專利名稱：一種各氣隙平面沿磁芯柱交錯(cuò)布置的電感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于磁性元件的基本電氣元件領(lǐng)域，特別涉及到功率電子高頻磁性元件。
眾所周知，現(xiàn)有的帶磁芯的電感器元件，除了沒有氣隙結(jié)構(gòu)的鐵粉磁芯是由單一結(jié)構(gòu)的磁芯組成的以外，其余的電感器磁芯都是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的磁芯結(jié)構(gòu)組成的，并通過各個(gè)磁芯的端面來構(gòu)成有氣隙的電感器，這就使得電感器有兩個(gè)或兩個(gè)以上的氣隙。對(duì)現(xiàn)有的帶氣隙的電感器，這些氣隙的端面平面在原理的考慮上，一般是處在各磁芯柱(或線圈的長邊方向)的同一高度的平面上的。如果各個(gè)氣隙的長度相同，則各個(gè)氣隙的上端面是處于同一個(gè)平面，而下端面也是處于同一個(gè)平面。如果各個(gè)氣隙的長度不完全相同，則各氣隙的中線是處于同一個(gè)平面，或各氣隙的上端面或者下端面是處于同一個(gè)平面?？傊?，從氣隙布置上來說，電感器的各個(gè)氣隙基本上是處于各磁芯柱同一個(gè)平面上的。這種電感器的氣隙布置方式并不是很有利于減少電感器線圈損耗?，F(xiàn)有的電感器，其氣隙在磁芯柱上的位置或者是位于磁芯柱的中部，或者是位于磁芯柱的頂部。
雖然現(xiàn)在有的電感器氣隙布置采用分布?xì)庀督Y(jié)構(gòu)，即將一個(gè)較大的集中氣隙分散為若干個(gè)較小的分布?xì)庀?，以利于降低線圈的損耗。但這使得電感器的制造復(fù)雜很多。
電感器的氣隙布置方式，對(duì)電感器的線圈損耗有很大的影響，這是因?yàn)闅庀兜牟贾梅绞綍?huì)影響進(jìn)入線圈窗口的磁通，而進(jìn)入線圈窗口的磁通對(duì)線圈的渦流損耗有很大的影響，從而影響了線圈損耗，降低了電感器的性能?，F(xiàn)有的帶集中氣隙的電感器的氣隙布置方式，無論是EI型、EE型，UU型，UI型或具有氣隙結(jié)構(gòu)的其他形式，其各個(gè)氣隙基本上是處在同一個(gè)平面上的，且這一平面是位于磁芯柱的中部或頂部。
本實(shí)用新型的目的是尋找一種電感器的新的氣隙布置方式及對(duì)應(yīng)的簡單的磁芯結(jié)構(gòu)形式，以降低進(jìn)入線圈窗口的磁通，從而降低線圈的渦流損耗。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是電感器由兩個(gè)或兩個(gè)以上磁芯，兩個(gè)或兩個(gè)以上氣隙以及一個(gè)線圈組成，磁芯和氣隙組成了磁通回路，磁通回路與線圈交鏈，由于特殊的氣隙布置方式和對(duì)應(yīng)的磁芯結(jié)構(gòu)，使得電感器中相鄰兩個(gè)磁芯柱上的氣隙平面在磁芯柱上是位于不同平面上，氣隙采用沿磁芯柱方向上的交錯(cuò)布置方式，各個(gè)磁芯柱的長短不一樣，并錯(cuò)開一定的距離。
使電感器相鄰兩個(gè)磁芯柱上的氣隙端面在磁芯柱(或線圈的長邊)方向上錯(cuò)開一定的距離，而不是位于同一個(gè)平面上。如果磁芯柱上有兩個(gè)以上的氣隙，則各個(gè)氣隙采用沿磁芯柱(或線圈的長邊)方向上的交錯(cuò)布置方式。通過對(duì)氣隙位置和錯(cuò)開距離的設(shè)計(jì)，可使進(jìn)入線圈窗口內(nèi)的磁場(chǎng)盡量降低。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)1、電感器相鄰磁芯柱上的各氣隙在沿磁芯柱(或線圈窗口的長邊)的方向上，不是位于同一個(gè)平面上，而是有錯(cuò)開一定的距離。
