專(zhuān)利名稱(chēng)：含有安置在磁隙中并且在截面區(qū)域中比在磁路中多的永久磁鐵的電感部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性裝置例如互感器、電感器的電感部件，尤其涉及一種含有安置在由磁芯形成的磁隙中的永久磁鐵的電感部件。
為了防止磁感應(yīng)系數(shù)的減少，提出用一種方法，該方法涉及一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是磁芯含有產(chǎn)生磁偏的永久磁鐵。在這種方法中，通過(guò)利用永久磁鐵將交直流磁偏給予磁芯。所以，能夠通過(guò)磁隙的磁通量的磁力線數(shù)量就會(huì)增加。
但是，現(xiàn)有的利用永久磁鐵的電感部件在以下的方面還有缺點(diǎn)。換句話說(shuō)，安置在磁隙中的永久磁鐵的插入數(shù)量或體積是由磁芯的中間支柱部分的截面積和磁隙的大小來(lái)決定的。于是，給予磁芯的磁偏就不可避免地被受到限制。
根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種包含著形成一個(gè)具有磁隙的磁路的磁芯的電感部件，一種繞磁芯纏繞的勵(lì)磁線圈，以及一種安置在磁隙中并且在局部區(qū)域中比在磁芯中多的永久磁鐵。
圖6是對(duì)

圖1中所示的電感部件所做改動(dòng)的透視圖，其中有一部分能夠看穿；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)電感部件的透視圖，其中有一部分能夠看穿；圖8是圖7中所示的電感部件的一個(gè)側(cè)截面圖；圖9是顯示圖7中所示的電感部件與圖4中所示的第一比較例和沒(méi)有利用磁偏的另一個(gè)實(shí)例的電感部件之間的交直流電感特性相對(duì)比的重疊圖表。
圖10A至10D顯示的是對(duì)圖1至3中所示的電感部件所做的各種不同改動(dòng)的側(cè)截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)電感部件的透視圖；圖12是圖11中所示的電感部件的分解透視圖；圖13是圖11中所示的電感部件的一個(gè)側(cè)面的局部圖；圖14是第二比較例的電感部件的一個(gè)側(cè)截面圖；圖15是第三比較例的電感部件的一個(gè)側(cè)截面圖；以及圖16是顯示圖11中所示的電感部件與圖14中所示的第二比較例和圖15中所示的第三比較例的電感部件之間的交直流電感特性相對(duì)比的重疊圖表。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1至圖3，下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電感部件做一下描述。
如圖1至圖3所示的電感部件適合被用來(lái)做磁性裝置例如互感器和電感器。該電感部件包括一個(gè)由兩個(gè)相互面對(duì)的第一和第二磁芯元件11和12組成的磁芯。第一磁芯元件11的中心具有一個(gè)圓柱形支柱部分11a。第二磁芯元件12具有一個(gè)通過(guò)磁隙t1面對(duì)支柱部分11a的一個(gè)末端的平面或平板狀部分12a。此外第一磁芯元件11還有一個(gè)從支柱部分11a的另一末端呈放射狀向外延伸的邊緣部分11b。而且第二磁芯元件12也有一個(gè)從平板狀部分12a的末端外圍延伸出來(lái)圍繞著支柱部分11a的管狀部分12b，同時(shí)它連接到邊緣部分11b。
在磁芯的磁隙t1中，安裝有一個(gè)盤(pán)狀的永久磁鐵13。在支柱部分11a與管狀部分12b之間，圍繞著支柱部分11a安置著一個(gè)勵(lì)磁線圈14。永久磁鐵13的安排使由永久磁鐵13產(chǎn)生的磁域16和由勵(lì)磁線圈14產(chǎn)生的磁域15是相反的或?qū)α⒌?。于是，由永久磁鐵13產(chǎn)生的磁域16和由勵(lì)磁線圈14產(chǎn)生的磁域15就彼此相對(duì)了。一個(gè)終端17被附在邊緣部分11b的末端外圍并且連接到勵(lì)磁線圈14。
這里，所用的磁芯定義了一個(gè)長(zhǎng)度為1.75cm的磁路，有效截面積為0.237cm2，和一個(gè)230μm的磁隙t1。勵(lì)磁線圈14有10圈，交直流電阻為23mΩ。永久磁鐵13的厚度為220μm并且截面積為50.3mm2。因此，永久磁鐵13在截面區(qū)域中比在磁芯的磁路中的多。
