CN104810138B

CN104810138B - 电抗器

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Publication number: CN104810138B
Application number: CN201510041497.6A
Authority: CN
Inventors: 黑田朋史; 樱井优; 伊藤秀幸
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-01-27
Also published as: US9406430B2; JP2015141976A; JP6237269B2; DE102015101125A1; US20150213941A1; CN104810138A; KR101655749B1; KR20150089945A

Abstract

本发明提供一种在使用了组合了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯的电抗器中改善了直流电流叠加下的电感的电抗器。本发明所涉及的电抗器是一种由用铁氧体磁芯构成的一对磁轭部磁芯、被配置于上述磁轭部磁芯的相对的平面之间的卷绕部磁芯、卷绕于上述卷绕部磁芯周围的线圈构成的电抗器，上述卷绕部磁芯由软磁性金属磁芯构成，上述卷绕部磁芯的被线圈卷绕的部分的磁芯截面积大致一定，通过在将上述卷绕部磁芯的线圈被卷绕的部分的磁芯截面积设定为S1，并将上述卷绕部磁芯的与上述磁轭部磁芯相对的部分的面积设定为S2的时候，将S2/S1做到1.3～4.0的范围，可以不损坏电抗器的小型化而提高直流电流叠加下的电感。

Description

电抗器

技术领域

本发明涉及被用于电源电路和太阳能发电系统的功率调节器等的电抗器(reactor)，特别是涉及电感的直流叠加特性的改善。

背景技术

作为现有的电抗器用的磁芯材料，使用层叠电磁钢板或软磁性金属压粉磁芯。层叠电磁钢板虽然饱和磁通密度高，但是如果电源电路的驱动频率超过10kHz则有铁损变大，并且招致效率降低的问题。由于软磁性金属压粉磁芯的高频的铁损小于层叠电磁钢板，因此随着驱动频率的高频化而被广泛使用，但还很难说是足够低损耗，另外还存在饱和磁通密度不及电磁钢板等的一些问题。

另一方面，作为高频铁损小的磁芯材料，众所周知有铁氧体磁芯。但是，由于和层叠电磁钢板或软磁性金属压粉磁芯相比饱和磁通密度低，因此为了避开在施加大电流时的磁饱和而需要较大地获取磁芯截面积的设计，从而存在形状变大的问题。

在专利文献1中，作为磁芯材料，公开了一种电抗器，其通过使用一种复合磁芯从而减小了损耗、尺寸和磁芯重量，该复合磁芯是通过将软磁性金属压粉磁芯用于线圈卷绕部并将铁氧体磁芯用于磁轭部组合而得到。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-128951号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

虽然通过做成组合了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯从而高频损耗会降低，但是，在作为软磁性金属磁芯使用了饱和磁通密度高的Fe压粉磁芯或FeSi合金压粉磁芯的情况下，存在将它们与铁氧体磁芯组合使用的复合磁芯的电感的直流叠加特性与仅使用软磁性金属磁芯的情况相比变差的问题。正如在专利文献1中所记载的，由于铁氧体磁芯的饱和磁通密度低于软磁性金属磁芯，所以虽然通过增大铁氧体磁芯的磁芯截面积可以看到一定的改善效果，但是却得不到根本解决。

图4～图5示出现有方式的一个例子。使用图4～图5来说明对在组合了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯中的电感的直流叠加特性的降低原因的考察。图4～图5是示意性地表示铁氧体磁芯21与软磁性金属磁芯22的接合部的结构和磁通23的流动的示意图。

图中的箭头表示磁通23，在软磁性金属磁芯22的磁通23与铁氧体磁芯21的磁通23相等的情况下在各个磁芯中的箭头数目以相同数目来表示。由于每单位面积的磁通23是磁通密度，所以箭头的间隔越窄表示磁通密度越高。

