专利名称：混合材料磁芯组、磁性元件及制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁芯组、磁性元件及其制法，特别涉及一种以混合材料制成的磁 芯组、磁性元件及其制法。
背景技术：
电感器或变压器等磁性元件广泛地应用于切换式电源电路中，且其特性对电源装 置的功率密度、效率及可靠性有着关键性的影响。目前应用于切换式电源电路的磁性元件 中，例如电感器，构成磁芯的材料主要有铁氧体和环形粉芯等。由于不同的磁芯材料可具有 不同的磁滞特性，而此磁滞特性可谓磁芯材料的典型特性，磁芯材料亦因其磁滞特性的差 异而产生不同程度的电感磁芯的损耗。事实上，磁芯损耗是磁芯材料内交替磁场引致的结 果。磁芯材料所产生的损耗，为其操作频率与总磁通摆幅(ΔΒ)的函数，由磁芯材料的磁 滞、涡流和剩余损耗引起的。一般而言，磁导率越大，磁滞曲线越窄，磁芯功耗越小。然而， 以铁氧体构成的磁芯材料，其成本较低、磁芯损耗较小，但是饱和磁密低，需要开设气隙并 且用利兹线(Litz wire)，而且总构成体积较大；而环形粉芯构成的磁芯材料则具有高饱和 磁密及较大的储能，但于制作电感器的工艺中需要人工绕线，工时较长。所以为了简化环形 粉芯的绕线问题，结合两种材料的优点，在实际应用时可将两种材料结合起来使用。然而在磁路的安排中，前述两种材料的结合可以有两种方式，即并联与串联。其中 并联的方式能达成二者性能的迭加，但是构成的结构体积较大；而串联的方式则可实现性 能的折中，但可构成较小的结构体积。美国专利US6，980，077揭示了一种利用磁粉芯填充 磁路气隙，以消除磁通扩散以减小涡流损耗问题的方法，其主要应用于EE和EI型铁氧体磁 芯上。但在实际应用时，由于在气隙处填上磁粉芯会增大磁路磁导，若要维持原来电感的抗 饱和性能就必须增大粉芯的长度，而根据该专利所描述的方法计算所得的磁粉芯(磁导率 与现有标准磁粉芯规格相同)长度往往大于EE和EI型磁芯的中柱长度，导致无法实际操 作；如果进一步降低磁粉芯磁导率则仍然会有较大的磁通扩散和近场辐射等问题，无法有 效解决公知技术的问题。另一美国专利US7，265, 648则揭示了一种利用高导磁材料实现非线性感量的方 法。然而该技术在实质上仅为两个磁环结构(其中一个开有气隙)的并联。在实际应用 时，带有气隙的磁环部分会导致近场辐射、电磁干扰和较大的涡流损耗，若以一个铁氧体磁 环和一个合金粉芯磁环并联虽可获致较佳的效果，但仍无法有效解决公知技艺所遭遇的问 题。而美国专利US5，062，197则揭示了一种利用两种磁性材料来实现高频电感或变 压器的方法。然而在实际应用时，该方法导入的结构器件较多，且制造工艺复杂；且该方法 在中柱若使用高磁导率低饱和磁密的铁氧体材料，必然导致较大的截面和平均匝长，所以 会产生较大的电阻。而且在其结构中所导入的两片低导磁材料上会分布很大的磁压，因此 产生的近场辐射亦较大，容易引起电磁干扰的问题。有鉴于传统磁性元件受限于其结构部件特性组合，无法获致有效提升操作效率、缩短制造工艺工时及降低元件体积及成本的结果，因此，如何有效结合两种不同磁芯材料， 以改善公知技艺的缺点及限制，并通过简单的制造工艺，有效快速的完成磁性元件的组装 作业，实为目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的为提供一种混合材料磁芯组、磁性元件及制法，通过合金粉芯与铁 氧体的组合，不仅可以通过预制线圈来缩短工时，且可以通过平均匝长较短的结构，减小电 阻，并节省导线长度，在大电流的情况下，还可有效减少铜损。此外，铁氧体对磁通扩散能提 供较佳的屏蔽作用，使其具有较小的近场辐射，并且通过合金粉芯、铁氧体和气隙结构的良 好结合，还可有效改善高饱和磁密合金粉芯的直流偏置性能，使其高饱和性能得到充分的 发挥，更进一步减小电感体积，降低成本。为达上述目的，本发明的一较广义实施方式提供一种混合材料磁芯组，包括内磁 芯部件及外磁芯部件。