CN105140002A - 一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，包括平衡设置的、且形状尺寸一致的上横轭和下横轭，在上横轭和下横轭之间，垂直于上横轭和下横轭设置有三个芯柱，芯柱上卷绕有线圈，实际应用中，三个芯柱的尺寸结构一致，三个芯柱两两等距分布，分别设置在等边三角形的三个顶角处，使三相金属磁粉芯结构的三相的等效气隙相等。本发明结构巧妙实用，将三个芯柱两两等距设置，使三相电抗器的每一相的等效气隙相等，保证三相电抗器的电感量不平衡度小于4%，通过本发明的技术方案，可以得到三相磁粉芯结构，实现利用磁粉芯结构制作出低成本的、小体积的微型轻质三相电抗器。

Description

一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构

技术领域

本发明涉及金属磁粉芯电抗器领域，尤其涉及的是一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构。

背景技术

金属磁粉芯通常将相应的磁性材料粉末与粘结剂混合，通过模压、固化等工序，制成相应的形状，以适用于各种电感，尤其适用于EMI/RFI滤波电感、高频率低损耗要求的电感器等。由于金属磁粉芯的材料中掺入大量非磁性物质，使气隙分布到磁芯中，磁场能量就分布储存于整个磁芯中，避免了由于集中气隙所产生的强烈的电磁辐射与高频损耗。

由于金属磁粉芯的结构决定了其气隙基本均匀的分布在磁芯中，应用在单相电感结构时，具有极好的性能，但应用在三相电抗器结构时，不对称分布的气隙严重的影响了三相电抗器的电感量的平衡度。这是由于常用的三相电抗器铁芯结构为三相三芯柱结构，若使用金属磁粉芯作为三相电抗器的铁芯，在上下横轭中同样均匀分布有气隙，由三相三芯柱的结构可知，A、C两相（即左右两相）的磁路长度大于B相（中心相），从而使金属磁粉芯中的A、C相的等效气隙远大于B相。气隙大小对电感量影响甚巨，三相的等效气隙不一样会导致三相电抗器的电感量不平衡度超出范围，甚至会超出30%以上。因此，目前行业内并没有采用金属磁粉芯制作三相电抗器结构。

实际应用中，在一些特殊的要求下，需要使用到三相的金属磁粉芯电感，目前业内通用的做法是：将三相的金属磁粉芯电感分解成三个单相电感，每个单相电感使用环形或口字型金属磁粉芯制作，再将三个单相电感连接成三相电感使用。这种生产方式将三相电感分解成三个单相电感制作，大大增加了产品的成本、体积、损耗、生产工时等，不利于产品的小型化、低成本、低损耗和国家提倡的节能降耗的理念。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，旨在使三相电抗器结构的每一相的等效气隙相等，使金属磁粉芯可以应用到三相电抗器结构中。

传统的三相电感结构的三个芯柱一般是平面排列设置的，当将金属磁粉芯结构应用到三相电感结构中时，平面排列设置的三个芯柱导致了三相电感结构的AC两相和B相的等效气隙存在较大差异，这种差异直接影响了三相电感的平衡度，严重时，使三相电感量的不平衡度超出30%以上。

为了使三相电感结构的三相等效气隙相等，本发明提出以下技术方案：一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，包括平衡设置的、且形状尺寸一致的上横轭和下横轭，在上横轭和下横轭之间，垂直于上横轭和下横轭设置有三个芯柱，芯柱上卷绕有线圈，实际应用中，三个芯柱的尺寸结构一致，三个芯柱两两等距分布，分别设置在等边三角形的三个顶角处，使三相金属磁粉芯结构的三相的等效气隙相等。上横轭和下横轭分别固定连接三个芯柱的上端面和下端面，形成磁通回路，本发明提出的这种结构，三相电感结构的ABC三相的磁路长度完全相等，因此其三相等效气隙也基本完全相等，保证三相的电感量完全相等，提高了金属磁粉芯三相电感结构工作的稳定性，使金属磁粉芯三相电抗器的电感量的不平衡度小于4%。

具体的，芯柱为圆柱体芯柱、长方体芯柱或多边形芯柱中的一种。实际应用中，芯柱优选为圆柱体芯柱，这是由于圆柱体芯柱结构，其内部气隙分布更加均匀，制作得到的三相电抗器结构，其三相等效气隙接近度更高，三相电抗器的电感量的平衡度更高。

但是，由于采用圆柱体芯柱时，不同尺寸的圆柱体芯柱需要对应不同的模具，因此要求模具的数量太多，极大的提高了生产的成本以及降低了生产的便利性和灵活性。具体应用中，芯柱优选为由多个单体设置的等边三角形部件通过环氧胶水粘合组成的六边形芯柱，六边形接近于圆形，其内部气隙分布较为均匀，利于提高三相的平衡度；同时节省了铜线和空间，降低了生产成本和减少了产品体积。本发明提出的这种六边形芯柱结构，在具体生产时，只需要生产多个同一尺寸的等边三角形部件，再进行组装得到不同尺寸的六边形芯柱结构，同时也可以通过这些等边三角形部件组装得到其他正多边形芯柱结构，灵活性强，可适用于不同尺寸大小的产品。

