电磁组件、形成该电磁组件的芯部件以及它们的制造方法

专利名称：电磁组件、形成该电磁组件的芯部件以及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁组件、形成该电磁组件的芯部件(core segments)以及它们的制造方法。
背景技术：
由陶瓷材料，比如Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体和其它软磁性4失 氧体组合物，以及由粉末金属合金，比如Fe、Fe-Al-Si、Fe-Co、Fe-Co-V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni-Fe、 Ni-Fe-Mo和其它软磁性合金制成的软 磁芯已经商业化数十年之久。新近，通过多种快速固化技术制成并通 过雾化或粉碎缩小为粉末形式的非晶体和纳结晶的软磁性合金也变得 在市场上可买到。单件芯，比如环形芯(圆环)现有的尺寸达到大约 150mm直径。超过150mm直径的尺寸对于生产来i兌不经济，因为需 要非常大的高吨位压力机将陶瓷或金属粉末固结成所需的形状。市场 上可买到的能够超过1000吨的压制力的压力机是罕见的且购买和运 转都很昂贵。将许多软磁性粉末，比如具有很低延伸性的Fe-Si和 Fe-AI-Si粉末固结所需的典型压制压力可达到150吨每平方英寸(tsi) (2068MPa)，以便达到高的目标密度。高密度对于任何给定材料完全 产生最佳磁性是很重要的，而压制压力的减小会导致劣质的芯性能。
例如，要求150tsi( 2068MPa)压力用于压实粉末的1000化压力 机将限制于6.67平方英寸(43.03cm2)(即，1000化除以150 tsi (2068MPa))的压制面积上。压制面积大于6.67平方英寸(43.03cm2) 将导致较低的压力而使芯的性能下降。例如， 一种商业上合格的以150 tsi( 2068MPa )制成的软磁芯压制面积是外径(OD )大约3.36"( 8.53cm ) 和内径(ID)大约1.68" (4.27cm)的圆环，OD与ID之比为2:1是 圆环的通常比例。制造此部分的典型粉末压制模具包括圆筒形模腔；中心芯棒(固态圆柱体)，其位置平行于圆筒形开口的轴线，且处于开
口的中心从而形成环形空腔；具有紧密配合模腔的环形横截面的下凸 模；以及具有与下凸模相同环形横截面的上凸模。这四件工装通过固 定到共用结构上而保持正确对准，该共用结构称为成套工具，并且该 成套工具设有外部连接点，以装入适合的成形压力机中。成套工具使
上凸模和下凸模能在模腔内纵向移动并且也使上凸模能垂直移动，脱 离与模具的结合，以便在每次压制循环中，使排空空腔暴露而能将粉
末导入空腔中。 一旦充满粉末，上凸模再次进入环形空腔并将粉末压 缩成固体形式。因此，为了确定在压力机上能够制造的最大芯尺寸， 要将压力机能够产生的最大力除以上凸模环形表面的横截面。
除了圆环形状之外，通常采用配对的芯，典型的是E形构型。用 于配对的其它芯可以成形为对应于字母U、 I和C的形状。与具有封 闭磁路的圆环不同，E、 U、 I和C形芯是开端的，因此通常需要与另 一个芯配合，该配合为开端对开端，以形成封闭的^兹路。E-对-E、 E-对-I、 U-对-U、 U-对-I、 C-对-C和C-对-I芯对也是常见的。使用1000 吨压力机和150 tsi ( 2068MPa )压力极限，具有典型比例的E-芯的普 通构型会局限于大约4.75英寸(12.07cm)长和2.37英寸(6.02cm ) 高，或大约6.67平方英寸(43.03cm2)的尺寸。
在又一个示例中，单独被用做磁性装置的开端E、 U、 I或C芯同 样会局限于与上述配对相同的尺寸极限，因为每个半芯，无论是否用
作配对，都是单独压制的。
在另一示例中，将压制压力减小到40tsi(552MPa)，用于较延性 材料，比如铁粉的典型压制压力，并且继续使用IOOO吨压力机，可提 供大约6.50英寸(16.51cm ) OD和3.25英寸(8.26cm ) ID的最大单 件圆环尺寸。
如果使用更普通和经济的压力机，比如能力只有400至750吨压 紧力的那些压力机，就会对最大芯尺寸产生更加约束性的限制。
电路设计者因此会在由这些材料制作获得的芯尺寸上受限。为比 较举例说明，超出本文提出那些示例尺寸的大型磁芯是市场上可买到的由合金，比如Fe、 Fe-Si、 Fe-Co、 Fe-Co-V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Ni-Fe 和Ni-Fe-Mo制成，它们已巻成薄带。这些芯称为带绕芯，并且是通 过在所需形状的预成形件或心轴上组成磁带的多重缠绕制成的。最常 见的带绕芯是圆环、椭圆环或矩形，或为数个圆环或椭圆形式，它们 被组装而形成E-芯形状。这些芯制造大尺寸劳动强度大并且具有其它 重大缺点而限制它们的使用。它们可以被限制于以较低频率使用，典 型的是小于100KHZ,这是由于与带厚有关并成比例地高涡流电流损 耗。为减少涡流电流损耗，可以减小带厚，但是实际下限为大约0.0005 英寸(0.0013cm)。低至0.0000125英寸(0.0000318cm )的更薄厚度 在市场上可以买到，但是极其昂贵，并且用这种精密的材料制造大芯 是不切实际的。以很薄的厚度制作连续长度的长带而且还要足够宽以 制造所需最终尺寸的磁芯既困难又昂贵。另外，带的每一圏都有层间 隙，其无法减少至零；在行业中称为"占空系数"。由0.0005"( 0.0013cm ) 厚的带制成的芯的典型占空系数为60%。因此，芯必须基本上大于缠 绕物厚度的算术和，从而导致磁芯对于任何给定的功率输出可能增大 50%。
带绕芯还被局限于某些金属合金，它们的延伸性使能通过滚轧加 工成带形，或可以直接铸造成最终规格厚度。陶瓷磁性材料不能形成 带，因此不能在绕带构型中使用。
当应用中要求芯大于那些市场上可买到的时，电路设计者则采取 将较小的圆环、E、 U、 I或C芯叠层在一起。这种方法具有的益处有 限，因为芯的绕组横截面、线圏所在的区域，不因为叠层而增加，因 此限制了这样的叠片组能产生的额外功率数量。例如，圆环具有由芯 中孔的尺寸限定的绕组面积。上下相互叠置的多个圆环将会几何增加 磁性材料的横截面，这样能传输更多功率，而孔的直径保持不变。因 为功率(p)等于电压(v)乘以电流(1)，并且因为任何给定电路都 被限制成以其特定的设计电压水平运行，更多的功率只能通过增加绕 组中的电流产生。因此，任何所需输出绕組中的电流与芯的横截面成 正比。然而，更高的电流密度需要更粗直径的金属线来防止过热和过多的电磁损耗，而圆环叠片组中的孔将限制金属线尺寸和能缠绕的金 属线匝数。因此，在建造大功率感应器时叠层芯的实用价值是有限的。 可替换的是，上述材料的简单正方形或矩形部件可以叠层和粘接
在一起，以制造较大的芯形状。在国际出版物WO 2005/041221 Al中 公开了这种作法的 一 个示例。这种方法将组件限制为基本形状而且必 须依赖组装元件的技术人员，以获得部件的所需对准。涂布在部件之 间的未固化粘结剂可起到润滑剂的作用，所以将部件夹在 一起固化是 不筒单的任务。需要小心地用夹具固定或对准元件直至粘结剂固化， 以确保不仅部件对齐，而且部件之间的间隙是均匀和受控制的。如果 元件之间的间隙过大，组件的电感则会减小，而如果组件和组件之间 的间隙宽度变化过大，则电性能将有过度的变化。这种效应在等式1 中给予了说明
