磁芯和制造該磁芯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁芯，更具體地涉及軟磁磁芯，其包含具有不同磁特性的兩種或更多種鐵氧體材料，并且本發(fā)明涉及制造該磁芯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生了在多個(gè)領(lǐng)域中采用的日益高效的電子電路，并且因此需要具有合適的電壓和電流的相應(yīng)電源。在新型高效電路的研發(fā)中，注意力還放在提高電子部件的小型化方面，因此允許電子控制和電源電路在很多領(lǐng)域的越發(fā)廣泛的應(yīng)用。然而，在推進(jìn)小型化的情況下，需要緊湊且高效的電源，例如，其以時(shí)鐘電路的形式提供。在為時(shí)鐘電源的情況下，操作涉及可用的輸入電壓的電子電路所需的輸出電壓的適應(yīng)性的高靈活性尤為重要。在移動(dòng)應(yīng)用中，例如，可用的電源電壓以普通電池或蓄電池電壓的形式存在，其不一定適合電子電路的操作，必須能夠相應(yīng)地調(diào)整。通常而言，電池或蓄電池的輸出電壓在其典型的使用壽命內(nèi)是變化的，并且隨著使用年限增加而降低。因此，調(diào)整所提供的電壓并減小電壓起伏在新型高效電子電路研發(fā)中也是特別重要的。
[0003]高效電子電路研發(fā)中的進(jìn)一步重要的議題是可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行，以及大功率范圍上的功率消耗，優(yōu)選的是沒有較大損耗。因此，在任何研發(fā)階段，進(jìn)一步降低電子電路、部件和/或零件的功率損耗也是一個(gè)目標(biāo)。
[0004]例如存儲(chǔ)電感器、干擾電感器、變壓器等的感應(yīng)部件代表了電子電路的重要部件。后者還在很大程度上控制著電子電路和部件的成本，因?yàn)樵诖判镜纳a(chǎn)中，通常需要昂貴的材料和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝以確保預(yù)期的磁特性或預(yù)期的磁性能，并且在整個(gè)功率范圍內(nèi)提供對(duì)磁芯充足的可控性。此外，在相關(guān)的印刷電路板上以及相應(yīng)的殼體中要求與感應(yīng)部件的尺寸對(duì)應(yīng)的體積，使得整個(gè)緊湊配置的實(shí)現(xiàn)隨著小型化的提高變得越發(fā)復(fù)雜。此處，當(dāng)然，高效率同樣重要，g卩，優(yōu)選產(chǎn)生低功率損耗。例如，這需要感應(yīng)部件與各個(gè)繞組相對(duì)于彼此具有良好的磁耦合、減少漏磁通、對(duì)外界良好的磁屏蔽以及改善的熱性能，因?yàn)楦袘?yīng)部件的側(cè)部的熱損耗代表了功率損耗的相當(dāng)大的比例，并且可能需要進(jìn)一步冷卻。例如，通過根據(jù)施加的電壓、必要的絕緣強(qiáng)度以及針對(duì)大多數(shù)不同環(huán)境影響的相應(yīng)的良好機(jī)械穩(wěn)定性和抵抗能力，給出了要考慮在內(nèi)的進(jìn)一步的要求。對(duì)于多數(shù)應(yīng)用來說，例如，在移動(dòng)應(yīng)用中，諸如在便攜裝置領(lǐng)域、汽車工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域等，這尤其是真實(shí)的。
[0005]在其它的事項(xiàng)中，可以通過避免磁芯和/或繞組中的渦流來實(shí)現(xiàn)熱損耗的降低。從文獻(xiàn)US 2002/0132136 Al可知，例如，磁板和絕緣膜的交替布置是已知的。
[0006]文獻(xiàn)EP I 501 106 BI示出了通過將壓制鐵氧體片的段粘接至彼此而制造的鐵氧體磁芯。這些段各自被磁性絕緣體分隔。術(shù)語“磁性絕緣體”描述了具有大約為I的相對(duì)磁導(dǎo)率(真空相對(duì)磁導(dǎo)率)的材料。這些磁性絕緣體充當(dāng)分布式氣隙。
