包括低交流电阻箔绕组和有隙磁芯的磁性装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年8月7日提交的美国临时专利申请序列号62/034,278的优先权，其通过引用并入本文。

背景技术：

诸如电感器和变压器的磁性装置广泛地用于电气系统中。例如，电力系统使用变压器来升高用于输电的电压和降低用于配电的电压。作为另一示例，许多开关功率转换器包括用于对开关波形进行滤波的电感器。

磁性装置通常用于高频应用中。例如，磁性器件的一个应用是在开关功率转换器中。通常期望在高频下操作开关功率转换器以促进快速的转换器瞬态响应和小的组件尺寸。然而，磁性装置绕组在高频下通常具有高有效电阻。

具体地，表皮效应和邻近效应都可以使绕组具有比直流(dc)电阻显著更高的交流(ac)电阻，其中ac电阻指的是当传导ac电流时的绕组的电阻，以及dc电阻指的是当传导dc电流时绕组的电阻。表皮效应是指ac电流被限于绕组的横截面区域的外部的趋势，使得当传导ac电流时绕组的有效横截面积小于当传导dc电流时绕组的有效横截面积。邻近效应是指绕组的导体外部的磁场在导体中感应出涡流，从而增加导体的有效电阻。与表皮和邻近效应相关的电阻通常随着操作频率的增加而增加。

用于使绕组ac电阻最小化的一种已知技术是由薄箔构造绕组，其中箔具有小于在预期工作频率处的表皮深度的厚度，其中表皮深度是与绕组外表面的距离，其中电流密度为其在外表面处的值的37％。虽然这种技术可以减少或消除在一些应用中由于表皮效应而引起的电阻增加，但绕组仍然可能遭受来自边缘磁场(例如来自磁芯间隙)的邻近效应。这些邻近效应可能导致绕组中的显著电阻和相关联的损耗。考虑例如图1，其是现有技术的电感器100的垂直截面图。电感器100包括磁芯102，磁芯102包括由间隙108分离的内柱104和106。例如包括间隙108以最小化磁饱和的可能性和/或帮助实现期望的能量存储。箔绕组110缠绕在内柱104和106上。与磁芯102的剩余部分的磁阻相比，间隙108的相对高的磁阻导致由虚线示出的边缘磁通112邻近间隙108流动。边缘磁通112在箔绕组110中感应出涡流，从而使箔绕组110具有相对高的ac电阻。

sullivan等人的美国专利号7,701,317(sullivan'317)中公开了用于最小化包括箔绕组的有隙(gapped)磁性装置中的电阻的技术。sullivan'317部分地教导了一种磁性装置，其包括形成有一个或多个空腔的箔绕组，其中箔绕组围绕磁芯定位，使得空腔邻近间隙。图2示出了结合sullivan'317的技术的磁性装置200的一个示例，其中箔绕组202形成与间隙206相邻的空腔204。空腔有助于最小化箔绕组202上的边缘磁通208的影响。尽管在sullivan'317中所公开的技术可能是非常有效的，但是可能相对难以制造包括形成所需空腔的绕组的磁性装置。

技术实现要素：

在实施例中，具有高度的磁性装置包括磁芯、第一箔绕组和第二箔绕组。磁芯包括在高度方向上以第一内间隙彼此分离的第一和第二内柱，以及在高度方向上以第一外间隙彼此分离的第一和第二外部元件。第一箔绕组缠绕在第一内柱周围，而不沿着第一内间隙的高度延伸，并且不沿着第一外间隙的高度延伸。第二箔绕组缠绕在第二内柱周围，而不沿着第一内间隙的高度延伸，并且不沿着第一外间隙的高度延伸。

在实施例中，具有高度的磁性装置包括磁芯、第一绞合线绕组和箔绕组。磁芯包括多个内柱，其中相邻的内柱在高度方向上以相应的内间隙彼此分离。第一绞合线绕组缠绕在多个内柱周围，并且箔绕组缠绕在第一绞合线绕组上。

在实施例中，具有长度和高度的磁性装置包括磁芯、第一箔绕组和第二箔绕组。磁芯包括在高度方向上以第一内间隙彼此分离的第一和第二内柱。第一箔绕组缠绕在第一内柱周围，并且第一箔绕组形成多个第一绕组匝，其中第一绕组匝的相应高度随着与第一内柱的长度距离的增加而增加。第二箔绕组在高度方向上与第一箔绕组分离。第二箔绕组缠绕在第二内柱周围，并且第二箔绕组形成多个第二绕组匝，其中第二绕组匝的相应高度随着与第二内柱的长度距离的增加而增加。

在实施例中，具有高度的磁性装置包括磁芯和箔绕组。磁芯包括(1)在高度方向上彼此分离的第一和第二端部件，(2)在高度方向上以内间隙与第一端部件分离的内柱，以及(3)在高度方向上以第一外间隙与第一端部件分离的第一外部元件。箔绕组缠绕在内柱上。箔绕组在高度方向上以第一间隔距离与第一端部件分离，并且箔绕组在高度方向上以第二间隔距离与第二端部分离，其中第一间隔距离大于第二间隔距离。

