电感设备的制作方法

本发明涉及一种电感设备以及一种用于生产电感设备的方法。

背景技术：

功率电感器被用于高要求应用，诸如医学x射线发生器，其中，能够处理数百安培的具有数μh的值的电感器是常见的。在具有更高开关频率(约500khz)的应用中存在使用这样的电感器的趋势。

这样的电感器常常包括两个半芯(corehalves)。所述半芯包围线轴，在所述线轴上缠绕电感绕组。通常，所述半芯由两个或更多个气隙分离开。这样的半芯还可以通过具有两个半芯之间的小(几乎可忽略的)距离的气隙分离开，在两个半芯之间形成配合表面。在这样的配合表面处，两个半芯的表面具有几乎相同的截面，并且彼此平行和彼此相接触。

气隙和配合表面，并且尤其是未对准的半芯和配合表面会导致磁通量从电感器泄漏。这引起电感器的芯和绕组中的损耗增加，并且引起电感器外部的杂散磁场增加。结果是关于x射线器械的电磁干扰(emi)合格性的有害结果。

us2011/0121935讨论了一种电感设备，但是能够进一步改进这样的设备。

此外，kr20150010315a公开了另一种电感设备，其被应用于各种电源设备，诸如放电灯。所述电感器包括支撑线圈的线轴，其中，所述线轴被插入在聚焦盖中。至少相对于电感器外部的杂散磁场，能够进一步改进这样的电感器。

最后，us2014/0176291a1讨论了一种主要用于电动车辆的电感设备。其中，支撑线圈的线轴被插入到外芯中。所述外芯具有四边形形状。同样地，能够进一步改进这样的设备。

技术实现要素：

根据第一方面，提供了一种电感设备。所述电感设备包括：

-由第一材料形成的外磁芯装置；以及

-绕组支撑构件，在所述绕组支撑构件上缠绕有具有第一绕组匝的绕组。

所述外磁芯装置的内表面的面向绕组的表面被定义为所述外磁芯装置的面向所述绕组支撑构件的绕组的内表面。

所述外磁芯装置被配置为使得所述面向绕组的表面上的任何两个任意点能经由直构造线相连接，其中，所述构造线的路径不与所述外磁芯装置的其他部分相交。

所述绕组支撑构件和所述绕组被包围在所述外磁芯装置之内。

所述外磁芯装置的所述面向绕组的表面是所述外磁芯装置的所述第一材料的连续部分。

由所述第一绕组匝包围的面积限定了绕组平面，并且其中，垂直于所述绕组平面的直线与所述面向绕组的表面相交，使得在操作中，磁场基本上被包含在所述外磁芯装置之内。

所述外磁芯装置被提供为环形芯，在所述环形芯内部布置所述绕组支撑构件，其中，所述绕组支撑构件的中心轴被布置成使得所述绕组支撑构件的端部面向所述外磁芯装置的所述内表面。

根据第一方面的电感设备的效果是所述绕组的对准与所述外磁芯装置的第一材料的连续部分的对准的组合意味着在所述面向绕组的表面中不存在气隙。因此，减少了来自所述外磁芯装置的杂散磁场的泄漏。另外，还防止了在制造期间半芯的未对准。

任选地，所述外磁芯装置包括至少两个区段，其中，所述区段包括在所述外磁芯装置的一区域处的配合表面，所述配合表面不包括所述面向绕组的表面，并且其中，所述配合表面与垂直于所述绕组平面的直线对准。

因此，由于外磁性材料中的配合表面产生杂散磁场，远离这样的配合表面定位的绕组较少经受导致损耗增加(接近损耗)的这样的杂散磁场的影响。此外，所述电感设备可以由模块化部件来制造。

