专利名称：磁性组件及产生电感的方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性组件，且特别涉及一种电压模块中的磁性组件。
背景技术：
为符合当今电子产品均着重于低电压和大电流的需求，电压调整模块(Voltage Regulating Module, VRM)(或电压转换器)通常必须将高电压转换为不同的低电压，以供电给各种组件(如中央处理单元)进行使用。一般而言，磁性组件(如电感器)是电压调整模块中的重要部件，其体积、损耗、电感量等特性是影响电压调整模块的电流纹波、 效率和动态操作速度等操作特性的重要因素。在实现上，一般可采用磁集成(integrated magnetics)技术应用于磁性组件的制作，这样可减少磁性组件的体积，并改善电压调整模块的性能。然而，公知的磁性组件在使用时一般均存在有多处漏感路径的问题，使得整体耦合电感的漏感(leakage inductance)过大，进而导致铜线绕组(winding)的损耗也随之增大。其次，公知的磁性组件所产生的漏感也无法有效地集中，致使漏感分布不均，因而导致电压调整模块的输出电压纹波显著地增大。相较于使用磁集成技术来产生相互电感耦合的方法，另一种方式则是使用辅助绕组来产生电感耦合。然而，即使这种方式可使每个电感的电流达到平衡的效果，并减小电流纹波，但却会带来额外的铜线损耗。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有对称结构的磁性组件，其在相同的体积下能够负载更大的电流，并能够提供较小的直流电阻，以降低铜线的损耗，并在绕组数或个结构随着电感的路数增大时，能够让每相的等效漏感量尽量保持相同，以显著地减少输出的电压纹波大小。本发明的内容之一是关于一种磁性组件，其包括二对称的磁芯，二对称的磁芯中的每一个均包括一基座、一第一凸出部以及若干个第二凸出部，第一凸出部与第二凸出部各自沿着基座的两边缘形成于基座上，且二对称的磁芯组合使得二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与二对称的磁芯中另一个的第一凸出部间形成一气隙。在本发明的一实施例中，第一凸出部沿着第二凸出部的排列方向延伸地设置而相对于第二凸出部较长。在本发明的另一实施例中，第二凸出部相对于第一凸出部较宽。在本发明的次一实施例中，第一凸出部的截面积大于每一个第二凸出部的截面积。在本发明又一实施例中，第二凸出部的截面积均相等。本发明的内容之一是关于一种磁性组件，其包括二对称的磁芯、若干个绕组以及一低导磁体。二对称的磁芯中的每一个均包括一第一凸出部以及若干个第二凸出部，第一凸出部沿着第二凸出部的排列方向延伸地设置。绕组分别环绕于第二凸出部。低导磁体设置于二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与二对称的磁芯中另一个的第一凸出部中间。在本发明的一实施例中，低导磁体包括一气隙以及一磁粉胶体中的至少一个。在本发明的另一实施例中，第一凸出部相对于第二凸出部较长，第二凸出部相对于第一凸出部较宽。在本发明的次一实施例中，第一凸出部的截面积大于每一个第二凸出部的截面积。在本发明的又一实施例中，第二凸出部与绕组感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于两个相交的不同平面。在本发明的再一实施例中，第二凸出部与绕组感应所产生的激磁磁通相互反耦合。在本发明的另一实施例中，第二凸出部与绕组感应所产生的漏感磁通通过该低导磁体。在本发明的次一实施例中，环绕第二凸出部的绕组中相邻两者间具有一次气隙， 次气隙对应的磁阻相较于低导磁体对应的磁阻大10倍以上。本发明的内容之一是关于一种磁性组件，其包括二对称的磁芯、若干个绕组以及一磁粉胶体。二对称的磁芯中的每一个均包括一第一凸出部以及若干个第二凸出部，第一凸出部沿着第二凸出部的排列方向延伸地设置且相对于第二凸出部较长，第二凸出部相对于第一凸出部较宽。绕组分别环绕于第二凸出部。磁粉胶体设置于二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与二对称的磁芯中另一个的第一凸出部中间。在本发明的一实施例中，第一凸出部的截面积大于每一个第二凸出部的截面积。在本发明的另一实施例中，第二凸出部的截面积均相等。在本发明的次一实施例中，第二凸出部与绕组所感应的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于两个相交的不同平面。