CN115602424A - 一种电感器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例涉及电感器技术领域，提供了一种电感器，包括：多组线圈和磁芯；所述磁芯包括：上下平行设置的上底板和下底板、位于所述上底板和所述下底板之间，且被所述多组线圈缠绕的多个绕线柱、以及设置于所述上底板和所述下底板之间的至少一个非绕线柱；至少两个所述绕线柱上所述线圈的匝数不同、且所述线圈内电流的方向相反，所述绕线匝数不同的至少两个所述绕线柱上均有气隙，且各所述绕线柱上的所述气隙的大小不同。本实施例中的一种电感器，可根据电感器所处环境的散热条件不同，来设置不同磁损和铜损占比的电感，实现了电感器的差异化设计。

Description

一种电感器
技术领域
本申请实施例涉及电感器技术领域，特别涉及一种电感器。
背景技术
在电感器技术领域，尤其大功率变换器采用交错并联技术，能有效的减小电流纹波以及达到更高的功率密度及效率，因此对于所需磁件数量也必然增加，如果仍使用分立电感，大大增加体积，占用较大的空间，因此采用集成结构计可有效的减小磁芯体积，提升效率。但现有集成电感针对于实际磁件散热不均匀及效率等问题并未给出解决方案。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出一种电感器，可根据电感器所处环境的散热条件不同，来设置不同磁损和铜损占比的电感，实现了电感器的差异化设计。
为实现上述目的，本申请实施例提供了一种电感器，包括：多组线圈和磁芯；所述磁芯包括：上下平行设置的上底板和下底板、位于所述上底板和所述下底板之间，且被所述多组线圈缠绕的多个绕线柱、以及设置于所述上底板和所述下底板之间的至少一个非绕线柱；至少两个所述绕线柱上所述线圈的匝数不同、且所述线圈内电流的方向相反，所述绕线匝数不同的至少两个所述绕线柱上均有气隙，且各所述绕线柱上的所述气隙的大小不同。
本申请提出的电感器，包括：多组线圈和磁芯；磁芯包括：上下平行设置的上底板和下底板、位于上底板和下底板之间，且被多组线圈缠绕的多个绕线柱、以及设置于上底板和下底板之间的至少一个非绕线柱。其中，至少两个绕线柱上线圈的匝数不同、且线圈内电流的方向相反，绕线匝数不同的至少两个绕线柱上均有气隙，且各绕线柱上的气隙的大小不同。本方案中通过设置至少两个匝数不同、气隙大小不同的绕组线圈，使得相较于原本匝数相同、气隙相同的电感器来说，能够调整磁损和铜损所占的比重，从而在实际使用中，可根据所处环境的散热条件不同，来设置不同匝数比的电感，实现了差异化设计。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是根据本申请一个例子中电感器的结构示意图；
图2是根据现有举例的电感器的结构示意图；
图3是根据本申请两个匝数比不同的电感器的磁芯损耗分布图；
图4是根据本申请另一个例子中电感器的结构示意图。
具体实施例
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
在电感器技术领域，尤其大功率变换器采用交错并联技术，能有效的减小电流纹波以及达到更高的功率密度及效率，因此对于所需磁件数量也必然增加，如果仍使用分立电感，大大增加体积，占用较大的空间，因此采用集成结构计可有效的减小磁芯体积，提升效率。本实施例以下内容主要是针对实际磁件散热不均匀及效率等问题，结合磁件铜损和磁损提出差异化设计。
参见图1，在一个实施例中，电感器包括：多组线圈1和磁芯2；磁芯2包括：上下平行设置的上底板21和下底板22、位于上底板21和下底板22之间，且被多组线圈1缠绕的多个绕线柱23、以及设置于上底板21和下底板22之间的至少一个非绕线柱24。至少两个绕线柱23上线圈1的匝数不同、且线圈1内电流的方向相反，绕线匝数不同的至少两个绕线柱23上均有气隙10，且各绕线柱23上的气隙10的大小不同。
可选地，气隙10位于绕线柱23远离上底板21和下底板22的位置处，且每个绕线柱23均与上底板21和下底板22连接。也就是说，气隙10位于绕线柱23的中间区域位置处，每个绕线柱23均与上底板21和下底板22连接。所述气隙10为单段气隙10或多段气隙10。
