CN103035357A - 层叠电感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层叠电感器，该层叠电感器不仅可以改善螺旋线圈内侧的磁通密度和磁场强度的分布，而且还可以改善线圈外侧、特别是所述螺旋线圈引出端外侧的磁通密度和磁场强度分布的均匀性。其包括由具有导磁性的绝缘体层叠加构成的层叠体及附着在绝缘体层上的导电体层，层叠体内的导电体层构成螺旋电感线圈，在导电体层的引出端的外侧设有可抑制磁力线通过的圈外抑制层。由于增设圈外抑制层，使得该层叠电感器磁通密度分布得到有效改善，高磁通密度区域的磁通得到抑制，稍低磁通密度区域受到的影响又不大，从而使层叠电感器磁通密度分布更加均匀，提高了直流叠加特性，而且在增加磁阻（即圈外抑制层）的情况下，其电感值不会降低。

Description

层叠电感器

技术领域

本发明涉及一种电感器，特别涉及一种磁通密度和磁场强度较均匀层叠电感器。 

背景技术

闭磁路型层叠电感器由多个电连接的导电体层和将每层导电体层分隔设置的绝缘第一绝缘体层一起构成螺旋电感线圈，由于线圈结构不可能制作的完全对称，所以在层叠电感器中就会出现某些区域磁通密度高，某些区域磁通密度低的现象，在对其增加直流电流时，高磁通区域就会先达到磁饱和而导致直流叠加特性降低，进而降低电感。 

现有技术中，如中国发明专利（专利申请号为：200610163373.6，发明名称为：层叠电感器，专利权人：日本太阳诱电株式会社）和中国发明专利申请（专利申请号为：201110420993.4，发明名称为：层叠电感器，申请人：日本太阳诱电株式会社）针对上述因磁饱和而降低电感的不足做了改进，即通过将闭磁路型转变为开磁路型层叠电感器而使其内磁通密度和磁场强度的分布得到改善。其具体方法是以横穿所述螺旋电感线圈的内侧磁路的方式配置有第二绝缘体层，所述的第二绝缘体层具有比所述绝缘第一绝缘体层的导磁率低的导磁率，而且，第二绝缘体层的主面边缘部的至少一部分和所述导电体层在层叠方向上重叠，并且，在该重叠的部分，所述第二绝缘体层和所述导电体层接触。另外，该第二绝缘体层的线圈中心部分的厚度比导电体层近旁部分的厚度薄。 

虽然，上述专利或专利申请所公开的技术方案，对前述层叠电感器存在的因磁饱和而降低电感的现象做了改进，使所述层叠电感器螺旋电感线圈内侧的磁通密度和磁场强度分布得到了改善，但仍存在以下不足： 

1）螺旋电感线圈内部因增设第二绝缘体层使磁阻大幅增加，相应的使其电感因磁阻增加而明显降低。 

2）在所述螺旋电感线圈外侧、特别是在所述层叠电感器位于其两端最外层的导电体层的引出端的外侧，仍存在磁通密度和磁场强度不均匀的现象，当对其外加直流电时，随着直流电流的增加，该区域会比其他区域更容易达到磁饱和而降低电感。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种层叠电感器，该层叠电感器不仅可以改善螺旋线圈内侧的磁通密度和磁场强度的分布，而且还可以改善线圈外侧、特别是所述螺旋线圈引出端外侧的磁通密度和磁场强度分布的均匀性。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 

本发明的层叠电感器，包括由至少两个具有导磁性的绝缘体层叠加构成的形状为长方体的层叠体，在每个绝缘体层的同向面上设有带状的或由带状围成的非封闭的长方形的导电体层，在层叠体的两端还设有与所述导电体层连接的电极，在所述层叠体内部形成由所有导电体层连接构成的形状为螺旋状的至少一匝线圈，在所述层叠体内至少一个绝缘体层上由对应的导电体层所围成的区域内设有导磁率低于绝缘体层的并与该导电体层内侧相接触的可抑制磁力线通过的圈内抑制层，在所述层叠体中位于其两端最外层的导电体层的引出端的外侧设有导磁率低于绝缘体层的可抑制磁力线通过的圈外抑制层，该圈外抑制层 平面与所述线圈轴线相垂直，其内侧与所述导电体层的引出端的外侧相接触。 

