CN103065769B - 磁性芯体和感应装置 - Google Patents

Abstract

一种磁性芯体，包括第一芯体和第二芯体，第二芯体由比第一芯体的导磁率低且饱和磁通密度高的材料形成。第二芯体与第一芯体一起形成闭合磁路。第二芯体具有与第一芯体保持接触的远端表面。该远端表面的面积比第二芯体的其余部分的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大。

Description

磁性芯体和感应装置

技术领域

本发明涉及一种磁性芯体和具有该磁性芯体的感应装置。

感应装置，比如通过围绕磁性芯体缠绕线圈而构成的电抗器或者变压器，是常规的。这种感应装置中的一些具有结合地使用了铁氧体芯和粉芯的磁性芯体。参见例如日本公开特许公报No.2007-95914。

上述的文件中描述的芯体包括了具有三个磁性腿部的E形芯体和具有一对切口部分的平板状I形芯体。磁性腿部中设置在E形芯体相对两端处的两个腿部连接到I形芯体的切口部分处。

在上述的芯体中，如果I形芯体使用铁氧体芯而形成，E形芯体——有线圈围绕其缠绕——由粉芯形成，则预期会减小缠绕有线圈的部分的截面积和线圈的缠绕长度。然而，如果粉芯的磁性腿部中的每个均通过小的接触面积与铁氧体芯接触，则在铁氧体芯的接触粉芯的部分中会发生磁通饱和。这会使得不可能获得期望的直流叠加特性。

为解决此问题，在上述文件描述的磁性芯体中，粉芯的磁性腿部中的每个的远端表面和相应的侧表面可与切口部分中的相应的一个保持接触，以便增大磁性腿部与切口部分之间的接触面积。然而，在上述文件的情况下，当两个磁性腿部连接到切口部分时，磁性腿部之间的间距必须大于切口部分之间的间距，以便于安装粉芯。这使得上述文件中难以做到将所有磁性腿部的远端表面和侧表面与铁氧体芯保持接触。因此，仍然不能保证芯体之间的足够大的接触面积。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种通过保证芯体之间足够大的接触面积而改善直流叠加特性的磁性芯体，和具有该磁性芯体的感应装置。

为达到上述目的，并且根据本发明的第一方面，提供了一种磁性芯体，该磁性芯体包括第一芯体和第二芯体，该第二芯体由比第一芯体的导磁率低且饱和磁通密度高的材料形成。第二芯体和第一芯体一起形成闭合磁路。第二芯体具有与第一芯体保持接触的远端表面。该远端表面的面积比第二芯体的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大。

根据本发明的第二方面，提供了一种感应装置，该感应装置包括第一方面所述的磁性芯体和围绕第二芯体构件缠绕的线圈。

结合以示例的方式说明本发明原理的附图，从以下说明中，本发明的其他方面和优点将会变得明显。

附图说明

连同附图参阅以下本发明的优选实施方式的描述，可最佳地理解本发明及其目的和优点。在附图中：

图1为示意性地示出了根据本发明第一实施方式的磁性芯体和电抗器的立体图；

图2为沿图1中的线A-A截取的截面图；

图3为示意性地示出了根据本发明第二实施方式的磁性芯体和电抗器的立体图；以及

图4为沿图3中的线B-B截取的截面图。

具体实施方式

（第一实施方式）

下面将参照图1和图2描述根据本发明的一种实施方式中的磁性芯体和感应装置。

如图1所示，电抗器10——其作为感应装置——固定在由例如铝形成的散热板11上，在以下的描述中出于说明性的目的，将由箭头Y1表示的与散热板11平行的方向定义为前后方向。将由箭头Y2表示的与散热板11平行并且与箭头Y1的方向垂直的方向定义为左右方向或者横向方向。将由箭头Y3表示的与散热板11垂直的方向定义为上下方向或者竖直方向。

电抗器10包括第一芯体12、第二芯体13以及围绕第二芯体13缠绕的线圈14。第一芯体12使用例如粘合剂固定到散热板11的上表面处。第二芯体13从上方安装在第一芯体12上。第一芯体12和第二芯体13形成磁性芯体C。

