CN103903836A - 磁性元件及其铁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性元件，包括相对设置的两个铁芯，以及设置于两个铁芯之间的导电绕组，所述两个铁芯之间具有气隙，所述两个铁芯至少其中之一包括多个接合面以及多个凸台，接合面用于与其相对的铁芯相接合，多个凸台设置于所述接合面上，以对与其相对的铁芯产生机械支撑；其中，所述凸台具有一高度尺寸，所述高度尺寸用来控制所述气隙的大小。本发明通过在铁芯的接合面上设置凸台，实现了气隙分散在铁芯的所有磁柱上，有效地减小了电感量的公差范围，提高了磁性元件的一致性。

Description

磁性元件及其铁芯
技术领域
本发明涉及一种磁性元件，具体地说，是涉及磁性元件的铁芯。
背景技术
在电感和变压器等磁性元件中，气隙是磁路中一个非常重要的组成部分，它对磁性元件的电感值、饱和电流、频率特性都有很大的影响。因此构成气隙的材质、尺寸、位置、粘接强度是磁性元件生产中需要重点控制的对象。
现有带气隙的磁性元件的铁芯常采用铁氧体材料，材质硬且脆，形状上普遍采用三个磁柱（即三个接触面）的EI、EE、EQ、RM等的铁芯结构。为获得较小公差的电感量，通常将气隙设置在铁芯中柱，并通过磨床机器来研磨气隙以使中柱低于外侧两个磁柱的接触面，公差大小一般可控制在正负5%以内。中柱上形成的气隙为单一的气隙，而单一的气隙会使得磁场过于聚集，气隙形成的扩散磁通会带来强烈的绕组交流损耗，导致磁性元件发热和效率下降。
为了减小气隙的扩散磁通，可将集中于铁芯中柱的气隙分散设置在三个不同磁柱上。在现有做法上，常使用绝缘片(如Mylar)的厚度来控制气隙的大小，如图1所示，磁性元件的铁芯分别采用铁芯20（为EQ型）和铁芯10（为I型），导电绕组40采用PCB结构，在EQ铁芯与I铁芯之间的接合面上设置有Mylar片30，铁芯两边柱面积基本相同。图1中的边柱气隙对应铁芯截面积为AA，通过Mylar片的厚度来控制EQ铁芯和I铁芯的间隙距离(即气隙大小)以控制电感量大小，采用此种方式形成的三个气隙的大小基本相同。采用绝缘片(如Mylar片)来实现气隙分散在三个磁柱上，相比于集中气隙，减低了气隙的扩散磁通损耗，可获得更高的效率。但受限于Mylar的厚度公差，这种做法的磁性元件的电感公差范围在正常情况下会达到正负25%或以上，给电源产品的一致性带来极大的困难，并影响电路的可靠性和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种铁芯，以有效减小电感量的公差范围，并获得分散的气隙结构。
为了实现上述目的，本发明的铁芯，包括多个接合面以及多个凸台。所述多个接合面用于与另一铁芯相接合；多个凸台设置于所述接合面上，以对所述另一铁芯产生机械支撑；其中，所述铁芯与所述另一铁芯之间具有气隙，所述凸台具有一高度尺寸，所述高度尺寸用来控制所述气隙的大小。
上述的铁芯，其中，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和小于其所在的接合面的面积。
上述的铁芯，其中，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和与其所在的接合面的面积之比小于1/5。
上述的铁芯，其中，包括中柱以及设置于所述中柱外围的多个侧柱，所述接合面包括中柱的接合面和侧柱的接合面，所述凸台设置于所述侧柱的接合面上。
上述的铁芯，其中，所述中柱高度小于等于所述侧柱与凸台高度之和。
上述的铁芯，其中，所述中柱高度等于所述侧柱高度。
上述的铁芯，其中，所述侧柱的接合面至少包括一远离所述中柱的第一侧边和一靠近所述中柱的第二侧边，所述凸台设置于所述第二侧边的两端部。
进一步地，本发明提供一种具有高一致性的磁性元件。
为了实现上述目的，本发明的磁性元件，包括相对设置的两个铁芯，以及设置于两个铁芯之间的导电绕组，所述两个铁芯之间具有气隙。所述两个铁芯至少其中之一包括多个接合面以及多个凸台。所述多个接合面用于与其相对的铁芯相接合；多个凸台设置于所述接合面上，以对与其相对的铁芯产生机械支撑。其中，所述凸台具有一高度尺寸，所述高度尺寸用来控制所述气隙的大小。