该内磁芯部件由高饱和磁密低导磁材料制成。该外磁芯部件由低饱 和磁密高导磁材料制成，且包括环型壁面及容置空间，其中容置空间容置内磁芯部件。为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式提供一种磁性元件，包括混合材料 磁芯组及绕线线圈。该混合材料磁芯组包括内磁芯部件及外磁芯部件。该内磁芯部件由高 饱和磁密低导磁材料制成。该外磁芯部件由低饱和磁密高导磁材料制成，且包括环型壁面 及容置空间，其中容置空间容置内磁芯部件。该绕线线圈绕设于内磁芯部件上，且设置于外 磁芯部件的容置空间中。为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式提供一种磁性元件的制法，包括步 骤(a)以高饱和磁密低导磁材料制作内磁芯部件、以低饱和磁密高导磁材料制作外磁芯 部件，以及提供绕线线圈，其中该外磁芯部件包括环型壁面及容置空间；以及(b)将绕线线 圈绕设于内磁芯部件上，并将内磁芯部件及绕线线圈容置于外磁芯部件的容置空间中
图1为本发明较佳实施例的混合材料磁芯组的结构分解图。图2A及图2B分别为本发明较佳实施例的磁性元件的结构分解及组合图。图3为图2所示实施例的另一变化实施方式的示意图。图4A及图4B分别为本发明另一较佳实施例的磁性元件的结构分解及组合图。图5A及图5B分别为本发明又一较佳实施例的磁性元件的结构分解及组合图。图6为本发明较佳实施例的两种电感器的抗直流偏置性能比较图。图7为显示本发明电感器与传统电感器于最大工作电流下的感量比较图。主要元件标记说明1 混合材料磁芯组 2 磁性元件11:内磁芯部件111:第一内磁芯单元112:第二内磁芯单元 llla、112a:中柱lllb、112b:板部 lllc、112c:缺口12 外磁芯部件 121 环型壁面122 容置空间 123 底面
124 开槽14 绕线架142 绕线区
13 绕线线圈 141 贯穿通道 15 气隙16 绝缘片
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的 是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的 说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。请参阅图1，其为本发明较佳实施例的混合材料磁芯组的结构分解图。如图所示， 本发明的混合材料磁芯组1包括一内磁芯部件11及一外磁芯部件12，其中外磁芯部件12 包括一环型壁面121及一容置空间122，该容置空间122可容置内磁芯部件11，且内磁芯部 件11由高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)制成，外磁芯部件12由低饱和磁密高导 磁材料(第二导磁材料)制成。于本实施例中，内磁芯部件11由例如合金粉芯制成，且外 磁芯部件12由例如铁氧体制成。本发明的混合材料磁芯组1主要通过铁氧体制成的外磁芯部件12与合金粉芯制 成的内磁芯部件11串联组成，其可应用于制作磁性元件，例如电感器，以提升磁性元件的 特性并缩短制作工时。请参阅图2A及图2B，其为本发明较佳实施例的磁性元件的结构分解 及组合图。如图所示，本发明的磁性元件2可为但不限于功率电感或滤波电感，且包含混合 材料磁芯组1及绕线线圈13，其中混合材料磁芯组1包括一内磁芯部件11及一外磁芯部件 12，内磁芯部件11由高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)，例如合金粉芯，制成，而外磁 芯部件12由低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)，例如铁氧体，制成。