专利名称：低型面大电流多间隙电感器组件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电感器和变压器。本发明特别涉及低型面大电流电感器或变压器，其包括具有多个间隙以减小杂散电磁场的铁磁性芯部结构。
背景技术：
大电流低型面电感器和变压器被广泛用于远程通讯、功率转换和数字数据电路领域中的多种应用中。这些电气部件通常使用铁磁性芯部和屏蔽。铁磁性材料例如铁粉，以及亚铁磁性材料例如铁氧体(在下文中也被称作“铁磁性材料”)具有特征温度，在高于或低于所述特征温度的情况下，铁磁性材料的电磁性能差异很大。该温度公知叫作居里温度。高于居里温度时，这些材料表现为顺磁性材料。低于居里温度时，这些材料表现出已周知的B Vs H磁滞回线。当被用作电感器和变压器的芯部结构时，有必要保持这些材料低于居里温度并且同时防止芯部饱和。一种已公知的抑制这些材料产生芯部饱和的方法是在磁芯结构中设置间隙。
随着电路设计得越来越小，已产生了至今未解决的需求，即，使与具有导体的电感器和变压器相关的杂散电磁场最小化，所述导体传导大电流并且被承载在具有间隙以防止芯部产生饱和的两件式铁磁性芯部中。虽然磁芯结构通常被用在大电流环境和应用中，但是在传导不断增大的电流时先前用以减小尺寸和所不希望的辐射排放的方法已证明会导致所述结构尺寸太大，在工作中过热，或者在特定应用或环境中使用太危险。
在如图1所示的现有技术的典型电磁装置11中，单个不连续的空气间隙10被限定在两件式铁磁性芯部结构12中。该间隙10使芯部结构12能处理大量电流而不饱和。如上所述，一旦磁芯结构达到饱和，所述磁芯结构将停止以其所需的电感性能进行工作。在实际情况下，芯部饱和会造成从简单过载状态至热量流失中的任何一种情况，并且甚至会发生灾难性的故障。尽管该空气间隙10通常可防止磁芯发生饱和，但是该空气间隙具有对附近导体不利的影响。由于存在所周知的“邻近效应”，因此在空气间隙10处的磁场(由附图标记13表示)有效地导体14的载流能力。当将导体暴露于强磁场中并且存在大于预期的电流阻力时存在这种邻近效应。增大导体电阻导致产生更多热量并可直接导致电磁装置和/或包括所述装置的电路或设备产生热量流失和灾难性的故障。
Mitsui等提交的题为“铁氧体磁芯”的美国专利No.4,424,504和Mitsui提交的题为“铁氧体磁芯”的美国专利No.4,760,366中给出了现有技术中的包括具有间隙的芯部的电感器/变压器的实例。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电感器组件，所述电感器组件具有两件式的两个间隙的铁磁性芯部，所述铁磁性芯部克服了现有技术的限制和缺点。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造电感器组件的方法，其中所述电感器组件具有两件式的两个间隙的铁磁性芯部，所述铁磁性芯部克服了现有技术的限制和缺点。
根据本发明的原理，电感器组件包括由绝缘的导电材料制成的限定出内部体积的一个线圈或多个线圈，由磁芯材料制成的位于所述内部体积中的内芯，和由磁芯材料制成的外芯，所述外芯包括覆盖在所述线圈和内芯上面并具有朝向所述线圈和芯部的极性端的相对的内壁的结构，使得在所述内芯端部和所述外芯相对的内壁之间存在至少两个磁性间隙。粘结剂将所述内芯固定在所述线圈内部体积内适当位置，并且为了保持两个磁性间隙，灌封材料相对于外芯封装所述内芯和线圈。所述内芯和所述外芯的磁芯材料最优选从以下包括MnZn，NiZn，MPP(含钼坡莫合金粉末)，以Kool MuTM为商标名出售的金属合金粉末芯材(约含85％铁，6％铝，9％硅)，Ni-Fe粉例如Hi-Flux(约含50％镍-50％铁)和山达斯特合金(约含80％镍-20％铁)，非晶态合金，铁和铁粉的材料组中进行选择。为获得低型面，所述线圈和内芯设置成扁平的形状，且所述外芯为扁平矩形盒状。
