一种磁芯结构及电磁耦合装置的制作方法

1.本实用新型涉及电磁耦合装置领域，特别涉及一种电磁耦合装置中的磁芯结构。


背景技术：

2.随着科技发展的进步，各种行动装置上配备有电池，而行动装置电池的充电需要借助于电磁耦合装置，电磁耦合装置利用电磁感应原理，是一种从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的电器。
3.图1是现有技术中的一种电磁耦合装置内的磁芯结构的结构示意图，该磁芯结构100’一般由两片磁芯组成，具体如图1所示。对于某些拓扑结构，两片磁芯之间不需要添加气隙；对于另一些应用场合，两片磁芯之间需要添加气隙。对于需要气隙的应用，气隙如何添加一直是一个很大的问题，主要难题在于如何保证气隙的一致性和可加工性。现有技术中一般通过添加绝缘垫片50’来实现，即在两片待贴合的磁芯之间设置有绝缘垫片50’，并用胶水60’来粘接至第一磁芯10’和第二磁芯20’，由此将该两片磁芯进行隔开以形成气隙41’。但是，这样的工序非常复杂，而且由于气隙的总高度等于绝缘垫片50’的厚度加上胶水60’的厚度，胶水60’的量会严重影响气隙41’的大小，造成气隙41’大小的精度不易控制。
4.图2是现有技术中的另一种电磁耦合装置内的磁芯结构的结构示意图，图 2中，侧柱12’具有分段叠积结构，由至少两块侧柱块121’依次叠积而成，例如，侧柱12由三个侧柱块121’依次叠积而成，每两个相邻侧柱块121’之间的拼接处都可以形成气隙42’，从而在侧柱12上形成分层式气隙42’，可提供多段位分层散热。但是，采用这种方式形成的气隙会产生两个问题，一是气隙所在的地方有泄漏磁通，泄漏磁通会切割绕组，在绕组内形成很大的涡流损耗，系统效率低且发热量大，二是，由于气隙是多段分层组成，即侧柱12’上的磁芯是一片一片堆叠而成，加工难度很大，精度也不好控制。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种磁芯结构，以解决现有技术中的磁芯结构中两片磁芯之间设置的气隙的精度控制不佳以及造成的涡流损耗较大的问题。
6.本实用新型的目的采用以下技术方案实现：
7.一种磁芯结构，包括：所述磁芯结构包括第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯包括主体部和两个侧柱，所述两个侧柱与所述主体部固定连接，在所述第一磁芯和第二磁芯装配在一起后，所述两个侧柱与所述第二磁芯耦接，所述主体部设置有缝隙结构。
8.可选地，所述缝隙结构包括第一组缝隙和第二组缝隙，所述第一组缝隙和所述第二组缝隙分别包括至少一个缝隙。
9.可选地，所述主体部具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一组缝隙中的每个缝隙从所述第一表面开始贯穿所述主体部的一部分且其延伸方向与所述第一表面垂直，所述第二组缝隙中的每个缝隙从所述第二表面开始贯穿所述主体部的一部分且其延伸
方向与所述第二表面垂直。
10.可选地，所述主体部具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一组缝隙中的每个缝隙从所述第一表面开始贯穿所述主体部的一部分且其延伸方向与所述第一表面的法线之间具有预设的夹角，所述第二组缝隙中的每个缝隙从所述第二表面开始贯穿所述主体部的一部分且其延伸方向与所述第二表面的法线之间也具有所述预设的夹角。
11.可选地，所述第一组缝隙中的每个缝隙和所述第二组缝隙中的每个缝隙彼此均不相交。
12.可选地，所述第一组缝隙和所述第二组缝隙错位排布。
13.可选地，所述主体部还包括第三表面，所述第三表面是矩形并且与所述第一表面和第二表面垂直，所述第一组缝隙中的每个缝隙以及所述第二组缝隙中的每个缝隙在所述第三表面的长度方向上的投影长度均小于所述第三表面的长度。
14.可选地，所述缝隙结构中的每个缝隙中均填充有胶水。
15.可选地，所述第一磁芯是u型磁芯，所述第二磁芯是i型磁芯。
16.本实用新型实施例还提供了一种电磁耦合装置，该电磁耦合装置包括上述任一个磁芯结构。
17.可选地，所述电磁耦合装置是变压器。
18.可选地，所述电磁耦合装置还包括线路板，所述线路板上包括穿孔，所述穿孔包括第一穿孔和第二穿孔；所述第一磁芯的两个侧柱分别穿设于所述第一穿孔和第二穿孔；所述线路板上设置有环形走线，所述环形走线包括第一环形走线和第二环走线，所述第一环形走线围绕所述第一穿孔的周边以形成第一线圈，所述第二环形走线围绕所述第二穿孔的周边以形成第二线圈；其中，经过所述主体部的磁力线与所述线路板所处的平面平行。
