CN106876083A - 电感元件以及电感元件的评价方法 - Google Patents

电感元件以及电感元件的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有接合了两个芯的磁芯且实现了动作的最优化的电感元件及其评价方法。将第一芯的最小磁路截面积与第二芯的最小磁路截面积之比和第二芯的导磁率的积作为评价的基准，对多个使用了各磁芯的电感元件的电感器性能指数(μH·A/T·mm3)进行评价。其结果是，通过使所述积为18以上且80以下，从而能够得到性能优异的电感元件。

Description

电感元件以及电感元件的评价方法
技术领域
本发明涉及例如在开关电源中作为扼流线圈使用的电感元件以及电感元件的评价方法。
背景技术
在最近的电子设备中，为了驱动各种器件，对成为负载的每个器件设置供给合适的电源的高效的开关电源的情况逐渐增多。
在具有高性能的CPU、SOC的计算机、服务器或者移动设备、智能电话等通信设备中，使用了用于进行高度且高速的处理的高集成的器件，对这些器件的供给电流增大。因此，作为开关电源，需要开关频率的高频化，进而需要能够应对大电流。
在驱动直流器件的开关电源中，为了在大电流下也能够稳定地动作，需要使用即使直流叠加电流为大电流也能够稳定地动作的电感元件。
在开关电源的电力变换涉及的电感元件中流过叠加了直流的电感器电流，在开关电源的动作中，电感器电压VL、电感值L、以及电感器电流IL的关系为VL＝L·(dIL/dt)。
根据该关系，若供给大的直流叠加电流使芯磁饱和且电感元件的电感值L降低，则(dIL/dt)增大，造成流过电感元件的脉动电流ΔIL的增大。对于这样的直流叠加电流的增加，芯会急剧地磁饱和，产生电感值的降低时的、脉动电流ΔIL的急剧的增大可能引起电源器件的损伤、电源装置以及设置了该电源装置的设备的烧损等故障。
因此，希望做成为即使在产生了难以预料的电感器电流的增大的情况下也不会从规定的电感值发生急剧的降低的特性。
以往的使用了由铁氧体形成的芯的电感元件在两个芯的接合部形成缝隙，抑制了供给大的直流叠加电流时电感值L降低。进而，通过扩大该缝隙宽度，从而能够改善所谓的直流叠加特性。
此外，在最近的电源装置中，为了小型化等还要求提高开关频率，因此除了扩大缝隙从而降低电感值进行动作以外，还要求降低电感元件的线圈的缠绕数，减小芯体积。
可是，在该情况下，高频的磁场会从形成得较宽的缝隙泄露，该漏磁场会影响靠近的其它器件、布线。进而，来自缝隙的漏磁场会使电感元件自身的绕线产生涡流，成为增加交流电阻(ACR)的原因。
此外，在以下的专利文献1、2、3中记载了关于以往的电感器的发明。
在图26(A)以剖视图示出了专利文献1记载的电感器30，在图26(B)示出从接合面侧观察压粉金属芯32的底视图。在该电感器30中，通过组合导磁率大的Mn-Zn铁氧体芯31和饱和磁通量密度高的压粉金属芯32，从而能够在不使直流叠加饱和电流特性劣化的情况下降低线圈33的匝数来减小直流电阻。此外，在压粉金属芯32的中央脚32a缠绕线圈33并接合压粉金属芯32和Mn-Zn铁氧体芯31，在图26(B)中标注影线的部分形成有实质性的缝隙Ga、Gb。
在专利文献2记载了如下的电感元件，在该电感元件中，作为第一磁芯使用了导磁率高且在高频中的铁损少的铁氧体，作为第二磁芯使用了导磁率比第一磁芯的导磁率低但饱和磁通量密度高且直流叠加特性优异的金属制的磁性材料。此外，在专利文献2的第[0036]段、第[0037]段中，提到了若要通过设置缝隙来改善直流叠加特性则电感会降低的课题，并且做出如下说明，即，为了解决该课题，可使所述的第一磁芯和第二磁芯进行互补，从而能够使得直流叠加特性优异，并且能够抑制电感的降低。
在专利文献3记载了与上述专利文献2同样具有第一铁氧体磁珠芯和具有比第一铁氧体磁珠芯的导磁率低的导磁率的第二芯的电感器。通过构成为使磁通量穿过这两个芯，从而能够避免芯在大的直流电流下磁饱和。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-228897号公报
专利文献2：日本专利第3818465号公报
专利文献3：欧洲公开专利EP1498915A1公报
像在专利文献1、专利文献2以及专利文献3记载的那样，在使用了由导磁率高的铁氧体形成的芯和饱和磁通量密度高的压粉铁芯等的电感元件中，因为两种芯具有相反的特性，所以难以将两个芯以最佳的状态进行组合，此外，高效地求出两个芯的最佳值的方法也尚未确立。
此外，如前所述，在电感元件中还存在来自磁芯的缝隙的漏磁场使电感元件自身的绕线产生涡流而增加交流电阻(ACR)的课题。
关于这一点，在专利文献1记载的电感器中，因为线圈33缠绕在中央脚32a的外周，所以形成在中央脚32a的实质性的缝隙Gb沿着线圈33的内周靠近地形成，但是呈直线形成在磁芯的两侧部的脚部的实质性的缝隙Ga、Ga却形成在与缠绕为圆形的线圈33的外周面分离的位置。因此，该构造原本对所述涡流的影响就小。
另一方面，在专利文献2和专利文献3记载的电感器中，因为沿着磁芯内的线圈导线存在作为两个磁芯的接合部的接合缝隙，所以由于该构造的不同，线圈所受的漏磁场的影响的程度也不同，但是都需要针对由来自缝隙的漏磁场造成的影响的对策。
