專利名稱：新型電感鐵心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用在電力電子設(shè)備中的帶鐵心的感性器件，特別是涉及 一種新型電感鐵心。
背景技術(shù)：
在電力電子設(shè)備中，需要使用帶鐵心的感性器件來實現(xiàn)電路設(shè)計者的 目的，比如濾波、儲能等。目前普遍使用的電感鐵心，均使用同一種材料 制作鐵軛和鐵心柱，由于不同的軟磁材料具有不同的物理特性，如
硅鋼類材料具有機械強度高，易于焊接和沖孔加工的優(yōu)點，材料成本 也低。同時還具有高磁導率、高飽和磁通密度的優(yōu)點，但是它的缺點在于， 一方面硅鋼類材料在電流含豐富高次諧波的場合鐵心損耗較高，另一方面 工成很小的片狀會耗費大量工時。
軟磁鐵氧體類材料如MnZn材料具有高頻損耗很低的優(yōu)點，但是難以 制作成較大尺寸的零件，機械強度也很低，不能焊接和沖孔。另外，飽和 磁通密度很低，只有硅鋼材料的l/5左右，材料成本較高。
金屬軟磁粉心如鐵硅鋁磁粉心具有高的飽和磁通密度，高頻損耗低， 但是磁^率比較低，也難以制作成較大尺寸的件，不能焊接和沖孔，材料 成本較高。
故適用同一種軟磁材料制作電感鐵心的鐵軛和鐵心柱時，會存在損耗 高，電感效率低，尺寸大，重量大，噪聲高等缺陷。如單純使用硅鋼做軟 磁材料的電感，成本低，機械強度高；由于加工工藝原因，很難做到合理 的分散氣隙，使得氣隙附近雜散磁場引起的損耗過大，電感效率低、溫升 高。單純使用軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心材料的電感，效率較高、溫升低; 同時由于材料本身的原因，成本較高，尺寸較大，機械強度比較低；在 100kVA以上容量等級的變流設(shè)備中，電感的尺寸很大，幾乎沒有合適尺 寸的軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心零件可以用來做鐵軛。如果單純采用高頻 損耗較低的材料如軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心材料，則因為飽和磁通密度 和磁導率以及機械結(jié)構(gòu)方面的原因，電感的尺寸會比較大，重量也比較高; 另外，因為沒有較大尺寸的件做鐵軛，或者材料對應力敏感等因素，電感 鐵心很難可靠固定，會產(chǎn)生較高的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種損耗低，電 感效率高，重量輕，尺寸小，成本合理且加工工藝簡單的新型電感鐵心。 本發(fā)明的設(shè)計理念是來源于電感鐵心的不同部位所具有的不同性能要求。
鐵軛部，做為電感的主要受力部分，要安裝底板和夾件，需要承受較 大的內(nèi)部和外部應力， 一般不設(shè)置氣隙。而且鐵軛一般都暴露在空氣當中， 散熱條件比較好。鐵軛部分距離線圈較遠，可以允許比線圈適當高的溫升 (這意味著磁性材料的損耗可以偏大一些)，而不影響線圈的絕緣壽命。
在大型變流設(shè)備中使用的電感，鐵軛尺寸也比較大，從nX10到nX102111！11
的尺寸范圍。損耗較高但是便于加工的硅鋼比較適合做鐵軛。
鐵心柱部分，基本在線圈的包圍之中，散熱條件比較差，允許溫升要 低于或等于線圈溫升(這意味著磁性材料的損耗必須很低)。另外，還需 要設(shè)置合理的氣隙數(shù)量和氣隙尺寸，鐵心柱會分成很多段，每段沿磁路的 長度只有nX10mm的尺寸范圍。損耗低，難于制作成大尺寸零件的軟磁 鐵氧體或金屬軟磁粉心比較適合做鐵心柱。
本發(fā)明正是復合利用不同材料的特性，在要求機械強度較高和需要焊 接、夾緊固定的鐵軛上，使用磁導率高，機械強度高，易于焊接、沖孔的 硅鋼材料。利用鐵軛部位具有最佳散熱條件和硅鋼材料居里溫度很高的優(yōu) 勢，來對抗較高的損耗劣勢。在需要開氣隙的鐵心柱上，使用高頻損耗較 低、易于加工成小尺寸的軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心材料。這樣，能夠?qū)?現(xiàn)多氣隙數(shù)量，小的單個氣隙尺寸，從而大幅度降低氣隙附近雜散磁場引 起的附加損耗。
本發(fā)明利用高磁導率高飽和磁通密度的硅鋼片鐵軛來做受力部件，固 定整個電感的鐵心柱和線圈，也作為電感與外部固定的基座。鐵軛可以焊 接和沖孔。利用低損耗和易加工成分散氣隙的軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心 等做鐵心，大幅度減少因氣隙引起的附加損耗。依靠強有力的鐵軛固定鐵 心柱，降低噪聲。
綜合考慮磁導率、飽和磁通密度、損耗、散熱、成本以及機械強度等 問題，利用本發(fā)明可以設(shè)計出損耗低、噪聲小，尺寸與重量小，成本合理 的電感鐵心。
