專利名稱：磁元件的間隙鐵心結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般涉及電子元件的制造，特別涉及磁元件，例如感應(yīng)器的制造。
背景技術(shù)：
各種磁元件，包括但不限于感應(yīng)器和變壓器，具有至少一個(gè)線圈布置成環(huán)繞磁場鐵心。在一些元件中，鐵心組件由間隔并粘結(jié)的鐵氧體磁心構(gòu)成。在使用中，鐵心之間的間隙要求在鐵心中儲(chǔ)存能量，以及間隙的導(dǎo)致的磁特性，包括但不限于開路電感和直流偏移特性。特別在微型元件中，鐵心之間的均勻的間隙的制造，對(duì)于可靠的、高質(zhì)量的生產(chǎn)磁元件是有重要意義的。
例如，環(huán)氧材料被用于粘結(jié)鐵氧體磁心以生產(chǎn)磁元件的粘結(jié)磁心組件。為了鐵心間隙的一致性，非磁性的小圓珠，特別是玻璃球，有時(shí)被參雜在絕緣粘合材料中，并分布在鐵心之間形成間隙。加熱時(shí)，環(huán)氧材料粘結(jié)鐵心，同時(shí)小圓珠分開鐵心以形成間隙。粘結(jié)，仍然主要依靠環(huán)氧材料的粘合和鐵心間分布的粘合混合劑中環(huán)氧材料和小圓珠的比例。注意到，在一些應(yīng)用中，由于特殊的原因，不能使用粘結(jié)鐵心，以及粘結(jié)混合劑環(huán)氧材料和玻璃球的比例控制也是很困難的。
在其他類型的磁元件中，非磁的間隔材料用于兩個(gè)磁半鐵心之間，并且兩個(gè)半鐵心相互壓緊保持間隔材料。間隔材料通常使用紙或聚酯絕緣材料。特別的，半鐵心和間隔與被卷繞在半鐵心外的帶可靠相互固定，粘合劑保證半鐵心之間的固定，或者，夾具保證半鐵心的固定并保持半鐵心之間的間隙。個(gè)別時(shí)候，使用多(2以上)片間隔材料，這是由于保證結(jié)構(gòu)的整體變得復(fù)雜、困難和昂貴。
其他類型的磁元件包括一個(gè)間隙底到半鐵心的一部分，并保持半鐵心的部分采用前述的任意技術(shù)壓緊另外的半鐵心。
目前，在鐵心結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生間隙的其他方法是先制造單片鐵心，從鐵心(典型的為環(huán)形鐵心)上切下薄片材料。間隙通常被粘合劑或環(huán)氧材料填充以保持鐵心的強(qiáng)度和形狀。
近來，合成磁性陶瓷環(huán)，包括和非磁層分離以形成間隙的分層磁結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展。例如，參見專利US6,162,311。因此，可以省去粘結(jié)材料(例如，粘合劑)和磁心結(jié)構(gòu)的外部間隙材料(例如，間隔)。
在任一種前述的裝置中，導(dǎo)體被通常置于穿過鐵心，以磁通的形式耦合能量，磁力線穿過并環(huán)繞間隙，在鐵心中形成磁路。如果導(dǎo)體插入磁通線，導(dǎo)體中會(huì)有環(huán)流。由于環(huán)流，導(dǎo)體中的電阻產(chǎn)生熱量，這降低了磁元件的效率。導(dǎo)體遠(yuǎn)離磁通線的移動(dòng)可以減少耦合到導(dǎo)體的能量，因此可以提高元件的效率，但這會(huì)導(dǎo)致元件尺寸的增大，這在制造上是不希望的。
同時(shí)，現(xiàn)有的磁元件通常組裝成單一鐵心結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)使用多個(gè)感應(yīng)器時(shí)，鐵心必須物理分離以防止工作中相互干擾。元件的分離占用了印刷電路板上的有效空間。
因此，希望提供一種磁元件，可以提高效率改進(jìn)工藝性用于電路板，而不需要增加元件的尺寸或者占用印刷電路板的空間。


圖1是用于制造磁元件的示例性間隙鐵心結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是圖1中所示裝配有感應(yīng)器的鐵心的側(cè)視圖。
圖3是圖2中所示鐵心結(jié)構(gòu)和感應(yīng)器剖視圖。
圖4是圖3的局部剖視圖，顯示了鐵心結(jié)構(gòu)的磁力線。
圖5是間隙鐵心結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例。
圖6是間隙鐵心結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例。
圖7是間隙鐵心結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖8是圖7所示的鐵心的底視圖。
圖9是圖8所示的鐵心結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖10是圖7所示的在其中設(shè)置感應(yīng)器的鐵心結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖11是圖10所示的結(jié)構(gòu)的底視圖。
圖12是圖11所示的鐵心結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖13是間隙鐵心結(jié)構(gòu)第五實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖14是圖13所示的鐵心的底視圖。
圖15是圖14顯示的鐵心的剖視圖。
圖16是圖13所示的鐵其中設(shè)置感應(yīng)器的心結(jié)構(gòu)包括的側(cè)視圖。
圖17是圖16所示結(jié)構(gòu)的底視圖。
