CN1892932A - 磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种能减小元件相对于安装基板的配置面积、实现高密度安装的磁性元件。磁性元件(1)包括：线圈(6)；第1磁芯(2)及第2磁芯(3)，在平板部(2a、3a)上具有外脚部(2b、3b)和插入在线圈(6)中的中脚部(2c、3c)；以及中间磁芯(4)，配置在第1磁芯(2)和第2磁芯(3)之间以连接第1磁芯(2)及第2磁芯(3)，构成闭合磁回路，其中，在设第1磁芯的中脚部在与外脚部(2b)延伸的方向垂直的方向上的截面积为S1、设中间磁芯在与外脚部(2b、3b)延伸的方向平行的方向上的截面积为S2、设第2磁芯的中脚部在与外脚部(3b)延伸的方向垂直的方向上的截面积为S3时，具有S1≤S3、且S1≤S2的关系。

Description

磁性元件
技术领域
本发明涉及一种磁性元件，特别是涉及用于电源用途的电感元件。
背景技术
近年来，高密度安装及多层排列的基板结构等对磁性元件的小型化提出了强烈的要求，并且对于产品的低成本化也有强烈的要求。作为以往的磁性元件的方案，已知有下述磁性元件，其采用了将由铁氧体磁性芯构成的带凸缘磁芯及环型磁芯组合的结构(例如参照专利文献1)。此外，还已知有将所谓的E型磁芯和I型磁芯组合的磁性元件。
进而，已知有如图8所示，将电气特性或形状相同或类似的多个磁性元件(例如电感元件)101配置在安装基板上的电路结构100。
【专利文献1】特开2002-313635号
但是，如图8所示，在将电气特性或形状相同或类似的多个电感元件101配置在安装基板上的情况下，在安装基板上需要确保与该电感元件的配置面积相应的安装空间，从而产生了安装基板变得大型化的问题。
进而，并不限于电感元件，所有安装在安装基板上的安装元件，为了防止安装作业中元件的损坏，都需要与相邻的安装元件隔开适当间隔，为了以较高的水平满足近年来对高密度安装的要求，有必须进一步减小所安装的电感元件的配置面积的问题。
发明内容
本发明考虑到上述问题点，目的是提供一种减小了相对于安装基板的配置面积的磁性元件。
本发明的磁性元件具有：线圈；第1磁芯及第2磁芯，在平板部上具有外脚部和插入到上述线圈中的中脚部；中间磁芯，配置在上述第1磁芯和上述第2磁芯之间，以连接上述第1磁芯和上述第2磁芯，构成闭合磁回路；在设上述第1磁芯的中脚部在与上述外脚部延伸的方向垂直的方向上的截面积为S1、设上述中间磁芯在与上述外脚部延伸的方向平行的方向上的截面积为S2、设上述第2磁芯的中脚部在与上述外脚部延伸的方向垂直的方向上的截面积为S3时，有S1≤S3、并且S1≤S2的关系。
优选的是，在本发明的磁性元件中，在上述中间磁芯与上述中脚部的末端部之间具有间隙。
更优选的是，在本发明的磁性元件中，上述线圈是扁平线的扁立绕法的线圈。
如上所述，本发明的磁性元件，通过利用流过从多个线圈产生的磁通的共用的磁芯，能减小磁性元件相对于安装基板的配置面积。
根据本发明的磁性元件，能够减小磁性元件相对于安装基板的配置面积，所以能够将多个磁性元件高密度地安装在安装基板上。
附图说明
图1是本发明的磁性元件的分解立体图。
图2是本发明的磁性元件的立体图。
图3是本发明的磁性元件的剖视图。
图4是本发明的磁性元件的分解立体图。
图5是将以往的磁性元件与本发明的磁性元件进行比较时的剖视图。
图6是本发明的磁性元件的另一实施例的分解立体图。
图7是本发明的磁性元件的另一实施例的立体图。
图8是表示配置了多个磁性元件的以往的电路结构的图。
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的优选实施方式进行说明，但本发明并不限于以下的例子。
图1是本发明的磁性元件的分解立体图。
如图1所示，作为磁性元件的电感元件1包括：第1磁芯2、第2磁芯3、中间磁芯4、端子部件5、线圈6、和支承基座7。
第1磁芯2包括：矩形的平板2a、形成于平板2a的两端部的外脚2b、设在平板2a的中央部附近的中脚2c。在平板2a的短边方向的一个端部，形成有在完成电感元件1时用来穿过线圈6的端部6a的缺口部2f(参照图2)。