作为本发明的一个特征，由绝缘的导电材料制成的线圈终端具有向外暴露的平面接触表面，以有助于将电感器通过表面安装到印刷电路板或电路基片上。为防止在进行表面装配前所述接触表面产生所不希望的氧化，该暴露的平面接触表面优选镀锡或涂镀有无铅抗氧化材料。
作为本发明的另一个特征，所述内芯的至少一个端部设有限定的凹进部，用以在所述内芯在使用环境中接近芯部饱和时控制所述组件的电感特性衰减(rolloff)。
本发明还提供一种用于制造电感器组件的方法，所述方法包括以下步骤成形出由绝缘的导电材料制成的线圈以限定出内部体积，由磁芯材料成形出具有适于被放置在所述内部体积中的尺寸和几何形状的内芯，使用粘结剂将内芯固定在所述内部体积内以形成子组件，成形出由磁芯材料制成的外芯，以提供覆盖在所述线圈和内芯上面并与朝向所述线圈和芯部的极性端相对的结构，以及将所述子组件定位并固定在所述外芯中相对内壁之间，使得在所述内芯端部和所述外芯的相对内壁之间至少存在两个磁性间隙。
本发明的所述特征优选包括制备线圈终端的进一步步骤，用于与印刷电路板或电路基片形成直接表面安装连接。
在下文中，通过结合附图对所示优选实施例进行详细描述，将会更完整地理解和评价本发明的这些和其它目的、优点、方面和特征。
以下，结合附图对本发明进行详细描述，其中图1示出了根据现有技术的具有由两件式铁磁性芯部结构和单一间隙的电感器的截面放大图；图2是根据本发明原理所述的低型面大电流电感器或变压器组件的立体放大图，其中所述电感器或变压器组件包括多个间隙，用以减小杂散电磁场；图3是由图2所示部件构成的成品组件的正视图，其中包括将所述组件内部透视出的部分；和图4是图3所示成品组件的底视立体放大图，图中示出了在导体上形成的平层，以有助于自动拾取和放置用于将该组件安装和粘附到电路板上的表面。
具体实施例方式
本发明给出一种用于处理较大的空气间隙的新方法。即通过沿磁路设置和使用多个空气间隙，可容易地使在空气间隙中存在的磁场减小四倍。这种磁场的减小会减少邻近效应，导致包括电感器或变压器绕组的导线的有效电阻的减小。显示有效电阻减小的流动通过导体的电流导致产生更少的热量和较小的辐射电磁场。由于所述辐射场较小，因此，随之产生的辐射排放较小，特别是在如图2所示的优选实施例中。利用这种新技术，较小的电感器/变压器结构可实现给定量的能量存储，并具有低有效电阻、低发热性和较低的辐射排放等优点。
如图2所示，电感器/变压器组件20包括两件式结构，其中包括盒状外部结构15(在下文中被称作“外芯”)和杆状内部结构16(在下文中被称作“内芯”)。外芯15和内芯16二者主要由适当的铁磁性材料制成，所述铁磁性材料例如但不限于MnZn、NiZn、MPP或铁粉。可使用任何已公知的工艺成形出所述外芯15和内芯16，所述工艺包括但不限于对粉状芯部材料进行模压成形或烧结。组件20的另一个元件是包括围绕内芯16的至少二分之一匝的导体结构17。
可相对于在外芯15上相对的内壁21之间的内部尺寸沿纵向轴线减小内芯16的长度，以按要求留有所需间隙长度18，防止所述芯部饱和。通常使用传统的表面磨削、切割或其它适于在内芯16中所使用的磁性材料的研磨技术完成内芯16长度的尺寸确定。这一过程通常被称为使所述芯部“形成间隙”。
此外，内芯16在其一端或两端处可设有凹进部23。该凹进部23的主要功能是通过控制所述凹进部的相对形状调节特定电感器组件的饱和特性。若不设置凹进部23，当内芯16接近饱和时，电感特性将以更快的速度衰减。然而，通过设置凹进部23，一旦内芯16接近饱和时，电感特性将更平缓地衰减。通过控制凹进部23的尺寸和几何形状，特定的电感器/变压器组件可给出所需的衰减特性。
