CN202487347U

CN202487347U - 一种磁芯结构以及具有该磁芯结构的电抗器

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Publication number: CN202487347U
Application number: CN2012201175870U
Authority: CN
Inventors: 朱勇; 庞雷宇; 位云峰; 王亚寒
Original assignee: 艾默生网络能源有限公司
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-26

Abstract

本实用新型涉及一种磁芯结构以及具有该磁芯结构的电抗器，该磁芯结构包括由金属磁粉芯和硅钢构成的磁路；该电抗器包括上述磁芯结构，以及环绕所述磁路的多匝线圈。本实用新型的磁芯结构综合了硅钢的高磁导率和金属磁粉芯均匀气隙、损耗小、噪声低的各自优点，将它们共同建立在同一磁路上，可以在满足电感量要求的前提下降低具有该磁芯的电抗器的损耗、降低噪声、减小电抗器的整体尺寸。

Description

一种磁芯结构以及具有该磁芯结构的电抗器

技术领域

本实用新型涉及电抗器及其磁芯结构，更具体地说，涉及一种磁粉芯与硅钢在同一磁路的磁芯结构，以及具有该磁芯结构的电抗器。

背景技术

电抗器，也称之为电感器，在传统的UPS等逆变器中，单相或三相电抗器的磁芯一般由硅钢或磁粉芯等单一材质构成。

如图1所示，为采用硅钢制作的电抗器的磁芯1，由于硅钢的磁导率高，初始磁导率在5000以上，采用较少的线圈匝数，在磁芯的中柱加分段气隙11等方式，即可做到所要求的电感值。但由于气隙11集中在中柱的几个位置上，导致磁芯的整体损耗较大，声频范围的噪音大，需要降低工作磁通密度才可以降低噪音。

如图2所示，为采用金属磁粉芯制作的电抗器的磁芯2，一般采用较小的磁粉芯长方体棒21拼接成较大的尺寸的磁芯2。这种磁芯结构使得气隙均匀分布在整个磁路中，磁芯2的整体损耗和噪音都相对较小，但由于金属磁粉芯的导磁率较低，有效磁导率为10～125，相同的线圈匝数，只能获得较小的电感量，为了获得足够的电感量，需要增加磁芯的结构尺寸才可以达到要求的电感量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的电抗器的磁芯存在的上述缺陷，提供一种磁芯结构以及具有该磁芯结构的电抗器，在该磁芯结构中，由金属磁粉芯和硅钢组合构成磁路，可以降低磁芯的损耗、降低噪音，减小磁芯的整体尺寸。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种磁芯结构，包括由金属磁粉芯和硅钢构成的磁路。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述磁芯结构包括至少两根由金属磁粉芯制成中柱、以及由硅钢制成的上厄和下厄，所述上厄位于所述中柱的上端，所述下厄位于所述中柱的下端，所述中柱、上厄和下厄构成所述磁路，在同一所述磁路中，所述金属磁粉芯和硅钢的磁通密度相当。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述磁芯结构包括三根中柱。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述上厄贴在所述中柱的上端的端面上，所述下厄贴在所述中柱的下端的端面上。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述上厄位于两个所述中柱的上端之间，所述下厄位于两个所述中柱的下端之间。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述中柱由金属磁粉芯棒粘接而成。

在本实用新型所述的磁芯结构中，所述上厄和下厄由硅钢片层叠而成。

本实用新型还提供了一种电抗器，包括如以上所述磁芯结构，以及环绕所述磁路的多匝线圈。

实施本实用新型的磁芯结构以及具有该磁芯结构的电抗器，具有以下有益效果：本实用新型的磁芯结构综合了硅钢的高磁导率和金属磁粉芯均匀气隙、损耗小、噪声低的各自优点，将它们共同建立在同一磁路上，可以在满足电感量要求的前提下降低具有该磁芯的电抗器的损耗、降低噪声、减小电抗器的整体尺寸。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有的采用硅钢材质的磁芯的示意图；

