TWI511171B - Composite core and its preparation method - Google Patents

Description

複合式磁芯及其製法

本發明係關於一種複合式磁芯及其製法，詳而言之，係涉及一種應用於電感器、變壓器或濾波器之複合式磁芯及其製法。

磁芯可用於各種電子設備中的電感器、濾波器或變壓器等。目前製作磁芯的方式大致有粉末壓製製程或磁性膠體製程兩種技術。

以粉末壓製製程而言，係透過高溫高壓將粉狀材料壓製為磁芯，例如第1圖所示之磁芯1，具有柱狀部12及上、下端部11、13。其製法係先將磁性粉末填入模具，再對模具施予一大壓力以將磁性粉末壓製成型，惟，能提供巨大壓力的製程設備和能承受巨大壓力的模具之成本頗高。此外，當上端部11和柱狀部12需以不同的材料製作時，勢必先製作好柱狀部12再將上端部11形成於柱狀部12的一端。然而，粉末壓製技術通常僅適用於一種材料，因為在利用另一種材料成型時，巨大的壓力勢必會將柱狀部12壓破至碎裂，進而影響所製作的磁芯的電磁特性。

再者，又例如當製作環形磁芯的電感器時，常需在環形磁芯上開設一缺口，此會使電感器有較佳的電感特性，但磁力線亦經由該缺口而外露，導致渦流損耗、磁阻上升、及導磁率下降，並對周圍電子零件產生電磁干擾。以往的解決方式為藉由一包覆體包裹該環形磁芯，為避免磁芯碎裂問題而採用磁性膠體製程，即先將環形磁芯置入模具中，再利用摻有磁性粉末的膠體來填充模具，待高溫烘烤之後即可成型。

然而，摻有磁性粉末的膠體填充模具時易於膠體中產生氣泡，難以使模具成為真空。此外，磁性粉末相較於膠體比重較大，在膠體中會產生沉降現象，導致所製成的包覆體磁性分佈不均勻。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種複合式磁芯及其製法，可製作出具兩種以上材料之應用於電感器、變壓器或濾波器之複合式磁芯。

為達到前述目的以及其他目的，本發明提出一種複合式磁芯，包含：柱狀部；以及上端部及下端部，係分別形成於該柱狀部的兩端，其中，該上端部或該下端部至少其中之一係由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑以一預設比例混合而成之混合物所製作形成。

此外，本發明提出一種複合式磁芯的製法，係應用於柱狀芯材，包括以下步驟：(1)提供一模具，且該模具具有柱狀保持模及連接於該柱狀保持部兩端的上、下端形成模；(2)以一預設比例混合粉狀磁性材料和粉狀黏著劑以形成混合物，再將該柱狀芯材置於該模具的柱狀保持模，並將該混合物分別填充於該模具的上、下端形成模；以及(3)加熱填充於該模具中的混合物，以使該粉狀磁性材料藉由該粉狀黏著劑相互黏結並成形於該柱狀芯材的兩端。

其次，本發明另提出一種複合式磁芯，包含：芯材，係為環形且具有一缺口；以及包覆體，係同軸地包覆於該芯材整體並沿該芯材的軸心形成有貫穿之孔洞，該包覆體係由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑以一預設比例混合的混合物所製作形成。

再者，本發明另提出一種一種環形磁芯的製法，係應用於具有缺口的環形芯材，包括以下步驟：(1)以一預設比例混合粉狀磁性材料和粉狀黏著劑，以形成混合物；(2)於模具中依序執行填充該混合物、放入該環形芯材、及再次填充該混合物之步驟，以使該混合物包覆該芯材整體；以及(3)加熱填充於該模具中的混合物，以使該粉狀磁性材料藉由該粉狀黏著劑相互黏結而同軸地包覆該環形芯材整體，並沿該環形芯材的軸心形成有貫穿之孔洞。

相較於習知技術，本發明之複合式磁芯及其製法，可解決習知技術中利用粉末壓製技術所導致之磁芯碎裂的問題，並避免利用磁性膠體填充模具所導致之產生氣泡和磁性不均的現象。

以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟習此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效，亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

