CN116598102A - 使用叠片带材制备的电感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种使用叠片带材制备的电感器和电子设备，包括：中柱磁芯(1)、线圈(2)、轭铁磁芯(3)、叠片卷绕回路(4)；线圈(2)绕在该中柱磁芯(1)上；中柱磁芯(1)的两端分别接触连接有轭铁磁芯(3)；叠片卷绕回路(4)的底面(401)贴合在多个所述轭铁磁芯(3)的侧面，所述叠片卷绕回路(4)的底面(401)，是指和卷绕回路轴向垂直的面；所述轭铁磁芯(3)的侧面，是指和线圈(2)轴向不垂直的面。本发明能够避免在叠片材料中开气隙，并且保证电感器件能够承受比较大的电流。
Description
技术领域
本发明涉及电感器领域，具体地，涉及使用叠片带材制备的电感器和电子设备。
背景技术
在大功率电源设计中，比如在光伏逆变器中需要实现最大功率点追踪的MPPT电路、实现三相交流逆变输出的无源LC滤波网络、在大功率不间断电源或整流电源模块中的升压电路等，都会需要大功率电感以实现其功能。
在这些应用中，也有传统的叠片材料如非晶纳米晶带材或者硅钢片材料的应用。这些材料制成电感后，为了在较大电流下保证一定的感量，这样就不可避免的在叠片材料中间设置气隙，如常见的非晶UU型电感或者硅钢片类三相三柱或者三相五柱电感。这会带来两个问题，一个是实际使用时气隙带来的额外涡流损耗，会恶化性能，有时甚至会大大超出磁芯本来的损耗，这样会使得非晶纳米晶这类材料的低损耗特性完全无法发挥；另外一个是叠片材料做切口或层叠处理的加工有层裂、碎片、平整度等问题需要克服，加工效率低、成品率不高，导致成本无法有效下降。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种使用叠片带材制备的电感器和电子设备。
根据本发明提供的一种使用叠片带材制备的电感器，包括：中柱磁芯1、线圈2、轭铁磁芯3、叠片卷绕回路4；
线圈2绕在该中柱磁芯1上；
中柱磁芯1的两端分别接触连接有轭铁磁芯3；
叠片卷绕回路4的底面401贴合在多个所述轭铁磁芯3的侧面，
所述叠片卷绕回路4的底面401，是指和卷绕回路轴向垂直的面；
所述轭铁磁芯3的侧面，是指和线圈2轴向不垂直的面。
优选地，所述叠片卷绕回路4包括卷绕成闭合回路没有气隙的叠片材料。
优选地，所述叠片材料采用非晶带材、纳米晶带材或者硅钢片带材；
所述中柱磁芯1和轭铁磁芯3的材质为磁粉芯类材料；
所述中柱磁芯1和轭铁磁芯3设置有气隙；
叠片卷绕回路4的底面401与所述轭铁磁芯3的侧面之间无气隙。
优选地，磁粉芯类材料为铁硅磁粉芯材料、铁硅铝磁粉芯材料或者铁镍磁粉芯材料。
优选地，叠片卷绕回路4的截面Am截面积小于中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.25倍。
优选地，所述叠片卷绕回路4为两个，两个叠片卷绕回路4分别贴合每个所述轭铁磁芯3中相对的侧面；
磁通穿过中柱磁芯1的磁芯并经由轭铁磁芯3后再经过叠片卷绕回路4完成闭合，形成闭合磁回路。
优选地，两个线圈2绕在一个中柱磁芯1上；中柱磁芯1内置一段或多段气隙；
中柱磁芯1和轭铁磁芯3的材质均为铁硅铝磁粉芯材质，叠片卷绕回路4的材质为非晶带材；
两个线圈2分别作为单相逆变器的L线和N线逆变电感；或者是，两个线圈2串联，形成一个单独的电感。
优选地，两个中柱磁芯1分别绕有一个线圈2；中柱磁芯1内置一段或多段气隙；两个中柱磁芯1的磁通量方向相反；
中柱磁芯1和轭铁磁芯3的材质均为超级铁硅铝磁粉芯材质，叠片卷绕回路4的材质为纳米晶带材；
两个线圈2作为双BOOST电路的升压电感线圈；或者是，两个线圈2串联，形成一个单独的电感。
