專利名稱：電感線圈和制造電感線圈的電感線圈芯單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1的前序部分中所述類型的電感線圈以及一種在權(quán) 利要求8的前序部分中所述類型的用于制造電感線圈的電感線圈芯單元的方法。
背景技術(shù)：
這種電感線圈對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在此作為電子技術(shù)中的電感器件而已知， 并且尤其是用于存儲和再發(fā)出電能。電感線圈為此包括用于產(chǎn)生磁場的電導(dǎo)體以及至少 一個設(shè)置在電導(dǎo)體的區(qū)域中的電感線圈芯單元，該電感線圈芯單元在自身方面包括可磁化 材料構(gòu)成的電感線圈芯。為了得到電感線圈芯的并不過高的磁通密度，電感線圈芯包括至 少一個氣隙，由于該氣隙，電感線圈芯的磁飽和度在明顯較高的場強(qiáng)情況下才出現(xiàn)并且避 免了在用交流電驅(qū)動電感線圈時過度的加熱。為了機(jī)械穩(wěn)定電感線圈芯，至少將填充材料 引入氣隙的一部分中，由此要避免在電感線圈的工作期間不希望的發(fā)聲以及縫隙寬度的變 化。為此通常是有機(jī)粘合劑或者硅樹脂作為填充材料，它們首先被引入氣隙中并且隨后在 其中被硬化。在此如下情況視為是不利的由于在這種電感線圈的工作期間的溫度變化而出現(xiàn) 在電感線圈芯單元的間隙的填充材料中或者在電感線圈芯的可磁化材料中形成裂縫，這進(jìn) 一步導(dǎo)致明顯增強(qiáng)在對于人類可聽見的頻率范圍中的發(fā)聲以及降低電感線圈芯單元的機(jī) 械穩(wěn)定性。這顯著降低了帶有低的發(fā)聲的電感線圈的工作持續(xù)時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種電感線圈，其能夠?qū)崿F(xiàn)具有低的發(fā)聲的提高的工 作持續(xù)時間。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電感線圈以及通過具有權(quán)利要 求8的特征的用于制造電感線圈的電感線圈芯單元的方法來解決。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求 中說明了具有合乎目的的本發(fā)明的改進(jìn)方案的有利的擴(kuò)展方案，其中電感線圈的有利的擴(kuò) 展方案可以視為通過方法的有利的擴(kuò)展方案來提供，并且反之，方法的有利的擴(kuò)展方案得 到電感線圈的有利的擴(kuò)展方案。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低發(fā)聲的提高的工作持續(xù)時間的電感線圈通過如下方 式來實現(xiàn)電感線圈芯的氣隙的填充材料構(gòu)建為使得其具有熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)的 值在構(gòu)成電感線圈芯的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)的值的士 70%的范圍中。在現(xiàn)有技術(shù)中使 用具有電感線圈芯材料的熱膨脹系數(shù)值的五倍至十倍的熱膨脹系數(shù)值的填充材料，與現(xiàn)有 技術(shù)不同，借助根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的填充材料可靠地防止了在電感線圈的電感線圈芯單元的 氣隙中的裂縫形成以及在電感線圈芯的可磁化材料本身中的裂縫形成。在電感線圈的較長 工作中形成的溫度波動現(xiàn)在導(dǎo)致一方面為電感線圈芯或者其間隙以及另一方面為填充材 料的類似的與溫度相關(guān)的膨脹特性，使得并不出現(xiàn)裂縫或者機(jī)械損傷，并且明顯延長了電 感線圈的工作持續(xù)時間和壽命。