Núcleo de inductor.

Núcleo (10) de inductor que comprende:

un elemento (12) de núcleo que se extiende axialmente,

un elemento (14) externo que se extiende axialmente que rodea al menos en parte el elemento (12) de núcleo, formando de ese modo un espacio alrededor del elemento de núcleo para albergar un devanado (15) entre el elemento de núcleo y el elemento externo,

un primer elemento (16) de placa que presenta una extensión radial y que está dotado de un orificio (17) pasante, estando dispuesto el elemento (12) de núcleo para extenderse en el orificio pasante del primer elemento de placa,

un segundo elemento (18) de placa que presenta una extensión radial, estando previstos el primer elemento (16) de placa y el segundo elemento (18) de placa en extremos opuestos del elemento (14) externo, caracterizado porque:

el segundo elemento (18) de placa está dotado de un orificio (19) pasante dispuesto para recibir una parte de extremo del elemento (12) de núcleo,

en el que el primer elemento (16) de placa, el segundo elemento (18) de placa, el elemento (12) de núcleo y el elemento (14) externo son elementos separados que están adaptados para ensamblarse y formar juntos un trayecto de flujo magnético (P) que se extiende a través del elemento (12) de núcleo, el primer elemento (16) de placa, el segundo elemento (18) de placa y el elemento (14) externo,

y en el que al menos uno del elemento (12) de núcleo, el elemento (14) externo, el primer elemento (16) de placa y el segundo elemento (18) de placa está formado a partir de un material de polvo magnético blando y de al menos dos partes que están adaptadas para ensamblarse y formar juntas dicho elemento.

Núcleo de inductor.

Campo técnico El presente concepto inventivo se refiere a núcleos de inductor.

Antecedentes Los inductores se usan en una amplia variedad de aplicaciones tales como procesamiento de señales, filtración de ruido, generación de potencia, sistemas de transmisión eléctrica, etc. Con el fin de proporcionar inductores más compactos y más eficaces, el devanado conductor de electricidad del inductor puede disponerse alrededor de un núcleo magnéticamente conductor alargado, es decir un núcleo de inductor. Un núcleo de inductor está hecho preferiblemente de un material que presenta una permeabilidad superior a la del aire, pudiendo permitir el núcleo de inductor un inductor de mayor inductancia.

Los núcleos de inductor están disponibles en una amplia variedad de diseños y materiales, que tienen cada uno sus ventajas y desventajas específicas. Sin embargo, en vista de la demanda siempre creciente de inductores en diferentes aplicaciones, existe todavía la necesidad de núcleos de inductor que tengan un diseño flexible y eficaz y que puedan usarse en una amplia gama de aplicaciones.

El documento US 2010/0308950 da a conocer un transformador reductor (choke) que incluye un núcleo y una bobina hueca. El núcleo incluye un primer cuerpo de núcleo y un segundo cuerpo de núcleo. El primer cuerpo de núcleo incluye un poste. El segundo cuerpo de núcleo es una placa plana y tiene una abertura. Un extremo del poste es adecuado para disponerse en la abertura y unirse a la misma. La bobina hueca se encaja en el poste.

El documento US 2005/0104702 da a conocer un elemento de inductancia que tiene un núcleo de tambor alrededor del cual va a enrollarse un devanado y un núcleo anular que rodea una circunferencia del núcleo de tambor, en el que están previstos salientes o bien en una superficie lateral exterior de una sección de reborde superior del núcleo de tambor o bien en una superficie lateral interior del núcleo anular, y están previstos rebajes en la otra superficie lateral para encajar con los salientes, teniendo cada uno de los rebajes un plano inclinado que se inclina desde la parte más profunda del rebaje hacia el borde exterior en un lado del rebaje y que tiene una forma de sección transversal bilateralmente asimétrica con respecto a una línea perpendicular trazada desde la parte más profunda hasta una abertura del rebaje visto desde la dirección de una superficie superior del núcleo anular.

Sumario En vista de lo anterior, un objetivo del presente concepto inventivo es satisfacer esta necesidad. A continuación se describirán núcleos de inductor según un primer aspecto (reivindicado explícitamente) y un segundo aspecto (no reivindicado explícitamente) del concepto inventivo. Estos núcleos de inductor de la invención proporcionan una mejora porque hacen posible una pluralidad de diseños de núcleo de inductor más específicos, teniendo cada diseño sus ventajas inherentes pero presentando todos ellos ventajas comunes asociadas al rendimiento y a la fabricación.

Según el primer aspecto, se proporciona un núcleo de inductor según el contenido de la reivindicación 1 independiente.

Mediante la configuración de los elementos puede obtenerse un trayecto de flujo magnético de baja reluctancia. El elemento externo que rodea al menos en parte el elemento de núcleo puede proporcionar, por tanto, el doble efecto de confinar un flujo magnético, generado por una corriente que fluye en el devanado, al núcleo de inductor y minimizar de ese modo o al menos reducir la interferencia con el entorno mientras actúa como conductor de flujo.

