專利名稱：在磁隙附近具有永磁體的電感組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圍繞磁心繞有線圈的磁性器件，更具體地說，涉及例如電感器或變壓器這樣的電感組件，用于各種電子設(shè)備和電源，使用直流偏置降低磁心損耗。
近來，各種電子設(shè)備變?yōu)楦『透p。因此，電源部分與整個(gè)電子設(shè)備的相對體積比趨向于增大。這是因?yàn)?，雖然各種電路已經(jīng)大規(guī)模集成化(LSI)，但是難以使磁性組件例如電感器和變壓器小型化，這些是電源部分不可缺少的電路元件。因此，為了實(shí)現(xiàn)電源部分的小型化和減輕重量，已經(jīng)嘗試了各種方法。
為了獲得小而輕的磁性器件，例如電感器和變壓器(以下稱為電感組件)，有效的方法是減小由磁性材料組成的磁心的體積。通常，使磁心小型化容易導(dǎo)致其磁飽和。因而，作為電源的電流幅度可能被減小。
為了解決上述問題，眾所周知的技術(shù)是通過在部分磁心設(shè)置磁隙，從而增大磁心的磁阻，以及防止電流幅度減小。然而，在這種情況下，磁性組件的磁感減小。
作為防止磁感減小的方法，日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.01-169905(以下稱為傳統(tǒng)技術(shù)1)公開了一種使用永磁體產(chǎn)生磁偏置的關(guān)于磁心結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在這種技術(shù)中，使用永磁體對磁心施加直流磁偏置，導(dǎo)致能夠穿過磁隙的磁力線數(shù)目增大。
然而，在傳統(tǒng)的電感組件的磁心結(jié)構(gòu)中，由于圍繞磁心卷繞的線圈所生產(chǎn)的磁通量穿過磁隙中的永磁體，所以永磁體被退磁。
并且，被插入磁隙中的永磁體的尺寸越小，由于外部因素產(chǎn)生的退磁效應(yīng)就越大。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種電感組件，其中對安裝的永磁體形狀幾乎沒有限制，其中圍繞磁心卷繞的線圈產(chǎn)生的磁通量不會使永磁體退磁。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電感組件，其中由圍繞磁心卷繞的線圈的漏磁通引起發(fā)熱，其中永磁體和電感器的性能不會降低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種電感組件，包括具有至少一個(gè)磁隙的磁心；用于產(chǎn)生直流偏置磁場的裝置，這是通過在通常是閉合的磁路附近安裝至少一個(gè)永磁體所生產(chǎn)的，這個(gè)閉合磁路穿過磁心中的磁隙；和圍繞磁心卷繞的線圈。在該電感組件中，至少一個(gè)永磁體安裝在磁心至少一個(gè)端部的磁隙附近。該端部在其間限定了磁隙。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種電感組件，包括具有至少一個(gè)磁隙的磁心；用于產(chǎn)生直流偏置磁場的裝置，這是通過在通常是閉合的磁路附近安裝至少一個(gè)永磁體所生產(chǎn)的，這個(gè)閉合磁路穿過磁心中的磁隙；和圍繞磁心卷繞的線圈。在該電感組件中，至少一個(gè)永磁體安裝在磁心的至少一個(gè)外部，只是不在磁心的磁隙中。
圖1是用于傳統(tǒng)電感組件的磁心透視圖。
圖2是在磁心磁隙具有永磁體的傳統(tǒng)電感組件和沒有永磁體的組件中，對各個(gè)卷繞線圈施加1kHz交流電時(shí)，各個(gè)磁心的疊加直流與電感之間的關(guān)系視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖7是用于與根據(jù)本發(fā)明第一到第四實(shí)施例的電感組件進(jìn)行對比而制造的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖8是在根據(jù)本發(fā)明第一到第四實(shí)施例和對比例的電感器磁心的磁路中激勵的磁通量密度與此時(shí)的磁心損耗之間關(guān)系的視圖，亦即對每個(gè)卷繞線圈施加100kHz的交流電時(shí)，通過每個(gè)磁心的磁通量密度(Bm)與磁心損耗(Pvc)之間的關(guān)系。
