专利名称：集成磁性部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性部件。特别地，本发明涉及一种用于开关模式功率变换器的 集成磁性部件，并且更具体地涉及DC/DC功率变换器。
背景技术：
开关电源作为电信和商用系统的主要部分，经常规定了它们的尺寸和电气性能以 及可靠性和成本。随着对功率变换器的关键特征功率密度和效率的要求的提高，尤其对于 感性部件，这些评价特性的要求也在提高。提高功率密度和效率的一个方法是集成感性部 件。变压器和电感器可被集成到单个磁性结构中，这会降低成本、提高功率密度和功率效率。强烈地推荐使用集成磁性部件的电路是倍流整流器(图1)，其可采用不同的双端 主拓扑结构，如正向式、双晶体管正向式、推挽式、半桥式或全桥式变换器。惯常用于低电压 和高电流输出的倍流整流电路使用一个简单的双绕组变压器和两个输出电感器。因而，倍 流整流器具有比传统中间抽头的整流器更低的传导损耗。除了产生更大尺寸和更高成本的 分立的磁性部件的数目之外，这种配置还会产生三个高电流绕组和数个高的互连损耗，这 将会不利地影响效率。另一个强烈地推荐使用集成磁性部件的电路是LLC谐振变换器(图15b)，当其 在高开关频率下运行时可产生高的效率。LLC谐振变换器使用三个磁性部件串联谐振电 感器、并联谐振电感器和取决于所选整流电路的双绕组或三绕组变压器。除了产生更大尺 寸和更高成本的分立的磁性部件的数目之外，这种变换器还会至少产生三个绕组和数个互 连，这将会不利地影响效率。并联谐振电感器和变压器通常被集成为一个部件。气隙形成 在非理想变压器中以调节代替该并联谐振电感的磁化电感。在美国专利US6784644 (Xu等)中介绍了一种集成磁性结构，其中变压器次级绕组 和次级电感器绕组集成在一起，从而在使整流器的功能得到保证的情况下去掉了次级变压 器绕组。由于气隙的引入，次级绕组不仅用于变压还用于存储能量。磁芯与绕组的集成使 得成本降低和功率密度增大。次级绕组和高电流互连的数目的减少使得绕组损耗更低。初 级绕组与次级绕组的紧密耦合使得漏电感最小化。在美国专利US6549436 (Sun)、US6163466(Davila，Jr.等)、以及 US7034647 (Yan 等)中示出的集成磁性结构包括四个绕组初级绕组、两个次级绕组和额外的滤波绕组，该 滤波绕组被弓I入以进一步提高有效电感，并减少倍流整流电路输出中的电流纹波。ΕΡ895549ΦΕΤ国际控股有限公司)中公开了具有至少两个磁芯部分和至少一个 电导体绕组的感应元件。磁芯部分具有细长的中央片部，该中央片部在其端部具有侧向接 触表面。绕组直接地缠绕在磁芯部分上，而不使用绕线筒或类似部件。为了制造，磁芯部分 被共轴地布置。在应用绕组之后，磁芯部分可以堆叠状布置，以形成感应元件。近些年来，已经在将全部三个磁性部件集成为一个单独部件上做了一些努力。在 "Integrated Magnetic for LLC Resonant Converter (用于 LLC 谐振变换器的集成磁性部件)”，B. Yang、R. Chen 以及 F. C. Lee, APEC 2001 中，在“Design of Planar Integrated Pasive Module for kro-Voltage (用于零电压的平面集成无源模块的设计)”，R. Chen、 J. Τ. Strydom 禾口 J. D. van Wyk, ISA 2001 中，以及在 US20080224809 中均示出 了一些集成磁 性结构。引入额外的电感器绕组以增强变压器的漏电感，其代替串联谐振电感。尽管上述专利中给出了一些建议的改进，但是仍然存在一些不足之处。通常，使用 零售的E型磁芯，或者有些时候如在美国专利US6980077中那样使用复杂的磁芯结构。这 些磁芯在安装方面以及在通过气隙调节磁化电感和滤波电感方面不灵活。通常，通过机器 在中间腿上制造单个气隙，并且不能避免使用绕线筒来缠绕线圈。单个气隙、绕线筒和不灵 活的组装都会不利地影响成本、功率密度、功率效率和散热。由于气隙边缘场的存在和更大 的绕组平均长度，将会导致额外的功率损耗。绕线筒和单个气隙成本高，并会导致更多的泄 漏和电感损耗。此外，绕线筒还降低功率密度以及增加热阻。
发明内容
