DE112020003316T5 - Innen-eingebetteter-kupferplattentyp-weichmagnetischer-pulverkern-induktor, herstellungsverfahren hierfür und verwendung davon - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf einen Innen-Eingebetteten-Kupferplattentyp-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor, ein Herstellungsverfahren hierfür und eine Verwendung davon. Der Innen-Eingebettete-Kupferplattentyp-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor umfasst eine Kupferplatte, wobei eine Oberfläche der Kupferplatte mit einem weichmagnetischen Material überzogen ist, und ein Grenzflächenbereich des weichmagnetischen Materials und der Kupferplatte enthalten ein isolierendes Harzmaterial. Die Innen-Eingebettete-Kupferplattentyp-Wechmagnetischer-Pulverkern-Induktor besitzt eine hohe Dichte, eine hohe magnetische Permeabilität des Magnetkerns, eine hohe Induktivität, eine magnetische Flussdichte hoher Sättigung, ein geringes Volumen und einen geringen magnetischen Streufluss, falls der Pulverkern-Induktor genutzt wird, um einen Ferrit-Induktor einer gleichen Induktivität durch eine Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung zu ersetzen, kann der gleiche oder ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden, und das Induktorvolumen kann um mindestens die Hälfte reduziert werden; die Stehspannung des Innen-Eingebetteten-Kupferplattentyp-Pulverkern-Induktors kann mehr als 15 V erreichen, und das Herstellungsverfahren für diesen Induktor ist einfach, besitzt eine hohe Produktionseffizienz und eignet sich für automatisierte Großproduktion.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Anmeldung gehört zum Gebiet der elektronischen Technologien und betrifft einen Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor, ein Herstellungsverfahren für denselben und eine Verwendung davon.
- HINTERGRUND
- In den letzten Jahren haben sich mit der rasanten Entwicklung von Halbleitereinrichtungen die Anforderungen an Induktoren in Richtung hoher Wirkungsgrad, niedrige Induktivität, Miniaturisierung und große Ströme entwickelt. Dementsprechend müssen weichmagnetische Materialien einen geringen Verlust, eine hohe Permeabilität und eine magnetische Flussdichte hoher Sättigung aufweisen. Zu den derzeit gebräuchlichen Induktoren gehören integral ausgeformte Induktoren und Ferrit-Induktoren.
- Ein integral ausgeformter Induktor wird so hergestellt, dass magnetisches Metallpulver und ein Harz gemischt und integral mit einer Metallspule ausgeformt werden, und hat die Vorteile einer Fähigkeit, große Ströme und eine Miniaturisierung bewältigen zu können. Im Vergleich zu einem Ferrit-Induktor ist es mit dem integral ausgeformten Induktor jedoch schwierig, eine hohe Permeabilität zu erzielen und die erforderliche Induktivität aufgrund der Nachteile eines geringen Pressdrucks und eines kleinen Volumenverhältnisses des Metallpulvers zu erreichen. Daher muss eine Spule hinzugefügt werden, um die Induktivität zu erhöhen, was zu einem relativ großen Induktor-DCR (Gleichstromwiderstand) und einem relativ großen Kupferverlust führt. Ungeachtet der hohen Permeabilität hat der Ferrit-Induktor eine magnetische Flussdichte geringer Sättigung, und ein Luftspalt ist erforderlich, um eine Sättigung zu verhindern, was zu entsprechenden Problemen wie magnetischem Streufluss führt. Während seiner Nutzung ist es wahrscheinlich, dass es zu unerwünschten Phänomenen wie einem Anstieg der lokalen Temperatur und einem geringen Regelschleifenwirkungsgrad kommt. Darüber hinaus ist die große Größe des Ferrit-Induktors auch einer der Schlüsselfaktoren, die die Anwendung des Ferrit-Induktors einschränken.
