芯体、变压器、扼流线圈和开关电源装置的制作方法

专利名称：芯体、变压器、扼流线圈和开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在变压器、扼流线圈中使用的芯体，特别涉及降低发热并改善了温度特性的芯体。另外，本发明涉及使用了这样的芯体的变压器、扼流线圏。另外，本发明涉及使用了这样的变压器、扼流线圈的开关电源装置。
背景技术：
在开关电源装置等中使用的变压器、扼流线圈在动作时发热，因此理想的是采用发热量小而散热特性优良的芯体。为了避免芯体变得高温，可以考虑采用的方法有两种。作为第一种方法可以列举如下方法，即为了不便芯体自身发热而在芯体中使用低损耗的磁性材料。另外，作为不使芯体自身发热的第一方法的其它方法，可以列举将芯体形状形成为难以发热的形状的方法。例如，专利文献I所记载的E型芯体通过使中心芯柱的截面积比外侧芯柱的截面 积大，能够抑制容易积蓄热量的中心芯柱的温度上升。另外，作为避免芯体变得高温的第二方法，可以列举使热从发热的芯体中高效地散热的方法。例如，可以列举以下方法使散热用构件或制冷剂与芯体接触，通过导热来进行散热。另外，作为高效地散热的第二方法的其它方法，可以列举将芯体形成为容易散热的形状的方法。专利文献I所记载的芯体在中心芯柱设置有散热用孔，经由散热用孔内的空气能够进行散热。另外，能够根据需要将热传导率高的散热用构件插入到上述散热用孔中来提高散热特性。专利文献2所记载的芯体通过扩大在上侧梁部产生的热的散热路径，能够改善芯体的散热特性。专利文献I :日本特开2002-203726号公报专利文献2 日本特开2009-88250号公报

发明内容
_7] 发明要解决的问题但是，即使使用上述的专利文献I、专利文献2所记载的技术，特别是在发热量大的变压器、扼流线圈中，仍存在无法充分抑制温度上升的问题，期望进ー步进行改善来降低芯体的发热。本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种发热量小、温度特性优良的芯体。另外，本发明的另ー个目的在于提供ー种使用了这样的芯体的变压器和扼流线圏。另外，本发明的另ー个目的在于提供ー种使用了这样的变压器和扼流线圈的开关电源装置。
_9] 用于解决问题的方案本发明是ー种芯体，ー种芯体，是卷绕线圈的烧结体芯体，该芯体的特征在于具备多个芯体构件，上述多个芯体构件构成为在使上述线圈所围住的区域沿上述线圈的轴线方向扩展后的范围内，沿着上述线圈的轴线方向将上述芯体分割为多个部分，其中，上述多个芯体构件中的相邻的芯体构件至少在ー个位置处接触。
该芯体以对沿着线圈的轴线方向产生的磁通最集中的位于使上述线圈围住的区域沿上述线圈的轴线方向扩展后的范围内的上述芯体进行分割的方式来构成。通过这样的构造，该芯体能够降低烧结时产生的变形。其结果是芯体的磁损失降低，发热量降低，因此能够抑制芯体的温度上升。在本发明中，理想的是上述多个芯体构件中的至少两个芯体构件被分割，且磁阻并联。根据该芯体，通过在分割方向上使磁阻并联，能够与通过分割降低变形相配合地，降低由在芯体内部产生的涡电流所造成的损失。其结果是芯体的磁损失降低，能够抑制芯体的温度上升。在本发明中，理想的是上述烧结体是铁氧体。通过将烧结体设为铁氧体，能够进ー步降低原本磁损失就小的铁氧体的损失。其结果是芯体的发热量进ー步降低，能够进一歩抑制温度上升。在本发明中，理想的是上述多个芯体构件中的至少ー个芯体构件被设置为与散热用构件或制冷剂接触。根据该芯体，通过将分割得到的芯体构件中的至少ー个设置为与散热用构件或制冷剂接触，与通过分割降低变形相配合地，提高芯体的散热特性。