DE69425867T2

DE69425867T2 - Induktives Bauelement

Info

Publication number: DE69425867T2
Application number: DE69425867T
Authority: DE
Inventors: Norio Matsumoto; Takashi Matsuoka; Takehiko Omi
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: EP0655754B1; KR0161557B1; DE69425867D1; CN1080445C; JPH07201610A; TW338831B; KR950015416A; US5815060A; CN1108790A; EP0655754A1

Description

Zum Beispiel in einer schaltenden Stromversorgung zum Steuern einer großen Strommenge in einem hohen Frequenzbereich ist herkömmlicherweise eine Drosselspule zum Wandeln eines Wechselstromes in einen Gleichstrom oder zum Trennen einer Hochfrequenzkomponente von einem Gleichstrom oder einem Wechselstrom einer niedrigen Frequenz verwendet worden.
Andererseits hat sich das Gebiet, auf dem eine schaltende Stromversorgung angewandt werden kann, aufgrund der Tendenz, daß die Körper von elektronischer Ausrüstung klein in der Größe und dünner und dünner werden, erweitert. Um diese Anforderung zu erfüllen und die schaltende Stromversorgung selbst dünner zu machen, müssen Drosselspulen und ähnliches, die Komponenten der schaltenden Stromversorgung sind, kleiner in der Größe und dünner gemacht werden.
Um zum Beispiel eine Höhe eines Artikels auf die Hälfte eines Inch zu reduzieren, muß ein Teil oder eine Komponente, die denselben bildet, eine Höhe (oder Länge) von 10 mm oder weniger angesichts eines Spielraumes aufweisen. In anderen Worten, magnetische Teile dieses Typs wie Transformatoren, Drosselspulen und ähnliches sind bis jetzt nicht zufriedenstellend niedrig in der Höhe gemacht worden, insbesondere in einem Gebiet, in dem eine elektrische Leistung von 10 W oder mehr verwendet wird, hat es solch kompakte Komponenten nicht gegeben.
Des weiteren gibt es zum Zwecke der Erhöhung einer Wärmeabstrahlungseffizienz der Schaltung eine Nachfrage nach einem Verdünnen der gesamten physischen Größe der Schaltung.
Unter solchen Umständen ist eine magnetische Komponente eines dünnen Typs, wie eine Drosselspule eines dünnen Typs, unter Verwendung der Tatasche, daß magnetisches Ferritpulver in eine gewünschte Gestalt geformt oder ausgebildet werden kann, realisiert worden.
Da jedoch eine gesättigte magnetische Flußdichte des magnetischen Ferritmaterials im Vergleich mit derjenigen eines magnetischen metallischen Materials niedrig ist, ist die zufriedenstellende Kompaktheit nicht immer durch das magnetische Ferritmaterial im Vergleich mit den Drosselspulen, die entsprechend aus einem unterschiedlichen magnetischen Material mit derselben Leistung ausgebildet worden sind, erreicht worden.
Angesichts dieses und ähnlicher Punkte, ist einer Technik zum Erhalten einer kompakten Drosselspule öffentliche Aufmerksamkeit geschenkt worden, bei der ein dünner Streifen, der aus einer amorphen magnetischen Legierung oder einer kristallinen magnetischen Legierung, die eine wesentlich höhere gesättigte magnetische Flußdichte als diejenige des magnetischen Ferritmaterials aufweist, gemacht ist, verwendet wird.
Zum Herstellen eines solchen Elementes wird ein dünner Streifen aus magnetischer Legierung, der eine vorbestimmte Streifenbreite aufweist, zum Erhalten eines torisch geformten magnetischen Kerns, der einen hohen zentralen Abschnitt mit einem vorbestimmten Innendurchmesser aufweist, gewickelt und einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen. Dann wird der Kern in einem Harzgehäuse aufgenommen oder mit einer Harzbeschichtung beschichtet. Dann wird eine Wicklung an seinem dünnen streifenförmigen gewickelten Abschnitt mit einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen bewirkt.
Nebenbei sollte bemerkt werden, daß, wie oben erwähnt wurde, da die amorphe magnetische Legierung und die kristalline magnetische Legierung eine höhere gesättigte magnetische Flußdichte als diejenige des herkömmlichen Ferrits aufweisen, es durch diese Materialien im Vergleich mit dem Ferrit möglich ist, eine kompakte Drosselspule zu erhalten.
Da der magnetische Kern der Spule durch Wickeln des oben beschriebenen dünnen Streifens aus magnetischer Legierung erhalten wird, ist es in dem Fall, in dem die Spule so konstruiert ist, daß eine Leitung den torischen magnetischen Kern schneidet, notwendig eine Breite des dünnen Streifens zu reduzieren, um eine Höhe des magnetischen Kerns zu reduzieren.
Jedoch macht es die Reduzierung der Breite des dünnen Streifens aus magnetischer Legierung sehr schwierig, den Streifen zu wickeln. Da nämlich die Breite des dünnen Streifens vermindert ist, wird die Zugspannungswiderstandsfähigkeit des dünnen Streifens vermindert. Wenn der dünne Streifen einer vorbestimmten Zugspannung unterworfen wird, um um das axiale Zentrum gewickelt zu werden, gibt es eine hochgradige Befürchtung, daß der dünne Streifen ausgezogen und abgeschnitten wird.
Außerdem haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, daß selbst falls eine Dicke des Gehäuses oder eines beschichtenden Harzes vermindert oder die Breite des dünnen Streifens bei der Berücksichtigung einer Dicke der Wicklung vermindert würde, es eine geringe Wirkung zum Verdünnen der gesamten Drosselspule gibt.
Patent Abstracts of Japan Vol. 16, Nr. 564 (E-1295) (JP-A- 04217307) offenbart einen Induktor, der eine Mehrzahl von mag netischen Kernen aufweist, die in einem Harz eingebettet sind, das magnetisches Pulver enthält.
