磁集成電感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁集成電感器，包括：上下相對組裝的兩個磁芯和兩個線圈。每個磁芯包括：底板；位于底板上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱；和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱，其中，底板、兩個第一磁芯柱和兩個第二磁芯柱一體成型構成每個磁芯。在兩個磁芯上下相對組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設有一個或更多個第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設有一個或更多個第二氣隙，其中，每個磁芯的各個第一氣隙的長度之和小于各個第二氣隙的長度之和。兩個線圈分別繞在兩個磁芯的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱上以形成左右兩個電感線圈，兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。
【專利說明】磁集成電感器
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電感器，尤其涉及一種磁集成電感器。
【背景技術】
[0002]光伏逆變器的升壓電路、變頻空調(diào)、UPS、以及其他各種高頻開關電源中的PFC電路，為了提高電源的效率和降低成本，普遍采用了雙路交錯(Interleave)的電路拓撲，其中需要使用兩只完全相同的獨立電感器作為電路工作的儲能元件。
[0003]圖1示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路的電路圖。圖2示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器中的兩個電感器工作時的電流波形。
[0004]從圖2中可以看出，電感器的電流波形iu和i12為三角波形，互相交錯180°工作，其紋波的變動規(guī)律為:當S1開通時，L1通過SI被強制對地短路，加在LI上的電壓為Vin，假定S1導通時間為Ton，則L1的電流上升幅度Aiu= (Vin/Ll) *Ton。當SI被關閉時，L1由于儲能的續(xù)流作用，使二極管Dl被強制開通，假定Dl為理想二極管，則此時電感器L1中的電流因反向電壓Vo-Vin而造成放電下降，S1關閉的時間持續(xù)Toff，此時電流下降的幅度為:Aiu=[ (Vo-Vin)/LI] *Toff。如果此時的電感器中的電流尚沒有停止，則每個工作周期循環(huán)往復，呈現(xiàn)右圖的三角式電流波形。
[0005]可見,對于一定的Ton和Toff時間和電路的輸入輸出電壓，電感量決定了流經(jīng)電感的電流交流成分；而其直流成分則反映出了電源的輸出功率。電感量的提升，可以減少電流的波動，使得電流的有效值下降，改善線圈損耗，但對于同樣的磁芯尺寸，此時匝數(shù)更多，由于線圈繞線面積不變，單匝的導線截面變小，從而導致線圈內(nèi)阻增大，損耗變高，使得電感器的溫升增高。
[0006]圖3示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器300的示意圖。磁集成電感器300包括上下相對組裝的兩個磁芯310和兩個線圈320。每個磁芯包括:底板312、位于底板312上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱314、以及位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱316。其中，底板312、兩個第一磁芯柱314和兩個第二磁芯柱316 —體成型構成每個磁芯310。兩個線圈320分別繞在兩個磁芯310的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱314上以形成左右兩個電感線圈，兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。在現(xiàn)有技術的磁集成電感器300中，兩個磁芯310上下相對組裝時，兩個磁芯310的相對的第一磁芯柱310之間設有氣隙，兩個磁芯310的相對的第二磁芯柱320之間沒有氣隙，而且兩個線圈繞組320被通電后，所產(chǎn)生的磁場方向在第二磁芯柱316中分別方向相反。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術中的上述技術問題，本發(fā)明通過改磁集成電感器中磁芯的構造以及繞組的極性方向，提供了一種全新的磁集成電感器。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種磁集成電感器，磁集成電感器包括上下相對組裝的兩個磁芯以及兩個線圈。每個磁芯包括:底板；位于底板上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱；和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱。其中，底板、兩個第一磁芯柱和兩個第二磁芯柱一體成型構成每個磁芯。兩個線圈分別繞在兩個磁芯的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱上以形成左右兩個電感線圈，兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。在兩個磁芯上下相對組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設有一個或更多個第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設有一個或更多個第二氣隙，其中，每個磁芯的各個第一氣隙的長度之和小于各個第二氣隙的長度之和。
[0009]根據(jù)本發(fā)明又一方面，各個第一氣隙和各個第二氣隙通過設置氣隙墊片而形成，氣隙墊片是不導磁絕緣材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明又一方面，各個第一氣隙和各個第二氣隙通過外部固定件固定磁芯而形成。
[0011]根據(jù)本發(fā)明又一方面，各個第一氣隙的長度之和近似為第一磁芯柱的總長度的1/5以下。
[0012]根據(jù)本發(fā)明又一方面，底板為上下兩邊平行、且上下左右對稱的近似六邊形。
[0013]根據(jù)本發(fā)明又一方面，兩個第一磁芯柱分別為三角形磁芯柱。
[0014]根據(jù)本發(fā)明又一方面，兩個第一磁芯柱上下相對且相連而組成沙漏形磁芯柱。
[0015]根據(jù)本發(fā)明又一方面，兩個第一磁芯柱的靠近繞組線圈的側(cè)面是與繞組線圈相平行的圓弧狀凹面或多棱凹。
[0016]根據(jù)本發(fā)明又一方面，兩個第二磁芯柱分別是以下形狀中的任一種:圓柱、橢圓柱、或多棱柱。
[0017]根據(jù)本發(fā)明又一方面，磁芯的材料為鐵氧體材料。
[0018]應當理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權利要求所述的本發(fā)明提供進一步的解釋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]包括附圖是為提供對本發(fā)明進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中:
[0020]圖1示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路的電路圖。
[0021]圖2示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器中的兩個電感器工作時的電流波形。
[0022]圖3示出現(xiàn)有技術中的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器的示意圖。
[0023]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯PFC電路的電路圖。
[0024]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器中的兩個電感器工作時的電流波形。
[0025]圖6 Ca)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器的磁芯的立體圖。
[0026]圖6 (b)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器的磁芯的俯視圖。
[0027]圖6 (C)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器的側(cè)視圖。
[0028]圖7示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的磁集成電感器的磁芯的俯視圖。[0029]圖8示出根據(jù)本發(fā)明再一實施例的磁集成電感器的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0030]現(xiàn)在將詳細參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0031]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯PFC電路的電路圖。為不增加繞組匝數(shù)使流經(jīng)電感器的紋波進一步變小，可以在上述發(fā)明中互相引入互相耦合成分，利用兩繞組形成一定的變壓器原理。圖4中上部線圈繞組被勵磁后，其磁芯柱內(nèi)產(chǎn)生的磁通，根據(jù)磁路中磁阻的大小，被分流，分別流入了另一側(cè)的下部線圈的磁芯柱，以及中間沒有繞組的磁芯柱，最終流回到上部線圈繞組的磁芯內(nèi)；反之，當下部線圈通電后，也產(chǎn)生同樣道理的磁通流，一部分通過中間沒有繞組的磁芯相同方向磁通流回，另一部分反過來流進上部繞組的磁芯內(nèi)，耦合出線圈從左向右流動的輸出感應電流；而現(xiàn)有技術(參見圖1)中的電感，相當于兩個獨立不相干的電感，由于中間不繞線磁芯柱沒有氣隙，磁阻極小，帶繞組的線圈的磁芯柱上有比較可觀的氣隙，磁阻極大，兩線圈不能夠形成耦合效應，此外其分別產(chǎn)生的磁通在中間磁芯柱內(nèi)方向相反。