圖18是圖17所示鐵心結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是磁元件的示例性的間隙磁鐵心結(jié)構(gòu)10的透視圖，磁元件可以是例如感應(yīng)器、變壓器和其他包括間隙鐵心結(jié)構(gòu)的磁元件。鐵心結(jié)構(gòu)10包括多個(gè)為堆疊結(jié)構(gòu)的磁層12，其中非磁層14在兩個(gè)磁層12之間延伸并將其分離，以形成整體間隙來中斷穿過鐵心結(jié)構(gòu)10的磁路。
如圖1所示，鐵心結(jié)構(gòu)10用于形成單磁元件，例如，感應(yīng)器。鐵心結(jié)構(gòu)10由未處理(未淬火)的磁性陶瓷材料的層形成的磁層12，以及未處理的非磁性陶瓷鐵心材料的層形成非磁層14合并構(gòu)成。磁性陶瓷材料作為鐵心，同時(shí)非磁性陶瓷材料作為間隙。
鐵心結(jié)構(gòu)10的分層的陶瓷材料的部分被移除以產(chǎn)生穿過導(dǎo)體元件的區(qū)域或開孔16(圖1中未示)。在示例性的實(shí)施例中，開孔16基本上是矩形的并且由磁層12的外邊15和非磁層14的外邊18限定。側(cè)面17從磁層12的邊15延伸以及頂面19從非磁層14的邊18延伸以形成穿過鐵心結(jié)構(gòu)10的內(nèi)孔。在另一個(gè)實(shí)施例中，開孔16和/或孔可以被制造成其他的形狀，而不是圖3所示的矩形。
一旦磁層12和非磁層14堆疊成適當(dāng)?shù)暮穸炔⒄辰Y(jié)在一起，例如公知的迭片處理，開孔16根據(jù)公知的技術(shù)形成，例如沖壓處理。鐵心結(jié)構(gòu)10接著被淬火來得到最終形狀和鐵心結(jié)構(gòu)的特性。間隙磁鐵心10因此被制成整體結(jié)構(gòu)。間隙尺寸在大批生產(chǎn)的全部尺寸中是可控的，以得到可可靠控制的互感值。
磁鐵心10的整體結(jié)構(gòu)在制造上有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，減少了粘結(jié)外間隙材料，及其相關(guān)的費(fèi)用和難度，整體結(jié)構(gòu)因此不會(huì)分離。整體間隙結(jié)構(gòu)可以可靠的控制互感值，以及多個(gè)小間隙(取代了傳統(tǒng)鐵心結(jié)構(gòu)上一個(gè)或兩個(gè)大的間隙)可以減少鐵心中的導(dǎo)體材料在使用中的磁通損耗和熱損耗。并且，間隙的引入不需要機(jī)械作用。結(jié)果，包括鐵心結(jié)構(gòu)10的磁元件可以保持隙寬度的堅(jiān)固和可靠控制。
大范圍的鐵氧體材料可以作為磁媒介來形成鐵心10磁層12。示例性鐵氧體材料包括錳鋅鐵氧體，以及特別是功率鐵氧體，鎳鋅鐵氧體、鋰鋅鐵氧體、鎂鋅鐵氧體或者類似可以作為商業(yè)應(yīng)用，以及更廣泛的應(yīng)用。對(duì)于非磁層14，大范圍的陶瓷材料可以使用，包括例如氧化鋁、氧化鋁玻璃混合物、堇青石、堇青石玻璃混合物、多鋁紅柱石、多鋁紅柱石玻璃混合物、氧化鋯、氧化鋯玻璃混合物、鋇鈦酸鹽、和其他鈦酸鹽、滑石石瓷、鐵氧體混合物和非磁陶瓷和可以與鐵氧體材料一起淬火的類似非磁或弱磁陶瓷材料。對(duì)非磁陶瓷中玻璃相的添加可以修改燒結(jié)溫度和淬火收縮。這對(duì)于作為非磁材料必須匹配磁相的熱特性是非常重要的，例如，鐵氧體。如果兩種材料的淬火收縮不能很好的匹配，元件不能按要求運(yùn)行。
圖1顯示的實(shí)施例包括三個(gè)磁層12和一個(gè)非磁層14，可以預(yù)計(jì)在不背離本發(fā)明的范圍的可替代實(shí)施例中可以使用或多或少的磁層12或者或多或少的非磁層14。進(jìn)一步，雖然圖1顯示的鐵心結(jié)構(gòu)10基本上是矩形結(jié)構(gòu)，可以理解在可提到實(shí)施例中，可以使用其他形狀的鐵心結(jié)構(gòu)，包括但不局限與現(xiàn)有技術(shù)公知的環(huán)形形狀。
應(yīng)用在磁層12的鐵氧體的類型和非磁層14的厚度影響磁心結(jié)構(gòu)的10磁特性，以及最終影響其所在的磁元件的特性。功率耗散密度，例如，可以通過改變鐵氧體的位置而不同，其中假定開關(guān)電壓調(diào)節(jié)元件特別有利于減少功率損耗。滲透效應(yīng)，另外一個(gè)重要的特性，受控于非磁層14厚度的最大部分。
圖2是安裝有感應(yīng)器元件20的鐵心結(jié)構(gòu)10的側(cè)視圖。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)體元件20用已知的導(dǎo)體材料制成，以及在穿過導(dǎo)體開孔16(圖1)形成或彎曲其相應(yīng)的末端。在圖2的示例性實(shí)施例中，鐵心結(jié)構(gòu)10和導(dǎo)體元件20非常適合形成感應(yīng)器。鐵心結(jié)構(gòu)10和導(dǎo)體元件20的組件容易按需要自動(dòng)裝配。多個(gè)導(dǎo)體元件20可以插入到鐵心結(jié)構(gòu)10中作為單一引導(dǎo)架構(gòu)，接著被形成或調(diào)整為最終產(chǎn)品。因此大量的磁元件可以以相對(duì)，例如公知的感應(yīng)器，較低的價(jià)格制造。
圖3是鐵心結(jié)構(gòu)10和導(dǎo)體元件20的剖視圖，顯示了導(dǎo)體元件20和非磁層14接觸并被其支撐，以及另外相對(duì)于導(dǎo)體開孔16基本居中。也就是說，導(dǎo)體元件20鄰接非磁層14的頂面19，但是和開孔16內(nèi)的磁材料12的側(cè)面15相距大致相等的距離。同樣，非磁間隙一直延伸到導(dǎo)體元件20的下面并且導(dǎo)體元件20與開孔16的內(nèi)表面17相間隔。
