抗饱和电磁装置的制作方法

本公开涉及电磁装置，诸如电子变压器和电感器，更特别地涉及一种抗饱和电磁装置，诸如抗饱和电感器、变压器或类似的装置。

背景技术：

电磁装置(诸如电感器和变压器)用在许多电路中。例如，电感器用在用于抑制或滤除噪声的许多电路中。电感器还可针对特定的应用用于整形电波形。在高电流的直流电路中，电感器或串联连接的一组电感器可经由每个电感器的磁芯而接近饱和，该磁芯几乎吸收或接收磁芯能够吸收的最大量的电磁能量。电磁能量由流过每个电感器的一个或多个导体绕组的电流生成。随着电感器的磁芯接近饱和或趋于饱和，电感的显著部分和电感器的操作效率会损失。因此，可能需要防止电感器的磁芯在一些情况下饱和。另外，因为磁芯，电感器可以是重型、大型部件。电感器的重量的任何减少可能在一些应用中是有利的，例如在交通工具(诸如飞行器或航天器)载有的部件中是有利的，其中重量减少可导致燃料节省和操作成本降低。

技术实现要素：

根据一个示例，一种抗饱和电磁装置可包括：芯部，在所述芯部中能生成磁通；和开口，所述开口穿过所述芯部。所述抗饱和电磁装置还可包括间隔件，所述间隔件被配置在所述开口内并且延伸穿过所述芯部。所述间隔件可限定穿过所述芯部的通道。所述抗饱和电磁装置还可包括初级导体绕组，所述初级导体绕组接收在所述间隔件的所述通道中并且延伸穿过所述芯部。流过所述初级导体绕组的电流生成绕所述初级导体绕组的磁场。所述磁场包括电磁能量。所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

根据另一示例，一种抗饱和电磁装置可包括：芯部，在所述芯部中能生成磁通；和开口，所述开口穿过所述芯部。所述开口的横截面可限定长形槽。所述抗饱和电磁装置还可包括间隔件，所述间隔件被配置在所述开口内并且延伸穿过所述芯部。所述间隔件可限定穿过所述芯部的通道。所述通道的横截面可限定长形孔。所述抗饱和电磁装置还可包括初级导体绕组，所述初级导体绕组接收在所述间隔件的所述通道中并且延伸穿过所述芯部。流过所述初级导体绕组的电流生成绕所述初级导体绕组的磁场。所述磁场包括电磁能量。所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

根据又一示例，一种用于防止电磁装置饱和的方法可包括：提供能生成磁通的芯部。所述方法还可包括：将间隔件配置在所述芯部中的开口内并且使所述间隔件延伸穿过所述芯部。所述间隔件可限定穿过所述芯部的通道。所述方法可另外包括：使初级导体绕组延伸穿过所述间隔件的所述通道并且使所述初级导体绕组延伸穿过所述芯部。所述方法可进一步包括：使电流通过所述初级导体绕组以生成绕所述初级导体绕组的磁场。所述磁场包括电磁能量。所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

根据另一示例或前述示例中的任一示例，所述间隔件的所述构造可适于将所述初级导体绕组与所述芯部之间的磁耦合减小预设量，以防止所述芯部饱和。所述间隔件的所述构造可限定了抵抗且吸收磁通的容积。

根据另一示例或前述示例中的任一示例，所述间隔件可包括非磁性材料；或者所述间隔件可包括这样的材料，所述材料包括磁通阻性特性或磁通吸收特性。所述间隔件可浸渍有选定浓度的导电或半导电颗粒，这造成对所述磁通的确定吸收以及将所述磁通转换为热能，从而防止所述芯部饱和。所述导电或半导电颗粒可包括碳颗粒、铝颗粒和铁颗粒中的至少一者。所述间隔件还可包括预定厚度，所述预定厚度位于抵接所述芯部的内表面的外壁与限定所述通道的内壁之间。

附图说明

本文中的示例的以下详细描述参照附图，附图示出了本公开的具体示例。具有不同结构和操作的其它示例不必要脱离本公开的范围。

图1是根据本公开的一个示例的抗饱和电磁装置的示例的端视立体图。

图2是根据本公开的另一示例的抗饱和电磁装置的示例的端视图。

图3是根据本公开的又一示例的抗饱和电磁装置的示例的端视图。

图4a是根据本公开的另一示例的抗饱和电磁装置的示例的端视图。

图4b是包括图4a的抗饱和电磁装置的抗饱和电路的示例的方框示意图。

图5是根据本公开的一个示例用于防止电磁装置饱和的方法的示例的流程图。

具体实施方式

本文中的示例的以下详细描述参照附图，附图示出了本公开的具体示例。具有不同结构和操作的其它示例不必要脱离本公开的范围。相同的附图标记可指代不同图中相同的要素或部件。

