專利名稱：磁性組件及產(chǎn)生電感的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性組件，且特別涉及一種電壓模塊中的磁性組件。
背景技術(shù)：
為符合當(dāng)今電子產(chǎn)品均著重于低電壓和大電流的需求，電壓調(diào)整模塊(Voltage Regulating Module, VRM)(或電壓轉(zhuǎn)換器)通常必須將高電壓轉(zhuǎn)換為不同的低電壓，以供電給各種組件(如中央處理單元)進(jìn)行使用。一般而言，磁性組件(如電感器)是電壓調(diào)整模塊中的重要部件，其體積、損耗、電感量等特性是影響電壓調(diào)整模塊的電流紋波、 效率和動態(tài)操作速度等操作特性的重要因素。在實(shí)現(xiàn)上，一般可采用磁集成(integrated magnetics)技術(shù)應(yīng)用于磁性組件的制作，這樣可減少磁性組件的體積，并改善電壓調(diào)整模塊的性能。然而，公知的磁性組件在使用時一般均存在有多處漏感路徑的問題，使得整體耦合電感的漏感(leakage inductance)過大，進(jìn)而導(dǎo)致銅線繞組(winding)的損耗也隨之增大。其次，公知的磁性組件所產(chǎn)生的漏感也無法有效地集中，致使漏感分布不均，因而導(dǎo)致電壓調(diào)整模塊的輸出電壓紋波顯著地增大。相較于使用磁集成技術(shù)來產(chǎn)生相互電感耦合的方法，另一種方式則是使用輔助繞組來產(chǎn)生電感耦合。然而，即使這種方式可使每個電感的電流達(dá)到平衡的效果，并減小電流紋波，但卻會帶來額外的銅線損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種具有對稱結(jié)構(gòu)的磁性組件，其在相同的體積下能夠負(fù)載更大的電流，并能夠提供較小的直流電阻，以降低銅線的損耗，并在繞組數(shù)或個結(jié)構(gòu)隨著電感的路數(shù)增大時，能夠讓每相的等效漏感量盡量保持相同，以顯著地減少輸出的電壓紋波大小。本發(fā)明的內(nèi)容之一是關(guān)于一種磁性組件，其包括二對稱的磁芯，二對稱的磁芯中的每一個均包括一基座、一第一凸出部以及若干個第二凸出部，第一凸出部與第二凸出部各自沿著基座的兩邊緣形成于基座上，且二對稱的磁芯組合使得二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與二對稱的磁芯中另一個的第一凸出部間形成一氣隙。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一凸出部沿著第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置而相對于第二凸出部較長。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第二凸出部相對于第一凸出部較寬。在本發(fā)明的次一實(shí)施例中，第一凸出部的截面積大于每一個第二凸出部的截面積。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，第二凸出部的截面積均相等。本發(fā)明的內(nèi)容之一是關(guān)于一種磁性組件，其包括二對稱的磁芯、若干個繞組以及一低導(dǎo)磁體。二對稱的磁芯中的每一個均包括一第一凸出部以及若干個第二凸出部，第一凸出部沿著第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置。繞組分別環(huán)繞于第二凸出部。低導(dǎo)磁體設(shè)置于二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與二對稱的磁芯中另一個的第一凸出部中間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，低導(dǎo)磁體包括一氣隙以及一磁粉膠體中的至少一個。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一凸出部相對于第二凸出部較長，第二凸出部相對于第一凸出部較寬。在本發(fā)明的次一實(shí)施例中，第一凸出部的截面積大于每一個第二凸出部的截面積。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于兩個相交的不同平面。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通相互反耦合。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通通過該低導(dǎo)磁體。在本發(fā)明的次一實(shí)施例中，環(huán)繞第二凸出部的繞組中相鄰兩者間具有一次氣隙， 次氣隙對應(yīng)的磁阻相較于低導(dǎo)磁體對應(yīng)的磁阻大10倍以上。本發(fā)明的內(nèi)容之一是關(guān)于一種磁性組件，其包括二對稱的磁芯、若干個繞組以及一磁粉膠體。二對稱的磁芯中的每一個均包括一第一凸出部以及若干個第二凸出部，第一凸出部沿著第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置且相對于第二凸出部較長，第二凸出部相對于第一凸出部較寬。繞組分別環(huán)繞于第二凸出部。磁粉膠體設(shè)置于二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與二對稱的磁芯中另一個的第一凸出部中間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一凸出部的截面積大于每一個第二凸出部的截面積。