更进一步的，为了利于各金属磁粉芯结合面的粘合，各单体设置的等边三角形部件的侧边上设置有凹槽，多个等边三角形部件组合形成芯柱后，在芯柱内部形成圆槽。组装前，将环氧胶涂于等边三角形部件侧边上的凹槽中和侧面上，当相邻的两个等边三角形部件的侧面与侧面结合压紧时，环氧胶会被挤出外表或挤进中部的圆槽中，将各单体设置的等边三角形部件牢固的粘结在一起，提高其组合的可靠性。

下面介绍上横轭和下横轭的结构。

上横轭和下横轭为圆形、等边三角形或Y形中的一种。进一步的，上横轭和下横轭中心处设置有空腔。空腔的设置有利于节省材料，同时有利于提高磁通回路的顺畅度。实际应用中，空腔为圆形或等边三角形。优选的，空腔为等边三角形，这种设置方式，使三相电抗器的三相磁通回路更加明确，保证磁路长度完全相等，从而保证三相的等效气隙一致，进一步降低三相电抗器的电感量的不平衡度。

具体应用中，上横轭和下横轭的形状优选为等边三角形，此时铁芯结构各相的等效磁路长度最短，在相同条件下磁路长度越短则其电感量越高。同时，等边三角形的上横轭和下横轭结构可以方便与芯柱结合，提高整体结构的稳固性，同时保证磁通回路的顺畅度和稳定性。同时，由于每一相的磁通均同时经三角形的两边流向另外两相，所以上横轭和下横轭的等边三角形每个边的截面积只需要芯柱截面积的一半，即可达到同样的磁通密度，降低了成本。

更进一步的，等边三角形的上横轭和下横轭结构由多个单体的长方体组成，等边三角形横轭中部形成等边三角形空腔。多个单体的长方体可以根据实际需要组合形成不同尺寸的等边三角形横轭结构，提高了横轭结构生产的灵活性和便利性，减少了模具的数量，降低了生产成本。同时，这种结构的上横轭或下横轭具有三个连接端面，分别对应三个芯柱的上下端面或相交的侧面，其三相等效气隙接近度更高，三相电抗器的电感量的平衡度更好。

本发明的有益效果：本发明结构巧妙实用，将三个芯柱两两等距设置，使三相电抗器的每一相的等效气隙相等，保证三相电抗器的电感量不平衡度小于4%，并提出了一系列的优化方案，使磁路更优化、加工模具通用化、成本更低、粘结更可靠。通过本发明的技术方案，可以得到三相磁粉芯结构，实现利用磁粉芯结构制作出低成本的、小体积的微型轻质三相电抗器。

附图说明

图1是横轭采用圆盘结构对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构的结构示意图。

图2是正六边形芯柱结构的三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图3是横轭采用圆环结构三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图4是横轭采用实体等边三角形结构三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图5是横轭设有空腔的等边三角形结构三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图6是图5的升级组合三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图7是图6的升级组合三相金属磁粉芯结构的俯视图。

图8是等边三角形部件的俯视图。

图9是利用图8中等边三角形部件组成的芯柱的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1

本实施例公开了一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，如图1所示，包括平衡设置的、且形状尺寸一致的上横轭110和下横轭120，在上横轭110和下横轭120之间，垂直于上横轭110和下横轭120设置有三个芯柱200（分别形成A相、B相和C相），芯柱200上卷绕有线圈300。实际应用中，三个芯柱200的尺寸结构一致，三个芯柱200两两等距分布，分别设置在等边三角形的三个顶角处，这种设置方式使三相金属磁粉芯结构的三相的等效气隙相等。

实际应用中，芯柱200或上横轭110和下横轭120可以使用单体磁粉芯制作，或者使用多个磁粉芯叠加而成（利用环氧胶固定）。该磁粉芯采用相应的磁性材料粉末与粘结剂混合，通过模压固化成型，制成预设的形状（例如环形、圆柱形、条形等）。根据材质的不同，磁粉芯主要分为铁硅铝磁粉芯、硅铁磁粉芯、铁硅镍磁粉芯、高磁通铁镍磁粉芯、铁镍钼磁粉芯等。

上横轭110和下横轭120分别固定连接三个芯柱200的上端面和下端面，形成磁通回路，本实施例的这种结构适用于不同的磁粉芯，可以使三相电感结构的ABC三相的磁路长度完全相等，因此其三相等效气隙也基本完全相等，保证三相的电感量完全相等，提高了三相电感结构工作的稳定性。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于4%。

