CN212010657U - 一种磁集成器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁集成器件，包括磁芯柱和绕组,绕组绕制在磁芯柱上；磁芯柱和绕组的数量均为2以上的正整数，绕组以相同的方式绕制在其对应的磁芯柱上；每个绕组可增加一个次级绕组用作变压器；一对平行侧板，磁芯柱设于侧板之间；磁芯柱两端与一对侧板间可开气隙；一块两端分别抵接在一对侧板顶端的上盖；散热模块。本实用新型提供的磁集成器件，利用特殊的磁回路结构减小各相间相互耦合，减少了磁通返回路径，从而可以缩短磁芯柱之间的距离并减小器件体积，提高了磁集成器件的空间利用率；并在各相不均衡时提供磁通路；与特殊散热结构结合提高了对绕组的散热能力；提供了磁屏蔽结构，降低了对其它电路的电磁干扰。

Description

一种磁集成器件

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电技术领域，更具体地说，是涉及一种磁集成器件。

背景技术

石油作为传统能源,在现代社会被广泛应用于交通运输领域,作为汽车等交通工具的主要动力来源。但随着全球人口持续增长，汽车等交通工具保有量随之激增，石油作为一种化石能源，具有二氧化碳、二氧化硫等污染物排放量大导致环境污染，和成本不稳定、进口石油资源易造成政治依赖以及严格的燃油效率标准造成的成本、技术门槛等一系列问题。因此，寻找石油能源的替代能源来减少环境污染和控制能源成本，是当今能源领域最大的挑战之一。新能源汽车在目前能源领域具有广阔的发展前景，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。对于电动汽车而言，车载充电器和DC-DC变换器是关键的器件，而磁集成器件又是这两者的重要组成部分，随着市场对功率传输的要求逐渐增高，导致普通磁元件需要增大体积才能满足功率要求，但磁集成器件体积越大，制造成本也越高，且随着体积的增大，产热/散热比增大，磁件散热性能变差，因而导致了磁件功率密度的下降，同时大体积的磁件产生的电磁干扰对其他电路产生的影响也更严重。市面上常见的变压器磁芯结构如图1所示的PQ磁芯，EI磁芯等，均存在散热不好或漏磁大的缺陷，而传统三相变压器由于其结构特点，也存在空间利用率低的问题。

综上所述，在现有的技术中，仍然无法提供一种在满足不同功率要求的同时体积可控的磁集成器件，从而避免因磁集成器件体积增大导致的上述空间利用率低、散热差、电磁干扰严重等一系列缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁集成器件，以解决现有技术中存在的为满足功率要求需增大磁集成器件体积，从而导致空间利用率低、散热差、电磁干扰严重的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种磁集成器件，包括磁芯柱、绕组，还包括一对侧板。所述绕组绕制在所述磁芯柱上。所述磁芯柱和所述绕组的数量均为N，其中N为2以上的正整数，所述N个绕组以相同的方式绕制在其对应磁芯柱上。所述侧板相互平行且可以通磁，所述磁芯柱设于所述侧板之间。

