專利名稱：具有多空氣隙的電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空氣隙的電感裝置，其用于儲存能量，尤其是該電感使用在切換模式的功率轉(zhuǎn)換電路中，其中該能量在高頻下循壞，且在轉(zhuǎn)換效率，熱產(chǎn)生及電磁放射的要求相當(dāng)嚴(yán)格。
請參考

圖1、圖2、圖3、圖4，其為已有技木中具有空氣隙4的電感裝置，其中圖1為不合繞線的分解圖，圖2為組合立體圖，圖3為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，圖4為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖。在傳統(tǒng)的具有空器隙的電感結(jié)構(gòu)中，該電感是由磁心1、繞線2及線管3所構(gòu)成，其中磁心1是由兩E字形的鐵心所構(gòu)成，兩鐵心結(jié)合處的中間位置形成一空氣隙4。
使用磁導(dǎo)相當(dāng)大于空氣的磁心1于電感中，可得到良好的電感對尺寸比及成本效應(yīng)。通常，基于其它參數(shù)選擇的磁心一般不會得到適當(dāng)?shù)拇艑?dǎo)，對于該項(xiàng)的能量儲存能力也無法達(dá)到最佳情況。必需在磁心電路中導(dǎo)入空氣隙4以增加磁阻。但是實(shí)際上卻將導(dǎo)致與空氣隙相關(guān)的不需要的側(cè)邊效應(yīng)。
空氣隙4的磁阻比磁心電路中任何部份的磁阻還要大，因此產(chǎn)生磁動勢的磁心1的整體作用在此空氣隙4上。因此，空氣隙4內(nèi)部及其周圍的磁場特別強(qiáng)。所以導(dǎo)致大量的磁通量，此磁通量不只是存在空氣隙4的內(nèi)部，而且在空氣隙的外側(cè)磁通量也很強(qiáng)?？諝庀锻獠康拇磐糠Q為“流蘇通量”。
如果不加管制的話，將很有可能產(chǎn)生磁通外漏的情況，而對系統(tǒng)的電子裝置本身或者是對于其它的系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，亦即產(chǎn)生EMC上的問題。
也可以使用導(dǎo)電屏機(jī)構(gòu)遮蔽流蘇通量。但不可以將導(dǎo)電屏機(jī)構(gòu)放在太接近空氣隙的位置，否則流蘇通量將在導(dǎo)電屏機(jī)構(gòu)處感應(yīng)相當(dāng)?shù)臏u流，而且導(dǎo)致不需要的溫升，且因此引致效率耗損。另一方面，如果將導(dǎo)電屏機(jī)構(gòu)置于遠(yuǎn)離空氣隙處，則此導(dǎo)電屏機(jī)構(gòu)的包覆范圍必需相當(dāng)?shù)么笠詫⑸⒁莸牧魈K通量的整件包圍住。但是對于現(xiàn)今高密度封裝的電子裝置而言，這種方式并不符合實(shí)際上的需要。
通常的方法是將空氣隙4隱藏到繞錢包封的內(nèi)部，使得由來自繞線本身的磁動勢將流蘇通量包含在繞線包封內(nèi)，但是近空氣隙的繞線部位必會接受到流蘇通量，結(jié)果在繞線導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)出渦流，使得產(chǎn)生大量的熱量，而且效率也隨著下降。
Litz線使用Litz線，即細(xì)絞線，非單一實(shí)體厚線，作為繞線可減少來自空氣隙的流蘇通量所感應(yīng)的渦流。因此可改進(jìn)溫度上升效應(yīng)及銅損效應(yīng)，但是在與實(shí)體粗線比較下，Litz線的銅使用因素相當(dāng)?shù)停沟美@線2窗口的面積必需加以擴(kuò)大以適應(yīng)相同截面積的Litz線。電感將需要較大的繞線管2及較大的磁心1，導(dǎo)致需要較長的線，因此增加銅損，而且也需要較大的磁心1，此將增加鐵損。所以在功率電感上使用Litz線通常無法達(dá)到所需要的效果。
分段繞線管可設(shè)計繞線管使得在空氣隙處沒有任何的繞線窗口。圖5為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中采用分段繞線管設(shè)計，圖6為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中采用分段繞線管設(shè)計，圖式中與圖1相同的組件以相同的標(biāo)示表示。因此流蘇通量不會切過多個銅線，而且也減少渦流耗損。因此，一部分的繞線窗口被占用，所以需要將鐃線管設(shè)計得較大以補(bǔ)償此向題。在此也存在上述Litz線方法中相同的問題。而且，因此沒有覆蓋空氣隙的繞線部位，流蘇通量可更進(jìn)一步向外分布，而使得系統(tǒng)EMC性能下降。
