專利名稱：具有永磁偏磁的磁性元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有永磁偏磁的磁性元件，適合應(yīng)用于磁性元件的磁芯上存在較
大的直流(或較低頻率)磁通，并疊加有較高頻率的交流磁通的情況。
背景技術(shù)：
磁性元件特別是功率電感在各種功率變換器中有十分廣泛的應(yīng)用，如PFC電路的 Boost電感，DC/DC變換器的輸出濾波電感，UPS，變頻器和逆變器中的輸出電感等。但隨著 功率的提高和偏磁磁密的增加就會(huì)帶來磁芯的飽和，從而使得電感量下降。為了解決這個(gè) 問題，進(jìn)一步提高功率電感的抗磁飽和能力，人們將永磁材料應(yīng)用在功率電感上，以利用永 磁材料的偏磁能力來抵消電感線圈直流電流造成的偏磁?，F(xiàn)有技術(shù)1將永磁材料放置于磁 芯氣隙中。對(duì)于鐵氧體永磁材料，電阻率比較高，在高頻磁通下，引起的渦流損耗比較小，但 是鐵氧體永磁材料的剩磁磁密和矯頑磁力比較低，允許的工作溫度也比較低，在工作中，容 易造成退磁失效。對(duì)于稀土燒結(jié)永磁材料，剩磁磁密和矯頑磁力大大提高，允許的工作溫度 也較高，但是電阻率比較低，在高頻磁通下，會(huì)帶來很大的渦流，造成損耗和溫度的增加，使 永磁體失效。為了克服這個(gè)問題，現(xiàn)有技術(shù)2將永磁體放置在磁氣隙的附近，并通過軟磁體 連接形成磁回路，而永磁體是采用稀土磁性粉末與粘結(jié)劑形成的粘結(jié)磁鐵，因此具有較高 的電阻率，從而降低高頻渦流損耗。但是粘結(jié)永磁的偏磁能力雖然比鐵氧體永磁體高，但比 稀土燒結(jié)永磁體的偏磁能力低很多，難以得到很好的效果。而且根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)的介紹和 實(shí)施例，雖然永磁體位于氣隙附近，但還是會(huì)有很大一部分交流磁通會(huì)通過該永磁體，在其 中產(chǎn)生渦流效應(yīng)、發(fā)熱以及退磁失效。因此，如何解決上述問題是本發(fā)明的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種具有永磁偏磁的磁性元件，該發(fā)明能有效提高磁芯的抗偏磁 能力。 本發(fā)明解決方案是一種具有永磁偏磁的磁性元件，包括用以形成磁通回路且具 有至少一個(gè)氣隙斷口的磁芯，其特征在于所述磁芯上繞設(shè)有工作線圈，所述磁芯的氣隙斷 口至少一側(cè)面上設(shè)有一對(duì)永磁體，所述永磁體上設(shè)有至少一個(gè)軟磁磁芯，以連通兩永磁體， 從而形成與氣隙斷口并聯(lián)的含永磁體磁支路，所述磁性元件的氣隙斷口的磁阻小于與之并 聯(lián)的含永磁體磁支路的磁阻5倍以上。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是可以利用電阻率較小但具有較 大偏磁能力的燒結(jié)稀土永磁材料以提高直流偏磁性能，同時(shí)通過磁路磁阻結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) 以及采用永磁磁路上環(huán)繞的短路線圈克服燒結(jié)稀土材料永磁體本身電阻率較小所帶來的 由于高頻磁通引起的渦流損耗大從而導(dǎo)致永磁體溫度過高失效以及永磁體容易被電流脈 沖退磁的問題。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明可以提高磁性元件磁芯的抗偏磁能力，提高一定直流 偏磁電流下的電感量，或減小磁芯截面積，減小體積或減小工作線圈的長度和電阻；同時(shí)可 以克服傳統(tǒng)帶永磁體磁性元件尤其是電感線圈元件的永磁體容易被電流脈沖退磁、永磁體損耗大、溫度高以及在高溫下容易失效的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為圖1的磁路示意圖 圖3為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2 圖6為本發(fā)明實(shí)施例3 圖7為本發(fā)明實(shí)施例4。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的闡述。 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的具有永磁偏磁的磁性元件，包括用以形成磁回路且具
