CN220543731U - 磁性元件 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁性元件。磁性元件包括：磁芯和绕组结构，所述磁芯包括位于所述磁芯中部的磁芯中柱，所述绕组结构包括多层导线，所述多层导线沿所述磁芯中柱的周向卷绕在所述磁芯中柱的外侧，所述多层导线相邻的两层并排设置且相对固定。本申请的磁性元件能够减少磁性元件的损耗功率。

Description

磁性元件

技术领域

本申请涉及电气领域，具体而言，涉及一种磁性元件。

背景技术

随着开关电源对体积要求的提高，对磁性元器件的扁平化和小型化也同时提出了要求，而提高磁性元器件的工作效率能够有效减小磁性元器件的体积，但高频下由于邻近效应、趋肤效应以及边缘效应的影响，磁性元器件会产生更大的损耗。

实用新型内容

本申请提供了一种磁性元件，能够减少磁性元件的损耗功率。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请的一方面，提供了一种磁性元件，包括：

磁芯，所述磁芯包括位于所述磁芯中部的磁芯中柱；

绕组结构，所述绕组结构包括多层导线，所述多层导线沿所述磁芯中柱的周向卷绕在所述磁芯中柱的外侧，所述多层导线相邻的两层并排设置且相对固定。

可选的，所述绕组结构为双层导线。

可选的，所述多层导线中的至少一层为扁导线，所述扁导线在第一方向上的尺寸大于所述扁导线在第二方向上的尺寸，其中，所述第一方向与所述磁芯中柱的轴向平行，所述第二方向与所述磁芯中柱的径向平行。

可选的，所述多层导线在所述第二方向所在的平面内，沿所述磁芯中柱的周向层叠卷绕在所述磁芯中柱的外侧。

可选的，所述多层导线包括卷绕部及位于所述卷绕部两端的初始端和末尾端，所述卷绕部上具有卷绕重叠处；

在所述多层导线层叠卷绕状态下，所述卷绕重叠处与所述初始端位置重叠，

且所述末尾端也与所述初始端位置重叠，所述初始端、所述卷绕重叠处和所述末尾端中的至少两处具有沿所述第一方向相反的开槽。

可选的，沿所述第二方向，所述开槽的深度小于等于所述多层导线宽度的二分之一。

可选的，所述开槽的至少一个外侧槽角为倒角。

可选的，所述初始端和所述末尾端都具有所述开槽，所述初始端和所述末尾端的所述开槽的槽口朝向相对。

可选的，所述多层导线外侧覆盖有绝缘层。

可选的，所述多层导线的初始端和末尾端各自固定连接有引出线，所述引出线用于将感生电流引出。

本申请提供的一种磁性元件，通过多层导线的绕组结构，相比与原有的导线来说，多层导线将原有导线分割成多层，每一层的厚度都小于原有导线整体的厚度。而趋肤效应是电流集中在导线的“皮肤”处，导线内部的实际电流很小。本申请中的多层导线，电流会集中在每一层导线的皮肤处，由于每一层导线的厚度变小，实际电流很小的导线内部厚度也会变小，电阻相应减小。并且，电流从只能在原有导线整体的“皮肤”处流动，变成可以在多层导线每一层的“皮肤”处流动，所以整体的导线利用率也提高了。本申请的方案可以减少磁性元件的损耗功率，以及提高导线的利用率。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的磁芯结构示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的磁性元件结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的绕组结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的绕组结构的多层导线展开图；

图5是绕线圈数与工作频率关系的公式。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个，若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”、“顶部”、“底部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

根据图5公式，可知，工作频率f增大，绕线圈数N_p就会减少，磁性元件的体积就会相应减小。但是高频下电流的趋肤效应会增大磁性元件的功率损耗。而趋肤效应是指，当导线中有交流电或者交变电磁场时，导线内部的电流分布不均匀，电流集中在导线的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导线外表的薄层，越靠近导线表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小，导线的有效截面积减少，结果会使导线的电阻增加，使磁性元件的损耗功率也增加。

请参考图1至图3，本申请提供了一种磁性元件，可以是变压器或电感器，磁性元件包括磁芯1和绕组结构2。磁芯1包括位于磁芯中部的磁芯中柱111，磁芯中柱111可以是圆柱形或长方体形等形状，本申请以圆柱形的磁芯中柱为例进行说明。磁芯还包括为绕组结构提供绕组空间的110。