第一實施形態

請參閱第2A圖，磁芯2包含上端部21、柱狀部22以及下端部23，其中，上端部21及下端部23形成於柱狀部22的兩端，且上端部21及下端部23之垂直柱狀部22延伸方向的截面積可大於柱狀部22垂直其延伸方向的截面積，形成類似中文「工」或英文「I」字型的磁芯。

上端部21或下端部23至少其中之一可由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑以一預設比例混合成之混合物製作而形成於柱狀部22的兩端。如第2A圖所示，磁芯2之上端部21由混合物製成，並透過加熱而黏接形成於柱狀部22的一端。或者，下端部23亦可為混合物製成，並透過加熱而黏接形成於柱狀部22的另一端。再者，柱狀部22亦可由另一粉狀磁性材料及另一粉狀黏著劑以另一預設比例混合而成的混合物所製成。因此，柱狀部22可與上端部21或下端部23具有不同之導磁率。此外，混合物中可摻有粉狀絕緣材料，例如二氧化矽，以增加由混合物所製成的磁芯2的固性。

此外，粉狀磁性粉末可為軟磁性物質，例如：鐵(Fe)、鐵矽鋁(MPP(FeNiMo)/hi-flux(FeNi50))、鐵矽鋁(sendust：FeSiAl)、亞鐵鹽(Ferrite)、羰基鐵(carbonyl iron)等，粉狀黏著劑可為固態樹脂。其次，加熱製程可設定為溫度100℃，時間兩個小時，且混合物可由例如90%之鐵粉以及10%之粉狀樹脂所混合之混合物。再者，鐵粉以及粉狀樹脂的預設比例亦可調整為85%和15%或者80%和20%的比例。當複合式磁芯應用於電感器時，可根據所需之電感特性調整所需的預設比例。

請參閱第2B圖，磁芯2’之上端部21’以及下端部23’皆採用由粉狀磁性材料以及粉狀黏著劑以一預設比例混合而成的混合物所製成，惟，上端部21’所包含的粉狀磁性材料、粉狀黏著劑、和粉狀磁性材料與粉狀黏著劑的混合預設比例，皆可異於下端部23’所包含的粉狀磁性材料、粉狀黏著劑、和粉狀磁性材料與粉狀黏著劑的混合預設比例，使得磁芯的上端部21’、柱狀部22’以及下端部23’可具有三種不同的導磁率。

由上述第2A及2B圖所示之實施形態得以瞭解，本發明之複合式磁芯所具有之上端部、柱狀部、以及下端部至少其中之一，可由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑混合成的混合物所組成，使得磁芯可具有兩種以上的材料。

此外，由於本發明所使用的黏著劑為粉狀，粉狀黏著劑無須高壓壓製即可使粉狀磁性材料彼此之間黏結，並與柱狀部黏結在一起，因而解決習知技術中該柱狀部被壓迫碎裂的問題。

接著請參閱第3A及3B圖，其為本發明之複合式磁芯之第一實施形態的製法流程圖及說明圖。本發明之複合式磁芯的製法係應用於一具有柱狀保持模及連接於該柱狀保持模兩端的上、下端形成模之模具。

首先於步驟S301中，以一預設比例混合粉狀磁性材料30和粉狀黏著劑31，以形成混合物3。其次於步驟S302中，將一柱狀芯材22”置於該模具4的柱狀保持模42，並將該混合物3分別填充於該模具4的上、下端形成模41、43。最後於步驟S303中，進行加熱程序，以使該粉狀磁性材料30藉由該粉狀黏著劑31相互黏結以成形於該柱狀芯材22”的兩端3’，俾成型複合式磁芯2”。

此外，於步驟S303中，加熱前可震動該模具4以使該混合物3均勻混合。於步驟S303中，加熱時可藉由一壓力以使該混合物3均勻填充該模具4中。需說明的是，該壓力僅為一輕微壓力(常壓或低壓)，若不施加該輕微壓力，該磁芯在高溫加熱之後仍可成型。

再者，填充於上端形成模41和下端形成模43的混合物可使用不同的粉狀磁性材料、不同的粉狀黏著劑、及不同的混合比例。

由上述第3A及3B圖所示之方法得以瞭解，以混合有粉狀黏著劑和粉狀磁性材料之混合物填充模具來形成磁芯，可避免以往利用摻有磁性粉末的膠體填充模具時所造成之氣泡產生及粉末沈降現象。