He=H。/ (1+ (间隙/le) n。)等式1
式中，p。为单个部件的磁导率，le为组件的磁路长度，"间隙"为 元件之间的间隙长度之和，He为组件的有效磁导率。如果粘结剂(胶 层)产生的间隙过度变化，组装好的芯的电性能将是不合格的。根据 磁性部件的磁导率，由胶层厚度变化导致的气隙会对最终组件的有效 磁导率具有很大影响。应用等式1，对于典型的感应器材料(磁导率
60)和典型的变压器材料(磁导率2500)的有效磁导率的变化在图1 和2中示出。
在感应器应用中，需要低磁导率材料。低磁导率材料是通过采用 粉状软磁性金属合金并用非磁性涂层涂覆微粒制成的。实际上，这在 粉末被压制成所需形状之后会在微粒之间产生大量很小的气隙。为感 应器应用而选择的芯通常具有300或更小的磁导率。例如，很多感应 器使用60-磁导率材料，如果由胶层的厚度生成的、围绕磁路长度的 所有气隙的总和小至0.5mm，则此材料使其有效磁导率降低近8%。 按照国际出版物WO 2005/041221 Al的论述将会自然地导致多重气隙 的引入。对市场上可买到的感应器芯的研究显示，保证的电感值通常 是额定值的+/-8%至+/-12%。例如，Spang & Company, Pittsburgh,PA的分部Magnetics 乂>开了他们的molypermalloy ( Fe-Ni-Mo )和 High Flux( Fe-Ni )合金为+/-8%容差，以及他们的Kool Mu ( Fe-Al-Si) 60-磁导率材料为+/-12%容差。这些公布的容差包括正常的加工变化， 比如(i)预压实粉末的颗粒尺寸分布，(ii)通常涂布在这些粉末上的 非磁性涂层的厚度变化，(iii)制造过程中合金的化学变化，以及(iv) 在压制操作过程中粉末填量的变化。再有另一个变化根源的引入，即
具有太宽范围的电感值，从而将在市场中没有竟争力。对感应器芯增 加容差的任何工艺都是不希望有的，这是出于一个或多个原因l)绕 线芯的电感与金属线的匪数的平方成正比(见等式2); 2)感应器通 常被缠绕到非常特定的电感值；和3)在逐个芯的基础上定制线的匝 数来调节由于可变气隙尺寸而导致的电感变化是不经济的。随着避免 前述的加工变化，无论材料的组成或是组装技术对于充分形成每种材 料的电磁性能都是很重要的。图3、 4、 5和6示出在降低压力下压制 粉状软磁性材料的有害结果。为举例说明，在这些图中使用了典型的 铝硅铁粉合金(Fe-Al-Si组份)。在感应器应用中所用的其它磁性材料 会显示出类似的趋势，如果它们在低于使它们的电磁性能最优化的压 力下被压制。
在要求高电感的变压器应用中，选择象铁氧体这样的材料是因为 它们相对高的磁导率，其范围为大约500到大约20,000。材料的磁导 率直接影响芯组件的电感，如等式2中所述的，式中，L为芯的电感 (以亨利计)，N为芯上线的匝数，n。为材料的磁导率，Ae为芯的有效
横截面，le为芯内有效磁通路长度。<formula>formula see original document page 15</formula>公式2
不幸的是，由高磁导率材料制成的芯会随着气隙的引入而遭受最 大的电感下降，如图2所示。将气隙引入芯中对变压器应用意味着降 低它们的性能，因而总气隙长度应该保持在最小。因此，WO 2005/041221 Al的论述并没有发现在变压器应用中的实际用途。
据说日本出版物No. 04-165607论述了改进的制造效率，其方式是通过将部件粘接在一起成叠层来形成更大有用的^f兹性组件。此参考文
献的讲述内容与WO2005/041221 Al相类似，讨论了如何将部件用作 积木式部件。然而，日本出版物No. 04-165607只^井述了简单形状，这 种形状无法形成部件之间的对准，也无法控制最终组件的电感。由胶 层形成阻断磁路长度的气隙是非受控的，因而将导致从组件到组件的 电感不希望有的高度变化。在日本出版物Nos.61-071612和59-178716 中提出了类似的论述，其中，条形磁性材料被层压成较大的组件。
因此，需要不断的努力来开发电磁组件及其相关的制造方法，以 进一步提高由这些组件制成的大功率感应器和变压器铁芯的技术。

发明内容
在一个实施例中，提供一种磁芯部件，其包括第一联锁构件，该 联锁构件被构造成与笫二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分。
在另一实施例中，提供一种磁芯组件，其包括第一部件和第二部 件，所述笫一部件的至少一部分被构造成与所述第二部件的至少一部 分形成联锁部分。
在又一个实施例中，提供一种叠层的磁芯组件，其包括第一和第 二磁芯组件，所述第一和第二磁芯组件各自还包括被构造以在其间形 成层间联锁部分的层间联锁构件。
在另一实施例中，提供一种形成磁芯部件的方法，其包括将磁芯
部件形成为在其上具有联锁构件，所述联锁构件,皮构造成与第二磁芯 部件的第二联锁构件形成联锁部分。
在另一实施例中，提供一种形成分段磁芯组件的方法，其包括 使第一部件与第二部件接触，所述第一部件具有联锁构件，其被构造 以与第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分；并且使所述第一部
件与所述第二部件联锁，以形成分段的》兹芯组件。
在又一个实施例中，提供一种形成叠层磁芯组件的方法，其包括 将第一磁芯组件置于第二磁芯组件上，所述第一和第二磁芯组件各自 都包括被构造以在其间形成层间联锁部分的层间联锁构件。在另一实施例中，提供一种形成分段磁芯组件的方法，其包括根 据组件的所选尺寸和形状选择单独的联锁部件。
应该理解，本发明并不限于发明内容中所公开的实施例，而是表 示包括如权利要求书所限定的、在本发明的精神和范围内的修改。


通过对某些实施例的详细说明并参考附图会更好地理解本发明所
呈现的特征和益处，其中
图1是曲线图，示出随着部件之间间隙的变化有效磁导率的变化， 其中，每个部件的初始磁导率为60，并且表示在大功率感应器用途中 使用的典型材料；
图2是曲线图，示出随着部件之间间隙的变化有效磁导率的变化， 其中，每个部件的初始磁导率为2500，并且表示在大功率变压器用途 中使用的典型材料；
图3示出通过将芯部件压制到更高的压力所得到的磁芯损耗的改
进；
图4示出随着更高的压紧力芯强度的改进； 图5示出压紧力对芯的最终磁导率的影响； 图6示出随着增加的压紧力被压制芯密度的改进；
图7-7E是平面图，示出本发明的实施例，其中，联锁部件使用某
些初级形状形成种类繁多的更大、更复杂的组件；
图8是透视图，示出可用于形成图7-7E中所示部件的粉末压模； 图9是透视图，示出呈圆环组件形式的本发明另外的联锁结构；
图IOA-IOC是平面图，示出部件的粘结剂粘接，同时消除胶层厚 度变化；
图11A和11B是透视图，示出部件之间的联锁接合，其可应用于
径向对称和周向对称；
图12A和12B是透视图，示出本发明的可替换实施例，其带有增 强的部件联锁接合；
17图13A-13C是平面图，示出各种组件构型，比如椭圆形和三角形 圆环，以及交错的联锁几何形状；