圖9是對圍繞本發(fā)明第一實(shí)施例的電感組件和圖7所示對比用電感組件的磁心卷繞的線圈施加100kHz的交流電時(shí)，每個(gè)磁心的疊加直流與電感之間的關(guān)系視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖14是用于與根據(jù)本發(fā)明第五到第八實(shí)施例的電感組件進(jìn)行對比而制造的電感組件的結(jié)構(gòu)視圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)永磁體的N磁極配置在U形電感器磁心的磁路延伸端上。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)永磁體的N磁極與U形電感器磁心的磁路平行地配置。
圖17是根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)永磁體和一小片磁心都配置在U形電感器磁心的磁隙。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，其中一小片磁心配置在U形電感器磁心的一端，永磁體配置在磁心的另一端。
圖19是對比例的示意性視圖，其中在U形電感器磁心附近不配置永磁體。
圖20是對每個(gè)卷繞線圈施加1kHz交流電時(shí)，在圖15和18所示本發(fā)明的電感器磁心和圖19所示對比例的電感器磁心的疊加直流和電感之間的關(guān)系曲線圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)設(shè)置兩個(gè)永磁體，使其N磁極配置在與E形電感器磁心的磁路延伸端相同的取向上。
圖22是根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)設(shè)置兩個(gè)永磁體，使其N磁極平行于E形電感器磁心的磁路地配置。
圖23是根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)永磁體和小片磁心者配置在E形電感器磁心的每個(gè)磁隙中。
圖24是根據(jù)本發(fā)明第十五實(shí)施例的電感組件的結(jié)構(gòu)示意性視圖，此時(shí)小片磁心配置在E形電感器磁心的磁隙中心柱的端部，永磁體配置在磁心的兩側(cè)外柱端部。
圖25是對比例的示意性視圖，其中在E形電感器磁心附近不配置永磁體。
圖26A是根據(jù)本發(fā)明第十七實(shí)施例的電感組件的透視圖。
圖26B是圖26A所示電感組件的正視圖。
圖26C是圖26A所示電感組件的側(cè)視圖。
圖27是圖26A所示電感組件的分解透視圖。
圖28是說明圖26A所示電感組件工作的側(cè)視圖。
圖29是說明圖15所示電感組件缺點(diǎn)的側(cè)視圖。
為了便于了解本發(fā)明，在說明本發(fā)明實(shí)施例之前將介紹傳統(tǒng)技術(shù)1的電感組件。
參見圖1，根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)1的電感組件31具有兩個(gè)磁心33、33，兩個(gè)永磁體35和35，每個(gè)永磁體插入在磁心33的相反端面之間設(shè)置的兩個(gè)磁隙中的對應(yīng)一個(gè)。
參見圖2，比較永磁體35和35插入磁心33、33磁隙時(shí)的電感-直流疊加特性和沒有永磁體時(shí)的電感-直流疊加特性，插入永磁體35的磁心33保持的磁-電感值大于沒有插入永磁體35的磁心33的磁-電感值，即使電流較高也是如此。
以下將參考


本發(fā)明的實(shí)施例。
參見圖3，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電感組件41由電感器組成，并且包括U形磁心43，圍繞一個(gè)磁心柱43b卷繞的線圈45，和設(shè)置在另一個(gè)磁心柱43c外側(cè)的永磁體47。永磁體47是平面狀的，對其整個(gè)表面進(jìn)行磁化，以使粗線一側(cè)是N磁極，另一側(cè)是S磁極53。
磁心43由一種材料鐵氧體組成。而且永磁體47由一種材料SmCo形成。圍繞磁心43卷繞的線圈45用扁平銅線制成。
根據(jù)第一實(shí)施例的電感組件41是這樣構(gòu)成的，面對磁心柱43c的永磁體47表面是N磁極51。
參見圖4，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電感組件55具有與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，只是永磁體47的磁心柱側(cè)面是S磁極53。
