CN1406408A - 磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路 - Google Patents

磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路 Download PDF

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Abstract

磁芯，是开磁路的磁芯，在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置着永久磁铁。另外，线圈部件，是采用了该磁芯的线圈部件，在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的上述磁芯上，缠绕着至少一个以上且至少一匝的绕组。电源电路，包含上述线圈部件，构成为使由对上述线圈部件中所缠绕的上述绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性为彼此相反的极性。

Description

磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路
技术领域
本发明涉及电子设备中经常使用的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，尤其是涉及有助于使开关式电源等所使用的磁芯或扼流圈及变压器小型化、降低损耗、进一步使电路简化、高效率化及节省资源的技术。
背景技术
迄今为止，一直在开发着旨在使电源小型化和高效率化的开关式电源，通常，为获得超过100W的大输出功率，在采用了变压器的隔离型中大多使用着单端正向型DC-DC(直流-直流)变换电路或全桥式DC-DC变换电路。
另外，在近年来的开关式电源中，为了适应用于防止因电流、电压对商用电源输入的畸变所引起的功率因数降低的所谓高频限制，采用了一种所谓的有源滤波器结构，即，不对商用电源进行以往的扼流圈输入式滤波，而是特意地构成为在整流后使扼流圈通过开关晶体管接地并在开关晶体管截止后将在其导通期间蓄存在扼流圈内的磁能释放到输出电容器上的形态，然后输出到起主要作用的DC-DC变换器。
但是，在上述的现有技术中，在工业上存在着如下的严重缺点。
即，在现有技术中，当使用输出功率大到一定程度的DC-DC变换器时，为避免变压器的大型化，必需采用单端正向型DC-DC变换器的结构，因此，为使主晶体管的导通期间、截止期间的电力传输平滑，就必需使用平滑用扼流圈，因而将使电路变得复杂同时也影响到经济性。
当获得更高的输出功率时，虽然可以通过采用全桥结构而对称地扩展使用变压器的B-H特性的第1象限和第3象限从而能够提高变压器的使用率并获得更高的输出功率，但是主晶体管将变成4个、且导通的晶体管也相应地需要2个，因而存在着无论是经济方面还是损耗方面在工业上都更加不利的缺点。
另外，在现有技术的有源滤波电路中，还存在着扼流圈的尺寸与后级所连接的DC-DC变换器的输出变压器的尺寸大致相等、且其绕组的铜损将将使整个电源的效率降低的缺点。
因此，本发明的目的在于，提供一种使开关式电源等所使用的磁芯或扼流圈及变压器小型化、降低损耗、进一步使电路简化、小型化、高效率化、节省资源、且在经济上优越的磁芯。
本发明的另一目的在于，提供一种采用了上述磁芯的线圈部件。
本发明的又一目的在于，提供一种采用了上述线圈部件的电源电路。
发明的公开
按照本发明，提供一种磁芯，该该磁芯是开磁路的磁芯，其特征在于：在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置着永久磁铁。
另外，按照本发明，提供一种线圈部件，该线圈部件采用了开磁路的磁芯，其特征在于：在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上，缠绕着至少一个以上且至少一匝的绕组。
进一步，按照本发明，提供一种电源电路，该电源电路包含线圈部件，其特征在于：上述线圈部件，在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了至少一个以上且至少一匝的绕组，并构成为使由对上述线圈部件中所缠绕的上述绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性为彼此相反的极性。
附图的简单说明
图1(A)是表示具有现有技术的有源滤波器的开关式电源的结构例的电路图；图1(B)是表示现有技术的有源滤波器中使用的变压器的结构例的电路图；图1(C)是现有技术的有源滤波器中使用的变压器的动作B-H特性图。
图2是表示现有技术的单端正向型DC-DC变换器的结构例的电路图。
图3(A)是表示现有技术的全桥式DC-DC变换器的结构例的电路图；图3(B)是图3(A)的DC-DC变换器的B-H特性图。
图4(A)是表示具有现有技术的有源滤波器的开关式电源结构图；图4(B)是表示现有技术的有源滤波器中使用的变压器的断面结构图；图4(C)是现有技术的有源滤波器中使用的变压器的动作B-H特性图；图4(D)是表示图4(C)中的主要动作波形的波形图。
图5是表示具有本发明的有源滤波器的开关式电源的结构例的电路图。
图6是表示本发明的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的结构例的断面图。
图7是本发明的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的动作B-H特性图。
图8是表示具有本发明的有源滤波器的开关式电源中的主要动作波形图。
图9是本发明的磁芯和采用了该磁芯的线圈部件的直流叠加电感特性图。
图10(A)是表示本发明的单端回扫型DC-DC变换器的结构例的电路图；
图10(B)是表示图10(A)中的DC-DC变换器的主要动作波形图。
图11是表示本发明的RCC(阻容耦合)变换器的结构例的电路图。
图12(A)是表示具有本发明第4实施例的有源滤波器的开关式电源的结构图；图12(B)是图12(A)的开关式电源的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的断面结构图；图12(C)是图12(A)的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的动作B-H特性图；图12(D)是表示图12(C)中的主要动作波形的波形图；图12(E)是说明图12(A)的磁芯和采用了该磁芯的线圈部件的直流叠加电感的说明图。
图13(A)是本发明第5实施例的单端回扫型DC-DC变换器结构图；图13(B)是表示图13(A)中的主要动作波形的波形图；图13(C)是图13(A)的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的动作B-H特性图。
图14(A)是表示具有本发明第6实施例的有源滤波器的开关式电源的结构图；图14(B)是表示图14(A)中的主要动作波形的动作波形图。
图15(A)是本发明第7实施例的磁芯、采用了该磁芯的线圈部件及电源电路结构图；图15(B)是表示图15(A)中的主要动作波形的波形图。
图16(A)是表示具有本发明第8实施例的有源滤波器的开关式电源的结构图；图16(B)是图16(A)的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的断面结构图；图16(C)是图16(A)的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的动作B-H特性图；图16(D)是表示图16(C)中的主要动作波形的波形图；图16(E)是用于说明图16(A)的磁芯和采用了该磁芯的线圈部件的直流叠加电感的图。
图17(A)是本发明第9实施例的单端回扫型DC-DC变换器结构图；图17(B)是表示图17(A)中的主要动作波形的波形图；图17(C)是图17(A)的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件的动作B-H特性图。