于本实施例中， 内磁芯部件11包括第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112，第一内磁芯单元111及第 二内磁芯单元112分别具有一中柱llla、112a及一板部111b、112b，其中该中柱llla、112a 分别与板部111b、112b的中心区域相连接。外磁芯部件12包括一环型壁面121及一容置 空间122，该容置空间122容置内磁芯部件11，使该环型壁面121环绕于内磁芯部件11的 外周。于一些实施例中，外磁芯部件12的容置空间122较佳为一贯穿通道。绕线线圈13 具有单层或多层结构，且可由导线或扁平线圈，例如但不限于铜线或铜箔，所制成。绕线线 圈13绕设于内磁芯部件11的中柱llla、112a上，且介于两板部Illb及112b之间。外磁 芯部件12的容置空间122容置内磁芯部件11及绕线线圈13，进而组成本发明的磁性元件 2。于一些实施例中，合金粉芯由铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钼、非晶粉芯或其 组合的高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)所构成；该铁氧体由锰锌、镍锌或其组合的 低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)所构成，其中该高饱和磁密低导磁材料(第一导 磁材料)的饱和磁通密度较佳为该低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)的1.5倍或以 上。于一些实施例中，该第一导磁材料的饱和磁通密度大于该第二导磁材料的饱和磁通密 度，该第一导磁材料的磁导率小于该第二导磁材料的磁导率。于一些实施例中，第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112的板部lllb、112b 分别具有多个缺口 lllc、112c，该缺口 lllc、112c可供绕线线圈13的端部穿出。于一些实施例中，如图3所示，磁芯元件2的第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112 —体成型地 连接，以使内磁芯部件11形成“工”字型结构。于一些实施例中，磁芯元件2的第一内磁芯 单元111及第二内磁芯单元112的中柱llla、112a的末端面彼此相对地接触连接，以使内 磁芯部件11形成“工”字型结构。于一些实施例中，磁性元件2的第一内磁芯单元111的 中柱Illa与第二内磁芯单元112的中柱11 间形成一气隙15，该气隙15可设置黏胶或 不导磁的绝缘片16以维持该气隙15的长度，其中绝缘片16可为但不限于塑料、电木或玻 璃钢等材料制成。于本实施例中，由于合金粉芯制成的内磁芯部件11采用两个圆形丁字型 的内磁芯单元，亦即第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112，对接形成“工”字型结构， 如此可优化绕线线圈13的平均匝长；而铁氧体制成的外磁芯部件12所构成的磁环闭合磁 路，能够有效减小电磁辐射。根据本发明前述实施例的构想，本发明还提供磁性元件2的制法，可以简单的制 造工艺快速的完成磁性元件2的组装作业。本发明制法包括步骤首先，以高饱和磁密低导 磁材料(第一导磁材料)制作内磁芯部件11、以低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料) 制作外磁芯部件12，以及提供绕线线圈13，其中该外磁芯部件12包括环型壁面121及容置 空间122。接着，将绕线线圈13绕设于内磁芯部件11上，并将内磁芯部件11及绕线线圈 13容置于外磁芯部件12的容置空间122中，使完成本发明磁性元件2的制作。