上述的磁性元件，其中，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和小于其所在的接合面的面积。
上述的磁性元件，其中，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和与其所在的接合面的面积之比小于1/5。
上述的磁性元件，其中，所述两个铁芯至少其中之一包括中柱以及设置于所述中柱外围的多个侧柱，所述接合面包括中柱的接合面和侧柱的接合面，所述凸台设置于所述侧柱的接合面上。
上述的磁性元件，其中，所述中柱高度小于等于所述侧柱与凸台高度之和。
上述的磁性元件，其中，所述中柱高度等于所述侧柱高度。
上述的磁性元件，其中，当所述中柱高度小于所述侧柱与凸台高度之和时，所述气隙包括:
形成于所述中柱位置的第一气隙；以及
由所述凸台支撑与其相对的铁芯而在所述侧柱上形成的第二气隙。
上述的磁性元件，其中，所述的第二气隙为台阶式结构。
上述的磁性元件，其中，当所述中柱高度等于所述侧柱与凸台高度之和时，所述气隙由所述凸台支撑与其相对的铁芯而形成在所述侧柱上。
上述的磁性元件，其中，所述气隙为台阶式结构。
上述的磁性元件，其中，所述侧柱的接合面至少包括一远离所述中柱的第一侧边和一靠近所述中柱的第二侧边，所述凸台设置于所述第二侧边的两端部。
本发明的有益功效在于，通过在铁芯的接合面上设置多个凸台，以凸台作为机械支撑并代替现有的Mylar片，并通过凸台的高度尺寸来控制磁性元件的气隙的大小，可保证气隙分散在铁芯的所有磁柱上面，从而有效地减小了电感量的公差范围，提高磁性元件的一致性。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有技术的磁性元件的结构图；
图2a为本发明第一实施例的铁芯的立体图；
图2b为图2a中铁芯的俯视图；
图3a为本发明第二实施例的铁芯的立体图；
图3b为图3a中铁芯的俯视图；
图4为本发明一实施例的磁性元件的立体图。
其中，附图标记
10—铁芯
20—铁芯
21—中柱
22—侧柱
221—接合面
223—第一侧边
224—第二侧边
23—凸台
30—Mylar片
40—绕组
h—高度尺寸
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以便进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非对本发明所附权利要求保护范围的限制。
本发明主要通过在铁芯的接合面上设置凸台，以凸台作为机械支撑并代替现有的Mylar片，通过凸台的高度尺寸来控制磁性元件的气隙的大小，以保证气隙分散在铁芯的所有磁柱上面，从而能有效地减小电感量的公差范围，提高磁性元件的一致性。以下结合多个实施例对本发明的铁芯进行详细介绍。
第一实施例
为了实现气隙可分散设置，并有效地减小电感量的公差范围，本发明所提出的第一实施例的铁芯如图2a和图2b所示。铁芯20包括多个接合面221和多个凸台23。接合面221用于与另一铁芯相接合；多个凸台23设置于接合面221上，以对另一铁芯产生机械支撑，凸台23具有一高度尺寸，该高度尺寸用来控制磁性元件的气隙大小。
本实施例以EQ铁芯为例，铁芯20包括中柱21和两个侧柱22，两个侧柱22设置于中柱21外围。所述接合面是指在没有凸台的情况下，两铁芯装配时相接合的表面，如图2a所示，所述接合面221包括中柱的接合面和侧柱的接合面。在没有凸台23的情况下，中柱21的上表面与另一铁芯相接合，从而中柱的上表面构成中柱的接合面；侧柱22的上表面也与另一铁芯相接合，从而，侧柱的上表面构成侧柱的接合面。本实施例中，将凸台23设置于侧柱的接合面上，当铁芯20作为磁性元件的构件时，凸台23的上表面与另一铁芯紧密贴合，由于凸台23的支撑作用，铁芯20和另一铁芯在装配时达到机械上的固有稳定。