Die US-4 637 843 offenbart einen torischen Kern, der aus einem zur Spule gemachten dünnen Streifen einer amorphen magnetischen Legierung, die im wesentlichen Fe enthält, gemacht ist.
Angesichts der vorhergehenden Aufgaben ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kompaktheit eines Induktionselementes wie einer Drosselspule dieses Typs zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Induktionselement und genauer auf ein Induktionselement, das für eine Drosselspule oder ähnliches geeignet ist, die zum Glätten eines Stromes in einer schaltenden Stromversorgung und zum Abschneiden einer Hochfrequenzkomponente zu verwenden ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Induktionselement angegeben, das einen magnetischen Kern, der einen hohlen Abschnitt in der Nähe eines Zentrums aufweist, und eine Leitung, die durch den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns hindurchläuft, aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß: der magnetische Kern aus einer Fe-basierten nanokristallinen Legierung gemacht ist;
eine relative Permeabilität u des magnetischen Kerns in dem Bereich von 100 bis 2000 liegt und;
das Induktionselement die folgenden Formeln erfüllt:
0 < BSφ&sub0;/uφi² ≤ 10, BS > 0,6 T
wobei BS(T) die gesättigte magnetische Flußdichte ist, u die relative Permeabilität ist, φ&sub0;(m) der Außendurchmesser des magnetischen Kernes ist, und φ&sub1;(m) der Innendurchmesser des magnetischen Kernes ist, so daß das Induktionselement geeignet zur Verwendung als eine Drosselspule zum Glätten eines Stromes in einer schaltenden Stromversorgung oder zum Abschneiden einer Hochfrequenzkomponente in einem Strom ist.
"Ein dünner Streifen (Band) aus magnetischer Legierung" bedeutet in dieser Spezifikation "einen einzelnen dünnen Streifen (Band) aus magnetischer Legierung, dünne Streifen (Bänder) aus magnetischer Legierung oder laminierte dünne Lagen aus magnetischer Legierung".
Der "hohle Abschnitt" meint einen Raumabschnitt, der in einem zentralen axialen Abschnitt durch Wickeln des dünnen Streifens aus magnetischer Legierung oder durch Laminieren dünner Lagen aus magnetischer Legierung ausgebildet ist und umfaßt auch den Fall, in dem ein Harz oder ähnliches in den Raumabschnitt gefüllt ist und die Leitung zum Durchgehen durch das Harz gebracht ist. Desweiteren enthält die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die einen Abstandshalter, der aus Keramik gemacht ist, aufweist, der in den Raumabschnitt eingesetzt werden kann und bei dem die Leitung in den Abstandshalter eingesetzt sein kann.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der dünne Streifen aus magnetischer Legierung auch direkt um die Leitung zur Ausbildung eines magnetischen Kerns gewickelt werden. Zusammenfassend ist es ausreichend, daß die Leitung in den dünnen Streifen aus magnetischer Legierung, der in einem letztendlichen Artikelzustand gewickelt ist, eingesetzt ist.
Desweiteren kann, wenn der dünne Streifen aus magnetischer Legierung relativ zu der Leitung gewickelt ist, ein Dummyband an einem Abschnitt vorgesehen werden, an dem das Wickeln des dünnen Streifens aus magnetischer Legierung gestartet wird.
Nebenbei ist es zu bevorzugen, daß ein Widerstand der Leitung gleich zu oder weniger als 20 uΩcm ist, und noch bevorzugter nicht größer als 2 uΩcm ist.
Ein Beispiel der amorphen magnetischen Legierung, die als der dünne Streifen beim Herstellen des Induktionselementes entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann wie folgt sein:
M100-aM'a
wobei M mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe und Co besteht, M' mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus B, Si, C und Cr besteht, und a ein Atomprozentanteil ist, der nicht kleine als 4 aber nicht größer als 40 für die Fe-basierte a- morphe magnetische Legierung ist.
Die Fe-basierte amorphe magnetische Legierung ist bei der vorliegenden Erfindung bevorzugter.
Insbesondere ist die amorphe magnetische Legierung, die durch die folgende Formel repräsentiert wird, als die amorphe magnetische Legierung, die als der dünne Streifen beim Herstellen des Induktionselementes bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bevorzugter,
FexSiyBzMW
wobei M mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Zr, Cu, Cr, Mn, Al, P, C und ähnlichem besteht, und x, y, z und w Atomprozentsätze bedeuten und Werte aufweisen, die die Beziehungen 0 ≤ x ≤ 85, 5 ≤ y ≤ 15, 5 ≤ z ≤ 25 bzw. 0 ≤ w ≤ 10 erfüllen.
Der amorphe dünne Streifen, der aus diesen Legierungen gemacht ist, kann in einer gewünschten Zusammensetzung und einer gewünschten dünnen Streifenform durch ein Verfahren eingestellt werden, daß das sogenannte Verfahren des schnellen Abschreckens aus der Schmelze ist. Außerdem ist es gewöhnlich möglich, die verschiedenen Eigenschaften durch Ausüben einer geeigneten Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die Curietemperatur und nicht höher als eine kristalline Temperatur ist, zu verbessern.
Außerdem ist es möglich, die nanokristalline (feinkristalline) magnetische Legierung, die den dünnen Streifen bildet, der beim Herstellen des Induktionselementes entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zum Beispiel wie folgt zu veranschaulichen
(Fe1-aMa) 100-x-yM'xM"y
wobei M mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Co und Ni besteht,
M' mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Si, B, Ga, Nb, Mo, Ta, W, Ti, Zr, Cr, Mn und Hf besteht, M" mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cu und Al besteht, und a, x und y Werte sind, die die Beziehungen 0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ x ≤ 50 bzw. 0 ≤ y ≤ 10 (wobei x und y Atomprozentsätze sind) erfüllen, ausgewählt ist.
Die mikrokristalline Legierung, die insbesondere gezeigt ist durch den unten erwähnten generellen Typ, ist wünschenswerterweise in der oben erwähnten Legierung.
(Fe1-aMa)100-x-y-z-α-βSixByM'zAlαCuβ
M ist mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Co, Ni besteht. M' ist mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ga, Nb, Mo, Ta, W, Ti, zr, Cr, Mn, Hf besteht. Die genannten a, x, y, z, α und β sind Werte, die die Beziehungen wie folgt erfüllen
0 ≤ a ≤ 0,5, 0 ≤ z ≤ 25
0 ≤ x ≤ 30, 0 ≤ α ≤ 10
0 ≤ y ≤ 25, 0 ≤ β ≤ 3 (noch bevorzugter 0,1 ≤ β ≤ 3)
5 ≤ x + y + z ≤ 40, 0,1 ≤ α - β ≤ 10
(wobei x, y, z, α und β die Atomprozentsätze sind)
Es ist bevorzugt, daß ein Partikeldurchmesser des Kristallits der nanokristallinen Legierung nicht größer als 500 Å und noch bevorzugter nicht größer als 200 Å ist. Außerdem ist es bevorzugt, daß der kristalline Teil der Kristallitlegierung nicht kleiner als 30% und noch bevorzugter nicht kleiner als 50% ist.
Die oben beschriebenen dünnen Streifen aus nanokristalliner Legierung können gewöhnlich durch Anwenden, auf die Streifen, die einmal als amorphe Legierungsstreifen erhalten worden sind, einer geeigneten Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die Kristallisationstemperatur ist, erhalten werden. Außerdem ist es möglich, die verschiedenen magnetischen Eigenschaften (zum Beispiel die Permeabilität, den Wirbelstromverlust oder die Stromüberlagerung) durch Ändern der Bedingungen für die Wärmebehandlung zu verbessern.
Es ist auch möglich, die verschiedenen magnetischen Eigenschaften (zum Beispiel die Permeabilität oder den Wirbelstromverlust bei hoher Frequenz) durch Ansammeln von dielektrischem Pulver wie MgO, SiO&sub2; und Sb&sub2;O&sub5; auf Oberflächen der dünnen Streifen auf einer Seite oder auf beiden Seiten, um derart die laminierten Oberflächen der Wicklung der dünnen Streifen voneinander zu isolieren, zu verbessern.
Der magnetische Kern des Induktionselementes der vorliegenden Erfindung wird durch Wickeln der derart erhaltenen dünnen Streifen hergestellt. Zuerst werden die Streifen, die eine vorbestimmte Breite und eine vorbestimmte Dicke aufweisen, um ein Kernteil, das eine vorbestimmte Gestalt aufweist, gewickelt. Der Querschnitt des Kernteils kann kreisförmig oder irgendeine andere vieleckige Gestalt, wie eine rechteckige Gestalt sein.
Zu dem Zeitpunkt, wenn die Dicke des Abschnittes der Wicklung der dünnen Streifen ein vorbestimmtes Niveau erreicht, wird der Wicklungsbetrieb der dünnen Streifen beendet. Dann wird eine Behandlung zum Fixieren des Wicklungsendabschnittes der Streifen an den magnetischen Kern unter Verwendung eines hochgradig viskosen Harzbandes, das eine Wärmewiderstandsfähigkeit aufweist, wie eines Polyimido-Bands (Handelsname: Kapton, hergestellt durch Dupon Chemical Co.,) oder durch Punkteschweißen bewirkt, um so ein Abwickeln zu verhindern.
Dann wird die Leitung in den magnetischen Kern, aus dem das Kernteil entfernt worden ist, eingesetzt. In diesem Fall ist es durch Verwenden der Leitung als das Kernteil möglich, einen integralen Aufbau, der aus dem magnetischen Kern und der Leitung besteht, sofort zu erhalten. Desweiteren ist es möglich, die Arbeit zum Entfernen des separaten Kernteils überflüssig zu machen. Dieses macht es möglich, die Herstellungskosten und die Anzahl der Komponenten zu reduzieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den magnetischen Kern, der einen hohlen Abschnitt aufweist, durch Laminieren von torischen magnetischen Legierungslagen, entweder unter Verwendung eines Klebstoffes oder durch Imprägnieren derselben mit Harz, auszubilden. Dieser Typ von magnetischem Kern kann auch einen hohlen Abschnitt in der Nähe des Zentrums aufweisen, der so angeordnet ist, daß eine Leitung hindurchlaufen kann.
Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, eine Eisenlegierung oder eine plattierte Oberfläche daraus für die Oxidationsverhinderung. Ein Sn-plattierter Kupferdraht oder ein geglühter Sn-plattierter Kupferdraht, ein mit Lötzinn plattierter Kupferdraht, ein 42-Legierung-Draht und ein CP-Draht, etc. werden als ein konkretes Beispiel aufgezählt. Insbesondere der Sn-plattierte Kupferdraht der niedrigen Widerstandsrate ist in dem Beispiel der obigen Beschreibung wünschenswert.
Nebenbei ist es für die Leitung möglich, eine Mehrzahl von leitenden Drähten, die jeweils denselben oder einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, in einem Bündel entlang der Mittellinie des magnetischen Kerns anzuordnen. In dem Fall, in dem die Mehrzahl von leitenden Drähten voneinander isoliert sind (d. h. Leitungen, die durch Beschichtungen oder Keramikröhren isoliert sind), können die leitenden Drähte in der Längsrichtung auf die Seitenwand des magnetischen Kerns gewickelt werden, um als eine Wicklung verwendet zu werden.