附图说明

图1是现有技术电感器的垂直截面图。

图2是另一现有技术电感器的垂直截面图。

图3是根据实施例的包括大致布置在间隙感应的边缘磁通路径外部的箔绕组的磁性装置的俯视图。

图4是图3磁性装置的侧视图。

图5是沿图3的线3a-3a截取的垂直截面图。

图6是类似于图5的垂直截面图，并且示出了近似的间隙感应的边缘磁通路径。

图7是根据实施例的磁性装置的垂直截面图，其中一些箔绕组匝已延伸相应的高度。

图8是类似于图7的垂直截面图，并且示出了近似的间隙感应的边缘磁通路径。

图9是根据实施例的包括没有外间隙的磁芯的磁性装置的垂直截面图。

图10是根据实施例的磁性装置的垂直截面图，其中绕组匝高度随着与内柱的长度距离而增加。

图11是根据实施例的类似于图3的磁性装置的垂直截面图，但是其中磁芯仅包括两个外部元件。

图12是根据实施例的类似于图11的磁性装置的垂直截面图，但是具有额外的箔绕组。

图13是根据实施例的类似于图3的磁性装置的垂直截面图，但是具有附加的磁性元件和箔绕组。

图14是根据实施例的类似于图3的磁性装置的垂直截面图，但是还包括布置在箔绕组之间的绞合线(litzwire)绕组。

图15是根据实施例的包括箔绕组和两个绞合线绕组的磁性装置的垂直截面图。

图16是根据实施例的类似于图15的磁性装置的垂直截面图，但是其中磁芯仅形成单个间隙。

图17是根据实施例的类似于图16的磁性装置的垂直截面图，但是其中磁芯形成多个内间隙。

图18是根据实施例的类似于图3的磁性装置的俯视图，但是具有圆形磁芯。

图19是图18磁性装置的侧视图。

图20是沿图18的线18a-18a截取的图18磁性装置的垂直截面图。

图21是沿图19的线19a-19a截取的图18磁性装置的水平截面图。

图22是类似于图3的磁性装置的垂直截面图，但是包括四个绕组。

图23是类似于图9的磁性装置的垂直截面图，但是包括四个绕组。

图24是根据实施例的包括单个箔绕组的磁性装置的垂直截面图。

图25是与图24相同的垂直截面图，并且示出了近似的间隙感应的边缘磁通路径。

图26是根据实施例的与图24和图25的磁性装置类似的磁性装置的垂直截面图，但是具有仅包括单个外部元件的磁芯。

图27是根据实施例的与图26的磁性装置类似的磁性装置的垂直截面图，但是包括两个绕组。

具体实施方式

包括多个箔绕组的磁性装置

申请人已经发现，通过使用两个分离的箔绕组代替单个箔绕组，可以在有隙磁芯上的箔绕组中实现低ac电阻，其中两个箔绕组大致布置在间隙感应的边缘磁通路径之外。如下所述，与使用sullivan'317中公开的技术可实现的相比，具有这些特性的磁性装置潜在地实现了低箔绕组ac电阻，而没有与形成邻近于间隙的空腔相关的潜在制造困难。

图3是磁性装置300的俯视图，并且图4是磁性装置300的侧视图，磁性装置300是磁性装置的一个实施例，其包括大致布置在间隙感应的边缘磁通路径之外的箔绕组。图5是沿着图3的线3a-3a截取的磁性装置300的垂直截面图。磁性装置300具有长度302、宽度304和高度306。

磁性装置300包括磁芯308，磁芯308包括端部件310和312、内柱314和316以及外部元件318、320、322和324。虽然图4和图5包括描绘磁芯308的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯308中的不连续性。

端部件310和312在高度306方向上彼此偏移。内柱314和316是共线的并且在高度306方向上以内间隙326彼此分离，使得内柱314和316以及内间隙326在高度306方向上共同地连接端部件310和312。外部元件318和320是共线的并且在高度306方向上以外间隙328彼此分离，使得外部元件318和320以及外间隙328在高度306方向上共同地连接端部件310和312。类似地，外部元件322和324是共线的并且在高度306方向上以外间隙330彼此分离，使得外部元件322和324以及外间隙330在高度306方向上共同地连接端部件310和312。外部元件318和322以及内柱314在长度302方向上彼此偏移，并且外部元件320和324以及内柱316在长度302方向上彼此偏移。因此，在一些实施例中，磁芯308由以内间隙326和外间隙328和330彼此分离的两个e形磁性元件形成。内间隙326和外间隙328和330每个都填充有材料，诸如空气、塑料、纸和/或胶，具有比形成磁芯308的一种或多种磁性材料低的磁导率。内间隙326和外间隙328和330用于例如防止磁性装置300的磁饱和和/或实现期望的能量存储。另外，如下面将要说明的，间隙相对于箔绕组的定位有助于平衡箔的边缘中的电流。

磁性装置300还包括箔绕组332和334。在一些实施例中，箔绕组332以串联或并联方式电耦合到箔绕组334，使得磁性装置300可以用作电感器。在一些其他实施例中，箔绕组332至少部分地与箔绕组334电隔离，使得磁性装置300可以用作变压器。可以特别适合于变压器应用的一些其他实施例在下面参照图22和图23进行讨论。箔绕组332缠绕在内柱314周围，而不分别沿着内间隙326、外间隙328和外间隙330的相应高度336、338和340延伸。类似地，箔绕组334缠绕在内柱316周围，而不分别沿着内间隙326、外间隙328和外间隙330的相应高度336、338和340延伸。箔绕组332形成多个绕组匝342，并且箔绕组334形成多个绕组匝344(参见图5)。在本文中，项的特定实例可以通过使用括号中的数字(例如，绕组匝342(1))来引用，而没有括号的数字指代任何这样的项(例如，绕组匝342)。为了说明清楚，在图5中仅标记了绕组匝342和344的一些实例。在一些实施例中，箔绕组332和334之间在高度306方向上的体积346填充有介电材料(未示出)。

箔绕组332和334缠绕在相应的内柱上而不沿着间隙高度336、338和340延伸的事实有利地使箔绕组大致布置在间隙感应的边缘磁通路径之外。考虑例如图6，其是类似于图5的截面图，示出了磁性装置300的近似边缘磁通路径。如图所示，从内间隙326、外间隙328和外间隙330中的每一个发射边缘磁通348。然而，箔绕组332和334缠绕在相应的内柱周围而不沿间隙高度336、338和340延伸的事实，导致箔绕组332和334大致布置在间隙感应的边缘磁通348路径的外部，如图所示。因此，箔绕组332和334在最高间隙感应的边缘磁通348的区域之外，因此，磁性装置300的某些实施例能够实现低ac绕组电阻。

此外，分别在箔绕组332和334的内边缘392和394附近的磁通349沿在长度302方向上延伸的大致直线流动，如图6所示。因此，在内边缘392和394附近的磁通349大致平行于由内边缘限定的表面。另外，磁场强度沿着磁通349的路径近似恒定。在内边缘392和394附近的这些均匀的平行磁场促进内边缘392之间以及内边缘394之间的相等的ac电流幅度，从而进一步帮助在磁性装置中实现低的ac绕组电阻。在图6中仅标记了内边缘392和394的一些实例以促进说明清楚。