此外，在这种电感器中，虽然不是主动地在两个磁芯的接合部介入了以形成所需的缝隙宽度为目的的非磁性层，但是由于接合面的面粗糙度、对芯间进行接合的接合材料的介入，并不能避免在磁芯的接合处存在实质性的缝隙。但是，在专利文献2、专利文献3记载的电感器中，并没有实施排除由这种实质性的缝隙的存在所造成的弊端的对策。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述以往的课题而完成的，其目的在于，提供一种容易得到所需的电感值、直流叠加特性优异、而且能够保持高的可通过的电流值的构造的电感元件。
此外，本发明目的在于，提供一种能够对容易得到所需的电感值、直流叠加特性优异、而且能够保持高的可通过的电流值的构造的电感元件高效地进行评价的电感元件的评价方法。
用于解决课题的技术方案
本发明的电感元件，在磁芯的内部容纳有导体，所述电感元件的特征在于，所述磁芯由第一芯和第二芯接合而形成，所述第一芯由磁性材料形成，所述第二芯由导磁率比所述第一芯低且直流叠加特性比所述第一芯优异的磁性材料形成，
将由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积设定为18以上且80以下。
优选地，在本发明的电感元件中，电感器性能指数为15以上，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感与直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势之积按平均每单位体积算出的值。
优选地，在本发明的电感元件中，所述第一芯的导磁率为1000以上，所述第二芯的导磁率为100以下。
在本发明的电感元件中，例如，所述第二芯为压粉铁芯。
优选地，在本发明的电感元件中，在所述磁芯的内部，在靠近所述第一芯与所述第二芯的接合缝隙的位置，沿着所述导体形成有所述磁芯与所述导体之间的间隙，(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比为1以上。
进而，优选地，在本发明的电感元件中，所述接合缝隙为50μm以下。
另外，所述接合缝隙的宽度优选尽可能小，在计算上，在接合缝隙为0的情况下，(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比是无限大。但是，即使尽可能减小接合缝隙，由于所述第一芯与所述第二芯的接合部中的对置面的面粗糙度，或者在介入了粘接层的情况下由于粘接层的厚度等，也会存在最小限度的实效的缝隙宽度。作为这种实质性的实效缝隙的宽度，通常会产生5μm左右。在该情况下，(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比为20以下的程度。
进而，在本发明的电感元件中，所述导体具有矩形的截面积，所述芯-线圈间隙沿着所述导体的至少一个侧面形成。
此外，本发明是一种电感元件的评价方法，所述电感元件在磁芯的内部容纳有导体，所述磁芯由第一芯和第二芯接合而形成，所述第一芯由磁性材料形成，所述第二芯由导磁率比所述第一芯低且直流叠加特性比所述第一芯优异的磁性材料形成，所述电感元件的评价方法的特征在于，
(1)求出由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积，
用与所述(1)的积的关系来评价电感的直流叠加特性。
此外，在本发明的电感元件的评价方法中，
(2)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价所述导体的平均每单位缠绕数的初始电感，
(3)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势。
进而，在本发明的电感元件的评价方法中，
(4)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价电感器性能指数，所述电感器性能指数是对所述导体的平均每单位缠绕数的初始电感与直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势之积按平均每单位体积算出的值。
发明效果
本发明在使用组合了两种芯的磁芯的电感元件中，着眼于由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积，通过将该积的值设定为18以上且80以下的值，从而能够示出所需的电感值，使直流叠加特性优异，且能够增大可通过的电流量。
进而，通过使(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比为1以上，从而能够抑制来自接合缝隙的漏磁通量对导体的影响，即使对高频率的电流也能够将交流电阻值抑制得低。
此外，在本发明的电感元件的评价方法中，通过使用由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积等至今为止未曾使用的参数，从而能够容易地评价或设计高功能的电感元件。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电感元件的俯视图。