本文中使用的某种术语仅出于方便考虑，并不应视为限制所描述的示例。例如，词语诸如“近端”、“远端”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”和“向下”等等仅仅描述图中所示的构造或参考描述附图的取向而使用的相对位置。因为示例的部件可以定位成许多不同的取向，所以方向性术语出于示出的目的而使用并且决不是限制性的。应理解的是，可利用其它示例，并且结构或逻辑改变可在不脱离本公开的范围的情况下做出。因此，以下详细描述不应取限制的意义，并且本公开的范围由所附权利要求书限定。

图1是根据本公开的一个示例的抗饱和电磁装置100的示例的端视立体图。图1中示出的抗饱和电磁装置100可被构造为线性电感器或变压器。抗饱和电磁装置100可包括芯部102，磁通104可生成在芯部102中，如箭头示出地在芯部102中流动。在图1示出的示例中，芯部102可以是包括层压结构106的长形芯部。层压结构106可包括彼此上下堆叠或彼此相邻配置的多个板108或层压件。板108可由硅钢合金、镍铁合金或能够类似于本文中描述地生成磁通104的其它金属材料制成。例如，芯部102可以是包括约20重量％的铁和约80重量％的镍的镍铁合金。板108可呈大致方形或矩形，或者可具有一些其它几何形状，这取决于抗饱和电磁装置100的应用和电磁装置100所处的环境。例如，大致方形或矩形的板108可限定为任何类型的多边形以适应特定应用。在另一示例中，芯部102可包括单件式结构。

开口被形成穿过每个板108，并且在板108彼此上下堆叠且板开口彼此对准时，所述开口被对准以形成穿过芯部102的开口110或通路。开口110或通路可形成在芯部102的大致中心或中央部分中，并且可大致垂直于由板108或层压件的堆叠的每个板108限定的平面而延伸。在另一示例中，出于提供特定磁通或满足某些约束的目的，开口110可在由每个板108限定的平面中从芯部102的中央部分偏心地形成。开口110的横截面可限定长形槽112，该长形槽112包括的长度大于开口110的高度。

间隔件114可配置在开口110内并且可延伸穿过芯部102。间隔件114可限定穿过芯部102的通道116。通道116的横截面可限定长形孔118，该长形孔118包括的长度大于通道116的高度。

初级导体绕组120可接收在通道116中并且可垂直于每个板108的平面而延伸穿过芯部102。在图1示出的示例中，初级导体绕组120包括多个电导体122或线材。初级导体绕组120可包括多次穿过或缠绕过通道116的一个或多个电导体。在另一示例中，初级导体绕组120可以是单个电导体。例如，初级导体绕组120可以是带状电导体。

流过初级导体绕组120的电流生成绕每个电导体122或围绕初级导体绕组120的磁场。磁场包括电磁能量。间隔件114包括构造124，用于吸收电磁能量或磁通104的预定部分，而电磁能量或磁通104的其余部分被芯部102吸收以在芯部102中生成磁通流。间隔件114的构造124允许电磁能量或磁通的由空间114吸收的预定部分被控制，以防止芯部102饱和或者使电磁装置100更抗饱和。响应于流过初级导体绕组120(生成最大电磁能量或磁通或比芯部102大的电磁能量或磁通的最大量)的电流而发生的芯部102的饱和能够吸收或接收。

间隔件114可包括位于间隔件114的用于抵接芯部102的内表面128的外壁126与间隔件114的限定通道116的内壁130之间的预定厚度“t”。根据一个示例，间隔件114的厚度“t”可大于或等于芯部102的、在芯部102的内表面128与芯部102的外表面132之间的厚度“w”。例如，间隔件114的厚度“t”可约为芯部102的厚度“w”的两倍。另外参照图2，图2是根据本公开的另一示例的抗饱和电磁装置200的示例的端视图。除了间隔件114的厚度“t”小于芯部102的厚度“w”之外，抗饱和电磁装置200可类似于图1中的抗饱和电磁装置100。在另一示例中，间隔件114的厚度“t”可等于芯部102的厚度“w”。