另外，应当理解，磁性装置300有可能相对简单地构造。例如，箔绕组332和334可以通过围绕相应的内柱缠绕矩形箔片而形成，并在绕组匝之间具有适当的绝缘。箔绕组332和334不必具有复杂的形状或缠绕以实现空腔。因此，磁性装置300的某些实施例与使用sullivan'317中公开的技术可获得的相比，实现了低的箔ac绕组电阻，而没有与形成邻近于间隙的绕组空腔相关的潜在制造困难。

通过增加远离内间隙326和外间隙328和330的绕组匝的高度，可以在增大制造复杂性的可能权衡之下可选地实现绕组dc电阻的减小。增加绕组匝高度增加了绕组横截面积，从而降低了绕组dc电阻，因为dc电流实质上流过整个绕组横截面区域。例如，图7是磁性装置700的垂直截面图，其类似于图3-图6的磁性装置300，但是其中一些箔绕组匝具有增加的高度，以减小绕组dc电阻。

具体地，磁性装置700包括箔绕组732和734，分别代替箔绕组332和334。箔绕组732形成具有相应高度750的多个绕组匝742，并且箔绕组734形成具有相应高度752的多个绕组匝744。例如，绕组匝742(1)具有高度750(1)，并且绕组匝742(7)具有高度750(7)。为了说明清楚，仅标出了绕组匝742和744以及相关联的绕组高度750和752的一些实例。

位于内柱314和外部元件318之间大约中途的绕组匝742的实例以及位于内柱314和外部元件322之间大约中途的实例具有最大的相应高度750值。相反地，位于内柱314、外部元件318或外部元件322附近的绕组匝742实例具有最小的相应高度750值。类似地，位于内柱316和外部元件320之间大约中途的绕组匝744实例以及位于内柱316和外部元件324之间大约中途的实例具有最大的相应高度752值。位于内柱316、外部元件320或外部元件324附近的绕组匝744实例具有最小的相应高度752值。绕组匝高度的这种分布有助于使箔绕组732和734的dc电阻和ac电阻两者最小化。

图8是类似于图7的截面图，示出磁性装置700的近似边缘磁通路径。如图所示，箔绕组732和734大致在边缘磁通348路径之外，类似于磁性装置300的箔绕组332和334，从而促进低绕组ac电阻。另外，由绕组匝742和744的边缘限定的表面遵循边缘磁通路径348的轮廓，促进绕组匝742和744的边缘中的相等电流。此外，某些绕组匝742和744实例的相对较大的高度促进低绕组dc电阻。因此，假设其他构造类似，磁性装置700可以实现比磁性装置300低的dc绕组电阻。

可以修改磁性装置300，使得磁芯308不形成外间隙，以简化磁性装置构造和/或减少影响附近部件的边缘磁通的可能性。例如，图9是磁性装置900的垂直截面图，其类似于图3-图6的磁性装置300，但是其中磁芯不形成外间隙。磁性装置900具有长度902和高度906，以及与长度902和高度906正交的宽度(未示出)。磁性装置900包括磁芯908，磁芯908包括端部件910和912、内柱914和916以及外部元件918和922。内柱914和916是共线的并且在高度906方向上以内间隙926彼此分离，使得内柱914和916以及内间隙926在高度906方向上共同地连接端部件910和912。外部元件918和922每个都在高度906方向上连接端部件910和912。因此，在一些实施例中，磁芯908由两个在中心腿之间具有间隙的e形芯形成。尽管图9包括描绘磁芯908的各种组件以帮助观察者区分这些组件的虚线，但应理解虚线不一定表示磁芯908中的不连续性。

磁性装置900还包括箔绕组932和934。箔绕组932缠绕在内柱914周围，而不沿着内间隙926的高度936延伸，并且箔绕组934缠绕在内柱916上而不沿着内间隙926的高度936延伸。箔绕组932和934的这种构造有利地以类似于磁性装置300的方式有助于使边缘磁通对箔绕组的影响最小化。箔绕组932形成具有绕组匝高度950的多个绕组匝942，并且箔绕组934形成具有绕组匝高度952的多个绕组匝944。为了说明清楚，仅标记了一些绕组匝942和944实例。

内间隙926的高度936可能需要相对较大以补偿磁芯908中外间隙的缺少。间隙高度936这种较大的值增加了边缘磁通路径的尺寸，需要绕组匝942的高度950，并且绕组匝944的高度952小于磁性装置300的相应绕组匝高度。较小的绕组匝高度减小了可用于传导电流的绕组横截面积，因此，假设所有其他都相等，磁性装置900可具有比磁性装置300大的绕组dc电阻。

因此，申请人已经开发了具有不相等的绕组高度的单隙磁性装置，其至少部分地克服磁性装置900的相对大的绕组dc电阻。图10是与图9的磁性装置900类似的磁性装置1000的垂直截面图，但箔绕组1032和1034分别替代箔绕组932和934。箔绕组1032在高度906方向上与箔绕组1034分离。箔绕组1032包括具有相应绕组高度1050的多个绕组匝1042，并且箔绕组1034包括具有相应高度1052的多个绕组匝1044。例如，绕组匝1042(1)具有绕组高度1050(1)，并且绕组匝1044(11)具有绕组高度1052(11)。为了说明清楚，仅标出了绕组匝1042和1044以及绕组高度1050和1052的一些实例。

绕组匝高度1050的值随着与内柱914的长度902距离的增加而增加，并且绕组匝高度1052的值随着与内柱916的长度902距离的增加而增加。因此，最远离内柱914的绕组匝1042实例具有最大绕组匝高度1050值，以及最远离内柱916的绕组匝1044实例具有最大绕组匝高度1052值。这种构造有助于降低绕组dc电阻，同时以类似于上面关于图7和图8所讨论的方式将箔绕组1032和1034大致保持在边缘磁通路径之外。因此，假设其他结构类似，磁性装置1000可具有比磁性装置900低的绕组dc电阻。

