[发明专利]动态偏置电感器

说明书

技术领域

本发明涉及包括电感器绕组、芯以及将所述芯磁性偏置的至少一个永磁体的电感器装置。并且，本发明涉及操作这种电感器装置的用途和方法。

这种电感器装置常常称作电感器线圈、储能电感器或仅被称作电感器。这种电感器例如用在DC/DC变换器中，即用在升压和降压变换器中，并且用在用于逆变器输出的交流电的EMC滤波器中。

背景技术

流经开关DC/DC变换器的电感器的电流在开关频率下显示出纹波。关于其磁特性，电感器被设计为使得在DC/DC变换器的正常操作中流动的电流的安培数不使其芯磁饱和。此设计方案确定了最小尺寸，因此确定了电感器的成本。一般而言，不使电感器磁饱和的安培数的操作范围关于零安培的电流是对称的，因此与电流的流动方向独立。然而，流经DC/DC变换器的电感器的电流仅具有一个方向。结果，仅使用其电感器的可用操作范围的一半。DC/DC变换器的电感器在此也被称作用于DC应用的电感器或DC电感器。

众所周知，通过将永磁体布置在由其芯限定的其磁路中，使电感器装置的操作范围偏移。具体地，永磁体的磁场取向在与流经电感器绕组的直流电产生的磁化的方向相反。这一措施称作预磁化或偏置磁化，或被称作将电感器（磁性地）偏置。通过这一措施，直流电产生的磁场至少被部分补偿，并且可以使用电感器的整个操作范围。这意味着可以不变的高效率使得电感器相当小并且由相当少的材料制成。因此，与没有偏置磁化的电感器相比较，实现了成本优势。

然而，仍存在相当大的风险：即，如果高质量的永磁体经受高温和/或如果电感器绕组产生的并且方向与永磁体的磁化的方向相反的磁场的磁场强度变得过高，即高于所谓的在各自温度下永磁体的固有矫顽磁场强度，即使是高质量的永磁体也失去了其磁化。结果，预磁化的水平可以局部地或者甚至在整个电感器装置中以不利的方式改变。在电感器装置的正常操作期间，这种高磁场强度通常不发生，但是在极端操作条件下可能会发生。此外，经受经过电感器绕组的电流以高频调制产生的磁场影响的永磁体的磁化的行为是不可预测的，尤其在升压变换器的电感器中，并且即使这种高频磁场的磁场强度的绝对值是可接受的，也会对永磁体的磁化产生负面影响。

根据EP0735657B1已知一种包括电感器装置的升压变换器，该电感器装置在其磁路中包括永磁体。通过在与升压变换器的操作中流经电感器绕组的脉冲化的直流电产生的磁化方向相反的方向上产生偏置磁化的永磁体，电感器装置的芯被磁性偏置。与脉冲化的直流电的最大安培数相比，这允许使用相当小的电感器装置。

根据EP1321950A1已知另一种在其磁路中包括永磁体的电感器装置。此文件涉及永磁体应满足的材料需求，以通过实现芯的预磁化来得到体积减小并且效率增加两者。

根据EP2012327A2，已知一种在其磁路中包括永磁体的电感器装置，其中通过以一倾斜角对永磁体取向，来增加经过其芯的磁通。此布置的目的是能够使用用于对芯进行预磁化的塑料接合的、容易加工的磁性材料，尽管它们不满足某些磁性需求。此外，所利用的是，即使经受与永磁体成直角取向的磁场的影响，由于它们的低导电率，在这些材料中也不产生涡电流。

US6639499B2描述了在电感器装置的所有可能的操作条件下，如何选择避免电感器装置的磁路中的永磁体的去磁化的几何布置。这种选择应容许使用具有相对低的固有矫顽磁场强度的材料的永磁体。然而，由于芯的中心分支必须比外部分支长，在此无法使用传统的芯形状。

AT215023B公开了一种用于调节在由软磁的铁磁材料制成的芯上布置的至少一个电感器绕组的电感的装置。该软磁芯磁性耦合到由永磁材料制成的至少一个其他芯。磁性耦合导致软磁芯的预磁化，转而对电感器绕组的电感具有影响。可以通过布置在永磁芯上的磁化绕组来调节该影响。此磁化绕组会受到影响永磁芯的磁化从而影响软磁芯的预磁化的磁化或去磁化脉冲。由于将永磁芯耦合到软磁芯，软磁芯的预磁化导致总是降低流经电感器绕组的电流的阈值安培数（即，使软磁芯磁性饱和的安培数），其与经过电感器绕组的电流的方向无关，并且与永磁芯的磁化方向或取向无关。根据AT215023B已知的装置用于调谐无线电或电视信号的接收器的谐振电路的谐振电感。在这种谐振电路中使用的电感器没有经受与在DC/DC变换器中或在EMC滤波器中经常发生的这种电流一样高的强电流。

仍然需要适于强电流的电感器装置，其中，其芯的偏置磁化可用于在各操作条件下最大程度地降低电感器的尺寸，因而降低其成本。

技术方案