CN116598101A - 一种低漏磁的高频功率电感 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电感器的技术领域，公开一种低漏磁的高频功率电感，包括磁芯体组件、骨架和线圈，磁芯体组件包括两个侧边磁芯和至少两个中心磁芯，侧边磁芯包括侧柱，侧柱一侧的两端分别设有边柱，侧柱上位于两端的边柱之间设置有至少一个中柱；两个侧边磁芯相对设置，两个侧边磁芯上的边柱和中柱分别对应设置；沿同一个侧边磁芯上的边柱分布方向，两个侧边磁芯形成有至少两个放置区；骨架设于放置区内，骨架包括绕柱和限位板，线圈绕设于绕柱，并限位于限位板；线圈的绕设轴沿放置区的分布方向；中心磁芯设于绕柱内；两个侧边磁芯之间设置有第一气隙；侧边磁芯和中心磁芯之间设置有第二气隙。本申请具有解决传统电感存在的漏磁问题的优点。

Description

一种低漏磁的高频功率电感

技术领域

本申请涉及电感器的领域，尤其是涉及一种低漏磁的高频功率电感。

背景技术

高频功率变换器中，磁性元件的漏磁是导致发热，影响***可靠性的重要因素之一。传统电感结构，如E型、PQ型和RM型等，通过中柱或边柱开气隙来满足电感值需求，此类气隙所产生的漏磁容易切割电感绕组，导致电感局部温升变高，尤其是大功率场景，极易突破电感允许温度的上限。另一方面，漏磁导致的涡流效应使得电感散热器失效，无法起到散热作用，进一步恶化电感运行温度。

相关技术虽然在传统电感基础上改进的分布式气隙电感可以有效改进气隙大小，减小漏磁范围，但整体结构并无改变，漏磁仍然与绕组存在交叠，且向电感外的漏磁并无改善。

发明内容

为了解决传统电感存在的漏磁问题，本申请提供一种低漏磁的高频功率电感。

本申请提供的一种低漏磁的高频功率电感，采用如下的技术方案：

一种低漏磁的高频功率电感，包括磁芯体组件、骨架和线圈，所述磁芯体组件包括两个侧边磁芯和至少两个中心磁芯，所述侧边磁芯包括侧柱，所述侧柱一侧的两端分别设有边柱，所述侧柱上位于两端的所述边柱之间设置有至少一个中柱；两个所述侧边磁芯相对设置，两个所述侧边磁芯上的所述边柱和所述中柱分别对应设置；沿同一个所述侧边磁芯上的所述边柱分布方向，两个所述侧边磁芯形成有至少两个放置区；所述骨架设于所述放置区内，所述骨架包括绕柱和限位板，所述线圈绕设于所述绕柱，并限位于所述限位板；所述线圈的绕设轴沿所述放置区的分布方向；所述中心磁芯设于所述绕柱内；两个所述侧边磁芯之间设置有第一气隙；所述侧边磁芯和所述中心磁芯之间设置有第二气隙。

通过采用上述技术方案，利用该布局的结构，可以实现多组线圈绕设的结构，且每个线圈内均设置有中心磁芯，提高磁场的强度；利用骨架实现第一气隙和第二气隙的大小设置，且气隙的存在，防止在工作中产生磁饱和；通过改变第一气隙和第二气隙，减少漏磁，从而有利于减少涡流损耗，降低绕组的温度，控制电感量。

可选的，垂直于多个所述放置区的分布方向，两个所述侧边磁芯上互相对应的所述边柱的端部之间间隙为所述第一气隙，以及两个所述侧边磁芯上互相对应的所述中柱的端部之间间隙也为所述第一气隙。

通过采用上述技术方案，存在第一气隙，使得磁芯被空气稀释后，磁芯的磁导率发生变化，从而得到一种既有空气特性——储能不饱和以及良好的磁导率单调性，又有良导磁材料特性——大电感量和强磁感应；从而可以满足电感量的需求，同时可以满足安全储能的需求。

可选的，沿多个所述放置区的分布方向，所述中心磁芯与所述边柱或所述中柱之间的间隙设置为所述第二气隙。

通过采用上述技术方案，存在第二气隙，使得磁芯被空气稀释后，磁芯的磁导率发生变化，从而得到一种既有空气特性——储能不饱和以及良好的磁导率单调性，又有良导磁材料特性——大电感量和强磁感应；从而可以满足电感量的需求，同时可以满足安全储能的需求。