[0032]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯PFC電路中的磁集成電感器中的兩個電感器工作時的電流波形。在L2繞組處于放電出現(xiàn)電流下降的過程中，當LI被強制短路充電時，LI中的部分充磁能量通過變壓器機理，在L2中產(chǎn)生一個同步與LI電流增長，持續(xù)向上升的電流分量；相反，開關S2驅(qū)動導通，當L2被強制充電時，LI的電流除了下降放電的分量外，也會產(chǎn)生一個相同的來自于L2耦合的增長電流分量，依次循環(huán)往復。就形成了如圖5所示的LI和L2的新型電流波形iLl’和iL2’。這樣，在電感線圈的電流放電下降時，通過從其他繞組引入變壓器感應上升式電流疊加，可以大幅改善電感器中的電流下降的速度，從而減小了其電流的波動幅度，以達到實現(xiàn)相同的功率變換，線圈中的電流紋波更小，即有效值電流和峰值電流更小的目的。
[0033]圖6 Ca)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器的磁芯610的立體圖。磁芯610包括:底板612 ;位于底板上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱614 ;和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱616。其中,底板612、兩個第一磁芯柱614和兩個第二磁芯柱616 —體成型構成磁芯610。根據(jù)本發(fā)明又一方面,磁芯610的材料為鐵氧體材料。
[0034]圖6 (b)不出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器的磁芯610的俯視圖。如圖6(b)所示，底板612為上下兩邊平行、且上下左右對稱的近似六邊形。兩個第一磁芯柱614分別為三角形磁芯柱。兩個第二磁芯柱616分別是以下形狀中的任一種:圓柱、橢圓柱、或多棱柱。根據(jù)本發(fā)明一實施例，多棱柱是近似于圓柱或橢圓柱的多棱柱。根據(jù)本發(fā)明一實施例，兩個第一磁芯柱614的靠近繞組線圈(參見圖8)的側(cè)面626是與繞組線圈相平行的圓弧狀凹面或多棱凹。這樣的布局能夠減少磁芯610所用的材料量并使磁集成電感器小型化。
[0035]圖6 (C)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的磁集成電感器600的側(cè)視圖。磁集成電感器600包括上下相對組裝的兩個磁芯610以及兩個線圈(圖中未示出)。每個磁芯610包括:底板612 ;位于底板612上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱614 ;和位于底板612上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱616。其中，底板612、兩個第一磁芯柱614和兩個第二磁芯柱626 —體成型構成每個磁芯610。兩個線圈620分別繞在兩個磁芯610的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱614上以形成左右兩個電感線圈，兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱614的上下指向的相同方向。在圖6 (c)所不的實施例中，在兩個磁芯610上下相對組裝后,位于同一側(cè)的第一磁芯柱614上下間設有一個第一氣隙632，位于同一側(cè)的第二磁芯柱616上下間設有一個氣隙634，其中，第一氣隙632的長度dl小于第二氣隙634的長度d2，此時，單邊電感線圈不會飽和。
[0036]根據(jù)本發(fā)明一實施例，第一氣隙632和第二氣隙634通過設置氣隙墊片而形成,氣隙墊片是不導磁絕緣材料。
[0037]根據(jù)本發(fā)明另一實施例，第一氣隙632和第二氣隙634通過外部固定件固定磁芯610而形成。
[0038]根據(jù)本發(fā)明一實施例，第一氣隙632的長度近似為第一磁芯柱314總長度的1/5以下，越接近零時，越能提高兩個繞組間的耦合效果。
[0039]圖7示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的磁集成電感器的磁芯710的俯視圖。如圖7所示，兩個第一磁芯柱716上下相對且相連而組成沙漏形磁芯柱。圖7所示的磁芯710的其他組成及構造與圖6 (c)所示的磁芯610的其他組成及構造相同，在此不再贅述。
