CN111213216B - 线圈组件、电路板以及电源装置 - Google Patents

Abstract

一种用于两相变压器耦合的线圈组件包括：第一线圈；第二线圈；以及磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈设置在所述磁芯处，其中，所述磁芯包括：第一磁脚，所述第一线圈设置在所述第一磁脚处；第二磁脚，所述第二线圈设置在所述第二磁脚处；中央脚部分，其位于所述第一磁脚与所述第二磁脚之间；一对连接部分，其将所述第一磁脚、所述中央脚部分和所述第二磁脚平行连接在一起；主间隙，其位于所述中央脚部分中；第一间隙，其位于所述第一磁脚中；以及第二间隙，其位于所述第二磁脚中。所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数不小于0.7。

Description

线圈组件、电路板以及电源装置

技术领域

本发明涉及线圈组件、电路板以及电源装置。

本申请要求于2017年10月25日提交的日本专利申请No.2017-206159的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

在用于执行升压操作的DC-DC转换器中设置的电路的一个示例是在专利文献1的图5中所示的两相型的变压器耦合升压斩波电路。专利文献1公开了一种用于该电路的线圈组件，该线圈组件包括通过组合两个E形芯而获得的磁芯。如图7所示，该磁芯300包括：第一磁脚310，在该第一磁脚处设置第一线圈101；第二磁脚320，在该第二磁脚处设置第二线圈102；中央脚部分330，其位于第一磁脚310和第二磁脚320之间；以及一对连接部分340、340，该对连接部分将第一磁脚310、中央脚部分330和第二磁脚320平行夹在中间。中央脚部分330包括间隙330g。

引文列表

【专利文献】

专利文献1：日本特开专利公开No.2013-198211

发明内容

本公开的线圈组件是一种用于两相变压器耦合的线圈组件，所述线圈组件包括：第一线圈和第二线圈；以及磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈设置在所述磁芯处。所述磁芯包括：第一磁脚，所述第一线圈设置在所述第一磁脚处；第二磁脚，所述第二线圈设置在所述第二磁脚处；中央脚部分，其位于所述第一磁脚与所述第二磁脚之间；一对连接部分，其将所述第一磁脚、所述中央脚部分和所述第二磁脚平行连接在一起；主间隙，其位于所述中央脚部分中；第一间隙，其位于所述第一磁脚中；以及第二间隙，其位于所述第二磁脚中。所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数不小于0.7。

本公开的电路板包括本公开的线圈组件。

本公开的电源装置包括本公开的电路板。

附图说明

图1是示出实施例1的线圈组件的示意配置图。

图2是示出实施例1的线圈组件所包含的磁芯的示例的示意配置图。

图3是用等效电路示出实施例1的电路板的示例的示意配置图。

图4是示出耦合系数(coupling coefficient)和纹波电流(ripple current)之间的关系的图。

图5是示出流过测试示例2的样品号1的线圈组件中各线圈的电流的波形的图。

图6是示出流过测试示例2的样品号100的线圈组件中各线圈的电流的波形的图。

图7示出在第一磁脚和第二磁脚没有间隙的线圈组件，且说明对设置于各磁脚处的线圈进行激励时的磁通的状态。

具体实施方式

【本公开所要解决的问题】

对于上述在两相变压器耦合中使用的线圈组件，希望不太可能发生磁饱和。

诸如开关的电路组件经由布线图案等连接到上述第一线圈101和第二线圈102。由于布线图案和电路组件中的制造误差、连接条件的变化等，在流经各个线圈101、102的电流之间可能出现大的差异。在上述磁芯300中，存在由电流差引起磁饱和的可能性。其原因将在下面描述。在图7中，虚线箭头表示当每个线圈101、102被激励时的漏磁通(leakagemagnetic flux)的状态，实线箭头表示交链磁通(interlinkage magnetic flux)的状态。

在图7所示的线圈组件400中，第二线圈102设置在磁芯300的第二磁脚320处，以便在中央脚部分330附近抵消由设置在磁芯300的第一磁脚310处的第一线圈101产生的磁通。由流过每个线圈101、102的DC电流产生的磁通穿过从每个磁脚310、320穿过中央脚部分330的磁路，如虚线箭头所示。即，中央脚部分330主要形成用于漏磁通(未交链的磁通)的磁路。另一方面，由于施加到两个线圈101、102的电压的变化而引起的磁通的交链分量主要通过从一个磁脚310经过另一个磁脚320的磁路而不通过中央脚部分330，如实线箭头所示。该磁路是两个线圈101、102的变压器耦合的磁路。在将各线圈101、102的匝数设为N且将流过各线圈101、102的直流电流设为I₁、I₂的情况下，除了上述交链磁通之外，还有N×(I₁-I₂)表示的磁通也通过变压器耦合磁路。从上述表达式可以明显看出，随着线圈101、102之间的电流差(I₁-I₂)增大，通过变压器耦合磁路的磁通量增大，使得磁芯300达到磁饱和。当发生磁饱和时，不能执行诸如升压操作或降压操作的预定电压变换操作。