进一步地，第二凸出部与绕组感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于垂直相交的两平面。在本发明的又一实施例中，第二凸出部与绕组感应所产生的激磁磁通相互反耦合。在本发明的再一实施例中，第二凸出部与绕组感应所产生的漏感磁通通过该磁粉胶体。本发明的内容之一是关于一种产生电感的方法，其包括产生若干个激磁磁通回路，激磁磁通回路中任两个的激磁磁通相互反耦合；以及产生一漏感磁通回路，漏感磁通回路所在的平面与激磁磁通回路所在的平面不同而相交。在本发明的一实施例中，激磁磁通回路是由一磁性组件中二对称的磁芯与环绕于二对称磁芯的若干个绕组感应而产生，漏感磁通回路通过磁性组件中设置于二对称磁芯间的一低导磁体。在本发明的另一实施例中，漏感磁通回路所在的平面与激磁磁通回路所在的平面垂直相交。本发明的内容之一是关于一种产生电感的方法，其包括由二对称的磁芯中若干个凸出部与环绕于凸出部的若干个绕组感应而产生若干个激磁磁通回路，激磁磁通回路中任两个的激磁磁通相互反耦合；以及由二对称的磁芯中凸出部与绕组感应而产生一漏感磁通回路，漏感磁通回路与激磁磁通回路位于不同且相交的两平面。 在本发明的另一实施例中，漏感磁通回路与激磁磁通回路是位于垂直相交的两平根据本发明所述的技术内容，上述磁性组件以及产生电感的方法，不仅可减少制作所需的体积、增加功率密度，且由于激磁磁通与漏感磁通并不在一个平面上，故可以有效缩短绕组间距，有利于增强绕组间的耦合，在相同尺寸下能够产生较高的激磁电感。
图1是一种电压调整模块的电路结构示意图。图2A至图2D是一种如图1所示的电压调整模块中不同情形下控制信号对应电流变化的示意图。图3显示了本发明的一实施例中一种磁芯的结构立体示意图。图4是如图3所示的磁芯在环绕上绕组后的结构立体示意图。图5显示了本发明的一实施例中一种磁性组件的立体示意图。图6A至图6C分别为5图所示的磁性组件的俯视图、侧视图和正视图。图7显示了本发明的一实施例中一种磁性组件的仰视立体示意图。图8A显示了本发明的一实施例中一种激磁磁通回路的示意图。图8B显示了本发明的一实施例中一种漏感磁通回路的示意图。图9A显示了本发明的另一实施例中一种磁性组件的立体示意图。图9B显示了图9A所示的磁性组件中单一磁芯在环绕上绕组后的立体示意图。图IOA显示了本发明的一实施例中一种绕组的立体示意图。图IOB显示了本发明的另一实施例中一种绕组的立体示意图。图IlA至图IlE是显示了本发明的各实施例中各种磁性组件的立体示意图。图12A显示了本发明的又一实施例中一种磁性组件的立体示意图。图12B是如图12A所示的磁性组件的仰视立体示意图。图13是采用公知磁性组件的结构与采用本发明实施例中磁性组件的结构所测量得到的电气参数特性对照表。说明书附图标号说明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 绕组310 主气隙320 安装气隙325 次气隙500 磁性组件
502 磁芯508 绕组510:磁粉胶体
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本技术方案做详细说明，但所提供的实施例并不用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述也并不用以限制其执行的顺序， 任何由组件重新组合的结构，所产生的具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，说明书附图仅以说明为目的，并未按照原尺寸作图。关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致约”，一般通常是指数值的误差或范围在百分之二十以内，较好地是在百分之十以内，而更佳地则是在百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作近似值，即“约”、“大约”或“大致约”所表示的误差或范围。为了清楚的叙述，下文先对本发明内容所属领域的技术用语及相关技术做说明。 根据耦合电感器相关技术的一般性定义，耦合电感器中的每一路绕组(winding)，在其余绕组均为开路或不通电的情况下，经测量后会有一个固定的电感量，称之为“自感”。此自感可以分成两部分，其中一部分的电感所对应的磁通(magnetic flux)均穿过其余绕组的截面， 与其它绕组均有耦合关系，可称之为“激磁电感”(magnetizing inductance, Lm)；而另一部分的电感与其余的绕组并无耦合关系，可称之为“漏感”(leakage inductance, Lk) 0在一般情况下，激磁电感要远远大于漏感。