第一芯体12为由例如锰锌基材料或者镍锰基材料的铁氧体形成的铁氧体芯，第一芯体12为I形芯体，第一芯体12总体上形状如矩形平板，从上方观察沿着横向方向延伸。如图2所示，第一芯体12的下表面为与散热板11保持接触的接触表面12a。

参照图1，第二芯体13为粉芯（粉末芯体），该粉芯是通过使磁性材料——比如表面覆有绝缘塑料材料的铁-铝-硅基材料——的粉末（粉状材料）经受加压模塑而形成。相比于铁氧体，形成第二芯体13的粉末材料具有更低的导磁率和更高的饱和磁通密度。

第二芯体13包括：第一芯体构件18，从前部观察，第一芯体构件18大致为倒U形；以及设置在第一芯体构件18下方的第二芯体构件19。第一芯体构件18具有平坦部分15和一对腿部16，腿部16中的每个形状如矩形柱体。从上方观察，平坦部分15形状如沿着横向方向延伸的矩形平板，并且平坦部分15平行于第一芯体12延伸。两个腿部16从平坦部分15的相反的横向外围端部部分(相反的端部部分)向下延伸。腿部16各自垂直于接触面12a（散热板11）延伸，并（向下地）朝向第一芯体12（接触表面12a）凸出。换言之，第一芯体构件18通过把平板状部件的相反的端部分别向下弯曲成直角而形成。

每个腿部16的沿与竖直方向相垂直的方向的截面积比第一芯体12的沿与横向方向相垂直的方向的截面积小。平坦部分15的在其长度方向（横向）中间处的截面15a的面积比第一芯体12的沿与横向方向相垂直的方向的截面积小。每个腿部16的端面16a的面积与腿部16的沿与竖直方向相垂直的方向的截面积相等。平坦部分15的截面15a的面积与每个腿部16的上述截面积相等。

从上方观察，第二芯体构件19沿着横向方向延伸。第二芯体构件19由独立于第一芯体构件18并且形状如矩形平板的部件形成。从上方观察，第二芯体构件19的形状与第一芯体构件18的轮廓相对应，或者说，相同。第二芯体构件19使用例如粘合剂固定到第一芯体12的上表面处。第二芯体构件19的下表面19a与第一芯体12的上表面保持接触。

第二芯体构件19的沿与竖直方向相垂直的方向的截面积（如从上方观察到的第二芯体构件19的面积）比每个腿部16的沿与竖直方向相垂直的方向的截面积大，并且比平坦部分15的截面15a的面积大。第一芯体构件18的腿部16的端面16a与第二芯体构件19的上表面保持接触。第二芯体构件19的下表面19a与第一芯体12之间的接触部分的面积（如图1中的点区域所示）比腿部16的端面16a与第二芯体构件19之间的各个接触部分（在图中如断面线所示区域）的面积大。

如已经描述的，第二芯体构件19为设置在第一芯体构件18的所有腿部16与第一芯体12之间的单个部件。第二芯体构件19的与第一芯体12接触的下表面19a对应于第二芯体13的远端表面。第二芯体13通过将第一芯体构件18和第二芯体构件19互相结合而形成，并且因此从前方观察时，第二芯体具有矩形框架状形状（矩形圈形状）。同样地，磁性芯体C通过将第一芯体12和第二芯体13（第一芯体构件18和第二芯体构件19）互相结合而形成，并且因此从前方观察时，磁性芯体C具有矩形框架状形状（矩形圈形状）。

在第一芯体构件18中，线圈14围绕两个腿部16中的一个缠绕，换言之，第一芯体构件18组装到第一芯体12和第二芯体构件19上，使腿部16中的一个穿过线圈14。线圈14缠绕（回转）一匝。在第一实施方式中，第一芯体构件18的相应的腿部16对应于线圈14的缠绕部分。

下面将描述用于形成或者制造电抗器10的方法。

首先，使用例如粘合剂的固定手段将第二芯体构件19固定到第一芯体12的上表面处。然后使用例如粘合剂的固定手段将固定有第二芯体构件19的第一芯体12固定到散热板11的上表面处。随后，线圈14与第一芯体构件18的其中一个腿部16相对应地安装在第二芯体构件19的上方位置处。然后将线圈14固定。