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CN107768069A hat einen Induktor und ein Herstellungsverfahren für denselben offenbart. Das Herstellungsverfahren des Induktors umfasst die folgenden Schritte: in S1 wird ein Magnetkern hergestellt: Pelletierendes magnetischem Pulver wird in einen Blockkörper hoher Dichte gepresst, und dann wird der Blockkörper hoher Dichte in eine Magnetkernstruktur geschnitten, die in einen kompakten Zustand gesintert wird, wobei der Magnetkern einen Mittelstift und zwei Schwingflügel umfasst; in S2 wird eine Spule gewickelt: Eine Spule wird auf den Mittelstift gewickelt, wobei nach dem Wickeln dem Querschnitt der Spule ermöglicht wird, parallel zu der langen und hohen Ebene des Induktors zu verlaufen, und zwei herausführende Enden der Spule an zwei Seiten des mittleren Stifts angeordnet sind und auf der gleichen Ebene positioniert sind; in S3 wird Formpressen durchgeführt: Der Boden einer Form wird mit einer Lage aus pelletierendem magnetischem Pulver für eine Vorpressverdichtung gefüllt, der mit der Spule im Schritt S2 gewickelte Magnetkern wird in die Form eingesetzt, und nach dem Einsetzen wird die Form vollständig mit dem pelletierenden magnetischen Pulver zum Formpressen gefüllt; in S4 wird ein halbfertiges Produkt einer Wärmebehandlung unterzogen; in S5 werden Anschlusselektroden hergestellt. Der durch diese Lösung erhaltene Induktor hat die Probleme einer niedrigen Induktivität, einer geringen magnetischen Flussdichte und eines großen Verlustes aufgrund eines geringen Pressdrucks und einer niedrigen Wärmebehandlungstemperatur. -
CN107275045A hat ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Umhüllungsmaterials für den Induktor offenbart. Das Verfahren zur Herstellung des Kunststoff-Umhüllungsmaterials für den Induktor umfasst Schritte des gleichmäßigen Mischens von 60 bis 90 Gew.-% eines pulverförmigen Materials und 10 bis 40 Gew.-% eines Epoxidharzes, Pressens des gemischten Materials zu einem kugelförmigen Material und Platzierens des kugelförmigen Materials in eine Umgebung von -5 °C bis 0 °C, um das kugelförmige Material zu kühlen, so dass das Kunststoff-Umhüllungsmaterial des Induktors erhalten wird. Bei dem pulverförmigen Material handelt es sich um eines oder mehrere von einem pulverförmigen Material aus Nickel-Zink-Ferrit, einem pulverförmigen Material aus Mangan-Zink-Ferrit, einem pulverförmigen Material aus Eisen-Silizium-Chrom und einem pulverförmigen Material aus Eisen-Silizium-Aluminium. Das Verfahren zur Herstellung des Induktors umfasst Schritte des Erzeugens eines Magnetkerns, der mit einem emaillierten Kupferdraht verdrillt ist, der an einen Leitungskasten angeschweißt ist, und dann Annehmen des Kunststoff-Umhüllungsmaterials, um eine Spritzguss-Umhüllung durchzuführen, so dass der Induktor hergestellt und erhalten wird. Der mit dieser Lösung hergestellte Induktor hat die Probleme einer geringen magnetischen Flussdichte und eines großen Verlustes aufgrund eines geringen Anteils an weichmagnetischem Pulver und eines geringen Formungsdrucks. - Daher ist es nach wie vor von großer Bedeutung, einen Induktor mit einer magnetischen Flussdichte hoher Sättigung, einer hohen Induktivität und einer geringen Größe zu entwickeln, der sich für eine Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung mit hohem Wirkungsgrad eignet.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Das Folgende ist eine Kurzfassung der hier im Einzelnen beschriebenen Gegenstände. Mit dieser Kurzfassung soll der Schutzumfang der Ansprüche nicht eingeschränkt werden.
- Die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung besteht darin, einen Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor, ein Herstellungsverfahren desselben und eine Verwendung davon bereitzustellen. Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor umfasst ein Kupferblech, ein weichmagnetisches Material, mit dem eine Oberfläche des Kupferblechs überzogen ist, und ein isolierendes Harzmaterial, das auf einer Grenzfläche zwischen dem Kupferblech und dem weichmagnetischen Material enthalten ist. Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor hat die Eigenschaften einer hohen Dichte, einer hohen Magnetkernpermeabilität, einer hohen Induktivität, magnetischen Flussdichte hoher Sättigung, einer geringen Größe und eines geringeren magnetischen Streuflusses und kann den gleichen Wirkungsgrad oder einen höheren Wirkungsgrad erzielen und ein Volumen des Induktors um die Hälfte oder mehr reduzieren, wenn sich dieser für eine Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung anstelle eines Ferrit-Induktors mit dergleichen Induktivität eignet. Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung kann eine Stehspannung von über 15 V erreichen. Darüber hinaus wird der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung durch ein einfaches Verfahren hergestellt, mit hoher Effizienz produziert und eignet sich für automatische Großproduktion.