[0040]圖8示出根據(jù)本發(fā)明再一實施例的磁集成電感器800的側(cè)視圖。磁集成電感器800包括上下相對組裝的兩個磁芯810以及兩個線圈820。每個磁芯810包括:底板812 ；位于底板812上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱814 ;和位于底板812上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱816。其中，底板812、兩個第一磁芯柱814和兩個第二磁芯柱828 —體成型構成每個磁芯810。兩個線圈820分別繞在兩個磁芯810的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱814上以形成左右兩個電感線圈，兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱814的上下指向的相同方向。在圖8所示的實施例中，在兩個磁芯810上下相對組裝后,位于同一側(cè)的第一磁芯柱814上下間設有多個第一氣隙832,位于同一側(cè)的第二磁芯柱816上下間設有多個氣隙834。其中，多個第一氣隙832的長度之和小于多個第二氣隙834的長度之和，此時，單邊電感線圈不會飽和。
[0041]盡管圖8所示的第一氣隙832的數(shù)量為兩個，第二氣隙834的數(shù)量為三個，然而本領域的普通技術人員能夠理解，也可以有其他數(shù)量的第一氣隙832和第二氣隙834，只要滿足多個第一氣隙832的長度之和小于多個第二氣隙834的長度之和皆可實現(xiàn)本發(fā)明的技術效果。使用多個微細氣隙還能減少氣隙處的磁場泄漏。
[0042]根據(jù)本發(fā)明一實施例，多個第一氣隙832和多個第二氣隙834通過設置氣隙墊片而形成，氣隙墊片是不導磁絕緣材料。
[0043]根據(jù)本發(fā)明另一實施例，多個第一氣隙832和多個第二氣隙834通過外部固定件固定磁芯810而形成。
[0044]根據(jù)本發(fā)明一實施例，多個第一氣隙832的長度之和近似為第一磁芯柱314總長度的1/5以下，越小越能提高兩個繞組間的耦合效果。
[0045]本領域技術人員可顯見，可對本發(fā)明的上述示例性實施例進行各種修改和變型而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，旨在使本發(fā)明覆蓋落在所附權利要求書及其等效技術方案范圍內(nèi)的對本發(fā)明的修改和變型。
【權利要求】
1.一種磁集成電感器，包括: 上下相對組裝的兩個磁芯，每個所述磁芯包括: 底板， 位于所述底板上的左右兩側(cè)的兩個第一磁芯柱，和 位于所述底板上的上下側(cè)正中位置的兩個第二磁芯柱， 其中，所述底板、所述兩個第一磁芯柱和所述兩個第二磁芯柱一體成型構成每個所述磁芯；以及 兩個線圈，兩個線圈分別繞在兩個磁芯的左右兩側(cè)的相對的第一磁芯柱上以形成左右兩個電感線圈，所述兩個電感線圈在通電勵磁工作時分別產(chǎn)生的磁場方向為沿被繞線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向， 其中，在兩個磁芯上下相對組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設有一個或更多個第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設有一個或更多個第二氣隙， 其中，每個所述磁芯的各個所述第一氣隙的長度之和小于各個所述第二氣隙的長度之和。
2.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，各個所述第一氣隙和各個所述第二氣隙通過設置氣隙墊片而形成，所述氣隙墊片是不導磁絕緣材料。
3.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，各個所述第一氣隙和各個所述第二氣隙通過外部固定件固定所述磁芯而形成。
4.如權利要求1一 3的任一項所述的磁集成電感器，其特征在于，各個所述第一氣隙的長度之和近似為所述第一磁芯柱的總長度的1/5以下。
5.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，所述底板為上下兩邊平行、且上下左右對稱的近似六邊形。
6.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個所述第一磁芯柱分別為三角形磁芯柱。
7.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個所述第一磁芯柱上下相對且相連而組成沙漏形磁芯柱。
8.如權利要求6或7所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個所述第一磁芯柱的靠近繞組線圈的側(cè)面是與繞組線圈相平行的圓弧狀凹面或多棱凹。
9.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個所述第二磁芯柱分別是以下形狀中的任一種:圓柱、橢圓柱、或多棱柱。
10.如權利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，所述磁芯的材料為鐵氧體材料。
【文檔編號】H01F17/04GK103730230SQ201410025054
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權日:2014年1月20日
【發(fā)明者】邵革良, 江明 申請人:田村（中國）企業(yè)管理有限公司, 株式會社田村制作所