接下来，在使相应的腿部16穿过线圈14的情况下，将第一芯体构件18从上方装配到第二芯体构件19（第一芯体12）。第一芯体构件18固定到第二芯体构件19，使第二芯体构件19的上表面与腿部16的端面16a保持接触。从而，完成磁性芯体C和电抗器10。

下面将描述电抗器10的操作。

在第一实施方式中，当线圈14接收电力时，电抗器10形成闭合磁路，其中，磁通依次地或反向依次地流动通过：其中一个腿部16、平坦部分15、另一个腿部16、第二芯体构件19、第一芯体12、第二芯体构件19、和所述腿部16，如图2中箭头Y4a、Y4b所示。换言之，第二芯体13与第一芯体12一起形成闭合磁路。第一芯体构件18的腿部16各自起磁性腿部的作用，所述磁性腿部（竖直地）朝向第一芯体12延伸并且形成闭合磁路的一部分。

第一芯体构件18中的平坦部分15和每个腿部16的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的截面积分别比第一芯体12的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的截面积小。第二芯体构件19的下表面19a的面积比平坦部分15的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向上的截面积大，比每个腿部16的截面积大，也比端面16a的面积大。换言之，第二芯体构件19的下表面19a的面积比第二芯体13的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大。

因此，磁通不仅如箭头Y4a所示沿与腿部16的端面16a相垂直的方向前进，而且如箭头Y4b所示通过端面16a传播到腿部16中的横向内部位置。换言之，防止了从第一芯体12移动到腿部16的磁通在第一芯体12中集中。

因此，与腿部16的端面16a接触第一芯体12、二者之间未设置第二芯体构件19的构型不同，防止了在第二芯体13与由铁氧体形成的第一芯体12之间的接触部分中发生磁通饱和。换言之，第二芯体构件19起扩大部分的作用，用于与相对于每个端面16a的接触面积相比，增大相对于第一芯体12的接触面积。

由于第二芯体构件19由粉末材料形成，使得产生的磁通沿如箭头Y4a和Y4b所示的竖直方向前进通过第二芯体构件19比沿横向方向容易。然而，如果第一芯体12中磁通饱和，则磁通横向地流入第二芯体构件19，以防止在整个磁性芯体C中的磁通饱和。即，第二芯体构件19在第一芯体构件18的两个腿部16之间形成辅助磁路。

第一实施方式具有下述优点。

（1）第二芯体13的第二芯体构件19的下表面19a的面积比第二芯体13的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大。这增大了第二芯体构件19的下表面19a与第一芯体12之间的接触面积。换言之，确保了芯体12、13之间的足够大的接触面积，以获得期望的直流叠加特性。

（2）第二芯体13包括具有两个腿部16的第一芯体构件18、和设置在腿部16与第一芯体12之间的第二芯体构件19。与第一芯体构件18和第二芯体构件19彼此一体地形成的构型相比，这种构型便于第二芯体13的操纵（handling）。第二芯体构件19的下表面19a的面积比每个腿部16的端面16a与第二芯体构件19之间的接触面积大。因此，第一芯体12与第二芯体13之间的接触面积比在芯体12、13之间未设置第二芯体构件19的构型中的情况大。这改善了直流叠加特性。

（3）由单个部件形成的第二芯体构件19设置在所有腿部16与第一芯体12之间。因此，第二芯体构件19增大了各个腿部16与第一芯体12之间的接触面积。因而，减少了部件的数量，并且便于制造。

（4）固定至第一芯体12的第二芯体构件19的形状如平板。线圈14在第二芯体构件19的上方位置处对应于腿部16中的一个而安装。这与第二芯体构件19从前方观察时形成为例如U形或者E形的情况不同，防止了因第二芯体构件19的形状而使线圈14的安装位置被限制在特定位置。因此，线圈14容易安装。线圈14安装后，使相应的腿部16穿过线圈14，同时安装第一芯体构件18。从而，使第一芯体构件18容易组装。