有至少一個(gè)氣隙斷口 2的磁芯l，所述磁芯1上繞設(shè)有工作線圈3，所述磁芯的氣隙斷口 2
至少一側(cè)面上設(shè)有一對(duì)永磁體4，所述永磁體4上設(shè)有至少一個(gè)軟磁磁芯5，以連通兩永磁
體4，形成永磁體磁支路，所述永磁體支路上環(huán)繞有至少一匝的短路線圈6。 上述永磁體的磁極性是疊加的，其所產(chǎn)生的磁通極性是與工作線圈直流電流分量
產(chǎn)生的磁通極性相反。 本發(fā)明采用稀土燒結(jié)永磁體，放置于氣隙附近，同時(shí)通過磁路結(jié)構(gòu)和磁路磁阻參 數(shù)設(shè)計(jì)，使得永磁體產(chǎn)生的大部分偏磁磁通經(jīng)過磁性元件主磁路，以抵消磁性元件線圈直 流電流在主磁路上產(chǎn)生的直流偏磁，而磁性元件線圈產(chǎn)生的交流磁通則絕大部分經(jīng)過氣 隙，只有很小一部分經(jīng)過永磁體磁路。并進(jìn)一步通過在永磁體磁路上設(shè)置包圍永磁體磁路 截面的短路線圈，此短路線圈導(dǎo)體的電阻率與永磁體的電阻率相差102數(shù)量級(jí)以上，從而通 過短路線圈感應(yīng)電流的作用進(jìn)一步屏蔽交流磁通經(jīng)過永磁體磁回路，以進(jìn)一步降低永磁體 的發(fā)熱和增強(qiáng)其抗退磁的能力。構(gòu)成永磁體磁路的材料除了永磁體外，還可包含軟磁體材 料，由于只有很小一部分交流磁通經(jīng)過永磁體磁路，因此可以選擇飽和磁密較高的軟磁材 料，如矽鋼片，磁粉芯等。對(duì)于如圖2所示的磁路結(jié)構(gòu)，包含三個(gè)磁路分支，即由電感磁芯1 組成的主磁路分支，由氣隙2組成的氣隙磁路分支和由永磁體4和軟磁塊連接橋5組成的 永磁體磁路分支，設(shè)其磁阻分別為Re。re， Reap和RMagnrt，為了達(dá)到上述目的，在磁路參數(shù)設(shè)計(jì) 上，各部分磁路的磁阻需要滿足公式RMagnrt》Reap》Re。re的條件，這三個(gè)磁阻大小差異越大， 效果越好。對(duì)于如圖3所示的磁路結(jié)構(gòu)，由于磁路和工作線圈的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在磁路參數(shù)設(shè)計(jì) 上，只要滿足R^一》R^，就可達(dá)到上述設(shè)計(jì)目的。 上述氣隙斷口 2可由C型、U型、E型、EE型或EI型等磁芯構(gòu)成。 上述永磁偏磁的磁性元件可以作為輸入、輸出濾波電感、扼流圈或磁芯存在直流
偏磁的變壓器等。 上述磁性元件也可由至少兩對(duì)EE型或EI型等磁芯組成，如圖4，圖5所示；其中1 為氣隙斷口 ， 2為磁性元件磁芯，3為永磁體，4為軟磁塊連接橋，5為工作線圈，相同結(jié)構(gòu)與 相同編號(hào)表示同一名稱；至少只在兩對(duì)磁芯中柱開一對(duì)氣隙斷口，或只在兩對(duì)磁芯邊柱開兩對(duì)氣隙斷口 ；至少兩對(duì)永磁體，極化方向形成閉合環(huán)，由細(xì)箭頭表示；至少一對(duì)軟磁塊連 接橋臂；至少一對(duì)勵(lì)磁線圈分別放置在兩對(duì)EE或EI磁芯中柱上，其直流磁通方向用粗箭頭 表示。所述永磁體設(shè)置在所述磁芯中柱上下兩面，所述兩對(duì)磁芯間隔一定距離，用所述軟磁 塊作為橋臂連接，所述軟磁體連接橋設(shè)置在永磁體上，以形成同向極化環(huán)路。所述磁性線圈 元件在EE型或EI型磁芯柱上至少開有一對(duì)氣隙斷口 。所述至少兩對(duì)永磁體的極化方向在 磁柱沿同一環(huán)路方向，在所述至少兩對(duì)永磁體上放置至少一對(duì)軟磁塊連接橋。未開氣隙側(cè) 磁芯柱可以比通用E型磁柱截面積減小或使得工作線圈長度減小，節(jié)約用銅量。所述磁性 元件可以作為兩路輸出濾波電感。 此發(fā)明以電感線圈元件為例，但不僅限于此?？梢酝瑯舆m用于需要采用永磁材料 提高磁路磁芯抗偏磁能力的組合磁性元件結(jié)構(gòu)，如變壓器，多路輸出集成電感及其類似物。 具體實(shí)施例如下
