一种磁芯结构及电感器的制作方法

本发明属于电感领域，具体地说，涉及一种磁芯结构及电感器。

背景技术：

电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，广泛应用于各种电路结构中。电感器一般由骨架、磁芯和线圈组成，其中磁芯是一种高频导磁材料，具有高磁导率和高磁通密度的特点；

其中，骨架上设有绕线部，绕线部上沿轴向设有空心通道，线圈缠绕于绕线部上，至少部分磁芯插入空心通道内，该部分磁芯上开设有一个气隙，在该部分磁芯上开设有气隙的目的在于防止磁芯出现磁饱和，但是电感器在气隙处产生漏磁通；由于在该部分磁芯上一般只开设有一个气隙，使得该气隙因宽度较大导致此处的漏磁通较多，一方面增加磁芯的损耗，另一方面增加线圈对磁芯的漏磁通的切割，增大线圈的涡流损耗，从而降低了电感器的电感量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题一在于克服现有技术中的不足，提供一种磁芯结构及电感器，以实现减少漏磁通，降低磁芯损耗和减少线圈对磁芯的漏磁通的切割，降低线圈的涡流损耗的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供一种磁芯结构，包括磁芯，磁芯上开设有至少两个气隙，所有气隙的宽度总和等于磁芯上开设有一个气隙时气隙的宽度。

进一步地，磁芯的相对两侧设两个磁柱，在两个磁柱中间的磁芯上设中间磁柱，中间磁柱上开设有至少两个气隙，所有气隙的宽度总和等于中间磁柱上开设有一个气隙时气隙的宽度。

进一步地，磁芯包括两个子磁芯，子磁芯包括外环磁芯和设于外环磁芯内侧的中柱；两个外环磁芯相对且相接触形成两个磁柱，两个中柱相对且相间隔形成中间磁柱，两个中柱的轴向端面之间形成中间磁柱中的一个气隙，其他气隙分别开设在两个中柱上。

进一步地，两个子磁芯尺寸相同、且均呈e形，两个中柱的轴向端面之间形成中间磁柱的中间气隙，各中柱上开设的气隙为侧气隙。

进一步地，中间气隙的宽度大于或等于侧气隙的宽度，各气隙之间的间距相等。

进一步地，至少两个气隙将中间磁柱分隔为若干子中间磁柱，相邻两个子中间磁柱的轴向端面之间形成气隙，各气隙内插设有绝缘件，绝缘件分别与两个子中间磁柱的轴向端面贴合连接。

进一步地，绝缘件为第一塑料片，各第一塑料片插入对应的气隙内、且其相对两侧分别与两个子中间磁柱的轴向端面贴合连接。

进一步地，中间磁柱上设有沿中间磁柱的轴向方向沿伸的第二塑料片，第二塑料片贴合中间磁柱设置，各第一塑料片与第二塑料片垂直连接，所有第一塑料片设于第二塑料片的同一侧。

进一步地，第一塑料片的相对两侧均设有散热体，散热体的一侧与中间磁柱的轴向端面连接，另一侧与第一塑料片的一侧连接；

优选地，散热体为将第一塑料片粘贴于两个子中间磁柱的轴向端面的胶水层。

本发明还提供一种电感器，包括线圈，还包括上述技术方案提供的磁芯结构，线圈缠绕于磁芯结构中的部分磁芯上。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1.在磁芯上开设有至少两个气隙，所有气隙的宽度总和等于磁芯上开设有一个气隙时气隙的宽度，减少气隙的相对宽度，达到了减少漏磁通，从而减少磁芯结构的磁损，以及减小线圈对磁芯的漏磁通的切割，减少线圈的涡流损耗，从而提高了电感器的电感量。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明一实施例提供的磁芯结构的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的磁芯结构上主磁通和漏磁通的分布示意图；

图3是本发明一实施例提供的气隙内设绝缘件的磁芯结构的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的电感器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电感器的截面图；