图2是现有的采用金属磁粉芯材质的磁芯的示意图；

图3是无气隙的电抗器的示意图；

图4是无气隙的电抗器的电路原理图；

图5是带有集中气隙的电抗器的示意图；

图6是带有集中气隙的电抗器的电路原理图；

图7是本实用新型的磁芯的磁路原理图；

图8是本实用新型的磁芯结构的第一实施例的示意图；

图9是本实用新型的磁芯结构的第二实施例的示意图；

图10是本实用新型的磁芯结构的第三实施例的示意图；

图11是本实用新型的磁芯结构的第四实施例的示意图；

图12是具有本实用新型磁芯结构的电抗器的电感与现有的电抗器的电感对比图。

具体实施方式

如图3和图4所示，为无气隙的电抗器的示意图及其电路原理图，在一环形磁芯磁导率为μ的磁芯上，环的截面积A，平均磁路长度为l，绕有N匝线圈。在线圈中通入电流I，在磁芯建立磁通。同时假定环的内径与外径相差很小，环的截面上磁通是均匀的。根据安培环路定律可知：

F＝NI＝Hl＝Bl/μ＝φl/μA＝φR_m

R_m称为磁路的磁阻，与电阻的表达式相似，正比于路的长度l，反比于截面积A和材料的磁导率μ；其倒数称为磁导：G_m＝1/R_m＝μA/l。

无气隙电抗器的磁芯内部会产生涡流，在硅钢材质的磁芯内尤为明显，导致损耗比较大。

如图5和图6所示，为带有集中气隙的电抗器的示意图及其电路原理图，电抗器的磁路是由磁芯材料和空气隙构成，其磁阻为：R_c＝(l-δ)/μA。这种集中气隙的电抗器具有噪声比较大的缺点。

参看图7，为了克服无气隙磁芯结构的电抗器和带有集中气隙磁芯结构的电抗器的缺点，本实用新型提出了一种采用硅钢31和金属磁粉芯32组合构成磁路的磁芯结构，硅钢31和金属磁粉芯32的磁通密度相当，也即二者的磁通密度大致相同。为了达到相同的磁材与空气隙组合的磁阻Rc，在磁路的其中一部份中采用均匀气隙化的金属磁粉芯32进行优化使用，这样将空气隙均匀分布在其中，再与磁路中的其它部份组合形成等同Rc的磁阻。由此降低分段空气隙或局部空气隙给线圈带来的涡流损耗以及气隙自身的损耗，并有效降低工作噪声。需要理解的是，同一磁路中的硅钢31和金属磁粉芯32的磁通密度可以大致相同，也可以不同，作为优选，同一磁路中的硅钢31和金属磁粉芯32的磁通密度大致相同，这样可以使硅钢31和金属磁粉芯32的性能能够充分利用。

以上介绍了本实用新型的磁芯结构的原理，下面结合附图详细介绍本实用新型的磁芯结构是如何实施的。

如图8所示，为本实用新型的磁芯结构的第一实施例的示意图，其为三相电抗器的磁芯结构。参看图8，该磁芯结构100包括三根由金属磁粉芯制成的中柱110、以及由硅钢制成的上厄120和下厄130，上厄120位于中柱110的上端，下厄130位于中柱110的下端，中柱110、上厄120和下厄130构成磁路，中柱110、上厄120和下厄130的磁通密度相当。在本实施例中，中柱110采用多个金属磁粉芯棒111粘接而成，金属磁粉芯棒111呈长方体，可以灵活的粘接出各种尺寸的中柱110。上厄120和下厄130则由硅钢片层叠而成。上厄120贴在中柱110的上端的端面上，下厄130则贴在中柱110的下端的端面上。