19.相比现有技术，本实用新型实施例提供的磁芯结构及具有其的电磁耦合装置：磁芯结构包括第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯包括主体部和两个侧柱，两个侧柱和主体部固定连接，两个侧柱与第二磁芯耦接，通过主体部设置有凹槽结构，该凹槽结构形成该磁芯结构的气隙。采用该技术方案，在主体部上形成气隙，省去了现有技术中在两个侧柱与第二磁芯之间设置胶水粘接绝缘垫片等工序，实现方式简单，且气隙的精度更容易控制，同时避免了涂布胶水量过多时产生的不利影响。由于所形成的凹槽结构并未将主体部进行切断，因此，该主体部仍为一整体，其机械强度不会受到很大的影响，相比于现有技术中将多片磁芯叠加的方式，工艺实现相对简单，且气隙的精度容易控制，而且所产生的涡流损耗相对较小，对系统效率的影响也较小。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
21.图1是现有技术中的一种磁芯结构的结构示意图；
22.图2是是现有技术中的另一种磁芯结构的结构示意图；
23.图3本实用新型实施例提供的一种磁芯结构及电磁耦合装置的结构示意图；
24.图4为图3中的第一磁芯的一种结构示意图；
25.图5为图3中的第一磁芯的另一种结构示意图；
26.图6是本实用新型实施例的第一磁芯的结构示意图；
27.图7是图6中的第一磁芯的俯视结构示意图；
28.图8是图6中的另一种第一磁芯的俯视结构示意图；
29.图9是本实用新型实施例提供的又一种电磁耦合装置的结构示意图。
具体实施方式
30.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
31.在本实用新型的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.图3本实用新型实施例提供的一种磁芯结构及电磁耦合装置的结构示意图，如图3所示，本实用新型提供一种磁芯结构100及具有其的电荷耦合装置，包括第一磁芯10和第二磁芯20，所述第一磁芯10和所述第二磁芯20在实际工作时相互耦接，第一磁芯10包括主体部11和两个侧柱12，侧柱12的延伸方向与主体部 11的延伸方向垂直，两个侧柱12与主体部11固定连接，其中，在主体部11上设置有缝隙结构16，该缝隙结构16可以为主体部11的缺失部分，通过形成在主体部11上的缝隙结构16形成该磁芯结构100的气隙5，该气隙5的精度控制可由形成在主体部11上的缝隙结构16来进行调整。
33.采用本实用新型实施例提供的技术方案，在主体部上形成气隙，不需要在侧柱远离主体部的端部与第二磁芯抵接处形成间隙，省去了现有技术中在两个侧柱与第二磁芯之间设置胶水粘接绝缘垫片等工序，实现方式简单，且气隙的精度更容易控制，同时避免了涂布胶水量过多时产生的不利影响。由于所形成的缝隙结构并未将主体部进行切断，因此，该主体部仍为一整体，其机械强度不会受到很大的影响，相比于现有技术中将多片磁芯叠加的方式，工艺实现相对简单，且气隙的精度容易控制。
34.在这种磁芯结构中，磁能可以流过磁芯材料或者流过气隙，磁压降均匀的降在主体部中，因此，能量损失与被转换为热的通量成比例地发生在磁芯材料中，而且磁芯结构中气隙的一致性更容易控制。
35.可选地，第一磁芯10和第二磁芯20所采用的磁芯可以由诸如铁氧体、非晶合金磁芯、超微晶合金磁芯、铁粉磁芯、铁硅铝磁芯或铁硅磁芯之类的固体材料制成，或者由诸如坡莫合金之类的高渗透性材料卷绕而成。
36.优选地，第一磁芯10的主体部11、两个侧柱12的横截面优选为具有矩形的横截面，但也可以采用其他横截面形状，优选地，第一磁芯10的主体部 11及两个侧柱12一体成型，由相同的磁性材料构成，以便于制作工艺的简化。
37.图4为图3中的第一磁芯的一种结构示意图，图5为图3的中第一磁芯的另一种结构
示意图。示例性地，如图4所示，沿主体部厚度方向，上述缝隙结构16 中的每个缝隙1611可完全贯穿于主体部11；如图5所示，沿主体部厚度方向，上述缝隙结构16中的每个缝隙1611也可贯穿于主体部11的一部分，即缝隙1611 在主体部厚度方向上未完全贯穿主体部11。
38.可选地，该主体部11的缝隙1611可以通过激光切割或者机械切割形成，也可以通过模具冲压形成。