2、設(shè)計(jì)各個(gè)氣隙在磁芯柱上的位置和錯(cuò)開的距離，可以使相鄰磁芯柱間的磁壓盡量降低，從而降低線圈的損耗，提高電感器的性能。
3、與新的氣隙布置方式相對(duì)應(yīng)的新的磁芯結(jié)構(gòu)形式，各相鄰磁芯柱的長短相差明顯。
4、以簡單的磁芯結(jié)構(gòu)和氣隙布置方式，在不增加制造和工藝復(fù)雜性的情況下，降低了電感器的線圈損耗，提高了電感器的性能。
現(xiàn)結(jié)合附圖并通過實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)情況加以說明圖2是現(xiàn)有的電感器的氣隙和磁芯結(jié)構(gòu)。各個(gè)氣隙的長度相同，各個(gè)氣隙的上端面是處于同一個(gè)平面，而下端面也是處于同一個(gè)平面。
圖3是現(xiàn)有的電感器的氣隙和磁芯結(jié)構(gòu)。雖然各個(gè)氣隙的長度略有不同，但各個(gè)氣隙的中心平面是位于同一個(gè)平面上。
圖4是現(xiàn)有的氣隙和磁芯結(jié)構(gòu)。氣隙的上端面位于同一個(gè)平面，但氣隙長度略有不同。
圖5是現(xiàn)有的具有分布?xì)庀兜碾姼衅鹘Y(jié)構(gòu)。雖然各個(gè)氣隙不是位于同一個(gè)平面上，但是是位于同一個(gè)磁芯柱上。
圖6是本實(shí)用新型的電感器磁芯結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)不同形狀的磁芯組成，氣隙布置方式由中柱氣隙和邊柱氣隙組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的電感器磁芯結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)相同形狀的磁芯組成。氣隙布置方式由中柱氣隙和邊柱氣隙組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型的電感器。磁芯為低截面平板式結(jié)構(gòu)，由多個(gè)磁芯組成的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本實(shí)用新型的電感器。磁芯由兩個(gè)相同形狀的磁芯組成的結(jié)構(gòu)示意圖。


圖10是本專利技術(shù)應(yīng)用到具有分布?xì)庀峨姼衅鞯那闆r。
圖11是本實(shí)用新型應(yīng)用電磁場(chǎng)理論中的安培環(huán)路定律進(jìn)行分析的示意圖。
圖12是本實(shí)用新型氣隙布置方式下相鄰磁芯柱間的磁壓分布圖圖13是本實(shí)用新型氣隙布置方式下相鄰磁芯柱間的磁壓分布圖圖14是本實(shí)用新型氣隙布置方式下的低截面平板式電感器的磁壓分布圖圖15是本實(shí)用新型氣隙布置方式下的具分布?xì)庀峨姼衅鞯拇艍悍植紙D。
