CN113257531A - 一种磁芯单元、集成磁芯及集成磁芯结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种磁芯单元、集成磁芯及集成磁芯结构，该磁芯单元包括：第一磁芯，所述第一磁芯上具有第一绕组；第二磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯尺寸一致，所述第二磁芯上具有第二绕组；公共磁芯，所述公共磁芯设于所述第一磁芯和所述第二磁芯之间，以使所述第一磁芯和所述公共磁芯形成第一磁路，所述第二磁芯和所述公共磁芯形成第二磁路，所述公共磁芯形成所述第一磁路和所述第二磁路的公用磁通回路；所述第一绕组在所述公共磁芯上产生的磁通与所述第二绕组在所述公共磁芯上产生的磁通互相抵消。本申请解决了现有的集成磁芯体积比较大的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种磁芯单元、集成磁芯及集成磁芯结构。
背景技术
开关电源磁器件的小型化、高效化的一个重要途径是磁集成(IntegrateMagnetics，IM)技术。磁集成技术是将变换器中的两个或多个分立器件(DiscreteMagnetics，DM)，如电感、变压器等绕制在一副磁芯上，从结构上集中在一起，减小磁性器件的体积。
现有技术是将两个独立的UI型的分立磁器件对称设置进行磁集成，虽然将两个分立磁器件集成在一起了，但是这种磁集成方式只是简单的将两个独立的UI型的分立磁器件合并在一起，磁元件的体积还是比较大。
发明内容
本申请实施例提供一种磁芯单元、集成磁芯及集成磁芯结构，解决了现有的集成磁芯体积比较大的问题。
第一方面，提供了一种磁芯单元，包括：
第一磁芯，所述第一磁芯上具有第一绕组；
第二磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯尺寸一致，所述第二磁芯上具有第二绕组；
公共磁芯，所述公共磁芯设于所述第一磁芯和所述第二磁芯之间，以使所述第一磁芯和所述公共磁芯形成第一磁路，所述第二磁芯和所述公共磁芯形成第二磁路，所述公共磁芯形成所述第一磁路和所述第二磁路的公用磁通回路；
所述第一绕组在所述公共磁芯上产生的磁通与所述第二绕组在所述公共磁芯上产生的磁通互相抵消。
根据本申请实施例提供的磁芯单元，第一磁芯和第二磁芯分别与公共磁芯组成的两个分立磁器件共用了一个公共磁芯，第一磁芯具有的第一绕组在公共磁芯上产生的磁通与第二磁芯具有的第二绕组在公共磁芯上产生的磁通互相抵消，因此公用磁通回路的磁通量下降，可以使公共磁芯的截面积变小，进而公共磁芯的体积变小，从而磁芯单元的体积变小。
在一种可能的设计中，所述第一磁芯和所述第二磁芯均为U型磁芯；
所述公共磁芯为I型磁芯。
在一种可能的设计中，所述第一磁芯包括第一磁芯部以及设置在所述第一磁芯部两侧的第一边柱和第二边柱；
所述第一边柱和所述公共磁芯之间具有第一气隙，所述第二边柱和所述公共磁芯之间具有第二气隙；
所述第二磁芯包括第二磁芯部和设置在所述第二磁芯部两侧的第三边柱和第四边柱；
所述第三边柱和所述公共磁芯之间具有第三气隙，所述第四边柱和所述公共磁芯之间具有第四气隙。
在一种可能的设计中，所述第一磁芯和所述第二磁芯均采用磁粉芯类材料制成。
在一种可能的设计中，所述第一磁芯和所述第二磁芯均为铁粉芯、铁硅铝磁芯、铁镍磁粉芯、铁硅磁芯、钼坡莫合金磁粉芯或铁镍高磁通磁芯中的任意一种。
第二方面，提供了一种集成磁芯，包括：
至少两个如上述的磁芯单元，至少两个所述磁芯单元的第一边柱和第二边柱互相接触且并联连接，至少两个所述磁芯单元的第三边柱和第四边柱互相接触且并联连接，至少两个所述磁芯单元的公共磁芯互相接触且并联连接；
每相邻两个所述磁芯单元产生的磁通的方向相反。