空间114的构造124可适于将初级导体绕组120与芯部102之间的磁耦合减小能够防止芯部102饱和的预设量，或者可减少可能导致芯部102饱和的电磁能量或磁通的量值。在一个示例中，间隔件114可包括非磁性材料或非铁材料。在诸如图3示出的另一示例中，间隔件114的构造124可限定抵抗且吸收磁通的容积300。另外参照图3，图3是根据本公开的又一示例的抗饱和电磁装置302的示例的端视图。除了间隔件114可包括限定了抵抗且吸收磁通的容积300的构造124之外，抗饱和电磁装置302可类似于图1的抗饱和电磁装置100。间隔件114可包括这样的材料，该材料包括磁通阻性特性或性能和/或磁通吸收特性或性能。例如，间隔件114可浸渍有选定浓度的导电或半导电颗粒304，其可造成对电磁能量或磁通104的确定吸收以及将电磁能量或磁通104转换为热能以防止芯部102饱和。选定浓度的导电或半导电颗粒304还可以是选中类型的材料。可供颗粒304使用的材料类型的示例可包括但不必限于碳颗粒、铝颗粒、铁颗粒或可提供电磁能量或磁通104的预定吸收的其它颗粒。因此，导电或半导电颗粒304的浓度和颗粒的类型可控制或调整为控制由间隔件114吸收的电磁能量或磁通104的量。

导电或半导电颗粒304在间隔件114中的浓度越高将导致间隔件114中的电磁能量或磁通104的吸收越高，并导致由芯部102接收的电磁能量或磁通104越少。因此，基于施加到初级导体绕组的特定输入电压和电流，导电或半导电颗粒304的浓度和材料的类型可在形成间隔件114时调整，以提供间隔件114中的电磁能量或磁通104的期望的或设计的吸收，和/或提供进入芯部104的电磁能量及流入芯部102的磁通104的量值的特定减少，从而防止饱和。磁场密度在芯部102的内表面128处较小，而由初级导体绕组120中的电流生成的总磁通104不变。由于间隔件114并且基于本文中描述的间隔件114的构造124(相比没有间隔件114)，抗饱和电磁装置302的芯部102将饱和化或吸收在流过初级导体绕组120的更高电流下的最大量值的电磁能量或磁通。

图4a是根据本公开的另一示例的抗饱和电磁装置400的示例的端视图。除了抗饱和电磁装置400可构造为变压器并且可包括初级导体绕组402和次级导体绕组404(穿过通道116和芯部102)之外，抗饱和电磁装置400可与抗饱和电磁装置100、200或300相同。初级导体绕组402可包括多个电导体线材406，并且次级导体绕组404也可包括多个电导体线材408。初级导体绕组402的多个电导体线材406可配置成在通道116中彼此相邻。次级导体绕组的多个电导体线材408也可配置成在通道116中彼此相邻。初级导体绕组402和次级导体绕组404均可配置成在通道116中彼此相邻。

电导体线材406和408在图4a的示例中被示为具有圆形横截面。还可使用具有其它横截面形状(例如方形或矩形横截面)的电导体线材，其类似于题为“线性电磁装置”的美国专利9,159,487中的描述内容，该专利被转让给与本申请相同的受让人并且通过引用并入本文中。

另外参照图4b，图4b是包括图4a的抗饱和电磁装置400的电路410的示例的方框示意图。初级导体绕组402可电连接到电力源412，并且次级导体绕组404可连接到负载414。

图1至图4b中的示例性电磁装置100、200、302和400提供重量较轻的新的电感器或变压器设计，这是因为芯部102的一部分可替换为重量较轻的间隔件114并且可控的小电感值可使用间隔件114和廉价的制造技术实现。包括插入到初级导体绕组120与芯部102之间的非磁性材料的间隔件114提供初级导体绕组120与芯部102的内表面128之间的分离距离，其对应于间隔件114的厚度“t”。分离距离以可控的方式减少电感以提供电磁装置100、200、302或400的较低有效电感。利用较低的电感和较低的饱和，电磁装置100、200、302或400可更好地响应于噪声信号。

如本文中描述的，在另一示例中，间隔件114可浸渍有导电或半导电颗粒304，用以进一步降低电感器效率。例如，30安培直流(adc)信号可使芯部102的大部分饱和同时使较小部分不饱和。如果噪声增添到30adc信号之上，则由于饱和，芯部102可能不正确地响应于噪声。利用间隔件114，芯部102可响应于噪声。芯部102的内表面128的能量密度因间隔件114而降低，但总磁通104保持相同。因为芯部102的内表面128的能量密度较低，电磁能量或磁通104进入芯部102的穿透量较小。电磁装置100、200、302或400需要较少的材料，并且较低电感可以实现。另外，由于将芯部102的以其它方式持续饱和的部分替换为间隔件114，电磁装置100、200、302或400可能较轻。本文中描述的电磁装置100、200、302和400的示例实现了较小、重量较轻的电感器，其可以完成其中高电流可使芯部102饱和或几乎饱和的更高电流滤除的电感要求，使装置在滤除信号方面效率较低。