（5）第一芯体构件18的腿部16的端面16a与第二芯体构件19的上表面保持接触。因此，如果第一芯体12中磁通饱和，磁通在第二芯体构件19中横向地前进，因此防止了在整个磁性芯体C中的磁通饱和。

（第二实施方式）

下面将参照图3和图4描述根据本发明的第二实施方式的磁性芯体和感应装置。在第二实施方式中的与第一实施方式中相应的部件相同或者相似的部件被赋予相同或者相似的附图标记。在此省略或者简化对这些部件的重复描述。出于说明性的目的，线圈14在图3中未示出。

如图3所示，在第一芯体12的横向相反侧处，通过从对应于第一芯体12的上表面的位置向下切割第一芯体12的相应的上部而形成第一台阶12c和第二台阶12d。换言之，在第一芯体12的上表面的横向中间处，在沿前后方向的整个宽度上竖直凸出地形成有形状大致为平行六面体的壁部12b。

在第二实施方式中，第一实施方式中的第二芯体构件19由第二芯体构件21和第二芯体构件22替代。从上方观察，第二芯体构件21、22各自具有矩形平板状的形状。第二芯体构件21使用例如粘合剂固定到第一台阶12c。第二芯体构件21的下表面21a与第一芯体12的上表面（第一台阶12c的底面）保持接触。第二芯体构件21的右侧表面21b与第一台阶12c的右侧表面（壁部12b的左侧表面）接触。

第二芯体构件22使用例如粘合剂固定到第二台阶12d。第二芯体构件22的下表面22a与第一芯体12的上表面（第二台阶12d的底面）保持接触。第二芯体构件22的左侧表面22b与第二台阶12d的左侧表面（壁部12b的右侧表面）接触。

每个第二芯体构件21、22的沿垂直于竖直方向的方向上的截面积(各个第二芯体构件21、22从上方观察的面积)比每个腿部16的沿垂直于竖直方向的方向上的截面积大，并且比平坦部分15的截面15a的面积大。

第一芯体构件18的左侧一个腿部16的端面16a与第二芯体构件21的上表面接触。右侧一个腿部16的端面16a与第二芯体构件22的上表面接触。第二芯体构件21的下表面21a与第一芯体12的第一台阶12c之间的接触部分的面积（在图3中由点区域表示）和第二芯体构件22的下表面22a与第二台阶12d之间的面积（在图中由点区域表示）之和，比腿部16的端面16a与第二芯体构件21之间的接触部分的面积（在图中由断面线区域表示）和端面16a与第二芯体构件22之间的接触部分的面积（在图中由断面线区域表示）之和大。

如已经描述的，每个第二芯体构件21、22设置在腿部16中的相应的一个与第一芯体12之间。下表面21a和下表面22a对应于第二芯体13的远端表面。

下面将描述用于形成，或者说制造，电抗器10的方法。

首先，在下表面21a和右侧表面21b与第一芯体12（第一台阶12c）保持紧密接触的状态下，使用例如粘合剂的固定手段将第二芯体构件21固定到第一芯体12的第一台阶12c。同样，在下表面22a和左侧表面22b与第一芯体12（第二台阶12d）保持紧密接触的状态下，使用例如粘合剂的固定手段将第二芯体构件22固定到第一芯体12的第二台阶12d。

随后，使用例如粘合剂的固定手段将第一芯体12固定到散热板11的上表面处。然后，将线圈14从第二芯体构件22（第一芯体12）的上方安装到与第二芯体构件22相对应的位置上，并且固定线圈14。接下来，使腿部16中的一个穿过线圈14，并且同时，将第一芯体构件18从第二芯体构件21、22（第一芯体12）的上方装配到第二芯体构件21、22。在第二芯体构件21、22的上表面与相应的腿部16的端面16a保持接触的状态下，将第一芯体构件18固定至第二芯体构件21和第二芯体构件22。用这种方法，完成磁性芯体C和电抗器10。