所述圈外抑制层的导磁率由其内侧向其外侧逐渐变大。 

所述圈内抑制层设于所述层叠体中位于线圈中部的绝缘体层上。 

所述圈内抑制层的导磁率由其外侧向其中心逐渐变大。 

所述圈内抑制层和圈外抑制层由氧化锆材料所制。 

所述绝缘体层由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料所制。 

所述导电体层由银、铜、铝或铝合金制成。 

与现有技术相比，本发明由于在层叠电感器的螺旋电感线圈的引出端外侧增设圈外抑制层，使得该层叠电感器在该区域非均匀的磁通密度分布得到有效改善，高磁通密度区域的磁通得到抑制，而稍低磁通密度区域受到的影响又不大，从而使该层叠电感器磁通密度分布更加均匀，提高了直流叠加特性，而且在增加磁阻（即圈外抑制层）的情况下，该层叠电感器的电感值不会降低。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

图1是表示本发明层叠电感器的立体图。 

图2是图1的A-A线剖视图。 

图3是图1的B-B线剖视图。 

图4是图1所示的层叠的分解斜视图。 

图5是图4中S15、C15的放大剖视图。 

图6是图5的分解斜视图。 

图7是图4中S11、C11的放大剖视图。 

图8是图7的分解斜视图。 

图9是现有技术层叠电感器的磁通分布模拟图。 

图10是本发明层叠电感器的磁通分布模拟图。 

图11是本发明与现有技术比较后的直流叠加特性图。 

图12是本发明与现有技术比较后的电感变化率图。 

说明书附图中标记如下： 

层叠电感器10、层叠体11、电极12、绝缘体层S、第一绝缘体层至第九绝缘体层S11—S19、最外层绝缘体层S20、导电体层C、第一导电体层至第九导电体层C11—C19、前端引出端C11a、尾端引出端C19a、导电过渡层H、圈内抑制层E、圈外抑制层F、前端圈外抑制层F1、尾端圈外抑制层F2。 

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明的层叠电感器10，是在现有技术的基础上加以改进，其包括具有至少两个高导磁率的绝缘体层S叠加构成的层叠体11，该层叠体11的形状为长方体，也可为圆柱体。在该层叠体11的两端设有电极12，在每一层绝缘体层S的同向面上设有带状的或由带状围成的非封闭导电体层C，非封闭的导电体层C的形状可以是方形，也可以是圆弧形，与现有技术相同，每层导电体层C均通过穿置于绝缘体层S的内充有与导电体层C导电率相同材料的导电过渡层H与相邻导电体层C电连接，由此在层叠体11内部构成由所有导电体层C连接而形成的形状为螺旋状的螺旋电感线圈，该螺旋电感线圈的匝数可以是一个，也可以是许多个。 

在层叠体11内的绝缘体层S上设有导磁率低于绝缘体层的可抑制磁力线通过的圈内抑制层E，该圈内抑制层E可以设置在层叠体11中的某一层绝缘体层S上，如设于所述层叠体11中位于线圈中部的绝缘体层S上，也可以同时设置 在层叠体11内的多层绝缘体层S上，通常，圈内抑制层E多设置在位于对应的绝缘体层S上的由所述导电体层C围成的区域内，该圈内抑制层E的外周边缘与所述导电体层C的内侧相接触。 

本发明是在所述层叠体11中位于其两端最外层的导电体层C的引出端C11a、C19a（该引出端与对应的所述电极12电连接）的外侧设置导磁率低于绝缘体层S的可抑制磁力线通过的圈外抑制层F，该圈外抑制层F平面与所述线圈轴线相垂直，其内侧与所述导电体层C的引出端C11a、C19a的外侧相接触，由此，改善该引出端C11a、C19a因磁通密度较集中而易达到磁饱和的现象。 