由于铁氧体磁芯21与软磁性金属磁芯22相比饱和磁通密度低，因此为了在铁氧体磁芯中流动大的磁通，而将垂直于铁氧体磁芯21的磁通方向的截面积设定成大于垂直于软磁性金属磁芯22的磁通方向的截面积。软磁性金属磁芯22的端部与铁氧体磁芯21相接合，并且软磁性金属磁芯22与铁氧体磁芯21相对的部分的面积与软磁性金属磁芯22的截面积相等。

图4表示在线圈中流动的电流小的情况，即，由卷绕部的软磁性金属磁芯励磁的磁通23小的情况。因为软磁性金属磁芯22的磁通密度比铁氧体磁芯21的饱和磁通密度小，所以从软磁性金属磁芯22流出的磁通23能够直接流入铁氧体磁芯21，并且没有磁通23的泄漏。在线圈中流动的电流小的情况下，电感的降低被抑制得小。

图5是表示在线圈中流动的电流大的情况，即，由卷绕部磁芯励磁的磁通大的情况。如果软磁性金属磁芯22的磁通密度比铁氧体磁芯21的饱和磁通密度变大的话，则从软磁性金属磁芯22流出的磁通23不能通过接合部直接流入铁氧体磁芯21，而是成为如虚线箭头所示的那样磁通23通过周围的空间流动。即，因为磁通23在相对磁导率为1的空间中流动，所以有效磁导率降低，并且电感急剧降低。也就是说，在叠加了成为软磁性金属磁芯22的磁通密度比铁氧体磁芯21的饱和磁通密度大那样的大电流的情况下，会有电感降低的问题。另外，由于发生磁通23的泄漏，所以还存在由于该磁通与线圈的交链而铜损增大的问题。

这样在现有技术中由于仅仅考虑了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的截面积，从而忽略了接合部上的磁饱和问题，并且电感的直流叠加特性不充分。

本发明是为了解决上述问题而研究出来的结果，其目的在于在使用了组合了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯的电抗器中改善电感的直流叠加特性。

解决技术问题的手段

本发明的电抗器是一种由用铁氧体磁芯构成的一对磁轭部磁芯、被配置于上述磁轭部磁芯的相对的平面之间的卷绕部磁芯、被卷绕于上述卷绕部磁芯的周围的线圈构成的电抗器，上述卷绕部磁芯由软磁性金属磁芯构成，上述卷绕部磁芯的被线圈卷绕的部分的磁芯截面积大致一定，在将上述卷绕部磁芯的被线圈卷绕的部分的磁芯截面积设定为S1，并将上述卷绕部磁芯的与上述磁轭部磁芯相对的部分的面积设定为S2时，面积比S2/S1在1.3～4.0的范围内。通过这样，能够在组合使用铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯的电抗器中，改善电感的直流叠加特性。

另外，本发明的电抗器优选卷绕部磁芯通过组合2个以上的软磁性金属磁芯来构成。通过这样，在粉末成形下的制作变得容易，并且能够回避由于磁芯加工而引起的强度降低或损耗增大。

另外，本发明的电抗器优选在磁轭部磁芯与卷绕部磁芯相对的间隙中设置间隔(gap)。通过这样，能够调节磁导率，并且能够容易地将电抗器的电感调节为任意的电感。

发明效果

通过本发明，能够在组合使用铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯的电抗器中，改善电感的直流叠加特性。

附图说明

图1(a)、(b)是表示本发明的一个实施方式所涉及的电抗器的结构的截面图。

图2(a)、(b)是表示本发明的其它实施方式所涉及的电抗器的结构的截面图。

图3(a)、(b)是表示现有例所涉及的电抗器的结构的截面图。

图4是示意性地表示现有例所涉及的铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯的接合部的结构和磁通的流动的图。

图5是示意性地表示现有例所涉及的铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯的接合部的结构和磁通的流动的图。

