磁芯及包括該磁芯的電感器和變壓器的製作方法

2023-05-02 12:55:51

專利名稱：磁芯及包括該磁芯的電感器和變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁芯以及包括該磁芯的一種電感器和一種變壓器，更具體地講，涉及一種E形磁芯以及包括該磁芯的一種電感器和一種變壓器。
背景技術：
用於電感器或變壓器的芯可歸類為磁粉芯和鐵氧體芯，磁粉芯是由具有磁性的粉末狀複合金屬製成的芯。
芯通常由高磁導率金屬製成，並設置在由導線製成的線圈內部，有助於形成磁通或磁場。
雖然磁粉芯具有低磁導率和優良的電流特性，但是存在一個問題，即由於磁芯的製造成本高導致製造包括其的電子裝置的單位成本增加。
相反，鐵氧體芯相對便宜且高頻特性和損耗特性優良，但是由於鐵氧體磁芯的高磁導率導致其電流特性低劣。
因此，在僅使用兩種不同的芯之一的情況下，存在的問題在於芯具有低劣的電流特性或者需要高的製造成本。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供電流特性優良且製造成本低的磁芯、電感器和變壓器。
本發明的另外的特徵將在以下的描述中進行闡明，部分地通過描述是顯而易見的，或者可通過實施本發明而了解。
本發明的前述和/或其它方面可通過提供一種磁芯來實現，該磁芯包括第一芯，呈E形，具有第一長度的第一外側腿；第二芯，呈E形，具有大於第一長度的第二長度，並具有與第一外側腿相對應的第二外側腿。
根據本發明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根據本發明的一方面，第二芯包含鐵氧體。
根據本發明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根據本發明的一方面，第一芯包含鋁矽鐵粉。
根據本發明的一方面，第二芯包括形成在外側腿之間的中間腿，中間腿的長度小於第二長度。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯各包括形成在兩個外側腿之間的中間腿，第一芯的中間腿與第二芯的中間腿彼此分開。
根據本發明的一方面，一種電感器包括磁芯和纏繞在磁芯周圍的線圈。
根據本發明的一方面，一種變壓器包括磁芯和纏繞在磁芯周圍的線圈。
本發明的前述和/或其它方面可通過提供一種磁芯來實現，該磁芯包括第一芯，具有多個具有第一長度的第一腿；第二芯，具有多個第二長度的第二腿，第二長度大於第一長度，多個第二腿以與多個第一腿相對的方式設置。
根據本發明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根據本發明的一方面，第二芯包含鐵氧體。
根據本發明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根據本發明的一方面，第一芯包含鋁矽鐵粉。
本發明的前述和/或其它方面可通過提供一種磁芯來實現，該磁芯包括第一芯；第二芯，結合到第一芯，第二芯的體積大於第一芯的體積。
根據本發明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根據本發明的一方面，第二芯包含鐵氧體。
根據本發明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根據本發明的一方面，第一芯包含鋁矽鐵粉。
根據本發明的一方面，第二芯包含具有磁性的絕緣材料，通過燒結三氧化二鐵、氧化鋅、氧化錳和氧化鎳的混合物製得該絕緣材料。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯各呈E形，且以相對的方式互相結合。
本發明的前述和/或其它方面可通過提供一種磁芯來實現，該磁芯包括第一芯；第二芯，結合到第一芯；其中，第一芯和第二芯由不同的材料製成。
根據本發明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根據本發明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根據本發明的一方面，第一芯包含鋁矽鐵粉。
根據本發明的一方面，第二芯包含鐵氧體。
