磁耦合电感器的制作方法

本发明涉及磁耦合电感器(magneticcoupledinductor)，该磁耦合电感器构成为具备2in1(2合1)结构的耦合电感器，其中，该2in1结构的耦合电感器构成为将环形磁芯夹在一对pq磁芯(包括e型磁芯等)之间。

背景技术：

近年来，提出有下述专利文献1中所公开那样的、实现了实际上作为两个独立的高压变压器发挥作用的2in1结构的pfc磁耦合电感器，其能够使产品的外形尺寸小型化。

另外，在下述专利文献2中，公开有一种构成为将环形磁芯夹在一对pq磁芯之间的变压器。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利，特许第5062439号公报

专利文献2：日本专利，特公平4-14487号公报

但是，在这些专利文献的形态中，存在着如下问题：在一对pq磁芯和夹在其间的磁芯的组合的结构中，为了使被合成的磁通通过，磁芯的截面面积变大，从而磁耦合电感器变得大型化，由此无法充分实现小型化。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种如下的磁耦合电感器，即：具有实际上作为两个独立的电感器发挥作用的2in1结构，从而谋求各磁芯的组合所涉及的配置条件的最优化，由此能够实现外形尺寸的进一步的小型化。

为了解决上述课题，本发明的磁耦合电感器具有如下特征。

本发明的磁耦合电感器，具备：第一磁芯和第二磁芯，其分别具有中脚部、位于上述中脚部的至少两侧的外脚部、以及连接上述中脚部和上述外脚部的连接部；线圈骨架，上述第一磁芯和上述第二磁芯的上述中脚部插通于该线圈骨架，且该线圈骨架配置在这些各中脚部的外侧；第一线圈绕组和第二线圈绕组，其分别卷绕在各上述线圈骨架上；以及第三磁芯，其呈环状，并且，被两个上述线圈骨架夹持，且上述中脚部嵌插于该第三磁芯。

上述第一磁芯和上述第二磁芯的相对应的脚部彼此相互对接，并且，在这些对应的脚部彼此间设有间隙；由上述第一线圈绕组和上述第二线圈绕组中流通的各电流生成且从上述第三磁芯通过的磁通的方向相互为同一方向；上述磁耦合电感器构成为：当将上述第三磁芯的厚度设为a、上述第一磁芯和上述第二磁芯的外脚部彼此间的间隙量设为b时，成立条件(1)a≥b。

在此，优选构成为：当将上述第三磁芯的厚度设为a、上述第一磁芯和上述第二磁芯的上述连接部的厚度设为c时，成立条件(2)a≥c。

另外，优选：上述磁耦合电感器具备定位固定构件，该定位固定构件将上述第三磁芯的厚度方向中间部固定在两个上述中脚部的前端面间的中间位置。

另外，优选上述定位固定构件构成为：在平板状的基部的中央处立设有朝向上方延伸的纵片，在上述基部的内侧边的两侧分别形成有狭缝形状的卡合槽，上述线圈骨架的两个内凸缘部的延长部可以卡合在上述卡合槽中。

(发明效果)

根据本发明涉及的磁耦合电感器，能够缩小由多个磁芯的组合构成的磁芯组装体的外形尺寸，并且，能够实现实际上作为两个独立的电感器发挥作用的2in1结构。

另外，通过谋求各磁芯的组合所涉及的配置条件的最优化，能够实现外形尺寸的进一步的小型化，由此能够缩小安装空间。

附图说明

图1是本发明第一实施方式涉及的磁耦合电感器的整体立体图。

图2是省略胶带后的图1的分解立体图。

图3是用于说明磁回路的磁芯部分的剖面图。

图4是对磁芯结构的配置条件进行说明的局部俯视图。

图5是对磁芯结构的另一配置条件进行说明的局部俯视图。

图6是用于说明第一实施方式的磁芯结构的尺寸关系的剖面图。

图7a是表示另一实施方式的磁芯部分的主视图。

图7b是图7a的立体图。

图7c是省略图7a中的一个pq磁芯后进行表示的立体图。

图8是表示两个线圈骨架和定位固定构件的组合的立体图。

图9是表示两个线圈骨架的组合结构的立体图。

图10是表示一个pq磁芯和定位固定构件的组合结构的立体图。

图11是主要部分的中间剖面主视图。

图12a是从上方观察磁耦合电感器的整体立体图。

图12b是将线圈卷绕在线圈骨架上的工序的立体图。

图12c是固定定位固定构件的工序的立体图。

图12d是组合磁芯构件和线圈骨架的工序的局部立体图。

图12e是对最终的粘接工序进行说明的仰视立体图。

(符号说明)