本发明的目的是制造一种与之前提到的技术领域有关的磁性部件，该磁性部件降 低了成本并提高了效率。根据本发明，该磁性部件包括a)组装成第一 0形磁芯组件的第一和第二 U/UR磁芯，其中U/UR磁芯根据其形状 具有第一柱和第二柱，它们在一侧具有自由端，并且在另一侧具有连接该第一柱和第二柱 的腿，其中该第一和第二 U/UR磁芯组装使得它们的自由端彼此毗邻(abutting)以形成第 一 0形磁芯组件，b)第三U/UR磁芯，其毗邻该第一 0形磁芯组件的外部，以及c)直接缠绕在该第一、该第二、和/或该第三U/UR磁芯上的至少一个绕组。U/UR磁芯用作磁性组件的构造块，其中字母U与磁芯的形状有关，字母R表示该磁 芯为圆形。该磁性部件的组装因此更为灵活并且也简化了。该U/UR磁芯与缠绕在U/UR磁 芯上的绕组一起可被制备为标准构造块。标准的U/UR磁芯可大规模地制造，从而可使每片 的制造成本降低。当U/UR磁芯毗邻时，可建立闭合的磁通路径。在U/UR磁芯组装完成之 后，像第一和第二初级绕组那样的绕组可容易地连接，并且磁性部件的功能也可很容易地 提供。通常，任意数目的上述构造块可通过任意可能的方式进行组装，以实现磁性部件 的期望功能。U/UR磁芯彼此毗邻或彼此相邻，使得U/UR磁芯的表面的特定部分彼此接触。 然而，如稍后将要描述的那样，气隙或任意其它材料可布置在U/UR磁芯之间，尤其是为了 调节磁性部件的磁性能。在该磁性部件的优选实施例中，该第三U/UR磁芯的自由端在一侧毗邻该第一 0形 磁芯组件的外部，且第四U/UR磁芯的自由端在相对侧毗邻该第一 0形磁芯组件的外部。这 种包括四个U/UR磁芯的磁性组件为倍流整流器提供基础，如稍后将要更详细描述的那样。在该磁性部件的另一优选实施例中，该第三U/UR磁芯的腿毗邻该第一 0形磁芯组 件的外部，其中第四U/UR磁芯的端部毗邻该第三U/UR磁芯的端部，或者该第三U/UR磁芯 的端部毗邻该第一 0形磁芯组件的外部。这种包括三个或四个U/UR磁芯的磁性部件为LLC 谐振变换器提供基础，如稍后将要更详细描述的那样。
优选地，U/UR磁芯为无绕线筒U/UR磁芯，且所述至少一个绕组直接地缠绕在该无 绕线筒U/UR磁芯的腿上。紧密的磁芯一绕组耦合产生较低的泄漏、最小化的铜功率损耗和 电感损耗、以及最小化的整体热阻。此外，由于不使用绕线筒，功率密度增大并且成本降低。在一个优选实施例中，一个或多个气隙设置a)在第一 U/UR磁芯和第二 U/UR磁芯之间，和/或b)分别位于第三U/UR磁芯与第一 0形磁芯组件之间以及第四U/UR磁芯与第一 0 形磁芯组件之间。使用气隙，可以调节磁化电感，并且可以避免饱和。气隙不需要被挤压，并且插 入到U/UR磁芯之间的连接点处，以调整磁阻以及磁化电感和滤波电感。为了提高机械稳 定性，气隙是分布式的，这使得AC绕组功率损耗减小以及由气隙边缘场造成的电感损耗较尽管气隙可以是空的或者填充任意合适的材料，在优选实施例中，非导磁性材料 可插入在一个或多个气隙的位置处。因此，机械稳定性可以得到保证。优选地，第一和/或第二和/或第三磁芯分别地和/或第四U/UR磁芯被布置在平 面内。磁性部件为相对平坦并被准备插入到平坦空间内。在可选实施例中，第一 0形磁芯组件被布置在平面内，第三磁芯分别地和/或第四 U/UR磁芯相对于该平面正交地布置，其中第三磁芯分别地和第四U/UR磁芯可被布置在该 平面的相同侧或该平面的相对侧。因此，该磁性部件可灵活地适应希望的几何结构。在优选实施例中，U/UR磁芯包括带有气隙的低磁阻、高磁导率、低饱和磁通密度磁 芯材料或者不带有气隙的高磁阻、低磁导率、高饱和磁通密度磁芯材料。该磁性部件可根据 给定的要求来灵活地设计。例如，气隙会不利地影响制造成本，不带有气隙的高磁阻磁芯材 料因此降低成本。另一方面，当必须要满足很高的饱和要求时，可以使用气隙。另外，为了 避免气隙，取决于是需要低的还是高的磁阻，不同材料(例如铁氧体或粉末)磁芯被组装。 铁氧体磁芯被布置在变换能量(根据变压器中的要求)的低磁阻低饱和磁通密度区域中， 粉末磁芯适于在存储能量的高磁阻高饱和磁通密度区域。在优选实施例中，U/UR磁芯的腿的轴被布置在基本平行的方向上，或者第一和第 二 U/UR磁芯的腿的轴分别被布置在基本与第三和第四U/UR磁芯的腿的轴正交的方向上。 将U/UR磁芯布置在平行或正交位置，为组装磁芯部件提供了更大的灵活性。取决于将要组 装的磁性部件，U/UR磁芯的腿的一个或另一个方向将是有利的。