在一种可能的设计中，位于所述集成磁芯侧边的第一边柱和所述公共磁芯之间的第一气隙的宽度为零，位于所述集成磁芯侧边的第二边柱和所述公共磁芯之间的第二气隙的宽度为零；
位于所述集成磁芯侧边的第三边柱和所述公共磁芯之间的第三气隙的宽度为零，位于所述集成磁芯侧边的第四边柱和所述公共磁芯之间的第四气隙的宽度为零。
第三方面，提供了一种集成磁芯结构，包括：
如上述的集成磁芯；
第一线圈，所述第一线圈设置于所述第一磁芯和所述公共磁芯之间；
第二线圈，所述第二线圈包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈和副边线圈交错缠绕设置于所述第二磁芯和所述公共磁芯之间。
在一种可能的设计中，每相邻两个第一边柱和第二边柱合并形成第一中柱，所述第一中柱外侧壁上安装有所述第一线圈；
每相邻两个第三边柱和第四边柱合并形成第二中柱，所述第二中柱外侧壁上交错环绕安装有所述原边线圈和副边线圈。
在一种可能的设计中，集成磁芯结构还包括底板，所述集成磁芯、第一线圈以及第二线圈均设于所述底板上。
本申请实现的有益效果为：设置公共磁芯分别与第一磁芯和第二磁芯组成第一磁路和第二磁路，这样公共磁芯形成的公用磁通回路上的磁通量就是第一绕组和第二绕组分别在公用磁通回路上产生的磁通之和，而第一绕组和第二绕组分别在公用磁通回路上产生的磁通会互相抵消，因此公用磁通回路上的磁通量下降，根据磁通量的计算公式可知公共磁芯的截面积会变小，进而公共磁芯的体积变小，从而磁芯单元的体积变小。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种磁芯单元的平面示意图。
图2是本申请实施例提供的一种磁芯单元的磁通方向示意图。
图3是本申请实施例提供的一种包括两个磁芯单元的集成磁芯的平面示意图。
图4为图3中的集成磁芯的磁通方向示意图。
图5是本申请实施例提供的另一种包括两个磁芯单元的集成磁芯的平面示意图。
图6是图5中的集成磁芯的磁通方向示意图。
图7是本申请实施例提供的一种包括三个磁芯单元的集成磁芯的平面示意图。
图8是图7中的集成磁芯的磁通方向示意图。
图9是本申请实施例提供的一种包括n个磁芯单元的集成磁芯的平面示意图。
图10是本申请实施例提供的一种集成磁芯结构的爆炸图。
图11是本申请实施例提供的一种集成磁芯结构的应用效果图。
图12是本申请实施例提供的卧倒的集成磁芯的平面示意图。
附图标记：10、第一磁芯；11、第一磁芯部；12、第一边柱；120、第一气隙；13、第二边柱；130、第二气隙；
20、第二磁芯；21、第二磁芯部；22、第三边柱；220、第三气隙；23、第四边柱；230、第四气隙；
30、公共磁芯；
100、磁芯单元；
200、第一线圈；
300、第二线圈；301、原边线圈；302、副边线圈；
400、第一中柱；500、第二中柱；600、底板。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
还需说明的是，本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
本申请实施例提供一种磁芯单元、集成磁芯及集成磁芯结构，解决了现有的集成磁芯体积比较大的问题。
如图1-2所示，本申请实施例提供的磁芯单元包括第一磁芯10、第二磁芯20以及公共磁芯30，第一磁芯10上具有第一绕组；第一磁芯10与第二磁芯20尺寸一致，第二磁芯20上具有第二绕组；公共磁芯30设于第一磁芯10和第二磁芯20之间，以使第一磁芯10和公共磁芯30形成第一磁路，第二磁芯20和公共磁芯30形成第二磁路，公共磁芯30形成第一磁路和第二磁路的公用磁通回路；第一绕组在公共磁芯30上产生的磁通与第二绕组在公共磁芯30上产生的磁通互相抵消。
