專利名稱：一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合磁技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件。
背景技術(shù)：
在開關(guān)電源中，磁性元件(或磁元件)是能量轉(zhuǎn)換和儲存的核心部件，它的性能關(guān)系到整個開關(guān)電源的效率和性能，作為主要的損耗器件之一，磁性元件越來越受到硬件設(shè)計人員的重視，而磁芯作為磁性元件的核心部件，它的性能更是關(guān)系到磁性元件的性能的優(yōu)劣，如何降低磁性元件的損耗，提升開關(guān)電源的效率和整體性能成為關(guān)鍵，同時，成本也是設(shè)計磁芯結(jié)構(gòu)時需要考慮的一項重要因素。在傳統(tǒng)的磁性元件設(shè)計中，我們應(yīng)然考慮使用單一的磁芯材質(zhì)來進(jìn)行磁性元件的設(shè)計，這未免給磁性元件的設(shè)計帶來瓶頸，無法達(dá)到磁性元件的最佳使用效果，因此，復(fù)合磁技術(shù)應(yīng)然而生，利用不同材質(zhì)磁芯之間的復(fù)合，或 者不同磁性材料之間的混合加工、一體成型,將會改善磁性元件的整體性能。隨著當(dāng)前業(yè)界復(fù)合磁技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合磁技術(shù)將會越來越受到重視，復(fù)合磁設(shè)計技術(shù)將成為必要，但是發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明實施例的過程中發(fā)現(xiàn)大多磁性元件的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)為了避免由于設(shè)置氣隙而導(dǎo)致繞組損耗增大，取消了氣隙的設(shè)置，可是，其雖然減小了繞組損耗，但會導(dǎo)致磁芯損耗的增加，從而磁性元件的總損耗增加，且應(yīng)用頻率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件，用于減小磁芯損耗，提高應(yīng)用頻率。本發(fā)明第一方面提供一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，可包括第一磁芯部件和第二磁芯部件,所述第一磁芯部件由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第二磁芯部件由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第一磁芯部件和所述第二磁芯部件復(fù)合并形成磁通回路。在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料為鎳鋅NiZn鐵氧體和/或合金磁粉，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料為錳鋅MnZn鐵氧體、非晶材料、納米晶材料、硅鋼中的一種或多種。結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述合金磁粉為鐵粉芯、鐵硅、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鎳鑰、非晶粉芯中的一種或多種。在第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率等于或小于250，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率大于800。結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式或第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式或第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一磁芯部件或第二磁芯部件呈U型或E型或工字型或弧狀設(shè)置。本發(fā)明第二方面提供一種磁性元件，可包括第一方面或第一種可能的實現(xiàn)方式或第二種可能的實現(xiàn)方式或第三種可能的實現(xiàn)方式或第四種可能的實現(xiàn)方式中的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，還包括至少一組繞線線圈，所述繞線線圈繞設(shè)于所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)上。在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述繞線線圈繞設(shè)于所述第一磁芯部件和/或所述第二磁芯部件上。在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述繞線線圈的材質(zhì)為圓銅線、利茲線、絞線、扁銅線、銅箔、印刷電路板銅層中的一種。結(jié)合第二方面或第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式或第二方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述磁性元件為電感器或變壓器。從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件，利用低磁導(dǎo)率軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁材料復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(即形成磁通回路)，該結(jié)構(gòu)不需要開設(shè)氣隙，減小了漏磁通，對周圍的電磁干擾得到了降低，電磁干擾EMI特性較好，且簡化了加工工藝，提高磁性元件一致性；由于低磁導(dǎo)率材料的磁芯部件的磁阻較大， 代替氣隙的磁阻，可以減小繞組渦流損耗，從而磁芯損耗也得到了降低；另外，復(fù)合的材料應(yīng)用頻率較高，適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種磁性元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖7a和圖7b均示出了本發(fā)明實施例提供的一種磁性元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8a至圖8d均示出了本發(fā)明實施例提供的一種磁性元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明實施例提供的一種磁性元件的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為切割成現(xiàn)有的變壓器模型的3D仿真模型示意圖；圖12為切割成本發(fā)明實施例提供的變壓器模型的3D仿真模型示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供了一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件，用于減小磁芯損耗，提高應(yīng)用頻率。