在平板2a的长边方向的两端部，沿着在垂直于平板2a的方向上延伸的方向形成有外脚2b，在外脚2b的末端部，形成有具有与平板2a平行的平面的末端面2d。
在平板2a的大致中央附近，形成有沿与外脚2b延伸的方向相同的方向延伸的圆柱状的中脚2c，在中脚2c的末端部，形成有具有与平板2a平行的平面的末端面2e。此外，中脚2c的长度设定为比外脚2b的长度短，以便在中脚的末端面2e与中间磁芯4之间形成间隙。另外，在本例中，将中脚2c的形状作成了圆柱形，但中脚2c的形状并不限于圆柱形，例如也可以是矩形。
与第1磁芯2同样，第2磁芯3包括：矩形的平板部3a、形成于平板部3a的两端部的外脚3b、设在平板3a的中央部附近的中脚3c。此外，第2磁芯3以与第1磁芯2具有相同构造的方式成型。在平板部3a的长边方向的两端部，沿在垂直于平板3a的方向上延伸的方向形成有外脚3b，在外脚3b的末端部，形成有具有与平板3a平行的平面的末端面3d。
在平板3a的大致中央附近，形成有沿与外脚3b延伸的方向相同的方向延伸的圆柱状的中脚3c，在中脚3c的末端部，形成有具有与平板3a平行的平面的末端面3e。此外，中脚3c的长度设定为比外脚3b的长度短，以便在中脚的末端面3e与中间磁芯4之间形成间隙。
另外，在本例中，第1磁芯2与第2磁芯3具有相同的构造，但第1磁芯2与第2磁芯3的构造并不限于此，也可以以相互不同的构造成型。此外，第1磁芯2及第2磁芯3由采用了Mn-Zn类铁氧体的磁性材料形成。
中间磁芯4由矩形的平板构成，具有平面4a，所述平面4a与形成于第1磁芯2的外脚2b的末端面2d、形成于中脚2c的末端面2e以及形成于第2磁芯3的外脚3b的末端面3d、形成于中脚3c的末端面3e对置。此外，中间磁芯4形成为，中间磁芯4的长边方向的长度与第1磁芯2及第2磁芯3的长边方向的长度相同。进而，中间磁芯4形成为，中间磁芯4的短边方向的长度与第1磁芯2及第2磁芯3的短边方向的长度相同。另外，中间磁芯4由采用了Mn-Zn类铁氧体的材料形成，例如由压模机压制成矩形而成型。
线圈6是扁平线的扁立绕法的线圈，成型为具有空芯的形式。即，通过以扁立绕法卷绕包覆有绝缘层的扁平线而成型。此外，在线圈6上，形成有用来使从安装电感元件1的安装基板供给来的电流流向线圈的线圈端部6a。
基座部件7由具有大致正方形形状的平板状部件成型。此外，在基座部件7上，为了保持线圈6的端部6a而安装有具有支承部的端子部件5，端子部件5的一部分露出到基座部件7的向安装基板安装的一侧。
图2是本发明的磁性元件的立体图。
如图2所示，在组装好的电感元件1中，第1磁芯2及第2磁芯3配置成，第1磁芯2的外脚2b及中脚2c、与第2磁芯3的外脚3b及中脚3c夹着中间磁芯4相向。此外，在中间磁芯4与第1磁芯2的平板2a之间配置有线圈6。此时，在线圈6的空芯中，插入有第1磁芯2的中脚2c。同样，在中间磁芯4与第2磁芯3的平板3a之间也配置有线圈6，在线圈的空芯中插入有中脚3c。
即，在电感元件1中，由第1磁芯2、第2磁芯3、和中间磁芯4形成闭合磁回路。更详细地讲，由第1磁芯2所具有的中脚2c、平板2a、外脚2b、中间磁芯4、后述的间隙g、以及第2磁芯3所具有的中脚3c、平板3a、外脚3b、中间磁芯4、后述的间隙g形成闭合磁回路。
在电感元件1中，第1磁芯2、第2磁芯3和中间磁芯4组装成，第1磁芯的外脚2b的末端面2d及第2磁芯的外脚3b的末端面3d与中间磁芯4的平面4a吻合。在本例中，第1磁芯2、第2磁芯3及中间磁芯4形成为，第1磁芯2的平板2a及第2磁芯3的平板3a的短边方向的长度与中间磁芯4的短边方向的长度相同，所以在将第1磁芯2、第2磁芯3及中间磁芯4组装起来时，在短边方向上形成上下2个平面。在该2个平面中的、形成在设有第1磁芯2的缺口部2f、第2磁芯3的缺口部3f的一侧的面上，安装有支承基座7。