图18是本发明第10实施例的自激式RCC变换器结构图。
图19(A)是本发明第11实施例的磁芯、采用了该磁芯的线圈部件及电源电路结构图；图19(B)是表示图19(A)中的主要动作波形的波形图。
图20(A)是本发明第12实施例的磁芯、采用了该磁芯的线圈部件及电源电路结构图；图20(B)是表示图20(A)中的主要动作波形的波形图。
用于实施发明的最佳形态
在说明本发明的实施例之前，为了易于理解本发明，边参照图1(A)、图1(B)、图1(C)、图2、图3及图4边对现有技术进行说明。
迄今为止，一直在开发着旨在使电源小型化和高效率化的开关式电源，通常，为获得超过100W的大输出功率，在采用了变压器的隔离型中大多使用着如图2所示的单端正向型DC-DC变换电路或如图3(A)所示的全桥式DC-DC变换电路。
另外，在近年来的开关式电源中，为了适应用于防止因电流、电压对商用电源输入的畸变所引起的功率因数降低的所谓高频限制，采用了一种所谓的有源滤波器的结构，即如图1(A)所示，不对商用电源进行以往的扼流圈输入式滤波，而是特意地构成为在整流后使扼流圈L4通过开关晶体管Q1接地并在该晶体管Q1截止后将在其导通期间蓄存在扼流圈L4内的磁能释放到输出电容器C1上的形态，然后输出到起主要作用的DC-DC变换器。
另外，控制电路Cont.4，通过调节导通和截止的时间比率，使流过扼流圈L4的电流波形的峰值为与通过了商用电源的D1后的全波整流波形电压相似的值，从而可以获得功率因数大致为1的电源特性。
但是，如上所述，在现有技术中，在工业上存在着如下的严重缺点。
即，在现有技术中，当使用输出功率大到一定程度的DC-DC变换器时，为避免变压器的大型化，必需采用如图2所示的单端正向型DC-DC变换器的结构，因此，为使主晶体管的导通期间、截止期间的电力传输平滑，就必需使用平滑用扼流圈L5，因而将使电路变得复杂同时也影响到经济性。
当获得更高的输出功率时，虽然可以通过采用如图3(A)所示的全桥结构而如图3(B)所示对称地扩展使用变压器的B-H特性的第1象限和第3象限从而能够提高变压器的使用率并获得更高的输出功率，但是主晶体管将变成4个、且导通的晶体管Q61和Q62或Q63和Q64也相应地需要2个，因而存在着无论在经济方面还是在损耗方面在工业上都更加不利的缺点。
另外，在图1(A)所示的现有技术的有源滤波电路中，还存在着扼流圈L4的尺寸与后级所连接的DC-DC变换器的输出变压器的尺寸大致相等、且其绕组的铜损将使整个电源的效率降低的缺点。
另外，在现有的开关式电源中，图4(A)所示的结构也是一样，为了适应用于防止因电流、电压对商用电源VACIN输入的畸变所引起的功率因数降低的所谓高频限制，采用了一种所谓的有源滤波器的结构，即，不对商用电源VACIN进行扼流圈输入式滤波，而是特意地构成为在整流后使扼流圈L5通过开关元件(主晶体管)Q1接地并在该晶体管Q1截止后将在其导通期间蓄存在扼流圈L5内的磁能释放到输出电容器C1上的形态，然后输出到起主要作用的DC-DC变换器。
另外，控制电路Cont.5，通过调节导通和截止的时间比率，使流过扼流圈L5的电流波形的峰值为与从商用电源VACIN通过二极管D1后的全波整流波形电压VCE相似的值，从而可以获得输入功率因数大致为1的电源特性。
图4(B)示出的供有源滤波电路使用的磁芯41A、41B及采用了磁芯41A、41B的扼流圈L5，在一对EE型或壶型磁芯41A、41B的绕线铁心部上缠绕使磁通交链的绕组43，而且在彼此相对的一对磁芯41A、41B的对置面的内脚之间设置空气隙45。随着开关元件Q1的导通，由从输入侧的二极管D1流入的线圈电流iL在磁芯41A、41B上产生磁场。
但是，在现有技术中，在工业上存在着如下所述的严重缺点。就是说，在图4(A)示出的现有技术的有源滤波电路中，存在着扼流圈L5的尺寸与后级所连接的DC-DC变换器的输出变压器的尺寸大致相等、且其绕组43的铜损将使整个电源的效率降低电路这样的严重缺点。
另外，当以现有技术构成输出功率大到一定程度的DC-DC变换器时，由于在结构简单且经济上也符合要求的单端回扫方式中励磁电流为锯齿形波，因此电流波形的有效值增大而不能避免变压器的大型化，所以不得已而必需采用如图2所示的单端正向型DC-DC变换器的结构，
其结果是，导致了使电路结构变得复杂因而也影响到经济性的缺点。
另外，当获得更高的输出功率时，与上述正向方式为图2(B)所示的半波励磁不同，如图3(B)所示，不仅可以使用B-H特性的第1象限，而且可以对称地扩展使用到第3象限，从而能够提高变压器T6的利用率并能适应高的输出功率，但在这种情况下，不仅主晶体管需要4个、而且开关动作也必需使2个开关元件Q61和开关元件Q62或开关元件Q63和开关元件Q64同时导通截止，因而存在着不仅在经济方面而且在损耗方面在工业上都更加不利的缺点。
有鉴于此，说明本发明的一个发明内容。
本发明的磁芯，是一种由软磁特性的磁性体构成的闭磁路的磁芯，而且是在磁路的至少一个端部配置了永久磁铁的磁芯。在该磁芯中，在磁路的至少一个部位以上具有空气隙，并在该空气隙内插入电阻率为1Ω·Cm以上且固有矫顽力为5kOe以上的永久磁铁。该永久磁铁，最好是用稀土类磁铁粉末和由合成树脂组成的粘合剂构成的粘结磁铁。
在该磁芯所使用的永久磁铁中，上述稀土类磁铁粉末的粒径实际上最好在150μm以下。
另外，本发明的线圈部件，在该磁芯上，缠绕了至少一个以上且至少一匝的绕组。
另外，本发明的电源电路，采用着上述线圈部件，在该线圈部件中，由对励磁绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述磁性体的磁场的极性，具有彼此相反的极性。
即，在本发明的电源电路中，构成在既是开磁路磁芯又是在形成上述磁路的软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了与上述磁路交链的至少一个以上的绕组的线圈或变压器等线圈部件，而且构成为使由对上述线圈部件中所缠绕的励磁绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的磁性体的磁场的极性为彼此相反的极性。
按照这种结构，尽管在半波励磁的线圈或变压器中具有上述软磁特性的磁性体的励磁方向是B-H特性的第1象限，但可以由上述永久磁铁预先偏置到第3象限，因而也将剩磁通密度Br实际上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地扩展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，从而能够大幅度地减少缠绕在上述磁芯上的绕组，因此，不仅有助于线圈部件的小型化和降低损耗，而且可以大幅度地简化在提高上述现有技术的开关式电源的输出功率时变得繁杂的电路结构。
在下文中，参照后面的附图详细说明本发明实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路。
(第1实施例)
参照图5，本发明第1结构例的磁芯及线圈部件L1构成为如图6所示的断面结构，并构成具备了有源滤波器的开关式电源47。
即，在图6中，本发明的供有源滤波电路使用的磁芯及采用了该磁芯的线圈部件，在Mn-Zn铁氧体等具有软磁特性的一对EE型或壶型磁芯51A、51B的绕线铁心部上缠绕使磁通交链的绕组53，而且在上述彼此相对的一对磁芯51A、51B的对置面中的外脚的接合部设置空气隙，并在上述磁芯接合部的空气隙内配置薄片状永久磁铁55A、55B，用以形成与由随着图5所示的主晶体管Q1的导通而从输入侧流入的如图8所示的线圈电流IL在上述磁芯上产生的磁场的方向相反的极性。
如图7所示，如采用本发明的磁芯及线圈部件，则可以使磁芯形成由上述薄片状永久磁铁预先向与由流过绕组的电流预先形成的磁场方向相反的第3象限侧偏置ΔH的性能，所以，可以扩展由施加于绕组的电压、电流产生的磁通密度的容许动作幅值ΔB，同时，从图9所示的与流过绕组的励磁电流对应的直流叠加电感特性可以看出，与用虚线表示的现有技术的线圈部件特性相比，如果是感应系数AL相同的磁芯，则如箭头(1)所示，可以简单地使电感值相同并使电流叠加值飞跃地增加，相反，当如箭头(2)所示通过使空气隙变窄而提高了上述AL值时，在使电感值飞跃提高的情况下仍能确保现有技术的线圈部件的叠加电流容许值。
