一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体及其实现方法技术

本发明专利技术提供了一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体。包括均由低磁阻磁路和高磁阻磁路组成的第一组磁路、第二组磁路以及分别设置在两组磁路上的激励线圈；还包括至少一个连接两组磁路的永磁体连接磁路；永磁体位置及永磁体极性的设置使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反。本发明专利技术利用永磁体产生的永磁磁通抵消流过磁元件绕组中流过电流的直流部分产生的直流磁通，又防止磁元件绕组中流过电流的交流成分产生的交流磁通对永磁体进行切割，从而既减小了磁元件中磁芯材料的体积或增大磁元件的工作电流，又保证了永磁体基本不产生交流磁通涡流损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体及其实现方法。
技术介绍
功率磁元件在各种功率变换器中有十分广泛的应用，如PFC电路的Boost电感，DC/DC变换器的输出滤波电感，UPS，变频器和逆变器中的输出电感等。但随着功率的提高和直流偏磁磁通密度的增加，磁芯饱和问题也随之而来，进而引起电感量的下降。为了解决上述问题，人们将永磁材料应用在功率电感上，以期利用永磁材料产生的磁场来抵消流过电感线圈电流的直流部分造成的偏磁。现有技术1如图1所示，将永磁材料放置于磁芯气隙中（可以填满气隙或者永磁体和磁芯中间留有间隙）。对于铁氧体永磁材料，电阻率比较高，在高频磁通下，引起的涡流损耗相对比较小，但是铁氧体永磁材料的剩磁磁密和矫顽磁力比较低，允许的工作温度也比较低，在工作中，容易造成退磁失效。对于稀土烧结永磁材料，剩磁磁密和矫顽磁力大大提高，允许的工作温度也很高，但是电阻率比较低，在高频磁通下，会带来很大的涡流，造成损耗和温度的增加。现有技术2如图2所示，将永磁体放置在磁元件磁芯气隙的附近，并通过增加额外的导磁材料连接形成磁回路，而永磁体是采用稀土磁性粉末与粘结剂形成的粘结磁铁，因此具有高的电阻率，从而降低高频涡流损耗。但是粘结永磁的偏磁能力虽然比铁氧体永磁高，但比稀土烧结永磁体的偏磁能力低很多，难以得到很好的效果。如果采用永磁性能好的烧结永磁体，则为了降低永磁体的涡流损耗，就必须降低和消除进入永磁体的交流磁通，这就需要从结构上设计永磁体磁路，使得其磁阻大大大于（至少5倍以上）气隙磁阻，才能有效减小交流励磁磁通进入永磁体磁路，从而降低和避免永磁体中的涡流损耗，但这样就影响了永磁体磁路的设计和实际应用，也增加额外体积。上述两个技术的缺点是永磁体中会产生很大的涡流效应，造成损耗和温度的增加，从而可能引发退磁失效，最终失去作用。导致磁元件在工作中磁芯饱和，性能变差。上述问题是由于永磁体放置于磁元件的气隙中间或旁边，磁元件绕组中流过的高频交流电流会产生高频交变磁场，在上述两个技术中，此高频磁场都不可避免的对永磁体进行切割，从而引发上述现象。本专利技术的主要是目的是即利用永磁体产生的永磁磁通抵消流过磁元件绕组中流过电流的直流部分产生的直流磁通，又防止磁元件绕组中流过电流的高频成分产生的高频磁通对永磁体进行切割，从而即减小了磁元件中导磁材料的体积，又保证了永磁体和磁元件的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体及其实现方法，利用永磁体产生的永磁磁通抵消流过磁元件绕组中流过电流的直流部分产生的直流磁通，又防止磁元件绕组中流过电流的高频成分产生的高频磁通对永磁体进行切割，从而即减小了磁元件中导磁材料的体积，又保证了永磁体和磁元件的稳定性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，包括均由低磁阻磁路和高磁阻磁路组成的第一组磁路、第二组磁路以及分别设置在所述第一组磁路、第二组磁路上的激励线圈；还包括至少一个设置在所述第一组磁路、第二组磁路之间且连接第一组磁路、第二组磁路的永磁体连接磁路；所述永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反。在本专利技术一实施例中，所述低磁阻磁路由高磁导率磁材料构成；所述高磁阻磁路由高磁导率材料与气隙、低磁导率材料、低磁导率与气隙或者他们的组合构成。在本专利技术一实施例中，所述永磁体连接磁路由包括永磁体材料、空气隙和铁磁导磁材料设计构成。在本专利技术一实施例中，所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯具有相同或不同的形状、尺寸。在本专利技术一实施例中，所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯为包括U型、C型、E型的磁芯。在本专利技术一实施例中，所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯由包括铁氧体、非晶、磁粉芯、硅钢片的软磁性材料组成。在本专利技术一实施例中，所述磁性元件组合体能够作为包括滤波电感、扼流圈、变压器使用。在本专利技术一实施例中，所述磁性元件组合体能够作为两个磁性元件分别使用，或者通过所述激励线圈串联、并联作为一个磁性元件使用。在本专利技术一实施例中，所述磁性元件组合体能够由两组以上磁路构成。