CN1996515A - 磁芯及包括该磁芯的电感器和变压器 - Google Patents

磁芯及包括该磁芯的电感器和变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁芯，该磁芯包括具有不同形状和/或材料的第一芯和第二芯，以实现高电流特性、高磁导率和对温度改变的高忍耐性。

Description

磁芯及包括该磁芯的电感器和变压器
本申请要求于2006年1月6日在韩国知识产权局提交的第2006-0001707号韩国专利申请的优先权，该申请公开于此，以资参考。
技术领域
本发明涉及一种磁芯以及包括该磁芯的一种电感器和一种变压器，更具体地讲，涉及一种E形磁芯以及包括该磁芯的一种电感器和一种变压器。
背景技术
用于电感器或变压器的芯可归类为磁粉芯和铁氧体芯，磁粉芯是由具有磁性的粉末状复合金属制成的芯。
芯通常由高磁导率金属制成，并设置在由导线制成的线圈内部，有助于形成磁通或磁场。
虽然磁粉芯具有低磁导率和优良的电流特性，但是存在一个问题，即由于磁芯的制造成本高导致制造包括其的电子装置的单位成本增加。
相反，铁氧体芯相对便宜且高频特性和损耗特性优良，但是由于铁氧体磁芯的高磁导率导致其电流特性低劣。
因此，在仅使用两种不同的芯之一的情况下，存在的问题在于芯具有低劣的电流特性或者需要高的制造成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供电流特性优良且制造成本低的磁芯、电感器和变压器。
本发明的另外的特征将在以下的描述中进行阐明，部分地通过描述是显而易见的，或者可通过实施本发明而了解。
本发明的前述和/或其它方面可通过提供一种磁芯来实现，该磁芯包括：第一芯，呈E形，具有第一长度的第一外侧腿；第二芯，呈E形，具有大于第一长度的第二长度，并具有与第一外侧腿相对应的第二外侧腿。
根据本发明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根据本发明的一方面，第二芯包含铁氧体。
根据本发明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根据本发明的一方面，第一芯包含铝硅铁粉。
根据本发明的一方面，第二芯包括形成在外侧腿之间的中间腿，中间腿的长度小于第二长度。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯各包括形成在两个外侧腿之间的中间腿，第一芯的中间腿与第二芯的中间腿彼此分开。
根据本发明的一方面，一种电感器包括磁芯和缠绕在磁芯周围的线圈。
根据本发明的一方面，一种变压器包括磁芯和缠绕在磁芯周围的线圈。
本发明的前述和/或其它方面可通过提供一种磁芯来实现，该磁芯包括：第一芯，具有多个具有第一长度的第一腿；第二芯，具有多个第二长度的第二腿，第二长度大于第一长度，多个第二腿以与多个第一腿相对的方式设置。
根据本发明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根据本发明的一方面，第二芯包含铁氧体。
根据本发明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根据本发明的一方面，第一芯包含铝硅铁粉。
本发明的前述和/或其它方面可通过提供一种磁芯来实现，该磁芯包括：第一芯；第二芯，结合到第一芯，第二芯的体积大于第一芯的体积。
根据本发明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根据本发明的一方面，第二芯包含铁氧体。
根据本发明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根据本发明的一方面，第一芯包含铝硅铁粉。
根据本发明的一方面，第二芯包含具有磁性的绝缘材料，通过烧结三氧化二铁、氧化锌、氧化锰和氧化镍的混合物制得该绝缘材料。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯各呈E形，且以相对的方式互相结合。
本发明的前述和/或其它方面可通过提供一种磁芯来实现，该磁芯包括：第一芯；第二芯，结合到第一芯；其中，第一芯和第二芯由不同的材料制成。
根据本发明的一方面，第一芯包含磁粉材料。
根据本发明的一方面，第一芯包含包括Si、Al和Fe的合金。
