专利名称：：单石结构的电感的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种单石结构(monolithic)的电感，尤指一种利用永久磁铁与线圈间的磁场作用以及该永久磁铁在磁路中造成的反向或顺向偏压磁场，来增加电感中磁性材料的工作范围，提高磁性材料饱和电流的单石结构的电感。
背景技术：
：一般的电感均有额定电流的特性，将直流电流加入电感后，当工作温度升至一额定值，例如4(TC,此为电流临界值；另一方面，就电感值而言，若直流电流增加并增加到使磁性材料饱和时，则电感值降低，而使电感特性变差，易造成电路上电流突波的问题发生。针对磁性材料因额定电流(即饱和电流)不高而相对易降低电感值的问题，目前则有以铁粉芯绕线方式来克服，但此方式则无法适用于小型化及薄型化的产品。因此，如何开发一种可适用于小型化及薄型化产品中且可增加工作范围(额定电源)的电感，以使该电感在大电流功率下仍不致降低电感特性的目的，以解决上述现有技术的缺点，实为当今亟待解决的课题。
发明内容本发明的目的在于提供一种单石结构的电感，用以增加电感中磁性材料的工作范围，提高磁性材料饱和电流，因而提高电感的额定电流。本发明提供一种单石结构的电感。该电感具有一本体，其是以磁性材料粉体压合而成；一线圈，其设于该本体中；以及一永久磁铁，其设于该本体中，且设置于该线圈通入电流后所形成的磁路中。本发明的单石结构的电感的一实施例中，该线圈通入电流后所形成的磁场方向与该永久磁铁的磁场方向为反向或正向。本发明的单石结构的电感的另一实施例中，该永久磁铁是设于该线圈所圈绕出的中空区域内，该永久磁铁面积等于该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积，且该永久磁铁厚度为0.lram至本体厚度之间。本发明的单石结构的电感的再一实施例中，该永久磁铁是设于该线圈所圈绕出的中空区域外，该永久磁铁面积为A，且该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积SA^本体截面积，又该永久磁铁厚度为B，且0.lram^B^本体表面至与该本体表面相对的线圈一侧所形成间距。本发明的单石结构的电感的又一实施例中，该本体厚度为C，线圈高度为D，则该永久磁铁厚度为0.l腿至((C-D)/2)之间。本发明的单石结构的电感的又再一实施例中，该本体材料为具有导磁率的金属，该金属为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或前述金属的化合物的其中一者；或者是，该本体材料为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或前述金属的磁性氧化物，而该磁性氧化物是指锰锌系(MnZn)、镍锌系(NiZn)、铜锌系(CuZn)或锂锌系(LiZn)铁氧磁体(Ferrite)。前述实施例中，该永久磁铁材料为钕铁硼(NdFeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)、钡系铁氧体(Ba-ferrite)或锶系铁氧体(Sr-Ferrite);或者是，该永久磁铁材料的主要成分为钕铁硼(NdFeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)、钡系铁氧体(Ba-ferrite)或锶系铁氧体(Sr-Ferrite)，而副成分为电感磁性材料且具有导磁率的金属、金属化合物或金属的磁性氧化物。前述实施例中，该线圈材料为铜(Cu)、铝(Al)或银(Ag)的其中之一或其组合。如上述，本发明的单石结构的电感是利用具磁性材料的本体，以将线圈收容于本体之中，且利用永久磁铁与线圈间的磁场作用以及该永久磁铁在磁路中造成的反向或顺向偏压磁场(尤其是反向偏压磁场效果更佳)，来增加电感中磁性材料的工作范围，提高磁性材料饱和电流，因而提高电感的额定电流。因此，本发明的单石结构的电感可大幅提升电感的工作电流，更可扩广至电力电感、磁芯及电源模块等相关产业，由此克服大电流、小型化及薄型化需求下的产品因额定电流的限制，而有效避免电感值下降并可排除电路上电流突波的问题发生。图1A是用以显示本发明的单石结构的电感第一实施例的立体透视示意图；图IB是用以显示图1A所示A-A切线方向的切面图；图2是用以显示实验例一、实验例二及对照例一在不同电流施加下的电感变化关系图；图3是用以显示实验例三、实验例四及对照例二在不同电流施加下的电感变化关系图；图4是用以显示本发明的单石结构的电感的第二实施例的切面示意图；图5A是用以说明本发明的单石结构的电感的第三实施例的切面示意图；图5B是用以说明本发明的单石结构的电感的第四实施例的切面示意图；图5C是用以说明本发明的单石结构的电感的第五实施例的切面示意图；以及图5D是用以说明本发明的单石结构的电感的第六实施例的切面示意图。主要组件符号说明1，1，，2，2，，3，3，本体10,20,20，，30,30，线圈11，11，，21,21，，31,31，永久磁铁具体实施方式以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。