一種罐型磁芯單體及包含它的罐型磁芯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電感器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種罐型磁芯單體及包含它的罐型磁芯。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電抗器、電感器、變壓器等磁性元件一般都為環(huán)形、EE、EI、ETD等形狀。采用 環(huán)形結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于整體為閉合磁回路，漏磁通相對(duì)較小，磁密比較均勻，磁芯整體利用率 較高，但其缺點(diǎn)在于繞線麻煩，往往需要人工操作，不能很好的進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)；采用EE、 El、ETD形狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于加工簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)化生產(chǎn)，但是容易導(dǎo)致漏磁、邊緣磁通的產(chǎn) 生。
[0003] 因此，有必要提供改進(jìn)的技術(shù)方案，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能電磁兼容、性能優(yōu)越的磁芯磁性元件。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種罐型磁芯單體，包括帶有中心孔的圓形底板、 設(shè)置在圓形底板上呈C型開(kāi)口圓環(huán)狀的罐壁、設(shè)置在底板上的中心孔處的中空繞線柱；所 述中空繞線柱與所述罐壁形成環(huán)狀空隙；位于所述罐壁開(kāi)口處對(duì)應(yīng)的圓形底板上設(shè)有出線 槽；所述底板與罐壁組成外框；
[0006] 在材料選擇方面，包括以下三種結(jié)構(gòu)：
[0007] 第一種，所述中空繞線柱與外框?yàn)橥N磁性材料制成。
[0008] 第二種，所述中空繞線柱與外框?yàn)椴煌N磁性材料制造而成。
[0009] 第三種.所述外框?yàn)閱我淮判圆牧辖Y(jié)構(gòu)，所述中空繞線柱為單一磁性材料結(jié)構(gòu)或 多種磁性材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0010] 其中，所述外框所用磁性材料包括HTC200磁粉芯、FeSi、FeSiAl、FeSiNi、FeNi、 FeNiMo、KAH、KAM;所述中空繞線柱所用材料包括HTC200磁粉芯、FeSi、FeSiAl、FeSiNi、 FeNi、FeNiMo、KAH、KAM、鐵氧體、非晶、硅鋼片。
[0011] 第一種結(jié)構(gòu)，如此設(shè)計(jì)可以獲得較高的DC-Bias特性，從而在一定的前提下，可以 降低制作成本，其中包括銅線成本和材料成本，并且可以使其更加小型化，提高空間利用效 率。
[0012] 第二種結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加靈活機(jī)動(dòng)，這樣的方式方法更加靈活機(jī)動(dòng)，在損耗較 大、溫升較高的情況下，可以改變中空繞線柱和外框材料，優(yōu)先改變中空繞線柱是比較合理 的，因?yàn)樵谥锌绽@線柱為繞線部位，散熱面積和空間較小，因此可以采用單位損耗較小的材 料進(jìn)行合理配置。
[0013] 第三種結(jié)構(gòu)，較第二種結(jié)構(gòu)更為靈活，通過(guò)將中空繞線柱進(jìn)一步細(xì)化，形成多種材 料復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以更有效地平衡成本的控制與工作效果的優(yōu)化。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種罐型磁芯，包含兩個(gè)罐型磁芯單體，所述兩個(gè)罐型磁芯單體 呈底板朝外、開(kāi)口同向疊置結(jié)構(gòu)。
[0015] 優(yōu)選地，位于兩個(gè)罐型磁芯單體之間設(shè)置有加高層。在大功率電抗、電感器件應(yīng)用 時(shí)，通過(guò)的電流是相當(dāng)大的，同時(shí)高頻交變損耗同樣變大，這樣需保證一定設(shè)計(jì)感量時(shí)，就 要考慮改變磁路結(jié)構(gòu)、繞線匝數(shù)等條件，加高磁芯可以增加le，在權(quán)衡設(shè)計(jì)條件下，是可以 降低H值的，從而來(lái)提升加載感量。空間位置增加，損耗帶來(lái)的溫升可以通過(guò)散熱面積的增 加來(lái)得到部分緩解。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0017] 磁芯表面升溫慢，使用壽命長(zhǎng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，繞線方便，適合于機(jī)械化 生產(chǎn)，成本易于控制，應(yīng)用范圍廣。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的罐型磁芯單體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的罐型磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3為帶有加高層的罐型磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4為中空繞線柱部分為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的罐型磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 其中，1、中空繞線柱