如圖3的示例性實(shí)施例所示，導(dǎo)體元件20形狀和導(dǎo)體開孔16互補(bǔ)，并且在這一實(shí)施例中二者的橫截面基本為矩形。但是，可以理解，導(dǎo)體元件20和導(dǎo)體開孔16的其他形狀的橫截面也可以用于本發(fā)明的可替代實(shí)施例中，同時(shí)至少達(dá)到本發(fā)明的有益效果之一。另一個(gè)實(shí)施例中，注意到導(dǎo)體20和導(dǎo)體開孔16不需要互補(bǔ)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的直接的有益效果。
進(jìn)一步，當(dāng)圖2所示的導(dǎo)體元件20被插入鐵心結(jié)構(gòu)10中時(shí)，可以預(yù)見，鐵心結(jié)構(gòu)10表面上的導(dǎo)體材料是可以替換的，或者，可替換的，可以利用公知的例如用于厚膜工藝的導(dǎo)體墨水，將導(dǎo)電材料印刷在鐵心結(jié)構(gòu)10上。
圖4示意性的顯示了鐵心結(jié)構(gòu)10在使用時(shí)的磁力線，以及特別的，注意到導(dǎo)體元件20沒有進(jìn)入磁力線。這樣，導(dǎo)體元件20中的感應(yīng)電流減少了，避免了相關(guān)的熱損耗，磁元件的效率提高了。增加的元件效率可以在一個(gè)簡單的元件尺寸中獲得。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，元件效率最取決于高的開關(guān)頻率。上述結(jié)構(gòu)，具有單匝導(dǎo)體元件20，特別適合于高頻的應(yīng)用。但是可以認(rèn)為，類似的具有多匝的導(dǎo)體元件也可以用于本發(fā)明的可替代實(shí)施例中。
圖5是間隙鐵心結(jié)構(gòu)30的第二實(shí)施例，顯示了復(fù)合間隙鐵心結(jié)構(gòu)。如上所述的磁和非磁材料的層12、14堆疊成單一結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生復(fù)合磁元件，如上所述，在單個(gè)或整體鐵心結(jié)構(gòu)30上。這樣，兩個(gè)、三個(gè)或更多磁元件，諸如感應(yīng)器，例如可以構(gòu)造成一個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)30，如圖5所示，當(dāng)導(dǎo)點(diǎn)元件，諸如導(dǎo)體元件20(圖2和3所示)被置于穿過開孔16，或當(dāng)導(dǎo)電元件被另外形成在鐵心30的表面。
利用用于復(fù)合磁元件的整體合成鐵心結(jié)構(gòu)30，由于封裝和搬運(yùn)第一部分的成本低于搬運(yùn)多個(gè)部分，所以成本會(huì)降低。整體的系統(tǒng)成本也會(huì)減少，由于布置更少的部件降低了成本。還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，鐵心結(jié)構(gòu)30相對(duì)于獨(dú)立的磁元件(諸如圖2、3所示的單一感應(yīng)器)使用了較少的電路板面積。復(fù)合感應(yīng)器集成到單一鐵心結(jié)構(gòu)30相對(duì)于獨(dú)立的元件和鐵心占用了較少的空間，因?yàn)楠?dú)立元件必須的物理間隙在集成鐵心結(jié)構(gòu)30中不需要。
如圖5所示，鐵心結(jié)構(gòu)30由一系列堆疊磁層12制成，其被至少一個(gè)非磁層14分隔。磁層12水平延伸并被垂直堆疊，多個(gè)導(dǎo)體開孔16形成在堆疊的磁和非磁層12、14上。導(dǎo)體開孔16被垂直的非磁層或絕緣層32分開，以及垂直延伸的絕緣層32粘結(jié)到垂直堆疊的磁和非磁層12、14，其中有導(dǎo)體開孔16。這樣，鐵心結(jié)構(gòu)30可以認(rèn)為是多個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)10(圖1-4所示)以側(cè)面對(duì)側(cè)面的構(gòu)造連接到一起，以形成大的鐵心結(jié)構(gòu)30。垂直延伸的絕緣層32可以在開孔16形成之前粘結(jié)在堆疊層12、14之間，以及鐵心結(jié)構(gòu)30被淬火作為單一結(jié)構(gòu)形成最終形狀。
一旦結(jié)束，安裝有導(dǎo)體元件的導(dǎo)體開孔16，例如上述的感應(yīng)器元件20，從同樣的單鐵心結(jié)構(gòu)上形成多個(gè)磁元件。結(jié)果這樣比使用獨(dú)立元件，例如感應(yīng)器，整體成本減少，特別當(dāng)使用自動(dòng)化元件裝配設(shè)備的時(shí)候。鐵心30上的合并感應(yīng)器結(jié)構(gòu)比多個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)器在電路上占用的空間小，由于不需要物理間隔或者“保持在外”區(qū)域。另外，用于多導(dǎo)體元件的單個(gè)磁鐵心結(jié)構(gòu)30的應(yīng)用，允許感應(yīng)值相互追隨，由于獨(dú)立感應(yīng)器的發(fā)熱影響了同一結(jié)構(gòu)上類似的其他感應(yīng)器。