图6是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯的接合部的结构和磁通的流动的图。

符号说明

10.电抗器 11.磁轭部磁芯 12.卷绕部磁芯

121.卷绕部 122.磁轭磁芯相对部

13.线圈 14.间隔(gap) 21.铁氧体磁芯

22.软磁性金属磁芯 23.磁通

具体实施方式

本发明在组合了铁氧体磁芯和软磁性金属磁芯的复合磁芯中，通过防止磁通在铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯之间流出或者在流入的面上铁氧体的磁饱和，从而能够提高在直流电流叠加下的电感。使用图6说明通过本发明得到的电感的直流叠加特性的改善效果。

图6的特征在于：将在由软磁性金属磁芯22构成的卷绕部磁芯中被线圈卷绕的部分的与磁通方向相垂直的磁芯截面积设定为S1，并将在卷绕部磁芯中与铁氧体磁芯21相对的部分的面积设定为S2时，面积S2大于磁芯截面积S1。

通过将面积S2做得大于磁芯截面积S1，可以相对于软磁性金属磁芯22的线圈卷绕部的磁通密度，减小软磁性金属磁芯22的与铁氧体磁芯21相对的部分的磁通密度。即使是流到线圈的电流大的情况下，从软磁性金属磁芯22流出的磁通23也可以不通过周围的空间而直接流入铁氧体磁芯21，并且能够抑制有效磁导率的降低。其结果即使在直流叠加下也能够获得高电感。

以下参照附图来说明本发明的优选实施方式。

图1是表示电抗器10的结构的图。图1(b)是表示用A-A’切开图1(a)的截面图。电抗器10具有2个相对的磁轭部磁芯11和被配置于该磁轭部磁芯11之间的卷绕部磁芯12以及被卷绕于卷绕部磁芯12的线圈13。线圈13既可以是被直接卷绕于卷绕部磁芯12的方式也可以是被卷绕于线圈架的方式。

在磁轭部磁芯11中使用铁氧体磁芯。铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯相比损耗非常小，但是饱和磁通密度低。由于磁轭部磁芯11不被线圈13卷绕，所以即使增大宽度或厚度也不会在线圈13的尺寸上有所影响。因此，通过增大磁轭部磁芯11的截面积能够补偿饱和磁通密度低的不足。磁轭部磁芯11的截面积为相对磁通方向垂直的截面积，宽度×厚度相当于截面积。由于铁氧体磁芯与软磁性金属磁芯相比容易成形，因此磁芯截面积大的磁芯也容易制造。铁氧体磁芯优选使用MnZn系铁氧体。MnZn系铁氧体因为与其它铁氧体相比损耗小并且饱和磁通密度也高，所以有利于磁芯的小型化。

卷绕部磁芯12是使用软磁性金属磁芯(例如铁压粉磁芯)。卷绕部磁芯12包含线圈13卷绕的部分121和与磁轭部磁芯11相对的部分122。软磁性金属磁芯优选使用铁压粉磁芯或FeSi合金压粉磁芯。铁压粉磁芯或FeSi合金压粉磁芯饱和磁通密度高，且高频铁损也小于层叠电磁钢板，因此随着驱动频率的高频化而变得有利。将线圈卷绕部121的与磁通方向相垂直的磁芯截面积设定为S1。磁通方向与线圈13发出的磁场的方向含义相同，相当于线圈13的轴方向。磁芯截面积S1在磁通方向上大致相同。将磁芯相对部122与磁轭部11相对的部分的面积设定为S2。

因为如果线圈卷绕部121的磁芯截面积S1变大则线圈13的外形变大并且电抗器10大型化，所以优选磁芯截面积S1小。但是，如果磁芯截面积S1变小则磁通不足，所以在直流叠加下的电感降低。另外，如果磁芯截面积S1变小则由波动引起的磁通的振幅变大，所以损耗变大。因此，优选既考虑电感和损耗又尽可能减小磁芯截面积S1。

