CN2457709Y - 具有多空气隙的电感 - Google Patents

Abstract

一种具有多空气隙的电感,其中该电感由磁心、绕线及绕线管所构成,磁心是由导磁材料所构成,以加强该绕线包封的磁通量连结,在所需要的磁路内具有至少两个空气隙的磁心,该至少两个空气隙包含在该绕线包封内部。本实用新型的优点:1、减少漏磁通,所以改进电磁干扰情况。2、减少涡流耗损,因此改进温升及效率。3、不浪费任何的绕线窗口区域,实际上不需要以任何方式改变绕线窗口。可解决电感空气隙的流苏通量的涡流耗损及电磁干扰的问题。

Description

具有多空气隙的电感

本实用新型涉及一种空气隙的电感装置，其用于储存能量，尤其是该电感使用在切换模式的功率转换电路中，其中该能量在高频下循坏，且在转换效率，热产生及电磁放射的要求相当严格。

请参考图1、图2、图3、图4，其为已有技木中具有空气隙4的电感装置，其中图1为不合绕线的分解图，图2为组合立体图，图3为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，图4为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图。在传统的具有空器隙的电感结构中，该电感是由磁心1、绕线2及线管3所构成，其中磁心1是由两E字形的铁心所构成，两铁心结合处的中间位置形成一空气隙4。

使用磁导相当大于空气的磁心1于电感中，可得到良好的电感对尺寸比及成本效应。通常，基于其它参数选择的磁心一般不会得到适当的磁导，对于该项的能量储存能力也无法达到最佳情况。必需在磁心电路中导入空气隙4以增加磁阻。但是实际上却将导致与空气隙相关的不需要的侧边效应。

空气隙4的磁阻比磁心电路中任何部份的磁阻还要大，因此产生磁动势的磁心1的整体作用在此空气隙4上。因此，空气隙4内部及其周围的磁场特别强。所以导致大量的磁通量，此磁通量不只是存在空气隙4的内部，而且在空气隙的外侧磁通量也很强。空气隙外部的磁通量称为“流苏通量”。

如果不加管制的话，将很有可能产生磁通外漏的情况，而对系统的电子装置本身或者是对于其它的系统产生电磁干扰，亦即产生EMC上的问题。

也可以使用导电屏机构遮蔽流苏通量。但不可以将导电屏机构放在太接近空气隙的位置，否则流苏通量将在导电屏机构处感应相当的涡流，而且导致不需要的温升，且因此引致效率耗损。另一方面，如果将导电屏机构置于远离空气隙处，则此导电屏机构的包覆范围必需相当得大以将散逸的流苏通量的整件包围住。但是对于现今高密度封装的电子装置而言，这种方式并不符合实际上的需要。

通常的方法是将空气隙4隐藏到绕钱包封的内部，使得由来自绕线本身的磁动势将流苏通量包含在绕线包封内，但是近空气隙的绕线部位必会接受到流苏通量，结果在绕线导体内部感应出涡流，使得产生大量的热量，而且效率也随着下降。

Litz线

使用Litz线，即细绞线，非单一实体厚线，作为绕线可减少来自空气隙的流苏通量所感应的涡流。因此可改进温度上升效应及铜损效应，但是在与实体粗线比较下，Litz线的铜使用因素相当低，使得绕线2窗口的面积必需加以扩大以适应相同截面积的Litz线。电感将需要较大的绕线管2及较大的磁心1，导致需要较长的线，因此增加铜损，而且也需要较大的磁心1，此将增加铁损。所以在功率电感上使用Litz线通常无法达到所需要的效果。

分段绕线管

可设计绕线管使得在空气隙处没有任何的绕线窗口。图5为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中采用分段绕线管设计，图6为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中采用分段绕线管设计，图式中与图1相同的组件以相同的标示表示。因此流苏通量不会切过多个铜线，而且也减少涡流耗损。因此，一部分的绕线窗口被占用，所以需要将铙线管设计得较大以补偿此向题。在此也存在上述Litz线方法中相同的问题。而且，因此没有覆盖空气隙的绕线部位，流苏通量可更进一步向外分布，而使得系统EMC性能下降。

背脊状绕线管

与分段绕线管类似，如图7、图8所示，也可以使用背脊状绕线管，可将背脊状置于绕线窗口之内，在此具有有最大的流苏通量，其中，图7为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中采用脊状绕线管设计，图8为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中采用脊状绕线管设计，图式中与图1相同的组件以相同的标示表示。所以在高流苏通量区在窗口内的绕线2必需加以限制。所以可减少感应的涡流及铜损，此方法也浪费某些绕线窗口区，但是不会比上述分段绕线管法严重，在脊状部位上的绕线2在作业上相当困难，但是在脊状上的绕线部位对流苏通量提供某些遮蔽效应。