參見圖5，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電感組件59具有與圖4所示的第三實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，只是永磁體47位于磁心柱43c的基底部位43a一側(cè)。
參見圖6，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電感組件63中，圖3、4和5所示平面永磁體47被切割為永磁體片，僅在能夠獲得最顯著效果的位置配置磁體片57。磁感強(qiáng)度由永磁體產(chǎn)生的磁力線總數(shù)決定，小于上述平面永磁體47的磁感強(qiáng)度。
參見圖7，根據(jù)對比例的電感組件67沒有永磁體，其制造是用于與具有永磁體的本發(fā)明第一到第四實(shí)施例的特性進(jìn)行對比。
電感組件41、55、59和63所用永磁體47和57的材料并不限于SmCo，可以是任何材料，只要能夠獲得足夠的磁感強(qiáng)度即可。而且，圍繞磁心43卷繞的線圈45的材料并不限于扁平銅線，可以是能夠優(yōu)選用做電感器組件的任何材料和形狀的線圈。
對圍繞第一到第四實(shí)施例所示電感組件的每個(gè)磁心43卷繞的線圈45施加100kHz的交流電，確定此時(shí)磁心43磁路中激勵的磁通量密度與磁心損耗之間的關(guān)系。結(jié)果如圖8所示。
參見圖8，曲線69、71、73、75和77所示結(jié)果表明，按照第一、第二、第三、第四實(shí)施例分別所示的電感組件41、55、59、63和67以及圖7所示對比例的順序，磁心損耗增大，并且表明永磁體47和57的位置和形狀對磁心損耗量有影響。
通過根據(jù)圖3所示第一實(shí)施例的電感組件41特性曲線69與根據(jù)圖5所示第三實(shí)施例的電感組件59的特性曲線73的對比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)永磁體47被設(shè)置成為從互相面對區(qū)域稍微偏離，但仍舊層夾磁心43在磁隙時(shí)，如同圖5所示第三實(shí)施例，磁心損耗小于永磁體47設(shè)置成為覆蓋互相面對的整個(gè)區(qū)域的情形，如圖3所示，而且發(fā)現(xiàn)永磁體47的設(shè)置對降低磁心損耗具有一定的效果。
根據(jù)圖3所示第一實(shí)施例的電感組件41的特性曲線69與根據(jù)圖6所示第四實(shí)施例的電感組件63的特性曲線75的對比表明，當(dāng)在一部分磁隙僅配置小的永磁體57時(shí)，如同圖6所示的第四實(shí)施例，安裝永磁體的效果顯著地減小?？磥肀砻靼惭b永磁體的效果主要地對應(yīng)于永磁體覆蓋的面積與磁心中互相面對并且層夾磁隙的面積的比例，而且表明取決于該區(qū)域之內(nèi)位置的效果差異不大。
根據(jù)圖3所示第一實(shí)施例的電感組件41的特性曲線69與根據(jù)圖4所示第二實(shí)施例的電感組件55的特性曲線71的對比表明，由于其磁心損耗基本上相同，如圖8所示，磁體的磁化取向與磁心損耗的降低幾乎無關(guān)。
當(dāng)對比根據(jù)圖7所示對比例的電感組件67的特性曲線77與電感組件41、55、59和63的特性曲線69、71、73和75時(shí)，發(fā)現(xiàn)在磁心43附近按任何結(jié)構(gòu)設(shè)置永磁體47或57，能夠以不同程度的效果降低磁心損耗。
在根據(jù)圖3所示第一實(shí)施例的電感組件41和根據(jù)圖7所示對比例的電感組件67中，對圍繞磁心43卷繞的線圈45施加不同幅度的直流，測量疊加直流電感。結(jié)果如圖9所示。
參見圖9，在根據(jù)圖3所示第一實(shí)施例的具有平面永磁體47的電感組件41的情形，由于磁心43的磁飽和而使疊加直流電感開始降低時(shí)的直流幅度大于根據(jù)圖7所示對比例的電感組件67的情形。
因此，在具有相同部分和形狀的磁心43的情形，平面永磁體47設(shè)置在磁心43外側(cè)，亦即在圍繞磁心43卷繞的線圈45產(chǎn)生的磁通量不通過的位置，以便能夠處理更大的直流。
在本發(fā)明第一到第四實(shí)施例中，作為磁心43的例子僅展示了U形磁心的情形。但是，在E形磁心中能夠獲得相同結(jié)果。
在E形磁心中，通常圍繞其中央部卷繞線圈，并且存在兩個(gè)磁隙。因此，平面永磁體設(shè)置在磁心提供的兩個(gè)磁隙的外側(cè)，亦即在與每個(gè)磁隙相反、并且層夾磁心主體的兩個(gè)位置，用作產(chǎn)生磁偏置的裝置。
以下將參考

作為具有E形磁心的電感組件的電感器。