根据本申请实施例提供的磁芯单元，第一磁芯和第二磁芯分别与公共磁芯组成的两个分立磁器件共用了一个公共磁芯，第一磁芯具有的第一绕组在公共磁芯上产生的磁通与第二磁芯具有的第二绕组在公共磁芯上产生的磁通互相抵消，因此公用磁通回路的磁通量下降，可以使公共磁芯的截面积变小，进而公共磁芯的体积变小，从而磁芯单元的体积变小。
通过图2可以看出，通过设计第一绕组和第二绕组的同名端和控制第一绕组和第二绕组电流的相位，可以使第一磁芯10具有的第一绕组匝链间的磁通相互增强即正向耦合，第二磁芯20具有的第二绕组匝链间的磁通相互增强即正向耦合，而通过公共磁芯30的磁通量相互抵消或部分抵消即反向耦合，第一绕组和第二绕组匝链间的磁通相互增强即互感M增加可以降低第一绕组和第二绕组的脉动电流，继而降低铜损和铁损以及纹波和噪声，同时公共磁芯30的磁通量下降可以使公共磁芯30的截面积降低，从而公共磁芯30的体积降低，同时磁损也可以降低。
如图1-2所示，第一磁芯10和第二磁芯20均为U型磁芯；公共磁芯30为I型磁芯。
通过以上设置，第一磁芯10、第二磁芯20和公共磁芯30组合形成8字型的磁芯单元，这样I型磁芯就可以作为两个分立磁器件的共用磁芯，比起传统的两个分立磁器件包括4个U型磁芯和两个I型磁芯来说，本实施例可以减少一个I型磁芯，这样就有效的减少了磁芯单元占用的体积，也进一步的降低了磁芯单元的重量。由于第一磁芯10、第二磁芯20和公共磁芯30为上下层立体结构，也能有效减少磁芯在线路板上的占用面积，进一步有利于电控线路板的布线设计。
如图1所示，第一磁芯10包括第一磁芯部11以及设置在第一磁芯部11两侧的第一边柱12和第二边柱13；第一边柱12和公共磁芯30之间具有第一气隙120，第二边柱13和公共磁芯30之间具有第二气隙130；第二磁芯20包括第二磁芯部21和设置在第二磁芯部21两侧的第三边柱22和第四边柱23；第三边柱22和公共磁芯30之间具有第三气隙220，第四边柱23和公共磁芯30之间具有第四气隙230。
通过调整第一磁芯10和第二磁芯20分别与公共磁芯30之间的距离可以分别控制第一绕组和第二绕组的气隙磁阻，调整第一绕组和第二绕组之间的耦合系数，从而调整各相电流之间的平衡程度，达到更好的均流效果。
可选的，第一磁芯10和第二磁芯20均采用磁粉芯类材料制成。磁粉芯通常将磁性材料极细的粉末和作为粘结剂的复合物混合在一起，通过模压、固化一般形成环状的粉末金属磁芯。由于磁粉芯中存在大量非磁物质，相当于在磁芯中存在许多非磁分布气隙在磁化时，这些分布气隙中要存储相当大的能量，因此可用这种磁芯作为电感和反激变压器磁芯、但是能量不存储在磁粉芯中高磁导率的金属合金磁材料部分。
可选的，第一磁芯10和第二磁芯20均为铁粉芯、铁硅铝磁芯、铁镍磁粉芯、铁硅磁芯、钼坡莫合金磁粉芯或铁镍高磁通磁芯中的任意一种。其中，铁粉芯成分是极细的铁粉和有机材料粘合，其磁导率在10～75之间，材料较软，成本低，磁芯损耗高。铁硅铝磁芯是由铁、硅、铝材料粘合而成的磁粉芯，其损耗较低，材质较硬。铁镍磁粉芯的金属粉末由铁和镍组成，其磁通密度较高，磁芯损耗高于铁硅铝、低于铁粉芯。MMP钼坡莫合金由钼、镍和铁组成，损耗较低，饱和磁通密度较低，温度稳定性好。High Flux，HF铁镍高磁通磁芯，是一种含50％镍和50％铁的磁粉芯。HF铁镍磁粉芯具有高达13000高斯的饱和磁通密度值，它的损耗值比纯铁粉芯要低的多。
如图3-9所示，本申请实施例提供的集成磁芯包括至少两个如上述的磁芯单元100，至少两个磁芯单元100的第一边柱12和第二边柱13互相接触且并联连接，至少两个磁芯单元100的第三边柱22和第四边柱23互相接触且并联连接，至少两个磁芯单元100的公共磁芯30互相接触且并联连接；每相邻两个磁芯单元100产生的磁通的方向相反。
如图5-9所示，位于集成磁芯侧边的第一边柱12和公共磁芯30之间的第一气隙120的宽度为零，位于集成磁芯侧边的第二边柱13和公共磁芯30之间的第二气隙130的宽度为零；位于集成磁芯侧边的第三边柱22和公共磁芯30之间的第三气隙220的宽度为零，位于集成磁芯侧边的第四边柱23和公共磁芯30之间的第四气隙230的宽度为零。