优选地，三个中柱磁芯1分别绕有一个线圈2；中柱磁芯1内置一段或多段气隙；
中柱磁芯1和上下轭铁磁芯3的材质均为铁硅磁粉芯材质，叠片卷绕回路4的材质为硅钢带材；多个轭铁磁芯3之间的间隙大于等于2毫米；
三个线圈2作为三相交流逆变电感线圈；
叠片卷绕回路4的截面Am的截面积设置为中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.23倍。
根据本发明提供的一种电子设备，包括电感器件，采用的电感器件包括所述的使用叠片带材制备的电感器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够避免在叠片材料中开气隙，并且保证电感器件能够承受比较大的电流。
2、本发明采用混合材料的设计，且叠片材料中没有气隙，磁芯损耗可以达到最优。
3、本发明中的线圈在结构上可以尽量靠近外表面，散热上也具有较大优势。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的作为单相逆变器的逆变电感的使用叠片带材制备的电感器结构示意图。
图2为本发明提供的作为双BOOST电路的升压电感的使用叠片带材制备的电感器结构示意图。
图3为本发明提供的作为三相交流逆变电感的使用叠片带材制备的电感器结构示意图。
图4为图3的截面示意图。
图5为闭合磁回路的磁通方向示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，根据本发明提供的一种使用叠片带材制备的电感器，包括：中柱磁芯1、绕在该中柱磁芯1上的线圈2，以及与中柱磁芯1两端接触的轭铁磁芯3，其中，轭铁磁芯3包括上轭铁磁芯、下轭铁磁芯，上轭铁磁芯、下轭铁磁芯分别接触中柱磁芯1的上端、下端。
将叠片材料，比如非晶带材、纳米晶带材、硅钢片带材等卷绕成闭合回路，即叠片材料卷绕成闭合回路没有气隙，形成叠片卷绕回路4。两个所述叠片卷绕回路4的底面401紧贴在所述轭铁磁芯3的侧面，形成闭合磁回路。所述叠片卷绕回路4的底面401，是指和卷绕闭合回路轴向垂直的面称之为底面；所述轭铁磁芯的侧面，是指和线圈2轴向不垂直的面为侧面，即平行于线圈2轴向的面。
所述中柱磁芯1和轭铁磁芯3的材质为磁粉芯类材料，如铁硅磁粉芯、铁硅铝磁粉芯、铁镍磁粉芯等；中柱磁芯1可与位于上下端的轭铁磁芯3材质可以相同，也可以不同；为增加电感的抗饱和能力，所述中柱磁芯1和轭铁磁芯3可设置气隙；中柱磁芯1可与轭铁磁芯3的截面形状相同，也可不同，比如轭铁磁芯3的形状可以为方形，也可以为跑道型，只需保证轭铁磁芯3有平的侧面能和叠片卷绕回路4的底面401紧贴在一起，且之间除了微小的接触间隙外无气隙。
本发明可以扩展为多个中柱磁芯1和多个线圈2，通过线圈2的串并实现单相、两相或者三相电感。对于各种电感来说，所有的磁通均是穿过中柱磁芯1的磁芯并经由轭铁磁芯3后再经过叠片卷绕回路4完成闭合，如图5所示。如果按照正常电感的等截面设计，叠片卷绕回路4的截面Am截面积应等于中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.25倍，又对于两相或者三相电感，叠片卷绕回路4的总磁通量往往因为相位或者叠加的原因大于中柱磁芯1的总磁通量，理论上叠片卷绕回路4的截面Am截面积需要比中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.25更大。本发明考虑到叠片材料的饱和磁通密度一般大于磁粉芯类材料的饱和磁通密度，所以为节省成本，比较好的是，叠片卷绕回路4的截面Am截面积不大于中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.25倍。即截面Am截面积小于等于截面Ac的截面积的25％。
