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(duì)組裝的兩個(gè)磁芯和兩個(gè)線圈。每個(gè)磁芯包括：底板；位于底板上的左右兩側(cè)的兩個(gè)第一磁芯柱；和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個(gè)第二磁芯柱，其中，底板、兩個(gè)第一磁芯柱和兩個(gè)第二磁芯柱一體成型構(gòu)成每個(gè)磁芯。在兩個(gè)磁芯上下相對(duì)組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第二氣隙，其中，每個(gè)磁芯的各個(gè)第一氣隙的長(zhǎng)度之和小于各個(gè)第二氣隙的長(zhǎng)度之和。兩個(gè)線圈分別繞在兩個(gè)磁芯的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱上以形成左右兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。
【專利說(shuō)明】磁集成電感器
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[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(kāi)關(guān)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(cuò)(Interleave)的電路拓?fù)?，其中需要使用兩只完全相同的?dú)立電感器作為電路工作的儲(chǔ)能元件。
[0003]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的雙路交錯(cuò)PFC電路的電路圖。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中的雙路交錯(cuò)PFC電路中的磁集成電感器中的兩個(gè)電感器工作時(shí)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(cuò)180°工作，其紋波的變動(dòng)規(guī)律為:當(dāng)S1開(kāi)通時(shí)，L1通過(guò)SI被強(qiáng)制對(duì)地短路，加在LI上的電壓為Vin，假定S1導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)on，則L1的電流上升幅度Aiu= (Vin/Ll) *Ton。當(dāng)SI被關(guān)閉時(shí)，L1由于儲(chǔ)能的續(xù)流作用，使二極管Dl被強(qiáng)制開(kāi)通，假定Dl為理想二極管，則此時(shí)電感器L1中的電流因反向電壓Vo-Vin而造成放電下降，S1關(guān)閉的時(shí)間持續(xù)Toff，此時(shí)電流下降的幅度為:Aiu=[ (Vo-Vin)/LI] *Toff。如果此時(shí)的電感器中的電流尚沒(méi)有停止，則每個(gè)工作周期循環(huán)往復(fù)，呈現(xiàn)右圖的三角式電流波形。
[0005]可見(jiàn),對(duì)于一定的Ton和Toff時(shí)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(dòng)，使得電流的有效值下降，改善線圈損耗，但對(duì)于同樣的磁芯尺寸，此時(shí)匝數(shù)更多，由于線圈繞線面積不變，單匝的導(dǎo)線截面變小，從而導(dǎo)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(shù)中的雙路交錯(cuò)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(duì)組裝的兩個(gè)磁芯310和兩個(gè)線圈320。每個(gè)磁芯包括:底板312、位于底板312上的左右兩側(cè)的兩個(gè)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(gè)第二磁芯柱316。其中，底板312、兩個(gè)第一磁芯柱314和兩個(gè)第二磁芯柱316 —體成型構(gòu)成每個(gè)磁芯310。兩個(gè)線圈320分別繞在兩個(gè)磁芯310的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱314上以形成左右兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。在現(xiàn)有技術(shù)的磁集成電感器300中，兩個(gè)磁芯310上下相對(duì)組裝時(shí)，兩個(gè)磁芯310的相對(duì)的第一磁芯柱310之間設(shè)有氣隙，兩個(gè)磁芯310的相對(duì)的第二磁芯柱320之間沒(méi)有氣隙，而且兩個(gè)線圈繞組320被通電后，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)改磁集成電感器中磁芯的構(gòu)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(duì)組裝的兩個(gè)磁芯以及兩個(gè)線圈。每個(gè)磁芯包括:底板；位于底板上的左右兩側(cè)的兩個(gè)第一磁芯柱；和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個(gè)第二磁芯柱。其中，底板、兩個(gè)第一磁芯柱和兩個(gè)第二磁芯柱一體成型構(gòu)成每個(gè)磁芯。兩個(gè)線圈分別繞在兩個(gè)磁芯的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱上以形成左右兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向。在兩個(gè)磁芯上下相對(duì)組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第二氣隙，其中，每個(gè)磁芯的各個(gè)第一氣隙的長(zhǎng)度之和小于各個(gè)第二氣隙的長(zhǎng)度之和。
[0009]根據(jù)本發(fā)明又一方面，各個(gè)第一氣隙和各個(gè)第二氣隙通過(guò)設(shè)置氣隙墊片而形成，氣隙墊片是不導(dǎo)磁絕緣材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明又一方面，各個(gè)第一氣隙和各個(gè)第二氣隙通過(guò)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(gè)第一氣隙的長(zhǎng)度之和近似為第一磁芯柱的總長(zhǎng)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(duì)稱的近似六邊形。
[0013]根據(jù)本發(fā)明又一方面，兩個(gè)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(gè)第一磁芯柱上下相對(duì)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(gè)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(gè)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(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說(shuō)明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]包括附圖是為提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與本說(shuō)明書(shū)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(shù)中的雙路交錯(cuò)PFC電路的電路圖。
