磁芯中柱氣隙倒角maxwell仿真分析

鐵氧體電感設(shè)計(jì)中如果磁芯尺寸選的不夠大（Ae?。?，為了降低磁芯損耗/減小ΔB，需要把電感匝數(shù)加多，這時(shí)候磁芯氣隙就會(huì)變大。處理過大的氣隙，常用方法是氣隙分段，或者用粉芯磁路來填充。當(dāng)氣隙不是特別大時(shí)，還有種方法可以應(yīng)對(duì)--氣隙倒角。本文以三個(gè)例子說明氣隙形狀的影響。

磁芯是EE42鐵氧體，中柱開氣隙；繞組是1匝的實(shí)心銅帶，距離磁芯中柱2mm。

一、矩形氣隙無倒角

氣隙位于磁芯中柱正中間，2mm氣隙。

1、靜磁場(chǎng)

電流激勵(lì)10A，電感量約230nH

做直流電流掃描分析，得到如下電感偏置曲線，電感量400A開始衰減。

400A時(shí)磁芯中柱磁感應(yīng)強(qiáng)度如下

和通常認(rèn)識(shí)不同，該電感并沒有表現(xiàn)出急劇的電感量衰減。如下是10A激勵(lì)時(shí)磁芯截面磁感應(yīng)強(qiáng)度幅度分布，可以看到在中柱氣隙邊沿拐角處，磁感應(yīng)強(qiáng)度存在局部的高值區(qū)域。隨著電流加大，該區(qū)域會(huì)先飽和，磁芯局部飽和帶來電感量開始下降。由于磁芯不是全部飽和所以電感量不會(huì)迅速衰減到空心線圈的電感量。

2、渦流場(chǎng)

激勵(lì)頻率100kHz，幅值10A

繞組損耗0.031W

電感量0.2uH，這比靜磁場(chǎng)結(jié)果稍小

90度，電感截面磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布

90度，繞組截面電流密度幅度分布。氣隙處有明顯的渦流效應(yīng)，局部損耗變大

二、矩形氣隙，2mm倒角

氣隙位于磁芯中柱正中間，2mm氣隙，倒角2mm。

1、靜磁場(chǎng)

電流激勵(lì)10A，電感量約180nH

做直流電流掃描分析，得到如下電感偏置曲線，電感量500A開始衰減。電流更大是因?yàn)殡姼辛孔冃×恕?/p>

500A時(shí)磁芯中柱磁感應(yīng)強(qiáng)度如下

如下是10A激勵(lì)時(shí)磁芯截面磁感應(yīng)強(qiáng)度幅度分布，電流太小，氣隙附近局部B高值區(qū)域不明顯。但從電感量偏置曲線可以得出，該氣隙形狀仍然是存在局部飽和的。

2、渦流場(chǎng)

激勵(lì)頻率100kHz，幅值10A

繞組損耗0.026W，稍有減小

電感量0.15uH，這比靜磁場(chǎng)結(jié)果稍小

90度，電感截面磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布，與一中無明顯差異

90度，繞組截面電流密度幅度分布。氣隙處有更大區(qū)域的渦流效應(yīng)，這是因?yàn)闅庀斗秶?/p>

三、矩形氣隙，1mm倒角

氣隙位于磁芯中柱正中間，1.8mm氣隙，倒角1mm。

1、靜磁場(chǎng)

電流激勵(lì)10A，電感量約220nH

做直流電流掃描分析，得到如下電感偏置曲線，電感量400A開始衰減。

400A時(shí)磁芯中柱磁感應(yīng)強(qiáng)度如下

如下是10A激勵(lì)時(shí)磁芯截面磁感應(yīng)強(qiáng)度幅度分布，電流太小，氣隙附近局部B高值區(qū)域不明顯。結(jié)果與二中類似。

2、渦流場(chǎng)

激勵(lì)頻率100kHz，幅值10A

繞組損耗0.03W，與一相當(dāng)

電感量0.2uH，這比靜磁場(chǎng)結(jié)果稍小

90度，電感截面磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布

90度，繞組截面電流密度幅度分布。氣隙處渦流效應(yīng)區(qū)域比二小

三和一相比，達(dá)到同樣的電感量，需要的氣隙長(zhǎng)度減小，繞組損耗也沒有增加。本文是45度倒角，可以擴(kuò)展，其他形狀的倒角同樣可以達(dá)到該效果。不同的倒角形狀，帶來的局部磁場(chǎng)分布是不同的，對(duì)氣隙的減小量也就不同，同時(shí)對(duì)氣隙處繞組渦流的影響也不同。

控制氣隙處倒角形狀，甚至還可以控制鐵氧體電感量的偏置衰減快慢。