专利名称：一种复合磁芯结构及磁性元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合磁技术领域，尤其是涉及一种复合磁芯结构及磁性元件。
背景技术：
在开关电源中，磁性元件(或磁元件)是能量转换和储存的核心部件，它的性能关系到整个开关电源的效率和性能，作为主要的损耗器件之一，磁性元件越来越受到硬件设计人员的重视，而磁芯作为磁性元件的核心部件，它的性能更是关系到磁性元件的性能的优劣，如何降低磁性元件的损耗，提升开关电源的效率和整体性能成为关键，同时，成本也是设计磁芯结构时需要考虑的一项重要因素。在传统的磁性元件设计中，我们应然考虑使用单一的磁芯材质来进行磁性元件的设计，这未免给磁性元件的设计带来瓶颈，无法达到磁性元件的最佳使用效果，因此，复合磁技术应然而生，利用不同材质磁芯之间的复合，或 者不同磁性材料之间的混合加工、一体成型,将会改善磁性元件的整体性能。随着当前业界复合磁技术的发展，复合磁技术将会越来越受到重视，复合磁设计技术将成为必要，但是发明人在实现本发明实施例的过程中发现大多磁性元件的复合磁芯结构为了避免由于设置气隙而导致绕组损耗增大，取消了气隙的设置，可是，其虽然减小了绕组损耗，但会导致磁芯损耗的增加，从而磁性元件的总损耗增加，且应用频率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种复合磁芯结构及磁性元件，用于减小磁芯损耗，提高应用频率。本发明第一方面提供一种复合磁芯结构，可包括第一磁芯部件和第二磁芯部件,所述第一磁芯部件由低磁导率的软磁材料制成，所述第二磁芯部件由高磁导率的软磁材料制成，所述第一磁芯部件和所述第二磁芯部件复合并形成磁通回路。在第一种可能的实现方式中，所述低磁导率的软磁材料为镍锌NiZn铁氧体和/或合金磁粉，所述高磁导率的软磁材料为锰锌MnZn铁氧体、非晶材料、纳米晶材料、硅钢中的一种或多种。结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述合金磁粉为铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钥、非晶粉芯中的一种或多种。在第三种可能的实现方式中，所述低磁导率的软磁材料的磁导率等于或小于250，所述高磁导率的软磁材料的磁导率大于800。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一磁芯部件或第二磁芯部件呈U型或E型或工字型或弧状设置。本发明第二方面提供一种磁性元件，可包括第一方面或第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式或第三种可能的实现方式或第四种可能的实现方式中的复合磁芯结构，还包括至少一组绕线线圈，所述绕线线圈绕设于所述复合磁芯结构上。在第一种可能的实现方式中，所述绕线线圈绕设于所述第一磁芯部件和/或所述第二磁芯部件上。在第二种可能的实现方式中，所述绕线线圈的材质为圆铜线、利兹线、绞线、扁铜线、铜箔、印刷电路板铜层中的一种。结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述磁性元件为电感器或变压器。从以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的复合磁芯结构及磁性元件，利用低磁导率软磁材料和高磁导率软磁材料复合，构成复合磁路磁芯(即形成磁通回路)，该结构不需要开设气隙，减小了漏磁通，对周围的电磁干扰得到了降低，电磁干扰EMI特性较好，且简化了加工工艺，提高磁性元件一致性；由于低磁导率材料的磁芯部件的磁阻较大， 代替气隙的磁阻，可以减小绕组涡流损耗，从而磁芯损耗也得到了降低；另外，复合的材料应用频率较高，适合应用于高频环境下。