例如，通过增大磁芯的磁路的截面积，能够抑制磁饱和。然而，在这种情况下，线圈组件的尺寸增加。替代地，例如，通过检测电流差并单独设置用于减小电流差的控制电路，可以使由于电流差而导致的磁饱和发生的可能性更小。然而，在这种情况下，电路配置是复杂的。因此，优选的是，线圈组件具有小尺寸和简单的配置，并且不太可能引起磁饱和。

考虑到上述情况，一个目的是提供一种其中不太可能发生磁饱和的线圈组件。另一目的是提供一种不太可能发生磁饱和的电路板及电源装置。

【本公开的效果】

在上述线圈组件中，不太可能发生磁饱和。上述电路板和上述电源装置使得能够有利地执行预定的电压变换操作(voltagetransforming operation)。

【本公开的实施例的描述】

首先，列出并描述本公开的实施例。

(1)根据本发明的一个方式的线圈组件是用于两相变压器耦合的线圈组件，所述线圈组件包括：第一线圈和第二线圈；以及磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈设置在所述磁芯处。所述磁芯包括：第一磁脚，所述第一线圈设置在所述第一磁脚处；第二磁脚，所述第二线圈设置在所述第二磁脚处；中央脚部分，其位于所述第一磁脚与所述第二磁脚之间；一对连接部分，其将所述第一磁脚、所述中央脚部分和所述第二磁脚平行连接在一起；主间隙，其位于所述中央脚部分中；第一间隙，其位于所述第一磁脚中；以及第二间隙，其位于所述第二磁脚中。所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数不小于0.7。

在上述线圈组件中，除了主间隙之外，还在设置有线圈的磁脚上设置间隙。因此，在流过各个线圈的DC电流之间基本上没有差异的情况下，由于主间隙，可使得不太可能发生由于上述DC电流的激励而导致的磁饱和。另外，即使在流过各线圈的电流之间产生差异，由于在各磁脚中设置的间隙，也可使得不太可能发生由于电流差而导致的磁饱和。因此，上述线圈组件不太可能引起磁饱和。特别是，上述线圈组件不易产生磁饱和，同时具有在各磁脚中设置了间隙的简单结构。

另外，在上述线圈组件中，在使两个线圈之间的耦合系数不小于0.7的范围内，在各磁脚中设置间隙。因此，由于耦合系数的减小而引起的纹波电流的增加很小(参见稍后描述的测试示例1)，并且因此可以减小纹波电流对整个电路的影响。如果将上述线圈组件用于诸如两相变压器耦合的升压/降压电路等的电压变换电路，则不易产生由上述电流差引起的磁饱和，且纹波电流的增加为小，因此能够良好地执行预定电压变换操作。

另外，设置在各磁脚中的间隙可做得较小(参照以下的配置(2)、(3))，因此，不需要使包含间隙的磁芯的尺寸过大地增加。因此，上述线圈组件具有小尺寸。

(2)作为示例，上述线圈组件可以被配置成使得第一间隙的间隙长度和第二间隙的间隙长度中的每一个都比主间隙的间隙长度短。

在上述配置中，由于磁脚的间隙长度比主间隙的间隙长度短，所以能够容易地确保耦合系数为大，并且能够容易地减小纹波电流的增大。另外，能够容易地抑制包括间隙的磁芯的尺寸增加。因此，在上述配置中，不容易发生磁饱和，可以容易地减小纹波电流的影响，并且可以实现尺寸减小。

(3)作为示例，上述(2)的线圈组件可以被配置成使得第一间隙的间隙长度和第二间隙的间隙长度中的每一个不大于主间隙的间隙长度的10％。

在上述配置中，磁脚的间隙长度比主间隙的间隙长度更短。因此，在上述配置中，不容易发生磁饱和，可以更容易地减小纹波电流的影响，并且可以实现进一步的尺寸减小。

(4)本公开的一种方式的电路板包括上述(1)至(3)中的任一项所述的线圈组件。

上述电路板包括上述线圈组件，其中，由于电流差导致的磁饱和不太可能发生，并且纹波电流的增加为小。因此，如果上述电路板用于诸如两相变压器耦合的升压/降压电路的电压变换电路，则可以有利地执行预定的电压变换操作。