即，如设动作频率为f、流过绕组的电流的峰值如图8所示为ΔIp，则通过将上述本发明第1实施例所示的磁芯及线圈部件应用于有源滤波器的L1，可以用下式定义有助于有源滤波器的升压的输出功率P(W)，
        P＝(1/2)L(ΔIp)2·f     ...(1)所以，借助于与ΔIp、即上述励磁绕组内的容许电流叠加值的增大对应的乘方效应，在相同的磁芯尺寸和频率下可以将输出功率最大提高到4倍。
另外，如设磁芯的实际体积为Ve、比例系数为k，则可以将上述式(1)改写为，
        P＝(k/2)(ΔB)2·Ve·f    ...(2)所以，显然可以实现磁芯的小型化，而且容许较高的ΔB设计值，因此，不言而喻，基于绕组匝数减少后的铜损减低效应，可以提供备有小型、高效率的有源滤波器的开关式电源。
(第2实施例)
参照图10(A)，本发明第2实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，应用于单端回扫型DC-DC变换器。
图10(B)示出其主要电路动作波形。
输出变压器T2，结构与上述第1实施例所示的图6的磁芯相同，绕组部，由输出绕组1-2和输出绕组3-4构成。
因此，根据控制电路Cont.2的指令，反复进行当主晶体管Q1导通时如图10(B)所示在励磁绕组内流过锯齿波电流的同时充以磁能、在D1截止的同时将电力通过输出绕组3-4和二极管D2传递到输出侧的动作。
因此，在这种情况下也采用着上述本发明的磁芯及使用该磁芯的线圈部件T2，所以在图10(A)所示的DC-DC变换器的情况下，输出功率Po(W)也可以根据式(1)而用Po＝(1/2)L(ΔIp)2·f表示及根据式(2)而用Po＝(k/2)(ΔB)2·Ve·f表示，因而即使对于图3(A)及图3(B)所示的现有技术的输出功率相当大的DC-DC变换器，也能以简单的结构按小型、高效率的方式提供，即使采用电路结构复杂的单端正向方式甚至还备有扼流圈L5也不妨碍经济性和小型化。
即使在容量更大的情况下，也能以同样的变压器磁芯利用率提供结构极为简单且损耗极低的小型DC-DC变换器，而无需采用如图3所示的现有技术的全桥结构而使电路更为复杂。
(第3实施例)
参照图11，将本发明第3实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路应用于自激式的RCC变换器。对输出变压器T3，也同样由图6所示的薄片状永久磁铁向与由流过励磁绕组1-2的电流形成的磁场相反的方向施加偏置，所以，与图10(B)一样，与虚线所示的现有技术的磁芯及线圈部件相比，输出绕组3-4的输出，能以大的幅值传递到负荷侧，因而可以实现小型、大容量并降低损耗。
此外，在上述本发明的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路中，必须能以简易且经济的方式提供既具有直流叠加特性又具有优良的铁心损耗特性的磁芯，为此，可以说上述薄片状永久磁铁的特性是至关重要的。
即，首先当为动作稳定而使固有矫顽力为5kOe(395A/m)以下时，在施加于Mn-Zn铁氧体等软磁特性的磁性体所形成的直流磁场的作用下将使矫顽力消失，所以，矫顽力更大的永久磁铁材料、例如SmCo类磁铁材料是有效的，作为防止久未解决的铁心损耗增大的对策，必须形成将上述磁铁材料的粉体和热可塑性树脂混合后成型为薄片状的粘结磁铁的形态，以消除涡电流因素，此外，这时，电阻率为1Ω·Cm以上，且粉末的最大粒径为150μm以下。
如上所述，如采用本发明第1～第3实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，可以使开关式电源等所使用的磁芯、扼流圈及变压器等线圈部件大幅度地小型化并降低损耗，进一步在电源电路的简化、高效率化及节省资源上具有显著的推进作用，因而在工业上是极其有益的。
以下，具体地说明本发明的另一个发明内容。
本发明的磁芯，是开磁路的磁芯，而且是在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置着永久磁铁的结构。
另外，本发明的线圈部件，是采用了开磁路磁芯的线圈部件，而且是在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的上述磁芯上缠绕了至少一个以上且至少一匝的绕组的结构。
进一步，在包含本发明的线圈部件的电源电路中，上述线圈部件，在开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了至少一个以上且至少一匝的绕组，并构成为使由对上述线圈部件中所缠绕的上述绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性为彼此相反的极性。
在本发明中，构成在既是开磁路磁芯又是在形成磁路的软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了与磁路交链的至少一个以上的绕组的线圈部件，并使由对线圈部件中所缠绕的绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于软磁特性的磁性体的磁场的特性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的磁性为彼此相反的特性。
按照这种结构，尽管在半波励磁的线圈或变压器中具有软磁特性的磁性体的励磁方向是B-H特性曲线的第1象限方向，但可以由永久磁铁预先偏置到第3象限方向，因而也将剩磁通密度Br实际上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地扩展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，从而能够大幅度地减少缠绕在磁芯上的绕组，因此能有助于线圈部件的小型化和降低损耗，
并且，在本发明的磁芯、使用了磁芯的线圈部件中，借助于上述的偏置效应，即使对半波励磁电路，也不仅可以使用B-H磁滞回线的第1象限而且可以充分地扩展使用到第3象限，所以，即使采用结构最为简洁的单端回扫方式，也可以将电流波形设计成梯形波状，而不是现有技术的锯形波，因此，可以将绕组电流的有效值降低到与上述的结构繁杂的正向变换器或全桥式变换器完全相同的电平值，因而能以极为简单的方式提高开关式电源的输出功率，而不会使电路结构变得繁杂。
此外，通过构成这样一种电源电路、即在作为开关元件导通电流的延迟用而新增设的极小型的磁芯上至少缠绕一个以上的绕组并将在励磁线圈与开关元件之间串联的磁芯绕组的两个端部分别与上述输入电压连接同时将至少包含断开时用于并联谐振的电容器的电路与开关元件并联连接的电源电路，就能以简单的结构实现可以大幅度地减低开关元件导通、断开期间的电流、电压的交扰所造成的开关损耗的电源电路。
以下，参照附图详细说明本发明的磁芯和使用该磁芯的线圈部件以及电源电路。
(第4实施例)
在图12(B)中，在Mn-Zn铁氧体等具有软磁特性的一对EE型或壶型磁芯65A、65B的绕线铁心部上缠绕使磁通交链的绕组69，而且在彼此相对的一对磁芯65A、65B的对置面中的外脚的接合部设置空气隙。
在图12(A)所示的有源滤波电路中，L1为线圈部件，Q1为开关元件(主晶体管)，Cont.1为控制电路，D1、D2为二极管，C1为电容器，RL、R1为电阻。
供有源滤波电路使用的磁芯65A、65B及采用了该磁芯的线圈部件L1，在磁芯65A、65B的接合部的空气隙内配置薄片状永久磁铁67A、67B，用以形成与由随着开关元件(主晶体管)Q1的导通而从输入侧1流入的线圈电流iL在磁芯65A、65B上产生的磁场的方向相反的极性。即，在开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁67A、67B的磁芯65A、65B上缠绕着至少一个以上且至少一匝的绕组69。