參見圖10，根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電感組件83包括E形磁心85，圍繞中央磁心柱85c卷繞的線圈89，和分別設(shè)置在中央磁心柱85c兩側(cè)的磁心柱85b和85d外側(cè)的一對永磁體87。
每個(gè)永磁體87具有平面形狀并且磁化成為兩個(gè)整體表面的每個(gè)都具有磁極性。由粗線指示的每個(gè)N磁極51設(shè)置成為與每個(gè)磁柱85b和85d的表面接觸。
磁心85由一種材料即鐵氧體組成。而且整個(gè)永磁體47由SmCo磁體形成。圍繞磁心85卷繞的線圈89由扁平銅線制成，與U形磁心的情形一樣。
參見圖11，根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的電感組件91具有與根據(jù)第五實(shí)施例的電感組件83相同的結(jié)構(gòu)，只是永磁體87的磁極性取向彼此不同。也就是說，永磁體設(shè)置為S磁極表面53、53彼此相對。
參見圖12，根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的電感組件95，與根據(jù)第五實(shí)施例的電感組件83和根據(jù)第六實(shí)施例的電感組件91不同之處，在于每個(gè)永磁體97、97設(shè)置在基底部位85a一側(cè)。
參見圖13，在根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的電感組件99中，平面永磁體被切割成永磁體片，僅在能夠獲得最顯著效果的位置配置磁體片101。磁感強(qiáng)度由永磁體產(chǎn)生的磁力線總數(shù)決定，并且明顯小于上述平面永磁體的磁感強(qiáng)度。
參見圖14，根據(jù)對比例的電感組件103具有與第五到第九實(shí)施例類似的結(jié)構(gòu)和形狀，但是沒有永磁體。
在根據(jù)圖10到13所示第五到第九實(shí)施例的電感組件83、91、95和101以及根據(jù)圖14所示對比例的電感組件103中，對圍繞磁心85卷繞的線圈89施加交流電，測量此時(shí)在磁心磁路中激勵的磁通量密度與磁心損耗之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，安裝永磁體的效果按照以下順序降低，即圖10所示第五實(shí)施例、圖11所示第六實(shí)施例、圖12所示第七實(shí)施例、圖13所示第八實(shí)施例、和圖14所示沒有永磁體的對比例。
在上述之中，其中僅永磁體極性不同的圖10所示第五實(shí)施例和圖11所示第六實(shí)施例之間不存在明顯差別。
與U形磁心情形一樣，對根據(jù)圖5所示第五實(shí)施例的電感組件83和根據(jù)圖14所示對比例的電感組件103測量疊加直流電感。發(fā)現(xiàn)通過安裝永磁體，使得疊加直流電感開始降低的直流幅度增大。
因此，在具有相同部分和形狀的磁心的情形，平面永磁體設(shè)置在磁心外側(cè)，亦即在圍繞磁心卷繞的線圈產(chǎn)生的磁通量不通過的位置，以便能夠處理更大的直流，如同U形磁心的情形。
而且，在上述實(shí)施例所用永磁體和線圈的尺寸和材料以及磁心材料相同，而且磁心體積相同的條件下，發(fā)現(xiàn)以下情況。
在根據(jù)圖3到6中所示第一到第四實(shí)施例的U形電感器和根據(jù)圖10到13所示第五到第八實(shí)施例的E形電感器中，安裝永久磁體的條件，在磁心損耗(Pvc)相對于通過磁心的磁通量密度(Bm)方面，在磁心電感相對于疊加直流方面，無論磁心形狀如何，都大致相同。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在磁心中設(shè)置的磁隙外側(cè)上設(shè)置平面或大致是平面的永磁體，換言之，在磁隙的對側(cè)上同時(shí)層夾磁心主體，從而用作產(chǎn)生磁偏置的裝置。在這種情況，由于永磁體設(shè)置在磁隙外側(cè)，對相應(yīng)于磁隙形狀的永磁體的尺寸和形狀沒有限制。而且，由于在卷繞線圈產(chǎn)生的磁通量的路徑上不存在永磁體，所以永磁體不會被磁通量產(chǎn)生的退磁場所退磁。