- Um dieses Ziel zu erreichen werden in der vorliegenden Anmeldung die im Folgenden beschriebenen technischen Lösungen eingesetzt.
- In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Anmeldung einen Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor bereit. Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor umfasst ein Kupferblech, ein weichmagnetisches Material, mit dem eine Oberfläche des Kupferblechs überzogen ist, und ein isolierendes Harzmaterial, das auf einer Grenzfläche zwischen dem Kupferblech und dem weichmagnetischen Material enthalten ist.
- Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung hat eine magnetische Flussdichte hoher Sättigung und kann große Ströme (30 A bis 100 A) bewältigen, das Volumen des Induktors stark reduzieren und das Problem des magnetischen Streuflusses aufgrund eines geöffneten Luftspalts vermeiden.
- Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung hat die Eigenschaften einer hohen Induktivität. Im Vergleich zu herkömmlichen, integral ausgeformten Induktoren kann der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor die Anzahl von Wicklungen, das Volumen des Induktors und den Verlust des Induktors reduzieren. Mit dem Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor kann unter Verwendung von nur einem Kupferblech die gleiche Induktivität wie mit dem Ferrit-Induktor erzielt werden.
- Optional sind zwei Enden des Kupferblechs nicht mit dem weichmagnetischen Material überzogen, wobei die zwei Enden zwei beliebige gegenüberliegende Enden sind.
- Optional kann das Länge-zu-Breite-Verhältnis des Kupferblechs 8:1 bis 10:1, zum Beispiel, 8,5: 1,9:1, oder 9,5:1 betragen.
- Optional kann das isolierende Harzmaterial ein siliziumorganisches Harzmaterial enthalten.
- Bei dem siliziumorganischen Harzmaterial handelt es sich um ein hochtemperaturbeständiges siliziumorganisches Harzmaterial, wobei sich „hochtemperaturbeständig“ auf die thermische Stabilität bei einer Temperatur von mehr als 550 °C, wie 560 °C, 580 °C, 600 °C oder 650 °C, bezieht. Zu den hochtemperaturbeständigen siliziumorganischen Harzmaterialien gehört zum Beispiel das siliziumorganische Harz SILRES® REN 60.
- Optional wird das weichmagnetische Material durch weichmagnetisches Metallpulver erhalten, das einer Pressformung unterzogen wird.
- Optional wird die Pressformung bei einem Druck von 12 bis 18 T/cm2 durchgeführt, beispielsweise 13 T/c2, 14 T/cm2, 15 T/cm2, 16 T/cm2 oder 17 T/cm2.
- Optional hat das weichmagnetische Material in dem Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor eine Dichte von 5,5 bis 6,5 g/cm3, beispielsweise 5,6 g/cm3, 5,7 g/cm3, 5,8 g/cm3, 5,9 g/cm3, 6,1 g/cm3 oder 6,3g/cm3.
- Im Vergleich zu herkömmlichen Ferrit-Induktoren hat der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung eine höhere Dichte und eine magnetische Flussdichte höherer Sättigung, so dass der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor größere Ströme bewältigen kann und das Volumen um 50 % oder mehr reduzieren kann.
- Optional überzieht das weichmagnetische Material Bereiche, die auf zwei Seiten des Kupferblechs symmetrisch sind.
- Optional ist das weichmagnetische Material symmetrisch auf zwei Seiten des Kupferblechs verteilt.
- „Symmetrisch verteilt“ bedeutet hier, dass das weichmagnetische Material auf den zwei Seiten des Kupferblechs genau die gleiche Länge, Breite und Dicke hat und Bereiche überzieht, die symmetrisch zu dem Kupferblech symmetrisch sind.
- Optional enthält das weichmagnetische Metallpulver irgendeines oder eine Kombination aus zumindest zwei von Eisenpulver, Eisen-Silizium-Pulver, Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, Eisen-Nickel-Pulver oder Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver. Die Kombination umfasst beispielhaft eine Kombination aus dem Eisenpulver und dem Eisen-Silizium-Pulver, eine Kombination aus dem Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, dem Eisen-Nickel-Pulver und dem Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver, oder dergleichen.