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图I为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的另一结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的另一结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种磁性元件的结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的另一结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的另一结构示意图；图7a和图7b均示出了本发明实施例提供的一种磁性元件的结构示意图；图8a至图8d均示出了本发明实施例提供的一种磁性元件的结构示意图；图9为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构的另一结构示意图；图10为本发明实施例提供的一种磁性元件的另一结构示意图；图11为切割成现有的变压器模型的3D仿真模型示意图；图12为切割成本发明实施例提供的变压器模型的3D仿真模型示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种复合磁芯结构及磁性元件，用于减小磁芯损耗，提高应用频率。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。以下分别进行详细说明。实施例一请参考图1，图I为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构I示意图，其中，所述复合磁芯结构I包括第一磁芯部件11和第二磁芯部件12,所述第一磁芯部件11由低磁导率的软磁材料制成，所述第二磁芯部件12由高磁导率的软磁材料制成，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12复合并形成磁通回路。
在本发明实施例中，低磁导率的软磁材料与高磁导率的软磁材料复合，形成磁通回路，即所述复合磁芯结构I通过低磁导率的软磁材料制成的第一磁芯部件11与高磁导率的软磁材料制成的第二磁芯部件12串联组成，也就是第一磁芯部件11和第二磁芯部件12构成复合磁路磁芯(或复合磁磁路)，其可应用于制作磁性元件，例如电感器、变压器等，此处不作具体限定；其中，铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成，一般可分为永磁铁氧体和软磁铁氧体两种；磁导率(magnetic permeability)是表示磁介质磁性的物理量,常用符号μ表示，本发明实施例中，磁导率指的是材料的相对磁导率，相对磁导率就是材料的磁导率与真空磁导率的比值；可以理解的是，所谓高磁导率材料，顾名思义就是磁导率比较高的磁材料，具有高磁导率低饱和磁密的特点，目前这种高磁导率的磁材料很普遍，比如铁氧体、硅钢、非晶及纳米晶等，有些材料的磁导率可以闻达上万。对于铁氧体材料，磁导率多在1000以上，有的高达上万，可以应用于共模电感，其中，相对较为常规的铁氧体材料，也就是磁导率在3000以下的铁氧体磁芯，多用来制作变压器和电感器，在实际应用中，由于高磁导率材料的磁导率较高，为了提高磁性元件的抗饱和能力，需要在磁路中开设相应的气隙，来增大磁路磁阻，以此来降低感量，提高磁性元件的抗直流饱和能力；相反地，低磁导率材料就是磁导率比较低的磁材料，目前低磁导率材料主要有磁粉芯，包括铁硅、铁硅铝、铁粉芯等类型，它们具有低磁导率、高饱和磁密、具有分布式气隙的特征，磁导率的变化范围为几十到一百多，最常见的磁导率类型为26、40、60、80、90、120等，不同磁导率的磁芯可以通过磁材料的有机或无机材料的不同掺入量来控制，这些磁粉芯的电阻率较低，磁芯损耗较铁氧体大很多，但其饱和磁密很高，可以达到I特斯拉以上，抗直流饱和能力强，并且具有分布式气隙，磁路中的扩散磁通很少，绕组的损耗也较小。