用于磁芯的基于颗粒的各向异性复合材料制造技术

磁芯包括各向异性复合材料，本身包括基体材料(例如，介电、非磁性材料，优选顺磁性材料)和磁性排列的铁磁颗粒。后者可以例如包括微米和/或纳米级的颗粒。这种颗粒在基体材料内形成颗粒链，其中该链形成磁传导的渗透路径。所述路径沿第一方向延伸，由此各链基本上沿该第一方向延伸，同时沿垂直于第一方向并且可能垂直于垂直于第一方向和第二方向的第三方向的第二方向彼此不同且远离。优选在颗粒之间形成颈缩桥。还公开了相关装置(例如，电感器、放大器、变压器等)和制造方法。变压器等)和制造方法。变压器等)和制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于磁芯的基于颗粒的各向异性复合材料

技术介绍

[0001]本公开大体上涉及磁芯领域，例如在电感器、放大器、变压器和电源设备中使用的磁芯以及此类设备和此类磁芯的制造方法。具体而言，涉及通过施加磁场将铁磁颗粒排列成链而获得的磁芯。
[0002]磁芯是由具有高导磁率的磁性材料制成的物体。此类材料用于限制和引导各种设备中的磁场。通常，磁芯用于显著增加电磁线圈中的磁场强度。尽管如此，仍会观察到副作用，例如，在变压器和电感器等应用中，这主要由于(交流设备中的)涡流造成。这导致与频率相关的能量损失。已经提出了不同的制造方法，这些方法特别依赖于层压薄膜磁芯、薄膜磁芯的径向磁场定向溅射或均匀分布的颗粒(形成电感器磁芯的复合材料)。