[0021]圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中的雙路交錯(cuò)PFC電路中的磁集成電感器中的兩個(gè)電感器工作時(shí)的電流波形。
[0022]圖3示出現(xiàn)有技術(shù)中的雙路交錯(cuò)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(cuò)PFC電路的電路圖。
[0024]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯(cuò)PFC電路中的磁集成電感器中的兩個(gè)電感器工作時(shí)的電流波形。
[0025]圖6 Ca)示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的磁集成電感器的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)在將詳細(xì)參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0031]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的雙路交錯(cuò)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(jìn)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(lì)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(méi)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(dāng)下部線圈通電后，也產(chǎn)生同樣道理的磁通流，一部分通過(guò)中間沒(méi)有繞組的磁芯相同方向磁通流回，另一部分反過(guò)來(lái)流進(jìn)上部繞組的磁芯內(nèi)，耦合出線圈從左向右流動(dòng)的輸出感應(yīng)電流；而現(xiàn)有技術(shù)(參見(jiàn)圖1)中的電感，相當(dāng)于兩個(gè)獨(dú)立不相干的電感，由于中間不繞線磁芯柱沒(méi)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(yīng)，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(cuò)PFC電路中的磁集成電感器中的兩個(gè)電感器工作時(shí)的電流波形。在L2繞組處于放電出現(xiàn)電流下降的過(guò)程中，當(dāng)LI被強(qiáng)制短路充電時(shí)，LI中的部分充磁能量通過(guò)變壓器機(jī)理，在L2中產(chǎn)生一個(gè)同步與LI電流增長(zhǎng)，持續(xù)向上升的電流分量；相反，開(kāi)關(guān)S2驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，當(dāng)L2被強(qiáng)制充電時(shí)，LI的電流除了下降放電的分量外，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相同的來(lái)自于L2耦合的增長(zhǎng)電流分量，依次循環(huán)往復(fù)。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(shí)，通過(guò)從其他繞組引入變壓器感應(yīng)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(dòng)幅度，以達(dá)到實(shí)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(shí)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(gè)第一磁芯柱614 ;和位于底板上的上下側(cè)正中位置的兩個(gè)第二磁芯柱616。其中,底板612、兩個(gè)第一磁芯柱614和兩個(gè)第二磁芯柱616 —體成型構(gòu)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(shí)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(duì)稱的近似六邊形。兩個(gè)第一磁芯柱614分別為三角形磁芯柱。兩個(gè)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(shí)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(shí)施例，兩個(gè)第一磁芯柱614的靠近繞組線圈(參見(jiàn)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(shí)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(duì)組裝的兩個(gè)磁芯610以及兩個(gè)線圈(圖中未示出)。每個(gè)磁芯610包括:底板612 ;位于底板612上的左右兩側(cè)的兩個(gè)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(gè)第二磁芯柱616。其中，底板612、兩個(gè)第一磁芯柱614和兩個(gè)第二磁芯柱626 —體成型構(gòu)成每個(gè)磁芯610。兩個(gè)線圈620分別繞在兩個(gè)磁芯610的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱614上以形成左右兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@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(shí)施例中，在兩個(gè)磁芯610上下相對(duì)組裝后,位于同一側(cè)的第一磁芯柱614上下間設(shè)有一個(gè)第一氣隙632，位于同一側(cè)的第二磁芯柱616上下間設(shè)有一個(gè)氣隙634，其中，第一氣隙632的長(zhǎng)度dl小于第二氣隙634的長(zhǎng)度d2，此時(shí)，單邊電感線圈不會(huì)飽和。
[0036]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，第一氣隙632和第二氣隙634通過(guò)設(shè)置氣隙墊片而形成,氣隙墊片是不導(dǎo)磁絕緣材料。
[0037]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，第一氣隙632和第二氣隙634通過(guò)外部固定件固定磁芯610而形成。
[0038]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，第一氣隙632的長(zhǎng)度近似為第一磁芯柱314總長(zhǎng)度的1/5以下，越接近零時(shí)，越能提高兩個(gè)繞組間的耦合效果。
