Resumen de patente paraUS11430597B2: Núcleo magnético del inductor e inductor que utiliza el mismo
Esta patente estadounidense es la contraparte estadounidense de la patente china CN110770860B resumida anteriormente, que describe el mismo diseño del núcleo del reactor de material híbrido-.
I. Campo abstracto y técnico
La invención proporciona un núcleo magnético inductor y un inductor para abordar problemas como la utilización insuficiente del espacio, el gran tamaño del yugo y el riesgo de saturación temprana en los inductores de núcleo de polvo metálico convencionales.
Estructura clave: Un núcleo magnético compuesto de diferentes materiales para optimizar el rendimiento y el tamaño:
Columna central: Tiene una densidad de flujo magnético de saturación más alta (B1) que los yugos.
Yugos superiores e inferiores: tienen una densidad de flujo magnético de saturación más baja (B2) que la columna del medio.
Columnas laterales altamente permeables magnéticamente-: se utilizan al menos dos columnas laterales para completar el circuito magnético.
Beneficio: El diseño mejora la utilización del yugo, logra una estructura más compacta y simplifica la producción.
II. Descripción y configuración
A. Antecedentes
Los inductores de núcleo de polvo metálico tradicionales, que se utilizan en aplicaciones de alta-frecuencia, como inversores fotovoltaicos y vehículos eléctricos, utilizan una estructura de inductor de anillo (difícil de producir en masa) o apilan núcleos de polvo de metal en forma de bloque en forma cuadrada (estilo de núcleo E-). Este último adolece de una mala utilización del espacio y tiene el riesgo de que el material del yugo se sature prematuramente.
B. Solución y configuración
La invención utiliza un diseño híbrido material y estructural:
Componentes principales:
Columna intermedia (1): material de densidad de flujo de alta saturación, por ejemplo, núcleo de polvo metálico (como Sendust o FeSiAl). Aquí es donde se enrolla la bobina (5). Se puede proporcionar un espacio de aire opcional en la columna central.
Yugo superior (2) y yugo inferior (3): material de densidad de flujo de saturación más baja, por ejemplo, ferrita.
Altas columnas laterales magnéticamente-permeables (4): al menos dos columnas laterales están dispuestas en un intervalo entre los yugos, conectando sus bordes exteriores. Estas columnas ayudan a dispersar el flujo magnético creando múltiples caminos y están hechas de material con una permeabilidad magnética no inferior a 200, como ferrita o material amorfo.
Integración estructural para evitar la saturación:
Los dos extremos de la columna central (1) se insertan (o atraviesan) el yugo superior (2) y el yugo inferior (3).
Condición crucial de profundidad de inserción (reivindicación 1): La relación entre la profundidad de inserción (d) y el espesor del yugo (D), Dd, debe ser mayor o igual a B1B1−B2 para evitar que el material del yugo de ferrita de menor saturación se sature prematuramente.
Conjunto de inductores:
El inductor incluye una bobina (5) enrollada en la columna central (1).
Los extremos superior e inferior de la bobina pueden tener anillos terminales aislantes para aislar la bobina de los elementos centrales.
Todo el conjunto central puede encerrarse en una carcasa que se llena de pegamento para su integración.
C. Ventajas
Utilización mejorada del yugo: el uso de un núcleo de alta-saturación (columna central) y la profundidad de su inserción en los yugos de menor-saturación evitan que los yugos se saturen temprano, utilizando eficazmente el espacio del núcleo.
Estructura compacta: al menos dos columnas laterales de alta-permeabilidad distribuyen el flujo magnético, lo que permite reducir el grosor del yugo, lo que da como resultado un dispositivo más compacto.
Producción simplificada: El diseño estructurado facilita una fabricación más sencilla en comparación con otros diseños híbridos o anulares.
III. Principales Reclamaciones
Reivindicación 1 (Reivindicación independiente): Un núcleo magnético inductor, que comprende un yugo superior, un yugo inferior, una columna intermedia y al menos dos columnas laterales magnéticamente-permeables, caracterizado porque:
La columna central está dispuesta entre las partes medias de los yugos.
Se enrolla una bobina en la columna del medio y la densidad de flujo magnético de saturación de la columna del medio (B1) es mayor que la densidad de flujo magnético de saturación de cada yugo (B2).
Las columnas laterales están dispuestas entre los yugos, conectando sus bordes exteriores.
Fundamentalmente: dos extremos de la columna del medio se insertan en los yugos, y la relación de profundidad de inserción Dd es mayor o igual a B1B1−B2 (donde d es la profundidad de inserción y D es el espesor del yugo).
Reivindicación 2: El núcleo de la reivindicación 1, en el que los dos extremos de la columna intermedia penetran a través del yugo superior y el yugo inferior.
Reivindicación 3: El núcleo de la reivindicación 1, en el que la permeabilidad magnética de cada columna lateral no es inferior a 200.
Reivindicación 6: El núcleo de la reivindicación 1, en el que el material de la columna intermedia es un núcleo de polvo metálico y los materiales del yugo son ferrita.
Reivindicación 12: Un inductor que utiliza el núcleo magnético del inductor de cualquier reivindicación anterior, con una bobina enrollada en la columna central.