其结果是与通过降低芯体的磁损失来降低发热量相配合地改善芯体的散热特性，通过两者配合能够进一歩抑制温度上升。本发明是一种变压器，其特征在于使用了上述芯体。通过使用上述芯体，提供ー种发热量小的变压器，因此，能够增加变压器所传输的电力，或者使变压器小型化。本发明是ー种扼流线圈，其特征在于使用了上述芯体。通过使用上述芯体，提供一种发热量小的扼流线圈，因此，能够增加在扼流线圈中可积蓄的电力，或者能够使扼流线圈小型化。本发明是ー种开关电源装置，其特征在于具备上述变压器。根据该开关电源装置，变压器所产生的热量降低，因此能够提供可靠性高的开关电源装置。本发明是ー种开关电源装置，其特征在于具备上述扼流线圏。根据该开关电源装置，扼流线圈所产生的热量降低，因此能够提供可靠性高的开关电源装置。发明的效果本发明能够提供一种发热量小、温度特性优良的芯体。另外，本发明能够提供ー种使用了这样的芯体的变压器和扼流线圏。另外，本发明能够提供ー种使用了这样的变压器和扼流线圈的开关电源装置。


图I是表示实施方式I的芯体的立体图。图2是实施方式I的芯体的俯视图。图3是表示现有的芯体的一个例子的立体图。图4是图3所示的芯体的俯视图。 图5是表示实施方式I的变形例的芯体的立体图。图6是表示实施方式2的芯体的立体图。图7是表示实施方式2的变形例的芯体的立体图。图8是表示实施方式3的芯体的立体图。
图9是实施方式3的芯体的俯视图。图10是表示实施方式4的芯体的立体图。图11是表示实施方式4的变形例的芯体的立体图。图12是表示比较例和评价例的温度上升的測量结果的表。附图标记说明10、10，、10a、10b、10c、10d、10e、100 芯体；10B、10C、10D、10E、10F、10G、10I、10J、100A :芯体构件；ll、llc、lld、lll :主芯柱部；12、112 :线圈；13 :磁通；14 :梁部；15 :侧芯柱部；16 :孔。
具体实施例方式參照附图来详细说明用于实施本发明的方式(实施方式)。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容。另外，以下所记载的结构要素包含本领域技术人员能够容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素以及范围等同的结构要素。进ー步地，可以适当地组合以下所记载的结构要素。另外，在不脱离本发明的宗_的范围内，能够对结构要素进行各种省略、置换或变更。(实施方式I)图I是表示实施方式I的芯体的立体图。图2是实施方式I的芯体的俯视图。芯体10是卷绕线圈12的烧结体芯体。在本实施方式中，芯体10是铁氧体的烧结体，但芯体10的材料并不限于此。芯体10具有将ー个E型芯体分割为多个部分的多个芯体构件10B，芯体10是将它们组合起来而得到的。各个芯体构件IOB都是E型形状。组合两个芯体构件IOB而成为一个E型芯体。将两个上述E型芯体作为ー组，使各自的开ロ部相对而组装成芯体10。S卩，芯体10具有四个芯体构件10B。在变压器或扼流线圈中使用组装后的芯体10的情况下，将线圈12卷绕在芯体10的主芯柱部11上。并且，使沿着线圈12的轴线方向产生的磁通13从梁部14向侧芯柱部15旋绕而形成磁回路。多个芯体构件IOB通过图2所示的使线圈12围住芯体10的区域Ce沿线圈12的轴线方向扩展后的范围Ca(參照图I)，并且沿着线圈12的轴线方向将芯体10分割为多个部分。多个芯体构件IOB之间至少在ー个位置处接触。理想的是多个芯体构件IOB之间的接触面积尽可能大，更理想的是多个芯体构件IOB之间无间隙地接触。如果这样，则抑制磁通通路的分断，因此抑制芯体10的性能降低。在该情况下，理想的是对芯体构件IOB之间相接触的面进行研磨。