在支承基座7上安装有4个端子部件5，该端子部件5保持着线圈6插入在中脚2c、3c中的状态，而对线圈的端部6a加以保持。此外，以线圈的端部6a位于由平板2a的缺口部2f、平板3a的缺口部3f形成的空间中的方式配置。另外，在组装第1磁芯2、第2磁芯3和中间磁芯4时，在外脚2b的末端面2d及外脚3b的末端面3d、和与该面对应的中间磁芯的平面4a上涂敷粘接剂来固定。
组装好的电感元件1，通过焊接而保持露出到基座部件7的背面侧的端子部件5与安装基板(未图示)的接触，在该状态下安装在安装基板上。由此，从安装基板供给的电流经由端子部件5供给到电感元件1。
根据本例的电感元件1，第1磁芯2、第2磁芯3、及中间磁芯4都以简单的结构成型，所以能够使电感元件的制造变得容易。
此外，如果如图5所示，将本例的电感元件1与密接2个电感元件101的以往的结构相比较，则本例的电感元件1能够将配置面积减小长度d部分的量。即，根据本例的电感元件1，通过将以往使用2个的电感元件101合为1个，能够减小电感元件本身相对于安装基板的配置面积。进而，本例的电感元件1不进行磁结合便能在1个元件中设置2个线圈6。
图3是本发明磁性元件的图2所示A-A线上的概略剖视图。
如图3所示，在线圈6的空芯中，分别插入有第1磁芯2的中脚2c和第2磁芯3的中脚3c。在中脚2c的末端面2e与中间磁芯的平面4a之间、以及中脚3c的末端面3e与中间磁芯的平面4a之间，分别以间隔x形成有间隙g。
另外，作为其他在磁路中设置间隙的方法，也可以通过在中间磁芯4和第1磁芯2及第2磁芯3之间配置间隙形成用的间隔件来设置间隙。此外，作为其他方法，可以通过将中间磁芯4的有效导磁率设定得比第1磁芯2、第2磁芯3的有效导磁率低，而实际上发挥作为间隙的作用。另外，在采用该方法的情况下，可以使用导磁率较低的磁性材料，或将混合了树脂与磁性粉的材料作为芯材，来进行各种改变。
根据本例的电感元件1，即使是将电感元件用作流过大电流的电源用途的情况下，由于在第1磁芯2与中间磁芯4之间、以及第2磁芯3与中间磁芯4之间具有间隙g，所以不需要在外脚2b、外脚3b与中间磁芯4之间再设置间隙，能够在维持第1磁芯2及第2磁芯3与中间磁芯4的安装强度的状态下在电感元件1中流过大电流。
此外，根据本例的电感元件1，采用扁平线的扁立绕法的线圈作为线圈6，线圈的截面积较大，所以能够降低电阻，此外，由于在线圈中不再有不需要的间隙，所以能够使电感线圈小型化。
在线圈6中流过电流时，在图3中实线所示的箭头方向上，产生贯通第1磁芯2的中脚2c、平板2a、外脚2b与中间磁芯4的磁通Φ1、以及贯通第2磁芯3的中脚3c、平板3a、外脚3b与中间磁芯4的磁通Φ2。另外，在闭合磁路中产生的磁通Φ1、Φ2的方向根据外加在线圈6中的电流的种类、线圈的卷绕方向而变化。
这里，在第1磁芯2的中脚2c上，将与外脚2b延伸的方向垂直的方向上的截面积定义为S1，在中间磁芯4上，将与外脚2b、3b延伸的方向平行的方向上的截面积定义为S2，在第2磁芯3的中脚3c上，将与外脚3b延伸的方向垂直的方向上的截面积定义为S3。另外，在图3中用单点划线表示的箭头X表示设在第1磁芯2上的外脚2b及设在第2磁芯3上的外脚3b延伸的方向。
图4是本发明的磁性元件的分解立体图，是立体地表示图3所示截面积S1、S2、S3的图。另外，在图4中，对于与图1对应的部分赋予相同的附图标记而省略说明。
如图4所示，第1磁芯2的中脚2c的截面积S1具有与中脚2c的末端面2e相同的面积，同样，第2磁芯3的中脚3c的截面积S3具有与中脚3c的末端面3e相同的面积。在本例中，截面积S1与截面积S3具有相同的面积，但例如也可以将中脚2c、中脚3c形成为，截面积S3比截面积S1大。
中间磁芯4的截面积S2是中间磁芯4的长度方向上的中央部处的截面积。另外，在中间磁芯4的形状不是本例那样具有均等截面积的形状的情况下，将用连结2个线圈6的空芯的中心点的线沿平行方向切断中间磁芯4时产生的截面积作为S2。
根据本例的电感元件1，在设第1磁芯2的中脚2c的截面积为S1、设第2磁芯3的中脚3c的截面积为S3、设中间磁芯4的截面积为S2时，规定S1≤S3，并且S1≤S2，所以对于各种用途都能够确保第1磁芯2、第2磁芯3及中间磁芯4在总的磁饱和中的均衡。