由上述描述可知，本发明实施例提供的复合磁芯结构，利用低磁导率软磁材料和高磁导率软磁材料复合，构成复合磁路磁芯(即形成磁通回路)，该结构不需要开设气隙，减小了漏磁通，对周围的电磁干扰得到了降低，电磁干扰EMI特性较好，且简化了加工工艺，提高磁性元件一致性；由于低磁导率材料的磁芯部件的磁阻较大，代替气隙的磁阻，可以减小绕组涡流损耗，从而磁芯损耗也得到了降低；另外，复合的材料应用频率较高，适合应用于高频环境下。实施例二 优选地，本实施例提供如图I所示的复合磁芯结构1，呈Π型设置;所示UI型复合磁芯结构I包括I型设置的磁芯部件和U型设置的磁芯部件，其中，所述I型设置的磁芯部件为由低磁导率的软磁材料制成的第一磁芯部件11，所述U型设置的磁芯部件为由高磁导率的软磁材料制成的第二磁芯部件12，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12复合，构成UI型复合磁磁路磁芯；进一步地，构成第一磁芯部件11的低磁导率的软磁材料可以为镍锌NiZn铁氧体、合金磁粉等其他低磁导率的磁芯材料中的一种或多种；构成第二磁芯部件12的高磁导率的软磁材料可以为猛锋MnZn铁氧体、非晶材料、纳米晶材料、娃钢等其他闻磁导率的磁芯材料中的一种或多种，此处不作具体限定；更进一步地，所述合金磁粉可以为铁粉芯、铁娃、铁娃招、铁镇、铁镇钥、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一种或多种。优选地，本发明实施例中，所述低磁导率的软磁材料的磁导率可以等于或小于250，所述高磁导率的软磁材料的磁导率可以大于800。可以理解的是，由于铁氧体的电阻率较高，在高频下的磁芯损耗较小，故可以应用于高频下，优选地，本实施例中采用NiZn铁氧体(第一磁芯部件11)与MnZn铁氧体(第二磁芯部件12)复合，其中，MnZn铁氧体目前可最高应用于5MHz的高频环境下，NiZn铁氧体可以应用于GHz环境下，NiZn铁氧体的磁导率变化范围很大，目前市场上的NiZn铁氧体材料的磁导率的范围为几十到几千，并且其高频下的磁芯损耗很小，因此这两种铁氧体软磁材料复合而成的复合磁芯结构I适合应用于高频环境下；另外，由于NiZn铁氧体的磁导率有些比较小，根据磁路磁阻原理，可以利用低磁导率的NiZn铁氧体磁路来代替气隙，从而避免开气隙，减小了扩散磁通，降低了绕组损耗，又由于其应用频率较高，弥补了磁粉芯应用频率低的缺点。可以理解的是，本实施例中，复合磁芯结构I呈Π型设置，如图I所示，其中，第一磁芯部件11为I型设置，第二磁芯部件12为U型设置；在某些实施方式中，呈Π型设置的复合磁芯结构1，也可以是第一磁芯部件11设置为U型，第二磁芯部件12设置为I型，其外形设置对其功能实现没有影响；容易想到的是，Π型设置的复合磁芯结构I与UU型设置的复合磁芯结构I相似，请一并参考如图2所示的UU型设置的复合磁芯结构I的结构示意图；需要说明的是，在某些实施方式中，本发明实施例提供的复合磁芯结构1，其外形设置不一定是非常标准的Π型或UU型，例如，图3所示的复合磁芯结构I也是为UU型设置，但是第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小设计不一样(即U型设置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)的两边磁柱比U型设置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的两边磁柱要长)，或者U型的两边磁柱可以设置为不一样的长度等，对复合磁芯结构I的功能实现不会造成影响，也属于本发明保护的范围。本发明实施例提供的复合磁芯结构1，其可应用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括复合磁芯结构I外，还包括至少一组绕线线圈13，所述绕线线圈13绕设于所述复合磁芯结构I上。