如此，能够进ー步增大芯体构件IOB之间的接触面积，因此，能够更有效地抑制芯体10的性能降低。在本实施方式中，将多个芯体构件IOB中的至少两个分割为磁阻并联。在本实施方式中，两个芯体构件10B、IOB被分割为磁阻并联，其中该两个芯体构件10B、IOB被排列在与线圈12的轴线方向垂直并且设置在芯体10上的卷绕线圈12的两个孔16所贯通的方向上。这样，能够减少磁通路分断的位置，因此能够抑制芯体10的性能降低。将至少两个芯体构件分割为磁阻并联这一点，在以下的变形例和实施方式等中都是相同的。图3是表示现有的芯体的一个例子的立体图。图4是图3所示的芯体的俯视图。如图4所示，现有的芯体100并没有在使卷绕在主芯柱部111上的线圈12围住芯体100的区域Ce沿线圈112的轴线方向扩展后得到的区域Ca中，沿着线圈112的轴线方向分割该芯体100。因此，现有的芯体100的发热量大。对于芯体10，在使线圈12围住的区域Ce沿线圈12的轴线方向扩展后的区域Ca内，沿着线圈12的轴线方向产生的磁通最集中。对于本实施方式的芯体10，由多个芯体构件IOB对使线圈12围住的区域Ce沿线圈12的轴线方向扩展后的范围Ca内的芯体10进行分割。通过这样的构造，能够降低烧结时产生的芯体10的变形。其结果是芯体10的磁损失降低，发热量降低，因此能够抑制芯体10的温度上升。使用了芯体10的变压器的发热量减小。因此，使用了芯体10的变压器能够增加可传输的电力、小型化。使用了芯体10的扼流线圈的发热量减小。因此，使用了芯体10的扼流线圈能够增加可积蓄的电力、小型化。另外，芯体10主要被用于ー个变压器或扼流线圈等中。对于安装有使用了芯体10的变压器或使用了芯体10的扼流线圈的开关电源装置，变压器或扼流线圈所产生的热量降低，因此可靠性提高。图5是表示实施方式I的变形例的芯体的立体图。芯体10’与上述的芯体10相 同，但分割数不同。即，芯体10’具有E型形状的多个芯体构件10J，组合三个芯体构件IOJ而成为ー个E型芯体。将两个上述E型芯体作为一組，使各自的开ロ部相对而组装成芯体10’。S卩，芯体10’具有六个芯体构件10J。芯体10’也具有与上述的芯体10相同的作用、效果。在以下的实施方式及变形例中也可以适当应用本实施方式及其变形例的结构。另夕卜，具有与本实施方式及其变形例相同的结构的技术方案也具有与本实施方式及其变形例相同的作用、效果。(实施方式2)图6是表不实施方式2的芯体的立体图。图7是表不实施方式2的变形例的芯体的立体图。芯体IOa具有E型的两个芯体构件10C、I型的两个芯体构件IOD。两个E型的芯体构件IOC相互重叠。另外，两个I型的芯体构件IOD相互重叠。以重叠的芯体构件IOC的开ロ部朝向重叠的芯体构件IOD的方式进行组合。这样组装芯体10a。图7所示的芯体IOb具有两个E型的芯体构件IOC和ー个I型的芯体构件101。两个E型的芯体构件IOC相互重叠，以开ロ部朝向芯体构件101的方式与芯体构件101组合。这样组装芯体10b。芯体IOa也与实施方式I的芯体10同样地，具备通过使线圈12围住芯体IOa的区域沿线圈12的轴线方向扩展后的范围并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOa分割为多个部分的多个芯体构件10C、10D。另外，芯体IOb也具备通过使线圈12围住芯体IOb的区域沿线圈12的轴线方向扩展后的范围并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOb分割为多个部分的多个芯体构件10C、10I。因此，芯体10a、10b能够降低烧结时产生的芯体10a、10b的变形。其结果是芯体10a、10b的磁损失降低，发热量降低，因此，能够抑制芯体10a、10b的温度上升。多个芯体构件10CU0D之间或芯体构件10CU0I之间至少在ー个位置处接触，理想的是多个芯体构件10CU0D之间或芯体构件10CU0I之间的接触面积尽可能大，更理想的是多个芯体构件10CU0D之间或芯体构件10CU0I之间无间隙地接触，这些点与实施方式I相同。