可选的，所述侧边磁芯设置为E型磁芯。

通过采用上述技术方案，E型磁芯引线空间大，绕制接线方便。适用范围广、工作频率高、工作电压范围宽、输出功率大、热稳定性能好。

可选的，所述中心磁芯设置为I型磁芯。

通过采用上述技术方案，I型磁芯增大磁场强度，铁芯把线圈周围的磁力线都集中,从铁芯中流通。

可选的，所述绕柱的结构为方形柱，所述线圈为方形线圈。

通过采用上述技术方案，方形线圈相比于圆形线圈电阻较大，且产生的磁场强度也较大。

可选的，所述绕柱的结构为圆形柱，所述线圈为圆形线圈。

通过采用上述技术方案，圆形线圈相比于方向线圈，对于高频信号的相应较好。

可选的，所述线圈为多圈导电线缆绕设结构。

通过采用上述技术方案，多圈绕设的线圈有利于根据绕设的圈数和更换线圈的粗细，改变电流的大小。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：通过全新的电感磁芯和绕组架构控制漏磁方向，避免漏磁切割绕组和对外扩散，大大降低了电感的温升。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

图2是本申请实施例中第一种骨架的结构示意图。

图3是本申请实施例中第二种骨架的结构示意图。

图4是本申请实施例中线圈的结构示意图。

图5是相关技术中磁芯的磁场图。

图6是本申请实施例中电感的磁场图。

附图标记：1、E型磁芯；11、侧柱；12、边柱；13、中柱；14、放置区；2、I型磁芯；3、第一气隙；4、第二气隙；5、骨架；51、绕柱；52、限位板；6、线圈。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种低漏磁的高频功率电感。

参照图1，一种低漏磁的高频功率电感，包括磁芯体组件、骨架5和线圈6，整个结构为对称结构。

磁芯体组件包括两个侧边磁芯和至少两个中心磁芯，本实施例中，侧边磁芯设为E型磁芯1，中心磁芯设为I型磁芯2，且本实施例中E型磁芯1和I型磁芯2均设置有两个。

E型磁芯1包括侧柱11、边柱12和中柱13，边柱12设置有两个，两个边柱12对称分布于侧柱11的同一侧面，且位于边缘处。中柱13位于侧柱11设有边柱12的同一侧面，且位于两个边柱12中间。E型磁芯1可由铁氧体制成，也可由纳米晶材料制成。

两个E型磁芯1相对放置，即其中一个E型磁芯1的边柱12和另一个E型磁芯1的边柱12相对设置，且该相对的两个边柱12之间预留有第一气隙3。同时，两个E型磁芯1相对放置后，沿一个E型磁芯1上的边柱12分布方向形成两个长方体状的放置区14。放置区14位于边柱12和中柱13之间。

每个放置区14内嵌设有骨架5，骨架5包括绕柱51和垂直于绕柱51两端的限位板52。

骨架5的结构有两种：

第一种：参照图1和图2，绕柱51整体呈四棱柱状，且绕柱51位于放置区14的中心位置。绕柱51的轴向方向平行于两个放置区14的分布方向，其中一个限位板52靠近边柱12的内侧设置，另一个限位板52靠近中柱13靠近该边柱12的一侧设置。绕柱51与限位板52的之间，以及绕柱51的周侧壁与E型磁芯1之间设有用于绕线的绕线腔，线圈6绕设于绕柱51上，且填充于绕线腔内。在同样的E型磁芯1和I型磁芯2的结构下，方形的线圈6相比于圆形线圈6，电阻更大；且方形线圈6产生的磁场强度相比于圆形线圈6产生的磁场强度较大。

第二种：参照图1和图3，绕柱51整体呈圆柱形，限位板52为圆形板，且绕柱51的轴心线位于限位板52的中心处。绕柱51的轴向方向平行于两个放置区14的分布方向，其中一个限位板52靠近边柱12的内侧设置，另一个限位板52靠近中柱13靠近该边柱12的一侧设置。绕柱51与限位板52的之间，以及绕柱51的周侧壁与E型磁芯1之间设有用于绕线的绕线腔，线圈6绕设于绕柱51上，且填充于绕线腔内。由于绕柱51是圆柱形的结构，方便绕设。虽然方形频感应线圈6对低频信号的响应要好于圆形频感应线圈6，但是圆形频感应线圈6对高频信号的响应要好于方形频感应线圈6。

对应的I型磁芯2的结构也设置有两种：

第一种，针对方柱形的骨架5，I型磁芯2整体呈长方体状，I型磁芯2设有两个，通过骨架5放置于放置区14的中心处，且I型磁芯2的长度方向垂直于同一个E型磁芯1上边柱12的分布方向。且I型磁芯2与边柱12内侧之间设有第二气隙4。