如采用本发明的磁芯65A、65B及线圈部件L1，则如图12(C)所示，磁芯65A、65B，将形成由薄片状永久磁铁67A、67B预先向与由流过绕组的电流预先形成的磁场方向相反的第3象限侧偏置ΔH的状态，所以，如图所示可以扩展由施加于绕组的电压、电流产生的磁通密度的容许动作幅值ΔB，同时，从图12(E)所示的与流过绕组的励磁电流对应的直流叠加电感特性可以看出，与用虚线表示的现有技术的线圈部件的特性相比，如果是感应系数AL相同的磁芯65A、65B，则如图12(E)中的箭头(1)所示，可以简单地使电感值相同并使电流叠加值飞跃地增加，相反，当如图12(E)中的箭头(2)所示通过使空气隙变窄而提高了上述AL值时，在使电感值飞跃提高的情况下仍能确保现有技术的线圈部件的叠加电流容许值。
就是说，如设动作频率为f、绕组电流的峰值如图12(D)所示为ip、ir，则通过将本发明第4实施例所示的磁芯及线圈部件63应用于有源滤波器的线圈部件L1，可以用下式定义有助于有源滤波器的升压的输出功率Po(W)，
Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f    ...(3)所以，借助于与上述励磁绕组内的容许电流叠加值的增大对应的乘方效应，在相同的磁芯65A、65B的尺寸和频率下可以将输出功率最大提高到4倍。
另外，如设磁芯65A、65B的实际体积为Ve、比例系数为k、激励磁通幅值为Δbmax，则可以将上述式(1)改写为Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f，所以，显然可以实现磁芯的小型化，而且容许较高的ΔB设计值，因此，不言而喻，基于绕组匝数减少后的铜损减低效应，可以提供备有小型、高效率的有源滤波器的开关式电源。
(第5实施例)
参照图13(A)，将本发明第5实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件(变压器)及电源电路应用于单端回扫式DC-DC变换器71。在图13(A)中，T2为变压器，Q1为开关元件(主晶体管)，Cont.2为控制电路，D2为二极管，C1、C2为电容器，RL为电阻。
变压器T2，结构与第4实施例中示出的图12(B)的磁芯相同，绕组部由输出绕组1-2和输出绕组3-4构成。因此，由于能确保励磁线圈的电感具有足够高的值，所以根据控制电路Cont.2的指令反复进行当开关元件Q1导通时如图13(B)所示在励磁绕组内流过梯形波电流的同时充以磁能、在开关元件Q1断开的同时也通过输出绕组3-4和二极管D2流过梯形波状的输出电流并传递电力的动作。
因此，在该图13(A)所示的单端回扫式DC-DC变换器71的情况下，与第4实施例一样，输出功率Po(W)也以Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f、Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f表示，因而即使对大输出功率的DC-DC变换器，也能以不妨碍经济性和小型化的简单结构按小型、高效率的方式提供可以提高变压器T2的利用率并且还能充分地减小绕组的有效电流值的单端回扫式DC-DC变换器，而没有必要采用电路结构繁杂的现有技术的单端正向方式或全桥式结构。
(第6实施例)
参照图14(A)，将本发明第6实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件(扼流圈)及电源电路应用于第4实施例中所述的有源滤波电路73。在本例中，使开关元件的损耗大幅度地减低，其主要波形，示于图14(B)。
在图14(A)中，L1为扼流圈，Q1为开关元件(主晶体管)，Cont.3为控制电路，D1、D2、D3为二极管，Cr、C1为电容器，RL、R31、R32为电阻，Ld为可饱和线圈。
作为电源如果为提高输出功率而使流过开关元件的电流从锯齿形变为梯形波状，则扼流圈的绕组电流的有效值虽然减低而且损耗也减低，但开关元件本身的交扰电流损耗在导通时沿轴向增大，所以，对于开关元件Q1的导通期间，在作为延迟用而新增设的极小型的磁芯上缠绕一个微小的绕组x-y并作为可饱和线圈Ld串联连接在变压器的励磁线圈与开关元件Q1之间。另外，还设置着一个在开关元件Q1断开期间使用的与开关元件Q1并联的起谐振作用的电容器Cr。
就是说，在开关元件Q1的导通期间，在上述可饱和线圈Ld尚未饱和的状态下，使该励磁电流部分流过开关元件Q1，而在达到饱和的时刻使励磁电流通向扼流圈L1，因此可以使成为问题的交扰电流损耗变得极小。
另外，在开关元件Q1断开期间，扼流圈L1与可饱和线圈Ld之和的电感与电容器Cr通过二极管D3而开始并联谐振，所以使开关元件Q1的电压在固有振荡频率1/((L1+Ld)×Cr)1/2的约束下上升，因而同样也可以使交扰电流损耗变得极小。
对于二极管D3，在参与上述并联谐振动作的同时，在结构上还与电阻R31并联，以便在开关元件Q1导通时通过使电容器Cr上的充电电荷瞬时放电而防止交扰电流损耗的增加。
另外，在这种供商用电源VACIN输入使用的有源滤波器的情况下，必须对二极管D2使用快恢复二极管，但在现有技术的结构的情况下，在开关元件Q1导通的同时，与二极管D2的恢复期间重叠，所以将有大的穿透电流从输出端逆流到开关元件Q1从而使效率降低，同时还会造成大的EMI故障，但如按照上述本发明的结构，则还可以由可饱和线圈Ld阻止上述穿透电流，所以能够提供效率更高且噪声低的有源滤波器，这一点在工业上可以说是极其有益的。
(第7实施例)
参照图15(A)，将本发明第7实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件(变压器)及电源电路应用于第4实施例中所述的单端回扫式变换电路75。在本例中，使开关元件的损耗大幅度地减低，其主要波形，示于图15(B)。
在图15(A)中，T4为变压器，Q1为开关元件(主晶体管)，Cont.4为控制电路，D2、D3为二极管，Cr、C1、C2为电容器，RL、R31、R32为电阻，Ld为可饱和线圈。
与上述第6实施例的情况一样，即使为提高输出功率而使变压器的绕组电流为梯形波状，由于设置了延迟用可饱和线圈Ld及并联谐振用电容器Cr，所以也同样可以大幅度地减低开关元件Q1本身的交扰电流损耗。
因此，如果由本发明的磁芯及使用了该磁芯的变压器T4形成单端回扫式变换器，则如上所述在宽的磁通密度的动作幅度上也可以确保励磁线圈的电感具有足够高的值，所以，即使构成大输出功率的DC-DC时，也能以不妨碍经济性和小型化的简单结构按小型、高效率的方式提供可以提高变压器T2的利用率并且还能充分地减小绕组的有效电流值的单端回扫式DC-DC变换器，而没有必要采用结构繁杂的单端正向变换器或全桥式变换器。
另外，在上述本发明的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路中，必须能以简易且经济的方式提供既具有直流叠加特性又具有优良的铁心损耗特性的磁芯65A、65B，为此，可以说上述薄片状永久磁铁67A、67B的特性是至关重要的。
因此，在磁芯65A、65B上，在磁路的至少一个部位以上具有空气隙，并在该空气隙内配置电阻率为1Ω·Cm以上且固有矫顽力为395kA/m以上的永久磁铁67A、67B。
就是说，首先当为动作稳定而使固有矫顽力为395A/m以下时，在施加于Mn-Zn铁氧体等软磁性磁性体所形成的直流磁场的作用下将使矫顽力消失，所以，矫顽力更大的永久磁铁材料、例如SmCo类磁铁材料是有效的，作为防止久未解决的铁心损耗增大的对策，必须形成将上述磁铁材料的粉体和热可塑性树脂混合后成型为薄片状的粘结磁铁的形态，以消除涡电流因素，此外，这时，电阻率为1Ω·Cm以上，且粉末的最大粒径为150μm以下。
因此，永久磁铁67A、67B，是用稀土类磁铁粉末和由合成树脂组成的粘合剂构成的粘结磁铁，在粘结磁铁中使用的稀土类磁铁粉末的粒径实际上在150μm以下。
如采用以上所详述的本发明第4～第7实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，则该电源电路的特征在于：构成在既是开磁路磁芯又是在形成磁路的软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了与上述磁路交链的至少一个以上的绕组的线圈或变压器等线圈部件，而且使由对上述线圈部件中所缠绕的励磁绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的磁性体的磁场的特性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的磁性体的磁场的磁性为彼此相反的特性。