图14A-14C是透视图，示出将预绕绕线管插到本发明的部分形成 的组件上的一种方法；
图15A和15B是透视图，示出本发明的可替换实施例，其包括层 对层联锁组件；
图16示出具有采用本发明实施例的圆形中心柱的大E-芯的一系 列透视图17示出采用本发明实施例的大芯组件的一系列(l-5)透视和
图18示出大功率感应器结构，并提供了比较数据，列出采用传统 圆环芯叠片组对比本发明实施例的感应器的关键参数。
具体实施例方式
除了在操作示例中，或者除非另有特别说明，所有用数字表示的 范围、数量、数值和百分比，比如那些表示材料的数量、时间和反应 的温度、数量的比率，以及本说明书下面部分中的其它参数，可以读 作在前面加以"大约，，这个词，即使术语"大约，，可能没有明确地连同数 值、数量或范围出现。因此，除非做出相反表示，在下面的说明中和 所附权利要求中给出的用数字表示的参数为近似值，其可能根据本发 明想要获得的所需性能有所改变。无论如何，并不是意欲将等效原则 的应用限制在权利要求的范围内，每个用数字表示的参数都至少要根 据所报告的有重要意义的数字的数量并通过应用常规舍入法解释。
虽然给出本发明广泛范围的用数字表示的范围和参数是近似值， 但在特定示例中给出的用数字表示的数值被尽可能精确地报告。然而， 任何用数字表示的数值固有地含有某些误差，所述误差是由它们各自 的测试度量中存在的标准偏差必然导致的。此外，当本文给出变化范 围的数字区间时，设想可用包括所列举数值的这些数值的任何组合。
此外，应该理解，本文所列举的用数字表示的范围是指包括被归入本文所有的子范围。例如，"1至IO"的范围是指包括所列最小值1 和所列最大值10之间(并包括)的所有的子范围，也就是说，具有等 于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。本文所用的术语"一
个"、"一，，是指包括"至少一个"或"一个或更多"，除非另有表示。
全部或部分本文确认的任何专利、出版物或其它公开资料被整体 引入本文作为参考，但是引入本文仅在这样的范围内，即所引入的资 料不与现有定义、陈述或该公开文本中给出的其它公开资料相冲突。 照这样，并且在必要的范围内，本文明确给出的公开内容取代要引入 本文作为参考的任何所述沖突的资料。要引入本文作为参考，但是与 现有定义、陈述或本文给出的其它公开资料相冲突的任何所述资料或 其部分内容，将只有在所引入资料和现有公开资料之间不发生冲突的
范围内引入。
本文所用的术语"对准，，或"联锁接合"是指第一和第二磁芯组件部 件之间的联系，其中，第一部件的至少一部分包括第一构件，例如象 凸起部，其与第二部件的第二构件，例如象凹部互补，这样，在第一
部件与第二部件接合形成联锁部分的情况下，在施加力时第一部件相 对于第二部件的运动至少部分被限制。术语"联锁部分"或"联锁界面，， 是指接触区域，其中，邻接的联锁构件，比如凸起部和对应的凹部结 合。本文所用的术语"凸起部"是指部件的一部分，其突出于部件的其 它平坦或钝头表面之外。术语"凹部"是指部件的一部分，其从部件的 其它平坦或钝头表面凹进。本文所用术语"未叠层的，，是指单排或单层 磁芯组件，与"叠层的"组件相反，所述"叠层的"组件是使组件的一部 分重叠或覆盖另外的部分，以形成多排或多层区域。
在制造技术的现有工艺状况方面存在有需求，使用具有所希望性 能的现有和未来的材料从原始粉末生产时，使能创造比目前市场上可 买到的更大的元件，并且这样做的方式将成本效益高地产生改进和均 匀的电磁性能。
在这方面，本发明系指电磁芯组件、用于那些组件的芯部件，以 及它们的制造方法。所述组件可以是例如为大功率用途制造的感应器和变压器铁芯。这样的组件可以结合在一起，其方式是通过使用绑带、 包箍、夹子、预成形件、模具以及其它物理装置将部件彼此相对地进
行物理约束；或者通过使用适合的粘结剂、油漆或其它敷形涂覆将部 件粘合在一起。如本文详细论述的，邻接部件的表面，比如近侧表面 和一些实施例的端部可以形成为或将外形做成在其间达到联锁接合， 其相当于部件相当精确的啮合或配合，从而基本上消除由于胶层厚度 不一致所引起的电感的潜在易变性。
通过说明，本发明提供一种软磁芯部件，其包括第一联锁构件， 该构件被构造成与第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分。在另 一实施例中，本发明提供一种包括第一部件和第二部件的磁芯組件， 第一部件的至少一部分被构造成与第二部件的至少一部分形成联锁部 分。本发明还提供了叠层的磁芯组件，其包括如本文所述的至少一个 分段的磁芯组件。
概括地说，可以将所述部件制成所需的形状，其方式是通过在高 达每平方英寸150吨范围的压力下将软磁粉末压制成选自都具有共同 性的几何系列的形状，该共同性表示在组件中提供部件彼此相对的机 械对准。对准可以是一致的、可预知的、可重复的并且在部件的组装 期间不受操作者操作方法的影响。当在电力供应、功率因数校正电路、 以及大磁芯有利的其它电路中用作大功率元件时，合成组件提供足够 的强度以经受用粗导体巻绕的考验。
概括地说，形成本发明的磁芯部件的方法包括形成包含联锁构件 的磁芯部件，该联锁构件构造成与第二磁芯部件的第二联锁构件形成 联锁部分。在另一实施例中，本发明提供一种形成分段磁芯的方法， 其包括使第一部件与第二部件接触，将具有联锁构件的第一部件构 造成与第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分，并使第一部件与 第二部件联锁形成分段的磁芯。本发明的实施例还提供形成叠层磁芯
组件的方法，其包括将第一磁芯组件置于第二磁芯组件上，第一和第 二磁芯组件各自都包括层间联锁构件，该联锁构件被构造以在其间形 成层间联锁部分。本发明的部件可以用任何适合的软^F兹性材料制成，所述软磁性材 料为本领域技术人员所知用以压制和烧结来提高所需的磁性能。适合
的示例包括4失氧体粉，比如Ni-Zn或Mn-Zn 4失氧体粉，以及它们的 组合物。还设想，部件可以用各种绝缘的软磁性金属合金粉末制成， 所述粉末被形成为所需的形状并进一步加工以增强磁性能。合适的金 属合金粉末的示例包括，例如Fe、 Fe-Al-Si、 Fe-Co、 Fe-Co-V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni-Fe、 Ni-Fe-Mo和它们的组合物，还有各种人所共知 的化学物质的非晶体和纳米晶体合金。因此，本领域的技术人员将要 认识到，本文给出的实施例的部件和组件可以由任何软磁性材料制成， 所述软磁性材料可由在广大范围的电磁电路中呈现有益性能的粉末压 制。因此，本发明的实施例可使用各种各样的市场上可买到的软磁性 材料，比如那些由绝缘金属合金粉末制成的材料，还有压制和烧结的 陶资软磁性材料，比如铁氧体及其组合物，并且不应该认为限定于所 用材料的类型。