第二實施形態

請參閱第4圖，磁芯5包含芯材51以及包覆芯材51的包覆體52，芯材51為環形並具有中空部510，且芯材51具有缺口511。包覆體52係由混合有粉狀磁性材料及粉狀黏著劑的混合物所製成，包覆體52包覆芯材51並於芯材51的中空部510形成有貫穿之孔洞520。換言之，包覆體52係同軸地包覆於芯材51整體並沿芯材51的軸心形成有貫穿之孔洞520。

於(環形)芯材51上開設缺口511可改變芯材51的磁滯曲線，利用具有缺口511的(環形)芯材51製作電感器可獲得較佳的電感特性，惟磁力線會在缺口511處外露導致渦電流損耗、磁阻上升及導磁率下降。藉由混合有粉狀磁性材料和粉狀黏著劑的混合物之包覆體52來包覆芯材51，可避免磁力線外露並進而減低電磁干擾。

此外，芯材51可例如鐵氧體(如錳-鋅鐵氧體或鎳-鋅鐵氧體)或鐵磁性物質(如鈷或鐵)，粉狀磁性材料為例如軟磁性物質，粉狀黏著劑可例如粉狀樹脂，且粉狀磁性材料和粉狀黏著劑以一預設比例均勻混合成該混合物。另外，混合物中亦可摻入粉狀絕緣材料(例如：二氧化矽)，以增加包覆體的固性。因此，芯材51以及包含混合有粉狀磁性材料和粉狀黏著劑的混合物之包覆體52可具有不同之導磁率。

接著參閱第5A及5B圖，其為本發明之複合式磁芯之第二實施形態的製法流程圖及說明圖。於步驟S701中，先將粉狀磁性材料60和粉狀黏著劑61以一預設比例均勻混合成混合物6。接著於步驟S702中，於模具7中依序執行填充該混合物6、放入環形芯材51’、及再次填充該混合物6之步驟，以使該混合物6包覆該環形芯材51’整體，其中，模具7為具有孔洞形成模70的環形模具。於步驟S703中，進行加熱程序，以使該粉狀磁性材料60藉由該粉狀黏著劑61相互黏結而同軸地包覆於該環形芯材51’整體，並於該環形芯材51’的中空部形成孔洞520’，即沿該環形芯材51’的軸心形成有貫穿的孔洞520’，俾形成該環形磁芯5’。此外，加熱前可震動該模具7以使該混合物6均勻混合。再者，加熱時可藉由一壓力(常壓或低壓)以使該混合物6均勻填充該模具7。由於粉狀黏著劑61本身具有黏性，因而可將粉狀磁性材料60彼此之間黏結，並使得由粉狀磁性材料60和粉狀黏著劑61均勻所混合的混合物6，經加熱後成為黏結包覆環形芯材51’的包覆體6’。

綜上所述，本發明之複合式磁芯及其製法，係以由粉狀磁性材料和粉狀黏著劑所混合之混合物包覆芯材，再加熱成為包覆體，或加熱混合物以與芯材黏結而製成磁芯，由於粉狀黏著劑遇熱會熔融以相互黏結，因而無需高壓製程即可使得粉狀磁性材料藉由粉狀黏著劑而彼此黏結，此可節省粉末壓製製程所需的設備及成本及避免因高壓而損壞磁芯，亦可使得所製成的包覆體沒有利用液態黏著劑之氣泡產生及磁性不均等問題。

因此，本發明之複合式磁芯及其製法無須高成本的設備，沒有磁芯碎裂的問題，且所製成的磁芯磁性均勻。故，本發明之複合式磁芯應用於電感器、變壓器或濾波器等電子零件時，即可具有良好的電子特性。