[0007]通過將一個(gè)大的氣隙分為多個(gè)小的氣隙，磁力線得以在磁芯中被更好地導(dǎo)引。盡管絕緣膜或磁性絕緣體可以由此抵消渦流在該布置中的形成，但漏磁通僅部分地得以抑制，并且磁通量的低損耗導(dǎo)引僅部分地實(shí)現(xiàn)。此外，這些已知的布置導(dǎo)致了在該布置上設(shè)置的繞組中設(shè)置的或者在磁性配置附近成行設(shè)置的薄膜或絕緣體處的磁場的“凸起”，感應(yīng)電壓，并且可能因此引起電流流動(dòng)。
[0008]據(jù)此設(shè)計(jì)的眾所周知的磁芯具有許多其它缺點(diǎn)。例如，通過中斷磁芯中的磁體部分的絕緣部分(借助絕緣薄膜或絕緣體)，熱傳導(dǎo)和由此源自磁芯的熱耗散僅在磁芯中不充分地實(shí)現(xiàn)。絕緣部分的熱敏電阻常常過高而不能確保朝向下述部分的預(yù)期的熱流動(dòng):該部分將熱量消散至環(huán)境或所連接的儲(chǔ)熱器并因此相應(yīng)地消散熱量。
[0009]以該已知的布置為出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有良好熱性能的磁芯。目標(biāo)尤其是提供一種具有沿著磁芯的改善的熱傳導(dǎo)的磁芯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]上述目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)一個(gè)方面，憑借磁芯包含不同磁導(dǎo)率的至少兩種連接的材料，該至少兩種材料當(dāng)中的每一種均形成區(qū)域，使得形成的區(qū)域沿磁芯的縱向交替布置，并且根據(jù)其它方面，憑借制造該磁芯的方法。
[0011]制造磁芯的方法，可以包含，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供至少兩種材料，該至少兩種材料具有不同的磁特性，例如，至少兩種鐵氧體材料或至少一種鐵氧體材料和至少一種氧化物陶瓷的組合等等，并且填充對(duì)應(yīng)磁芯的模具，用于在模具中形成材料體積，使得材料體積包含該至少兩種材料當(dāng)中的每一種的交替的區(qū)域。此外，在該方法期間，該至少兩種材料可以在方法的過程中在模具中受壓。
[0012]應(yīng)當(dāng)注意，在這一點(diǎn)上，本公開中使用的術(shù)語“鐵氧體材料”指的是還未經(jīng)受任何燒結(jié)工藝的預(yù)制鐵氧體材料，例如，金屬氧化物，或一般地金屬氧化物混合物(燒結(jié)工藝之前的金屬氧化物或金屬氧化物混合物；在這種意義下鐵氧體材料的預(yù)制階段)，以及已經(jīng)經(jīng)受了燒結(jié)或煅燒工藝的預(yù)制鐵氧體材料(燒結(jié)工藝或煅燒工藝之后的金屬氧化物或金屬氧化物混合物)這兩者，其因此構(gòu)成了將要由相應(yīng)的預(yù)制鐵氧體材料形成的鐵氧體材料，但是語言上將不做明顯地區(qū)分。鐵氧體材料與其相應(yīng)的預(yù)制鐵氧體材料之間的區(qū)分可以在實(shí)際的生產(chǎn)階段中做出，如上所述。
[0013]根據(jù)第一方面的實(shí)施例，制造磁芯的方法包含提供至少兩種具有不同磁特性的材料。本文中，該至少兩種材料當(dāng)中的第一種包含第一鐵氧體材料，并且該至少兩種材料當(dāng)中的第二種包含第二鐵氧體材料和/或氧化物陶瓷材料。填充對(duì)應(yīng)磁芯的模具，用于在模具中形成材料體積。材料體積包含至少兩種提供的材料當(dāng)中的每一種的交替的區(qū)域。填充至模具中的該至少兩種提供的材料隨后受壓。由此，例如，有隙的鐵氧體磁芯可以以低成本生產(chǎn)。由于采用材料填充模具，該方法可以在大規(guī)模生產(chǎn)中毫不費(fèi)力并簡單地使用，其中磁芯可以以預(yù)先確定的和可再現(xiàn)的的磁特性進(jìn)行生產(chǎn)。此外，根據(jù)具體的實(shí)施例，由此提供的磁芯可以允許有益的熱耗散，使得可以大部分消減磁芯的復(fù)雜冷卻。通過這種方式，采用這些磁芯的更加緊湊的電子部件是可行的。此外，一體形成的固態(tài)陶瓷鐵氧體磁芯也是可行的，其由此不再需要任何有機(jī)膠黏劑或塑料，并且由此提供了相對(duì)于已知的磁芯更長的使用壽命O