Nachfolgend wird der magnetische Kern, auf dem die derart erhaltene Leitung montiert worden ist, einer Wärmebehandlung (z. B. zur Steuerung der magnetischen Eigenschaften der relativen Permeabilität) unterworfen. Nebenbei ist es möglich, die Leitung nach der Wärmebehandlung zu montieren. Bei den Bedingungen der Wärmebehandlung ist bevorzugterweise, um die dünnen Streifen in einem amorphen Zustand zu halten, die Temperatur nicht niedriger als die Curietemperatur aber nicht höher als die Kristallisationstemperatur, und um die dünnen Streifen in einem nanokristallinen Zustand zu halten, ist die Temperatur nicht niedriger als die Kristallisationstemperatur. Ein Zeitraum der Wärmebehandlung liegt bevorzugterweise im Bereich von 30 Minuten bis 24 Stunden. Nebenbei ist es in diesem Fall möglich, die verschiedenen Eigenschaften auf gewünschte Eigenschaften durch Bewirken der Wärmebehandlung, während ein magnetisches Feld von 0 bis 60 kA/m (zum Beispiel 5 kA/m) in der Richtung der Breite des dünnen Streifens unter Verwendung einer Umgebungsatmosphäre aus einem oxidierenden Gas wie Stickstoff (N&sub2;) oder Argon (Ar), einem reduzierenden Gas oder einem Inertgas, oder durch Anlegen einer Kraft an den magnetischen Kern in einer konstanten Richtung einzustellen.
Danach wird der magnetische Kern in einem Gehäuse eingekapselt oder einer Isolierung mit Harzbeschichtungen (z. B. einem Epoxyharz, einem Polyesterharz oder einem Silikonharz) zum Erhalten des Induktionselementes entsprechend der vorliegenden Erfindung unterworfen.
Es ist nun zu bevorzugen, daß, um eine gute Überlagerungseigenschaft im Fall einer Glättungsdrosselspule oder einer Drosselspule für eine Wechselstromleitung, einer Drosselspule für einen aktiven Filter und/oder einer Drosselspule für einer schaltenden Wandler zu erhalten, daß die relative Permeabili tät u des magnetischen Kerns der Erfindung die Beziehung erfüllt:
100 ≤ u ≤ 2.000.
Noch bevorzugter wird, durch Einstellen der Wärmebehandlungsbedingungen derart, daß die spezifische magnetische Durchdringung u die Beziehung 500 ≤ u ≤ 2.000 erfüllt, die Stromüberlagerungseigenschaft noch exzellenter.
Nebenbei bedeutet die relative Permeabilität u einen Wert, der durch Teilen der Permeabilität ui durch die Vakuumpermeabilität u&sub0; erhalten wird.
Andererseits hängt die Kompaktheit der magnetischen Komponenten stark von der gesättigten magnetischen Flußdichte ab. Wenn nämlich angenommen wird, daß die relative Permeabilität u bis zu der gesättigten Magnetflußdichte BS konstant gehalten wird, ist die folgende Beziehung zwischen der elektrischen Kapazität E der magnetischen Komponente und dem Volumen V des magnetischen Kerns gegeben:
E ∞ (BS)V/(u)
Um die kompakte magnetische Komponente zu erhalten, die weithin und allgemein genutzt wird, und die eine größere Kapazität als diejenige des magnetischen Ferritmaterials hat, ist es zu bevorzugen, daß die gesättigte Magnetflußdichte des dünnen Streifens aus magnetischer Legierung nicht geringer als 0,6 T ist.
Bei dieser Erfindung werden, wenn der Außendurchmesser φ&sub0;(m: Meter) und der Innendurchmesser φi(m) des magnetischen Kerns entworfen werden, die Sättigungsmagnetflußdichte Bs (T: Tesla), φ&sub0;, φi, die relative Permeabilität u, die Vakuumper meabilität u&sub0;(4π · 10&supmin;&sup7; H/m) und die maximale elektrische Stromdichte σ der Leitung, die folgende Beziehung erfüllen:
Bsφ&sub0;/uu&sub0; ≥ σφi²/4
Eine große Kapazität und kleine magnetische Teile werden durch Entwerfen des Elementes, das die oben erwähnte Beziehung erfüllt, erhalten.
Die Beziehung wird wie folgt umgewandelt:
BSφ&sub0;/uφi² ≤ u&sub0;σ/4
Auch unter Berücksichtigung der Bedingungen zum Realisieren des magnetischen Kerns, d. h. φ&sub0;, φi > 0, wird die folgende Bedingung gegeben:
0 < Bsφ&sub0;/uφi² ≤ u&sub0;σ/4
Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, daß, um die in dem Element erzeugte Wärmemenge zu unterdrücken, es zu bevorzugen ist, daß die Stromdichte σ nicht größer als σ = 100/π · 10&sup6;A/m² (ungefähr 32 · 10&sup6;A/m²) ist. Dementsprechend wird durch die Ersetzung von σ = 100/π · 10&sup6;A/m² die folgende Beziehung unter der gesättigten magnetischen Flußdichte Bs des magnetischen Kerns, der relativen Permeabilität u, dem Außendurchmesser φ&sub0;(m) und dem Innendurchmesser φi(m) des magnetischen Kerns erhalten:
0 < Bsφ&sub0;/uφi² ≤ 10
Entsprechend der vorliegenden Erfindung erfüllt das Element die Beziehung, d. h. 0 < Bsφ&sub0;/uφi² ≤ 10 und noch bevorzugter erfüllt es die Beziehung, d. h. 0,1 < Bsφ&sub0;/uφi² ≤ 10, wobei Bs(T) die gesättigte magnetische Flußdichte des magnetischen Kerns ist, u die relative Permeabilität ist, φ&sub0;(m) der Außendurchmesser des magnetischen Kerns ist und φi(m) der Innendurchmesser des magnetischen Kerns ist, wodurch es möglich ist, ein Element zu erhalten, daß unter einer niedrigeren Temperaturerhöhung leidet, selbst falls es kompakter als ein momentanes Element gemacht ist.
Außerdem ist es zu bevorzugen, daß der Widerstand der Leitung, die bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, nicht größer als 20 uΩcm, und noch bevorzugter nicht größer als 2 uΩcm ist. Falls nämlich der Widerstand der Leitung nicht größer als 20 uΩcm ist, ist es vorteilhaft, daß die Temperaturerhöhung unterdrückt wird. Falls weiterhin der Widerstand der Leitung nicht größer als 2 uΩcm ist, ist es weiter vorteilhaft, daß die Temperaturerhöhung weiter unterdrückt wird.