按照这种结构，尽管在半波励磁的线圈或变压器中具有软磁特性的磁性体的励磁方向是B-H特性曲线的第1象限方向，但可以由永久磁铁预先偏置到第3象限方向，因而也将剩磁通密度Br实际上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地扩展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，从而能够大幅度地减少缠绕在磁芯上的绕组，因此能有助于线圈部件的小型化和降低损耗，
并且，在本发明的磁芯、使用了磁芯的线圈部件中，借助于上述的偏置效应，即使对半波励磁电路，也不仅可以使用B-H磁滞回线的第1象限而且可以充分地扩展使用到第3象限，所以，即使采用结构最为简洁的单端回扫方式，也可以将电流波形设计成梯形波状，而不是上述的现有技术的锯形波，因此，可以将绕组电流的有效值降低到与上述的结构繁杂的正向变换器或全桥式变换器完全相同的电平值，因而能以极为简单的方式提高开关式电源的输出功率，而不会使电路结构变得繁杂。
此外，通过将电源电路设计成在作为开关元件导通电流的延迟用而新增设的极小型磁芯上至少缠绕一个以上的绕组并将在励磁线圈与开关元件之间串联的磁芯绕组的两个端部分别与上述输入电压连接同时将至少包含断开时用于并联谐振的电容器的电路与开关元件并联连接的电源电路，就能以简单的结构实现可以大幅度地减低开关元件导通、断开期间的电流、电压的交扰所造成的开关损耗的电源电路。
因此，按照本发明的第4～第7实施例，可以使开关式电源等所使用的磁芯、扼流圈及变压器等线圈部件小型化并降低损耗，进一步在电源电路的简化、高效率化及节省资源上具有显著的推进作用，因而在工业上是极其有益的。
这里，具体地说明本发明的另外一个发明内容。
本发明的磁芯，是一种闭磁路的磁芯，而且是在上述闭磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个部位以上的空气隙内配置永久磁铁的磁芯。
另外，本发明的线圈部件，是采用了闭磁路磁芯的线圈部件，而且是在上述闭磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个部位以上的空气隙内配置永久磁铁并缠绕着至少一个以上且至少一匝的绕组的线圈部件。
进一步，本发明的电源电路，是采用了上述线圈部件的电源电路，而且是在上述线圈部件中使由对励磁绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的磁场的极性与由上述永久磁铁产生的磁场的极性具有彼此相反的极性的电源电路。
这里，本发明的电感部件，是装有这样的永久磁铁的电感部件，该永久磁铁，在从聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚苯撑硫醚树脂、硅树脂、聚酯树脂、芳香族类聚酰胺树脂、液晶聚合体中选择出的至少一种树脂内分散固有矫顽力为790kA/m(10kOe)以上、TC为500℃以上、粉末粒径为2.5μm～25μm且最大粒径为50μm的稀土类磁铁粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb、及Sn中的至少一种金属或其合金将上述磁铁粉末包覆，并使其电阻率为0.1ΩCm以上，树脂含有量按体积比为30％以上。
这里，上述稀土类磁铁粉末的组成，最好为Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
另外，上述稀土类磁铁粉末，也可以用软化点为220℃以上、550℃以下的无机玻璃包覆，上述Zn等金属包覆层，也可以用熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物包覆。
此外，该包覆层的量、即金属或合金、或无机玻璃、或金属和非金属的添加量，最好按体积比含有0.1～10％。
另外，上述磁铁粉末，在其制作时也可以将稀土类磁铁粉末在磁场中沿厚度方向定向，从而使其具有各向异性特性。
另外，永久磁铁，其磁化磁场最好在2.5T以上，中心线平均粗糙度Ra最好在10μm以下。
以下，更详细地说明本发明。在本发明中，构成在既是闭磁路磁芯又是在形成磁路的软磁特性的磁性体的至少一个部位以上的空气隙内配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了与磁路交链的至少一个以上的绕组的线圈部件，而且使由对线圈部件中所缠绕的绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的磁场的极性与由永久磁铁产生的磁场的极性为彼此相反的特性。
按照这种结构，尽管在半波励磁的线圈或变压器中具有软磁特性的磁性体的励磁方向是B-H特性曲线的第1象限方向，但也可以由永久磁铁预先偏置到第3象限方向，因而也将剩磁通密度Br实际上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地扩展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，从而能够大幅度地减少缠绕在磁芯上的绕组，因此能有助于线圈部件的小型化和降低损耗，
并且，在本发明的磁芯、及使用了磁芯的线圈部件中，借助于上述的偏置效应，即使对半波励磁电路，也不仅可以使用B-H磁滞回线的第1象限而且可以扩展使用到第3象限，所以，即使采用结构最为简洁的单端回扫方式，也可以将电流波形设计成梯形波状，而不是上述的现有技术的锯形波，因此，可以将绕组电流的有效值降低到与上述的结构繁杂的正向变换器或全桥式变换器完全相同的电平值，因而能以极为简单的方式提高开关式电源的输出功率，而不会使电路结构变得繁杂。
此外，通过将本发明的电源电路设计成具有如下特征的电源电路、即在作为开关元件导通电流的延迟用而新增设的极小型磁芯上至少缠绕一个以上的绕组并将在励磁线圈与开关元件之间串联的磁芯绕组的两个端部分别与上述输入电压连接同时将至少包含断开时用于并联谐振的电容器的电路与开关元件并联，就能以简单的结构实现可以大幅度地减低开关元件导通、断开期间的电流、电压的交扰所造成的开关损耗的电源电路。
另外，在本发明中，通过对永久磁铁使用高Tc(居里温度)、高iHc(矫顽力)的SmCo类磁铁粉末，即使在回流焊接工序中置于加热状态，也不会引起热退磁，同时，即使施加过大电流的直流磁场，也不会使矫顽力消失，并能保持初始的特性而不会退磁。
此外，由于在永久磁铁中使用的磁铁粉末的表面用Zn等金属包覆，所以不会因随时间发生的氧化而引起永久性的退磁。
进一步，通过将磁铁粉末以30％以上的体积比与树脂混合，可以提高电阻率，并能大幅度地减低永久磁铁的涡流损耗。
以下，根据附图详细说明本发明的实施例。
(第8实施例)
在图16(B)中，在Mn-Zn铁氧体等具有软磁特性的一对EE型磁芯83A、83B的绕线铁心部上缠绕使磁通交链的绕组85，而且在彼此相对的一对磁芯83A、83B的对置面中的内脚的接合部设置空气隙。
在图16(A)所示的有源滤波电路中，L11为线圈部件，Q11为开关元件(主晶体管)，Cont.1为控制电路，D1、D12为二极管，C11为电容器，RL、R11为电阻。
供有源滤波电路使用的磁芯83A、83B及采用了该磁芯的线圈部件81(L11)，在磁芯83A、83B的接合部的空气隙内配置了永久磁铁91的磁芯83A、83B上，缠绕至少一个以上且至少一匝的绕组85，用以形成与随着开关元件(主晶体管)Q11的导通而从输入侧1流入的线圈电流iL在磁芯83A、83B上产生的磁场的方向相反的极性。
