磁性组件制造技术

本案关于一种磁性组件，包括：磁芯，具有多个磁柱，多个磁柱构成至少一磁路，且构成磁路的至少一磁柱上设置至少一低导磁率材料；以及至少一箔式绕组，以多层方式设置于至少一磁柱上，以于对应的磁柱上形成相互叠置的多层绕组部，且每一层绕组部的导体厚度的方向与低导磁率材料所在的磁柱的磁通方向垂直；其中多层绕组部沿着一排列方向逐渐靠近低导磁率材料，且沿着排列方向多层绕组部中至少有两层以上的绕组部的导体厚度具有减小的趋势。本发明专利技术的磁性组件对箔式绕组各绕组部的导体厚度进行优化设计，以减少绕组损耗，藉此使高频应用中的磁性组件在不增加体积的情况下，减小损耗，便于切换式电源装置实现小型化。

【技术实现步骤摘要】

本案关于一种磁性组件，尤指一种将箔式绕组优化设计以减少绕组损耗的磁性组件。
技术介绍
近年来，切换式电源装置已逐渐朝向小型化与高功率密度的趋势发展。典型地，切换式电源装置包括磁性组件，例如电感器、变压器，该磁性组件在体积、重量、损耗及成本等方面都占据切换式电源装置较大比例。为使磁性组件的体积可以进一步降低，并使切换式电源装置的功率密度可以提高，提高切换式电源装置的频率为有效的手段。然而，频率的提高对于磁性组件的设计条件将产生更为严苛的要求，特别是在高频应用中的磁性组件如何在不增加体积的情况下减小其损耗。典型地，磁性组件的损耗包括磁芯损耗以及绕组损耗，其中在高频应用时减少磁性组件绕组损耗的关键在于如何减小涡流损耗。在高频应用时，磁性组件的绕组一般采用利兹线(litzwire)或箔式导体，虽然采用利兹线可以显著降低在高频时绕组的涡流损耗，但由于利兹线的每一线股均包覆绝缘层，且绕组线股甚多，故使得利兹线绕组填充率较低，也不利于散热。此外，利兹线绕组与箔式绕组相比，不利于扁平化及自动化生产，因此箔式绕组已逐渐取代利兹线绕组。如何优化箔式绕组的设计以减小绕组损耗，为现今磁性组件设计的重要考量。典型的磁性组件，例如平面型电感器，一般说来至少包含磁芯、箔式绕组以及低导磁率材料，其中磁芯通常由多个磁柱架构而成。低导磁率材料设置于多个磁柱的其中之一磁柱上，以用于防止磁饱和现象发生。箔式绕组由多层绕组部所构成。影响磁性组件绕组损耗的设计参数包括绕组部的导体厚度，目前箔式绕组各层绕组部的导体采用相等的厚度，藉此便于设计与制作。然而，采用相等厚度对磁性组件的绕组损耗而言并非最优选择。箔式绕组的多个绕组部的导体厚度将会影响磁性组件的绕组损耗，因此有必要将箔式绕组各层绕组部的导体厚度进行优化，以减少磁性组件的绕组损耗。
技术实现思路
本案目的在于提供一种磁性组件，其利用箔式绕组的各绕组部的导体厚度优化设计，以减少绕组损耗，藉此可使高频应用中的磁性组件在不增加体积的情况下，减小磁性组件的损耗，便于切换式电源装置可以实现小型化。为达上述目的，本案的一较佳实施态样为提供一种磁性组件，包括：磁芯，包括多个磁柱，多个磁柱构成至少一磁路，且构成磁路的至少一个磁柱中设置至少一低导磁率材料；以及至少一组箔式绕组，以多层方式设置于至少一个磁柱上，以于对应的磁柱上形成相互叠置的多层绕组部，且每一层绕组部的导体厚度的方向与低导磁率材料所在的磁柱的磁通方向垂直；其中多层绕组部沿着一排列方向逐渐靠近低导磁率材料，且沿着该排列方向多层绕组部中至少有两层以上的绕组部的导体厚度具有减小的趋势。通过本专利技术提供的电磁组件，实现箔式绕组的各绕组部导体厚度的优化，减少了绕组损耗，使高频应用中的磁性组件在不增加体积的情况下，减小磁性组件的损耗，且可使切换式电源装置实现小型化。附图说明图1为常见典型磁性组件的导体厚度与损耗的关系曲线图。图2为集肤效应损耗和邻近效应损耗与绕组的导体厚度t之间的关系曲线图。图3为本案第一较佳实施例的磁性组件的结构示意图。图4为图3所示磁性组件的每一层绕组部的导体损耗与其导体厚度的关系图。图5为本专利技术方案的绕组部的导体厚度依据表1选择而绘制的每一层绕组部的导体厚度的曲线图。图6为将图5中的每一层绕组部的导体厚度曲线加上工艺上的允许误差值后的每一层绕组部的导体厚度曲线图。图7为本专利技术方案的绕组部的导体厚度依据表2选择而绘制的每一层绕组部的导体厚度的曲线图。图8为本案第二实施例的磁性组件的结构示意图。图9为本案第三实施例的磁性组件的结构示意图。图10为本案第四实施例的磁性组件的结构示意图。图11为本案第五实施例的磁性组件的结构示意图。图12为本案第六实施例的磁性组件的结构示意图。图13为本案第七实施例的磁性组件的结构示意图。附图标记说明：5：磁性组件50：磁芯501：第一磁柱502：第二磁柱503：第三磁柱504：第四磁柱505：低导磁率材料506：中柱60：箔式绕组600：绕组部70：磁路L1～LN、L’1～L’N：各层绕组部S1、S2：绕组部至低导磁率材料的距离↑A：方向具体实施方式体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图式在本质上仅当作说明之用，而非用于限制本案。为便于说明本案技术与原理，以下将以常见典型的磁性组件为对比示范例来说明如何优化箔式绕组以降低绕组损耗，进而完成本案的磁性组件设计。在高频应用中，常见典型的磁性组件由于集肤效应和邻近效应的存在，使得绕组损耗随着绕组部的导体厚度而呈现曲线变化，也就是在磁性组件设计中，若欲减小此绕组损耗，应尝试从集肤效应和邻近效应而找到每一层绕组部之一最佳厚度，其依据如下。请参考图1，图1为常见典型磁性组件的导体厚度与损耗的关系曲线图。由图1所示可知，总绕组损耗随着绕组部的导体厚度t的不同而呈现曲线状变化，当绕组部的导体厚度介于1×10-5米(m)与1×10-4米(m)之间时存在一最低损耗，而此时绕组部的导体最佳厚度为topt，换言之，不同厚度的导体，其绕组损耗不相同，且导体的厚度并非越厚越好，而是存在一最佳厚度，如超过此厚度，高频的涡流损耗反而增加。由此可知，若箔式绕组的绕组部的导体厚度采用相等厚度，将使得绕组产生不必要的绕组损耗。为了计算箔式绕组第n层绕组部的绕组损耗，首先计算第n层绕组部两侧的磁场强度H，再对多个磁柱所形成的环路应用安培环路定理，同时由于不含低导磁率材料的磁柱的导磁率较高，如忽略磁芯中的磁场强度，即可近似得到第n层绕组部的导体上表面的磁场强度为：上述式(1)中W为导体宽度，I0为通过每一层绕组部的导体的电流。同理，可得第n层绕组部的导体下表面的磁场强度为：从上述式(1)和(2)可以看出，越靠近低导磁率材料所在磁柱的绕组部两侧的磁场强度越大。再根据一维Dowell模型，可得第n层绕组部的导体的集肤效应引起的损耗Psn和邻近效应引起的损耗Ppn分别为：上述式(3)和(4)中，σ为导体的电导率，δ为导体的集肤深度，v为tn/δ，其中tn为第n层绕组部的导体厚度，因此第n层绕组部的导体的总损耗为：Pn＝Psn+Ppn(5)通过将所有层的损耗相加，即可得总绕组损耗，即：由上式可知，若每一层绕组部均取相同的厚度t，可得总绕组损耗P与厚度t的关系图如图1所示，当绕组部的导体厚度等于一最佳厚度topt时(例如介于1×10-5米(m)与1×10-4米(m)之间)，绕组损耗达到最小值。然而，不同层的绕组部的导体厚度都取相同的厚度，此种方式虽然方便设计与制造，但却忽略了部分不必要的绕组损耗。实际上，再进一步分析式(3)和(4)可知，每一层绕组部的导体的最佳厚度topt是不同的，如果分别对每一层绕组部的导体厚度做最佳适用的厚度优化设计，可得更低的绕组耗损。为了更容易理解本案的技术，定义两个函数A1(v)和A2(v)如下：并将两个函数A1(v)和A2(v)与绕组部导体厚度的变化关系绘制如图2所示，其中图2即为集肤效应损耗和邻近效应损耗与绕组部的导体厚度t之间的关系曲线图。接着，结合式(3)、(4)、(7)、(8)和图2可得，当绕组部的导体两侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性组件，其特征在于，包括：一磁芯，包括多个磁柱，该多个磁柱构成至少一磁路，且构成该磁路的至少一个磁柱中设置至少一低导磁率材料；以及至少一组箔式绕组，以多层方式设置于至少一个磁柱上，以于该磁柱上形成相互叠置的多层绕组部，且每一层该绕组部的导体厚度的方向与该低导磁率材料所在的该磁柱的磁通方向垂直；其中多层该绕组部沿着一排列方向逐渐靠近该低导磁率材料，且沿着该排列方向多层该绕组部中至少有两层以上的该绕组部的导体厚度具有减小的趋势。