除了由此可實現(xiàn)的成本優(yōu)點之外，還保證了在電感線圈的工作過程中不出現(xiàn)在人類可聽見的頻率附近的干擾性的發(fā)聲。在本發(fā)明的一個有利的擴(kuò)展方案中設(shè)計了，填充材料被構(gòu)建為使得其具有如下熱 膨脹系數(shù)該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)值的士50% 的范圍中和/或士40%的范圍中和/或士25%的范圍中和/或士10%的范圍中。通過這 樣構(gòu)建的填充材料，進(jìn)一步平衡了材料配對(填充材料-電感線圈芯材料)的與溫度相關(guān) 的膨脹特性，由此附加地提高了具有低的發(fā)聲的電感線圈的工作持續(xù)時間。借助具有與電 感線圈芯的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)值相比提高10%到50%之間的熱膨脹系數(shù)值的填充 材料，可以隨著升高的溫度有利地產(chǎn)生電感線圈芯的有針對性的機(jī)械預(yù)應(yīng)力，由此附加地 降低了電感線圈芯單元的機(jī)械振動能力并由此附加地降低了所得到的發(fā)聲。針對電感線圈芯選擇的材料是至少一種類型的鐵氧體和/或鐵粉和/或鉬坡莫合 金粉和/或納米晶體磁性材料。借助這些材料，可以在考慮制造成本和所需的參數(shù)(電感、 導(dǎo)磁性和飽和通量密度)的情況下實現(xiàn)靈活的并且可最佳地與相應(yīng)的應(yīng)用目的匹配的電 感線圈芯或者電感線圈芯單元的擴(kuò)展方案。電感線圈由此例如可以實施為用于電子鎮(zhèn)流器 的諧振電感線圈、降壓調(diào)節(jié)器電感線圈或者燈電感線圈。在本發(fā)明的另一有利的擴(kuò)展方案中設(shè)計了，電導(dǎo)體纏繞到線圈體上，優(yōu)選的是多 次地盤繞。于是，電感線圈的電感可以通過改變電導(dǎo)體的匝數(shù)來簡單地并且成本低廉地與 相應(yīng)的應(yīng)用目的匹配。在此，進(jìn)一步顯示為有利的是，填充材料包括無機(jī)接合劑。例如可以使用膠結(jié)材 料、氧化物或者膠體作為無機(jī)接合劑。這種接合劑成本特別低廉并且通常具有如下的熱膨 脹系數(shù)該熱膨脹系數(shù)的值在電感線圈芯材料的、對于本發(fā)明所希望的范圍中。此外，它們 在正常條件下體積穩(wěn)定并且防水、耐酸并且抗氧化，由此保證了電感線圈的相應(yīng)地高的壽 命。此外，它們在未被硬化的狀態(tài)中具有高的可流動性的優(yōu)點，這導(dǎo)致容易地將填充材料引 入到氣隙中以及導(dǎo)致電感線圈芯的高的均勻性和高的尺寸精度。通過填充材料的可實現(xiàn)的 硬度，此外可靠地防止了電感線圈或者電感線圈芯的機(jī)械振動或者聲學(xué)振動。在本發(fā)明的另一有利的擴(kuò)展方案中設(shè)計了，無機(jī)接合劑包括至少一種水硬化的膠 結(jié)材料。該膠結(jié)材料可以通過添加水以漿狀形式特別簡單地弓I入到氣隙中，并且隨后自主 地在空氣中凝固。通過這種方式，可以特別簡單并且成本低廉地制造電感線圈。此外，這 種填充材料提供了如下優(yōu)點元氣味、高溫度穩(wěn)定性以及溫度變化穩(wěn)定性、低毒性以及針對 油、溶劑和大多數(shù)有機(jī)酸和無機(jī)酸的化學(xué)穩(wěn)定性。在此，在另一擴(kuò)展方案中顯示為有利的是，膠結(jié)材料包括硅酸鹽，優(yōu)選為硅酸鋯和 /或硅酸鈉和/或硅酸鈣，和/或氧化物，優(yōu)選為二氧化硅和/或氧化鎂和/或氧化鋁和/ 或氧化鐵和/或氧化鈣，和/或氫氧化物，優(yōu)選為氫氧化鈣，和/或硫酸鹽，優(yōu)選為硫酸鈣， 和/或磷酸鹽，優(yōu)選為磷酸鎂。在使用這些材料時，可以將膠結(jié)材料的機(jī)械特性和化學(xué)特性 最優(yōu)地與電感線圈的制造條件和使用條件匹配。