如采用本发明的磁芯83A、83B及线圈部件20(L11)，则如图16(C)所示，磁芯83A、83B，将形成由永久磁铁91预先向与由流过绕组的电流预先形成的磁场方向相反的第3象限侧偏置ΔH的状态，所以，如图所示可以扩展由施加于绕组的电压、电流产生的磁通密度的容许动作幅值ΔB，同时，从图16(E)所示的与流过绕组的励磁电流对应的直流叠加电感特性可以看出，与用虚线表示的现有技术的线圈部件的特性相比，如果是AL值相同的磁芯83A、83B，则如图16(E)中的箭头(1)所示，可以简单地使电感值相同并使电流叠加值飞跃地增加，相反，当如图16(E)中的箭头(2)所示通过使空气隙变窄而提高了AL值时，在使电感值飞跃提高的情况下仍能确保现有技术的线圈部件的叠加电流容许值。
就是说，如设动作频率为f、绕组电流的峰值如图17(D)所示为ip、ir，则通过将本发明第8实施例所示的磁芯及线圈部件20应用于有源滤波器的线圈部件L11，可以用下列的式(4)定义有助于有源滤波器的升压的输出功率Po[W]，
Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f               ...(4)所以，借助于与上述励磁绕组内的容许电流叠加值的增加的乘方效应，在相同的磁芯83A、83B的尺寸和频率下可以将输出功率最大提高到4倍。
另外，如设磁芯83A、83B的实际体积为Ve、比例系数为k、磁通密度幅值为ΔBmax，则可以将上述式1改写为Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f，所以，显然可以实现磁芯的小型化，而且容许较高的ΔB设计值，因此，不言而喻，基于绕组匝数减少后的铜损减低效应，可以提供备有小型、高效率的有源滤波器的开关式电源。
(第9实施例)
在图17(A)中，T21为变压器，Q21为开关元件(主晶体管)，Cont.2为控制电路，D21为二极管，C21、C22为电容器，RL为电阻。
变压器T21，结构与第8实施例所示的图17(B)的磁芯相同，绕组部由输入绕组1-2和输出绕组3-4构成。因此，由于能确保励磁线圈的电感具有足够高的值，所以根据控制电路Cont.2的指令反复进行当开关元件Q1导通时如图2(b)所示在励磁绕组内流过梯形波电流的同时充以磁能、在开关元件Q1断开的同时也通过输出绕组3-4和二极管D21流过梯形波状的输出电流并传递电力的动作。
因此，在该图17(A)所示的单端回扫式DC-DC变换器93的情况下，输出功率Po[W]也同样以Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f、Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f表示，因此，即使对大输出功率的DC-DC变换器，也能以不妨碍经济性和小型化的简单结构按小型、高效率的方式提供可以提高变压器T21的利用率并且还能充分地减小绕组的有效电流值的单端回扫式DC-DC变换器，而没有必要采用电路结构繁杂的现有技术的单端正向方式或全桥式结构。
(第10实施例)
在图18中，T31为变压器，Q31为开关元件(主晶体管)，D31、D32、D33为二极管，C31、C32、C33为电容器，R31、R32、RL为电阻。
变压器T31，结构与第7实施例所示的图17(B)的磁芯相同，绕组部由输入绕组1、2、输出绕组3、4、辅助绕组5、6构成。
输出变压器T31，配置着永久磁铁，使其向与由流过励磁绕组1-2的电流形成的磁场相反的方向施加偏置，所以，与现有技术的磁芯及线圈部件相比，输出绕组3、4的输出，能以大的幅值传递到负荷侧，因而可以按小型、大容量、低损耗的方式构成。
(第11实施例)
在图19(A)中，L41为扼流圈，Q41为开关元件(主晶体管)，Cont.3为控制电路，D41、D42、D43为二极管，Cr、C1为电容器，RL、R41、R42为电阻，L6为可饱和线圈。
作为电源如果为提高输出功率而使流过开关元件的电流从锯齿形变为梯形波状，则扼流圈的绕组电流的有效值虽然减低而且损耗也减低，但开关元件本身的交扰电流损耗在导通时沿轴向增大，所以，对于开关元件Q41的导通期间，在作为延迟用而新增设的极小型的磁芯上缠绕一个微小的绕组x-y并作为可饱和线圈Ld串联连接在变压器的励磁线圈与开关元件Q41之间。另外，还设置着一个在开关元件Q41断开期间使用的与开关元件Q41并联的起谐振作用的电容器Cr。
就是说，在开关元件Q41的导通期间，在上述可饱和线圈Ld尚未饱和的状态下，使该励磁电流部分流过开关元件Q41，而在达到饱和的时刻使励磁电流通向扼流圈L41，因此可以使成为问题的交扰电流损耗变得极小。
另外，在开关元件Q41断开期间，扼流圈L41与可饱和线圈Ld之和的电感与电容器Cr通过二极管D43而开始并联谐振，所以使开关元件Q41的电压在固有振荡频率1/((L41+Ld)×Cr)1/2的约束下上升，因而同样可以使交扰电流损耗变得极小。
对于二极管D43，在参与上述的并联谐振动作的同时，在结构上还与电阻R43并联，以便在开关元件Q41导通时通过使电容器Cr上的充电电荷瞬时放电而防止交扰电流损耗的增加。
另外，在这种供商用电源VACIN输入使用的有源滤波器的情况下，必须对二极管D42使用快恢复二极管，但在现有技术结构的情况下，在开关元件Q41导通的同时，与二极管D42的恢复期间重叠，所以将有大的穿透电流从输出端逆流到开关元件Q41从而使效率降低，同时还会造成大的EMI故障，但如按照上述本发明的结构，则还可以由可饱和线圈Ld阻止上述穿透电流，所以能够提供效率更高且噪声低的有源滤波器，这一点在工业上可以说是极其有益的。
(第12实施例)
在图20(A)中，T51为变压器，Q51为开关元件(主晶体管)，Cont.5为控制电路，D51、D52为二极管，Cr、C51、C52为电容器，RL、R51、R52为电阻，Ld为可饱和线圈。
与上述第11实施例的情况一样，在第12实施例中，为提高输出功率而使变压器的绕组电流为梯形波状，由于设置了延迟用可饱和线圈Ld及并联谐振用电容器Cr，所以也同样可以大幅度地减低开关元件Q1本身的交扰电流损耗。
接着，在下文中讲述与在上述本发明的磁芯、使用了磁芯的线圈部件及电源电路中采用的偏置用永久磁铁有关的实施例。
(第13实施例)
对于在现有技术的的问题中所述的热退磁，采取以下的对策。即，为能在回流焊接工序中耐受加热，采取了对磁铁粉末使用高Tc的SmCo类磁铁粉末从而防止发生热退磁的对策。
按照第8实施例所用的结构，将在第8实施例中使用的装有Tc为770℃的永久磁铁的部件和在现有技术中使用的装有Tc为450℃的永久磁铁的部件按回流炉的条件在270℃的恒温槽内保持一小时并对冷却到常温后的直流叠加电感特性进行了测定，测定结果示于下列的表1。
                     表1
    回流前L(3A)     回流后L(3A)
本发明例8(Tc770℃)     11.5(μH)     11.4(μH)
Ba铁氧体(Tc450℃)     11.5(μH)     7.0(μH)
使用了本发明的高Tc材料的电感部件，在回流前后，直流叠加电感特性没有变化，与此不同，在Tc低到450℃的Ba铁氧体磁铁的情况下，因受热而产生了不可逆的退磁，因而使直流叠加电感特性恶化。
因此，为能耐受回流焊接工序中的加热，必须采用Tc为500℃以上的磁铁粉末。
此外，在SmCo类磁铁粉末中，通过使用组成为Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的俗称第三代Sm2Co17磁铁的磁铁粉末，可以进一步抑制因热而产生的退磁。
按照第8实施例所用的结构，将在第8实施例中使用的装有组成为Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7的永久磁铁的部件和装有组成为Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)7.7的永久磁铁的部件按回流炉的条件在270℃的恒温槽内保持一小时并对冷却到常温后的直流叠加电感特性进行了测定，测定结果示于下列的表2。
                                 表2
  回流前L(3A)   回流后L(3A)
本发明例8Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7  11.5(μH) 11.4(μH)