图2是将图1所示的电感元件用II-II线切断的剖视图。
图3是将图1所示的电感元件用III-III线切断的剖视图，图3(A)、图3(B)、图3(C)示出改变了第一芯和第二芯的高度尺寸的电感元件。
图4(A)是本发明的第二实施方式的电感元件的俯视图，图4(B)是将图4(A)所示的电感元件用B-B线切断的剖视图。
图5是示出磁芯的接合缝隙与芯-线圈间隙之比和交流电阻的增加比的关系的线型图。
图6是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为2500、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化的线型图。
图7是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为2500、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化率的线型图。
图8是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)的变化的线型图。
图9是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、ΔL30％时的磁动势(N·Isat)的变化的线型图。
图10是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、电感器性能指数的变化的线型图，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)与ΔL30％时的磁动势(N·Isat)之积按平均每单位体积算出的值。
图11是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为1000、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化的线型图。
图12是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为1000、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化率的线型图。
图13是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为1000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)的变化的线型图。
图14是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为1000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、ΔL30％时的磁动势(N·Isat)的变化的线型图。
图15是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为1000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、电感器性能指数的变化的线型图，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)与ΔL30％时的磁动势(N·Isat)之积按平均每单位体积算出的值。
图16是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为5000、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化的线型图。
图17是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10、将第一芯的导磁率设为5000、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化率的线型图。
图18是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为5000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)的变化的线型图。
图19是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为5000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、ΔL30％时的磁动势(N·Isat)的变化的线型图。