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第二凸出部的截面積均相等。在本發(fā)明的次一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組所感應(yīng)的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于兩個相交的不同平面。進(jìn)一步地，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于垂直相交的兩平面。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通相互反耦合。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通通過該磁粉膠體。本發(fā)明的內(nèi)容之一是關(guān)于一種產(chǎn)生電感的方法，其包括產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，激磁磁通回路中任兩個的激磁磁通相互反耦合；以及產(chǎn)生一漏感磁通回路，漏感磁通回路所在的平面與激磁磁通回路所在的平面不同而相交。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，激磁磁通回路是由一磁性組件中二對稱的磁芯與環(huán)繞于二對稱磁芯的若干個繞組感應(yīng)而產(chǎn)生，漏感磁通回路通過磁性組件中設(shè)置于二對稱磁芯間的一低導(dǎo)磁體。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，漏感磁通回路所在的平面與激磁磁通回路所在的平面垂直相交。本發(fā)明的內(nèi)容之一是關(guān)于一種產(chǎn)生電感的方法，其包括由二對稱的磁芯中若干個凸出部與環(huán)繞于凸出部的若干個繞組感應(yīng)而產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，激磁磁通回路中任兩個的激磁磁通相互反耦合；以及由二對稱的磁芯中凸出部與繞組感應(yīng)而產(chǎn)生一漏感磁通回路，漏感磁通回路與激磁磁通回路位于不同且相交的兩平面。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，漏感磁通回路與激磁磁通回路是位于垂直相交的兩平根據(jù)本發(fā)明所述的技術(shù)內(nèi)容，上述磁性組件以及產(chǎn)生電感的方法，不僅可減少制作所需的體積、增加功率密度，且由于激磁磁通與漏感磁通并不在一個平面上，故可以有效縮短繞組間距，有利于增強(qiáng)繞組間的耦合，在相同尺寸下能夠產(chǎn)生較高的激磁電感。


圖1是一種電壓調(diào)整模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A至圖2D是一種如圖1所示的電壓調(diào)整模塊中不同情形下控制信號對應(yīng)電流變化的示意圖。圖3顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁芯的結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖4是如圖3所示的磁芯在環(huán)繞上繞組后的結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖5顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖。圖6A至圖6C分別為5圖所示的磁性組件的俯視圖、側(cè)視圖和正視圖。圖7顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁性組件的仰視立體示意圖。圖8A顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種激磁磁通回路的示意圖。圖8B顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種漏感磁通回路的示意圖。圖9A顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖。圖9B顯示了圖9A所示的磁性組件中單一磁芯在環(huán)繞上繞組后的立體示意圖。圖IOA顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種繞組的立體示意圖。圖IOB顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種繞組的立體示意圖。圖IlA至圖IlE是顯示了本發(fā)明的各實(shí)施例中各種磁性組件的立體示意圖。圖12A顯示了本發(fā)明的又一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖。圖12B是如圖12A所示的磁性組件的仰視立體示意圖。圖13是采用公知磁性組件的結(jié)構(gòu)與采用本發(fā)明實(shí)施例中磁性組件的結(jié)構(gòu)所測量得到的電氣參數(shù)特性對照表。說明書附圖標(biāo)號說明300 磁芯302 基座304、504 第一凸出部306a、306b、306c、506a、506b、506c 第二凸出部308、508 繞組310 主氣隙320 安裝氣隙325 次氣隙500 磁性組件
502 磁芯508 繞組510:磁粉膠體
