專利名稱：磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子設備中經常使用的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，尤其是涉及有助于使開關式電源等所使用的磁芯或扼流圈及變壓器小型化、降低損耗、進一步使電路簡化、高效率化及節(jié)省資源的技術。
背景技術：
迄今為止，一直在開發(fā)著旨在使電源小型化和高效率化的開關式電源，通常，為獲得超過100W的大輸出功率，在采用了變壓器的隔離型中大多使用著單端正向型DC-DC(直流-直流)變換電路或全橋式DC-DC變換電路。
另外，在近年來的開關式電源中，為了適應用于防止因電流、電壓對商用電源輸入的畸變所引起的功率因數降低的所謂高頻限制，采用了一種所謂的有源濾波器結構，即，不對商用電源進行以往的扼流圈輸入式濾波，而是特意地構成為在整流后使扼流圈通過開關晶體管接地并在開關晶體管截止后將在其導通期間蓄存在扼流圈內的磁能釋放到輸出電容器上的形態(tài)，然后輸出到起主要作用的DC-DC變換器。
但是，在上述的現有技術中，在工業(yè)上存在著如下的嚴重缺點。
即，在現有技術中，當使用輸出功率大到一定程度的DC-DC變換器時，為避免變壓器的大型化，必需采用單端正向型DC-DC變換器的結構，因此，為使主晶體管的導通期間、截止期間的電力傳輸平滑，就必需使用平滑用扼流圈，因而將使電路變得復雜同時也影響到經濟性。
當獲得更高的輸出功率時，雖然可以通過采用全橋結構而對稱地擴展使用變壓器的B-H特性的第1象限和第3象限從而能夠提高變壓器的使用率并獲得更高的輸出功率，但是主晶體管將變成4個、且導通的晶體管也相應地需要2個，因而存在著無論是經濟方面還是損耗方面在工業(yè)上都更加不利的缺點。
另外，在現有技術的有源濾波電路中，還存在著扼流圈的尺寸與后級所連接的DC-DC變換器的輸出變壓器的尺寸大致相等、且其繞組的銅損將將使整個電源的效率降低的缺點。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種使開關式電源等所使用的磁芯或扼流圈及變壓器小型化、降低損耗、進一步使電路簡化、小型化、高效率化、節(jié)省資源、且在經濟上優(yōu)越的磁芯。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種采用了上述磁芯的線圈部件。
本發(fā)明的又一目的在于，提供一種采用了上述線圈部件的電源電路。
發(fā)明的公開按照本發(fā)明，提供一種磁芯，該該磁芯是開磁路的磁芯，其特征在于在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置著永久磁鐵。
另外，按照本發(fā)明，提供一種線圈部件，該線圈部件采用了開磁路的磁芯，其特征在于在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上，纏繞著至少一個以上且至少一匝的繞組。
進一步，按照本發(fā)明，提供一種電源電路，該電源電路包含線圈部件，其特征在于上述線圈部件，在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了至少一個以上且至少一匝的繞組，并構成為使由對上述線圈部件中所纏繞的上述繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性為彼此相反的極性。
附圖的簡單說明

圖1(A)是表示具有現有技術的有源濾波器的開關式電源的結構例的電路圖；圖1(B)是表示現有技術的有源濾波器中使用的變壓器的結構例的電路圖；圖1(C)是現有技術的有源濾波器中使用的變壓器的動作B-H特性圖。
圖2是表示現有技術的單端正向型DC-DC變換器的結構例的電路圖。
圖3(A)是表示現有技術的全橋式DC-DC變換器的結構例的電路圖；圖3(B)是圖3(A)的DC-DC變換器的B-H特性圖。
圖4(A)是表示具有現有技術的有源濾波器的開關式電源結構圖；圖4(B)是表示現有技術的有源濾波器中使用的變壓器的斷面結構圖；圖4(C)是現有技術的有源濾波器中使用的變壓器的動作B-H特性圖；圖4(D)是表示圖4(C)中的主要動作波形的波形圖。
圖5是表示具有本發(fā)明的有源濾波器的開關式電源的結構例的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的結構例的斷面圖。
圖7是本發(fā)明的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的動作B-H特性圖。
圖8是表示具有本發(fā)明的有源濾波器的開關式電源中的主要動作波形圖。
圖9是本發(fā)明的磁芯和采用了該磁芯的線圈部件的直流疊加電感特性圖。
圖10(A)是表示本發(fā)明的單端回掃型DC-DC變換器的結構例的電路圖；圖10(B)是表示圖10(A)中的DC-DC變換器的主要動作波形圖。
圖11是表示本發(fā)明的RCC(阻容耦合)變換器的結構例的電路圖。
圖12(A)是表示具有本發(fā)明第4實施例的有源濾波器的開關式電源的結構圖；圖12(B)是圖12(A)的開關式電源的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的斷面結構圖；圖12(C)是圖12(A)的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的動作B-H特性圖；圖12(D)是表示圖12(C)中的主要動作波形的波形圖；圖12(E)是說明圖12(A)的磁芯和采用了該磁芯的線圈部件的直流疊加電感的說明圖。
圖13(A)是本發(fā)明第5實施例的單端回掃型DC-DC變換器結構圖；圖13(B)是表示圖13(A)中的主要動作波形的波形圖；圖13(C)是圖13(A)的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的動作B-H特性圖。
圖14(A)是表示具有本發(fā)明第6實施例的有源濾波器的開關式電源的結構圖；圖14(B)是表示圖14(A)中的主要動作波形的動作波形圖。
圖15(A)是本發(fā)明第7實施例的磁芯、采用了該磁芯的線圈部件及電源電路結構圖；圖15(B)是表示圖15(A)中的主要動作波形的波形圖。
圖16(A)是表示具有本發(fā)明第8實施例的有源濾波器的開關式電源的結構圖；圖16(B)是圖16(A)的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的斷面結構圖；圖16(C)是圖16(A)的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的動作B-H特性圖；圖16(D)是表示圖16(C)中的主要動作波形的波形圖；圖16(E)是用于說明圖16(A)的磁芯和采用了該磁芯的線圈部件的直流疊加電感的圖。
圖17(A)是本發(fā)明第9實施例的單端回掃型DC-DC變換器結構圖；圖17(B)是表示圖17(A)中的主要動作波形的波形圖；圖17(C)是圖17(A)的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件的動作B-H特性圖。
圖18是本發(fā)明第10實施例的自激式RCC變換器結構圖。
圖19(A)是本發(fā)明第11實施例的磁芯、采用了該磁芯的線圈部件及電源電路結構圖；圖19(B)是表示圖19(A)中的主要動作波形的波形圖。
圖20(A)是本發(fā)明第12實施例的磁芯、采用了該磁芯的線圈部件及電源電路結構圖；圖20(B)是表示圖20(A)中的主要動作波形的波形圖。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)在說明本發(fā)明的實施例之前，為了易于理解本發(fā)明，邊參照圖1(A)、圖1(B)、圖1(C)、圖2、圖3及圖4邊對現有技術進行說明。