为了使磁通密度分布更加均匀，可将所述圈外抑制层F的导磁率制作为非均匀性，即其上的导磁率由其内侧（与引出端导电体层C相接触的部位）向其外侧（远离引出端与导电体层C相接触的部位）逐渐变大。 

同理，为了改善所述螺旋电感线圈内部磁通密度的分布均匀性，也可将所述圈内抑制层E的导磁率制作为非均匀性，即其上的导磁率由其外侧（与对应导电体层C相接触的部位）向其中心（螺旋电感线圈的轴心）逐渐变大。 

以下结合附图对本发明结构作进一步说明： 

如图1、2、3所示，层叠电感器10，包括长方体形状的层叠体11；和设置于层叠体11长边方向两端部的由Ag等金属材料构成的外部电极12。 

如图4所示，层叠体11的螺旋电感线圈是由九个间隔设置的绝缘体层S（分别为第一绝缘体层S11、第二绝缘体层S12至第九绝缘体层S19）和附着在相对应的绝缘体层S上的九个导电体层C（分别为第一导电体层C11、第二导电体层C12至第九导电体层C19）层叠构成，绝缘体层S是由高导磁率材料所制，如Ni-Zn-Cu类铁氧体材料等，所述导电体层C由银、铜、铝或铝合金制成。 

如图4、5、6所示，在第五绝缘体层S15上的第五导电体层C15所围的区域内设有由氧化锆材料所制的圈内抑制层E，圈内抑制层E的外周边与第五导电层C15的内侧边相接触并部分层叠在一起。 

如图4、7、8所示，在第一绝缘体层S11上的第一导电体层C11和第九绝缘体层S19上的第九导电体层C19（即所述螺旋电感线圈的两个引出端，分别为前端引出端C11a和尾端引出端C19a）的外侧设有由氧化锆材料所制的圈外抑制层F（分别为前端圈外抑制层F1和尾端圈外抑制层F2），该圈外抑制层F也可采用置换的方式设置于前端引出端C11a和尾端引出端C19a）的外侧，即将该处的绝缘体层S剔除一部分后由圈外抑制层F完全替换，替换后的圈外抑制层F的下表面与对应绝缘体层S的下表面同处一平面，其上表面在层叠方向上超出对应绝缘体层S的上表面，其内侧面与对应的导电体层C的外侧相接触。 

如图4、5、6、7、8所示，在第一绝缘体层S11至第八绝缘体层S18上，设有容置所述导电过渡层H的通孔，上一层的通孔与下一层导电体层C的首端（以图4为参考方向，电流沿导电体层C逆时针方向流动，流动的起始端为首端）上下重合，由此，各个导电体层C经导电过渡层H连接形成叠层电感器10的螺旋电感线圈，最外层的绝缘体层S20用于确保层叠体11上、下部的厚度。 

绝缘体层S的制得：在以Fe2O3、CuO、ZnO、NiO作为主材料经煅烧粉碎后的铁氧体微细粉末中加入有机溶剂和有机粘合剂，待混合均匀干燥后得到铁氧体胶体，再将该铁氧体胶体用刮片法制得具有高磁导率的绝缘体层薄片。 

具有比绝缘体层低导磁率的圈内抑制层E和圈外抑制层F的制得：采用丝网印刷的方法将以氧化锆为主材料的低磁导率材料印刷在所述圈内抑制层E和圈外抑制层F所处的绝缘体层S上。 

导电过渡层H的制得：利用基于模具的冲裁、基于激光加工的穿孔等方法，在第一绝缘体层S11至第八绝缘体层S18上在所述导电过渡层H所处的位置开通孔，接着，利用丝网印刷等方法在通孔位置印刷由Ag作为主材料成分的金属导电浆。 

