CN107369539A - 复合电感器 - Google Patents

Abstract

现有的复合电感器在E芯体的中间腿与I芯体之间以及E芯体的中间腿与I芯体之间设置有间隙(G)。由于该间隙(G)作为磁阻发挥功能，因此抑制线圈间的磁耦合。尽管如此，仍存在线圈间的耦合系数为1％以上而无法为0的问题。在将多个线圈一体化的复合电感器中，由在第一直线上对齐卷绕轴而配置的第一线圈组以及在第二直线上对齐卷绕轴而配置的第二线圈组构成，上述第一线圈组的线圈与上述第二线圈组的线圈被配置成相互不同，上述第一线圈组的线圈与上述第二线圈组的线圈在从卷绕轴方向观察时一部分重叠。

Description

复合电感器

技术领域

本发明涉及将多个电感器一体化的、各个线圈间的耦合大致为0的复合电感器。

背景技术

在电子电路中，存在使用多个相同的电子部件的情况。在这样的情况下，为了减少安装面积而使用将多个电子部件一体化的复合电子部件。即使在电感器中，也存在使用将多个电感器一体化的复合电感器的情况。一般而言，在复合电感器中，为了使各个线圈不影响其他线圈，而需极力减小各电感器之间的磁耦合。

专利文献1：日本特开2003-224013号公报

图16是用于对专利文献1所记载的现有的复合电感器的构造进行说明的图，图16的(a)表示立体图，图16的(b)表示图16的(a)的A-A纵剖视图。

如图16的(a)和图16的(b)所示，复合电感器5是由如下元件构成的铁氧体电感器，即：由铁氧体构成的剖面E字形状的E芯体6、7、由铁氧体构成的板状的I芯体8、卷绕成环状的线圈1、2以及树脂制成的基体9。复合电感器5称为2in1电感器。

E芯体6、7在内部分别收纳线圈1、2，配置于I芯体8的两面，并搭载于基体9上。线圈1的终端1a、1a以及线圈2的终端2b、2b从基体9的下表面引出而成为安装端子。

复合电感器5在E芯体6的中间腿6a与I芯体8之间以及E芯体7的中间腿7a与I芯体8之间设置有间隙G。由于该间隙G作为磁阻发挥功能，因此抑制线圈1与线圈2之间的磁耦合。尽管如此，仍存在线圈1与线圈2的耦合系数为1％以上而无法为0的问题。

在近年来经常使用的在含磁粉树脂中埋设线圈的压粉电感器的情况下，难以设置间隙，而且即使设置了间隙，若含磁粉树脂的相对导磁率为数十左右，则与铁氧体的相对导磁率为数百的情况相比非常低，因此基于间隙的耦合系数的抑制效果较弱，耦合系数变得相当大。因此，存在压粉电感器不适于复合电感器的问题。

发明内容

本发明的复合电感器是将多个线圈一体化后的复合电感器，其特征在于，由在第一直线上对齐卷绕轴而配置的第一线圈组以及在第二直线上对齐卷绕轴而配置的第二线圈组构成，上述第一线圈组的线圈与上述第二线圈组的线圈配置为相互不同，上述第一线圈组的线圈与上述第二线圈组的线圈在从卷绕轴方向观察时一部分重叠。

根据本发明的复合电感器，能够提供一种构造简单且各线圈之间的磁耦合大致为0的复合电感器。

附图说明

图1是本发明的复合电感器的第一实施例的透视立体图。

图2是本发明的复合电感器的第一实施例的纵剖视图。

图3是本发明的复合电感器的第一实施例的仿真结果。

图4是本发明的复合电感器的第一实施例的仿真结果。

图5是对本发明的复合电感器的原理进行说明的示意剖视图。

图6是本发明的复合电感器的第二实施例的立体图。

图7是本发明的复合电感器的第二实施例的纵剖视图。

图8是本发明的复合电感器的第二实施例的仿真结果。

图9是普通的数字放大器的电路图。

图10是本发明的复合电感器的第三实施例的纵剖视图。

图11是本发明的复合电感器的第三实施例的仿真结果。

图12是信道内的电感器耦合了的情况下的数字放大器的仿真结果。

图13是信道间的电感器耦合了的情况下与未耦合的情况下的数字放大器的仿真结果。

图14是多信道DC-DC转换器的电路图。

图15是本发明的复合电感器的第四实施例的纵剖视图。

图16是现有的复合电感器的立体图和纵剖视图。

附图标记说明：5、50、51、52、53…复合电感器；1、2、10、11、12、13、20、21、22、23、32、33、42…线圈；6、60、62、63…含磁性体树脂；6、7、61、71…E芯体；8、81…I芯体；9、91…基体。

具体实施方式

(实施例1)

