组合的金属粉末磁芯及所构成的电感装置的制作方法

本发明涉及组合的金属粉末磁芯及所构成的电感装置。

背景技术：

申请号为201880024695.3，名称为“电抗器”的发明专利，提出了两个问题的解决方案，第一个问题是将芯块3a、3b设置为由包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体形成，复合材料的成形体由于在磁性粉末的粉末粒子间夹设有树脂，因此能够降低相对磁导率，因此，在构成磁芯3的芯块3a、3b为复合材料的成形体的情况下，不需要在磁芯3(例如芯块3a、3b间)设置用于调整电抗器1的电感的间隔，或者即使假设设置间隔，间隔也可以较小。由此，在磁芯3(内侧芯部31)难以产生漏磁通，能够减小卷绕部2c的内周面与内侧芯部31的外周面之间的间隙34。也就是说通过改善复合材料的成形体的材料特性让磁芯之间间隙可以很小或没有从而改善漏磁通问题；第二个问题是，披露了将其内侧芯部31的角部313也予以倒角的结构。通过内侧芯部31的角部313被倒角而角部313处的间隙34增大，容易确保树脂的流路(流路截面积)，内侧树脂部41的形成变得容易。内侧芯部31的角部313使磁通难以流动，难以作为有效磁路发挥作用，因此对有效磁路的影响比较小。因此，通过内侧芯部31的角部313被倒角，能够确保树脂的流路并有效地抑制有效磁路截面积的减少。也就是说通过角部313被倒角来改善磁芯本体的磁路路径上的磁通难以流动，实际就是沿磁芯本体延伸的从上到下的磁路方向上设置倒角从而让漏磁通难以形成。

对于车载升压电感、光伏逆变器电感、充电桩pfc电感等运行于大电流、大功率、高功率密度的应用场合，这些电感客观上要求具有极高的电感电流乘积系数l*i，以防止大电流工作条件下，电感量的急剧下降带来的问题。为了实现这类的功率电感的设计，组成这类电感的磁芯材料一般均采用上述现有技术已经披露的方案及采用磁导率比较低（μr：20~200）的金属压粉磁芯设计而成；但是为了提高其大电流的运用能力，必须在磁芯的拼接处有意引入一定毫米数的非导磁空间作为磁芯气隙。但所谓的非导磁空间内的物质例如空气等，并非完全阻断磁芯气隙中磁场，这些物质由于其相对导磁率ur接近真空的相对导磁率为1，相对于组合磁芯的较低导磁率的情况下，这些所谓的被视为非导磁性的物质甚至是真空的空间，虽然磁阻较大但依然成为重要的磁通分流的能力，这种现象常常被解释成漏磁。在高频大电流激励下，这些磁芯气隙处的非导磁性物质或空间内流通的交变磁通，很大一部分漏磁磁通会直接穿透周边的绕组线圈的铜线表面，由于线圈绕组的大电流应用，绕组铜线形状粗大，在线圈上会形成严重的涡流损耗。

技术实现要素：

为了显著改善因大电流、高功率密度的应用场合导致增大气隙，进而导致气隙周边大量的漏磁通穿透铜导线表面形成的涡流的影响，本发明首先提出一种通过修改磁芯磁路拼接处的磁芯形状的解决方案，组合的金属粉末磁芯，包括上、下磁轭和布置在所述上、下磁轭之间的芯柱；其特征在于，所述上、下磁轭分别呈c型，所述上、下磁轭的两端部分别与两个所述芯柱对接组成磁回路，在它们之间的对接位置布置有气隙，所述气隙中央区域的间距小于周边位置的间距。

其中，所述磁轭呈c型，实际上定义了所述磁轭的两边肩倒角让所述磁轭从整体上看呈c型。所述磁轭肩部被倒角，能够大大减少该部位出现的漏磁从而不仅减少磁损，更重要的是在大功率运行时不会让漏磁大量地对周围的其它含有磁筹的零件例如铁件、铜线造成严重的涡流损害。