- In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zur Herstellung des in dem ersten Aspekt beschriebenen Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Überziehen einer Oberfläche eines Kupferblechs mit einem isolierenden Harzmaterial, Brennen und Aushärten; und
- (2) Platzieren des mit dem isolierenden Harzmaterial überzogenen und in Schritt (1) erhaltenen Kupferblechs in weichmagnetisches Metallpulver, Pressformen und Tempern in einer inerten Atmosphäre, um den Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor zu erhalten.
- Bei dem Prozess des Herstellens des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors der vorliegenden Anmeldung wird die Oberfläche des Kupferblechs mit dem isolierenden Harzmaterial überzogen, in das weichmagnetische Metallpulver pressgeformt und getempert, so dass der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor erhalten wird. Das Verfahren des Pressformens kann die Dichte des hergestellten Induktors und das Volumenverhältnis des magnetischen Materials effektiv erhöhen, wodurch die Permeabilität und Induktivität erhöht wird, die Anzahl von Wicklungen reduziert wird und ein Kupferverlust des hergestellten Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors verringert wird. Außerdem wird das Kupferblech in das weichmagnetische Metallpulver hinein gepresst, was zur Verringerung des Volumens der Induktivität und des magnetischen Streuflusses beiträgt.
- Bei dem Verfahren der vorliegenden Anmeldung wird das Kupferblech in das weichmagnetische Metallpulver eingebettet und dann ein Pressformen ausgeführt. Das Verfahren hat einen einfachen Herstellungsprozess, ist vorteilhaft für die Verbesserung von Produktionseffizienz und eignet sich für automatische Großproduktion.
- Optional enthält das isolierende Harzmaterial in Schritt (1) ein siliziumorganisches Harzmaterial.
- Optional enthält das weichmagnetische Metallpulver in Schritt (2) irgendeines oder eine Kombination aus zumindest zwei von Eisenpulver, Eisen-Silizium-Pulver, Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, Eisen-Nickel-Pulver oder Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver. Die Kombination umfasst beispielhaft eine Kombination aus dem Eisenpulver und dem Eisen-Silizium-Pulver, eine Kombination aus dem Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, dem Eisen-Nickel-Pulver und dem Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver, oder dergleichen.
- Optional hat das weichmagnetische Metallpulver in Schritt (2) eine durchschnittliche Teilchengröße von 2 bis 25 µm, beispielsweise 5 µm, 8 µm, 10 µm, 15 µm, 20 µm oder 25 µm.
- Optional wird das Pressformen in Schritt (2) bei einem Druck von 12 bis 18 T/cm2, beispielsweise 13 T/cm2, 14 T/cm2, 15 T/cm2, 16 T/cm2 oder 17 T/cm2 durchgeführt.
- Optional wird das Tempern in Schritt (2) bei einer Temperatur von 550 bis 700 °C, beispielsweise 580 °C, 600 °C, 620 °C, 650 °C oder 680 °C, durchgeführt.
- Optional wird das Tempern in Schritt (2) für 1 bis 3 Stunden, beispielsweise 1,5 Stunden, 2 Stunden oder 2,5 Stunden durchgeführt.
- Optional ist die inerte Atmosphäre Stickstoff.
- Als eine optionale technische Lösung der vorliegenden Anmeldung umfasst das Verfahren zur Herstellung des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors die folgenden Schritte:
- (1) Überziehen einer Oberfläche eines Kupferblechs mit einem siliziumorganischen Harzmaterial, Brennen und Aushärten; und
- (2) Platzieren des mit dem siliziumorganischen Harzmaterial überzogenen und in Schritt (1) erhaltenen Kupferblechs in weichmagnetisches Metallpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm, Pressformen bei einem Druck von 12 bis 18 T/cm2, um einen Formkörper zu erhalten, und Platzieren des Formkörpers in einen Temperofen zum Tempern bei 550 bis 700 °C in einer inerten Atmosphäre für 1 bis 3 Stunden, um den Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor zu erhalten.
- In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Anmeldung eine Verwendung des im ersten Aspekt beschriebenen Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors bereit. Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor wird in einer Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung verwendet.
- Im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik hat die vorliegende Anmeldung die im Folgenden beschriebenen positiven Wirkungen.