通过控制激磁电感和漏感的比例和大小，便可以改变每一绕组所对应的电流纹波的波形和大小。由于每一路绕组的激磁电感所对应的磁通均会穿过其余绕组，因此若是其余绕组的激磁电感所对应的磁通穿过本绕组的方向，与本绕组自身产生的磁通的方向相反，即有 “反耦合”发生，且各绕组中激磁电感所对应磁通的直流分量会相互抵消，故激磁电感并不受直流电流偏移的影响。而对于漏感的部分，不存在直流抵消的效应，但存在直流饱和的问题，针对此问题通常所采用的办法是，在漏感所对应的磁通路径上开一个气隙(一般称为主气隙)，以防止饱和。图1是一种电压调整模块(Voltage Regulating Module, VRM)的电路结构示意图。图2A至图2D是一种如图1所示的电压调整模块中不同情形下控制信号对应电流变化的示意图。同时参照图1和图2，此电压调整模块的电路结构采用了多相交错并联技术，利用控制信号(如Vgl、Vg2、Vg3或Vg4)将每一路电流(如山、12、込或14)对应的开关交替导通，使得流过每一路电感(如Lsl、Ls2、Ls3或Ls4)的电流波形相位能够各自交错一个角度，从而利用上述相位的交错而抵销电流纹波，使得输出的纹波有效地减小，有助于增快动态响应速度。然而，如图2B所示，若是没有耦合关系的话，则对于每一路(或每一相)的电流来说，并没有抵消的效果，因此开关的损耗仍然较大。相反地，若是通过每一相电感的反耦合， 便可有效降低每一相电流的纹波大小，进一步减小开关损耗，提升效率；如图2C所示，只要耦合电感器的漏感Lk与单一个非耦合电感器的电感量Ls相等，即可得到输出电流纹波相同的动态反应。进一步而言，如图2D所示，若是耦合电感器的激磁电感Lm越大，则越有助于减小相电流纹波，理想情况下，当激磁电感Lm趋近于无穷大时，每一相电流的纹波波形趋于一致，此时相电流的纹波可达到最小。由上可知，为了让耦合电感器在使用时有较好的功效，对于耦合电感器的设计，需要在漏感Lk固定的情况下，尽量地增大电感器的激磁电感Lm。本发明的内容之一即是提出一种磁性组件，以使上述的激磁电感Lm能有效地增大，其中磁性组件包括至少二个对称的磁芯，且每一个磁芯均包括一基座、一第一凸出部以及若干个第二凸出部，第一凸出部与前述第二凸出部各自沿着基座的两边缘形成于基座上。图3显示了本发明的一实施例中一种磁芯的结构立体示意图。如图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 与前述第二凸出部306a、306b、306c各自沿着基座302的两边缘形成于基座302上，并相互分隔一定间距。此外，第二凸出部306a、306b、306c中相邻两者之间也分隔一定间距，以使绕组环绕于其上。上述第一凸出部304与第二凸出部306a、306b、306c之间的间距，或是第二凸出部306a、306b、306c中相邻两者之间的间距，均为本发明所属技术领域内的人员所熟知的，或可根据实际需求选用的，故在此不再定义。在制作过程中，磁芯300可一体成形，也可通过分别形成基座302、第一凸出部304 以及第二凸出部306a、306b、306c而制成。为了方便说明，图3仅显示了第二凸出部306a、 306b、306c，但本发明并不以此为限，换言之，本发明所属技术领域内的技术人员应当可以依据实际需求设计适当数量的第二凸出部。本发明的一实施例主要是公开一种磁性组件(例如作为耦合电感器)，其包括至少二个磁芯300，且这二个磁芯300相互对称，并以对称的方式组合后，其中一个的第一凸出部304会与其中另一个的第一凸出部304间形成一主气隙310 (如图5所示)，使得主气隙310在磁性组件中绕组的上方形成主气隙，以此作为漏感Lk的磁通路径，有助于漏感Lk 的磁通集中。在一实施例中，第一凸出部304可沿着第二凸出部306a、306b、306c的排列方向延伸地设置，且相对于第二凸出部306a、306b、306c较长。具体来说，如图3所示，第一凸出部 304的长度Ll大于第二凸出部306a,306b,306c的长度L21、L22、L23。在另一实施例中，第二凸出部306a、306b、306c可相对于第一凸出部304较宽。具体来说，如图3所示，第二凸出部306a、306b、306c的宽度W21、W22、W23大于第一凸出部304 的宽度Wl。如此一来，便可使得二个相互对称的磁芯300组合后在结构上有主气隙310(如图5所示)的存在。