本发明例8的磁铁Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)7.7  11.2(μH) 7.0(μH)
使用了本发明的组成为第三代的Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的电感部件，在回流前后，直流叠加电感特性没有变化，与此不同，当使用了俗称第二代Sm2Co17的磁铁粉末时，将使直流叠加电感特性恶化。
因此，为能耐受回流焊接工序中的加热，必须采用如权利要求6所述的组成为第三代的Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
(第14实施例)
对在现有技术的问题中所述的因过大电流引起的退磁采取以下的对策。即，采取了使用高iHc的SmCo类磁铁粉末以防止永久磁铁的矫顽力因受过大电流产生的直流磁场的作用而消失的对策。
按照第8实施例所用的结构，对在第8实施例中使用的装有矫顽力为20KOe(1.58MA/m)的永久磁铁的部件和在现有技术中使用的装有矫顽力为2KOe(158kA/m)的永久磁铁的部件施加300A·50μs的过大电流，然后将对直流叠加电感特性的测定结果示于下列的表3。
                       表3
施加电流前L(3A) 施加电流后L(3A)
本发明例8(矫顽力20KOe；1.58MA/m) 11.5(μH) 11.4(μH)
Ba铁氧体磁铁(矫顽力2KOe；158kA/m) 11.5(μH) 8.0(μH)
使用了本发明的高iHc材料的电感部件，在施加过大电流前后，直流叠加电感特性没有变化，与此不同，在矫顽力仅为2KOe(158kA/m)的Ba铁氧体磁铁的情况下，将因施加于磁铁的反向磁场而引起退磁，因而使直流叠加电感特性恶化。
因此，为能耐受过大电流产生的直流磁场，必须采用固有矫顽力为10KOe(790kA/m)以上的磁铁粉末。
(第15实施例)
对在现有技术的问题中所述的因随时间发生的氧化而引起的永久性退磁采取以下的实施对策。即，采取了用金属或合金进行包覆以使磁铁粉末不发生氧化的对策。
按照第8实施例所用的结构，将在第8实施例中使用的装有进行了Zn包覆的永久磁铁的部件和装有未进行Zn包覆的永久磁铁的部件浸泡在盐水中，然后自然放置200小时，并将对直流叠加电感特性的测定结果示于下列的表4。
                    表4
自然放置前L(3A) 自然放置后L(3A)
本发明例8(有Zn包覆层) 11.5(μH) 11.4(μH)
本发明例1的磁铁粉末(无Zn包覆层) 11.5(μH) 10.3(μH)
本发明的进行了包覆的电感部件，在PCT前后，直流叠加电感特性没有变化，与此不同，无Zn覆层的磁铁粉末，将因随时间发生的氧化而产生退磁，因而使直流叠加电感特性恶化。
因此，为抑制因发生氧化而产生的永久性退磁，必须用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb、及Sn等将磁铁粉末包覆。
此外，如使粉末平均粒径为2.5μm～25μm且最大粒径为50μm，则也可以抑制制作工序中的氧化。
按照第8实施例所用的结构，对在第8实施例中使用的装有使用了平均粒径为5μm且最大粒径为45μm的磁铁粉末的永久磁铁的部件和装有平均粒径为2μm的永久磁铁的部件的直流叠加电感特性进行了测定，测定结果示于下列的表5。
               表5
    电感值(3A)
本发明例8平均粒径5μm最大粒径45μm  11.5(μH)
磁铁粉末平均粒径2μm最大粒径45μm  8.35(μH)
使用了本发明的粒径的电感部件，通过磁偏置而使直流叠加电感特性得到的改善为50％，与此不同，当平均粒径为2μm时，仅扩展了15％。
因此，为抑制制作工序中的氧化，必须使粉末平均粒径为2.5μm～25μm且最大粒径为50μm。
(第16实施例)
对在现有技术的问题中所述的因电阻率低而引起的铁心损耗的增加采取以下的实施对策。即，采取了使树脂量按体积比为30％以上的对策。
按照第8实施例所用的结构，对在第8实施例中使用的装有树脂量为40Vol％、电阻率为0.5ΩCm的永久磁铁的部件、装有树脂量为20Vol％、电阻率为0.05ΩCm的永久磁铁的部件、及装有树脂量为30Vol％、电阻率为0.1ΩCm的永久磁铁的部件进行了铁心损耗的测定，测定结果示于下列的表6。
                         表6
  电阻率(Ω·cm)   铁心损耗(kW/m3)(300kHz，100mT)
本发明例8(树脂量40Vol％)     0.5     515
本发明例8中使用的磁铁粉末(树脂量20Vol％)     0.05     1230
本发明例8中使用的磁铁粉末(树脂量30Vol％)     0.1     530
与本发明的树脂量为30Vol％以上的电感部件的铁心损耗相比，树脂量按体积比为20％、电阻率低到0.05ΩCm的部件，将因流过涡电流而产生损耗，因而使铁心损耗恶化。而树脂量按体积比为30％、电阻率为0.1ΩCm的部件，呈现出与第1实施例中使用的树脂量按体积比为40％、电阻率为0.5ΩCm的部件程度相同的铁心损耗。
因此，为抑制因电阻率降低而引起的铁心损耗的增加，必须使树脂量按体积比为30％以上、电阻率为0.1ΩCm以上。
如上所述，如采用本发明第8～第16实施例的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，则可以使开关式电源等所使用的磁芯、变压器、扼流圈等线圈部件小型化并降低损耗，进一步在电源电路的简化、小型化、高效率化、节省资源、高可靠性上具有显著的推进作用，因而在工业上是极其有益的。
产业上的可应用性
如上所述，本发明的磁芯、使用该磁芯的线圈部件及电源电路，最适于开关式电源等所使用的磁芯、扼流圈及变压器、或电源电路的高效率化、节省资源、及简化。

Claims (48)

1.一种磁芯，是开磁路的磁芯，其特征在于：在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置着永久磁铁。
2.根据权利要求1所述的磁芯，其特征在于：在上述磁路的至少一个部位以上具有空气隙，并在该空气隙内配置着电阻率为1Ω·Cm以上且固有矫顽力为395kA/m以上的上述永久磁铁。
3.根据权利要求2所述的磁芯，其特征在于：上述永久磁铁，是用稀土类磁铁粉末和由合成树脂组成的粘合剂构成的粘结磁铁。
4.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：在上述粘结磁铁中使用的稀土类磁铁粉末的粒径实际上在150μm以下。
5.根据权利要求4所述的磁芯，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末，固有矫顽力为790k/m以上、Tc为500℃以上、粉末平均粒径为2.5μm～25μm。
6.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末的组成，为Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
7.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：上述永久磁铁内，上述树脂含有量按体积比为30％以上。
8.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：上述合成树脂，是从聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚苯撑硫醚树脂、硅树脂、聚酯树脂、芳香族类聚酰胺树脂、液晶聚合体中选择出的至少一种。
9.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一种金属或其合金包覆后构成。
10.根据权利要求9所述的磁芯，其特征在于：在上述稀土类磁铁粉末中，包覆粉末的金属或合金，进一步用熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物包覆。