磁芯相对部122与磁轭部磁芯11相对的部分的面积S2大于线圈卷绕部121的磁芯截面积S1。磁通密度是指每单位面积的磁通。因为在线圈卷绕部121和磁芯相对部122中要流通尽可能相同的磁通，所以如果将面积S2做得比磁芯截面积S1还大则能够使磁芯相对部122的磁通密度比线圈卷绕部121的磁通密度还小。由于在卷绕部磁芯12中使用饱和磁通密度高的软磁性金属磁芯，所以能够励磁大的磁通。即使线圈卷绕部121的磁通密度变得高于铁氧体磁芯的饱和磁通密度，也能够通过降低磁芯相对部122的磁通密度来避免铁氧体磁芯的磁饱和。

通过这样，可以减小占据卷绕部磁芯12的大部分的线圈卷绕部121的磁芯截面积S1，并实现小型化且通过回避磁轭部磁芯11与卷绕部磁芯12相对部分的磁饱来增大直流叠加下的电感。

另外，因为线圈13没有被卷绕于磁芯相对部122，所以即使增大面积S2也不会影响线圈13的内径以及外径。在磁芯相对部122的尺寸不干涉磁轭部磁芯11或卷绕部磁芯12的范围内，即使增大面积S2也不会影响到电抗器10的形状。

面积比S2/S1在1.3～4.0的范围内。在面积比S2/S1小于1.3的情况下，因为上述磁通密度降低作用被减弱所以电感的直流叠加特性降低。如果面积比S2/S1超过4.0，则磁芯相对部122的面积变大，所以会有必要增大磁轭部磁芯11的底部面积，且小型化效果变小。如果考虑直流叠加特性的改善效果和小型化效果，则进一步优选面积比S2/S1为1.5～3.1的范围。

优选磁芯相对部122的面积增加部分的厚度为0.5mm以上。如果厚度小于0.5mm则不能充分得到降低从卷绕部磁芯12流出的磁通的磁通密度的效果，直流叠加下的电感降低。如果厚度大则能充分获得电感的改善效果，但是如果变得过厚则磁芯的小型化效果被减弱，所以优选磁芯相对部122的面积增加部分的厚度1.0～3.0mm。

被配置于相对的磁轭部磁芯11之间的卷绕部磁芯12至少有1组以上即可。从小型化设计的观点出发优选卷绕部磁芯12为1组或者2组。根据卷绕部12的组数，磁轭部磁芯11与卷绕部磁芯12的相对部分的数目会变化，不过在其所有地方面积比S2/S1都满足上述关系的情况下能够获得最好的电感的改善效果。

卷绕部磁芯12优选由2个以上的软磁性金属磁芯形成。与卷绕部磁芯12的中央部相比增大了两端部的面积的磁芯难以用一般的粉末成形来制作，需要进行切削成形体等加工。如果切削加工成形体，则有导入裂纹而强度降低、切削面电导通从而招致高频铁损的增大的担忧。为了回避像这样的问题，例如组合使用以在卷绕部磁芯12的长度方向的中央部分分割成2个的方式，只增大一端的面积的磁芯的方法是简便的。用一般的粉末成形容易制作增大一端的面积的磁芯。分割数不限于2个，在不影响到卷绕部磁芯12的大小或损耗的范围内也可以分割成3个以上。

在由磁轭部磁芯11和卷绕部磁芯12形成的磁回路的路径中也可以设置用于调节磁导率的间隔(gap)14。无论有无间隔14都同样能够获得由本发明产生的电感的改善效果，并且通过使用间隔14能够增加用于将电抗器10设计成任意电感的自由度。放入间隔14的位置不特别限定，从操作性的观点出发优选插入于磁轭部磁芯11和卷绕部磁芯12的间隙中。间隔14是由空隙或者陶瓷、玻璃、环氧玻璃基板、树脂薄膜等非磁性且绝缘性材料来构成。

