电感器以及用于制造电感器的方法与流程

本披露总体上涉及一种电感器以及一种用于制造电感器的方法。
背景技术：
：目前，共模电感器和差模电感器在电路中分别用于抑制共模干扰和差模干扰。图6示出了现有技术中共模(cm)电感器和差模(dm)电感器的具体应用，其中，lcl滤波器中使用三个dm电感器(每个相一个电感器)和一个cm电感器。可替代地，一个3相dm电感器加上一个cm电感器、或者一个具有dm电感和cm电感两者的4桥臂电感器也是已知的。尽管存在各种类型的不同电感器，但仍期望提供一种尺寸和重量更小的电感器。技术实现要素：鉴于前述内容，本披露的目的在于通过提供如下文所描述的一种电感器以及一种用于制造该电感器的方法来克服或至少减轻现有技术的解决方案的上述缺点。在一方面，本披露提供一种电感器，该电感器包括：第一芯，该第一芯由第一磁性材料制成；以及至少两个绕组，该至少两个绕组被配置成彼此扭绞并嵌入在该第一芯内，每个绕组具有一对延伸出该第一芯的端子。在一个示例中，该电感器进一步包括包围该第一芯的第二芯，其中，该第二芯由磁导率高于该第一磁性材料的磁导率的第二磁性材料制成，并且这些绕组的端子延伸出该第二芯。在一个示例中，该至少两个绕组由铜或铝制成，该第一磁性材料是可模制的软磁性材料，并且该第二磁性材料是可模制的软磁性材料或者选自铁粉材料、铁氧体或纳米晶材料。在一个示例中，该至少两个绕组在该第一芯内彼此分隔开预定距离。在一个示例中，每个绕组的扭绞数是该绕组的匝数的整数倍。在一个示例中，该至少两个绕组包括两个绕组、三个绕组或更多个绕组。在一个示例中，该电感器中设置有冷却通道，冷却剂流动通过该冷却通道。在一个示例中，同一绕组的两个端子被定位成彼此靠近或者在圆周方向上彼此间隔开，例如，被定位在该绕组的四分之一匝或半匝处。在一个示例中，不同绕组的多对端子在圆周方向上等距地间隔开。在一个示例中，这些端子可以定位在该电感器的任何表面上。在一个示例中，调整该电感器的形状因子，使得当扁平时该电感器设置有较大的半径，或者当较厚时该电感器设置有较小的半径。在一个示例中，这些绕组在平面视图中具有环形形状、椭圆形形状、矩形形状、三角形形状或其组合。在一个示例中，该电感器具有圆柱形形状、椭圆柱形形状、管形形状、三棱柱形状、球体形状、环形形状或圆环形状。在一个示例中，该电感器可适用于lcl滤波器、正弦滤波器、du/dt滤波器、转换器、变压器或emi滤波器。在第二方面，本披露提供了一种用于制造如上文所描述的电感器的方法，该方法包括以下步骤：1)提供具有彼此扭绞且分隔开的该至少两个绕组的封装体；以及2)在该至少两个绕组上方由该第一磁性材料形成该第一芯。可替代地，本披露提供了一种用于制造如上文所描述的电感器的方法，该方法包括以下步骤：1)提供具有彼此扭绞且分隔开的该至少两个绕组的封装体；2)在该至少两个绕组上方由该第一磁性材料形成该第一芯；以及3)在该第一芯上方由(该)第二磁性材料形成该第二芯。在一个示例中，该方法进一步包括：在形成该第一芯的步骤2)之前为这些绕组中的每一个形成端子。在一个示例中，该方法进一步包括：为这些绕组中的至少一个形成冷却通道。在一个示例中，通过3d打印技术、铸造技术或组装技术来执行这些步骤中的至少一个步骤。附图说明参照附图通过对本披露的实施例的以下描述，本披露的以上和其他的目的、特征和优点将变得明显，在附图中：图1a是用于示意性地示出根据本申请的实施例的电感器的透视图；图1b是如图1a所示的电感器的透视图；图1c是如图1a所示的电感器的截面视图，其中，为了示出绕组，第一芯未用交叉阴影线表示；图1d是具有端子的用于在如图1a所示的电感器中使用的绕组的视图；图2是用于示出根据本申请的另一实施例的用于在电感器中使用的绕组的示意性视图；图3a是用于示出根据本申请的又一实施例的具有冷却通道的用于在电感器中使用的绕组的示意性视图；图3b是根据本申请的实施例的设置有如图3a所示的绕组和冷却通道的电感器的透视图；图4a是根据本申请的另一实施例的电感器的侧视图；图4b是用于示出如图4a所示的电感器的绕组的视图；图5a至图5c是示出了根据本申请的一个实施例的用于制造电感器的方法的视图；并且图6是示出了现有技术中cm电感器和dm电感器的具体应用的布置的示意性视图。