在次一实施例中，第一凸出部304的截面积可大于第二凸出部306a、306b、306c的截面积。具体来说，如第3图所示，第一凸出部304的截面积Al大于第二凸出部306a、306b、 306c的截面积A21、A22、A23，其中第二凸出部306a、30m3、306c的截面积A21、A22、A23可依照需要来制作为相等或不等。在制作过程中，第二凸出部306a、306b、306c的形状、大小、尺寸或结构可制作成完全一致或各有差异，本发明所属技术领域的技术人员可依据实际需要设计不同或相同的第二凸出部，故本发明内容对此不作限制。上述实施例中关于磁芯的结构特征，均可单独形成，也可以相互搭配形成。举例来说，第二凸出部306a、306b、306c可设计成相对于第一凸出部304较宽，同时第一凸出部304 的截面积可设计成大于第二凸出部306a、306b、306c的截面积。因此，上述各实施例仅是为了方便说明起见而叙述单一结构特征，而所有实施例均可以依照实际需求选择性地相互搭配，来制作本发明内容中的磁性组件及其磁芯，其不用以限定本发明。图4是本发明的一实施例中一种如图3所示的磁芯在环绕上绕组后的结构立体示意图。如图4所示，本发明实施例所述的磁性组件更可包括若干个绕组308，且相对应数量的绕组308分别环绕于第二凸出部306a、306b、306c，并在通电之后与第二凸出部306a、 306b,306c感应而产生激磁磁通和漏感磁通。在使用时，第二凸出部306a、306b、306c与绕组308感应所产生的激磁磁通会相互反耦合。在制作上，绕组308可采用金属材质制成，故绕组308可以是铜箔、铜线或其它本发明所属技术领域的技术人员通常使用的金属导体。图5是显示了本发明的一实施例中一种磁性组件的立体示意图。如图5所示，此磁性组件是主要包括二个如图3所示的磁芯300的对称组合，其中一个的第一凸出部304 会与其中另一个的第一凸出部304之间形成主气隙310。需要注意的是，图5所示的磁性组件可以包括绕组也可以不包括绕组，图5仅为示例性的图式，并不用以限定本发明。图6A、 图6B和图6C分别是如5图所示的磁性组件的俯视图、侧视图和正视图。图7是本发明的一实施例中一种磁性组件的仰视立体示意图。如图7所示，磁性组件是包括二个如图4所示的磁芯300的对称组合，其中相对应数量的绕组308分别环绕于第二凸出部306a、306b、306c上。由此图可知，当两磁芯300与绕组308设置在一起时， 两磁芯300中一个的第二凸出部306a、30mK306c与另一个的第二凸出部306a、306b、306c 之间，会存在很小的安装气隙320，而安装气隙320的大小可直接影响激磁电感Lm的大小， 故较佳地是，安装气隙320越小越好，且远远小于主气隙310的大小。此外，除了前述的安装气隙320和主气隙310之外，两个绕组308之间仍然相隔有较小间距，因而存在有次气隙325。在正常情况下，绝大部分漏感磁通从主气隙310通过，而不是从次气隙325通过，其原因在于次气隙325的截面较小，磁阻很大，故通过的磁通很少。 由于绝大部分的漏感磁通从主气隙310通过，因此可通过调节主气隙310的长度或宽度来调节漏感Lk,同时由于漏感磁通因主气隙310的关系而集中分布，因此也利于减少绕组的涡流损耗。另一方面，由于输出电压纹波的大小是由每路绕组上等效的漏感决定的，故实际上制作的磁性组件(如耦合电感器)其漏感Lk的大小与磁性组件的结构相关，而对于耦合电感器来说，应当尽量设计对称的结构，使得每路绕组的漏感Lk相等。如图7所示的实施例，相邻两绕组308之间可相隔一间距2D，而磁芯的长度可相较于前后两端的绕组308各延长一间距D，如此便可使每个绕组308均能相对于主气隙310具有相同的导磁截面，且绕组308所对应的漏感彼此间差异减少，因而达到对称性的要求。由于本发明实施例的磁性组件的结构对称，因此其磁通的分布更加均勻。将上述图7所示的磁性组件应用于类似如图1所示的电路中，在开关频率600KHz、输出总电流为 120A、输入电压为12V、输出电压1.2V、输出电容为250F的条件下，可以测得，采用本发明实施例中的磁性组件其输出电压纹波约为7. 92mV，其数值相较于现有公知的采用具有不对称结构的磁性组件而言减少约7%。