其中，所述气隙中央区域的间距小于周边位置的间距，实际上就是让所述气隙周边位置的间距加大，让所述气隙的中央区域的磁阻远小于周边位置的磁阻从而让磁场向中央区域靠拢而减少漏磁，进而减少漏磁对周边铜线造成涡流；其中所述气隙中央区域与所述周边位置之间平滑过渡衔接。为了实现该结构，有多种方法可以实现，例如至少在所述上、下磁轭或所述芯柱一侧的转角角位布置为倒角。在所述气隙处的转角角位布置为倒角，定义了形成所述气隙的磁芯表面被设置为倒角结构。所述倒角结构，既可以倒圆角也可以倒斜角结构。其次，所述倒角结构，显然不是因制造工艺的需要而通常存在的工艺倒角，也不是通常所说的去毛刺倒圆，而是比工艺倒角或去毛刺倒圆的角度要大许多的倒圆。在产品制造中这种通常的工艺倒角或去毛刺倒圆的半径不会大于0.5毫米。

根据上述结构，与现有技术对比，由于所述磁轭呈c型，为此能够大大减少所述磁轭肩部位置的漏磁从而减少磁损；其次，由于让所述气隙周边位置的间距加大，让所述气隙的中央区域的磁阻远小于周边位置的磁阻从而让磁场向中央区域靠拢而减少漏磁，进而减少漏磁对周边铜线造成涡流。

进一步的技术方案还可以是，所述倒角是圆角，所述圆角的半径大于所述气隙中央区域的间距。

进一步的技术方案还可以是，所述倒角是45°斜角，所述斜角的直边长度大于所述气隙中央区域的间距。

进一步的技术方案还可以是，所述上、下磁轭为整体成型的磁芯，而所述芯柱由多块块状磁块拼接而成。这样可以进一步提高对高磁场强度的适用能力。

进一步的技术方案还可以是，垂直于磁芯平面的立体中央区域的间距方向，形成向所述气隙处靠近的磁芯横截面逐步变小的锥形磁芯。

本发明还提供一种应用权利要求1到4任一所述组合的金属粉末磁芯的电感装置，其特征在于，包括二个线圈绕组及权利要求1到4任一所述的组合的金属粉末磁芯，1个所述芯柱插入到1个所述线圈绕组中，所述上、下磁轭的两端也部分地插入到所述线圈绕组所界定的中央空间中从而让所述气隙也被包围在所述线圈绕组中。

进一步的技术方案还可以是，所述芯柱由2段上下布置的子柱体构成。

进一步的技术方案还可以是，还包括外固定架，所述组合的金属粉末磁芯及所述线圈绕组被压紧在所述外固定架中。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可以应用到组合的金属粉末磁芯及电感装置中。所述电感装置包括大电流的变压器、适配器、电抗、充电桩pfc电感等。

附图说明

图1是应用本发明技术方案的电感装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对应用本发明技术方案的组合的金属粉末磁芯及电感装置的结构做进一步的具体说明。如图1所示，电感装置100，包括组合的金属粉末磁芯和线圈绕组（21、22）。本发明首先提出一种通过修改磁芯磁路拼接处的磁芯形状的解决方案，设置组合的金属粉末磁芯，所述组合的金属粉末磁芯包括上、下磁轭（11、12）和布置在所述上、下磁轭（11、12）之间的芯柱（13、14）。所述上、下磁轭（11、12）分别呈c型。其中，所述磁轭呈c型，实际上定义了所述磁轭的两边肩部具有倒角r2，该倒角r2最好是大的倒圆结构，让所述磁轭从整体上看呈c型。所述磁轭肩部被倒角，能够大大减少该部位出现的漏磁从而不仅减少磁损，更重要的是在大功率运行时不会让漏磁大量地对周围的其它含有磁筹的零件例如铁件、铜线造成严重的涡流损害。