Daß Induktionselement kann in einem Gehäuse, das aus einem nicht-magnetischen Material, wie einem synthetischen Harz oder Aluminium ausgebildet ist, eingekapselt oder anderweitig durch ein Epoxyharz oder ähnliches abgedichtet sein. Es ist möglich, die Wärmeabstrahlungseigenschaften durch das Vorsehen von Rippen, die aus einem nicht-magnetischen Material wie Aluminium gemacht sind, an der Außenseite der Verpackung zu erhöhen, d. h. in dem Fall, in dem die äußere Konfiguration der Verpackung in der Form von Rippen ist, oder die Verpackung aus synthetischem Harz gemacht ist.
Polyamid (Nylon), modifiziertes Polyamid (Handelsname: ARLEN, hergestellt durch Mitsui Petrochemical Co., Ltd.), PBT (Polybutylenterephtalat), PET (Polyethylenterephthalat), PPS (Polyphenylensulfid) und PP (Polypropylen) etc. kann als ein Plastik erwähnt werden, daß als ein Material des Gehäuses verwendet werden kann.
Desweiteren ist es möglich, Elemente zu erhalten, die unterschiedliche Induktivität und Strom aufweisen, in dem eine Mehrzahl von derart erhaltenen Induktivitätselementen parallel oder in Serie verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich, vielseitige Elemente mit einer gleichförmigen äußeren Erscheinung ohne das Ändern der Höhe des Elementes zu erhalten, zum Beispiel durch Versiegeln der Elemente durch Epoxyharz oder ähnlichem zur Ausbildung der Verpackung in einer einzelnen zusammengebauten Elementeneinheit, nachdem die individuellen Induktivitätselemente parallel angeordnet sind.
Nebenbei können diese Induktivitätselemente in einem Gehäuse, das aus einem synthetischen Harz gemacht ist, zur Ausbildung eines einzelnen zusammengebauten Elementes verpackt werden. Im Fall eines solchen zusammengebauten Elementes sollte, da die erzeugte Wärmemenge ebenfalls erhöht wird, die äußere Erscheinung des Gehäuses in der Form von Rippen sein oder das nichtmagnetische Material wie Aluminium sollte an der Außenseite der Verpackung angeordnet sein, um dadurch die Induktivitätsaufbaueinheit zu erhalten, die in der Wärmeabstrahlungseigenschaft überlegen ist.
Als ein Verfahren zum Verbinden der Mehrzahl von Elementen ist es möglich, die Elemente, die im voraus verbunden worden sind, zu verkapseln oder sie durch Epoxyharz zu versiegeln, oder die Elemente anderweitig durch Verwenden einer gedruckten Verdrahtung oder von ähnlichem auf dem tatsächlich installierten Substrat zu verbinden.
Es ist möglich, die Elemente entsprechend der vorliegenden Erfindung in derselben Weise wie die verschiedenen Elemente wie einen Kondensator, einen Widerstand und ähnliches zu handhaben oder zu benutzen. Da keine Wicklung in dem Element selbst ist, sind die Elemente entsprechend der vorliegenden Erfindung leicht zu handhaben und kompakt in der Größe.
Die vorliegende Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Induktionselement entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht ist, die das Induktionselement entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine Frontansicht ist, die das Induktionselement entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, die ein zusammengebautes Element zeigt, das durch paralleles Anordnen einer Mehrzahl von Induktionselementen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine torische Drosselspule entsprechend eines Vergleichsbeispiels zeigt;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht ist, die die torische Drosselspule entsprechend des Vergleichsbeispiels zeigt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem ein dünner Streifen direkt auf eine Leitung in dem Induktionselement entsprechend der vorliegenden Erfindung gewickelt wird;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht ist, die das Induktionselement entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem ein Gehäuse in der Form von Rippen ausgebildet ist;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht zeigt, die ein Induktionselement zeigt, das repräsentativ für eine Modifikation der Leitung ist;
Fig. 10 ein Graph ist, der eine Stromüberlagerungseigenschaft einer Induktivität zeigt, die durch die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und durch das Vergleichsbeispiel erhalten wird;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine äußere scheinung eines zusammengebauten Elementes entsprechend eines Beispiels 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht ist, die eine äußere Erscheinung eines zusammengebauten Elementes entsprechend einer Modifikation des Beispiels 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein magnetischer Kern 2 für ein Induktionselement 1 durch Wickeln eines dünnen Streifens 3, der wie oben erwähnt erhalten worden ist, hergestellt. Zuerst wird der dünne Streifen, der eine vorbestimmte Breite und eine vorbestimmte Dicke aufweist, um ein Kernteil (nicht gezeigt), das eine vorausgewählte Gestalt aufweist, gewickelt. Der Querschnitt des Kernteils ist nicht auf eine kreisförmige Gestalt begrenzt, sondern sie kann rechteckig oder vieleckig sein.
Zu dem Zeitpunkt, wenn die Dicke des gewickelten Abschnitts des dünnen Streifens ein vorbestimmtes Niveau erreicht, wird der Wickelbetrieb des dünnen Streifens 3 beendet. Eine Behandlung zum Fixieren des gewickelten Endabschnittes des dünnen Streifens 3 an dem magnetischen Kern 2 durch Verwenden eines hochgradig viskosen Harzbandes, das einen Wärmewiderstand aufweist, wie eines Polyimido-Bandes (Handelsname: Kapton) oder durch Punktschweißen wird bewirkt, um so das Abwickeln zu verhindern.