根据本发明的一方面，第一芯包含铝硅铁粉。
根据本发明的一方面，第二芯包含铁氧体。
根据本发明的一方面，第二芯包含具有磁性的绝缘材料，通过烧结三氧化二铁、氧化锌、氧化锰和氧化镍的混合物制得该绝缘材料。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯以相对的方式互相结合。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯各自以E形形成。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯以相对的方式互相结合。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯各自以E形形成。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯具有不同的形状。
根据本发明的一方面，第一芯和第二芯各具有多个腿。
根据本发明的一方面，第一芯的多个腿中的至少一个和第二芯的多个腿中的一个设置成互相接触。
要明白，前述一般的描述和下面详细的描述是示例性的和说明性的，旨在提供对所要求的本发明进一步解释。
附图说明
通过以下结合附图的示例性实施例的描述，本发明的上述和/或其它方面及优点将会变得显而易见，且更加易于理解，附图中：
图1是示出根据本发明第一实施例的磁芯的示意图；
图2是示出根据本发明第二实施例的磁芯的剖视图；
图3是示出包括根据本发明第一实施例的磁芯的电感器的示意图；
图4是示出包括根据本发明第三实施例的磁芯的变压器的示意图。
具体实施方式
现在，将详细参照本发明的实施例，本发明实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面通过参照附图描述实施例来说明本发明。
在各种实施例中，相同的元件给出相同的标号，将在第一实施例中典型地描述相同的元件，而在其它实施例则省略其描述。
如图1中所示，磁芯1包括均具有E字形状的第一芯10和第二芯20。磁芯1用于电感器和变压器并具有将被线圈(未示出)缠绕的第一磁芯10和第二磁芯20的腿(leg)11、13和15、21、23和25。
芯通常具有高磁导率。一般材料(如顺磁体或抗磁体)中显示的磁导率几乎为1，并且其值根据材料的种类而改变，但是在象钢一样的亚铁磁体或铁磁体中，磁导率的值非常大。该值根据磁体的磁滞或磁场的强度而变化。磁导率越高，磁力越大，越容易受到磁场的影响。
第一芯10形成为E形，包括外侧腿11和13及在外侧腿11和13之间形成的中间腿15；第二芯20形成为E形，包括外侧腿21和23及在外侧腿21和23之间形成的中间腿25。这两个芯10和20彼此面对，从而各自的腿11、13和15与腿21、23和35对称地设置，并可互相结合。
第一芯10的腿11、13和15具有相同的长度d1，d1小于第二芯20的腿21、23和25的长度d2。根据本发明的第一芯10设置为包含磁粉材料的磁粉芯。
磁粉芯由铝硅铁粉(sendust)或者由Magnetics公司的商标名为“kool-μ”的公知合金制成，其中，铝硅铁粉为具有高磁导率的合金，其组分为大约5％的Al、大约10％的Si和大约85％的Fe。与后面描述的铁氧体芯相比，磁粉芯具有较低的磁导率和优良的电流特性，但是如本发明背景中描述的一样，存在一个问题，即磁粉芯提高了包括该芯的电子装置的单位制造成本。
当对由线圈缠绕的芯提供电流时，由电场产生磁场，在芯中产生磁通。代表磁性的磁通密度与电流成比例增大，优选地，磁通密度在芯达到饱和态(芯损耗(lose)磁性的状态)的同时保持与电流的特定关系。在该说明书中，磁通密度与电流的关系称为“电流特性”。在磁通密度随着电流的增大而快速增大以致到达饱和态的情况下，电流特性被确定为低劣。即，如果通过电流的微小变化芯就易于到达饱和态，则难以将芯用于电子装置。相反地，确定了在磁通密度随着电流的改变而适当地增大的情况下芯具有优良的电流特性。通常，磁导率高的芯具有低劣的电流特性。
除此之外，磁通密度随着温度升高而损耗称为损耗特性。具有优良的损耗特性意味着磁通密度随着温度升高而损耗小。
即，第一芯10具有优良的电流特性，但制造昂贵，因此，在整个磁芯1中，与第二芯20相比，第一芯10是较小的部分。
第二芯20具有与第一芯10类似的构造，并与第一芯10相对设置。第二芯20的腿21、23和25的长度d2大于第一芯10的腿11、13和15的长度d1。因此，第二芯20的体积大于第一芯10的体积。