将所述绝缘体层S、导电体层C、导电过渡层H和最外层绝缘体层S20进行层叠压接为层叠体11，经约400℃温度下加热2小时，除去胶结料成分，再次，于空气中在850～910℃下烧结2～6小时，之后，在层叠体11的两端部，使用浸渍法等涂敷以Ag为主成分的导电性胶体形成端电极12，并在空气中于约600℃下烧结1小后，对端电极12进行电镀处理，最终得到本发明的层叠电感器10。 

如图9、10所示，该两图是利用仿真软件对层叠电感器10磁通分布进行测试的模拟图。图中箭头方向表示磁通方向、箭头大小表示磁场强度、箭头数量表示磁通密度。从图中可以看出，在外加了直流电流的情况下，本发明的层叠电感器10，磁通分布更为均匀，尤其是在螺旋电感线圈首尾引出端C11a、C19a附近，磁通密度高的区域，由于增加了磁阻，磁通密度明显降低；而现有技术中磁通密度较低的区域，在本发明中该区域磁通密度却略有升高。本发明层叠电感器能有效抑制高磁通密度区域的磁饱和，使层叠电感器磁通分布更为均匀，同时不会引起电感量的降低。 

如图11所示，图中横轴为叠加直流电流（mA）、纵轴为电感值（μH）的曲线图，实线表示本发明的层叠电感器10的直流叠加特性，虚线表示现有技术的层叠电感器的直流叠加特性。由图可以看出本发明层叠电感器10直流叠加特性较现有技术中的层叠电感器得到较大改善且起始电感量没有下降。 

图12所示，横轴为叠加直流电流（mA）、纵轴为电感值的变化率（%）的曲线图，实线表示本发明层叠电感器10的直流叠加特性，虚线表示现有技术的层叠电感器的直流叠加特性。由图可以可以看出，本发明层叠电感器10电感变化率较现有技术中的层叠电感器得到较大改善。 

本发明的层叠电感器10，通过增设圈内抑制层E和圈外抑制层F，使该层叠电感器10在外加直流电流时，高磁通密度区域易达到磁饱和的现象得到缓解，提高了直流叠加特性，换言之，能够将电感由于磁饱和而降低的直流电流值转变为高值，而且，层叠电感器10整体磁阻变化不大，既提高了层叠电感器直流叠加特性，又不会引起电感值的降低。 

Claims (7)

1.一种层叠电感器，包括由至少两个具有导磁性的绝缘体层（S）叠加构成的形状为长方体的层叠体（11），在每个绝缘体层（S）的同向面上设有带状的或由带状围成的非封闭的长方形的导电体层（C），在层叠体（11）的两端还设有与所述导电体层（C）连接的电极（12），在所述层叠体（11）内部形成由所有导电体层（C）连接构成的形状为螺旋状的至少一匝线圈，在所述层叠体（11）内至少一个绝缘体层（S）上由对应的导电体层（C）所围成的区域内设有导磁率低于绝缘体层（S）的并与该导电体层（C）内侧相接触的可抑制磁力线通过的圈内抑制层（E），其特征在于：在所述层叠体（11）中位于其两端最外层的导电体层（C）的引出端的外侧设有导磁率低于绝缘体层（S）的可抑制磁力线通过的圈外抑制层（F），该圈外抑制层（F）平面与所述线圈轴线相垂直，其内侧与所述导电体层（C）的引出端的外侧相接触。

2.根据权利要求1所述的层叠电感器，其特征在于：所述圈外抑制层（F）的导磁率由其内侧向其外侧逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的层叠电感器，其特征在于：所述圈内抑制层（E）设于所述层叠体（11）中位于线圈中部的绝缘体层（S）上。

4.根据权利要求3所述的层叠电感器，其特征在于：所述圈内抑制层（E）的导磁率由其外侧向其中心逐渐变大。

5.根据权利要求1所述的层叠电感器，其特征在于：所述圈内抑制层（E）和圈外抑制层（F）由氧化锆材料所制。

6.根据权利要求1所述的层叠电感器，其特征在于：所述绝缘体层（S）由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料所制。

7.根据权利要求1所述的层叠电感器，其特征在于：所述导电体层（C）由银、铜、铝或铝合金制成。

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