CN103714946B - 混合磁路磁集成电感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合磁路磁集成电感器，包括磁芯和两组线圈。磁芯由以下各部分紧密组装而成：两个平板磁芯，两个平板磁芯位于磁芯的上下两侧；两个第一磁芯柱，两个第一磁芯柱位于两个平板磁芯之间并且分别位于平板磁芯的左右两端，两个第一磁芯柱用于绕制两组线圈；以及两个第二磁芯柱，两个第二磁芯柱分别位于平板磁芯俯视角度的上下两边的正中位置。本发明的混合磁路磁集成电感器既能够保持高的耦合效果，又能够最大限度地提升线圈自耦的电感量。

Description

混合磁路磁集成电感器
技术领域
本发明涉及电感器，尤其涉及一种混合磁路磁集成电感器。
背景技术
现有技术中，磁集成电感器的磁芯材料通常采用高频特性好、损耗比较低、且相对磁导率比较高的铁氧体磁芯，一般相对磁导率在2000H/m以上。然而，由于磁路各部位的磁芯材料一样，磁导率高，磁芯极易饱和，为防止这一问题的发生，线圈绕组内部磁芯柱以及绕组外部的三角形磁芯柱上，设置了多个微细的气隙，以试图达到防止磁芯饱和并减小气隙周边漏磁的目的。
上述结构虽然能够很大程度上避免绕组线圈周围大量的磁通泄漏而引起的线圈被感应加热的现象，但是结构复杂，不利于量产；同时由于存在一定物理尺寸的气隙，无法根本性地解决磁芯漏磁而带来的线圈涡流损耗的问题。
为了有效地解决上述问题，控制气隙的物理尺寸为零或达到极小限度，同时又能够避免磁路中的磁阻下降而带来的磁芯饱和问题，本发明提出了一套解决此问题的新方法。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题，本发明通过改磁集成电感器中磁芯的材料构成从而实现不同的磁导率，提供了一种全新的混合磁路磁集成电感器。
本发明提供了一种混合磁路磁集成电感器，包括磁芯和两组线圈，磁芯由以下各部分紧密组装而成：两个平板磁芯，两个平板磁芯位于磁芯的上下两侧；两个第一磁芯柱，两个第一磁芯柱位于两个平板磁芯之间并且分别位于平板磁芯的左右两端，两个第一磁芯柱用于绕制两组线圈；以及两个第二磁芯柱，两个第二磁芯柱分别位于平板磁芯俯视角度的上下两边的正中位置；其中，平板磁芯由第一磁导率的铁氧体材料构成，第一磁导率高于1000H/m，第一磁芯柱的全部或者一部分由第二磁导率的金属压粉材料构成，第二磁导率低于500H/m，第二磁芯柱由第三磁导率的金属压粉材料构成，第三磁导率低于500H/m并且低于第二磁导率。
根据本发明一方面，平板磁芯的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的近似六边形，其中，两个第二磁芯柱位于两个平板磁芯之间。
根据本发明一方面，平板磁芯的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的近似六边形，但六边形上下两边的正中位置分别设有和第二磁芯柱的形状完全匹配的缺口，其中，两个第二磁芯柱的靠近线圈的侧面与缺口的侧面紧密适配。
根据本发明一方面，第一磁芯柱的上下方向的中心部分由金属压粉材料构成，其余部分由铁氧体材料构成。
根据本发明一方面，第一磁芯柱的形状为圆柱、椭圆柱或多棱柱。
根据本发明一方面，第二磁芯柱的形状为三棱柱。
根据本发明一方面，两个第二磁芯柱的靠近线圈的侧面是与线圈相平行的圆弧状凹面或多棱凹。
根据本发明一方面，金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。
根据本发明一方面，第一磁导率在1000～4000H/m的范围内。
根据本发明一方面，第二磁导率和第三磁导率在20～300H/m的范围内。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1是根据本发明第一实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯的立体***图。
图2是根据本发明第二实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯的立体***图。
图3（a）是根据本发明第三实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯的立体***图。
图3（b）是根据本发明第三实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯的侧视图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。