图5是根据本公开的一个示例用于防止电磁装置饱和的方法500的示例的流程图。在框502中，可提供磁通可在其中生成的芯部。所述芯部可以是类似于图1中的示例性芯部102的长形芯部，并且可包括具有彼此上下堆叠的多个板或层压件的层压结构。在另一示例中，所述芯部可由单件式结构形成。开口可形成为穿过所述芯部。所述开口可大致形成在所述芯部的中心，并且所述开口的横截面可限定穿过所述芯部的长形槽。

在框504中，间隔件可配置在所述芯部中的开口内并且延伸穿过所述芯部。所述间隔件可限定穿过所述芯部的通道。所述间隔件可包括适于将初级绕组与抗饱和电磁装置的芯部之间的磁耦合减小预设量以防止芯部饱和的构造。所述间隔件的构造可包括所述间隔件中具有磁通阻性特性或磁通吸收特性的材料。例如，所述间隔件的所述构造可包括：为所述间隔件浸渍选定浓度的导电或半导电颗粒，这导致对磁通的某种吸收以及将磁通转换为热能，防止芯部饱和。

在框506中，初级导体绕组可延伸穿过所述间隔件的通道并且穿过所述芯部。所述初级导体绕组可以是穿过所述通道的单个导体线材或多个初级导体线材。所述导体可包括预定的横截面。例如，取决于抗饱和电磁装置的设计和/或应用，所述导体可具有圆形、方形、矩形或其它横截面。所述导体线材可彼此相邻地以单排配置在所述通道内，或者可布置成一些其它构造。

在框508中，对于抗饱和电磁装置的变压器构造，一个或多个次级绕组可延伸穿过所述通道。所述一个或多个次级导体绕组均可包括延伸穿过所述通道的单个次级导体线材或多个次级导体线材。所述一个或多个次级导体线材可包括预定的横截面，例如，圆形、方形、矩形或其它横截面。所述次级导体线材彼此相邻地以单排布置配置在所述通道内或以一些其它布置配置在所述通道内。所述次级导体绕组可与所述初级导体绕组相邻地配置在所述通道内。

在框510中，所述初级导体绕组可连接到电力源。如果所述抗饱和电磁装置被构造为变压器，则所述次级导体绕组可连接到负载。

在框512中，电流可流过所述初级导体绕组以生成绕所述初级导体绕组的磁场。所述磁场包括电磁能量。如前所述，所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量或磁通的预定部分的构造，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。电磁能量或磁通的被所述间隔件吸收或接收在所述间隔件内的所述预定部分基于所述间隔件的所述构造，并且可对应于所述间隔件的、在所述通道与所述芯部的内表面之间的尺寸或厚度以及材料的类型(如果有的话)，利用所述间隔件内的电气性能或磁性性能来吸收所述电磁能量并且将之转换为热能。基于所述构造，所述间隔件可防止所述抗饱和电磁装置的所述芯部饱和或吸收在流过所述初级导体绕组的较高电流下的最大量值的磁通。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明各示例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框均可表示指令的模块、段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施中，框中指出的功能可能不按图中指出的顺序发生。例如，事实上，连续显示的两个框可基本同时执行，或者各框有时可能按相反的顺序执行，这取决于涉及的功能。还将指出的是，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图的各框组合可以由执行指定功能或动作或者进行专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实施。

进一步，本公开包括根据以下条款的示例：

条款1、一种抗饱和电磁装置100，200，302，400，其包括：芯部102，在所述芯部中能生成磁通104；开口110，所述开口穿过所述芯部；间隔件114，所述间隔件被配置在所述开口内并且延伸穿过所述芯部，所述间隔件限定穿过所述芯部的通道116；以及初级导体绕组120，所述初级导体绕组接收在所述间隔件的所述通道中并且延伸穿过所述芯部，其中流过所述初级导体绕组的电流生成绕所述初级导体绕组的磁场，所述磁场包括电磁能量，且所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造124，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

条款2、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件的所述构造适于将所述初级导体绕组与所述芯部之间的磁耦合减小预设量，防止所述芯部饱和。

条款3、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件的所述构造限定了抵抗且吸收磁通的容积300。

条款4、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件包括非磁性材料。

条款5、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件包括这样的材料，所述材料包括磁通阻性特性或磁通吸收特性。