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例一請參考圖1，圖I為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I示意圖，其中，所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I包括第一磁芯部件11和第二磁芯部件12,所述第一磁芯部件11由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第二磁芯部件12由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12復(fù)合并形成磁通回路。
在本發(fā)明實施例中，低磁導(dǎo)率的軟磁材料與高磁導(dǎo)率的軟磁材料復(fù)合，形成磁通回路，即所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I通過低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第一磁芯部件11與高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第二磁芯部件12串聯(lián)組成，也就是第一磁芯部件11和第二磁芯部件12構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(或復(fù)合磁磁路)，其可應(yīng)用于制作磁性元件，例如電感器、變壓器等，此處不作具體限定；其中，鐵氧體是由鐵的氧化物及其他配料燒結(jié)而成，一般可分為永磁鐵氧體和軟磁鐵氧體兩種；磁導(dǎo)率(magnetic permeability)是表示磁介質(zhì)磁性的物理量,常用符號μ表示，本發(fā)明實施例中，磁導(dǎo)率指的是材料的相對磁導(dǎo)率，相對磁導(dǎo)率就是材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值；可以理解的是，所謂高磁導(dǎo)率材料，顧名思義就是磁導(dǎo)率比較高的磁材料，具有高磁導(dǎo)率低飽和磁密的特點，目前這種高磁導(dǎo)率的磁材料很普遍，比如鐵氧體、硅鋼、非晶及納米晶等，有些材料的磁導(dǎo)率可以聞達(dá)上萬。對于鐵氧體材料，磁導(dǎo)率多在1000以上，有的高達(dá)上萬，可以應(yīng)用于共模電感，其中，相對較為常規(guī)的鐵氧體材料，也就是磁導(dǎo)率在3000以下的鐵氧體磁芯，多用來制作變壓器和電感器，在實際應(yīng)用中，由于高磁導(dǎo)率材料的磁導(dǎo)率較高，為了提高磁性元件的抗飽和能力，需要在磁路中開設(shè)相應(yīng)的氣隙，來增大磁路磁阻，以此來降低感量，提高磁性元件的抗直流飽和能力；相反地，低磁導(dǎo)率材料就是磁導(dǎo)率比較低的磁材料，目前低磁導(dǎo)率材料主要有磁粉芯，包括鐵硅、鐵硅鋁、鐵粉芯等類型，它們具有低磁導(dǎo)率、高飽和磁密、具有分布式氣隙的特征，磁導(dǎo)率的變化范圍為幾十到一百多，最常見的磁導(dǎo)率類型為26、40、60、80、90、120等，不同磁導(dǎo)率的磁芯可以通過磁材料的有機(jī)或無機(jī)材料的不同摻入量來控制，這些磁粉芯的電阻率較低，磁芯損耗較鐵氧體大很多，但其飽和磁密很高，可以達(dá)到I特斯拉以上，抗直流飽和能力強(qiáng)，并且具有分布式氣隙，磁路中的擴(kuò)散磁通很少，繞組的損耗也較小。由上述描述可知，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，利用低磁導(dǎo)率軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁材料復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(即形成磁通回路)，該結(jié)構(gòu)不需要開設(shè)氣隙，減小了漏磁通，對周圍的電磁干擾得到了降低，電磁干擾EMI特性較好，且簡化了加工工藝，提高磁性元件一致性；由于低磁導(dǎo)率材料的磁芯部件的磁阻較大，代替氣隙的磁阻，可以減小繞組渦流損耗，從而磁芯損耗也得到了降低；另外，復(fù)合的材料應(yīng)用頻率較高，適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下。實施例二 優(yōu)選地，本實施例提供如圖I所示的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，呈Π型設(shè)置;所示UI型復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I包括I型設(shè)置的磁芯部件和U型設(shè)置的磁芯部件，其中，所述I型設(shè)置的磁芯部件為由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第一磁芯部件11，所述U型設(shè)置的磁芯部件為由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第二磁芯部件12，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12復(fù)合，構(gòu)成UI型復(fù)合磁磁路磁芯；進(jìn)一步地，構(gòu)成第一磁芯部件11的低磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為鎳鋅NiZn鐵氧體、合金磁粉等其他低磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種；構(gòu)成第二磁芯部件12的高磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為猛鋒MnZn鐵氧體、非晶材料、納米晶材料、娃鋼等其他聞磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種，此處不作具體限定；更進(jìn)一步地，所述合金磁粉可以為鐵粉芯、鐵娃、鐵娃招、鐵鎮(zhèn)、鐵鎮(zhèn)鑰、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一種或多種。