CN1475019A

CN1475019A - 新型铁氧体磁心

Info

Publication number: CN1475019A
Application number: CNA018190189A
Authority: CN
Inventors: H��Ī��Ъ; H·莫伊歇; M·埃斯格拉
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2004-02-11
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: MXPA03004317A; HUP0301855A2; TW540072B; PL361343A1; US20040090300A1; DE10066186B4; PL198086B1; US6696913B2; KR20030051819A; DE10056945A1; CN100446136C; JP2004514282A; DE10056945C2; US20020158743A1; EP1334495A1; WO2002041338A1

Abstract

本发明涉及一种特别适用于变压器的改进的铁氧体磁心，这种铁氧体磁心具有从E形磁心派生的结构型式，其中间段设计成椭圆横截面，该中间段的纵轴线平行于固定平面取向，且该椭圆横截面的长轴线与该固定平面保持垂直。该磁心是相对于一个含有该纵轴线并与该固定平面保持垂直的对称平面对称构造的，而且失真特别小。

Description

新型铁氧体磁心

铁氧体磁心在远程通信和数据系统技术中有各种各样的新用途。数据传输标准例如xDSL(任何数字用户线)或ISDN(综合业务数字网)要求专用的材料一磁心组合。因为具有铁氧体磁心的元件的性能既与材料又与铁氧体磁心的磁心形状密切相关。

铁氧体磁心例如可用作阻抗匹配的宽频带变压器、电话和数据信道(POTS)(普通老式电话服务)的隔离用的分路器或数字远程通信网的信号脉冲变压器，在这种数字远程通信网中可失真少地传输数字信号或模拟信号。在远程通信的现代终端设备中，需要的元器件的数目明显增加。与此同时，人们总是力求进一步减小组件和模块，以便进一步减小终端设备的尺寸和重量并由此改善可操作性。此外，人们还力求通过选用在一个底板上例如一块印制电路板上的这类元件需要的较小的装配面，来提高封装密度。尽管元件尺寸全面小型化，但元件的功率和性能并不会变坏。

xDSL变压器的标准型目前为EP13铁氧体磁心。这种铁氧体磁心在失真小的传输方面具有良好的性能，特别是，EP13磁心具有一个有利的磁心失真系数。这个系数是一个适用于判断畸变性能和畸变系数的量。为了减少铁氧体磁心需要的面积，可用比EP13磁心小的磁心，特别是，可用标准型，例如EP10和EP7磁心。但这类磁心以其减小了的尺寸而具有一个较小的中间段，这个中间段对元件会导致明显高的磁心失真系数，并由此降低元件的性能及其对数据传输的适用性。

所以，本发明的目的在于提出一种新型铁氧体磁心，这种铁氧体磁心在减小装配面的情况下，具有足够好的失真性能，并与标准型的同样大小的磁心比较，具有改善的磁心失真系数。

根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的铁氧体磁心来实现的。本发明的诸多有利结构和应用可从其他各项权利要求中得知。

本发明的铁氧体磁心在其结构型式方面，例如与标准型EP接近，即由两个半磁心组成，这两个半磁心具有一个垂直于装配面/固定平面和垂直于纵轴线的分界缝。和EP磁心一样，本发明的铁氧体磁心是一种介于E形磁心和罐形磁心之间的中间型式。它具有一个平行于固定平面和纵轴线的中间段，该中间段的两侧各有一个侧段。一个垂直于该中间段的纵轴线布置的端件这样连接该中间段和两个侧段，使该中间段和侧段的下缘位于一个平行于固定平面的平面内。该磁心具有一个对称平面，该对称平面与该固定平面保持垂直并包括该纵轴线。与公知的EP磁心不同的是，本发明的铁氧体磁心具有一个椭圆形横截面的中间段，其长轴与该固定平面保持垂直。