背脊?fàn)罾@線管與分段繞線管類似，如圖7、圖8所示，也可以使用背脊?fàn)罾@線管，可將背脊?fàn)钪糜诶@線窗口之內(nèi)，在此具有有最大的流蘇通量，其中，圖7為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中采用脊?fàn)罾@線管設(shè)計，圖8為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中采用脊?fàn)罾@線管設(shè)計，圖式中與圖1相同的組件以相同的標(biāo)示表示。所以在高流蘇通量區(qū)在窗口內(nèi)的繞線2必需加以限制。所以可減少感應(yīng)的渦流及銅損，此方法也浪費(fèi)某些繞線窗口區(qū)，但是不會比上述分段繞線管法嚴(yán)重，在脊?fàn)畈课簧系睦@線2在作業(yè)上相當(dāng)困難，但是在脊?fàn)钌系睦@線部位對流蘇通量提供某些遮蔽效應(yīng)。
磁屏蔽請參考圖9、圖10，其中，圖9為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中在空氣隙上放置導(dǎo)電屏5，圖10為已有技術(shù)中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中在空氣隙4上放置導(dǎo)電屏5，圖式中與圖1相同的組件以相同的標(biāo)示表示。在空氣隙上放置導(dǎo)電屏可減少由流蘇通量所走生的電磁干擾。此導(dǎo)電屏5可放在繞線包封內(nèi)部或置于完全的電感組件的周圍。導(dǎo)電屏可力金屬箔的型式或者是一輔助線圈，此方法可解決電磁干擾的問題，但是卻無法解決銅損向題。因?yàn)槿郧懈钸^導(dǎo)電屏5，渦流耗損仍不可避免。而且，如果該早電屏5置于線錢包封內(nèi)，此導(dǎo)電屏將占據(jù)繞線窗口區(qū)域。由于需要擴(kuò)大繞線管3及磁心1的體積，所以將導(dǎo)致額外的銅或鐵耗損。
由上文中的說明可知，已有技木中的方法無法對渦流耗損及電磁干抗同時提出一項(xiàng)令人滿意的解決方式。已有技木中的解決方法不是不完全，即是需要進(jìn)行繞線窗口的幾何形狀進(jìn)行相當(dāng)?shù)男薷?，此又對于所得到的電感裝置的大小予以相當(dāng)?shù)南拗啤?br> 本實(shí)用新型的目的是提供一種多空氣隙的電感，其可減少漏磁通，改進(jìn)電磁干抗情況，且減少渦流耗損，改進(jìn)溫升及效率，不浪費(fèi)任何的繞線窗口區(qū)域，且不需要以任何方式改變繞線窗口。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計方案一種具有多空氣隙的電感，其中該電感由磁心、繞線及繞線管所構(gòu)成，磁心是由導(dǎo)磁材料所構(gòu)成，以加強(qiáng)該繞線包封的磁通量連結(jié)，其特征在于在所需要的磁路內(nèi)具有至少兩個空氣隙的磁心，該至少兩個空氣隙包含在該繞線包封內(nèi)部。
由電磁理論可得知對于空氣隙電感產(chǎn)生不利效果的流蘇通量效應(yīng)是由兩項(xiàng)因素產(chǎn)生·在空氣隙內(nèi)部規(guī)則的磁場強(qiáng)度空氣隙內(nèi)部的磁場強(qiáng)度愈弱，則對于該空氣隙任意點(diǎn)上產(chǎn)生一流蘇通量將變得愈弱。
·空氣隙的實(shí)際長度在一給定的磁場強(qiáng)度處該空氣隙的長度愈短，流蘇通量可延伸的范圍愈短。流蘇通量所可到達(dá)的距離正比于空氣隙的長度，包圍有效強(qiáng)度的流蘇通量的空氣隙的體積正比于空氣隙長度的立方。
由作用在空氣隙上的磁動勢除空氣隙長度可得到規(guī)則的電磁強(qiáng)度。
設(shè)計理念由上述說明可知，有可能將單一個長的空氣隙分成數(shù)各短空氣隙，而減少流蘇通量并進(jìn)而減少令人不悅的效應(yīng)。由于，可將空氣隙的數(shù)目增加到如n，則各短空氣隙的長度可減為1/n。到磁路中的總空氣隙長度則沒有改交(n×(1/n)=1)，電感裝置的基本磁性能沒有改變。
注意在這些短空氣隙中的規(guī)則磁場強(qiáng)度均同于原來的長空氣隙。這些短空氣隙的流蘇通量的場型均同于原來空氣隙的場型，唯大小不同。在n個短空氣隙中，包含與更短空氣隙相關(guān)的有效密度的流蘇通量的休和因此力原末仗空氣隙的(1/n3)。如果有n個短類型的短空氣隙時，總流蘇磁能為原長空氣隙的流蘇磁能n×(1/n3)=(1/n2)。即，將單一的空氣隙分為兩個空氣隙時則總流蘇磁能將減為1/4。如果分成3個時，則成為1/9，余可類推。運(yùn)用此低流蘇通量能量，可改進(jìn)渦流耗損及電磁干擾。此為使用多個空氣隙的主要優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1為已有技木中具有空氣隙的電感裝置不含繞線的分解圖。