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于制造電感線圈的電感線圈芯單元的方 法，其中提供了可磁化材料構(gòu)成的、具有至少一個氣隙的電感線圈芯，并且將用于機(jī)械穩(wěn)定 的填充材料至少引入氣隙的一部分中，其中根據(jù)本發(fā)明設(shè)計了，填充材料選擇為其具有線 性的熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)的值的 士70%的范圍中。通過這種方式，可靠地防止了在電感線圈的電感線圈芯單元的氣隙中或者在電感線圈芯的可磁化材料中形成裂縫，因為尤其是在電感線圈的較長的工作情況下形 成的溫度波動由此導(dǎo)致電感線圈芯或者間隙和填充材料的類似的與溫度有關(guān)的膨脹特性。 這導(dǎo)致并不出現(xiàn)裂縫或者機(jī)械損傷，并且明顯延長了電感線圈芯單元或者設(shè)置有其的電感 線圈的壽命。除了由此可實現(xiàn)的成本優(yōu)點之外，附加地保證了在電感線圈的工作過程中并 不出現(xiàn)在人類可聽見的頻率附近的干擾性的發(fā)聲。顯示為有利的是，使用至少一種類型的鐵氧體作為電感線圈芯的材料，并且使用 可水硬的膠結(jié)材料作為填充材料。借助由至少一種類型的鐵氧體制成的電感線圈芯，由于 非常高的導(dǎo)磁率值而可以在低的結(jié)構(gòu)空間需求情況下相應(yīng)地達(dá)到電感線圈的高的電感。與 可水硬的膠結(jié)材料作為填充材料相結(jié)合，給出了一種化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定的材料配對，其各個 組分具有非常類似的熱膨脹系數(shù)值，由此可靠地避免了在電感線圈芯單元工作時可能的裂 縫形成或者電感線圈芯的折斷。電感線圈芯單元在此尤其是可以快速地、簡單地并且成本低廉地制造，其方式是 將膠結(jié)材料首先與預(yù)先給定量的水混合并且隨后引入氣隙中。由于填充材料的良好的流動 特性和可配量性(Dosierbarkeit)，氣隙在無需附加的加工步驟的情況下被均勻地填充，由 此實現(xiàn)了特別高的機(jī)械強(qiáng)度。隨后的膠結(jié)材料凝固在空氣中進(jìn)行。在此同樣可以設(shè)計的是，填充材料在引入到氣隙中之后在其中被擠壓。通過這種 方式，保證了氣隙的至少近似完全的填滿狀態(tài)以及電感線圈芯單元的相應(yīng)地高的機(jī)械強(qiáng)度 和可負(fù)載性。在另一擴(kuò)展方案中，通過如下方式實現(xiàn)進(jìn)一步提高電感線圈芯單元的機(jī)械可負(fù)載 性在引入填充材料時或者在進(jìn)一步的加工步驟之后保證了在電感線圈芯和電感線圈的線 圈體之間建立力配合。這例如可以通過將填充材料擠壓到氣隙中或者通過壓緊電感線圈芯 來實現(xiàn)。多余的填充材料在此必要時溢出并且可以被容易地去除。


本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細(xì)節(jié)借助隨后的對實施例的描述以及借助附圖來得 到，在附圖中相同或者功能相同的元件設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。其中圖1示出了電感線圈的電感線圈芯單元的一個實施例的側(cè)面的截面圖；圖2示出了兩個電感線圈的與激勵頻率有關(guān)的振動的頻譜；以及圖3示出了圖2中所示的區(qū)域III的放大視圖。
