TW540072B - Novel structure of ferrite core and transformer - Google Patents

Description

540072 五、發明說明（1 ) 磁性鐵心在遠端通信和資料技術方面，得到了多種新的 應用。用於資料傳輸標準爲xDSL或I SDN，需要特殊的材 料與鐵心組合，因爲磁性鐵心構件的性能不僅主要取決於 材料，而且也取決於磁性鐵心的鐵心形狀。 磁性鐵心在應用方面，用作阻抗匹配的寬頻帶變換器， 用作碎裂片（s p 1 i t t e r)以分隔電話通路和資料通路（p〇TS ) ’或者用作數位遠端通信網的信號脈衝變壓器。磁性鐵心 在數位或類比信號傳輸時失真小。在遠端通信的現代終端 設備中，所需構件的數量明顯增加。同時，人們總是力求 進一步減少部件和模組，以進一步減少終端設備的尺寸和 重量，以此改善操作性能。因之，有關部件和模組的構件 封裝密度不斷地增加。此外，人們還致力於選擇這樣的構 件來提高封裝密度，這種構件在底板上的裝配面較小，例 如採用扁條。儘管構件尺寸變小，但是構件效率和性能並 未變差。 用於xDSL變壓器的標準結構型式目前是用EP13磁性鐵 心。這種鐵心且具有失真小的優良之傳輸性能，特別是 EP 1 3鐵心具有有利的鐵心失真因數。這種鐵心在判斷失真 性能和失真因數時顯示出合適的尺寸。爲減少磁性鐵心所 需工作面，可使用比EP 1 3鐵心還要小的鐵心，特別是標 準結構型式爲EP 1 0和EP7鐵心。但是使用這些減小尺寸 的鐵心，其中間凸台也小，對於構件則大大地提高了鐵心 失真因數，降低了構件性能及其資料傳輸的合適性。 -3- ^— ____- ---- 540072 五、 發明說明 ( 2) 因 之 本 發 明 的目的 是 提供一 種磁 性 鐵 心 的 新 結 構 在 減 少 裝 配 面 的 情 況下， 具 有很好 的失 真 性 能 相 對 於相 同 尺 寸 鐵 心 的 標 準 結構型 式 ，改善 了鐵, 心: 失 真1 因' 數 〇 本 發 明 的 0 的是按 照 申請專 利範 圍: 第 1 項 所 述 特 徵 的 磁 性 鐵 心 予 以 達 成。本 發 明的具 有優 點 的 構 造 和 應 用 由 其 它 串 請 專 利 範 圍 中得知 〇 按 照 本 發 明 的磁性 鐵 心的結 構型 式 ， 類 似於 標 準 結 構 型 式 EP 也是由二個半鐵心組成，介面接縫垂直於裝配面/ 固 定 平 面 並 垂 直於縱 向 軸。按 照本 發 明 的 磁 性 鐵 心 是 介於 E- -鐵心和殻式鐵心間的一種中間型式， 如EP 鐵 心 〇 它 平 行於 固 定 平 面 和縱向 軸 ，二個 側面 件 位於 中 間 凸 台 的 二 側 〇 安 置 的 端 頭 設備垂 直 於中間 凸台 的 縱 向 軸 與 中 間 凸 台 和 側 面 件 相 連 ，以使 中 間凸台 和側 面 件 的 底 側 面安 置 在 平 行於 固 定 平 面 的一個 平面內。 鐵心 具 有 垂 直 於 固 h I- r 疋 平 面 的 相 對 稱 平 面 並且包括 縱向軸 。與 已 知 EP 鐵 心 不 同 的 是 按 照 本 發 明 的磁性 鐵 心，其 中間 凸 台 爲 橢 圓 形 橫 截 面 5 其 最 長 延伸 是 垂直於 固 定平面 0 在本 發 明 的 優選結 構 中，側 面件 的 內 表 面 與 中 間 凸 台 的 橢 圓 形 橫 截 面 層可能地保持一 定距 離 ， 由 此 形成 的 空 腔 用 以 裝 入 線 圈 架 〇 按 照 本 發 明 的磁性 鐵 心，與 相同 裝 配 面 的 標 準 結 構 型 式 相 比 5 具 有 改 進的性 能 。由此 說明 按 眧 本 發 明 的 磁 性 鐵 心 可 代 替 較 大 裝配面 的 磁性鐵 -4 心， 在 性 能 幾 乎 不 變 時 僅 有 540072 五、發明說明（3) 很小的損失。因此，使用本發明的磁性鐵心，可使構件減 少，允許較高的封裝密度。 按照本發明的磁性鐵心，其外部尺寸爲標準EP鐵心， 其長方形基面平行於固定平面。中間凸台和側面件間的空 腔用於裝入至少一個線圈的線圈架，通過側面件部分地被 屏蔽。因之，側面件在固定平面上具有比中間凸台更高的 高度。由側面件形成的空腔，最好向上部分未完全閉合， 向下到固定平面有一個最大的孔，該孔對應於空腔的最大 直徑。 按照本發明的磁性鐵心’如中間凸台的橫截面所具有之 局度大於寬度’則這樣即具有優越性。橢圓形的橫截面垂 直於固定平面且其最長直徑較佳是至少要等於平行於固定 平面所測得的最短直徑的1 · 2倍。本發明的磁性鐵心可以 設有中間凸台，其橫截面具有主軸或直徑，各主軸之差異 可達5倍。 按照本發明的磁性鐵心’具有一個閉合磁路，爲使裝配 容易，用二個分開的線圈架或線圈，或用二個“半鐵心” ，一個“半鐵心沿著介面接縫組合成整鐡心。完整的磁 性鐵心優先由二個反射半面組成，其對稱平面垂直於固定 平面並垂直於縱向軸。但是也可以下述方式分開磁性鐵心： 中間凸台和側面件完全屬於半個鐵心，而第二個“半鐵心 ”僅由另一個端頭組成，端頭與中間凸台和側面件的自由 端互相連接。也可能是按照本發明的磁性鐵心的介面接縫 540072

