CN102122564B - 电感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电感器，包括第一芯材、第二芯材、突出结构、至少二间隙以及导线。第一芯材具有突出部。第二芯材与所述第一芯材相对设置。突出结构自所述第一芯材的所述突出部突出，并且朝向所述第二芯材。至少二间隙介于第一芯材的突出部与第二芯材之间。导线缠绕在所述第一芯材与所述第二芯材的至少其中之一上。导线的电阻值是1.42μΩm或更低。当电流通过导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。

Description

电感器

技术领域

本发明涉及一种电感器，特别是涉及一种具有至少二种不同下降变化的电感值的电感器。

背景技术

电感器是存储电流通过磁场所产生的能量的被动电子组件，电感值是用来测量电感器存储磁能的能力。电感器一般是用导线缠绕成线圈形状，而根据法拉第感应定律(Faraday′s Law of Induction)，导线缠绕的匝数能增强线圈内的磁场。电感值是由载流导体周围所形成的磁场产生，此载流导体有反抗电流变化的趋势。导线的圈数、导线的截面积与导线材料都会影响电感值的大小。举例而言，使用高导磁率的磁性材料(例如氧铁化合物)来缠绕导体，会使磁通量增加。

在电磁学中，导磁率是材料对于外加磁场反应的磁化程度。当电流通过导体，且此导体被可提供磁化力的磁性材料围绕着，此时磁性材料的导磁率就是指此材料增加磁通量强度或磁通量密度的能力。一般而言，当电流通过传统的电感器时，只会产生一种导磁率，因此传统的电感器在使用上会受到限制。

此外，由于电阻值会随温度变化，因此现有技术中的电感线圈通常不适用于电流测量，特别是用铜线圈做的电感线圈。因为铜属于具有高电阻温度系数的材料，所以当电流通过铜线圈时，铜线圈会产生高温，接着高温造成正电阻温度系数的线圈的电阻值提高，此电阻值的变化进而造成线圈内的电流变化。由于上述的原因，因此在测量线圈内的电流时，往往需要额外串联一个独立的电阻器。

综上所述，开发一种具有二种不同下降变化的电感值的电感器是有其必要性的。为了简化结构设计并且降低成本，首先希望省掉测量电流的额外电阻器，此外，简化后的电感器不仅要能降低生产成本，并且要能提高成品率且易于整合到小型化的电子装置中，甚至是能提高产能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有至少二种不同下降变化的电感值的电感器。

本发明的另一个目的在于提供一种电感器的感应线圈，其由具有低电阻温度系数的金属合金所组成，例如Cu-Mn-Ni金属合金、Cu-Ni金属合金、Ni-Cr金属合金以及Fe-Cr金属合金等，如此可得到较精确的电流测量值。低电阻温度系数可以使得电流测量随温度变化的误差变得很小，而无需额外的电阻器。

基于上述目的，本发明提供一种电感器包括第一芯材、第二芯材、突出结构、至少二间隙以及导线。第一芯材具有突出部。第二芯材与第一芯材相对设置。突出结构自第一芯材的突出部突出，并且朝向第二芯材。至少二间隙介于第一芯材的突出部与第二芯材之间。导线缠绕在第一芯材与第二芯材的至少其中之一上。导线由电阻温度系数为700ppm/℃或更低的金属合金组成，其中导线的电阻值为1.42μΩm或更低。当电流通过导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。

基于上述目的，本发明还提供一种电感器包括第一芯材、第二芯材、至少一个突出结构、至少二间隙以及导线。第一芯材具有突出部。第二芯材与第一芯材相对设置。至少一个突出结构自第一芯材的突出部突出，并且朝向第二芯材。至少二间隙介于第一芯材的突出部与第二芯材之间。导线缠绕在第一芯材与第二芯材的至少其中之一上，其中导线的电阻值为1.42μΩm或更低。当电流通过导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。

基于上述目的，本发明还提供一种电感器包括第一芯材、第二芯材、至少二间隙以及导线。第一芯材具有突出部。第二芯材与第一芯材相对设置。至少二间隙介于第一芯材的突出部与第二芯材之间。导线缠绕在第一芯材与第二芯材的至少其中之一上，其中导线的电阻值为1.42μΩm或更低。当电流通过导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。

根据上述技术方案，本发明的电感器至少具有下列优点及有益效果：当电流通过本发明的电感器的导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。本发明的电感器的感应线圈由具有低电阻温度系数的金属合金所组成，可得到较精确的电流测量值。低电阻温度系数可以使得电流测量随温度变化的误差变得很小，而无需额外的电阻器。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举多个实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的电感器的外观图。