图2是表示本发明的其它实施方式所涉及的电抗器的结构的截面图。图2(b)是表示用B-B’切断图2(a)的截面图。磁轭部磁芯11为コ字状的铁氧体磁芯，并具备背面部和在其两端的脚部。卷绕部磁芯12为软磁性金属磁芯，如图2所示在以形成口字状磁回路的方式相对的磁轭部磁芯11的中央部，配置1组卷绕部磁芯12，并在卷绕部磁芯12的卷绕部上卷绕规定匝数的线圈13从而成为电抗器10。线圈13既可以是被直接卷绕于卷绕部磁芯12的方式也可以是被卷绕于线圈架的方式。磁芯相对部122与磁轭部磁芯11相对的部分的面积S2大于线圈卷绕部121的磁芯截面积S1。面积比S2/S1优选为1.3～4.0的范围。图2的实施方式除了磁轭部磁芯11的形状之外其它与图1的实施方式大致相同。

以上就本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。本发明可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种各样的变形。

实施例

<实施例1>

在图1的方式中，将卷绕部磁芯12的卷绕部121的磁芯截面积S1设定为一定并改变磁芯相对部122的面积S2来比较特性。

(实施例1-1～1-4，比较例1-1)

对于磁轭部磁芯使用长方体的MnZn铁氧体磁芯(TDK制的PE22材料)，其尺寸做成长度为80mm，宽为45mm、厚度为20mm。

对于卷绕部磁芯使用了铁压粉磁芯。铁压粉磁芯的尺寸做成高25mm，卷绕部的直径24mm，且以磁芯相对部的面积S2成为表1的面积的方式增加了一个端部的直径。端部的直径增加部分的厚度做成2mm。铁粉使用AB公司制的Somaloy 110i，并将其填充于涂布了作为润滑剂的硬脂酸锌的模具中，在成形压780MPa的条件下加压成形从而获得规定形状的成形体。将成形体在500℃下进行退火，获得铁压粉磁芯。粘结所获得的2个铁压粉磁芯的线圈卷绕部做成了1组卷绕部磁芯。

在2个相对的磁轭部磁芯之间，配置2组卷绕部磁芯，将卷数为44匝的线圈卷绕于卷绕部磁芯的卷绕部从而做成电抗器(实施例1-1～1-4、比较例1-1)。

另外，在图3的方式中，评价了在不考虑卷绕部磁芯与磁轭部磁芯的接合部的截面积的现有结构中的特性。另外，图3(b)是表示用C-C’切断图3(a)的截面图。

(比较例1-2)

对于卷绕部磁芯使用了铁压粉磁芯。铁压粉磁芯的尺寸做成高25mm，直径24mm。铁粉使用AB公司制的Somaloy 110i，并将其填充于涂布了作为润滑剂的硬脂酸锌的模具中，在成形压780MPa下加压成形获得规定形状的成形体。将成形体在500℃下进行退火，获得铁压粉磁芯。粘结所获得的2个铁压粉磁芯做成了1组卷绕部磁芯。

在2个相对的磁轭部磁芯之间，配置2组卷绕部磁芯，将卷数为44匝的线圈卷绕于卷绕部磁芯的卷绕部从而做成电抗器(比较例1-2)。

对于所获得的电抗器(实施例1-1～1-4、比较例1-1～1-2)进行电感和高频铁耗的评价。

使用LCR测试仪(Agilent Technologies公司制的4284A)和直流偏置电源(Agilent Technologies公司制的42841A)来测定电感的直流叠加特性。由于所制作的卷绕部磁芯的磁导率会有偏差，因此根据必要以不施加直流电流的状态下的初期电感成为600μH的方式在磁轭部磁芯与接合部磁芯之间的4个地方处插入间隔材料。间隔材料使用了作为非磁性且绝缘性材料的树脂薄膜的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜。直流叠加特性测定了额定电流为20A时的电感。间隔材料的厚度以及直流叠加特性被示于表1中。