此外，前述第二凸出部与绕组感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路可位于相交的两个不同平面内。图8A显示了本发明的一实施例中一种激磁磁通回路的示意图。图 8B显示了本发明的一实施例中一种漏感磁通回路的示意图。同时参照图4、图5、图8A和图8B，当包括二对称磁芯300以及绕组308的磁性组件在使用时，第二凸出部306a、306b、 306c与绕组308感应所产生的激磁磁通相互反耦合，且第二凸出部306a、306b、306c与绕组308感应所产生的漏感磁通通过主气隙310，因此激磁磁通回路和漏感磁通回路位于两个相交的不同平面，较佳地，激磁磁通回路位于图8A所示的Y-Z平面，而漏感磁通回路位于图8B所示的X-Y平面。如此一来，便可以有效缩短绕组间距，有利于增强绕组间的耦合，并在相同尺寸下能够感应产生比较高的激磁电感Lm。对于耦合电感器而言，若是不考虑绕组填充系数的影响，电感器的总体积基本上可由下列数学式所决定VL = Vw+Vg+Vc其中，\为电感器的总体积，Vw为绕组所占体积，Vg为气隙的体积，Vc为磁芯的体积，而漏感的绝大部分能量均储存在气隙中。对于不同的设计而言，如果假设绕组形状不作太大改变，则绕组所占体积Vw原则上应保持不变。对于一般的耦合电感器来说，任意多路的激磁电感Lm取决于多个绕组间共享磁路部分的磁阻Rm= IyytlP人，其中Ie为共享磁路长度，μ ^为真空磁导率，μ,为磁芯材质的相对磁导率，Ae为共享磁路截面积。由于在公知耦合电感器中，漏感Lk和激磁电感Lm位于同一个平面，所以两个绕组之间往往需要留出较大的空间以供漏感磁通通过，如此一来就会直接增加两绕组间共享磁路部分的磁路长度U故根据上述数学式可知，在μ ^和Ae保持不变的情况下，共享磁路部分的磁阻Rm就会变大，也就是说两绕组间的激磁电感Lm = N2/Rffl会相对变小，而且共享磁路长度Ie额外地增大，更会导致磁芯体积V。= Ae · IZ变得比较大。因此，便会导致该耦合电感器在给定的体积下只能负载较小的电流，不能有效地提高功率密度。相较于上述公知的做法，本发明实施例所公开的磁性组件，不仅在结构上更为对称，使得磁通的分布更加均勻，而且由于漏感Lk和激磁电感Lm的磁通不在同一个平面上，并较佳地呈相互垂直的状态(如图8Α和图8Β所示)，故无需在绕组之间和磁性组件的两端留走漏感磁通的气隙，因而可以有效地减少绕组间的距离和磁性组件的总长度，并有效地减短两绕组间的耦合磁路长度U且在相同的磁路截面积ke下，有利于减小磁芯体积V。并提高激磁电感Lm。从气隙储能的角度来看，假设每一个绕组对应的漏感为LK，每一相电感通过的电流为I，则储存的能量可以下列数学式表示(1/2) · LK · I2 = (B2/2y0)VgVg其中，B为通过气隙的磁通密度，其值一般约等于通过磁芯的磁通密度，而Vg为气隙的体积。由此可见，储存能量的大小决定了气隙的体积Vg，所以在气隙的储存能量不变的情形下，气隙的体积Vg和绕组所占体积Vw基本上保持不变。因此，在气隙体积Vg和绕组所占体积Vw固定的情形下，磁性组件的体积主要可由磁芯的体积V。来决定。其次，由于磁芯基本上可解耦成走耦合磁通的体积Vm和走漏感磁通的体积Vk两部分，且电气特性决定了体积V1^n 大小，因此这两部分体积的共享部分所占的比例越大，磁芯的体积V。就越小。以上述图8A和图8B所示的实施例来说，由于激磁磁通回路位于图上所示的Y-Z平面，而漏感磁通回路位于图上所示的X-Y平面，且磁芯中任两个第二凸出部的反耦合磁通实际上是相互抵消，故耦合磁通不会导致磁芯饱和，所以磁芯的体积V。基本上可由走耦合磁通的体积Vm来决定，使磁性组件的磁芯体积V。达到最小。根据本发明的内容，磁性组件包括二对称的磁芯、若干个绕组以及一低导磁体 (具有低磁导率μ)。二对称的磁芯中每一个均包括第一凸出部以及第二凸出部，其中第一凸出部沿着前述第二凸出部的排列方向延伸地设置，绕组分别环绕于前述第二凸出部，而低导磁体则设置在一个磁芯的第一凸出部与另一个磁芯的第一凸出部中间。在本发明的一实施例中，上述低导磁体包括一气隙以及一磁粉胶体中的至少一个；换言之，低导磁体可以是气隙、磁粉胶体或是两者的组合。举例来说，当低导磁体以气隙来实现时，磁性组件可以由5图及其相关的实施例制作而成，而当低导磁体以磁粉胶体来实现时，磁性组件则可以由下述图9Α和图9Β及其相关的实施例制作而成。图9Α是本发明的另一实施例中一种磁性组件的立体示意图，图9Β是如图9Α所示的磁性组件中单一磁芯在环绕上绕组后的立体示意图。为了方便说明起见，请同时参照图 9Α和图9Β。磁性组件500包括二对称的磁芯502、若干个绕组508以及一磁粉胶体510。二对称的磁芯502中的每一个均包括第一凸出部504以及第二凸出部506a、506b、506c，其中第一凸出部504沿着前述第二凸出部506a、506b、506c的排列方向延伸地设置，绕组508分别环绕在前述第二凸出部506a、506b、506c上，而磁粉胶体510则是在两个对称的磁芯502 组合后，设置在两个磁芯502各自的第一凸出部504中间。