CN108630426A - 一种提高软磁磁环材料利用率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高软磁磁环材料利用率的方法，建立磁路的等效磁阻模型进行仿真，仿真时通过增加气隙数量改变磁环磁阻、增加磁环的饱和磁通，选择适当的气隙长度、气隙数量、线圈绕制匝数优化磁环内部磁密分布，使磁环内部磁密分布均匀且磁环本身不发生磁饱和，最终根据优化结果对磁环进行切割。本发明能够使磁环材料被充分使用。
Description
技术领域
本发明涉及软磁磁环材料应用技术领域，特别是涉及一种提高软磁磁环材料利用率的方法。
背景技术
电子信息产业的高速发展，对高频电感元件(如高频变压器、小型电感器等)也提出了各种新的要求，随之也要求改进和提高作为电感元件的主要组成部分——铁氧体磁芯的性能。因此，对软磁铁氧体材料及磁芯元件也提出了更高的材料标准和要求，如元器件的小型化、片式化、高频化、高性能、低损耗等。目前传统的铁氧体软磁材料正朝着提高综合性能指标的方向发展。软磁材料具有磁电转换的特殊功能，是一种广泛应用的功能材料。软磁材料的剩磁和矫顽力均很小，在磁场中容易反复磁化，当外磁场去掉后，获得的磁性会大部分或全部丧失，因此已广泛应用于电工设备和电子设备中。软磁材料在各种器件中起到能量耦合传递及转换的作用。在能源日趋紧缺和环境问题日趋严重的今天，降低软磁材料的损耗提高磁芯效率，在节约能源及控制环境污染等方面具有重大意义。
开关电源追求的是效率高、尺寸小、重量轻的目标，变压器和功率电感等磁芯元件一般由线圈和磁芯组成，磁芯起到非常重要的作用。磁环对高频干扰噪声的抑制效果较好。为了加强抑制效果，通常将导线绕制成线圈，增加电路的阻抗。磁饱和是磁性元件的共性，实际应用中，经常由于磁饱和导致元器件发热甚至烧毁电路。
目前对于磁环的应用多数都没有提及利用率的问题，磁环普遍存在磁密分布不均的问题，磁环没有被充分使用，利用率较低且容易发生磁饱和。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高软磁磁环材料利用率的方法，能够使磁环材料被充分使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高软磁磁环材料利用率的方法，建立磁路的等效磁阻模型进行仿真，仿真时通过增加气隙数量改变磁环磁阻、增加磁环的饱和磁通，选择适当的气隙长度、气隙数量、线圈绕制匝数优化磁环内部磁密分布，使磁环内部磁密分布均匀且磁环本身不发生磁饱和，最终根据优化结果对磁环进行切割。
通过改变气隙长度、气隙数量及线圈绕制的匝数得到所需电感值的电抗器，通过有限元分析对此磁环电感值进行准确计算。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过采用增加气隙数量的方法，在磁环材料与规格给定的情况下，建立仿真模型对磁环结构及绕线匝数进行不断优化，使得磁环内部磁密均匀分布，磁环饱和磁通增加。此时磁环不容易发生磁饱和，磁环材料可被完全使用利用率大大提升，磁环生成电感值可准确计算。
附图说明
图1是磁环开隙立体结构图；
图2是磁环线圈绕制平面图；
图3是磁环磁密分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种提高软磁磁环材料利用率的方法，建立磁路的等效磁阻模型进行仿真，仿真时通过增加气隙数量改变磁环磁阻、增加磁环的饱和磁通，选择适当的气隙长度、气隙数量、线圈绕制匝数优化磁环内部磁密分布，使磁环内部磁密分布均匀且磁环本身不发生磁饱和，最终根据优化结果对磁环进行切割。
本实施方式通过增加气隙数量，对磁环建立等效磁阻模型进行仿真，调整气隙的长度、位置及数量，使磁环内部磁密均匀分布，避免了边缘气隙效应中因磁密分布不均导致的材料没有充分利用的浪费问题和磁环发生磁饱和的问题。当磁环内磁密分布均匀时，此磁环材料被充分使用，磁环材料利用率大大提高。
通常采取增加一个气隙的方法改变磁环本身结构，但由于气隙边缘效应，个别区域发生磁饱和，采取增加气隙数量的方法增加饱和磁通避免磁环本身发生磁饱和。磁饱和是磁性元件的共性，实际应用中，经常由于磁饱和导致元器件发热甚至烧毁电路。电感的磁通量在达到一定程度时就不会随着电流的增大再变化，这就是所谓的电感已经达到饱和，如果再继续使电流增大，电感很快就会变得发热，电感量也会继续下降，此时的功率电感就失去了原来的作用。
为满足不同场合下需使用的具有特定电感值的电抗器，建立磁路的等效磁阻模型仿真，在磁环规格、材料给定的情况下，通过改变气隙长度和增加气隙数量及线圈绕制的匝数便可得到所需电感值的电抗器，通过有限元分析软件可对此磁环电感值进行准确计算。
下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。
若提供一种软磁材料为PC40的磁环，磁环内径为40毫米，外径为60毫米，输入电流为120A，线圈绕制18匝，要求设计出电感值为11微亨的电抗器。首先建立磁路等效磁阻模型进行仿真，对磁环开隙数量逐渐增加，利用仿真软件分析计算其内部磁密分布及等效磁阻，并对其模型进行不断优化，最终使磁环内部磁密分布均匀、磁环本身不发生磁饱和。再根据结果对磁环进行切割实验，并进行实验验证。具体磁环切割立体结构如图1所示，具体线圈绕制平面如图2所示，磁环内部磁密分布图仿真结果如图3所示。
Claims (2)
1.一种提高软磁磁环材料利用率的方法，其特征在于，建立磁路的等效磁阻模型进行仿真，仿真时通过增加气隙数量改变磁环磁阻、增加磁环的饱和磁通，选择适当的气隙长度、气隙数量、线圈绕制匝数优化磁环内部磁密分布，使磁环内部磁密分布均匀且磁环本身不发生磁饱和，最终根据优化结果对磁环进行切割。
2.根据权利要求1所述的提高软磁磁环材料利用率的方法，其特征在于，通过改变气隙长度、气隙数量及线圈绕制的匝数得到所需电感值的电抗器，通过有限元分析对此磁环电感值进行准确计算。
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