新型磁壓分散分布的電感器的製作方法
2023-12-04 06:21:11
專利名稱：新型磁壓分散分布的電感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於磁性元件製造領域，特別涉及到高頻磁性元件。
背景技術：
電感器在電力電子功率變換器中承擔儲能和濾波等重要作用，其應用極為廣泛。對於電感器而言，其磁勢平衡特點與變壓器有很大的不同。在變壓器中，原邊線圈電流產生的大部分磁勢可以通過副邊線圈電流產生的磁勢平衡，磁芯僅承擔很小部分的激磁磁勢。但電感器的線圈電流產生的全部磁勢必須由電感器的磁芯全部承擔。為了能承擔這一磁勢且不導致磁芯飽和以及滿足電感值的要求，磁芯的磁阻必須足夠大。為了得到這一磁阻，可採用低磁導率的磁芯，或者採用高磁導率的磁材料加空氣隙組成的磁芯結構。
低磁導率磁芯材料的電感器，如鐵粉心等，由於線圈窗口磁場比較均勻，高頻時線圈渦流損耗將比較低。但由於粉心磁材料在高頻下的損耗密度很大，限制了其在高頻和大交流工作磁通功率變換場合的應用。
而高磁導率磁材料加空氣隙的電感器磁芯結構，在高頻功率應用場合使用時，雖然磁芯的高頻損耗密度較低，但由於線圈窗口的磁場分布很不均勻，故導致高頻下線圈渦流損耗急劇增加。如圖1所示，(a)為由集中空氣隙和高磁導率磁芯構成的簡單單氣隙電感器結構，它由磁芯1、骨架2和線圈3構成，磁芯的磁芯柱11上開設有空氣隙4；(b)為(a)的線圈窗口磁通分布示意圖，圖中41為主磁通，42為擴散磁通，43為旁路磁通。由圖中可看出，由於電感器磁壓集中於空氣隙4，使得磁通42、43擴散到線圈窗口內，從而導致高頻時線圈渦流損耗很大。
因此，工作在高頻而且大交流磁通下的電感器成為電力電子高頻功率變換領域研究和應用的一個主要問題。要解決這個難題，一方面要積極開發適用於高頻的粉心材料，如非晶、超微晶、納米晶等磁材料，以降低磁芯損耗，但目前這些材料的高頻損耗特性以及價格還不盡人意；另一方面要從降低線圈高頻渦流損耗入手，如通過線圈形狀和磁芯窗口形狀的設計，通過引入準分布氣隙{如圖2(c)所示，把高頻電感器的大氣隙分為幾個小氣隙44}，或分布氣隙{如圖2(d)所示，採用低磁導率磁材料45代替大氣隙}，以及通過氣隙的交錯布置{如圖2(e)所示，46為交錯布置的氣隙}等，都可在一定程度上減小高頻時電感器的線圈渦流損耗。但是，這些方法都在不同程度上使得線圈和磁芯的加工工藝變得複雜，往往都需要根據客戶的要求設計或製造非標準化的骨架或磁芯，都有它們的局限性。
由於擴散進入電感器線圈窗口的磁通是由於磁壓集中分布引起的，因此為減少進入線圈窗口磁通，降低線圈渦流損耗的關鍵在於使電感器的磁壓儘可能分散分布。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種新型磁壓分散分布的電感器，該裝置不僅能在不增大磁芯損耗的基礎上，有效減小高頻時電感器的線圈渦流損耗，而且具有結構簡單、便於生產的特點。
本實用新型的技術方案是這樣構成的，它包括高磁導率的磁芯、套設於磁芯中柱外圍的骨架以及卷繞於骨架上的線圈，磁芯的磁芯柱上開設有空氣隙，其特徵在於在開設有空氣隙的磁芯柱與線圈之間設有低磁導率的輔助磁體。
本實用新型由於在開設有空氣隙的磁芯柱與線圈之間設有低磁導率的磁體，引入了由低磁導率磁材料構成的輔助磁路。該輔助磁路的引入和合理的設計使得開集中空氣隙的電感器中線圈窗口的磁壓分布趨向均勻化，從而均勻了線圈區域的磁場分布，顯著減小了高頻線圈的渦流損耗。同時，由於電感器的主磁通沒有經過低磁導率輔助磁路，故不會引起磁芯損耗的明顯增加。此外，由於只需在磁芯柱與線圈之間增加輔助磁體，不需要對標準化的磁芯進行特殊的設計或加工製作，因此具有結構簡單、便於生產的特點。
圖1是已有的一種電感器結構圖，圖中(a)為由集中空氣隙和高磁導率磁芯構成的簡單單氣隙電感器結構圖，(b)為(a)的線圈窗口磁通分布示意圖。
圖2是已有的另一種電感器結構圖，圖中(c)為準分布氣隙磁壓分布電感器結構圖，(d)為分布氣隙磁壓分布電感器結構圖，(e)為交錯氣隙磁壓分布電感器結構圖。