鐵心結(jié)構(gòu)30特別適用于復(fù)合電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)，其常用于高性能、大電流的應(yīng)用中。VRM負(fù)載的整個(gè)電流是每個(gè)VRM截面的和。由于多個(gè)感應(yīng)器可以用于電壓調(diào)節(jié)電路，其具有合并更多的感應(yīng)器到鐵心結(jié)構(gòu)30的單一的封裝中的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)鐵心30的堆疊層12、14包括四個(gè)磁層12和一個(gè)非磁層14時(shí)，可以認(rèn)為多于一個(gè)的非磁層14也可以用于更多或更少的磁層12而不超出本發(fā)明的范圍。選一步，如上所述，對(duì)于鐵心10，鐵心結(jié)構(gòu)30不必要是矩形，也不必要具有矩形的導(dǎo)體開孔來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的直接有益效果，因此在不同的實(shí)施例中，對(duì)于大多數(shù)鐵心結(jié)構(gòu)30可以使用的不同形狀和/或?qū)w開孔16。
圖6是第三實(shí)施例，顯示了鐵心結(jié)構(gòu)50，其中多個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)堆疊在鄰接的非磁絕緣層52上，并被其分隔。在該示例實(shí)施例中，每個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)非磁層14中間夾在磁層12之間，以及絕緣層52延伸在每個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)之間并基本平行于每個(gè)鐵心結(jié)構(gòu)的層12、14。非磁層14在導(dǎo)體開孔16的相對(duì)側(cè)。絕緣層52可以在開孔16形成之前或之后粘結(jié)在堆疊層12、14，鐵心結(jié)構(gòu)50淬火成為最終形狀。
雖然鐵心結(jié)構(gòu)50堆疊層12、14包括三個(gè)磁層12和兩個(gè)非磁層14，可以認(rèn)為也可以使用更多或更少的非磁層14或磁層12而不超出本發(fā)明的范圍。進(jìn)一步，如上所述，對(duì)于鐵心結(jié)構(gòu)30，結(jié)構(gòu)50不需要整體為矩形，也不需要具有矩形開孔就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的直接有益效果，因此，在不同的實(shí)施例中，對(duì)于大多數(shù)鐵心結(jié)構(gòu)30可以使用的不同形狀和/或?qū)w開孔16。
盡管這些實(shí)施例顯示了在一個(gè)整體鐵心結(jié)構(gòu)中包括三個(gè)磁元件的結(jié)構(gòu)，但是可以認(rèn)為，多于或者少于三個(gè)磁元件或電路也可以合并成一個(gè)單一結(jié)構(gòu)用于進(jìn)一步和/或可替代實(shí)施例中。
雖然結(jié)構(gòu)上不同，鐵心結(jié)構(gòu)50可以提供和鐵心結(jié)構(gòu)30(圖5所示)基本相同的有益效果。
提供一種用于制造磁元件的間隙鐵心結(jié)構(gòu)，諸如感應(yīng)器、變壓器、或者其他元件。用于傳統(tǒng)鐵心結(jié)構(gòu)的粘結(jié)和外部間隙材料被省略了，通過使用復(fù)合小間隙(替代了一個(gè)或兩個(gè)大一些的間隙)來減少導(dǎo)體材料的邊緣磁通損耗，以提高電效率，并且該機(jī)構(gòu)允許可靠的控制互感值。間隙的設(shè)置使邊緣磁通離開導(dǎo)體，使效率最大化，以及復(fù)合感應(yīng)器可以被組裝到單一鐵心結(jié)構(gòu)中，降低了全部的成本和尺寸。
圖7-9顯示了間隙鐵心結(jié)構(gòu)100的另一實(shí)施例，其用于磁元件諸如感應(yīng)器、變壓器以及其他磁元件，包括間隙鐵心結(jié)構(gòu)，也可以提供如上述的結(jié)構(gòu)30和50類似的有益效果。類似于結(jié)構(gòu)30和50，間隙鐵心結(jié)構(gòu)100整體上避免了典型的用于電路板表面安裝元件傳統(tǒng)磁元件的的外部間隙材料和連接粘結(jié)材料以及粘合劑。因此避免了粘結(jié)在一起的多個(gè)鐵心片分開的可靠性的問題，其影響傳統(tǒng)粘結(jié)鐵心結(jié)構(gòu)。另外，鐵心結(jié)構(gòu)100的制造相對(duì)傳統(tǒng)鐵心結(jié)構(gòu)簡化了，并且實(shí)現(xiàn)了在安裝間隙鐵心結(jié)構(gòu)100到電路板時(shí)空間的節(jié)省。
圖7是間隙鐵心結(jié)構(gòu)100的側(cè)視圖，以及圖8和9分別是間隙鐵心結(jié)構(gòu)100的底視圖和剖視圖?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7-9，鐵心結(jié)構(gòu)100包括基本為矩形的本體102，其具有相對(duì)的端面104和106，相對(duì)的側(cè)邊107和108在端面104和106之間延伸，并且頂面110和底面112在端面104和106以及側(cè)面107和108之間延伸并將其連接。本體102可以被拉長并被縱軸114和橫軸116限定。如圖所示，側(cè)邊107和108，以及頂面110和底面112，平行于縱軸114延伸，以及端面104和106基本平行橫軸116。雖然本體102形狀示例為矩形，可以理解在其他實(shí)施例中如果需要也可以使用可替代的本體102的形狀。