Eine Leitung 4 wird in den magnetischen Kern 2, aus dem das Kernteil entfernt worden ist, eingesetzt. In diesem Fall ist es, wie in Fig. 7 gezeigt ist, durch direktes Verwenden der Leitung 4 als das Kernteil möglich, sofort einen integralen Aufbau zu erhalten, der aus dem magnetischen Kern 2 und der Leitung 4 zusammengesetzt ist. Desweiteren ist es möglich, die Arbeit zum Entfernen des separaten Kernteils überflüssig zu machen. Dieses macht es möglich, die Herstellungskosten und die Anzahl der Komponenten zu reduzieren.
Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, eine Eisenlegierung oder eine plattierte Oberfläche daraus für die Oxidationsverhinderung. Ein Sn-plattierter Kupferdraht oder ein wärmebehandelter Sn-plattierter Kupferdraht, ein mit Lötzinn plattierter Kupferdraht, ein 42-Legierung- Draht und ein CP-Draht, etc. werden als ein konkretes Beispiel aufgezählt. Insbesondere der Sn-plattierte Kupferdraht der niedrigen Widerstandsrate ist wünschenswert in dem Beispiel der obigen Beschreibung.
Nebenbei ist es für die Leitung 4 möglich, eine Mehrzahl von leitenden Drähten 4a, die jeweils denselben oder einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, in einem Bündel entlang der Mittellinie des magnetischen Kerns anzuordnen. In dem Fall, in dem die Mehrzahl von leitenden Drähten voneinander isoliert sind (d. h. Leitungen, die durch Beschichtungen oder keramische Röhren isoliert sind), können die leitenden Drähte in der Längsrichtung auf die Seitenwand des magnetischen Kerns gewickelt werden, um als eine Wicklung verwendet zu werden, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.
Nachfolgend wird der magnetische Kern 2, auf dem die derart erhaltene Leitung 4 montiert worden ist, einer Wärmebehandlung unterworfen. Nebenbei ist es möglich, die Leitung nach der Wärmebehandlung zu montieren. Unter den Bedingungen der Wärmebehandlung, bevorzugterweise um die dünnen Streifen in einem amorphen Zustand zu halten, ist die Temperatur nicht niedriger als die Curietemperatur aber nicht höher als die Kristallisationstemperatur, und um die dünnen Streifen in einem nanokristallinen Zustand zu halten, ist die Temperatur nicht niedriger als die Kristallisationstemperatur. Ein Zeitraum der Wärmebehandlung liegt im Bereich von 30 Minuten bis 24 Stunden. Nebenbei ist es in diesem Fall möglich, die verschiedenen Eigenschaften auf die gewünschten Eigenschaften durch Bewirken der Wärmebehandlung einzustellen, während ein magnetisches Feld von 0 bis 60 kA/m (zum Beispiel 5 kA/m) in der Richtung der Breite des dünnen Streifens, unter Verwendung einer Umgebungsatmosphäre eines oxidierenden Gases, eines reduzierenden Gases oder eines Inertgases angelegt wird, oder eine Kraft an den magnetischen Kern in einer konstanten Richtung angelegt wird.
Das Induktionselement 1 kann in einem Gehäuse, das aus einem nicht-magnetischen Material, wie einem synthetischen Harz oder Aluminium gemacht ist, gekapselt oder anderweitig durch ein Epoxyharz oder ähnliches versiegelt werden. In diesem Fall ist es möglich, wie in Fig. 8 gezeigt ist, die Wärmeabstrahlungseigenschaften durch das Vorsehen von Rippen, die aus einem nicht-magnetischen Material wie Aluminium gemacht sind, an der Außenseite der Verpackung zu erhöhen, d. h. das Gehäuse 18 in dem Fall, in dem die äußere Konfiguration der Verpackung in der Form von Rippen ist oder die Verpackung aus synthetischem Harz gemacht ist.
Desweiteren ist es möglich, Elemente zu erhalten, die unterschiedliche Induktivität und Strom aufweisen, in dem eine Mehrzahl von derart erhaltenen Induktionselementen 1 parallel oder in Serie verbunden wird. In diesem Fall ist es möglich, vielseitige Elemente mit einer gleichförmigen äußeren Erscheinung ohne Ändern der Höhe des Elementes, zum Beispiel durch Versiegeln der Elemente mit Epoxyharz oder ähnlichem zur Ausbildung der Verpackung in einer einzelnen zusammengebauten Elementeneinheit 6, nachdem die individuellen Induktionselemente 1 parallel angeordnet worden sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, zu erhalten.
Nebenbei, obwohl die Mehrzahl der Induktionselemente 1 in Fig. 4 durch Harz versiegelt ist, können diese Induktionselemente 1 in einem Gehäuse, das aus einem synthetischen Harz gemacht ist, zur Ausbildung eines einzelnen zusammengebauten Elementes verkapselt werden. In dem Fall eines solchen zusammengebauten Elementes sollte, da die erzeugte Wärmemenge ebenfalls erhöht wird, die äußere Erscheinung des Gehäuses in der Form von Rippen sein, die ähnlich zu denjenigen sind, die in Fig. 8 gezeigt sind, oder das nicht-magnetische Material, wie Aluminium sollte auf der Außenseite der Verpackung angeordnet sein, um dadurch die Induktionszusammenbaueinheit zu erhalten, die in der Wärmeabstrahlungseigenschaft überlegen ist.
Als ein Verfahren zum Verbinden der Mehrzahl der Elemente 1 ist es möglich, die Elemente, die im voraus verbunden worden sind, zu verkapseln oder sie durch Epoxyharz zu versiegeln, oder andernfalls, die Elemente durch Verwenden einer gedruckten Verdrahtung oder von ähnlichem auf dem tatsächlich installierten Substrat zu verbinden.
Spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel werden nun beschrieben.