本专利技术还提供了一种基于上述所述的具有永磁偏磁的磁性元件组合体的实现方法，通过对永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置，使得永磁体在第一组磁路、第二组磁路的全部或部分磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路、第二组磁路上产生的直流磁通方向相反，使得永磁磁通与直流磁通相互抵消，且使得激励线圈的交流分量电流产生的交流磁通不会经过永磁体连接磁路，避免了交流磁通在永磁体上引起的涡流损耗。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用永磁体产生的永磁磁通抵消流过磁元件绕组中流过电流的直流部分产生的直流磁通，又防止磁元件绕组中流过电流的高频成分产生的高频磁通对永磁体进行切割，从而即减小了磁元件中导磁材料的体积，又保证了永磁体和磁元件的稳定性。附图说明图1为现有技术一。图2为现有技术二。图3为本专利技术磁性元件组合体原理示意图。图4为采用本专利技术磁性元件组合体及不采用本专利技术磁性元件组合体电感感量与通过直流电流的关系对比图。图5为本专利技术实施例1。图6为本专利技术实施例2。图7为本专利技术实施例3。图8为本专利技术实施例4。图9为本专利技术实施例5。图10为本专利技术实施例6。图11为本专利技术实施例7。图12为本专利技术实施例8。图13为本专利技术实施例9。图14为本专利技术实施例10。图15为本专利技术实施例11。图16为本专利技术实施例12。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术的一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，包括均由低磁阻磁路和高磁阻磁路组成的第一组磁路、第二组磁路以及分别设置在所述第一组磁路、第二组磁路上的激励线圈；还包括至少一个设置在所述第一组磁路、第二组磁路之间且连接第一组磁路、第二组磁路的永磁体连接磁路；所述永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反。所述低磁阻磁路由高磁导率磁材料构成；所述高磁阻磁路由高磁导率材料与气隙、低磁导率材料、低磁导率与气隙或者他们的组合构成。所述永磁体连接磁路由包括永磁体材料、空气隙和铁磁导磁材料设计构成。所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯具有相同或不同的形状、尺寸。所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯为包括U型、C型、E型的磁芯。所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯由包括铁氧体、非晶、磁粉芯、硅钢片的软磁性材料组成。所述磁性元件组合体能够作为包括滤波电感、扼流圈、变压器使用。所述磁性元件组合体能够作为两个磁性元件分别使用，或者通过激励线圈串联、并联作为一个磁性元件使用。所述磁性元件组合体能够由两个以上磁芯构成。本专利技术还提供了一种基于上述所述的具有永磁偏磁的磁性元件组合体的实现方法，通过对永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置，使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反，使得永磁磁通与直流磁通相互抵消，且由于激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：包括均由低磁阻磁路和高磁阻磁路组成的第一组磁路、第二组磁路以及分别设置在所述第一组磁路、第二组磁路上的激励线圈；还包括至少一个设置在所述第一组磁路、第二组磁路之间且连接第一组磁路、第二组磁路的永磁体连接磁路；所述永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：包括均由低磁阻磁路和高磁阻磁路组成的第一组磁路、第二组磁路以及分别设置在所述第一组磁路、第二组磁路上的激励线圈；还包括至少一个设置在所述第一组磁路、第二组磁路之间且连接第一组磁路、第二组磁路的永磁体连接磁路；所述永磁体连接磁路中永磁体位置及永磁体极性的设置使得永磁体在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的永磁磁通方向与所述激励线圈在第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯上产生的直流磁通方向相反。2.根据权利要求1所述的一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：所述低磁阻磁路由高磁导率磁材料构成；所述高磁阻磁路由高磁导率材料与气隙、低磁导率材料、低磁导率与气隙或者他们的组合构成。3.根据权利要求1所述的一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：所述永磁体连接磁路由包括永磁体材料、空气隙和铁磁导磁材料设计构成。4.据权利要求1所述的一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯具有相同或不同的形状、尺寸。5.据权利要求1所述的一种具有永磁偏磁的磁性元件组合体，其特征在于：所述第一组磁路磁芯、第二组磁路磁芯为包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为，杨仕军，郑端端，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35