在该实施例中，磁芯2包括非绕线柱24、绕线柱23和上底板21和下底板22，磁芯2的材料包括铁氧体、非晶、磁粉芯或硅钢。在实际应用中，非绕线柱24、绕线柱23和上底板21和下底板22的材料可相同或不相同。上底板21和下底板22可呈板状，多个绕线柱23中每个绕线柱23的两端分别连接于上底板21和下底板22，至少一个非绕线柱24的两端分别连接于上底板21和下底板22。
可选地，非绕线柱24、绕线柱23、上底板21和下底板22一体成型。
可选地，上底板21和下底板22可采用六边形或者其他多边形结构，绕线柱23和非绕线柱24可呈椭圆柱状、圆形柱状，亦或是多边形柱状。
发明人经研究发现:当增加某一个绕线柱23上线圈1匝数、增大气隙10时，能够使得整个电感的铜损增加，磁损减小；当减小某一个绕线柱23上线圈1匝数、减小气隙10时，能够使得整个电感的铜损减小，磁损增加。而实际电感器在应用于通信电源或其他开关电源中，无论是自然散热还是风冷散热的环境中，都有近风道面和背风道面，亦或是近热源或者远离热源。如此，可根据实际情况进行差异化最优设计，例如在近风道面，散热效果较好的情况下，可以适当增加绕线柱23上线圈1匝数、增大气隙10，来降低磁损；或者，在远风道面，散热效果不佳的情况下，可以减小绕线柱23上绕线匝数，来降低铜损。从而能够针对散热和效率考虑进行差异化设计，进行磁损和铜损的折衷，在兼顾散热问题的同时金坑底提高电感器的利用率。
基于上述理论，本实施例中提出电感器中至少两个绕线柱23上线圈1的匝数不同、且线圈1内电流的方向相反。绕线匝数不同的至少两个绕线柱23上均有气隙10，且各绕线柱23上的气隙10的大小不同。
其中，至少两个绕线柱23上线圈1的匝数不同、且线圈1内电流的方向相反，如此，使得在非绕线柱24上的磁通能够相互减弱。基于此，非绕线柱24的横截面积可小于绕线柱23的横截面积，减小非绕线柱24的体积，不仅能够减小磁芯2磁损，还能够提高电感的集成度，减小电感的体积。
为了满足电力电子产品的设计要求，通常需要对磁芯2进行打磨，形成空气气隙10以调节产品的电感量。气隙10的作用是减小磁导率，使线涠特性较少地依赖于磁芯2材料的起始磁导率。气隙10可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。然而，在气隙10降低磁导率的情况下要求线圈1圈数较多，相关的铜损也增加，所以需要适当的折中。本实施例中，由于至少两个绕线柱23上线圈1的匝数不同，为了使得两个绕线柱23上线圈1所形成的电感值接近，两个绕线柱23上的气隙10大小也不相同。至少两个绕线柱23中每个绕线柱23上均有一个或多个气隙10，线圈1匝数不同的两个绕线柱23上的气隙10大小也不相同。值得说明的是，为利用控制变量法对本实施例中的技术原理进行说明，本实施例中每个线圈1通入的电流的大小相同。
本方案中通过设置至少两个匝数不同、气隙10大小不同的绕组线圈1，使得相较于原本匝数相同、气隙10相同的电感器来说，能够调整磁损和铜损所占的比重，从而在实际使用中，可根据所处环境的散热条件不同，来设置不同匝数比的电感，实现了差异化设计。
下面结合具体示例对本实施例中的电感进行详细说明：
在一个例子中，如图1所示，绕线柱23的数目为两个，两个绕线柱23上线圈1的匝数不同，两个绕线柱23为第一绕线柱231和第二绕线柱232；第一绕线柱231上缠绕的线圈1的匝数大于第二绕线柱232上缠绕的线圈1的匝数，第二绕线柱232上的气隙10小于第一绕线柱231上的气隙10。
具体地说，本实施例中给出了一种电感器，磁芯2包括，上底板21、下底板22、两个绕线柱23、两个非绕线柱24。两个绕线柱23分别为第一绕线柱231和第二绕线柱232，第一绕线柱231上有第一线圈11，第二绕线柱232上有第二线圈12，第一线圈11的匝数大于第二线圈12的匝数，如此，能够增大第一绕线柱231上的磁场强度。第一绕线柱231上包括第一气隙101、第二绕线柱232上包括第二气隙102。第一气隙101大于第二气隙102，如此，能够增大第一绕线柱231上的磁阻。在第一绕线柱231上第一线圈11的匝数和第一气隙101的共同作用下，使得第一绕线柱231和第一线圈11所形成的第一电感的值、与第二绕线柱232和第二线圈12所形成的第二电感的值较为接近。
在一些例子中，第一绕线柱231与线圈1形成第一电感，第二绕线柱232与线圈1形成第二电感，第一电感和第二电感的电感值大小相同。