参考图7，该图示出本发明实施例的几个平面图，其中，包括联 锁部分la的部件1可以各种不同的定向或方式在联锁接合中使用，以 形成磁芯组件IO，比如图7A、 7B和7C中所示的那些。通过另外使 用互补或配合的包括联锁部分2a的第二部件2，可以形成如图7D和 7E中所示那些另外的组件。部件l、 2可以是任何适合的横截面构型， 例如象正方形或矩形，或适合于在部件的相交处易于保持基本上完全 面对面接触的任何形状。如图7A-7C中所示，每个相邻部件l可包括 第一联锁构件la，其被构造以形成表示为接触区的联锁部分3，其中， 具有联锁构件，比如联锁构件la的相邻部件，比如部件l结合一起。 联锁构件la可包括凸起部和/或对应的凹部，如图所示，这样，当相 邻部件1结合时，凸起部和凹部形成联锁部分3。尽管只示出一个凸 起部和一个相应凹部，但可i殳想，在4壬4可构型或形式中(例如直线形、 对角线形、菱形等)可以用任意数量的凸起部和凹部来形成联锁部分 3。
联锁构件la、 2a可具有任何横截面构型，以促进相邻部件之间的有效啮合。例如并如下面所论述的，凸起部和凹部各自均可具有匹配 或配合的横截面构型，例如象阶式棱锥、正方形、矩形、梯形、三角 形或圆锥形，或者弓形横截面等，或者可用它们的任意组合物。本领 域的 一般技术人员将要认识到，除了本文示出的那些还可以采用另外 的联锁构型。另外，本领域的一般技术人员将要认识到，除了示出的 那些可以采用其它的组件构型。
另外，采用图7A-7E中给出构型的本发明实施例允许两个部件形 状使用单一压制模具通过重新定位一些工装零件来压制。这种共用性 减少了粉末压制模具的总成本。这种配置通过使一个工具能压制可形 成多个组装形状的部件来提供降低工装成本的额外益处。图8示出这 种工具设计概念。通过再定位模具插入件4并通过使用 一个或多个这 些插入件4可以形成几种有用的形状，比如部件l、 2。为清楚起见， 上和下凸模未在图8中示出。以相似的方式，具有更复杂外形的部件， 比如图9、 11、 12A、 12B、 15A和15B中所示在下面论述的那些，可 使用压模和具有适合构型的插入件制成，如本领域的普通技术人员将 要理解的。这些更复杂的外形可能需要带有独立控制和可调节凸模的 压模，以及装有更加高级系列机构的压力机，所述机构能够正确定时， 以产生具有正确形状和密度的压实的芯。这些先进压力机类型的制造 商包括Dorst America, Inc、 Bethlehem PA、 Osterwalder Inc.、 Cincinnati, OH、 Gasbarre Products, Inc.、 DuBois, PA等。
可以设想，比如图7A-7E的那些本发明的部件可以制成各种尺寸 或任意数目的每组件片数。从经济和实际观点出发，本领域的一般技 术人员将认识到，大型组件可以用两个或更多部件制成。由许多部件 构成的组件会使对齐和接合困难，但出于各种原因可能是所希望的。 在某些非限制性实施例中，例如可能希望将部件的数量限制在大约6 个，然而，在采用复杂或最大型组件的某些实施例中，更多数量的部
件会是所希望的。
图9示出以弯曲部件6为目标的本发明实施例，并且示出获得对 准的几种方法和部件6的联锁程度以形成完整的组件15。在本发明的某些实施例中并如图所示，环形芯或圆环组件可由两个或更多分开的
部件6制成，例如象如图所示的四个分开的部件。i殳想具有少至两个 部件的组件。每个组件中部件的数量可至少两个，最大数量基本上没 有限制。对于组件的各种考虑，比如实际和经济因素会影响对本发明 的某些实施例所选择的部件数量。如图所示，每个部件6可具有例如 至少一个凸起部，比如凸形凸起部8和至少一个凹部，比如凹形凹部 12,它们可延伸一部分或跨越部件端部的整体，如图所示，它们^皮i殳 计成在邻接部件6之间形成联锁接合并精确地啮合。各种其它构型， 例如象如图所示的V型或三角形隆起部或凸起部14和凹槽16取向也 可以使用。还设想到在本发明的某些实施例中，组件15可具有两端具 有凸形或凹形横截面构型(即在两端都具有匹配的凸形或凹形横截面
部分)的部件，其采用偶数部件，以形成完整的组件。尽管由于特别 的工装来压制部件，与具有该构型的实施例相关的构造成本可能较高，
但设想到，某些应用可从该构型获益，以利于部件的最终组装。该后 一实施例的一个这样的示例在图12A中示出，下文予以论述。
图IOA、 IOB和IOC示出本发明的另外的实施例，其包括具有各 种外形的联锁部分3，所述各种外形可被制造成沿着界面18的部分形 成部件对部件的接触。部件可通过各种机构限制成所需的或所选择的
形状和尺寸，例如象通过周边限制器，例如象通过包箍、绑带、系带 或夹子。在另外的实施例中，联锁部分3可构造成包括至少一个间隙 部分20，以容纳用于接合的粘结材料，比如粘接剂。也可采用周边限 制器和粘接剂的组合物。可采用为本领域普通技术人员所知的各种粘 接材料。粘接材料的示例包括单组分或双组分环氧物、聚氨酯、聚酯、 聚酰亚胺、硅氧烷、氰基丙烯酸酯、丙烯酸物、陶瓷、可固化橡胶、 焊料、热熔胶、光固化粘接剂、低熔点玻璃等以及它们的组合物。间 隙部分20可例如为图10A所示的内腔，或者图10B中所示的开口端 间隙，并且可以有目的地形成，以1更当部件19、 21相互接触时为粘接 剂留出空间。在某些实施例中，已固化粘接剂的体积可以不超过部件 19、 21之间缝隙的体积。如图所示，凸起部8和凹部12的横截面外
23形可包括例如阶式棱锥22、凹形/凸形取向24 (或者如图IOA所示位 于表面的部分上，或者如图10B所示基本上位于整个表面上)、以及 三角形取向26。采用如图IOB所示的外形，其部件之间的接触基本上 发生在凸起部和凹部的中心部分，或基本上发生在部件宽度的中心， 使任何少量的变形或未对准28将能适应，同时仍形成部件对部件的接 触，如图10C所示。如上所论述，尽管只示出一个凸起部和一个相对 应的凹部，但设想，可采用任意数量的凸起部和凹部，以形成联锁部 分3。例如多个凸起部和凹部配置包括例如正弦或锯齿配置。通过阅 读本公开文本，其它构型将为本领域的普通技术人员所熟知。
图11A和11B示出本发明的实施例，其中，在部件30、 34的远 端的联锁特征可具有或者径向取向32或者周向取向36。尽管可能存 在各种原因来采用两种联锁接合32、 36,但具有水平定向外形32的 那些部件可在需要较强粘结剂粘接的场合达到适用性。此外，本领域 的普通技术人员将要认识到，可采用径向32和周向36联锁接合的组 合。
图12A和12B示出本发明另外的非限制性实施例，并分别示出部 件38、 50之间的联锁部分3处的联锁接合的其它变型，通过这些实施 例提供形成组件45在圆周方向更牢固地对准部件38、 50和使部件38 、 50之间比较有效且高效接合的优点。在此实施例中，并如图所示，第 一部件38可包括至少一个隆起部分40和至少一个凹槽部分42，并且 第二相邻部件可包括至少一个对应的隆起部分40和至少一个凹槽部 分42，以形成钥匙型锁定接合。如上所述，这种结构还允许包括缝隙 间隙部分20，用于保持胶层，而不会又在部件38、 50之间产生空隙 变化。缝隙空隙的体积可以计算，并在组装之前可以将适当数量的粘 结剂计量到联锁部分的一个或两个端面上。通过精确控制位置和粘结 剂的数量，将能在部件完全接触时避免"挤出，，或溢流。这样的粘结剂 分配器在市场上可以买到。分配器的一个示例由EFD Dispensing Systems, Inc.， East Providence, RI提供。图12A示出带有如上所述 的相似取向的联锁特征，并且是要求偶数部件，以便形成完整组件45的实施例。图12B示出相反的联锁特征，以便每个组件45为偶数或 奇数的部件50.