在U形磁心和E形磁心中的任何一種都能夠獲得這種結(jié)果。按照上述方法，可以提供電感器，其中，即使通過的磁通量大于上述的一種，也能夠降低磁心損耗，并且即使尺寸、形狀和材料相同，也能夠處理更大的電流。換言之，能夠制造較小的電感器和變壓器，而不降低被處理的電流幅度。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明第一到第八實(shí)施例的電感組件41、55、59、63、83、91、95和101中，可以提供磁心體積小的電感器，其中對安裝其上的永磁體形狀幾乎沒有限制，永磁體不會被圍繞磁心卷繞的線圈產(chǎn)生的磁通量所退磁。
參見圖15，根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的電感組件105包括U形電感器磁心43，圍繞磁心43的磁心柱43b卷繞的線圈45，和安裝在另一個(gè)磁心柱43c的端面的平面永磁體107。永磁體107的粗線表示N磁極。磁心43由一種材料鐵氧體組成。永磁體107由一種材料即SmCo制成。圍繞磁心43卷繞的線圈45用扁平銅線形成。用于電感組件105的永磁體107的材料并不限于SmCo，可以是任何具有足夠強(qiáng)度的材料。
而且，圍繞磁心43卷繞的線圈45的材料并不限于扁平銅線，可以是能夠優(yōu)選用做電感器組件的任何材料和形狀的線圈。
參見圖16，根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的電感組件111具有與其他實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，只是永磁體113設(shè)置在磁心柱43c端部附近的外側(cè)。
參見圖17，在根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的電感組件115中，永磁體117設(shè)置在磁心柱43c端部附近的內(nèi)側(cè)縫隙或磁隙中，一小片磁心121與其相鄰設(shè)置靠近基底部位43a。軟磁材料制成的磁心43和配置在磁隙的磁心121不必由相同材料制成。
參見圖18，根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的電感組件123與其它實(shí)施例不同之處在于，永磁體127被設(shè)置在磁心柱43c的端面，一小片磁心125被設(shè)置在另一個(gè)磁心柱43b端部之內(nèi)。
參見圖19，根據(jù)對比例的電感組件129具有U形電感器或磁心43，和圍繞磁心43的磁心柱43b卷繞的線圈45，并且沒有平面永磁體107。
在分別根據(jù)圖15所示第九實(shí)施例、圖18所示第十二實(shí)施例和圖19所示對比例的三種電感組件105、123和129中，對圍繞磁心43卷繞的每個(gè)線圈45施加直流，測量疊加直流電感。結(jié)果如圖20所示。
參見圖20，如曲線131所示，在圖15所示第九實(shí)施例中，由于磁心43的磁飽和而使疊加直流電感開始降低的直流幅度大于如圖19所示的對比例的，由曲線135表示。因此，在相同組成和形狀的磁心的情況，通過安裝永磁體可以設(shè)計(jì)能夠處理更大直流的磁心。
在圖18所示第十二實(shí)施例中，雖然疊加直流電感開始降低的直流幅度與圖19所示對比例的相同，但是電感大于對比例的。因此，在相同組成和形狀的磁心的情況，通過安裝永磁體可以設(shè)計(jì)能夠處理更大電感的磁心。
對于圖17所示電感組件115，雖然永磁體117位于U形磁心43中的縫隙，但是靠近配置在縫隙中的小片磁心121而設(shè)置。因此，線圈45產(chǎn)生的大部分磁通量通過縫隙中的小片磁心121，所以通過永磁體47的磁通量極小。因此可以獲得與圖19情形一樣的大電感。
在第九到第十二實(shí)施例中，作為磁心43的例子雖然僅展示了U形磁心，但是E形磁心也可以獲得相同結(jié)果。對于E形電感器磁心，線圈通常圍繞其中央部卷繞，并且存在兩個(gè)磁隙。永磁體設(shè)置在磁心外側(cè)端部附近的兩個(gè)位置，用作產(chǎn)生磁偏置的裝置。以下將參考

E形磁心。
參見圖21，根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的電感組件137包括E形磁心85，圍繞磁心85中央磁心柱卷繞的線圈89，和在磁心85的中央磁心柱85c兩側(cè)設(shè)置的磁心柱85b和85d的每個(gè)端面設(shè)置的永磁體139和139。每個(gè)永磁體139安裝成為面對磁心85的一側(cè)是N磁極51。
在第十三實(shí)施例及其后實(shí)施例中，磁心85由一種材料鐵氧體制成，永磁體139也由一種材料SmCo形成。圍繞磁心85卷繞的線圈89由扁平銅線形成，與U形磁心的情形一樣。