[0023] 2、罐壁
[0024] 3、環(huán)狀空隙
[0025] 4、出線槽
[0026] 5、底板
[0027] 6、加高層
【具體實(shí)施方式】
[0028] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供的罐型磁芯單體包括帶有中心孔的圓形底板、設(shè)置在圓形底 板上呈C型開(kāi)口圓環(huán)狀的罐壁、設(shè)置在底板上的中心孔處的中空繞線柱；中空繞線柱與罐 壁形成環(huán)狀空隙；位于罐壁開(kāi)口處對(duì)應(yīng)的圓形底板上設(shè)有出線槽；底板與罐壁組成外框。
[0029] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明提供的罐型磁芯為呈底板朝外、開(kāi)口同向疊置結(jié)構(gòu)的兩個(gè)罐型磁 芯單體構(gòu)成的罐體。
[0030] 參照?qǐng)D3,本發(fā)明提供的另一種罐型磁芯結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)罐型磁芯單體之間設(shè)置有 加高層。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 參照?qǐng)D2,罐型磁芯的外框和中空繞線柱為一種材料NF60(FeSiSeries)，其經(jīng)過(guò) 測(cè)試表現(xiàn)的具體性能如表1:
[0033]
[0034] 表 1
[0035] 表格列出了罐型磁芯的一些磁性能特征數(shù)據(jù)，電感量、DC加載特性、磁芯損耗等， 下面例舉了典型損耗特性曲線和DC-Bias特性曲線。
[0036]
[0037] 表2為損耗特征曲線
[0038]
[0039] 表3為DC-Bias特性曲線
[0040] 以上部分對(duì)實(shí)施例1中罐型磁芯的電氣特性進(jìn)行了描述表2和表3說(shuō)明了其具 有相對(duì)較低的磁芯損耗特性和極高的DC偏置能力。尤其是DC-Bias上面，在HDC為2000e 時(shí)，DC偏置能力在65%以上，此性能在金屬磁粉芯中是為數(shù)不多的，因此也表現(xiàn)了其應(yīng)用 在大功率特別是大電流條件下的顯著優(yōu)越性，可以有效的節(jié)約材料和使用空間，使設(shè)備更 安全可靠和小型化。本實(shí)施例中罐型磁芯也可以使用其它材質(zhì)來(lái)制作，如HTC200磁粉芯、 FeSiAl、FeSiNi、FeNi、FeNiMo、KAH、KAM等，不局限于NF60 (FeSiSeries)材料，不同材料會(huì) 有不同的電磁特性，可以按照特定要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作性價(jià)比高的產(chǎn)品。
[0041] 實(shí)施例2
[0042] 參照?qǐng)D4,罐型磁芯的外框采用NF60 (FeSiSeries)材料，中空繞線柱則由 NF60 (FeSiSeries)和S60(FeSiAlSeries)兩種材料復(fù)合組成，其經(jīng)過(guò)測(cè)試表現(xiàn)的具體性能 如表4 :
[0043]
[0044]表 4
[0045] 表格列出了實(shí)施例2的罐型磁芯的一些磁性能特征數(shù)據(jù)，電感量、DC加載特性、磁 芯損耗等，下面的特性曲線對(duì)本實(shí)施例的罐型磁芯和單一材質(zhì)實(shí)施例1的罐型磁芯的鐵心 損耗和DC-Bias進(jìn)行了比對(duì)：
[0046]
[0047] 表5為損耗特性比對(duì)曲線
[0048]
[0049] 表6為DC-Bias特性比對(duì)曲線
[0050] 本實(shí)例對(duì)磁罐磁芯的中空繞線柱進(jìn)行改進(jìn)，變換為復(fù)合配置，采用了FeSiAl (S60) 和FeSi (NF60)進(jìn)行組合搭配，分別利用了鐵硅鋁材料的低損耗特性和鐵硅材料的高DC偏 置特性，是較為合理和恰當(dāng)?shù)?。在一些特定技術(shù)場(chǎng)合，可以做到損耗和DC-Bias的兩者兼 顧，可以很好的降低產(chǎn)品溫升，并且更加有利于設(shè)備的小型集成化。
[0051] 實(shí)施例3
[0052] 參照?qǐng)D2,本實(shí)施例的罐型磁芯外框采用NF60(FeSi Series)材料，中空繞線柱則 采用S60(FeSiAlSeries)材料，其主要優(yōu)點(diǎn)是損耗在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上明顯減小，且材料成 本會(huì)有所下降。設(shè)計(jì)輸入電氣條件：Irms/35A，Li :125iiH，開(kāi)關(guān)頻率：5kHz，litzl0mm2/23Ts 逆變輸出濾波電感器，在此條件條件下，利用PC，實(shí)施例1的罐型磁芯和實(shí)施例2的罐型磁 芯設(shè)計(jì)其實(shí)都可以滿足加載感量需要，綜合評(píng)估后，優(yōu)先考慮了本實(shí)施例的罐型磁芯，下表 為使用頻率5kHz，不同交流磁密度情況下的損耗對(duì)數(shù)曲線：
[0053]
[0054] 表7為損耗特性曲線
