TW201537594A

TW201537594A - 磁性元件及其鐵芯

Info

Publication number: TW201537594A
Application number: TW103126154A
Authority: TW
Inventors: Zeng-Yi Lu; shao-hua Zhu; wei-long Xia; Jin-Fa Zhang
Original assignee: Delta Electronics Shanghai Co
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150270049A1; CN103903836A

Abstract

本發明公開了一種磁性元件，包括相對設置的兩個鐵芯，以及設置於兩個鐵芯之間的導電繞組，該兩個鐵芯之間具有氣隙，該兩個鐵芯至少其中之一包括複數個接合面以及複數個凸台，接合面用於與其相對的鐵芯相接合，複數個凸台設置於該接合面上，以對與其相對的鐵芯產生機械支撐；其中，該些凸台具有一高度尺寸，該高度尺寸用來控制該氣隙的大小。本發明通過在鐵芯的接合面上設置凸台，實現了氣隙分散在鐵芯的所有磁柱上，有效地減小了電感量的公差範圍，提高了磁性元件的一致性。

Description

磁性元件及其鐵芯

【0001】

本發明涉及一種磁性元件，具體地說，是涉及磁性元件的鐵芯。

【0002】

在電感和變壓器等磁性元件中，氣隙是磁路中一個非常重要的組成部分，它對磁性元件的電感值、飽和電流、頻率特性都有很大的影響。因此構成氣隙的材質、尺寸、位置、粘接強度是磁性元件生產中需要重點控制的物件。

【0003】

現有帶氣隙的磁性元件的鐵芯常採用鐵氧體材料，材質硬且脆，形狀上普遍採用三個磁柱（即三個接觸面）的EI、EE、EQ、RM等的鐵芯結構。為獲得較小公差的電感量，通常將氣隙設置在鐵芯中柱，並通過磨床機器來研磨氣隙以使中柱低於外側兩個磁柱的接觸面，公差大小一般可控制在正負5%以內。中柱上形成的氣隙為單一的氣隙，而單一的氣隙會使得磁場過於聚集，氣隙形成的擴散磁通會帶來強烈的繞組交流損耗，導致磁性元件發熱和效率下降。

【0004】

為了減小氣隙的擴散磁通，可將集中於鐵芯中柱的氣隙分散設置在三個不同磁柱上。在現有做法上，常使用絕緣片(如Mylar)的厚度來控制氣隙的大小，如圖1所示，磁性元件的鐵芯分別採用鐵芯20（為EQ型）和鐵芯10（為I型），導電繞組40採用PCB結構，在EQ鐵芯與I鐵芯之間的接合面上設置有Mylar片30，鐵芯兩邊柱面積基本相同。圖1中的邊柱氣隙對應鐵芯截面積為AA，通過Mylar片的厚度來控制EQ鐵芯和I鐵芯的間隙距離(即氣隙大小)以控制電感量大小，採用此種方式形成的三個氣隙的大小基本相同。採用絕緣片(如Mylar片)來實現氣隙分散在三個磁柱上，相比於集中氣隙，減低了氣隙的擴散磁通損耗，可獲得更高的效率。但受限於Mylar的厚度公差，這種做法的磁性元件的電感公差範圍在正常情況下會達到正負25%或以上，給電源產品的一致性帶來極大的困難，並影響電路的可靠性和穩定性。

【0005】

本發明所要解決的技術問題是，提供一種鐵芯，以有效減小電感量的公差範圍，並獲得分散的氣隙結構。

【0006】

為了實現上述目的，本發明的鐵芯，包括複數個接合面以及複數個凸台。該些接合面用於與另一鐵芯相接合；該些凸台設置於該些接合面上，以對該另一鐵芯產生機械支撐；其中，該鐵芯與該另一鐵芯之間具有氣隙，該些凸台具有一高度尺寸，該高度尺寸用來控制該氣隙的大小。

【0007】

上述的鐵芯，其中，同一接合面上的該些凸台的橫截面積之和小於其所在的接合面的面積。

【0008】

上述的鐵芯，其中，同一接合面上的該些凸台的橫截面積之和與其所在的接合面的面積之比小於1/5。

【0009】

上述的鐵芯，其中，包括中柱以及設置於該中柱週邊的複數個側柱，該些接合面包括中柱的接合面和側柱的接合面，該些凸台設置於該側柱的接合面上。

【0010】

上述的鐵芯，其中，該中柱高度小於等於該側柱與該凸台高度之和。

【0011】

上述的鐵芯，其中，該中柱高度等於該側柱高度。

【0012】

上述的鐵芯，其中，該側柱的接合面至少包括一遠離該中柱的第一側邊和一靠近該中柱的第二側邊，該些凸台設置於該第二側邊的兩端部。

【0013】

進一步地，本發明提供一種具有高一致性的磁性元件。

【0014】

為了實現上述目的，本發明的磁性元件，包括相對設置的兩個鐵芯，以及設置於兩個鐵芯之間的導電繞組，該兩個鐵芯之間具有氣隙。該兩個鐵芯至少其中之一包括複數個接合面以及複數個凸台。該些接合面用於與其相對的鐵芯相接合；該些凸台設置於該些接合面上，以對與其相對的鐵芯產生機械支撐。其中，該些凸台具有一高度尺寸，該高度尺寸用來控制該氣隙的大小。