任选地，所述绕组支撑构件是线轴，所述线轴具有中心轴，所述中心轴与垂直于所述绕组平面的直线基本对准。

根据以上选项的电感设备的效果是接近损耗被减小到最佳程度。

任选地，所述外磁芯装置包括第一分离的芯部分和第二分离的芯部分，所述第一分离的芯部分和所述第二分离的芯部分被布置成在配合表面处彼此接触。

因此，所述电感设备可以由模块化部件来制造。

在不根据本发明的实施例中，所述外磁芯装置可以包括两个u形半芯。

因此，所述电感设备可以由可自由获得的模块化部件来制造。

任选地，所述外磁芯装置包括两个环形半芯。

因此，所述电感设备可以由可自由获得的模块化部件来制造。

任选地，所述绕组支撑构件包括被配置为支撑所述外磁芯装置的腿。

任选地，所述第一材料是铁磁性材料。

任选地，所述外磁芯装置是整体地形成的环形芯。

任选地，所述绕组支撑构件的内部体积整体包含反磁性材料或顺磁性材料。

根据第二方面，提供了一种制造电感设备的方法。所述方法包括：

a)提供由第一材料形成的外磁芯装置；

其中，所述外磁芯装置被配置为使得面向绕组的表面上的任何两个任意点能经由直构造线相连接，其中，所述构造线的路径不与所述外磁芯装置的其他部分相交；

其中，所述外磁芯装置的内表面的面向绕组的表面被定义为所述外磁芯装置的面向所述绕组支撑构件的绕组的内表面；

b)提供绕组支撑构件，在所述绕组支撑构件上缠绕有具有第一绕组匝的绕组；

c)组装所述外磁芯装置和所述绕组支撑构件，使得所述绕组支撑构件和所述绕组被包围在所述外磁芯装置之内；并且

d)提供所述外磁芯装置为环形芯，在所述环形芯内部布置所述绕组支撑构件，其中，所述绕组支撑构件的中心轴被布置成使得所述绕组支撑构件的端部面向所述外磁芯装置的所述内表面。

所述外磁芯装置的所述面向绕组的表面是所述第一材料的连续部分。

由所述第一绕组匝包围的面积限定了绕组平面，并且垂直于所述绕组平面的直线与所述面向绕组的表面相交，使得在操作中，磁场基本上被包含在所述外磁芯装置之内。

根据第二方面的电感设备的效果是能够生产电感设备，其中，所述绕组的对准与所述外磁芯装置的所述第一材料的连续部分的对准的组合意味着在所述面向绕组的表面中不存在气隙或配合表面。因此，杂散磁场从所述外磁芯装置向所述绕组的逸出被最小化。另外，还防止了在制造期间半芯的未对准。

任选地，所述外磁芯装置包括至少两个区段，其中，所述区段包括在所述外磁芯装置的一区域处的配合表面，所述配合表面不包括所述面向绕组的表面，并且其中，所述配合表面与垂直于所述绕组平面的直线对准。

这样的效果是：所述电感设备可以由模块化部件来制造，同时保持到达所述绕组的杂散磁场最小化。

任选地，所述外磁芯装置包括两个环形半芯。

任选地，所述绕组支撑构件是线轴，所述线轴具有中心轴，所述中心轴与垂直于所述绕组平面的直线基本对准。

任选地，所述外磁芯装置是整体地形成的环形芯。

在本说明书中，术语“外磁芯装置”指代围绕电感线圈装置的构件，其用于为由电感器线圈生成的磁通量提供磁路。

在本说明书中，术语“绕组支撑构件”指代能够支撑线绕组的构件，所述线绕组诸如是绞合线绕组。通常，使用线轴形构件，但是也能够使用没有端子突起的圆柱体。假设所述绕组支撑构件能够支撑线绕组，则设想到对形状没有具体限制，并且所述绕组支撑构件例如可以具有圆形截面、正方形截面或者甚至五边形或六边形截面。

在本说明书中，术语“绕组平面”指代与被保持在绕组支撑构件上的绕组的单个线匝的平均对准平行的平面。

在本说明书中，术语“直构造线”不指代根据所描述的各方面的电感设备的结构中存在的物理特征。相反，该术语必须在短语“面向绕组的表面上的两个任意点能经由直构造线相连接”的上下文中阅读。换言之，所述面向绕组的表面自身被成形为满足所施加的约束，亦即，在所述电感设备的任何绘制视图中必须能够在所述面向绕组的表面上的任意点之间绘制直构造线，而该线不干扰所述外磁芯装置的其他部分。

