Patentzusammenfassung fürUS11430597B2: Magnetkern des Induktors und Induktor, der diesen verwendet
Dieses US-Patent ist das US-Gegenstück des zuvor zusammengefassten chinesischen Patents CN110770860B, das das gleiche Hybridmaterial-Reaktorkerndesign beschreibt.
I. Abstrakter und technischer Bereich
Die Erfindung stellt einen Induktormagnetkern und einen Induktor bereit, um Probleme wie unzureichende Raumausnutzung, große Jochgröße und das Risiko einer frühen Sättigung bei herkömmlichen Induktoren mit Metallpulverkern anzugehen.
Schlüsselstruktur: Ein Magnetkern, der aus verschiedenen Materialien besteht, um Leistung und Größe zu optimieren:
Mittlere Spalte: Hat eine höhere magnetische Sättigungsflussdichte (B1) als die Joche.
Oberes und unteres Joch: Haben eine geringere magnetische Sättigungsflussdichte (B2) als die mittlere Säule.
Hochmagnetisch-Seitensäulen mit hoher Permeabilität: Mindestens zwei Seitensäulen werden verwendet, um den magnetischen Kreis zu vervollständigen.
Vorteil: Das Design verbessert die Ausnutzung des Jochs, erreicht eine kompaktere Struktur und vereinfacht die Produktion.
II. Beschreibung und Konfiguration
A. Hintergrund
Herkömmliche Induktoren mit Metallpulverkern, die in Hochfrequenzanwendungen wie Photovoltaik-Wechselrichtern und Elektrofahrzeugen verwendet werden, verwenden entweder eine Ringinduktorstruktur (schwierig für die Massenproduktion) oder stapeln blockförmige Metallpulverkerne in einer quadratischen Form (E--Kernstil). Letzteres leidet unter einer schlechten Raumausnutzung und birgt die Gefahr einer vorzeitigen Sättigung des Jochmaterials.
B. Lösung und Konfiguration
Die Erfindung nutzt ein Material- und Struktur-Hybriddesign:
Kernkomponenten:
Mittlere Spalte (1): Material mit hoher Sättigungsflussdichte, z. B. Metallpulverkern (wie Sendust oder FeSiAl). Hier wird die Spule (5) gewickelt. An der Mittelsäule kann optional ein Luftspalt vorgesehen sein.
Oberes Joch (2) und unteres Joch (3): Material mit geringerer Sättigungsflussdichte, z. B. Ferrit.
Hochmagnetisch-Permeable Seitensäulen (4): Mindestens zwei Seitensäulen sind im Abstand zwischen den Jochen angeordnet und verbinden deren Außenkanten. Diese Säulen tragen zur Streuung des Magnetflusses bei, indem sie mehrere Pfade erzeugen, und bestehen aus Material mit einer magnetischen Permeabilität von nicht weniger als 200, wie z. B. Ferrit oder amorphem Material.
Strukturelle Integration zur Verhinderung einer Sättigung:
Die beiden Enden der Mittelsäule (1) werden in das obere Joch (2) und das untere Joch (3) eingeführt (oder durchdringen diese).
Bedingung für die entscheidende Einfügungstiefe (Anspruch 1): Das Verhältnis der Einfügungstiefe (d) zur Jochdicke (D), Dd, muss größer oder gleich B1B1−B2 sein, um zu verhindern, dass das Ferrit-Jochmaterial mit niedrigerer Sättigung vorzeitig gesättigt wird.
Induktorbaugruppe:
Der Induktor umfasst eine Spule (5), die um die mittlere Säule (1) gewickelt ist.
Die oberen und unteren Enden der Spule können isolierende Endringe haben, um die Spule von den Kernelementen zu isolieren.
Die gesamte Kernbaugruppe kann in ein Gehäuse eingeschlossen werden, das zur Integration mit Klebstoff gefüllt wird.
C. Vorteile
Verbesserte Jochnutzung: Die Verwendung eines Kerns mit hoher{0}}Sättigung (mittlere Spalte) und die Tiefe seiner Einfügung in die Joche mit niedriger-Sättigung verhindern, dass die Joche früh gesättigt werden, wodurch der Kernraum effektiv genutzt wird.
Kompakte Struktur: Die mindestens zwei Seitensäulen mit hoher-Permeabilität verteilen den magnetischen Fluss, wodurch die Jochdicke reduziert werden kann, was zu einem kompakteren Gerät führt.
Vereinfachte Produktion: Das strukturierte Design ermöglicht eine einfachere Herstellung im Vergleich zu anderen Hybrid- oder Ringdesigns.
III. Hauptansprüche
Anspruch 1 (unabhängiger Anspruch): Ein Induktor-Magnetkern, bestehend aus einem oberen Joch, einem unteren Joch, einer mittleren Säule und mindestens zwei magnetisch-permeablen Seitensäulen, dadurch gekennzeichnet, dass:
Die Mittelsäule ist zwischen den Mittelteilen der Joche angeordnet.
Auf die mittlere Säule ist eine Spule gewickelt, und die magnetische Sättigungsflussdichte der mittleren Säule (B1) ist höher als die magnetische Sättigungsflussdichte jedes Jochs (B2).
Die Seitensäulen sind zwischen den Jochen angeordnet und verbinden deren Außenkanten.
Entscheidend: Zwei Enden der mittleren Säule werden in die Joche eingeführt und das Einstecktiefenverhältnis Dd ist größer oder gleich B1B1−B2 (wobei d die Einstecktiefe und D die Jochdicke ist).
Anspruch 2: Der Kern nach Anspruch 1, wobei die beiden Enden der mittleren Säule das obere Joch und das untere Joch durchdringen.
Anspruch 3: Der Kern nach Anspruch 1, wobei die magnetische Permeabilität jeder Seitensäule nicht weniger als 200 beträgt.
Anspruch 6: Der Kern nach Anspruch 1, wobei das Material der mittleren Säule ein Metallpulverkern ist und die Jochmaterialien Ferrit sind.
Anspruch 12: Ein Induktor, der den Magnetkern des Induktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet, mit einer Spule, die auf die mittlere Säule gewickelt ist.