绕组结构2包括多层导线，多层导线可以理解为将原有的导线分割为多层，多层导线沿磁芯中柱111的周向卷绕在磁芯中柱111的外侧，卷绕方式可以是在磁芯中柱111的外侧沿磁芯中柱111的轴向以螺旋的方式卷绕，又或者沿磁芯中柱111的径向以层层相叠的方式向外卷绕等，卷绕方式在此不做限定。多层导线相邻的两层并排设置且相对固定，可以理解为多层导线每两层之间是并排平行设置，并且每层之间相对固定，例如可以是将每两层的线端焊接在一起，又或者是每两层之间利用绝缘胶粘接在一起等。

本申请提出的绕组结构2由多层导线构成，相比与原有的导线来说，多层导线将原有导线分割成多层，每一层的厚度都小于原有导线整体的厚度。而趋肤效应是电流集中在导线的“皮肤”处，导线内部的实际电流很小。本申请中的多层导线，电流会集中在每一层导线的皮肤处，由于每一层导线的厚度变小，实际电流很小的导线内部厚度也会变小，导线的有效截面积增大，电阻相应减小。本申请的方案可以增大导线的有效截面积，从而减少磁性元件的损耗功率。

在一实施例中，请参考图3，绕组结构2为双层导线，理论上来说，多层导线分的层数越多，磁性元件的损耗功率越小。但是在实际生产过程中，多层导线每一层导线之间的间隙不能忽略不计，多层导线的分层越多间隙所占的空间也越多，多层导线卷绕在磁芯窗口112，间隙越多，磁芯窗口112的利用率就会降低。所以将绕组结构2做成双层导线，既可以减少磁性元件的损耗功率，又可以最大程度减少每层导线之间的间隙对磁芯窗口112利用率的影响。

常用的导线为截面为圆形的导线，在一实施例中，请参考图2，多层导线中的至少一层为扁导线，扁导线在第一方向x上的尺寸大于扁导线在第二方向y上的尺寸，其中第一方向与磁芯中柱111的轴向平行，第二方向与磁芯中柱111的径向平行。对于实现同样的频率所需的导线空间，扁导线所需的空间小于截面为圆形的导线所需的空间，所以可以知道，本申请的多层导线至少一层为扁导线，可以减少多层导线整体所占的空间，进一步减小绕组结构所占的空间，进而的实现磁性元件的小型化。例如双层导线都是扁导线，具体的可以是扁铜线，能够大幅度的减少绕组结构所占的空间。

在一其他实施例中，如图3所示，多层导线在第二方向y所在的平面内进行卷绕，并且沿磁芯中柱111的周向层叠卷绕在磁芯中柱111的外侧。可以理解为多层导线是在磁芯中柱111径向所在的平面内层层相叠的由内向外的卷绕。由于扁导线在第一方向x上的尺寸相比于磁芯中柱111是比较大的，如果扁导线向上螺旋卷绕，会占用大量第一方向x上的空间。而本实施例的方案，在第二方向y所在的平面内进行层叠卷绕，可以降低绕组结构的高度，从而进一步实现磁性元件的扁平化。在一实施例中，多层导线为扁铜线，扁铜线在第二方向y所在的平面内进行层叠卷绕2圈以上，可以是2圈、3圈、4圈等。具体可以根据制造过程中所需电气参数进行设计。

在一实施例中，请参考图3和图4，多层导线包括卷绕部210以及位于卷绕部210两端的初始端220和末尾端230。卷绕部210上具有卷绕重叠处211。多层导线层叠卷绕的状态下，卷绕重叠处211与初始端220位置重叠，并且末尾端230也与初始端220位置重叠。也就是说初始端220、卷绕重叠处211和末尾端230三处位置重叠，并且至少两处具有沿所述第一方向x开口相反的开槽300。多层导线是具有柔性的，并且三处重叠部分会产生厚度叠加。当进行卷绕时，由于具有至少两处开口相反的开槽300，所以在与第一方向x垂直的第二方向y上，初始端220、卷绕重叠处211和末尾端230三处中，至少两处的开槽部分是没有厚度叠加的，可以有效减少重叠处的厚度进而减少绕组结构2所占的空间。磁芯1还包括磁芯窗口112，多层导线位于磁芯窗口112内卷绕，本实施例可以节省磁芯窗口112的空间，其中卷绕重叠处211的数量等于多层导线卷绕的圈数减一，可以是一个或多个。