作为包括两个磁芯单元100的集成磁芯的一种实施方式，如图3-4所示，两个第一磁芯10合并之后形成E型磁芯，两个第二磁芯20合并之后形成E型磁芯，且第一磁芯10与公共磁芯30之间不接触，第二磁芯20与公共磁芯之间不接触。
作为包括两个磁芯单元100的集成磁芯的另一种实施方式，如图5-6所示，两个第一磁芯10合并之后形成E型磁芯，两个第二磁芯20合并之后形成E型磁芯，但是位于集成磁芯侧边的边柱与公共磁芯30连接成一体，此时应针对位于集成磁芯中间的边柱与公共磁芯30之间的气隙增大原来的一倍，这样不仅可以得到同样的磁路性能，而且加工简化且气隙控制的精准度得以提高，结构更加稳固，集成磁芯外侧气隙带来的漏磁辐射也会得到改善。
如图7-8所示为包括三个磁芯单元100的集成磁芯，三个第一磁芯10合并在一起，三个第二磁芯20合并在一起，位于集成磁芯侧边的边柱与公共磁芯30连接成一体，此时应针对位于集成磁芯中间的边柱与公共磁芯30之间的气隙增大原来的一倍，这样不仅可以得到同样的磁路性能，而且加工简化且气隙控制的精准度得以提高，结构更加稳固，集成磁芯外侧气隙带来的漏磁辐射也会得到改善。
本申请的集成磁芯可以从1延展到n个磁芯单元并联，n为大于等于1的自然数，如图9所示。
作为一种可选的实施方式，可以将两个U型磁芯合并在一起，将一个I型磁芯与两个U型磁芯层叠设置，这样就形成了卧倒的8字型磁芯单元，此时两个U型磁芯合并在一起的边柱就形成了公共磁通路，如图12所示。
如图10-11所示，本申请实施例提供的集成磁芯结构包括如上述的集成磁芯、第一线圈200和第二线圈300；第一线圈200设置于第一磁芯10和公共磁芯30之间；第二线圈300包括原边线圈301和副边线圈302，原边线圈301和副边线圈302交错缠绕设置于第二磁芯20和公共磁芯30之间。
如图10所示，每相邻两个第一边柱12和第二边柱13合并形成第一中柱400，第一中柱400外侧壁上安装有第一线圈200；每相邻两个第三边柱22和第四边柱23合并形成第二中柱500，第二中柱500外侧壁上交错环绕安装有原边线圈301和副边线圈302。原边线圈301和副边线圈302通过完全交错的方式绕在第二中柱500外侧壁上，具有很高的耦合系数，漏感大大降低。
如图10-11所示，集成磁芯结构还包括底板600，集成磁芯、第一线圈200以及第二线圈300均设于底板600上。通过以上设置，使得集成磁芯结构的各个部件形成一个整体，便于安装和移动。
本申请的集成磁芯结构可以用于电感和电感集成、变压器和变压器集成以及电感和变压器集成，磁芯单元的比例尺寸可以以实际运用需求进行调整。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种磁芯单元，其特征在于，包括：
第一磁芯(10)，所述第一磁芯(10)上具有第一绕组；
第二磁芯(20)，所述第一磁芯(10)与所述第二磁芯(20)尺寸一致，所述第二磁芯(20)上具有第二绕组；
公共磁芯(30)，所述公共磁芯(30)设于所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间，以使所述第一磁芯(10)和所述公共磁芯(30)形成第一磁路，所述第二磁芯(20)和所述公共磁芯(30)形成第二磁路，所述公共磁芯(30)形成所述第一磁路和所述第二磁路的公用磁通回路；
所述第一绕组在所述公共磁芯(30)上产生的磁通与所述第二绕组在所述公共磁芯(30)上产生的磁通互相抵消。
2.根据权利要求1所述的磁芯单元，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)均为U型磁芯；
所述公共磁芯(30)为I型磁芯。