具體實施例方式圖1示出了電感線圈芯單元10的側(cè)面的截面圖，該電感線圈芯單元可用于電感線 圈。電感線圈芯單元10包括電感線圈芯12，其包括兩個在橫截面中E形的電感線圈芯部分 12a、12b。電感線圈芯部分12a、12b圍繞在橫截面中雙T形的線圈體14設(shè)置，當(dāng)線圈體被 多次地用未示出的電導(dǎo)體纏繞時，該線圈體在其方面用于提高電感線圈的電感。在電感線 圈芯部分12a、12b和線圈體14之間有氣隙16，其在不同的區(qū)段16a-16c具有不同的間隙寬 度。為了機(jī)械穩(wěn)定，將填充材料18引入到氣隙16的區(qū)段16b中，該區(qū)段形成電感線圈的中 間路徑。氣隙16的、形成兩個電感線圈芯部分12a、12b的外邊腳的區(qū)段16a、16c(它們在 此具有0. Olmm到0. 05mm之間的厚度)借助粘合劑來粘合，由此在磁性回路中產(chǎn)生附加的氣隙16。電感線圈芯12在該實施例中由鐵氧體類型制成并且由此具有熱膨脹系數(shù)aD，其 值譬如在11 10_6/K到12 10_6/K之間的范圍中。為了延長電感線圈芯單元10或者設(shè) 置有其的電感線圈的工作時間和壽命，填充材料18被構(gòu)建為使得其具有熱膨脹系數(shù)α F，其 值在電感線圈芯12的材料的熱膨脹系數(shù)Ci11的值的士70%的范圍中。通過這種方式，保證 了在電感線圈或者電感線圈芯單元10的工作期間出現(xiàn)的溫度波動導(dǎo)致一方面為電感線圈 芯12或者氣隙16以及另一方面為填充材料18的類似的尺寸變化。由此，避免了形成裂縫 以及與此關(guān)聯(lián)的干擾噪聲產(chǎn)生。填充材料18例如可以包括基于鋯的、水硬的膠結(jié)材料，其 具有值為大約4. 7 * 10-6/K的熱膨脹系數(shù)aF。該填充材料18具有高的電絕緣性、對抗熱 沖擊的高的阻擋能力、高的耐熱性以及高的化學(xué)穩(wěn)定性，并且由于其無氣味和低毒性可以 毫無問題地使用?；旧希蠖鄶?shù)無機(jī)的和基于硅酸鹽的膠結(jié)材料類型適于作為填充材料 18，因為它們通常具有值在大約4.0女10_6/K到18.0女10_6/Κ之間的熱膨脹系數(shù)α F。例如，可以使用化學(xué)凝固的膠結(jié)材料作為填充材料18，該膠結(jié)材料包括氧化鎂、硅 酸鋯和磷酸鎂。這種填充材料18在此在硬化狀態(tài)中同樣具有值為大約4. 7 * 10-6/K的熱 膨脹系數(shù)aF。同樣，可能作為填充材料18的是化學(xué)凝固的膠結(jié)材料，其基于石英和硅酸 鈉。該填充材料18根據(jù)具體的擴(kuò)展方案具有值在大約7. 5女IO-6A到17. 5女10_6/K之間 的熱膨脹系數(shù)a F，并且特別耐酸。與此相對，現(xiàn)有技術(shù)中已知的、包括環(huán)氧樹脂的填充材料 18具有值為大約60女IO-6A的熱膨脹系數(shù)a F，由此在熱負(fù)載的情況下快速地導(dǎo)致形成裂 縫以及不希望的發(fā)聲。在另一實施形式中，填充材料包括75%重量百分比(Gew. % )的鋯粘合劑(例如 Sauereisen, Pittsburgh 公司的 Zircon Potting Cement No. 13)以及 25%重量百分比的 沙(例如等級1 [A7-1]沙)。可替選地可以設(shè)計的是，使用如下填充材料18 其具有熱膨脹系數(shù)值α F，該熱膨 脹系數(shù)值與電感線圈芯12的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)值CId相比提高了 10%到50%之 間。這例如可以通過相應(yīng)地選擇填充材料18或者通過將附加的具有相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)值 α s的物質(zhì)混合為填充材料18來實現(xiàn)。由于在中部區(qū)段16中相對于氣隙16的旁邊的區(qū)段 16aU6c的更高的溫度，所以填充材料18由此在相同長度上比電感線圈芯12的可磁化材料 更強(qiáng)烈地膨脹。由此得到電感線圈芯12的內(nèi)部區(qū)域的隨著升高的溫度而增大的機(jī)械預(yù)應(yīng) 力，由此附加地降低了電感線圈芯單元10的機(jī)械振動性以及所得到的發(fā)聲。