进一步地，所述N个绕组为N个初级绕组和N个次级绕组构成的N个绕组对，所述N个次级绕组分别以相同的方式叠加绕制在所述N个初级绕组上。

进一步地，所述N个磁芯柱两端与所述一对侧板间开有气隙。

进一步地，还包括一块上盖，所述上盖两端分别抵接在所述一对侧板的顶端。

进一步地，侧板朝内一面于磁芯柱两端对应处开槽以产生气隙。

进一步地，还包括散热模块，散热模块与磁集成器件换热。

更进一步地，散热模块为具有至少一面开放的腔体的散热器，磁集成器件接在散热器腔体中，并安装在PCB板下。

更进一步地，所述散热模块为水冷散热装置，所述绕组与灌注在所述散热模块腔体中的导热胶换热。

优选地，所述绕组为铜排、膜包线、漆包线或三层绝缘线制成。

优选地，所述侧板与上盖为铁氧体、非晶或纳米晶合金材料制成，所述磁芯柱为铁氧体、铁粉芯或MPP磁芯材料制成。

本实用新型提供的磁集成器件的有益效果在于：

1、本实用新型利用了磁性耦合原理，绕有绕制方式相同的绕组的Ｎ个磁芯柱（可以带次级绕组成变压器或不带作为电感，磁芯柱可与一对侧板相接或留有气隙），在相同方向、大小的电压激励时，绕组包围的磁芯柱产生的磁通相同且能够互相抵消（作为电感时，其输出纹波电流也能够相互抵消，可以通过不同的气隙大小来调整感量及耦合系数，达到更好的磁抵消效果），相对于传统的多个单独的变压器(如UU型变压器等)，本申请提供的多相集成后的磁集成器件通过特殊的磁回路结构减少各相间相互耦合，以磁抵消减少了磁通返回路径，使得磁芯柱之间的距离可以调整，在某些对磁集成器件体积要求严格又需要提高功率的场合中，可以通过缩小磁芯柱之间的距离来减小体积，避免磁集成器件体积增大导致的一系列问题；在各相不均衡时， 该磁集成器件的结构仍能抵消部分产生的磁通，并为各相提供了磁通路，保证其能够正常工作；综上所述，在满足一定功率要求的同时，本申请提供的技术方案提高了磁集成器件的空间利用率、散热能力并且降低了其对其它电路产生的电磁干扰。

2、可设两端分别抵接于一对侧板顶端的、主要起到磁屏蔽作用的上盖，这样磁通主要由侧板与磁芯柱传递，而通过上盖的磁通很小，可以减小上盖的厚度，从而进一步减少磁集成器件的体积，同时使得磁集成器件可以安装在PCB板下，通过设置在其顶端的上盖的屏蔽作用，使磁集成器件不对其他电路产生EMI(电磁干扰)。同时侧板朝内一面于磁芯柱两端对应处还可以开槽以产生厚度差，从而使得磁集成器件在体积不变的前提下，增加了侧板朝内一面的表面积，提高了侧板的磁屏蔽效果。综上所述，本实用新型提供的技术方案使得磁集成器件在顶端朝上和面对一对侧板朝外的三个需要重点进行磁屏蔽的方向的漏磁得到了有效的屏蔽。

3、本实用新型可以带散热模块，散热模块可以为散热器，其窗口呈开放式，利用了铜的导热性大大优于磁芯的特点，使绕组直接通过散热器散热，散热性能良好，且根据情况可以使用五面散热器进行散热也可节省成本使用三面散热器；散热模块还可以采用水冷的方式进行散热，在散热模块腔体中灌上导热胶后,绕组通过导热胶依然可以很好地进行散热，且使用水冷的方式能够进一步增强其散热功能，提高功率密度。综上所述，相比传统的PQ磁芯等采用的散热结构，本实用新型有效提高了磁集成器件的散热效果。

4、本实用新型提供的磁集成器件适用于数量为2以上的Ｎ相电路，也可以自由选择磁芯柱是否带气隙以调整电感、是否带次级绕组以作为变压器或者电感，适用性、实用性和通用性强，可以一件多用，自由匹配多种电源和应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的PQ磁芯结构立体图；