Beispiel 1

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wurde eine Oberfläche (einseitig) eines dünnen Streifens 3 einer Fe-basierten amorphen magnetischen Legierung (Handelsname: "Metglas 2605S-2", Zusammensetzung: Fe&sub7;&sub8;Si&sub9;B&sub1;&sub3; (Atom %), Dicke: 20 um, Breite: 15 mm), hergestellt durch US Allied-Signal Inc., mit einem feinen Pulver aus Sb&sub2;O&sub5; beschichtet, und danach wurde der Streifen um eine Leitung 4 gewickelt, die ein wärmebehandelter Sn-plattiert er Kupferdraht (spezifischer Widerstand: 0,97 uΩcm) mit einem Durchmesser von 1,6 mm war, zur Ausbildung eines Elementes 1, das einen Innendurchmesser von 1,6 mm, einen Außendurchmesser von 5 mm und eine Länge von 15 mm aufweist.
Das Wickelende wurde durch Polyimido-Band (Kapton-Band) fixiert. Dieses wurde in einer N&sub2;-Atmosphäre freigelegt und bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die Curietemperatur und nicht höher als die Kristallisationstemperatur war, erwärmt. Insbesondere war die Bedingung der Wärmebehandlung 430ºC und die zeitliche Länge 2 Stunden.
Fünf Elemente, von denen jedes wie oben beschrieben hergestellt wurde, wurden parallel angeordnet und durch Epoxyharz 5 zur Ausbildung eines Verpackungskörpers versiegelt, und Anschlüsse (Leitungen 4) standen von einer Seite des Verpackungskörpers derart vor, daß er auf der gedruckten Platine montierbar war, wodurch ein zusammengebautes Element 6 hergestellt wurde. Die äußere Erscheinung desselben ist in Fig. 4 gezeigt.
Die Anschlüsse wurden elektrisch kurzgeschlossen, so daß die fünf Elemente 1 in Reihe in dem Verpackungskörper geschaltet waren, und die Stromüberlagerungseigenschaft der induktiv tät wurde bei einer Frequenz von 100 kHz gemessen.