在本说明书中，术语“连续部分”指代材料的部分，诸如软铁氧体芯，其不具有气隙或配合表面。

因此，能够将本发明背后的基本思想视为提供这样一种电感设备，其中，在面向电感设备的绕组的紧邻区中不存在气隙或配合表面，以减少来自所述电感设备的电磁辐射。

附图说明

附图仅仅是出于图示说明优选实施例的目的，而不应当被解读为限制本发明。

图1a)示出了常规功率电感器的侧截面视图。

图1b)示出了另一常规功率电感器的侧截面视图，其中，其中心腿被移除。

图2示出了未对准的常规功率电感器的侧截面示意性视图。

图3示出了根据本发明的实施例的电感器的侧截面示意性视图。

图4示出了根据范例的电感器的详细侧截面视图。

图5示出了根据范例的电感器的详细侧截面视图。

图6示出了根据本发明的实施例的电感器的侧截面示意性视图。

图7示出了根据第二方面的方法的流程图。

图8a)示出了本发明的实施例的组装前视图。

图8b)示出了本发明的实施例的组装后视图。

具体实施方式

在高电压应用中，例如，x射线源电源，功率电感器被用在被连接到高电压变压器的低电压侧的电路中的不同位置。例如，串联谐振转换器的谐振槽(tank)使用这样的电感器。随着这样的电感设备的操作频率和操作功率增加，对这样的器械的设计者施加了更大的限制。

功率电感器通常由已经被缠绕到线轴上的线圈组装而成。该装置由外芯部分包含，通常由铁氧体材料制成。

图1a)示出了被广泛用于这样的电感器的设计概念的侧切面视图。图1a)的电感器10包括面向的半芯12a和12b，其形式为围绕线轴14的两个“e形芯”。半芯12a和12b通常由软铁氧体材料制成。因此，外部气隙17被呈现为面向电感线圈16。缠绕到所述线轴上的是电感线圈16，电感线圈16通常由铜线或利兹线制成，包括围绕所述线轴的多个线匝。图1a)的电感器还具有顶部和底部中心腿，其部分地延伸到所述线轴内部的空隙中。由于高功率电感器中的高电流流动，在优化的电感器设计中，诸如气隙17的气隙相能够相对于电感器的其余部分变大。

图1b)示出了常规设计的变型的侧切面视图，其中，通过使用“u形”半芯22a和22b完全移除中心腿，所述线轴内部的空隙已经被扩大到最大程度，具有气隙19并且具有线轴24，线轴24包括被布置在其上的绕组26。该设计保持外部气隙19，外部气隙19由两个分离的半芯22a和22b的配合面被推到一起而得到。该方案允许使用简单的“u形”半芯22a和22b。

在这样的设计中，电感器20的两个外腿中的气隙19使得杂散磁场在电感器外部在气隙附近形成。这对这样的电感器的磁干扰性能具有不利影响。考虑到最近使电源更加紧凑的趋势，良好的磁干扰性能是重要的，因为引起磁干扰的部件与受磁干扰影响的部件被放置得更加靠近。由于常规设计中的气隙17和气隙19，芯中的损耗以及电感器外部的磁杂散场将增加，这需要向这样的电感器的设计中构建显著的容差。

