CN108109821A - 一种高集成磁元件 - Google Patents

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冯颖盈
姚顺
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Abstract

本发明公开了一种高集成磁元件，其具有至少带有一个凹槽的第一磁芯（10）和第二磁芯（11），两块磁芯相向合拢，合拢后的凹槽至少形成贯通的第一孔洞（2）和第二孔洞（3），其中围拢所述第一孔洞的侧壁断开一段形成气隙（4），在第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈（5）；围拢所述第二孔洞的侧壁连续闭合，在第二孔洞的侧壁上绕制变压器线圈（8）；与现有技术相比，本发明将变压器和电感巧妙的结合在一起，元件体积极大缩小，变压器和电感相互无干扰、散热性能好，同时具有体积小、重量轻、成本低，且可轻易拓展多路输出的优点。

Description

一种高集成磁元件
技术领域
本发明涉及电磁元件，尤其涉及一种将变压器和电感集成在一起的高集成磁元件。
背景技术
随着高功率密度电力转换电源的要求，对磁元件体积的要求更加小型化，尤其在新能源领域，如电动汽车充电机等。一个完整的开关电源中，往往至少需要一颗电感和至少一颗变压器，有些开关电源中，甚至需要两个及以上变压器，从而实现多路输出的目的。传统的元件中电感和变压器都是独立元件，需要分别焊接在开关电源中，造成开关电源体积过于庞大，限制了高功率密度的需求。故此业内亟需开发一种能将变压器和电感集成在一起的高集成磁元件。
发明内容
本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种能将变压器和电感集成在一起的高集成磁元件。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种高集成磁元件，其具有至少带有一个凹槽的第一磁芯和第二磁芯，两块磁芯相向合拢，合拢后的凹槽至少形成贯通的第一孔洞和第二孔洞，其中围拢所述第一孔洞的侧壁断开一段形成气隙，在第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈；围拢所述第二孔洞的侧壁连续闭合，在第二孔洞的侧壁上绕制变压器线圈。
在一种设计方式中，所述第一磁芯和第二磁芯的横截面皆为E字形，所述电感线圈绕制在E字形的一个凹槽内，所述变压器线圈绕制在E字形的另一个凹槽内。
在另一种设计方式中，所述第一磁芯和第二磁芯的横截面皆为F字形，所述电感线圈绕制在F字形下端的柄部，所述变压器线圈绕制在F字形上部的凹槽内。
在另一种设计方式中，所述第一磁芯的横截面为E字形，所述第二磁芯的横截面为I字形，所述电感线圈绕制在第一磁芯E字形的一个凹槽内，所述变压器线圈绕制在E字形的另一个凹槽内。
在另一种设计方式中，所述第一磁芯的横截面为F字形，所述第二磁芯的横截面为I字形，所述电感线圈绕制在第一磁芯F字形下端的柄部，所述变压器线圈绕制在F字形上部的凹槽内。
在另一种设计方式中，所述第一磁芯和第二磁芯分别具有3个凹槽，两块磁芯带凹槽的面相向合拢，合拢后的凹槽形成贯通的第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞，第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈，第二孔洞的侧壁上绕制变压器的初级绕组，第三孔洞的侧壁上绕制变压器的次级绕组。
所述变压器线圈的外侧包覆一层铜皮层，该铜皮层为变压器一个次级绕组。
在一种设计方式中，所述变压器线圈至少包括一个初级绕组和一个次级绕组，所述初级绕组和次级绕组交错缠绕在第一磁芯和/或第二磁芯上。
在另一种设计方式中，所述变压器线圈至少包括一个初级绕组和一个次级绕组，所述初级绕组和次级绕组分别集中缠绕在第一磁芯和/或第二磁芯上。
与现有技术相比，本发明将变压器和电感巧妙的结合在一起，元件体积极大缩小，变压器和电感相互无干扰、散热性能好，同时具有体积小、重量轻、成本低，且可轻易拓展多路输出的优点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的立体视图；
图2为本发明较佳实施例的俯视图；