图1是根据本发明第一实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯100的立体***图。如图1所示，本发明的混合磁路磁集成电感器中的磁芯100由以下各部分紧密组装而成：两个平板磁芯110，两个平板磁芯110位于磁芯100的上下两侧；两个第一磁芯柱120，两个第一磁芯柱120位于两个平板磁芯110之间并且分别位于平板磁芯110的左右两端，两个第一磁芯柱120用于绕制两组线圈；以及两个第二磁芯柱130，两个第二磁芯柱130分别位于平板磁芯110俯视角度的上下两边的正中位置。平板磁芯110由第一磁导率的铁氧体材料构成，第一磁导率高于1000H/m。第一磁芯柱120由第二磁导率的金属压粉材料构成，第二磁导率低于500H/m。第二磁芯柱130由第三磁导率的金属压粉材料构成，第三磁导率低于500H/m并且低于第二磁导率。磁芯各部分紧密组装的连接处没有气隙或具有小于1毫米的薄气隙。这样的设计，可以在保证两个第一磁芯柱120上绕制的两组线圈有非常理想的耦合效果的同时，又避免了两个第二磁芯柱130的饱和、并且最大限度地降低了线圈周围的气隙漏磁问题。
在一个实施例中，第一磁导率在1000～4000H/m的范围内。在本发明的一个实施例中，平板磁芯110的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的近似六边形，但六边形上下两边的正中位置分别设有和第二磁芯柱130的形状完全匹配的缺口，其中，两个第二磁芯柱130的靠近线圈的侧面与缺口的侧面紧密适配。第二磁芯柱130用这种嵌入式结构与平板磁芯110进行组装，大大提高了两磁芯的结合面积，能够防止平板磁芯110与第二磁芯柱130的接触面积小所造成的铁氧体在接触面处饱和。
在一个实施例中，金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。在一个实施例中，第二磁导率在20～300H/m的范围内。可以方便调节两线圈的耦合系数以及最大限度地得到更大的自耦电感。在本发明的一个实施例中，第一磁芯柱120的形状为圆柱、椭圆柱或多棱柱。
在一个实施例中，金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。在一个实施例中，第二磁导率在20～300H/m的范围内。在本发明的一个实施例中，第二磁芯柱130的形状为三棱柱。在一个实施例中，两个第二磁芯柱130的靠近线圈的侧面是与线圈相平行的圆弧状凹面或多棱凹。
磁芯100和两组线圈一起构成本发明的混合磁路磁集成电感器，其中，两组线圈分别绕在两个第一磁芯柱120上。线圈由铜线、铜包铝线或铝线绕成。
图2是根据本发明第二实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯200的立体***图。如图2所示，本发明的混合磁路磁集成电感器中的磁芯200由以下各部分紧密组装而成：两个平板磁芯210，两个平板磁芯210位于磁芯200的上下两侧；两个第一磁芯柱220，两个第一磁芯柱220位于两个平板磁芯210之间并且分别位于平板磁芯210的左右两端，两个第一磁芯柱220用于绕制两组线圈；以及两个第二磁芯柱230，两个第二磁芯柱230位于两个平板磁芯210之间分别位于平板磁芯210俯视角度的上下两边的正中位置。平板磁芯210由第一磁导率的铁氧体材料构成，第一磁导率高于1000H/m。第一磁芯柱220由第二磁导率的金属压粉材料构成，第二磁导率低于500H/m。第二磁芯柱230由第三磁导率的金属压粉材料构成，第三磁导率低于500H/m并且低于第二磁导率。磁芯各部分紧密组装的连接处没有气隙或具有小于1毫米的薄气隙。这样的设计，可以在保证两个第一磁芯柱120上绕制的两组线圈有非常理想的耦合效果的同时，又避免了两个第二磁芯柱130的饱和、并且最大限度地降低了线圈周围的气隙漏磁问题。
在一个实施例中，第一磁导率在1000～4000H/m的范围内。
和图1所示的平板磁芯110与第二磁芯柱130的形状和组装关系所不同的是，图2所示的平板磁芯210的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的近似六边形，该六边形上下两边不设开口。两个第二磁芯柱230位于两个平板磁芯210之间。
在一个实施例中，金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。在一个实施例中，第二磁导率在20～300H/m的范围内。可以方便调节两线圈的耦合系数以及最大限度地得到更大的自耦电感。在本发明的一个实施例中，第一磁芯柱220的形状为圆柱、椭圆柱或多棱柱。
在一个实施例中，金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。在一个实施例中，第二磁导率在20～300H/m的范围内。在本发明的一个实施例中，第二磁芯柱230的形状为三棱柱。在一个实施例中，两个第二磁芯柱230的靠近线圈的侧面是与线圈相平行的圆弧状凹面或多棱凹。