[0039]圖7示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的磁集成電感器的磁芯710的俯視圖。如圖7所示，兩個(gè)第一磁芯柱716上下相對(duì)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(gòu)造與圖6 (c)所示的磁芯610的其他組成及構(gòu)造相同，在此不再贅述。
[0040]圖8示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)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(duì)組裝的兩個(gè)磁芯810以及兩個(gè)線圈820。每個(gè)磁芯810包括:底板812 ；位于底板812上的左右兩側(cè)的兩個(gè)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(gè)第二磁芯柱816。其中，底板812、兩個(gè)第一磁芯柱814和兩個(gè)第二磁芯柱828 —體成型構(gòu)成每個(gè)磁芯810。兩個(gè)線圈820分別繞在兩個(gè)磁芯810的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱814上以形成左右兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@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(shí)施例中，在兩個(gè)磁芯810上下相對(duì)組裝后,位于同一側(cè)的第一磁芯柱814上下間設(shè)有多個(gè)第一氣隙832,位于同一側(cè)的第二磁芯柱816上下間設(shè)有多個(gè)氣隙834。其中，多個(gè)第一氣隙832的長(zhǎng)度之和小于多個(gè)第二氣隙834的長(zhǎng)度之和，此時(shí)，單邊電感線圈不會(huì)飽和。
[0041]盡管圖8所示的第一氣隙832的數(shù)量為兩個(gè)，第二氣隙834的數(shù)量為三個(gè)，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)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(gè)第一氣隙832的長(zhǎng)度之和小于多個(gè)第二氣隙834的長(zhǎng)度之和皆可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。使用多個(gè)微細(xì)氣隙還能減少氣隙處的磁場(chǎng)泄漏。
[0042]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，多個(gè)第一氣隙832和多個(gè)第二氣隙834通過(guò)設(shè)置氣隙墊片而形成，氣隙墊片是不導(dǎo)磁絕緣材料。
[0043]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，多個(gè)第一氣隙832和多個(gè)第二氣隙834通過(guò)外部固定件固定磁芯810而形成。
[0044]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，多個(gè)第一氣隙832的長(zhǎng)度之和近似為第一磁芯柱314總長(zhǎng)度的1/5以下，越小越能提高兩個(gè)繞組間的耦合效果。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯見(jiàn)，可對(duì)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例進(jìn)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(quán)利要求書(shū)及其等效技術(shù)方案范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種磁集成電感器，包括: 上下相對(duì)組裝的兩個(gè)磁芯，每個(gè)所述磁芯包括: 底板， 位于所述底板上的左右兩側(cè)的兩個(gè)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(gè)第二磁芯柱， 其中，所述底板、所述兩個(gè)第一磁芯柱和所述兩個(gè)第二磁芯柱一體成型構(gòu)成每個(gè)所述磁芯；以及 兩個(gè)線圈，兩個(gè)線圈分別繞在兩個(gè)磁芯的左右兩側(cè)的相對(duì)的第一磁芯柱上以形成左右兩個(gè)電感線圈，所述兩個(gè)電感線圈在通電勵(lì)磁工作時(shí)分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)檠乇焕@線的第一磁芯柱的上下指向的相同方向， 其中，在兩個(gè)磁芯上下相對(duì)組裝后，位于同一側(cè)的第一磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第一氣隙，位于同一側(cè)的第二磁芯柱上下間設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第二氣隙， 其中，每個(gè)所述磁芯的各個(gè)所述第一氣隙的長(zhǎng)度之和小于各個(gè)所述第二氣隙的長(zhǎng)度之和。
2.如權(quán)利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，各個(gè)所述第一氣隙和各個(gè)所述第二氣隙通過(guò)設(shè)置氣隙墊片而形成，所述氣隙墊片是不導(dǎo)磁絕緣材料。
3.如權(quán)利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，各個(gè)所述第一氣隙和各個(gè)所述第二氣隙通過(guò)外部固定件固定所述磁芯而形成。
4.如權(quán)利要求1一 3的任一項(xiàng)所述的磁集成電感器，其特征在于，各個(gè)所述第一氣隙的長(zhǎng)度之和近似為所述第一磁芯柱的總長(zhǎng)度的1/5以下。
5.如權(quán)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(duì)稱的近似六邊形。
6.如權(quán)利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個(gè)所述第一磁芯柱分別為三角形磁芯柱。
7.如權(quán)利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個(gè)所述第一磁芯柱上下相對(duì)且相連而組成沙漏形磁芯柱。
8.如權(quán)利要求6或7所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個(gè)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(quán)利要求1所述的磁集成電感器，其特征在于，兩個(gè)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(quán)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(hào)】H01F17/04GK103730230SQ201410025054
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】邵革良, 江明 申請(qǐng)人:田村（中國(guó)）企業(yè)管理有限公司, 株式會(huì)社田村制作所