五、發明說明（4 ) 縫，在垂直於縱向軸的任意位置上，形成不同大小的半鐵 心。 按照本發明的磁性鐵心製造的變壓器，主要是有二個線 圈的線圈架，在中間凸臺上滑動，通過緊靠的二個“半鐵 心”形成閉合磁路。此外，線圈架可以裝有固定銷釘和觸 點閉合銷釘，銷釘可用於線圈端的連接，並可用作印刷線 路板或模組基板的電觸點。半鐵心的組裝可採用夾持件， 例如卡箍、弓形夾或蓋罩。 鐵心在中間凸臺上可以設有或不帶空氣隙，並且可以由 不同材料製造。用於信號傳輸的磁性鐵心材料，從EPC0S 資料書中特別優選T38，T42，N26和T55。 使用本發明的磁性鐵心，在信號傳輸上不受限制。它也 可用作功率變壓器，在改進及減少裝配面上顯示了好的性 會b 。 下面結合實施例及附圖，對本發明作詳細說明。 圖式簡單說明： 第1圖表示按照本發明的磁性鐵心剖面圖。 第2圖表示按照本發明的磁性鐵心橫截面圖。 第3圖表示磁性鐵心的俯視圖。 第4圖表示帶有線圈架的磁性鐵心。 第1圖表示按照本發明的磁性鐵心，其中間凸台MB和 一個側面件平仃於向軸L。端頭ES垂直於縱向軸且組側 面件S、S’和中間凸台MB相連。整個鐵心以反射平面SE 540072 五、發明說明（5) 形成了鏡面對稱性，反射平面經過中間凸台中心，它包括 縱向軸L並垂直於固定平面。側面件s、S，和中間凸台MB 的底邊在平行於固定平面BE的平面上。中間凸台MB的橫 截面爲橢圓形’其最長延伸是垂直於固定平面be。在所示 實施例中，側面件S和中間凸台MB的高度是相同的，但 是本發明的鐵心不需此先決條件。 第2圖表示按照本發明鐵心的另一個實施例，圖式中橫 截面垂直於縱向軸L。在第2圖a表示的實施例中，側面 件S、S ’的高度HK大於中間凸台的高度HB。與第1圖表 示的最簡單的實施例不同，此處相對於中間凸台MB的側 面件S、S ’的內側面SF是彎曲的，具有與中間凸台mb曲 率相對應而延長的曲率半徑。因此，側面件S、S，包圍了 空腔，其內表面相對於中間凸台的上表面，由此形成近似 的橢圓形。通過側面件形成的空腔，其橫截面爲半橢圓形 ’但是在第2圖a的上半部並未完全閉合，而是對於固定 平面BE有一個最大的孔。按照本發明的磁性鐵心，中間 凸台高度HB比中間凸台寬度BB高，其比値在1 . 2至4之 間。 第2圖b表示磁性鐵心的橫截面圖，與第2圖a相比， HB與BB的比値更咼了。此外二個側面件S向上延長，以 致從側面件經過中間凸台所包圍的空腔向上是閉合的。 第3圖表示按照本發明的磁性鐵心的俯視圖。一個完整 的磁性鐵心具有一個閉合的磁路，按照本發明需要二個“ 540072 五、發明說明（6) 半鐵心”。