磁芯200和两组线圈一起构成本发明的混合磁路磁集成电感器，其中，两组线圈分别绕在两个第一磁芯柱220上。线圈由铜线、铜包铝线或铝线绕成。
图3（a）是根据本发明第三实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯300的立体***图。图3（b）是根据本发明第三实施例的混合磁路磁集成电感器中的磁芯300的侧视图。参照图3（a）和3（b）可见，和图1所示的第一磁芯柱120所不同的是，第一磁芯柱320的一部分由第二磁导率的金属压粉材料构成，其余部分由铁氧体材料构成。图3（a）的磁芯300的其余组成与图1所示的磁芯100相同，在此不再赘述。
在一个实施例中，第一磁芯柱320的上下方向的中心部分322由金属压粉材料构成，其余部分324由铁氧体材料构成。第一磁芯柱320的其余部分324由于和平板磁芯310同为铁氧体材料，因此也可以视为是平板磁芯310的一部分，一体成型。通过把第一磁芯柱320中金属压粉材料构成的部分缩短并放置在上下的中心处，而在其余部分324采用相同形状的铁氧体材料。这样的结构能够调节、提升线圈内部的第一磁芯柱320的等效的相对磁导率，使等效的相对磁导率大大超出仅使用金属压粉材料构成第一磁芯柱所得到的磁导率，从而，用于绕制线圈的第一磁芯柱320的相对磁导率远远超过非绕线部的第二磁芯柱330的相对磁导率。本领域的普通技术人员能理解，使用不同材料的部分的长度可以根据所需要的磁导率进行各种调整，金属压粉材料构成的部分不限于图3（a）和（b）所示的位置和长度，也可以是其他的位置或长度。以此方式构成的磁集成电感器既能够保持高的耦合效果，又能够最大限度地提升线圈自耦的电感量。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种混合磁路磁集成电感器，包括磁芯和两组线圈，所述磁芯由以下各部分紧密组装而成：
两个平板磁芯，两个所述平板磁芯位于所述磁芯的上下两侧；
两个第一磁芯柱，两个所述第一磁芯柱位于两个所述平板磁芯之间并且分别位于所述平板磁芯的左右两端，两个所述第一磁芯柱用于绕制所述两组线圈；以及
两个第二磁芯柱，两个所述第二磁芯柱分别位于所述平板磁芯俯视角度的上下两边的正中位置；
其中，
所述平板磁芯由第一磁导率的铁氧体材料构成，所述第一磁导率高于1000H/m，
所述第一磁芯柱的全部或者一部分由第二磁导率的金属压粉材料构成，所述第二磁导率低于500H/m，
所述第二磁芯柱由第三磁导率的金属压粉材料构成，所述第三磁导率低于500H/m并且低于所述第二磁导率。
2.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述平板磁芯的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的六边形，其中，两个所述第二磁芯柱位于两个所述平板磁芯之间。
3.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述平板磁芯的横截面为上下两边平行、且上下左右对称的六边形，但所述六边形上下两边的正中位置分别设有和所述第二磁芯柱的形状完全匹配的缺口，其中，两个所述第二磁芯柱的靠近所述线圈的侧面与所述缺口的侧面紧密适配。
4.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述第一磁芯柱的上下方向的中心部分由金属压粉材料构成，其余部分由铁氧体材料构成。
5.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述第一磁芯柱的形状为圆柱、椭圆柱或多棱柱。
6.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述第二磁芯柱的形状为三棱柱。
7.如权利要求6所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，两个所述第二磁芯柱的靠近所述线圈的侧面是与所述线圈相平行的圆弧状凹面或多棱凹。
8.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述金属压粉材料为铁硅粉芯、铁硅铝粉芯或非晶粉芯。
9.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述第一磁导率在1000～4000H/m的范围内。
10.如权利要求1所述的混合磁路磁集成电感器，其特征在于，所述第二磁导率和所述第三磁导率在20～300H/m的范围内。
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