进一步地，为了很好地实现凸台23的支撑作用，侧柱22的接合面至少包括一远离中柱21的第一侧边223和一靠近中柱21的第二侧边224，凸台23设置于第二侧边224的两端部。
为了更好地实现控制磁性元件气隙大小的功能，中柱21的高度小于等于侧柱22与凸台23高度之和。较佳地，中柱21的高度等于侧柱22的高度，凸台具有一高度尺寸记为h，则h与上下两铁芯组合后的气隙高度成正比关系，这样,凸台23的高度实现了等同于图1中Mylar片厚度的功能，即控制气隙大小。
相对于图1的做法，本实施例在EQ铁芯的两个侧柱的接合面上局部设置小面积的凸台23，通过控制凸台的高度尺寸h来控制上下两铁芯的距离，以替代传统的Mylar片来控制气隙大小，获得所需的电感量，并减小电感量的公差范围。凸台还可以起到支撑作用，使铁芯装配时达到机械上的固有稳定。
本发明中，凸台23的主要目的是在磁路通道上控制气隙大小，同时起到机械支撑作用。为了避免凸台的引入对磁性元件的其它电气性能带来影响，实际应用中应尽量减小凸台的横截面积。
图2a中其中一侧柱（如左侧的侧柱）对应的截面积（即，一接合面221的面积）与图1中所示相同，记为面积AA；左侧的侧柱上的两个凸台23的横截面的面积之和记为面积BB（图2a中阴影部分的面积），面积AA包含面积BB，即，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和小于其所在的接合面的面积。本发明还定义k为面积BB与面积AA的比值(即k=BB/AA)，k取值较佳在小于1/5的范围，即，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和与其所在的接合面的面积之比小于1/5。再一次说明：面积BB为同一接合面上的多个凸台的横截面面积之和，多个凸台所在同一接合面的面积为AA。
本实施例中，于中柱21上定义出彼此垂直的第一轴向（图中的Y轴向）及第二轴向（图中的X轴向），凸台23为沿着Y轴向研磨而成，需分三部分进行研磨，研磨后的EQ铁芯的左侧柱和右侧柱分别有两个凸台，这四个凸台的上表面与相对的铁芯紧密贴合，形成新的组合面。
需要说明的是，由于本实施例给出的铁芯为EQ铁芯，所以其侧柱为两个，但在实际应用中，侧柱的个数并不局限于两个，也可以为两个以上。
第二实施例
如图3a和3b所示，为本发明的又一实施例。本实施例的铁芯与第一实施例的铁芯具有大致相同的结构，不同之处在于铁芯的类型不同。本实施例的铁芯为RM铁芯，而第一实施例的铁芯为EQ铁芯。在形成凸台23时，沿着X轴方向研磨即可，从而可减少研磨次数。
本实施例中，RM铁芯的左侧柱和右侧柱上分别有两个凸台，这四个凸台的上表面与相对的铁芯紧密贴合，形成新的组合面。
本发明的磁性元件与现有技术的磁性元件的主要区别在于铁芯结构，具体来说，本发明的磁性元件的铁芯采用上述实施例中的铁芯，以下举例说明。
如图4所示，其为本发明一实施例的磁性元件的结构图。磁性元件包括相对设置的两个铁芯10、20和设置于两个铁芯10、20之间的导电绕组40，导电绕组40为PCB结构。其中，铁芯20采用如图2a和图2b所示的铁芯，这样，通过凸台23的设置，使得两铁芯之间的气隙大小可由凸台23的高度尺寸来加以控制。当中柱21高度小于侧柱22与凸台23高度之和时，两铁芯之间的气隙包括形成于中柱位置的第一气隙，以及由凸台23支撑与其相对的铁芯10而在侧柱上形成的第二气隙，第二气隙为台阶式结构。进一步地，当中柱21高度等于侧柱22与凸台23高度之和时，该气隙由凸台23支撑与其相对的铁芯10而形成在侧柱上，该气隙为台阶式结构。
需要说明的是，对于磁性元件而言，凸台并不局限于单独设置于铁芯20的接合面上，或者局限于同时设置于铁芯10和铁芯20的接合面上，也可以是单独设置于铁芯10的接合面上。