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本技術(shù)方案做詳細(xì)說明，但所提供的實(shí)施例并不用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)運(yùn)作的描述也并不用以限制其執(zhí)行的順序， 任何由組件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，說明書附圖僅以說明為目的，并未按照原尺寸作圖。關(guān)于本文中所使用的“約”、“大約”或“大致約”，一般通常是指數(shù)值的誤差或范圍在百分之二十以內(nèi)，較好地是在百分之十以內(nèi)，而更佳地則是在百分之五以內(nèi)。文中若無明確說明，其所提及的數(shù)值皆視作近似值，即“約”、“大約”或“大致約”所表示的誤差或范圍。為了清楚的敘述，下文先對本發(fā)明內(nèi)容所屬領(lǐng)域的技術(shù)用語及相關(guān)技術(shù)做說明。 根據(jù)耦合電感器相關(guān)技術(shù)的一般性定義，耦合電感器中的每一路繞組(winding)，在其余繞組均為開路或不通電的情況下，經(jīng)測量后會有一個固定的電感量，稱之為“自感”。此自感可以分成兩部分，其中一部分的電感所對應(yīng)的磁通(magnetic flux)均穿過其余繞組的截面， 與其它繞組均有耦合關(guān)系，可稱之為“激磁電感”(magnetizing inductance, Lm)；而另一部分的電感與其余的繞組并無耦合關(guān)系，可稱之為“漏感”(leakage inductance, Lk) 0在一般情況下，激磁電感要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于漏感。通過控制激磁電感和漏感的比例和大小，便可以改變每一繞組所對應(yīng)的電流紋波的波形和大小。由于每一路繞組的激磁電感所對應(yīng)的磁通均會穿過其余繞組，因此若是其余繞組的激磁電感所對應(yīng)的磁通穿過本繞組的方向，與本繞組自身產(chǎn)生的磁通的方向相反，即有 “反耦合”發(fā)生，且各繞組中激磁電感所對應(yīng)磁通的直流分量會相互抵消，故激磁電感并不受直流電流偏移的影響。而對于漏感的部分，不存在直流抵消的效應(yīng)，但存在直流飽和的問題，針對此問題通常所采用的辦法是，在漏感所對應(yīng)的磁通路徑上開一個氣隙(一般稱為主氣隙)，以防止飽和。圖1是一種電壓調(diào)整模塊(Voltage Regulating Module, VRM)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A至圖2D是一種如圖1所示的電壓調(diào)整模塊中不同情形下控制信號對應(yīng)電流變化的示意圖。同時參照圖1和圖2，此電壓調(diào)整模塊的電路結(jié)構(gòu)采用了多相交錯并聯(lián)技術(shù)，利用控制信號(如Vgl、Vg2、Vg3或Vg4)將每一路電流(如山、12、込或14)對應(yīng)的開關(guān)交替導(dǎo)通，使得流過每一路電感(如Lsl、Ls2、Ls3或Ls4)的電流波形相位能夠各自交錯一個角度，從而利用上述相位的交錯而抵銷電流紋波，使得輸出的紋波有效地減小，有助于增快動態(tài)響應(yīng)速度。然而，如圖2B所示，若是沒有耦合關(guān)系的話，則對于每一路(或每一相)的電流來說，并沒有抵消的效果，因此開關(guān)的損耗仍然較大。相反地，若是通過每一相電感的反耦合， 便可有效降低每一相電流的紋波大小，進(jìn)一步減小開關(guān)損耗，提升效率；如圖2C所示，只要耦合電感器的漏感Lk與單一個非耦合電感器的電感量Ls相等，即可得到輸出電流紋波相同的動態(tài)反應(yīng)。進(jìn)一步而言，如圖2D所示，若是耦合電感器的激磁電感Lm越大，則越有助于減小相電流紋波，理想情況下，當(dāng)激磁電感Lm趨近于無窮大時，每一相電流的紋波波形趨于一致，此時相電流的紋波可達(dá)到最小。由上可知，為了讓耦合電感器在使用時有較好的功效，對于耦合電感器的設(shè)計，需要在漏感Lk固定的情況下，盡量地增大電感器的激磁電感Lm。本發(fā)明的內(nèi)容之一即是提出一種磁性組件，以使上述的激磁電感Lm能有效地增大，其中磁性組件包括至少二個對稱的磁芯，且每一個磁芯均包括一基座、一第一凸出部以及若干個第二凸出部，第一凸出部與前述第二凸出部各自沿著基座的兩邊緣形成于基座上。圖3顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁芯的結(jié)構(gòu)立體示意圖。如圖3所示，磁芯 300包括基座302、第一凸出部304以及第二凸出部306a、306b、306c，其中第一凸出部304 與前述第二凸出部306a、306b、306c各自沿著基座302的兩邊緣形成于基座302上，并相互分隔一定間距。此外，第二凸出部306a、306b、306c中相鄰兩者之間也分隔一定間距，以使繞組環(huán)繞于其上。上述第一凸出部304與第二凸出部306a、306b、306c之間的間距，或是第二凸出部306a、306b、306c中相鄰兩者之間的間距，均為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人員所熟知的，或可根據(jù)實(shí)際需求選用的，故在此不再定義。在制作過程中，磁芯300可一體成形，也可通過分別形成基座302、第一凸出部304 以及第二凸出部306a、306b、306c而制成。為了方便說明，圖3僅顯示了第二凸出部306a、 306b、306c，但本發(fā)明并不以此為限，換言之，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以依據(jù)實(shí)際需求設(shè)計適當(dāng)數(shù)量的第二凸出部。