1第一磁芯

2第二磁芯

3、31第三磁芯

4、5线圈骨架

6第一线圈绕组

7第二线圈绕组

8定位固定构件

9接线销

10固定用胶带

11、21中脚部

12、22外脚部

13、23连接部

41、51接线板

42、52筒部

43、53外凸缘部

44、54内凸缘部

81基部

82纵片

83卡合槽

100磁耦合电感器

g1、g2间隙

具体实施方式

以下，根据附图对本发明一实施方式涉及的磁耦合电感器(magneticcoupledinductor)的结构进行说明。

图1是作为产品的磁耦合电感器100的外观立体图，图2是省略胶带后的图1的分解立体图。

本实施方式的磁耦合电感器100具备：由pq磁芯构成的第一磁芯1及第二磁芯2、由环形磁芯(ringcore)构成的第三磁芯3、两个线圈骨架(bobbin)4、5、第一线圈绕组(coilwinding)6及第二线圈绕组7、两个定位固定构件8、8、两侧共8根的接线销(terminalpin)9、以及卷绕安装在外周上的固定用胶带10。

关于第一磁芯1和第二磁芯2这一对pq磁芯，例如，由铁氧体磁芯(ferritecore)制成且其外形尺寸相同，并且，第一磁芯1具有：中脚部11、位于中脚部11两侧的外脚部12、以及连接中脚部11和外脚部12的平板状的连接部13，第二磁芯2具有：中脚部21、位于中脚部21两侧的外脚部22、连接中脚部21和外脚部22的平板状的连接部23，且上述第一磁芯1和第二磁芯2对置配置。

上述中脚部11、21形成为圆柱形，且其长度为相对置的连接部13和连接部23之间的间隔距离的大致1/2的长度，外脚部12、22形成为：其内侧面呈圆弧状且外侧面呈平面状的板形状。

第三磁芯3例如由铁氧体磁芯制成，且形成为剖面呈矩形的圆环状(圆板状)。

图8中所示的两个线圈骨架4、5由绝缘树脂制成，两个线圈骨架4、5形成为对称形状，并且，如图9中所示那样组合成一体，两个线圈骨架4、5分别在其端部上设有接线板41、51，且各接线板41、51上分别设有各4根接线销9、9。

在上述接线板41、51上方分别配置有沿轴向延伸的筒部42、52。在筒部42、52的接线板41、51侧的一端部上分别设有圆板状的外凸缘部43、53，且在相反侧的端部上分别设有圆板状的内凸缘部44、54，该内凸缘部44、54的朝向下方延伸的延长部44a、54a与后述的定位固定构件8、8卡合，在延长部44a、54a的下端部上分别形成有突起44b、54b(参照图9)。另外，构成为：在上述线圈骨架4、5的外凸缘部43、53的上下端上分别设有蝶形突起45、55，该蝶形突起45、55分别与第一磁芯1的连接部13和第二磁芯2的连接部23上的上下倾斜面抵接。

如此，通过在线圈骨架4、5的外凸缘部43、53的上下端上分别设置蝶形突起45、55，使第一线圈绕组6(包括引出线)和第一磁芯1之间的绝缘性以及第二线圈绕组7(包括引出线)和第二磁芯2之间的绝缘性提高，并且，能够将各磁芯1、2、3和各线圈骨架4、5相互稳定地进行固定。

上述线圈骨架4、5的筒部42、52的端部构成为：作为卡合用而设置成对称凹凸形状的一个线圈骨架4的凹部42b与另一个线圈骨架5的凸部52a(参照图8)卡合，由此，使两者的筒部42、52的轴心一致。

上述第一磁芯1的中脚部11从一端侧插通于上述线圈骨架4、5的相连的筒部42、52，且上述第二磁芯2的中脚部21从另一端侧插通于上述线圈骨架4、5的相连的筒部42、52，由此，成为上述线圈骨架4、5分别配置于这些各中脚部11、21外侧的形态。

