本發(fā)明涉及電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁性元件、開關(guān)裝置及電氣設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著高功率密度、高效率電源的發(fā)展要求，多態(tài)開關(guān)技術(shù)被廣泛關(guān)注。如圖1a所示，在多態(tài)開關(guān)的原有設(shè)計方案中，多路電感交錯并聯(lián)；如圖1b所示，在之后的改進方案中，采用一個耦合電感和一個輸出電感來替代圖1a中多路交錯并聯(lián)的電感。多態(tài)開關(guān)采用圖1b所示的技術(shù)方案，耦合電感中共模分量在鐵芯上產(chǎn)生的磁通互相抵消，鐵損主要由差模分量引起，從而可以使用低損耗材質(zhì)的磁芯；由于流經(jīng)輸出電感主要為基波電流，而高頻電流分量很小，因此輸出電感可以選用偏置能力較好、低頻損耗較低的材料。

采用圖1b的設(shè)計方案，由于采用了兩個獨立的磁性元件，占用空間比較大，繞組上產(chǎn)生的損耗也比較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種磁性元件、開關(guān)裝置及電氣設(shè)備，以實現(xiàn)磁性元件的小體積、高效率、低干擾。

本發(fā)明實施例所提供的磁性元件，包括上磁軛、下磁軛，以及連接所述上磁軛和下磁軛的至少兩個主磁芯和至少一個副磁芯。

可選的，所述主磁芯可選擇的類型包括鐵氧體主磁芯、非晶主磁芯和納米晶主磁芯；所述磁軛可選擇的類型包括鐵氧體磁軛、非晶磁軛和納米晶磁軛；所述副磁芯可選擇的類型包括粉芯副磁芯、硅鋼片副磁芯和鐵氧體副磁芯。

優(yōu)選的，所述主磁芯為鐵氧體主磁芯，所述磁軛為鐵氧體磁軛，所述副磁 芯為粉芯副磁芯。

優(yōu)選的，所述至少兩個主磁芯位于所述上磁軛和下磁軛之間；可選的，所述至少一個副磁芯位于所述上磁軛和下磁軛之間，或者所述至少一個副磁芯位于所述上磁軛和下磁軛的側(cè)邊。

優(yōu)選的，所述主磁芯為柱狀主磁芯，可選的，可選的截面形狀包括圓形、橢圓形、方形和軌道形。

可選的，所述副磁芯可選擇的類型包括板狀副磁芯和柱狀副磁芯，所述柱狀副磁芯的可選的截面形狀包括圓形、橢圓形、方形和軌道形。

可選的，每個所述主磁芯繞有上繞線部和下繞線部，所述至少兩個主磁芯按照設(shè)定次序排列，上一序位主磁芯的上繞線部和下一序位主磁芯的下繞線部的磁通迭加時的電流流入端連接，末序位主磁芯的上繞線部和首序位主磁芯的下繞線部的磁通迭加時的電流流入端連接；

或者，每個所述主磁芯繞有內(nèi)繞線部和外繞線部，所述至少兩個主磁芯按照設(shè)定次序排列，上一序位主磁芯的內(nèi)繞線部和下一序位主磁芯的外繞線部的磁通迭加時的電流流入端連接，末序位主磁芯的內(nèi)繞線部和首序位主磁芯的外繞線部的磁通迭加時的電流流入端連接。

本發(fā)明實施例提供的磁性元件，通過增加副磁芯的方式提供了較大的電感，實現(xiàn)了電感的集成，從而可以實現(xiàn)在較小的空間達到技術(shù)性能較優(yōu)的設(shè)計；并且由于增加的副磁芯為漏磁提供了路徑，可以減少泄露到空氣中的磁通，從而降低了漏磁造成的干擾。因此，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的磁性元件可以實現(xiàn)磁性元件的小體積、高效率、低干擾。

本發(fā)明實施例提供了一種開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置包括前述任一技術(shù)方案所述的磁性元件。

本發(fā)明實施例提供的開關(guān)裝置采用前述實施例中的磁性元件，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的開關(guān)裝置相應地具有磁性元件小體積、高效率、低干擾的技術(shù)特點。

本發(fā)明實施例還提供了一種電氣設(shè)備，該電氣設(shè)備包括前述開關(guān)裝置。

本發(fā)明實施例提供的電氣設(shè)備采用前述實施例中的開關(guān)裝置，也相應地具有磁性元件小體積、高效率、低干擾的技術(shù)特點。

附圖說明

圖1a為現(xiàn)有一種開關(guān)裝置中的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b為現(xiàn)有另一種開關(guān)裝置中的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明第一實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)的立體示意圖；

圖2b為圖2a所示磁芯結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明第二實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第三實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第四實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第五實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明第六實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第七實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第八實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10a為本發(fā)明第九實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)的立體示意圖；