【0015】

上述的磁性元件，其中，同一接合面上的該些凸台的橫截面積之和小於其所在的接合面的面積。

【0016】

上述的磁性元件，其中，同一接合面上的該些凸台的橫截面積之和與其所在的接合面的面積之比小於1/5。

【0017】

上述的磁性元件，其中，該兩個鐵芯至少其中之一包括中柱以及設置於該中柱週邊的多個側柱，該接合面包括中柱的接合面和側柱的接合面，該些凸台設置於該側柱的接合面上。

【0018】

上述的磁性元件，其中，該中柱高度小於等於該側柱與該凸台高度之和。

【0019】

上述的磁性元件，其中，該中柱高度等於該側柱高度。

【0020】

上述的磁性元件，其中，當該中柱高度小於該側柱與該凸台高度之和時，該氣隙包括:

【0021】

形成於該中柱位置的第一氣隙；以及

【0022】

由該些凸台支撐與其相對的鐵芯而在該側柱上形成的第二氣隙。

【0023】

上述的磁性元件，其中，所述的第二氣隙為臺階式結構。

【0024】

上述的磁性元件，其中，當該中柱高度等於該側柱與該凸台高度之和時，該氣隙由該些凸台支撐與其相對的鐵芯而形成在該側柱上。

【0025】

上述的磁性元件，其中，該氣隙為臺階式結構。

【0026】

上述的磁性元件，其中，該側柱的接合面至少包括一遠離該中柱的第一側邊和一靠近該中柱的第二側邊，該些凸台設置於該第二側邊的兩端部。

【0027】

本發明的有益功效在於，通過在鐵芯的接合面上設置複數個凸台，以凸台作為機械支撐並代替現有的Mylar片，並通過凸台的高度尺寸來控制磁性元件之氣隙的大小，可保證氣隙分散在鐵芯的所有磁柱上面，從而有效地減小電感量的公差範圍，提高磁性元件的一致性。

【0028】

以下結合圖式和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

【0050】

10‧‧‧鐵芯

20‧‧‧鐵芯

21‧‧‧中柱

22‧‧‧側柱

221‧‧‧接合面

223‧‧‧第一側邊

224‧‧‧第二側邊

23‧‧‧凸台

30‧‧‧Mylar片

40‧‧‧繞組

h‧‧‧高度尺寸

【0029】

第1圖為現有技術的磁性元件的結構圖。

第2a圖為本發明第一實施例之鐵芯的立體圖。

第2b圖為第2a圖中鐵芯的俯視圖。

第3a圖為本發明第二實施例之鐵芯的立體圖。

第3b圖為第3a圖中鐵芯的俯視圖。

第4圖為本發明一實施例之磁性元件的立體圖。

【0030】

下面結合圖式和具體實施例對本發明技術方案進行詳細的描述，以便進一步瞭解本發明的目的、方案及功效，但並非對本發明所附申請專利範圍的限制。

【0031】

本發明主要通過在鐵芯的接合面上設置凸台，以凸台作為機械支撐並代替現有的Mylar片，通過凸台的高度尺寸來控制磁性元件之氣隙的大小，以保證氣隙分散在鐵芯的所有磁柱上面，從而能有效地減小電感量的公差範圍，提高磁性元件的一致性。以下結合多個實施例對本發明的鐵芯進行詳細介紹。

【0032】

第一實施例

【0033】

為了實現氣隙可分散設置，並有效地減小電感量的公差範圍，本發明所提出的第一實施例之鐵芯如第2a圖和第2b圖所示。鐵芯20包括複數個接合面221和複數個凸台23。接合面221用於與另一鐵芯相接合；複數個凸台23設置於接合面221上，以對另一鐵芯產生機械支撐，凸台23具有一高度尺寸，該高度尺寸用來控制磁性元件的氣隙大小。

【0034】

本實施例以EQ鐵芯為例，鐵芯20包括中柱21和兩個側柱22，兩個側柱22設置於中柱21週邊。該些接合面是指在沒有凸台的情況下，兩鐵芯裝配時相接合的表面，如第2a圖所示，該些接合面221包括中柱的接合面和側柱的接合面。在沒有凸台23的情況下，中柱21的上表面與另一鐵芯相接合，從而中柱的上表面構成中柱的接合面；側柱22的上表面也與另一鐵芯相接合，從而，側柱的上表面構成側柱的接合面。本實施例中，將凸台23設置於側柱的接合面上，當鐵芯20作為磁性元件的構件時，凸台23的上表面與另一鐵芯緊密貼合，由於凸台23的支撐作用，鐵芯20和另一鐵芯在裝配時達到機械上的固有穩定。

【0035】

進一步地，為了很好地實現凸台23的支撐作用，側柱22的接合面至少包括一遠離中柱21的第一側邊223和一靠近中柱21的第二側邊224，凸台23設置于第二側邊224的兩端部。