图11是磁性装置1100的垂直截面图，其类似于图3-图6的磁性装置300，但是其中磁芯仅包括两个外部元件。磁性装置1100具有长度1102和高度1106，以及与长度1102和高度1106正交的宽度(未示出)。磁性装置1100包括磁芯1108，磁芯1108包括端部件1110和1112、内柱1114和1116以及外部元件1118和1120。内柱1114和1116是共线的并且在高度1106方向上以内间隙1126彼此分离，使得内柱1114和1116以及内间隙1126共同地在高度1106方向上连接端部件1110和1112。外部元件1118和1120是共线的并且在高度1106方向上以外间隙1128彼此分离，使得外部元件1118和1120以及外间隙1128在高度1106方向上共同地连接端部件1110和1112。因此，在一些实施例中，磁芯1108由以内间隙1126和外间隙1128彼此分离的两个u形磁性元件形成。虽然图11包括描绘磁芯1108的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但应当理解，虚线不一定表示磁芯1108中的不连续。此外，尽管在图11的讨论中使用术语“内柱”和“外部元件”用于与上述实施例一致，但是在一些实施例中，磁芯1108是对称的，使得内柱和外部元件可互换。

磁性装置1100还包括箔绕组1132和1134。箔绕组1132缠绕在内柱1114周围，而不沿着内间隙1126的高度1136延伸，并且不沿着外间隙1128的高度1138延伸。箔绕组1134缠绕在内柱1116周围，而不沿着内间隙1126的高度1136延伸，并且不沿外间隙1128的高度1138延伸。因此，磁性装置1100以类似于磁性装置300的方式实现低绕组ac电阻。箔绕组1132包括多个绕组匝1142，并且箔绕组1134包括多个绕组匝1144。

只要绕组不沿间隙高度延伸，上述磁性装置可以修改为包括额外的绕组和/或间隙。例如，图12是磁性装置1200的垂直截面图，磁性装置1200类似于磁性装置1100，但包括额外的箔绕组。

磁性装置1200具有长度1202和高度1206，以及与长度1202和高度1206正交的宽度(未示出)。磁性装置1200包括磁芯1208，磁芯1208包括端部件1210和1212、内柱1214和1216以及外部元件1218和1220。内柱1214和1216是共线的并且在高度1206方向上以内间隙1226彼此分离，使得内柱1214和1216以及内间隙1226共同地在高度1206方向上连接端部件1210和1212。外部元件1218和1220是共线的并且在高度1206方向上以外间隙1228彼此分离，使得外部元件1218和1220以及外间隙1228在高度1206方向上共同地连接端部件1210和1212。因此，在一些实施例中，磁芯1208由以内间隙1226和外间隙1228彼此分离的两个u形磁性元件形成。虽然图12包括描绘磁芯1208的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯1208中的不连续。此外，尽管在图12的讨论中使用术语“内柱”和“外部元件”用于与上述实施例一致，但是在一些实施例中，磁芯1208是对称的，使得内柱和外部元件可互换。

磁性装置1200还包括四个箔绕组1232、1234、1254和1258。箔绕组1232和1234分别缠绕在内柱1214和1216周围，而不沿着内间隙1226的高度1236延伸，并且不沿着内间隙1228的高度1238延伸。箔绕组1254和1258分别缠绕在外部元件1218和1220周围，而不沿着内间隙1226的高度1236延伸，并且不沿着外间隙1228的高度1238延伸。因此，磁性装置1200以类似于磁性装置300的方式实现低绕组ac电阻，但具有四个箔绕组而不是两个箔绕组。箔绕组1232、1234、1254和1258分别形成绕组匝1242、1244、1256和1260。为了说明清楚，仅标记了一些绕组匝实例。

图13是磁性装置1300的垂直截面图，磁性装置1300类似于磁性装置300，但包括额外的箔绕组和磁芯中的附加间隙。磁性装置1300具有长度1302和高度1306，以及与长度1302和高度1306正交的宽度(未示出)。

磁性装置1300包括磁芯1308，磁芯1308包括端部件1310和1312、内柱1314、1316和1362以及外部元件1318、1320、1322、1324、1366和1370。虽然图13包括描绘磁芯1308的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯1308中的不连续性。

端部件1310和1312在高度1306方向上彼此偏移。内柱1314、1316和1362是共线的。内柱1314和1316在高度1306方向上以内间隙1326彼此分离，并且内柱1316和1362在高度1306方向上以内间隙1364彼此分离。内柱1314、1316和1362以及内间隙1326和1364在高度1306方向上共同地连接端部件1310和1312。

外部元件1318、1320和1366是共线的。外部元件1318和1320在高度1306方向上以外间隙1328彼此分离，并且外部元件1320和1366在高度1306方向上以外间隙1368彼此分离。外部元件1318、1320和1366以及外间隙1328和1368在高度1306方向上共同地连接端部件1310和1312。

外部元件1322、1324和1370是共线的。外部元件1322和1324在高度1306方向上以外间隙1330彼此分离，并且外部元件1324和1370在高度1306方向上以外间隙1372彼此分离。外部元件1322、1324和1370以及外间隙1330和1372在高度1306方向上共同地连接端部件1310和1312。

磁性装置1300还包括箔绕组1332、1334和1354。箔绕组1332缠绕在内柱1314周围，箔绕组1334缠绕在内柱1316周围，箔绕组1354缠绕在内柱1362周围。箔绕组1332、1334和1354每个都缠绕在它们相应的内柱周围而不分别沿着内间隙1326和1364的高度1336、1374延伸。另外，箔绕组1332、1334和1354每个都缠绕在它们相应的内柱周围，而不分别沿着外间隙1328、1330、1368和1372的高度1338、1340、1376和1378延伸。因此，磁性装置1300以类似于磁性装置300的方式实现低绕组ac电阻，但具有额外的绕组和间隙。箔绕组1332、1334和1354分别形成绕组匝1342、1344和1356。为了说明清楚，仅标记了一些绕组匝实例。

图22是磁性装置2200的垂直截面图，其类似于图3-图6的磁性装置300，但包括四个绕组。具体地，磁性装置2200包括箔绕组2232和2234，分别代替箔绕组332和334。另外，磁性装置2200还包括箔绕组2254和2258。箔绕组2232和2254每个都缠绕在内柱314周围，而不沿着内间隙326、外间隙328和外间隙330的相应高度336、338和340延伸。箔绕组2234和2258每个都缠绕在内柱316周围，而不沿着内间隙326、外间隙328和外间隙330的相应高度336、338和340延伸。箔绕组的这种构造以类似于磁性装置300的方式有利地帮助最小化边缘磁通对箔绕组的影响。箔绕组2232、2234、2254和2258分别形成多个绕组匝2242、2244、2256和2260。为了说明清楚，仅标出了绕组匝2242、2244、2256和2260的一些实例。

