一種能抗單向或雙向直流的復合鐵芯的制作方法
【專利摘要】一種能抗單向或雙向直流的復合鐵芯，是由軟磁和永磁兩類材料復合組成，其制作方法是在C型或E型軟磁鐵芯的對接處嵌鑲永磁體，使鐵芯處于預磁化狀態(tài)，產(chǎn)生磁感值B0，獲得大幅度提高鐵芯使用的工作磁場和工作磁感的效果。在復合鐵芯線圈和線路之間加入一個整流橋，使之不僅能抗單向直流，還能抗雙向直流。復合鐵芯用于濾波電感、DC?DC變換器儲能電感、單端開關(guān)電源的輸出變壓器以及單端脈沖變壓器等多種器件，具有結(jié)構(gòu)簡化、節(jié)省鐵芯材料和銅線、體積減小、重量減輕、銅耗及鐵耗降低、成本下降等優(yōu)點。
【專利說明】
一種能抗單向或雙向直流的復合鐵芯
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鐵芯制造及其在電磁元器件中應用的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵芯是電磁元器件的主要部件。在電磁器件設計中，鐵芯不僅影響器件的性能，還關(guān)系到它的體積、重量和成本。傳統(tǒng)的鐵芯僅由軟磁一種材料制成，如(美)麥克萊曼(1(:171^11，(:.￥.1')編著的《變壓器與電感器設計手冊(第四版)》(2013年)中所采用的鐵芯材料，均為軟磁材料。迄今為止，我國各鐵芯研究及生產(chǎn)單位所公布的產(chǎn)品樣本中，鐵芯也都采用軟磁材料制作。北京首冶磁性材料科技有限公司生產(chǎn)的抗直流復合鐵芯，是由兩種性能不同的軟磁材料復合制作。本發(fā)明的復合鐵芯是由軟磁和永磁兩類材料復合制作而成，采用開口的C型或E型軟磁鐵芯，在其接口處嵌鑲永磁體，這種復合鐵芯具有更高的工作磁感和更寬的工作磁場，從而得到了體積重量減小、成本降低和效率提高的效果。例如北京安泰科技股份有限公司非晶制品分公司產(chǎn)品樣本中，尺寸為60\30\12乂20111111的(:型非晶鐵芯的最大工作磁感為1.20T，本發(fā)明用相同尺寸的C型非晶鐵芯在開口處嵌鑲永磁片后，最大工作磁感可達2.35T，提高了將近一倍。美國麥克萊曼編著的《變壓器與電感器設計手冊(第四版)》中采用鐵氧體制作直流電感時，最大工作磁感為0.22T，而加了永磁片后，最大工作磁感可達0.7T，為0.22T的三倍多。本發(fā)明的復合鐵芯適用于濾波電感、DC-DC變換器儲能電感、單端開關(guān)電源的輸出變壓器以及單端脈沖變壓器等多種電磁器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容是構(gòu)建一種由軟磁和永磁兩種材料復合制作的鐵芯，圖1是其結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)設計參數(shù)的要求，選定具有相應性能的C型或E型軟磁鐵芯及永磁體，將永磁體裝配在軟磁鐵芯的接口處，裝配時必須遵照本發(fā)明在圖1中所示的永磁體極性及導線線圈中電流Idc的方向安裝才能獲得預期效果。在該結(jié)構(gòu)中，永磁體的強磁力將分離的兩塊C型或E型軟磁鐵芯牢固地吸合成一整體，無需外加固定的結(jié)構(gòu)件。
[0004]本發(fā)明復合鐵芯中的永磁體，為整個鐵芯提供了一個恒定的預磁化磁感強度Bo，匝數(shù)為η匝的工作線圈通入直流電流IDC，Idc所產(chǎn)生的磁感應強度與Bo方向相反。如此，在鐵芯工作時，鐵芯磁感應強度(B值)隨線圈安匝數(shù)(AT值)的變化將如圖2所示。由圖2的實線所代表的傳統(tǒng)開口鐵芯磁化曲線可以看出:磁化曲線的直線部分代表著最大的工作磁感仏值和最大的工作磁場Hm值。而對于加了永磁片的復合鐵芯，由于預磁化磁感(-Bo值)的存在，磁化曲線的直線部分大幅度延長了，最大工作磁感Bm’值為圖中的A’ C段，SPBm’ = Bm+Bo ；而最大的工作磁場’及Hm’均提高了約Bo/Bdf。以上是本發(fā)明的理論依據(jù)。
