CN104064338A - 耦合电感 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耦合电感，所述耦合电感包括第一磁芯及缠绕于所述第一磁芯的第一组线圈和第二组线圈，所述第一磁芯为框体磁芯，所述框体磁芯的一组对边包括第一条边和第二条边，第一条边包括第一部分、第二部分和第三部分，第二条边也包括三部分，第一条边的第二部分位于一、三部分之间，第二条边的三部分分布与第一条边一致，所述第一组线圈围绕所述第一条边的第一部分和所述第二条边的第一部分进行缠绕，所述第二组线圈围绕所述第一条边的第三部分和所述第二条边的第三部分进行缠绕，所述耦合电感还包括第二磁芯，所述第二磁芯设置于所述两组线圈之间，所述第二磁芯与所述第一条边的第二部分或第二条边的第二部分之间形成气隙。

Description

耦合电感

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种耦合电感。

背景技术

近几年来，耦合电感在电力电子技术领域获得了广泛的应用。在电力电子变换器中采用耦合电感不但能够明显提高电力电子变换器的动态性能和效率及提高输出的开关频率，还可以减少输出波纹电流、大幅度地降低电力电子变换器的体积和成本。

如图1所示，现有一种耦合电感，包括第一框体磁芯11、两个第二框体磁芯12以及两个线圈13，第一框体磁芯11和每一个第二框体磁芯12分别包括两个相对的磁柱和两个相对的磁轭，其中：两个第二框体磁芯12分别位于第一框体磁芯11的两侧，每一个第二框体磁芯12的一个磁柱121与第一框体磁芯11一个磁柱111相邻，且以第一框体磁芯11的中心线对称分布，每个线圈13将相邻的两个磁柱111和121缠绕在一起。

然而，线圈13需要在第一框体磁芯11与第二框体磁芯12上同时缠绕，增加了线圈的成本，再者，第二框体磁芯12需要向两边延伸，导致电感宽度较大，降低了电感功率密度。

发明内容

提供一种耦合电感，使用本发明提供的耦合电感可降低线圈的损耗以及降低成本。

第一方面，本发明提供了一种耦合电感，所述耦合电感包括第一磁芯及缠绕于所述第一磁芯的第一组线圈和第二组线圈，所述第一磁芯为框体磁芯，所述框体磁芯的一组对边包括第一条边和第二条边，所述第一条边包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第二条边也包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第一条边的第二部分位于所述第一条边的第一部分和第三部分之间，所述第二条边的第二部分位于所述第二条边的第一部分和第三部分之间，所述第一组线圈围绕所述第一条边的第一部分和所述第二条边的第一部分进行缠绕，所述第二组线圈围绕所述第一条边的第三部分和所述第二条边的第三部分进行缠绕，所述耦合电感还包括第二磁芯，所述第二磁芯设置于所述两组线圈之间，所述第二磁芯与所述第一条边的第二部分或第二条边的第二部分之间形成气隙。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述第一磁芯设有第一端面，所述第二磁芯设有第二端面，所述第二磁芯的第二端面上至少有两个台阶，所述台阶具有台阶面，所述台阶面与所述第一端面之间形成气隙，所述台阶面对应的气隙之间具有段差。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述第一端面与所述第二端面二者之中的至少一个为多阶面、凸面、凹面、斜面、多阶内凹面或多阶外凸面的其中之一。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述气隙为非线性气隙。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式或第一方面的第三种可能的实施方式，在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述第二磁芯到所述第一组线圈的距离与到所述第二组线圈的距离相等。

结合第一方面或第一方面的第一种至第四种任一种可能的实施方式，在第一方面的第五种可能的实施方式中，所述第二磁芯为块状磁芯或U型磁芯。

结合第一方面或第一方面的第一种至第五种任一种可能的实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，所述第二磁芯采用内部含有气隙的磁性材料制成。

结合第一方面或第一方面的第一种至第六种任一种可能的实施方式，在第一方面的第七种可能的实施方式中，所述第二磁芯采用铁硅金属磁粉芯或铁硅铝金属磁粉芯制成。

结合第一方面或第一方面的第一种至第七种任一种可能的实施方式，在第一方面的第八种可能的实施方式中，所述第一磁芯采用硅钢片、或铁氧体、或非晶合金、或微晶合金制成。

结合第一方面或第一方面的第一种至第八种任一种可能的实施方式，在第一方面的第九种可能的实施方式中，所述第一磁芯可采用内部无气隙的磁性材料制成。

从上可知，本发明提供的耦合电感包括第一磁芯及缠绕于所述第一磁芯的两组线圈，由于只需在一个铁心上绕制减小了线圈绕线长度，降低线圈损耗的同时大幅降低线圈的成本；所述耦合电感还包括第二磁芯，且所述第二磁芯设置与两组线圈之间，通过调整第一磁芯与所述第二磁芯之间的气隙距离，即可实现高性能耦合电感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种耦合电感的结构示意图；