本發(fā)明的一實(shí)施例主要是公開一種磁性組件(例如作為耦合電感器)，其包括至少二個磁芯300，且這二個磁芯300相互對稱，并以對稱的方式組合后，其中一個的第一凸出部304會與其中另一個的第一凸出部304間形成一主氣隙310 (如圖5所示)，使得主氣隙310在磁性組件中繞組的上方形成主氣隙，以此作為漏感Lk的磁通路徑，有助于漏感Lk 的磁通集中。在一實(shí)施例中，第一凸出部304可沿著第二凸出部306a、306b、306c的排列方向延伸地設(shè)置，且相對于第二凸出部306a、306b、306c較長。具體來說，如圖3所示，第一凸出部 304的長度Ll大于第二凸出部306a,306b,306c的長度L21、L22、L23。在另一實(shí)施例中，第二凸出部306a、306b、306c可相對于第一凸出部304較寬。具體來說，如圖3所示，第二凸出部306a、306b、306c的寬度W21、W22、W23大于第一凸出部304 的寬度Wl。如此一來，便可使得二個相互對稱的磁芯300組合后在結(jié)構(gòu)上有主氣隙310(如圖5所示)的存在。在次一實(shí)施例中，第一凸出部304的截面積可大于第二凸出部306a、306b、306c的截面積。具體來說，如第3圖所示，第一凸出部304的截面積Al大于第二凸出部306a、306b、 306c的截面積A21、A22、A23，其中第二凸出部306a、30m3、306c的截面積A21、A22、A23可依照需要來制作為相等或不等。在制作過程中，第二凸出部306a、306b、306c的形狀、大小、尺寸或結(jié)構(gòu)可制作成完全一致或各有差異，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可依據(jù)實(shí)際需要設(shè)計不同或相同的第二凸出部，故本發(fā)明內(nèi)容對此不作限制。上述實(shí)施例中關(guān)于磁芯的結(jié)構(gòu)特征，均可單獨(dú)形成，也可以相互搭配形成。舉例來說，第二凸出部306a、306b、306c可設(shè)計成相對于第一凸出部304較寬，同時第一凸出部304 的截面積可設(shè)計成大于第二凸出部306a、306b、306c的截面積。因此，上述各實(shí)施例僅是為了方便說明起見而敘述單一結(jié)構(gòu)特征，而所有實(shí)施例均可以依照實(shí)際需求選擇性地相互搭配，來制作本發(fā)明內(nèi)容中的磁性組件及其磁芯，其不用以限定本發(fā)明。圖4是本發(fā)明的一實(shí)施例中一種如圖3所示的磁芯在環(huán)繞上繞組后的結(jié)構(gòu)立體示意圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的磁性組件更可包括若干個繞組308，且相對應(yīng)數(shù)量的繞組308分別環(huán)繞于第二凸出部306a、306b、306c，并在通電之后與第二凸出部306a、 306b,306c感應(yīng)而產(chǎn)生激磁磁通和漏感磁通。在使用時，第二凸出部306a、306b、306c與繞組308感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通會相互反耦合。在制作上，繞組308可采用金屬材質(zhì)制成，故繞組308可以是銅箔、銅線或其它本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常使用的金屬導(dǎo)體。圖5是顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖。如圖5所示，此磁性組件是主要包括二個如圖3所示的磁芯300的對稱組合，其中一個的第一凸出部304 會與其中另一個的第一凸出部304之間形成主氣隙310。需要注意的是，圖5所示的磁性組件可以包括繞組也可以不包括繞組，圖5僅為示例性的圖式，并不用以限定本發(fā)明。圖6A、 圖6B和圖6C分別是如5圖所示的磁性組件的俯視圖、側(cè)視圖和正視圖。圖7是本發(fā)明的一實(shí)施例中一種磁性組件的仰視立體示意圖。如圖7所示，磁性組件是包括二個如圖4所示的磁芯300的對稱組合，其中相對應(yīng)數(shù)量的繞組308分別環(huán)繞于第二凸出部306a、306b、306c上。由此圖可知，當(dāng)兩磁芯300與繞組308設(shè)置在一起時， 兩磁芯300中一個的第二凸出部306a、30mK306c與另一個的第二凸出部306a、306b、306c 之間，會存在很小的安裝氣隙320，而安裝氣隙320的大小可直接影響激磁電感Lm的大小， 故較佳地是，安裝氣隙320越小越好，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主氣隙310的大小。此外，除了前述的安裝氣隙320和主氣隙310之外，兩個繞組308之間仍然相隔有較小間距，因而存在有次氣隙325。在正常情況下，絕大部分漏感磁通從主氣隙310通過，而不是從次氣隙325通過，其原因在于次氣隙325的截面較小，磁阻很大，故通過的磁通很少。 由于絕大部分的漏感磁通從主氣隙310通過，因此可通過調(diào)節(jié)主氣隙310的長度或?qū)挾葋碚{(diào)節(jié)漏感Lk,同時由于漏感磁通因主氣隙310的關(guān)系而集中分布，因此也利于減少繞組的渦流損耗。另一方面，由于輸出電壓紋波的大小是由每路繞組上等效的漏感決定的，故實(shí)際上制作的磁性組件(如耦合電感器)其漏感Lk的大小與磁性組件的結(jié)構(gòu)相關(guān)，而對于耦合電感器來說，應(yīng)當(dāng)盡量設(shè)計對稱的結(jié)構(gòu)，使得每路繞組的漏感Lk相等。如圖7所示的實(shí)施例，相鄰兩繞組308之間可相隔一間距2D，而磁芯的長度可相較于前后兩端的繞組308各延長一間距D，如此便可使每個繞組308均能相對于主氣隙310具有相同的導(dǎo)磁截面，且繞組308所對應(yīng)的漏感彼此間差異減少，因而達(dá)到對稱性的要求。由于本發(fā)明實(shí)施例的磁性組件的結(jié)構(gòu)對稱，因此其磁通的分布更加均勻。將上述圖7所示的磁性組件應(yīng)用于類似如圖1所示的電路中，在開關(guān)頻率600KHz、輸出總電流為 120A、輸入電壓為12V、輸出電壓1.2V、輸出電容為250F的條件下，可以測得，采用本發(fā)明實(shí)施例中的磁性組件其輸出電壓紋波約為7. 92mV，其數(shù)值相較于現(xiàn)有公知的采用具有不對稱結(jié)構(gòu)的磁性組件而言減少約7%。