優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以等于或小于250，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以大于800?？梢岳斫獾氖?，由于鐵氧體的電阻率較高，在高頻下的磁芯損耗較小，故可以應(yīng)用于高頻下，優(yōu)選地，本實施例中采用NiZn鐵氧體(第一磁芯部件11)與MnZn鐵氧體(第二磁芯部件12)復(fù)合，其中，MnZn鐵氧體目前可最高應(yīng)用于5MHz的高頻環(huán)境下，NiZn鐵氧體可以應(yīng)用于GHz環(huán)境下，NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率變化范圍很大，目前市場上的NiZn鐵氧體材料的磁導(dǎo)率的范圍為幾十到幾千，并且其高頻下的磁芯損耗很小，因此這兩種鐵氧體軟磁材料復(fù)合而成的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下；另外，由于NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率有些比較小，根據(jù)磁路磁阻原理，可以利用低磁導(dǎo)率的NiZn鐵氧體磁路來代替氣隙，從而避免開氣隙，減小了擴(kuò)散磁通，降低了繞組損耗，又由于其應(yīng)用頻率較高，彌補了磁粉芯應(yīng)用頻率低的缺點?？梢岳斫獾氖?，本實施例中，復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I呈Π型設(shè)置，如圖I所示，其中，第一磁芯部件11為I型設(shè)置，第二磁芯部件12為U型設(shè)置；在某些實施方式中，呈Π型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，也可以是第一磁芯部件11設(shè)置為U型，第二磁芯部件12設(shè)置為I型，其外形設(shè)置對其功能實現(xiàn)沒有影響；容易想到的是，Π型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I與UU型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I相似，請一并參考如圖2所示的UU型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的結(jié)構(gòu)示意圖；需要說明的是，在某些實施方式中，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，其外形設(shè)置不一定是非常標(biāo)準(zhǔn)的Π型或UU型，例如，圖3所示的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I也是為UU型設(shè)置，但是第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小設(shè)計不一樣(即U型設(shè)置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)的兩邊磁柱比U型設(shè)置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的兩邊磁柱要長)，或者U型的兩邊磁柱可以設(shè)置為不一樣的長度等，對復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的功能實現(xiàn)不會造成影響，也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，其可應(yīng)用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I外，還包括至少一組繞線線圈13，所述繞線線圈13繞設(shè)于所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I上。進(jìn)一步地，所述繞線線圈13繞設(shè)于所述第一磁芯部件11和/或所述第二磁芯部件12上；例如,在某些實施方式中，如圖4所示磁性元件2,包括了如圖I所示的UI型復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，所述磁性元件2內(nèi)設(shè)置了兩組繞線線圈13(即繞組)，分別繞設(shè)于U型第二磁芯部件12的兩邊磁柱上；容易想到的是，根據(jù)磁性元件2在實際中的應(yīng)用，其內(nèi)部可以設(shè)置一組繞線線圈13，也可以設(shè)置兩組或多組繞線線圈13，且繞線線圈13可以繞設(shè)于U型第二磁芯部件12的兩邊磁柱上，也可以繞設(shè)于I型第一磁芯部件11上或U型第二磁芯部件12的下邊上，同樣地，包括如圖2或圖3所示復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的磁性元件，其繞線線圈13也可以參照如圖4所示的磁性元件2進(jìn)行設(shè)置，對復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的功能實現(xiàn)不會造成影響，本發(fā)明實施例對磁性元件2設(shè)置繞線線圈13的數(shù)量和繞線線圈13繞設(shè)的位置不作具體限定。優(yōu)選地 ，所述繞線線圈13具有單層或多層結(jié)構(gòu)，繞線線圈13的材質(zhì)可以為圓銅線、利茲線、絞線、扁銅線、銅箔、印刷電路板銅層中的一種。