图2为本实用新型实施例一提供的开气隙三相磁集成器件仰视图一；

图3为本实用新型实施例一提供的开气隙带电路板三相磁集成器件主视图二；

图4为本实用新型实施例一提供的开气隙带电路板三相磁集成器件立体图；

图5为本实用新型实施例一提供的三相场合下磁通集中第一相绕组时磁芯中磁通示意图；

图6为本实用新型实施例一提供的三相场合下磁通集中第二相绕组时磁芯中磁通示意图；

图7为本实用新型实施例一提供的三相场合下磁通集中第三相绕组时磁芯中磁通示意图；

图8为本实用新型实施例二提供的开气隙三相磁集成器件去上盖立体图；

图9为本实用新型实施例二提供的开气隙三相磁集成器件主视图；

图10为本实用新型实施例二提供的开气隙三相磁集成器件带上盖立体图；

图11为本实用新型实施例三提供的未开气隙铜排绕组三相磁集成器件立体图；

图12为本实用新型实施例四提供的未开气隙用作变压器三相磁集成器件仰视图；

图13为本实用新型实施例五提供的开气隙四相磁集成器件仰视图；

图14为本实用新型实施例六提供的开气隙双相磁集成器件仰视图；

图15为本实用新型实施例七提供的开气隙侧板开槽三相磁集成器件仰视图；

其中，图中各附图主要标记：

1-磁芯柱；2-绕组；21-初级绕组；22-次级绕组；3-侧板；4-气隙；5-上盖；6-PCB板；7-槽；8-散热器；9-铜排。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至该另一个元件上。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“侧”、“上”、“仰”、“内”、“厚”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了方便描述，定义空间上相互垂直的三个坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中X轴与Y轴为同一水平面相互垂直的两个坐标轴，Z轴为竖直方向的坐标轴；X轴、Y轴和Z轴位于空间相互垂直有三个平面分别为XY面、YZ面和XZ面，其中，XY面为水平面，XZ面和YZ面均为竖直面，且XZ面与YZ面垂直。

需注意的是，本实用新型请求保护的磁集成器件，所述N即相数的数值可为2、3、4、5、6、7、8、9、10等等2以上的正整数，出于篇幅考虑未对其所有可能的实施例进行文字与附图说明。

请一并参阅图1-7，现对本实用新型实施例一提供的磁集成器件进行详细说明。

本实用新型所述磁集成器件，包括磁芯柱1和绕组2，绕组2绕制在磁芯柱1上。具体地，磁芯柱1和绕组2的数量为N,其中N可以等于2、3、4、5、6、7、8、9、10等等。对于N相电路，N为电路的相数，N除360所得的数即为N相电路的相位差，如常用的三相电路其相数N=3，3除360得120，则三相电路的相位差即为120。同理，双相电路相位差是180，四相是90，五相是72，六相是60等等。N个绕组2以相同方式分别绕制在N个磁芯柱1上。通过选择N的数值，本实用新型提供的磁集成器件可适应多相场合，适用性、实用性和通用性强，自由匹配多种电源。本实施例取应用最为广泛的N=3即三相磁集成器件进行说明。

进一步地，当N个磁芯柱1上绕制有N个绕组2时，磁集成器件作为电感使用；也可以将N个绕组2分成N个绕组2对，具体地，以N个次级绕组22分别以相同的方式叠加绕制在N个初级绕组21上，此时磁集成器件作为变压器使用。通过选择是否增加次级绕组22，本实用新型提供的磁集成器件可适应变压器和电感两种应用场合，可以一件两用，通用性强。本实施例以不加次级绕组作为电感使用的三相磁集成器件进行说明。

进一步地，还包括一对互相平行的侧板3，磁芯柱1设于侧板3之间，具体地，可以连接于一对侧板3之间，也可以分别在其两端与一对侧板3之间开有气隙4。通过在侧板3和磁芯柱1之间的气隙4，本实用新型提供的磁集成器件可调整感量，增加了磁场稳定性并避免磁饱和现象产生，保证磁集成器件正常工作。本实施例以在磁芯柱两端和一对侧板间开气隙为例进行说明。

以上提供的磁集成器件，其整体呈对称结构。本结构利用磁性耦合原理，绕组2以相同的方式绕制在各个磁芯柱1上，在大小、方向相同的电压激励下，产生的磁通方向、大小相同，达到磁抵消的效果，进而能够减小磁集成器件的体积。若多个磁芯柱1上产生的磁通方向不同，则各绕组2产生的磁通不能相互抵消，影响性能，甚至导致饱和，无法正常工作。本实施例以实际生产中常用的三相场合为例，磁集成器件每相支路电压大小相同，相位相差120度，应用时，三相电路同时工作，且在同一时刻，其中两相电流为同方向，另外一相电流相反。