上述各實施形態僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1、2、2’、2”．．．磁芯

11、21、21’．．．上端部

12、22、22’．．．柱狀部

13、23、23’．．．下端部

22”．．．柱狀芯材

3、6．．．混合物

3’．．．兩端

30、60．．．粉狀磁性材料

31、61．．．粉狀黏著劑

4、7．．．模具

41．．．上端形成模

42．．．柱狀部保持模

43．．．下端形成模

5、5’．．．磁芯

51、51’．．．(環形)芯材

510．．．中空部

511．．．缺口

52、6’．．．包覆體

520、520’．．．孔洞

70．．．孔洞形成模

S301~S303、S701~S703．．．步驟

第1圖係繪示習知技術之磁芯之結構圖；

第2A圖係本發明之複合式磁芯的第一實施態樣之結構圖；

第2B圖係本發明之複合式磁芯的第一實施態樣之變化的結構圖；

第3A及3B圖係分別為本發明複合式磁芯的製法之第一實施態樣的流程圖和說明圖；

第4圖係本發明之複合式磁芯的第二實施態樣之結構圖；及

第5A及5B圖係分別為本發明複合式磁芯的製法之第二實施態樣的流程圖和說明圖。

2．．．磁芯

21．．．上端部

22．．．柱狀部

23．．．下端部

Claims (10)

1. 一種複合式磁芯，包含：柱狀部；以及上端部及下端部，係分別形成於該柱狀部的兩端，其中，該上端部或該下端部至少其中之一係由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑以一預設比例混合而成之混合物所製作形成，其中，該柱狀部係由另一粉狀磁性材料及另一粉狀黏著劑以另一預設比例混合而成的另一混合物所製作形成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式磁芯，其中，該混合物係摻有粉狀絕緣材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複合式磁芯，其中，該粉狀磁性材料為軟磁性物質。
4. 如申請專利範圍第1項所述之複合式磁芯，其中，該粉狀黏著劑為固態樹脂。
5. 如申請專利範圍第1項所述之複合式磁芯，其中，該上端部係由第一粉狀磁性材料及第一粉狀黏著劑以第一預設比例混合的混合物所製作而形成於該柱狀部的第一端，該下端部係由第二粉狀磁性材料及第二粉狀黏著劑以第二預設比例混合的混合物所製作而形成於該柱狀部的第二端。
6. 一種複合式磁芯製法，係應用於柱狀芯材，包括以下步驟： (1)提供一模具，且該模具具有柱狀保持模及連接於該柱狀保持部兩端的上、下端形成模；(2)以一預設比例混合粉狀磁性材料和粉狀黏著劑以形成混合物，並將該柱狀芯材置於該模具的柱狀保持模，並將該混合物分別填充於該模具的上、下端形成模，其中，該柱狀芯材係由另一粉狀磁性材料及另一粉狀黏著劑以另一預設比例混合而成的另一混合物所製作形成；以及(3)加熱填充於該模具中的混合物，以使該粉狀磁性材料藉由該粉狀黏著劑相互黏結並成形於該柱狀芯材的兩端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之複合式磁芯製法，其中，步驟(3)復包括加熱前震動該模具以使該混合物均勻混合。
8. 如申請專利範圍第6項所述之複合式磁芯製法，其中，步驟(3)復包括加熱時藉由常壓或低壓使該混合物均勻填充該模具。
9. 一種複合式磁芯，包含：芯材，係為環形且具有一缺口；以及包覆體，係同軸地包覆於該芯材整體並沿該芯材的軸心形成有貫穿之孔洞，該包覆體係由粉狀磁性材料及粉狀黏著劑以一預設比例混合的混合物所製作形成，其中，該芯材係由另一粉狀磁性材料及另一粉狀黏著劑以另一預設比例混合而成的另一混合物所製作形 成。
10. 一種環形磁芯製法，係應用於具有缺口的環形芯材，包括以下步驟：(1)以一預設比例混合粉狀磁性材料和粉狀黏著劑，以形成混合物；(2)於模具中依序執行填充該混合物、放入該環形芯材、及再次填充該混合物之步驟，以使該混合物包覆該環形芯材整體，其中，該環形芯材係由另一粉狀磁性材料及另一粉狀黏著劑以另一預設比例混合而成的另一混合物所製作形成；以及(3)加熱填充於該模具中的混合物，以使該粉狀磁性材料藉由該粉狀黏著劑相互黏結而同軸地包覆於該環形芯材整體，並沿該環形芯材的軸心形成有貫穿之孔洞。