虽然不是必需的，但预期磁性装置2200将用作变压器。如果(1)箔绕组2232和2234共同用作变压器的初级绕组，并且(2)箔绕组2254和2258共同用作变压器的次级绕组，则在典型的变压器应用中促进了有效操作。这种构造使得初级绕组最接近间隙326、328和330，从而有助于最小化穿过次级绕组的磁化电感磁通的流动。磁化电感主要通过间隙326、328和330中的能量存储来实现，并且因此可以在磁性装置300的设计期间通过改变间隙的构造而改变磁化电感。可能期望特定的磁化电感，例如以防止当绕组携带dc电流时磁芯308的饱和或在谐振变换器应用中实现特定谐振频率。在一些替代实施例中，省略了外间隙328和330，使得磁性装置300具有类似于图9和图10的磁芯。

图23是类似于图9的磁性装置900的磁性装置2300的垂直截面图，但是包括四个绕组。具体地，磁性装置2300包括箔绕组2332和2334，分别代替箔绕组932和934。另外，磁性装置2300还包括箔绕组2354和2358。箔绕组2332和2354每个都缠绕在内柱914周围，而不沿着内间隙926的高度936延伸。箔绕组2334和2358每个都缠绕在内柱916周围，而不沿着内间隙926的高度936延伸。箔绕组的这种构造有利地以类似于磁性装置300的方式有助于最小化边缘磁通对箔绕组的影响。箔绕组2354缠绕在箔绕组2332周围，使得箔绕组2332和2354是同心的，并且箔绕组2358缠绕在箔绕组2334周围，使得箔绕组2334和2358是同心的。箔绕组2332、2334、2354和2358分别形成多个绕组匝2342、2344、2356和2360。为了说明清楚，仅标出了绕组匝2342、2344、2356和2360的一些实例。

还可以预期，磁性装置2300通常将用作变压器，尽管磁性装置2300不限于变压器应用。例如，箔绕组2332和2334可以共同地用作变压器的初级绕组，箔绕组2354和2358可以共同地用作变压器的次级绕组。这种构造使得初级绕组最接近间隙926，从而有助于最小化穿过次级绕组的磁化电感磁通的流动。与绕组之间的能量传递相关联的磁通将至少部分地在高度906方向上流过绕组。因此，在一些实施例中，箔绕组2332、2334、2354和2358是薄的，以最小化绕组中的循环涡流和相关联的ac电阻。

图23示出了箔绕组2332和2354之间以及箔绕组2334和2358之间的显著空间，以帮助观察者区分绕组。然而，在许多应用中，在相邻箔绕组之间将存在最小间隔，以最小化磁性装置尺寸和漏电感。在一些替代实施例中，外部元件918和922被修改以在高度方向上形成间隙，使得磁性装置2300具有与图22的磁芯类似的磁芯。

包括单个绕组的磁性装置

申请人还发现，通过相对于磁芯间隙适当放置箔绕组，可以在包括有隙磁芯和单箔绕组的磁性装置中实现低ac电阻。例如，图24是包括单个箔绕组的磁性装置2400的垂直截面图。磁性装置2400具有长度2402和高度2406，以及与长度2402和高度2406正交的宽度(未示出)。磁性装置2400包括磁芯2408，磁芯2408包括端部件2410和2412、内柱2414和外部元件2418和2422。内柱2414与端部件2410通过内间隙2426分离。外部元件2418和2422分别通过外间隙2428和2430与端部件2410分离。因此，在一些实施例中，磁芯2408由e形芯和i形芯形成。尽管图24包括描绘磁芯2408的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯2408中的不连续性。

磁性装置2400还包括缠绕在内柱2414周围的箔绕组2432。箔绕组2432形成多个绕组匝2442。在图24中仅标记了绕组匝2442的一些实例以促进说明清楚。箔绕组2432在高度2406方向上与端部件2410以间隔距离2496分离，并且箔绕组2432在高度2406方向上与端部件2412以间隔距离2498分离。间隔距离2496大于间隔距离2498，使得箔绕组2432不分别沿着内间隙2426、外间隙2428和外间隙2430的高度2436、2438和2440延伸。箔绕组2432相对于间隙2426、2428和2430的这种构造有利地有助于最小化边缘磁通对箔绕组的影响。

考虑例如作为类似于图24的截面图的图25，示出了磁性装置2400的近似边缘磁通路径。如图所示，从内间隙2426、外间隙2428和外间隙2430中的每一个发射边缘磁通2448。然而，间隔距离2496大于间隔距离2498的事实使箔绕组2432大致布置在间隙感应的边缘磁通2448路径的外部，如图所示。因此，箔绕组2432在最高间隙感应的边缘磁通2448的区域之外，因此，磁性装置2400的某些实施例能够实现低ac绕组电阻。

磁性装置2400的变型是可能的。例如，可以省略间隙2426、2428和2430中的一个或多个，而不脱离本发明的范围。作为另一个例子，可以代替箔绕组2432或除箔绕组2432之外还在外部元件2418和2422中的一个或多个周围缠绕绕组，只要每个绕组和端部件2410之间的间隔距离2496大于每个绕组和端部件2412之间的间隔距离2498即可。此外，在不脱离本发明范围的情况下，可以省略外部元件2418和2422中的一个。

例如，图26是磁性装置2600的垂直截面图，其类似于图24和25的磁性装置2400，但是具有仅包括单个外部元件的磁芯。磁性装置2600具有长度2602和高度2606，以及与长度2602和高度2606正交的宽度(未示出)。磁性装置2600包括磁芯2608，磁芯2608包括端部件2610和2612、内柱2614和外部元件2618。内柱2614与端部件2610以内间隙2626分离。外部元件2618与端部件2610以外间隙2628分离。因此，在一些实施例中，磁芯2608由u形芯和i形芯形成。尽管图26包括描绘磁芯2608的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯2608中的不连续性。另外，虽然在图26的讨论中使用术语“内柱”和“外部元件”用于与图24和图25的磁性装置2400一致，但是在一些实施例中，磁芯2608是对称的，使得内柱2614和外部元件2618是可互换的。