图2示出了在图1b)中所描绘的常规设计的变型的侧切面视图，其中，两个“u形”半芯未对准。

根据一方面，提供了一种电感设备30。

图3图示了根据第一方面的电感设备30的侧截面示意性视图。

根据第一方面的电感设备30包括：

-由第一材料形成的外磁芯装置32a、32b；以及

-绕组支撑构件34，在绕组支撑构件34上缠绕有具有第一绕组匝的绕组36。

外磁芯装置32a、32b的内表面的面向绕组的表面被定义为外磁芯装置32a、32b的面向绕组支撑构件34的绕组36的内表面。

外磁芯装置32a、32b被配置为使得在所述面向绕组的表面上的任何两个任意点能经由直构造线相连接，其中，所述构造线的路径不与所述外磁芯装置的其他部分相交。

绕组支撑构件34和绕组36被包围在外磁芯装置32a、32b之内。

外磁芯装置32a、32b的所述面向绕组的表面是外磁芯装置32a、32b的第一材料的连续部分。

由所述第一绕组匝包围的面积限定了绕组平面，并且其中，垂直于所述绕组平面的直线与所述面向绕组的表面相交，使得在操作中，磁场基本上被包含在所述外磁芯装置之内。

在图3中所图示的示例性电感设备30使用通常由软铁氧体制成的“u形”半芯32a和32b来构建，其具有基本上与线轴34的端到端轴(中心轴)对准布置的气隙36。换言之，电感设备30中的气隙不面向被保持在绕组支撑构件34上的绕组36。这意味着电感器外部的由绕组36生成的磁场发射被显著降低，因为所述面向绕组的表面包括铁氧体材料的连续部分。另外，如果确实发生对准误差，则其不太可能导致所述电感设备的电磁发射性能的降低，因为所述面向绕组的表面不面向气隙。由于半芯的未对准引起的电感容差被显著降低。

在范例中，外磁芯装置32a、32b由两个“u形”半芯组成。绕组支撑构件34例如可以是围绕其缠绕绕组36的线轴。

可以提供支撑绕组支撑构件34和外磁芯装置32a、32b的支撑器件。备选地，能够使用专用线轴，其也用作针对外磁芯装置32a、32b的支撑构件。

根据实施例，外磁芯装置32a、32b的气隙基本上与绕组支撑构件34的中心轴对准。在这种情况下，绕组支撑构件34的中心轴被认为是垂直于由绕组36的单个线匝限定的平面而延伸的构造线，该构造线基本上在绕组支撑构件34的几何中心中。

图4图示了根据第一方面的电感设备40的实际范例的详细侧截面视图。针对这样的电感设备的示例性操作条件例如将是500khz操作频率，对于持续时间为数秒的脉冲提供超过10kw的功率。

电感设备40包括塑料线轴44，塑料线轴44支撑铁氧体芯件42。铁氧体磁芯件42的总体长度d3为93mm，并且塑料线轴44的总体长度d2为46mm。铁氧体芯腿的高度d4和宽度d5为16mm。因此，组装的电感器的总体高度d1为78mm。绕组46包括完全缠绕的单层6匝利兹线。通常，选取3mm与4mm之间的线直径。

因此，电感设备40具有面向绕组46的内表面。这些内表面是面向绕组的表面48a、48b、48c和48d。外磁芯装置42的形状满足以下条件。存在于所述面向绕组的表面的边界上的任意点47a和47b可以通过跨由铁氧体芯件42的内表面形成的空隙的直构造线(未示出)相连接，而无需这样的构造线接触(在图形投影中)磁芯装置42的另一部分。

构造线46w是由绕组16的一个绕组匝形成的平面的侧视图。构造线49示出了垂直于与面向绕组的表面48a、48c相交的这样的绕组平面46w的直线。换言之，绕组46的这样的取向，结合在所述面向绕组的表面中没有气隙，意味着从绕组(当所述绕组被通电时)到外磁芯装置42外部的区域的磁通量泄漏被显著降低。

图5示出了另一示例性电感设备40'的详细侧截面视图。在这种情况下，电感设备40'具有与在图4中所示的电感设备的设计相似的设计，对于所述电感设备，指代部件的附图标记与在图4中的部件是相同的。在该范例中，所述外磁芯装置是“u形芯”型，其具有第一u形芯部分42a'和第二u形芯部分42b'。第一u形芯部分42a'和第二u形芯部分42b'被布置成跨配合表面43a'与43b'以及43c'与43d'面向彼此。在图5中，示出了配合表面43a'与43b'之间的距离。在实践中，当组装时，该距离很小以至于可以忽略不计(大约几分之一毫米)。垂直于绕组平面的线49被示为与所述配合表面向齐。因此，在该实施例中，外磁芯装置42a'和42b'包括至少两个区段，其中，所述区段包括在所述外磁芯装置的一区域处的配合表面，所述配合表面不包括面向绕组的表面，并且其中，所述配合表面与垂直于所述绕组平面的直线对准。