迄今為止，一直在開發(fā)著旨在使電源小型化和高效率化的開關式電源，通常，為獲得超過100W的大輸出功率，在采用了變壓器的隔離型中大多使用著如圖2所示的單端正向型DC-DC變換電路或如圖3(A)所示的全橋式DC-DC變換電路。
另外，在近年來的開關式電源中，為了適應用于防止因電流、電壓對商用電源輸入的畸變所引起的功率因數降低的所謂高頻限制，采用了一種所謂的有源濾波器的結構，即如圖1(A)所示，不對商用電源進行以往的扼流圈輸入式濾波，而是特意地構成為在整流后使扼流圈L4通過開關晶體管Q1接地并在該晶體管Q1截止后將在其導通期間蓄存在扼流圈L4內的磁能釋放到輸出電容器C1上的形態(tài)，然后輸出到起主要作用的DC-DC變換器。
另外，控制電路Cont.4，通過調節(jié)導通和截止的時間比率，使流過扼流圈L4的電流波形的峰值為與通過了商用電源的D1后的全波整流波形電壓相似的值，從而可以獲得功率因數大致為1的電源特性。
但是，如上所述，在現有技術中，在工業(yè)上存在著如下的嚴重缺點。
即，在現有技術中，當使用輸出功率大到一定程度的DC-DC變換器時，為避免變壓器的大型化，必需采用如圖2所示的單端正向型DC-DC變換器的結構，因此，為使主晶體管的導通期間、截止期間的電力傳輸平滑，就必需使用平滑用扼流圈L5，因而將使電路變得復雜同時也影響到經濟性。
當獲得更高的輸出功率時，雖然可以通過采用如圖3(A)所示的全橋結構而如圖3(B)所示對稱地擴展使用變壓器的B-H特性的第1象限和第3象限從而能夠提高變壓器的使用率并獲得更高的輸出功率，但是主晶體管將變成4個、且導通的晶體管Q61和Q62或Q63和Q64也相應地需要2個，因而存在著無論在經濟方面還是在損耗方面在工業(yè)上都更加不利的缺點。
另外，在圖1(A)所示的現有技術的有源濾波電路中，還存在著扼流圈L4的尺寸與后級所連接的DC-DC變換器的輸出變壓器的尺寸大致相等、且其繞組的銅損將使整個電源的效率降低的缺點。
另外，在現有的開關式電源中，圖4(A)所示的結構也是一樣，為了適應用于防止因電流、電壓對商用電源VACIN輸入的畸變所引起的功率因數降低的所謂高頻限制，采用了一種所謂的有源濾波器的結構，即，不對商用電源VACIN進行扼流圈輸入式濾波，而是特意地構成為在整流后使扼流圈L5通過開關元件(主晶體管)Q1接地并在該晶體管Q1截止后將在其導通期間蓄存在扼流圈L5內的磁能釋放到輸出電容器C1上的形態(tài)，然后輸出到起主要作用的DC-DC變換器。
另外，控制電路Cont.5，通過調節(jié)導通和截止的時間比率，使流過扼流圈L5的電流波形的峰值為與從商用電源VACIN通過二極管D1后的全波整流波形電壓VCE相似的值，從而可以獲得輸入功率因數大致為1的電源特性。
圖4(B)示出的供有源濾波電路使用的磁芯41A、41B及采用了磁芯41A、41B的扼流圈L5，在一對EE型或壺型磁芯41A、41B的繞線鐵心部上纏繞使磁通交鏈的繞組43，而且在彼此相對的一對磁芯41A、41B的對置面的內腳之間設置空氣隙45。隨著開關元件Q1的導通，由從輸入側的二極管D1流入的線圈電流iL在磁芯41A、41B上產生磁場。
但是，在現有技術中，在工業(yè)上存在著如下所述的嚴重缺點。就是說，在圖4(A)示出的現有技術的有源濾波電路中，存在著扼流圈L5的尺寸與后級所連接的DC-DC變換器的輸出變壓器的尺寸大致相等、且其繞組43的銅損將使整個電源的效率降低電路這樣的嚴重缺點。
另外，當以現有技術構成輸出功率大到一定程度的DC-DC變換器時，由于在結構簡單且經濟上也符合要求的單端回掃方式中勵磁電流為鋸齒形波，因此電流波形的有效值增大而不能避免變壓器的大型化，所以不得已而必需采用如圖2所示的單端正向型DC-DC變換器的結構，其結果是，導致了使電路結構變得復雜因而也影響到經濟性的缺點。
另外，當獲得更高的輸出功率時，與上述正向方式為圖2(B)所示的半波勵磁不同，如圖3(B)所示，不僅可以使用B-H特性的第1象限，而且可以對稱地擴展使用到第3象限，從而能夠提高變壓器T6的利用率并能適應高的輸出功率，但在這種情況下，不僅主晶體管需要4個、而且開關動作也必需使2個開關元件Q61和開關元件Q62或開關元件Q63和開關元件Q64同時導通截止，因而存在著不僅在經濟方面而且在損耗方面在工業(yè)上都更加不利的缺點。
有鑒于此，說明本發(fā)明的一個發(fā)明內容。
本發(fā)明的磁芯，是一種由軟磁特性的磁性體構成的閉磁路的磁芯，而且是在磁路的至少一個端部配置了永久磁鐵的磁芯。在該磁芯中，在磁路的至少一個部位以上具有空氣隙，并在該空氣隙內插入電阻率為1Ω·Cm以上且固有矯頑力為5kOe以上的永久磁鐵。該永久磁鐵，最好是用稀土類磁鐵粉末和由合成樹脂組成的粘合劑構成的粘結磁鐵。
在該磁芯所使用的永久磁鐵中，上述稀土類磁鐵粉末的粒徑實際上最好在150μm以下。
另外，本發(fā)明的線圈部件，在該磁芯上，纏繞了至少一個以上且至少一匝的繞組。
另外，本發(fā)明的電源電路，采用著上述線圈部件，在該線圈部件中，由對勵磁繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述磁性體的磁場的極性，具有彼此相反的極性。
即，在本發(fā)明的電源電路中，構成在既是開磁路磁芯又是在形成上述磁路的軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了與上述磁路交鏈的至少一個以上的繞組的線圈或變壓器等線圈部件，而且構成為使由對上述線圈部件中所纏繞的勵磁繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的磁性體的磁場的極性為彼此相反的極性。
按照這種結構，盡管在半波勵磁的線圈或變壓器中具有上述軟磁特性的磁性體的勵磁方向是B-H特性的第1象限，但可以由上述永久磁鐵預先偏置到第3象限，因而也將剩磁通密度Br實際上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地擴展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，從而能夠大幅度地減少纏繞在上述磁芯上的繞組，因此，不僅有助于線圈部件的小型化和降低損耗，而且可以大幅度地簡化在提高上述現有技術的開關式電源的輸出功率時變得繁雜的電路結構。
在下文中，參照后面的附圖詳細說明本發(fā)明實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路。
(第1實施例)參照圖5，本發(fā)明第1結構例的磁芯及線圈部件L1構成為如圖6所示的斷面結構，并構成具備了有源濾波器的開關式電源47。
即，在圖6中，本發(fā)明的供有源濾波電路使用的磁芯及采用了該磁芯的線圈部件，在Mn-Zn鐵氧體等具有軟磁特性的一對EE型或壺型磁芯51A、51B的繞線鐵心部上纏繞使磁通交鏈的繞組53，而且在上述彼此相對的一對磁芯51A、51B的對置面中的外腳的接合部設置空氣隙，并在上述磁芯接合部的空氣隙內配置薄片狀永久磁鐵55A、55B，用以形成與由隨著圖5所示的主晶體管Q1的導通而從輸入側流入的如圖8所示的線圈電流IL在上述磁芯上產生的磁場的方向相反的極性。
如圖7所示，如采用本發(fā)明的磁芯及線圈部件，則可以使磁芯形成由上述薄片狀永久磁鐵預先向與由流過繞組的電流預先形成的磁場方向相反的第3象限側偏置ΔH的性能，所以，可以擴展由施加于繞組的電壓、電流產生的磁通密度的容許動作幅值ΔB，同時，從圖9所示的與流過繞組的勵磁電流對應的直流疊加電感特性可以看出，與用虛線表示的現有技術的線圈部件特性相比，如果是感應系數AL相同的磁芯，則如箭頭(1)所示，可以簡單地使電感值相同并使電流疊加值飛躍地增加，相反，當如箭頭(2)所示通過使空氣隙變窄而提高了上述AL值時，在使電感值飛躍提高的情況下仍能確?，F有技術的線圈部件的疊加電流容許值。