图6是本发明实施例提供的电感器中骨架的结构示意图。

图中：1-骨架；11-绕线部；111-空心通道；12-线圈引脚；2-磁芯；21-子磁芯；211-外环磁芯；212-中柱；22-磁柱；23-中间磁柱；231-子中间磁柱；3-间距；31-第一间距；32-第二间距；4-第一凸块；41-第一沿伸部；5-第二凸块；51-第二沿伸部；6-限位槽；7-气隙；71-中间气隙；72-侧气隙；8-绝缘件；81-第一塑料片；9-散热体；91-胶水层。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1、图2以及图3所示，本发明提供一种磁芯结构，包括磁芯2，磁芯2上开设有至少两个气隙7，所有气隙7的宽度总和等于磁芯2上开设有一个气隙7时气隙的宽度。

本发明的实施例中，在磁芯2上开设有多个气隙7，所有气隙7的宽度总和等于磁芯2上开设有一个气隙时的宽度，减少气隙7的相对宽度，减少了在气隙处的漏磁通，从而减小磁芯结构的磁损，并且，由于漏磁通变少了，因此，能够减少电感器的线圈对磁芯的漏磁通的切割，降低线圈的涡流损耗，达到在相同线圈匝数的条件下提高电感量的目的；并且，在提高电感量目的的基础上，并未改变磁芯的材质，因此，降低了生产成本；

需要说明的是，对于现有的磁芯结构而言，磁芯2上只设有一个气隙，该气隙具有一定的宽度，在本申请中，在磁芯2上设有至少两个气隙7，其中，多个气隙7的宽度总和等于现有技术中磁芯上开设有的一个气隙的宽度；例如，现有技术中一个气隙的宽度为8mm，那么本申请中多个气隙的宽度总和为8mm；

如图2所示，在图2中示出了磁芯结构上的主磁通和漏磁通的分布；磁芯上设气隙，对线圈通电后，线圈内通有电流，线圈内通有电流时，就会在线圈周围的空间形成磁场，由于磁芯的导磁性能比空气好，所以绝大部分磁通沿磁芯和气隙构成回路，这部分磁通成为主磁通，还有一部分磁通没有经过气隙，而是经空气自成回路，这部分成为漏磁通。

如图1、图2以及图3所示，本发明的实施例中，磁芯的相对两侧设两个磁柱22，在两个磁柱22之间的磁芯上设中间磁柱23，两个磁柱和中间磁柱23上均设有至少两个气隙，所有气隙的宽度总和等于中间磁柱上开设有一个气隙时气隙的宽度。

本发明的实施例中，磁芯呈方形，中间磁柱23位于两个磁柱23之间，且与两个磁柱22平行设置，中间磁柱23与一个磁柱之间具有一个夹持空间，且与另一个磁柱22之间具有另一个夹持空间，上述两个夹持空间用于与电感器中的骨架配合，实现磁芯与骨架的装配；

两个磁柱22和中间磁柱23的形状均为长方体；在其他实施例中，也可以根据实际需求将磁柱22和中间磁柱23的形状改成圆柱体、多边棱柱体或不规则柱体形状；

具体地，至少两个气隙7设于中间磁柱23上，至少两个气隙7沿中间磁柱23的轴向间隔设置，各气隙在中间磁柱23轴向上的尺寸相等或不等，根据实际需要，可将中间磁柱23上各气隙的宽度设置为相等或不等，其中，气隙7在中间磁柱23轴向上的尺寸也就是气隙7的宽度；中间磁柱23上开设气隙7的数量可根据实际需求开设；将气隙7开设在磁芯2的中间磁柱23上，也就是将气隙7开设在磁芯2的中部，能够进一步减小电感器的损耗，提高电感器的电感量。

本发明的实施例中，磁芯2包括两个子磁芯21，子磁芯21均包括外环磁芯211和设于外环磁芯211内侧的中柱212；两个外环磁芯211相对且相接触形成两个磁柱，两个中柱212相对且相间隔形成中间磁柱23，两个中柱212的轴向端面之间形成中间磁柱23中的一个气隙，其他气隙分别开设在两个中柱212上。

本发明的实施例中，两个子磁芯21相对设置形成磁芯2；具体地，外环磁芯211的一侧开口，外环磁芯211呈环状，外环磁芯211可以是方形环，也可以是圆形环；由于外环磁芯211呈环形，因此，外环磁芯211具内侧和外侧，其中，中柱212设于外环磁芯211的内侧中部，向外环磁芯211的开口处沿伸；

