低型面大电流多间隙电感器组件制造技术

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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电感器和变压器。本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术的原理，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。作为本专利技术的一个特征，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。作为本专利技术的另一个特征，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)。本专利技术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。本专利技术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专利技术的这些和其它目的、优点、方面和特征。附图说明以下，结合附图对本专利技术进行详细描述，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是根据本专利技术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。具体实施例方式本专利技术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，通过设置凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
US 2002-3-27 10/109,4091.一种电感器组件，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD霍尔达尔，T塞特格伦，CW戈特马克，
申请(专利权)人：泰科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]