參見圖22，根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的電感組件141與第十三實(shí)施例的相同之處在于，具有E形磁心85和圍繞其中央磁心柱85c卷繞的線圈89。但是，第十四實(shí)施例的不同之處在于，永磁體143和143設(shè)置在磁心85的中央磁心柱85c兩側(cè)設(shè)置的磁心柱85b和85d每個(gè)端部外側(cè)。每個(gè)永磁體143設(shè)置成為端面一側(cè)是S磁極53，基底部位一側(cè)N磁極51。
參見圖23，根據(jù)本發(fā)明第十五實(shí)施例的電感組件143與第十三實(shí)施例和第十四實(shí)施例的相同之處在于，具有E形磁心85和圍繞其中央磁心柱85c卷繞的線圈89。但是第十五實(shí)施例的不同之處在于，在磁心85的磁心柱85b和85d的內(nèi)部(在磁隙中)設(shè)置有平面永磁體145和145，內(nèi)側(cè)是N磁極，并且在基底部位85a一側(cè)靠近永磁體設(shè)置有小片磁心147和147。
參見圖24，根據(jù)本發(fā)明第十六實(shí)施例的電感組件149與第十三到第十五實(shí)施例的相同之處在于，具有E形磁心85和圍繞其中央磁心柱85c卷繞的線圈89。但是，第十六實(shí)施例在磁心85的磁心柱85b和85d的每個(gè)端面設(shè)置有平面永磁體151和151，內(nèi)側(cè)是N磁極，并且在中央磁心柱85c的端部兩側(cè)也設(shè)置有小片磁心153和153。
參見圖25，根據(jù)對比例的電感組件155包括E形磁心85和圍繞磁心85的中央磁心柱85c卷繞的線圈89。沒有設(shè)置平面永磁體和小片磁心。
對于圖21所示第十三實(shí)施例和圖25所示對比例，與U形磁心情形一樣地測量疊加直流電感。發(fā)現(xiàn)通過安裝永磁體，使得疊加直流電感開始降低的直流幅度增大。因此，對于組成和形狀相同的磁心，永磁體安裝在磁心外側(cè)，亦即由圍繞磁心卷繞的線圈產(chǎn)生的磁通量極小的位置，以便可以設(shè)計(jì)能夠處理更大直流的磁心，與U形磁心情形一樣。
如上所述，在第九到第十六實(shí)施例中，在磁心中設(shè)置的縫隙附近安裝永磁體，從而產(chǎn)生磁偏置。此外，磁心片安裝在縫隙，所以可以按高度的多面性安裝永磁體。在這種情形，由于圍繞磁心卷繞的線圈所產(chǎn)生的磁通量極小，所以永磁體不會被磁通量產(chǎn)生的退磁場所退磁。在任意一種U形磁心和E形磁心中都能夠獲得這種結(jié)果。通過上述方法，即使尺寸、形狀和材料相同，也可以獲得能夠處理比前述的一種更大的電流和更大的電感的電感器。換言之，能夠制造較小的線繞部件、例如電感器和變壓器，而不降低被處理的直流幅度。
然后，將說明本發(fā)明的第十七實(shí)施例。
參見圖26A、26B和26C，根據(jù)本發(fā)明第十七實(shí)施例的電感組件157用于扼流圈。電感組件157包括由U形軟磁材料制成的磁心159，具有基底部位159a和從基底部位159a的端部向一端伸出的磁心柱159b和159c，和圍繞磁心159的磁心柱159b和159c卷繞的勵磁線圈161。勵磁線圈161經(jīng)由絕緣片165例如絕緣紙、絕緣帶、塑料片等圍繞磁心柱159c卷繞。磁心159由具有2×10-2H/m(厚50μm的卷鐵心)的磁導(dǎo)率的硅鋼制成，具有0.2m的磁路長度和10-4m2的有效截面。換句話說，金屬軟磁材料例如非晶、坡莫合金等或軟磁材料例如MnZn系和NiZn系鐵氧體能被使用。
永磁體163安裝在磁心159的一個(gè)磁心柱159b的端面。
永磁體163由稀土磁體粉末制成的粘結(jié)磁體形成，具有10kOe(790kA/m)以上的內(nèi)稟矯頑力，500℃以上的居里點(diǎn)(Tc)，和2.5-50μm的平均粒度，包含樹脂(30體積％以上)，并且具有1Ωcm以上的電阻率，其中稀土合金組成優(yōu)選是Sm(CobalFe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5，其中用于粘結(jié)磁體的樹脂種類是聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚(苯撐硫化物)樹脂、硅酮樹脂、聚酯樹脂、芳族尼龍和化學(xué)聚合物中的任意一種，在稀土磁體粉末中添加硅烷偶聯(lián)材料或鈦偶聯(lián)材料，當(dāng)制造粘結(jié)磁體時(shí)通過進(jìn)行磁取向成為各向異性，以便獲得高的特性，并且粘結(jié)磁體的磁場形成在2.5T，然后磁化。因此，具有優(yōu)異的直流疊加特性并且不導(dǎo)致磁心損耗特性退化的磁心能夠獲得。換言之，獲得優(yōu)異的直流疊加特性所必需的磁性能是內(nèi)稟矯頑力而不是磁能積。因此即使使用高電阻率的永磁體，只要內(nèi)稟矯頑力大，也能夠獲得足夠高的直流疊加特性。
