CN101430961A

CN101430961A - 新型电感铁心

Info

Publication number: CN101430961A
Application number: CNA2008102127336A
Authority: CN
Inventors: 焦海波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2009-05-13

Abstract

本发明涉及一种新型电感铁心，是由铁轭和铁心柱组成，其特征是：所述铁轭和铁心柱采用不同的软磁材料制作。本发明采用不同的软磁材料复合，制作电感铁心的铁轭和铁心柱，其中铁轭偏向于采用强度比较大、易于焊接和冲孔，且比较经济的软磁材料，如硅钢；铁心柱偏向于采用在高频时损耗很低、重量比较轻，且便于加工成尺寸比较小的块状，本身在叠摞过程中会产生很多气隙，同时又便于加工气隙的材料，如软磁铁氧体或金属软磁粉心。通过本发明制作的电感铁心，铁轭简单结实，铁心柱损耗低，气隙分散，扩散磁场产生的损耗很低，具有高效率、低损耗、较轻的重量等优点。

Description

新型电感铁心

技术领域

本发明涉及使用在电力电子设备中的带铁心的感性器件，特别是涉及一种新型电感铁心。

背景技术

在电力电子设备中，需要使用带铁心的感性器件来实现电路设计者的目的，比如滤波、储能等。目前普遍使用的电感铁心，均使用同一种材料制作铁轭和铁心柱，由于不同的软磁材料具有不同的物理特性，如

硅钢类材料具有机械强度高，易于焊接和冲孔加工的优点，材料成本也低。同时还具有高磁导率、高饱和磁通密度的优点，但是它的缺点在于，一方面硅钢类材料在电流含丰富高次谐波的场合铁心损耗较高，另一方面工成很小的片状会耗费大量工时。

软磁铁氧体类材料如MnZn材料具有高频损耗很低的优点，但是难以制作成较大尺寸的零件，机械强度也很低，不能焊接和冲孔。另外，饱和磁通密度很低，只有硅钢材料的1/5左右，材料成本较高。

金属软磁粉心如铁硅铝磁粉心具有高的饱和磁通密度，高频损耗低，但是磁导率比较低，也难以制作成较大尺寸的件，不能焊接和冲孔，材料成本较高。

故适用同一种软磁材料制作电感铁心的铁轭和铁心柱时，会存在损耗高，电感效率低，尺寸大，重量大，噪声高等缺陷。如单纯使用硅钢做软磁材料的电感，成本低，机械强度高；由于加工工艺原因，很难做到合理的分散气隙，使得气隙附近杂散磁场引起的损耗过大，电感效率低、温升高。单纯使用软磁铁氧体或金属软磁粉心材料的电感，效率较高、温升低；同时由于材料本身的原因，成本较高，尺寸较大，机械强度比较低；在100kVA以上容量等级的变流设备中，电感的尺寸很大，几乎没有合适尺寸的软磁铁氧体或金属软磁粉心零件可以用来做铁轭。如果单纯采用高频损耗较低的材料如软磁铁氧体或金属软磁粉心材料，则因为饱和磁通密度和磁导率以及机械结构方面的原因，电感的尺寸会比较大，重量也比较高；另外，因为没有较大尺寸的件做铁轭，或者材料对应力敏感等因素，电感铁心很难可靠固定，会产生较高的噪声。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种损耗低，电感效率高，重量轻，尺寸小，成本合理且加工工艺简单的新型电感铁心。

本发明的设计理念是来源于电感铁心的不同部位所具有的不同性能要求。

铁轭部，做为电感的主要受力部分，要安装底板和夹件，需要承受较大的内部和外部应力，一般不设置气隙。而且铁轭一般都暴露在空气当中，散热条件比较好。铁轭部分距离线圈较远，可以允许比线圈适当高的温升(这意味着磁性材料的损耗可以偏大一些)，而不影响线圈的绝缘寿命。在大型变流设备中使用的电感，铁轭尺寸也比较大，从n×10到n×10²mm的尺寸范围。损耗较高但是便于加工的硅钢比较适合做铁轭。

铁心柱部分，基本在线圈的包围之中，散热条件比较差，允许温升要低于或等于线圈温升(这意味着磁性材料的损耗必须很低)。另外，还需要设置合理的气隙数量和气隙尺寸，铁心柱会分成很多段，每段沿磁路的长度只有n×10mm的尺寸范围。损耗低，难于制作成大尺寸零件的软磁铁氧体或金属软磁粉心比较适合做铁心柱。