本體102可以形成為單片并由公知的磁介質(zhì)或材料制造，包括上述在示例性的實(shí)施例中任意的鐵氧體材料。公知的工藝或技術(shù)可以用于制造本體102。特別的，和上述的鐵心結(jié)構(gòu)30和50不同，鐵心結(jié)構(gòu)100不包括在鐵心結(jié)構(gòu)100的構(gòu)造中的非磁材料，諸如上述的非磁層14和32。也就是說，代替關(guān)于鐵心構(gòu)造30和50的以上述的方式由不同的材料形成單片，鐵心結(jié)構(gòu)的本體102由同樣的磁材料制成，而不需要插入非磁或絕緣材料的片或段到具有相對(duì)未定磁特性的單個(gè)整體片穿過本體102。另外，在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，本體102完全由磁材料構(gòu)成，不同于合成材料，所謂的分布?xì)庀惰F心材料具有，例如鐵粉和樹脂粘合劑以微粒級(jí)相互混合，因此間隙效應(yīng)的產(chǎn)生沒有在結(jié)構(gòu)中形成不連續(xù)間隙。但是在其他實(shí)施例中，如果需要，可以使用合成材料。
導(dǎo)體開孔118、120(圖7)可以形成在本體102中，以及開孔118、120可以在側(cè)邊107和108之間整體延伸穿過本體102，如圖9。每個(gè)開孔118、120被側(cè)邊107和108分開并位于其間，并且在側(cè)邊107和108上的頂面110和底面112之間。每個(gè)導(dǎo)體開孔118、120正交或垂直于側(cè)邊107、108延伸，并且和側(cè)邊107和108的外緣間隔布置，在示例性的實(shí)施例中被頂面110和底面112以及側(cè)邊107、108限定。也就是，導(dǎo)體開孔118、120每個(gè)位于側(cè)邊107和108的外緣的中間位置。
導(dǎo)體開孔118和120可以為，例如矩形開孔，并且平行于縱軸114，盡管在其他的實(shí)施例中也可以使用其他形狀的開孔。開孔118、120根據(jù)公知的方法可以集成在本體102中，包括但不局限于本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的鑄模和/或機(jī)械加工。雖然如圖7-9的實(shí)施例所示的兩個(gè)開孔118、120，但是在可替換實(shí)施例中，可以有更多或更少的開孔118、120。
不連續(xù)的非磁間隙122、124也可以集成到本體102中，以及每個(gè)間隙112、124和一個(gè)導(dǎo)體開孔118、120相關(guān)。間隙122、124物理上形成到本體102中，例如，通過已知的鑄模和/或機(jī)械加工。特別的，在任何方式形成間隙122、124時(shí)，都不用外部間隙材料和相關(guān)的粘結(jié)材料和粘合劑，并且間隙122、124除空氣外不用任何填充材料。也就是說，在示例性的實(shí)施例中，間隙122、124的形成不需要任何絕緣材料，有時(shí)指外部間隙材料，應(yīng)用到本體中。但是，可以理解，在可替代的實(shí)施例中，間隙122、124也可以優(yōu)選使用非磁材料，仍可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有益效果。
在示例的實(shí)施例中，如圖7所示，間隙122、124橫向延伸到相應(yīng)的導(dǎo)體開孔118、120。例如，每個(gè)間隙122、124具有對(duì)應(yīng)端126、128。端126中止于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔118、120并向?qū)?yīng)的導(dǎo)體開孔118、120開放，因此，布置間隙122、124的端126不固定和相應(yīng)的開孔118、120聯(lián)系。每個(gè)間隙122、124的相對(duì)端128延伸到側(cè)邊107、108的外緣，更特別的到底面112。每個(gè)間隙122、124基本平分導(dǎo)體開孔122、124并正交延伸垂至于導(dǎo)體開孔122、124，因此，從側(cè)面看，間隙122、124和導(dǎo)體開孔118、120是T形形狀。
如圖8所示，間隙122、124以平行橫軸116的方向從一個(gè)側(cè)邊107延伸到另一個(gè)側(cè)邊108。也就是說，間隙122、124在水平方向上在側(cè)邊107、108之間延伸完全穿過本體102。但是，間隙122、124可以在垂直方向上在導(dǎo)體開孔118、120的一側(cè)頂面110和底面112之間延伸，更特別的，在圖7的示例性實(shí)施例中，其可以在導(dǎo)體開孔118、120和底面112之間延伸。特別的，間隙122、124不在導(dǎo)體開孔118、120和本體102的頂面110之間延伸。這樣，間隙122、124完全在本體102的頂面120和底面112之間延伸。間隙122、124的不完全延伸和具有半鐵心的鐵心結(jié)構(gòu)形成對(duì)比，半鐵心相互以間隙材料粘結(jié)，間隙材料在整個(gè)半鐵心之間延伸。依靠整體本體102，通過集成間隙122、124在一個(gè)單一鐵心結(jié)構(gòu)100上，消除了多片鐵心，同時(shí)減少了組裝難度，并減少了元件使用中鐵心離散的可靠性問題。相對(duì)于傳統(tǒng)鐵心結(jié)構(gòu)，單一鐵心結(jié)構(gòu)100減少了材料成本和配件成本。
本體102的底面112可以形成為縮進(jìn)或凹陷面130，其限定了組裝到鐵心結(jié)構(gòu)100的導(dǎo)體(下述)的區(qū)域。