【0036】

為了更好地實現控制磁性元件氣隙大小的功能，中柱21的高度小於等於側柱22與凸台23高度之和。較佳地，中柱21的高度等於側柱22的高度，凸台具有一高度尺寸記為h，則h與上下兩鐵芯組合後的氣隙高度成正線性關係，這樣, 凸台23的高度實現了等同於圖1中Mylar片厚度的功能，即控制氣隙大小。

【0037】

相對於第1圖的做法，本實施例在EQ鐵芯的兩個側柱的接合面上局部設置小面積的凸台23，通過控制凸台的高度尺寸h來控制上下兩鐵芯的距離，以替代傳統的Mylar片來控制氣隙大小，獲得所需的電感量，並減小電感量的公差範圍。凸台還可以起到支撐作用，使鐵芯裝配時達到機械上的固有穩定。

【0038】

本發明中，凸台23的主要目的是在磁路通道上控制氣隙大小，同時起到機械支撐作用。為了避免凸台的引入對磁性元件的其它電氣性能帶來影響，實際應用中應儘量減小凸台的橫截面積。

【0039】

第2a圖中其中一側柱（如左側的側柱）對應的截面積（即，一接合面221的面積）與第1圖中所示相同，記為面積AA；左側的側柱上的兩個凸台23的橫截面的面積之和記為面積BB（圖2a中陰影部分的面積），面積AA包含面積BB，即，同一接合面上的多個凸台的橫截面積之和小於其所在的接合面的面積。本發明還定義k為面積BB與面積AA的比值(即k=BB/AA)，k取值較佳在小於1/5的範圍，即，同一接合面上的多個凸台的橫截面積之和與其所在的接合面的面積之比小於1/5。再一次說明：面積BB為同一接合面上的多個凸台的橫截面面積之和，多個凸台所在同一接合面的面積為AA。

【0040】

本實施例中，於中柱21上定義出彼此垂直的第一軸向（圖中的Y軸向）及第二軸向（圖中的X軸向），凸台23為沿著Y軸向研磨而成，需分三部分進行研磨，研磨後的EQ鐵芯的左側柱和右側柱分別有兩個凸台，這四個凸台的上表面與相對的鐵芯緊密貼合，形成新的組合面。

【0041】

需要說明的是，由於本實施例給出的鐵芯為EQ鐵芯，所以其側柱為兩個，但在實際應用中，側柱的個數並不局限於兩個，也可以為兩個以上。

【0042】

第二實施例

【0043】

如第3a圖和第3b圖所示，為本發明的又一實施例。本實施例的鐵芯與第一實施例的鐵芯具有大致相同的結構，不同之處在於鐵芯的類型不同。本實施例的鐵芯為RM鐵芯，而第一實施例的鐵芯為EQ鐵芯。在形成凸台23時，沿著X軸方向研磨即可，從而可減少研磨次數。

【0044】

本實施例中，RM鐵芯的左側柱和右側柱上分別有兩個凸台，這四個凸台的上表面與相對的鐵芯緊密貼合，形成新的組合面。

【0045】

本發明的磁性元件與現有技術的磁性元件的主要區別在於鐵芯結構，具體來說，本發明的磁性元件的鐵芯採用上述實施例中的鐵芯，以下舉例說明。

【0046】

如第4圖所示，其為本發明一實施例之磁性元件的結構圖。磁性元件包括相對設置的兩個鐵芯10、20和設置於兩個鐵芯10、20之間的導電繞組40，導電繞組40為PCB結構。其中，鐵芯20採用如第2a圖和第2b圖所示的鐵芯，這樣，通過凸台23的設置，使得兩鐵芯之間的氣隙大小可由凸台23的高度尺寸來加以控制。當中柱21高度小於側柱22與凸台23高度之和時，兩鐵芯之間的氣隙包括形成於中柱位置的第一氣隙，以及由凸台23支撐與其相對的鐵芯10而在側柱上形成的第二氣隙，第二氣隙為臺階式結構。進一步地，當中柱21高度等於側柱22與凸台23高度之和時，該氣隙由凸台23支撐與其相對的鐵芯10而形成在側柱上，該氣隙為臺階式結構。

【0047】

需要說明的是，對於磁性元件而言，凸台並不局限于單獨設置於鐵芯20的接合面上，或者局限于同時設置於鐵芯10和鐵芯20的接合面上，也可以是單獨設置於鐵芯10的接合面上。

【0048】

另外，雖然本發明僅僅給出了磁性元件採用上述第一實施例的鐵芯的例子，但是，磁性元件並不局限於上述結構，在實際使用中，磁性元件也可採用上述第二實施例的鐵芯，在此就不一一舉例說明。進一步地，磁性元件結構也不局限於上述實施例，只要磁性元件的至少一個鐵芯的用於與其相對的鐵芯相接合的接合面上具有凸台皆應當屬於本發明的保護範圍。

【0049】

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的申請專利範圍的保護範圍。