Para proporcionar un trayecto de flujo magnético de baja reluctancia, los núcleos de inductor están hechos habitualmente de materiales que tienen una alta permeabilidad magnética. Sin embargo, tales materiales pueden saturarse fácilmente, especialmente a una fuerza magnetomotriz (FMM) más elevada. En caso de saturación, la inductancia del inductor puede disminuir reduciéndose el intervalo de corrientes para el que puede usarse el núcleo de inductor. Una medida conocida para mejorar el intervalo que puede usarse es disponer una barrera de flujo magnético por ejemplo en forma de entrehierro en la parte del núcleo alrededor de la cual se dispone el devanado. Por tanto, para un núcleo alargado de la técnica anterior, el entrehierro se extiende en la dirección axial del núcleo. Un entrehierro apropiadamente dispuesto da como resultado una inductancia máxima reducida. También reduce la sensibilidad de la inductancia a variaciones de corriente. Las propiedades del inductor pueden adaptarse usando entrehierros de diferentes longitudes.

Un campo magnético tenderá a expandirse en direcciones perpendiculares a la dirección del trayecto de flujo cuando el flujo magnético se fuerce a través del entrehierro. Esta expansión del flujo se denomina generalmente “flujo arqueado”. Un entrehierro pequeño, o corto, arqueará el campo menos que un entrehierro grande, o largo. El arqueamiento del entrehierro disminuirá la reluctancia del flujo y aumentará de ese modo la inductancia del inductor. Sin embargo, también habrá corrientes parásitas generadas en los alrededores de los hilos del devanado si este flujo arqueado magnético cambia con el tiempo y el campo solapa la geometría del hilo. Las corrientes parásitas en el hilo aumentarán las pérdidas del devanado. La disposición del entrehierro de la técnica anterior puede conllevar por lo tanto pérdidas de eficacia, debido a que el flujo arqueado en el entrehierro interacciona con el devanado. Para reducir estas pérdidas, la disposición del devanado en la zona del entrehierro ha de considerarse con cuidado. Además, puede ser necesario usar una geometría de hilo bien diseñada, por ejemplo un devanado de chapas planas o un hilo de Litz que use múltiples filamentos de hilos muy delgados para reducir estas pérdidas.

El diseño de núcleo de inductor de la invención del primer aspecto permite un punto de partida a partir del enfoque de la técnica anterior mencionado anteriormente. Más específicamente permite una disponer una barrera de flujo magnético en una parte que se extiende radialmente del trayecto de flujo magnético. Una “barrera de flujo magnético radial” de este tipo hace posible separar el flujo arqueado, que se origina en la barrera de flujo magnético, de los devanados y mitigar de ese modo las pérdidas de eficacia asociadas.

“Una barrera de flujo magnético” puede construirse como barrera dispuesta en el núcleo de inductor y que presenta una extensión longitudinal radial y una reluctancia tal que la barrera será un factor determinante para la reluctancia total del trayecto de flujo magnético. La barrera de flujo puede denominarse por tanto también como barrera de reluctancia magnética.

Según una realización, la barrera de flujo magnético incluye un material de permeabilidad magnética reducida que está integrado con el elemento de placa y distribuido por una parte radial del mismo. La longitud de la parte radial puede corresponder a la extensión radial completa del elemento de placa o sólo a una parte de la misma.

Según una realización, la barrera de flujo magnético se dispone entre el elemento de núcleo y el elemento de placa, separando de ese modo la barrera de flujo magnético el elemento de núcleo y el elemento de placa. Al prever un orificio pasante en el elemento de núcleo, extendiéndose el elemento de núcleo en el interior del orificio pasante, la “barrera de flujo magnético radial” puede formarse fácilmente por un espacio o hueco que se extiende entre el núcleo y el elemento de placa. Una barrera de flujo magnético de este tipo puede denominarse “barrera de flujo magnético radialmente interna”. Al prever la barrera de flujo magnético en la posición en la que el trayecto de flujo magnético pasa de una dirección axial a una radial resulta posible conseguir una presencia muy pequeña de flujo arqueado fuera del núcleo de inductor dado que la principal parte del flujo arqueado entre el elemento de núcleo y el elemento de placa puede aparecer en el interior del núcleo de inductor.

Según una realización, el elemento externo rodea al menos en parte el elemento de placa. Esto permite una construcción estable dado que el trayecto de flujo magnético en las zonas intermedias tanto entre el elemento de núcleo y el elemento de placa como entre el elemento de placa y el elemento externo está dirigido radialmente. El esfuerzo axial inducido por el flujo sobre el núcleo de inductor puede mantenerse de ese modo bajo.