在一实施例中，沿第一方向x，开槽300的深度小于等于多层导线宽度的二分之一。可以减少开槽300处由于开槽后多层导线剩余的宽度过小，造成的电流密度过大，从而导致开槽300处发热严重，影响多层导线的性能。具体的，开槽300的深度可以是多层导线宽度的三分之一、四分之一、五分之一等。在一实施例中，初始端220、卷绕重叠处211和末尾端230三处都具有开槽300，且初始端220和卷绕重叠处211具有方向相同的开槽，而末尾端230具有与初始端220和卷绕重叠处211方向相反的开槽，并且开槽300的深度为多层导线宽度的二分之一，当进行卷绕时，初始端220和卷绕重叠处211的开槽叠加在一起，末尾端230的未开槽部分与初始端220和卷绕重叠处211叠加的开槽部分嵌合，消除了末尾端230对三处重叠处的厚度叠加，使得三处重叠处与其他部分的厚度相同。

在一其他实施例中，开槽300的的至少一个外侧槽角为倒角R1，可以防止人工卷绕过程中割伤手指，倒角R1的半径可以是1mm至4mm，具体可以是1mm、2mm、3mm等。开槽的长度可以是5mm至15mm，具体可以是5mm、8mm、10mm、15mm等，本实施例采用的开槽的长度为10mm，使用整数，方便标准化制造。

在一实施例中，多层导线外侧覆盖有绝缘层，能够实现多层导线的绝缘。绝缘层可以是绝缘胶带或绝缘涂层等，具体的可以采用聚酰亚胺胶带，绝缘层的厚度可以是0.015mm至0.035mm，具体可以是0.015mm、0.025mm、0.030mm等。

在一实施例中，多层导线的初始端220和末尾端230各自固定连接有引出线400，引出线400可以是金属线或金属片等能够导电的材料，引出线400用于将绕组结构2根据磁芯中柱111的交变磁场产生的感生电流引出，并于其他电气元件相连接。引出线400可以是垂直连接在初始端220和末尾端230的开槽处，引出线400折叠后与其他电气元件连接，将感生电流引出。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种磁性元件，其特征在于，包括：

磁芯，所述磁芯包括位于所述磁芯中部的磁芯中柱；

绕组结构，所述绕组结构包括多层导线，所述多层导线沿所述磁芯中柱的周向卷绕在所述磁芯中柱的外侧，所述多层导线相邻的两层并排设置且相对固定。

2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述绕组结构为双层导线。

3.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述多层导线中的至少一层为扁导线，所述扁导线在第一方向上的尺寸大于所述扁导线在第二方向上的尺寸，其中，所述第一方向与所述磁芯中柱的轴向平行，所述第二方向与所述磁芯中柱的径向平行。

4.如权利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述多层导线在所述第二方向所在的平面内，沿所述磁芯中柱的周向层叠卷绕在所述磁芯中柱的外侧。

5.如权利要求4所述的磁性元件，其特征在于，所述多层导线包括卷绕部及位于所述卷绕部两端的初始端和末尾端，所述卷绕部上具有卷绕重叠处；

在所述多层导线层叠卷绕状态下，所述卷绕重叠处与所述初始端位置重叠，且所述末尾端也与所述初始端位置重叠，所述初始端、所述卷绕重叠处和所述末尾端中的至少两处具有沿所述第一方向开口相反的开槽。

6.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于，沿所述第一方向，所述开槽的深度小于等于所述多层导线宽度的二分之一。

7.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于，所述开槽的至少一个外侧槽角为倒角。

8.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于，所述初始端和所述末尾端都具有所述开槽，所述初始端和所述末尾端的所述开槽的槽口朝向相对。

9.如权利要求1至8任一项所述的磁性元件，其特征在于，所述多层导线外侧覆盖有绝缘层。

10.如权利要求5至8任一项所述的磁性元件，其特征在于，所述多层导线的初始端和末尾端各自固定连接有引出线，所述引出线用于将感生电流引出。