进一步地，所述绕线线圈13绕设于所述第一磁芯部件11和/或所述第二磁芯部件12上；例如,在某些实施方式中，如图4所示磁性元件2,包括了如图I所示的UI型复合磁芯结构1，所述磁性元件2内设置了两组绕线线圈13(即绕组)，分别绕设于U型第二磁芯部件12的两边磁柱上；容易想到的是，根据磁性元件2在实际中的应用，其内部可以设置一组绕线线圈13，也可以设置两组或多组绕线线圈13，且绕线线圈13可以绕设于U型第二磁芯部件12的两边磁柱上，也可以绕设于I型第一磁芯部件11上或U型第二磁芯部件12的下边上，同样地，包括如图2或图3所示复合磁芯结构I的磁性元件，其绕线线圈13也可以参照如图4所示的磁性元件2进行设置，对复合磁芯结构I的功能实现不会造成影响，本发明实施例对磁性元件2设置绕线线圈13的数量和绕线线圈13绕设的位置不作具体限定。优选地 ，所述绕线线圈13具有单层或多层结构，绕线线圈13的材质可以为圆铜线、利兹线、绞线、扁铜线、铜箔、印刷电路板铜层中的一种。可以理解的是，在实际应用中，为了得到合适的感量和抗偏磁特性，可以根据需要随意改变复合磁路磁芯的磁路长度(图4中用虚线标示磁路长度)和磁芯截面积。另容易想到的是，本发明实施例提供的磁性元件2可以为但不限于电感器(包括常规电感器、平面电感器)或变压器(包括常规变压器、平面电压器)，其可用于电感储能、EMI滤波、能量传输、功率变换等。低磁导率的磁芯磁路可用来控制磁性元件2的感量及抗饱和能力，不需要开气隙，减小了漏磁通，降低了绕组损耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些实施方式上，还可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本发明实施例提供的复合磁芯结构I以及包括复合磁芯结构I的磁性元件2，利用低磁导率软磁材料和高磁导率软磁材料复合，构成复合磁路磁芯(即形成磁通回路)，该结构不需要开设气隙，减小了漏磁通，对周围的电磁干扰得到了降低，电磁干扰EMI特性较好，且简化了加工工艺，提高磁性元件一致性；由于低磁导率材料的磁芯部件的磁阻较大，代替气隙的磁阻，可以减小绕组涡流损耗，从而磁芯损耗也得到了降低 ’另外，复合的材料应用频率较高，适合应用于高频环境下。实施例三请参考图5，图5为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构I另一结构示意图，其中，所述复合磁芯结构I呈EI型设置，所示EI型复合磁芯结构I包括I型设置的磁芯部件和E型设置的磁芯部件，其中，所述I型设置的磁芯部件为由低磁导率的软磁材料制成的第一磁芯部件11，所述E型设置的磁芯部件为由高磁导率的软磁材料制成的第二磁芯部件12，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12复合，构成Π型复合磁磁路磁芯；进一步地，构成第一磁芯部件11的低磁导率的软磁材料可以为NiZn铁氧体、合金磁粉等其他低磁导率的磁芯材料中的一种或多种；构成第二磁芯部件12的高磁导率的软磁材料可以为MnZn铁氧体、非晶材料、纳米晶材料、硅钢等其他高磁导率的磁芯材料中的一种或多种；所述合金磁粉可以为铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钥、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一种或多种，此处不作具体限定。优选地，本发明实施例中，所述低磁导率的软磁材料的磁导率可以等于或小于250，所述高磁导率的软磁材料的磁导率可以大于800 ；可以理解的是，由于铁氧体的电阻率较高，在高频下的磁芯损耗较小，故可以应用于高频下，优选地，本实施例中低磁导率的软磁材料采用NiZn铁氧体，高磁导率的软磁材料采用MnZn铁氧体，其中，MnZn铁氧体目前可最高应用于5MHz的高频环境下,NiZn铁氧体可以应用于GHz环境下，NiZn铁氧体的磁导率变化范围很大，目前市场上的NiZn铁氧体材料的磁导率的范围为几十到几千，并且其高频下的磁芯损耗很小，因此这两种铁氧体软磁材料复合而成的复合磁芯结构I适合应用于高频环境下；另外，由于NiZn铁氧体的磁导率有些比较小，根据磁路磁阻原理，可以利用低磁导率的NiZn铁氧体磁路来代替气隙，从而避免开气隙，减小了扩散磁通，降低了绕组损耗，又由于其应用频率较高，弥补了磁粉芯应用频率低的缺点。