条款6、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件浸渍有选定浓度的导电或半导电颗粒304，这造成对所述磁通的确定吸收以及将所述磁通转换为热能，防止所述芯部饱和。

条款7、根据条款6所述的抗饱和电磁装置，其中，所述导电或半导电颗粒包括碳颗粒、铝颗粒和铁颗粒中的至少一者。

条款8、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件包括预定厚度t，所述预定厚度t位于抵接所述芯部的内表面128的外壁126与限定所述通道的内壁130之间。

条款9、根据条款8所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件的所述预定厚度大于或等于所述芯部的厚度。

条款10、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，磁场密度在所述芯部的内表面处较小，而由所述初级导体绕组中的电流生成的总磁通不变。

条款11、根据条款1所述的抗饱和电磁装置，其中，所述芯部是包括单件式结构和层压结构106中的一者的长形芯部，所述层压结构包括彼此上下堆叠的多个板108。

条款12、一种抗饱和电磁装置100，200，302，400，其包括：芯部102，磁通能生成在所述芯部中；开口110，所述开口穿过所述芯部，所述开口的横截面限定长形槽112；间隔件114，所述间隔件被配置在所述开口内并且延伸穿过所述芯部，所述间隔件限定穿过所述芯部的通道116，所述通道的横截面限定长形孔118；以及初级导体绕组120，所述初级导体绕组接收在所述间隔件的所述通道中并且延伸穿过所述芯部，其中流过所述初级导体绕组的电流生成绕所述初级导体绕组的磁场，所述磁场包括电磁能量，且所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造124，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

条款13、根据条款12所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件的所述构造适于将所述初级导体绕组与所述芯部之间的磁耦合减小预设量，防止所述芯部饱和。

条款14、根据条款13所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件包括非磁性材料。

条款15、根据条款13所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件包括这样的材料，所述材料包括磁通阻性特性或磁通吸收特性。

条款16、根据条款15所述的抗饱和电磁装置，其中，所述间隔件浸渍有选定浓度的导电或半导电颗粒304，这导致对所述磁通的确定吸收以及将所述磁通转换为热能，防止所述芯部饱和。

条款17、一种用于防止电磁装置饱和的方法500，所述方法包括：提供能生成磁通的芯部502；将间隔件配置在所述芯部中的开口内并且使所述间隔件延伸穿过所述芯部，所述间隔件限定穿过所述芯部的通道504；使初级导体绕组延伸穿过所述间隔件的所述通道并且使所述初级导体绕组延伸穿过所述芯部506；以及使电流流过所述初级导体绕组以生成绕所述初级导体绕组的磁场512，所述磁场包括电磁能量，且所述间隔件包括用于吸收所述电磁能量的预定部分的构造，并且所述电磁能量的其余部分被所述芯部吸收以在所述芯部中生成磁通流。

条款18、根据条款17所述的方法，所述方法进一步包括：将所述间隔件被构造将所述初级导体绕组与所述芯部之间的磁耦合减小预设量，防止所述芯部饱和。

条款19、根据条款18所述的方法，其中，构造所述间隔件的步骤包括：在所述间隔件中包括这样的材料，所述材料包括磁通阻性特性或磁通吸收特性。

条款20、根据条款19所述的方法，其中，构造所述间隔件的步骤包括：将所述间隔件浸渍有选定浓度的导电或半导电颗粒304，这造成对所述磁通的确定吸收以及将所述磁通转换为热能，防止所述芯部饱和。

本文中使用的术语仅出于描述特定示例的目的，并非旨在限制本发明的示例。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，术语“包括”在本说明书中使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增添。

随附权利要求中的所有装置或步骤加功能要素的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括与其它具体要求保护的要素组合地执行功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于示出和描述的目的而呈现，但并非旨在以公开的形式穷举或限于本发明的示例。许多修改和变型将对本领域普通技术人员是明显的，而不脱离本发明的示例的范围和精神。所述示例被选中并描述，以便最佳解释本发明示例和实际应用的原理，并且使本领域普通技术人员能够理解本发明的示例，各种示例具有适合预期的特定用途的各种修改。

虽然具体示例已经在本文中示出并描述，但是本领域普通技术人员认识到，为实现相同目的而规划的任何布置都可代替所示的具体示例，并且本发明的示例在其它环境中具有其它应用。本申请旨在覆盖本发明的任何修改或变型。随附权利要求决非旨在将本发明示例的范围限于本文中描述的具体示例。