本发明采用叠片卷绕回路4，避免了在叠片材料中开气隙。而且一般叠片材料的导磁率为数千到数万，磁粉芯的导磁率仅为十几到几十，如果磁粉芯开气隙则等效导磁率变得更小，远远低于叠片材料。所以在大电流条件下，中柱磁芯1和轭铁磁芯3采用的低导磁率的磁粉芯及粉芯内的气隙承担了绝大部分的磁场强度，使得制成的电感器件能够承受较大的电流而不饱和；采用混合材料的设计，且叠片材料中没有气隙，磁芯损耗可以达到最优；线圈在结构上可以尽量靠近外表面，散热上也具有较大优势。
下面通过各个优选例，对本发明进行更为具体的说明。
实施例1
如图1所示，为单相逆变器的逆变电感示意图。
所述使用叠片带材制备的电感器，包括一中柱磁芯1、绕在该中柱磁芯1上的两线圈2、以及与中柱磁芯1两端接触的上下轭铁磁芯3，所述中柱磁芯1为方块形，所述上下轭铁磁芯3也为方块形。所述叠片卷绕回路4的底面与上下轭铁磁芯3的侧面紧贴在一起。所示中柱磁芯1和上下轭铁磁芯3的材质均为铁硅铝磁粉芯材质，所示叠片卷绕回路4的材质为非晶带材。中柱磁芯1内置一段或多段气隙，以增强电感器件的抗饱和能力。本实施例具有两个电感线圈，分别对应单相逆变器的L线和N线逆变电感。在变化例中，也可以比较简单的将两个线圈2串联，形成一个单独的电感。
实施例2
如图2所示，为双BOOST电路的升压电感示意图。
所述使用叠片带材制备的电感器，包括两中柱磁芯1、绕在该中柱磁芯1上的两线圈2、以及与中柱磁芯1两端接触的四块上下轭铁磁芯3，所述中柱磁芯1为圆柱形，所述上下轭铁磁芯3为方块形。所述叠片卷绕回路4的底面与上下轭铁磁芯3的侧面紧贴在一起，除微小安装气隙外并无设计间隙。所示中柱磁芯1和上下轭铁磁芯3的材质均为超级铁硅铝磁粉芯材质，所示叠片卷绕回路4的材质为纳米晶带材。中柱磁芯1内置一段或多段分布式气隙，以增强电感器件的抗饱和能力。由于叠片卷绕回路4所采用的纳米晶带材的导磁率一般有数万，远远高于开了气隙的中柱磁芯1所采用的超级铁硅铝磁粉芯，其导磁率一般仅为十几到二十几，相差三个数量级，所以两路升压电感之间是基本没有耦合，能够保证单独工作而不互相影响。更进一步可以设计两中柱磁芯1的磁通量方向相反，比如一个向上一个向下，以均衡磁通量，增大饱和电流。在较大功率的应用比如光伏逆变器的2路MPPT电路、通信电源的双升压电路等场合非常合适，能够在降低成本的同时提高效率。在变化例中也可以比较简单的将两个线圈串联，使得两中柱磁芯1的磁通方向相反，形成一个高效率低成本的单独电感。
实施例3
如图3所示，为三相交流逆变电感示意图。
所述使用叠片带材制备的电感器，包括三中柱磁芯1、绕在该中柱磁芯1上的三线圈2、以及与中柱磁芯1两端接触的六块上下轭铁磁芯3，所述中柱磁芯1为圆柱形，所述上下轭铁磁芯3为方块形。所述叠片卷绕回路4的底面与上下轭铁磁芯3的侧面紧贴在一起，除微小安装气隙外并无设计间隙。所示中柱磁芯1和上下轭铁磁芯3的材质均为铁硅磁粉芯材质，所示叠片卷绕回路4的材质为硅钢带材。中柱磁芯1内置一段或多段分布式气隙，以增强电感器件的抗饱和能力。由于硅钢带材的导磁率远远高于开了气隙的铁硅磁粉芯，而且图示中多个轭铁磁芯3之间有较大间隙，所谓较大间隙值是不小于2毫米的间隙，所以保证了三个线圈2之间是基本没有耦合的，实现了三相五柱逆变电感的功能，能够对零序电流实现较强的抑制作用。进一步地，图4是图3的截面示意图，因为硅钢带材的饱和磁通密度一般大于铁硅磁粉芯的饱和磁通密度，且考虑两叠片卷绕回路4的总磁通量一般比中柱磁芯1的磁通量多约15％，所以为节省成本，叠片卷绕回路4的截面Am的截面积设置为中柱磁芯1截面Ac的截面积的0.23倍。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，包括：中柱磁芯(1)、线圈(2)、轭铁磁芯(3)、叠片卷绕回路(4)；