圖10-12類似圖7-9，但是具有插入穿過鐵心結(jié)構(gòu)100的導(dǎo)體元件140，以及更特別的，穿過本體102的導(dǎo)體開孔118、120以形成磁元件138。導(dǎo)體元件140在形狀上和導(dǎo)體開孔118、120互補(bǔ)，并可以，例如矩形和基本平的帶形導(dǎo)體，其在一個(gè)實(shí)施例中由公知的導(dǎo)體材料銅或銅合金制成。導(dǎo)體元件140基本上直線延伸穿過相應(yīng)的導(dǎo)體開孔118、120，經(jīng)過本體102的側(cè)邊107和108的整個(gè)距離，如圖12所示，并且每個(gè)元件140的相對(duì)端142繞側(cè)邊107和108卷繞并鄰接形成在本體102的底面112的凹陷130。導(dǎo)體元件140的末端142因此限定矩形表面安裝末端觸點(diǎn)144在本體102的底面112上。當(dāng)連接電路板(未示)的導(dǎo)電路徑時(shí)，末端觸點(diǎn)144完成通過元件的電連接。
導(dǎo)電元件140可以根據(jù)公知的沖壓、沖軋或成型技術(shù)由導(dǎo)體材料的平板用導(dǎo)向架構(gòu)(未示)制造，導(dǎo)向架構(gòu)可以用于模擬插入導(dǎo)體元件140穿過鐵心100的本體102。導(dǎo)向架構(gòu)接著平衡導(dǎo)體元件140或者導(dǎo)體元件140的末端142彎曲或者以其他方式成型為C形，如圖12所示。導(dǎo)體元件140的組裝因此可以最少的安裝時(shí)間內(nèi)使用自動(dòng)化工藝和機(jī)械完成。
一旦導(dǎo)體元件組140裝到鐵心100中，每個(gè)導(dǎo)體元件140和相關(guān)間隙122、124可以作為獨(dú)立感應(yīng)器在單一鐵心結(jié)構(gòu)100中運(yùn)行。另外，每個(gè)導(dǎo)體元件140可以連接到電流不同的相，因此在一個(gè)單一鐵心結(jié)構(gòu)100中提供兩相磁元件。單片鐵心結(jié)構(gòu)100相對(duì)于具有獨(dú)立鐵心結(jié)構(gòu)和獨(dú)立感應(yīng)器元件節(jié)省了電路板上的空間。
表面安裝磁元件具有單片間隙鐵心結(jié)構(gòu)100，因此可以實(shí)現(xiàn)上述鐵心30和50的類似的有益效果。鐵心結(jié)構(gòu)100可以減少制造成本，并提高可靠性，因?yàn)閱纹F心100消除了鐵心分離的問題。
圖13-18顯示了間隙鐵心結(jié)構(gòu)200和磁元件201的第五實(shí)施例，其中類似鐵心結(jié)構(gòu)100的特征具有類似的特性。
顯然，鐵心結(jié)構(gòu)200類似于鐵心結(jié)構(gòu)100，并具有更多的導(dǎo)體開孔，相關(guān)的間隙和導(dǎo)體元件。也就是說，鐵心結(jié)構(gòu)200的本體202包括，除了導(dǎo)體開孔118和120，另外還有四個(gè)導(dǎo)體開孔204、206、208和210。類似的，除了間隙122、124，本體202還包括不連續(xù)的間隙212、214、216和218以基本類似上述間隙122和124的方式和方向形成。當(dāng)導(dǎo)體元件140插入穿過本體202的導(dǎo)體開孔并形成C形結(jié)構(gòu)，如圖18所示，導(dǎo)體元件140和相應(yīng)的間隙122、124、212、214、216和218作為六個(gè)不同的表面安裝感應(yīng)器元件集成到單一鐵心結(jié)構(gòu)200中。每個(gè)導(dǎo)電元件140可以通過表面安裝端連接到電路的導(dǎo)電路徑，以可操作的連接導(dǎo)電元件到電流六個(gè)不同的相，節(jié)省了電路板的空間。鐵心結(jié)構(gòu)200還具有和鐵心結(jié)構(gòu)100同樣的有益效果。
鐵心結(jié)構(gòu)100和200特別適合用于具有高頻特性的和大電流的多電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)。但是，互補(bǔ)的，在其他應(yīng)用中，也能得到鐵心結(jié)構(gòu)100和200的有益效果，并且本發(fā)明并不局限于任何特定的應(yīng)用和使用中。
此處描述的磁元件的一個(gè)實(shí)施例，包括由磁材料制成基本為矩形的本體的整體鐵心結(jié)構(gòu)。本體由相對(duì)的端面限定，相對(duì)側(cè)邊在端面之間延伸，頂面和底面和側(cè)邊和端面互連。第一導(dǎo)體開孔和每個(gè)端面、頂面以及底面間隔，第一導(dǎo)體開放整體穿過本體。第一間隙整體形成在本體并橫向延伸到導(dǎo)體開孔。間隙延不完全穿過本體，以及第一導(dǎo)體元件穿過第一導(dǎo)體開孔建立導(dǎo)電通道，第一導(dǎo)體元件配置為表面安裝端。
優(yōu)選的，導(dǎo)體元件可以包括矩形導(dǎo)體。第二導(dǎo)體開孔可以形成在本體上并和第一導(dǎo)體開孔間隔，第二間隙可以形成在本體上并橫向延伸到第二導(dǎo)體開孔，以及第二導(dǎo)體元件可以穿過第二導(dǎo)體開孔建立導(dǎo)電路徑。第一間隙延伸到第一導(dǎo)體開孔并且第一間隙和第一導(dǎo)體開孔配置成T形結(jié)構(gòu)。本體可以被縱軸和橫軸限定，同時(shí)第一導(dǎo)體開孔和第一間隙基本平行于橫軸延伸，以及第一導(dǎo)體開孔和第一間隙之間通常相互垂直延伸。底面包括相對(duì)凹陷表面，以及第一導(dǎo)體元件可以繞相對(duì)面和凹陷面卷繞。間隙的形成不需要利用由非磁材料制成的間隔元件。
此處還描述了用于表面電子元件的鐵心組件的實(shí)施例。鐵心組件包括一個(gè)鐵心，其包括整體為磁材料的單片本體，多個(gè)導(dǎo)體開孔形成在鐵心上，其中每個(gè)導(dǎo)體開孔之間相互間隔，多個(gè)間隙整體形成在鐵心結(jié)構(gòu)上而不需要利用間隔材料。每個(gè)間隙和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔連通，每個(gè)間隙延伸不完全穿過本體。