现在将描述电抗器10的操作。

在第二实施方式中，当线圈14接收电力时，如图4中箭头Y5a和箭头Y5b所示，电抗器10形成闭合磁路，在该闭合磁路中磁通依次地或反向依次地流动通过：其中一个腿部16、平坦部分15、另一个腿部16、第二芯体构件21、第一芯体12、第二芯体构件22、以及第一腿部16。

第二芯体构件21的下表面21a的面积与第二芯体构件22的下表面22a的面积均比平坦部分15沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向上的面积大、比每个腿部16的截面积大，并且比每个端面16a的面积大。换言之，各个下表面21a、22a的面积比第二芯体13的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大。

因此，磁通不仅如箭头Y5a所示沿垂直于腿部16的端面16a的方向流动，而且如箭头Y5b所示通过端面16a传播到第一芯体构件18中的横向内部位置。并且如箭头Y5c所示，磁通经由第二芯体构件21的右侧表面21b和第二芯体构件22的左侧表面22b前进通过壁部12b。因此，防止了从第一芯体12移动到腿部16的磁通在第一芯体12中集中。

因此，除了具有第一实施方式的优点（1）到优点（4）之外，第二实施还具有下述优点。

（6）第二芯体构件21、22安装在第一芯体构件18的每个腿部16与第一芯体12之间。这种构型确保了第二芯体构件21、22与相应的腿部16相对应的可靠布置。

（7）第一芯体12具有两个台阶12c、12d。第二芯体构件21和第二芯体构件22安装至相应的台阶12c、12d。这种布置有助于第二芯体构件21、22的定位，并且保证了下表面21a、22a与相应台阶12c、12d之间的接触，而且确保了侧表面21b、22b与相应台阶12c、12d的侧表面之间的接触。因此，通过提升的可靠性确保了磁性芯体之间的足够大的接触面积。

（8）相互独立的第二芯体构件21、22安装至第一芯体构件18的各个腿部16。因此，通过彼此分离地调整第二芯体构件21、22的固定位置，使每个第二芯体构件21、22与第一芯体12的相应的台阶12c、12d可靠地接触。

本发明并不限于第一实施方式或第二实施方式，也可以以下文描述的修改的形式体现。

线圈14可围绕第一芯体构件18的平坦部分15缠绕。

必要时，可以将每个腿部16的形状改变成例如圆柱状形状或者三角柱状形状。

每个腿部16的远端部分可以形成为半球状形状，例如，不具有端面16a，在这种情况下，在每个相应的第二芯体构件19、21、22中形成具有与半球状形状相对应的形状的凹入面。

必要时，各个第二芯体构件19、21、22的形状可以改变成从上方观察时的平坦的圆形形状或者六角板状形状。

第一芯体12可具有凹部，从上方观察时，该凹部具有与各个第二芯体构件19、21、22的形状相同的形状，该凹部比第二芯体构件19、21、22略大，并且第二芯体构件19、21、22可设置在该凹部中。特别地，在第二实施方式中，台阶12c、12d可由凹部代替，从上方观察时，该凹部各自具有与相应的第二芯体构件21、22相对应的矩形形状。

第一芯体构件18可以与第二芯体构件19或者第二芯体构件21、22一体地形成。第二芯体构件19、21、22可使用例如粘合剂的固定手段固定到第一芯体构件18的腿部16上。

第一芯体构件18可以使用保持装置来固定，保持装置例如为将第一芯体构件18向第一芯体12迫压的保持器。

线圈14可以缠绕两匝或更多。线圈14通过覆有涂覆材料——如绝缘塑料——的铜线缠绕而形成。

第一芯体构件18的腿部16可相对于接触表面12a（散热板11）倾斜。换言之，每个腿部16可沿与第一芯体12或者接触表面12a（散热板11）交叉的方向延伸。

第一芯体构件18的平坦部分15并非必然要与第一芯体12平行。

必要时，可以改变平坦部分15的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的截面积和第一芯体构件18的每个腿部16的沿与闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的截面积。例如，平坦部分15的上述的截面积可以小于或大于腿部16的相应的截面积。即，第二芯体构件19、21、22的下表面19a、21a和22a中的每个可具有任何面积，只要比第二芯体13的沿上述方向的最小截面积大即可。