在本发明的一种优选结构中，两个侧段朝里的面基本上与中间段的椭圆形的横断面保持恒定的距离并构成一个空腔，以便安装线圈体。

与具有相同装配面积的可比的标准型比较，本发明的铁氧体磁心具有改进的性能。这就是说，在各种性能几乎保持不变的情况下，本发明的铁氧体磁心只以很小的损耗就可代替装配面积较大的铁氧体磁心。所以，用本发明的铁氧体磁心可生产高封装密度的元件。

在外形尺寸上，本发明的铁氧体磁心可做成与标准EP磁心一样并具有一个平行于固定平面的矩形底面。在中间段和侧段之间的空腔用来安装一个具有至少一个线圈的线圈体并通过侧段被部分地屏蔽。所以侧段在整个固定平面内具有一个比中间段大的高度。由侧段构成的空腔最好向上不完全封闭并向下朝固定平面具有一个最大的孔，该孔相当于该空腔的最大直径。

如果该中间段的横截面的高度尺寸大小宽度尺寸时，就会使本发明的铁氧体磁心获得许多优点。垂直于固定平面取向的椭圆横截面的最长直径最好相当于平行于固定平面测量的最短直径的1.2倍。本发明的铁氧体磁心可具有这样一个中间段，该中间段的横截面具有这样的长短轴或长短直径，即长短直径的长度相差5倍。

本发明的铁氧体磁心具有一个闭合磁路，但为了便于线圈体或线圈的安装，该铁氧体磁心分成了两半即由两个半磁心组成，这两个半磁心沿着一条分界缝拼合成一个整体磁心。该整体铁氧体磁心最好由两个镜像对称的半磁心组成，它们的对称平面垂直于固定平面和垂直于纵轴线。但也可这样划分铁氧体磁心，使其中间段和两侧段共属于一个半磁心，而第二“半磁心”只由一个另外的端件组成，该端件使该中间段和两侧段的自由端相互连接。但本发明铁氧体磁心的分界缝也可设置在垂直于纵轴线的任意位置上，这时形成大小不同的两个半磁心。

为了用本发明的铁氧体磁心制造变压器，使最好具有两个线圈的线圈体在该中间段上方移动，磁路通过两个半磁心拼接闭合。该线圈体可附加地具有固定销和接触销，它们用来连接线圈末端和建立与印制电路板或与模块基板的电连接。两个半铁心的接合可用锁紧件例如卡箍、夹子或盖罩来保证。

磁心在中间段上可具有或没有空气隙并可用不同的铁氧体材料制成。从EPCOS数据手册中公知的铁氧体材料T38、T42、N26和T55特别适用于信号传输。

但本发明铁氧体磁心的应用不限于信号传输。而是其也可用于功率传输，而且对改善或减少装配面积也表现出了它的优良性能。

下面结合实施例及其附图来详细说明本发明。

图1表示本发明铁氧体磁心的示意前视图；

图2表示本发明铁氧体磁心的示意横截面；

图3表示本发明铁氧体磁心的俯视图；

图4表示一个铁氧体磁心及其相应的线圈体。

图1表示一个本发明的铁氧体磁心，其中间段MB和两个侧段平行于一纵轴线L取向。垂直于该纵轴线设置了一个端件ES，该端件连接侧段S，S’和中间段MB。整个磁心镜像对称于一个对称平面SE，该平面通过中间段的中心延伸、具有纵轴线L并垂直于固定平面BE。侧段S，S’和中间段MB位于一个平行于固定平面BE的平面上。中间段MB具有一个椭圆形的横截面，其长的轴垂直于固定平面BE延伸。侧段S和中间段MB的高度在所示实施例中选用相同的尺寸，但对本发明的磁心来说，不是先决条件。

图2表示本发明磁心另一实施例的垂直于纵轴线L的示意横截面。图2a表示一种实施形式，此时侧段S、S’的高度HK大于中间段的高度HB。与图1所示的最简单的实施例不同的是，侧段S、S’面朝中间段的侧面SF是弯曲的，并以相应延长的曲率半径跟随中间段MB的曲率。侧段S、S’相应包围一个空腔、该空腔的内表面跟随中间段的表面，并相应构成接近椭圆的形状。但这个由两个侧段构成的、具有半椭圆横截面的空腔在图2a上方没有完全封闭并朝固定平面BE的方向具有一个最大的孔口。本发明铁氧体磁心的HB与BB之比即中间段高度与中间段宽度之比介于1.2和4之间。