可以理解的是，在實際應(yīng)用中，為了得到合適的感量和抗偏磁特性，可以根據(jù)需要隨意改變復(fù)合磁路磁芯的磁路長度(圖4中用虛線標(biāo)示磁路長度)和磁芯截面積。另容易想到的是，本發(fā)明實施例提供的磁性元件2可以為但不限于電感器(包括常規(guī)電感器、平面電感器)或變壓器(包括常規(guī)變壓器、平面電壓器)，其可用于電感儲能、EMI濾波、能量傳輸、功率變換等。低磁導(dǎo)率的磁芯磁路可用來控制磁性元件2的感量及抗飽和能力，不需要開氣隙，減小了漏磁通，降低了繞組損耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些實施方式上，還可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I以及包括復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的磁性元件2，利用低磁導(dǎo)率軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁材料復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(即形成磁通回路)，該結(jié)構(gòu)不需要開設(shè)氣隙，減小了漏磁通，對周圍的電磁干擾得到了降低，電磁干擾EMI特性較好，且簡化了加工工藝，提高磁性元件一致性；由于低磁導(dǎo)率材料的磁芯部件的磁阻較大，代替氣隙的磁阻，可以減小繞組渦流損耗，從而磁芯損耗也得到了降低 ’另外，復(fù)合的材料應(yīng)用頻率較高，適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下。實施例三請參考圖5，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I另一結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I呈EI型設(shè)置，所示EI型復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I包括I型設(shè)置的磁芯部件和E型設(shè)置的磁芯部件，其中，所述I型設(shè)置的磁芯部件為由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第一磁芯部件11，所述E型設(shè)置的磁芯部件為由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的第二磁芯部件12，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12復(fù)合，構(gòu)成Π型復(fù)合磁磁路磁芯；進(jìn)一步地，構(gòu)成第一磁芯部件11的低磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為NiZn鐵氧體、合金磁粉等其他低磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種；構(gòu)成第二磁芯部件12的高磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為MnZn鐵氧體、非晶材料、納米晶材料、硅鋼等其他高磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種；所述合金磁粉可以為鐵粉芯、鐵硅、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鎳鑰、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一種或多種，此處不作具體限定。優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以等于或小于250，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以大于800 ；可以理解的是，由于鐵氧體的電阻率較高，在高頻下的磁芯損耗較小，故可以應(yīng)用于高頻下，優(yōu)選地，本實施例中低磁導(dǎo)率的軟磁材料采用NiZn鐵氧體，高磁導(dǎo)率的軟磁材料采用MnZn鐵氧體，其中，MnZn鐵氧體目前可最高應(yīng)用于5MHz的高頻環(huán)境下,NiZn鐵氧體可以應(yīng)用于GHz環(huán)境下，NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率變化范圍很大，目前市場上的NiZn鐵氧體材料的磁導(dǎo)率的范圍為幾十到幾千，并且其高頻下的磁芯損耗很小，因此這兩種鐵氧體軟磁材料復(fù)合而成的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下；另外，由于NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率有些比較小，根據(jù)磁路磁阻原理，可以利用低磁導(dǎo)率的NiZn鐵氧體磁路來代替氣隙，從而避免開氣隙，減小了擴(kuò)散磁通，降低了繞組損耗，又由于其應(yīng)用頻率較高，彌補了磁粉芯應(yīng)用頻率低的缺點?？梢岳斫獾氖牵緦嵤├?，復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I呈EI型設(shè)置，如圖5所示，其中，第一磁芯部件11為I型設(shè)置，第二磁芯部件12為E型設(shè)置；在某些實施方式中，呈EI型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I，第一磁芯部件11可以設(shè)置為E型，第二磁芯部件12也可以設(shè)置為I型，其外形設(shè)置對其功能實現(xiàn)沒有影響；容易想到的是，EI型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I與EE型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I相似，如圖6所示，為EE型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的示意圖，即第一磁芯部件11為E型設(shè)置，第二磁芯部件12也為E型設(shè)置；需要說明的是，在某些實施方式中，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