此外，前述第二凸出部與繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路可位于相交的兩個不同平面內(nèi)。圖8A顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種激磁磁通回路的示意圖。圖 8B顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例中一種漏感磁通回路的示意圖。同時參照圖4、圖5、圖8A和圖8B，當(dāng)包括二對稱磁芯300以及繞組308的磁性組件在使用時，第二凸出部306a、306b、 306c與繞組308感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通相互反耦合，且第二凸出部306a、306b、306c與繞組308感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通通過主氣隙310，因此激磁磁通回路和漏感磁通回路位于兩個相交的不同平面，較佳地，激磁磁通回路位于圖8A所示的Y-Z平面，而漏感磁通回路位于圖8B所示的X-Y平面。如此一來，便可以有效縮短繞組間距，有利于增強(qiáng)繞組間的耦合，并在相同尺寸下能夠感應(yīng)產(chǎn)生比較高的激磁電感Lm。對于耦合電感器而言，若是不考慮繞組填充系數(shù)的影響，電感器的總體積基本上可由下列數(shù)學(xué)式所決定VL = Vw+Vg+Vc其中，\為電感器的總體積，Vw為繞組所占體積，Vg為氣隙的體積，Vc為磁芯的體積，而漏感的絕大部分能量均儲存在氣隙中。對于不同的設(shè)計而言，如果假設(shè)繞組形狀不作太大改變，則繞組所占體積Vw原則上應(yīng)保持不變。對于一般的耦合電感器來說，任意多路的激磁電感Lm取決于多個繞組間共享磁路部分的磁阻Rm= IyytlP人，其中Ie為共享磁路長度，μ ^為真空磁導(dǎo)率，μ,為磁芯材質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，Ae為共享磁路截面積。由于在公知耦合電感器中，漏感Lk和激磁電感Lm位于同一個平面，所以兩個繞組之間往往需要留出較大的空間以供漏感磁通通過，如此一來就會直接增加兩繞組間共享磁路部分的磁路長度U故根據(jù)上述數(shù)學(xué)式可知，在μ ^和Ae保持不變的情況下，共享磁路部分的磁阻Rm就會變大，也就是說兩繞組間的激磁電感Lm = N2/Rffl會相對變小，而且共享磁路長度Ie額外地增大，更會導(dǎo)致磁芯體積V。= Ae · IZ變得比較大。因此，便會導(dǎo)致該耦合電感器在給定的體積下只能負(fù)載較小的電流，不能有效地提高功率密度。相較于上述公知的做法，本發(fā)明實(shí)施例所公開的磁性組件，不僅在結(jié)構(gòu)上更為對稱，使得磁通的分布更加均勻，而且由于漏感Lk和激磁電感Lm的磁通不在同一個平面上，并較佳地呈相互垂直的狀態(tài)(如圖8Α和圖8Β所示)，故無需在繞組之間和磁性組件的兩端留走漏感磁通的氣隙，因而可以有效地減少繞組間的距離和磁性組件的總長度，并有效地減短兩繞組間的耦合磁路長度U且在相同的磁路截面積ke下，有利于減小磁芯體積V。并提高激磁電感Lm。從氣隙儲能的角度來看，假設(shè)每一個繞組對應(yīng)的漏感為LK，每一相電感通過的電流為I，則儲存的能量可以下列數(shù)學(xué)式表示(1/2) · LK · I2 = (B2/2y0)VgVg其中，B為通過氣隙的磁通密度，其值一般約等于通過磁芯的磁通密度，而Vg為氣隙的體積。由此可見，儲存能量的大小決定了氣隙的體積Vg，所以在氣隙的儲存能量不變的情形下，氣隙的體積Vg和繞組所占體積Vw基本上保持不變。因此，在氣隙體積Vg和繞組所占體積Vw固定的情形下，磁性組件的體積主要可由磁芯的體積V。來決定。其次，由于磁芯基本上可解耦成走耦合磁通的體積Vm和走漏感磁通的體積Vk兩部分，且電氣特性決定了體積V1^n 大小，因此這兩部分體積的共享部分所占的比例越大，磁芯的體積V。就越小。以上述圖8A和圖8B所示的實(shí)施例來說，由于激磁磁通回路位于圖上所示的Y-Z平面，而漏感磁通回路位于圖上所示的X-Y平面，且磁芯中任兩個第二凸出部的反耦合磁通實(shí)際上是相互抵消，故耦合磁通不會導(dǎo)致磁芯飽和，所以磁芯的體積V?；旧峡捎勺唏詈洗磐ǖ捏w積Vm來決定，使磁性組件的磁芯體積V。達(dá)到最小。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，磁性組件包括二對稱的磁芯、若干個繞組以及一低導(dǎo)磁體 (具有低磁導(dǎo)率μ)。二對稱的磁芯中每一個均包括第一凸出部以及第二凸出部，其中第一凸出部沿著前述第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置，繞組分別環(huán)繞于前述第二凸出部，而低導(dǎo)磁體則設(shè)置在一個磁芯的第一凸出部與另一個磁芯的第一凸出部中間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述低導(dǎo)磁體包括一氣隙以及一磁粉膠體中的至少一個；換言之，低導(dǎo)磁體可以是氣隙、磁粉膠體或是兩者的組合。