3.根据权利要求2所述的磁芯单元，其特征在于，所述第一磁芯(10)包括第一磁芯部(11)以及设置在所述第一磁芯部(11)两侧的第一边柱(12)和第二边柱(13)；
所述第一边柱(12)和所述公共磁芯(30)之间具有第一气隙(120)，所述第二边柱(13)和所述公共磁芯(30)之间具有第二气隙(130)；
所述第二磁芯(20)包括第二磁芯部(21)和设置在所述第二磁芯部(21)两侧的第三边柱(22)和第四边柱(23)；
所述第三边柱(22)和所述公共磁芯(30)之间具有第三气隙(220)，所述第四边柱(23)和所述公共磁芯(30)之间具有第四气隙(230)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁芯单元，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)均采用磁粉芯类材料制成。
5.根据权利要求1-3任一项所述的磁芯单元，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)均为铁粉芯、铁硅铝磁芯、铁镍磁粉芯、铁硅磁芯、钼坡莫合金磁粉芯或铁镍高磁通磁芯中的任意一种。
6.一种集成磁芯，其特征在于，包括：
至少两个如权利要求3所述的磁芯单元(100)，至少两个所述磁芯单元(100)的第一边柱(12)和第二边柱(13)互相接触且并联连接，至少两个所述磁芯单元(100)的第三边柱(22)和第四边柱(23)互相接触且并联连接，至少两个所述磁芯单元(100)的公共磁芯(30)互相接触且并联连接；
每相邻两个所述磁芯单元(100)产生的磁通的方向相反。
7.根据权利要求6所述的集成磁芯，其特征在于，位于所述集成磁芯侧边的第一边柱(12)和所述公共磁芯(30)之间的第一气隙(120)的宽度为零，位于所述集成磁芯侧边的第二边柱(13)和所述公共磁芯(30)之间的第二气隙(130)的宽度为零；
位于所述集成磁芯侧边的第三边柱(22)和所述公共磁芯(30)之间的第三气隙(220)的宽度为零，位于所述集成磁芯侧边的第四边柱(23)和所述公共磁芯(30)之间的第四气隙(230)的宽度为零。
8.一种集成磁芯结构，其特征在于，包括：
如权利要求6或7所述的集成磁芯；
第一线圈(200)，所述第一线圈(200)设置于所述第一磁芯(10)和所述公共磁芯(30)之间；
第二线圈(300)，所述第二线圈(300)包括原边线圈(301)和副边线圈(302)，所述原边线圈(301)和副边线圈(302)交错缠绕设置于所述第二磁芯(20)和所述公共磁芯(30)之间。
9.根据权利要求8所述的集成磁芯结构，其特征在于，每相邻两个第一边柱(12)和第二边柱(13)合并形成第一中柱(400)，所述第一中柱(400)外侧壁上安装有所述第一线圈(200)；
每相邻两个第三边柱(22)和第四边柱(23)合并形成第二中柱(500)，所述第二中柱(500)外侧壁上交错环绕安装有所述原边线圈(301)和副边线圈(302)。
10.根据权利要求9所述的集成磁芯结构，其特征在于，还包括底板(600)，所述集成磁芯、第一线圈(200)以及第二线圈(300)均设于所述底板(600)上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115453176A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-09 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置 |
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2021
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