通常，雖然具有高電阻率和高內(nèi)稟矯頑力的磁體可以是通過稀土磁粉與粘結(jié)劑混合形成的稀土粘結(jié)磁體來形成的，但是也可以使用任何具有高內(nèi)稟矯頑力的磁粉。雖然有各種稀土磁粉，即SmCo系、NdFe系和SmFeN系，但是考慮到回流條件和抗氧化能力，磁體具有500℃以上的Tc和10kOe(790kA/m)以上的矯頑力是必需的，按照目前的情形，優(yōu)選Sm2Co17系磁體。
向磁心柱159c伸出的不等邊四邊形的突出部159d整體地形成在面對磁心柱159c的磁心柱159b端部的表面上。
參見圖27，勵磁線圈161經(jīng)由絕緣片165安裝在磁心159的一個(gè)磁心柱159c上。永磁體163位于面對具有勵磁線圈161的磁心柱159c的磁心柱159b端面。
電感組件105和157在100kHz驅(qū)動頻率的溫度特性如以下表1所示。
表1
如從表1可見，在根據(jù)本發(fā)明第十七實(shí)施例的電感組件157中，永磁體的溫升被降低了。
接著，將說明根據(jù)第十七實(shí)施例的電感組件157與根據(jù)第九實(shí)施例的電感組件105之間的差異。
參見圖29，在圖15所示電感組件105中，永磁體107設(shè)置在磁隙附近，以免電感組件105的磁感降低。永磁體107為磁偏置而設(shè)，其設(shè)置使得在與勵磁線圈45形成的磁路相反的方向形成磁路。使用產(chǎn)生磁偏置的永磁體107，對磁心施加直流偏磁，結(jié)果可以增大能夠通過磁隙的磁力線數(shù)量。
但是，扼流圈的磁心使用具有高飽和磁通密度(B)的金屬磁性材料時(shí)，例如硅鋼、坡莫合金或非晶系材料，即使在磁通量之外設(shè)置燒結(jié)成型體形成的永磁體，例如Sm-Co系或Nd-Fe-B系的稀土磁體，由于磁心端部平行于磁心的高密度磁通量而形成，如圖29所示，所以漏磁通會流入永磁體。因此扼流圈的性能被降低，由于過電流損耗而在永磁體中產(chǎn)生熱量，從而降低永磁體本身的性能。
總之，對于電感組件105，由于勵磁線圈生產(chǎn)的磁通量通過永磁體，所以由于過電流損耗而產(chǎn)生熱量，因而性能被降低。
另一方面，在圖28所示電感組件157中，從勵磁線圈161經(jīng)由基底部位159a流動的磁通量171不泄漏到處于磁心柱159b的永磁體163，在突出部159d彎曲，然后進(jìn)入面對磁心柱159b的另一個(gè)磁心柱159c。因此，永磁體163不受勵磁線圈161生產(chǎn)的磁場的影響，因而不由于磁場中的過電流損耗而產(chǎn)生熱量。因此，可以提供其具有的可靠性高于圖15和29所示組件的電感組件157，其中永磁體163不受退磁等影響，并且具有穩(wěn)定和優(yōu)異的性能。
因此根據(jù)第十七實(shí)施例的電感組件157是明顯有效的，特別是當(dāng)永磁體163由具有大的過電流損耗的燒結(jié)磁體等形成，使用電感組件的電子電路中的驅(qū)動頻率增大時(shí)明顯有效。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第十七實(shí)施例，可以提供更可靠的電感組件，其中對安裝的永磁體的形狀幾乎沒有限制，由于圍繞磁心卷繞的線圈產(chǎn)生的磁通量而在永磁體中產(chǎn)生的熱量被降低，從而不導(dǎo)致性能退化。
權(quán)利要求
1.一種電感組件，包括具有至少一個(gè)磁隙的磁心；產(chǎn)生直流偏置磁場的裝置，這是通過在經(jīng)由磁心磁隙并且通常是閉合的磁路附近安裝至少一個(gè)永磁體來產(chǎn)生的；和圍繞該磁心卷繞的線圈，其中，所述至少一個(gè)永磁體安裝在磁心的至少一個(gè)端部的磁隙附近，所述端部限定其間的磁隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件，其中，軟磁材料形成的小片磁心安裝在該磁隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電感組件，其中，每一永磁體安裝在磁隙附近，靠近包括小片磁心的至少一個(gè)磁心的磁部位，并且與磁心另一個(gè)端部所相反的一個(gè)端部共同層夾磁隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電感組件，其中，每個(gè)永磁體安裝在面對小片磁心的磁心端部附近