根據本發明的一方面，第二芯包含具有磁性的絕緣材料，通過燒結三氧化二鐵、氧化鋅、氧化錳和氧化鎳的混合物製得該絕緣材料。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯以相對的方式互相結合。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯各自以E形形成。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯以相對的方式互相結合。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯各自以E形形成。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯具有不同的形狀。
根據本發明的一方面，第一芯和第二芯各具有多個腿。
根據本發明的一方面，第一芯的多個腿中的至少一個和第二芯的多個腿中的一個設置成互相接觸。
要明白，前述一般的描述和下面詳細的描述是示例性的和說明性的，旨在提供對所要求的本發明進一步解釋。


通過以下結合附圖的示例性實施例的描述，本發明的上述和/或其它方面及優點將會變得顯而易見，且更加易於理解，附圖中圖1是示出根據本發明第一實施例的磁芯的示意圖；圖2是示出根據本發明第二實施例的磁芯的剖視圖；圖3是示出包括根據本發明第一實施例的磁芯的電感器的示意圖；圖4是示出包括根據本發明第三實施例的磁芯的變壓器的示意圖。
具體實施例方式
現在，將詳細參照本發明的實施例，本發明實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終表示相同的元件。下面通過參照附圖描述實施例來說明本發明。
在各種實施例中，相同的元件給出相同的標號，將在第一實施例中典型地描述相同的元件，而在其它實施例則省略其描述。
如圖1中所示，磁芯1包括均具有E字形狀的第一芯10和第二芯20。磁芯1用於電感器和變壓器並具有將被線圈(未示出)纏繞的第一磁芯10和第二磁芯20的腿(leg)11、13和15、21、23和25。
芯通常具有高磁導率。一般材料(如順磁體或抗磁體)中顯示的磁導率幾乎為1，並且其值根據材料的種類而改變，但是在象鋼一樣的亞鐵磁體或鐵磁體中，磁導率的值非常大。該值根據磁體的磁滯或磁場的強度而變化。磁導率越高，磁力越大，越容易受到磁場的影響。
第一芯10形成為E形，包括外側腿11和13及在外側腿11和13之間形成的中間腿15；第二芯20形成為E形，包括外側腿21和23及在外側腿21和23之間形成的中間腿25。這兩個芯10和20彼此面對，從而各自的腿11、13和15與腿21、23和35對稱地設置，並可互相結合。
第一芯10的腿11、13和15具有相同的長度d1，d1小於第二芯20的腿21、23和25的長度d2。根據本發明的第一芯10設置為包含磁粉材料的磁粉芯。
磁粉芯由鋁矽鐵粉(sendust)或者由Magnetics公司的商標名為「kool-μ」的公知合金製成，其中，鋁矽鐵粉為具有高磁導率的合金，其組分為大約5％的Al、大約10％的Si和大約85％的Fe。與後面描述的鐵氧體芯相比，磁粉芯具有較低的磁導率和優良的電流特性，但是如本發明背景中描述的一樣，存在一個問題，即磁粉芯提高了包括該芯的電子裝置的單位製造成本。
當對由線圈纏繞的芯提供電流時，由電場產生磁場，在芯中產生磁通。代表磁性的磁通密度與電流成比例增大，優選地，磁通密度在芯達到飽和態(芯損耗(lose)磁性的狀態)的同時保持與電流的特定關係。在該說明書中，磁通密度與電流的關係稱為「電流特性」。在磁通密度隨著電流的增大而快速增大以致到達飽和態的情況下，電流特性被確定為低劣。即，如果通過電流的微小變化芯就易於到達飽和態，則難以將芯用於電子裝置。相反地，確定了在磁通密度隨著電流的改變而適當地增大的情況下芯具有優良的電流特性。通常，磁導率高的芯具有低劣的電流特性。
除此之外，磁通密度隨著溫度升高而損耗稱為損耗特性。具有優良的損耗特性意味著磁通密度隨著溫度升高而損耗小。
即，第一芯10具有優良的電流特性，但製造昂貴，因此，在整個磁芯1中，與第二芯20相比，第一芯10是較小的部分。
第二芯20具有與第一芯10類似的構造，並與第一芯10相對設置。第二芯20的腿21、23和25的長度d2大於第一芯10的腿11、13和15的長度d1。因此，第二芯20的體積大於第一芯10的體積。
第二芯20包括鐵氧體芯。鐵氧體芯由通過燒結三氧化二鐵、氧化鋅、氧化錳和氧化鎳的混合物製得的具有磁性的絕緣材料製成，並具有高磁導率和優良的損耗特性。另外，由於鐵氧體芯燒結時易於製成各種形狀，所以其廣泛地作用磁芯。相反，儘管鐵氧體芯價格低、高頻特性優良且損耗特性優良，但是缺點在於由於鐵氧體芯的磁導率高導致其具有低劣的電流特性。