使用BH分析仪(日本岩通计测公司制造的SY-8258)来测定高频的铁损。磁芯损耗的测定条件为f＝20kHz、Bm＝50mT。励磁线圈为25匝，探察线圈为5匝，卷绕于一个卷绕部磁芯来进行测定。铁损的测定结果被示于表1。

[表1]

正如从表1可知，在现有的结构的比较例1-2中，直流叠加电流20A下的电感比初期电感(600μH)还降低近40％，仅获得370μH的低电感。在比较例1-1中虽然通过使面积S2比磁芯截面积S1大，从而直流叠加下(直流叠加电流20A)的电感值改善到410μH，但是因为面积比S2/S1小于1.3所以相对于初期电感(600μH)降低了30％以上。在实施例1-1～1-4的电抗器中由于面积比S2/S1是在1.3～4.0的范围内，所以直流叠加电流20A下的电感的改善效果充分，得到电感值为500μH以上，并且降低值被抑制在初期电感值的30％以内。另外，还确认到高频铁损也基本相同。

实施例1-1和1-4是在磁轭部磁芯与卷绕部磁芯之间插入间隔(间隔量0.30mm)的情况，实施例1-2和1-3是不插入间隔的情况。在任一情况下都获得电感为500μH以上，并且降低值都被抑制在初期电感值(600μH)的30％以内。因此，通过在磁轭部磁芯与卷绕部磁芯之间的间隙中设置间隔就不会损害电感的改善效果，并且能够容易地调整初期电感。

另外，在面积比S2/S1超过4.0的情况下卷绕部磁芯端部的面积S2超过1810mm²。由于在2组中超过3620mm²并且还大于磁轭部磁芯的底面积3600mm²(＝长80mm×宽45mm)，所以如果不增大磁轭部磁芯就不能组装，并且不能满足小型化的要求。

<实施例2>

在图1的方式中，将卷绕部磁芯12的卷绕部121的磁芯截面积S1设定为一定，改变磁芯相对部122的面积S2来比较特性。

(实施例2-1～2-4、比较例2-1)

对于磁轭部磁芯使用长方体的MnZn铁氧体磁芯(TDK制的PE22材料)，其尺寸做成长度为88mm，宽为48mm、厚度为20mm。

对于卷绕部磁芯使用了FeSi合金压粉磁芯。准备3个FeSi合金压粉磁芯，其尺寸做成高度24mm且卷绕部的直径26mm，其中2个以磁芯相对部的面积S2成为表2的面积的方式增加了一个端部的直径。端部的直径增加部分的厚度做成2mm。FeSi合金粉的组成为Fe-4.5％Si，由水雾化法来制作合金粉，通过筛分来调整粒径，将平均粒径作成50μm。在所获得的FeSi合金粉中添加2质量％的硅酮树脂，在室温下将其用加压捏合机混合30分钟，并在软磁性粉末表面上涂布了树脂。用网眼355μm的网状物将所获得的混合物进行整粒，并得到了颗粒。将其填充于涂布了作为润滑剂的硬脂酸锌的模具中，在成形压980MPa下加压成形从而获得直径26mm高24mm的成形体。将其在700℃、氮气气氛下进行退火，粘结所获得的3个FeSi合金压粉磁芯的线圈卷绕部做成了1组卷绕部磁芯。

在2个相对的磁轭部磁芯之间配置2组卷绕部磁芯，并在卷绕部磁芯的卷绕部上卷绕卷数为50匝的线圈制成了电抗器(实施例2-1～2-4、比较例2-1)。

另外，在图3的方式中，评价不考虑卷绕部磁芯与磁轭部磁芯的接合部的截面积的现有的结构中的特性。

(比较例2-2)

对于卷绕部磁芯使用了FeSi合金压粉磁芯。FeSi合金压粉磁芯的尺寸做成直径26mm且高度24mm。粘结和实施例2-1～2-4同样得到的3个FeSi合金压粉磁芯来做成1组卷绕部磁芯。