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件，其中，磁心形成為U形，具有一個(gè)磁隙和彼此面對同時(shí)層夾磁隙的兩個(gè)磁心柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電感組件，其中，所述一個(gè)永磁體設(shè)置在選自一個(gè)所述端部端面和一個(gè)端部側(cè)面之中的一個(gè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件，其中，磁心形成為E形，具有兩個(gè)磁隙和彼此面對同時(shí)層夾該磁隙的三個(gè)端部，和圍繞磁心中央磁心柱卷繞的線圈；和其中，永磁體按其磁化取向?qū)ΨQ的方式安裝在磁心兩個(gè)端部，而不是在中央磁心柱的端部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電感組件，其中，所述永磁體分別設(shè)置在兩個(gè)表面，所述兩個(gè)表面是選自所述磁心柱的兩個(gè)端面和所述磁心柱的兩個(gè)外表面之中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件，其中，形成磁心磁隙的一對相對端部之一具有向該一對相對端部的另一個(gè)伸出的突出部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電感組件，其中，永磁體設(shè)置成為比該突出部更遠(yuǎn)離另一個(gè)相對端部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的電感組件，其中，磁心形成為U形；和其中，所述至少一個(gè)永磁體之一設(shè)置在所述磁心的一對相對端部之一的端面。
12.一種基本上由根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件形成的變壓器。
13.一種電感組件，包括具有至少一個(gè)磁隙的磁心；產(chǎn)生直流偏置磁場的裝置，這是通過在經(jīng)由磁心磁隙并且通常是閉合磁路的附近安裝至少一個(gè)永磁體來產(chǎn)生的；和圍繞該磁心卷繞的線圈，其中，除了在磁心的磁隙之外，所述至少一個(gè)永磁體設(shè)置在磁心的至少一個(gè)外部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的電感組件，其中，所述至少一個(gè)永磁體的形狀是平面或大致是平面，磁化成為其每個(gè)整體表面具有磁極性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電感組件，其中所述至少一個(gè)永磁體設(shè)置成為其每個(gè)磁極面位于磁心外側(cè)附近；和其中線圈圍繞磁心另一個(gè)磁心柱卷繞。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電感組件，其中，在至少一個(gè)平面或大致平面形狀的永磁體中，與彼此面對同時(shí)層夾磁隙的一個(gè)磁心磁心柱相比，每個(gè)磁極面具有幾乎相同或更小的面積和形狀；和其中線圈圍繞磁心另一個(gè)磁心柱卷繞。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的電感組件，其中，磁心形成為U形，具有一個(gè)磁隙和彼此面對同時(shí)層夾該磁隙的兩個(gè)磁心柱。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的電感組件，其中，磁心形成為E形，所述至少一個(gè)永磁體是兩個(gè)，并且設(shè)置在磁心柱的每個(gè)外側(cè)部位，以使具有相同極性的永磁體的磁極面彼此相反。
19.一種基本上由根據(jù)權(quán)利要求13的電感組件形成的變壓器。
全文摘要
一種電感組件,包括具有至少一個(gè)磁隙的磁心,用于產(chǎn)生直流偏置磁場的裝置,這是通過在通常是閉合的磁路附近安裝永磁體所生產(chǎn)的,這個(gè)閉合磁路穿過磁隙中的磁隙或在其外側(cè),和圍繞磁隙卷繞的線圈,其中在層夾磁隙的一個(gè)或多個(gè)磁心柱,靠近磁隙安裝永磁體。
文檔編號H01F3/00GK1337720SQ01132820
公開日2002年2月27日 申請日期2001年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者伊藤透, 松本初男, 藤原照彥, 沖田一幸, 佐藤敏也 申請人:株式會社東金