图13-13C示出本发明另外的非限制性实施例并提供组件55，其 中，磁芯结合基本上直的部件52和弓形或弯曲的部件54，并且可采 用如上文所述的对准和联锁端部。例如图13A示出由四个基本等同的 弯曲部件54构成的环形组件。通过插入两个如图所示设置的直的部件 52,可以组装椭环形组件55。在另一实施例中，图13B示出由三个基 本上等同弧度或弯曲部件56组合的环。通过在每个弯曲部件56之间 散置或交替设置直的部件58,可以形成三角形环组件57。还可以形成 其它构型，比如拐角圆整的正方形或拐角圆整的矩形。如上所论述并 如图13C中进一步所示，部件的联锁端部可以采用外形不同的各种联 锁部分3而仍能达到本发明中所讲述的优点。
图14示出采用椭圆形环55(如图13A所示)和线圏59的非限制 性组装过程，所述线圈59显示可由本发明获得的某些优点。如上所论 述，环55可部分地采用直的部件52和弯曲部件54来组装。可在缝隙 空隙区域中将粘接材料，比如胶合剂涂布于联锁界面上，如图UA所 示，以至少部分地约束部分完成的组件。在此实施例中，在此阶段， 胶合剂未涂布于界面b。组件55的所有部件52、 54可保持就位并在 粘结剂固化期间至少被部分约束，以达到正确对准。适合的约束构件 包括周边限制器，比如包箍、绑带、系带或夹子。然后，固化部件可 在界面B处被分开，并可将线圏59置于开端中的一个上，如图14B 所示。线圈59可以是例如如图所示的预绕绕线管或独立线圈预成型 件。部件的平衡或剩余部分可再定位，以完成芯组件55，并且可将粘 结剂涂布在界面b上并固化，如图14C所示，形成最终组件。可选择 的是，在线圏59被插入到芯上之后立即可将所有部件52、 54粘合。
本领域的普通技术人员能够认识到，本发明的实施例，比如本文 论述的那些，允许在完成组件前将预成型线圏，比如预绕绕线管插入 到半组装的部件上，并由此降低通常与绕组圆环磁路相关的成本。这 与传统的圆环相反，在传统的圆环中必须使用专用绕线设备将金属线直接缠绕在芯上，所述绕线设备比如由Gorman Machine Corp., Brockton, MA，或Jovil Manufacturing Co., Danbury， CT制造。电路
设计者最经常为感应器应用选择圆环芯，然而，使用它们的一个缺点 是与实施绕线相关的额外成本。圆环绕线机需要在线轴被传送到芯之 前在线轴上预缠绕适当长度的金属线，以使其慢于供配合芯，比如 E-E、 E-I、 U-U、 U-I、 C-C和C-l构型使用的绕线管绕线工艺。采用 分段组件的本发明实施例使预绕导线能置于各种部件上且不必特殊的 绕线工艺。
图15A和15B示出本发明的另外的实施例，其中，可以形成部件 的内层和界层(即叠层的)对准，并且其中，包括第一磁芯组件63 和第二磁芯组件65的叠层磁芯组件60，各自都包括被构造在其间形 成联锁部分的界层联锁构件62、 64。在此实施例中，虽然示出由弯曲 部件形成的环形芯63、 65，但可以设想，任何合适形状的电磁组件或 ,兹芯都可以采用。另外，叠层的^P兹芯组件60可以具有如图所示和本文 所述的分段芯、固体的、未分段的芯，或者分段的和未分段的芯的组 合物。采用分段的芯的实施例可用来进一步扩大最终芯组件，如果应 用中需要的话。精心设计和对准外形的布置使得各层之间的对齐易于 获得，并且以可重复和一致的方式这样进行。如图所示，这些外形可
以是在叠层时嵌套在一起的凹入和凸出的形状。
如图15A所示， 一个或多个凸出的凸起部，如鼓起的半球状弯曲 部分62可在成形时压制在形成磁芯65的各个部件上(或者压制在未 分段磁芯的一个表面上(未示出))。配合的凹入凸起部，比如凹进的 半球状弯曲部分(未示出)可压制在形成相邻磁芯63的各个部件上(或 者压制在未分段磁芯的相对表面上(未示出))，从而在磁芯63、 65 之间需要联锁接合时，该凹入凸起部例如直接在凸出的凸起部62下方 对准，以形成联锁部分。还可以设想，在一些实施例中，理想的是， 将凹入和凸出的凸起部的组合压制在磁芯的一个表面上并且凹入和凸 出的凸起部组合处于相对面上。而且如图所示，当本发明的实施例采 用两个以上的叠层磁芯时，磁芯的两个表面可都具有凸起部或凹部，或者两者的一些组合物，用于在其每个表面上接收磁芯。
图15B示出第二实施例，由此，凸起部和凹部的外形分别显示为 例如带有梯形横截面的凸形凹槽64和凹形凹槽66。凹槽64、 66可以 任何方式定位，提供适当联锁接合，比如如图所示沿径向取向形成。 在层内部件的啮合与对准是通过采用本文详述并在图9-13中所示的 各种外形68来完成的。
在本发明的某些实施例中，所述外形沿着部件的顶面和底面的精 心设置使在每个部件内的外形之间能留出间隔70，其可等于相邻部件 上外形之间的间隔72，这样使各层能直接地彼此上下叠层或者在上方 和下方重叠那些层，如图所示。通过这样重叠部件，依靠固有的较大 分界表面在其上涂布粘结剂可获得附加的组件强度。在此平面上的任 何胶层厚度变化将不会影响组件的磁导率或其它性质。这是因为在绕 线和励磁芯中产生的磁通量平行于组件的圆周。磁通量不会被与其平 行的气隙所干扰。叠层的分段磁芯组件60可使线圏，比如预绕绕线管 (未示出)能置于磁芯65的第一部件和磁芯63的第二部件中的至少一 个上。
图16示出本发明另外的实施例，所述实施例结合具有不同横截面 几何形状的部件，并且显示本发明制造种类繁多的复杂芯组件的灵活 性。该图中组件的总体构型为带有圆形中心柱76的E-芯。本发明可 应用于如图16中四个示例所示的这种形状。如图所示的多个联锁部分 被用于示例1-4中。示例1示出2部件组件100。在此实施例中，形 成底座和两个外柱的U形部分78可被压制成与圆形中心柱76分开的 单件物体。如上所述的联锁外形可被压制在每个部件76、 78中，以形 成双件组件IOO。示例2示出4件组件110，其中底座80可与外柱82 和中心柱76中的每一个分离。通过将示例1的U形分成3个不同的 零件，每个零件将需要较小的压紧力，这由于其较小的压紧面积所致。 相反地，如果使用相同的压紧力，则示例2中每个零件会更大，从而 导致组件110将会更大。示例3和4分别示出与示例l和2相同的改 进，其带有被制成两件而不是一件的改进的底座组件。在示例3和4中示出的实施例120、130可比示例1或2更进一步扩展最终组装的芯 的尺寸范围。实际上，此方法例证了一种方式，通过该方式可应用本 公开文本中所述的概念制造所有来自相同总体几何族类的一系列芯组 件IOO、 110、 120和130。如所描述并在图7、 10、 13和14中示出的 各种联锁外形，以及现在可为本领域的普通技术人员容易设想的其它 外形可供图16中所示的实施例使用。
图17示出采用圆柱76的本发明另外的实施例。使用圆柱76,比 如在实施例1、 2和3中所示的中心柱，而不是正方形或矩形柱，在大 功率应用中常常是优选的。对于那些建造应用在高功率的变压器和感 应器领域的技术人员，众所周知的是，绕线和组装的单元的总效率受 到磁滞现象、涡流电流和与磁性材料相关的剩余损耗以及铜绕组的电 阻损耗的影响。任何导体的电阻随着其长度的增加而增加。通过使用 圆柱76,金属线的每一匝比围绕相同横截面的正方形或矩形柱要短， 这样就降低了绕组电阻从而提高了元件的总效率。示例l提供了与图 16的示例2中所示实施例类似的构型，但是具有稍微变化的部件联锁 外形(单一 V形三角形外形而不是两个阶式棱锥外形)。示例2提供 了与示例l类似的构型，但是具有弯曲的外柱84。示例3示出中心柱 76，其直径小于外柱的宽度。此示例示出组装部件额外的设计灵活性。 示例3提供线圈的附加电磁屏蔽，其有助于减小边缘通量和杂散电磁 干扰。示例4和5示出圆柱76，其位于组件的外侧部分，或者如示例 4所示与平柱组合，或者如示例5所示与第二圓柱76组合，以形成U 形芯组件。示例4和5示出的本发明实施例可应用于目前可从多家制 造商处获得的较小单件形式的其它普通芯构型。