即，如設動作頻率為f、流過繞組的電流的峰值如圖8所示為ΔIp，則通過將上述本發(fā)明第1實施例所示的磁芯及線圈部件應用于有源濾波器的L1，可以用下式定義有助于有源濾波器的升壓的輸出功率P(W)，P＝(1/2)L(ΔIp)2·f ...(1)所以，借助于與ΔIp、即上述勵磁繞組內的容許電流疊加值的增大對應的乘方效應，在相同的磁芯尺寸和頻率下可以將輸出功率最大提高到4倍。
另外，如設磁芯的實際體積為Ve、比例系數為k，則可以將上述式(1)改寫為，P＝(k/2)(ΔB)2·Ve·f...(2)所以，顯然可以實現磁芯的小型化，而且容許較高的ΔB設計值，因此，不言而喻，基于繞組匝數減少后的銅損減低效應，可以提供備有小型、高效率的有源濾波器的開關式電源。
(第2實施例)參照圖10(A)，本發(fā)明第2實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，應用于單端回掃型DC-DC變換器。
圖10(B)示出其主要電路動作波形。
輸出變壓器T2，結構與上述第1實施例所示的圖6的磁芯相同，繞組部，由輸出繞組1-2和輸出繞組3-4構成。
因此，根據控制電路Cont.2的指令，反復進行當主晶體管Q1導通時如圖10(B)所示在勵磁繞組內流過鋸齒波電流的同時充以磁能、在D1截止的同時將電力通過輸出繞組3-4和二極管D2傳遞到輸出側的動作。
因此，在這種情況下也采用著上述本發(fā)明的磁芯及使用該磁芯的線圈部件T2，所以在圖10(A)所示的DC-DC變換器的情況下，輸出功率Po(W)也可以根據式(1)而用Po＝(1/2)L(ΔIp)2·f表示及根據式(2)而用Po＝(k/2)(ΔB)2·Ve·f表示，因而即使對于圖3(A)及圖3(B)所示的現有技術的輸出功率相當大的DC-DC變換器，也能以簡單的結構按小型、高效率的方式提供，即使采用電路結構復雜的單端正向方式甚至還備有扼流圈L5也不妨礙經濟性和小型化。
即使在容量更大的情況下，也能以同樣的變壓器磁芯利用率提供結構極為簡單且損耗極低的小型DC-DC變換器，而無需采用如圖3所示的現有技術的全橋結構而使電路更為復雜。
(第3實施例)參照圖11，將本發(fā)明第3實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路應用于自激式的RCC變換器。對輸出變壓器T3，也同樣由圖6所示的薄片狀永久磁鐵向與由流過勵磁繞組1-2的電流形成的磁場相反的方向施加偏置，所以，與圖10(B)一樣，與虛線所示的現有技術的磁芯及線圈部件相比，輸出繞組3-4的輸出，能以大的幅值傳遞到負荷側，因而可以實現小型、大容量并降低損耗。
此外，在上述本發(fā)明的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路中，必須能以簡易且經濟的方式提供既具有直流疊加特性又具有優(yōu)良的鐵心損耗特性的磁芯，為此，可以說上述薄片狀永久磁鐵的特性是至關重要的。
即，首先當為動作穩(wěn)定而使固有矯頑力為5kOe(395A/m)以下時，在施加于Mn-Zn鐵氧體等軟磁特性的磁性體所形成的直流磁場的作用下將使矯頑力消失，所以，矯頑力更大的永久磁鐵材料、例如SmCo類磁鐵材料是有效的，作為防止久未解決的鐵心損耗增大的對策，必須形成將上述磁鐵材料的粉體和熱可塑性樹脂混合后成型為薄片狀的粘結磁鐵的形態(tài)，以消除渦電流因素，此外，這時，電阻率為1Ω·Cm以上，且粉末的最大粒徑為150μm以下。
如上所述，如采用本發(fā)明第1～第3實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，可以使開關式電源等所使用的磁芯、扼流圈及變壓器等線圈部件大幅度地小型化并降低損耗，進一步在電源電路的簡化、高效率化及節(jié)省資源上具有顯著的推進作用，因而在工業(yè)上是極其有益的。
以下，具體地說明本發(fā)明的另一個發(fā)明內容。
本發(fā)明的磁芯，是開磁路的磁芯，而且是在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置著永久磁鐵的結構。
另外，本發(fā)明的線圈部件，是采用了開磁路磁芯的線圈部件，而且是在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的上述磁芯上纏繞了至少一個以上且至少一匝的繞組的結構。
進一步，在包含本發(fā)明的線圈部件的電源電路中，上述線圈部件，在開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了至少一個以上且至少一匝的繞組，并構成為使由對上述線圈部件中所纏繞的上述繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性為彼此相反的極性。
在本發(fā)明中，構成在既是開磁路磁芯又是在形成磁路的軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了與磁路交鏈的至少一個以上的繞組的線圈部件，并使由對線圈部件中所纏繞的繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于軟磁特性的磁性體的磁場的特性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的磁性為彼此相反的特性。
按照這種結構，盡管在半波勵磁的線圈或變壓器中具有軟磁特性的磁性體的勵磁方向是B-H特性曲線的第1象限方向，但可以由永久磁鐵預先偏置到第3象限方向，因而也將剩磁通密度Br實際上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地擴展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，從而能夠大幅度地減少纏繞在磁芯上的繞組，因此能有助于線圈部件的小型化和降低損耗，并且，在本發(fā)明的磁芯、使用了磁芯的線圈部件中，借助于上述的偏置效應，即使對半波勵磁電路，也不僅可以使用B-H磁滯回線的第1象限而且可以充分地擴展使用到第3象限，所以，即使采用結構最為簡潔的單端回掃方式，也可以將電流波形設計成梯形波狀，而不是現有技術的鋸形波，因此，可以將繞組電流的有效值降低到與上述的結構繁雜的正向變換器或全橋式變換器完全相同的電平值，因而能以極為簡單的方式提高開關式電源的輸出功率，而不會使電路結構變得繁雜。
此外，通過構成這樣一種電源電路、即在作為開關元件導通電流的延遲用而新增設的極小型的磁芯上至少纏繞一個以上的繞組并將在勵磁線圈與開關元件之間串聯的磁芯繞組的兩個端部分別與上述輸入電壓連接同時將至少包含斷開時用于并聯諧振的電容器的電路與開關元件并聯連接的電源電路，就能以簡單的結構實現可以大幅度地減低開關元件導通、斷開期間的電流、電壓的交擾所造成的開關損耗的電源電路。
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的磁芯和使用該磁芯的線圈部件以及電源電路。
(第4實施例)在圖12(B)中，在Mn-Zn鐵氧體等具有軟磁特性的一對EE型或壺型磁芯65A、65B的繞線鐵心部上纏繞使磁通交鏈的繞組69，而且在彼此相對的一對磁芯65A、65B的對置面中的外腳的接合部設置空氣隙。
在圖12(A)所示的有源濾波電路中，L1為線圈部件，Q1為開關元件(主晶體管)，Cont.1為控制電路，D1、D2為二極管，C1為電容器，RL、R1為電阻。
供有源濾波電路使用的磁芯65A、65B及采用了該磁芯的線圈部件L1，在磁芯65A、65B的接合部的空氣隙內配置薄片狀永久磁鐵67A、67B，用以形成與由隨著開關元件(主晶體管)Q1的導通而從輸入側1流入的線圈電流iL在磁芯65A、65B上產生的磁場的方向相反的極性。即，在開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵67A、67B的磁芯65A、65B上纏繞著至少一個以上且至少一匝的繞組69。