图20是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为10并将第一芯的导磁率设为5000时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、电感器性能指数的变化的线型图，所述电感器性能指数是平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)与ΔL30％时的磁动势(N·Isat)之积。
图21是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为1、将第一芯的导磁率设为2500、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化的线型图。
图22是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为1、将第一芯的导磁率设为2500、并使最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积变化时的、相对于电流增加的电感的变化率的线型图。
图23是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为1并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)的变化的线型图。
图24是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为1并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、ΔL30％时的磁动势(N·Isat)的变化的线型图。
图25是示出将(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比设为1并将第一芯的导磁率设为2500时的、相对于最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积的变化的、电感器性能指数的变化的线型图，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感(AL0)与ΔL30％时的磁动势(N·Isat)之积按平均每单位体积算出的值。
图26(A)、图26(B)是专利文献1记载的现有技术的说明图。
标号说明
1-第一芯，1a-槽，2-第二芯，3-导体，10、20-电感元件，G1、G3、G4-接合缝隙，G2、G5、G6-芯-线圈间隙，δ1、δ2-缝隙宽度。
具体实施方式
<电感元件的构造>
图1至图3所示的本发明的第一实施方式的电感元件10具有第一芯1和第二芯2，第一芯1和第二芯2接合而构成磁芯C。
在第一芯1的上表面形成有截面为矩形且呈直线延伸的槽1a，在槽1a容纳有导体3。如图2所示，导体3具有容纳于槽1a的主体部3a、在磁芯C的左右两侧在高度方向上延伸的露出部3b、3b、以及沿着第一芯1的底部配置的一对端子部3c、3c。
导体3由呈直线状延伸的铜等的导电性金属线材形成，在将主体部3a容纳于槽1a的内部之后，将两端部折弯，从而一体形成所述露出部3b、3b和端子部3c、3c。
第二芯2是平板形状，第二芯2经由粘接层与第一芯1的上表面的未形成槽1a的部分接合。或者，通过用胶带等缠绕第一芯1和第二芯2的外周部，从而接合第一芯1和第二芯2。在使用所述粘接层的情况下，粘接层由玻璃材料、无机材料或者有机材料等非磁性材料形成。
其结果是，在槽1a的两侧存在第一芯1与第二芯2接合的接合缝隙G1、G1。该接合缝隙G1、G1的宽度取决于第一芯1和第二芯2的芯彼此的接合面的面粗糙度等，此外，在接合部介入有粘接层的情况下，还取决于粘接剂层的厚度等。在图3(A)用δ1示出接合缝隙G1、G1的缝隙宽度(缝隙长)。
如图3(A)、图3(B)、图3(C)的各剖视图所示，在截面为矩形的导体3的图示的左右两侧的侧面与槽1a的内壁面之间存在芯-线圈间隙G2、G2。如图1所示，槽1a和导体3的主体部3a呈直线延伸，因此在磁芯C的内部沿着主体部3a的两侧部的全长形成有具有缝隙宽度(缝隙长)δ2的宽度的芯-线圈间隙G2、G2。芯-线圈间隙G2、G2沿着接合缝隙G1、G1存在，如图3所示，芯-线圈间隙G2、G2分别与接合缝隙G1、G1的芯的内部侧的端部连续地存在。
图4示出本发明的第二实施方式的电感元件20。
在电感元件20中，第一芯1与第二芯2接合而形成磁芯C。在第一芯1的上部形成有圆形的槽1a，在该槽1a内容纳有导体3。如图4(A)所示，导体3一体形成有形成为环状的主体部3d和延伸到磁芯C的外部的一对端子部3e、3e。
如图4(B)所示，在第一芯1与第二芯2的接合部中，在槽1a的外周侧形成有接合缝隙G3，在槽1a的内周侧形成有接合缝隙G4。
此外，沿着导体3的主体部3d的外周侧的侧面，在主体部3d与槽1a的内壁面之间存在芯-线圈间隙G5，沿着导体3的主体部3d的内周侧的侧面，在主体部3d与槽1a的内壁面之间存在芯-线圈间隙G6。芯-线圈间隙G5和芯-线圈间隙G6沿着环状的主体部3d的外侧缘部和内侧缘部的全周存在。芯-线圈间隙G5靠近接合缝隙G3的端部而存在，芯-线圈间隙G6靠近接合缝隙G4的端部而存在。