第3圖中二個相同的半鐵心沿著介面接縫TF 組成一整體鐵心，它除了所述的反射平面SE外，沿著縱 向軸L還有另一個與介面接縫TF平行的反射平面。俯視 圖中表示的鐵心與第2圖a中表示的鐵心相符，鐵心中的 中間凸台MB (圖中以點劃線表示）的寬度大於二個側面件s 、S ’上部開設孔的寬度。除了二個“半鐵心”所表示的對 稱部分外，可以在圖示的半鐵心內，不是通過相同的第二 個半鐵心，而是通過相對應的另一端頭ES來關閉磁流動 。當然，所有其他非對稱部分也是可能的，在非對稱部分 中，二個“半鐵心”具有不同長度的側面件S和中間凸台 MB。但是基於對稱，優選了第3圖中所示的對稱部分。 第4圖表示相對應鐵心的一個視圖。線圈架SK將磁性 鐵心分開，並可在中間凸臺上滑動，同時用於裝上線圈。 因此，線圈架SK有一個與中間凸台橫截面相配合的孔。 線圈架的下端爲法蘭（FI ange )F，將連接銷AS固定在法蘭 F上。連接銷AS用於連接安置在線圏架SK上的線圈，並 用於固定由線圈架、線圈和磁性鐵心組成的整個裝置，例 如變壓器。 下面按照本發明在第4圖中所示的磁性鐵心的失真性能 進行計算’計算出與幾何形狀有關的鐵心失真因數，並與 已知的標準結構型式EP1 0和EP1 3的相關値進行比較。這 種鐵心是按標準結構型式EP10的外部尺寸的鐵心進行製 造的’中間凸台的橫截面爲橢圓形。下表爲按照本發明的 540072 五、發明說明（7) 磁性鐵心ΕΡΧ 1 〇與標準結構型式EP1 0及更大的標準結構 形式EP13的特性値進行比較。 EP13 EPX10 EPl〇__ a [ mm ] 12.5 11.5 11^1— b [ mm ] 8.8 7.6 7^_6__ h1[mm ] 12.85 10.2 10.2 V ^ ^ [mm3 ] 1413 890 890 1e[mm] 24 . 2 21.5 19.2 Ae[mm2] 19.5 15.1 11.3 Am i n [ mm2 ](凸台） 14.9 13.2 8.55 Am a x [ mm2 ](壁） 49.0 31.2 37.8 1ν[πηώ] 23 . 8 24 . 3 21.5 An [mm ] 13.8 11.4 11.4 CDF[mra*4·5] 0.191 0.333 0.506 表中a和b爲磁性鐵心外部的測量寬度和高度，h 1 長 度，V *裝外部體積’ le爲鐵心有效磁程長度，Ae爲磁性 鐵心有效磁性橫截面’ 1 n爲線圈架中間線圈長度，AN爲線 圈架的線圈橫截面。鐵心失真因數CDF値是按1 9 97年9 月在美國芝加哥的MMPA User會議上所介紹的方法進行計