如圖4所示，準(zhǔn)備工作是由第一個(gè)比較例中的電感部件完成的，第一個(gè)比較例中，電感部件包括一個(gè)具有一個(gè)中支柱部分18和一個(gè)截面積為23.8mm2且完全近似于中支柱部分18的圓形永久磁鐵19的磁芯。另外，準(zhǔn)備工作也由沒(méi)用到永久磁鐵的電感部件來(lái)完成。
對(duì)于圖1至3中的電感部件，圖4中的電感部件，和沒(méi)有利用磁偏的電感部件，測(cè)量的是重疊的直流電磁特性。結(jié)果顯示在圖5中。在圖5中，實(shí)線21，虛線22，和實(shí)線23分別描繪出了圖1至3中、圖4中和沒(méi)有利用磁偏的電感部件的重疊的直流電感特性。在圖5中可清楚的看出，圖1至3中電感部件的直流疊加的電感特性比圖4中的電感部件的電感特性增強(qiáng)了23％甚至更多。
在圖6中，顯示了圖1中的電感部件的改型。如圖中所示，當(dāng)?shù)谝淮判驹?1的中支柱部分11a有一個(gè)矩形部分時(shí)，永久磁鐵13有一個(gè)圓形部分。
參照?qǐng)D7和圖8，下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電感部件做描述。與圖1至圖3中所示的電感部件功能上相似的部分在附圖標(biāo)記和細(xì)節(jié)描述上將被省略。
本實(shí)施例中所用的磁芯限定了一個(gè)長(zhǎng)度為1.75cm的磁路，有效截面積為0.237cm2，和一個(gè)230μm的磁隙t2。勵(lì)磁線圈14有10圈，交直流電阻為23mΩ。第一磁芯元件11的支柱部分11a有一個(gè)圓形截面。永久磁鐵13的厚度為220μm并且有一個(gè)面積為30.25mm2的矩形部分(正方形)。
對(duì)于圖7和圖8中的電感部件，圖4中的電感部件，和沒(méi)有利用磁偏的電感部件，測(cè)量的是重疊的直流電感特性。結(jié)果顯示在圖9中。在圖9中，實(shí)線26，虛線27和實(shí)線28分別描繪出了圖7和圖8中，圖4中和沒(méi)有利用磁偏的電感部件的重疊的直流電感特性。在圖9中可清楚的看出，圖7和圖8中電感部件的直流電感特性比圖4中的電感部件的電感特性增強(qiáng)了8％甚至更多。而且，由于永久磁鐵13有一個(gè)矩形截面，所以可以有效地利用與圓形截面相比較的材料。
在前述的各個(gè)實(shí)施例中，永久磁鐵13最好包括(1)至少一種從聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂，聚酰亞胺樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，聚亞苯基硫化物樹(shù)脂，硅樹(shù)脂，聚酯樹(shù)脂，芬芳聚酰胺樹(shù)脂，和液晶聚合體中挑選出來(lái)的樹(shù)脂和(2)里面分散地撒入固有抗磁力為10KOe或更多，Tc溫度為500℃或更高的稀有地磁粉，它的平均微粒大小為2.5-25μm，并且外面涂上至少一種從Zn，Al，Bi，Ga，In，Mg，Pb，Sb和Sn或含它們的合金中挑選出來(lái)的金屬。最好樹(shù)脂的含量在體積比率上有30％或更多并且特定電阻為0.1Ωcm或更多。
稀有地磁粉最好含有Sm(Cobal.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的成分。
稀有地磁粉最好涂上一層軟化點(diǎn)介于220℃和550℃之間的無(wú)機(jī)玻璃。而且外面涂有稀有地磁粉的金屬或合金最好更進(jìn)一步涂上熔點(diǎn)不低于300℃的非金屬無(wú)機(jī)化合物。金屬或合金，無(wú)機(jī)玻璃，或金屬或合金與非金屬無(wú)機(jī)化合物的混合物的總量最好在體積上減少到0.1至10％的范圍內(nèi)。
在永久磁鐵的生產(chǎn)過(guò)程中，稀有地磁粉在25T或更強(qiáng)的磁域中是以厚度方向?yàn)閷?dǎo)向的，所以該永久磁鐵就具備了磁的各向異性。而且想使該永久磁鐵具有10μm或更少的中心線平均粗糙度。
上面所述的每一個(gè)電感元件都可以改成如圖10A至圖10D中所示的各種不同的樣式。相同功能的部分由同樣的附圖標(biāo)記指代。于是，第一和第二磁芯元件11和12的形狀也同永久磁鐵13的形狀、大小一樣是能夠改動(dòng)成多種不同的樣式的。
參照?qǐng)D11至圖13，下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電感元件做描述。