本实施例中给出如图2所示的电感器，其中，第一绕线柱231上第一线圈11的匝数与第二绕线柱232上第二线圈12的匝数相同，且第一绕线柱231和第二绕线柱232上的气隙10大小相同。假设，如图2所示的电感器中第一线圈11和第二线圈12的匝数比为3:3，而本实施例中如图1所示的电感器中第一线圈11和第二线圈12的匝数比为5:3。对上述两种电感器进行仿真计算两种匝数比下的电感器的磁芯2损耗如图3所示，可以看出，在如图2所示的匝数比相同的电感器中，增加某一个绕线柱23上的匝数、增大气隙10后，磁芯2损耗下降明显。而铜损是电流通过变压器原副绕组时，在原副绕组的电阻上所消耗的功率，可以确定，增加某一个绕线柱23上的匝数、增大气隙10后，铜损增加。这也从另一方面印证了发明人所研究的上述理论的正确性。
可选地，绕线柱23的数目为两个，且两个绕线柱23与两个非绕线柱24排成一列，给出了一种绕线柱23和非绕线柱24的具体设置方式。
在另一个例子中，如图4所示，非绕线柱24为两个，且多个绕线柱23位于两个非绕线柱24之间；多个绕线柱23上的线圈1以在两个非绕线柱24形成的磁通相互抵消的方式进行设定。也就是说，多个绕线柱23上的线圈1在两个非绕线柱24所形成的磁通可相互抵消，如此，非绕线柱24的横截面积可小于绕线柱23的横截面积，减小非绕线柱24的体积，不仅能够减小磁芯2磁损，还能够提高电感的集成度，减小电感的体积。图4中所示的绕线柱23的数目仅为举例，不作为对附图中绕线柱23数目的限定。
在另一个例子中，绕线柱23的数目可为3个及以上。
在本实施例中，非绕线柱24的磁阻小于绕线柱23上的磁阻。也就是说，在本实施例中边柱上没有气隙10。
以上，本实施例中一方面在绕线柱23上绕线，使得电流在两个绕线柱23上产生方向相反、大小相同的磁通，并且由于两个绕线柱23上均开有相同的气隙10，非绕线柱24上没有气隙10，从而使两个绕线柱23的磁通在非绕线柱24上相互抵消，从而能减小两个非绕线柱24的横截面积，进而减小磁芯2体积，相对截面积大的电感而言，能够减小磁芯2损耗，可提高电路效率。且减小非绕线柱24的横截面积，不会阻挡绕线柱23散热。
另一方面，根据实际散热情况或者电路参数对称情况，同样可以进行匝数的差异化调整以及边柱差异化调整，考虑集成的两个电感实际散热情况不同进行各自对应的优化，使得磁性元件线圈1及磁芯2能最大限度利用。
值得一提的是，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

Claims (10)

1.一种电感器，其特征在于，包括：多组线圈和磁芯；
所述磁芯包括：上下平行设置的上底板和下底板、位于所述上底板和所述下底板之间，且被所述多组线圈缠绕的多个绕线柱、以及设置于所述上底板和所述下底板之间的至少一个非绕线柱；
至少两个所述绕线柱上所述线圈的匝数不同、且所述线圈内电流的方向相反，所述绕线匝数不同的至少两个所述绕线柱上均有气隙，且各所述绕线柱上的所述气隙的大小不同。
2.根据权利要求1中所述的电感器，其特征在于，两个所述绕线柱上所述线圈的匝数不同，所述两个所述绕线柱为第一绕线柱和第二绕线柱；
所述第一绕线柱上缠绕的所述线圈的匝数大于所述第二绕线柱上缠绕的所述线圈的匝数，所述第二绕线柱上的所述气隙小于所述第一绕线柱上的所述气隙。
3.根据权利要求2中所述的电感器，其特征在于，所述第一绕线柱与所述线圈形成第一电感，所述第二绕线柱与所述线圈形成第二电感，
所述第一电感和所述第二电感的电感值大小相同。
4.根据权利要求1中所述的电感器，其特征在于，所述气隙位于所述绕线柱远离所述上底板和所述下底板的位置处，且每个所述绕线柱均与所述上底板和所述下底板连接。
5.根据权利要求1或4中所述的电感器，其特征在于，所述气隙为单段气隙或多段气隙。
6.根据权利要求1或2中所述的电感器，其特征在于，所述非绕线柱为两个，且所述多个绕线柱位于两个所述非绕线柱之间；
所述多个绕线柱上的线圈以在两个所述非绕线柱形成的磁通相互抵消的方式进行设定。
7.根据权利要求6中所述的电感器，其特征在于，所述绕线柱的数目为两个，且两个所述绕线柱与两个所述非绕线柱排成一列。
8.根据权利要求1中所述的电感器，其特征在于，所述非绕线柱、所述绕线柱、所述上底板和所述下底板一体成型。
9.根据权利要求1中所述的电感器，其特征在于，所述磁芯的材料包括铁氧体、非晶、磁粉芯或硅钢。
10.根据权利要求1中所述的电感器，其特征在于，所述非绕线柱的磁阻小于所述绕线柱上的磁阻。
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