算的。 CDF lh 3/2 il A e An 3/2

An 3/2 540072 五、發明說明（8) 計算表明，按照本發明的EPX1 〇鐵心，與外部尺寸相同 的EP 1 0鐵心相比’明顯地改進了磁性性能，特別是明顯 地該 EPX10鐵心具有較低的CDF値，該値與更大的標準 結構型式EP 1 3的値相近。由此淸楚地看到，在相同的磁 性値時，本發明的結構特別是所需的裝配面可減少，或者 說在相同的結構高度，特別是在相同的裝配面時，磁性鐵 心的磁性値可獲得明顯的改進。裝備使用本發明的磁性鐵 心，以及由此製造的構件進行傳輸時，可使模組和印刷線 路板具有較高的積體密度。 雖然本發明僅根據一些代表性的實施例作了說明，但在 本發明範圍內，不偏離本發明的槪念，鐵心還可改變爲其 它型式。特別是磁性鐵心的外形，因之側面形狀不受限制 。所表示的立體外形有其優點，在給出的外部體積中能使 磁性鐵心具有最好的磁性性能。按照本發明的磁性鐵心的 立體外部尺寸，安裝時具有最佳位置，因爲它有最緊密的 結構。 元件符號表 S，S ’ 側面件 MB 中間凸台 ES 端頭 L 縱向軸 »10- 540072 五、 發明說明（9) SE 反射平面 SF 內側面 TF 介面接縫 F 法蘭 AS 連接銷 SK 線圈架 -11-

Claims (1)

1. 540072 六、申請專利範圍 第901257 70號「具有新造型的磁性鐵心及變壓器」專利案 (92年3月修正） 六申請專利範圍 1· 一種無失真之變壓器用的磁性鐵心，其特徵爲： -二個側面件（S、S ’）對稱地安置在一個中間凸台（MB )的 二側，在一個無氣隙之磁性鐵心中，此二個側面件與 中間凸台的長度相同，或者在一個有氣隙之磁性鐵心 中，此二個側面件之長度與中間凸台長度相差之値是 此二個側面件之寬度，此二個側面件分別以恆定之橫 切面沿著磁性鐵心（FK )之縱向軸（L )而延伸， -一垂直於縱向軸而配置的端頭（ES )連接中間凸台及側 面件，其中鐵心下方具有一開孔且中間凸台和側面件 底邊指向一較後形成的固定平面（BE )， -中間凸台有一個橢圓形的橫截面，無邊緣或角，中間 凸台的最長延伸部分是與固定平面相垂直， -鐵心相對於一個包括縱向軸且垂直於固定平面的反射 平面（SE)是對稱安裝的， -側面件（S，S’）之指向內部之表面（SF)在廣泛之恆定距 離中依循中間凸台（MB)之橢圓形橫切面而未完全圍繞 該中間凸台（MB)且因此形成一空腔以容納線圈架（SK ) ，此空腔向下至固定平面（BE)係廣泛地敞開且向上未 完全-或完全閉合。 2.如申請專利範圍第1項之磁性鐵心，其中在固定平面 -12- 540072 六、申請專利範圍 (BE )上的側面件（S、S ’）具有一個比中間凸台（MB )更高 的高度。 3. 如申請專利範圍第1 或2項之磁性鐵心，其中由側面 件（S、S ’）形成的空腔向上在很大程度上是閉合的或完 全閉合。 4. 如申請專利範圍第1或2項之磁性鐵心，其中所形成的 EP鐵心，其長方形的周邊平行於固定平面（BE)並具有立 方形的外部尺寸。 5. 如申請專利範圍第1 或2項之磁性鐵心，其中該中間 凸台（MB)的橫截面爲橢圓形，其最長直徑爲最短直徑的 1 . 2 至 5 . 0 倍。 6. 如申請專利範圍第1 或2項之磁性鐵心，其中磁性鐵 心相對於反射平面是對稱安裝的，該反射平面垂直於固 定平面且垂直於縱向軸。 7. —種變壓器，其包含如申請專利範圍第1 或2項之磁 性鐵心，其特徵爲：磁性鐵心中之磁路借助於所安裝的 二個相同的或相似的半鐵心而閉合，或藉助於第二個端 頭而閉合，在中間凸臺上安裝一個具有至少一個線圈的 線圈架（SK)。 8. 如申請專利軔圍弟1 或2項之5放性鐵心，其中磁性鐵 心應用於變壓器中以傳輸信號。 9. 如申請專利範圍第1 或2項之磁性鐵心，其中磁性鐵 心在xDSL之應用中用作變壓器，以進行阻抗匹配和絕 -13- 540072 六、申請專利範圍 緣。 10.如申請專利範圍第1 或2項之磁性鐵心，其中磁性鐵 心具有EP 1 0鐵心的外部尺寸以代替傳統所使用的EP 1 3鐵心。 -14-