本发明实施例的部件可形成在广泛的应用领域和使用大型经济性 芯构型中有用的组件，例如象在开关电源、反馈变压器、功率因数校
正电路、大功率变压器和大功率感应器，比如用于换流器的感应器、 用于太阳能转化的感应器、用于风能转化的感应器，用于燃料电池能 量转化的感应器、用于运输能量转化应用，比如火车牵引和电动/混合 车辆的感应器中。通过参考下面的示例将进一步描述本发明。下面的示例仅仅是举 例说明本发明而不是要进行限定。
示例
图18将使用本发明的分段芯86的大功率感应器设计与市场上可 买到的圆环芯88的传统叠片组进行比较。样品电力感应器结构对由本 文所述的部件组装成的軟磁芯与用较小圆环叠片组制成的传统芯所做 成的进行了比较。用于计算数值的方程式为感应器设计领域的技术人 员所熟知，因而未在图中示出。如图18所示，图中示出本发明的整体 磁芯组件对比图18中叠层磁芯之间在性能上的显著差异，所述性能， 比如绕线面积、感应器尺寸、DC铜耗和电流密度。
在对照中，两个芯组件都用26-perm铝硅铁粉(Fe-Al-Si)合金 制造。两个芯都具有基本相等的磁性材料的体积(136cm3、 138cm3), 并因此，当用作感应器时具有相同的蓄能能力。根据瑞士日内瓦国际 电工技术委员会 (International Electrotechnical Commission , Geneva, Switzerland)颁布的行业验收标准，出版物IEC205，采用 组件的物理尺寸来计算有效芯面积(Ae )、磁路长度(le )和芯体积(Ve )。 将这些值代入等式2中，便计算出每个组件的电感并以毫微亨-每匝数 的平方(nH/N2)来表示。在100安培电流下用这些组件中的每一个 制成10nH感应器，其结果表示在图18的表中。比较显示两种芯的几 何形状都能满足设计要求，但几种因数使分段的芯组件比圆环的叠片 组更理想。参考图18中的表，圆环叠片组的绕线面积比分段组件小 10倍多(4.27 cm2对43.6 cm2),并且圆环几何形状要求导体每一匝都 穿过孔。圆环需要6匝金属线，以获得10nH的目标电感，每一匝由 平行的4股M0AWG金属线组成。这是很重的线束，因此必须小心， 以避免在绕线过程中将芯损坏，还要仔细放置穿过孔的金属线，以便 为后续的线压留出空间。绕组的横截面与芯的绕线面积之比被称作"绕 线系数"，并且典型的绕线系数在20%到60%之间。当多股线被绕在 一起时，绕线系数更接近此范围的低端，因为使线股平行并紧密对准
29是困难的。在此示例中叠层圆环的绕线系数为33。/。并证明是紧密配 合。相反，本发明的实施例需要14匝线，每匝由10股W0AWG金属 线制成。这是重很多的导体，但是较大的绕线面积导致窗口填充是圆 环的一半。这个示例的绕线系数为19%并且可以容易地完成。另外， 14匝线可以预缠绕在绕线管预成型件上并在组装期间滑动到部件中 的一个上。使用更多股线，电流密度在分段芯中会比在圆环叠片组中 低得多(190amps/cm2对480 amps/cm2)。在分段芯中每匝线长度较短 (16cm对30cm)，因此，DC铜耗少于圆环叠片组的一半(7.3瓦对15 瓦)。在设计电路时，工程师首要关心的是使损耗最小化。在图18所 示的示例中，较低损耗的构型是具有一半铜耗的分段组件。
本文给出的本发明的实施例提供了磁芯部件的结构，所述部件可 达到组件中每个部件的精确对准。对准既可以是沿圆周的也可以是层 间的。因为联锁构件可以采用很多外形，所以部件间的联锁部分可以 制造成提供联锁接合和至少一个间隙部分，用于容纳粘接材料比如粘 结剂。联锁构件提供了将粘结剂约束在邻接部件端部的某些区域中的 额外益处，从而达到最终组件的必需强度。联锁部分可在邻近空腔的 区域中提供直接的部件对部件接触，因此，粘结剂厚度不会影响最终 组件的电感。所述组件提供了从组件到组件改善的电感一致性。组件 可以采用很多形式，其中包括将不同和单独的部件横截面组合在一起 从而形成更复杂组件的形式。单独的联锁部件可以根据所期望的或选 择的组件尺寸和形状进行选择。复杂的组件具有将圆形横截面部件与 直线形部件相结合从而当组件用于大功率用途时减少绕组损耗的额外 益处。
本领域的技术人员将要理解，在不背离本发明主要概念的情况下 可以对上述实施例进行改变。因此，不言而喻，本发明并不限于所公 开的特定实施例，而是表示包括如所附权利要求书所限定的、在本发 明的精神和范围内的修改。
权利要求
1. 一种磁芯部件，其包括第一联锁构件，其被构造成与第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分。
2. 如权利要求l所述的磁芯部件，其中，第一联锁构件选自包括 凸起部和凹部的组。
3. 如权利要求2所述的磁芯部件，其中，第一联锁构件包括至少 一个凸起部，而第二联锁构件包括至少一个凹部，所述凸起部和凹部 -故构造成以形成联锁部分的至少一部分。
4. 如权利要求2所述的磁芯部件，其中，凸起部和凹部各自都具 有配合的横截面构型，所述横截面构型选自包括正方形、矩形、梯形、 三角形和弧形的组。
5. 如权利要求1所述的磁芯部件，其中第一联锁构件被设置在磁芯部件的每个端部，并且包括凹入的横 截面构型；和第二联锁构件被设置在第二磁芯部件的每个端部，并且包括凸出 的横截面构型。
6. 如权利要求3所述的磁芯部件，其中，所述至少一个凸起部和 所述至少一个凹部被构造成以沿其间的界面部分达到部件对部件接 触，并且其中，联锁部分包括至少一个间隙部分以容纳粘接材料。
7. 如权利要求6所述的磁芯部件，其中，所述部件对部件接触基 本上发生在凸起部和凹部的中心部分。
8. 如权利要求2所述的磁芯部件，其中，第一部件的凸起部或凹 部,皮构造成在径向和周向取向中的至少一个上。
9. 如权利要求1所述的磁芯部件，其中，第一部件的第一联锁构 件和笫二部件的第二联锁构件各自都包括隆起部分和凹槽部分。
10. 如权利要求1所述的磁芯部件，其中，磁芯部件由软磁性材 料制成，所述软磁性材料选自包括陶瓷材料、粉末金属合金以及它们的组合物的组。
11. 如权利要求10所述的磁芯部件，其中，陶瓷材料选自包括 Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体以及它们的组合物的组。
12. 如权利要求IO所述的磁芯部件，其中，粉末金属合金选自包 括Fe、 Fe画Al-Si、 Fe-Co、 Fe陽Co画V、 Fe画Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni隱Fe、 Ni-Fe-Mo以及它们的组合物的组。
13. 如权利要求1所述的磁芯部件，其中，磁芯部件的至少一部 分具有的横截面选自包括圆形、椭圆形、正方形、三角形和矩形构型的组。
14. 如权利要求1所述的磁芯部件，其中，磁芯部件的至少一部 分是弯曲的。
15. —种组件，其包括权利要求1所述的磁芯部件。
16. —种磁芯组件，其包括第一部件和第二部件，所述第一部件的至少一部分被构造形成与 所述第二部件的至少一部分形成联锁部分。
17. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，笫一部件包括至少一 个凸起部，而第二部件包括至少一个凹部，所述凸起部和凹部^皮构造 以形成联锁部分的至少一部分。
18. 如权利要求17所述的磁芯组件，其中，凸起部和凹部各自都 具有配合的横截面构型，所述横截面构型选自包括正方形、矩形、梯 形、三角形和弧形的组。
19. 如权利要求16所述的磁芯組件，其中 第一部件包括第一和第二端部，每个端部都具有凹入构型，而第二部件包括第一和第二端部，每个端部都具有凸出构型；第一部件的第一端部和第二部件的第一端部形成第一联锁部分；第一部件的第二端部和第二部件的第二端部形成第二联锁部分；并且其中，第一和笫二部件的总数为偶数。
20. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，所述至少一个凸起部和所述至少一个凹部被构造成以沿其间的界面的部分达到部件对部件 的接触，并且其中，联锁部分包括至少一个间隙部分，以容纳粘接材 料。
21. 如权利要求20所述的磁芯组件，其中，所述部件对部件接触 基本上发生在凸起部和凹部的中心部分。
22. 如权利要求17所述的磁芯组件，其中，凸起部和凹部以径向 和周向取向中至少一种方式布置。
23. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，第一部件包括含有隆 起部分的联锁构件，而第二部件包括含有相应凹槽部分的联锁构件。
24. 如权利要求23所述的磁芯组件，其中，第一和第二部件各自 都包括相应的隆起部分和凹槽部分。
25. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，第一部件在其正面表 面上包括至少一个凸起部，而第二部件在其正面表面上包括至少一个 凹部，所述组件被布置成使得第一部件的正面表面以叠层取向邻接第 二部件的正面表面。
26. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，笫一和第二部件由软 磁性材料制成，所述软磁性材料选自包括陶瓷材料、粉末金属合金以 及它们的组合物的组。
27. 如权利要求26所述的磁芯组件，其中，陶瓷材料选自包括 Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体以及它们的组合物的组。
28. 如权利要求26所述的磁芯组件，其中，粉末金属合金选自包 括Fe、 Fe-Al誦Si、 Fe-Co、 Fe-Co-V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni國Fe、 Ni-Fe-Mo以及它们的组合物的组。
29. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，所述組件的至少一部 分具有的横截面选自包括圆形、椭圆形、正方形、三角形和矩形构型 的组。
30. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，第一和第二部件是用单一压制模具形成的。
31. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，第一和第二部件中的至少一个是弯曲的。
32. 如权利要求16所述的磁芯组件，其中，第一部件是弯曲的， 而第二部件是基本上直线形的。
33. 如权利要求32所述的磁芯组件，其中，所述组件选自包括椭 圆形环、三角形环、拐角圓整的正方形和拐角圆整的矩形的组。
34. 如权利要求16所述的磁芯组件，其进一步包括预成型线圏， 所述线圏位于第一部件和第二部件中的至少一个上。
35. 如权利要求34所述的磁芯组件，其中，线圏位于第一部件和 第二部件上。
36. 如权利要求16所述的组件，其选自如下组，其包括开关电源、反馈变压器、功率因数校正电路、大功率变压器、大功率感应器、用于换流器的感应器、用于太阳能转化的感应器、用于风能转化的感应器、用于燃料电池能量转化的感应器，用于运输能量转化应用、火车 牵引和电动/混合车辆的感应器。
37. —种叠层磁芯组件，其包括至少一个如权利要求16所述的磁 芯组件。
38. —种叠层磁芯组件，其包括如权利要求16所述的第一和第二 磁芯组件，所述第一和第二磁芯组件各自进一步包括层间联锁构件， 该层间联锁构件被构造以在其间形成层间联锁部分。
39. —种叠层磁芯组件，其包括第一和第二磁芯组件，所迷第一 和第二磁芯组件各自进一 步包括层间联锁构件，该层间联锁构件被构 造以在其间形成层间联锁部分。
40. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，层间联锁构件选 自包括凸起部和凹部的组。
41. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，第一磁芯组件包 括至少一个凸起部，而第二磁芯组件包括至少一个凹部，所述凸起部 和凹部被构造以形成层间联锁部分。
42. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，凸起部和凹部为 互补外形的形式。
43. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，第一磁芯组件和 第二磁芯组件中的每一个由选自包括陶瓷材料、粉末金属合金以及它 们的组合物的组的材料制成。
44. 如权利要求43所述的叠层磁芯组件，其中，陶资材料选自包 括Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn 4失氧体以及它们的组合物的组。
45. 如权利要求43所述的叠层磁芯组件，其中，粉末金属合金选 自包括Fe、 Fe-AI-Si、 Fe-Co、 Fe-Co-V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni-Fe、 Ni-Fe-Mo以及它们的组合物的组。
46. 如权利要求39所迷的叠层磁芯组件，其中，第一磁芯组件和 第二磁芯组件的至少 一部分是弯曲的。
47. 如权利要求46所述的叠层磁芯组件，其中，第一和第二磁芯 组件是环形芯组件。
48. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其进一步包括预成型线 圏，所述线圏位于第一部件和第二部件中的至少一个上。
49. 如权利要求48所述的叠层磁芯组件，其中，所述线圈是预绕 绕线管。
50. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，第一和第二磁芯 组件中的至少一个包括分段的芯组件。
51. 如权利要求39所述的叠层磁芯组件，其中，第一和第二磁芯 组件中的每一个包括分段的芯组件。
52. —种形成磁芯部件的方法，其包括形成包括其上的联锁构件的磁芯部件，所述联锁构件被构造以与 第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分。
53. 如权利要求52所述的方法，其进一步形成包括第二联锁构件 的第二磁芯部件，其中，联锁构件包括凸起部，而第二联锁构件包括 凹部。