- (1) Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Kupferblech, ein weichmagnetisches Material, mit dem eine Oberfläche des Kupferblechs überzogen ist, und ein isolierendes Harzmaterial, das auf einer Grenzfläche zwischen dem Kupferblech und dem weichmagnetischen Material enthalten ist. Im Vergleich zum herkömmlichen Ferrit-Induktor hat der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor die Vorteile einer hohen magnetischen Flussdichte, einer kleinen Größe und keines magnetischen Streuflusses aufgrund eines offenen Luftspalts.
- (2) Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung eignet sich für eine Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung. Im Vergleich zu herkömmlichen Ferrit-Induktoren kann der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor den gleichen Wirkungsgrad oder einen höheren Wirkungsgrad erzielen, das Volumen um die Hälfte oder mehr reduzieren und eine Stehspannung von mehr als 15 V erreichen.
- (3) Der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor der vorliegenden Anmeldung wird durch ein einfaches Verfahren hergestellt, das die Produktionseffizienz erheblich verbessert, und eignet sich für automatische Großproduktion.
- Andere Aspekte können nach dem Lesen und Verstehen der detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen verstanden werden.
- Figurenliste
-
-
1 ist ein Struktogramm des Kupferblech-Eingebetteter-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors der vorliegenden Anmeldung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die technischen Lösungen der vorliegenden Anmeldung werden nachstehend in der detaillierten Beschreibung näher erläutert. Vom Fachmann soll verstanden werden, dass die hier beschriebenen Beispiele lediglich dem besseren Verständnis der vorliegenden Anmeldung dienen und nicht als bestimmte Einschränkungen der vorliegenden Anmeldung auszulegen sind.
- Ein Struktogramm des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors ist in
1 dargestellt. Wie aus1 ersichtlich ist, umfasst der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor ein Kupferblech, ein weichmagnetisches Material, mit dem eine Oberfläche des Kupferblechs überzogen ist, und ein isolierendes Harzmaterial, das auf einer Grenzfläche zwischen dem Kupferblech und dem weichmagnetischen Material enthalten ist. Das weichmagnetische Material ist symmetrisch auf zwei Seiten des Kupferblechs verteilt, und zwei Enden des Kupferblechs sind nicht mit dem weichmagnetischen Material überzogen. Wie in1 gezeigt, sind die Bereiche des Kupferblechs, die nicht mit dem weichmagnetischen Material überzogen sind, wie in1 gezeigt, gebogen. - Beispiel 1
- Ein Verfahren zur Herstellung eines Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Siliziumorganisches Harz SILRES® REN 60 wurde gleichmäßig auf eine Oberfläche eines Kupferblechs mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Breite von 2,5 mm aufgetragen und bis zur Aushärtung gebrannt; und
- (2) das in Schritt (1) behandelte Kupferblech wurde in magnetisches Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 µm eingebettet und bei einem Druck von 16 T/cm2 pressgeformt, so dass ein Formkörper mit einer Länge von 14 mm, einer Breite von 5 mm und einer Höhe von 2 mm erhalten wurde; dann wurde der Formkörper in einen Temperofen eingebracht und 120 Minuten lang bei 680 °C in einer Stickstoffatmosphäre gtempert, so dass der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor erhalten wurde.
- Die Größe des Formkörpers umfasst die Größe des weichmagnetischen Materials und die Größe des in das weichmagnetische Material eingebetteten Kupferblechs.
- Beispiel 2
- Ein Verfahren zur Herstellung eines Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Siliziumorganisches Harz SILRES® REN 60 wurde gleichmäßig auf eine Oberfläche eines Kupferblechs mit einer Dicke von 0,25 mm und einer Breite von 2,5 mm aufgetragen und bis zur Aushärtung gebrannt; und
- (2) das in Schritt (1) behandelte Kupferblech wurde in magnetisches Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 µm eingebettet und bei einem Druck von 12 T/cm2 pressgeformt, so dass ein Formkörper mit einer Länge von 14 mm, einer Breite von 5 mm und einer Höhe von 2 mm erhalten wurde; dann wurde der Formkörper in einen Temperofen eingebracht und 120 Minuten lang bei 680 °C in einer Stickstoffatmosphäre getempert, so dass der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor erhalten wurde.