(5)本公开的一种方式的电源装置包括上述(4)所述的电路板。

上述电源装置包括设置有上述线圈组件的上述电路板，其中，由于电流差导致的磁饱和不太可能发生，并且纹波电流的增加为小。因此，如果将上述电源装置用于诸如两相变压器耦合的升压/降压转换器的转换器，则可以有利地执行预定的电压变换操作。

【本公开的实施例的细节】

以下，根据需要，参照附图对根据实施例的线圈组件、电路板以及电源装置进行具体说明。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

【实施例1】

参照图1至图3，将描述实施例1的线圈组件4、电路板5和电源装置6。在图3中，电路板5的轮廓由等效电路示出，并且除了线圈组件4之外的主要电路元件由电路符号表示。另外，在图3中，为了便于理解，相对于板体50以强调的方式主要示出了线圈组件4。

(整体配置)

实施例1的线圈组件4用于两相变压器耦合，如图1所示，线圈组件4包括第一线圈1、第二线圈2和磁芯3，第一线圈1和第二线圈2设置在所述磁芯3处。即，在线圈组件4中，两个独立的线圈1、2设置在一个磁芯3处。磁芯3包括：第一磁脚31，第一线圈1设置在该第一磁脚31处；第二磁脚32，第二线圈2设置在该第二磁脚32处；中央脚部分33，其位于第一磁脚31和第二磁脚32之间；以及，一对连接部分34其将第一磁脚31、中央脚部分33和第二磁脚32并联连接在一起。在中央脚部分33中，插入有主间隙33g。第二线圈2设置在第二磁脚32处，以抵消由第一线圈1产生的磁通。

另外，在实施例1的线圈组件4中，除了主间隙33g之外，磁芯3具有还在各磁脚31、32中的间隙(第一间隙31g、第二间隙32g)。另外，在线圈组件4中，第一线圈1和第二线圈2之间的耦合系数不小于0.7。在下文中，将描述每个组成构件。

(线圈)

第一线圈1和第二线圈2各自包括通过螺旋地缠绕导线而形成的圆柱形绕组部分(cylindrical winding portion)。电源51(图3)等通过布线图案等连接到从绕组部分延伸的导线的端部。

作为形成线圈1、2的导线，可以有利地使用通过在导线的外表面周围形成绝缘涂层而获得的带涂层的导线。形成导线的材料的示例包括铜、铝及其合金。形成绝缘涂层的材料是例如树脂，如称为搪瓷(enamel)的聚酰胺-酰亚胺。在该示例中，形成线圈1、2的导线是具有相同规格(材料、宽度、厚度、截面积等)的带涂层的矩形导线。另外，本例的线圈1、2是相同规格(绕组直径、绕组匝数、正常长度等)的圆柱形扁立线圈(cylindrical edgewisecoils)。

可以适当地选择导线的规格和绕组部分的规格。作为导线的另一示例，可以使用用于线圈的已知导线材料，例如矩形导线、圆形导线、带涂层的圆形导线或绞合线。如在该示例中，使用矩形线作为导线有助于增加占空系数，并有助于形成小尺寸的线圈。另外，通过使用矩形线作为导线形成的线圈在形状保持性能方面比绞合线更优异，并且即使线圈独立于磁芯3来制造，也能够保持中空形状。另外，如本示例那样使用圆柱形扁立线圈，即使在绕组直径比较小的情况下，也容易制造，并提供优异的制造性。

(磁芯)

磁芯3是包括软磁性材料并形成闭合磁路的磁性构件。磁芯3包括圆柱状的第一磁脚31，第一线圈1的绕组部分设置在圆柱状的第一磁脚31处；圆柱状的第二磁脚32，第二线圈2的绕组部分设置在圆柱状的第二磁脚32处；圆柱状的中央脚部分33，其位于并列布置以彼此分离的两个磁脚31、32之间；以及一对板状的连接部分34，其将依次布置的第一磁脚31、中央脚部分33和第二磁脚32夹在中间并将它们连接。实施例1的线圈组件4中包括的磁芯3具有位于中央脚部分33中的主间隙33g、位于第一磁脚31中的第一间隙31g和位于第二磁脚32中的第二间隙32g。在该示例中，如图2所示，第一间隙31g的间隙长度L₃₁和第二间隙32g的间隙长度L₃₂比主间隙33g的间隙长度L₃₃短。