于一些实施例中，于将绕线线圈13绕设于内磁芯部件11的步骤中，还包括步骤 使内磁芯部件11形成一气隙15，并于气隙15中设置黏胶或绝缘片16以维持该气隙15的 长度，其中绝缘片16可为但不限于塑料、电木或玻璃钢等材料制成。请参阅图4A及图4B，其分别为本发明另一较佳实施例的磁性元件的结构分解及 组合图。如图所示，本发明的磁性元件2可为但不限于功率电感或滤波电感，且包含混合材 料磁芯组1、绕线线圈13及绕线架14。其中，混合材料磁芯组1及绕线线圈13的构成及结 构与前述实施例相似，于此不再赘述。于此实施例中，绕线架14具有一贯穿通道141以及 一绕线区142，该贯穿通道141容设部分的内磁芯部件11，该绕线区142绕设具有单层或多 层结构的绕线线圈13。外磁芯部件12的容置空间122容置内磁芯部件11、绕线线圈13及 绕线架14，进而组成本发明的磁性元件2。于一些实施例中，合金粉芯由铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钼、非晶粉芯或其 组合的高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)所构成；该铁氧体由锰锌、镍锌或其组合的 低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)所构成，其中该高饱和磁密低导磁材料(第一导 磁材料)的饱和磁通密度较佳为该低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)的1.5倍或以 上。于一些实施例中，第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112的板部lllb、112b 分别具有多个缺口 lllc、112c，该缺口 lllc、112c可供绕线线圈13的端部穿出。于一些实 施例中，磁芯元件2的第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112的中柱11 la、112a的末 端面彼此相对地接触连接，以使内磁芯部件11形成“工”字型结构。于一些实施例中，磁性 元件2的第一内磁芯单元111的中柱Illa与第二内磁芯单元112的中柱11 间形成一气 隙15，该气隙15中可设置黏胶或不导磁的绝缘片16以维持气隙15的长度，其中绝缘片16 可为但不限于塑料、电木或玻璃钢等材料制成。根据本发明前述实施例的构想，本发明还提供磁性元件2的制法，可以简单的制造工艺快速的完成磁性元件2的组装作业。本发明制法包括步骤首先，以高饱和磁密低导 磁材料(第一导磁材料)制作内磁芯部件11、以低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料) 制作外磁芯部件12，以及提供绕线线圈13，其中该外磁芯部件12包括环型壁面121及容置 空间122。接着，提供绕线架14，并将绕线线圈13绕设于绕线架14上。然后，将绕线线圈 13及绕线架14套设于内磁芯部件11上，以使绕线线圈13绕设于内磁芯部件11上。最后， 将内磁芯部件11、绕线线圈13及绕线架14容置于外磁芯部件12的容置空间122中，使完 成本发明磁性元件2的制作。于一些实施例中，于将绕线线圈13及绕线架14套设于内磁芯部件11的步骤中， 还包括步骤使内磁芯部件11形成一气隙15，并于气隙15中设置黏胶或绝缘片16以维持 气隙15的长度，其中绝缘片16可为但不限于塑料、电木或玻璃钢等材料制成。请参阅图5A及图5B，其分别为本发明又一较佳实施例的磁性元件的结构分解及 组合图。如图所示，本发明的磁性元件2可为但不限于功率电感或滤波电感，且包含混合材 料磁芯组1及绕线线圈13。其中混合材料磁芯组1包括一内磁芯部件11及一外磁芯部件 12，内磁芯部件11由高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)，例如合金粉芯，制成，而外磁 芯部件12由低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)，例如铁氧体，制成。