技术实现思路

[0003]根据第一方面，本专利技术体现为磁芯。芯包括各向异性复合材料，本身包括基体材料(例如，电介质、非磁性材料或顺磁性材料)以及磁性排列的铁磁颗粒。颗粒可以例如包括微米和/或纳米颗粒。它们在基体材料中形成颗粒链。这种链形成磁传导的渗透路径。路径沿第一方向延伸，由此各链基本上沿该第一方向延伸。然而，这些链沿着垂直于第一方向的第二方向并且可能沿着垂直于第一和第二方向两者的第三方向保持不同并且彼此远离。复合材料优选包含10至50体积百分比的铁磁颗粒。链可以例如基本上根据平行线配置、同心圆环配置或颗粒链的跑道配置布置。
[0004]该解决方案依赖于铁磁颗粒的磁性组件，其中在制造期间施加磁场的方向上施加颗粒的渗透，同时在垂直方向上被抑制(或减轻)。这导致在施加磁场的方向上提高有效磁导率，同时抑制(或至少减轻)电传导，从而抑制垂直方向的涡流。即，磁通量沿链的方向增强，而电传导和涡流沿垂直方向减小。正如人们可能意识到的那样，与例如薄膜微制造相比，这种方法有利地允许快速且低成本的制造过程。
[0005]优选地，颗粒包括第一颗粒(第一类型)和第二颗粒(第二类型)，其中第二颗粒具有比第一颗粒小的平均直径。例如，第一颗粒可以包括微米级的颗粒，而第二颗粒可以包括纳米级的颗粒。第二颗粒可有利地用于在第一颗粒之间形成颈缩桥，沿第一方向桥接后者。
[0006]第一颗粒和第二颗粒将优选具有显着低于基体材料的熔化温度的平均烧结温度，以允许烧结过程，以加强链的机械稳定性和磁导。
[0007]根据另一个但相关的方面，本专利技术体现为包括如上描述的磁芯的磁性装置。该设备尤其可以是电感器、变压器、放大器或电源设备。
[0008]根据另一方面，本专利技术体现为一种制造如上描述的磁芯的方法。根据该方法：提供一种基体材料，包含铁磁颗粒，施加磁场以使基体材料中的铁磁颗粒磁性排列，从而形成用于磁芯的各向异性复合材料。与上面提到的本专利技术的第一方面一致，这被执行以在基体材料内形成颗粒链(例如，包括微米级的颗粒)，其中链形成沿第一方向延伸的磁传导的渗透路径。即，链各自沿着第一方向延伸，同时沿着垂直于第一方向的第二方向彼此不同且远离，如上所述。也如上所述，在基体材料中引入的铁磁颗粒通常可以占所形成的复合材料的
10至50体积百分比。
[0009]施加的磁场优选地具有至少20mT的强度。可以特别地使用永磁体和/或电磁体来施加磁场。在所有情况下，可以施加磁场使得链根据平行线配置、同心圆环配置或颗粒链的跑道配置布置。
[0010]优选地，引入的颗粒包括第一颗粒(即，第一类型的颗粒)，以及(第二类型的)第二颗粒，其中第二颗粒的平均直径小于第一颗粒的平均直径。例如，第一颗粒可以包括微米级的颗粒，而第二颗粒可以包括纳米级的颗粒，如前所述。该方法然后可以包括在施加磁场的同时在第一颗粒之间形成颈缩桥，以便由于第二颗粒并且沿着第一方向桥接第一颗粒。颈缩桥的形成还可依赖于烧结工艺，以烧结第一颗粒和第二颗粒。
[0011]最后，如果需要，例如通过交联基体材料，链被固定在形成的复合材料中，基体材料可以是例如光聚合物或热固化环氧树脂。注意，复合材料可能是通过连续形成该复合材料的层来形成的，这可以通过重复上述方法步骤来实现。
[0012]在优选实施例中，基体材料被提供在结构化模板中，以限制最终形成的复合材料的形状。
[0013]为完整起见，所获得的磁芯最终可以集成在一个设备中，以获得例如电感器、放大器或变压器、电源设备等。
[0014]现在将通过非限制性示例并参考附图来描述体现本专利技术的设备和方法。
附图说明
[0015]附图，其中相同的附图标记在单独的视图中指代相同或功能相似的元件，并且与下面的详细描述一起并入本说明书并形成本说明书的一部分，用于进一步说明各种实施例并用于根据本公开解释各种原理和优点，其中：
[0016]图1是示出根据实施例形成在磁芯中的颗粒链的俯视图；
[0017]图2A和2B示出了实施例中涉及的如图1所示的链的颗粒之间形成的颈缩桥；
[0018]图3是根据实施例的实际芯的显微镜照片，包括图1中的线性链；
[0019]图4是图1的装置的线性配置的变体的俯视图。图4示出了根据实施例的呈现同心链的磁芯。
[0020]图5是根据实施例的磁芯的另一个变体的3维(3D)视图，其中链涉及两个垂直方向上但不在平行的链行之间的渗流路径；
[0021]图6是根据实施例的包括磁芯的环形电感器的3D视图；
[0022]图7是表示根据实施例的磁芯中铁磁粒度的可能的多峰分布的图；以及
[0023]图8是示出根据实施例的磁芯制造方法的高级步骤的流程图。
[0024]图1、2A、2B和4
‑
6中所示的附图示出了如实施例中所涉及的装置或其部分的简化表示。特别地，图1、2A、2B、4和5中描绘的颗粒链是有意示意性表示的。附图中描绘的技术特征不一定按比例绘制。除非另有说明，图中相似或功能相似的元件已被分配相同的附图标记。
具体实施方式
[0025]参考图1
‑
5，首先描述本专利技术的一个方面，涉及磁芯10、10a、10b。注意，附图标记10a、10b是指芯10的变体。虽然本磁芯的特征主要参照图1或2A
‑
2B的芯10进行描述，但对本领域技术人员来说显而易见的是，芯10a、10b可以包括类似的特征。
[0026]基本上，芯10包括各向异性的复合材料，该复合材料包括基体材料30以及磁性排列的铁磁颗粒11、12。
[0027]如图1
‑
3中所见，此类颗粒11、12在基体材料30中形成颗粒链20。这种链20形成磁传导的渗透路径。传导路径沿第一方向(平行于图1
‑
2A、2B中的x轴)延伸。即，每个链20形成传导路径并因此沿该第一方向延伸。相反，沿着垂直于第一方向的第二方向(平行于图1
‑
2A、2B中的z轴)，链是不同的并且因此彼此远离。
[0028]换句话说，磁性排列的颗粒11、12形成不同的链20，确保沿着第一方向延伸的渗透路径。这种链沿着制造期间施加的磁场的方向延伸，如稍后参考本专利技术的另一方面所讨论的。结果，链基本上平行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁芯，包括：各向异性复合材料，至少包括：基体材料；以及磁性排列的铁磁颗粒在所述基体材料内形成所述颗粒的链，所述链形成沿第一方向延伸的磁传导的渗流路径，由此所述链各自沿第一方向延伸，同时沿垂直于第一方向的第二方向彼此不同且远离。2.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述颗粒包括微米级颗粒。3.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述颗粒包括第一类型的第一颗粒和第二类型的第二颗粒，第二颗粒的平均直径小于第一颗粒；以及第二颗粒沿第一方向在第一颗粒之间形成颈缩桥。4.根据权利要求3所述的磁芯，其中：所述第一颗粒包括微米级颗粒，而所述第二颗粒包括纳米级颗粒。5.根据权利要求3所述的磁芯，其中：所述第一颗粒和第二颗粒具有显著低于基体材料的熔化温度的平均烧结温度。6.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述链基本上根据以下之一布置：平行线配置、同心圆环配置和颗粒链的跑道配置。7.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述基体材料是介电、非磁性材料。8.根据权利要求7所述的磁芯，其中：所述基体材料是顺磁性材料。9.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述复合材料包含10至50体积百分比的铁磁颗粒。10.根据权利要求1所述的磁芯，其中：所述颗粒链形成沿第一方向和第三方向延伸的磁传导的渗透路径，第三方向垂直于第一方向和第二方向。11.一种包括磁芯的磁性装置，该磁芯包括：各向异性复合材料，至少包括：基体材料；以及磁性排列的铁磁颗粒在所述基体材料内形成所述颗粒的链，所述链形成沿第一方向延伸的磁传导的渗流路径，由此所述链各自沿第一方向延伸，同时沿垂直于第一方向的第二方向彼此不同且远离。12.根据权利要求11所述的磁性装置，其中：该设备是以下设备之一：电感器、变压器、放大器和电源设备。13.一种制造磁芯的方法，该方法包括：提...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：