圖2為圖1組合立體圖。
圖3為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖。
圖4為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖。
圖5為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中采用分段繞線管設(shè)計。
圖6為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中采用分段繞線管設(shè)計。
圖7為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中采用脊?fàn)罾@線管設(shè)計。
圖8為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中采用脊?fàn)罾@線管設(shè)計。
圖9為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中在空氣隙4上放置導(dǎo)電屏5。
圖10為已有技木中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中在空氣隙4上放置導(dǎo)電屏5。
圖11為本實(shí)用新型具有多空氣隙的電感的正向剖面圖，其中空氣隙4被分割成數(shù)個。
圖12為本實(shí)用新型具有多空氣隙的電感的側(cè)向剖面圖，其中空氣隙4被分割成數(shù)個。
圖13為本實(shí)用新型具有多空氣隙的電感的不含繞線的分解圖。
圖14為本實(shí)用新型具有多空氣隙的電感的組合圖。
本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例下文中顯示本實(shí)用新型中使用EE磁心的較佳實(shí)施例。請參考圖11、圖12、圖13、圖14，其中顯示本發(fā)明的較佳實(shí)施例，圖11為本發(fā)明中具有空氣隙的電感裝置的正向剖面圖，其中在空氣隙4被另一磁心1’分割成數(shù)個，圖12為本發(fā)明中具有空氣隙的電感裝置的側(cè)向剖面圖，其中在空氣隙4被分割成數(shù)個，圖式中與圖1相同的組件以相同的標(biāo)示表示。其中空氣隙已分為兩個短的空氣隙4及4’。圖13示本發(fā)明中具有空氣隙的電感裝置的立體圖，由上文中的計算空氣隙流蘇磁能減為原先的四分之一，對于使用類似結(jié)構(gòu)的(飛返式)馳返式電感的50瓦離線轉(zhuǎn)換器，當(dāng)使用此結(jié)構(gòu)時可將效率從88％改進(jìn)到89％，即使用本實(shí)用新型時可增加1％。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、減少漏磁通，所以改進(jìn)電磁干擾情況。
2、減少渦流耗損，因此改進(jìn)溫升及效率。
3、不浪費(fèi)任何的繞線窗口區(qū)域，實(shí)際上不需要以任何方式改變繞線窗口。
權(quán)利要求1.一種具有多空氣隙的電感，其中該電感由磁心、繞線及繞線管所構(gòu)成，磁心是由導(dǎo)磁材料所構(gòu)成，以加強(qiáng)該繞線包封的磁通量連結(jié)，其特征在于在所需要的磁路內(nèi)具有至少兩個空氣隙的磁心，該至少兩個空氣隙包含在該繞線包封內(nèi)部。
專利摘要一種具有多空氣隙的電感,其中該電感由磁心、繞線及繞線管所構(gòu)成,磁心是由導(dǎo)磁材料所構(gòu)成,以加強(qiáng)該繞線包封的磁通量連結(jié),在所需要的磁路內(nèi)具有至少兩個空氣隙的磁心,該至少兩個空氣隙包含在該繞線包封內(nèi)部。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1、減少漏磁通,所以改進(jìn)電磁干擾情況。2、減少渦流耗損,因此改進(jìn)溫升及效率。3、不浪費(fèi)任何的繞線窗口區(qū)域,實(shí)際上不需要以任何方式改變繞線窗口?？山鉀Q電感空氣隙的流蘇通量的渦流耗損及電磁干擾的問題。
文檔編號H01F17/00GK2457709SQ0024636
公開日2001年10月31日 申請日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者吳偉文 申請人:栢怡國際股份有限公司