[0055] 設(shè)為20%的高頻紋波成份，按照ABNA=LiAI進(jìn)行分析推算，通過(guò)對(duì)比可以知道 兩者在工作點(diǎn)位置的Pcv會(huì)有很大差別，本實(shí)施例的罐型磁芯較前者下降了約43%，因此此 種設(shè)計(jì)方式可以使得磁芯整體損耗和溫升會(huì)有明顯下降和改善，提高了整機(jī)使用效率。
[0056] 本實(shí)例說(shuō)明在不同的使用環(huán)境下，對(duì)罐型磁芯可以進(jìn)行復(fù)合優(yōu)化選配，不僅僅局 限在某一單種材料，可以通過(guò)各種材料特性的對(duì)比、電氣分析計(jì)算，進(jìn)行復(fù)合配置使用，從 而使得電路達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，做到物廉價(jià)美。
[0057] 實(shí)施例4
[0058] 參照?qǐng)D3,本實(shí)施例的罐型磁芯外框和中空繞線柱材料均為NF60(FeSiSeries)， 進(jìn)行疊加加高設(shè)計(jì)，由加高層和標(biāo)準(zhǔn)整體配合結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)輸入電氣條件為IDC:60A、 Li:395iiH濾波電感器，采用PCIOOSeries，很顯然實(shí)施例1中的罐型磁芯已經(jīng)滿足不了實(shí) 際要求，因?yàn)閮?nèi)部空間不夠，多匝的銅線難以纏繞進(jìn)去，因此本實(shí)施例采用了相當(dāng)于將實(shí)施 例1中的罐型磁芯加高設(shè)計(jì)，繞線采用 ：litzl6mm2/50TS，分析計(jì)算：L0=AL*N2/1000=510iiH ，H=0. 4*3. 14*N*I/le=109. 40e，在此磁場(chǎng)條件下DC偏置百分比約為85. 0%，計(jì)算加載感量 Li=L0*0. 85=433. 5yH，加載后計(jì)算感量是大于電氣設(shè)計(jì)輸入感量條件395yH，因此滿足設(shè) 計(jì)要求。
[0059] 以上實(shí)施例中設(shè)計(jì)到的磁性材料還可以采用其他如HTC200磁粉芯、FeSiAl、 FeSiNi、FeNi、FeNiMo、KAH、KAM等材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種罐型磁芯單體，其特征在于，包括帶有中心孔的圓形底板（5)、設(shè)置在圓形底板 (5)上呈C型開(kāi)口圓環(huán)狀的罐壁（2)、設(shè)置在底板（5)上的中心孔處的中空繞線柱（1);所 述中空繞線柱（1)與所述罐壁（2)形成環(huán)狀空隙（3);位于所述罐壁（2)開(kāi)口處對(duì)應(yīng)的圓 形底板（5)上設(shè)有出線槽（4);所述底板（5)與罐壁（2)組成外框。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的罐型磁芯單體，其特征在于：所述中空繞線柱（1)與外框?yàn)?同種磁性材料制成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的罐型磁芯單體，其特征在于：所述中空繞線柱（1)與外框?yàn)?不同種磁性材料制造而成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的罐型磁芯單體，其特征在于：所述外框?yàn)閱我淮判圆牧辖Y(jié)構(gòu)， 所述中空繞線柱（1)為單一磁性材料結(jié)構(gòu)或多種磁性材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的罐型磁芯單體，其特征在于：所述外框所用磁性材 料包括HTC200磁粉芯、 所用材料包括HTC200磁粉芯、 硅鋼片。6. -種罐型磁芯，其特征在于：包含兩個(gè)罐型磁芯單體，所述兩個(gè)罐型磁芯單體呈底 板（5)朝外、開(kāi)口同向疊置結(jié)構(gòu)。 根據(jù)權(quán)利要求6所述的罐型磁芯，其特征在于：位于兩個(gè)罐型磁芯單體之間設(shè)置有加 高層（6)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于電感器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，提供了罐型磁芯單體，包括帶有中心孔的圓形底板、設(shè)置在圓形底板上呈C型開(kāi)口圓環(huán)狀的罐壁、設(shè)置在底板上的中心孔處的中空繞線柱；所述中空繞線柱與所述罐壁形成環(huán)狀空隙；位于所述罐壁開(kāi)口處對(duì)應(yīng)的圓形底板上設(shè)有出線槽；所述底板與罐壁組成外框。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：磁芯表面升溫慢，使用壽命長(zhǎng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，繞線方便，適合于機(jī)械化生產(chǎn)，成本易于控制，應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明還提供了一種罐型磁芯，包含兩個(gè)罐型磁芯單體，所述兩個(gè)罐型磁芯單體呈底板朝外、開(kāi)口同向疊置結(jié)構(gòu)。
【IPC分類(lèi)】H01F1/147, H01F27/24
【公開(kāi)號(hào)】CN104979079
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410138383
【發(fā)明人】柯昕, 莊景芳, 周水泉
【申請(qǐng)人】浙江科達(dá)磁電有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月8日