第二种，针对圆柱形的骨架5，I型磁芯2整体呈圆柱体状，I型磁芯2设有两个，通过骨架5设于放置区14的中心处，且与骨架5的绕柱51共轴心线设置。I型磁芯2轴向端面与对应的边柱12内侧之间设有第二气隙4。

针对上述两种磁芯体组件结构中的任意一种结构，线圈6的结构设置如下，

参照图1和图4，线圈6是丝线状绕设的结构：绕线电感可提供大电流、高感值；磁芯磁导率越大，同样的感值，绕线就少，绕线少就能降低直流电阻；同样的尺寸，绕线少可以绕粗，提高电流。

线圈6的绕设方向为顺时针或逆时针绕设在骨架5上，或者通电方向为顺时针或逆时针。

本实施例中设置有第一气隙3和第二气隙4，第一气隙3和第二气隙4的作用如下：

1、气隙的作用是减小磁导率，使线圈6特性较少地依赖于磁芯材料的起始磁导率。

2、气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。

气隙的确定：

有了气隙增加了磁阻，气隙大了磁阻就大了。

在气隙降低磁导率的情况下要求线圈6圈数较多，相关的铜损也增加，所以需要适当的折中，不可过大也不可过小。

本实施例中的第一气隙3和第二气隙4的距离可以根据不同的需求，设置不同的气隙大小，从而改变漏磁的大小，从而有利于集中漏感，减少漏磁。第一气隙3和第二气隙4使得磁芯被空气稀释后，磁芯的磁导率发生变化，从而得到一种既有空气特性——储能不饱和以及良好的磁导率单调性，又有良好的导磁材料特性——大电感量和强磁感应；从而可以满足电感量的需求，同时可以满足安全储能的需求。

参照图5，为相关技术中，双E型磁芯1结构下，线圈6绕设在两个中柱13上的磁场图。

参照图6，为本实施例中，双E型磁芯1和双I型磁芯2结构下，线圈6绕着在骨架5上的磁场图，特殊的磁路使得漏感集中于第一气隙3和第二气隙4内侧的角落中。扩散至电感外的漏磁极小，配合散热铝板可减小涡流损耗，加强散热。由于第二气隙4距离小，向内扩散的漏磁主要集中在骨架5中，并不切割绕组，可大大减小绕组损耗。因此，通过调整第一气隙3和第二气隙4的间距可控制电感量。

本申请实施例一种低漏磁的高频功率电感的实施原理是：本实施例中的电感结构可以减小对外扩散漏磁，从而减小涡流损耗，减小对内扩散漏磁可有效降低绕组温度，提高***可靠性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低漏磁的高频功率电感，其特征在于，包括磁芯体组件、骨架（5）和线圈（6），所述磁芯体组件包括两个侧边磁芯和至少两个中心磁芯，所述侧边磁芯包括侧柱（11），所述侧柱（11）一侧的两端分别设有边柱（12），所述侧柱（11）上位于两端的所述边柱（12）之间设置有至少一个中柱（13）；两个所述侧边磁芯相对设置，两个所述侧边磁芯上的所述边柱（12）和所述中柱（13）分别对应设置；沿同一个所述侧边磁芯上的所述边柱（12）分布方向，两个所述侧边磁芯形成有至少两个放置区（14）；所述骨架（5）设于所述放置区（14）内，所述骨架（5）包括绕柱（51）和限位板（52），所述线圈（6）绕设于所述绕柱（51），并限位于所述限位板（52）；所述线圈（6）的绕设轴沿所述放置区（14）的分布方向；所述中心磁芯设于所述绕柱（51）内；两个所述侧边磁芯之间设置有第一气隙（3）；所述侧边磁芯和所述中心磁芯之间设置有第二气隙（4）。

2.根据权利要求1所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，垂直于多个所述放置区（14）的分布方向，两个所述侧边磁芯上互相对应的所述边柱（12）的端部之间间隙为所述第一气隙（3），以及两个所述侧边磁芯上互相对应的所述中柱（13）的端部之间间隙也为所述第一气隙（3）。

3.根据权利要求2所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，沿多个所述放置区（14）的分布方向，所述中心磁芯与所述边柱（12）或所述中柱（13）之间的间隙设置为所述第二气隙（4）。

4.根据权利要求1所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，所述侧边磁芯设置为E型磁芯（1）。

5.根据权利要求4所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，所述中心磁芯设置为I型磁芯（2）。

6.根据权利要求1所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，所述绕柱（51）的结构为方形柱，所述线圈（6）为方形线圈（6）。

7.根据权利要求1所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，所述绕柱（51）的结构为圆形柱，所述线圈（6）为圆形线圈（6）。

8.根据权利要求1所述的低漏磁的高频功率电感，其特征在于，所述线圈（6）为多圈导电线缆绕设结构。