Beispiel 2

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wurde ein dünner Streifen einer Febasierten amorphen magnetischen Legierung (Handelsname: "Metglas 2605S-2", Zusammensetzung: Fe&sub7;&sub8;Si&sub9;B&sub1;&sub3; (Atom %), Dicke: 20 um, Breite: 15 mm), hergestellt durch US Allied-Signal Inc., um einen Wickelkern gewickelt, der einen Durchmesser von 1,6 mm aufweist, und nach der Vervollständigung des Wickelns wurde der Endabschnitt durch Punktschweißen fixiert. Danach wurde der Wickelkern entfernt. Danach wurde der magnetische Kern, der einen Innendurchmesser von 1.6 mm, einen Außendurchmesser von 5 mm und eine Länge von 15 mm aufweist, erhalten. Dieser wurde in einer N&sub2;-Atmosphäre freigelegt und bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die Curietemperatur und nicht höher als die Kristallisationstemperatur war, erwärmt. Insbesondere war die Bedingung der Wärmebehandlung 430ºC und die zeitliche Länge 2 Stunden.
Ein wärmebehandelter Sn-plattierter Kupferdraht (spezifischer Widerstand: 0,89 uΩcm), der in die Form des Buchstaben U im voraus geformt worden war, wurde in den Artikel eingesetzt und in eine Leitung 14 durch eine Pressmaschine umgeformt.
Der produzierte Artikel wurde in einem Gehäuse 15, das aus einem modifizierten Polyamid (Handelsname: ARLEN), das durch die Mitsui Petrochemical Co., Ltd. hergestellt wird, verkapselt und die Gehäuse 15 wurden miteinander mit Klebstoff des Epoxy- Systems verbunden. Die äußere Erscheinung ist in Fig. 11 und 12 gezeigt.

Vergleichsbeispiel

Andererseits wurde als Vergleich eine torische Drosselspule 11 (TM-Spule 6 uH-10A), die dieselbe Nennkapazität aufweist, hergestellt, wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
In derselben Weise wie bei Beispiel 1 wurde eine Oberfläche (einseitig) eines dünnen Streifens einer Fe-basierten amorphen magnetischen Legierung (Handelsname: "Metglas 2605S-2", Zusammensetzung: Fe&sub7;&sub8;Si&sub9;B&sub1;&sub3;, Dicke: 20 um, Breite: 5mm), hergestellt durch US Allied-Signal Inc., auf einen magnetischen Kern 12 gewickelt, der einen Außendurchmesser von 21,5 mm und einen Innendurchmesser von 12.0 mm aufweist. Die Wicklung wurde einer Wärmebehandlung unterworfen und in dem Harzgehäuse 15 aufgenommen. Danach wurden zwei Leitungen 16, die jeweils einen Durchmesser von 1,1 mm aufweisen, parallel durch acht Drehungen um eine Umfangsrichtung des Gehäuses 15, das aus Harz gemacht ist, gewickelt. Als ein Ergebnis wurde eine torische Spule 11 mit einem Außendurchmesser (1) von 27 mm und einer Höhe (h) von 12 mm erhalten.
Bezüglich dieser torischen Drosselspule wurde die Stromüberlagerungseigenschaft der Induktivität bei der Frequenz von 100 kHz gemessen (Vergleichsbeispiel). Fig. 10 zeigt die Änderung in der Induktivität relativ zu dem Überlagerungsstrom zwischen dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel. Folgende Tabelle zeigt den Vergleich in den Packungsabmessungen zwischen den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel.
Derart war entsprechend der Beispiele der Fußabdruck im Vergleich zu dem herkömmlichen Artikel klein und die tatsächliche Höhe war ungefähr die Hälfte des herkömmlichen Artikels.
Verschiedene Details der Erfindung können ohne Abweichen von ihrem Umfang gemacht werden. Desweiteren ist die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen entsprechend der vorliegen den Erfindung nur zum Zwecke der Illustration und nicht zum Zwecke der Begrenzung der Erfindung, wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert wird, vorgesehen.

Claims

1. Induktionselement, das einen magnetischen Kern (2), der einen hohlen Abschnitt in der Nähe eines Zentrums aufweist, und eine Leitung (1), die durch den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns läuft, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern aus einer Fe-basierten nanokristallinen Legierung gemacht ist, eine relative Permeabilität u des magnetischen Kerns in dem Bereich von 100 bis 2000 liegt, und das Induktionselement die folgenden Formeln erfüllt:

0 < BsΦ&sub0;/uΦi² ≤ 10, Bs ≥ 0,6 T

wobei Bs(T) die gesättigte magnetische Flußdichte ist, u die relative Permeabilität ist, Φ&sub0;(m) der Außendurchmesser des magnetischen Kerns ist und Φ&sub1;(m) der Innendurchmesser des magnetischen Kerns ist, so daß das Induktionselement geeignet zur Verwendung als eine Drosselspule zum Glätten eines Stromes in einer schaltenden Stromversorgung oder zum Abtrennen einer Hochfrequenzkomponente in einem Strom ist.

2. Induktionselement nach Anspruch 1, bei dem der magnetische Kern durch Wickeln eines dünnen Streifens (3) einer magnetischen Legierung ausgebildet ist.

3. Induktionselement nach Anspruch 2, bei dem die Leitung verwendet wird als ein Kernteil und der dünne Streifen einer magnetischen Legierung direkt auf das Kernteil gewickelt ist.

4. Induktionselement nach Anspruch 1, bei dem der magnetische Kern durch Laminieren von Lagen einer magnetischen Legierung ausgebildet ist.

5. Zusammengebaute Einheit, bei der eine Mehrzahl von Induktionselementen, von denen jedes entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 4 ist, parallel angeordnet ist, wobei jeder magnetischer Kernabschnitt durch ein Harz zur Ausbildung einer Verpackung versiegelt ist und die Leitung jedes Induktionselements aus einer Seitenwand der Verpackung vorsteht.

6. Zusammengebaute Einheit nach Anspruch 5, bei der ein Gehäuse, das aus einem nicht-magnetischen Material gemacht ist, für die Verpackung anstelle der Harzversiegelung verwendet wird.