如圖11至圖13所示的電感元件也適合用在磁性裝置例如互感器和電感器中。該電感元件包括一個(gè)由兩個(gè)彼此互相面對(duì)的第一和第二磁芯元件31和32組成的磁芯。第一磁芯元件31包括一個(gè)中心位置具有一個(gè)圓柱支柱部分31a的E形磁芯。第二磁芯元件32包括一個(gè)具有通過(guò)磁隙面對(duì)支柱部分31a的一個(gè)末端的平板狀部分32a的I形鐵芯。此外第一磁芯元件31還有一個(gè)從支柱部分31b的另一末端呈放射狀向外延伸的邊緣部分31b和一對(duì)從邊緣部分31b的相反端平行延伸到支柱部分31a并連接到平板狀部分32a的側(cè)面平板部分31c。
在磁隙中，安裝著永久磁鐵33。在支柱部分31a與側(cè)面平板部分31c之間，圍繞著支柱部分31a安置著一個(gè)勵(lì)磁線圈34。永久磁鐵33的安排使由永久磁鐵33產(chǎn)生的磁域36和由勵(lì)磁線圈34產(chǎn)生的磁域35是相反的或?qū)α⒌?。于是，由永久磁鐵33產(chǎn)生的磁域36和由勵(lì)磁線圈34產(chǎn)生的磁域35就彼此相對(duì)了。
一個(gè)絕緣基座36附在平板狀部分32a上。絕緣基座36是樹(shù)脂模具產(chǎn)品。勵(lì)磁線圈34有一個(gè)延長(zhǎng)或超過(guò)絕緣基座36的用來(lái)作為常規(guī)終端的部分34a。
第一和第二磁芯元件31、32是由Mn-Zn鐵氧體構(gòu)成，并且它們定義了一個(gè)長(zhǎng)度為12.3mm的磁路和一個(gè)作用截面，也就是支柱部分31a的截面面積為8.0mm2。該磁路有一個(gè)長(zhǎng)度等于200μm的磁隙t3。永久磁鐵33是一個(gè)厚度為150μm直徑為5mm的磁盤(pán)狀物體。因此，永久磁鐵33在截面區(qū)域內(nèi)比在磁芯的磁路中多。勵(lì)磁線圈34有3圈。
將圖11至圖13中的電感部件與圖1至圖3中的電感部件做一下對(duì)比。支柱部分31a，邊緣部分31b，側(cè)面平板部分31c，平板狀部分32a，永久磁鐵33，和勵(lì)磁線圈34分別與支柱部分11a，邊緣部分11b，管狀部分12b，平板狀部分12a，永久磁鐵13，和勵(lì)磁線圈14相對(duì)應(yīng)。因此，圖11至13中的電感部件可以改動(dòng)成與前述第一實(shí)施例中相類(lèi)似的樣式。
在第二比較例中，圖14中所示的電感部件已預(yù)備好了。在圖14中所示的電感部件中，永久磁鐵33由面積(8.0mm2)與圖11至圖13中電感部件的支柱部分31a的面積相等的永久磁鐵43代替。永久磁鐵43的厚度與永久磁鐵33的相等。
在第三比較例中，圖15中所示的電感部件已預(yù)備好了。圖15中所示的電感部件沒(méi)有任何東西與圖11至圖13中的電感部件的永久磁鐵33的相同或?qū)?yīng)。
對(duì)于圖11至13，圖14，和圖15中的電感部件，測(cè)量的是重疊的直流電磁特性。結(jié)果顯示在圖16中。在圖16中，實(shí)線46，虛線47和實(shí)線48分別描繪出了圖11至13中、圖14中和圖15中的電感部件的重疊的直流電感特性。在圖16中可清楚的看出，圖11至13中的電感部件的直流電感特性比圖14中電感部件的電感特性增強(qiáng)了25％甚至更多。
權(quán)利要求
1.一種電感部件包括一個(gè)形成具有一個(gè)磁隙的磁路的磁芯；一個(gè)繞所述磁芯纏繞的勵(lì)磁線圈；和一個(gè)安置在所述磁隙中并且在截面積比所述磁芯更大的永久磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電感部件，其特征在于，所述永久磁鐵包括至少一種從聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂，聚酰亞胺樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，聚亞苯基硫化物樹(shù)脂，硅樹(shù)脂，聚酯樹(shù)脂，芬芳聚酰胺樹(shù)脂，液晶聚合體中挑選出來(lái)的樹(shù)脂和所述至少一種樹(shù)脂里分散地撒入固有抗磁力為10KOe或更多，Tc溫度為500℃或更高的稀有地磁粉，它的平均微粒大小為2.5-25μm，并且外面涂上至少一種從Zn，Al，Bi，Ga，In，Mg，Pb，Sb和Sn或含它們的合金中挑選出來(lái)的金屬，樹(shù)脂的含量在體積比率上有30％或更多并且其特定電阻為0.1Ωcm或更多。