如图1A所示，其是用以说明本发明的单石结构的电感第一实施例的立体透视示意图，而图1B为图1A所示A-A切线方向的切面图。该单石结构的电感包括本体l以及设于该本体l中的线圈IO及永久磁铁11。该本体1以磁性材料粉体压合而成，该本体1的材料是由具有导磁率的金属组成，例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)及其化合物组成或上述金属的磁性氧化物如锰锌系(MnZn)、镍锌系(NiZn)、铜锌系(CuZn)、锂锌系(LiZn)铁氧磁体(Ferrite)等。本实施例中是将永久磁铁11设置于线圈IO所圈绕出的中空区域内，而该永久磁铁11主要成分可选自钕铁硼(NdFeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)、钡系铁氧体(Ba-ferrite)或锶系铁氧体(Sr-Ferrite)等材料所制成，而副成分为电感磁性材料且为具有导磁率的金属，例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)及其化合物组成或上述金属的磁性氧化物如锰锌系(MnZn)、镍锌系(NiZn)、铜锌系(CuZn)、锂锌系(LiZn)铁氧磁体(Ferrite)等，而该线圈IO是由铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)其中之一或其组合所组成，本实施例的线圈IO为扁平导线，然而，亦不限于此，尚可为圆型导线。本实施例的永久磁铁11是设置于该线圈IO所圈绕出的中空区域内，如图所示，该线圈10为圆形线圈，而该永久磁铁ll呈碟状以镶嵌在线圈IO所圈绕出的中空区域内。本发明的单石结构的电感是在该磁性材料的本体1中设置永久磁铁11及线圈10，利用永久磁铁11在该线圈10通入电流后所形成的磁路(磁力线的路径)中造成的反向偏压磁场，来增加该磁性材料的本体l的工作范围，以提高磁性材料饱和电流，因而提高该电感的额定电流。依据上述结构所形成的电感，以下提供四个实验例的实验数据。实验例一及实验例二本实验例一及实验例二的单石结构的电感，本体尺寸均为12x12x5.4mm，线圈为扁平铜线绕制3圈，以钕铁硼磁铁材料所制成的永久磁铁是压制成厚度为2.7mm的薄片并置于线圈内部，且本实验例一以反向充磁(亦即偏压磁场与线圈通入电流后所形成的磁场反向)，而本实验例二为顺向充磁(偏压磁场与线圈通入电流后所形成的磁场同向)，将本实验例一及实验例二的电感结构与内部无永久磁铁的电感(在此简称为对照例一)比较三者的电流特性(在此须提出说明的是，对照例一的电感线圈圈数需调整使其电感值与本实验例一及实验例二的电感值相当)。量测实验例一、实验例二及对照例一在施加040A直流时的电感值，三者实验结果整理如下列表一，在此需提出说明的是，表一的数据区域中，其字段名称标示为AL。满40A，是用以表示施加电流在40安培时的电感变化率。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>再者，为更清楚看出实验例一、实验例二及对照例一在不同电流施加下的电感变化，可参阅图2。因此从实验结果可知，内部设置永久磁铁者可减少电感的下降，尤以反向充磁效果最佳。实验例三及实验例四本实验例三及实验例四的单石结构的电感，本体尺寸为12x12x5.4ram，线圈为扁平铜线绕制3圈，并以钕铁硼材料所制成的永久磁铁压制成厚度为1.35mm的薄片并置于线圈内部，且本实验例三是以反向充磁(亦即偏压磁场与线圈通入电流后所形成的磁场反向)，而本实验例四是以顺向充磁(偏压磁场与线圈通入电流后所形成的磁场同向)，将本实验例三及实验例四的电感结构与内部无永久磁铁的电感(在此简称为对照例二)比较三者的电流特性(在此须提出说明的是，对照例二的电感线圈圈数需调整使其电感值与本实验例三及实验例四的电感值相当)。量测实验例三、实验例四及对照例二在施加040A直流时的电感值，三者实验结果整理如下列表二。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>再者，为更清楚看出实验例三、实验例四及对照例二在不同电流施加下的电感变化，可参阅图3。故由实验结果可知，内部设置永久磁铁者不论顺向或反向充磁皆可大幅减少电感之下降，尤以反向充磁效果最佳。由上述实验例一及二与对照例一比较后以及实验例三及四与对照例二比较后所得知到的实验结果是，电感变化除受到充磁的顺向及反向影响外，另受到磁铁厚度的影响，如上列表一及表二可知，磁铁厚度越厚更可减少电感下降率。然而，最佳实施例中，当该永久磁铁是置于该线圈内部，且永久磁铁面积等于该线圈所绕出的内围面积时，其厚度为0.lmm至电感的本体厚度之间。再者，除上述实验例一至实验例四将该永久磁铁置于该线圈内部，且该永久磁铁面积等于该线圈所绕出的内围面积外，另列举实验例五及实验例六，其中是以该永久磁铁面积小于该线圈所绕出的内围面积与等于该线圈所绕出的内围面积进行电感变化的比较，并且，详细内容如下。