- Beispiel 3
- Ein Verfahren zur Herstellung eines Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Siliziumorganisches Harz SILRES® REN 60 wurde gleichmäßig auf eine Oberfläche eines Kupferblechs mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Breite von 2,7 mm aufgetragen und bis zur Aushärtung gebrannt; und
- (2) das in Schritt (1) behandelte Kupferblech wurde in magnetisches Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm eingebettet und bei einem Druck von 18 T/cm2 pressgeformt, so dass ein Formkörper mit einer Länge von 14 mm, einer Breite von 5 mm und einer Höhe von 2 mm erhalten wurde; dann wurde der Formkörper in einen Temperofen eingebracht und 120 Minuten lang bei 680 °C in einer Stickstoffatmosphäre getempert, so dass der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor erhalten wurde.
- Beispiel 4
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die Tempertemperatur von 680 °C auf 550 °C geändert wurde und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 5
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die Tempertemperatur von 680 °C auf 450 °C geändert wurde und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 6
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die Tempertemperatur von 680 °C auf 800 °C geändert wurde und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 7
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die durchschnittliche Teilchengröße des magnetischen Eisen-Silizium-Aluminium-Pulvers in Schritt (2) von 10 µm auf 2 µm geändert wurde und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 8
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass die durchschnittliche Teilchengröße des magnetischen Eisen-Silizium-Aluminium-Pulvers in Schritt (2) von 10 µm auf 20 µm geändert wurde und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 9
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass das magnetische Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver in Schritt (2) durch Eisen-Nickel-Pulver mit der gleichen durchschnittlichen Teilchengröße ersetzt wurde, und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Beispiel 10
- Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 dadurch, dass das magnetische Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver in Schritt (2) durch Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver mit der gleichen durchschnittlichen Teilchengröße ersetzt wurde, und die übrigen Bedingungen genau denen von Beispiel 1 entsprachen.
- Vergleichsbeispiel 1
- In diesem Vergleichsbeispiel wird ein Ferrit-Induktor mit dergleichen Induktivität wie der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor aus Beispiel 1 verwendet. Die Größe des Ferrit-Induktors beträgt 14 mm in der Länge, 5 mm in der Breite und 8 mm in der Höhe. Der Ferrit-Induktor wurde nach folgendem Verfahren hergestellt: Es wurden zwei Ferritstücke mit einer Nut von 14 mm x 5 mm x 4 mm hergestellt, wobei die Nut eine Tiefe von 1,7 mm hat, die zwei Ferritstücke wurden auf- und abgeknickt, und ein Kupferblech wurde durch die Nut hindurchgeführt und so gebogen, dass der erforderliche Ferrit-Induktor erhalten wurde.
- Leistungstest
- Die Dichte, das Volumen und die Induktivität von jedem der in den Beispielen 1 bis 10 hergestellten Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktoren und des Ferrit-Induktors aus Vergleichsbeispiel 1 wurden getestet. Die Effizienz wurde getestet, als diese in Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltungen eingesetzt wurden. Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Das Volumen des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors bezieht sich auf die Summe des Volumens des Formkörpers und des Volumens des Kupferblechs, das nicht mit dem weichmagnetischen Material überzogen ist.
- Die Testbedingungen waren eine Frequenz von 700 kHz, ein Strom von 40 A und eine Spannung von 1 V, wenn diese an die Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltungen angelegt wurden.
- Die Isolationsstehspannungen der in den Beispielen 1 bis 10 hergestellten Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktoren und des Ferrit-Induktors aus Vergleichsbeispiel 1 wurden getestet. Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Dichte (g/cm3) Induktivität (nH) Volumen (mm3) Effizienz (%) Isolationswiderstand (kΩ, 15 V) Beispiel 1 5,7 138 146 87,2 50 Beispiel 2 5,62 126 145 86,5 51 Beispiel 3 5,73 135 146 87,3 52 Beispiel 4 5,71 138 146 87,1 55 Beispiel 5 5,7 137 146 86,5 50 Beispiel 6 5,71 132 146 85,1 35 Beispiel 7 5,51 122 146 86,5 51 Beispiel 8 5,75 142 146 87,1 51 Beispiel 9 6,3 125 146 86,5 45 Beispiel 10 6,5 127 146 86,3 48 Vergleichsbeispiel 1 4,5 138 584 87,1 70 - Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Dichte des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors der vorliegenden Anmeldung im Bereich von 5,5 g/cm3 bis 6,5 g/cm3 liegt und deutlich höher ist als die des Ferrit-Induktors in Vergleichsbeispiel 1. Aus dem Vergleich von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 ist ersichtlich, dass bei gleicher Induktivität das Volumen des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors in Beispiel 1 etwa ein Viertel des Volumens des Ferrit-Induktors in Vergleichsbeispiel 1 beträgt. Darüber hinaus hat der Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor in Beispiel 1 einen höheren Wirkungsgrad als der Ferrit-Induktor in Vergleichsbeispiel 1, wenn diese für Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltungen eingesetzt werden.