在本实施例中，磁粉胶体510的导磁率较佳地是小于10，以避免太大的导磁率降低电感器的抗饱和能力。上述采用磁粉胶体510的作法，不仅能简化制作所需的工艺，也能通过磁粉胶体 510产生固化、强化的效果，增大电感器各个部分相互间的粘着力，同时更可以有效减少漏感磁通对绕组的影响，降低绕组的涡流损耗。在一实施例中，第一凸出部504可相对于第二凸出部506a、506b、506c较长。在另一实施例中，第二凸出部506a、506b、506c可相对于第一凸出部504较宽。如此一来，便可使得二个相互对称的磁芯502组合后在结构上存在气隙(如图5所示)，或是使得磁粉胶体 510可在两个对称的磁芯502组合后设置于其各自的第一凸出部504中间。在次一实施例中，第一凸出部504的截面积可大于第二凸出部506a、506b、506c的截面积，且第二凸出部506a、506b、506c的截面积可根据需要制作成相等或不等。在又一实施例中，第二凸出部506a、506b、506c与绕组508感应所产生的激磁磁通会相互反耦合，而在另一实施例中，第二凸出部506a、506b、506c与绕组508感应所产生的漏感磁通会通过磁粉胶体510。据此，第二凸出部506a、506b、506c与绕组508感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路是位于相交的两个不同平面，较佳地，第二凸出部506a、 506b,506c与绕组508感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路是位于垂直相交的两平面的(如图8A和图8B所示)。另一方面，为了使漏感磁通因磁粉胶体510 (或低导磁体)而集中分布，并减少绕组508的涡流损耗，故在一实施例中，环绕第二凸出部506a、506b、506c的绕组508中相邻两者之间可具有一次气隙(如图7所示的次气隙32 ，且该次气隙对应的磁阻比磁粉胶体510(或低导磁体)对应的磁阻大10倍以上，其中次气隙对应的磁阻为Rs = Is/U0As, Is是气隙长度，As是气隙截面积，磁粉胶体510(或低导磁体)对应的磁阻为艮=Ip/μ ρμ /p， 其中μ ρ是磁粉胶导体的导磁率，Ip是磁粉胶体(或低导磁体)的长度，ΑΡ是磁粉胶体(或低导磁体)的截面积。以磁性组件位于空气中的情况而言，由于导磁率1，故磁粉胶体510 (或低导磁体)所对应的磁阻可以等效于艮=Ip/ μ Λ。上述实施例中关于磁性组件的结构或方法特征，均可单独构成，也可以相互搭配组成。举例来说，第二凸出部506a、506b、506c可设计为相对第一凸出部504较宽，同时第一凸出部504的截面积可设计为大于第二凸出部506a、506b、506c的截面积。因此，上述各实施例仅是为了方便说明起见而叙述单一结构或方法特征，而所有实施例均可以根据实际需要选择性地相互搭配，来制作本发明内容中的磁性组件，其不用以限定本发明。上述结构或方法的特征均可通过磁性组件内设置有低导磁体的形式来实施，然而为了方便叙述起见，上文仅以图9A和图9B所示的实施例来做说明，但本发明所要保护的内容并不以此为限。此外，上述的绕组也可以以不同的形式设置于磁性组件中。图IOA是本发明的实施例中一种绕组的立体示意图，上述绕组的具体结构可制作成如IOA图所示的形状，如此一来可增大电感器安装时的截面。图IOB是本发明的另一实施例中一种绕组的立体示意图，上述绕组的具体结构也可制作成如图IOB所示的形状，其中绕组的一部份制作成中空的形状，以减少由低导磁体(或主气隙，或磁粉胶体)处扩散的磁通对绕组的影响，降低绕组的损耗。虽然上文仅公开了具有三路(或三相)的磁性组件(如耦合电感器)，但本发明所属技术领域的技术人员也可以根据实际需要进行不同的设计，如图IlA至图IlE所示。图 IlA至图IlE是本发明的实施例中各种磁性组件的立体示意图，其中图IlA显示了具有二路电感的磁性组件，图IlB显示了具有三路电感的磁性组件，图IlC显示了具有四路电感的磁性组件，图IlD显示了具有五路电感的磁性组件，图IlE显示了具有六路电感的磁性组件。另外，磁性组件也可由多组拼接的方式制成，如图12A和图12B所示。图12A是本发明的又一实施例中一种磁性组件的立体示意图，图12A所示的磁性组件主要是由两组类似图5或图9A中的磁性组件以对称的方式组合而成的，图12B是如图12A所示的磁性组件的仰视立体示意图。