在2个相对的磁轭部磁芯之间配置2组卷绕部磁芯，并在卷绕部磁芯的卷绕部上卷绕卷数为50匝的线圈制成了电抗器(比较例2-2)。

对于所获得的电抗器(实施例2-1～2-4、比较例2-1～2-2)进行了电感和高频铁损的评价。

和实施例1同样测定了电感的直流叠加特性。为了调整由制作好的卷绕部磁芯的磁导率引起的电感的增减，而将间隔材料插入到磁轭部磁芯与卷绕部磁芯之间的4处以使得在不施加直流电流的状态下的初期电感成为700μH。直流叠加特性是测定了额定电流26A时的电感。间隔材料的厚度和直流叠加特性被示于表2中。

与实施例1同样测定了高频的铁损。磁芯损耗的测定条件为f＝20kHz、Bm＝50mT。励磁线圈做成25匝，探察线圈做成5匝从而卷绕于一个卷绕部磁芯上进行了测定。铁损的测定结果示于表2中。

[表2]

正如从表2可知，在现有的结构的比较例2-2中，直流叠加电流26A下的电感比初期电感(700μH)还降低40％以上，仅获得400μH的低电感。在比较例2-1中虽然通过使面积S2比磁芯截面积S1大，从而直流叠加下的电感值改善到430μH，但是因为面积比S2/S1小于1.3所以相对于初期电感(700μH)还降低了30％以上。在实施例2-1～2-4的电抗器中得到在直流叠加电流26A下的电感为525μH以上，并且从初期电感(700μH)的降低率被抑制在30％以内。另外，还确认到高频铁损也基本相同。即使改变磁芯的尺寸或线圈的匝数也能获得电感的直流叠加特性的改善效果。

另外，在面积比S2/S1超过4.0的情况下卷绕部磁芯端部的面积S2超过2120mm²。由于2组超过4240mm²，所以变得比磁轭部磁芯的底面积4224mm²(＝长88mm×宽48mm)还大，因此如果不增大磁轭部磁芯就不能组装，不能满足小型化的要求。

<实施例3>

在图2的方式中，将卷绕部磁芯12的卷绕部121的磁芯截面积S1设为一定，改变磁芯相对部122的面积S2变化来比较特性。

(实施例3-1)

磁轭部磁芯11是コ字状的MnZn铁氧体磁芯(TDK制的PC90材料)，背面部做成长为80mm、宽为60mm且厚为10mm，脚部做成长为14mm、宽为60mm且厚为10mm。

对于卷绕部磁芯使用了FeSi合金压粉磁芯。FeSi合金粉的组成为Fe-4.5％Si，由水雾化法来制作合金粉，通过筛分来调整粒径，将平均粒径作成50μm。在所获得的FeSi合金粉中添加2质量％的硅酮树脂，在室温下将其用加压捏合机混合30分钟，并在软磁性粉末表面上涂布了树脂。用网眼355μm的网状物将所获得的混合物进行整粒，并得到了颗粒。将其填充于涂布了作为润滑剂的硬脂酸锌的模具中，在成形压980MPa下加压成形从而获得直径30mm高28mm的成形体。对于所获得的成形体进行加工使得两端部的直径仍为30mm，而切削相当于线圈卷绕部的部分使得卷绕部直径成为24mm。将其在700℃、氮气气氛下进行退火，将得到的FeSi合金压粉磁芯作为卷绕部磁芯。

在以如图2所示形成口字状磁回路的方式相对的磁轭部磁芯的中央部，配置1组卷绕部磁芯，在卷绕部磁芯的卷绕部上卷绕卷数为38匝的线圈做成了电抗器(实施例3-1)。

(比较例3-1)