[0005]本發(fā)明的復合鐵芯中，永磁體提供了預磁化的磁感值Bo，由于Bo的方向必須與線圈中單向的電流IDC產(chǎn)生的磁感方向相反，而實際應用中，往往出現(xiàn)需要抗雙向電流的情況，為此，本發(fā)明設計了一個整流橋加在復合鐵芯線圈和線路之間，使之不僅能抗單向電流，還能抗雙向電流，如圖3所示。
【附圖說明】
[0006]圖1是復合鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖2是本發(fā)明的復合鐵芯和傳統(tǒng)的開口軟磁鐵芯磁化曲線對比示意圖；
[0008]圖3是復合鐵芯線圈和線路之間的整流橋示意圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
[0010]一個電感量為L= ImH，直流電流為IDC = 30A的直流電感需要用兩個尺寸為60 X 30X 12X20mm的C型鐵基非晶鐵芯，鐵芯的工作磁感為1.10T，線圈匝數(shù)為70匝，電流密度J =4A/mm2，導線面積Scu = 7.5mm2?，F(xiàn)改用一個加永磁片的同尺寸鐵基非晶鐵芯(永磁片為釹鐵硼，厚度1_，斷面尺寸同非晶鐵芯)，工作磁感可以提高到約2.2T，其它參數(shù)不變，也能做成L=lmH、IDC = 30A的直流電感。不僅鐵芯和銅線減少一半，而且損耗降低，大大地減少了重量、體積和成本，提高了效率，節(jié)約了能源。
[0011]實施例2
[0012]一個電感量為L = 1.5mH，直流電流為Idc = 20A的直流電感要用一個EE100/60/28mm的鐵氧體，其重量為1.03Kg，鐵芯工作磁感為0.3T，線圈匝數(shù)為132匝，電流密度J = 5A/mm2，導線面積Scu = 4mm2?，F(xiàn)改用一個加永磁片的鐵基非晶鐵芯(永磁片為釹鐵硼，厚度1mm，斷面尺寸同非晶鐵芯;非晶鐵芯尺寸為60 X 30 X 12 X 20mm)，工作磁感為2.2T，線圈匝數(shù)為86匝，電流密度1 = 4六/1111112，按此參數(shù)可做成1^=1.5111!1、1此=2(^的直流電感，鐵芯的重量為
0.3Kg，只有鐵氧體的30%，重量和體積都大為減小，成本也相應地降低，而且損耗降低，效率提高，節(jié)約了能源。
【主權(quán)項】
1.復合鐵芯的特征在于，鐵芯由軟磁和永磁兩類材料復合組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鐵芯，其結(jié)構(gòu)特征在于采用開口的C型或E型軟磁鐵芯，在其接口處嵌鑲永磁體。3.根據(jù)權(quán)利要求2嵌鑲永磁體，其特征在于按規(guī)定的N-S方向定向裝配，以形成預磁化的磁感值Bq，并且Bq的方向應與線圈通入直流電流所產(chǎn)生的磁感方向相反，即抗直流具有單向性。4.在復合鐵芯線圈和線路之間加入一個整流橋，不僅能抗單向直流，還能抗雙向直流。5.根據(jù)權(quán)利要求3裝配好的復合鐵芯，其特征在于永磁體具有極強的吸力使復合鐵芯形成了一個緊固的復合體，無須再采用附加的緊固措施，從而有利于降低漏磁和漏磁損耗。
【文檔編號】H01F3/10GK106067360SQ201610303512
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月12日 公開號201610303512.4, CN 106067360 A, CN 106067360A, CN 201610303512, CN-A-106067360, CN106067360 A, CN106067360A, CN201610303512, CN201610303512.4
【發(fā)明人】陳煜廉, 劉治賦
【申請人】陳煜廉, 劉治賦