11.根据权利要求9所述的磁芯，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.110％。
12.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：用软化点为220℃以上、550℃以下的无机玻璃包覆上述稀土类磁铁粉末。
13.根据权利要求12所述的磁芯，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.110％。
14.根据权利要求3所述的磁芯，其特征在于：在制作上述永久磁铁时，将稀土类磁铁粉末在磁场中沿该磁芯的厚度方向定向，从而使其在磁性上具有各向异性特性。
15.根据权利要求2所述的磁芯，其特征在于：上述永久磁铁的磁化磁场在2.5T以上
16.根据权利要求2所述的磁芯，其特征在于：在上述永久磁铁中，中心线平均粗糙度Ra在10μm以下。
17.一种线圈部件，采用了开磁路的磁芯，其特征在于：在上述开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的上述磁芯上，缠绕着至少一个以上且至少一匝的绕组。
18.根据权利要求17所述的线圈部件，其特征在于：在上述磁路的至少一个部位以上具有空气隙，并在该空气隙内配置着电阻率为1Ω·Cm以上且固有矫顽力为395kA/m以上的上述永久磁铁。
19.根据权利要求18所述的线圈部件，其特征在于：上述永久磁铁，是用稀土类磁铁粉末和由合成树脂组成的粘合剂构成的粘结磁铁。
20.根据权利要求19所述的线圈部件，其特征在于：在上述粘结磁铁中使用的稀土类磁铁粉末的粒径实际上在150μm以下。
21.根据权利要求20所述的线圈部件，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末，固有矫顽力为790k/m以上、Tc为500℃以上、粉末平均粒径为2.5μm～25μm。
22.根据权利要求19所述的磁芯，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末的组成，为Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
23.根据权利要求19所述的线圈部件，其特征在于：上述永久磁铁内，上述树脂含有量按体积比为30％以上。
24.根据权利要求19所述的线圈部件，其特征在于：上述合成树脂，是从聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚苯撑硫醚树脂、硅树脂、聚酯树脂、芳香族类聚酰胺树脂、液晶聚合体中选择出的至少一种。
25.根据权利要求19所述的线圈部件，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一种金属或其合金包覆后构成。
26.根据权利要求25所述的线圈部件，其特征在于：在上述稀土类磁铁粉末中，包覆粉末的金属或合金，进一步用熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物包覆。
27.根据权利要求25所述的线圈部件，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的熔点的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.1～10％。
28.根据权利要求19所述的线圈部件，其特征在于：用软化点为220℃以上、550℃以下的无机玻璃包覆上述稀土类磁铁粉末。
29.根据权利要求28所述的线圈部件，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的熔点的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.1～10％。
30.根据权利要求18所述的线圈部件，其特征在于：在制作上述永久磁铁时，将稀土类磁铁粉末在磁场中沿该磁芯的厚度方向定向，从而使其在磁性上具有各向异性特性。
31.根据权利要求18所述的线圈部件，其特征在于：上述永久磁铁的磁化磁场在2.5T以上
32.根据权利要求18所述的线圈部件，其特征在于：在上述永久磁铁中，中心线平均粗糙度Ra在10μm以下。
33.一种电源电路，包含线圈部件，其特征在于：上述线圈部件，在开磁路中在形成磁路的具有软磁特性的磁性体的至少一个磁路端配置了永久磁铁的磁芯上缠绕了至少一个以上且至少一匝的绕组，并构成为使由对上述线圈部件中所缠绕的上述绕组施加输入电压而流过的励磁电流产生的施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性与由上述永久磁铁施加于上述软磁特性的上述磁性体的磁场的极性为彼此相反的极性。
34.根据权利要求33所述的电源电路，其特征在于：还备有至少一个磁芯，在上述至少一个的上述磁芯上缠绕至少一个以上的绕组，并将在上述线圈与开关元件之间串联的上述至少一个磁芯的绕组的两个端部分别与上述输入电压连接，同时将至少包含电容器的电路与上述开关元件并联连接。
35.根据权利要求33所述的电源电路，其特征在于：在上述磁路的至少一个部位以上具有空气隙，并在该空气隙内配置着电阻率为1Ω·Cm以上且固有矫顽力为395kA/m以上的上述永久磁铁。
36.根据权利要求35所述的电源电路，其特征在于：上述永久磁铁，是用稀土类磁铁粉末和由合成树脂组成的粘合剂构成的粘结磁铁。
37.根据权利要求36所述的电源电路，其特征在于：在上述粘结磁铁中使用的稀土类磁铁粉末的粒径实际上在150μm以下。
38.根据权利要求35所述的电源电路，其特征在于：上述永久磁铁，固有矫顽力为790k/m以上、Tc为500℃以上、粉末平均粒径为2.5μm～25μm。
39.根据权利要求36所述的电源电路，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末的组成，为Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
40.根据权利要求36所述的电源电路，其特征在于：上述永久磁铁内，上述树脂含有量按体积比为30％以上，上述合成树脂，是从聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚苯撑硫醚树脂、硅树脂、聚酯树脂、芳香族类聚酰胺树脂、液晶聚合体中选择出的至少一种。
41.根据权利要求36所述的电源电路，其特征在于：上述稀土类磁铁粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一种金属或其合金包覆后构成。
42.根据权利要求41所述的电源电路，其特征在于：在上述稀土类磁铁粉末中，包覆粉末的金属或合金，进一步用熔点至少在300℃以上的非金属无机化合物包覆。
43.根据权利要求41所述的电源电路，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的熔点的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.1～10％。
44.根据权利要求19所述的电源电路，其特征在于：用软化点为220℃以上、550℃以下的无机玻璃包覆上述稀土类磁铁粉末。
45.根据权利要求44所述的电源电路，其特征在于：作为上述稀土类磁铁粉末的包覆层的金属或合金、或无机玻璃、或金属或合金与熔点至少在300℃以上的熔点的非金属无机化合物的添加量，按体积比为0.1～10％。
46.根据权利要求35所述的电源电路，其特征在于：在制作上述永久磁铁时，将稀土类磁铁粉末在磁场中沿该磁芯的厚度方向定向，从而使其在磁性上具有各向异性特性。
47.根据权利要求35所述的电源电路，其特征在于：上述永久磁铁的磁化磁场在2.5T以上
48.根据权利要求35所述的电源电路，其特征在于：在上述永久磁铁中，中心线平均粗糙度Ra在10μm以下。
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