可以理解的是，本实施例中，复合磁芯结构I呈EI型设置，如图5所示，其中，第一磁芯部件11为I型设置，第二磁芯部件12为E型设置；在某些实施方式中，呈EI型设置的复合磁芯结构I，第一磁芯部件11可以设置为E型，第二磁芯部件12也可以设置为I型，其外形设置对其功能实现没有影响；容易想到的是，EI型设置的复合磁芯结构I与EE型设置的复合磁芯结构I相似，如图6所示，为EE型设置的复合磁芯结构I的示意图，即第一磁芯部件11为E型设置，第二磁芯部件12也为E型设置；需要说明的是，在某些实施方式中，本发明实施例提供的复合·磁芯结构1，其外形设置不一定是非常标准的EI型或EE型，例如，EE型设置的复合磁芯结构I中，其第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小设计不一样(即E型设置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)的两边磁柱比E型设置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的两边磁柱要长)，或者E型的两边磁柱或中间磁柱可以设置为不一样的长度等，对复合磁芯结构I的功能实现不会造成影响，也属于本发明保护的范围。本发明实施例提供的复合磁芯结构1，其可应用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括复合磁芯结构I外，还包括至少一组绕线线圈13，所述绕线线圈13绕设于所述复合磁芯结构I上。进一步地，所述绕线线圈13绕设于所述第一磁芯部件11和/或所述第二磁芯部件12上；例如,在某些实施方式中,请一并参考图7a和图7b所示磁性元件2,图7a中示出的磁性元件2包括了如图5所示的EI型复合磁芯结构1，所述磁性元件2内设置了一组绕线线圈13，该绕线线圈13绕设于E型第二磁芯部件12的中间磁柱上；容易想到的是，根据磁性元件2在实际中的应用，其内部可以设置一组绕线线圈13，也可以设置两组或多组绕线线圈13，且绕线线圈13可以绕设于E型第二磁芯部件12的两边磁柱上，可参考如图7b所示磁性元件2 ;在某些实施方式中，绕线线圈13也可以绕设于I型第一磁芯部件11上或E型第二磁芯部件12的下边上，同样地，包括如图6所示复合磁芯结构I的磁性元件,其绕线线圈13也可以参照如图7a和图7b所示的磁性元件2进行设置，对复合磁芯结构I的功能实现不会造成影响，同样地，本发明实施例对磁性元件2设置绕线线圈13的数量和绕线线圈13绕设的位置不作具体限定。优选地，所述绕线线圈13具有单层或多层结构，绕线线圈13的材质可以为圆铜线、利兹线、绞线、扁铜线、铜箔、印刷电路板铜层中的一种。可以理解的是，本发明实施例提供的复合磁芯结构I及其相关的磁性元件2，在实际应用中，为了得到合适的感量和抗偏磁特性，可以根据需要随意改变复合磁路磁芯的磁路长度(图7a中用虚线标示磁路长度)和磁芯截面积；也可以通过不同的复合磁路结构达到设计的需求，例如，可参考图8a、图Sb和图Sc，均示出可以采用低磁导率软磁材料的第一磁芯部件11作为磁芯中间磁柱(或称中柱磁芯)，其中，如图8a和图Sc所示，绕线线圈13可以绕设在复合磁芯结构I的中间磁柱上，如图8b所示，(两组)绕线线圈13可以绕设在复合磁芯结构I的两边磁柱上；在某些实施方式中，也可以用低磁导率软磁材料的第一磁芯部件11作为磁芯两边磁柱(或称边柱磁芯)，也就是第二磁芯部件12呈工字型设置，其中，绕线线圈13可以绕设在复合磁芯结构I两边磁柱上，可参考图8d所示。另需要说明的是，根据实际应用，复合磁芯结构I只需满足其应用的磁性元件的相关参数(如感量、抗直流偏置能力等)设计即可，其外观可以呈不同的设置，对其功能实现不会造成影响；同时，本发明实施例对磁性元件2设置绕线线圈13的数量和绕线线圈13绕设的位置不作具体限定。另容易想到的是，本发明实施例提供的磁性元件2可以为但不限于电感器(包括常规电感器、平面电感器)或变压器(包括常规变压器、平面电压器)，其可用于电感储能、EMI滤波、能量传输、功率变换等。