圖10b為圖10a所示磁芯結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖11為本發(fā)明第十實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明第十一實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明第十二實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14a為本發(fā)明第十三實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14b為本發(fā)明第十四實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15a為本發(fā)明第十五實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15b為本發(fā)明第十六實施例中磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16a為本發(fā)明實施例中交錯繞制繞組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16b為圖16a中的交錯繞制繞組結(jié)構(gòu)的電氣連接圖；

圖17a為本發(fā)明實施例中單獨繞制繞組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17b為圖17a中的單獨繞制繞組結(jié)構(gòu)的電氣連接圖。

附圖標記：

1-主磁芯；

2-磁軛；

3-副磁芯；

4-A柱上繞線部；

5-B柱上繞線部；

6-C柱上繞線部；

7-A柱下繞線部；

8-B柱下繞線部；

9-C柱下繞線部。

具體實施方式

為了實現(xiàn)磁性元件的小體積、高效率、低干擾，本發(fā)明實施例提供了一種磁性元件、開關(guān)裝置及電氣設(shè)備。在本發(fā)明實施例技術(shù)方案中，磁性元件包括上磁軛、下磁軛，以及連接上磁軛和下磁軛的至少兩個主磁芯和至少一個副磁芯。應用本發(fā)明實施例提供的磁性元件，通過增加副磁芯的方式提供了較大的電感，實現(xiàn)了電感的集成，可以實現(xiàn)在最小的空間達到技術(shù)性能最優(yōu)的設(shè)計；并且由于增加的副磁芯為漏磁提供了路徑，可以減少泄露到空氣中的磁通，從而降低了漏磁造成的干擾。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下舉實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖2a中所示，本發(fā)明實施例提供的一種磁性元件，包括上磁軛和下磁軛，即圖2a中磁軛2，以及連接上磁軛和下磁軛的三個主磁芯1和一個副磁芯3。

在圖2a中，主磁芯數(shù)量為三個，副磁芯數(shù)量為一個，但是在實際應用中并 不局限于此，如果多態(tài)開關(guān)為三態(tài)開關(guān)，則磁性元件包括兩個主磁芯，如果多態(tài)開關(guān)為N(N>＝3)態(tài)開關(guān)，則磁性元件包括N-1個主磁芯。副芯柱數(shù)量不限，主要根據(jù)磁性元件空間結(jié)構(gòu)的需要設(shè)置。

在本發(fā)明實施例中，主磁芯可以為鐵氧體主磁芯、非晶主磁芯或納米晶主磁芯；磁軛可以為鐵氧體磁軛、非晶磁軛或納米晶磁軛；副磁芯可以為粉芯副磁芯、硅鋼片副磁芯或鐵氧體副磁芯。

主磁芯、上磁軛和下磁軛為較高導磁率、低損耗磁材，采用高磁導率的磁材可以提高繞組間的耦合系數(shù)，副磁芯為主磁芯的漏磁提供通路，選用的是工頻損耗低、飽和磁密高的磁材，這樣可以提供較大的輸出電感，在較小的截面積抵抗較大的電流，實現(xiàn)較小的體積，降低漏磁的干擾。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，主磁芯為鐵氧體主磁芯，磁軛為鐵氧體磁軛，副磁芯為粉芯副磁芯。當開關(guān)頻率為10KHz以上時，主磁芯選用鐵氧體材料損耗較低。當開關(guān)頻率為10KHz及低于10KHz時，主磁芯和磁軛材質(zhì)優(yōu)選非晶、納米晶材料。

主磁芯、副磁芯必須通過磁軛形成閉環(huán)磁路，實現(xiàn)較大的共模電感量，主磁芯副磁芯共軛還可以節(jié)省材料。在本發(fā)明的實施例中，主磁芯位于上磁軛和下磁軛之間，副磁芯位于上磁軛和下磁軛之間或者上磁軛和下磁軛的側(cè)邊。如圖3所示，三個主磁芯1位于上磁軛和下磁軛之間；三個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊。如圖12所示，三個主磁芯1位于上磁軛和下磁軛之間；兩個副磁芯位于上磁軛和下磁軛之間。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個實施例中，主磁芯1為柱狀主磁芯，截面形狀為方形，但是實際情況并不局限于此，柱狀主磁芯的截面形狀可以為圓形、橢圓形或軌道形等多種形狀，其中，方形可以帶有倒角，這里說的軌道形指的是兩對邊平行并通過圓弧連接的形狀。

在本發(fā)明實施例中，副磁芯可以為板狀或者柱狀，副磁芯設(shè)計為柱狀和板狀結(jié)構(gòu)主要取決于電感制作工藝的復雜度。如圖8所示，副磁芯3為柱狀副磁 芯，如圖9所示，副磁芯3為板狀副磁芯。在圖8中，副磁芯3的截面形狀為方形，但實際情況并不限于此，柱狀副磁芯的截面形狀也可以為圓形、橢圓形或軌道形等多種形狀，其中，方形可以帶有倒角。

如圖2a和圖2b所示，本發(fā)明第一實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上、下兩個磁軛2以及一個副磁芯3。三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯中的中間主磁芯位置相對應。