第二芯20包括铁氧体芯。铁氧体芯由通过烧结三氧化二铁、氧化锌、氧化锰和氧化镍的混合物制得的具有磁性的绝缘材料制成，并具有高磁导率和优良的损耗特性。另外，由于铁氧体芯烧结时易于制成各种形状，所以其广泛地作用磁芯。相反，尽管铁氧体芯价格低、高频特性优良且损耗特性优良，但是缺点在于由于铁氧体芯的磁导率高导致其具有低劣的电流特性。
即，在根据本发明的磁芯1的情况下，包括磁粉芯的第一芯10和包括铁氧体芯的第二芯20以不同的尺寸互相组合。即，用低价的铁氧体芯形成磁芯1的大部分，而用磁粉芯形成磁芯1的小部分，以补偿电流特性。
当第一芯10的磁导率为μ1(大约60至130)，第二芯10的磁导率为μ2(大约1000至3000)时，整个磁芯1的平均磁导率为(μ1+μ2)/2。因此，虽然在一定程度上可预料磁导率的损耗，但是通过使用低价的第二芯20，磁芯1仍具有价格优势。
另外，如果仅使用第二芯20，则缠绕的大量线圈必定会延迟磁性达到饱和态的时间，并且芯的大小必定会与大量线圈成比例地增大。然而，通过第一芯10与第二芯20组合的构造，磁芯1可形成有相对小的体积。
简言之，在需要用大量线圈获得根据本发明的磁芯1的大电感的情况下，通过增加第二芯20的腿21、23和25的长度，可以以较低的价格提高磁容量。另外，可通过使用第一芯10使磁芯1小型化。
第一芯10和第二芯20的类型不局限于上述实施例，并可采用满足各自的芯的特性的任一种材料。
另外，如果不止两个芯可互相结合，则芯的形状不局限于E形状，并可采用任何形状。
图2是示出根据本发明第二实施例的磁芯的剖视图。与图1中的磁芯相比，第二芯20的中间腿27具有不同的长度。
如图2中所示，第二芯20的中间腿27的长度d3小于外侧腿21和23的长度d2。因此，在第一芯10的中间腿15和第二芯20的中间腿27之间，形成了预定空间，以容纳空气层。
根据本实施例的芯10和20的中间腿15和27当用于电感器或变压器时用线圈缠绕。然后，在它们之间形成间隙。
设置为铁氧体芯的第二芯20具有1000至3000的高磁导率。如上所述，磁芯的磁导率越高，磁芯将显示低劣的电流特性。然而，可通过在腿15和27之间形成空气来降低磁导率。因为空气的磁导率大约为1，所以空气基本降低了磁导率，从而改善了电流特性。
形成第一芯10和第二芯20之间的间隙的腿不局限于第二芯20的腿27，而由线圈缠绕的任何腿可在这两个芯之间整体或局部地形成间隙。
图3是示出包括根据本发明第一实施例的磁芯的电感器的示意图。
如图3中所示，电感器100包括：磁芯1，包括第一芯10和第二芯20；线圈30，缠绕在磁芯1的周围。一个电感器可包括多个芯1和线圈30的组合。
在本实施例的电感器100中，线圈缠绕在磁芯1的中间腿的周围。如所示出的，当电流(i)流动时，沿着外侧腿形成点线所示出的闭合回路的磁场。
在由线圈30缠绕的中间腿之间，可形成与图2中的实施例一样的空气层。
图4是示出包括根据本发明第三实施例的磁芯的变压器的示意图。
根据图4中示出的实施例的变压器200包括矩形磁芯，矩形磁芯由分别具有的形状的第一芯40和第二芯50形成。另外，线圈30(I)和30(II)缠绕在腿41、43和腿51、53的周围。腿41、43和腿51、53用来将第一芯40结合到第二芯50。
第一芯40包括磁粉芯，体积大于第一芯40的第二芯50包括铁氧体芯。缠绕在腿41和51周围的线圈30对应于初级线圈(I)，缠绕在腿43和53周围的线圈30对应于次级线圈(II)。由沿着初级线圈(I)流动的电流产生的磁场感应次级线圈(II)，然后由次级线圈(II)产生感应电动势。
变压器200可通过调节线圈的匝数，即，改变初级线圈(I)和次级线圈(II)的匝数比，来变化感应电动势的大小或改变电压。
如上所述，根据本发明，不仅提供了磁芯，还提供了具有优良电流特性且制造成本低的电感器和变压器。
虽然已经示出和描述了本发明的一些示例性实施例中，但是本领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施例中做出改变，其中，本发明的范围限定在权利要求及其等同物内。

Claims (34)

1、一种磁芯，包括：
第一芯，呈E形，具有第一长度的第一外侧腿；
第二芯，呈E形，具有大于所述第一长度的第二长度，并具有与所述第一外侧腿相对应的第二外侧腿。
2、根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