图3为本发明较佳实施例磁芯的立体视图；
图4为本发明较佳实施例铜皮层的立体视图；
图5为本发明较佳实施例变压器线圈的交错绕法；
图6为本发明较佳实施例变压器线圈的分组绕法；
图7为两个F字形磁芯的组合结构示意图；
图8为一个E字形磁芯与一个I字形磁芯的组合结构示意图；
图9为一个F字形磁芯与一个I字形磁芯的组合结构示意图；
图10为具有3个孔洞的磁芯组合结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种高集成磁元件，参看图3其具有至少带有一个凹槽的第一磁芯10和第二磁芯11，两块磁芯相向合拢，合拢后的凹槽至少形成贯通的第一孔洞2和第二孔洞3，其中围拢所述第一孔洞的侧壁断开一段形成气隙4。参看图1和图2分别示出的立体视图和俯视图，在第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈5；围拢所述第二孔洞的侧壁连续闭合，在第二孔洞的侧壁上绕制变压器线圈8。
参看图5示出的较佳实施例，第一磁芯10和第二磁芯11两块磁芯的横截面皆为E字形，所述电感线圈5绕制在E字形的一个凹槽内，即第一孔洞2位于图5左侧的；所述变压器线圈绕制在E字形的另一个凹槽内，即第二孔洞3位于图5右侧。第二孔洞3侧壁围拢闭合，磁路完整闭合，磁通量大，构成一款变压器；第一孔洞2侧壁断开一段形成气隙4，通过调整气隙的大小，可以调节感量的大小，且电感绕组可以避开气隙，降低损耗。藉此结构，可以将电感和变压器共用一个磁体的中柱，节约空间的同时，可以降低磁损。绕组在绕制加工时，可以将两个E字形磁芯成ШШ型放置在绕制工装上，由最左侧依次绕制到最右侧，最后将其翻转对扣，形成最终的磁元件，提高生产效率的同时，降低了耐压的可靠性性风险。
参看图7示出的一个实施例，所述第一磁芯10和第二磁芯11的横截面皆为F字形，所述电感线圈5绕制在F字形下端的柄部（位于图7的左侧），所述变压器线圈8绕制在F字形上部的凹槽内（位于图7的右侧）。
参看图8示出的另一个实施例，所述第一磁芯10的横截面为E字形，所述第二磁芯11的横截面为I字形，所述电感线圈5绕制在第一磁芯E字形的一个凹槽内（位于图8的左侧），所述变压器线圈8绕制在E字形的另一个凹槽内（位于图8的右侧）。
参看图9示出的另一个实施例，所述第一磁芯10的横截面为F字形，所述第二磁芯11的横截面为I字形，所述电感线圈5绕制在第一磁芯F字形下端的柄部（位于图9的左侧），所述变压器线圈8绕制在F字形上部的凹槽内（位于图9的右侧）。
图10示出了一个为具有3个孔洞的实施例，所述第一磁芯10和第二磁芯11分别具有3个凹槽，两块磁芯带凹槽的面相向合拢，合拢后的凹槽形成贯通的第一孔洞2、第二孔洞3和第三孔洞7，第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈5（位于图10的左侧），第二孔洞的侧壁上绕制变压器的初级绕组8a（位于图10的中部），第三孔洞的侧壁上绕制变压器的次级绕组（位于图10的右侧）。需要指出，孔洞的数量可以根据初级绕组和次级绕组数量适当的增加，这里是举出一个3孔洞的例子，并不用以限定本专利保护范围。
参看图1和图2示出的较佳实施例，所述变压器线圈5的外侧包覆一层铜皮层6，该铜皮层为变压器一个次级绕组。该绕组相当于一个匝数为1的绕组，此绕组不单可以当成一组协助散热的装置，也同时可以通过配合电路，形成第二路输出电压的拓展。图4示出了铜皮层的立体视图，图中6a所指为铜皮层的焊接脚。磁芯下方有一块PCB线路板15，电感线圈5和变压器线圈8的引脚跳线以及铜皮层6都焊接在该PCB线路板上。需要指出铜皮层有两块，分别包覆第一磁芯10和第二磁芯11的变压器线圈8的外侧。
图5示出了较佳实施例变压器线圈的一种交错绕法，所述变压器线圈5至少包括一个初级绕组5a和一个次级绕组5b，所述初级绕组和次级绕组交错缠绕在第一磁芯10和/或第二磁芯11上。即1根初级绕组5a和1根次级绕组5b并排，然后绕制在磁芯上。
图6示出了较佳实施例变压器线圈的一种分组绕法，所述变压器线圈5至少包括一个初级绕组5a和一个次级绕组5b，所述初级绕组和次级绕组分别集中缠绕在第一磁芯10和/或第二磁芯11上。即先绕制完初级绕组5a，然后再绕制完次级绕组5b。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (9)