图2是图1中的电感器的侧视图。

图3是图1中的第一芯材的外观图。

图4是三种不同形状的突出结构的示意图。

图5是图1中的电感器的饱和电流曲线。

图6是图1中的电感器的磁性材料特性B-H曲线。

图7是根据本发明另一实施例的电感器的侧视图。

图8是不同型态的突出结构的示意图。

图9是根据本发明另一实施例的电感器的侧视图。

图10是根据本发明另一实施例的电感器的侧视图。

图11是根据本发明另一实施例的电感器的侧视图。

图12是根据本发明另一实施例的电感器的侧视图。

其中，附图标记说明如下：

1、3、5、7、8、电感器    10    第一芯材

9

12    第二芯材    14、14a、14b 突出结构

16    导线        100          突出部

G1    第一间隙    G2           第二间隙

G3    第三间隙    T            厚度

L     长度        W            宽度

具体实施方式

请参考图1至图3，图1是根据本发明一个实施例的电感器1的外观图，图2是图1中的电感器1的侧视图，图3是图1中的第一芯材10的外观图。如图1与图2所示，电感器1包括第一芯材10、第二芯材12、突出结构14以及导线16。第一芯材10具有突出部100。第二芯材12与第一芯材10相对设置。突出结构14自第一芯材10的突出部100突出，并且朝向第二芯材12。在此实施例中，突出结构14的体积小于或等于第一芯材10的体积的百分之三。突出部100位于第一芯材10的一侧，第一间隙G1介于第一芯材10的突出部100与第二芯材12之间，且第二间隙G2介于突出结构14与第二芯材12之间。导线16通过第一芯材10的凹陷处，且缠绕在第二芯材12上。需说明的是，在另一实施例中，也可将导线缠绕在第一芯材10上，可根据实际应用而设计。

如图3所示，二长条状的突出结构14自第一芯材10的二侧突出。在此实施例中，第一芯材10与突出结构14是一体成型。第一芯材10、第二芯材12或突出结构14的材料可以是铁粉、氧铁化合物、永久磁铁或其它磁性材料。由于第一芯材10与突出结构14为一体成型，所以第一芯材10与突出结构14的材料相同。然而，在另一实施例中，突出结构14可以是设置在第一芯材10上的独立组件，可根据实际应用而设计。突出结构14是独立组件时，突出结构14与第一芯材10的材料可以相同或不同。此外，第一间隙G1可以是气隙、磁隙或非磁隙，第二间隙G2也可以是气隙、磁隙或非磁隙，可根据实际应用而设计。

在此实施例中，第一芯材10具有第一导磁率μ1，第二芯材12具有第二导磁率μ2，第一间隙G1具有第三导磁率μ3，第二间隙G2具有第四导磁率μ4，每个突出结构14具有第五导磁率μ5，且第一导磁率μ1至第五导磁率μ5的关系是μ1≥μ2≥μ5＞μ4≥μ3。举例而言，如果第一芯材10、第二芯材12以及突出结构14的材料相同，而第一间隙G1以及第二间隙G2相同时，则第一导磁率μ1至第五导磁率μ5的关系是μ1＝μ2＝μ5＞μ4＝μ3。

如图2与图3所示，在此实施例中，突出结构14的形状是矩形，突出结构14的主轴与突出部100的主轴互相垂直。然而，请参考图4，图4为三种不同形状的突出结构14的示意图。在另一实施例中，突出结构14的形状可以是梯形、锥形或弧形，如图4所示。换句话说，突出结构14的形状可根据实际应用而设计。

在此实施例中，第一间隙G1可大于或等于0.01mm并且小于或等于0.3mm，而第二间隙G2可小于或等于0.15mm。此外，如图3所示，突出结构14具有长度L、宽度W以及厚度T。长度L会影响电感器1的初始电感值，而厚度T则与第一间隙G1以及第二间隙G2的大小有关。长度L、宽度W以及厚度T可根据实际应用而设计。优选地，突出结构14的宽度W可以是小于或等于1.5mm。

在此实施例中，导线16可由电阻温度系数是700ppm/℃或更低的金属合金组成，其中导线16的电阻值是1.42μΩm或更低。导线16的材料可以是Cu-Mn-Ni金属合金、Ni-Cr金属合金、Cu-Ni金属合金、Fe-Cr金属合金或其它类似的材料。一些低电阻温度系数的金属合金如下表1所示。

表1

金属合金材料   电阻率(μΩm)      电阻温度系数(ppm/℃)

Cu-Mn-Ni       0.44               ±10

Cu-Ni          0.49               ±20

               0.3                180

               0.15               420

               0.1                650

                        0.43            700

Ni-Cr                   1.08            200

                        1.12            260

Fe-Cr                   1.42            80

请参考图5与图6，图5是图1中的电感器1的饱和电流曲线，而图6是图1中的电感器1的磁性材料特性B-H曲线。当电流通过导线16时，第一间隙G1以及第二间隙G2的磁通量会改变，从而产生二种不同下降变化的电感值。本发明利用突出结构14形成第二间隙G2，从而产生如图5中的箭头A1所示的第一下降电感值。接着，磁性材料与第一间隙G1的磁通量密度呈现饱和状态，如图5中的箭头A2所示。最后，达到第二种下降电感值，如图5中的箭头A3所示。如图6所示，当电流通过本发明的电感器1时，能得到如箭头A4与A5所示的二种不同的导磁率。