实验例五及实验例六本实验例五及实验例六的单石结构的电感，本体电感尺寸12xl2x5mm，线圈内径4mm(半径2ram)，线宽1.8mm，线圈总高度2咖，电感材料为铁粉，永久磁铁的材料为NdFeB磁铁，本实验例五的永久磁铁的半径为1.5ram，其厚度为lmm、本实验例六的永久磁铁的半径为2ram，其厚度为lram,将本实验例五及实验例六的电感结构与内部无永久磁铁的电感(在此简称为对照例三)比较三者的电流特性(在此须提出说明的是，对照例一、实验例五及实验例六的电感线圈圈数需调整，以使三者的电感值相当)，量测实验例五、实验例六及对照例三在施加20A及40A直流时的电感值变化率，三者实验结果整理如下列表三。表三<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上可知，永久磁铁置于线圈内部，与电感内部无磁铁的情形比较，磁铁半径〈线圈半径者电感变化大，磁铁覆盖面积为线圈内部面积者(亦即磁铁半径=线圈半径)，电感随电流的变化较小。由上述实验例五及实验例六可知，永久磁铁半径大小(即永久磁铁面积)会影响电感值；此外，永久磁铁厚度亦相应影响电感值，以下将列举实验例七说明。实验例七本实验例七的电感尺寸及其材料，以及线圈内径、线圈线宽、线圈总高度及其材料均与前述实验例五及实验例六相同，在此不予以贽述。而本实验例七的永久磁铁的半径为2mm，其厚度则有下列表四的变化，量测实验例七不同永久磁铁厚度的电感与内部无永久磁铁的电感在施加20A及40A直流时的电感值变化率，实验结果整理如下列表四。表四<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由实验例七的实验结果可知，与电感内部无磁铁的情形比较，磁铁覆盖面积为线圈内部面积(磁铁半径=线圈半径)，磁铁厚度从0.lmm变化到5mm(电感总厚度，亦即为本体厚度)，电感值变化均有改善。本发明的单石结构的电感所组成构件中的永久磁铁11除可设置于线圈IO所圈绕出的中空区域内，另可如图4所示用以说明本发明的单石结构的电感的第二实施例的切面示意图，本实施例的单石结构的电感r，是将该永久磁铁ir设于该线圈10'所圈绕出的中空区域一端开口100处，亦同样具备前述实验例一至实验例七相同的效果。就上述实施例或上述实验例而言，若该永久磁铁设于该线圈所圈绕出的中空区域内时，该永久磁铁面积等于该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积，且该永久磁铁厚度为0.lram至本体厚度之间。再者，除图1B及图4所示的单石结构的电感是将永久磁铁设于线圈所圈绕出的中空区域内的设置结构外，另可将该永久磁铁自该线圈所圈绕出的中空区域内移出，如图5A所示者用以说明本发明的单石结构的电感的第三实施例的切面示意图，本实施例的单石结构的电感2，该永久磁铁21设于线圈20外侧(即线圈20表面上)，且设置于该线圈20通入电流后所形成的磁路中。此外，以图5A所示的单石结构的电感2组成构件而言，该电感值同样会受永久磁铁21的厚度或面积而影响电感值，以下将列举实验例八说明。实验例八本实验例八的单石结构的电感尺寸及其材料，以及线圈内径、线圈线宽、线圈总高度及其材料均与前述实验例五及实验例六相同，在此不予以赘述。而本实验例八的永久磁铁的半径及其厚度则有下列表五的变化，量测实验例八不同永久磁铁厚度或面积的电感与内部无永久磁铁的电感在施加20A及40A直流时的电感值变化率，实验结果整理如下列表五。表五<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由实验例八的实施结果可知，将永久磁铁置于线圈上方，与无磁铁的电感比较后，磁铁半径由2mm变化至5腿，磁铁厚度从0.5腿变化到1.5mm(亦即线圈上方总高度)，电感变化均有改善。再者，如图5B所示用以说明本发明的单石结构的电感的第四实施例的切面示意图，本实施例的单石结构的电感2'是将该永久磁铁21'设于线圈20'外侧并与线圈20'形成一预定间隔。再者，如图5C所示用以说明本发明的单石结构的电感的第五实施例的切面图，本实施例的单石结构的电感3大致与图5B所示的电感2'相似，差异处在于本实施例的永久磁铁31与线圈20'所形成的间隔更大，且可埋入至该本体3内。再者，如图5D所示用以说明本发明的单石结构的电感的第六实施例的切面示意图，本实施例的单石结构的电感3'大致与图5C所示的电感2'相似，差异处在于本实施例的永久磁铁31与线圈20'所形成的间隔更大，并设于该本体3'表面上。由上述图5A至图5D可知，当该永久磁铁是设于该线圈所圈绕出的中空区域外时，该永久磁铁面积为A，且该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积SA^本体截面积，又该永久磁铁厚度为B，且O.lmrn^BS本体表面至与该本体表面相对的线圈一侧所形成间距。再者，最佳实施例中，若该本体厚度为C，线圈高度为D，则该永久磁铁厚度为0.lmm至((C-D)/2)之间。综上所述，本发明的单石结构的电感利用具磁性材料的本体，以将线圈收容于本体之中，且利用永久磁铁与线圈间的磁场作用以及该永久磁铁在磁路中造成的反向或顺向偏压磁场(尤其是反向偏压磁场效果更佳)，来增加电感中磁性材料的工作范围，提高磁性材料饱和电流，因而提高电感的额定电流。因此，本发明的单石结构的电感可大幅提升电感的工作电流，更可扩广至电力电感、磁芯及电源模块等相关产业，由此克服大电流、小型化及薄型化需求下的产品因额定电流的限制，而有效避免电感值下降并可排除电路上电流突波的问题发生。