Patentoversigt forUS11430597B2: Induktor magnetisk kerne og induktor ved hjælp af samme
Dette amerikanske patent er den amerikanske pendant til det tidligere opsummerede kinesiske patent CN110770860B, der beskriver det samme hybrid-materiale-reaktorkernedesign.
I. Abstrakt og teknisk felt
Opfindelsen tilvejebringer en induktormagnetisk kerne og en induktor til at løse problemer som utilstrækkelig pladsudnyttelse, stor ågstørrelse og risiko for tidlig mætning i konventionelle metalpulverkernespoler.
Nøglestruktur: En magnetisk kerne sammensat af forskellige materialer for at optimere ydeevne og størrelse:
Mellemsøjle: Har en højere mætningsmagnetisk fluxtæthed (B1) end ågene.
Øvre og nedre åg: Har en lavere mætningsmagnetisk fluxtæthed (B2) end den midterste søjle.
Høj magnetisk-permeable sidesøjler: Der bruges mindst to sidesøjler til at fuldføre det magnetiske kredsløb.
Fordel: Designet forbedrer udnyttelsen af åget, opnår en mere kompakt struktur og forenkler produktionen.
II. Beskrivelse og konfiguration
A. Baggrund
Traditionelle metalpulverkernespoler, som bruges i højfrekvente applikationer som fotovoltaiske vekselrettere og elektriske køretøjer, bruger enten en ringinduktorstruktur (vanskelig til masseproduktion) eller stabler metalpulverkerner i en firkantet form (E-kernestil). Sidstnævnte lider under dårlig pladsudnyttelse og har risiko for, at ågmaterialet mættes for tidligt.
B. Løsning og konfiguration
Opfindelsen anvender et materiale- og strukturelt hybriddesign:
Kernekomponenter:
Mellemsøjle (1): Materiale med høj mætning af fluxtæthed, f.eks. metalpulverkerne (som Sendust eller FeSiAl). Det er her spolen (5) er viklet. En valgfri luftspalte kan være tilvejebragt på den midterste søjle.
Øvre åg (2) og nedre åg (3): Materiale med lavere mætningsfluxtæthed, f.eks. ferrit.
Høje magnetisk-permeable sidesøjler (4): Mindst to sidesøjler er arrangeret i et interval mellem ågene, der forbinder deres ydre kanter. Disse søjler hjælper med at sprede magnetisk flux ved at skabe flere veje og er lavet af materiale med en magnetisk permeabilitet på ikke lavere end 200, såsom ferrit eller amorft materiale.
Strukturel integration for at forhindre mætning:
De to ender af den midterste søjle (1) indsættes i (eller trænger igennem) det øvre åg (2) og det nederste åg (3).
Kritisk indføringsdybdetilstand (krav 1): Forholdet mellem indføringsdybden (d) og ågtykkelsen (D), Dd, skal være højere end eller lig med B1B1−B2 for at forhindre, at ferritågmaterialet med lavere mætning bliver mættet for tidligt.
Induktorsamling:
Induktoren inkluderer en spole (5), der er viklet på den midterste søjle (1).
De øvre og nedre ender af spolen kan have isolerende enderinge for at isolere spolen fra kerneelementerne.
Hele kernesamlingen kan indesluttes i et hus, som er fyldt med lim for integration.
C. Fordele
Forbedret ågudnyttelse: Brugen af en høj-mætningskerne (midterste søjle) og dybden af dens indsættelse i de nederste-mætningsåg forhindrer ågene i at mætte tidligt, hvilket effektivt udnytter kernerummet.
Kompakt struktur: De mindst to sidesøjler med høj-permeabilitet fordeler magnetisk flux, hvilket gør det muligt at reducere ågtykkelsen, hvilket resulterer i en mere kompakt enhed.
Forenklet produktion: Det strukturerede design letter en enklere fremstilling sammenlignet med andre hybride eller ringformede designs.
III. Hovedkrav
Krav 1 (uafhængigt krav): En induktormagnetisk kerne, omfattende et øvre åg, et nedre åg, en midtersøjle og mindst to magnetisk-permeable sidesøjler, kendetegnet ved, at:
Den midterste søjle er anbragt mellem de midterste dele af ågene.
En spole er viklet på den midterste søjle, og den mætningsmagnetiske fluxtæthed af den midterste kolonne (B1) er højere end den mætningsmagnetiske fluxtæthed for hvert åg (B2).
Sidesøjlerne er anbragt mellem ågene og forbinder deres ydre kanter.
Afgørende: To ender af den midterste søjle indsættes i ågene, og indføringsdybdeforholdet Dd er højere end eller lig med B1B1−B2 (hvor d er indføringsdybde og D er ågtykkelse).
Krav 2: Kernen ifølge krav 1, hvor de to ender af den midterste søjle trænger gennem det øvre åg og det nedre åg.
Krav 3: Kernen ifølge krav 1, hvor den magnetiske permeabilitet af hver sidesøjle ikke er lavere end 200.
Krav 6: Kerne ifølge krav 1, hvor det midterste søjlemateriale er en metalpulverkerne, og ågmaterialerne er ferrit.
Krav 12: En induktor, der anvender den magnetiske induktorkerne ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, med en spole viklet på den midterste søjle.