合·磁芯結(jié)構(gòu)1，其外形設(shè)置不一定是非常標(biāo)準(zhǔn)的EI型或EE型，例如，EE型設(shè)置的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I中，其第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小設(shè)計不一樣(即E型設(shè)置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)的兩邊磁柱比E型設(shè)置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的兩邊磁柱要長)，或者E型的兩邊磁柱或中間磁柱可以設(shè)置為不一樣的長度等，對復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的功能實現(xiàn)不會造成影響，也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，其可應(yīng)用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I外，還包括至少一組繞線線圈13，所述繞線線圈13繞設(shè)于所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I上。進(jìn)一步地，所述繞線線圈13繞設(shè)于所述第一磁芯部件11和/或所述第二磁芯部件12上；例如,在某些實施方式中,請一并參考圖7a和圖7b所示磁性元件2,圖7a中示出的磁性元件2包括了如圖5所示的EI型復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，所述磁性元件2內(nèi)設(shè)置了一組繞線線圈13，該繞線線圈13繞設(shè)于E型第二磁芯部件12的中間磁柱上；容易想到的是，根據(jù)磁性元件2在實際中的應(yīng)用，其內(nèi)部可以設(shè)置一組繞線線圈13，也可以設(shè)置兩組或多組繞線線圈13，且繞線線圈13可以繞設(shè)于E型第二磁芯部件12的兩邊磁柱上，可參考如圖7b所示磁性元件2 ;在某些實施方式中，繞線線圈13也可以繞設(shè)于I型第一磁芯部件11上或E型第二磁芯部件12的下邊上，同樣地，包括如圖6所示復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的磁性元件,其繞線線圈13也可以參照如圖7a和圖7b所示的磁性元件2進(jìn)行設(shè)置，對復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的功能實現(xiàn)不會造成影響，同樣地，本發(fā)明實施例對磁性元件2設(shè)置繞線線圈13的數(shù)量和繞線線圈13繞設(shè)的位置不作具體限定。優(yōu)選地，所述繞線線圈13具有單層或多層結(jié)構(gòu)，繞線線圈13的材質(zhì)可以為圓銅線、利茲線、絞線、扁銅線、銅箔、印刷電路板銅層中的一種?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I及其相關(guān)的磁性元件2，在實際應(yīng)用中，為了得到合適的感量和抗偏磁特性，可以根據(jù)需要隨意改變復(fù)合磁路磁芯的磁路長度(圖7a中用虛線標(biāo)示磁路長度)和磁芯截面積；也可以通過不同的復(fù)合磁路結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計的需求，例如，可參考圖8a、圖Sb和圖Sc，均示出可以采用低磁導(dǎo)率軟磁材料的第一磁芯部件11作為磁芯中間磁柱(或稱中柱磁芯)，其中，如圖8a和圖Sc所示，繞線線圈13可以繞設(shè)在復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的中間磁柱上，如圖8b所示，(兩組)繞線線圈13可以繞設(shè)在復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的兩邊磁柱上；在某些實施方式中，也可以用低磁導(dǎo)率軟磁材料的第一磁芯部件11作為磁芯兩邊磁柱(或稱邊柱磁芯)，也就是第二磁芯部件12呈工字型設(shè)置，其中，繞線線圈13可以繞設(shè)在復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I兩邊磁柱上，可參考圖8d所示。另需要說明的是，根據(jù)實際應(yīng)用，復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I只需滿足其應(yīng)用的磁性元件的相關(guān)參數(shù)(如感量、抗直流偏置能力等)設(shè)計即可，其外觀可以呈不同的設(shè)置，對其功能實現(xiàn)不會造成影響；同時，本發(fā)明實施例對磁性元件2設(shè)置繞線線圈13的數(shù)量和繞線線圈13繞設(shè)的位置不作具體限定。另容易想到的是，本發(fā)明實施例提供的磁性元件2可以為但不限于電感器(包括常規(guī)電感器、平面電感器)或變壓器(包括常規(guī)變壓器、平面電壓器)，其可用于電感儲能、EMI濾波、能量傳輸、功率變換等。低磁導(dǎo)率的磁芯磁路可用來控制磁性元件2的感量及抗飽和能力，不需要開氣隙，減小了漏磁通，降低了繞組損耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些實施方式上，還可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I以及包括復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I 的磁性元件2，利用低磁導(dǎo)率軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁材料復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(即形成磁通回路)，該結(jié)構(gòu)不需要開設(shè)氣隙，減小了漏磁通，對周圍的電磁干擾得到了降低，電磁干擾EMI特性較好，且簡化了加工工藝，提高磁性元件一致性；由于低磁導(dǎo)率材料的磁芯部件的磁阻較大，代替氣隙的磁阻，可以減小繞組渦流損耗，從而磁芯損耗也得到了降低 ’另外，復(fù)合的材料應(yīng)用頻率較高，適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下。