以上所述的实施例，仅是用以说明本发明的特点及功效，而非用以限定本发明的实质技术内容的范围，本发明的实质技术内容为广义地定义于下述的申请权利要求范围中，任何他人所完成的技术实体或方法，若与下述的所申请专利范围定义者为完全相同、或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于此专利范围中。权利要求1.一种单石结构的电感，其具有一本体，其是以磁性材料粉体压合而成；一线圈，其设于该本体中；以及一永久磁铁，其设于该本体，且设置于该线圈通入电流后所形成的磁路中。2.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该线圈通入电流后所形成的磁场方向与该永久磁铁的磁场方向为同向。3.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该线圈通入电流后所形成的磁场方向与该永久磁铁的磁场方向为反向。4.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁是设于该该本体中。5.根据权利要求4所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁是设于该线圈所圈绕出的中空区域内，该永久磁铁面积等于该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积，且该永久磁铁厚度为0.lmm至本体厚度之间。6.根据权利要求4所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁是设于该线圈所圈绕出的中空区域外，该永久磁铁面积为A，且该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积^AS本体截面积，又该永久磁铁厚度为B，且0.lmm^BS本体表面至与该本体表面相对的线圈一侧所形成间距。7.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁是设于该该本体表面上。8.根据权利要求7所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁面积为A，且该线圈所圈绕出的中空区域而围成的面积SA^本体截面积，又该永久磁铁厚度^0.lmm。9.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该本体厚度为C，线圈高度为D，则该永久磁铁厚度为0.lmm至((C-D)/2)之间。10.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该磁性材料为具有导磁率的金属。11.根据权利要求io所述的单石结构的电感，其中，该金属为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、及前述金属的化合物的其中一者。12.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该磁性材料为铁(Fe)、钴(Co)、及镍(Ni)其中一者的金属的磁性氧化物。13.根据权利要求12所述的单石结构的电感，其中，该金属的磁性氧化物是指锰锌系(MnZn)、镍锌系(NiZn)、铜锌系(CuZn)、及锂锌系(LiZn)铁氧磁体(Ferrite)的其中一者。14.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁材料为钕铁硼(NdFeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)、钡系铁氧体(Ba-ferrite)、及锶系铁氧体(Sr-Ferrite)的其中一者。15.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该永久磁铁材料的主要成分为钕铁硼(NdFeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)、钡系铁氧体(Ba-ferrite)、及锶系铁氧体(Sr-Ferrite)的其中一者，而副成分为电感磁性材料且具有导磁率的金属、金属化合物或金属的磁性氧化物。16.根据权利要求1所述的单石结构的电感，其中，该线圈材料为铜(Cu)、铝(Al)、及银(Ag)其中之一或其组合。全文摘要一种单石结构的电感，其包括一本体，其以磁性材料粉体压合而成；一线圈，其设于该本体中；以及一永久磁铁，其设于该本体中，且设置于该线圈通入电流后所形成的磁路中。本发明的单石结构的电感是在该磁性材料的本体中设置永久磁铁及线圈，并利用该永久磁铁在该线圈通入电流后所形成的磁路(磁力线的路径)中造成的反向偏压磁场，来增加该磁性材料的本体的工作范围，以提高磁性材料饱和电流，因而提高该电感的额定电流。文档编号H01F17/04GK101226814SQ20071000199公开日2008年7月23日申请日期2007年1月16日优先权日2007年1月16日发明者唐敏注,柯文淞,王燕萍,黄玉婷申请人:财团法人工业技术研究院