[0014]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，該方法可以包含，在受壓之后，另外地使材料體積受熱。將經(jīng)過加壓作用壓制的材料體積受熱，導(dǎo)致材料體積的燒結(jié)，使得各個(gè)的區(qū)域之間的連接表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。以這種方式，具有“燒結(jié)氣隙”的鐵氧體磁芯可以以低成本進(jìn)行制造。
[0015]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，該方法還包含選擇至少兩種材料，使得該至少兩種選擇的材料具有不同的居里溫度和/或不同的熱導(dǎo)率和/或不同的熱擴(kuò)散率和/或不同的導(dǎo)電率和/或不同的磁特性，譬如不同的磁導(dǎo)率或不同的飽和磁通密度。由此，磁芯可以得以制造，其包含精確限定供其使用的特性。因此，根據(jù)典型實(shí)施例，通過選擇具有不同磁導(dǎo)率和/或居里溫度和/或飽和磁通密度的材料，例如，磁導(dǎo)率等磁特性方面的預(yù)期變化的調(diào)整，可以得以沿磁芯方向?qū)崿F(xiàn)，在不同的居里溫度的情況下，其可以顯著地與溫度相關(guān)。
[0016]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，該方法還可以包含:在將第一材料或第二材料進(jìn)行受壓之前，通過添加添加劑，來調(diào)整第一材料和/或第二材料的磁特性和/或機(jī)械特性和/或熱特性和/或電特性。添加劑可以包含由鈦(Ti)，鋁(Al)，絡(luò)(Cr)，鎂(Mg)，銅(Cu)，鎳(Ni)，錫(Sn)，鍺(Ge)，鍶(Sr)，鋅(Zn)，錳(Mn)，鉀(K)，鈮(Nb)，鋯(Zr)，鈣(Ca)，硅(Si)，釩(V)，鈷(Co)，鉿(Hf)，鎢(W)，鉍(Bi)構(gòu)成的組當(dāng)中的一種，這些元素的氧化物和/或碳酸鹽和/或包含這些元素當(dāng)中一種的任意其它化合物。據(jù)此，針對(duì)要制造的磁芯對(duì)磁特性和/或機(jī)械特性和/或熱特性和/或電特性的有益的調(diào)整得以實(shí)現(xiàn)，使得磁芯具有改善的機(jī)械穩(wěn)定性和/或磁穩(wěn)定性和/或熱穩(wěn)定性和/或電穩(wěn)定性。
[0017]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，該方法可以還包含:在填充模具之前預(yù)燒結(jié)(即煅燒)該至少兩種材料，其中該至少兩種材料每一種均可以以粉末，細(xì)粒，片，鱗狀物，大塊或乳制板的形式提供。通過在700°C至1200°C范圍內(nèi)預(yù)燒結(jié)粉末，在真正燒結(jié)工藝期間產(chǎn)生的張力可以避免，或者燒結(jié)期間的張力分別得以減小。
[0018]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，通過加壓，模具中的材料體積減小至小于90%或小于50%的材料體積，或至多減小至10%的材料體積。由此，磁芯適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度得以調(diào)整。
[0019]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，受壓可以通過CNC控制液壓機(jī)完成。由此，施加至位于模具中的鐵氧體材料，和可選地，施加至完全適合模具中材料成分的氧化物陶瓷材料的壓力，可以得以調(diào)整和施行。