【技术特征摘要】
1.一种磁性组件，其特征在于，包括：一磁芯，包括多个磁柱，该多个磁柱构成至少一磁路，且构成该磁路的至少一个磁柱中设置至少一低导磁率材料；以及至少一组箔式绕组，以多层方式设置于至少一个磁柱上，以于该磁柱上形成相互叠置的多层绕组部，且每一层该绕组部的导体厚度的方向与该低导磁率材料所在的该磁柱的磁通方向垂直；其中多层该绕组部沿着一排列方向逐渐靠近该低导磁率材料，且沿着该排列方向多层该绕组部中至少有两层以上的该绕组部的导体厚度具有减小的趋势。2.如权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，构成该箔式绕组的导体的横截面为矩形，且该导体的宽厚比大于5。3.如权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，该多个磁柱包含一第一磁柱、一第二磁柱、一第三磁柱及一第四磁柱，且该第一磁柱与该第三磁柱平行，该第二磁柱与该第四磁柱平行，该第一磁柱与该第三磁柱分别垂直于该第二磁柱与该第四磁柱，该第一磁柱中设置该低导磁率材料。4.如权利要求3所述的磁性组件，其特征在于，该第三磁柱设置该低导磁率材料。5.如权利要求3所述的磁性组件，其特征在于，该多个磁柱还包含一中柱，该中柱垂直连接于该第一磁柱及该第三磁柱且位于该第二磁柱及该第四磁柱之间，其中该多个磁柱构成一第一磁路及一第二磁路，该第一磁路由部分该第一磁柱、该第二磁柱、该中柱及部分该第三磁柱所构成，且该第二磁路由部分该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锦平，梅秀丽，周敏，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31