两个外环磁芯211相对形成、且相接触形成磁芯2的外框，该磁芯2的外框包括两个磁柱22；两个中柱212的轴向端面形成中间磁柱23中的一个气隙，而中间磁柱23上的其他气隙开设在两个中柱212上，例如，若中间磁柱上开设有三个气隙，两个中柱212的轴向端面形成三个气隙中的一个气隙，一个中柱212上设有三个气隙中的另一个气隙，另一个中柱212上设有三个气隙中的另一个气隙。

如图1所示，本发明的实施例中，两个子磁芯21尺寸相同、且均呈e形，两个中柱212的轴向端面之间形成中间磁柱23的中间气隙71，各中柱212上开设的气隙为侧气隙72。

本发明的实施例中，两个子磁芯21均呈e形，在电感磁势一定的情况下，e形磁芯的最大磁势较小，最大磁势较小，有利于减少旁路磁通，进而旁路磁通造成的电感器的涡流损耗也会减小；

具体地，外环磁芯211包括设于中柱212两侧的两个子磁柱和连接两个子磁柱的连接磁柱，两个子磁柱和中柱212均与连接磁柱垂直；一个子磁柱、中柱212和连接磁柱围成一个夹持空间，另一个子磁柱、中柱212和连接磁柱围成另一个夹持空间，上述两个夹持空间用于与电感器的骨架配合；其中，中柱212的沿伸长度小于子磁柱的沿伸长度，从而在两个外环磁芯211相对且接触时，两个中柱212之间能够间隔设置形成气隙；

由于两个子磁芯的尺寸相同，因此，两个中柱212相对、且间隔形成的气隙为中间磁柱中间位置上的气隙，也就是中间气隙71，中间磁柱23其他位置上的气隙为侧气隙72。

具体地，中间气隙71的宽度大于或等于侧气隙72的宽度，各气隙之间的间距相等；优选地，中间气隙71的宽度大于侧气隙72的宽度，避免因侧气隙72的宽度大而靠近磁芯2的两侧，从而导致磁芯2损坏增大的情况。

本发明的实施例中，至少两个气隙将中间磁柱分隔为若干子中间磁柱231，相邻两个子中间磁柱231的轴向端面之间形成气隙，每个气隙内设有绝缘件8，绝缘件8分别与两个子中间磁柱231的轴向端面贴合连接。

本发明的实施例中，绝缘件8插入在气隙7内，实现相邻两个子中间磁柱231之间的连接，并且，绝缘件8具有绝缘特性，其对磁芯中的主磁通不具有切割的作用；绝缘件8可完全插入气隙7内，也可部分插入气隙7内；此外，绝缘件8的材质和形状可为多种，只要对磁芯中的主磁通无切割作用即可。

如图3所示，本发明的实施例中，绝缘件8为第一塑料片81，第一塑料片81插入对应的气隙内，第一塑料片81的相对两侧分别与两个子中间磁柱231的轴向端面贴合连接。

本发明的实施例中，绝缘件8的材质为塑料，其形状为片状，第一塑料片81插入气隙内，第一塑料片81的一个侧面与一个子中间磁柱231的轴向端面贴合连接，相对侧面与相邻子中间磁柱231的轴向端面贴合连接，实现相邻两个子中间磁柱231的连接；

绝缘件8完全插入气隙内时，第一塑料片81侧面的面积可小于子中间磁柱231轴向端面的面积，也可等于中间磁柱轴向端面的面积，只要确保相邻的两个子中间磁柱231能够连接，优选地，第一塑料片81侧面的面积等于中间磁柱轴向端面的面积，增加相邻的两个子中间磁柱231之间的连接强度。

进一步地，中间磁柱上设有沿中间磁柱的轴向方向沿伸的第二塑料片，第二塑料片贴合中间磁柱23设置，各第一塑料片81与第二塑料片垂直连接，所有第一塑料片81设于第二塑料片的同一侧，第二塑料片将若干各第一塑料片81整合起来，避免若干第一塑料片81出现易丢失的情况，且可实现将若干第一塑料片81同时插入各自对应的气隙内，提高插入效率。