低磁导率的磁芯磁路可用来控制磁性元件2的感量及抗饱和能力，不需要开气隙，减小了漏磁通，降低了绕组损耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些实施方式上，还可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本发明实施例提供的复合磁芯结构I以及包括复合磁芯结构I 的磁性元件2，利用低磁导率软磁材料和高磁导率软磁材料复合，构成复合磁路磁芯(即形成磁通回路)，该结构不需要开设气隙，减小了漏磁通，对周围的电磁干扰得到了降低，电磁干扰EMI特性较好，且简化了加工工艺，提高磁性元件一致性；由于低磁导率材料的磁芯部件的磁阻较大，代替气隙的磁阻，可以减小绕组涡流损耗，从而磁芯损耗也得到了降低 ’另外，复合的材料应用频率较高，适合应用于高频环境下。实施例四请参考图9，图9为本发明实施例提供的一种复合磁芯结构I另一结构示意图，其中，所述复合磁芯结构I呈环状设置，所示复合磁芯结构I包括弧状设置的第一磁芯部件11和弧状设置的第二磁芯部件12，其中，所述第一磁芯部件11由低磁导率的软磁材料制成，所述第二磁芯部件12由高磁导率的软磁材料制成，所述第一磁芯部件11和第二磁芯部件12复合，构成环状的复合磁磁路磁芯。进一步地，构成第一磁芯部件11的低磁导率的软磁材料可以为NiZn铁氧体、合金磁粉等其他低磁导率的磁芯材料中的一种或多种；构成第二磁芯部件12的高磁导率的软磁材料可以为MnZn铁氧体、非晶材料、纳米晶材料、硅钢等其他高磁导率的磁芯材料中的一种或多种；所述合金磁粉可以为铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钥、非晶粉芯等其他合金磁粉中的一种或多种，此处不作具体限定。优选地，本发明实施例中，所述低磁导率的软磁材料的磁导率可以等于或小于250，所述高磁导率的软磁材料的磁导率可以大于800 ；优选地，由于铁氧体的电阻率较高，在高频下的磁芯损耗较小，故可以应用于高频下，因此本实施例中低磁导率的软磁材料采用NiZn铁氧体，高磁导率的软磁材料采用MnZn铁氧体，其中，MnZn铁氧体目前可最高应用于5MHz的高频环境下，NiZn铁氧体可以应用于GHz环境下，NiZn铁氧体的磁导率变化范围很大，目前市场上的NiZn铁氧体材料的磁导率的范围为几十到几千，并且其高频下的磁芯损耗很小，因此这两种铁氧体软磁材料复合而成的复合磁芯结构I适合应用于高频环境下；另外，由于NiZn铁氧体的磁导率有些比较小，根据磁路磁阻原理，可以利用低磁导率的NiZn铁氧体磁路来代替气隙，从而避免开气隙，减小了扩散磁通，降低了绕组损耗，又由于其应用频率较高，弥补了磁粉芯应用频率低的缺点。
需要说明的是，本发明实施例提供的如图9所示的复合磁芯结构I中，其第一磁芯部件11和第二磁芯部件12大小设计可以不一样，即弧状设置的第一磁芯部件11 (第二磁芯部件12)与弧状设置的第二磁芯部件12 (第一磁芯部件11)的弧长不一样，也可以设置为弧长一样，对复合磁芯结构I的功能实现不会造成影响，此处不作具体限定。同样地，所述复合磁芯结构1，其可应用于制作磁性元件2，以提升磁性元件2的特性；所述磁性元件2除了包括如图9所示的复合磁芯结构I外，还包括至少一组绕线线圈13，所述绕线线圈13绕设于所述复合磁芯结构I上；在某些实施方式中，如图10，所述绕线线圈13绕设于第一磁芯部件11和第二磁芯部件12的外部。优选地，所述绕线线圈13具有单层或多层结构，绕线线圈13的材质可以为圆铜线、利兹线、绞线、扁铜线、铜箔、印刷电路板铜层中的一种。可以理解的是，本发明实施例提供的复合磁芯结构I及其相关的磁性元件2，在实际应用中，为了得到合适的感量和抗偏磁特性，可以根据需要随意改变复合磁路磁芯的磁 路长度和磁芯截面积；另需要说明的是，根据实际应用，复合磁芯结构I只需满足其应用的磁性元件的相关参数(如感量、抗直流偏置能力等)设计即可，其外观可以呈不同的设置，对其功能实现不会造成影响；同时，本发明实施例对磁性元件2设置绕线线圈13的数量和绕线线圈13绕设的位置不作具体限定。