如采用本發(fā)明的磁芯65A、65B及線圈部件L1，則如圖12(C)所示，磁芯65A、65B，將形成由薄片狀永久磁鐵67A、67B預先向與由流過繞組的電流預先形成的磁場方向相反的第3象限側偏置ΔH的狀態(tài)，所以，如圖所示可以擴展由施加于繞組的電壓、電流產生的磁通密度的容許動作幅值ΔB，同時，從圖12(E)所示的與流過繞組的勵磁電流對應的直流疊加電感特性可以看出，與用虛線表示的現有技術的線圈部件的特性相比，如果是感應系數AL相同的磁芯65A、65B，則如圖12(E)中的箭頭(1)所示，可以簡單地使電感值相同并使電流疊加值飛躍地增加，相反，當如圖12(E)中的箭頭(2)所示通過使空氣隙變窄而提高了上述AL值時，在使電感值飛躍提高的情況下仍能確?，F有技術的線圈部件的疊加電流容許值。
就是說，如設動作頻率為f、繞組電流的峰值如圖12(D)所示為ip、ir，則通過將本發(fā)明第4實施例所示的磁芯及線圈部件63應用于有源濾波器的線圈部件L1，可以用下式定義有助于有源濾波器的升壓的輸出功率Po(W)，Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f...(3)所以，借助于與上述勵磁繞組內的容許電流疊加值的增大對應的乘方效應，在相同的磁芯65A、65B的尺寸和頻率下可以將輸出功率最大提高到4倍。
另外，如設磁芯65A、65B的實際體積為Ve、比例系數為k、激勵磁通幅值為Δbmax，則可以將上述式(1)改寫為Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f，所以，顯然可以實現磁芯的小型化，而且容許較高的ΔB設計值，因此，不言而喻，基于繞組匝數減少后的銅損減低效應，可以提供備有小型、高效率的有源濾波器的開關式電源。
(第5實施例)參照圖13(A)，將本發(fā)明第5實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件(變壓器)及電源電路應用于單端回掃式DC-DC變換器71。在圖13(A)中，T2為變壓器，Q1為開關元件(主晶體管)，Cont.2為控制電路，D2為二極管，C1、C2為電容器，RL為電阻。
變壓器T2，結構與第4實施例中示出的圖12(B)的磁芯相同，繞組部由輸出繞組1-2和輸出繞組3-4構成。因此，由于能確保勵磁線圈的電感具有足夠高的值，所以根據控制電路Cont.2的指令反復進行當開關元件Q1導通時如圖13(B)所示在勵磁繞組內流過梯形波電流的同時充以磁能、在開關元件Q1斷開的同時也通過輸出繞組3-4和二極管D2流過梯形波狀的輸出電流并傳遞電力的動作。
因此，在該圖13(A)所示的單端回掃式DC-DC變換器71的情況下，與第4實施例一樣，輸出功率Po(W)也以Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f、Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f表示，因而即使對大輸出功率的DC-DC變換器，也能以不妨礙經濟性和小型化的簡單結構按小型、高效率的方式提供可以提高變壓器T2的利用率并且還能充分地減小繞組的有效電流值的單端回掃式DC-DC變換器，而沒有必要采用電路結構繁雜的現有技術的單端正向方式或全橋式結構。
(第6實施例)參照圖14(A)，將本發(fā)明第6實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件(扼流圈)及電源電路應用于第4實施例中所述的有源濾波電路73。在本例中，使開關元件的損耗大幅度地減低，其主要波形，示于圖14(B)。
在圖14(A)中，L1為扼流圈，Q1為開關元件(主晶體管)，Cont.3為控制電路，D1、D2、D3為二極管，Cr、C1為電容器，RL、R31、R32為電阻，Ld為可飽和線圈。
作為電源如果為提高輸出功率而使流過開關元件的電流從鋸齒形變?yōu)樘菪尾?，則扼流圈的繞組電流的有效值雖然減低而且損耗也減低，但開關元件本身的交擾電流損耗在導通時沿軸向增大，所以，對于開關元件Q1的導通期間，在作為延遲用而新增設的極小型的磁芯上纏繞一個微小的繞組x-y并作為可飽和線圈Ld串聯連接在變壓器的勵磁線圈與開關元件Q1之間。另外，還設置著一個在開關元件Q1斷開期間使用的與開關元件Q1并聯的起諧振作用的電容器Cr。
就是說，在開關元件Q1的導通期間，在上述可飽和線圈Ld尚未飽和的狀態(tài)下，使該勵磁電流部分流過開關元件Q1，而在達到飽和的時刻使勵磁電流通向扼流圈L1，因此可以使成為問題的交擾電流損耗變得極小。
另外，在開關元件Q1斷開期間，扼流圈L1與可飽和線圈Ld之和的電感與電容器Cr通過二極管D3而開始并聯諧振，所以使開關元件Q1的電壓在固有振蕩頻率1/((L1+Ld)×Cr)1/2的約束下上升，因而同樣也可以使交擾電流損耗變得極小。
對于二極管D3，在參與上述并聯諧振動作的同時，在結構上還與電阻R31并聯，以便在開關元件Q1導通時通過使電容器Cr上的充電電荷瞬時放電而防止交擾電流損耗的增加。
另外，在這種供商用電源VACIN輸入使用的有源濾波器的情況下，必須對二極管D2使用快恢復二極管，但在現有技術的結構的情況下，在開關元件Q1導通的同時，與二極管D2的恢復期間重疊，所以將有大的穿透電流從輸出端逆流到開關元件Q1從而使效率降低，同時還會造成大的EMI故障，但如按照上述本發(fā)明的結構，則還可以由可飽和線圈Ld阻止上述穿透電流，所以能夠提供效率更高且噪聲低的有源濾波器，這一點在工業(yè)上可以說是極其有益的。
(第7實施例)參照圖15(A)，將本發(fā)明第7實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件(變壓器)及電源電路應用于第4實施例中所述的單端回掃式變換電路75。在本例中，使開關元件的損耗大幅度地減低，其主要波形，示于圖15(B)。
在圖15(A)中，T4為變壓器，Q1為開關元件(主晶體管)，Cont.4為控制電路，D2、D3為二極管，Cr、C1、C2為電容器，RL、R31、R32為電阻，Ld為可飽和線圈。
與上述第6實施例的情況一樣，即使為提高輸出功率而使變壓器的繞組電流為梯形波狀，由于設置了延遲用可飽和線圈Ld及并聯諧振用電容器Cr，所以也同樣可以大幅度地減低開關元件Q1本身的交擾電流損耗。
因此，如果由本發(fā)明的磁芯及使用了該磁芯的變壓器T4形成單端回掃式變換器，則如上所述在寬的磁通密度的動作幅度上也可以確保勵磁線圈的電感具有足夠高的值，所以，即使構成大輸出功率的DC-DC時，也能以不妨礙經濟性和小型化的簡單結構按小型、高效率的方式提供可以提高變壓器T2的利用率并且還能充分地減小繞組的有效電流值的單端回掃式DC-DC變換器，而沒有必要采用結構繁雜的單端正向變換器或全橋式變換器。
另外，在上述本發(fā)明的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路中，必須能以簡易且經濟的方式提供既具有直流疊加特性又具有優(yōu)良的鐵心損耗特性的磁芯65A、65B，為此，可以說上述薄片狀永久磁鐵67A、67B的特性是至關重要的。
因此，在磁芯65A、65B上，在磁路的至少一個部位以上具有空氣隙，并在該空氣隙內配置電阻率為1Ω·Cm以上且固有矯頑力為395kA/m以上的永久磁鐵67A、67B。
就是說，首先當為動作穩(wěn)定而使固有矯頑力為395A/m以下時，在施加于Mn-Zn鐵氧體等軟磁性磁性體所形成的直流磁場的作用下將使矯頑力消失，所以，矯頑力更大的永久磁鐵材料、例如SmCo類磁鐵材料是有效的，作為防止久未解決的鐵心損耗增大的對策，必須形成將上述磁鐵材料的粉體和熱可塑性樹脂混合后成型為薄片狀的粘結磁鐵的形態(tài)，以消除渦電流因素，此外，這時，電阻率為1Ω·Cm以上，且粉末的最大粒徑為150μm以下。
因此，永久磁鐵67A、67B，是用稀土類磁鐵粉末和由合成樹脂組成的粘合劑構成的粘結磁鐵，在粘結磁鐵中使用的稀土類磁鐵粉末的粒徑實際上在150μm以下。