图2本发明的第一实施方式提供的一种耦合电感的示意图；

图3是图2的耦合电感的俯视图；

图4是图2的耦合电感的侧视图；

图5是本发明的第二实施方式提供的耦合电感的示意图；

图6是对图5中的耦合电感的第二磁芯的结构示意图；

图7是本发明的第三实施方式提供的耦合电感的第二磁芯的结构示意图；

图8至图12是本发明的耦合电感的其他实施例中的第一端面或第二端面的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2至图4，本发明第一实施方式提供一种耦合电感20，所述耦合电感20包括第一磁芯21及缠绕于所述第一磁芯21的第一组线圈和第二组线圈，所述第一磁芯21为框体磁芯，所述框体磁芯的一组对边包括第一条边和第二条边，所述第一条边包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第二条边也包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第一条边的第二部分位于所述第一条边的第一部分和第三部分之间，所述第二条边的第二部分位于所述第二条边的第一部分和第三部分之间，所述第一组线圈围绕所述第一条边的第一部分和所述第二条边的第一部分进行缠绕，所述第二组线圈围绕所述第一条边的第三部分和所述第二条边的第三部分进行缠绕，所述耦合电感还包括第二磁芯22，所述第二磁芯22设置于所述两组线圈之间，所述第二磁芯22与所述第一条边的第二部分或第二条边的第二部分之间形成气隙。

可以理解的是，所述每组线圈绕设的匝数及缠绕方向可自行设置，在此不再赘述。

可选的，所述第一磁芯21设有第一端面211，所述第二磁芯22设有第二端面221，所述第二磁芯22的第二端面221上至少有两个台阶，所述台阶具有台阶面，所述台阶面与所述第一端面211之间形成气隙，所述台阶面对应的气隙之间具有段差。

在本实施例中，所述第一磁芯21采用中部开设有贯通的孔部210的框体磁芯。所述第一磁芯21具有两个设置于第一磁芯21相对两侧的第一端面211，所述孔部210的开口开设于两个第一端面211。

可以理解的是，本发明所述第一磁芯21可由四个I型磁芯组合构成，或者由两个U型磁芯组合构成，或者由一个U型磁芯和一个I型磁芯组合构成，或者由若干个块状磁芯组合构成等；每个第一磁芯21的形状可以为直角矩形，也可以为圆角矩形，也可以为其它类矩形形状。

所述第二磁芯22为块状的I型磁芯，在本实施例中，所述耦合电感20共设有两个第二磁芯22。在本实施例中，所述两个第二磁芯22分别设置于所述第一磁芯21的两侧，并与所述第一磁芯21之间留有气隙25，用于防止磁芯处于饱和状态。所述第二磁芯22设置于缠绕在所述第一磁芯21上的两组线圈之间。

在本实施例中，所述第二磁芯22设有第二端面221。所述第一磁芯21的第一端面211与第二磁芯22的第二端面221形成气隙25。所述第一磁芯21与第二磁芯22可采用胶水粘接或者骨架安装等方式相互固定连接，且所述第一磁芯21与第二磁芯22不是紧密接触。此外，所述第一磁芯21与第二磁芯22之间的气隙25的间距大小可根据需要进行调节。可以理解的是，所述第二磁芯22也可以是U型或块状磁芯，也可以是他形状的磁芯，只需保证其上可设置第二端面221，且该第一端面221对应第一磁芯21的第一端面211设置即可。

可选的，第二磁芯22到所述第一组线圈的距离与到所述第二组线圈的距离相等。

其中，第一磁芯21与第二磁芯22可通过胶水或者铁箍等进行固定。

其中，第二磁芯22与两组线圈不接触。

在本发明的耦合电感20中，所述第一磁芯21可采用内部不含有气隙的磁性材料制成，如硅钢片、铁氧体、非晶合金或微晶合金等。所述第二磁芯22可采用内部含有气隙的磁性材料制成，具体地可采用铁硅金属磁粉芯、或铁硅铝金属磁粉芯等。可以理解的是，其他内部含有气隙的磁性材料也可以作为该耦合电感20的第二磁芯22的材料。

如图5及图6所示，其是本发明的第二实施例，本实施例中的耦合电感30与第一实施例中的耦合电感20大致相同。本实施例中的耦合电感30同样包括第一磁芯31及第二磁芯32，所述第一磁芯31设有第一端面311，所述第二磁芯32设有第二端面321。本实施例中的耦合电感30与第一实施例的耦合电感20的不同之处在于：

本实施例中，所述第二磁芯32的第二端面321包括第一台阶面3211及第二台阶面3212，所述第一台阶面3211与第二台阶面3212之间具有高度差。当第二磁芯32相对于所述第一磁芯31固定连接时，所述第一台阶面3211与所述第一端面311之间形成第一气隙351，所述第二台阶面3212与所述第一端面311之间形成第二气隙352。本实施例中，第一台阶面3211与第二台阶面3212相互平行，可以理解的是，所述第一台阶面3211与第二台阶面3212可设置为具有不同倾斜角度的斜面，而且所述第一台阶面3211与第二台阶面3212所在平面可平行，也可相交。