即，在根據本發明的磁芯1的情況下，包括磁粉芯的第一芯10和包括鐵氧體芯的第二芯20以不同的尺寸互相組合。即，用低價的鐵氧體芯形成磁芯1的大部分，而用磁粉芯形成磁芯1的小部分，以補償電流特性。
當第一芯10的磁導率為μ1(大約60至130)，第二芯10的磁導率為μ2(大約1000至3000)時，整個磁芯1的平均磁導率為(μ1+μ2)/2。因此，雖然在一定程度上可預料磁導率的損耗，但是通過使用低價的第二芯20，磁芯1仍具有價格優勢。
另外，如果僅使用第二芯20，則纏繞的大量線圈必定會延遲磁性達到飽和態的時間，並且芯的大小必定會與大量線圈成比例地增大。然而，通過第一芯10與第二芯20組合的構造，磁芯1可形成有相對小的體積。
簡言之，在需要用大量線圈獲得根據本發明的磁芯1的大電感的情況下，通過增加第二芯20的腿21、23和25的長度，可以以較低的價格提高磁容量。另外，可通過使用第一芯10使磁芯1小型化。
第一芯10和第二芯20的類型不局限於上述實施例，並可採用滿足各自的芯的特性的任一種材料。
另外，如果不止兩個芯可互相結合，則芯的形狀不局限於E形狀，並可採用任何形狀。
圖2是示出根據本發明第二實施例的磁芯的剖視圖。與圖1中的磁芯相比，第二芯20的中間腿27具有不同的長度。
如圖2中所示，第二芯20的中間腿27的長度d3小於外側腿21和23的長度d2。因此，在第一芯10的中間腿15和第二芯20的中間腿27之間，形成了預定空間，以容納空氣層。
根據本實施例的芯10和20的中間腿15和27當用於電感器或變壓器時用線圈纏繞。然後，在它們之間形成間隙。
設置為鐵氧體芯的第二芯20具有1000至3000的高磁導率。如上所述，磁芯的磁導率越高，磁芯將顯示低劣的電流特性。然而，可通過在腿15和27之間形成空氣來降低磁導率。因為空氣的磁導率大約為1，所以空氣基本降低了磁導率，從而改善了電流特性。
形成第一芯10和第二芯20之間的間隙的腿不局限於第二芯20的腿27，而由線圈纏繞的任何腿可在這兩個芯之間整體或局部地形成間隙。
圖3是示出包括根據本發明第一實施例的磁芯的電感器的示意圖。
如圖3中所示，電感器100包括磁芯1，包括第一芯10和第二芯20；線圈30，纏繞在磁芯1的周圍。一個電感器可包括多個芯1和線圈30的組合。
在本實施例的電感器100中，線圈纏繞在磁芯1的中間腿的周圍。如所示出的，當電流(i)流動時，沿著外側腿形成點線所示出的閉合迴路的磁場。
在由線圈30纏繞的中間腿之間，可形成與圖2中的實施例一樣的空氣層。
圖4是示出包括根據本發明第三實施例的磁芯的變壓器的示意圖。
根據圖4中示出的實施例的變壓器200包括矩形磁芯，矩形磁芯由分別具有的形狀的第一芯40和第二芯50形成。另外，線圈30(I)和30(II)纏繞在腿41、43和腿51、53的周圍。腿41、43和腿51、53用來將第一芯40結合到第二芯50。
第一芯40包括磁粉芯，體積大於第一芯40的第二芯50包括鐵氧體芯。纏繞在腿41和51周圍的線圈30對應於初級線圈(I)，纏繞在腿43和53周圍的線圈30對應於次級線圈(II)。由沿著初級線圈(I)流動的電流產生的磁場感應次級線圈(II)，然後由次級線圈(II)產生感應電動勢。
變壓器200可通過調節線圈的匝數，即，改變初級線圈(I)和次級線圈(II)的匝數比，來變化感應電動勢的大小或改變電壓。
如上所述，根據本發明，不僅提供了磁芯，還提供了具有優良電流特性且製造成本低的電感器和變壓器。
雖然已經示出和描述了本發明的一些示例性實施例中，但是本領域的技術人員應該明白，在不脫離本發明的原理和精神的情況下，可在這些實施例中做出改變，其中，本發明的範圍限定在權利要求及其等同物內。
權利要求
1.一種磁芯，包括第一芯，呈E形，具有第一長度的第一外側腿；第二芯，呈E形，具有大於所述第一長度的第二長度，並具有與所述第一外側腿相對應的第二外側腿。
2.根據權利要求1所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
3.根據權利要求2所述的磁芯，其中，所述第二芯包含鐵氧體。
4.根據權利要求3所述的磁芯，其中，所述第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
5.根據權利要求3所述的磁芯，其中，所述第一芯包含鋁矽鐵粉。
6.根據權利要求3所述的磁芯，其中，所述第二芯包括中間腿，形成在所述外側腿之間，所述中間腿的長度小於所述第二長度。