磁屏蔽

请参考图9、图10，其中，图9为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中在空气隙上放置导电屏5，图10为已有技术中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中在空气隙4上放置导电屏5，图式中与图1相同的组件以相同的标示表示。在空气隙上放置导电屏可减少由流苏通量所走生的电磁干扰。此导电屏5可放在绕线包封内部或置于完全的电感组件的周围。导电屏可力金属箔的型式或者是一辅助线圈，此方法可解决电磁干扰的问题，但是却无法解决铜损向题。因为仍切割过导电屏5，涡流耗损仍不可避免。而且，如果该早电屏5置于线钱包封内，此导电屏将占据绕线窗口区域。由于需要扩大绕线管3及磁心1的体积，所以将导致额外的铜或铁耗损。

由上文中的说明可知，已有技木中的方法无法对涡流耗损及电磁干抗同时提出一项令人满意的解决方式。已有技木中的解决方法不是不完全，即是需要进行绕线窗口的几何形状进行相当的修改，此又对于所得到的电感装置的大小予以相当的限制。

本实用新型的目的是提供一种多空气隙的电感，其可减少漏磁通，改进电磁干抗情况，且减少涡流耗损，改进温升及效率，不浪费任何的绕线窗口区域，且不需要以任何方式改变绕线窗口。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种具有多空气隙的电感，其中该电感由磁心、绕线及绕线管所构成，磁心是由导磁材料所构成，以加强该绕线包封的磁通量连结，其特征在于：在所需要的磁路内具有至少两个空气隙的磁心，该至少两个空气隙包含在该绕线包封内部。

由电磁理论可得知对于空气隙电感产生不利效果的流苏通量效应是由两项因素产生：

·在空气隙内部规则的磁场强度：

空气隙内部的磁场强度愈弱，则对于该空气隙任意点上产生一流苏通量将变得愈弱。

·空气隙的实际长度

在一给定的磁场强度处：该空气隙的长度愈短，流苏通量可延伸的范围愈短。流苏通量所可到达的距离正比于空气隙的长度，包围有效强度的流苏通量的空气隙的体积正比于空气隙长度的立方。

由作用在空气隙上的磁动势除空气隙长度可得到规则的电磁强度。

设计理念

由上述说明可知，有可能将单一个长的空气隙分成数各短空气隙，而减少流苏通量并进而减少令人不悦的效应。由于，可将空气隙的数目增加到如n，则各短空气隙的长度可减为1/n。到磁路中的总空气隙长度则没有改交(n×(1/n)=1)，电感装置的基本磁性能没有改变。

注意在这些短空气隙中的规则磁场强度均同于原来的长空气隙。这些短空气隙的流苏通量的场型均同于原来空气隙的场型，唯大小不同。在n个短空气隙中，包含与更短空气隙相关的有效密度的流苏通量的休和因此力原末仗空气隙的(1/n3)。如果有n个短类型的短空气隙时，总流苏磁能为原长空气隙的流苏磁能n×(1/n3)=(1/n2)。即，将单一的空气隙分为两个空气隙时则总流苏磁能将减为1/4。如果分成3个时，则成为1/9，余可类推。运用此低流苏通量能量，可改进涡流耗损及电磁干扰。此为使用多个空气隙的主要优点。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为已有技木中具有空气隙的电感装置不含绕线的分解图。

图2为图1组合立体图。

图3为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图。

图4为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图。

图5为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中采用分段绕线管设计。

图6为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中采用分段绕线管设计。

图7为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中采用脊状绕线管设计。

图8为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中采用脊状绕线管设计。

图9为已有技木中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中在空气隙4上放置导电屏5。

图10为已有技木中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中在空气隙4上放置导电屏5。

图11为本实用新型具有多空气隙的电感的正向剖面图，其中空气隙4被分割成数个。

图12为本实用新型具有多空气隙的电感的侧向剖面图，其中空气隙4被分割成数个。

图13为本实用新型具有多空气隙的电感的不含绕线的分解图。

图14为本实用新型具有多空气隙的电感的组合图。

本实用新型的较佳实施例

下文中显示本实用新型中使用EE磁心的较佳实施例。请参考图11、图12、图13、图14，其中显示本发明的较佳实施例，图11为本发明中具有空气隙的电感装置的正向剖面图，其中在空气隙4被另一磁心1’分割成数个，图12为本发明中具有空气隙的电感装置的侧向剖面图，其中在空气隙4被分割成数个，图式中与图1相同的组件以相同的标示表示。其中空气隙已分为两个短的空气隙4及4’。图13示本发明中具有空气隙的电感装置的立体图，由上文中的计算空气隙流苏磁能减为原先的四分之一，对于使用类似结构的(飞返式)驰返式电感的50瓦离线转换器，当使用此结构时可将效率从88％改进到89％，即使用本实用新型时可增加1％。

本实用新型的优点：

1、减少漏磁通，所以改进电磁干扰情况。

2、减少涡流耗损，因此改进温升及效率。

3、不浪费任何的绕线窗口区域，实际上不需要以任何方式改变绕线窗口。

Claims (1)

1、一种具有多空气隙的电感，其中该电感由磁心、绕线及绕线管所构成，磁心是由导磁材料所构成，以加强该绕线包封的磁通量连结，其特征在于：在所需要的磁路内具有至少两个空气隙的磁心，该至少两个空气隙包含在该绕线包封内部。

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