如此一来，便可增加多个绕组之间共享磁路部分的截面积，以减少多个绕组之间共享磁路部分的磁阻，增加激磁电感Lm，进而增加输出的电流。图13是采用公知磁性组件的结构与采用本发明实施例中磁性组件的结构所测量得到的电气参数特性对照表。由图13可知，本发明实施例中磁性组件的结构有助于增大功率密度，且绕组的直流电阻(DCR)也非常小，同时激磁电感Lm(Li、L2、L3)也相较公知的磁性组件大且均勻。本发明的内容之一是提供一种产生电感的方法，其包括产生若干个激磁磁通回路，而激磁磁通回路中任意两个的激磁磁通相互反耦合；以及产生一漏感磁通回路，且该漏感磁通回路所在的平面与上述激磁磁通回路所在的平面不同且相交。在一实施例中，上述激磁磁通回路是由一磁性组件中二个对称的磁芯与环绕于二个对称磁芯上的若干个绕组互相感应而产生，且漏感磁通回路通过磁性组件中设置于二个对称磁芯间的低导磁体。在另一实施例中，漏感磁通回路所在的平面与上述激磁磁通回路所在的平面垂直相交(如图8A和图8B所示)。 本发明的又一内容是提供一种产生电感的方法，其包括由二个对称的磁芯中若干个凸出部与环绕于上述凸出部的若干个绕组感应，以产生若干个激磁磁通回路，上述激磁磁通回路中任意两个的激磁磁通相互反耦合；以及由上述二个对称的磁芯中凸出部与绕组感应而产生一漏感磁通回路，此漏感磁通回路与上述激磁磁通回路位于不同且相交的两平在一实施例中，漏感磁通回路与这些激磁磁通回路位于垂直相交的两平面(如图 8A和图8B所示)。在前述实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行，上述叙述的次序并非用以限定本发明。由上述本发明的实施例可知，上述磁性组件以及产生电感的方法，不仅可减少制作所需的体积、增加功率密度，且由于激磁磁通与漏感磁通并不在一个平面上，还可以有效缩短绕组间距，有利于增强绕组间的耦合，在相同尺寸下能够产生较高的激磁电感。其次，绕组的长度可缩短，以减少绕组的直流电阻，且漏感集中在同一个低导磁体中(如磁粉胶体或气隙)，有助于方便的通过调节低导磁体来调节漏感。再次，每一路的漏感分布非常对称，且容易实施，只需要一套模具即可制作两块形状完全相同的磁芯，以供后续组合而形成磁性组件。虽然本发明已以实施方式公开如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员从本发明所公开的内容直接导出或联想到的所有变形，在不脱离本发明的精神和范围内，均应属于本发明的保护范围。本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种磁性组件，其特征在于，包括二对称的磁芯，所述二对称的磁芯中的每一个均包括一基座、一第一凸出部以及若干个第二凸出部，所述第一凸出部与所述各第二凸出部各自沿着所述基座的两边缘形成于该基座上，且所述二对称的磁芯组合使得二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与二对称的磁芯中的另一个的第一凸出部之间形成一气隙。
2.如权利要求1所述的磁性组件，其中所述第一凸出部沿着所述各第二凸出部的排列方向延伸地设置，且相对于所述各第二凸出部较长。
3.如权利要求1所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部相对于所述第一凸出部较觅ο
4.如权利要求1所述的磁性组件，其中所述第一凸出部的截面积大于所述各第二凸出部中每一个的截面积。
5.如权利要求1或4所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部的截面积均相等。
6.一种磁性组件，其特征在于，包括二对称的磁芯，所述二对称的磁芯中的每一个均包括一第一凸出部以及若干个第二凸出部，所述第一凸出部沿着所述各第二凸出部的排列方向延伸地设置；若干个绕组，分别环绕于所述各第二凸出部；以及一低导磁体，设置于所述二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与所述二对称的磁芯中的另一个的第一凸出部中间。
7.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述低导磁体包括一气隙以及一磁粉胶体中的至少一个。
8.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述第一凸出部相对于所述各第二凸出部较长，所述各第二凸出部相对于所述第一凸出部较宽。