如圖3所示，本發(fā)明第二實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及三個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，3個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯位置相對應。

如圖4所示，本發(fā)明第三實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯中的兩邊的兩個主磁芯位置相對應。

如圖5所示，本發(fā)明第四實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及一個副磁芯3。在該發(fā)明實施例中，副磁芯3為板狀結(jié)構(gòu)，其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊。

如圖6所示，本發(fā)明第五實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯中的中間主磁芯位置相對應，并且分設(shè)于磁軛兩側(cè)。

如圖7所示，本發(fā)明第六實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及六個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，六個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯位置相對應，并且分設(shè)于磁軛兩側(cè)。

如圖8所示，本發(fā)明第七實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及四個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，四個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，與三個主磁芯中的兩邊的兩個主磁芯位置相對應，并且分設(shè)于磁軛兩側(cè)。

如圖9所示，本發(fā)明第八實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，并分別位于磁軛兩側(cè)。

如圖10a和圖10b所示，本發(fā)明第九實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及一個副磁芯3。其中磁軛截面為圓形，三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，分布于磁軛邊緣，副磁芯3位于磁軛中心處的上下兩個磁軛之間。

如圖11所示，本發(fā)明第十實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，并且分別位于三個主芯柱的兩側(cè)。

如圖12所示，本發(fā)明第十一實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上下兩個磁軛之間，并且分別位于三個主芯柱的兩側(cè)。

如圖13所示，本發(fā)明第十二實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及兩個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，兩個副磁芯3位于上下兩個磁軛之間，與三個主磁芯一一間隔設(shè)置。

如圖14a所示，本發(fā)明第十三實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及一個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，一個副磁芯3位于上磁軛和下磁軛的側(cè)邊，并且位于三個主磁芯的一側(cè)。在圖14b中，本發(fā)明第十四實施例的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)與第十三實 施例的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)接近，其區(qū)別是副磁芯位于三個主磁芯的另一側(cè)。

如圖15a所示，本發(fā)明第十五實施例中的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)包括三個柱狀主磁芯1，上下兩個磁軛2以及一個副磁芯3。其中三個主磁芯1位于上下兩個磁軛之間，一個副磁芯3位于上下兩個磁軛之間，并且位于三個主磁芯的一側(cè)。在圖15b中，本發(fā)明第十六實施例的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)與第十五實施例的磁性元件的磁芯結(jié)構(gòu)接近，其區(qū)別是副磁芯位于三個主磁芯的另一側(cè)。

如圖16a所示的為本發(fā)明實施例中的多磁芯交錯繞制方式，如圖17a所示的繞制方式為每個磁芯單獨繞制方式，兩種繞線方式的電氣連接圖分別如圖16b和17b所示。

如圖16a所示，3個主磁芯均繞有上繞線部和下繞線部，其中A柱上繞線部4和B柱下繞線部8的同名端連接，B柱上繞線部5和C柱下繞線部9的磁通迭加時的電流流入端連接，C柱上繞線部6和A柱下繞線部7的磁通迭加時的電流流入端連接。

在圖16a中，每個主磁芯繞有上下兩個繞線部，在實際情況中，也可以每個主磁芯繞有內(nèi)外兩個繞線部，多磁芯內(nèi)外交錯繞制方式中內(nèi)外繞線部的交錯連接方式同前述多磁芯上下交錯繞制方式中上下繞線部的交錯連接方式。

建立單獨繞制和交錯繞制方式下的三維模型，每相通入頻率50Hz、峰值電流93A的正弦電流，對其進行仿真，仿真結(jié)果如表1所示。

表1不同繞制方式仿真結(jié)果

由表1可以看出采用單獨繞制主、副磁芯上的磁密比交錯繞制主副鐵芯上的磁密大很多，單獨繞制主、副鐵芯上的耦合系數(shù)比交錯繞制主、副鐵芯上的耦合系數(shù)小，所以單獨繞制的漏感比交錯繞制的漏感大。在需要保證較高的耦 合系數(shù)和一定的漏感情況下，交錯繞制比單獨繞制的方式更容易滿足要求。

在圖16a中，本發(fā)明實施例中的多磁芯交錯繞制方式中，每個主磁芯上繞有兩個繞線部，在實際情況中，繞線部數(shù)量可以為三個或者更多。

本發(fā)明實施例提供了一種開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置包括前述任一實施例中的的磁性元件。

本發(fā)明實施例提供的開關(guān)裝置采用前述實施例中的磁性元件，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的開關(guān)裝置相應地具有磁性元件小體積、高效率、低干擾的技術(shù)特點。

本發(fā)明實施例還提供了一種電氣設(shè)備，該電氣設(shè)備包括前述開關(guān)裝置。

本發(fā)明實施例提供的電氣設(shè)備采用前述實施例中的開關(guān)裝置，也相應地具有磁性元件小體積、高效率、低干擾的技術(shù)特點。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。