圖6為，由磁芯l，線圈3，兩同高邊柱氣隙斷口 2，四個(gè)永磁體4，軟磁材料5，和至少一 匝的短路線圈6組成。細(xì)箭頭(永磁體的極化方向和偏磁方向)與粗箭頭(線圈直流產(chǎn)生的 磁場(chǎng)方向)相對(duì)出現(xiàn)，可同時(shí)反向。由于永磁體偏磁的作用，使得工作線圈所通的直流電功 率可以大幅度提升。而工作線圈上所載的高頻交流分量，由于短路線圈6的作用，并且其電 阻率分別與永磁體，軟磁材料電阻率的數(shù)量級(jí)相差1E-2和1E-5，使得高頻交流分量產(chǎn)生的 渦流，絕大部分消耗在短路線圈上。 圖7的設(shè)計(jì)思想與圖6相同，由于永磁體更多，使得電功率可以有限度的進(jìn)一步提 升。 以上所述僅為本發(fā)明的較典型實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化 與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種具有永磁偏磁的磁性元件，包括用以形成磁通回路且具有至少一個(gè)氣隙斷口的磁芯，其特征在于所述磁芯上繞設(shè)有工作線圈，所述磁芯的氣隙斷口至少一側(cè)面上設(shè)有一對(duì)永磁體，所述永磁體上設(shè)有至少一個(gè)軟磁磁芯，以連通兩永磁體，從而形成與氣隙斷口并聯(lián)的含永磁體磁支路，所述磁性元件的氣隙斷口的磁阻小于與之并聯(lián)的含永磁體磁支路的磁阻5倍以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有永磁偏磁的磁性元件，其特征在于所述永磁體是采用 具有較強(qiáng)永磁特性且電阻率較低的燒結(jié)鋁鐵硼等稀土永磁材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有永磁偏磁的磁性元件，其特征在于所述含永磁體磁支 路上環(huán)繞有至少一匝的短路線圈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有永磁偏磁的磁性元件，其特征在于所述永磁 體的磁極性是疊加的，其所產(chǎn)生的磁通極性是與工作線圈直流電流分量產(chǎn)生的磁通極性相 反。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有永磁偏磁的磁性元件，其特征在于所述氣隙斷口可由C型、U型、E型、EE型或EI型磁芯構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有永磁偏磁的磁性元件，其特征在于所述永磁偏磁的磁性元件可以作為需要承受較大直流電流的輸入、輸出直流濾波電感、扼流圈或磁芯存在直 流偏磁的變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有永磁偏磁的磁性元件，包括用以形成磁通回路且具有至少一個(gè)氣隙斷口的磁芯，其特征在于所述磁芯上繞設(shè)有工作線圈，所述磁芯的氣隙斷口至少一側(cè)面上設(shè)有一對(duì)永磁體，所述永磁體上設(shè)有至少一個(gè)軟磁磁芯，以連通兩永磁體，從而形成與氣隙斷口并聯(lián)的含永磁體磁支路，所述磁性元件的氣隙斷口的磁阻小于與之并聯(lián)的含永磁體磁支路的磁阻5倍以上。本發(fā)明可以有效提高磁性元件磁芯抗直流電流偏磁能力，提高一定直流偏磁電流下的電感量，或減小磁芯截面積，減小體積或降低工作線圈的用銅量長度和電阻；同時(shí)可以克服傳統(tǒng)帶永磁體磁性元件容易被電流脈沖退磁、永磁體在高頻磁通下渦流損耗引起溫度升高導(dǎo)致永磁體在高溫下容易失效的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F7/02GK101789304SQ201010129189
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者盧增藝, 楊海軍, 陳為 申請(qǐng)人:福州大學(xué)