TWI382432B - 電感器 - Google Patents

Description

電感器

本發明關於一種電感器，尤指一種具有至少兩種不同下降變化的電感值之電感器。

電感器是儲存電流通過磁場所產生之能量的被動電子元件，電感值是用來量測電感器儲存磁能之能力。電感器一般是用導線纏繞成線圈形狀，而根據法拉第感應定律(Faraday's Law of Induction)，導線纏繞的匝數能增強線圈內的磁場。電感值是由載流導體周圍所形成的磁場產生，此載流導體有反抗電流變化的趨勢。導線的圈數、導線的截面積與導線材料皆會影響電感值的大小。舉例而言，使用高導磁率的磁性材料(例如氧鐵化合物)來纏繞導體，會使磁通量增加。

在電磁學中，導磁率是材料對於外加磁場反應的磁化程度。當電流通過導體，且此導體被可提供磁化力之磁性材料圍繞著，此時磁性材料的導磁率即是指此材料增加磁通量強度或磁通量密度的能力。一般而言，當電流通過傳統的電感器時，只會產生一種導磁率，因此傳統的電感器在使用上會受到限制。

此外，由於電阻值會隨溫度變化，因此習知技術中的電感線圈通常不適用於電流量測，特別是用銅線圈做的電感線圈。因為銅屬於具有高電阻溫度係數之材料，所以當電流通過銅線圈時，銅線圈會產生高溫，接著高溫造成正電阻溫度係數之線圈的電阻值提高，此電阻值的變化進而造成線圈內的電流變化。由於上述的原因，因此在量測線圈內的電流時，往往需要額外串聯一個獨立的電阻器。

綜上所述，發展一種具有兩種不同下降變化的電感值之電感器是有其必要性的。為了簡化結構設計並且降低成本，首先希望省掉量測電流的額外電阻器，此外，簡化後的電感器不僅要能降低生產成本，並且要能提高良率且易於整合到小型化的電子裝置中，甚至是能提高產能。

因此，本發明的目的之一在於提供一種具有至少兩種不同下降變化的電感值之電感器。

本發明的另一個目的在於提供一種電感器的感應線圈，其由具有低電阻溫度係數的金屬合金所組成，例如Cu-Mn-Ni金屬合金、Cu-Ni金屬合金、Ni-Cr金屬合金以及Fe-Cr金屬合金等，如此可得到較精確的電流量測值。低電阻溫度係數可以使得電流量測隨溫度變化的誤差變得很小，而無需額外的電阻器。

根據一實施例，本發明之電感器包含一第一芯材、一第二芯材、一突出結構、至少二間隙以及一導線。第一芯材具有一突出部。第二芯材與第一芯材相對設置。突出結構自第一芯材之突出部突出，並且朝向第二芯材。至少二間隙介於第一芯材之突出部與第二芯材之間。導線纏繞於第一芯材與第二芯材的至少其中之一上。導線由電阻溫度係數為700ppm/℃或更低的金屬合金組成，其中導線之電阻值為1.42μΩm或更低。當電流通過導線時，磁通量在至少二間隙中變化而產生至少兩種不同下降變化之電感值。

根據另一實施例，本發明之電感器包含一第一芯材、一第二芯材、至少一突出結構、至少二間隙以及一導線。第一芯材具有一突出部。第二芯材與第一芯材相對設置。至少一突出結構自第一芯材之突出部突出，並且朝向第二芯材。至少二間隙介於第一芯材之突出部與第二芯材之間。導線纏繞於第一芯材與第二芯材的至少其中之一上，其中導線之電阻值為1.42μΩm或更低。當電流通過導線時，磁通量在至少二間隙中變化而產生至少兩種不同下降變化之電感值。

根據另一實施例，本發明之電感器包含一第一芯材、一第二芯材、至少二間隙以及一導線。第一芯材具有一突出部。第二芯材與第一芯材相對設置。至少二間隙介於第一芯材之突出部與第二芯材之間。導線纏繞於第一芯材與第二芯材的至少其中之一上，其中導線之電阻值為1.42μΩm或更低。當電流通過導線時，磁通量在至少二間隙中變化而產生至少兩種不同下降變化之電感值。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1圖至第3圖，第1圖為根據本發明一實施例之電感器1的外觀圖，第2圖為第1圖中之電感器1的側視圖，第3圖為第1圖中之第一芯材10的外觀圖。如第1圖與第2圖所示，電感器1包含一第一芯材10、一第二芯材12、一突出結構14以及一導線16。第一芯材10具有一突出部100。第二芯材12與第一芯材10相對設置。突出結構14自第一芯材10之突出部100突出，並且朝向第二芯材12。於此實施例中，突出結構14之體積小於或等於第一芯材10之體積的百分之三。突出部100位於第一芯材10之一側，一第一間隙G1介於第一芯材10之突出部100與第二芯材12之間，且一第二間隙G2介於突出結構14與第二芯材12之間。導線16通過第一芯材10之凹陷處，且纏繞於第二芯材12上。需說明的是，於另一實施例中，亦可將導線纏繞於第一芯材10之上，可根據實際應用而設計。