如采用以上所詳述的本發(fā)明第4～第7實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，則該電源電路的特征在于構成在既是開磁路磁芯又是在形成磁路的軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了與上述磁路交鏈的至少一個以上的繞組的線圈或變壓器等線圈部件，而且使由對上述線圈部件中所纏繞的勵磁繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的磁性體的磁場的特性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的磁性體的磁場的磁性為彼此相反的特性。
按照這種結構，盡管在半波勵磁的線圈或變壓器中具有軟磁特性的磁性體的勵磁方向是B-H特性曲線的第1象限方向，但可以由永久磁鐵預先偏置到第3象限方向，因而也將剩磁通密度Br實際上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地擴展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，從而能夠大幅度地減少纏繞在磁芯上的繞組，因此能有助于線圈部件的小型化和降低損耗，并且，在本發(fā)明的磁芯、使用了磁芯的線圈部件中，借助于上述的偏置效應，即使對半波勵磁電路，也不僅可以使用B-H磁滯回線的第1象限而且可以充分地擴展使用到第3象限，所以，即使采用結構最為簡潔的單端回掃方式，也可以將電流波形設計成梯形波狀，而不是上述的現有技術的鋸形波，因此，可以將繞組電流的有效值降低到與上述的結構繁雜的正向變換器或全橋式變換器完全相同的電平值，因而能以極為簡單的方式提高開關式電源的輸出功率，而不會使電路結構變得繁雜。
此外，通過將電源電路設計成在作為開關元件導通電流的延遲用而新增設的極小型磁芯上至少纏繞一個以上的繞組并將在勵磁線圈與開關元件之間串聯的磁芯繞組的兩個端部分別與上述輸入電壓連接同時將至少包含斷開時用于并聯諧振的電容器的電路與開關元件并聯連接的電源電路，就能以簡單的結構實現可以大幅度地減低開關元件導通、斷開期間的電流、電壓的交擾所造成的開關損耗的電源電路。
因此，按照本發(fā)明的第4～第7實施例，可以使開關式電源等所使用的磁芯、扼流圈及變壓器等線圈部件小型化并降低損耗，進一步在電源電路的簡化、高效率化及節(jié)省資源上具有顯著的推進作用，因而在工業(yè)上是極其有益的。
這里，具體地說明本發(fā)明的另外一個發(fā)明內容。
本發(fā)明的磁芯，是一種閉磁路的磁芯，而且是在上述閉磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個部位以上的空氣隙內配置永久磁鐵的磁芯。
另外，本發(fā)明的線圈部件，是采用了閉磁路磁芯的線圈部件，而且是在上述閉磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個部位以上的空氣隙內配置永久磁鐵并纏繞著至少一個以上且至少一匝的繞組的線圈部件。
進一步，本發(fā)明的電源電路，是采用了上述線圈部件的電源電路，而且是在上述線圈部件中使由對勵磁繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的磁場的極性與由上述永久磁鐵產生的磁場的極性具有彼此相反的極性的電源電路。
這里，本發(fā)明的電感部件，是裝有這樣的永久磁鐵的電感部件，該永久磁鐵，在從聚酰胺-酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚苯撐硫醚樹脂、硅樹脂、聚酯樹脂、芳香族類聚酰胺樹脂、液晶聚合體中選擇出的至少一種樹脂內分散固有矯頑力為790kA/m(10kOe)以上、TC為500℃以上、粉末粒徑為2.5μm～25μm且最大粒徑為50μm的稀土類磁鐵粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb、及Sn中的至少一種金屬或其合金將上述磁鐵粉末包覆，并使其電阻率為0.1ΩCm以上，樹脂含有量按體積比為30％以上。
這里，上述稀土類磁鐵粉末的組成，最好為Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
另外，上述稀土類磁鐵粉末，也可以用軟化點為220℃以上、550℃以下的無機玻璃包覆，上述Zn等金屬包覆層，也可以用熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物包覆。
此外，該包覆層的量、即金屬或合金、或無機玻璃、或金屬和非金屬的添加量，最好按體積比含有0.1～10％。
另外，上述磁鐵粉末，在其制作時也可以將稀土類磁鐵粉末在磁場中沿厚度方向定向，從而使其具有各向異性特性。
另外，永久磁鐵，其磁化磁場最好在2.5T以上，中心線平均粗糙度Ra最好在10μm以下。
以下，更詳細地說明本發(fā)明。在本發(fā)明中，構成在既是閉磁路磁芯又是在形成磁路的軟磁特性的磁性體的至少一個部位以上的空氣隙內配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了與磁路交鏈的至少一個以上的繞組的線圈部件，而且使由對線圈部件中所纏繞的繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的磁場的極性與由永久磁鐵產生的磁場的極性為彼此相反的特性。
按照這種結構，盡管在半波勵磁的線圈或變壓器中具有軟磁特性的磁性體的勵磁方向是B-H特性曲線的第1象限方向，但也可以由永久磁鐵預先偏置到第3象限方向，因而也將剩磁通密度Br實際上偏移到第3象限，所以也可以大幅度地擴展可有效使用的磁通密度幅值ΔB，從而能夠大幅度地減少纏繞在磁芯上的繞組，因此能有助于線圈部件的小型化和降低損耗，并且，在本發(fā)明的磁芯、及使用了磁芯的線圈部件中，借助于上述的偏置效應，即使對半波勵磁電路，也不僅可以使用B-H磁滯回線的第1象限而且可以擴展使用到第3象限，所以，即使采用結構最為簡潔的單端回掃方式，也可以將電流波形設計成梯形波狀，而不是上述的現有技術的鋸形波，因此，可以將繞組電流的有效值降低到與上述的結構繁雜的正向變換器或全橋式變換器完全相同的電平值，因而能以極為簡單的方式提高開關式電源的輸出功率，而不會使電路結構變得繁雜。
此外，通過將本發(fā)明的電源電路設計成具有如下特征的電源電路、即在作為開關元件導通電流的延遲用而新增設的極小型磁芯上至少纏繞一個以上的繞組并將在勵磁線圈與開關元件之間串聯的磁芯繞組的兩個端部分別與上述輸入電壓連接同時將至少包含斷開時用于并聯諧振的電容器的電路與開關元件并聯，就能以簡單的結構實現可以大幅度地減低開關元件導通、斷開期間的電流、電壓的交擾所造成的開關損耗的電源電路。
另外，在本發(fā)明中，通過對永久磁鐵使用高Tc(居里溫度)、高iHc(矯頑力)的SmCo類磁鐵粉末，即使在回流焊接工序中置于加熱狀態(tài)，也不會引起熱退磁，同時，即使施加過大電流的直流磁場，也不會使矯頑力消失，并能保持初始的特性而不會退磁。
此外，由于在永久磁鐵中使用的磁鐵粉末的表面用Zn等金屬包覆，所以不會因隨時間發(fā)生的氧化而引起永久性的退磁。
進一步，通過將磁鐵粉末以30％以上的體積比與樹脂混合，可以提高電阻率，并能大幅度地減低永久磁鐵的渦流損耗。
以下，根據附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
(第8實施例)在圖16(B)中，在Mn-Zn鐵氧體等具有軟磁特性的一對EE型磁芯83A、83B的繞線鐵心部上纏繞使磁通交鏈的繞組85，而且在彼此相對的一對磁芯83A、83B的對置面中的內腳的接合部設置空氣隙。
在圖16(A)所示的有源濾波電路中，L11為線圈部件，Q11為開關元件(主晶體管)，Cont.1為控制電路，D1、D12為二極管，C11為電容器，RL、R11為電阻。
