элемент, стержневой элемент и наружный элемент представляют собой отдельные элементы, которые приспособлены для сборки и вместе формируют путь магнитного потока, который проходит через стержневой элемент, первый пластинчатый элемент, второй пластинчатый элемент и наружный элемент, и
причем по меньшей мере один из стержневого элемента, наружного элемента, первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента сформирован из магнитомягкого порошкового материала и из по меньшей мере двух частей, которые приспособлены для сборки и вместе формируют упомянутый элемент.
2. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, дополнительно содержащий барьер для магнитного потока, расположенный в проходящей радиально части указанного пути магнитного потока, причем барьер для магнитного потока расположен между стержневым элементом и первым пластинчатым элементом, при этом барьер для магнитного потока, таким образом, отделяет стержневой элемент и первый пластинчатый элемент.
3. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает первый пластинчатый элемент.
4. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором наружный элемент, по меньшей мере, частично окружает первый пластинчатый элемент, и сердечник катушки индуктивности дополнительно содержит барьер для магнитного потока, расположенный между первым пластинчатым элементом и наружным элементом, при этом барьер для магнитного потока таким образом отделяет наружный элемент и первый пластинчатый элемент друг от друга.
5. Сердечник катушки индуктивности по п. 4, дополнительно содержащий дополнительный барьер для магнитного потока, расположенный между стержневым элементом и первым пластинчатым элементом, при этом барьер для магнитного потока таким образом отделяет стержневой элемент и первый пластинчатый элемент друг от друга.
6. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, дополнительно содержащий барьер для магнитного потока, расположенный в проходящей радиально части указанного пути магнитного потока.
7. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором стержневой элемент выполнен из магнитомягкого порошкового материала.
8. Сердечник катушки индуктивности по п. 7, в котором первый пластинчатый элемент выполнен из магнитомягкого композита.
9. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором первый пластинчатый элемент выполнен из множества слоистых проводящих листов, проходящих в радиальном направлении.
10. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором наружный элемент выполнен из феррита.
11. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором площадь магнитопроводящего поперечного сечения наружного элемента превышает магнитопроводящую площадь сечения стержневого элемента.
12. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, в котором стержневой элемент и первый пластинчатый элемент расположены в контакте друг с другом, причем первый пластинчатый элемент расположен таким образом, что площадь поверхности контакта со стержневым элементом меньше площади поперечного магнитопроводящего сечения стержневого элемента.
13. Сердечник катушки индуктивности по п. 12, в котором радиальное и круговое сечение первого пластинчатого элемента обладает уменьшенной осевой толщиной по сравнению с другими частями упомянутого пластинчатого элемента, причем упомянутое сечение расположено в сквозном отверстии первого пластинчатого элемента.
14. Сердечник катушки индуктивности по п. 1, дополнительно содержащий охлаждающее средство, причем стержневой элемент выполнен с возможностью проходить через сквозное отверстие первого пластинчатого элемента и за его пределы, при этом выступающая концевая часть стержневого элемента взаимодействует с упомянутым охлаждающим средством.