此處描述了表面安裝元件的一個(gè)實(shí)施例。該元件包括單一鐵心，其包括整體由磁材料制成的本體，本體具有縱軸和橫軸。多個(gè)導(dǎo)體開孔形成在鐵心上并延伸平行于橫軸，多個(gè)導(dǎo)體開孔延縱軸相互間隔配置。多個(gè)非磁間隙物理形成在鐵心結(jié)構(gòu)上鄰接對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔，以及磁間隙的形成不需要應(yīng)用絕緣材料到本體。導(dǎo)體元件位于每個(gè)導(dǎo)體開孔，以及間隙鄰接導(dǎo)體元件，因此形成在單一鐵心上形成多相電子元件。
優(yōu)選的，鐵心元件包括兩個(gè)導(dǎo)體開孔。此外，鐵心結(jié)構(gòu)包括六個(gè)導(dǎo)體開孔。間隙在一個(gè)導(dǎo)體開孔和一個(gè)側(cè)邊之間單獨(dú)延伸。該元件可以是感應(yīng)器。
還描述了一個(gè)磁元件的實(shí)施例。該元件包括一個(gè)單片鐵心結(jié)構(gòu)整體由磁材料形成在本體，其具有非圓形的形狀，本體具有相對(duì)的側(cè)面。第一導(dǎo)體開孔在相對(duì)側(cè)面之間完全延伸，并整體以相間隔位于側(cè)面的外緣。間隙整體形成在本體中不需要利用外部間隙材料到本體，間隙具有第一和第二末端，第一末端中止在第一導(dǎo)體開孔處，并向其開孔，以及第二末端延伸到外緣。優(yōu)選的，該元件進(jìn)一步包括第二導(dǎo)體開孔和第二間隙。
此處還描述了一種磁元件。該元件包括單一鐵心結(jié)構(gòu)，其由同一磁材料整體形成在本體中，并具有相對(duì)側(cè)面。第一導(dǎo)體開孔完全延伸在相對(duì)側(cè)面之間并整體以相間隔位于每個(gè)側(cè)面的外緣。第一間隙整體形成在本體中而不需要利用外部間隙材料到本體中，間隙具有第一和第二端，第一端中止于第一導(dǎo)體開孔并向其開孔，第二端延伸到外緣。C形導(dǎo)體元件直線延伸穿過開孔，導(dǎo)體元件具有相對(duì)端，相對(duì)端繞側(cè)面彎曲，限定了元件的表面安裝端。優(yōu)選的，元件進(jìn)一步包括第二導(dǎo)體開孔和第二間隙，以及該元件為感應(yīng)器。
雖然根據(jù)不同的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)，本發(fā)明可以改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種磁元件，包括一單一鐵心結(jié)構(gòu)，其由磁材料形成基本為矩形的本體，所述本體由相對(duì)的端面限定，相對(duì)側(cè)邊在端面之間延伸，以及頂面和底面和側(cè)邊和端面互連；與每個(gè)端面、頂面和底面間隔的第一導(dǎo)體開孔，所述第一導(dǎo)體開孔延伸整體穿過本體；整體形成在本體中并橫向延伸到導(dǎo)體開孔的第一間隙，所述間隙延伸不完全穿過本體；以及穿過第一導(dǎo)體開孔建立導(dǎo)電通道的第一導(dǎo)體元件，所述第一導(dǎo)體元件配置為表面安裝端。
2.如權(quán)利要求1所述磁元件，其中導(dǎo)體元件包括矩形導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求1所述的磁元件，進(jìn)一步包括第二導(dǎo)體開孔，其形成在本體上并和第一導(dǎo)體開孔相間隔；第二間隙，其形成在本體并橫向延伸到第二導(dǎo)體開孔；及通過第二導(dǎo)體開孔建立導(dǎo)電通道的第二導(dǎo)體元件。
4.如權(quán)利要求1所述磁元件，其中第一間隙延伸到第一導(dǎo)體開孔。
5.如權(quán)利要求1所述的磁元件，其中第一間隙和第一導(dǎo)體開孔布置成T形配置。
6.如權(quán)利要求1所述的磁元件，其中所述本體由縱軸和橫軸限定，第一導(dǎo)體開孔和第一間隙基本平行于橫軸延伸，第一導(dǎo)體開孔和第一間隙基本相互垂直延伸。
7.如權(quán)利要求1所述的磁元件，其中底面包括相對(duì)凹陷面，第一導(dǎo)體元件繞相對(duì)面和凹陷面彎曲。
8.如權(quán)利要求1所述的磁元件，其中導(dǎo)體元件在形狀上與開孔互補(bǔ)。
9.如權(quán)利要求1所述的磁元件，其中間隙的形成不需要利用由非磁材料制成的間隔元件。
10.一種用于表面電子元件的鐵心組件，該鐵心組件包括一個(gè)鐵心，其包括整體由磁材料制成的第一本體，多個(gè)導(dǎo)體開孔形成在鐵心中，其中多個(gè)導(dǎo)體開孔之間相互間隔，以及多個(gè)間隙不需要利用絕緣間隔材料整體形成在鐵心結(jié)構(gòu)中，其中每個(gè)間隙和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔連通，以及每個(gè)間隙不完全在本體中延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，進(jìn)一步包括在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔中的導(dǎo)體元件。
12.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，其中每個(gè)間隙基本垂直于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔延伸。