磁性装置2600还包括缠绕在内柱2614周围的箔绕组2632。箔绕组2632形成多个绕组匝2642。在图26中仅标记了绕组匝2642的一些实例以促进说明清楚。箔绕组2632在高度2606方向上以间隔距离2696与端部件2610分离，并且箔绕组2632在高度2606方向上以间隔距离2698与端部件2612分离。间隔距离2696大于间隔距离2698，使得箔绕组2632不分别沿着内间隙2626和外间隙2628的高度2636和2638延伸。箔绕组2632相对于间隙2626和2628的这种构造有利地以类似于上文关于图24和图25的磁性装置2400所讨论的方式有助于最小化边缘磁通对箔绕组的影响。

作为另一个示例，图27是磁性装置2700的垂直截面图，其类似于图26的磁性装置2600，但是包括两个绕组。磁性装置2700具有长度2702和高度2706，以及与长度2702和高度2706正交的宽度(未示出)。磁性装置2700包括磁芯2708，磁芯2708包括端部件2710和2712、内柱2714和外部元件2718。内柱2714与端部件2710以内间隙2726分离。外部元件2718与端部件2710以外间隙2728分离。因此，在一些实施例中，磁芯2708由u形芯和i形芯形成。尽管图27包括描绘磁芯2708的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯2708中的不连续性。

磁性装置2700还包括缠绕在内柱2714周围的箔绕组2732和缠绕在外部元件2718周围的箔绕组2734。箔绕组2732形成多个绕组匝2742，并且箔绕组2734形成多个绕组匝2744。仅在图27中标记绕组匝2742和2744的一些实例以促进说明清楚。箔绕组2732和2734在高度2706方向上以间隔距离2796与端部件2710分离，并且箔绕组2732和2734每个都在高度2706方向上以间隔距离2798与端部件2712分离。间隔距离2796大于间隔距离2798，使得箔绕组2732和2734不分别沿着内间隙2726和外间隙2728的高度2736和2738延伸。箔绕组2732和2734相对于间隙2726和2728的这种构造有利地以类似于上面关于图24和图25的磁性装置2400所讨论的方式有助于最小化边缘磁通对箔绕组的影响。另外，虽然在图27的讨论中使用术语“内柱”和“外部元件”用于与图24和图25的磁性装置2400一致，但是在一些实施例中，磁芯2708是对称的，使得内柱2714和外部元件2718是可互换的。

包括绞合线和箔绕组两者的磁性装置

绞合(利兹)线由以使得表皮效应最小化的方式绞合在一起的多个绝缘线股构成。因此，可以使用适当构造的绞合线来代替箔绕组，或代替单股圆形横截面线，以最小化间隙感应的边缘磁通的影响。然而，绞合线相对昂贵，并且绞合线可能难以连接到外部电路。此外，绞合线由于各线股和导线被包装在一起时各股线之间和导线之间的绝缘性而具有差的包装因数。此外，绝缘性和空间阻碍热量从导线传出，并且因此绞合线可能比单股导线或箔导体更容易过热。

申请人已经开发了这样的磁性装置，其利用绞合线的合意的性质同时有助于最小化其在磁性装置中的使用。这种磁性装置包括绞合线绕组和箔绕组两者。绞合线绕组在间隙感应的边缘磁通路径内使用，以最小化间隙感应的边缘磁通对绕组ac电阻的影响。箔绕组在间隙感应的边缘磁通路径之外的位置使用，以促进低成本、高封装因子和有效的绕组冷却。

例如，图14是磁性装置1400的垂直截面图，磁性装置1400类似于磁性装置300，但还包括缠绕在内柱314和316以及内间隙326周围的绞合线绕组1480。绞合线绕组1480形成一个或多个绕组匝1482，为了清楚起见，仅标出其中的一些。绞合线绕组1480例如电耦合到箔绕组332和334。绞合线绕组1480在高度306方向上布置在箔绕组332和334之间，使得绞合线绕组1480在高度306方向上分离箔绕组332和334。因此，绞合线绕组1480布置在体积346中，邻近内间隙336和外间隙328和330。如参考图6所讨论的，体积346经受显著的间隙感应的边缘磁通。然而，绞合线绕组1480相对地不受间隙感应的边缘磁通的影响，如上所述。因此，磁性装置1400的绕组ac电阻大致不受间隙感应的边缘磁通的影响。

在一些实施例中，箔绕组332、箔绕组334和绞合线绕组1480中的每一个具有相同的匝数，并且绕组电并联耦合。在这些实施例中，ac电流主要流过绞合线绕组1480，并且大部分dc电流流过箔绕组332和334。由于这种电流和绕组的相对位置，最小的ac磁通流过箔绕组332和334，从而有助于最小化箔绕组332和334中的ac损耗。

图15是磁性装置1500的垂直截面图，磁性装置1500是包括绞合线绕组和箔绕组两者的另一磁性装置。磁性装置1500具有长度1502和高度1506，以及与长度1502和高度1506正交的宽度(未示出)。

磁性装置1500包括磁芯1508，磁芯1508包括端部件1510和1512、内柱1514和1516以及外部元件1518、1520、1522和1524。虽然图15包括描绘磁芯1508的各种部件以帮助观察者区分这些部件的虚线，但是应当理解，虚线不一定表示磁芯1508中的不连续。端部件1510和1512在高度1506方向上彼此偏移。内柱1514和1516共线并且在高度1506方向上以内间隙1526彼此分离，使得内柱1514和1516以及内间隙1526在高度1506方向上共同地连接端部件1510和1512。外部元件1518和1520是共线的并且在高度1506方向上以外间隙1528彼此分离，使得外部元件1518和1520以及外间隙1528在高度1506方向上共同地连接端部件1510和1512。类似地，外部元件1522和1524是共线的，并且在高度1506方向上以外间隙1530彼此分离，使得外部元件1522和1524以及外间隙1530在高度1506方向上共同地连接端部件1510和1512。因此，在一些实施例中，磁芯1508由以内间隙1526和外间隙1528和1530彼此分离的两个e形磁性元件形成。