在该磁性部件的优选实施例中，a)第五和第六U/UR磁芯像第一和第二 U/UR磁芯一样被组装，以形成第二 0形磁 芯组件，其中该第一 0形磁芯组件位于从毗邻该第三和第四U/UR磁芯的位置移出的位置， 并且被毗邻该第三和第四U/UR磁芯的第二 0形磁芯组件所代替，b)第一和第二初级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级 绕组的一端和该第二初级绕组的一端连接到一起，其中第一初级绕组和另一端和第二初级 绕组的另一端分别连接到第一和第二初级连接点，c)第一和第二次级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一次级 绕组的一端和该第二次级绕组的一端连接到一起，以及d)第三和第四次级绕组分别直接缠绕到第五和第六U/UR磁芯上和/或分别直接缠绕到第三和第四U/UR磁芯上，其中该第三次级绕组的一端和第四次级绕组的一端以及 第三次级连接点连接到一起，其中第三和第四次级绕组的另一端分别连接到第一和第二次 级绕组的另一端，并分别连接到第一和第二次级连接点。第三和第四次级绕组形成磁性部件的输出电感器。由于第三和第四U/UR磁芯中 的高磁阻，传导损耗和开关损耗被最小化，且整体效率得到提高。在该磁性部件的可选实施例中，a)第一和第二初级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级 绕组的一端和该第二初级绕组的一端连接到一起，其中第一初级绕组和第二初级绕组的另 一端分别连接到第一和第二初级连接点，b)第一和第二次级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一次级 绕组的一端和该第二次级绕组的一端连接到一起，c)第三和第四次级绕组分别直接地缠绕到第一和第二 U/UR磁芯上和/或分别直 接缠绕到第三和第四U/UR磁芯上，其中该第三次级绕组的一端和该第四次级绕组的一端 以及第三次级连接点连接到一起，其中第三和第四次级绕组的另一端分别连接到第一次级 绕组和第二次级绕组的另一端，并分别连接到第一和第二次级连接点。在该可选实施例中，U/UR磁芯的数量可以减少到四个。该磁性部件的尺寸和成本 降低，且功率密度提高。在该磁性部件的可选实施例中，a)第一和第二初级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级 绕组的一端和该第二初级绕组的一端连接到一起，其中第一和第二初级绕组的另一端分别 连接到第一和第二初级连接点，以及b)第一和第二次级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一次级 绕组的一端和该第二次级绕组的一端以及第三次级连接点连接到一起，其中第一和第二次 级绕组的另一端分别连接到第一和第二次级连接点。在这个可选实施例中，变压器次级绕组和输出电感器绕组被集成在一起。初级绕 组与次级绕组之间的紧密耦合使得漏电感最小化。在该磁性部件的可选实施例中，a)第一和第二初级绕组直接缠绕到第一和第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级绕 组的一端和该第二初级绕组的一端连接到一起，其中第一和第二初级绕组的另一端分别连 接到第一和第二初级连接点，b)第一和第二次级绕组直接缠绕到该第一和第二 U/UR磁芯上，c)第三和第四次级绕组直接缠绕到该第一、第二、第三和/或第四U/UR磁芯上， 其中该第三次级绕组的一端和该第四次级绕组的一端连接到一起，形成第二次级绕组连接合。d)该第一和第二次级绕组的一端和该第三次级绕组的另一端连接到一起，以及该 第四次级绕组的另一端连接到第三次级连接点，e)第一和第二次级绕组的另一端分别连接到第一和第二次级连接点。在保持上述优点的同时，该磁性部件被制备成连接到位于包括该第一初级绕组和 该第二初级绕组的初级侧的电压源，并连接到位于包括该第一次级绕组和该第二次级绕组的次级侧的整流电路。