舉例來說，當(dāng)?shù)蛯?dǎo)磁體以氣隙來實(shí)現(xiàn)時，磁性組件可以由5圖及其相關(guān)的實(shí)施例制作而成，而當(dāng)?shù)蛯?dǎo)磁體以磁粉膠體來實(shí)現(xiàn)時，磁性組件則可以由下述圖9Α和圖9Β及其相關(guān)的實(shí)施例制作而成。圖9Α是本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖，圖9Β是如圖9Α所示的磁性組件中單一磁芯在環(huán)繞上繞組后的立體示意圖。為了方便說明起見，請同時參照圖 9Α和圖9Β。磁性組件500包括二對稱的磁芯502、若干個繞組508以及一磁粉膠體510。二對稱的磁芯502中的每一個均包括第一凸出部504以及第二凸出部506a、506b、506c，其中第一凸出部504沿著前述第二凸出部506a、506b、506c的排列方向延伸地設(shè)置，繞組508分別環(huán)繞在前述第二凸出部506a、506b、506c上，而磁粉膠體510則是在兩個對稱的磁芯502 組合后，設(shè)置在兩個磁芯502各自的第一凸出部504中間。在本實(shí)施例中，磁粉膠體510的導(dǎo)磁率較佳地是小于10，以避免太大的導(dǎo)磁率降低電感器的抗飽和能力。上述采用磁粉膠體510的作法，不僅能簡化制作所需的工藝，也能通過磁粉膠體 510產(chǎn)生固化、強(qiáng)化的效果，增大電感器各個部分相互間的粘著力，同時更可以有效減少漏感磁通對繞組的影響，降低繞組的渦流損耗。在一實(shí)施例中，第一凸出部504可相對于第二凸出部506a、506b、506c較長。在另一實(shí)施例中，第二凸出部506a、506b、506c可相對于第一凸出部504較寬。如此一來，便可使得二個相互對稱的磁芯502組合后在結(jié)構(gòu)上存在氣隙(如圖5所示)，或是使得磁粉膠體 510可在兩個對稱的磁芯502組合后設(shè)置于其各自的第一凸出部504中間。在次一實(shí)施例中，第一凸出部504的截面積可大于第二凸出部506a、506b、506c的截面積，且第二凸出部506a、506b、506c的截面積可根據(jù)需要制作成相等或不等。在又一實(shí)施例中，第二凸出部506a、506b、506c與繞組508感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通會相互反耦合，而在另一實(shí)施例中，第二凸出部506a、506b、506c與繞組508感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通會通過磁粉膠體510。據(jù)此，第二凸出部506a、506b、506c與繞組508感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路是位于相交的兩個不同平面，較佳地，第二凸出部506a、 506b,506c與繞組508感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路是位于垂直相交的兩平面的(如圖8A和圖8B所示)。另一方面，為了使漏感磁通因磁粉膠體510 (或低導(dǎo)磁體)而集中分布，并減少繞組508的渦流損耗，故在一實(shí)施例中，環(huán)繞第二凸出部506a、506b、506c的繞組508中相鄰兩者之間可具有一次氣隙(如圖7所示的次氣隙32 ，且該次氣隙對應(yīng)的磁阻比磁粉膠體510(或低導(dǎo)磁體)對應(yīng)的磁阻大10倍以上，其中次氣隙對應(yīng)的磁阻為Rs = Is/U0As, Is是氣隙長度，As是氣隙截面積，磁粉膠體510(或低導(dǎo)磁體)對應(yīng)的磁阻為艮=Ip/μ ρμ /p， 其中μ ρ是磁粉膠導(dǎo)體的導(dǎo)磁率，Ip是磁粉膠體(或低導(dǎo)磁體)的長度，ΑΡ是磁粉膠體(或低導(dǎo)磁體)的截面積。以磁性組件位于空氣中的情況而言，由于導(dǎo)磁率1，故磁粉膠體510 (或低導(dǎo)磁體)所對應(yīng)的磁阻可以等效于艮=Ip/ μ Λ。上述實(shí)施例中關(guān)于磁性組件的結(jié)構(gòu)或方法特征，均可單獨(dú)構(gòu)成，也可以相互搭配組成。舉例來說，第二凸出部506a、506b、506c可設(shè)計為相對第一凸出部504較寬，同時第一凸出部504的截面積可設(shè)計為大于第二凸出部506a、506b、506c的截面積。因此，上述各實(shí)施例僅是為了方便說明起見而敘述單一結(jié)構(gòu)或方法特征，而所有實(shí)施例均可以根據(jù)實(shí)際需要選擇性地相互搭配，來制作本發(fā)明內(nèi)容中的磁性組件，其不用以限定本發(fā)明。上述結(jié)構(gòu)或方法的特征均可通過磁性組件內(nèi)設(shè)置有低導(dǎo)磁體的形式來實(shí)施，然而為了方便敘述起見，上文僅以圖9A和圖9B所示的實(shí)施例來做說明，但本發(fā)明所要保護(hù)的內(nèi)容并不以此為限。此外，上述的繞組也可以以不同的形式設(shè)置于磁性組件中。圖IOA是本發(fā)明的實(shí)施例中一種繞組的立體示意圖，上述繞組的具體結(jié)構(gòu)可制作成如IOA圖所示的形狀，如此一來可增大電感器安裝時的截面。圖IOB是本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種繞組的立體示意圖，上述繞組的具體結(jié)構(gòu)也可制作成如圖IOB所示的形狀，其中繞組的一部份制作成中空的形狀，以減少由低導(dǎo)磁體(或主氣隙，或磁粉膠體)處擴(kuò)散的磁通對繞組的影響，降低繞組的損耗。