在各实施方式中，第一芯1由导磁率高且在高频带中的铁损少的氧化物磁性材料形成，例如由Mn-Zn铁氧体等铁氧体材料形成。第二芯2由导磁率比第一芯1的导磁率低、但是饱和磁化(饱和磁通量密度)比第一芯1的饱和磁化(饱和磁通量密度)高且直流叠加特性优异的磁性金属材料形成。例如，第二芯是压粉铁芯，使用Fe-Si-B类的无定形材料的磁性金属粉体通过压粉成型法形成，或者，使用Fe-P-C类的无定形材料的磁性金属粉体通过压粉成型法形成。
第一芯1的导磁率优选为1000以上且5000以下，第二芯2的导磁率优选为100以下且20以上，更优选为50以下。
<缝隙宽度>
第一实施方式的电感元件10和第二实施方式的电感元件20通过第一芯1来维持高导磁率，从而防止初始电感的降低，并通过第二芯2提高饱和磁化并改善直流叠加特性，从而能够抑制直叠加电流增大时的电感的降低。
通过使用第二芯2，从而能够改善直流叠加特性，因此无需像以往的使用了铁氧体芯的电感元件那样使用增大芯的缝隙宽度来产生漏磁场从而改善直流叠加特性的方法。
因此，在所述电感元件10、20中，能够尽可能地减小第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1、G3、G4的缝隙宽度，其结果是，能够降低从接合缝隙G1、G3、G4漏到外部的漏磁场，能够在高频带中使用时减小对周边设备、周边部件的不良影响。此外，通过减小接合缝隙G1、G3、G4的缝隙宽度，从而还能防止初始电感的降低。
在电感元件10、20的磁芯C是一个边的大小为10mm以下的小型的磁芯的情况下，第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1、G3、G4的缝隙宽度优选为100μm以下，更优选为50μm以下。由于第一芯与第二芯接合的接合面的面粗糙度，或者在接合面介入有粘接层的情况下由于接合面的面粗糙度和粘接层，接合缝隙G1、G3、G4的实效的缝隙宽度的下限为5μm～10μm左右。
在图1至图3所示的第一实施方式的电感元件10中，与第一芯1和第二芯2的接合缝隙G1的内侧的端部连续地，在磁芯C的内部存在芯-线圈间隙G2。而且，导体3的侧面靠近接合缝隙G1的内侧的端部并与其对置。因此，当对导体3供给交流电流而在磁芯C的内部感应出交流磁场时，来自接合缝隙G1的内侧的端部的漏磁场会作用于导体3的主体部3a，从而在导体3的内部容易产生涡流。其结果是，由于所谓的趋肤效应，交流电流容易集中在导体3的表面，造成交流电阻(ACR)的增大。
特别是，如图1所示，在小型的电感元件10中，当芯-线圈间隙G2沿着导体3的主体部3a的两侧面的大致全长以近距离形成时，所述趋肤效应会遍及导体3的主体部3a的全长，从而大幅增加交流电阻。
这在图4所示的第二实施方式的电感元件20中也是一样的，与接合缝隙G3的内侧的端部连续地存在芯-线圈间隙G5，与接合缝隙G4的端部连续地存在芯-线圈间隙G6，而且沿着导体3的环状的主体部3d的外周侧的侧面以及内周侧的侧面的大致全周存在芯-线圈间隙G5、G6。因此，在电感元件20中，来自接合缝隙G3、G4的漏磁通量也容易影响导体3，容易产生由于导体3的内部的涡流损耗而使交流电阻增大的问题。
在图5示出对芯间的接合缝隙给导体造成的影响进行仿真的结果。
该仿真以图1至图3所示的第一实施方式的电感元件10作为模型。将芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2固定为100μm，使接合缝隙G1的缝隙宽度δ1变化为50μm、100μm、200μm、300μm。此外，导体3的截面的形状设为纵向1.4mm、宽度1.5mm。然后，求出对导体3供给0.3MHz、0.6MHz、0.9MHz、1.2MHz的交流电流时的交流电阻的变化。
图5的横轴示出(芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2)/(接合缝隙G1的缝隙宽度δ1)之比，纵轴表示(将导体3配置在磁芯C内时的交流电阻的增加量)/(未设置磁芯C时的导体3的交流电阻)。例如，纵轴的0.2表示，由于将导体3置于磁芯C内，所以受到来自接合缝隙G1的漏磁场的影响，与未设置磁芯C时的导体3的交流电阻相比，交流电阻增加了20％。
根据图5，若将(芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2)/(接合缝隙G1的缝隙宽度δ1)之比设为1以上，则即使在1.2MHz左右的高频带中，也能够将交流电阻的增加抑制为不足20％。此外，如果将所述比设为2以上，则能够将来自接合缝隙G1的漏磁场造成的交流电阻的增大减小至大致0。因此，所述比更优选为2以上。
但是，若过度增大芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2，则导体3的主体部3a的截面积会减小，进而电阻值升高。因此，所述δ2/δ1之比优选为20以下。
在将(缝隙宽度δ2/缝隙宽度δ1)之比设为1以上且20以下时，为了不使缝隙宽度δ2增大而防止导体3的主体部3a的截面积减小，需要尽可能减小接合缝隙G1的缝隙宽度δ1。此外，通过减小缝隙宽度δ1，从而能够抑制电感元件10的初始电感值(未供给电流时的电感值)的降低，能够提高电感元件10的性能。