圖3是本實用新型磁壓分散分布的電感器結構圖。
圖4為圖3的A-A剖視圖。
圖5為圖1和圖3兩種電感器結構沿電感器內層線圈導體表面的磁場分布曲線對比示意圖(輔助磁體磁導率比較低)，圖中81為本實用新型電感器內層線圈導體表面的磁場分布曲線，82為沒有採用輔助磁體但參數相同的簡單單氣隙電感器內層線圈導體表面的的磁場分布曲線。
圖6為圖1和圖3兩種電感器結構沿電感器內層線圈導體表面的磁場分布曲線對比示意圖(輔助磁體磁導率比較高)，圖中83為本實用新型電感器內層線圈導體表面的磁場分布曲線，84為沒有採用輔助磁體但參數相同的簡單單氣隙電感器內層線圈導體表面的的磁場分布曲線。
具體實施方式
本實用新型包括高磁導率的磁芯5、套設於磁芯中柱51外圍的骨架6以及卷繞於骨架上的線圈7，磁芯的磁芯柱上開設有空氣隙8(氣隙可開設於磁芯中柱上或磁芯邊柱上或兩者上都有)，其特徵在於在開設有空氣隙的磁芯柱與線圈之間設有低磁導率的輔助磁體9。
如圖3所示，5為高磁導率材料磁芯，8為磁芯的集中空氣隙，輔助磁體9為低磁導率磁材料，91和92為磁體9上、下端面距磁芯線圈窗口上下端面的氣隙。在新結構中，通過引入輔助磁體為電感器構造了一條輔助磁路，電感器磁勢將沿兩條不同的磁路路徑分布，即由磁芯5與集中空氣隙8構成的主磁路52以及由氣隙91、92、輔助磁體9和磁芯5構成的輔助磁路53。對於主磁路，電感器磁勢仍集中降在空氣隙8上。由於主磁路52的磁阻要比輔助磁路53小得多，因此主磁路中通過的磁通仍為主磁通，儲存了電感器的絕大部分能量。而對於輔助磁路，電感器的磁勢則被分散地降於氣隙91、92以及輔助磁體9上，這就大大均勻了沿磁芯柱高度方向上的磁壓分布，也就減小了線圈渦流損耗，如圖5所示，81的磁場分布比82均勻得多。同時由於低磁導率材料構成的輔助磁路的磁阻比較大，不經過主磁通，且輔助磁體薄、體積很小，故由輔助磁體增加的損耗很小。
輔助低磁導率磁體不能認為是對主磁路擴散磁通的屏蔽，否則不能正確設計該新型結構。因為如果輔助磁體作用為屏蔽，那麼應該是磁導率越高越好，但當磁體的磁導率太高時，磁體只是把空氣隙8附近線圈的渦流損耗轉移到氣隙91、92附近的線圈上而已，不會使磁壓分布趨於均勻，如圖6所示，83的磁場分布不比84均勻。
實施例一所述的輔助磁體為貼覆於骨架表面上或設於骨架內的磁膜。所述的磁膜為柔性的。
實施例二所述的輔助磁體為設於骨架表面的管狀薄壁。
實施例三所述的輔助磁體直接由低磁導率的材料製成的骨架構成。
本實用新型不僅能有效減小高頻時電感器的線圈渦流損耗，而且不會增大磁芯損耗，此外還具有結構簡單，便於生產的特點，具有很大的推廣應用價值。
權利要求1.一種新型磁壓分散分布的電感器，包括高磁導率的磁芯(5)、套設於磁芯中柱(51)外圍的骨架(6)以及卷繞於骨架上的線圈(7)，磁芯的磁芯柱上開設有空氣隙(8)，其特徵在於在開設有空氣隙的磁芯柱與線圈之間設有低磁導率的輔助磁體(9)。
2.根據權利要求1所述的新型磁壓分散分布的電感器，其特徵在於所述的輔助磁體為貼覆於骨架表面上或設於骨架內的磁膜。
3.根據權利要求2所述的新型磁壓分散分布的電感器，其特徵在於所述的磁膜為柔性的。
4.根據權利要求1所述的新型磁壓分散分布的電感器，其特徵在於所述的輔助磁體為設於骨架表面的管狀薄壁。
5.根據權利要求1所述的新型磁壓分散分布的電感器，其特徵在於所述的輔助磁體直接由低磁導率的材料製成的骨架構成。
專利摘要本實用新型屬於磁性元件製造領域，特別涉及到高頻磁性元件。本實用新型提供了一種新型磁壓分散分布的電感器，它包括高磁導率的磁芯、套設於磁芯中柱外圍的骨架以及卷繞於骨架上的線圈，磁芯的磁芯柱上開設有空氣隙，其特徵在於在開設有空氣隙的磁芯柱與線圈之間設有低磁導率的輔助磁體。該裝置不僅能在不增大磁芯損耗的基礎上，有效減小高頻時電感器的線圈渦流損耗，而且具有結構簡單、便於生產的特點。
文檔編號H01F37/00GK2836195SQ200520098759
公開日2006年11月8日 申請日期2005年11月11日 優先權日2005年11月11日
發明者毛行奎 申請人:福州大學