實施例四請參考圖9，圖9為本發(fā)明實施例提供的一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I另一結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I呈環(huán)狀設(shè)置，所示復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I包括弧狀設(shè)置的第一磁芯部件11和弧狀設(shè)置的第二磁芯部件12，其中，所述第一磁芯部件11由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第二磁芯部件12由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12復(fù)合，構(gòu)成環(huán)狀的復(fù)合磁磁路磁芯。進(jìn)一步地，構(gòu)成第一磁芯部件11的低磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為NiZn鐵氧體、合金磁粉等其他低磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種；構(gòu)成第二磁芯部件12的高磁導(dǎo)率的軟磁材料可以為MnZn鐵氧體、非晶材料、納米晶材料、硅鋼等其他高磁導(dǎo)率的磁芯材料中的一種或多種；所述合金磁粉可以為鐵粉芯、鐵硅、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鎳鑰、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一種或多種，此處不作具體限定。優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以等于或小于250，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率可以大于800 ；優(yōu)選地，由于鐵氧體的電阻率較高，在高頻下的磁芯損耗較小，故可以應(yīng)用于高頻下，因此本實施例中低磁導(dǎo)率的軟磁材料采用NiZn鐵氧體，高磁導(dǎo)率的軟磁材料采用MnZn鐵氧體，其中，MnZn鐵氧體目前可最高應(yīng)用于5MHz的高頻環(huán)境下，NiZn鐵氧體可以應(yīng)用于GHz環(huán)境下，NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率變化范圍很大，目前市場上的NiZn鐵氧體材料的磁導(dǎo)率的范圍為幾十到幾千，并且其高頻下的磁芯損耗很小，因此這兩種鐵氧體軟磁材料復(fù)合而成的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下；另外，由于NiZn鐵氧體的磁導(dǎo)率有些比較小，根據(jù)磁路磁阻原理，可以利用低磁導(dǎo)率的NiZn鐵氧體磁路來代替氣隙，從而避免開氣隙，減小了擴(kuò)散磁通，降低了繞組損耗，又由于其應(yīng)用頻率較高，彌補了磁粉芯應(yīng)用頻率低的缺點。
需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的如圖9所示的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I中，其第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小設(shè)計可以不一樣，即弧狀設(shè)置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)與弧狀設(shè)置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的弧長不一樣，也可以設(shè)置為弧長一樣，對復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的功能實現(xiàn)不會造成影響，此處不作具體限定。同樣地，所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)1，其可應(yīng)用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括如圖9所示的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I外，還包括至少一組繞線線圈13，所述繞線線圈13繞設(shè)于所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I上；在某些實施方式中，如圖10，所述繞線線圈13繞設(shè)于第一磁芯部件11和第二磁芯部件12的外部。優(yōu)選地，所述繞線線圈13具有單層或多層結(jié)構(gòu)，繞線線圈13的材質(zhì)可以為圓銅線、利茲線、絞線、扁銅線、銅箔、印刷電路板銅層中的一種?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I及其相關(guān)的磁性元件2，在實際應(yīng)用中，為了得到合適的感量和抗偏磁特性，可以根據(jù)需要隨意改變復(fù)合磁路磁芯的磁 路長度和磁芯截面積；另需要說明的是，根據(jù)實際應(yīng)用，復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I只需滿足其應(yīng)用的磁性元件的相關(guān)參數(shù)(如感量、抗直流偏置能力等)設(shè)計即可，其外觀可以呈不同的設(shè)置，對其功能實現(xiàn)不會造成影響；同時，本發(fā)明實施例對磁性元件2設(shè)置繞線線圈13的數(shù)量和繞線線圈13繞設(shè)的位置不作具體限定。另容易想到的是，本發(fā)明實施例提供的磁性元件2可以為但不限于電感器(包括常規(guī)電感器、平面電感器)或變壓器(包括常規(guī)變壓器、平面電壓器)，其可用于電感儲能、EMI濾波、能量傳輸、功率變換等。