图1是用于对本发明的复合电感器的第一实施例进行说明的透视立体图，图2是其纵剖视图。

如图1和图2所示，复合电感器50是将被赋予绝缘涂层的导线卷绕成环状的两个线圈10、20埋设于含磁粉树脂60中而一体成型的压粉电感器。

线圈10与线圈20为相同形状相同尺寸，开口面平行，并且配置为在从线圈的卷绕轴方向观察时开口面的一部分重叠。

线圈10、20的终端引出到复合电感器50的外包装，剥离绝缘涂层而成为安装端子。

若将线圈10、20的平均直径设为D，将高度设为h，将线圈10的卷绕轴设为轴C₁，将线圈20的卷绕轴设为轴C₂，则轴C₁与轴C₂平行，轴C₁与轴C₂的距离为S。线圈10与线圈20的对峙的开口面之间的距离为d。这里，平均直径是(外径+内径)/2。

以下，将轴之间的距离称为轴间隔，将对峙的开口面之间的距离称为线圈间隔。

发明者从进行了以下两种仿真的结果发现了存在线圈10和线圈20之间的耦合大致为0的情况。

(仿真1)

首先，对将平均直径D＝6.4mm、高度h＝2.5mm、圈数N＝10的两个线圈10、20以线圈间隔d＝2mm的方式埋设于含磁粉树脂中并改变轴间隔S的情况下的线圈10与线圈20之间的耦合系数进行了仿真。图3是表示其结果的曲线图。在图3中，横轴表示S/D，纵轴表示耦合系数k。这里，由于平均直径D是固定的，因此横轴S/D越大，表示两个线圈的卷绕轴越远，在S/D＜1时，表示开口面在俯视观察时一部分重叠。

从图3的结果可知S/D＝0.7时耦合系数k大致为0。

(仿真2)

接下来，以表1所示的条件1～6进行了相同的仿真。图4是表示其结果的曲线图。在图4中，横轴表示S/D，纵轴表示耦合系数k。

从图4的结果可知，虽然根据平均直径D、线圈间隔d、高度h、圈数N的条件而有所不同，但根据轴间隔S而耦合系数k大致为0。

[表1]

条件	D[mm]	d[mm]	h[mm]	N(圈)
					1	6.4	1.2	2.50	10
2	6.4	2.0	2.50	10
					3	6.4	2.0	1.25	5
4	8.0	1.0	2.25	9
					5	8.0	2.0	2.25	9
6	8.0	2.0	1.00	4

以下，使用图5的示意纵剖视图对本实施例的复合电感器的线圈间的耦合系数为0的原理进行说明。

如图5所示，在线圈20中流过电流的情况下，产生环绕在线圈20的附近的磁通f1、f2和环绕在线圈20的远方的磁通f3、f4。磁通f1、f2仅环绕线圈20，磁通f3以从图中下方向上方贯穿线圈10的孔的方式环绕，磁通f4以从图中上方向下方贯穿线圈10的孔的方式环绕。

这里，磁通f3与磁通f4贯穿线圈10的方向相互相反，因此仅磁通f3与磁通f4的差的绝对值|f4－f3|对线圈间的磁耦合做出贡献。磁通f3与磁通f4的大小根据轴间隔S而变化，因此若形成磁通f3与磁通f4大致相等的轴间隔S，则能够使耦合系数k大致为0。

试将上述原理应用于图3。

在S/D＝0时，换句话说在线圈10与线圈20的卷绕轴一致的情况下，耦合系数k大约为12％。

随着S/D变大，换句话说随着线圈10与线圈20的重叠变小，磁通f4减少，磁通f3增加，因此|f4－f3|减少。其结果是耦合系数k缓缓地减少。

在S/D＝0.73时，磁通f4与磁通f3相等，其结果是耦合系数k＝0。

若S/D进一步增大，则磁通f3比磁通f4大，因此f4－f3的符号反转，|f4－f3|增加。其结果是耦合系数k再次增加。

若S/D大于1，而线圈10与线圈20完全分离，则线圈之间的影响变小，因此耦合系数k向0收敛。

此外，在复合电感器50中，也可以不将线圈10与线圈20一体成型。一般而言，在压粉电感器中，难以对成型后的线圈之间的位置进行控制来成型。因此，也可以组合将一个线圈的中心相互错开位置来埋设的两个压粉电感器来实现图2所示的构造。

另外，从条件2与条件3、以及条件5与条件6的结果的比较可知，有线圈的高度h越高，耦合系数k的变化越稳定的倾向。在如压粉电感器那样难以控制埋设的线圈的位置的情况下，为了减小耦合系数k的变化而尽量增加线圈的高度h，使制造较为容易。

此外，也存在即使不使耦合系数k大致为0，只要能够稍稍减少耦合系数k即可的情况。例如，根据条件3的压粉电感器，若设为0.65≤S/D≤0.81左右，则能够为与现有的复合电感器同程度的耦合系数k＜1％。