于本实施例中， 内磁芯部件11仅包括第一内磁芯单元111，该第一内磁芯单元111具有一中柱Illa及一 板部111b，其中该中柱Illa与板部Illb的中心区域相连接，使第一内磁芯单元111形成 “丁”字型结构。外磁芯部件12包括一环型壁面121及一容置空间122，该容置空间122容 置内磁芯部件11，使该环型壁面121环绕于内磁芯部件11的外周。于一些实施例中，外磁 芯部件12的容置空间122由环型壁面121与底面123所定义形成，且外磁芯部件12呈罐 体结构。绕线线圈13具有单层或多层结构，且可由导线或扁平线圈，例如但不限于铜线或 铜箔，所制成。绕线线圈13绕设于内磁芯部件11的中柱Illa上。外磁芯部件12的容置 空间122容置内磁芯部件11及绕线线圈13，进而组成本发明的磁性元件2。于一些实施例中，合金粉芯由铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁镍、铁镍钼、非晶粉芯或其 组合的高饱和磁密低导磁材料(第一导磁材料)所构成；该铁氧体由锰锌、镍锌或其组合的 低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)所构成，其中该高饱和磁密低导磁材料(第一导 磁材料)的饱和磁通密度较佳为该低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料)的1.5倍或以 上。于一些实施例中，外磁芯部件12的环型壁面121还具有一个或多个开槽124，该开槽 124可供绕线线圈13的端部穿出。根据本发明前述实施例的构想，本发明还提供磁性元件2的制法，可以简单的制 造工艺快速的完成磁性元件2的组装作业。本发明制法包括步骤首先，以高饱和磁密低导 磁材料(第一导磁材料)制作内磁芯部件11、以低饱和磁密高导磁材料(第二导磁材料) 制作外磁芯部件12，以及提供绕线线圈13，其中该外磁芯部件12包括环型壁面121及容置 空间122。接着，将绕线线圈13绕设于内磁芯部件11上，并将内磁芯部件11及绕线线圈 13容置于外磁芯部件12的容置空间122中，使完成本发明磁性元件2的制作。根据电感储能公式
「 η r M0-Me-H1-Ae-Ie B2-Ae-IeE = 0 e----=------
22·με ·μ0其中，E为电感储存能量，μ e为磁导率，H为磁场强度，Ae为导磁截面积，Ie为磁路长度，B为磁通密度。在相同的体积和等效磁导率的情况下，合金粉芯与铁氧体相比由于具 有相对较高的饱和磁密，因此可比铁氧体能存储更多的能量。此外，由于铁氧体的磁导率比 合金粉芯相对大很多，所以绝大部分磁压分布在合金粉芯上，而储能则主要由合金粉芯决 定。本发明的混合材料磁芯组1及磁性元件2将传统的环形粉芯磁路打开而改用合金粉芯 制成的内磁芯部件11以方便绕线，再用铁氧体材料制成的外磁芯部件12来闭合磁路，由于 铁氧体磁芯损耗很低，所以闭合磁路的铁氧体不会增加太多损耗。再者，根据电感公式L = μ ·Ν2其中L为电感量，μ为磁导率，N为线圈匝数，Ae为导磁截面积，Ie为磁路长
度)，在线圈匝数和磁材料不变的情况下，可以通过变化导磁截面积和磁路长度来调整电感 的大小。但是公知环形粉芯的内部空间除了要容纳线圈外还要留有一定的空间方便绕线， 因此填充率不高，磁路长度没有缩短的余地。而本发明的混合材料磁芯组1及磁性元件2将 合金粉芯打开磁路后，磁路长度可以任意设计，并且不需要留下类似环形粉芯的绕线空间， 而在保证感量的条件下还可通过减小磁路长度的方法来减小体积。而且磁路长度的缩短还 能增大感量，弥补粉芯材料的磁导率会随着直流偏置的增大而减小引起的感量损失。另一 方面，这样的安排还可以先行预制线圈，再以组装的方式制作磁性元件，例如电感器，而不 像传统环形粉芯必须以手工方式进行绕线。