如图9所示，为本实用新型的磁芯结构的第二实施例的示意图，也是三相电抗器的磁芯结构。参看图9，本实施例的磁芯结构100的中柱110与第一实施例的磁芯结构的中柱110的结构相同，都是由金属磁粉芯棒110粘接而成的。在本实施例中，上厄120和下厄130的位置与第一实施例有所不同，在本实施例中，上厄120具有两个，分别位于中柱110的上端之间，下厄130也为两个，分别位于中柱110的下端之间，上厄120和下厄130都是由硅钢片层叠而成。

需要理解的是，本实用新型的磁芯结构并不局限与三相电抗器的磁芯结构，同样也可以做成单相电抗器的磁芯结构。

如图10所示，为本实用新型的磁芯结构的第三实施例的示意图，该实施例的磁芯结构都为单相电抗器的磁芯结构，其包括两根中柱110、上厄120和下厄130，构成口字形的磁路，中柱110采用多个金属磁粉芯棒111粘接而成，上厄120和下厄130与中柱110的位置关系与第一实施例的磁芯结构相同，不再赘述。

如图11所示，为本实用新型的磁芯结构的第四实施例的示意图，该实施例的磁芯结构都为单相电抗器的磁芯结构，其包括两根中柱110、上厄120和下厄130，构成口字形的磁路，中柱110采用多个金属磁粉芯棒111粘接而成，上厄120和下厄130与中柱110的位置关系与第二实施例的磁芯结构相同，不再赘述。

本实用新型中的金属磁粉芯是由金属或合金软磁粉粒与绝缘材料混合压制而成的软磁材料，例如FeSi磁粉芯，是利用FeSi粉末和绝缘材料混合压制而成的。

本实用新型的电抗器是在本实用新型的磁芯结构上缠绕多匝线圈而成，具有损耗小、噪声低、体积小等优点。

为了验证本实用新型的磁芯结构以及电抗器的性能，分别制作尺寸相同的硅钢、FeSi金属磁粉芯、FeSi金属磁粉芯和硅钢组合体三款磁芯，在相同的条件下，线包相同，测试环境相同，采用电抗法进行分别测试电感量，得到如下数据：

图12为由以上数据绘制的对比图，由图12以及以上数据，可以很容易的看出，在同样尺寸，同样的条件下，本实用新型的电抗器具有更高的电感量，本实用新型的磁芯结构以及电抗器的性能明显的优于现有的磁芯结构以及电抗器。

本实用新型的磁芯结构综合了硅钢的高磁导率和金属磁粉芯均匀气隙、损耗小、噪声低的各自优点，将它们共同建立在同一磁路上，可以在满足电感量要求的前提下降低具有该磁芯的电抗器的损耗、降低噪声、减小电抗器的整体尺寸。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims

1.一种磁芯结构，其特征在于，包括由金属磁粉芯和硅钢构成的磁路。

2.根据权利要求1所述的磁芯结构，其特征在于，所述磁芯结构包括至少两根由金属磁粉芯制成中柱（110）、以及由硅钢制成的上厄（120）和下厄（130），所述上厄（120）位于所述中柱（110）的上端，所述下厄（130）位于所述中柱（110）的下端，所述中柱（110）、上厄（120）和下厄（130）构成所述磁路，在同一所述磁路中，所述金属磁粉芯和硅钢的磁通密度相当。

3.根据权利要求2所述的磁芯结构，其特征在于，所述磁芯结构包括三根中柱（110）。

4.根据权利要求2或3所述的磁芯结构，其特征在于，所述上厄（120）贴在所述中柱（110）的上端的端面上，所述下厄（130）贴在所述中柱（110）的下端的端面上。

5.根据权利要求2或3所述的磁芯结构，其特征在于，所述上厄（120）位于两个所述中柱（110）的上端之间，所述下厄（130）位于两个所述中柱（110）的下端之间。

6.根据权利要求2所述的磁芯结构，其特征在于，所述中柱（110）由金属磁粉芯棒（111）粘接而成。

7.根据权利要求2所述的磁芯结构，其特征在于，所述上厄（120）和下厄（130）由硅钢片层叠而成。

8.一种电抗器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述磁芯结构，以及环绕所述磁路的多匝线圈。