圖16是EI結(jié)構(gòu)磁芯已有的氣隙布置方式下，磁芯柱間的磁壓分布圖圖17是EE結(jié)構(gòu)磁芯已有的氣隙布置方式下，磁芯柱間的磁壓分布圖在圖中，1為上部磁芯左邊柱；2為上部磁芯磁軛；3為上部磁芯中柱；4為中柱間氣隙；5為線圈；6為上部磁芯右邊柱；7為右邊柱氣隙；8為下部磁芯右邊柱；9為下部磁芯磁軛；10為下部磁芯中柱；11為下部磁芯左邊柱；12為左邊柱氣隙；13為磁芯中磁通回路；14上部分布?xì)庀叮?5分布?xì)庀堕g磁芯柱；16下部分布?xì)庀秷D2、圖3和圖4所示為前面背景技術(shù)部分所提到的圖，在圖2中，如果各個(gè)氣隙的長度相同，則各個(gè)氣隙的上端面是處于同一個(gè)平面，而下端面也是處于同一個(gè)平面。在圖3中，如果各個(gè)氣隙的長度不完全相同，則各氣隙的中線是處于同一個(gè)平面。在圖4中，各氣隙的上端面或者下端面是處于同一個(gè)平面。
從氣隙布置上來說，電感器的各個(gè)氣隙基本上是處于各磁芯柱同一個(gè)平面上的。這種電感器的氣隙布置方式并不利于電感器線圈損耗的降低。
圖5所示為具有分布?xì)庀兜碾姼衅鹘Y(jié)構(gòu)。它的兩個(gè)氣隙都位于磁芯中柱上并平行。
圖6所示結(jié)構(gòu)的說明該電感器磁芯結(jié)構(gòu)由兩個(gè)不同形狀的磁芯組成，磁芯的左右邊柱高度相等，氣隙布置方式由中柱氣隙和邊柱氣隙組成。h1和h2分別表示兩個(gè)氣隙分別距磁軛的距離，hc為線圈窗口的高度。并且h1≠h2。如果要使得氣隙的布置對(duì)線圈損耗的影響最小，應(yīng)大約使h1=(1/4)*hc,h2=(3/4)*hc。
圖7所示結(jié)構(gòu)的說明該電感器磁芯結(jié)構(gòu)由兩個(gè)相同形狀的磁芯組成，氣隙布置方式由一個(gè)中柱氣隙和兩個(gè)邊柱氣隙組成。h1和h2分別表示兩個(gè)氣隙分別距磁軛的距離，hc為線圈窗口的高度。并且h1≠h2。如果要使得氣隙的布置對(duì)線圈損耗的影響最小，應(yīng)大約使h1＝(1/4)*hc,h2=(2/4)*hc。
圖8所示結(jié)構(gòu)的說明該電感器磁芯為低截面平板式結(jié)構(gòu)，由三個(gè)磁芯組成。h1和h2分別表示氣隙距磁軛的距離，hc為線圈窗口的寬度。并且h1≠h2。如果要使得氣隙的布置對(duì)線圈損耗的影響最小，應(yīng)大約使h1=(1/4)*hc,h2=(3/4)*hc。
圖9所示結(jié)構(gòu)的說明該電感器磁芯由兩個(gè)相同形狀的磁芯組成。h1和h2分別表示氣隙距磁軛的距離，hc為線圈窗口的高度。并且h1≠h2。如果要使得氣隙的布置對(duì)線圈損耗的影響最小，應(yīng)大約使h1=(1/4)*hc,h2=(2/4)*hc。
圖10所示結(jié)構(gòu)的說明該電感器在磁芯中柱上具有兩個(gè)分布?xì)庀?，邊柱上具有一個(gè)氣隙。邊柱上的氣隙與中柱上的任一個(gè)氣隙不是位于一個(gè)平面上，而是與各個(gè)中柱氣隙平面均交錯(cuò)開一定的距離。
圖11為電磁場(chǎng)理論中的安培環(huán)路定律示意圖。由于鐵氧體磁芯中的磁導(dǎo)率很高，磁場(chǎng)強(qiáng)度H≈0，磁芯中的磁壓降基本為零。與線圈安匝平衡的磁壓降主要集中在氣隙及線圈窗口中。設(shè)ab兩點(diǎn)間的磁壓降為U，則根據(jù)安培環(huán)路定律，選擇如圖所示的積分路徑，可得U(h)+Ugi=IN/hc*h(h為積分環(huán)路中ab點(diǎn)離磁軛的高度，hc為線圈窗口高度。Ugi為氣隙i的磁壓降，基本由Ugi=(IN/Σlgi)*lgi決定，其中Σlgi為包圍整個(gè)線圈的路徑上的各個(gè)氣隙的長度總和，lgi為氣隙i長度。