线圈(2)绕在该中柱磁芯(1)上；
中柱磁芯(1)的两端分别接触连接有轭铁磁芯(3)；
叠片卷绕回路(4)的底面(401)贴合在多个所述轭铁磁芯(3)的侧面，
所述叠片卷绕回路(4)的底面(401)，是指和卷绕回路轴向垂直的面；
所述轭铁磁芯(3)的侧面，是指和线圈(2)轴向不垂直的面。
2.根据权利要求1所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，所述叠片卷绕回路(4)包括卷绕成闭合回路没有气隙的叠片材料。
3.根据权利要求2所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，所述叠片材料采用非晶带材、纳米晶带材或者硅钢片带材；
所述中柱磁芯(1)和轭铁磁芯(3)的材质为磁粉芯类材料；
所述中柱磁芯(1)和轭铁磁芯(3)设置有气隙；
叠片卷绕回路(4)的底面(401)与所述轭铁磁芯(3)的侧面之间无气隙。
4.根据权利要求3所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，磁粉芯类材料为铁硅磁粉芯材料、铁硅铝磁粉芯材料或者铁镍磁粉芯材料。
5.根据权利要求3所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，叠片卷绕回路(4)的截面Am截面积小于中柱磁芯(1)截面Ac的截面积的0.25倍。
6.根据权利要求1所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，所述叠片卷绕回路(4)为两个，两个叠片卷绕回路(4)分别贴合每个所述轭铁磁芯(3)中相对的侧面；
磁通穿过中柱磁芯(1)的磁芯并经由轭铁磁芯(3)后再经过叠片卷绕回路(4)完成闭合，形成闭合磁回路。
7.根据权利要求3所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，两个线圈(2)绕在一个中柱磁芯(1)上；中柱磁芯1内置一段或多段气隙；
中柱磁芯(1)和轭铁磁芯(3)的材质均为铁硅铝磁粉芯材质，叠片卷绕回路(4)的材质为非晶带材；
两个线圈(2)分别作为单相逆变器的L线和N线逆变电感；或者是，两个线圈(2)串联，形成一个单独的电感。
8.根据权利要求3所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，两个中柱磁芯(1)分别绕有一个线圈(2)；中柱磁芯(1)内置一段或多段气隙；两个中柱磁芯(1)的磁通量方向相反；
中柱磁芯(1)和轭铁磁芯(3)的材质均为超级铁硅铝磁粉芯材质，叠片卷绕回路(4)的材质为纳米晶带材；
两个线圈(2)作为双BOOST电路的升压电感线圈；或者是，两个线圈(2)串联，形成一个单独的电感。
9.根据权利要求3所述的使用叠片带材制备的电感器，其特征在于，三个中柱磁芯(1)分别绕有一个线圈(2)；中柱磁芯(1)内置一段或多段气隙；
中柱磁芯(1)和上下轭铁磁芯(3)的材质均为铁硅磁粉芯材质，叠片卷绕回路(4)的材质为硅钢带材；多个轭铁磁芯(3)之间的间隙大于等于2毫米；
三个线圈(2)作为三相交流逆变电感线圈；
叠片卷绕回路(4)的截面Am的截面积设置为中柱磁芯(1)截面Ac的截面积的0.23倍。
10.一种电子设备，包括电感器件，其特征在于，采用的电感器件包括权利要求1至9中任一种所述的使用叠片带材制备的电感器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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