如第3圖所示，兩長條狀的突出結構14自第一芯材10的兩側突出。於此實施例中，第一芯材10與突出結構14為一體成型。第一芯材10、第二芯材12或突出結構14之材料可為鐵粉、氧鐵化合物、永久磁鐵或其他磁性材料。由於第一芯材10與突出結構14為一體成型，故第一芯材10與突出結構14之材料相同。然而，在另一實施例中，突出結構14可為設置在第一芯材10上的獨立元件，可根據實際應用而設計。若突出結構14為獨立元件時，突出結構14與第一芯材10之材料可相同或不同。此外，第一間隙G1可為氣隙、磁隙或非磁隙，第二間隙G2也可為氣隙、磁隙或非磁隙，可根據實際應用而設計。

於此實施例中，第一芯材10具有一第一導磁率μ1，第二芯材12具有一第二導磁率μ2，第一間隙G1具有一第三導磁率μ3，第二間隙G2具有一第四導磁率μ4，每一突出結構14具有一第五導磁率μ5，且第一導磁率μ1至第五導磁率μ5之關係為μ1≧μ2≧μ5>μ4≧μ3。舉例而言，若第一芯材10、第二芯材12以及突出結構14之材料為相同，而第一間隙G1以及第二間隙G2相同時，則第一導磁率μ1至第五導磁率μ5之關係為μ1=μ2=μ5>μ4=μ3。

如第2圖與第3圖所示，於此實施例中，突出結構14之形狀為矩形，突出結構14之主軸與突出部100之主軸互相垂直。然而，請參閱第4圖，第4圖為三種不同形狀之突出結構14的示意圖。於另一實施例中，突出結構14之形狀可為梯形、錐形或弧形，如第4圖所示。換言之，突出結構14之形狀可根據實際應用而設計。

於此實施例中，第一間隙G1可大於或等於0.01mm並且小於或等於0.3mm，而第二間隙G2可小於或等於0.15mm。此外，如第3圖所示，突出結構14具有一長度L、一寬度W以及一厚度T。長度L會影響電感器1之初始電感值，而厚度T則與第一間隙G1以及第二間隙G2之大小有關。長度L、寬度W以及厚度T可根據實際應用而設計。較佳地，突出結構14之寬度W可為小於或等於1.5mm。

於此實施例中，導線16可由電阻溫度係數為700ppm/℃或更低的金屬合金組成，其中導線16之電阻值為1.42μΩm或更低。導線16之材料可為Cu-Mn-Ni金屬合金、Ni-Cr金屬合金、Cu-Ni金屬合金、Fe-Cr金屬合金或其他類似之材料。一些低電阻溫度係數之金屬合金如下表1所示。

請參閱第5圖與第6圖，第5圖為第1圖中之電感器1的飽和電流曲線，而第6圖為第1圖中之電感器1的磁性材料特性B-H曲線。當電流通過導線16時，第一間隙G1以及第二間隙G2之磁通量會改變，進而產生兩種不同下降變化的電感值。本發明利用突出結構14形成第二間隙G2，進而產生如第5圖中的箭頭A1所示的第一下降電感值。接著，磁性材料與第一間隙G1之磁通量密度呈現飽和狀態，如第5圖中的箭頭A2所示。最後，達到第二種下降電感值，如第5圖中的箭頭A3所示。如第6圖所示，當電流通過本發明的電感器1時，能得到如箭頭A4與A5所示的兩種不同的導磁率。

請參閱第7圖，第7圖為根據本發明另一實施例之電感器3的側視圖。如第3圖所示，電感器3與前述的電感器1主要差別在於突出結構14接觸第二芯材12。換言之，於此實施例中，前述的第二間隙G2實質上趨近於零。

請參閱第8圖，第8圖為不同型態之突出結構14的示意圖。如第8圖所示，可在一側邊上設置單一的突出結構14，亦可對稱地在兩側邊上各設置兩個突出結構14。突出結構14的形狀可為弧形、圓形或矩形。此外，第8圖所示之突出結構14的長度可短於第3圖所示之突出結構14的長度，也就是說，本發明之突出結構14的數量、排列與形狀並不限於前述及相關圖式，而可根據實際應用而設計。

請參閱第9圖至第11圖，第9圖為根據本發明另一實施例之電感器5的側視圖，第10圖為根據本發明另一實施例之電感器7的側視圖，而第11圖為根據本發明另一實施例之電感器9的側視圖。如第9圖所示，第一芯材10與第二芯材12為EE型態。如第10圖所示，第一芯材10與第二芯材12為EI型態。如第11圖所示，第一芯材10與第二芯材12為TI型態。換言之，本發明之第一芯材10與第二芯材12的形狀可根據實際應用而設計。