第一芯体构件18可包括三个腿部16（三个磁性腿部），并从前方观察时呈E形形状。这种情况下，对于第一实施方式，第二芯体构件19必须设置在所有腿部16与第一芯体12之间。对于第二实施方式，除了第二芯体构件21、22外必须形成另外的第二芯体构件。然后，三个第二芯体构件中的每个设置在腿部16中的一个与第一芯体12之间。可替代地，在第二实施方式中，第二芯体构件21可以安装在腿部16中的相应的两个腿部16与第一芯体12之间。第二芯体构件22可以设置在腿部16中的剩余的一个腿部16与第一芯体12之间。

本发明可以实施为感应装置（电子装置），该感应装置具有安装在散热板11上的多个电抗器10。例如为了形成用于散热板11的特定数量的（特定数量的多个）电抗器10，将分别固定有第二芯体构件19或第二芯体构件21、22的所述特定数量的第一芯体12粘附到散热板11。然后，安装具有至少所述特定数量的线圈14的单个电路基片，使得线圈14设置成对应于相应的第一芯体12（相应的第二芯体构件19、21、22）。随后，使腿部16穿过相应的线圈14，并接着安装第一芯体构件18，从而完成电抗器10。与例如具有E形第二芯体构件的构型相比，该构型有助于安装设置在单个电路基片上的线圈14，并且确保了多个电抗器10的高效装配。可替代地，所述多个电抗器10中的一些或全部可以各自形成为包括多个线圈14的变压器。

第一芯体12可使用例如粘合剂固定到容置电抗器10的壳体上。

第二芯体13可以使表面覆有绝缘塑料的金属玻璃粉末经受加压模塑而形成。

例如，磁性糊剂或者磁性片可以设置在第一芯体12与每个第二芯体构件19、21、22之间，或者设置在第一芯体构件18的腿部16与第二芯体构件19、21、22之间。换言之，第一芯体12可以与第二芯体构件19、21、22保持直接接触，如阐述的实施方式中那样，或者通过其他部件而保持间接接触。

本发明可以用在变压器中，作为包括多个线圈14的感应装置。

因此，当前各示例和各实施方式应认为是说明性的而非限制性的，本发明并不局限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围内及等同范围内进行改型。

Claims (5)

1.一种磁性芯体，所述磁性芯体包括：

第一芯体；以及

第二芯体，所述第二芯体由比所述第一芯体的导磁率低且饱和磁通密度高的材料形成，所述第二芯体与所述第一芯体一起形成闭合磁路，

所述磁性芯体的特征在于，

所述第二芯体包括：

第一芯体构件，所述第一芯体构件具有多个磁性腿部，所述多个磁性腿部朝向所述第一芯体延伸，并且形成所述闭合磁路的一部分；以及

至少一个第二芯体构件，所述至少一个第二芯体构件由独立于所述第一芯体构件的部件形成，其中

每个第二芯体构件具有与所述第一芯体保持接触的远端表面，

每个第二芯体构件与所述第一芯体之间的所述远端表面的面积比所述第二芯体的沿与所述闭合磁路中磁通的流动方向相垂直的方向的最小截面积大，

每个第二芯体构件设置在所述磁性腿部与所述第一芯体之间，并且与所述磁性腿部保持接触，并且

每个第二芯体构件与所述第一芯体之间的所述远端表面的面积比对应的一个磁性腿部与所述第二芯体构件之间的接触面积大。

2.根据权利要求1所述的磁性芯体，其中，所述第二芯体构件为设置在所有磁性腿部与所述第一芯体之间的单个部件。

3.根据权利要求1所述的磁性芯体，其中，所述至少一个第二芯体构件是多个第二芯体构件中的一个，所述第二芯体构件设置在所述磁性腿部中的一个与所述第一芯体之间。

4.根据权利要求3所述的磁性芯体，其中，在所述第一芯体中形成有多个凹部，并且所述凹部中的每一个接收所述第二芯体构件中的一个。

5.一种感应装置，包括：

根据权利要求1至4中任一项所述的磁性芯体；以及

围绕所述第二芯体缠绕的线圈。