如图2所示，通过组合一对E形的分离的芯件3a、3b使得它们的开口部分彼此面对，来形成该示例中的磁芯3。具体地，在实施例1的线圈组件4中，由于在磁脚31、32和中央脚部分33中分别设置有间隙31g、32g、33g，所以分离的芯件3a、3b被组合以根据间隙长度而彼此间隔开。由于磁芯3通过组合多个分离的芯件3a、3b而形成，因此能够容易地提供上述空间，并且因此能够提供间隙31g、32g、33g。在线圈1、2是诸如能够如上所述独立于磁芯3而制造的扁立线圈的线圈的情况下，线圈1、2和分离的芯件3a、3b能够容易地彼此组合。如果如在该示例中，分离的芯件的数量是两个，则可以减少组合的组件的数量。这使得线圈组件4的可制造性良好。

在该示例中，分离的芯件3a、3b具有相同的形状和相同的尺寸。因此，在以下描述中，将以一个分离的芯件3a为代表进行描述。对于另一个分离的芯件3b，可以通过用“b”代替附图标记“a”来应用以下描述。形成相同形状和相同尺寸的两个分离的芯件3a、3b提供了这样的效果：例如，当通过模具模制分离的芯件3a、3b时，它们可以通过相同的模具模制，从而导致优异的批量生产率，并且它们可以容易地组合，从而导致优异的组装可操作性。

分离的芯件3a包括形成磁脚31、32的一部分的两个磁脚件31a、32a、位于两个磁脚件31a、32a之间并形成中央脚部分33的一部分的中央脚件33a、以及支撑两个磁脚件31a、32a和中央脚件33a的一个连接部分34a。两个磁脚件31a、32a和中央脚件33a从连接部分34a的内表面突出。在该示例中，两个磁脚件31a、32a的突出高度实质上彼此相等，且比中央脚件33a的突出高度稍大。因此，当两个分开的芯件3a、3b彼此结合使得在磁脚件31a、31b之间以及在磁脚件32a、32b之间形成预定空间时，可以在两个分离的芯件3a、3b的中央脚件33a、33b之间提供比磁脚件之间的上述空间更大的空间。所述更大的空间被限定为主间隙33g。形成第一磁脚31的两个磁脚件31a、31b之间的空间被限定为第一间隙31g。形成第二磁脚32的两个磁脚件32a、32b之间的空间被限定为第二间隙32g。

例如，磁脚31、32(磁脚件31a、32a、31b、32b)及中央脚部分33(中央脚件33a、33b)可以具有诸如圆柱形状、长方体形状等适当的柱状形状。磁脚31、32的形状也可以不类似于线圈1、2的内圆周形状，但如果磁脚31、32的形状类似于线圈1、2的内圆周形状(在本示例中为圆柱形状)，则能够容易地将线圈1、2或磁脚31、32彼此组合，得到线圈组件4的良好制造性。连接部分34(34a、34b)例如可以具有矩形板形状。可以在能够获得预定磁路截面积的范围内适当地选择磁芯3的形状(磁脚31、32的形状、中央脚部分33的形状和连接部分34的形状)。

<<间隙>>

线圈组件4在磁芯3中具有在未设置两个线圈1、2的中央脚部分33中的主间隙33g。在如上所述的磁芯3中，在线圈组件4用于两相变压器耦合的情况下，不太可能发生由于基于每个线圈1、2的漏磁通引起的磁饱和。此外，线圈组件4在磁芯3中具有设置有线圈1、2的磁脚31、32中的间隙31g、32g。在如上所述的磁芯3中，在线圈组件4用于两相变压器耦合并且在流过两个线圈1、2的电流之间出现差异的情况下，不太可能出现由于基于电流差的磁通而导致的磁饱和。

适当地设定主间隙33g的间隙长度L₃₃，以便如上所述地减小由于漏磁通引起的磁饱和。第一间隙31g的间隙长度L₃₁和第二间隙32g的间隙长度L₃₂被设定在这样的范围内，以便减小由于如上所述的电流差而引起的磁饱和，并且防止两个线圈1、2之间的耦合系数由于间隙31g、32g而过度减小。这是因为耦合系数的减小导致纹波电流的增加。在两相变压器耦合的电压变换电路等中，纹波电流的增加会导致用于开关52至开关55(图3)的半导体元件的损耗增加、电容器56(图3)中的发热量增加、以及其热损坏。因此，间隙长度L₃₁、L₃₂被设定为在纹波电流的增加为小的范围内的值，具体地，间隙长度L₃₁、L₃₂被设定为使得耦合系数不小于0.7的值。这种间隙长度L₃₁、L₃₂可以比主间隙33g的间隙长度L₃₃短。例如，间隙长度L₃₁、L₃₂被设定为不大于主间隙33g的间隙长度L₃₃的10％。随着间隙长度L₃₁、L₃₂减小，耦合系数可以更容易地增加，并且纹波电流的增加也可以更容易地减小。从增大耦合系数的观点来看，间隙长度L₃₁、L₃₂优选地不大于主间隙33g的间隙长度L₃₃的9.5％，并且进一步优选地，间隙长度L₃₁、L₃₂不大于主间隙33g的间隙长度L₃₃的9％、8.5％或8％。另一方面，随着间隙长度L₃₁、L₃₂增加，如上所述的由于电流差导致的磁饱和可以更容易地减小。因此，例如，间隙长度L₃₁、L₃₂被设定为不小于主间隙33g的间隙长度L₃₃的1％，并且进一步不小于主间隙33g的间隙长度L₃₃的2％或3％。