具体实施方式在下面的讨论中，出于解释而非限制的目的，阐述了本技术的特定实施例的具体细节。本领域技术人员将理解，除了这些具体细节之外，还可以采用其他实施例。如图1a至图1d所示，根据本申请的实施例的电感器100包括：第一芯10，该第一芯由第一磁性材料制成；以及至少两个绕组20(本文中为三个绕组20)，该至少两个绕组被配置成彼此扭绞并嵌入在第一芯10内。每个绕组20具有一对(即，两个)延伸出第一芯10的端子40。应注意的是，仅具有这种第一芯的电感器可以作为3相差模电感器(尽管具有某种共模电感)进行工作。进一步地，如所示的电感器100还包括包围第一芯10的第二芯30。第二芯30由磁导率高于第一磁性材料的磁导率的第二磁性材料制成。在这种情况下，每个绕组20的端子40延伸出第二芯30。在一个示例中，第二芯30紧密地包围第一芯10。可替代地，这两个芯(即，第一芯10和第二芯30)之间还可以存在一些空气或气隙，并且以这种方式，可以改善电感器的冷却。该至少两个绕组20在第一芯10内彼此分隔开预定距离，以便调整所需的电感曲线。绕组20之间的预定距离主要确定差模电感，而磁导率和围绕所有绕组20的磁路的长度确定共模电感。通过使用不同的材料，例如，第一芯10使用低磁导率材料(靠近绕组20和在其之间)并且第二芯30使用更高磁导率材料(例如，在电感器表面上的中部和外部)，可以调整以使得所需的共模电感和差模电感几乎彼此分隔开。由于扭绞的绕组20，电感器100外的杂散场也应当比单相电感器的情况小得多。扭绞的绕组20还确保使得磁路的长度最小化，并且因此也使得电感器100的损耗最小化。在一个示例中，电感器100的几何结构可以给出非常对称的电感器。以两种材料提供了电感矩阵示例，其中，第一磁性材料的磁导率为20，并且第二磁性材料的磁导率为200。此示例电感器100用于lcl滤波器。uh相1相2相3相1275.24154.24154.28相2154.24276.02154相3154.28154276.21表1：电感矩阵以相1和相2为例，相1和相2的自感分别为275.24μh和276.02μh，并且这两相之间的互感为154.24。滤波器所见的差分电感是自感与互感之间的差值，即相l差分＝275.24-154.24＝121uh/相。在相1与相2之间所见的电感是l12差分＝275.24-154.24+276.02-154.24＝242.78uh，其约为121uh/相。如从这个矩阵可见的，这种几何结构给出了非常对称的电感器。所产生的电感器100的共模电感为194.73μh(通过对矩阵中的所有数字进行求和并除以矩阵中的单元数9而得到的)，这高于普通电感器可以提供的电感。应注意的是，上述两种材料仅仅是示例材料。取决于可以找到何种材料，磁导率组合可以是任何组合。材料的磁导率结合几何结构决定了电感矩阵中的值。利用本申请的电感器，共模电感可以如此高以使得可以产生对dc链路的反馈，从而产生用于共模电压和差模电压两者的正弦滤波器。这对于正弦输入正弦输出驱动器来说非常完美。应当注意的是，本申请的电感器可适用于lcl滤波器、正弦滤波器、du/dt滤波器、转换器、变压器或emi滤波器。另外，其还可适于作为用于以交错拓扑结构运行的转换器的滤波器。该至少绕组20中的每一个可以在平面视图中具有环形形状、椭圆形形状、矩形形状、三角形形状或其组合。当然，绕组20也可以具有任何其他合适的形状。绕组20的截面也可以变化。电感器100可以具有以下形状之一：圆柱形形状、椭圆柱形形状、管形形状、三棱柱形状、球体形状、环形形状或圆环形状。当然，电感器可以具有任何其他合适的形状，并且本申请不限于此。在一个示例中，根据实际需要来调整电感器100的形状因子。例如，当扁平时，圆柱形电感器设置有较大的半径，或者当较厚时，圆柱形电感器设置有较小的半径。图4a和图4b示出了与图1a所示的电感器100相比更厚并且半径更小的电感器200。