在以下的实施方式及变形例中也可以适当应用本实施方式的结构。另外，具有与本实施方式相同的结构的技术方案具有与本实施方式相同的作用、效果。(实施方式3)图8是表示实施方式3的芯体的立体图。图9是实施方式3的芯体的俯视图。如图8所示，本实施方式的芯体IOc具有多个将ー个E型芯体分割为两部分的U型的芯体构件10E，该芯体IOc是将它们组合起来而得到的。各个芯体构件IOE都是U型形状。多个芯体构件IOE通过图9所示的使线圈12围住芯体IOc的区域Ce沿线圈12的轴线方向扩展后的范围Ca(參照图8)，并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOc分割为多个部分。将两个芯体构件IOE组合而成为ー个E型芯体。将两个上述E型芯体作为ー组，使各自的开ロ部相对而组装成芯体10c。这样，芯体IOc具有四个芯体构件10E。多个芯体构件IOE之间至少在ー个位置处接触，理想的是多个芯体构件IOE之间的接触面积尽可能大， 更理想的是多个芯体构件IOE之间无间隙地接触，这些点与实施方式1、2相同。在将组装后的芯体IOc用于变压器或扼流线圈的情况下，将线圈12卷绕在芯体IOc的主芯柱部Ilc上。本实施方式的芯体IOc也与上述的芯体10、IOa等相同，具备通过使线圈12围住芯体IOc的区域沿线圈12的轴线方向扩展后的范围并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOc分割为多个部分的多个芯体构件10E。因此，芯体IOc也具有与上述的芯体10、IOa等相同的作用、效果。在以下的实施方式及变形例中也可以适当应用本实施方式的结构。另外，具有与本实施方式相同的结构的技术方案具有与本实施方式相同的作用、效果。(实施方式4)图10是表不实施方式4的芯体的立体图。本实施方式的芯体IOd具有将一个E型芯体分割为两部分的U型芯体构件10F，与各个芯体构件IOF的开ロ部组合的多个I型形状的芯体构件10G，该芯体IOd是将它们组合起来而得到的。即，以使芯体构件IOF的开ロ部朝向芯体构件IOG的方式组合为ー个芯体，组合两个这样的芯体来组装成芯体10d。多个芯体构件10EU0G通过使线圈12围住芯体IOd的区域沿线圈12的轴线方向扩展后的范围，并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOd分割为多个部分。芯体IOd的多个芯体构件10FU0G之间至少在ー个位置处接触，理想的是多个芯体构件10FU0G之间的接触面积尽可能大，更理想的是多个芯体构件10FU0G之间无间隙地接触，这些点与实施方式I 3相同。这些点在后述的变形例中也相同。在将组装后的芯体IOd用于变压器或扼流线圈的情况下，将线圈12卷绕在芯体IOd的主芯柱部Ild上。本实施方式的芯体IOd也与上述的芯体10、IOa等相同，具备通过使线圈12围住芯体IOd的区域沿线圈12的轴线方向扩展后的范围并且沿着线圈12的轴线方向将芯体IOd分割为多个部分的多个芯体构件10F、IOGo因此，芯体IOd也具有与上述的芯体10、IOa等相同的作用、效果。图11是表示实施方式4的变形例的芯体的立体图。