间隙长度L₃₁、L₃₂可以彼此不同。但是，如果间隙长度L₃₁、L₃₂如本示例那样实质相等，则容易使磁通均匀地流过磁脚31、32。

此外，如图1所示，间隙31g、32g可以设置到磁芯3上，以便位于各个线圈1、2中。

<<线圈的布置>>

由于实施例1的线圈组件4用于两相变压器耦合，所以第一线圈1和第二线圈2安装到磁芯3，以便相互抵消在通电(energization)期间由各个线圈1、2产生的磁通。另外，向线圈1、2提供电流以形成这种磁通流。

<<耦合系数>>

在实施例1的线圈组件4中，如上所述，虽然除了主间隙33g之外，磁芯3还具有间隙31g、32g，但两个线圈1、2之间的耦合系数不小于0.7。因此，在例如构成设置有线圈组件4的两相变压器耦合的电压变换电路的情况下，纹波电流的增加为少，能够长期稳定地执行升压操作、降压操作等的电压变换操作。随着耦合系数增加，纹波电流的增加可更容易地减少。从这个观点来看，耦合系数优选不小于0.75，并且进一步优选不小于0.78或不小于0.8。间隙长度L₃₁、L₃₂被设定为使得耦合系数变得不小于0.7。

注意，耦合系数是根据以下关系式计算的。在耦合系数由k表示、第一线圈1的自感由L1表示、第二线圈2的自感由L2表示、并且两个线圈1、2之间的互感由M表示的情况下，耦合系数k满足k²＝M²/(L1×L2)。

使用商业模拟软件等，可以预先计算耦合系数和纹波电流之间的相关数据、施加的电流值和针对每个耦合系数的间隙长度L₃₁、L₃₂之间的相关数据等。通过使用上述相关数据，可以根据期望的要求容易地选择耦合系数的更优选的值、间隙长度L₃₁、L₃₂的更优选的值、所使用的电流值的更优选的值等。

<<材料>>

作为磁芯3(这里为分离的芯件3a、3b)，可以使用由已知材料制成的各种类型的芯。示例包括烧结体(如铁氧体磁芯)、使用软磁性材料的粉末的粉末压实体、由包含树脂和软磁性材料的粉末的复合材料制成的成型体、以及通过层叠软磁性片材(如电磁钢片)形成的层叠体。

主间隙33g和间隙31g、32g中的至少一个可以是空气间隙。例如，线圈组件4可以设置有形状保持构件(未示出)，该形状保持构件能够保持分离的芯件3a、3b的组合状态，使得主间隙33g是空气间隙，并且间隙31g、32g部分地包括空气间隙。主间隙33g和间隙31g、32g中的至少一个可以包括由固体非磁性材料形成的间隙材料。非磁性材料的示例包括非金属无机材料(如氧化铝)和非金属有机材料(如树脂)。作为间隙材料，可以使用各种类型(例如平板或具有预定形状的树脂模制体)。间隙材料可以通过粘合剂等固定到分离的芯件3a、3b。主间隙33g和间隙31g、32g中的一个或两个可以是空气间隙，而其它间隙可以包括间隙材料。例如，主间隙33g可以是空气间隙，并且间隙31g、32g可以包括间隙材料。在这种情况下，如果间隙材料是具有粘性的材料(例如双面胶带或粘合剂)，则间隙材料可以用作磁性间隙，并且还可以用作用于使分离的芯件3a、3b一体化的接合构件。将分离的芯件3a、3b的磁脚件31a、31b和磁脚件32a、32b通过如上所述的也用作接合构件的间隙材料而彼此接合的情况下，能够增强组装的磁芯3的强度，并且改善形状保持属性。能够容易地减小双面胶带或粘合剂层的厚度，因此，对于相对较小的磁性间隙的间隙31g、32g来说，能够适当地使用双面胶带或粘合剂层。

(应用)

实施例1的线圈组件4能够作为用于进行两相变压器耦合的电路板5的组件之一来使用。电路板5可以用作用于进行两相变压器耦合的电源装置6的组件之一。在图3中，部分地且概念性地示出了在电源装置6情况下容纳电路板5的一部分的状态。作为示例，电路板5可以是形成两相变压器耦合的升压/降压斩波电路的DC-DC转换器。包括这种电路板5的电源装置6可以用作安装在诸如混合动力车辆、电动车辆或燃料电池车辆之类的车辆上的转换器。

