CN2836195Y - 新型磁压分散分布的电感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于磁性元件制造领域，特别涉及到高频磁性元件。本实用新型提供了一种新型磁压分散分布的电感器，它包括高磁导率的磁芯、套设于磁芯中柱外围的骨架以及卷绕于骨架上的线圈，磁芯的磁芯柱上开设有空气隙，其特征在于：在开设有空气隙的磁芯柱与线圈之间设有低磁导率的辅助磁体。该装置不仅能在不增大磁芯损耗的基础上，有效减小高频时电感器的线圈涡流损耗，而且具有结构简单、便于生产的特点。

Description

新型磁压分散分布的电感器

技术领域

本实用新型属于磁性元件制造领域，特别涉及到高频磁性元件。

背景技术

电感器在电力电子功率变换器中承担储能和滤波等重要作用，其应用极为广泛。对于电感器而言，其磁势平衡特点与变压器有很大的不同。在变压器中，原边线圈电流产生的大部分磁势可以通过副边线圈电流产生的磁势平衡，磁芯仅承担很小部分的激磁磁势。但电感器的线圈电流产生的全部磁势必须由电感器的磁芯全部承担。为了能承担这一磁势且不导致磁芯饱和以及满足电感值的要求，磁芯的磁阻必须足够大。为了得到这一磁阻，可采用低磁导率的磁芯，或者采用高磁导率的磁材料加空气隙组成的磁芯结构。

低磁导率磁芯材料的电感器，如铁粉心等，由于线圈窗口磁场比较均匀，高频时线圈涡流损耗将比较低。但由于粉心磁材料在高频下的损耗密度很大，限制了其在高频和大交流工作磁通功率变换场合的应用。

而高磁导率磁材料加空气隙的电感器磁芯结构，在高频功率应用场合使用时，虽然磁芯的高频损耗密度较低，但由于线圈窗口的磁场分布很不均匀，故导致高频下线圈涡流损耗急剧增加。如图1所示，(a)为由集中空气隙和高磁导率磁芯构成的简单单气隙电感器结构，它由磁芯1、骨架2和线圈3构成，磁芯的磁芯柱11上开设有空气隙4；(b)为(a)的线圈窗口磁通分布示意图，图中41为主磁通，42为扩散磁通，43为旁路磁通。由图中可看出，由于电感器磁压集中于空气隙4，使得磁通42、43扩散到线圈窗口内，从而导致高频时线圈涡流损耗很大。

因此，工作在高频而且大交流磁通下的电感器成为电力电子高频功率变换领域研究和应用的一个主要问题。要解决这个难题，一方面要积极开发适用于高频的粉心材料，如非晶、超微晶、纳米晶等磁材料，以降低磁芯损耗，但目前这些材料的高频损耗特性以及价格还不尽人意；另一方面要从降低线圈高频涡流损耗入手，如通过线圈形状和磁芯窗口形状的设计，通过引入准分布气隙{如图2(c)所示，把高频电感器的大气隙分为几个小气隙44}，或分布气隙{如图2(d)所示，采用低磁导率磁材料45代替大气隙}，以及通过气隙的交错布置{如图2(e)所示，46为交错布置的气隙}等，都可在一定程度上减小高频时电感器的线圈涡流损耗。但是，这些方法都在不同程度上使得线圈和磁芯的加工工艺变得复杂，往往都需要根据客户的要求设计或制造非标准化的骨架或磁芯，都有它们的局限性。

由于扩散进入电感器线圈窗口的磁通是由于磁压集中分布引起的，因此为减少进入线圈窗口磁通，降低线圈涡流损耗的关键在于使电感器的磁压尽可能分散分布。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型磁压分散分布的电感器，该装置不仅能在不增大磁芯损耗的基础上，有效减小高频时电感器的线圈涡流损耗，而且具有结构简单、便于生产的特点。

本实用新型的技术方案是这样构成的，它包括高磁导率的磁芯、套设于磁芯中柱外围的骨架以及卷绕于骨架上的线圈，磁芯的磁芯柱上开设有空气隙，其特征在于：在开设有空气隙的磁芯柱与线圈之间设有低磁导率的辅助磁体。

本实用新型由于在开设有空气隙的磁芯柱与线圈之间设有低磁导率的磁体，引入了由低磁导率磁材料构成的辅助磁路。该辅助磁路的引入和合理的设计使得开集中空气隙的电感器中线圈窗口的磁压分布趋向均匀化，从而均匀了线圈区域的磁场分布，显著减小了高频线圈的涡流损耗。同时，由于电感器的主磁通没有经过低磁导率辅助磁路，故不会引起磁芯损耗的明显增加。此外，由于只需在磁芯柱与线圈之间增加辅助磁体，不需要对标准化的磁芯进行特殊的设计或加工制作，因此具有结构简单、便于生产的特点。