其次，所述上、下磁轭（11、12）的两端部分别与两个所述芯柱（13、14）对接组成磁回路，在它们之间的对接位置布置有气隙3，所述气隙3的中央区域a的间距h1远小于周边位置b的间距h2；其中所述气隙中央区域a与所述周边位置b之间平滑过渡衔接。为此，可以在所述上、下磁轭（11、12）及所述芯柱（13、14）在所述气隙3处的转角角位全部布置为倒角。所述倒角在上下方向上定义的最大间距构成了所述周边位置b的间距h2。当然在另一个实施例中也可以在一个单边的方位设置倒角用于加大所述气隙3周边位置b的间距h2。

其中所述倒角是圆角r1，所述圆角r1的半径大于所述气隙3中央区域的间距h1，最好大于1.5h1；在另一种实施方案中(图中未画出），所述倒角是45°斜角，所述斜角的直边长度大于所述气隙3中央区域的间距，最好大于1.5h1。这样的结构实际上就是让所述气隙3周边位置的间距加大，让所述气隙3的中央区域的磁阻远小于周边位置的磁阻从而让磁场向中央区域靠拢而减少漏磁，进而减少漏磁对周边铜线造成涡流。在相同的工作条件下，本发明的线圈绕组（21、22）截面积区域内，被穿透的漏磁磁通量相对传统方铁芯方案来说大大减少，因此所述线圈绕组（21、22）高频涡流损耗也大大减少。

所述气隙3的中央区域的间距h1，是指所述气隙3中央区域的间距h1，不局限于毫米级以上的厚度，h1为几乎接近于0的磁芯拼接，也同样具有减小拼接处的线圈表面的漏磁通的穿透效果。

其中，所述倒角结构，显然不是因制造工艺的需要而通常存在的工艺倒角，也不是通常所说的去毛刺倒圆，而是比工艺倒角或去毛刺倒圆的角度要大许多的倒圆。在产品制造中这种通常的工艺倒角或去毛刺倒圆的半径不会大于0.5毫米。

进一步的技术方案还可以是，进一步的技术方案还可以是，所述上、下磁轭（11、12）为整体成型的磁芯，而所述芯柱（13、14）由多块块状磁块拼接而成。这样可以进一步提高对高磁场强度的适用能力。

本发明示意了平面方向的圆角形磁芯，进一步的技术方案还可以是，垂直于磁芯平面的立体中央区域的间距方向，形成向所述气隙3处靠近的磁芯横截面逐步变小的锥形磁芯。同样具有本发明的效果，也是本发明的主要实施形态。

本发明还提供一种应用权利要求1到4任一所述组合的金属粉末磁芯的电感装置100，包括二个线圈绕组（21、22）及所述的组合的金属粉末磁芯，1个所述芯柱（13、14）插入到1个所述线圈绕组（21、22）中，所述上、下磁轭（11、12）的两端也部分地插入到所述线圈绕组（21、22）所界定的中央空间中从而让所述气隙3也被包围在所述线圈绕组（21、22）中。其中，所述芯柱（13、14）可以为一个整体段，也可以由2段或2段以上的子柱体(图中未画出）上下组合而成，从而可以适配于不同中央区域的间距的线圈绕组（21、22）。

本发明中线圈绕组既可以如图1所示的左右各一个线圈所组成，还可以是，在单边磁路中设置多个线圈应用，只要磁芯拼接的所述气隙3处于线圈所界定的中央空间内部，并符合上述特征的应用，仍然具备本发明的实际效果。

进一步的技术方案还可以是，还包括外固定架(图中未画出），所述组合的金属粉末磁芯及所述线圈绕组（21、22）被压紧在所述外固定架中。所述外固定架用于定位组合的金属粉末磁芯，也能定位所述线圈绕组（21、22）防止它们松动。