為了制造電感線圈芯單元10，相應(yīng)的膠結(jié)材料首先與所需數(shù)量的水混合，例如與 相對于膠結(jié)材料的總重量的7. 5%重量百分比的蒸餾水混合，以便得到漿狀的物質(zhì)，并且引 入氣隙16的區(qū)段16b中。通過壓緊兩個電感線圈芯部分12a、12b，在電感線圈芯12和線圈 體14之間建立了力配合，使得在膠結(jié)材料硬化之后形成機(jī)械上特別穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)。在壓 緊時，填充材料18在中間區(qū)段16b中溢出(quillt)并且至少大部分填充氣隙16。多余的 填充材料18可以被簡單地去除。為了改善流動性，可以為填充材料18可選地加入添加劑。硬化在三個階段中進(jìn)行，在第一階段中在室溫情況下預(yù)先硬化10小時至30小時， 隨后在50°C情況下硬化大約3小時，并且最后在70°C情況下繼續(xù)硬化大約3小時。在冷卻 之后，電感線圈芯單元10于是最后被上漆。圖2示出了兩個頻譜，即其一為頻譜曲線20a，其再現(xiàn)了與激勵頻率f有關(guān)的機(jī)械 振動的強(qiáng)度，其中由現(xiàn)有技術(shù)已知的電感線圈沒有填充材料18。其二是在圖2中的頻譜曲線20b，其再現(xiàn)了與激勵頻率f有關(guān)的機(jī)械振動的強(qiáng)度，其中反映了設(shè)置有圖1中所示的電 感線圈芯單元10的電感線圈。圍繞線圈體14纏繞的電導(dǎo)體在兩種情況中以正弦形的激勵 電流驅(qū)動，該電流具有在IOkHz到30kHz之間的激勵頻率f。在圖的縱坐標(biāo)上以m/s的單 位繪出了電感線圈芯12的產(chǎn)生的振動FFT (帶有最高幅度)。從圖2中在此可以容易地看 出的是，頻譜曲線20a由于氣隙16的低的機(jī)械穩(wěn)定性尤其是在對于人類可聽到的16kHz到 19kHz之間的頻率的范圍中具有機(jī)械振動的峰，由此產(chǎn)生了強(qiáng)烈的、不希望的發(fā)聲。與此相 對，頻譜20b的幅度分布表現(xiàn)出在大約28kHz到29kHz的最大值。這些振動在聽覺范圍之 外。電感線圈芯單元10的機(jī)械振動以及由此聲壓水平因此在聽覺范圍方面與設(shè)置有現(xiàn)有 技術(shù)中已知的電感線圈芯單元的電感線圈相比明顯降低。 圖3為了進(jìn)一步表明該情況示出了圖2中所示的圖區(qū)域III (激勵頻率f在27kHz 到30kHz之間)的放大視圖。
權(quán)利要求
一種電感線圈，其帶有用于產(chǎn)生磁場的電導(dǎo)體以及至少一個設(shè)置在導(dǎo)體的區(qū)域中的電感線圈芯單元(10)，該電感線圈芯單元包括可磁化材料構(gòu)成的電感線圈芯(12)以及至少一個氣隙(16)，其中為了機(jī)械穩(wěn)定，將填充材料(18)至少引入氣隙(16)的一部分中，其特征在于，填充材料(18)構(gòu)建為使得其具有熱膨脹系數(shù)(αF)，該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯(12)的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)(αD)的值的±70％的范圍中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感線圈，其特征在于，填充材料(18)被構(gòu)建為使得其具有 如下熱膨脹系數(shù)(aF)該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯(12)的可磁化材料的熱膨脹 系數(shù)(aD)的值的士50%的范圍中和/或士40%的范圍中和/或士25%的范圍中和/或 士 10%的范圍中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電感線圈，其特征在于，構(gòu)成電感線圈芯(12)的可磁化 