在相同方向、大小的电压激励时，绕组2包围的磁芯柱1产生的磁通相同且能够互相抵消（作为电感时，其输出纹波电流也能够相互抵消，可以通过不同的气隙4大小来调整感量及耦合系数，达到更好的磁抵消效果），比如在某一场合需要使用三个UU型变压器，使用本实施例提供的三相集成磁抵消变压器替代后，原本三个相互隔离的UU型变压器共有六个磁芯柱1，变为集成后的三个磁芯柱1，因此实现了磁抵消的同时减少了磁通返回路径，磁芯柱1之间的间距可以更紧凑。在各相不均衡时，该磁集成器件的结构仍能抵消部分产生的磁通，并为各相提供了磁通路，使其能够正常工作。

相对于传统的多个单独的变压器(如UU型变压器等)，本实用新型提供的多相集成后的磁集成器件通过磁抵消减少了磁通返回路径，使得磁芯柱1之间的距离可以调整，在某些对磁集成器件体积要求严格又需要提高功率的场合中，可以通过缩小磁芯柱1之间的距离来减小体积，避免磁集成器件体积增大导致的一系列问题，从而在满足不同功率要求的同时提高了磁集成器件的空间利用率、散热能力并且降低了其对其它电路产生的电磁干扰。

进一步地，磁集成器件还包括一块上盖5，上盖5两端分别抵接在一对侧板3的顶端，上盖5、一对侧板3在三面方向上对磁芯柱1进行磁屏蔽，控制此三个方向上的漏磁现象。具体地，磁集成器件安装于PCB板6下。通过增加两端分别抵接于一对侧板3顶端的、主要起到磁屏蔽作用的上盖5，本实用新型提供的磁集成器件其磁通主要由侧板3与磁芯柱1传递，通过上盖5的磁通很小，因而可以减小上盖5的厚度,从而进一步减少磁集成器件的体积,同时使得磁集成器件在顶端朝上和一对侧板3朝外的三个需要重点进行磁屏蔽的方向的漏磁得到了有效的屏蔽，因此，使得磁集成器件可以安装在PCB板6下，通过设置在其顶端的上盖5的屏蔽作用，使磁集成器件不对其他电路产生EMI(电磁干扰)。

请一并参阅图8-10，现对本实用新型实施例二提供的磁集成器件进行详细说明。

进一步地，本实用新型可以带散热模块，散热模块可以为具有至少一面开放的腔体的铜制散热，磁集成器件接在散热器8腔体中。散热器8窗口呈开放式，利用了铜的导热性大大优于磁芯的特点，使绕组2直接通过散热器8散热，散热性能良好，且根据情况可使用五面散热器8进行散热也可节省成本使用三面散热器8。散热模块还可以采用水冷的方式进行散热，在散热模块腔体中灌注导热胶后，绕组2通过导热胶依然可以很好地进行散热，且使用水冷方式能进一步增强其散热功能，提高功率密度。相比传统的PQ磁芯等采用的绕组2绕在磁芯内部的散热结构，本实用新型有效提高了磁集成器件的散热效果。本实施例以带五面铜制散热器的开气隙三相磁集成器件为例进行说明。

优选地，本实用新型提供的磁集成器件的磁芯材料具有多种选择方式，磁芯侧板3与上盖5除铁氧体外,还可以使用非晶、纳米晶合金等更高磁导率材料，起到减少线圈匝数的作用，进一步减小体积，而磁芯柱1除了铁氧体外，还可以使用通磁性能较强的粉芯材料，如铁粉芯，MPP磁芯等材料，其分布式气隙4能够使磁芯在饱和前承受住更大的电流，且电感值可在很宽的温度范围内保持稳定。

请参阅图11，现对本实用新型实施例三提供的磁集成器件进行详细说明。

进一步地，在满足安规要求的情况下，本磁集成器件的绕组2可以选择多种线材，如铜排9，膜包线，漆包线，三层绝缘线等，一些线材能进一步增加其散热性能。本实施例以未开气隙铜排绕组三相磁集成器件为例进行说明。