一旦内芯16形成所需长度的间隙，或是可将由绝缘的导体形成的线圈直接缠绕到内芯上，或是可将如图2所示的预绕线圈17插到内芯16上面。在图2所示实例中，在心轴或其它固定装置上预成形出两个交替相间的线圈，并且所得到的电感器组件20包括例如双股线绕制的变压器。根据本发明原理，所述内芯16沿公共的纵向轴线以线绕线圈17为中心，如图3所示。当如此居中时，两个磁间隙18被限定在所述内芯16的每一端部处。所述内芯16优选被放置在预绕线圈17中，所述内芯具有由生产固定装置提供的前档块，所述前档块部分地延伸进入由线圈17所限定的内部空间中。该生产固定装置的深度确定了每一间隙18的长度。然后，所述内芯16通过快速固化的粘结剂被固定到线圈17上，或者通过压缩弹簧作用和线圈17对所述内芯16的摩擦作用以机械方式被保持在适当位置。随后通过将线圈17的子组件和所述内芯16放入由外芯15所限定的空腔中，并且将介电灌封材料(通常为环氧或硅氧烷基材料)注入或倒入到该空腔中，以将线圈-内芯子组件相对于外芯15固定在所需位置，由此限定出两个磁芯间隙18，如图3所示，从而完成整个组件20的装配。
若按如图2所示的方式绕制线圈17的第一匝和最后一匝，使其略微径向向外延伸出所述线圈17的内匝，可利用已公知的研磨、切割、搭接和/或磨削技术从导线端部22上去掉介电层，如图4所示，从而实现有利的无铅表面固定连接处理19。然后，可对导终端部22的该裸露导体镀锡或涂镀一层无铅的抗氧化材料以防止产生氧化，为随后将其表面固定焊接到电气装置或线路板上作好准备。
本发明显而易见的改进包括，但不限于导体尺寸、导体上的匝数、导线类型、内芯或外芯的磁性材料，和例如用于容纳不同印刷电路板(PCB)基底面。同样，虽然图2示出了由相对较大直径导线构成的单层线圈17，然而也可以使用由较小直径导线构成的多层线圈。此外，虽然可使用较大直径的导体线进行如图4所示的导体端部的表面安装制备，但是也可使用其它方法将电感器/变压器组件附接到印刷电路板上，所述方法包括为塑料片基提供金属端子，较小直径的线圈导线被焊接、卷曲或锡焊到所述端子上。同时，在共同转让的正在审查的题为“自有引线的表面安装部件保持器”的美国专利申请No.10/109,162(与本申请在同一天提交)中所披露的方法可被用以有助于本发明的电感器/变压器的表面安装。该申请所披露的内容由此可作为整体在此被引用。
以上已对本发明的优选实施例进行了描述，现在应理解本发明的目标已得到完全实现，并且本领域的技术人员应该理解对结构上作出的许多改变和明显不同的实施例以及本发明的其它应用表明它们没有偏离本发明的精神和范围。因此，在此所披露的内容和描绘仅是示例性的并且在任何意义上都不是限制性的。
权利要求
1.一种电感器组件，包括由绝缘的导电材料制成的限定出内部体积的至少一个线圈，由磁芯材料制成的位于所述内部体积中的内芯，和由磁芯材料制成的外芯，所述外芯包括覆盖在所述线圈和内芯上面并具有朝向所述线圈和芯部的极性端的相对的内壁的结构，使得在所述内芯端部和所述外芯的相对内壁之间存在至少两个磁性间隙。
2.根据权利要求1所述的电感器组件，其中所述线圈和所述内芯具有扁平形状。
3.根据权利要求1所述的电感器组件，其中所述外芯为矩形盒状。
4.根据权利要求1所述的电感器组件，包括低型面电感器，其中所述外芯为矩形盒状并且所述线圈和所述内芯具有扁平形状。
5.根据权利要求1所述的电感器组件，其中所述由绝缘的导电材料制成的线圈的终端具有向外暴露的平面接触表面，以有助于将电感器组件通过表面安装到印刷电路板或电路基片上。