本变形例的芯体IOe具有将ー个E型芯体分割为两部分的U型的芯体构件10F，这一点与实施方式4的芯体IOd相同，但各芯体构件IOF的开ロ部与ー个I型形状的芯体构件101组合，这一点与实施方式4的芯体IOd不同。其它点与芯体IOd相同。因此，芯体IOe也具有与芯体IOd相同的作用、效果O具有与本实施方式及其变形例相同的结构的技术方案具有与本实施方式及其变形例相同的作用、效果。在上述各实施方式中，以通过改善芯体単体的形状来降低温度上升为例子进行了说明，但也可以同时使用使散热用构件或制冷剂与芯体接触而通过从芯体向制冷剂的导热来散热的方法。这样，芯体 进ー步被冷却，因此能够进ー步降低芯体的温度上升。(评价例子)对上述的实施方式的芯体进行了评价。首先，作为比较例，使用Mn-Zn系铁氧体的材料A和Mn-Zn-Ti系铁氧体的材料B，测量了图3、图4所示的现有的芯体100的温度上升。用如下的方法測量了温度上升。首先，将芯体的初始温度设为100°C，在上述初始温度稳定后，使得在芯体100的主芯柱部111中产生最大磁通密度230mT，以频率IOOkHz连续对芯体100进行励磁，在芯体100的温度稳定时，通过热电偶測量芯体100的温度。由此，測量了芯体100的温度上升。接着，作为评价例，与比较例同样地使用材料A和材料B，測量了图5所示的芯体10’的温度上升。通过与比较例相同的方法測量了芯体10’的温度上升。用温度上升率AT表示測量結果。对于芯体100、10’的每个材料，分别用将比较例的温度上升设为I时的比例来表示比较例、评价例的温度上升率Δ T。图12是表示比较例和评价例的温度上升的测量结果的图表。如图12所示那样，对于材料A，评价例相对于比较例，温度上升率AT是O. 43，显著地降低了芯体的温度上升。另外，对于材料B也是，评价例相对于比较例，温度上升率Λ T是O. 78，降低了芯体的温度上升。
权利要求
1.ー种芯体，是卷绕线圈的烧结体芯体，该芯体的特征在于 具备多个芯体构件，上述多个芯体构件构成为在使上述线圈所围住的区域沿上述线圈的轴线方向扩展后的范围内，沿着上述线圈的轴线方向将上述芯体分割为多个部分， 其中，上述多个芯体构件中的相邻的芯体构件至少在ー个位置处接触。
2.根据权利要求I所述的芯体，其特征在于 上述多个芯体构件中的至少两个芯体构件被分割，且磁阻并联。
3.根据权利要求I所述的芯体，其特征在于 上述烧结体是铁氧体。
4.根据权利要求I所述的芯体，其特征在于 上述多个芯体构件中的至少ー个芯体构件被设置为与散热用构件或制冷剂接触。
5.一种变压器，其特征在于使用了根据权利要求I 4中的任一项所述的芯体。
6.ー种扼流线圈，其特征在于使用了根据权利要求I 4中的任一项所述的芯体。
7.ー种开关电源装置，其特征在于具备使用了根据权利要求I 4中的任一项所述的芯体的变压器。
8.ー种开关电源装置，其特征在于具备使用了根据权利要求I 4中的任一项所述的芯体的扼流线圏。
全文摘要
本发明提供一种发热量小、温度特性优良的芯体、变压器、扼流线圈和开关电源装置。芯体(10)是用于变压器或扼流线圈等中的铁氧体烧结体的芯体。芯体(10)具备多个芯体构件(10B)，该多个芯体构件(10B)构成为在使线圈(12)围住的区域沿线圈(12)的轴线方向扩展后的范围(Ca)内，沿着线圈(12)的轴线方向将芯体(10)分割为多个部分。另外，多个芯体构件(10B)中的相邻的芯体构件至少在一个位置处接触。另外，将多个芯体构件(10B)中的至少两个被分割，且磁阻并联。
文档编号H01F27/24GK102723174SQ20121008669
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者安原克志, 森健太郎, 渡边雅彦, 蒲生正浩, 须佐昌司 申请人:Tdk株式会社