相比之下，本发明确实简化了制作流程与节省 制作工时。而且传统环形粉芯的截面为方形，无法获致固定截面积下的最小周长，因此传统 环形电感器的平均匝长仍有改进空间，特别是双环并绕时。如果电感绕线截面是圆形，就可 以获得最小的平均匝长，使导线电阻最优化。另一方面，在组装磁性元件时，例如电感器，不可避免的是组装气隙的存在，因此 在设计电感器的时候还应考虑气隙的影响。一般通过计算可知，气隙能明显改善合金粉芯 的抗直流偏置性能。高磁导率的合金粉芯(例如铁硅铝μ 125)，通过开气隙降低等效磁导 率，可以获得优于同样等效磁导率的合金粉芯(例如铁硅铝μ^Ο的直流偏置性能。因此 本发明在串联铁氧体与合金粉芯两种磁材料时，还可通过合理的气隙设计，使合金粉芯、鐵 氧体及气隙结构做良好的结合，有效地降低合金粉芯的尺寸。实施例1 在本实施例中，对照比较的传统环形电感器的磁芯尺寸为 35. 8mmX22. 35mmX10. 46mm,初始磁导率60，构成材料为铁硅铝，且双环并绕，并使用 Φ 1. 5mm漆包线共70匝，直流电阻45. 9m Ω。本发明的磁性元件2，亦即电感器，留有安装气 隙0. 5mm左右，内磁芯部件11的粉芯材料采用铁硅铝，初始磁导率沈，其组装结构如图2A 及图2B所示，由两个圆形丁字型的第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元112对接后绕设 Φ1. 4mm漆包线3层共48匝，再套入由铁氧体构成的外磁芯部件12的容置空间122中，而 制作完成的电感器实际留有大约0.4mm的装配气隙。经测量，直流电阻38. ΙπιΩ，在实测最 大工作电流下的感量比理论计算值提高5%左右。实施例2 在本实施例中，对照比较的传统环形电感器与实施例1相同。本发明的磁性元件 2，亦即电感器，留有安装气隙0. 5mm左右，内磁芯部件11的粉芯材料采用铁硅，初始磁导率 30，同样地其组装结构如图2A及图2B所示，由两个圆形丁字型的第一内磁芯单元111及第 二内磁芯单元112对接后绕设Φ 1. 29mm漆包线4层共48匝，再套入由铁氧体构成的外磁 芯部件12的容置空间122中，而制作完成的电感器实际留有大约0. 4mm的装配气隙。经测量，直流电阻35. 7πιΩ，在实测最大工作电流下的感量比理论计算值提高7%左右。实施例3在本实施例中，对照比较的传统环形电感器参数如下磁芯尺寸为
27.6mmX 14. ImmX 11. 99mm,初始磁导率26，构成材料为铁硅铝，并使用Φ0. 8mm漆包线共 60匝。而本发明使用的两个具混合材料磁芯组的电感器所有参数都相同，除了一个电感器 的内磁芯部件11的合金粉芯使用铁硅铝μ沈，另一个电感器的内磁芯部件11的合金粉芯 使用铁硅铝μ 125并开气隙使其等效磁导率为沈。两者的抗直流偏置性能如图6所示，其 中线段a代表使用铁硅铝μ ^5，b代表使用铁硅铝μ 125并开气隙使其等效磁导率为沈，比 较二者的抗直流偏置性能，可以发现高磁导率粉芯开气隙后的抗直流偏置性能非常优异。实施例4在本实施例中，对照比较的传统环形电感参数如下磁芯尺寸为 (18mmX9mmX 10. 2mm) X 2，初始磁导率125，构成材料为铁镍，使用Φ 1. Omm漆包线6股并绕 共3匝。本发明的磁性元件2，亦即电感器，依图5Α及图5Β所示的结构设计电感器时留有 安装气隙0. 5mm左右，内磁芯部件11的粉芯材料粉采用铁硅铝，初始磁导率90，由一个圆 型丁字型的第一内磁芯单元111套设Φ2. 2mm预制3匝的绕线线圈后，直接装入由铁氧体 构成的外磁芯部件12的容置空间122中，制作完成的电感器实际留有大约0. 4mm的装配气 隙。相对于参照的传统环形电感，磁芯和导线损耗都有15%以上的改进提升。实施例5 在本实施例中，对照比较的传统环形电感器为试验样机的功率因素校正电感器， 其参数如下磁芯尺寸为34. 