接合缝隙G1的缝隙宽度δ1的优选的范围是100μm以下，更优选为50μm以下。
接合缝隙G1的宽度尺寸优选尽可能小。
但是，由于芯1与芯2接合的对置面的面粗糙度、形成有介入到对置面的接合部的粘接层，所以实效的缝隙的宽度δ1大概为5μm以上。若考虑这一情况，则(缝隙宽度δ2/缝隙宽度δ1)之比实质上优选为20以下。
因此，为了抑制交流电阻的增加并且抑制导体3的主体部3a的截面积减小而使电阻值升高，如前所述，优选所述δ2/δ1之比为1以上且20以下，更优选为2以上且20以下。
换言之，在将接合缝隙G1的缝隙宽度δ1设为5μm以上的情况下，如果将(缝隙宽度δ2/缝隙宽度δ1)之比设为1以上且20以下，则即使在高频带中也能够抑制交流电阻的增加，并且能够抑制电感元件10的初始电感值的降低，进而，即使放宽对芯1与芯2的接合面的粗糙度、接合缝隙G1的缝隙宽度δ1的尺寸精度的管理，也能够容易地进行电感元件的大量生产。
另外，在图4所示的第二实施方式的电感元件20中，所述比的优选的范围也是一样的。
<磁芯C的构造的合适值>
在第一实施方式的电感元件10和第二实施方式的电感元件20中，通过适当地设定芯间的接合缝隙G1、G3、G4和磁芯内部的芯-线圈间隙G2，G5、G6，从而能够抑制交流电阻的增大且能够维持高的初始电感，进而，通过适当地设定第一芯1和第二芯2的磁路截面以及第二芯的导磁率，从而能够将电感器性能指数维持为高的值，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感与直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势之积按平均每单位体积算出的值。
以下，作为实施例对用于求出电感器性能指数的本发明的评价方法和作为该计算的结果而求出的电感性能指数高的电感元件进行说明。
虽然以下的实施例以图1至图3所示的电感元件10为模型，但是对于图4所示的电感元件20也是一样的。
[实施例]
在成为实施例的模型的电感元件10中，图3所示的磁芯C的截面中的纵向尺寸H为6.8mm，宽度尺寸L1为6.8mm，图1所示的长度尺寸L2为6.8mm。导体3的截面为矩形，图3的上下方向上的高度尺寸为1.4mm，图3的左右方向上的宽度尺寸为1.5mm。
在以下的表1中，以％的单位记载像图3(A)、图3(B)、图3(C)所示那样使磁芯C内的导体3的位置在高度方向上变化时由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比的计算值。该最小磁路截面比是如下的意思。
如图3(A)和图3(B)所示，在第一芯1的槽1a的下侧的厚度尺寸Wb大于槽1a的左右两侧的厚度尺寸Ws的情况下，第一芯1的最小磁路截面积可由Ws×L2求出。若将第二芯2的厚度尺寸设为Wu，则第二芯2的最小磁路截面积为Wu×L2，因此该情况下的最小磁路截面比为Wu/Ws×100(％)。
如图3(C)所示，若第一芯1的槽1a的下侧的厚度尺寸Wb小于槽1a的侧方的厚度尺寸Ws，则第一芯1的最小磁路截面积为Wb×L2。因为第二芯2的最小磁路截面积为Wu×L2，所以该情况下的最小磁路截面比为Wu/Wb×100(％)。
在表1的最右栏中，还示出了所述最小磁路截面比与第二芯2的导磁率之积。在实施例中，第二芯的导磁率设为“30”、“40”、“60”这3种。
[表1]
<实施例1>
在实施例1中，将第一芯1的导磁率固定为2500。此外，将第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1的缝隙宽度δ1设为10μm。通过将缝隙宽度δ1减小至10μm，从而即使在设计上将芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2增大至100μm，也能够确保导体3的主体部3a的截面积足够大，能够防止由截面积的降低造成的电阻值的增大。因此，能够将(缝隙宽度δ2/缝隙宽度δ1)之比设定为10。
在图6中，在横轴示出直流电流Idc(A)，在纵轴示出电感L的变化。在图表的内部，示出了从表1记载的多种磁芯C的结构之中选取的磁芯C的变化。选取的磁芯C的“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”为“μ60×180％＝108”、“μ40×180％＝72”、“μ30×180％＝54”、“μ60×80％＝48”、“μ40×80％＝32”、“μ30×80％＝24”、“μ40×20％＝8”。
在图7中，在横轴示出直流电流Idc(A)，在纵轴示出与图6所示的磁芯C相同的磁芯C的(电感的变化量(降低量)ΔL)/(初始电感L0)。
如图6所示，“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”的值越大，初始电感L0就越大，如图7所示，由电流的增加造成的电感L的降低率显著升高，从而直流叠加特性劣化。此外，“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”的值越小，初始电感L0就越低，可抑制由电流的增加造成的电感L的降低，直流叠加特性变得良好。