Al disponer el elemento externo para que rodee al menos en parte el elemento de placa, resulta posible disponer la... [Seguir leyendo]

1. Núcleo (10) de inductor que comprende:

un elemento (12) de núcleo que se extiende axialmente,

un elemento (14) externo que se extiende axialmente que rodea al menos en parte el elemento (12) de núcleo, formando de ese modo un espacio alrededor del elemento de núcleo para albergar un devanado (15) entre el elemento de núcleo y el elemento externo,

un primer elemento (16) de placa que presenta una extensión radial y que está dotado de un orificio (17) pasante, estando dispuesto el elemento (12) de núcleo para extenderse en el orificio pasante del primer elemento de placa,

un segundo elemento (18) de placa que presenta una extensión radial, estando previstos el primer elemento (16) de placa y el segundo elemento (18) de placa en extremos opuestos del elemento (14) externo, caracterizado porque:

el segundo elemento (18) de placa está dotado de un orificio (19) pasante dispuesto para recibir una parte de extremo del elemento (12) de núcleo,

en el que el primer elemento (16) de placa, el segundo elemento (18) de placa, el elemento (12) de núcleo y el elemento (14) externo son elementos separados que están adaptados para ensamblarse y formar juntos un trayecto de flujo magnético (P) que se extiende a través del elemento (12) de núcleo, el primer elemento (16) de placa, el segundo elemento (18) de placa y el elemento (14) externo,

y en el que al menos uno del elemento (12) de núcleo, el elemento (14) externo, el primer elemento (16) de placa y el segundo elemento (18) de placa está formado a partir de un material de polvo magnético blando y de al menos dos partes que están adaptadas para ensamblarse y formar juntas dicho elemento.

2. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 1, que comprende además una barrera (20, 28b) de flujo magnético dispuesta en una parte que se extiende radialmente de dicho trayecto de flujo magnético (P) , en el que la barrera de flujo magnético se dispone entre el elemento (12) de núcleo y el primer elemento (16) de placa, separando de ese modo la barrera (20, 28b) de flujo magnético el elemento (12) de núcleo y el primer elemento (16) de placa.

3. Núcleo (10) de inductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el elemento (14) externo rodea al menos en parte el primer elemento (16) de placa.

4. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 1, en el que el elemento (14) externo rodea al menos en parte el primer elemento (16) de placa y el núcleo (10) de inductor comprende además una barrera (24, 28a) de flujo magnético dispuesta entre el primer elemento (16) de placa y el elemento (14) externo, separando de ese modo la barrera (24, 28a) de flujo magnético el elemento (14) externo y el primer elemento (16) de placa entre sí.

5. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 4, que comprende además una barrera (28b) de flujo magnético adicional dispuesta entre el elemento (12) de núcleo y el primer elemento (16) de placa, separando de ese modo la barrera de flujo magnético el elemento (12) de núcleo y el primer elemento (16) de placa.

6. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 1, que comprende además una barrera (20, 24, 28a, 28b) de flujo magnético dispuesta en una parte que se extiende radialmente de dicho trayecto de flujo magnético (P) .

7. Núcleo (10) de inductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el elemento (12) de núcleo está hecho de un material de polvo magnético blando.

8. Núcleo (10) de inductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el primer elemento (16) de placa está hecho de un material compuesto magnético blando.

9. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 7 cuando hace referencia a cualquiera de las reivindicaciones 15, en el que el primer elemento (16) de placa está hecho de una pluralidad de hojas conductoras laminadas que se extienden en una dirección radial.

10. Núcleo (10) de inductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el elemento (14) externo está hecho de una ferrita.

11. Núcleo (10) de inductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que una área de sección transversal conductora de flujo del elemento (14) externo supera un área de sección transversal conductora de flujo del elemento (12) de núcleo.

12. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 1, en el que el elemento (12) de núcleo y el primer elemento (34, 38, 42) de placa están dispuestos en contacto entre sí, estando dispuesto el primer elemento (34, 38, 42) de placa de manera que el área de la superficie de contacto con el elemento (12) de núcleo es menor que un área conductora de flujo de sección transversal del elemento (12) de núcleo.

13. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 12, en el que una sección radial y circunferencial del primer elemento (34, 38) de placa presenta un grosor axial reducido en comparación con las demás partes del elemento (34, 38) de placa, estando dispuesta dicha sección en el orificio pasante del primer elemento (34, 38) de placa.

14. Núcleo (10) de inductor según la reivindicación 1, que comprende además medios (31) de enfriamiento, en el que el elemento (12) de núcleo está dispuesto para extenderse a través y más allá del orificio pasante del primer elemento (16) de placa, acoplándose una parte (12a) de extremo sobresaliente del elemento de núcleo con dichos medios (31) de enfriamiento.