图2b表示一个铁氧体磁心的示意横截面，与图2a比较，这个横截面具有较大的HB与BB之比。此外，两个侧段S向上这样延长，使中间段上方被这两个侧段包围的空腔向上是封闭的。

图3表示本发明铁氧体磁心的俯视图。整个铁氧体磁心具有一个闭合的磁路。为此，本发明需要两个半磁心。在图3中，两个相同的半磁心沿分界缝TF拼合成一个整体磁心，这个整体磁心除了具有沿纵轴线L的已述及的对称平面SE外，还具有另一个平行于分界缝TF的对称平面。在这个俯视图中示出的磁心相当于图2a所示的磁心，它的中间段MB的宽度(图中用虚线表示)大于两个侧段S、S’向上指向的孔口。除了图示两个半磁心的对称的分配外，也可使磁通量在所示两个半磁心之一内不通过一相同的第二半磁心闭合，而是通过另一个合适的端件ES闭合。当然，具有不同长度的侧段S和中间段MB的这两个半磁心可进行所有其他不对称的分配。但由于对称的原因，应优先选用图3所示的对称分配。

图4表示相应磁心的示意前视图。一个线圈体SK与铁氧体磁心分开示出，该线圈体推到该中间段上方并用来安装线圈。为此，线圈体SK具有一个与中间段的横截面一致的孔OF。该线圈体在下端有法兰F，连接销AS固定在该法兰中。连接销AS用来连接布置在线圈体SK上的线圈和用来固定由该线圈体、线圈和铁氧体磁心组成的总体结构例如一个变压器。

为了评估本发明图4构成的铁氧体磁心的失真特性，下面来计算相应几何形状的磁心失真系数，并与公知的标准型EP10和EP13的相应值进行比较。制造一个具有标准型EP10的外形尺寸的铁氧体磁心，该铁氧体磁心具有本发明的椭圆形中间段。下表中列出了上述的本发明铁氧体磁心EPX10的特征值与可比较的标准型EP10的值以及与下一个较大的标准型EP13的值，以进行比较。

	EP13	EPX10	EP10
	EP13	EPX10	EP10	a[mm]	12,5	11,5	11,5
b[mm]	8,8	7,6	7,6	a[mm]	12,5	11,5	11,5
b[mm]	8,8	7,6	7,6	h1[mm]	12,85	10,20	10,20
v_安装[mm³]	1413	890	890	h1[mm]	12,85	10,20	10,20
v_安装[mm³]	1413	890	890	l_e[mm]	24,2	21,5	19,2
A_e[mm²]	19,5	15,1	11,3	l_e[mm]	24,2	21,5	19,2
A_e[mm²]	19,5	15,1	11,3	A_最小[mm²](中间段)	14,9	13,2	8,55
A_最大[mm²](壁)	49,0	31,2	37,8	A_最小[mm²](中间段)	14,9	13,2	8,55
A_最大[mm²](壁)	49,0	31,2	37,8	l_N[mm]	23,8	24,3	21,5
A_N[mm²]	13,8	11,4	11,4	l_N[mm]	23,8	24,3	21,5
A_N[mm²]	13,8	11,4	11,4	CDF[mm^-4，5]	0,191	0,333	0,506

表中列出了铁氧体磁心的外部测量的宽度和高度a和b、长度h1、外体积V_安装、铁氧体磁心的有效磁路长度le、铁氧体磁心的有效的磁横截面A_e、线圈体的平均线圈长度l_N和线圈体的线圈横截面A_N。线圈失真系数CDF例如按1997年9月在芝加哥MMPA用户会议上介绍的方法进行计算，即：

CDF = \frac{Σ}{i} \frac{l_{i}}{l_{e}} \cdot \frac{l_{e}}{{A^{2}}_{e}} \cdot \frac{{l_{N}}^{3 / 2}}{{A_{N}}^{3 / 2}} = \frac{l_{e}}{{A^{2}}_{e}} \cdot \frac{{l_{N}}^{3 / 2}}{{A_{N}}^{3 / 2}}