3mmX23. 37mmX8. 89mm，初始磁导率60，构成材料为铁硅铝， 双环并绕，并使用Φ1. 5mm漆包线共59阻，直流电阻39. %ιΩ。本发明的磁性元件2，亦即 电感器，留有安装气隙0. 5mm左右，内磁芯部件11的粉芯材料采用铁硅铝，初始磁导率60， 其结构如图2A及图2B所示，由两个圆型丁字型的第一内磁芯单元111及第二内磁芯单元 112对接后绕设Φ 1. 4mm漆包线3层共39匝，再套入由铁氧体构成的外磁芯部件12的容 置空间122中，而制作完成的电感器实际留有大约0.4mm的装配气隙。经测量，直流电阻
28.^ιιΩ，实测最大工作电流下的感量比传统环形电感提高25%左右，如图7所示，其中线 段a代表传统环形电感器，线段b代表本发明的电感器。且经过试验样机的运行测试，采用 本发明电感器的整体效率比原来效率更为提升。特别是在重载时的效率差异，更明显地优 于在轻载或空载时的效率差异。实施例6 在本实施例中，对照比较的传统环形电感器为试验样机的输出滤波电感(output choke)，其参数如下磁芯尺寸为18mmX9mmX10. 2mm，初始磁导率125，构成材料为铁镍合 金粉芯，双环并绕，并使用Φ 1. OmmX 6漆包线共3匝，直流电阻0. 7m Ω。本发明的磁性元件 2，亦即电感器，留有安装气隙0. 5mm左右，内磁芯部件11的粉芯材料采用铁硅铝，初始磁导 率60，其结构如图2A及图2B所示，由两个圆形丁字型第一内磁芯单元111及第二内磁芯单 元112对接后绕设16. 5mmX0. 4mm铜箔4匝，再套入由铁氧体构成的外磁芯部件12的容置 空间122中，制作完成的电感器实际留有大约0. 4mm的装配气隙，外形尺寸与传统电感器相 似。经测量，直流电阻0.58πιΩ，实测最大工作电流下的感量与传统环形电感器相当。而经 过试验样机的运行测试，采用本发明电感器的整体效率比原来效率更为提升。
综上所述，本发明提供一种混合材料磁芯组、磁性元件及制法，通过串联合金粉芯 及铁氧体，以有效提升操作效率、缩短制造工艺工时、降低元件体积及成本。本发明的磁性 元件可使合金粉芯便于绕线，亦可通过一绕线架的预制线圈来缩短工时。此外由于本发明 元件结构的平均匝长较短，而合金粉芯的高饱和性能可使绕线截面较小，减小了电阻，更节 省了导线，特别是在大电流的情况下，铜损降低的优势更益明显。另一方面，在本发明元件 结构外层的高导磁铁氧体对磁通扩散具有良好的屏蔽作用，可获致较小的近场辐射。而且 通过合金粉芯、铁氧体和气隙得到良好的结合，使气隙能有效改善高饱和磁密合金粉芯的 直流偏置性能，并使其高饱和性能得到充分的发挥，更进一步的减小电感器体积，降低成 本。纵使本发明已由上述实施例详细叙述而可由所属技术领域的技术人员进行的各 种修改，然皆不脱离权利要求所欲保护的范围。
权利要求
1.一种混合材料磁芯组，其特征在于包括一内磁芯部件，由高饱和磁密低导磁材料制成；以及一外磁芯部件，由低饱和磁密高导磁材料制成，且包括一环型壁面及一容置空间，其中 该容置空间容置该内磁芯部件。
2.如权利要求1所述的混合材料磁芯组，其特征在于该高饱和磁密低导磁材料为合金 粉芯，以及该低饱和磁密高导磁材料为铁氧体。
3.如权利要求2所述的混合材料磁芯组，其特征在于该合金粉芯由铁粉芯、铁硅、铁硅 铝、铁镍、铁镍钼、非晶粉芯及其组合所组成的群族其中之一所构成，以及该铁氧体由锰锌、 镍锌及其组合所组成的群族其中之一所构成。
4.如权利要求1所述的混合材料磁芯组，其特征在于该高饱和磁密低导磁材料的饱和 磁通密度大于等于该低饱和磁密高导磁材料的1. 5倍。
5.一种磁性元件，其特征在于包括一混合材料磁芯组，包括一内磁芯部件，由高饱和磁密低导磁材料制成；以及一外磁芯部件，由低饱和磁密高导磁材料制成，且包括一环型壁面及一容置空间，其中 该容置空间容置该内磁芯部件；以及一绕线线圈，绕设于该内磁芯部件上，且设置于该外磁芯部件的该容置空间中。