在该磁性部件的可选实施例中，a)第一初级绕组直接缠绕到该第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级绕组的一端连 接到第一初级连接点，b)第三初级绕组分别直接缠绕到第三和第四U/UR磁芯上，其中该第三初级绕组 的一端连接到第二初级连接点，其中该第一和该第三初级绕组的另一端连接到一起，以及c)第一次级绕组直接缠绕到该第二 U/UR磁芯上，其中该绕组的一端连接到第一 次级连接点，以及该绕组的另一端连接到第二次级连接点。在保持上述优点的同时，该磁性部件被制备成连接到位于包括该第一初级绕组和 该第二初级绕组的初级侧的电压源，以及连接到位于包括该第一次级绕组和该第二次级绕 组的次级侧的整流电路。在该磁性部件的可选实施例中，a)第一初级绕组直接缠绕到该第一 U/UR磁芯上，以及第二初级绕组直接地缠绕 到该第二 U/UR磁芯上，其中该第一初级绕组的一端和该第二初级绕组的一端连接到一起，b)第三和/或第四初级绕组直接缠绕到该第三U/UR磁芯上，其中该第三初级绕组 的一端和该第四初级绕组的一端分别连接到第一和第二初级连接点，其中该第一初级绕组 的另一端连接到第三初级绕组的另一端并连接到第一初级连接点，以及该第二初级绕组的 另一端连接到第四初级绕组的另一端并连接到第二初级连接点，c)第一次级绕组直接缠绕到该第一 U/UR磁芯上，以及第二次级绕组直接缠绕到 该第二 U/UR磁芯上，其中该第一次级绕组的一端连接到第一次级连接点，其中该第二次级 绕组的一端连接到第二次级连接点，其中该第一和第二次级绕组的另一端连接到一起，并 优选地连接到第三次级连接点。在保持上述优点的同时，该磁性部件被制备成连接到位于包括该第一初级绕组和 该第二初级绕组的初级侧的电压源，以及连接到位于包括该第一次级绕组和该第二次级绕 组的次级侧的整流电路。在该磁性部件的优选实施例中，a)该第一和第二初级连接点连接到电压源，b)该第一次级连接点连接到第一整流器的一端，c)该第二次级连接点连接到第二整流器的一端，d)该第三次级连接点连接到电容器的一端，以及e)该第一整流器的另一端、该第二整流器的另一端和该电容器的另一端连接到一 起。该磁性部件和相关电路可提供具有提高的功率密度、降低的成本、更低的损耗、提 高的效率和热稳定性的开关模式功率变换器，优选地，用于形成磁性部件的U/UR磁芯包括a)第一柱、第二柱和腿，其中该U/UR磁芯被这样构造，即，使得根据其形状，该第 一柱和第二柱在一侧具有自由端，并且在它们另一侧具有连接该第一柱和第二柱的腿，以 及b)至少一个直接缠绕到该U/UR磁芯上的绕组。
该U/UR磁芯可被灵活地用于组装集成的磁性部件。优选地，用于组装磁性部件的方法包括如下步骤a)将至少一个绕组分别直接缠绕到第一、第二和第三磁芯上并且直接缠绕到第四 U/UR磁芯上，b)将该第一和第二 U/UR磁芯组装为它们的自由端彼此毗邻以形成0形磁芯组件， 以及c)分别毗邻该0形磁芯组件的外部组装该第三和第四U/UR磁芯。磁性部件的组装因此简单，并可在短时间内以少量步骤完成。优选地，用于组装磁性部件的该方法进一步包括如下步骤a)将缠绕到所述U/UR磁芯上的多个绕组的一端或多端连接到一起，和/或连接到 至少一个连接点。因此，该磁性部件可以简单和快速的方式来实现电气功能。从下面的详细描述和全部权利要求中将会得到其它的优选实施例以及特征组合。
示出的这些附图用于解释实施例图1具有倍流整流器的变换器的电路结构；图2用于倍流整流器的分立磁性部件的结构；图3a，3b具有铁氧体磁芯和分布式气隙的用于倍流整流器的集成磁性部件(耦合 电感器)的第一种提出结构的两种形态；图如图!Bb所示结构的用于倍流整流器的耦合电感器的磁阻模型；图4b，4c图北所示的集成磁性部件的提出结构的绕组电流和磁芯磁通波形；图5a，恥具有铁氧体磁芯和分布式气隙的用于倍流整流器的集成磁性部件的第 二种提出结构的两种形态，其中仅应用了磁芯集成；图6具有铁氧体磁性和分布式气隙的用于倍流整流器的集成磁性部件的第三种 提出结构，其中应用了磁芯集成和绕组集成；图7a，7b图6所示结构作为耦合电感器的等效电路图，变压器和电感器分别被耦