(实施例2)

上述的复合电感器是由压粉成型形成的复合电感器，但即使是由铁氧体构成的复合电感器，上述的原理也成立。图6以及图7是用于对本发明的复合电感器的第二实施例进行说明的图，图6表示立体图，图7的(a)、图7的(b)分别表示图6的A-A剖面、图6的B-B剖面。

复合电感器51是由以下元件构成的铁氧体电感器，即：由铁氧体构成的剖面E字形状的E芯体61、71、由铁氧体构成的板状的I芯体81、被赋予绝缘涂层的导线沿边卷绕为环状的线圈11、21以及树脂制的基体91。

E芯体61、71在内部分别收纳线圈11、21，配置于I芯体81的两面，并搭载于基体91。线圈11的端部11a、11b以及线圈21的端部21a、21b从基体91的下表面引出，剥离绝缘涂层的一部分而成为安装端子。

这里，E芯体61的中间腿61a的中心C₆₁与E芯体71的中间腿71a的中心C₇₁设置为分别向相反方向偏离。因此，在组装时，中间腿的中心彼此的位置偏移。另外，复合电感器51在E芯体61的中间腿与I芯体81之间以及E芯体71的中间腿与I芯体81之间设置有间隙G。

图8是表示对在本实施例的复合电感器51中改变轴间隔S的情况下的线圈11与线圈21之间的耦合系数进行了仿真的结果的曲线图。在图8中，横轴表示S/D，纵轴表示耦合系数k。这里线圈11、21的平均直径D＝5.8mm。

从图8的结果可知，在S/D＝0(轴间隔S＝0，换句话说为与现有的复合电感器相同的构造)的情况下，耦合系数k也有2.4％，但在S/D＝0.69(轴间隔S＝4mm)时，耦合系数k大致为0。

另外，例如在作为数字放大器而经常使用的BTL(Bridge Tied Load：桥接负载)连接的数字放大器电路中，由于针对每一个信道使用两个电感器，因此在左右两信道中需要合计四个电感器。

图9是BTL连接的数字放大器的与一个信道相对应的电路图。

串联连接的n型MOS晶体管Tr2、Tr1以及串联连接的n型MOS晶体管Tr4、Tr3连接于电源+V与－V之间。

通过声音等输入信号与输入到比较器CMP的输入信号Vin和三角波的基准信号进行比较，从而生成PWM调制后的PWM信号。栅极驱动器1从PWM信号生成晶体管Tr1、Tr2的驱动信号V_G1、V_G2。驱动信号V_G1、V_G2连接至晶体管Tr1以及晶体管Tr2的栅极。

栅极驱动器2从反转PWM信号而得到的nPWM信号生成晶体管Tr3、Tr4的驱动信号V_G3、V_G4。驱动信号V_G3、V_G4分别连接至晶体管Tr3以及晶体管Tr4的栅极。

晶体管Tr1的漏极与晶体管Tr2的源极的连接点V_SW1输入到由电感器L1和电容器C1构成的LC过滤器，输出Vout₁与扬声器SP的一个端子连接。

同样地，晶体管Tr3的漏极与晶体管Tr4的源极的连接点V_SW2输入到由电感器L2与电容器C2构成的LC过滤器，输出Vout₂与扬声器SP的另一个端子连接。以下，将Vout₁与Vout₂之间的电压称为输出信号Vout。

在立体声的情况下，还需要一个与图9所示的电路相同的电路，在这样的情况下，将四个线圈一体化的复合电感器有利于减少安装面积。

(实施例3)

图10是用于对本发明的复合电感器的第三实施例进行说明的纵剖视图。如图10所示，复合电感器52是将被赋予绝缘涂层的导线卷绕成环状的四个线圈12、22、32、42埋设于含磁粉树脂62中而一体成型的压粉电感器。复合电感器52称为4in1电感器。

线圈12、22、32、42为相同形状、相同尺寸，并配置为开口面平行。

线圈12与线圈32的各自的卷绕轴配置于轴C₁₂上，线圈22与线圈42的各自的卷绕轴配置于轴C₂₂上，线圈12、22、32、42被配置为相互不同。

线圈12、22、32、43的终端引出到复合电感器52的外包装，剥离绝缘涂层而成为安装端子。

图11是表示对相对于轴C₁₂与轴C₂₂之间的轴间隔S的耦合系数k进行仿真的结果的曲线图。在图11中，

○标记表示线圈12与线圈22之间的耦合系数k12、线圈22与线圈32之间的耦合系数k23或者线圈32与线圈42之间的耦合系数k34，

△标记表示线圈12与线圈32之间的耦合系数k13或者线圈22与线圈42之间的耦合系数k24。

从图11的结果可知，不同的直线上的邻接的线圈彼此能够使耦合系数k为0，但对于卷绕轴在相同的直线上的线圈彼此而言，比卷绕轴在不同的直线上的邻接的线圈彼此远离更远距离，但仍无法使耦合系数k为0。