如图6和图7所示，通过使用“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”的值作为参数，从而对于具有各种形状且具有各种导磁率的磁芯C，能够以相同的尺度评价电感变化的直流叠加特性。
在图8中，在横轴示出“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”，在纵轴示出导体的平均每单位缠绕数的初始电感AL0。在图8中，描绘了对表1所示的7×3＝21种磁芯C求出的AL0。通过该AL0，能够与导体的缠绕数的多少无关地知道磁芯的特性。
根据图8能够评价，随着“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”增大，平均每单位缠绕数的初始电感AL0增大。为了使平均每单位缠绕数的初始电感AL0为100μH/T2以上，需要使“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”为18以上。另外，T是导体(线圈)的匝数。
在图9中，在横轴示出“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”，在纵轴示出电感元件的乘以导体的缠绕数而得到的磁动势(N·Isat)。N是表示导体的匝数T的数值，在实施例中设为“1”。Isat表示在图7中将由直流叠加造成的电感的降低率ΔL/L0设为30％时流过每个电感元件的直流电流Idc。
根据图9能够评价，随着“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”增大，乘以导体的缠绕数而得到的磁动势(N·Isat)降低。为了使N·Isat为30A/T以上，需要使“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”为80以下。
在图10中，在横轴示出“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”，在纵轴作为电感器性能指数示出将所述AL0与所述磁动势(N·Isat)之积除以磁芯C的体积而得到的值。
根据图10，若将“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”设为18以上且80以下，则能够将磁芯C的平均每单位体积的所述AL0与所述磁动势(N·Isat)之积，即，电感器性能指数设定为15(μH·A/T·mm3)以上。
如上所述，不管磁芯C的形状如何，也不管第一芯1与第二芯2的大小之比如何，进而，不管第二芯的导磁率是什么值，都能够通过求出“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”的值并使用该积的值作为参数，从而评价电感元件的特性。此外，通过计算图10所示的电感器性能指数，从而能够通过与“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”的对比对电感元件的每个性能进行标准化而进行评价。
此外，该评价的结果是，通过将“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”设为18以上且80以下，从而能够提高电感元件的特性。
<实施例2>
在实施例2中，将第一芯1的导磁率固定为1000。此外，将第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1的缝隙宽度δ1设为10μm。因此，能够将芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2设为100μm，将缝隙宽度比δ2/81设定为10。
图11是与图6相同的评价线型图，图12是与图7相同的评价线型图，图13是与图8相同的评价线型图，图14是与图9相同的评价线型图，图15是与图10相同的评价线型图。
在实施例2中，通过将第一芯1的导磁率设为1000，从而与实施例1相比，磁芯C的整个磁阻增加了2％，在所有的磁芯C中初始电感L0减小了2％，直流叠加特性改善了1％。
在该情况下，也如图13至图15所示，通过将“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”设为18以上且80以下，从而能够提高电感元件的特性。
<实施例3>
在实施例3中，将第一芯1的导磁率固定为5000。此外，将第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1的缝隙宽度δ1设为10μm。因此，能够将芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2设为100μm，从而将缝隙宽度比δ2/δ1设定为10。
图16是与图6相同的评价线型图，图17是与图7相同的评价线型图，图18是与图8相同的评价线型图，图19是与图9相同的评价线型图，图20是与图10相同的评价线型图。