低磁導(dǎo)率的磁芯磁路可用來控制磁性元件2的感量及抗飽和能力，不需要開氣隙，減小了漏磁通，降低了繞組損耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些實施方式上，還可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本發(fā)明實施例提供的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I以及包括復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)I的磁性元件2，利用低磁導(dǎo)率軟磁材料和高磁導(dǎo)率軟磁材料復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合磁路磁芯(即形成磁通回路)，該結(jié)構(gòu)不需要開設(shè)氣隙，減小了漏磁通，對周圍的電磁干擾得到了降低，電磁干擾EMI特性較好，且簡化了加工工藝，提高磁性元件一致性；由于低磁導(dǎo)率材料的磁芯部件的磁阻較大，代替氣隙的磁阻，可以減小繞組渦流損耗，從而磁芯損耗也得到了降低 ’另外，復(fù)合的材料應(yīng)用頻率較高，適合應(yīng)用于高頻環(huán)境下。為了更加了解本發(fā)明技術(shù)方案，以下以一具體應(yīng)用場景為例子，對應(yīng)用本發(fā)明提供復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的磁性元件的仿真測試進(jìn)行分析說明，該場景下，應(yīng)用復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的磁性元件為變壓器；以下對現(xiàn)有的一般變壓器模型(簡稱原變壓器)和內(nèi)置本發(fā)明復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)的變壓器(簡稱新復(fù)合磁變壓器)分別進(jìn)行仿真分析，并對仿真數(shù)據(jù)作出了相應(yīng)的對比本測試中，原變壓器和新復(fù)合磁變壓器中的磁芯結(jié)構(gòu)均為UI型設(shè)置，請一并參考圖11和圖12，其中，圖11為切割成現(xiàn)有的變壓器模型1/4后的3D仿真模型示意圖，圖中用圓圈標(biāo)示處為開設(shè)氣隙的位置，圖12為切割成本發(fā)明實施例提供的變壓器模型1/4后的3D仿真模型示意圖；需要說明的是，所述兩種仿真模型，磁芯的大小尺寸不變，繞組結(jié)構(gòu)也不改變，只是改變了 I型設(shè)置部分的磁芯材質(zhì)，即新復(fù)合磁變壓器中的磁芯結(jié)構(gòu)，將原變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)中的MnZn鐵氧體換成了低磁導(dǎo)率值的NiZn鐵氧體，仿真數(shù)據(jù)可參考表一
表一
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 第一磁芯部件和第二磁芯部件，所述第一磁芯部件由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第二磁芯部件由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，所述第一磁芯部件和所述第二磁芯部件復(fù)合并形成磁通回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料為鎳鋅NiZn鐵氧體和/或合金磁粉，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料為錳鋅MnZn鐵氧體、非晶材料、納米晶材料、硅鋼中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述合金磁粉為鐵粉芯、鐵硅、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鎳鑰、非晶粉芯中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述低磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率等于或小于250，所述高磁導(dǎo)率的軟磁材料的磁導(dǎo)率大于800。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項所述的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一磁芯部件或第二磁芯部件呈U型或E型或工字型或弧狀設(shè)置。
6.一種磁性元件，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至5任一項所述的復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，還包括至少一組繞線線圈，所述繞線線圈繞設(shè)于所述復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性元件，其特征在于，所述繞線線圈繞設(shè)于所述第一磁芯部件和/或所述第二磁芯部件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性元件，其特征在于，所述繞線線圈的材質(zhì)為圓銅線、利茲線、絞線、扁銅線、銅箔、印刷電路板銅層中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件為電感器或變壓器。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)及磁性元件，用于減小磁芯損耗，提高應(yīng)用頻率。本發(fā)明實施例包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件由低磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，第二磁芯部件由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成，第一磁芯部件和第二磁芯部件復(fù)合并形成磁通回路。
文檔編號H01F1/34GK102956344SQ20121043325
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者孫永杰, 朱勇發(fā), 楊和錢 申請人:華為技術(shù)有限公司