13.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，其中導(dǎo)體開孔基本為矩形。
14.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，其中每個(gè)間隙與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔連通。
15.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，其中導(dǎo)體開孔和其連通的間隙布置成T形構(gòu)造。
16.如權(quán)利要求10所述的鐵心組件，其中間隙橫向延伸到導(dǎo)體開孔。
17.一種表面安裝電子元件，包括單一鐵心，其包括整體由磁材料制成的本體，所述本體具有縱軸和橫軸；形成在鐵心中并平行于橫軸延伸的多個(gè)導(dǎo)體開孔，所述多個(gè)導(dǎo)體開孔沿著縱軸相互間隔；物理形成在鐵心結(jié)構(gòu)中鄰接對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體開孔的多個(gè)非磁間隔，所述磁間隔形成不需要利用絕緣材料應(yīng)用到本體；以及位于每個(gè)導(dǎo)體開孔中的導(dǎo)體元件，所述間隙鄰接所述導(dǎo)體元件，因此在單一鐵心中形成多相電子元件。
18.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中鐵心結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)體開孔。
19.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中鐵心結(jié)構(gòu)包括六個(gè)導(dǎo)體開孔。
20.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中氣隙橫向延伸到相應(yīng)的導(dǎo)體開孔。
21.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中每個(gè)間隙與一個(gè)所述導(dǎo)體開孔相連通。
22.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中導(dǎo)體開孔基本為矩形。
23.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中間隙與導(dǎo)體開孔布置成T形構(gòu)造。
24.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中本體基本為矩形。
25.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中間隙單獨(dú)在一個(gè)所述導(dǎo)體開孔和一個(gè)所述側(cè)邊之間延伸。
26.如權(quán)利要求17所述的電子元件，其中該元件是感應(yīng)器。
27.一種磁元件，包括單片鐵心結(jié)構(gòu)，其整體由磁材料制成本體并具有非圓形狀，所述本體具有相對(duì)側(cè)面；第一導(dǎo)體開孔，延伸完全在相對(duì)側(cè)面之間并位于其內(nèi)和每個(gè)側(cè)面的外緣相間隔；以及一個(gè)間隙，整體形成在本體中而不需要利用外部間隙材料到本體，所述間隙具有第一和第二端，所述第一端終止在第一導(dǎo)體開孔并向其開放，所述第二端延伸到外緣。
28.如權(quán)利要求27所述的磁元件，進(jìn)一步包括第二導(dǎo)體開孔和第二間隙。
29.如權(quán)利要求27所述的磁元件，進(jìn)一步包括矩形導(dǎo)體穿過第一導(dǎo)體開孔插入并繞側(cè)面彎曲。
30.一種磁元件，包括一個(gè)單一鐵心結(jié)構(gòu)，整體由單一磁材料制成本體并具有相對(duì)的側(cè)面；第一導(dǎo)體開孔，整體延伸在相對(duì)側(cè)面之間，并內(nèi)部地位于與每個(gè)側(cè)邊的外緣相間隔；第一間隙，整體形成在本體上而不需要利用外部間隙材料到本體上，間隙具有第一和第二端，所述第一端終止于第一導(dǎo)體開孔并對(duì)其開放，所述第二端延伸到外緣；以及線性延伸穿過開孔的C形導(dǎo)體元件，所述導(dǎo)體元件具有相對(duì)端，所述相對(duì)端繞側(cè)面卷繞限定了元件的表面安裝端。
31.如權(quán)利要求30的磁元件，進(jìn)一步包括第二導(dǎo)體開孔和第二間隙。
32.如權(quán)利30的磁元件，其中該元件為感應(yīng)器。
全文摘要
公開一種不使用絕緣間隔材料和粘結(jié)材料形成磁元件的單片鐵心結(jié)構(gòu)。磁元件包括一單一鐵心結(jié)構(gòu)，其由磁材料形成基本為矩形的本體，所述本體由相對(duì)的端面限定，相對(duì)側(cè)邊在端面之間延伸，以及頂面和底面和側(cè)邊和端面互連；與每個(gè)端面、頂面和底面間隔的第一導(dǎo)體開孔，所述第一導(dǎo)體開孔延伸整體穿過本體；整體形成在本體中并橫向延伸到導(dǎo)體開孔的第一間隙，所述間隙延伸不完全穿過本體；以及穿過第一導(dǎo)體開孔建立導(dǎo)電通道的第一導(dǎo)體元件，所述第一導(dǎo)體元件配置為表面安裝端。
文檔編號(hào)H01F27/24GK101071673SQ20071009235
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者R·L·漢利 申請(qǐng)人:庫帕技術(shù)公司