- Aus dem Vergleich der Beispiele 1 und 4 bis 6 ist ersichtlich, dass bei einer Glühtemperatur von 550 bis 680 °C der erhaltene Kupferblech-Eingebettete-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor einen höheren Wirkungsgrad aufweist, wenn dieser für die Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltungen eingesetzt wird.
- Der Anmelder hat darauf hingewiesen, dass es sich bei den oben genannten Beispielen nur um bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung handelt, und dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht darauf beschränkt ist.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- CN 107275045 A [0005]
Claims (11)
- Kupferblech-Eingebetteter-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor, umfassend ein Kupferblech, ein weichmagnetisches Material, mit dem eine Oberfläche des Kupferblechs überzogen ist, und ein isolierendes Harzmaterial, das auf einer Grenzfläche zwischen dem Kupferblech und dem weichmagnetischen Material enthalten ist.
- Kupferblech-Eingebetteter-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor nach
Anspruch 1 , wobei das weichmagnetische Material in dem Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor eine Dichte von 5,5 bis 6,5 g/cm3 aufweist. - Kupferblech-Eingebetteter-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das weichmagnetische Material durch weichmagnetisches Metallpulver, das einer Pressformung unterzogen wird, erhalten ist; optional das weichmagnetische Metallpulver irgendeines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenpulver, Eisen-Silizium-Pulver, Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, Eisen-Nickel-Pulver, Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver und einer Kombination aus zumindest zwei daraus ausgewählten enthält; optional das isolierende Harzmaterial ein siliziumorganisches Harzmaterial enthält. - Verfahren zur Herstellung des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , umfassend die folgenden Schritte: (1) Überziehen einer Oberfläche eines Kupferblechs mit einem isolierenden Harzmaterial, Brennen und Aushärten; und (2) Platzieren des mit dem isolierenden Harzmaterial überzogenen und ich Schritt (1) erhaltenen Kupferblechs in weichmagnetisches Metallpulver, Pressformen und Tempern in einer inerten Atmosphäre, um den Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor zu erhalten. - Verfahren nach
Anspruch 4 , wobei das weichmagnetische Metallpulver in Schritt (2) eine durchschnittliche Teilchengröße von 2 bis 25 µm aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 4 oder5 , wobei das Glühen in Schritt (2) bei einer Temperatur von 550 bis 700 °C durchgeführt wird; und optional das Glühen in Schritt (2) für 1 bis 3 Stunden durchgeführt wird. - 7. Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis6 , wobei das isolierende Harzmaterial in Schritt (1) ein siliziumorganisches Harzmaterial enthält; optional das weichmagnetische Metallpulver in Schritt (2) irgendeines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenpulver, Eisen-Silizium-Pulver, Eisen-Silizium-Aluminium-Pulver, Eisen-Nickel-Pulver, Eisen-Nickel-Molybdän-Pulver und einer Kombination aus zumindest zwei daraus ausgewählten enthält. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis7 , wobei das Pressformen in Schritt (2) bei einem Druck von 12 bis 18 T/cm2 durchgeführt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis8 , wobei die inerte Atmosphäre Stickstoff ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis9 , umfassend die folgenden Schritte: (1) Überziehen einer Oberfläche eines Kupferblechs mit einem siliziumorganischen Harzmaterial, Brennen und Aushärten; und (2) Platzieren des mit dem siliziumorganischen Harzmaterial überzogenen und in Schritt (1) erhaltenen Kupferblechs in weichmagnetisches Metallpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm, Pressformen bei einem Druck von 12 bis 18 T/cm2, um einen Formkörper zu erhalten, und Platzieren des Formkörpers in einen Temperofen zum Tempern bei 550 bis 700 °C in einer inerten Atmosphäre für 1 bis 3 Stunden, um den Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor zu erhalten. - Verwendung des Kupferblech-Eingebetteten-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktors nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei der Kupferblech-Eingebetteter-Weichmagnetischer-Pulverkern-Induktor in einer Niederspannung-DC/DC-Wandlerschaltung verwendet wird.
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