此外，在S1≤S3、S1＝S2的情况下，在对第1磁芯2的线圈6和第2磁芯3的线圈6的某一个线圈外加电流的情况下，不会发生磁饱和，并且能够减小电感元件1的配置面积。进而，在S2＝S1+S3的情况下，通过使电流同时流过第1磁芯2及第2磁芯3的线圈6，而能够使2个电感动作。
另外，在S1≤S3、S1＞S2的情况下，中间磁芯4的截面积S2实质上比第1磁芯2的中脚2c的截面积S1小，所以如果对至少一个线圈6外加过电流，则首先在中间磁芯4中发生磁饱和，有可能导致电感元件1的电气特性(代表性的是电感值)的急剧降低。此外，由于中间磁芯4的截面积S2变小，所以电感元件1的机械强度·刚性有可能降低。
通过以上的考察，在本例的电感元件1中，在设第1磁芯2的中脚2c的截面积为S1、设中间磁芯4的截面积为S2、设第2磁芯的截面积为S3时，为S1≤S3、且S1≤S2的关系。
图6是本发明的磁元件的另一实施例的分解立体图。另外，在图6中，对于与图1对应的部分赋予相同的附图标记而省略重复说明。
如图6所示，在本例的电感元件11中，在第1磁芯2、第2磁芯3、及中间磁芯4的上方设有磁屏蔽板8。磁屏蔽板8例如由高导磁率的磁性板、混合了树脂和磁性粉的板状部件形成。
图7是本发明的磁性元件的另一实施例的立体图。另外，在图7中，对于与图1对应的部分赋予相同的附图标记而省略重复说明。
如图7所示，在本例的电感元件11中，以第1磁芯2的上表面、第2磁芯3的上表面、和中间磁芯4的上表面相邻而形成一个面的方式组装，在该面上安装有磁屏蔽板8，以覆盖配置在第1磁芯2与中间磁芯4之间、第2磁芯3与中间磁芯4之间的线圈6。并且，通过焊接将电感元件11安装在安装基板上。
根据本例的电感元件11，在元件的上部具备磁屏蔽板8，所以能够抑制从电感元件11的上部泄漏磁通的不良状况，能够提供对安装的其他磁性元件带来影响较少的可靠性高的电感元件11。
另外，在第1磁芯、第2磁芯、及中间磁芯的形成中使用的磁性材料并不限于Mn-Zn类铁氧体，也可以使用Ni-Zn类铁氧体、金属类磁性材料、非晶类磁性材料等。

Claims (8)

1、一种磁性元件，具有：
线圈；
第1磁芯及第2磁芯，在平板部上具有外脚部和插入到上述线圈中的中脚部；
中间磁芯，配置在上述第1磁芯和上述第2磁芯之间，以连接上述第1磁芯和上述第2磁芯，构成闭合磁回路；
其特征在于，
在设上述第1磁芯的中脚部在与上述外脚部延伸的方向垂直的方向上的截面积为S1、
设上述中间磁芯在与上述外脚部延伸的方向平行的方向上的截面积为S2、
设上述第2磁芯的中脚部在与上述外脚部延伸的方向垂直的方向上的截面积为S3时，
为S1≤S3、并且S1≤S2的关系。
2、如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，在上述中间磁芯与上述中脚部的末端部之间具有间隙。
3、如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，间隙是通过放入间隔件而构成的。
4、如权利要求2所述的磁性元件，其特征在于，代替设置间隙，而是通过将中间磁芯的有效导磁率设定得比第1磁芯·第2磁芯低，来设置实质上的间隙。
5、如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，在单侧设有树脂基座，在该树脂基座上设有安装到安装基板上的端子部件。
6、如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，具备磁屏蔽板。
7、如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，磁屏蔽板由混合了磁性粉的树脂部件构成。
8、如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，上述线圈是扁平线的扁立绕法的线圈。
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