电感器200具有三个绕组220、端子240、围绕绕组220的第一芯(为了说明而未示出)、以及第二芯230。如图1d所示，该至少两个绕组20在一匝期间围绕彼此扭绞两次。根据设计要求，该至少两个绕组可以在一匝期间围绕彼此扭绞一次到n次。本文中，表达“扭绞一次”意味着：一个绕组从上侧延伸横跨其他绕组并且然后从下侧延伸横跨其他绕组。每个绕组的扭绞数总是该绕组的匝数的整数倍。应当注意的是，同一绕组的这两个端子40可以被定位成彼此靠近或间隔开例如绕组的四分之一匝或半匝。如果如图1a至图1d所示，同一绕组的端子彼此靠近，则匝数是整数，并且该绕组的扭绞数(是匝数的整数倍)也是整数。扭绞数可以是偶数或奇数，而不存在任何半个扭绞等。另一方面，如果同一绕组的端子间隔开例如半匝，则绕组的匝数可以是半匝或者一个半匝等，并且扭绞数(是匝数的整数倍)也可以是非整数。如图1b所示，不同绕组20的多对不同绕组端子40在圆周方向上等距地间隔开。具体地，端子40定位在电感器100的外表面处。可替代地，根据周围机械结构的需要，端子40可以定位在电感器的任何其他表面上(例如，定位在电感器100的内表面上、顶表面上或底表面上)。换句话说，端子40可以定位在电感器的任何表面上。在一个示例中，该至少两个绕组20由铜或铝制成，第一磁性材料是可模制的软磁性材料，并且第二磁性材料是选自可模制的软磁性材料、铁粉材料、铁氧体或纳米晶材料。如图2所示，其示出了该至少两个绕组20包括彼此扭绞的两个绕组21’、22’的情况。应理解的是，在图2中，为了方便起见，绕组被示出为无终点并且省略了端子。应理解的是，绕组由于端子的存在而不是无终点的。进一步参考图3a，冷却剂流动通过的冷却通道50附接到每个绕组20。以这种方式，将能够非常高效地冷却绕组20。当然，冷却通道50也可以通过任何其他合适的方法形成，并且因此本申请不限于此。例如，冷却通道50可以形成在第一芯10内。设置在绕组20上的冷却通道50的数量可以根据需要进行选择。为了更好地说明这个概念，图3a和图3b示出了具有绕组20’的电感器100’，这些绕组具有冷却通道50。在这种情况下，电感器100’还包括第一芯10’和第二芯30’，该第一芯和第二芯与如上文所描述的那些完全相同并且本文不再进行讨论。另外，本申请的实施例提供了一种用于制造如上文所描述的电感器100、100’的方法(附图中仅标记了电感器100的参考标号)。该方法包括以下步骤：1)提供具有彼此扭绞且分隔开的该至少两个绕组20的封装体，参见图5a；2)在该至少两个绕组20、20’上方由第一磁性材料形成第一芯10、10’，参见图5b；以及3)在第一芯10、10’上方由第二磁性材料形成第二芯30、30’，参见图5c。进一步地，该方法包括在形成第一芯10、10’的步骤2)之前为这些绕组中的每一个形成端子40、40’。在一个示例中，该方法进一步包括：在提供封装体的步骤1)之前、同时或之后，或者在形成第一芯10、10’的同时或之后，为这些绕组中的至少一个形成冷却通道50。在一个示例中，通过铸造技术或组装技术来执行步骤2)或/和步骤3)。在一个示例中，电感器可以通过3d打印技术来制造。在一个特定示例中，可以同时形成绕组、冷却通道和芯。应注意的是，即将出现的3d打印技术可以在功率方面提供非常好的可缩放性以用于本申请的设想。当然，在没有3d打印技术的情况下，也应当可以制造更小的功率(使导线弯曲的可能性为限制因素)。通过本文描述的方法，可以在绕组周围铸造磁性材料，并且甚至可以将冷却通道包括到芯中，从而实现非常高效的冷却。上文参考本披露的实施例对本披露进行了描述。然而，这些实施例仅被提供用于说明性目的，而不是限制本披露。本披露的范围由所附权利要求及其等效物来限定。在不偏离本披露的范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种更改和修改，这些更改和修改都落入本披露的范围内。当前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