本发明正是复合利用不同材料的特性，在要求机械强度较高和需要焊接、夹紧固定的铁轭上，使用磁导率高，机械强度高，易于焊接、冲孔的硅钢材料。利用铁轭部位具有最佳散热条件和硅钢材料居里温度很高的优势，来对抗较高的损耗劣势。在需要开气隙的铁心柱上，使用高频损耗较低、易于加工成小尺寸的软磁铁氧体或金属软磁粉心材料。这样，能够实现多气隙数量，小的单个气隙尺寸，从而大幅度降低气隙附近杂散磁场引起的附加损耗。

本发明利用高磁导率高饱和磁通密度的硅钢片铁轭来做受力部件，固定整个电感的铁心柱和线圈，也作为电感与外部固定的基座。铁轭可以焊接和冲孔。利用低损耗和易加工成分散气隙的软磁铁氧体或金属软磁粉心等做铁心，大幅度减少因气隙引起的附加损耗。依靠强有力的铁轭固定铁心柱，降低噪声。

综合考虑磁导率、饱和磁通密度、损耗、散热、成本以及机械强度等问题，利用本发明可以设计出损耗低、噪声小，尺寸与重量小，成本合理的电感铁心。

本发明的设计理念是通过下述技术方案实现的：

一种新型电感铁心，是由铁轭和铁心柱组成，其特征是：所述铁轭和铁心柱采用不同的软磁材料制作；

上述软磁材料为硅钢片、软磁铁氧体或金属软磁粉心。

所述铁轭采用硅钢片制成，铁心柱采用软磁铁氧体或金属软磁粉心；

所述金属软磁粉心为铁粉心、铁硅铝磁粉心、高通量磁粉心或钼坡莫磁粉心。

本发明采用不同的软磁材料复合，制作电感铁心的铁轭和铁心柱。其中铁轭偏向于采用强度比较大、易于焊接和冲孔，且比较经济的软磁材料，如硅钢；铁心柱偏向于采用在高频时损耗很低、重量比较轻，且便于加工成尺寸比较小的块状，本身在叠摞过程中会产生很多气隙，同时又便于加工气隙的材料，如软磁铁氧体或金属软磁粉心。通过本发明制作的电感铁心，铁轭简单结实，铁心柱损耗低，气隙分散，扩散磁场产生的损耗很低，具有高效率、低损耗、较轻的重量等优点。

附图说明

图1为本发明中以硅钢片作铁轭，铁氧体块作铁心柱的电感铁心的结构示意简图；

图2为本发明中以硅钢片作铁轭，铁粉心块作铁心柱的电感铁心的结构示意简图。

具体实施方式

本发明的电感铁心的结构同现有技术一样，是由铁轭1和铁心柱2组成，其改进之处在于铁轭和铁心柱的材料变化，即采用不同的软磁材料制作铁轭和铁心柱，所述的软磁材料为硅钢片(取向或无取向)、软磁铁氧体或金属软磁粉心(如铁粉心、铁硅铝磁粉心、高通量磁粉心、钼坡莫磁粉心)。

实施例1 硅钢片与铁氧体复合铁心逆变器输出滤波电感

滤波电感技术参数：

电流：106A，电感量：0.9mH，有5.6kHz等频率的电流谐波约25A。

现有技术使用0.23mm冷轧取向硅钢片制作的CD型铁心，损耗在520W左右，温升较高，不能满足设计要求。

本发明的电感铁心，其铁轭采用无取向硅钢片，铁心柱采用矩形铁氧体磁片叠摞而成，如图一所示。损耗降到245W左右，损耗降低53％，温升明显降低，满足设计要求。

实施例2 硅钢片与铁粉心复合铁心PWM整流器续流电感

PWM整流器续流电感：

电流：60A，电感量：1.1mH，有9.8kHz等频率的电流谐波约12.5A。

现有技术使用0.18mm冷轧取向硅钢片制作的叠片型铁心，损耗在280W左右，温升较高，不能满足设计要求。

本发明的电感铁心，其铁轭为0.23mm冷轧取向硅钢片，铁心柱用矩形铁粉心，如图二所示。损耗降到165W左右，损耗降低41％，温升明显降低，满足设计要求。

Claims

1.一种新型电感铁心，是由铁轭(1)和铁心柱(2)组成，其特征是：所述铁轭(1)和铁心柱(2)采用不同的软磁材料制作。

2.按照权利要求1所述的电感铁心，其特征是：上述软磁材料为硅钢片、软磁铁氧体或金属软磁粉心。

3.按照权利要求1或2所述的电感铁心，其特征是：所述铁轭(1)采用硅钢片制成，铁心柱(2)采用软磁铁氧体或金属软磁粉心。

4.按照权利要求3所述的电感铁心，其特征是：所述金属软磁粉心为铁粉心、铁硅铝磁粉心、高通量磁粉心或钼坡莫磁粉心。