材料包括至少一種類型的鐵氧體和/或鐵粉和/或鉬坡莫合金粉和/或納米晶體磁性材 料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的電感線圈，其特征在于，電導(dǎo)體優(yōu)選多次地纏繞到線 圈體(14)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的電感線圈，其特征在于，填充材料(18)包括無機(jī)接 合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電感線圈，其特征在于，無機(jī)接合劑包括至少一種水硬化的 膠結(jié)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感線圈，其特征在于，膠結(jié)材料包括硅酸鹽，優(yōu)選為硅酸鋯 和/或硅酸鈉和/或硅酸鈣，和/或氧化物，優(yōu)選為二氧化硅和/或氧化鎂和/或氧化鋁和 /或氧化鐵和/或氧化鈣，和/或氫氧化物，優(yōu)選為氫氧化鈣，和/或硫酸鹽，優(yōu)選為硫酸鈣， 和/或磷酸鹽，優(yōu)選為磷酸鎂。
8.一種用于制造電感線圈的電感線圈芯單元(10)的方法，其中提供了可磁化的材料 構(gòu)成的、具有至少一個氣隙(16)的電感線圈芯(12)，并且將用于機(jī)械穩(wěn)定的填充材料(18) 至少引入氣隙(16)的一部分中，其特征在于，填充材料(18)選擇為其具有線性的熱膨脹系 數(shù)(a F)，該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯(12)的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)(aD)的 值的士70%的范圍中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，使用至少一種類型的鐵氧體作為電感線 圈芯(12)的可磁化材料，并且使用可水硬的膠結(jié)材料作為填充材料(18)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，膠結(jié)材料首先與預(yù)先給定量的水混合并 且隨后引入氣隙(16)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，填充材料(18)在引入到氣隙 (16)中之后在該氣隙中被擠壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11之一所述的方法，其特征在于，在引入填，充材料(18)時或者 在進(jìn)一步的加工步驟之后保證了在電感線圈芯(12)和電感線圈的線圈體(14)之間建立力 配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電感線圈，其帶有用于產(chǎn)生磁場的電導(dǎo)體以及至少一個設(shè)置在導(dǎo)體的區(qū)域中的電感線圈芯單元(10)，該電感線圈芯單元包括可磁化材料構(gòu)成的電感線圈芯(12)以及至少一個氣隙(16)，其中為了機(jī)械穩(wěn)定，將填充材料(18)至少引入氣隙(16)的一部分中，其中填充材料(18)構(gòu)建為使得其具有熱膨脹系數(shù)(αF)，該熱膨脹系數(shù)的值在構(gòu)成電感線圈芯(12)的可磁化材料的熱膨脹系數(shù)(αD)的值的±70％的范圍中。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造電感線圈的電感線圈芯單元(10)的方法。
文檔編號H01F27/26GK101933105SQ200880126047
公開日2010年12月29日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者安德烈亞斯·胡貝爾, 弗里德里?！ぞS察尼 申請人:奧斯蘭姆有限公司