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述稀有地磁粉含有Sm(Cobal.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述稀有地磁粉涂上一層軟化點(diǎn)介于220℃至550℃之間的無(wú)機(jī)玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，外面涂有所述稀有地磁粉的所述金屬或所述合金更進(jìn)一步涂上一層熔點(diǎn)不低于300℃的非金屬無(wú)機(jī)化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述金屬或所述合金，所述無(wú)機(jī)玻璃，或所述金屬或所述合金與所述非金屬無(wú)機(jī)化合物的混合物的總量減少到0.1至10％的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述稀有地磁粉在所述永久磁鐵的生產(chǎn)過(guò)程中是以應(yīng)用的磁域?yàn)閷?dǎo)向的，所以所述永久磁鐵具有磁的各向異性。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述永久磁鐵在25T或更強(qiáng)的磁域中被磁化。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的電感部件，其特征在于，所述永久磁鐵具有10μm或更少的中心線平均粗糙度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電感部件，其特征在于，所述磁芯包括兩個(gè)彼此面對(duì)的第一和第二磁芯元件，具有一個(gè)支柱部分的所述第一磁芯元件，和具有通過(guò)所述磁隙面對(duì)所述支柱部分的一個(gè)末端的平板狀部分的所述第二磁芯元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電感部件，其特征在于，所述第一磁芯元件進(jìn)一步還有一個(gè)從所述支柱部分的另一末端呈放射狀向外延伸的邊緣部分，所述第二磁芯部分進(jìn)一步還有一個(gè)從所述平板狀部分的末端外圍延伸出來(lái)圍繞著所述支柱部分的管狀部分，同時(shí)它連接到所述邊緣部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電感部件，其特征在于，所述勵(lì)磁線圈安置在所述支柱部分與所述管狀部分之間并圍繞著所述支柱部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電感部件，進(jìn)一步還包括一個(gè)附在所述邊緣部分的末端外圍并且連接到所述勵(lì)磁線圈的終端。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的電感部件，其特征在于，所述第一磁芯元件具有一個(gè)從所述支柱部分的另一末端呈放射狀向外延伸的邊緣部分和一個(gè)從所述邊緣部分的末端外圍平行延伸到所述支柱部分并連接到所述平板狀部分的側(cè)面平板部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電感部件，其特征在于，所述勵(lì)磁線圈安置在所述支柱部分與所述側(cè)面平板部分之間并圍繞著所述支柱部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電感部件，進(jìn)一步還包括一個(gè)附在所述平板狀部分上的絕緣基座，所述勵(lì)磁線圈有一個(gè)延長(zhǎng)或超過(guò)所述絕緣基座的用來(lái)作為終端的部分。
全文摘要
一種電感部件包括形成具有一個(gè)磁隙的磁路的磁芯，一個(gè)繞磁芯纏繞的勵(lì)磁線圈，和一個(gè)安置在磁隙中的永久磁鐵。該永久磁鐵在截面中比在磁芯中多。
文檔編號(hào)H01F21/08GK1433033SQ0214135
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者佐藤瑞穗, 沖田一幸, 伊藤透, 大學(xué)元 申請(qǐng)人:Nec東金株式會(huì)社