所述第一气隙351与第二气隙352相连通，且所述第一气隙351与第二气隙352之间具有段差。所述第一台阶面3211与所述第一端面311之间的垂直间距大于所述第二台阶面3212与所述第一端面311之间的垂直间距，即所述第一气隙351的间隙大小大于第二气隙352的间隙大小。两个第二磁芯32的第一台阶面3211相对设置，两个第二磁芯32的第二台阶面3212相对设置。可以理解的是，所述第一磁芯31与第二磁芯32之间可设置多个相连的气隙，且多个气隙的间隙大小不同。

当实际使用时，当流经线圈的电流较小时，磁通主要经过间隙较小的第二气隙352，从而提供较小磁阻回路来产生较高的电感量需求。当电流量持续增大，并最终使第二气隙352的磁通密度达到饱和时，磁通会选择间隙较大的第一气隙351，从而提供较大磁阻回路来产生并维持较低的电感量，使耦合电感30不会因为第二气隙352磁饱和而失去作用。在本实施例中，所述耦合电感30设置具有段差的多个气隙，从而可以工作于较大的工作电流条件下。可以理解的是，所述第二端面321上可设置两个或两个以上的台阶面，各个台阶面可呈阶梯型排布，也可交错排布。

如图7所示，其是本发明的第三实施例，本实施例与第二实施例整体大致相同，不同之处在于，在本实施例中：所述第二磁芯42的第二台阶面4212形成于所述第一台阶面4211的中部，设置于第一台阶面4211两侧的第二台阶面4212相对于所述第一台阶面4211对称且位于同一平面内。

可以理解的是，本发明的耦合电感所设置的气隙可设置为非线性气隙。所述第一端面与所述第二端面二者之中的至少一个可为非线性面。如图8至图12所示，在本发明的其他实施例中，所述第二磁芯的第二端面也可根据实际需求采用其他形状的非线性面，如凸面51、凹面52、斜面53、多阶内凹面54或多阶外凸面55。可以理解的是，对应所述第二磁芯的第二端面设置的第一磁芯的第一端面也可设置为上述各类非线性面。

综上所述，本发明的耦合电感采用框体磁芯配合块状磁芯以形成耦合电感，所述框体磁芯具有较小的截面面积，因此可减少缠绕于其上的绕线长度，且在降低线圈损耗的同时大幅降低线圈的成本；此外，第二磁芯采用块状磁芯，成本较低；再者，通过设置气隙距离来调整耦合电感的耦合系数，从而实现所需的耦合电感性能。并且，由于本发明将第二磁芯设置于两组线圈之间，从而可减少耦合电感宽度尺寸、提升单位面积内的功率密度。

以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种耦合电感，其特征在于，所述耦合电感包括第一磁芯及缠绕于所述第一磁芯的第一组线圈和第二组线圈，所述第一磁芯为框体磁芯，所述框体磁芯的一组对边包括第一条边和第二条边，所述第一条边包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第二条边也包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第一条边的第二部分位于所述第一条边的第一部分和第三部分之间，所述第二条边的第二部分位于所述第二条边的第一部分和第三部分之间，所述第一组线圈围绕所述第一条边的第一部分和所述第二条边的第一部分进行缠绕，所述第二组线圈围绕所述第一条边的第三部分和所述第二条边的第三部分进行缠绕，所述耦合电感还包括第二磁芯，所述第二磁芯设置于所述两组线圈之间，所述第二磁芯与所述第一条边的第二部分或第二条边的第二部分之间形成气隙。

2.如权利要求1所述的耦合电感，其特征在于：所述第一磁芯设有第一端面，所述第二磁芯设有第二端面，所述第二磁芯的第二端面上至少有两个台阶，所述台阶具有台阶面，所述台阶面与所述第一端面之间形成气隙，所述台阶面对应的气隙之间具有段差。

3.如权利要求2所述的耦合电感，其特征在于：所述第一端面与所述第二端面二者之中的至少一个为多阶面、凸面、凹面、斜面、多阶内凹面或多阶外凸面的其中之一。

4.如权利要求1至3任一所述的耦合电感，其特征在于：所述气隙为非线性气隙。

5.如权利要求1至4任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述第二磁芯到所述第一组线圈的距离与到所述第二组线圈的距离相等。

6.如权利要求1至5中任一项所述的耦合电感，其特征在于：所述第二磁芯为块状磁芯或U型磁芯。

7.如权利要求1至6中任一项所述的耦合电感，其特征在于：所述第二磁芯采用内部含有气隙的磁性材料制成。

8.如权利要求1至7中任一项所述的耦合电感，其特征在于：所述第二磁芯采用铁硅金属磁粉芯或铁硅铝金属磁粉芯制成。

9.如权利要求1至8中任一项所述的耦合电感，其特征在于：所述第一磁芯采用硅钢片、或铁氧体、或非晶合金、或微晶合金制成。

10.如权利要求1至9中任一项所述的耦合电感，其特征在于：所述第一磁芯可采用内部无气隙的磁性材料制成。