根據(jù)安培環(huán)路定律，可得到磁芯柱間的磁壓降沿線圈窗口高度上的分布圖。設(shè)線圈窗口上的總激磁安匝為IN，且各個(gè)氣隙的長度相同。隨著高度h從磁軛開始增加，磁芯柱間的磁壓在激磁磁勢(shì)作用下由零逐漸上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個(gè)氣隙時(shí)，由于該氣隙的磁壓降使得磁芯柱間的磁壓降低，高度繼續(xù)上升后，磁芯柱間的磁壓在激磁磁勢(shì)作用下繼續(xù)上升，到達(dá)第二個(gè)氣隙時(shí)，第二個(gè)氣隙的磁壓降又使得磁芯柱間的磁壓降低，然后隨著高度的上升，磁芯柱間的磁壓繼續(xù)上升，最后到達(dá)零。
對(duì)于不同的氣隙布置方式，磁芯柱間的磁壓沿線圈高度的分布不同，從而使得進(jìn)入線圈窗口的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同。磁芯柱間的磁壓越大，進(jìn)入線圈窗口的磁通也越大，從而使得線圈的這部分損耗增大。
圖12為本專利氣隙布置方式下磁芯柱間的磁壓分布圖。由此可見，磁芯柱間磁壓的最大值為IN/4，磁壓的絕對(duì)平均值為IN/8。
圖13為本專利氣隙布置方式下磁芯柱間的磁壓分布圖。磁芯柱間的最大值壓為IN/2，磁壓的絕對(duì)平均值為IN*(3/16)。
圖14為低截面磁芯應(yīng)用本專利技術(shù)后的結(jié)構(gòu)形式。它的磁壓最大值為IN/4，磁壓的絕對(duì)平均值為IN/8。
圖15為分布?xì)庀峨姼衅鲬?yīng)用本專利技術(shù)后的結(jié)構(gòu)形式及磁壓分布圖。相鄰磁芯柱間的磁壓最大值為IN/4。
圖16為EI結(jié)構(gòu)磁芯已有的氣隙布置方式下，磁芯柱間的磁壓分布圖。磁芯柱間磁壓的最大值為IN,磁壓的絕對(duì)平均值為IN/2。
圖17為EE結(jié)構(gòu)磁芯已有的氣隙布置方式下，磁芯柱間的磁壓分布圖。磁芯柱間磁壓的最大值為IN/2，磁壓的絕對(duì)平均值為IN/4。
磁芯由磁芯軛和磁芯柱組成，各個(gè)磁芯的對(duì)應(yīng)的磁芯柱的端面之間由低導(dǎo)磁率且非導(dǎo)電的材料組成電感器的各個(gè)氣隙。
磁芯上相鄰的磁芯柱的高度h1,h2不等，由相鄰磁芯柱端面組成的氣隙是位于沿磁芯柱高度方向的不同平面上。
本實(shí)用新型提出了一種在制造和工藝上十分簡單的，適用于有氣隙和磁芯的電感器的新的氣隙布置方式和對(duì)應(yīng)的磁芯結(jié)構(gòu)形式。使得相鄰磁芯柱上的各氣隙在沿磁芯柱(或線圈窗口的長邊)的方向上，錯(cuò)開一定的距離。并通過設(shè)計(jì)各個(gè)氣隙在磁芯柱上的位置和錯(cuò)開的距離，使相鄰磁芯柱間的磁壓盡量降低，從而使電感器的損耗降低，性能提高。本實(shí)用新型可用于通常用途電感器的設(shè)計(jì)和制造，更適合于功率電子電感器的設(shè)計(jì)和制造，通過對(duì)氣隙位置和錯(cuò)開距離的設(shè)計(jì)，可使進(jìn)入線圈窗口內(nèi)的磁場(chǎng)盡量降低。
一種適用于電感器的新的氣隙布置方式和對(duì)應(yīng)的磁芯結(jié)構(gòu)形式。通過設(shè)計(jì)各個(gè)氣隙的位置，使得相鄰磁芯柱上的各個(gè)氣隙在沿磁芯柱(或線圈的長邊)的方向上，不是如現(xiàn)有的氣隙布置方式那樣，位于同一個(gè)平面上，而是使相鄰磁芯柱上的各個(gè)氣隙錯(cuò)開一定的距離，不再位于同一個(gè)平面上。通過設(shè)計(jì)各個(gè)氣隙在磁芯柱上的位置和錯(cuò)開的距離，可以有效地減小電感器線圈的損耗，從而提高電感器的性能。