雖然上文僅公開了具有三路(或三相)的磁性組件(如耦合電感器)，但本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行不同的設(shè)計，如圖IlA至圖IlE所示。圖 IlA至圖IlE是本發(fā)明的實(shí)施例中各種磁性組件的立體示意圖，其中圖IlA顯示了具有二路電感的磁性組件，圖IlB顯示了具有三路電感的磁性組件，圖IlC顯示了具有四路電感的磁性組件，圖IlD顯示了具有五路電感的磁性組件，圖IlE顯示了具有六路電感的磁性組件。另外，磁性組件也可由多組拼接的方式制成，如圖12A和圖12B所示。圖12A是本發(fā)明的又一實(shí)施例中一種磁性組件的立體示意圖，圖12A所示的磁性組件主要是由兩組類似圖5或圖9A中的磁性組件以對稱的方式組合而成的，圖12B是如圖12A所示的磁性組件的仰視立體示意圖。如此一來，便可增加多個繞組之間共享磁路部分的截面積，以減少多個繞組之間共享磁路部分的磁阻，增加激磁電感Lm，進(jìn)而增加輸出的電流。圖13是采用公知磁性組件的結(jié)構(gòu)與采用本發(fā)明實(shí)施例中磁性組件的結(jié)構(gòu)所測量得到的電氣參數(shù)特性對照表。由圖13可知，本發(fā)明實(shí)施例中磁性組件的結(jié)構(gòu)有助于增大功率密度，且繞組的直流電阻(DCR)也非常小，同時激磁電感Lm(Li、L2、L3)也相較公知的磁性組件大且均勻。本發(fā)明的內(nèi)容之一是提供一種產(chǎn)生電感的方法，其包括產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，而激磁磁通回路中任意兩個的激磁磁通相互反耦合；以及產(chǎn)生一漏感磁通回路，且該漏感磁通回路所在的平面與上述激磁磁通回路所在的平面不同且相交。在一實(shí)施例中，上述激磁磁通回路是由一磁性組件中二個對稱的磁芯與環(huán)繞于二個對稱磁芯上的若干個繞組互相感應(yīng)而產(chǎn)生，且漏感磁通回路通過磁性組件中設(shè)置于二個對稱磁芯間的低導(dǎo)磁體。在另一實(shí)施例中，漏感磁通回路所在的平面與上述激磁磁通回路所在的平面垂直相交(如圖8A和圖8B所示)。 本發(fā)明的又一內(nèi)容是提供一種產(chǎn)生電感的方法，其包括由二個對稱的磁芯中若干個凸出部與環(huán)繞于上述凸出部的若干個繞組感應(yīng)，以產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，上述激磁磁通回路中任意兩個的激磁磁通相互反耦合；以及由上述二個對稱的磁芯中凸出部與繞組感應(yīng)而產(chǎn)生一漏感磁通回路，此漏感磁通回路與上述激磁磁通回路位于不同且相交的兩平在一實(shí)施例中，漏感磁通回路與這些激磁磁通回路位于垂直相交的兩平面(如圖 8A和圖8B所示)。在前述實(shí)施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實(shí)際需要調(diào)整其前后順序，甚至可同時或部分同時執(zhí)行，上述敘述的次序并非用以限定本發(fā)明。由上述本發(fā)明的實(shí)施例可知，上述磁性組件以及產(chǎn)生電感的方法，不僅可減少制作所需的體積、增加功率密度，且由于激磁磁通與漏感磁通并不在一個平面上，還可以有效縮短繞組間距，有利于增強(qiáng)繞組間的耦合，在相同尺寸下能夠產(chǎn)生較高的激磁電感。其次，繞組的長度可縮短，以減少繞組的直流電阻，且漏感集中在同一個低導(dǎo)磁體中(如磁粉膠體或氣隙)，有助于方便的通過調(diào)節(jié)低導(dǎo)磁體來調(diào)節(jié)漏感。再次，每一路的漏感分布非常對稱，且容易實(shí)施，只需要一套模具即可制作兩塊形狀完全相同的磁芯，以供后續(xù)組合而形成磁性組件。雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本發(fā)明所公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種磁性組件，其特征在于，包括二對稱的磁芯，所述二對稱的磁芯中的每一個均包括一基座、一第一凸出部以及若干個第二凸出部，所述第一凸出部與所述各第二凸出部各自沿著所述基座的兩邊緣形成于該基座上，且所述二對稱的磁芯組合使得二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與二對稱的磁芯中的另一個的第一凸出部之間形成一氣隙。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性組件，其中所述第一凸出部沿著所述各第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置，且相對于所述各第二凸出部較長。
3.如權(quán)利要求1所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部相對于所述第一凸出部較覓ο
4.如權(quán)利要求1所述的磁性組件，其中所述第一凸出部的截面積大于所述各第二凸出部中每一個的截面積。
5.如權(quán)利要求1或4所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部的截面積均相等。
6.一種磁性組件，其特征在于，包括二對稱的磁芯，所述二對稱的磁芯中的每一個均包括一第一凸出部以及若干個第二凸出部，所述第一凸出部沿著所述各第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置；若干個繞組，分別環(huán)繞于所述各第二凸出部；以及一低導(dǎo)磁體，設(shè)置于所述二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與所述二對稱的磁芯中的另一個的第一凸出部中間。