合在一起；图8图6所示结构的用于倍流整流器的集成磁性部件的磁阻模型；图9a，9b具有铁氧体磁芯和分布式气隙的用于倍流整流器的集成磁性部件的第 四种提出结构的两种形态，其中应用了磁芯集成和绕组集成，并且改进了输出电流滤波；图9c与图9b相同，但是输出滤波绕组并联连接；图10图9a和9b中结构作为耦合电感器的等效示意性电路图；图Ila图9b所示结构的用于倍流整流器的集成磁性部件的磁阻模型；图11b，Ilc图9b中的集成磁性部件的所提出结构的绕组电流和磁芯磁通波形；图12a，12b，12c, 12d，12e, 12f分别为具有组合的铁氧体磁芯和粉末磁芯并且无 气隙的图3b, 5a, 5b, 6,9a和9b中所示结构；图13a，13b，13c，13d，13e图3a，3b，5a，5b，6，9a和9b中的集成磁性部件的所提出 结构的组件的可选俯视图14a，14b分别是具有任意整流器的双电感器升压变换器和双向变换器的电路 结构；图15a，15b分别具有中央抽头整流器的LC串联谐振变换器和LLC串并联谐振变 换器的电路结构图；图16用于LLC串并联谐振变换器的分立磁性部件的结构；图17a，17b，17c分别是用于具有集成的并联电感器和变压器的LLC谐振变换器的 磁性部件的结构的三种形态；图18a，18b用于串并联LLC谐振变换器的集成磁性部件的第一种提出的结构的两 种形态；图18c用于具有铁氧体磁芯和分布式气隙的串联LC谐振变换器的集成磁性部件 的第一种提出结构；图19a，19b，19c分别是用于具有铁氧体磁芯和分布式气隙的串并联LLC谐振变换 器和串联LC谐振变换器的集成磁性部件的第二种提出结构；图20用于串并联LLC谐振变换器的集成磁性部件的第三种提出结构；图21a，21b第一和第二种提出结构各自的磁阻模型；图2 , 22b，22c具有组合的铁氧体磁芯和铁粉末磁芯或全部为铁粉末磁芯的集 成磁性部件的第一种提出结构的不同配置；图23a，2 , 23c具有组合的铁氧体磁芯和铁粉末磁芯或全部为铁粉末磁芯的集 成磁性部件的第二种提出结构的不同配置；图M全部为铁粉末磁芯的集成磁性部件的第三种提出结构；图2 ，2 ，25c用于集成磁性部件的第一种提出结构的第一种形态的组件的可 选俯视图；图26a，26b，26c用于集成磁性部件的第一种提出结构的第二种形态的组件的可 选俯视图；图27a，27b用于集成磁性部件的第二种提出结构的组件的可选俯视图；以及图^aJSb中央抽头整流器和推挽变换器各自的电路配置。在这些图中，相同的部件采用相同的参考标记。优选实施方式本发明提供一种使用无绕线筒U/UR磁芯的集成磁性结构，其中绕组直接地缠绕 在该磁芯的腿上。紧密的磁芯一绕组耦合产生更低的泄漏，并使铜功率损耗和电感损耗最 小化。此外，由于不使用绕线筒，功率密度提高，并且成本降低。U/UR磁芯被作为构造块，这 使得它们的组装更加灵活。气隙不需要被挤压(ground)，并插入到U/UR磁芯之间的连接点 处以调整磁阻，从而调整磁化电感和滤波电感。也是由于机械稳定性，气隙被分布开来，这 使得AC绕组功率损耗减小以及使得气隙边缘场引起的电感损耗最小化。磁芯结构可以全 部由具有气隙的高磁导率低饱和磁芯组成，或者可以是复合的，包括低磁导率高饱和磁芯 和高磁导率低饱和磁芯而没有气隙。用于倍流整流器的集成磁性组件本发明提出的集成磁性结构被应用在图1所示的电路结构(倍流整流器)中，其可与不同的双端初级拓扑结构(例如正向、双晶体管正向、推挽、半桥或全桥变换器)一起 使用。惯常用于低电压和高电流输出的倍流整流电路使用一个双绕组变压器和两个输出电 感器L1和L2。在图1中，变压器的初级绕组为P，变压器的次级绕组为S。
图2示出了用于采用U/UR磁芯的倍流整流器的分立磁性部件的结构。所述分立 部件为变压器和两个电感器。该变压器包括四个子绕组第一和第二初级绕组P1和p2、以 及第一和第二次级绕组S1和&。第一初级绕组P1和第一次级绕组S1缠绕在第一 U/UR磁 芯U1上。第二初级绕组P2和第二次级绕组&缠绕在第二 U/UR磁芯U2上。两个初级绕组 P1和&串联连接，两个次级绕组S1和&也串联连接。初级一次级耦合的目标是实现最小化 的漏电感。第一和第二 U/UR磁芯U1和U2在没有气隙的情况下连接，但是气隙也可插入到 这两个U/UR磁芯之间以调整磁化电感。任一电感器绕组也可缠绕在U/UR磁芯U3或U4上， 其然后分别通过分布式气隙gll和g12或g21和fe分别连接到另一个U/UR磁芯或连接到极 板队或队，如图2所示。除了产生更大的尺寸和更高的成本的分立磁性部件的数目之外，这 种结构还会产生四个高电流绕组损耗以及数个高的互连损耗，这些都会不利地影响效率。