(电路板)

如图3所示，实施例1的电路板5包括实施例1的线圈组件4。典型地，电路板5包括各种电路组件，包括线圈组件4、这些电路组件安装在其上的板体50、以及设置在板体50上并连接到电路组件的布线图案(未示出)。这样的电路组件是根据电路板5的预期用途而设置的，且通常经由布线图案连接。线圈组件4中的线圈1、2的导线端部与布线图案连接。对于连接，可以使用诸如焊接或螺纹连接的已知连接方法。

图3示出了以下示例：其中电路板5是形成两相变压器耦合的升压/降压斩波电路的DC-DC转换器。除了线圈组件4之外，电路板5还包括DC电源51、开关52至开关55、电容器56、负载57等作为电路组件。作为开关52至开关55，使用诸如图3中作为示例示出的MOSFET的半导体元件。电路板5包括用于执行开关52至开关55等的断开/闭合控制的控制电路(未示出)。通过由控制电路对开关52至开关55进行打开/闭合控制，电路板5可以降低电源51的电压，并将降低的电压输出到负载57(降压操作)。另一方面，在输入和输出被反转的情况下，即，在图3所示的负载57被电源代替并且电源51被负载代替的情况下，改变开关52至开关55的控制方式，使得电源电压可以被升压并输出到负载(升压操作)。作为电路板5的基本结构、材料等，可以使用来自已知技术的那些，因此省略其详细描述。

(电源装置)

实施例1的电源装置6包括实施例1的电路板5。图3示出以下示例：其中电源装置6包括电路板5，其是如上所述的形成两相变压器耦合的升压/降压斩波电路的DC-DC转换器。对于电源装置6中的其它配置，可以使用已知的配置，并且省略其详细描述。

(主要效果)

实施例1的线圈组件4具有如下的简单结构，即，除了主间隙33g之外，间隙31g、32g还设置在设置有线圈1、2的各磁脚31、32中，即使在流过各线圈1、2的电流之间存在较大的差异，也不容易产生由该电流差异引起的磁饱和。另外，在实施例1的线圈组件4中，在使得两个线圈1、2之间的耦合系数不小于0.7的范围内设定间隙31g、32g。因此，可以减少纹波电流的增加。基于下面的测试示例，对该效果进行具体说明。

在将包括实施例1的线圈组件4的实施例1的电路板5和包括该电路板5的实施例1的电源装置6用于例如两相变压器耦合的升压/降压电路或包括该电路的转换器的情况下，纹波电流的增加减少，不容易产生如上所述的基于上述电流差的磁饱和。因此，可以在长时间内有利地执行预定的电压变换操作。

另外，如上所述，由于间隙31g、32g能够做得比较小，因此能够容易地使包括间隙31g、32g的磁芯3小型化。因此，实施例1的线圈组件4的尺寸较小。

[测试示例1]

制造用于两相变压器耦合的线圈组件，并且在改变耦合系数的同时研究纹波电流。其结果如图4所示。

这里，图7所示的线圈组件400被用作基本配置。即，使用线圈组件作为基本配置，所述线圈组件包括第一线圈、第二线圈和磁芯，磁芯具有第一磁脚、第二磁脚、包含主间隙的中央脚部分以及连接部分，并且在第一磁脚和第二磁脚中设置间隙。在下文中，将设置于第一磁脚和第二磁脚的间隙称为附加间隙。这里，通过改变附加间隙的间隙长度来改变耦合系数。使用商业的电流探头，测量在流过具有不同耦合系数的各线圈组件的预定电流时的纹波电流。

图4是示出耦合系数与纹波电流[Ap-p]之间的关系的图。横轴表示耦合系数，并且纵轴表示纹波电流([Ap-p]，峰-峰值)。如图4所示，可以发现，当耦合系数接近1时，纹波电流变小。当耦合系数为0.7时的纹波电流是当耦合系数为1时的纹波电流的1.44倍，因此与当耦合系数为1时相比，纹波电流的增加小于1.5倍。当耦合系数不小于0.7时，纹波电流的增加进一步减小，即，1.4倍或更小，并且进一步地，1.3倍或更小，然后1.2倍或更小。这表明提供使耦合系数不小于0.7的范围内的附加间隙减少了纹波电流的增加。

[测试示例2]