本發(fā)明的設(shè)計理念是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種新型電感鐵心，是由鐵軛和鐵心柱組成，其特征是所述鐵軛和
鐵心柱采用不同的軟磁材料制作；
上述軟磁材料為硅鋼片、軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心。 所述鐵軛采用硅鋼片制成，鐵心柱采用軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心； 所述金屬軟磁粉心為鐵粉心、鐵硅鋁磁粉心、高通量磁粉心或鉬坡莫
磁粉心。
本發(fā)明采用不同的軟磁材料復合，制作電感鐵心的鐵軛和鐵心柱。其 中鐵軛偏向于采用強度比較大、易于焊接和沖孔，且比較經(jīng)濟的軟磁材料， 如硅鋼；鐵心柱偏向于采用在高頻時損耗很低、重量比較輕，且便于加工成尺寸比較小的塊狀，本身在疊摞過程中會產(chǎn)生很多氣隙，同時又便于加 工氣隙的材料，如軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心。通過本發(fā)明制作的電感鐵 心，鐵軛簡單結(jié)實，鐵心柱損耗低，氣隙分散，擴散磁場產(chǎn)生的損耗很低, 具有高效率、低損耗、較輕的重量等優(yōu)點。


一圖1為本發(fā)明中以硅鋼片作鐵軛，鐵氧體塊作鐵心柱的電感鐵心的結(jié)
構(gòu)示意簡一圖2為本發(fā)明中以硅鋼片作鐵軛，鐵粉心塊作鐵心柱的電感鐵心的結(jié) 構(gòu)示意簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的電感鐵心的結(jié)構(gòu)同現(xiàn)有技術(shù)一樣，是由鐵軛1和鐵心柱2組 成，其改進之處在于鐵軛和鐵心柱的材料變化，即采用不同的軟磁材料制 作鐵軛和鐵心柱，所述的軟磁材料為硅鋼片(取向或無取向)、軟磁鐵氧 體或金屬軟磁粉心(如鐵粉心、鐵硅鋁磁粉心、高通量磁粉心、鉬坡莫磁 粉心)。
實施例1硅鋼片與鐵氧體復合鐵心逆變器輸出濾波電感
濾波電感技術(shù)參數(shù)
電流106A,電感量0.9mH，有5.6kHz等頻率的電流諧波約25A。
現(xiàn)有技術(shù)使用0.23mm冷軋取向硅鋼片制作的CD型鐵心，損耗在 520W左右，溫升較高，不能滿足設(shè)計要求。
本發(fā)明的電感鐵心，其鐵軛采用無取向硅鋼片，鐵心柱采用矩形鐵氧 體磁片疊摞而成，如圖一所示。損耗降到245W左右，損耗降低53%，溫 升明顯降低，滿足設(shè)計要求。
實施例2硅鋼片與鐵粉心復合鐵心PWM整流器續(xù)流電感
PWM整流器續(xù)流電感
電流60A,電感量l.lmH，有9.8kHz等頻率的電流諧波約12.5A。
現(xiàn)有技術(shù)使用0.18mm冷軋取向硅鋼片制作的疊片型鐵心，損耗在 280W左右，溫升較高，不能滿足設(shè)計要求。
本發(fā)明的電感鐵心，其鐵軛為0.23mm冷軋取向硅鋼片，鐵心柱用矩 形鐵粉心，如圖二所示。損耗降到165W左右，損耗降低41%，溫升明顯 降低，滿足設(shè)計要求。
權(quán)利要求
1. 一種新型電感鐵心，是由鐵軛(1)和鐵心柱(2)組成，其特征是所述鐵軛(1)和鐵心柱(2)采用不同的軟磁材料制作。
2. 按照權(quán)利要求1所述的電感鐵心，其特征是上述軟磁材料為硅 鋼片、軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心。
3. 按照權(quán)利要求'1或2所述的電感鐵心，其特征是所述鐵軛(1) 采用硅鋼片制成，鐵心柱(2)采用軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心。
4. 按照權(quán)利要求3所述的電感鐵心，其特征是所述金屬軟磁粉心 為鐵粉心、鐵硅鋁磁粉心、高通量磁粉心或鉬坡莫磁粉心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型電感鐵心，是由鐵軛和鐵心柱組成，其特征是所述鐵軛和鐵心柱采用不同的軟磁材料制作。本發(fā)明采用不同的軟磁材料復合，制作電感鐵心的鐵軛和鐵心柱，其中鐵軛偏向于采用強度比較大、易于焊接和沖孔，且比較經(jīng)濟的軟磁材料，如硅鋼；鐵心柱偏向于采用在高頻時損耗很低、重量比較輕，且便于加工成尺寸比較小的塊狀，本身在疊摞過程中會產(chǎn)生很多氣隙，同時又便于加工氣隙的材料，如軟磁鐵氧體或金屬軟磁粉心。通過本發(fā)明制作的電感鐵心，鐵軛簡單結(jié)實，鐵心柱損耗低，氣隙分散，擴散磁場產(chǎn)生的損耗很低，具有高效率、低損耗、較輕的重量等優(yōu)點。
文檔編號H01F1/14GK101430961SQ20081021273
公開日2009年5月13日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者焦海波 申請人:焦海波