[发明专利]混合材料磁芯组、磁性元件及制法

说明书

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(ΔB)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。