在第一步中，为了改善分立部件结构，输出电感器L1和L2被耦合在单个磁芯结构 上，这将磁性部件的数目减小为两个。在提出的耦合电感器结构中，两个电感器绕组都缠绕 在外部U/UR磁芯U3或U4上，如图3a所示，或者缠绕在内部U/UR磁芯U5和U6上，如图北 所示。这些绕组如此地缠绕，使得由电感器电流iu和込感应的磁通围绕外部磁芯具有相 反的方向并且在内部磁芯中相加。所提出的图!Bb中倍流整流器的耦合电感器结构的相应磁阻模型在图如中示出。 Rli和&代表外部磁芯U3和U4的磁阻，以及它们各自的分布式气隙。Rn和Rt2代表内部磁 芯U5和U6的腿的磁阻。Rfi代表两个内部磁芯U5和U6的上边缘的磁阻和，以及Rf2代表它 们下边缘的磁阻和。由于结构的对称构造，可假设下面的关系Rn = Rt2 = RtRu = Rl2 = I 以及RFI = RF2 = RF-在磁阻模型和一些方程运算的数学描述之后，两个电感器绕组的互感M以及输出 滤波电感Lf可计算为M=~7-w 夂 L-r-^以及
2. (Rt + Rl). (Rr(Rl + R。+ RlRf))‘又
N2^ =^ 在进一步的分析中，除了滤波电感Lf，耦合系数k被描述为 _M_ M
权利要求
1.一种磁性部件，包括a)组装成第一0形磁芯组件的第一和第二 U/UR磁芯(UnU2)，其中U/UR磁芯根据其形 状具有第一柱和第二柱，该第一柱和第二柱在一侧具有自由端，并且在它们另一侧具有连 接该第一柱和第二柱的腿，其中该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)被组装为它们的自由端彼 此毗邻，以形成第一 0形磁芯组件，其特征在于b)毗邻该第一0形磁芯组件外部的第三U/UR磁芯(U3)，以及c)直接缠绕在该第一、和/或第二、和/或第三U/UR磁芯(U1,U2, U3)上的至少一个绕 组，其中该U/UR磁芯为无绕线筒U/UR磁芯，以及该至少一个绕组直接缠绕在该无绕线筒U/ UR磁芯的腿上。
2.根据权利要求1的磁性部件，特征在于该第三U/UR磁芯(U3)的自由端在一侧毗邻 该第一 0形磁芯组件的外部，以及第四U/UR磁芯( )的自由端在相对侧毗邻该第一 0形 磁芯组件的外部。
3.根据权利要求1的磁性部件，特征在于该第三U/UR磁芯(U3)的腿毗邻该第一0形 磁芯组件的外部，其中第四U/UR磁芯( )的端部毗邻该第三U/UR磁芯(U3)的端部，或者 该第三U/UR磁芯(U3)的端部毗邻该第一 0形磁芯组件的外部。
4.根据权利要求1到3之一的磁性部件，特征在于设置一个或多个气隙(gn，g12，g21,a)位于该第一U/UR磁芯(U1)和第二 U/UR磁芯(U2)之间，和/或b)分别位于该第三U/UR磁芯(U3)与第一0形磁芯组件之间以及该第四U/UR磁芯(U4) 与第一 0形磁芯组件之间。
5.根据权利要求4的磁性部件，特征在于非导磁性材料插入在一个或多个气隙(gn， gl2' g2l' g22)的位置处。
6.根据权利要求1到5之一的磁性部件，特征在于该第一和/或第二和/或第三磁芯 分别地和/或第四U/UR磁芯(U1, U2, U3, U4)被布置在平面内。
7.根据权利要求1到6之一的磁性部件，特征在于该第一0形磁芯组件被布置在平面 内，并且该第三和/或第四U/UR磁芯(U3，U4)分别地被布置为正交于该平面，其中该第三和 第四U/UR磁芯(U3，U4)分别地被布置在该平面的相同侧或该平面的相对侧。
8.根据权利要求1到7之一的磁性部件，特征在于该U/UR磁芯(U1,U2, U3, U4)包括带 有气隙的低磁阻、高磁导率、低饱和磁通密度磁芯材料，或不带有气隙的高磁阻、低磁导率、 高饱和磁通密度磁芯材料。
9.根据权利要求1到8之一的磁性部件，特征在于所述U/UR磁芯(U1,U2，U3，U4)的腿 的轴被布置在基本平行的方向上，或者所述第一和第二 U/UR磁芯( , )的腿的轴被布置 在分别与该第三和该第四U/UR磁芯(U3，U4)的腿的轴基本正交的方向上。
