CN106067360A - 一种能抗单向或双向直流的复合铁芯 - Google Patents

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Abstract

一种能抗单向或双向直流的复合铁芯，是由软磁和永磁两类材料复合组成，其制作方法是在C型或E型软磁铁芯的对接处嵌镶永磁体，使铁芯处于预磁化状态，产生磁感值B0，获得大幅度提高铁芯使用的工作磁场和工作磁感的效果。在复合铁芯线圈和线路之间加入一个整流桥，使之不仅能抗单向直流，还能抗双向直流。复合铁芯用于滤波电感、DC‑DC变换器储能电感、单端开关电源的输出变压器以及单端脉冲变压器等多种器件，具有结构简化、节省铁芯材料和铜线、体积减小、重量减轻、铜耗及铁耗降低、成本下降等优点。

Description

一种能抗单向或双向直流的复合铁芯
技术领域
本发明属于铁芯制造及其在电磁元器件中应用的技术。
背景技术
铁芯是电磁元器件的主要部件。在电磁器件设计中，铁芯不仅影响器件的性能，还关系到它的体积、重量和成本。传统的铁芯仅由软磁一种材料制成，如(美)麦克莱曼(Mclyman，C.W.T)编著的《变压器与电感器设计手册(第四版)》(2013年)中所采用的铁芯材料，均为软磁材料。迄今为止，我国各铁芯研究及生产单位所公布的产品样本中，铁芯也都采用软磁材料制作。北京首冶磁性材料科技有限公司生产的抗直流复合铁芯，是由两种性能不同的软磁材料复合制作。本发明的复合铁芯是由软磁和永磁两类材料复合制作而成，采用开口的C型或E型软磁铁芯，在其接口处嵌镶永磁体，这种复合铁芯具有更高的工作磁感和更宽的工作磁场，从而得到了体积重量减小、成本降低和效率提高的效果。例如北京安泰科技股份有限公司非晶制品分公司产品样本中，尺寸为60×30×12×20mm的C型非晶铁芯的最大工作磁感为1.20T，本发明用相同尺寸的C型非晶铁芯在开口处嵌镶永磁片后，最大工作磁感可达2.35T，提高了将近一倍。美国麦克莱曼编著的《变压器与电感器设计手册(第四版)》中采用铁氧体制作直流电感时，最大工作磁感为0.22T，而加了永磁片后，最大工作磁感可达0.7T，为0.22T的三倍多。本发明的复合铁芯适用于滤波电感、DC-DC变换器储能电感、单端开关电源的输出变压器以及单端脉冲变压器等多种电磁器件。
发明内容
本发明的技术内容是构建一种由软磁和永磁两种材料复合制作的铁芯，图1是其结构示意图。根据设计参数的要求，选定具有相应性能的C型或E型软磁铁芯及永磁体，将永磁体装配在软磁铁芯的接口处，装配时必须遵照本发明在图1中所示的永磁体极性及导线线圈中电流IDC的方向安装才能获得预期效果。在该结构中，永磁体的强磁力将分离的两块C型或E型软磁铁芯牢固地吸合成一整体，无需外加固定的结构件。
本发明复合铁芯中的永磁体，为整个铁芯提供了一个恒定的预磁化磁感强度B0，匝数为n匝的工作线圈通入直流电流IDC，IDC所产生的磁感应强度与B0方向相反。如此，在铁芯工作时，铁芯磁感应强度(B值)随线圈安匝数(AT值)的变化将如图2所示。由图2的实线所代表的传统开口铁芯磁化曲线可以看出：磁化曲线的直线部分代表着最大的工作磁感Bm值和最大的工作磁场Hm值。而对于加了永磁片的复合铁芯，由于预磁化磁感(-B0值)的存在，磁化曲线的直线部分大幅度延长了，最大工作磁感Bm’值为图中的A’C段，即Bm’＝Bm+B0；而最大的工作磁场为Hm’，Bm’及Hm’均提高了约B0/Bm倍。以上是本发明的理论依据。
本发明的复合铁芯中，永磁体提供了预磁化的磁感值B0，由于B0的方向必须与线圈中单向的电流IDC产生的磁感方向相反，而实际应用中，往往出现需要抗双向电流的情况，为此，本发明设计了一个整流桥加在复合铁芯线圈和线路之间，使之不仅能抗单向电流，还能抗双向电流，如图3所示。
附图说明
图1是复合铁芯结构示意图；
图2是本发明的复合铁芯和传统的开口软磁铁芯磁化曲线对比示意图；
图3是复合铁芯线圈和线路之间的整流桥示意图。
具体实施方式
实施例1
一个电感量为L＝1mH，直流电流为IDC＝30A的直流电感需要用两个尺寸为60×30×12×20mm的C型铁基非晶铁芯，铁芯的工作磁感为1.10T，线圈匝数为70匝，电流密度J＝4A/mm2，导线面积Scu＝7.5mm2。现改用一个加永磁片的同尺寸铁基非晶铁芯(永磁片为钕铁硼，厚度1mm，断面尺寸同非晶铁芯)，工作磁感可以提高到约2.2T，其它参数不变，也能做成L＝1mH、IDC＝30A的直流电感。不仅铁芯和铜线减少一半，而且损耗降低，大大地减少了重量、体积和成本，提高了效率，节约了能源。
实施例2
一个电感量为L＝1.5mH，直流电流为IDC＝20A的直流电感要用一个EE100/60/28mm的铁氧体，其重量为1.03Kg，铁芯工作磁感为0.3T，线圈匝数为132匝，电流密度J＝5A/mm2，导线面积Scu＝4mm2。现改用一个加永磁片的铁基非晶铁芯(永磁片为钕铁硼，厚度1mm，断面尺寸同非晶铁芯；非晶铁芯尺寸为60×30×12×20mm)，工作磁感为2.2T，线圈匝数为86匝，电流密度J＝4A/mm2，按此参数可做成L＝1.5mH、IDC＝20A的直流电感，铁芯的重量为0.3Kg，只有铁氧体的30％，重量和体积都大为减小，成本也相应地降低，而且损耗降低，效率提高，节约了能源。

Claims (5)

1.复合铁芯的特征在于，铁芯由软磁和永磁两类材料复合组成。
2.根据权利要求1所述的复合铁芯，其结构特征在于采用开口的C型或E型软磁铁芯，在其接口处嵌镶永磁体。
3.根据权利要求2嵌镶永磁体，其特征在于按规定的N-S方向定向装配，以形成预磁化的磁感值B0，并且B0的方向应与线圈通入直流电流所产生的磁感方向相反，即抗直流具有单向性。
4.在复合铁芯线圈和线路之间加入一个整流桥，不仅能抗单向直流，还能抗双向直流。
5.根据权利要求3装配好的复合铁芯，其特征在于永磁体具有极强的吸力使复合铁芯形成了一个紧固的复合体，无须再采用附加的紧固措施，从而有利于降低漏磁和漏磁损耗。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6124211A (ja) * 1984-07-13 1986-02-01 Hitachi Metals Ltd 有極チヨ−クコイル用磁心
JP2001176733A (ja) * 1999-12-16 2001-06-29 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 変圧装置
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CN102930958A (zh) * 2012-09-27 2013-02-13 江苏锴博材料科技有限公司 复合型电感变压器铁芯

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