制造用于两相变压器耦合的线圈组件，该线圈组件包括仅具有主间隙的线圈组件和具有主间隙和附加间隙的线圈组件。然后，在改变施加的电流值的同时研究磁饱和状态。

样品编号1是在磁芯中具有主间隙和附加间隙两者的线圈组件，并且对应于图1所示的实施例1的线圈组件4。

样品编号100是仅具有主间隙而没有附加间隙的线圈组件，并且对应于图7所示的线圈组件400。

除了存在/不存在附加间隙之外，两个样品的线圈组件的规格基本相同。

两个样品的主间隙的间隙长度为2mm。

在样品编号1中，作为附加间隙的第一间隙和第二间隙的间隙长度各自为0.13mm(主间隙的6.5％)。附加间隙的总间隙长度为0.26mm，其比主间隙的间隙长度短。

样品编号1的耦合系数为约0.84。在样品编号1中，纹波电流的增加是与耦合系数为1的情况时的约1.2倍或更小。

样品编号100的耦合系数为约0.98。

在该测试中，改变DC电流并将其提供给第一线圈和第二线圈。使用商业的电流探头测量此时的电流波形，研究是否存在磁饱和。提供给线圈的直流电流的平均值在15A至100A的范围内选择。这里，在第一线圈和第二线圈之间提供大约5A的电流差。例如，在DC电流的平均值为80A的情况下，流经第一线圈的实际DC电流为大约77.5A，而流经第二线圈的实际DC电流为大约82.5A。对于这种电流差，比较鲁棒性。对于样品编号1和样品编号100，将所选择的直流电流的平均值[A]和磁饱和的状态示于表1和表2中。

对于样品编号1，图5示出了当DC电流为100A时第一线圈的电流波形和第二线圈的电流波形。对于样品编号100，图6示出了当DC电流为70A时第一线圈的电流波形和第二线圈的电流波形。在图5和图6所示的电流波形的图中，横轴表示时间(刻度值是5微秒＝5μs)，纵轴表示DC电流值[A]。

在该测试中，样品编号1和样品编号100使用不同的测量温度。包括主间隙和附加间隙的样品编号1的测量温度为130℃。仅包含主间隙的样品编号100的测量温度为60℃。可以说，随着测量温度增加，更可能发生磁饱和。

[表1]

温度	DC电流值[A]	磁饱和
			130℃	15	无
130℃	30	无
			130℃	50	无
130℃	60	无
			130℃	70	无
130℃	80	无
			130℃	90	无
130℃	100	无

[表2]

温度	DC电流值[A]	磁饱和
			60℃	15	无
60℃	30	无
			60℃	50	无
60℃	60	无
			60℃	70	轻微饱和
60℃	80	饱和

如表1所示，可以发现，即使当提供诸如100A的大电流时，具有主间隙和附加间隙的样品编号1的线圈组件也不太可能引起磁饱和。具体地，发现即使在其中可能发生磁饱和的诸如130℃的条件下，样品编号1的线圈组件也不太可能引起磁饱和。如图5所示，虽然第一线圈的电流波形和第二线圈的电流波形稍微彼此分离，但两者的电流波形为规则的形状，且不存在局部的峰值等。注意，由于耦合系数低到一定程度，所以出现电流之间的上述分离。

如表2所示，在仅具有主间隙的样品编号100的线圈组件中，尽管测量温度低至60℃的条件下，也不太可能发生磁饱和，但是当电流值为70A时，发生磁饱和。如图6所示，第一线圈的电流波形和第二线圈的电流波形通常彼此重叠，并且分离部分的数量少，但是非常大的分离部分以预定时间间隔重复出现。大的分离部分是由虚线表示的第二线圈的电流波形与由实线表示的第一线圈的电流波形分开的点周围的部分，并且具有接近90A的最大电流值。大的分离部分的出现意味着出现磁饱和。因此，可以说，在仅具有主间隙而不具有附加间隙的线圈组件中，流经第一线圈和第二线圈的电流之间的差不太可能被吸收，并且可能发生磁饱和。

从上述测试中已经表明，通过在用于两相变压器耦合的线圈组件中，除了主间隙之外还在设置线圈的相应磁脚处设置间隙(附加间隙)，可以减小磁饱和。

从上述测试示例1和测试示例2已经表明，在使得耦合系数不小于0.7的范围内如上所述地向各磁脚提供附加间隙可以减少纹波电流的增加，并且可以使得磁饱和不太可能发生。如果上述线圈组件用于例如包括电压变换电路(诸如两相变压器耦合升压/降压电路)的电路板或包括该电路板的电源装置，则纹波电流的增加少，不易产生磁饱，因此期望能够长期良好地执行如升压操作或降压操作的预定电压变换操作。