10.根据权利要求2或当引用权利要求2时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)像所述第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2) 一样地将第五和第六U/UR磁芯(U5，U6)组装 成第二 0形磁芯组件，其中该第一 0形磁芯组件位于从毗邻该第三和第四U/UR磁芯(U3，U4) 的位置移出的位置，并被毗邻该第三和第四U/UR磁芯(U3，U4)的该第二 0形磁芯组件所代替，b)第一和第二初级绕组(P1,P2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一初级绕组的一端与该第二初级绕组(P1, P2)的一端连接在一起，其中第一和第二初 级绕组(PpP2)的另一端分别连接到第一和第二初级连接点(a，b)，c)第一和第二次级绕组(S1,S2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一次级绕组的一端与该第二次级绕组的一端连接在一起，以及d)第三和第四次级绕组(L1,L2)分别直接缠绕在第五和第六U/UR磁芯(U5，U6)上，和 /或分别直接缠绕在第三和第四U/UR磁芯(U3，U4)上，其中该第三次级绕组的一端与该第 四次级绕组的一端(L1, L2)和第三次级连接点(C3)连接在一起，其中第三和第四次级绕组 (L1, L2)的另一端分别连接到第一和第二次级绕组(S1, S2)的另一端，并分别连接到第一和 第二次级连接点(Cl，C2)。
11.根据权利要求2或当引用权利要求2时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)第一和第二初级绕组(P1,P2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一初级绕组的一端与该第二初级绕组的一端(P1, P2)连接在一起，其中第一和第二初 级绕组(PpP2)的另一端分别连接到第一和第二初级连接点(a，b)，b)第一和第二次级绕组(S1,S2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一次级绕组的一端与该第二次级绕组的一端连接在一起，c)第三和第四次级绕组(L1,L2)分别直接缠绕在第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，和 /或分别直接缠绕在第三和第四U/UR磁芯(U3，U4)上，其中该第三次级绕组的一端和该第 四次级绕组(L1, L2)的一端与第三次级连接点(C3)连接在一起，其中第三和第四次级绕组 (L1, L2)的另一端分别连接到第一和第二次级绕组(S1, S2)的另一端，并分别连接到第一和 第二次级连接点(Cl，C2)。
12.根据权利要求2或当引用权利要求2时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)第一和第二初级绕组(P1,P2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一初级绕组的一端与该第二初级绕组的一端(P1, P2)连接在一起，其中该第一和第二 初级绕组(PpP2)的另一端分别连接到第一和第二初级连接点(a，b)，以及b)第一和第二次级绕组(S1,S2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一次级绕组的一端和该第二次级绕组(S1, S2)的一端与第三次级连接点连接在一起 (c3)，其中第一次级绕组和第二次级绕组(S1, S2)的另一端分别连接到第一和第二次级连接 点(。ι？ C2) ο
13.根据权利要求2或当引用权利要求2时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)第一和第二初级绕组(P1,P2)直接缠绕在该第一和第二 U/UR磁芯(U1, U2)上，其中 该第一初级绕组的一端与该第二初级绕组的一端(P1, P2)连接在一起，其中该第一和第二 初级绕组(PpP2)的另一端分别连接到第一和第二初级连接点(a，b)，b)第一和第二次级绕组(SnS2)直接缠绕在该第一和第二U/UR磁芯(UnU2)上，c)第三和第四次级绕组(Lal，La2)直接缠绕在该第一、第二、第三、和/或第四U/UR磁芯(U1,U2，U3，U4)上，其中该第三次级绕组的一端和该第四次级绕组的一端(Lal. La2)连接在 一起，其中d)该第一和第二次级绕组(S1,S2)的一端与该第三次级绕组(Lal)的另一端连接在一 起，以及该第四次级绕组(La2)的另一端连接到第三次级连接点(c3)，e)第一和第二次级绕组(S1A2)的另一端分别连接到第一和第二次级连接点(C1，C2)。