本发明的实施例中，第一塑料片81的相对两侧均设有散热体9，散热体9的一侧与中间磁柱231的轴向端面连接，另一侧与第一塑料片81的一侧连接。

本发明的实施例中，散热体9的设置能够使得第一塑料片81连接在子中间磁柱231上，实现相邻两个子中间磁柱231的连接，同时散热体9能够降低磁芯的温度，利于散热，进一步提高饱和值。

如图3所示，本发明的实施例中，散热体9为将第一塑料片81粘贴于两个子中间磁柱231的轴向端面的胶水层91。

本发明的实施例中，胶水层91为环氧树脂胶水，当然也可为其他类型的可以起到粘合作用的材料，同时此材料不能具有导磁率的功能，需兼具散热功能；

胶水层91侧面的面积可小于塑料片81侧面的面积和子中间磁柱231轴向端面的面积，也可等于塑料片81侧面的面积和子中间磁柱231轴向端面的面积，优选地，胶水层91侧面的面积等于塑料片81侧面的面积和子中间磁柱231轴向端面的面积，提高相邻两个子中间磁柱231之间的连接强度。

如图4所示，本发明提供一种电感器，包括线圈，还包括上述技术方案提供的磁芯结构，线圈缠绕于磁芯结构中的部分磁芯上。

进一步地，如图4、图5和图6所示，电感器还包括骨架1，骨架1具有绕线部，绕线部11上缠绕有线圈，绕线部11呈长条形，沿绕线部11的轴向，绕线部上设有空心通道111，空心通道111呈长条形，空心通道111的相对两侧设两个开口，一个子磁芯的中柱212经一个开口轴向插入空心通道111内，另一个子磁芯的中柱212经另一个开口轴向插入空心通道111内，实现两个中柱212相对插入空心通道111内，以及，实现绕线部11的一个侧壁插入夹持空间内，另一个相对侧壁插入另一个夹持空间内，实现磁芯与骨架的装配；

中柱212插入空心通道111内，中柱212与空心通道111之间设有间距3，将中柱212与空心通道111之间设有间距3，使得线圈能够远离磁芯2的漏磁通，尽最大可能减少线圈对磁芯2的漏磁通的切割，减少线圈的涡流损耗，提高电感器的电感量；并未增加线圈匝数或改用更昂贵的磁芯以降低线圈的涡流损耗，降低了成本。

具体地，中柱212呈长方体，中柱212具有上下端面、左右端面，中柱212从空心通道111中心插入空心通道111内，使得中柱212的上下端面、左右端面与空心通道的内壁均具有间距，由于空心通道111的轴向截面的形状有多种，使得中柱212的上下端面与空心通道111内壁之间的间距大小与中柱212的左右端面与空心通道111内壁之间的间距大小不同，如图5所示，将中柱212上下端面与空心通道111内壁之间的间距设为第一间距31，将中柱212左右端面与空心通道111内壁之间的间距设为第二间距32，第一间距31的大小等于或不等于第二间距32的大小。

如图6所示，进一步地，绕线部11顶部的相对两侧设有第一凸块，第一凸块相对绕线部向外轴向凸伸，绕线部11底部的相对两侧设有第二凸块，第二凸块相对绕线部向外轴向凸伸，部分连接磁柱夹持在第一凸块4与第二凸块5之间，实现了子磁芯21与绕线部11之间的装配，在确保中柱212的上下端面和左右端面与空心通道111之间设有间距的基础上，提高子磁芯在绕线部11上的稳定性，从而实现整个磁芯结构与骨架1之间的装配。

如图6所示，进一步地，第一凸块4的左右两侧均设第一沿伸部41，第一沿伸部41相对绕线部11径向沿伸，第二凸块5的左右两侧均设第二沿伸部51，第二沿伸部51相对绕线部11径向沿伸，子磁柱和剩余部分的连接磁柱夹持在第一沿伸部41和第二沿伸部51二者形成的夹持空间内，进一步增强了子磁芯21与绕线部11之间的装配强度，提高子磁芯21在绕线部11上的稳定性。

如图6所示，进一步地，两个第一凸块4相对绕线部11径向凸伸形成第一槽体，两个第二凸块5相对绕线部11径向凸伸形成第二槽体，位于第一凸块4和第二凸块5之间的绕线部11设有相对绕线部11径向凸伸的四个第三凸块，相对的两个第三凸块之间形成第三槽体，第一槽体、第二槽体和两个第三槽体依次连接形成一个连续的限位槽6，限位槽6对缠绕在绕线部11上的线圈具有限位作用，避免线圈在缠绕时出现缠绕混乱的情况。