请参考图7，图7是根据本发明另一实施例的电感器3的侧视图。如图3所示，电感器3与前述的电感器1主要差别在于突出结构14接触第二芯材12。换句话说，在此实施例中，前述的第二间隙G2实质上趋近于零。

请参考图8，图8是不同型态的突出结构14的示意图。如图8所示，可在一侧边上设置单一的突出结构14，也可对称地在二侧边上各设置二个突出结构14。突出结构14的形状可以是弧形、圆形或矩形。此外，图8所示的突出结构14的长度可短于图3所示的突出结构14的长度，也就是说，本发明的突出结构14的数量、排列与形状并不限于前述及相关图形，而可根据实际应用而设计。

请参考图9至图11，图9是根据本发明另一实施例的电感器5的侧视图，图10是根据本发明另一实施例的电感器7的侧视图，而图11是根据本发明另一实施例的电感器9的侧视图。如图9所示，第一芯材10与第二芯材12是EE型态。如图10所示，第一芯材10与第二芯材12是EI型态。如图11所示，第一芯材10与第二芯材12是TI型态。换句话说，本发明的第一芯材10与第二芯材12的形状可根据实际应用而设计。

请参考图12，图12是根据本发明另一实施例的电感器8的侧视图。如图12所示，二突出结构14a与14b自第一芯材10的突出部100突出。在此实施例中，第一间隙G1介于第一芯材10的突出部100与第二芯材12之间，第二间隙G2介于突出结构14a与第二芯材12之间，且第三间隙G3介于突出结构14b与第二芯材12之间。如图12所示，由于突出结构14a的厚度大于突出结构14b的厚度，所以第二间隙G2小于第三间隙G3。换句话说，如果至少有二种不同厚度的突出结构自第一芯材10的突出部100突出，则相对应地将有至少二种不同的间隙介于突出结构与第二芯材12之间。不同厚度的突出结构的数量可由实际应用而决定。

根据上述技术方案，本发明的电感器至少具有下列优点及有益效果：当电流通过本发明的电感器的导线时，磁通量在至少二间隙中变化而产生至少二种不同下降变化的电感值。本发明的电感器的感应线圈由具有低电阻温度系数的金属合金所组成，可得到较精确的电流测量值。低电阻温度系数可以使得电流测量随温度变化的误差变得很小，而无需额外的电阻器。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种电感器，其特征在于，所述电感器包括：

第一芯材，具有一突出部；

第二芯材，与所述第一芯材相对设置；

突出结构，自所述第一芯材的所述突出部突出，并且朝向所述第二芯材；

至少二间隙，介于所述第一芯材的所述突出部与所述第二芯材之间；以及

导线，缠绕在所述第一芯材与所述第二芯材的至少其中之一上，所述导线由电阻温度系数是700ppm/℃或更低的金属合金组成，其中所述导线的电阻值是1.42μΩm或更低。

2.一种电感器，其特征在于，所述电感器包括：

第一芯材，具有突出部；

第二芯材，与所述第一芯材相对设置；

至少一个突出结构，自所述第一芯材的所述突出部突出，并且朝向所述第二芯材；

至少二间隙，介于所述第一芯材的所述突出部与所述第二芯材之间；以及

导线，缠绕在所述第一芯材与所述第二芯材的至少其中之一上，其中所述导线的电阻值是1.42μΩm或更低。

3.如权利要求2所述的电感器，其特征在于，所述突出结构的形状是矩形。

4.一种电感器，其特征在于，所述电感器包括：

第一芯材，具有突出部；

第二芯材，与所述第一芯材相对设置；

至少二间隙，介于所述第一芯材的所述突出部与所述第二芯材之间；以及

导线，缠绕在所述第一芯材与所述第二芯材的至少其中之一上，其中所述导线的电阻值是1.42μΩm或更低。

5.如权利要求4所述的电感器，其特征在于，所述至少二间隙包括第一间隙以及第二间隙，所述第一间隙介于所述第一芯材的所述突出部与所述第二芯材之间，且所述第二间隙介于突出结构与所述第二芯材之间，所述突出结构自所述第一芯材的所述突出部突出。

6.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，所述第一间隙大于或等于0.01mm并且小于或等于0.3mm。

7.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，所述第一芯材具有第一导磁率μ1，所述第二芯材具有第二导磁率μ2，所述第一间隙具有第三导磁率μ3，所述第二间隙具有第四导磁率μ4，所述突出结构具有第五导磁率μ5，且所述第一导磁率至所述第五导磁率的关系是μ1≥μ2≥μ5＞μ4≥μ3。

8.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，所述突出结构的宽度小于或等于1.5mm。

9.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，所述突出结构的体积小于或等于所述第一芯材的体积的百分之三。

10.如权利要求4所述的电感器，其特征在于，所述导线的材料是Cu-Mn-Ni金属合金、Ni-Cr金属合金、Cu-Ni金属合金或Fe-Cr金属合金。

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