本實(shí)用新型的效果通過理論分析計(jì)算和磁性元件電磁場(chǎng)數(shù)值仿真方法以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在電感器工作頻率為100千赫茲時(shí)，如果將本實(shí)用新型的線圈損耗設(shè)為1個(gè)單位(以圖12結(jié)構(gòu)為例)，則傳統(tǒng)磁芯結(jié)構(gòu)及其氣隙布置方式(如圖16的EI形結(jié)構(gòu)和圖17的EE形結(jié)構(gòu))的線圈損耗分別為本實(shí)用新型的線圈損耗的3.29和1.98倍。
權(quán)利要求1．一種各氣隙平面沿相鄰磁芯柱交錯(cuò)布置的電感器，其特征在于電感器由上部磁芯左邊柱(1)、上部磁芯磁軛(2)、上部磁芯中柱(3)和上部磁芯右邊柱(6)組成的磁芯與由下部磁芯右邊柱(8)、下部磁芯磁軛(9)、下部磁芯中柱(10)和下部磁芯左邊柱組成的磁芯，中柱間氣隙(4)、右邊柱氣隙(7)和左邊柱氣隙(12)組成的兩個(gè)或兩個(gè)以上隙，以及一個(gè)線圈(5)組成，其中磁芯和氣隙組成了磁通回路(13)，磁通回路(13)與線圈(5)交鏈，由于特殊的氣隙布置方式和對(duì)應(yīng)的磁芯結(jié)構(gòu)，使得電感器中相鄰兩個(gè)磁芯柱上的氣隙平面在磁芯柱上不是位于同一個(gè)平面上，氣隙采用沿磁芯柱方向上的交錯(cuò)布置方式，各個(gè)磁芯柱的長短不一樣，并錯(cuò)開一定的距離。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種各氣隙平面沿相鄰磁芯柱交錯(cuò)布置的電感器，其特征在于兩個(gè)或兩個(gè)以上磁芯中的一個(gè)磁芯由磁芯軛(2)和由上部磁芯左邊柱(1)、上部磁芯中柱(3)和上部磁芯中柱(6)組成，各個(gè)磁芯的對(duì)應(yīng)的磁芯柱的端面之間由低導(dǎo)磁率且非導(dǎo)電的材料，組成電感器的中柱間氣隙(4)、右邊柱氣隙(7)和左邊柱氣隙(12)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種各氣隙平面沿相鄰磁芯柱交錯(cuò)布置的電感器，其特征在于磁芯上相鄰的磁芯柱的高度h1,h2不等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工藝制造簡單的各氣隙平面沿相鄰磁芯柱交錯(cuò)布置的電感器,電感器由兩個(gè)或兩個(gè)以上磁芯,兩個(gè)或兩個(gè)以上氣隙以及一個(gè)線圈組成,磁芯和氣隙組成了磁通回路,磁通回路與線圈交鏈,電感器中由于特殊的氣隙布置方式和對(duì)應(yīng)的磁芯結(jié)構(gòu),使得相鄰兩個(gè)磁芯柱上的氣隙平面在磁芯柱上不是位于同一個(gè)平面上,氣隙采用沿磁芯柱方向上的交錯(cuò)布置方式,各個(gè)磁芯柱的長短不一樣,并錯(cuò)開一定的距離。它具有有效降低電感器線圈損耗,提高電感器性能的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F17/00GK2446641SQ0022157
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期2000年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月26日
發(fā)明者陳為, 羅恒廉 申請(qǐng)人:福州大學(xué)