磁轭部磁芯11是コ字状的MnZn铁氧体磁芯(TDK制的PC90材料)，背面部做成长为60mm，宽为60mm且厚为10mm，脚部做成长为14mm，宽为60mm且厚为10mm。

对于卷绕部磁芯使用了FeSi合金压粉磁芯。FeSi合金压粉磁芯的尺寸做成了高为24mm，卷绕部的直径为24mm。将除了磁芯形状之外，其它都与实施例3-1同样得到的FeSi合金压粉磁芯作为卷绕部磁芯。

在以如图2所示形成口字状磁回路的方式相对的磁轭部磁芯的中央部，配置1组卷绕部磁芯，在卷绕部磁芯的卷绕部上卷绕卷数为38匝的线圈做成了电抗器(比较例3-1)。

对于所获得的电抗器(实施例3-1、比较例3-1)进行了电感和高频铁损的评价。

与实施例1同样测定了电感的直流叠加特性。在磁轭部磁芯与卷绕部磁芯之间的2处插入了厚度为0.5mm的间隔材料以使得不施加直流电流的状态的初期电感成为570μH。当插入间隔材料时通过磨削来调整脚部的高度以使得相对的铁氧体磁芯的脚部的间隙消失。直流叠加特性是测定了额定电流为20A时的电感并示于表3中。

与实施例1同样测定了高频铁损。磁芯损耗的测定条件为f＝20kHz、Bm＝50mT。将励磁线圈做成25匝，将探察线圈做成5匝，卷绕于卷绕部磁芯并进行了测定。铁损的测定结果示于表3中。

[表3]

正如从表3可知，在比较例3-1的电抗器中，直流叠加电流20A下的电感从初期电感(570μH)降低50％以上，仅获得280μH的低电感。另一方面，在实施例3-1的电抗器中在直流叠加电流20A下的电感成为500μH，且从初期电感(570μH)的降低率被抑制在30％以内。另外，还确认了高频铁损也基本同等。

如果比较实施例2-1与实施例3-1则能够确认高频铁损的降低。在如图2的方式所示用1组来构成卷绕部磁芯的情况下，由于铁氧体磁芯在复合磁芯的磁通路中所占的比例变大，所以能够有效利用铁氧体的低损耗来降低损耗。

实施例1-1～1-4是将1组卷绕部磁芯分割成2个软磁性金属磁芯来构成的。实施例2-1～2-4是将1组卷绕部磁芯分割成3个软磁性金属磁芯来构成的。实施例3-1是用1个软磁性金属磁芯来构成1组卷绕部磁芯的。在任一情况下都能同样发现电感的直流叠加特性的改善效果，但是由于在实施例3-1的方式中需要磁芯的切削加工，所以如实施例1-1～1-4或者实施例2-1～2-4所示粘结2个以上软磁性金属磁芯来构成更为简便。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的电抗器由于降低损耗并且即使在直流电流叠加下也具有高电感，从而能够实现高效率化以及小型化，所以能够广泛而且有效地利用于电源电路和功率调节器等电·磁装置等中。

Claims

1.一种电抗器，其特征在于，

所述电抗器由用铁氧体磁芯构成的一对磁轭部磁芯、被配置于所述磁轭部磁芯的相对的平面之间的卷绕部磁芯、以及卷绕于所述卷绕部磁芯周围的线圈构成，

所述卷绕部磁芯由软磁性金属磁芯构成，

所述卷绕部磁芯的被线圈卷绕的部分的磁芯截面积大致一定，

在将所述卷绕部磁芯的被线圈卷绕的部分的磁芯截面积设定为S1，将所述卷绕部磁芯的与所述磁轭部磁芯相对的部分的面积设定为S2时，S2/S1在1.3～4.0的范围内。

2.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，

所述卷绕部磁芯通过组合2个以上的软磁性金属磁芯构成。

3.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，

在所述磁轭部磁芯与所述卷绕部磁芯相对的间隙中设置了间隔。