在实施例3中，通过将第一芯1的导磁率设为5000，从而相对于实施例1，磁芯C的整个磁阻减小了1％，在所有的磁芯C中初始电感L0增加了1％。因此，直流叠加特性变差了1％。
在该情况下，也如图18至图20所示，通过将“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”设为18以上且80以下，从而能够提高电感元件的特性。
比较实施例1、实施例2、实施例3，以“第二芯的导磁率u×最小磁路截面比＝积”为基准的磁芯C的评价大致相同。这是因为，若将第一芯1的导磁率设为1000以上且5000以下，并将第二芯2的导磁率设为100以下，优选地设为50以下，则第一芯1与第二芯2的导磁率之差会变得极大，因此磁芯C的整体的导磁率的变化将主要由第二芯2的导磁率决定。
因此，即使第一芯1的导磁率变化大，也能够以“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”为基准对磁芯C进行评价。
<实施例4>
在实施例4中，将第一芯1的导磁率固定为2500。此外，将第一芯1与第二芯2的接合缝隙G1的缝隙宽度δ1设为30μm。在该情况下，如果将芯-线圈间隙G2的缝隙宽度δ2设为30μm，则能够将缝隙宽度比δ2/δ1设定为1。
图21是与图6相同的评价线型图，图22是与图7相同的评价线型图，图23是与图8相同的评价线型图，图24是与图9相同的评价线型图，图25是与图10相同的评价线型图。
在实施例4中，通过将接合缝隙G1的缝隙宽度δ2扩大至30μm，从而相对于实施例1，磁芯C的整个磁阻增加了20％，在全部的磁芯C中初始电感L0减小了20％。因此，能够将直流叠加特性改善20％。
如图23至图25所示，虽然在实施例4中与实施例1相比磁阻增大，但是通过将“第二芯的导磁率μ×最小磁路截面比＝积”设为18以上且80以下，从而能够提高电感元件的特性，并且能够使图23所示的平均每单位缠绕数的初始电感AL0、图24所示的磁动势、图25所示的电感器性能指数与实施例1、2、3相等。

Claims (11)

1.一种电感元件，在磁芯的内部容纳有导体，所述电感元件的特征在于，
所述磁芯由第一芯和第二芯接合而形成，所述第一芯由磁性材料形成，所述第二芯由导磁率比所述第一芯低且直流叠加特性比所述第一芯优异的磁性材料形成，
将由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积设定为18以上且80以下。
2.根据权利要求1所述的电感器元件，其特征在于，
电感器性能指数为15以上，所述电感器性能指数是对平均每单位缠绕数的初始电感与直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势之积按平均每单位体积算出的值。
3.根据权利要求1或2所述的电感元件，其特征在于，
所述第一芯的导磁率为1000以上，所述第二芯的导磁率为100以下。
4.根据权利要求1或2所述的电感元件，其特征在于，
所述第二芯是压粉铁芯。
5.根据权利要求1或2所述的电感元件，其特征在于，
在所述磁芯的内部，在靠近所述第一芯与所述第二芯的接合缝隙的位置，沿着所述导体形成有所述磁芯与所述导体之间的芯-线圈间隙，(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比为1以上。
6.根据权利要求5所述的电感元件，其特征在于，
(芯-线圈间隙/接合缝隙)之比为20以下。
7.根据权利要求5所述的电感元件，其特征在于，
所述接合缝隙为50μm以下。
8.根据权利要求5所述的电感元件，其特征在于，
所述导体具有矩形的截面积，所述芯-线圈间隙沿着所述导体的至少一个侧面形成。
9.一种电感元件的评价方法，所述电感元件在磁芯的内部容纳有导体，所述磁芯由第一芯和第二芯接合而形成，所述第一芯由磁性材料形成，所述第二芯由导磁率比所述第一芯低且直流叠加特性比所述第一芯优异的磁性材料形成，所述电感元件的评价方法的特征在于，
(1)求出由(第二芯的最小磁路截面积/第一芯的最小磁路截面积)求出的最小磁路截面比与所述第二芯的导磁率之积，
用与所述(1)的积的关系来评价电感的直流叠加特性。
10.根据权利要求9所述的电感元件的评价方法，其特征在于，
(2)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价所述导体的平均每单位缠绕数的初始电感，
(3)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势。
11.根据权利要求9所述的电感元件的评价方法，其特征在于，
(4)用与在所述(1)中求出的积的关系来评价电感器性能指数，所述电感器性能指数是对所述导体的平均每单位缠绕数的初始电感与直流叠加特性成为规定的比率时的磁动势之积按平均每单位体积算出的值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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