本发明并不限定于上述示例，而是由权利要求的范围所限定，并且旨在包括与权利要求的范围等同的含义和该范围内的所有变形。

例如，可以进行以下修改中的至少一个。

(1)可以修改分离的芯件的形状或分离数量。例如，一个分离的芯件形成为“I”形(长方体形状)，而另一个分离的芯件形成为“E”形。此外，根据间隙长度，E形芯件的第一磁脚和第二磁脚制成比中央脚部分长，然后与I形芯件结合。由此，能够构成间隙长度L₃₁、L₃₂比主间隙的间隙长度L₃₃短的线圈组件。

(2)形成在第一磁脚31中的第一间隙31g的尺寸和形成在第二磁脚32中的第二间隙32g的尺寸可以彼此不同。

(3)由绝缘材料制成的插入构件可以设置在磁芯与第一线圈和第二线圈中的每一个之间，可以设置覆盖每个线圈的绝缘涂层材料，或者可以设置覆盖磁芯的绝缘涂层材料。这种修改可以增强每个线圈和磁芯之间的绝缘属性。

(4)电路板或电源装置可以被配置为仅执行升压操作或仅执行降压操作。

注意，用于两相变压器耦合的线圈组件，换言之，例如是耦合电感器，能够如下表示。

一种耦合电感器，具有设置在磁芯(3)处的第一线圈(1)和第二线圈(2)，以便形成两相变压器耦合，其中

磁芯(3)包括

第一磁脚(31)，其是设置有所述第一线圈(1)的芯脚部分，所述第一磁脚(31)的中间部分具有第一间隙(31g)，

第二磁脚(32)，其是设置有所述第二线圈(2)的芯脚部分，所述第二磁脚(32)的中间部分具有第二间隙(32g)，

中央脚部分(33)，其位于第一磁脚(31)和第二磁脚(32)之间，中央脚部分(33)的中间部分具有主间隙(33g)，以及

一对连接部分(34(34a，34b))，其分别将第一磁脚(31)的相应脚端部、中央脚部分(33)的相应脚端部和第二磁脚(32)的相应脚端部平行连接在一起，以及

第一线圈(1)和第二线圈(2)之间的耦合系数不小于0.7。

参考符号列表

1,101 第一线圈

2,102 第二线圈

3,300 磁芯

3a,3b 分离的芯件

31,310 第一磁脚

32,320 第二磁脚

33,330 中央脚部分

34,34a,34b,340 连接部分

31g 第一间隙

32g 第二间隙

33g 主间隙

31a,32a,31b,32b 磁脚件

33a,33b 中央脚件

330g 间隙

4,400 线圈组件

5 电路板

50 板体

51 电源

52,53,54,55 开关

56 电容器

57 负载

6 电源装置

Claims (4)

1.一种用于两相变压器耦合的线圈组件，所述线圈组件包括：

第一线圈和第二线圈；以及

磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈设置在所述磁芯处，其中

所述磁芯包括：

第一磁脚，所述第一线圈设置在所述第一磁脚处，

第二磁脚，所述第二线圈设置在所述第二磁脚处，

中央脚部分，其位于所述第一磁脚与所述第二磁脚之间，

一对连接部分，其将所述第一磁脚、所述中央脚部分和所述第二磁脚平行连接在一起，

主间隙，其位于所述中央脚部分中，

第一间隙，其位于所述第一磁脚中，以及

第二间隙，其位于所述第二磁脚中，并且

所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数不小于0.7，所述第一间隙的间隙长度和所述第二间隙的间隙长度中的每一个不大于所述主间隙的间隙长度的10％，所述第一间隙的间隙长度和所述第二间隙的间隙长度中的每一个不小于所述主间隙的间隙长度的1％。

2.一种电路板，其包括根据权利要求1所述的线圈组件。

3.一种电源装置，其包括根据权利要求2所述的电路板。

4.一种线圈组件，其具有设置在磁芯处的第一线圈和第二线圈以形成两相变压器耦合，其中

所述磁芯包括：

第一磁脚，其是设置有所述第一线圈的芯脚部分，所述第一磁脚在其中间部分具有第一间隙，

第二磁脚，其是设置有所述第二线圈的芯脚部分，所述第二磁脚在其中间部分具有第二间隙，

中央脚部分，其位于所述第一磁脚和所述第二磁脚之间，所述中央脚部分在其中间部分具有主间隙，以及

一对连接部分，每个连接部分都将所述第一磁脚的相应脚端部、所述中央脚部分的相应脚端部和所述第二磁脚的相应脚端部平行连接在一起，并且

所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数不小于0.7，所述第一间隙的间隙长度和所述第二间隙的间隙长度中的每一个不大于所述主间隙的间隙长度的10％，所述第一间隙的间隙长度和所述第二间隙的间隙长度中的每一个不小于所述主间隙的间隙长度的1％。