1.一种高集成磁元件，其特征在于：具有至少带有一个凹槽的第一磁芯（10）和第二磁芯（11），两块磁芯相向合拢，合拢后的凹槽至少形成贯通的第一孔洞（2）和第二孔洞（3），其中
围拢所述第一孔洞的侧壁断开一段形成气隙（4），在第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈（5）；
围拢所述第二孔洞的侧壁连续闭合，在第二孔洞的侧壁上绕制变压器线圈（8）。
2.如权利要求1所述的高集成磁元件，其特征在于：所述第一磁芯（10）和第二磁芯（11）的横截面皆为E字形，所述电感线圈（5）绕制在E字形的一个凹槽内，所述变压器线圈绕制在E字形的另一个凹槽内。
3.如权利要求1所述的高集成磁元件，其特征在于：所述第一磁芯（10）和第二磁芯（11）的横截面皆为F字形，所述电感线圈（5）绕制在F字形下端的柄部，所述变压器线圈绕制在F字形上部的凹槽内。
4.如权利要求1所述的高集成磁元件，其特征在于：所述第一磁芯（10）的横截面为E字形，所述第二磁芯（11）的横截面为I字形，所述电感线圈（5）绕制在第一磁芯E字形的一个凹槽内，所述变压器线圈（8）绕制在E字形的另一个凹槽内。
5.如权利要求1所述的高集成磁元件，其特征在于：所述第一磁芯（10）的横截面为F字形，所述第二磁芯（11）的横截面为I字形，所述电感线圈（5）绕制在第一磁芯F字形下端的柄部，所述变压器线圈（8）绕制在F字形上部的凹槽内。
6.如权利要求1所述的高集成磁元件，其特征在于：所述第一磁芯（10）和第二磁芯（11）分别具有3个凹槽，两块磁芯带凹槽的面相向合拢，合拢后的凹槽形成贯通的第一孔洞（2）、第二孔洞（3）和第三孔洞（7），第一孔洞的侧壁上绕制电感线圈（5），第二孔洞的侧壁上绕制变压器的初级绕组（8a），第三孔洞的侧壁上绕制变压器的次级绕组。
7.如权利要求1至6任一项所述的高集成磁元件，其特征在于：所述变压器线圈（5）的外侧包覆一层铜皮层（6），该铜皮层为变压器一个次级绕组。
8.如权利要求7所述的高集成磁元件，其特征在于：所述变压器线圈（5）至少包括一个初级绕组（5a）和一个次级绕组（5b），所述初级绕组和次级绕组交错缠绕在第一磁芯（10）和/或第二磁芯（11）上。
9.如权利要求7所述的高集成磁元件，其特征在于：所述变压器线圈（5）至少包括一个初级绕组（5a）和一个次级绕组（5b），所述初级绕组和次级绕组分别集中缠绕在第一磁芯（10）和/或第二磁芯（11）上。
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