另容易想到的是，本发明实施例提供的磁性元件2可以为但不限于电感器(包括常规电感器、平面电感器)或变压器(包括常规变压器、平面电压器)，其可用于电感储能、EMI滤波、能量传输、功率变换等。低磁导率的磁芯磁路可用来控制磁性元件2的感量及抗饱和能力，不需要开气隙，减小了漏磁通，降低了绕组损耗，改善了磁性元件的EMI特性；在某些实施方式上，还可以降低成本，提升效率。由上述描述可知，本发明实施例提供的复合磁芯结构I以及包括复合磁芯结构I的磁性元件2，利用低磁导率软磁材料和高磁导率软磁材料复合，构成复合磁路磁芯(即形成磁通回路)，该结构不需要开设气隙，减小了漏磁通，对周围的电磁干扰得到了降低，电磁干扰EMI特性较好，且简化了加工工艺，提高磁性元件一致性；由于低磁导率材料的磁芯部件的磁阻较大，代替气隙的磁阻，可以减小绕组涡流损耗，从而磁芯损耗也得到了降低 ’另外，复合的材料应用频率较高，适合应用于高频环境下。为了更加了解本发明技术方案，以下以一具体应用场景为例子，对应用本发明提供复合磁芯结构的磁性元件的仿真测试进行分析说明，该场景下，应用复合磁芯结构的磁性元件为变压器；以下对现有的一般变压器模型(简称原变压器)和内置本发明复合磁芯结构的变压器(简称新复合磁变压器)分别进行仿真分析，并对仿真数据作出了相应的对比本测试中，原变压器和新复合磁变压器中的磁芯结构均为UI型设置，请一并参考图11和图12，其中，图11为切割成现有的变压器模型1/4后的3D仿真模型示意图，图中用圆圈标示处为开设气隙的位置，图12为切割成本发明实施例提供的变压器模型1/4后的3D仿真模型示意图；需要说明的是，所述两种仿真模型，磁芯的大小尺寸不变，绕组结构也不改变，只是改变了 I型设置部分的磁芯材质，即新复合磁变压器中的磁芯结构，将原变压器的磁芯结构中的MnZn铁氧体换成了低磁导率值的NiZn铁氧体，仿真数据可参考表一
表一
权利要求
1.一种复合磁芯结构，其特征在于，包括 第一磁芯部件和第二磁芯部件，所述第一磁芯部件由低磁导率的软磁材料制成，所述第二磁芯部件由高磁导率的软磁材料制成，所述第一磁芯部件和所述第二磁芯部件复合并形成磁通回路。
2.根据权利要求I所述的复合磁芯结构，其特征在于，所述低磁导率的软磁材料为镍锌NiZn铁氧体和/或合金磁粉，所述高磁导率的软磁材料为锰锌MnZn铁氧体、非晶材料、纳米晶材料、硅钢中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的复合磁芯结构，其特征在于，所述合金磁粉为铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钥、非晶粉芯中的一种或多种。
4.根据权利要求I所述的复合磁芯结构，其特征在于，所述低磁导率的软磁材料的磁导率等于或小于250，所述高磁导率的软磁材料的磁导率大于800。
5.根据权利要求I至4任一项所述的复合磁芯结构，其特征在于，所述第一磁芯部件或第二磁芯部件呈U型或E型或工字型或弧状设置。
6.一种磁性元件，其特征在于，包括如权利要求I至5任一项所述的复合磁芯结构，还包括至少一组绕线线圈，所述绕线线圈绕设于所述复合磁芯结构上。
7.根据权利要求6所述的磁性元件，其特征在于，所述绕线线圈绕设于所述第一磁芯部件和/或所述第二磁芯部件上。
8.根据权利要求6所述的磁性元件，其特征在于，所述绕线线圈的材质为圆铜线、利兹线、绞线、扁铜线、铜箔、印刷电路板铜层中的一种。
9.根据权利要求6至8任一项所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件为电感器或变压器。
全文摘要
本发明实施例公开了一种复合磁芯结构及磁性元件，用于减小磁芯损耗，提高应用频率。本发明实施例包括第一磁芯部件和第二磁芯部件，第一磁芯部件由低磁导率的软磁材料制成，第二磁芯部件由高磁导率的软磁材料制成，第一磁芯部件和第二磁芯部件复合并形成磁通回路。
文档编号H01F1/34GK102956344SQ20121043325
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者孙永杰, 朱勇发, 杨和钱 申请人:华为技术有限公司