6.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该磁性元件为电感器。
7.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该高饱和磁密低导磁材料为合金粉芯， 以及该低饱和磁密高导磁材料为铁氧体。
8.如权利要求7所述的磁性元件，其特征在于该合金粉芯由铁粉芯、铁硅、铁硅铝、铁 镍、铁镍钼、非晶粉芯及其组合所组成的群族其中之一所构成，以及该铁氧体由锰锌、镍锌 及其组合所组成的群族其中之一所构成。
9.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该高饱和磁密低导磁材料的饱和磁通密 度大于等于该低饱和磁密高导磁材料的1. 5倍。
10.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该内磁芯部件包括一第一内磁芯单元 及一第二内磁芯单元，该第一内磁芯单元及该第二内磁芯单元分别具有一中柱及一板部， 其中该中柱分别与该板部的中心区域相连接。
11.如权利要求10所述的磁性元件，其特征在于该绕线线圈绕设于该内磁芯部件的该 中柱上。
12.如权利要求10所述的磁性元件，其特征在于该第一内磁芯单元与该第二内磁芯单 元一体成型。
13.如权利要求10所述的磁性元件，其特征在于该第一内磁芯单元的该中柱与该第二 内磁芯单元的该中柱间形成一气隙，以及该气隙中设置黏胶或绝缘片。
14.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该绕线线圈为导线或扁平线圈。
15.如权利要求5所述的磁性元件，还包括一绕线架，容置于该外磁芯部件的该容置空 间中且具有一贯穿通道以及一绕线区，其中该贯穿通道容设部分的该内磁芯部件，该绕线 区绕设该绕线线圈。
16.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于该内磁芯部件包括一第一内磁芯单元，该第一内磁芯单元具有一中柱及一板部，该中柱与该板部的中心区域相连接，以及该外磁 芯部件的该容置空间由该环型壁面与一底面定义形成。
17.—种磁性元件的制法，其特征在于包括步骤(a)以高饱和磁密低导磁材料制作一内磁芯部件、以低饱和磁密高导磁材料制作一外 磁芯部件，以及提供一绕线线圈，其中该外磁芯部件包括一环型壁面及一容置空间；以及(b)将该绕线线圈绕设于该内磁芯部件上，并将该内磁芯部件及该绕线线圈容置于该 外磁芯部件的该容置空间中。
18.如权利要求17所述的制法，其特征在于该步骤(b)还包括步骤使该内磁芯部件 形成一气隙，并于该气隙中设置黏胶或绝缘片。
19.如权利要求17所述的制法，其特征在于于该步骤(a)与该步骤(b)间还包括步骤 提供一绕线架，且将该绕线线圈绕设于该绕线架上。
20.如权利要求19所述的制法，其特征在于该步骤(b)包括步骤(bl)将该绕线架套设于该内磁芯部件上，以使该绕线线圈绕设于该内磁芯部件上；以及(b2)将该内磁芯部件、该绕线线圈及该绕线架容置于该外磁芯部件的该容置空间中。
全文摘要
本发明提供一种混合材料磁芯组、磁性元件及制法。本发明的磁性元件包括混合材料磁芯组及绕线线圈。混合材料磁芯组包括由高饱和磁密低导磁材料制成的内磁芯部件，以及由低饱和磁密高导磁材料制成的外磁芯部件，其中外磁芯部件包括环型壁面及容置空间，该容置空间容置内磁芯部件。绕线线圈绕设于内磁芯部件上，且设置于外磁芯部件的容置空间中。本发明的磁性元件可改善电磁特性，提升操作效率、缩短制造工艺工时及减小体积。
文档编号H01F41/02GK102074333SQ20091022502
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者吴一凡, 楮江, 郑益吉, 陈为, 黄智 申请人:台达电子工业股份有限公司