7.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述低導(dǎo)磁體包括一氣隙以及一磁粉膠體中的至少一個。
8.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述第一凸出部相對于所述各第二凸出部較長，所述各第二凸出部相對于所述第一凸出部較寬。
9.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述第一凸出部的截面積大于所述各第二凸出部中每一個的截面積。
10.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與所述各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于相交的兩不同平面。
11.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與所述各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通相互反耦合。
12.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與所述各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通通過所述低導(dǎo)磁體。
13.如權(quán)利要求6所述的磁性組件，其中環(huán)繞所述各第二凸出部的各繞組中相鄰兩者之間具有一次氣隙，所述次氣隙對應(yīng)的磁阻比所述低導(dǎo)磁體對應(yīng)的磁阻大10倍以上。
14.一種磁性組件，其特征在于，包括二對稱的磁芯，所述二對稱的磁芯中的每一個均包括一第一凸出部以及若干個第二凸出部，所述第一凸出部沿著所述各第二凸出部的排列方向延伸地設(shè)置，且相對于各第二凸出部較長，所述各第二凸出部相對于第一凸出部較寬；若干個繞組，分別環(huán)繞于所述各第二凸出部上；以及一磁粉膠體，設(shè)置于所述二對稱的磁芯中的一個的第一凸出部與所述二對稱的磁芯中的另一個的第一凸出部中間。
15.如權(quán)利要求14所述的磁性組件，其中所述第一凸出部的截面積大于所述各第二凸出部中每一個的截面積。
16.如權(quán)利要求14或15所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部的截面積均相等。
17.如權(quán)利要求14所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與各繞組所感應(yīng)的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于相交的兩不同平面。
18.如權(quán)利要求17所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于垂直相交的兩平面。
19.如權(quán)利要求14所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的激磁磁通相互反耦合。
20.如權(quán)利要求14所述的磁性組件，其中所述各第二凸出部與各繞組感應(yīng)所產(chǎn)生的漏感磁通通過所述磁粉膠體。
21.—種產(chǎn)生電感的方法，其特征在于，包括產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，所述各激磁磁通回路中任意兩個的激磁磁通相互反耦合；以及產(chǎn)生一漏感磁通回路，所述漏感磁通回路所在的平面與所述各激磁磁通回路所在的平面不同且相交。
22.如權(quán)利要求21所述的產(chǎn)生電感的方法，其中所述各激磁磁通回路由一磁性組件中二對稱的磁芯與環(huán)繞于所述二對稱磁芯的若干個繞組感應(yīng)而產(chǎn)生，所述漏感磁通回路通過所述磁性組件中設(shè)置于所述二對稱磁芯間的一低導(dǎo)磁體。
23.如權(quán)利要求21所述的產(chǎn)生電感的方法，其中所述漏感磁通回路所在的平面與所述各激磁磁通回路所在的平面垂直相交。
24.一種產(chǎn)生電感的方法，其特征在于，包括由二對稱的磁芯中若干個凸出部與環(huán)繞于所述各凸出部的若干個繞組感應(yīng)而產(chǎn)生若干個激磁磁通回路，所述各激磁磁通回路中任意兩個的激磁磁通相互反耦合；以及由該二對稱的磁芯中所述各凸出部與各繞組感應(yīng)而產(chǎn)生一漏感磁通回路，所述漏感磁通回路與所述各激磁磁通回路位于不同且相交的兩平面。
25.如權(quán)利要求M所述的產(chǎn)生電感的方法，其中所述漏感磁通回路與所述各激磁磁通回路位于垂直相交的兩平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性組件，其包括二對稱的磁芯，二對稱的磁芯中每一個均包括基座、第一凸出部以及數(shù)個第二凸出部，第一凸出部與第二凸出部各自沿著基座的兩邊緣形成于基座上，且二對稱的磁芯組合使得二對稱的磁芯中一個的第一凸出部與二對稱的磁芯中另一個的第一凸出部間形成氣隙，如此一來便可增加功率密度，且可有效縮短繞組間距，有利于增強(qiáng)繞組間的耦合，產(chǎn)生較高的激磁電感。本發(fā)明還公開了一種產(chǎn)生電感的方法。
文檔編號H01F38/14GK102314998SQ20111012563
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者李锃, 褚江, 黃智 申請人:臺達(dá)能源技術(shù)(上海)有限公司