附图说明

图1是已有的一种电感器结构图，图中：(a)为由集中空气隙和高磁导率磁芯构成的简单单气隙电感器结构图，(b)为(a)的线圈窗口磁通分布示意图。

图2是已有的另一种电感器结构图，图中：(c)为准分布气隙磁压分布电感器结构图，(d)为分布气隙磁压分布电感器结构图，(e)为交错气隙磁压分布电感器结构图。

图3是本实用新型磁压分散分布的电感器结构图。

图4为图3的A-A剖视图。

图5为图1和图3两种电感器结构沿电感器内层线圈导体表面的磁场分布曲线对比示意图(辅助磁体磁导率比较低)，图中：81为本实用新型电感器内层线圈导体表面的磁场分布曲线，82为没有采用辅助磁体但参数相同的简单单气隙电感器内层线圈导体表面的的磁场分布曲线。

图6为图1和图3两种电感器结构沿电感器内层线圈导体表面的磁场分布曲线对比示意图(辅助磁体磁导率比较高)，图中：83为本实用新型电感器内层线圈导体表面的磁场分布曲线，84为没有采用辅助磁体但参数相同的简单单气隙电感器内层线圈导体表面的的磁场分布曲线。

具体实施方式

本实用新型包括高磁导率的磁芯5、套设于磁芯中柱51外围的骨架6以及卷绕于骨架上的线圈7，磁芯的磁芯柱上开设有空气隙8(气隙可开设于磁芯中柱上或磁芯边柱上或两者上都有)，其特征在于：在开设有空气隙的磁芯柱与线圈之间设有低磁导率的辅助磁体9。

如图3所示，5为高磁导率材料磁芯，8为磁芯的集中空气隙，辅助磁体9为低磁导率磁材料，91和92为磁体9上、下端面距磁芯线圈窗口上下端面的气隙。在新结构中，通过引入辅助磁体为电感器构造了一条辅助磁路，电感器磁势将沿两条不同的磁路路径分布，即由磁芯5与集中空气隙8构成的主磁路52以及由气隙91、92、辅助磁体9和磁芯5构成的辅助磁路53。对于主磁路，电感器磁势仍集中降在空气隙8上。由于主磁路52的磁阻要比辅助磁路53小得多，因此主磁路中通过的磁通仍为主磁通，储存了电感器的绝大部分能量。而对于辅助磁路，电感器的磁势则被分散地降于气隙91、92以及辅助磁体9上，这就大大均匀了沿磁芯柱高度方向上的磁压分布，也就减小了线圈涡流损耗，如图5所示，81的磁场分布比82均匀得多。同时由于低磁导率材料构成的辅助磁路的磁阻比较大，不经过主磁通，且辅助磁体薄、体积很小，故由辅助磁体增加的损耗很小。

辅助低磁导率磁体不能认为是对主磁路扩散磁通的屏蔽，否则不能正确设计该新型结构。因为如果辅助磁体作用为屏蔽，那么应该是磁导率越高越好，但当磁体的磁导率太高时，磁体只是把空气隙8附近线圈的涡流损耗转移到气隙91、92附近的线圈上而已，不会使磁压分布趋于均匀，如图6所示，83的磁场分布不比84均匀。

实施例一：所述的辅助磁体为贴覆于骨架表面上或设于骨架内的磁膜。所述的磁膜为柔性的。

实施例二：所述的辅助磁体为设于骨架表面的管状薄壁。

实施例三：所述的辅助磁体直接由低磁导率的材料制成的骨架构成。

本实用新型不仅能有效减小高频时电感器的线圈涡流损耗，而且不会增大磁芯损耗，此外还具有结构简单，便于生产的特点，具有很大的推广应用价值。

Claims (5)

1.一种新型磁压分散分布的电感器，包括高磁导率的磁芯(5)、套设于磁芯中柱(51)外围的骨架(6)以及卷绕于骨架上的线圈(7)，磁芯的磁芯柱上开设有空气隙(8)，其特征在于：在开设有空气隙的磁芯柱与线圈之间设有低磁导率的辅助磁体(9)。

2.根据权利要求1所述的新型磁压分散分布的电感器，其特征在于：所述的辅助磁体为贴覆于骨架表面上或设于骨架内的磁膜。

3.根据权利要求2所述的新型磁压分散分布的电感器，其特征在于：所述的磁膜为柔性的。

4.根据权利要求1所述的新型磁压分散分布的电感器，其特征在于：所述的辅助磁体为设于骨架表面的管状薄壁。

5.根据权利要求1所述的新型磁压分散分布的电感器，其特征在于：所述的辅助磁体直接由低磁导率的材料制成的骨架构成。

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