9.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述第一凸出部的截面积大于所述各第二凸出部中每一个的截面积。
10.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与所述各绕组感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于相交的两不同平面。
11.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与所述各绕组感应所产生的激磁磁通相互反耦合。
12.如权利要求6所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与所述各绕组感应所产生的漏感磁通通过所述低导磁体。
13.如权利要求6所述的磁性组件，其中环绕所述各第二凸出部的各绕组中相邻两者之间具有一次气隙，所述次气隙对应的磁阻比所述低导磁体对应的磁阻大10倍以上。
14.一种磁性组件，其特征在于，包括二对称的磁芯，所述二对称的磁芯中的每一个均包括一第一凸出部以及若干个第二凸出部，所述第一凸出部沿着所述各第二凸出部的排列方向延伸地设置，且相对于各第二凸出部较长，所述各第二凸出部相对于第一凸出部较宽；若干个绕组，分别环绕于所述各第二凸出部上；以及一磁粉胶体，设置于所述二对称的磁芯中的一个的第一凸出部与所述二对称的磁芯中的另一个的第一凸出部中间。
15.如权利要求14所述的磁性组件，其中所述第一凸出部的截面积大于所述各第二凸出部中每一个的截面积。
16.如权利要求14或15所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部的截面积均相等。
17.如权利要求14所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与各绕组所感应的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于相交的两不同平面。
18.如权利要求17所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与各绕组感应所产生的激磁磁通回路和漏感磁通回路位于垂直相交的两平面。
19.如权利要求14所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与各绕组感应所产生的激磁磁通相互反耦合。
20.如权利要求14所述的磁性组件，其中所述各第二凸出部与各绕组感应所产生的漏感磁通通过所述磁粉胶体。
21.—种产生电感的方法，其特征在于，包括产生若干个激磁磁通回路，所述各激磁磁通回路中任意两个的激磁磁通相互反耦合；以及产生一漏感磁通回路，所述漏感磁通回路所在的平面与所述各激磁磁通回路所在的平面不同且相交。
22.如权利要求21所述的产生电感的方法，其中所述各激磁磁通回路由一磁性组件中二对称的磁芯与环绕于所述二对称磁芯的若干个绕组感应而产生，所述漏感磁通回路通过所述磁性组件中设置于所述二对称磁芯间的一低导磁体。
23.如权利要求21所述的产生电感的方法，其中所述漏感磁通回路所在的平面与所述各激磁磁通回路所在的平面垂直相交。
24.一种产生电感的方法，其特征在于，包括由二对称的磁芯中若干个凸出部与环绕于所述各凸出部的若干个绕组感应而产生若干个激磁磁通回路，所述各激磁磁通回路中任意两个的激磁磁通相互反耦合；以及由该二对称的磁芯中所述各凸出部与各绕组感应而产生一漏感磁通回路，所述漏感磁通回路与所述各激磁磁通回路位于不同且相交的两平面。
25.如权利要求M所述的产生电感的方法，其中所述漏感磁通回路与所述各激磁磁通回路位于垂直相交的两平面。
全文摘要
本发明公开了一种磁性组件，其包括二对称的磁芯，二对称的磁芯中每一个均包括基座、第一凸出部以及数个第二凸出部，第一凸出部与第二凸出部各自沿着基座的两边缘形成于基座上，且二对称的磁芯组合使得二对称的磁芯中一个的第一凸出部与二对称的磁芯中另一个的第一凸出部间形成气隙，如此一来便可增加功率密度，且可有效缩短绕组间距，有利于增强绕组间的耦合，产生较高的激磁电感。本发明还公开了一种产生电感的方法。
文档编号H01F38/14GK102314998SQ20111012563
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者李锃, 褚江, 黄智 申请人:台达能源技术(上海)有限公司