进一步地，第二凸块上设有若干线圈引脚12，若干线圈引脚12沿左右方向间隔排布，缠绕在绕线部11上的线圈具有输入端和输出端，线圈的输入端和线圈的输出端均设于线圈引脚12上。

其中，该电感器满足下式：

k＝r²/(r+0.29*δ/π)²；

γ＝d/δ；

m＝k*γ^1/2；

式中，r为磁芯的半径，δ为气隙的宽度，d为线圈与磁芯之间的间距，k值为磁芯的磁通量的折算系数，γ为边缘磁通损耗的折算系数，m值为磁通量的有效折算系数；磁芯上开设有至少n个气隙，每个气隙的宽度分别为δ1、δ2……δn，且满足δ1+δ2+……+δn＝δ；其中，m值越大，有效磁通量越大，那么电感量则越大。

需要说明的是，在本发明的实施例中，线圈相当于套设在中间磁柱上，中间磁柱上开设有n个气隙，d可以认为是中间磁柱到线圈之间的平均距离；

采用上述关系式设计的电感器，可通过调整δ、d的值，使得电感器产生的损耗更低，从而使得电感磁通量φ有效值增加，在线圈匝数相同的情况下，增加电感量l，也就是，在电感其它参数不变的情况下，在低于通常电感器线圈匝数的情况下，便可以得到相同的电感量l；例如，增加d值，可带来线圈涡流损耗降低，电感量增大；

电感器的磁芯包括两个尺寸相同、且呈e型的子磁芯，采用半径r＝5mm的子磁芯，其中，子磁芯的半径是指中间磁柱宽度的一半；线圈50匝，绕线部11的总长为42mm，在其他条件不变的情况下，针对不同的δ值和d值，共分为4组，测量对应电感器的电感量，并计算线圈涡流损耗，测量结果与对照组1和2比较，结果见表1。

对于对照组1，中间磁柱分为两段，气隙的宽度δ＝8mm，间距d＝2mm；

对于对照组2，中间磁柱分为两段，气隙的宽度δ＝8mm，间距d＝1mm；

对于组1，中间磁柱分为两段，气隙的宽度δ＝8mm，间距d＝4mm；

对于组2，中间磁柱分为两段，气隙的宽度δ＝5mm，间距d＝2.5；

对于组3，中间磁柱分为两段，气隙的宽度δ＝15mm，间距d＝7.5；

对于组4，中间磁柱分为六段，气隙为5个，每个气隙的宽度分别为δ1、δ2、δ3、δ4、δ5，且满足δ1+δ2+δ3+δ4+δ5＝8mm，δ1、δ2、δ3、δ4为四个侧气隙的宽度，每个中柱上均设两个侧气隙，δ5为中间气隙的宽度，其中，δ1＝δ2＝δ3＝δ4＝1mm，δ5＝4mm，间距d＝4mm；

表1

在表1中，与对照1组和对照2组比较可以得出，通过减小δ和/或增大d，1组、2组、3组和4组均降低了涡流损耗，增加了电感量；

与组1比较可以得出，在d相同的情况下，采用多个气隙时，4组的涡流损耗降低效果和电感量增加效果最好。

综上可知，提高电感器的电感量的方式为：

方式一：通过将磁芯2与线圈之间设间距，增大磁芯2和线圈的间距，使得磁芯的漏磁通远离线圈，减少线圈对磁芯的漏磁通的切割，减少线圈的涡流损耗；

方式二：通过在磁芯2上开设至少两个气隙7，所有气隙7的宽度等于磁芯2上开设有一个气隙7时气隙的宽度，来减小气隙的相对宽度，减少磁芯上的漏磁通，从而减少磁芯损耗，和能够减少线圈对磁芯的漏磁通的切割，降低线圈的涡流损耗；

方式三：采用将方式一中减少气隙的相对宽度和方式二增大磁芯2和线圈的间距结合来提高电感器的电感量，增大电感量提高的程度。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。