当然，可获得许多种不同类型的芯设计，并且所公开的概念还扩展到由“环形芯”制造的电感器。

图6示出了根据第一方面的备选电感器设计概念的示意性截面视图。电感器60包括被提供为环形芯的外磁芯装置62，在外磁芯装置62内部已经布置有绕组支撑构件64(线轴)，其中，绕组支撑构件64的中心轴被布置成使得绕组支撑构件64的端部面向外磁芯装置62的内表面。在实施例中，外磁芯装置62任选地可以由两个环形半芯制成。在这种情况下，通过接连环形半芯形成的气隙被对准，使得绕组66不面向所述气隙。

换言之，图6的设计的绕组66和线轴64被放置在环形芯内部，使得由在操作中的绕组生成的磁场基本上垂直于芯的对称轴。

因此，由于外腿中的气隙而在电感器60外部的磁杂散磁通量被显著降低。由于半芯的未对准而导致的磁芯损耗增加也被显著降低。由于半芯的未对准而导致的电感容差被显著改善。

当然，所述环形芯也可以被成形为方形截面的管或者矩形截面的管。使用圆柱形截面不是必要的，并且可以使用任意截面的管来容纳所述绕组支撑构件。

图8a)示出了电感设备70的装配前阶段的3d视图，其中，电感设备70由根据先前范例的圆柱形铁氧体环形芯72形成。支撑绕组76的线轴74被布置成其端部与圆柱体的主轴横向地对准。

图8b)示出了组装后的电感设备70的3d视图，其中，支撑绕组76的线轴74完全被保持在圆柱形铁氧体环形芯72的内部内。应当注意，由于环形芯的内部是圆形的，所以圆柱形铁氧体磁芯72的内表面上的两个任意点能经由直构造线相连接，其中，构造线的路径不与所述外磁芯装置的其他部分相交。

由绕组76的第一绕组匝包围的面积限定了绕组平面。垂直于所述绕组平面的直线与面向绕组的表面相交，使得在操作中，磁场基本上被包含在所述外磁芯装置之内。

根据第二方面，提供了一种制造电感设备的方法。所述方法包括：

a)提供由第一材料形成的外磁芯装置；

其中，所述外磁芯装置的内表面的面向绕组的表面被定义为所述外磁芯装置的面向所述绕组支撑构件的绕组的内表面；

其中，所述外磁芯装置被配置为使得所述面向绕组的表面上的任何两个任意点能经由直构造线相连接，其中，所述构造线的路径不与所述外磁芯装置的其他部分相交；

b)提供绕组支撑构件，在所述绕组支撑构件缠绕有具有第一绕组匝的绕组；并且

c)组装所述外磁芯装置和所述绕组支撑构件，使得所述绕组支撑构件和所述绕组被包围在所述外磁芯装置之内，

其中，所述外磁芯装置的所述面向绕组的表面是第一材料的连续部分；并且

其中，由所述第一绕组匝包围的面积限定了绕组平面，并且其中，垂直于所述绕组平面的直线与所述面向绕组的表面相交，使得在操作中，磁场基本上被包含在所述外磁芯装置之内。

图7图示了根据第二方面的方法。

根据实施例，所述外磁芯装置包括至少两个区段，其中，所述区段包括在所述外磁芯装置的一区域处的配合表面，所述配合表面不包括所述面向绕组的表面，并且其中，所述配合表面与垂直于所述绕组平面的直线对准。

根据实施例，所述外磁芯装置包括两个环形半芯。

根据实施例，所述绕组支撑构件是线轴，所述线轴具有中心轴，所述中心轴与垂直于所述绕组平面的直线基本对准。

根据实施例，所述外磁芯装置包括整体地形成的环形芯。

必须注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另外指出，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，还与本申请一起公开了与不同主题相关的特征之间的任何组合。然而，所有功能能够被组合在一起，提供的协同效果不仅仅是功能的简单加和。

尽管已经在附图和前文的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施的这一事实并不指示不能够使用这些措施的组合以获益。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制范围。