供有源濾波電路使用的磁芯83A、83B及采用了該磁芯的線圈部件81(L11)，在磁芯83A、83B的接合部的空氣隙內配置了永久磁鐵91的磁芯83A、83B上，纏繞至少一個以上且至少一匝的繞組85，用以形成與隨著開關元件(主晶體管)Q11的導通而從輸入側1流入的線圈電流iL在磁芯83A、83B上產生的磁場的方向相反的極性。
如采用本發(fā)明的磁芯83A、83B及線圈部件20(L11)，則如圖16(C)所示，磁芯83A、83B，將形成由永久磁鐵91預先向與由流過繞組的電流預先形成的磁場方向相反的第3象限側偏置ΔH的狀態(tài)，所以，如圖所示可以擴展由施加于繞組的電壓、電流產生的磁通密度的容許動作幅值ΔB，同時，從圖16(E)所示的與流過繞組的勵磁電流對應的直流疊加電感特性可以看出，與用虛線表示的現有技術的線圈部件的特性相比，如果是AL值相同的磁芯83A、83B，則如圖16(E)中的箭頭(1)所示，可以簡單地使電感值相同并使電流疊加值飛躍地增加，相反，當如圖16(E)中的箭頭(2)所示通過使空氣隙變窄而提高了AL值時，在使電感值飛躍提高的情況下仍能確保現有技術的線圈部件的疊加電流容許值。
就是說，如設動作頻率為f、繞組電流的峰值如圖17(D)所示為ip、ir，則通過將本發(fā)明第8實施例所示的磁芯及線圈部件20應用于有源濾波器的線圈部件L11，可以用下列的式(4)定義有助于有源濾波器的升壓的輸出功率Po[W]，Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f ...(4)所以，借助于與上述勵磁繞組內的容許電流疊加值的增加的乘方效應，在相同的磁芯83A、83B的尺寸和頻率下可以將輸出功率最大提高到4倍。
另外，如設磁芯83A、83B的實際體積為Ve、比例系數為k、磁通密度幅值為ΔBmax，則可以將上述式1改寫為Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f，所以，顯然可以實現磁芯的小型化，而且容許較高的ΔB設計值，因此，不言而喻，基于繞組匝數減少后的銅損減低效應，可以提供備有小型、高效率的有源濾波器的開關式電源。
(第9實施例)在圖17(A)中，T21為變壓器，Q21為開關元件(主晶體管)，Cont.2為控制電路，D21為二極管，C21、C22為電容器，RL為電阻。
變壓器T21，結構與第8實施例所示的圖17(B)的磁芯相同，繞組部由輸入繞組1-2和輸出繞組3-4構成。因此，由于能確保勵磁線圈的電感具有足夠高的值，所以根據控制電路Cont.2的指令反復進行當開關元件Q1導通時如圖2(b)所示在勵磁繞組內流過梯形波電流的同時充以磁能、在開關元件Q1斷開的同時也通過輸出繞組3-4和二極管D21流過梯形波狀的輸出電流并傳遞電力的動作。
因此，在該圖17(A)所示的單端回掃式DC-DC變換器93的情況下，輸出功率Po[W]也同樣以Po＝(1/2)×L×((ip)2-(ir)2)×f、Po＝(k/2)×(ΔBmax)2×Ve×f表示，因此，即使對大輸出功率的DC-DC變換器，也能以不妨礙經濟性和小型化的簡單結構按小型、高效率的方式提供可以提高變壓器T21的利用率并且還能充分地減小繞組的有效電流值的單端回掃式DC-DC變換器，而沒有必要采用電路結構繁雜的現有技術的單端正向方式或全橋式結構。
(第10實施例)在圖18中，T31為變壓器，Q31為開關元件(主晶體管)，D31、D32、D33為二極管，C31、C32、C33為電容器，R31、R32、RL為電阻。
變壓器T31，結構與第7實施例所示的圖17(B)的磁芯相同，繞組部由輸入繞組1、2、輸出繞組3、4、輔助繞組5、6構成。
輸出變壓器T31，配置著永久磁鐵，使其向與由流過勵磁繞組1-2的電流形成的磁場相反的方向施加偏置，所以，與現有技術的磁芯及線圈部件相比，輸出繞組3、4的輸出，能以大的幅值傳遞到負荷側，因而可以按小型、大容量、低損耗的方式構成。
(第11實施例)在圖19(A)中，L41為扼流圈，Q41為開關元件(主晶體管)，Cont.3為控制電路，D41、D42、D43為二極管，Cr、C1為電容器，RL、R41、R42為電阻，L6為可飽和線圈。
作為電源如果為提高輸出功率而使流過開關元件的電流從鋸齒形變?yōu)樘菪尾睿瑒t扼流圈的繞組電流的有效值雖然減低而且損耗也減低，但開關元件本身的交擾電流損耗在導通時沿軸向增大，所以，對于開關元件Q41的導通期間，在作為延遲用而新增設的極小型的磁芯上纏繞一個微小的繞組x-y并作為可飽和線圈Ld串聯連接在變壓器的勵磁線圈與開關元件Q41之間。另外，還設置著一個在開關元件Q41斷開期間使用的與開關元件Q41并聯的起諧振作用的電容器Cr。
就是說，在開關元件Q41的導通期間，在上述可飽和線圈Ld尚未飽和的狀態(tài)下，使該勵磁電流部分流過開關元件Q41，而在達到飽和的時刻使勵磁電流通向扼流圈L41，因此可以使成為問題的交擾電流損耗變得極小。
另外，在開關元件Q41斷開期間，扼流圈L41與可飽和線圈Ld之和的電感與電容器Cr通過二極管D43而開始并聯諧振，所以使開關元件Q41的電壓在固有振蕩頻率1/((L41+Ld)×Cr)1/2的約束下上升，因而同樣可以使交擾電流損耗變得極小。
對于二極管D43，在參與上述的并聯諧振動作的同時，在結構上還與電阻R43并聯，以便在開關元件Q41導通時通過使電容器Cr上的充電電荷瞬時放電而防止交擾電流損耗的增加。
另外，在這種供商用電源VACIN輸入使用的有源濾波器的情況下，必須對二極管D42使用快恢復二極管，但在現有技術結構的情況下，在開關元件Q41導通的同時，與二極管D42的恢復期間重疊，所以將有大的穿透電流從輸出端逆流到開關元件Q41從而使效率降低，同時還會造成大的EMI故障，但如按照上述本發(fā)明的結構，則還可以由可飽和線圈Ld阻止上述穿透電流，所以能夠提供效率更高且噪聲低的有源濾波器，這一點在工業(yè)上可以說是極其有益的。
(第12實施例)在圖20(A)中，T51為變壓器，Q51為開關元件(主晶體管)，Cont.5為控制電路，D51、D52為二極管，Cr、C51、C52為電容器，RL、R51、R52為電阻，Ld為可飽和線圈。
與上述第11實施例的情況一樣，在第12實施例中，為提高輸出功率而使變壓器的繞組電流為梯形波狀，由于設置了延遲用可飽和線圈Ld及并聯諧振用電容器Cr，所以也同樣可以大幅度地減低開關元件Q1本身的交擾電流損耗。
接著，在下文中講述與在上述本發(fā)明的磁芯、使用了磁芯的線圈部件及電源電路中采用的偏置用永久磁鐵有關的實施例。
(第13實施例)對于在現有技術的的問題中所述的熱退磁，采取以下的對策。即，為能在回流焊接工序中耐受加熱，采取了對磁鐵粉末使用高Tc的SmCo類磁鐵粉末從而防止發(fā)生熱退磁的對策。
按照第8實施例所用的結構，將在第8實施例中使用的裝有Tc為770℃的永久磁鐵的部件和在現有技術中使用的裝有Tc為450℃的永久磁鐵的部件按回流爐的條件在270℃的恒溫槽內保持一小時并對冷卻到常溫后的直流疊加電感特性進行了測定，測定結果示于下列的表1。
表1

使用了本發(fā)明的高Tc材料的電感部件，在回流前后，直流疊加電感特性沒有變化，與此不同，在Tc低到450℃的Ba鐵氧體磁鐵的情況下，因受熱而產生了不可逆的退磁，因而使直流疊加電感特性惡化。
因此，為能耐受回流焊接工序中的加熱，必須采用Tc為500℃以上的磁鐵粉末。
此外，在SmCo類磁鐵粉末中，通過使用組成為Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的俗稱第三代Sm2Co17磁鐵的磁鐵粉末，可以進一步抑制因熱而產生的退磁。
按照第8實施例所用的結構，將在第8實施例中使用的裝有組成為Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7的永久磁鐵的部件和裝有組成為Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)7.7的永久磁鐵的部件按回流爐的條件在270℃的恒溫槽內保持一小時并對冷卻到常溫后的直流疊加電感特性進行了測定，測定結果示于下列的表2。
