Patentoverzicht voorUS11430597B2: Inductor magnetische kern en inductor gebruiken dezelfde
Dit Amerikaanse patent is de Amerikaanse tegenhanger van het eerder samengevatte Chinese patent CN110770860B, waarin hetzelfde hybride- reactorkernontwerp wordt beschreven.
I. Abstract en technisch veld
De uitvinding voorziet in een magnetische inductorkern en een inductor om problemen aan te pakken zoals onvoldoende ruimtegebruik, grote jukafmetingen en het risico van vroege verzadiging bij conventionele metaalpoederkerninductoren.
Sleutelstructuur: Een magnetische kern bestaande uit verschillende materialen om de prestaties en afmetingen te optimaliseren:
Middelste kolom: Heeft een hogere magnetische verzadigingsdichtheid (B1) dan de jukken.
Bovenste en onderste jukken: hebben een lagere magnetische verzadigingsdichtheid (B2) dan de middelste kolom.
Hoog magnetisch-Permeabele zijkolommen: Er worden ten minste twee zijkolommen gebruikt om het magnetische circuit te voltooien.
Voordeel: Het ontwerp verbetert het gebruik van het juk, zorgt voor een compactere structuur en vereenvoudigt de productie.
II. Beschrijving en configuratie
A. Achtergrond
Traditionele metaalpoederkerninductoren, die worden gebruikt in hoog-toepassingen zoals fotovoltaïsche omvormers en elektrische voertuigen, gebruiken ofwel een ringinductorstructuur (moeilijk voor massaproductie) of stapelen blokmetaalpoederkernen in een vierkante vorm (E-kernstijl). Deze laatste heeft te lijden onder een slecht ruimtegebruik en loopt het risico dat het jukmateriaal voortijdig verzadigt.
B. Oplossing en configuratie
De uitvinding maakt gebruik van een materieel en structureel hybride ontwerp:
Kerncomponenten:
Middelste kolom (1): Materiaal met hoge verzadigingsfluxdichtheid, bijvoorbeeld een kern van metaalpoeder (zoals Sendust of FeSiAl). Hier wordt de spoel (5) gewikkeld. Er kan optioneel een luchtspleet op de middenkolom worden aangebracht.
Bovenste juk (2) en onderste juk (3): materiaal met een lagere verzadigingsfluxdichtheid, bijvoorbeeld ferriet.
Hoog magnetisch-doorlatende zijkolommen (4): Ten minste twee zijkolommen zijn op een afstand van elkaar tussen de jukken geplaatst en verbinden hun buitenranden. Deze kolommen helpen de magnetische flux te verspreiden door meerdere paden te creëren en zijn gemaakt van materiaal met een magnetische permeabiliteit van niet minder dan 200, zoals ferriet of amorf materiaal.
Structurele integratie om verzadiging te voorkomen:
De twee uiteinden van de middelste kolom (1) worden ingebracht in (of dringen door) het bovenste juk (2) en het onderste juk (3).
Cruciale voorwaarde voor inbrengdiepte (bewering 1): De verhouding tussen de inbrengdiepte (d) en de jukdikte (D), Dd, moet hoger zijn dan of gelijk zijn aan B1B1−B2 om te voorkomen dat het ferrietjukmateriaal met lagere verzadiging voortijdig verzadigd raakt.
Inductorassemblage:
De inductor omvat een spoel (5) die op de middelste kolom (1) is gewikkeld.
De bovenste en onderste uiteinden van de spoel kunnen isolerende eindringen hebben om de spoel te isoleren van de kernelementen.
Het gehele kernsamenstel kan worden opgesloten in een behuizing die voor integratie is gevuld met lijm.
C. Voordelen
Verbeterd jukgebruik: het gebruik van een kern met hoge-verzadiging (middelste kolom) en de diepte van de invoeging ervan in de lagere- verzadigingsjukken voorkomen dat de jukken vroegtijdig verzadigen, waardoor de kernruimte effectief wordt benut.
Compacte structuur: de ten minste twee zijkolommen met hoge{0}}permeabiliteit verdelen de magnetische flux, waardoor de dikte van het juk kan worden verminderd, wat resulteert in een compacter apparaat.
Vereenvoudigde productie: Het gestructureerde ontwerp maakt een eenvoudigere productie mogelijk in vergelijking met andere hybride of ringvormige ontwerpen.
III. Belangrijkste beweringen
Conclusie 1 (Onafhankelijke conclusie): Een magnetische inductorkern, omvattende een bovenste juk, een onderste juk, een middenkolom en ten minste twee magnetisch- zijkolommen, met het kenmerk dat:
De middenkolom is tussen de middendelen van de jukken aangebracht.
Er is een spoel op de middelste kolom gewikkeld en de magnetische verzadigingsfluxdichtheid van de middelste kolom (B1) is hoger dan de magnetische verzadigingsfluxdichtheid van elk juk (B2).
De zijkolommen zijn tussen de jukken geplaatst en verbinden hun buitenranden.
Cruciaal: twee uiteinden van de middelste kolom worden in de jukken gestoken, en de insteekdiepteverhouding Dd is hoger dan of gelijk aan B1B1−B2 (waarbij d de insteekdiepte is en D de jukdikte).
Conclusie 2: Kern volgens conclusie 1, waarbij de twee uiteinden van de middelste kolom door het bovenste juk en het onderste juk heen dringen.
Conclusie 3: Kern volgens conclusie 1, waarbij de magnetische permeabiliteit van elke zijkolom niet lager is dan 200.
Conclusie 6: Kern volgens conclusie 1, waarbij het materiaal van de middelste kolom een kern van metaalpoeder is, en de jukmaterialen ferriet zijn.
12: Een inductor die gebruik maakt van de magnetische inductorkern volgens een van de voorgaande conclusies, met een spoel gewikkeld op de middelste kolom.