這確保了該方法形成的壓制的部分具有改善的承受應(yīng)力的能力，改善的強(qiáng)度，和恒定的及同質(zhì)的密度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了制造磁芯的方法，該方法包含:提供至少一種第一材料和一種第二材料，該第一材料和第二材料具有不同的磁特性，其中所述第一材料包含第一鐵氧體材料，并且所述第二材料包含第二鐵氧體材料和/或氧化物陶瓷材料，通過壓制所提供的第一材料的至少部分來形成至少一個(gè)第一材料體積部分，并且通過壓制所提供的第二材料的至少部分來形成至少一個(gè)第二材料體積部分，施加液體用于在第一材料體積部分和/或第二材料體積部分的至少一個(gè)露出的表面上形成液膜，以及直接在另一個(gè)材料體積部分的液膜上布置材料體積部分。根據(jù)該方面，代替通過普通的壓制，通過不同的鐵氧體和可選的氧化物陶瓷材料分別壓制至每一個(gè)磁芯，不同的鐵氧體材料和可選的氧化物陶瓷材料的連接可以得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)該方面，使用材料體積部分，可以提供不同的磁芯塊或磁芯片，其允許根據(jù)模塊化系統(tǒng)進(jìn)行不同磁芯的簡單且非常靈活的生產(chǎn)。
[0021]根據(jù)有益的實(shí)施例，在材料體積部分已經(jīng)一個(gè)疊放另一個(gè)布置之后，可以隨后通過使連接的材料體積部分受熱來執(zhí)行燒結(jié)工藝。在燒結(jié)工藝之后，至少兩個(gè)材料體積部分的不可分離的形式適合連接得以形成。
[0022]通過該“膜方法”，第一方面的夾層壓制方法可以省略，其中模具采用不同材料的粉末層填充，并且粉末隨后在模具中被壓制，并且不同材料的各個(gè)的部分彼此不再充分分離。
[0023]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，水性或醇性溶液包含聚乙二醇溶液，聚乙烯醇溶液，或丙烯酸溶液。然而，其它液體也是可以想到的。因此，借助膜的鐵氧體材料或氧化物陶瓷材料的高效刻蝕可以得以實(shí)現(xiàn)。
[0024]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，布置至少一個(gè)第二材料體積部分包含在布置操作期間旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)第二材料體積部分。由此，在布置材料體積部分期間在表面處從至少一個(gè)材料體積部分刻蝕鐵氧體材料或氧化物陶瓷材料可以得以改善。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包含至少兩個(gè)連接的區(qū)域的磁芯，該至少兩個(gè)連接的區(qū)域沿磁芯的縱向交替布置，并且包含至少第一材料和第二材料，其彼此不同，并且包含不同的磁導(dǎo)率，其中每個(gè)區(qū)域包含至少兩種材料當(dāng)中的材料。第一材料包含第一鐵氧體材料，并且第二材料包含第二鐵氧體材料和/或氧化物陶瓷材料，或第二材料包含超順磁材料。由此，廉價(jià)的磁芯可以得以提供，其相較于常規(guī)的磁芯，鑒于改善的通過磁芯的磁通導(dǎo)引，表現(xiàn)出減小了的漏磁通。
[0026]根據(jù)有益的實(shí)施例，通過燒結(jié)，該至少兩個(gè)區(qū)域彼此連接，即該至少兩個(gè)連接的材料被燒結(jié)至彼此。相應(yīng)設(shè)計(jì)的磁芯具有良好的穩(wěn)定性。
[0027]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，至少一個(gè)區(qū)域被設(shè)計(jì)為在磁芯的整個(gè)橫截面上延伸的層。由此，磁芯清晰分開的區(qū)域得以限定，使得由于提供的“氣隙”使得磁芯具有完全改善的飽和特性。
[0028]根據(jù)進(jìn)一步有益的實(shí)施例，第二材料具有小于10的相對(duì)磁導(dǎo)率，并且第一材料具有大于10的相對(duì)磁導(dǎo)率。由此，氣隙得以可靠地提供，并且磁芯的合適的飽和特性得以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。特別地，適當(dāng)?shù)馗唢柡投鹊靡詫?shí)現(xiàn)。根據(jù)具體的有益實(shí)施例，第二材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可以小于3。