磁性装置1500还包括箔绕组1532和绞合线绕组1580和1584。绞合线绕组1580缠绕在内柱1514和1516周围，箔绕组1532缠绕在绞合线绕组1580周围，并且绞合线绕组1584缠绕围绕箔绕组1532周围，使得箔绕组1532、绞合线绕组1580和1584以及内柱1514和1516是同心的。箔绕组1532形成多个绕组匝1542，绞合线绕组1580形成多个绕组匝1582，并且绞合线绕组1584形成多个绕组匝1586。为了说明清楚，在图15中仅标示一些绕组匝实例。绞合线相对地不受边缘磁通的影响，因此，即使绕组的部分位于间隙感应的边缘磁通路径内，绞合线绕组1580和1584也具有相对低的ac电阻。另一方面，箔绕组1532与内间隙1526和外间隙1528和1530显著分离，使得箔绕组1532显著在间隙感应的边缘磁通路径之外。因此，磁性装置1500实现相对低的绕组ac电阻。

图16是磁性装置1600的垂直截面图，其类似于图15磁性装置1500，但是其中磁芯仅形成单个间隙。磁性装置1600具有长度1602和高度1606，以及与长度1602和高度1606正交的宽度(未示出)。磁性装置1600包括磁芯1608，磁芯1608包括端部件1610和1612、内柱1614和1616以及外部元件1618和1622。内柱1614和1616是共线的并且在高度1606方向上以内间隙1626彼此分离。外部元件1618和1622都在高度1606方向上连接端部件1610和1612而没有间隙。因此，在一些实施例中，磁芯1608由两个在中心腿之间具有间隙的e形芯形成。

磁性装置1600还包括箔绕组1632和绞合线绕组1680。绞合线绕组1680缠绕在内柱1614和1616周围，并且箔绕组1632缠绕在绞合线绕组1680周围，使得箔绕组1632、绞合线绕组1680和内柱1614和1616是同心的。箔绕组1632形成多个绕组匝1642，并且绞合线绕组1680形成多个绕组匝1682。为了说明清楚，在图16中仅标示一些绕组匝实例。由于外部元件1618和1622中缺少间隙，导致不需要将箔绕组1632与外部元件分离。因此，在磁性装置1600中的箔绕组1632的外部没有绞合线绕组。

磁性装置1500和1600的磁芯可以修改为包括附加的间隙。例如，图17是磁性装置1700的垂直截面图，其类似于图16的磁性装置1600，但是其中磁芯形成多个内间隙。磁性装置1700具有长度1702和高度1706，以及与长度1702和高度1706正交的宽度(未示出)。磁性装置1700包括磁芯1708，其包括端部件1710和1712、内柱1714、1716、1732和1788以及外部元件1718和1722。内柱1714、1716、1732和1788是共线的。内柱1714和1716在高度1706方向上以内间隙1726彼此分离，内柱1716和1732在高度1706方向上以内间隙1764彼此分离，并且内柱1732和1788在高度1706方向上以内间隙1790彼此分离。外部元件1718和1722每个都在高度1706方向上连接端部件1710和1712而没有间隙。

磁性装置1700还包括箔绕组1732和绞合线绕组1780。绞合线绕组1780缠绕在内柱1714、1716、1732和1788周围，箔绕组1732缠绕在绞合线绕组1780周围，使得箔绕组1732、绞合线绕组1780和内柱1714、1716、1732和1786是同心的。箔绕组1732形成多个绕组匝1742，并且绞合线绕组1780形成多个绕组匝1782。为了清楚起见，在图17中仅标示一些绕组匝实例。虽然从内间隙1726、1764和1790的每一个的内部发射边缘磁通，但是箔绕组1732大致通过绞合线绕组1780与间隙感应的边缘磁通分离。因此，磁性装置1700实现相对低的绕组ac电阻，即使磁芯1708形成多个内间隙。

尽管如上所述，绞合线相对不受间隙感应的边缘磁通的影响，但是可能存在的益处是定位绞合线绕组以避开间隙感应的边缘磁通最强的区域。例如，对于给定的绞合线股直径，以这种方式定位绞合线绕组有助于最小化绞合线绕组中的邻近效应损失。作为另一示例，假设给定量的邻近效应损失是可容忍的，定位绞线绕组以避开间隙感应的边缘磁通的最强区域可以允许使用更大直径、更低成本的绞合线，如果相比于取而代之地将绞合线绕组均匀布置在它们相应的磁性装置中的话。

因此，图14、图15、图16和图17的磁性装置1400、1500、1600和1700中的绞合线绕组分别定位成避开间隙感应的边缘磁通最强的区域。然而，应当理解，在这些磁性装置中的绞合线绕组可以可选地均匀地定位而不脱离本发明的范围。

虽然上面讨论的磁性装置被示为具有矩形磁芯，但磁性装置不限于这种磁芯几何形状。事实上，磁芯可以具有几乎任何横截面几何形状。可能使用的一些可能的磁芯包括er、ep、etd、efd、rm、pq、tt、eq、ph、pm和ur磁芯。

例如，图18是具有圆形磁芯的磁性装置1800的俯视图，并且图19是其侧视图。除了磁芯形状，磁性装置1800类似于图3的磁性装置300。图20是沿着图18的线18a-18a截取的磁性装置1800的垂直截面图，并且图21是沿图19的线19a-19a截取的水平截面图。磁性装置1800具有半径1802和高度1806。

磁性装置1800包括罐磁芯1808，其包括圆盘形端部件1810和1812、圆柱形内柱1814和1816以及圆形外部元件1818和1820。内柱1814和1816是同轴的，并且在高度1806方向上彼此分离内间隙1826。外部元件1818和1820是同轴的并且在高度1806方向上彼此分离外间隙1828。内柱1814和外部元件1818是同心的，并且内柱1816和外部元件1820是同心的。

磁性装置1800还包括箔绕组1832和1834。箔绕组1832缠绕在内柱1814周围，而不分别沿着内间隙1826和外间隙1828的高度1836和1838延伸。类似地，箔绕组1834缠绕在内柱1816周围，而不分别沿着内间隙1826和外间隙1828的高度1836和1838延伸。因此，磁性装置1800以类似于上面参照图3所讨论的方式实现低绕组ac电阻。