请参阅图12，现对本实用新型实施例四提供的磁集成器件进行详细说明。

本实用新型提供的磁集成器件通过配置绕组2也可以作为变压器使用，在常用三相场合，增加三个次级绕组22，分别叠加绕制在原初级绕组21上，构成变压器每相支路中的原边及副边，此时，磁集成器件由三个绕组2变为三对绕组2，故可以当做三相变压器使用，磁芯磁通相互作用，起到磁抵消作用。本实施例以未开气隙用作变压器三相磁集成器件为例进行说明。

请参阅图13，现对本实用新型实施例五提供的磁集成器件进行详细说明。

基于三相相位各差120°的磁抵消原理，本实用新型提出了四相的结构，四相磁集成结构相对三相增加一个磁芯柱1与绕制其上的绕组2，各支路电压相位相差90°，也能起到磁抵消的效果，在此基础上，还可得出其他的多相磁集成结构，如双相、五相、六相等等，使其能够满足不同的需求应用在多种场合。本实施例以开气隙四相磁集成器件为例进行说明。

请参阅图14，现对本实用新型实施例六提供的磁集成器件进行详细说明。基于三相相位各差120°的磁抵消原理，本实用新型提出双相结构，双相磁集成结构相对三相减少一个磁芯柱1与绕制其上的绕组2，各支路电压相位相差180°也能起到磁抵消的效果。本实施例以开气隙双相磁集成器件为例进行说明。

请参阅图15，现对本实用新型实施例七提供的磁集成器件进行详细说明。

本实用新型提出了另一种磁集成结构，通过在磁芯侧板3与磁芯柱1之间开有槽7以产生厚度差即气隙4，在体积不变的情况下，增加了侧板3朝内一面的表面积，使得侧板3进一步起到磁屏蔽的作用，阻止漏磁由侧板3方向向外扩散，进一步增强了其磁屏蔽性能，减少对外部电路的电磁干扰，同时增加了气隙4，其作用与上述气隙4相同。本实施例以开气隙侧板开槽三相磁集成器件为例进行说明。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁集成器件，包括磁芯柱（1）和绕组（2），其特征在于：还包括一对侧板（3），

所述绕组（2）绕制在所述磁芯柱（1）上；

所述磁芯柱（1）和所述绕组（2）的数量均为N，其中N为2以上的正整数，所述N个绕组（2）以相同的方式绕制在其对应的磁芯柱（1）上；

所述侧板（3）相互平行且可以通磁，所述磁芯柱（1）设于所述侧板（3）之间。

2.如权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于：所述N个绕组（2）为N个初级绕组（21）和N个次级绕组（22）构成的N个绕组对，所述N个次级绕组（22）分别以相同的方式叠加绕制在N个初级绕组（21）上。

3.如权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于：所述N个磁芯柱（1）两端与所述一对侧板（3）间开有气隙（4）。

4.如权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于：还包括一块上盖（5），所述上盖（5）两端分别抵接在所述一对侧板（3）的顶端。

5.如权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于：所述侧板（3）朝内一面于所述磁芯柱（1）两端对应处开槽（7）以产生气隙（4）。

6.如权利要求1-5任一项所述的磁集成器件，其特征在于：还包括散热模块，所述散热模块与所述磁集成器件换热。

7.如权利要求6所述的磁集成器件，其特征在于：所述散热模块为具有至少一面开放的腔体的散热器（8），所述磁集成器件接在所述散热器（8）腔体中，并安装在PCB板（6）下。

8.如权利要求6所述的磁集成器件，其特征在于：所述散热模块为水冷散热装置，所述绕组与灌注在所述散热模块腔体中的导热胶换热。

9.如权利要求1-5任一项所述的磁集成器件，其特征在于：所述绕组（2）为铜排（9）、膜包线、漆包线或三层绝缘线制成。

10.如权利要求9所述的磁集成器件，其特征在于：所述侧板（3）与上盖（5）为铁氧体、非晶或纳米晶合金材料制成，所述磁芯柱（1）为铁氧体、铁粉芯或MPP磁芯材料制成。

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