表2

使用了本發(fā)明的組成為第三代的Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5的電感部件，在回流前后，直流疊加電感特性沒有變化，與此不同，當使用了俗稱第二代Sm2Co17的磁鐵粉末時，將使直流疊加電感特性惡化。
因此，為能耐受回流焊接工序中的加熱，必須采用如權利要求6所述的組成為第三代的Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
(第14實施例)對在現有技術的問題中所述的因過大電流引起的退磁采取以下的對策。即，采取了使用高iHc的SmCo類磁鐵粉末以防止永久磁鐵的矯頑力因受過大電流產生的直流磁場的作用而消失的對策。
按照第8實施例所用的結構，對在第8實施例中使用的裝有矯頑力為20KOe(1.58MA/m)的永久磁鐵的部件和在現有技術中使用的裝有矯頑力為2KOe(158kA/m)的永久磁鐵的部件施加300A·50μs的過大電流，然后將對直流疊加電感特性的測定結果示于下列的表3。
表3

使用了本發(fā)明的高iHc材料的電感部件，在施加過大電流前后，直流疊加電感特性沒有變化，與此不同，在矯頑力僅為2KOe(158kA/m)的Ba鐵氧體磁鐵的情況下，將因施加于磁鐵的反向磁場而引起退磁，因而使直流疊加電感特性惡化。
因此，為能耐受過大電流產生的直流磁場，必須采用固有矯頑力為10KOe(790kA/m)以上的磁鐵粉末。
(第15實施例)對在現有技術的問題中所述的因隨時間發(fā)生的氧化而引起的永久性退磁采取以下的實施對策。即，采取了用金屬或合金進行包覆以使磁鐵粉末不發(fā)生氧化的對策。
按照第8實施例所用的結構，將在第8實施例中使用的裝有進行了Zn包覆的永久磁鐵的部件和裝有未進行Zn包覆的永久磁鐵的部件浸泡在鹽水中，然后自然放置200小時，并將對直流疊加電感特性的測定結果示于下列的表4。
表4

本發(fā)明的進行了包覆的電感部件，在PCT前后，直流疊加電感特性沒有變化，與此不同，無Zn覆層的磁鐵粉末，將因隨時間發(fā)生的氧化而產生退磁，因而使直流疊加電感特性惡化。
因此，為抑制因發(fā)生氧化而產生的永久性退磁，必須用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb、及Sn等將磁鐵粉末包覆。
此外，如使粉末平均粒徑為2.5μm～25μm且最大粒徑為50μm，則也可以抑制制作工序中的氧化。
按照第8實施例所用的結構，對在第8實施例中使用的裝有使用了平均粒徑為5μm且最大粒徑為45μm的磁鐵粉末的永久磁鐵的部件和裝有平均粒徑為2μm的永久磁鐵的部件的直流疊加電感特性進行了測定，測定結果示于下列的表5。
表5

使用了本發(fā)明的粒徑的電感部件，通過磁偏置而使直流疊加電感特性得到的改善為50％，與此不同，當平均粒徑為2μm時，僅擴展了15％。
因此，為抑制制作工序中的氧化，必須使粉末平均粒徑為2.5μm～25μm且最大粒徑為50μm。
(第16實施例)對在現有技術的問題中所述的因電阻率低而引起的鐵心損耗的增加采取以下的實施對策。即，采取了使樹脂量按體積比為30％以上的對策。
按照第8實施例所用的結構，對在第8實施例中使用的裝有樹脂量為40Vol％、電阻率為0.5ΩCm的永久磁鐵的部件、裝有樹脂量為20Vol％、電阻率為0.05ΩCm的永久磁鐵的部件、及裝有樹脂量為30Vol％、電阻率為0.1ΩCm的永久磁鐵的部件進行了鐵心損耗的測定，測定結果示于下列的表6。
表6

與本發(fā)明的樹脂量為30Vol％以上的電感部件的鐵心損耗相比，樹脂量按體積比為20％、電阻率低到0.05ΩCm的部件，將因流過渦電流而產生損耗，因而使鐵心損耗惡化。而樹脂量按體積比為30％、電阻率為0.1ΩCm的部件，呈現出與第1實施例中使用的樹脂量按體積比為40％、電阻率為0.5ΩCm的部件程度相同的鐵心損耗。
因此，為抑制因電阻率降低而引起的鐵心損耗的增加，必須使樹脂量按體積比為30％以上、電阻率為0.1ΩCm以上。
如上所述，如采用本發(fā)明第8～第16實施例的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，則可以使開關式電源等所使用的磁芯、變壓器、扼流圈等線圈部件小型化并降低損耗，進一步在電源電路的簡化、小型化、高效率化、節(jié)省資源、高可靠性上具有顯著的推進作用，因而在工業(yè)上是極其有益的。
產業(yè)上的可應用性如上所述，本發(fā)明的磁芯、使用該磁芯的線圈部件及電源電路，最適于開關式電源等所使用的磁芯、扼流圈及變壓器、或電源電路的高效率化、節(jié)省資源、及簡化。
權利要求
1.一種磁芯，是開磁路的磁芯，其特征在于在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置著永久磁鐵。
2.根據權利要求1所述的磁芯，其特征在于在上述磁路的至少一個部位以上具有空氣隙，并在該空氣隙內配置著電阻率為1Ω·Cm以上且固有矯頑力為395kA/m以上的上述永久磁鐵。
3.根據權利要求2所述的磁芯，其特征在于上述永久磁鐵，是用稀土類磁鐵粉末和由合成樹脂組成的粘合劑構成的粘結磁鐵。
4.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于在上述粘結磁鐵中使用的稀土類磁鐵粉末的粒徑實際上在150μm以下。
5.根據權利要求4所述的磁芯，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末，固有矯頑力為790k/m以上、Tc為500℃以上、粉末平均粒徑為2.5μm～25μm。
6.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末的組成，為Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
7.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于上述永久磁鐵內，上述樹脂含有量按體積比為30％以上。
8.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于上述合成樹脂，是從聚酰胺-酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚苯撐硫醚樹脂、硅樹脂、聚酯樹脂、芳香族類聚酰胺樹脂、液晶聚合體中選擇出的至少一種。
9.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一種金屬或其合金包覆后構成。
10.根據權利要求9所述的磁芯，其特征在于在上述稀土類磁鐵粉末中，包覆粉末的金屬或合金，進一步用熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物包覆。
11.根據權利要求9所述的磁芯，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.110％。
12.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于用軟化點為220℃以上、550℃以下的無機玻璃包覆上述稀土類磁鐵粉末。
13.根據權利要求12所述的磁芯，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.110％。
14.根據權利要求3所述的磁芯，其特征在于在制作上述永久磁鐵時，將稀土類磁鐵粉末在磁場中沿該磁芯的厚度方向定向，從而使其在磁性上具有各向異性特性。
15.根據權利要求2所述的磁芯，其特征在于上述永久磁鐵的磁化磁場在2.5T以上
16.根據權利要求2所述的磁芯，其特征在于在上述永久磁鐵中，中心線平均粗糙度Ra在10μm以下。