这里，进行了在图9的电路图中，在电感器L1与电感器L2的耦合系数k发生变化的情况下，比较输入信号Vin与LC过滤器的输出信号Vout的波形的仿真。图12是表示其仿真结果的曲线图。

从图12的结果可知，在耦合系数k＝30％的情况下，输出信号Vout的变形较大，但耦合系数k＝6％的情况与耦合系数k＝0％的情况没什么不同。

另外，进行了准备两个图9的电路CH1、CH2，在CH1与CH2的电感器L1彼此的耦合系数为0％与6％的情况下，比较CH2的输入信号与CH2的输出信号Vout的波形的仿真。图13是表示其仿真结果的曲线图，图13的(a)表示耦合系数k＝0的情况，图13的(b)表示耦合系数k＝6％的情况。此外，将CH1的输入信号Vin设为10KHz的正弦波，将CH2的输入信号Vin设为2KHz的正弦波，将PWM调制的频率设为450KHz。

从图13的(a)和图13的(b)的结果可知，即使在耦合系数k＝6％的情况下，CH2的输出信号的波形也会变形。

从上述的结果可知，对于BTL连接的数字放大器的LC滤波电路而言，若是相同的信道内的电感器彼此，则流过两个线圈的电流始终相同，所以能够允许稍微的耦合，但流过不同的信道两个线圈的电流不同，因此尽量避免信道间的耦合较好。

因此，可知在将如图10所示的复合电感器52用于图9所示的BTL连接的数字放大器的电路图的情况下，优选将线圈12与线圈32的对用于一个信道，将线圈22与线圈42的对用于另一个信道。

此外，在复合电感器52中，线圈22与线圈32在两侧存在线圈，与此相对，线圈12与线圈42仅在单侧存在线圈。因此，线圈12与线圈22以及线圈32与线圈42即使是完全相同的形状，也在电感值中产生差。在这样的情况下，可以以从线圈12到复合电感器的端面的厚度t1以及从线圈42到复合电感器的端面的厚度t2对各个线圈的电感进行调整，从而优化复合电感器的特性。

此外，在本实施例中，虽然为了说明4in1电感器的耦合的关系，而使用BTL连接的数字放大器电路来进行了说明，但并不限定于数字放大器，例如，对于图14所示那样的多信道的DC-DC转换器而言，通过考虑上述的耦合的关系而采用复合电感器，从而能够减少安装面积，并且能够确保DC-DC转换器的动作的稳定化。另外，进行一体化的线圈并不限定于两个和四个，也可以将更多的线圈一体化。

(实施例4)

对于上述的实施例而言，线圈都为相同的尺寸，但也可以是不同的尺寸。

图15是用于对本发明的复合电感器的第四实施例进行说明的纵剖视图。

如图15所示，复合电感器53是将线圈13、与线圈13相比直径较小的线圈23、33埋设于含磁性体树脂63而一体成型的压粉电感器。

若将线圈13的卷绕轴设为轴C₁₃，将线圈23的卷绕轴设为轴C₂₃，将线圈33的卷绕轴设为轴C₃₃，则线圈13、23、33配置为轴C₁₃处于轴C₂₃与轴C₃₃的中间，线圈23与线圈33将开口面配置于相同平面上，线圈13配置为与线圈23以及线圈33不同层次。在该情况下，在线圈13与23以及线圈13与33之间的耦合系数大致为零的同时，配置于相同平面上的线圈23与33之间的耦合系数由于轴间隔较大地完全分离而能够被抑制得较低。

这样，线圈的形状并不限定于相同形状。例如，能够使用线圈的形状是除了圆形之外的椭圆、长方形等各种形状的线圈。只要线圈的一部分重叠，就能够应用本发明。

Claims (4)

1.一种复合电感器，是将多个线圈一体化后的复合电感器，其特征在于，

由在第一直线上对齐卷绕轴而配置的第一线圈组以及在第二直线上对齐卷绕轴而配置的第二线圈组构成，

所述第一线圈组的线圈与所述第二线圈组的线圈配置为相互不同，

所述第一线圈组的线圈与所述第二线圈组的线圈在从卷绕轴方向观察时一部分重叠。

2.根据权利要求1所述的复合电感器，其特征在于，

所述复合电感器是由含磁粉树脂构成的压粉电感器。

3.根据权利要求1所述的复合电感器，其特征在于，

所述复合电感器由板状的芯体以及配置于所述板状的芯体的两面的剖面E字形状的芯体构成。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的复合电感器，其特征在于，

所述多个线圈是四个线圈，

将所述第一线圈组在两个对称电路中的一个电路中成对使用，

将所述第二线圈组在两个对称电路中的另一个电路中成对使用。