請參閱第12圖，第12圖為根據本發明另一實施例之電感器8的側視圖。如第12圖所示，二突出結構14a與14b自第一芯材10之突出部100突出。於此實施例中，一第一間隙G1介於第一芯材10之突出部100與第二芯材12之間，一第二間隙G2介於突出結構14a與第二芯材12之間，且一第三間隙G3介於突出結構14b與第二芯材12之間。如第12圖所示，由於突出結構14a之厚度大於突出結構14b之厚度，故第二間隙G2小於第三間隙G3。換言之，若至少有兩種不同厚度之突出結構自第一芯材10之突出部100突出，則相對應地將有至少兩種不同的間隙介於突出結構與第二芯材12之間。不同厚度之突出結構的數量可由實際應用而決定。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、5、7、8、9．．．電感器

10．．．第一芯材

12．．．第二芯材

14、14a、14b．．．突出結構

16．．．導線

100．．．突出部

G1．．．第一間隙

G2．．．第二間隙

G3．．．第三間隙

T．．．厚度

L．．．長度

W．．．寬度

第1圖為根據本發明一實施例之電感器的外觀圖。

第2圖為第1圖中之電感器的側視圖。

第3圖為第1圖中之第一芯材的外觀圖。

第4圖為三種不同形狀之突出結構的示意圖。

第5圖為第1圖中之電感器的飽和電流曲線。

第6圖為第1圖中之電感器的磁性材料特性B-H曲線。

第7圖為根據本發明另一實施例之電感器的側視圖。

第8圖為不同型態之突出結構的示意圖。

第9圖為根據本發明另一實施例之電感器的側視圖。

第10圖為根據本發明另一實施例之電感器的側視圖。

第11圖為根據本發明另一實施例之電感器的側視圖。

第12圖為根據本發明另一實施例之電感器的側視圖。

1．．．電感器

10．．．第一芯材

12．．．第二芯材

14．．．突出結構

16．．．導線

100．．．突出部

Claims (10)

1. 一種電感器，包含：一第一芯材，具有一突出部；一第二芯材，與該第一芯材相對設置；一突出結構，自該第一芯材之該突出部突出，並且朝向該第二芯材；至少二間隙，介於該第一芯材之該突出部與該第二芯材之間；以及一導線，纏繞於該第一芯材與該第二芯材的至少其中之一上，該導線由電阻溫度係數為700ppm/℃或更低的金屬合金組成，其中該導線之電阻值為1.42μΩm或更低。
2. 一種電感器，包含：一第一芯材，具有一突出部；一第二芯材，與該第一芯材相對設置；至少一突出結構，自該第一芯材之該突出部突出，並且朝向該第二芯材；至少二間隙，介於該第一芯材之該突出部與該第二芯材之間；以及一導線，纏繞於該第一芯材與該第二芯材的至少其中之一上，其中該導線之電阻值為1.42μΩm或更低。
3. 如請求項2所述之電感器，其中該突出結構之形狀為矩形。
4. 一種電感器，包含：一第一芯材，具有一突出部；一第二芯材，與該第一芯材相對設置；至少二間隙，介於該第一芯材之該突出部與該第二芯材之間；以及一導線，纏繞於該第一芯材與該第二芯材的至少其中之一上，其中該導線之電阻值為1.42μΩm或更低。
5. 如請求項4所述之電感器，其中該至少二間隙包含一第一間隙以及一第二間隙，該第一間隙介於該第一芯材之該突出部與該第二芯材之間，且該第二間隙介於一突出結構與該第二芯材之間，該突出結構自該第一芯材之該突出部突出。
6. 如請求項5所述之電感器，其中該第一間隙大於或等於0.01mm並且小於或等於0.3mm。
7. 如請求項5所述之電感器，其中該第一芯材具有一第一導磁率μ1，該第二芯材具有一第二導磁率μ2，該第一間隙具有一第三導磁率μ3，該第二間隙具有一第四導磁率μ4，該突出結構具有一第五導磁率μ5，且該第一導磁率至該第五導磁率之關係為μ1≧μ2≧μ5>μ4≧μ3。
8. 如請求項5所述之電感器，其中該突出結構之寬度小於或等於1.5mm。
9. 如請求項5所述之電感器，其中該突出結構之體積小於或等於該第一芯材之體積的百分之三。
10. 如請求項4所述之電感器，其中該導線之材料選自下列群組的其中之一：Cu-Mn-Ni金屬合金、Ni-Cr金屬合金、Cu-Ni金屬合金以及Fe-Cr金屬合金。