17.一種線圈部件，采用了開磁路的磁芯，其特征在于在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的上述磁芯上，纏繞著至少一個以上且至少一匝的繞組。
18.根據權利要求17所述的線圈部件，其特征在于在上述磁路的至少一個部位以上具有空氣隙，并在該空氣隙內配置著電阻率為1Ω·Cm以上且固有矯頑力為395kA/m以上的上述永久磁鐵。
19.根據權利要求18所述的線圈部件，其特征在于上述永久磁鐵，是用稀土類磁鐵粉末和由合成樹脂組成的粘合劑構成的粘結磁鐵。
20.根據權利要求19所述的線圈部件，其特征在于在上述粘結磁鐵中使用的稀土類磁鐵粉末的粒徑實際上在150μm以下。
21.根據權利要求20所述的線圈部件，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末，固有矯頑力為790k/m以上、Tc為500℃以上、粉末平均粒徑為2.5μm～25μm。
22.根據權利要求19所述的磁芯，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末的組成，為Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
23.根據權利要求19所述的線圈部件，其特征在于上述永久磁鐵內，上述樹脂含有量按體積比為30％以上。
24.根據權利要求19所述的線圈部件，其特征在于上述合成樹脂，是從聚酰胺-酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚苯撐硫醚樹脂、硅樹脂、聚酯樹脂、芳香族類聚酰胺樹脂、液晶聚合體中選擇出的至少一種。
25.根據權利要求19所述的線圈部件，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一種金屬或其合金包覆后構成。
26.根據權利要求25所述的線圈部件，其特征在于在上述稀土類磁鐵粉末中，包覆粉末的金屬或合金，進一步用熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物包覆。
27.根據權利要求25所述的線圈部件，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的熔點的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.1～10％。
28.根據權利要求19所述的線圈部件，其特征在于用軟化點為220℃以上、550℃以下的無機玻璃包覆上述稀土類磁鐵粉末。
29.根據權利要求28所述的線圈部件，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的熔點的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.1～10％。
30.根據權利要求18所述的線圈部件，其特征在于在制作上述永久磁鐵時，將稀土類磁鐵粉末在磁場中沿該磁芯的厚度方向定向，從而使其在磁性上具有各向異性特性。
31.根據權利要求18所述的線圈部件，其特征在于上述永久磁鐵的磁化磁場在2.5T以上
32.根據權利要求18所述的線圈部件，其特征在于在上述永久磁鐵中，中心線平均粗糙度Ra在10μm以下。
33.一種電源電路，包含線圈部件，其特征在于上述線圈部件，在開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的磁芯上纏繞了至少一個以上且至少一匝的繞組，并構成為使由對上述線圈部件中所纏繞的上述繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性為彼此相反的極性。
34.根據權利要求33所述的電源電路，其特征在于還備有至少一個磁芯，在上述至少一個的上述磁芯上纏繞至少一個以上的繞組，并將在上述線圈與開關元件之間串聯的上述至少一個磁芯的繞組的兩個端部分別與上述輸入電壓連接，同時將至少包含電容器的電路與上述開關元件并聯連接。
35.根據權利要求33所述的電源電路，其特征在于在上述磁路的至少一個部位以上具有空氣隙，并在該空氣隙內配置著電阻率為1Ω·Cm以上且固有矯頑力為395kA/m以上的上述永久磁鐵。
36.根據權利要求35所述的電源電路，其特征在于上述永久磁鐵，是用稀土類磁鐵粉末和由合成樹脂組成的粘合劑構成的粘結磁鐵。
37.根據權利要求36所述的電源電路，其特征在于在上述粘結磁鐵中使用的稀土類磁鐵粉末的粒徑實際上在150μm以下。
38.根據權利要求35所述的電源電路，其特征在于上述永久磁鐵，固有矯頑力為790k/m以上、Tc為500℃以上、粉末平均粒徑為2.5μm～25μm。
39.根據權利要求36所述的電源電路，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末的組成，為Sm(Coba1.Fe0.15-0.25Cu0.05-0.06Zr0.02-0.03)7.0-8.5。
40.根據權利要求36所述的電源電路，其特征在于上述永久磁鐵內，上述樹脂含有量按體積比為30％以上，上述合成樹脂，是從聚酰胺-酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚苯撐硫醚樹脂、硅樹脂、聚酯樹脂、芳香族類聚酰胺樹脂、液晶聚合體中選擇出的至少一種。
41.根據權利要求36所述的電源電路，其特征在于上述稀土類磁鐵粉末，用Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中的至少一種金屬或其合金包覆后構成。
42.根據權利要求41所述的電源電路，其特征在于在上述稀土類磁鐵粉末中，包覆粉末的金屬或合金，進一步用熔點至少在300℃以上的非金屬無機化合物包覆。
43.根據權利要求41所述的電源電路，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的熔點的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.1～10％。
44.根據權利要求19所述的電源電路，其特征在于用軟化點為220℃以上、550℃以下的無機玻璃包覆上述稀土類磁鐵粉末。
45.根據權利要求44所述的電源電路，其特征在于作為上述稀土類磁鐵粉末的包覆層的金屬或合金、或無機玻璃、或金屬或合金與熔點至少在300℃以上的熔點的非金屬無機化合物的添加量，按體積比為0.1～10％。
46.根據權利要求35所述的電源電路，其特征在于在制作上述永久磁鐵時，將稀土類磁鐵粉末在磁場中沿該磁芯的厚度方向定向，從而使其在磁性上具有各向異性特性。
47.根據權利要求35所述的電源電路，其特征在于上述永久磁鐵的磁化磁場在2.5T以上
48.根據權利要求35所述的電源電路，其特征在于在上述永久磁鐵中，中心線平均粗糙度Ra在10μm以下。
全文摘要
磁芯，是開磁路的磁芯，在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置著永久磁鐵。另外，線圈部件，是采用了該磁芯的線圈部件，在上述開磁路中在形成磁路的具有軟磁特性的磁性體的至少一個磁路端配置了永久磁鐵的上述磁芯上，纏繞著至少一個以上且至少一匝的繞組。電源電路，包含上述線圈部件，構成為使由對上述線圈部件中所纏繞的上述繞組施加輸入電壓而流過的勵磁電流產生的施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性與由上述永久磁鐵施加于上述軟磁特性的上述磁性體的磁場的極性為彼此相反的極性。
文檔編號H01F3/10GK1406408SQ01805541
公開日2003年3月26日 申請日期2001年10月24日 優(yōu)先權日2000年10月25日
發(fā)明者松本初男, 藤原照彥, 西野壽雄, 伊藤透, 山田孝男, 近藤將寬 申請人:Nec東金株式會社