7.根據權利要求1所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各包括中間腿，形成在所述兩個外側腿之間，所述第一芯的所述中間腿與所述第二芯的所述中間腿彼此分開。
8.一種電感器，包括根據權利要求1至權利要求7中任一項所述的磁芯；線圈，纏繞在所述磁芯的周圍。
9.一種變壓器，包括根據權利要求1至權利要求3任一項所述的磁芯；線圈，纏繞在所述磁芯的周圍。
10.一種磁芯，包括第一芯，具有多個具有第一長度的第一腿；第二芯，具有多個第二長度的第二腿，所述第二長度大於所述第一長度，所述多個第二腿以與所述多個第一腿相對的方式設置。
11.根據權利要求10所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
12.根據權利要求11所述的磁芯，其中，所述第二芯包含鐵氧體。
13.根據權利要求11所述的磁芯，其中，所述第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
14.根據權利要求11所述的磁芯，其中，所述第一芯包含鋁矽鐵粉。
15.一種磁芯，包括第一芯；第二芯，結合到所述第一芯，所述第二芯的體積大於所述第一芯的體積。
16.根據權利要求15所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
17.根據權利要求16所述的磁芯，其中，所述第二芯包含鐵氧體。
18.根據權利要求16所述的磁芯，其中，所述第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
19.根據權利要求18所述的磁芯，其中，所述第一芯包含鋁矽鐵粉。
20.根據權利要求17所述的磁芯，其中，所述第二芯包含具有磁性的絕緣材料，通過燒結三氧化二鐵、氧化鋅、氧化錳和氧化鎳的混合物製得所述絕緣材料。
21.根據權利要求15所述磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各呈E形，且以相對的方式互相結合。
22.一種磁芯，包括第一芯；第二芯，結合到所述第一芯；其中，所述第一芯和所述第二芯由不同的材料製成。
23.根據權利要求22所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
24.根據權利要求23所述的磁芯，其中，所述第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
25.根據權利要求24所述的磁芯，其中，所述第一芯包含鋁矽鐵粉。
26.根據權利要求23所述的磁芯，其中，所述第二芯包含鐵氧體。
27.根據權利要求26所述的磁芯，其中，所述第二芯包含具有磁性的絕緣材料，通過燒結三氧化二鐵、氧化鋅、氧化錳和氧化鎳的混合物製得所述絕緣材料。
28.根據權利要求26所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯以相對的方式互相結合。
29.根據權利要求28所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各自以E形形成。
30.根據權利要求22所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯以相對的方式互相結合。
31.根據權利要求30所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各自以E形形成。
32.根據權利要求22所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯具有不同的形狀。
33.根據權利要求32所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各具有多個腿。
34.根據權利要求33所述的磁芯，其中，所述第一芯的所述多個腿中的至少一個和所述第二芯的所述多個腿中的一個設置成互相接觸。
全文摘要
本發明涉及一種磁芯，該磁芯包括具有不同形狀和/或材料的第一芯和第二芯，以實現高電流特性、高磁導率和對溫度改變的高忍耐性。
文檔編號H01F41/02GK1996515SQ20061014680
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月24日 優先權日2006年1月6日
發明者李秦衡, 李敬根 申請人:三星電子株式會社