39.图6是本实用新型实施例的第一磁芯的结构示意图，图7是图6中的第一磁芯的俯视结构示意图，图8是图6中的另一种第一磁芯的俯视结构示意图。如图 6-图8所示，示例性地，该主体部11为矩形块状，主体部11包括相对设置的第一表面131和第二表面132，可在主体部11的第一表面131和第二表面132分别设置有朝向主体部11内部延伸的多个缝隙1611，多个缝隙1611可划分为第一缝隙组161和第二缝隙组162。图7中，第一缝隙组161中的每个缝隙1611从第一表面 131开始贯穿主体部11的一部分且其延伸方向与第一表面131垂直，第二组缝隙 162中的每个缝隙1611从第二表面132开始贯穿主体部11的一部分且其延伸方向与所述第二表面132垂直。而图8中，第一组缝隙161中的每个缝隙1611从第一表面131开始贯穿主体部11的一部分且其延伸方向与第一表面131的法线之间具有预设的夹角θ1，第二组缝隙162中的每个缝隙1611从第二表面132开始贯穿主体部11的一部分且其延伸方向与第二表面的法线之间具有预设的夹角θ2，其中，0
°
《θ1《90
°
，0
°
《θ2《90
°
，θ1和θ2的大小可以相等也可以不等。图8与图7 的差异在于，图7中缝隙1611的延伸的方向与第一表面垂直，图8中的缝隙的延伸的方向与第一表面不垂直，具有一定夹角。
40.优选地，若缝隙1611在主体部厚度方向上完全贯穿于主体部11，则第一组缝隙161中的每个缝隙1611与第二组缝隙162中的每个缝隙1611彼此不能相交，否则会切断整个主体部11，影响主体部11的机械强度。
41.优选地，第一组缝隙161以及第二组缝隙162中的每个缝隙1611具有基本均匀且相等的缝隙距离，即沿每个缝隙1611预定的延伸方向上，各个区域的缝隙宽度距离可近似相等，以保证第一磁芯10内的磁力线经过的气隙5都是一致的。
42.优选地，第一组缝隙161中的每个缝隙11和第二组缝隙中的每个缝隙1611 彼此之间保持一定的垂直间距d，以避免影响主体部11的机械强度。
43.优选地，第一组缝隙161和第二组缝隙162错位排布且均匀地分布在主体部11的两侧，第一组缝隙161以及第二组缝隙162中的每个缝隙1611的延伸长度可以相同也可以不同；设置第一组缝隙161和第二组缝隙162呈错位排布，一方面，可以增加各缝隙组中的缝隙1611的延伸长度，提高主体部11气隙5 大小的控制精度，另一方面，第一组缝隙161和第二组缝隙162呈错位，可避免影响主体部11的机械强度。
44.该主体部11还包括第三表面133，第三表面133是矩形，第三表面133 与第一表面131和第二表面132均垂直，定义第三表面133的长度为s1，宽度为s2，第一组缝隙161中的每个缝隙1611在第三表面133长度方向上的投影长度为d1，第二组缝隙162在第三表面133长度方向上的投影长度为d2，其中，d1《s1，且d2《s1，以避免切断主体部，影响主体部的机械强度。而且，为了进一步保证主体部11的机械强度，也可将d1+d2≤s1，当然也可以选择将d1+d2》s1，由于需要将分布式气隙的总长度之后与原先的单个大气隙的长度相等，因此，优选地，将d1+d2＝s1，需要说明的是，此处d1与d2之和与 s1近似相等也可。由于第一磁芯10上的气隙5由分布在主体部11两侧的第一组缝隙161和第二组缝隙162共同组成，因此，第一组
缝隙161和第二组缝隙 162中的每个缝隙1611的长度可以设置得相对较短一些，只要第一组缝隙161 和第二组缝隙162共同组成的缝隙结构16所形成的气隙5，能够覆盖主体部 11的第三表面133的长度s1的范围即可。
45.此外，在缝隙结构16中的每个缝隙1611中均填充胶水(图未示出)并进行固化，可以进一步的提高被切割后的磁芯的机械强度。示例性地，可以先将第一磁芯10的主体部11的宽度做大一些，例如大于目标预设值，例如，目标预设值需要l2＝2.5mm宽的磁芯，可以先制作宽度l1＝3mm的主体部磁芯，然后切割主体部磁芯，以形成缝隙结构16，该缝隙结构16中的每个缝隙1611 的延伸长度小于l1，接下来再在缝隙结构16中的每个缝隙中填充胶水并进行固化，最后，将多余的主体部磁芯部分进行切除。采用该加工方式，可以保持气隙5的一致性，且主体部11磁芯的机械强度不会受到影响。可选地，该胶水为磁性胶水，磁性胶水内部可包含磁粉颗粒，磁性胶水内部的磁粉颗粒之间也可以形成分布式气隙。
46.在本实用新型实施例中，第一磁芯10是u型磁芯，第二磁芯20是i型磁芯；第一磁芯10和第二磁芯20均为扁平状，如此，可以缩减磁芯结构100 的体积。
47.本实用新型实施例还提供一种电磁耦合装置，该电磁耦合装置包括上述任一个磁芯结构。