另外，虽然本发明仅仅给出了磁性元件采用上述第一实施例的铁芯的例子，但是，磁性元件并不局限于上述结构，在实际使用中，磁性元件也可采用上述第二实施例的铁芯，在此就不一一举例说明。进一步地，磁性元件结构也不局限于上述实施例，只要磁性元件的至少一个铁芯的用于与其相对的铁芯相接合的接合面上具有凸台皆应当属于本发明的保护范围。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种铁芯，其特征在于，包括：
多个接合面，用于与另一铁芯相接合；以及
多个凸台，设置于所述接合面上，以对所述另一铁芯产生机械支撑；
其中，所述铁芯与所述另一铁芯之间具有气隙，所述凸台具有一高度尺寸，所述高度尺寸用来控制所述气隙的大小。
2.根据权利要求1所述的铁芯，其特征在于，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和小于其所在的接合面的面积。
3.根据权利要求2所述的铁芯，其特征在于，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和与其所在的接合面的面积之比小于1/5。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁芯，其特征在于，包括中柱以及设置于所述中柱外围的多个侧柱，所述接合面包括中柱的接合面和侧柱的接合面，所述凸台设置于所述侧柱的接合面上。
5.根据权利要求4所述的铁芯，其特征在于，所述中柱高度小于等于所述侧柱与凸台高度之和。
6.根据权利要求4所述的铁芯，其特征在于，所述中柱高度等于所述侧柱高度。
7.根据权利要求4所述的铁芯，其特征在于，所述侧柱的接合面至少包括一远离所述中柱的第一侧边和一靠近所述中柱的第二侧边，所述凸台设置于所述第二侧边的两端部。
8.一种磁性元件，包括相对设置的两个铁芯，以及设置于两个铁芯之间的导电绕组，所述两个铁芯之间具有气隙，其特征在于，所述两个铁芯至少其中之一包括：
多个接合面，用于与其相对的铁芯相接合；以及
多个凸台，设置于所述接合面上，以对与其相对的铁芯产生机械支撑；
其中，所述凸台具有一高度尺寸，所述高度尺寸用来控制所述气隙的大小。
9.根据权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和小于其所在的接合面的面积。
10.根据权利要求9所述的磁性元件，其特征在于，同一接合面上的多个凸台的横截面积之和与其所在的接合面的面积之比小于1/5。
11.根据权利要求8-10中任意一项所述的磁性元件，其特征在于，所述两个铁芯至少其中之一包括中柱以及设置于所述中柱外围的多个侧柱，所述接合面包括中柱的接合面和侧柱的接合面，所述凸台设置于所述侧柱的接合面上。
12.根据权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，所述中柱高度小于等于所述侧柱与凸台高度之和。
13.根据权利要求12所述的磁性元件，其特征在于，所述中柱高度等于所述侧柱高度。
14.根据权利要求12所述的磁性元件，其特征在于，当所述中柱高度小于所述侧柱与凸台高度之和时，所述气隙包括:
形成于所述中柱位置的第一气隙；以及
由所述凸台支撑与其相对的铁芯而在所述侧柱上形成的第二气隙。
15.根据权利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述的第二气隙为台阶式结构。
16.根据权利要求12所述的磁性元件，其特征在于，当所述中柱高度等于所述侧柱与凸台高度之和时，所述气隙由所述凸台支撑与其相对的铁芯而形成在所述侧柱上。
17.根据权利要求16所述的磁性元件，其特征在于，所述气隙为台阶式结构。
18.根据权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，所述侧柱的接合面至少包括一远离所述中柱的第一侧边和一靠近所述中柱的第二侧边，所述凸台设置于所述第二侧边的两端部。
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