特征的组合

在不脱离本发明范围的情况下，上述以及以下要求保护的特征可以以各种方式组合。以下示例说明一些可能的组合：

(a1)具有高度的磁性装置可以包括磁芯、第一箔绕组和第二箔绕组。磁芯可以包括(1)在高度方向上以第一内间隙彼此分离的第一和第二内柱，以及(2)在高度方向上以第一外间隙彼此分离的第一和第二外部元件。第一箔绕组可以缠绕在第一内柱周围，而不沿着第一内间隙的高度延伸，并且不沿着第一外间隙的高度延伸，并且第二箔绕组可以缠绕在第二内柱周围，而不沿着第一内间隙的高度延伸，并且不沿着第一外间隙的高度延伸。

(a2)在如(a1)所述的磁性装置中，第一箔绕组可形成具有相应第一绕组高度的多个第一绕组匝，并且第二箔绕组可形成具有相应第二绕组高度的多个第二绕组匝。位于第一内柱和第一外部元件之间大约中途的第一绕组匝实例可以具有最大的第一绕组高度值，位于第二内柱和第二外部元件之间大约中途的第二绕组匝实例可以具有最大的第二绕组高度值。

(a3)如(a1)所述的磁性装置还可以包括缠绕在第一和第二内柱周围的绞合线绕组，其中绞合线绕组在高度方向上分离第一和第二箔绕组。

(a4)在如(a1)至(a3)所述的任何磁性装置中，磁芯还可包括(1)在高度方向上以第二内间隙与第二内柱分离的第三内柱和(2)在高度方向上以第二外间隙与第二外部元件分离的第三外部元件。如(a4)所述的磁性装置还可以包括第三箔绕组，其缠绕在第三内柱体周围，而不沿着第二内间隙的高度延伸，并且不沿着第二外间隙的高度延伸。

(a5)在如(a1)至(a3)所述的任何磁性装置中，磁芯还可包括在高度方向上以第二外间隙彼此分离的第三和第四外部元件，第一箔绕组可以缠绕在第一内柱周围而不沿着第二外间隙的高度延伸，并且第二箔绕组可以缠绕在第二内柱周围而不沿着第二外间隙的高度延伸。

(a6)在如(a5)所述的磁性装置中，第一外部元件、第一内柱和第三外部元件可以在与高度方向正交的长度方向上彼此偏移，并且第二外部元件、第二内柱和第四外部元件可以在长度方向上彼此偏移。

(a7)在如(a1)至(a4)所述的任何磁性装置中，第一外部元件可以在与高度方向正交的长度方向上从第一内柱偏移，并且第二外部元件可以在长度方向上从第二内柱偏移。

(a8)在如(a1)至(a4)所述的任何磁性装置中，第一和第二外部元件中的每一个可以具有圆形形状，并且可以分别同心地布置在第一和第二内柱周围。

(a9)如(a1)至(a4)所述的任何磁性装置还可以包括缠绕在第一外部元件周围而不沿着第一内间隙的高度延伸并且不沿着第一外间隙的高度延伸的第三箔绕组，以及缠绕在第二外部元件周围而不沿着第一内间隙的高度延伸并且不沿着第一外间隙的高度延伸的第四箔绕组。

(a10)如(a1)所述的磁性装置还可以包括缠绕在第一内柱周围而不沿着第一内间隙的高度延伸并且不沿着第一外间隙的高度延伸的第三箔绕组，以及缠绕在第二内柱周围而不沿着第一内间隙的高度延伸并且不沿着第一外间隙的高度延伸的第四箔绕组。

(a11)在如(a10)所述的磁性装置中，第三箔绕组可以缠绕在第一箔绕组周围，使得第一和第三箔绕组同心，并且第四箔绕组可以缠绕在第二箔绕组周围，使得第二和第四箔绕组同心。

(b1)具有高度的磁性装置可以包括(1)磁芯，该磁芯包括多个内柱，相邻内柱在高度方向上以相应的内间隙彼此分离，(2)缠绕在多个内柱周围的第一绞合线绕组，以及(3)缠绕在第一绞合线绕组周围的箔绕组。

(b2)在如(b1)所述的磁性装置中，多个内柱、第一绞合线绕组和箔绕组可以是同心的。

(b3)在如(b1)或(b2)所述的任何磁性装置中，磁芯还可包括多个外部元件，相邻的外部元件在高度方向上以相应外间隙彼此分离，并且磁性装置还可以包括缠绕在箔绕组周围的第二绞合线绕组。

(c1)具有高度的磁性装置可以包括磁芯和箔绕组。磁芯可以包括：(1)在高度方向上彼此分离的第一端部件和第二端部件，(2)在高度方向上以内间隙与第一端部件分离的内柱，以及(3)在高度方向上以第一外间隙与第一端部件分离的第一外部元件。第一箔绕组可以缠绕在内柱周围，其中箔绕组在高度方向上以第一间隔距离与第一端部件分离，箔绕组在高度方向上以第二间隔距离与第二端部分离，并且第一间隔距离大于第二间隔距离。

(c2)在如(c1)所述的磁性装置中，箔绕组可以缠绕在内柱周围，使得箔绕组不沿着第一外间隙的高度延伸，并且箔绕组不沿着内间隙的高度延伸。

(c3)如(c1)或(c2)所述的任何磁性装置还可以包括在高度方向上以第二外间隙与第一端部件分离的第二外部元件，其中箔绕组缠绕在内柱周围使得箔绕组不沿着第二外间隙的高度延伸。

在不脱离本发明范围的情况下，可以在上述方法和系统中进行改变。例如，磁性装置700、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、2200、2300、2400和2600可以被修改为其以类似于磁性装置1800的方式具有圆形磁芯，而不脱离本发明的范围。因此，应当注意，包含在上述说明中并且在附图中示出的内容应该被解释为说明性的而不是限制性的。所附权利要求旨在覆盖本文所描述的一般和具体特征以及本方法和系统的范围的所有陈述，这些陈述作为语言现象可以被认为落入其中。