3、根据权利要求2所述的磁芯，其中，所述第二芯包含铁氧体。
4、根据权利要求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、根据权利要求3所述的磁芯，其中，所述第一芯包含铝硅铁粉。
6、根据权利要求3所述的磁芯，其中，所述第二芯包括中间腿，形成在所述外侧腿之间，
所述中间腿的长度小于所述第二长度。
7、根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各包括中间腿，形成在所述两个外侧腿之间，
所述第一芯的所述中间腿与所述第二芯的所述中间腿彼此分开。
8、一种电感器，包括：
根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的磁芯；
线圈，缠绕在所述磁芯的周围。
9、一种变压器，包括：
根据权利要求1至权利要求3任一项所述的磁芯；
线圈，缠绕在所述磁芯的周围。
10、一种磁芯，包括：
第一芯，具有多个具有第一长度的第一腿；
第二芯，具有多个第二长度的第二腿，所述第二长度大于所述第一长度，所述多个第二腿以与所述多个第一腿相对的方式设置。
11、根据权利要求10所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
12、根据权利要求11所述的磁芯，其中，所述第二芯包含铁氧体。
13、根据权利要求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、根据权利要求11所述的磁芯，其中，所述第一芯包含铝硅铁粉。
15、一种磁芯，包括：
第一芯；
第二芯，结合到所述第一芯，所述第二芯的体积大于所述第一芯的体积。
16、根据权利要求15所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
17、根据权利要求16所述的磁芯，其中，所述第二芯包含铁氧体。
18、根据权利要求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、根据权利要求18所述的磁芯，其中，所述第一芯包含铝硅铁粉。
20、根据权利要求17所述的磁芯，其中，所述第二芯包含具有磁性的绝缘材料，通过烧结三氧化二铁、氧化锌、氧化锰和氧化镍的混合物制得所述绝缘材料。
21、根据权利要求15所述磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各呈E形，且以相对的方式互相结合。
22、一种磁芯，包括：
第一芯；
第二芯，结合到所述第一芯；
其中，所述第一芯和所述第二芯由不同的材料制成。
23、根据权利要求22所述的磁芯，其中，所述第一芯包含磁粉材料。
24、根据权利要求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、根据权利要求24所述的磁芯，其中，所述第一芯包含铝硅铁粉。
26、根据权利要求23所述的磁芯，其中，所述第二芯包含铁氧体。
27、根据权利要求26所述的磁芯，其中，所述第二芯包含具有磁性的绝缘材料，通过烧结三氧化二铁、氧化锌、氧化锰和氧化镍的混合物制得所述绝缘材料。
28、根据权利要求26所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯以相对的方式互相结合。
29、根据权利要求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、根据权利要求22所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯以相对的方式互相结合。
31、根据权利要求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、根据权利要求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状。
33、根据权利要求32所述的磁芯，其中，所述第一芯和所述第二芯各具有多个腿。
34、根据权利要求33所述的磁芯，其中，所述第一芯的所述多个腿中的至少一个和所述第二芯的所述多个腿中的一个设置成互相接触。
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