计算表明，本发明磁心EPX10在与磁心EP10外形尺寸相同的情况下，仍显示出了明显改善的磁性能，特别是，从0.506下降到0.333的明显改善的磁心失真系数。所以磁心EPX10的低的CDF与下一个较大的标准型磁心EP13接近。很明显，在相同磁值的情况下，用本发明可减小所需的药物形态，尤其是可减少所需的装配面，或者在相同结构尺寸和特别是相同装配面的情况下，可明显改善铁氧体磁心的磁值。这样就可在装有本发明铁氧体磁心或由其制造的元件例如变压器的模块和印制电路板上实现更高的集成度。

虽然本发明只结合一些有代表性的实施例进行了说明，但在本发明的范围内，磁心形状还可进行其他修改，而不偏离本发明的原理。特别是，铁氧体磁心的外形即侧段的形状不受限制。但图中所示的立方形的外形具有这样的优点，即在给定的外部体积的情况下，这种外形可导致具有最佳磁性能的铁氧体磁心。本发明铁氧体磁心的立方体的外形尺寸在安装时的空间最佳化方面也是优选的，因为这种外形尺寸表示一种紧凑的结构型式。

Claims

1.变压器用的铁氧体磁心具有如下的特征：

两个侧段(S、S’)对称布置在一个中间段(MB)的两侧，在没有空气隙的铁氧体磁心中，所述两侧段的长度与中间段相同，或在具有空气隙的铁氧体磁心中，该两侧段的长度与中间段相差所述空气隙的宽度，且该两侧段分别以恒等的横截面沿铁氧体磁心(FK)的纵轴线(L)延伸，一个垂直于该纵轴线布置的端件(ES)这样连接该中间段和两个侧段，使中间段和两个侧段的下缘位于一个与以后的固定平面(BE)平行的平面内；

该中间段具有一个没有棱或角的椭圆形的横截面，该横截面具有一个与该固定平面垂直的长轴；

该磁心是相对于一个含有该纵轴线并与该固定平面保持垂直的对称平面(SE)对称构造的。

2.按权利要求1的铁氧体磁心，其中，

两个侧段(S、S’)的向里指向的面(SF)以几乎恒定的距离跟随中间段(MB)椭圆形横截面并构成一个空腔来安装线圈体(SK)。

3.按权利要求1或2的铁氧体磁心，其中，在固定平面(BE)上方的两个侧段(S、S’)的高度大于中间段(MB)的高度。

4.按权利要求1至3中任一项的铁氧体磁心，其中，该由两个侧段(S、S’)构成的、用来安装线圈体(SK)的空腔向下朝固定平面(BE)具有一个最大的孔，而向上则是几乎或完全封闭的。

5.按权利要求1的铁氧体磁心，

该磁心作为EP磁心构成，具有一个平行于固定平面(BE)的矩形周边和立方体的外形尺寸。

6.按权利要求1至5中任一项的铁氧体磁心，其中，

中间段(MB)的椭圆形横截面的最长的直径大致相当于最短直径的1.2至5.0倍。

7.按权利要求1至6中任一项的铁氧体磁心，

该磁心关于一个垂直于该固定平面和垂直于该纵轴线的对称平面是对称构成的。

8.具有一个按权利要求1至7中任一项所述的铁氧体磁心的变压器，其中，

磁心中的磁路用两个构造相同或相似的半磁心或一个第二端件实现闭合，并在中间段上方布置了一个具有至少一个线圈的线圈体(SK)。

9.按前述权利要求中任一项所述的铁氧体磁心应用于信号传输变压器。

10.按前述权利要求中任一项所述的铁氧体磁心的应用，在任何数字用户线xDSL应用时用作为阻抗匹配变压器和隔离变压器。

11.按前述权利要求任一项所述的铁氧体磁心的应用，它具有EP10磁心的外部尺寸并用来代替一个常规的EP13磁心。