6.根据权利要求5所述的电感器组件，其中所述暴露的平面接触表面上涂镀有无铅抗氧化材料。
7.根据权利要求1所述的电感器组件，其中所述内芯的至少一个端部设有限定的凹进部，用以在所述内芯在使用环境中接近芯部饱和时控制所述组件的电感特性衰减。
8.根据权利要求1所述的电感器组件，其中所述内芯和所述外芯的磁芯材料从以下包括MnZn，NiZn，MPP，Ni-Fe，Fe-Al-Si，非晶态合金，铁和铁粉的材料组中进行选择。
9.根据权利要求1所述的电感器组件，进一步包括灌封材料，所述灌封材料用于相对于所述外芯将所述内芯和线圈封装到适当位置，以保持至少两个磁性间隙。
10.根据权利要求1所述的电感器组件，进一步包括用于将所述内芯固定在所述线圈的内部体积内的适当位置的粘结剂，和用于相对于所述外芯将所述内芯和线圈封装到适当位置，以保持至少两个磁性间隙的灌封材料。
11.根据权利要求1所述的电感器组件，包括多个线圈，由此形成变压器。
12.一种用于制造电感器组件的方法，所述方法包括以下步骤成形出至少一个由绝缘的导电材料制成的线圈以限定出内部体积，由磁芯材料成形出具有适于被放置在所述内部体积中的尺寸和几何形状的内芯，将所述内芯固定在所述内部体积中的适当位置处以形成子组件，成形出由磁芯材料制成的外芯，以提供覆盖在所述线圈和内芯上面并具有朝向所述线圈和芯部的极性端的相对的内壁的结构，以及将所述子组件定位并固定在所述外芯中相对内壁之间，使得在所述内芯端部和所述外芯的相对内壁之间存在至少两个磁性间隙。
13.根据权利要求12所述的用于制造电感器组件的方法，其中将内芯固定在所述内部体积内的适当位置以及将所述子组件放置并固定在所述外芯中的步骤导致沿所述内芯和线圈子组件的纵向轴线确定所述至少两个基本上等长的磁性间隙。
14.根据权利要求12所述的用于制造电感器组件的方法，包括制备线圈终端，用于与印刷电路板或电路基片形成直接表面安装连接的进一步步骤。
15.根据权利要求14所述的用于制造电感器组件的方法，其中制备终端的步骤包括限定具有大体上位于单一平面内的表面的平端面的步骤。
16.根据权利要求15所述的用于制造电感器组件的方法，其中制备终端的步骤进一步包括对所述平端面施加无铅抗氧化材料的步骤。
17.根据权利要求15所述的用于制造电感器组件的方法，其中制备终端的步骤进一步包括镀锡的步骤。
18.根据权利要求12所述的用于制造电感器组件的方法，其中形成所述内芯的步骤包括以下步骤，即在所述内芯的端部限定出凹进部，用以在所述内芯在预期的电路环境中使用时接近芯部饱和时控制所述组件的电感特性衰减。
19.根据权利要求12所述的用于制造电感器组件的方法，其中形成所述内芯的步骤和形成所述外芯的步骤通过使用从以下包括MnZn，NiZn，MPP，Ni-Fe，Fe-Al-Si，非晶态合金，铁和铁粉的材料组中选择出的磁芯材料而实施。
20.根据权利要求12所述的用于制造电感器组件的方法，其中形成所述至少一个线圈的步骤包括形成多个线圈使得所述电感器组件包括变压器的步骤。
全文摘要
一种电感器组件(20)，包括由绝缘的导电材料制成的限定出内部体积的一个线圈或多个线圈，由磁芯材料制成的位于所述内部体积中的内芯(16)，和由磁芯材料制成的外芯(15)，所述外芯包括覆盖在所述线圈和内芯上面并具有朝向所述线圈和芯部的极性端的相对的内壁的结构，使得在所述内芯端部和所述外芯的相对内壁之间至少存在两个磁性间隙(18)。还披露了一种用于制造所述组件的方法。
文档编号H01F3/14GK1656577SQ03812021
公开日2005年8月17日 申请日期2003年3月13日 优先权日2002年3月27日
发明者J·D·霍尔达尔, T·塞特格伦, C·W·戈特马克 申请人:泰科电子有限公司