48.可选地，该电磁耦合装置是变压器，该变压器可作为电源变压器，该变压器中的磁芯结构具有气隙，该气隙的存在可以增加变压器的漏感，避免变压器在交流大电流或直流偏置下发生磁饱和的现象，更好地控制电感量，此外，气隙均匀地分布在主体部的两侧，可以让变压器的热量得以从多处散发，保证良好的散热效果。
49.图9是本实用新型实施例提供的一种电磁耦合装置的结构示意图，如图9 所示，该电磁耦合装置200包括磁芯结构100和一线路板30，本实用新型的电磁耦合装置200中的线路板30上设置有第一穿孔31和第二穿孔32，且第一穿孔31周围形成第一环形走线33，第二穿孔32周围形成第二环形走线34，第一环形走线33构成第一线圈，第二环形走线34构成第二线圈，具体地，第一环形走线33以及第二环形走线34的数量可以根据实际情况进行设置，本实用新型在此不做限制。
50.可选地，线路板30可以为印刷电路板(printed circuit board，pcb)或者柔性线路板(flexible printed circuit board，fpc)，环形走线可以通过设置在 pcb板或者fpc板上的导电走线形成，例如铜或者其它导电金属膜层形成。采用本实用新型实施例提供的技术方案，由于无需设置额外的线圈缠绕于磁芯结构100上，直接采用pcb板和fpc板上制作环形走线作为第一线圈和第二线圈，因此，可以大大缩减电磁耦合装置200的体积。
51.此外，磁芯结构100中的第一磁芯10的两个侧柱12分别穿过第一穿孔31和第二穿孔32后实现与第二磁芯20进行耦接，使得第一线圈和第二线圈分别围绕第一磁芯10的两个侧柱12以形成绕组，本实用新型实施例中第一线圈为初级线圈，第二线圈为次级线圈，第一线圈与电源(图未示出)电连接，第二线圈与信号输出端(图未示出)电连接。在第一线圈中通入交流电，第一磁芯10中便产生交流磁通，即与第一线圈相交链的磁通数量发生变动，使第二线圈中感应出电压(或电流)。
52.为了简化线圈的围绕，本实用新型的第一线圈和第二线圈可由多个线路板 30共同堆栈形成，当多个线路板30堆栈时，每一线路板30上均设置有第一穿孔31和第二穿孔32，且第一穿孔31周围形成第一环形走线33，第二穿孔 32周围形成第二环形走线34，第一线圈
由多个第一环形走线33组成，第一线圈由多个第二环形走线34组成，磁芯结构100中的第一磁芯10的两个侧柱 12分别穿过多个线路板30中的第一穿孔31和第二穿孔32后实现与第二磁芯 20进行耦接，使得第一线圈和第二线圈分别围绕第一磁芯10的两个侧柱12 以形成绕组。
53.此外，由于第一磁芯10的主体部11的延伸方向与线路板30所在平面的方向基本平行，因此，在第一磁芯10的主体部11和线路板30之间可通过点胶的方式进行粘接固定，多个线路板30之间也可以通过设置绝缘胶的方式进行固定，以实现磁芯结构与线路板30之间的位置固定，设置绝缘胶能够防止相邻两个线路板30上的线圈发生耦合或者信号的相互干扰。
54.继续参考图3所示，当变压器工作时，磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。由于气隙5设置在主体部11中，经过主体部11的磁力线(图中虚线表示) 与线路板30所处的平面平行，泄漏的磁通一半暴露在空气中，不会切割线路板30形成的绕组，而且泄漏的磁通另一半距离线路板30的距离也相对较远，故，泄漏的磁通另一半的磁力线在垂直切割绕组平面的分量很小，主要是水平分量。因此，在变压器绕组中造成涡流损耗相对较小，对系统效率的影响也较小。
55.由上述内容可知，本实用新型实施例提供的磁芯结构以及具有其的电磁耦合装置，磁芯结构包括第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯包括主体部和两个侧柱，两个侧柱和主体部固定连接，在第一磁芯和第二磁芯装配在一起后，两个侧柱与第二磁芯耦接，通过主体部设置有缝隙结构，该缝隙结构形成该磁芯结构的气隙。采用该技术方案，在主体部上形成气隙，省去了现有技术中在两个侧柱与第二磁芯之间设置胶水粘接绝缘垫片等工序，实现方式简单，且气隙的精度更容易控制，同时避免了涂布胶水量过多时产生的不利影响。由于所形成的缝隙结构并未将主体部进行切断，因此，该主体部仍为一整体，其机械强度不会受到很大的影响，相比于现有技术中将多片磁芯叠加的方式，工艺实现相对简单，且气隙的精度容易控制，而且所产生的涡流损耗相对较小，对系统效率的影响也较小。
56.上文仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。