14.根据权利要求3或当引用权利要求3时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)第一初级绕组(P)直接缠绕在该第二U/UR磁芯(U2)上，其中该第一初级绕组(P) 的一端连接到第一初级连接点(a)，b)第三初级绕组(L,)分别地直接缠绕在第三和第四U/UR磁芯(U3，U4)上，其中该第三 初级绕组(L》的一端连接到第二初级连接点(b)，其中该第一(P)和第三(L》初级绕组的 另一端连接在一起，以及c)第一次级绕组(S)直接缠绕在第二U/UR磁芯(U2)上，其中该第一次级绕组(S)的 一端连接到第一次级连接点(C1),并且该绕组的另一端连接到第二次级连接点(C2)。
15.根据权利要求3或当引用权利要求3时的权利要求4到9之一的磁性部件，特征在于a)第一初级绕组(P1)直接缠绕在该第一U/UR磁芯(U1)上，以及第二初级绕组(P2) 直接缠绕在该第二 U/UR磁芯(U2)上，其中该第一初级绕组(P1)的一端与该第二初级绕组 (P2)的一端连接在一起，b)第三和/或第四初级绕组(L,，Lri，L,2)直接缠绕在第三U/UR磁芯(U3)上，其中第三 和第四初级绕组(k，Lri，Lj的一端分别连接到第一(a)和第二(b)初级连接点，其中该第 一初级绕组(P1)的另一端连接到第三初级绕组(LpLri)的另一端并连接到第一初级连接点 (a)，以及该第二初级绕组(P2)的另一端连接到第四初级绕组(Lrt)的另一端并连接到第二 初级连接点(b)，c)第一次级绕组(S1)直接缠绕在第一U/UR磁芯(U1)上，以及第二次级绕组(S2)直 接缠绕在第二 U/UR磁芯(U2)上，其中该第一次级绕组(S1)的一端连接到第一次级连接点 (C1),其中该第二次级绕组(S2)的一端连接到第二次级连接点(c2)，其中该第一和第二次 级绕组(S1, 的另一端连接到一起，并且优选地连接到第三次级连接点(C3)。
16.根据权利要求10到15之一的磁性部件，包括第一和第二初级连接点(a，b)和第 一、第二、第三次级连接点(Cl，c2，c3)，其特征在于a)该第一和第二初级连接点(a，b)连接到电压源，b)该第一次级连接点(C1)连接到第一整流器的一端，c)该第二次级连接点(C3)连接到第二整流器的一端，d)该第三次级连接点(C3)连接到电容器的一端，以及e)该第一整流器的另一端、第二整流器的另一端和电容器的另一端连接到一起。
17.用于形成根据权利要求1到16之一的磁性部件的U/UR磁芯，包括a)第一柱、第二柱以及腿，其中该U/UR磁芯被构造为根据其形状使得该第一柱和第二 柱具有位于一侧的自由端，以及位于它们另一侧连接该第一柱和第二柱的腿，以及b)至少一个直接缠绕在该U/UR磁芯上的绕组。
18.用于组装根据权利要求1到16之一的磁性部件的方法，包括以下步骤a)将至少一个绕组分别直接缠绕在第一、第二、以及第三磁芯上和缠绕在第四U/UR磁 芯上，b)将该第一和第二U/UR磁芯组装为使得它们的自由端彼此毗邻，以形成0形磁芯组 件，以及c)毗邻该0形磁芯组件的外部分别组装第三和第四U/UR磁芯。
19.根据权利要求18的方法，进一步包括如下步骤a)将缠绕在所述U/UR磁芯上的绕组的一个或多个端部连接在一起，和/或连接到至少 一个连接点。
全文摘要
本发明涉及一种集成磁性部件。一种磁性部件，具有组装成第一O形磁芯组件的第一和第二U/UR磁芯(U1，U2)，其中U/UR磁芯根据其形状具有第一柱和第二柱，该第一柱和第二柱在一侧具有自由端且在它们另一侧具有连接该第一柱和第二柱的腿，其中该第一和第二U/UR磁芯(U1，U2)被组装为它们的自由端彼此毗邻，以形成第一O形磁芯组件。第三U/UR磁芯(U3)的自由端在一侧毗邻该第一O形磁芯组件的外部，以及第四U/UR磁芯(U4)的自由端在相对侧毗邻该第一O形磁芯组件的外部。
文档编号H01F3/00GK102064699SQ201010535049
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者M·约亨, N·T·H·道格拉斯, R·罗兰 申请人:Det国际控股有限公司