实施例2

参见图2，本实施例基本与实施例1相同，不同的是，本实施例的芯柱200为正六边形芯柱，每个正六边形芯柱由6个单体设置的等边三角形部件210组成，这种设置结构将等边三角形部件设置成一个标准件，生产不同尺寸的芯柱并不需要使用不同的模具，只需要利用等边三角形部件进行任意组装即可，提高了生产效率，同时降低了生产成本。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于4%。

实施例3

参见图3，本实施例基本与实施例2相同，不同的是，本实施例的上横轭110和下横轭120中部设置有圆形空腔130（即上横轭110和下横轭120采用圆环结构），空腔130的设置有利于线圈热量向上散发和节省材料，同时有利于提高磁通回路的顺畅度。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于3%。

实施例4

参见图4，本实施例基本与实施例2相同，不同的是，本实施例的上横轭110和下横轭120设置成实心的等边三角形，这种设置方式，相比于实施例2中的圆形结构，更加节省材料，同时多余的空白更少，气隙更加集中，制作得到的三相电抗器结构，其三相等效气隙接近度更高。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于3%。

实施例5

参见图5，本实施例基本与实施例4相同，不同的是，本实施例的上横轭110和下横轭120的中心处设置有等边三角形的空腔130，上横轭110和下横轭120均由呈等边三角形排列的三个单体的长方体140组成（该单体的长方体140为长方体状的金属磁粉芯结构）。这种设置方式，相比于实施例4的结构，更加节省材料，同时三相磁通回路更加明确，保证三相磁路长度完全相等，从而保证三相的等效气隙一致，进一步降低三相电抗器电感量的不平衡度。另一方面，三个芯柱200两两之间的距离最短，磁感应最好，每一相的磁通均同时经三角形的相邻两边流向另外两相，所以上横轭110和下横轭120的等边三角形每个边的截面积只需要芯柱200截面积的一半，即可达到同样的磁通密度，降低了成本。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于2%。

实施例6

参见图6，本实施例基本与实施例5相同，不同的是，本实施例的上横轭110和下横轭120的每个边柱采用4条单体的长方体140组成，对应的，芯柱200采用24个单体设置的等边三角形部件210组成。这种设置结构，使单体的长方体140形成一个标准件，对于不同尺寸大小的上横轭110和下横轭120，只需采用数量不同的长方体140进行组装即可，提高生产效率和降低生产成本；另外，这种设置结构增大了电抗器的功率容量。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于3%。

实施例7

参见图7，本实施例基本与实施例6相同，不同的是，本实施例的上横轭110和下横轭120的每个边柱采用6条单体的长方体140组成，而芯柱200采用30个单体设置的等边三角形部件210组成，形成类平行四边形结构，在芯柱200与上横轭110或下横轭120的交界处只需增加3个等边三角形体补充。利用本实施例的三相金属磁粉芯结构制作得到的三相电抗器，其三相电感量的不平衡度小于3%。

参见图8，上述实施例2～7所用的单体设置的等边三角形部件210的三个侧边上均设置有凹槽501，多个等边三角形部件210组装形成芯柱后，该芯柱的内部形成圆槽502（参见图9）。组装前，将环氧胶涂于等边三角形部件侧边上的凹槽中和侧面上，当相邻的两个等边三角形部件的侧面与侧面结合压紧时，环氧胶会被挤出外表或挤进中部的圆槽中，将各单体设置的等边三角形部件牢固的粘结在一起，提高其组合的可靠性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，包括平衡设置的、且形状尺寸一致的上横轭和下横轭，在上横轭和下横轭之间，垂直于上横轭和下横轭设置有三个芯柱，所述芯柱上卷绕有线圈，其特征在于，所述三个芯柱的尺寸结构一致，三个芯柱两两等距分布，分别设置在等边三角形的三个顶角处，使三相金属磁粉芯结构的三相等效气隙相等。

2.根据权利要求1所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述芯柱为圆柱体芯柱、长方体芯柱或多边形芯柱中的一种。

3.根据权利要求2所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述芯柱为六边形芯柱。

4.根据权利要求3所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述的芯柱由多个单体设置的等边三角形部件组成。

5.根据权利要求4所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述等边三角形部件的三个侧边上均设置有凹槽，多个等边三角形部件组合形成芯柱后，在芯柱内部形成圆槽。

6.根据权利要求1所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述上横轭和下横轭为圆形、等边三角形或Y形中的一种。

7.根据权利要求6所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述上横轭或下横轭的中心处设置有空腔。

8.根据权利要求7所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述空腔为圆形空腔或等边三角形空腔。

9.根据权利要求7所述的对称等效气隙的三相金属磁粉芯结构，其特征在于，所述上横轭或下横轭为等边三角形横轭，所述等边三角形横轭的三侧边分别由多个单体的长方体组成，所述等边三角形横轭中部形成等边三角形空腔。