54. 如权利要求53所述的方法，其进一步包括形成凸起部和凹部 以包括配合的横截面构型，所述配合横截面构型选自包括正方形、矩 形、梯形、三角形和弧形的组。
55. 如权利要求53所述的方法，其进一步包括形成凸起部和凹部， 以沿其间的界面部分达到部件对部件接触，其中，联锁部分包括至少 一个间隙部分，以容纳粘接材料。
56. 如权利要求53所述的方法，其进一步包括在径向和周向取向 中的至少一个上形成凸起部和凹部。
57. 如权利要求52所述的方法，其进一步包括形成磁芯部件以包 括两个端部，每个端部的至少一部分具有选自包括凹入构型和凸出构 型的组的横截面构型。
58. 如权利要求52所述的方法，其进一步包括形成联锁构件以具 有隆起部分和凹槽部分。
59. 如权利要求52所述的方法，其进一步包括由软磁性材料制成 磁芯部件，所述软磁性材料选自包括陶资材料、粉末金属合金以及它 们的组合物的组。
60. 如权利要求59所述的方法，其中，陶资材料选自包括Mn-Zn 铁氧体、Ni-Zn铁氧体以及它们的组合物的组。
61. 如权利要求59所述的方法，其中，粉末金属合金选自包括 Fe、 Fe國Al-Si、 Fe-Co、 Fe-Co画V、 Fe-Mn、 Fe-P、 Fe-Si、 Ni-Fe、 Ni-Fe-Mo 以及它们的组合物的组。
62. 如权利要求52所述的方法，其进一步包括形成磁芯部件的至 少一部分以具有选自包括圆形、椭圆形、正方形、三角形和矩形构型 的组的横截面。
63. 如权利要求52所述的方法，其进一步包括将磁芯部件的至少 一部分形成为弯曲的。
64. —种形成分段磁芯组件的方法，其包括 使第一部件与第二部件接触，所述第一部件具有联锁构件，该联锁构件被构造以与第二磁芯部件的第二联锁构件形成联锁部分；并且 使所述第一部件与所述第二部件联锁，以形成分段的磁芯组件。
65. 如权利要求64所述的方法，其中，联锁构件包括至少一个凸 起部，而第二联锁构件包括至少一个凹部，所述凸起部和凹部被构造以形成联锁部分的至少一部分。
66. 如权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凸起部和所 述至少一个凹部沿其间的界面部分达到部件对部件接触，所述联锁部 分包括至少一个间隙部分，以容纳粘接材料。
67. 如权利要求66所述的方法，其中，所述部件对部件接触基本 上发生在凸起部和凹部的中心部分。
68. 如权利要求64所述的方法，其中，第一部件包括两个端部， 每个端部的至少一部分具有凹入构型，而第二部件包括两个端部，每 个端部的至少一部分具有凸出构型。
69. 如权利要求64所述的方法，其中，第一部件的至少一个端部 包括隆起部分，而第二部件的至少一个端部包括相应的凹槽部分。
70. 如权利要求69所述的方法，其中，第一和第二部件中的至少 一个端部各自包括对应的隆起部分和凹槽部分。
71，如权利要求64所述的方法，其中，第一和第二部件由软磁性 材料制成，所述软磁性材料选自包括陶瓷材料、粉末金属合金以及它 们的组合物的組。
72. 如权利要求64所述的方法，其中，所述芯的至少一部分具有 选自包括圆形、椭圆形、正方形、三角形和矩形构型的组的横截面。
73. 如权利要求64所述的方法，其中，第一和第二部件是用单一压制模具形成的。
74. 如权利要求64所述的方法，其中，第一和第二部件中的至少一个是弯曲的。
75. 如权利要求64所述的方法，其中，第一部件是弯曲的，而第二部件基本上是直形的。
76. 如权利要求75所述的方法，其中，磁芯选自包括椭圆形环、 三角形环、拐角圆整的正方形和拐角圆整的矩形的组。
77. 如权利要求64所述的方法，其进一步包括在联锁之前将预成 型线圈置于第一和第二部件中的至少一个的端部上。
78. 如权利要求77所述的方法，其中，所述线圏是预绕绕线管。
79. 如权利要求77所述的方法，其进一步包括将粘接材料涂布于 联锁构件与第二联锁构件之间的至少 一 个间隙部分上。
80. 如权利要求79所述的方法，其中，涂布粘接材料在放置线圏 之后进行。
81. —种形成叠层磁芯组件的方法，其包括 将第一磁芯组件置于第二磁芯组件上，所述第一和第二磁芯组件各自包括层间联锁构件，该层间联锁构件被构造成在其间形成层间联 锁部分。
82. 如权利要求81所述的方法，其进一步包括从至少两个部件来形成第一和第二磁芯组件中的至少一个。
83. 如权利要求81所述的方法，其中，所述层间联锁部分选自包 括凸起部和凹部的组。
84. 如权利要求81所述的方法，其中，第一磁芯组件包括至少一 个在其正面部分上的凸起部，而第二磁芯组件包括至少一个在其正面 部分上的凹部，所述凸起部和凹部被构造以形成层间联锁部分。
85. 如权利要求82所述的方法，其进一步包括从至少两个部件而 形成笫一和第二磁芯组件中的每一个。
86. 如权利要求85所述的方法，其进一步包括将预成型线圈置于 第一磁芯的第一部件和第二磁芯的第二部件中的至少一个上。
87. 如权利要求86所述的方法，其中，线圏是预绕绕线管。
88. —种形成分段磁芯组件的方法，其包括根据组件的所选尺寸 和形状而选择单独的联锁部件。
89. 如权利要求88所述的方法，其中，所述部件各自都包括至少 一个联锁构件，其中，所述部件被定向成对准每个部件的联锁构件， 以形成联锁界面。
90. 如权利要求89所述的方法，其进一步包括 使部件联锁，以形成完整的组件；并且 约束所述组件，以保持所选的形状。
91. 如权利要求90所述的方法，其中，所述约束至少部分地由周边限制器完成，所述限制器选自包括绑带、箍、系带和夹子的组。
92. 如权利要求90所述的方法，其中，所述约束至少部分地由涂 布在联锁界面上的粘结剂完成。
93. 如权利要求92所述的方法，其中，粘结剂选自如下组，其包 括单组分或双组分环氧物、聚氨酯、聚酯、聚酰亚胺、硅氧烷、氰基 丙烯酸酯、丙烯酸物、陶瓷、可固化橡胶、焊料、热熔胶、光固化粘 接剂、低熔点玻璃以及它们的组合物。
94. 如权利要求89所述的方法，其中，联锁界面包括当部件对部 件接触时产生的缝隙间隙。
95. 如权利要求94所述的方法，其进一步包括将粘结剂涂布于缝 隙间隙的区域中的联锁界面。
96. 如权利要求95所述的方法，其中，固化粘结剂的体积不大于 部件之间缝隙的体积。
97. 如权利要求89所述的方法，其进一步包括将部件对准，从而 形成部分完成的组件。
98. 如权利要求97所述的方法，其中，所述组件的所选部分用粘 结剂组装。
99. 如权利要求98所述的方法，其进一步包括将选自包括预绕线 圏和预绕绕线管的组的构件放置在部分完成的组件上。
100. 如权利要求99所述的方法，其进一步包括 用平衡的部件完成组装，以形成最终组件；并且 用粘结剂结合平衡的部件。
全文摘要
电磁组件、形成该电磁组件的芯部件以及它们的制造方法。所述部件具有联锁接合，由此可以用很少数量的类似或互补部件以提供极好机械稳定性的方式制造各种各样的组件。成型的制品和方法提供了设计灵活性并为从小数量的初级形状制造种类繁多的样式创造了条件，为大型变压器和感应器铁芯提供经济的制造方法，并且与传统的作法相比改善了组件磁性能的均匀性。
文档编号H01F3/00GK101427329SQ200780014535
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年5月9日
发明者J·F·胡思三世, L·M·博斯利 申请人:斯潘公司