而且，上述第一磁芯1和第二磁芯2的相对应的中脚部11、21彼此相互对接且相对应的两侧的外脚部12、22彼此相互对接，并且，这些对应的脚部彼此之间分别设置有间隙g1、g2(参照图3)，且这些间隙g1、g2的大小b(基本上为相同尺寸)是通过后述的定位固定构件8(所谓的隔片(spacer))而被规定。

在上述线圈骨架4、5的结构中，第一线圈绕组6卷绕在一个线圈骨架4的外凸缘部43和内凸缘部44之间，并且，第二线圈绕组7卷绕在另一个线圈骨架5的外凸缘部53和内凸缘部54之间(参照图2)。该第一线圈绕组6的末端连接在规定的接线销9上，第二线圈绕组7的末端也连接在规定的接线销9上。

进一步地，在一个线圈骨架4的内凸缘部44和另一个线圈骨架5的内凸缘部54之间，配置有环状的第三磁芯3。该第三磁芯3被上述两个线圈骨架4、5夹持，并且，上述第一及第二磁芯1、2的中脚部11、21的大部分嵌插在该第三磁芯3的内环内，且中脚部11、21的前端面之间形成有上述间隙g1。

将上述第一～第三磁芯1～3和两个线圈骨架4、5进行组装时，是通过在两个线圈骨架4、5的下部两侧分别配置定位固定构件8、8而进行。如图8、图10以及图11中所示，该定位固定构件8、8构成为：在平板状的基部81、81的中央处立设有朝向上方延伸的纵片82、82，并且，在基部81的内侧边的两侧分别形成有狭缝(slit)形状的卡合槽83、83。

上述线圈骨架4、5的两个内凸缘部44、54的延长部44a、54a分别卡合在上述卡合槽83、83中。由此，两个线圈骨架4、5的内凸缘部44、54的轴向上的位置和其中心位置被规定。

进一步地，上述纵片82、82分别被夹持在上述第一磁芯1的外脚部12的前端面和上述第二磁芯2的外脚部22的前端面之间，并且，通过该定位固定构件8、8的纵片82、82的厚度尺寸来规定该第一磁芯1的外脚部12的前端面和第二磁芯2的外脚部22的前端面之间的间隙g2的尺寸b的大小。

如图10中所示，上述定位固定构件8、8的纵片82、82的形状与上述外脚部12、22的剖面形状相似，两者全面地抵接且不偏移。另外，在纵片82、82的上下部分别形成有三角形状的开口84，当进行组装时，粘接剂被填充于该开口84内，由此，纵片82、82被固定在第一及第二磁芯1、2的外脚部12、22的前端面上。

如此，通过在第一磁芯1和第二磁芯2之间组合定位固定构件8、8和第三磁芯3，能够将中脚部11、21之间的间隙g1的位置准确地设定在分别卷绕于各线圈骨架4、5上的第一线圈绕组6和第二线圈绕组7的中间位置上，由此，在2in1类型的磁耦合电感器中，能够将各电感器的电感(inductance)设定为相互相等。

由此，能够消除现有技术中的如下的不良情况等，即：因为从各电感器至磁隙(magneticgap)为止的距离的偏差，导致其中任意一个电感器发生磁饱和。

另外，如图9中所示，分别形成于上述两个线圈骨架4、5的各内凸缘部44、54下端部上的突起44b、54b的前端与基板面等抵接，由此，发挥使组装工序等中的制造时的姿态稳定的功能。

如上所述，本实施方式的磁耦合电感器100构成为具备2in1(2合1)结构的耦合电感器(coupledinductor)，该2in1结构的耦合电感器是将由环形磁芯构成的第三磁芯3夹在组装于第一磁芯1的线圈骨架4和组装于第二磁芯2的线圈骨架5之间而构成。而且，由上述第一线圈绕组6和上述第二线圈绕组7中流通的各电流生成且从第三磁芯3通过的磁通的方向相互为同一方向。

具体而言，如图3中所示，第一磁芯1和第二磁芯2是通过在中脚部11、21之间形成间隙g1、以及在外脚部12、22之间形成间隙g2而相互分离。因此，在第一磁芯1中，从两侧的外脚部12、12通过连接部13、13的磁通在中脚部11处合流且朝向该中脚部11的前端面流动。

另一方面，在第二磁芯2中，从两侧的外脚部22、22通过连接部23、23的磁通在中脚部21处合流且朝向该中脚部21的前端面流动。这些两个中脚部11、21中流动的磁通在中脚部11、21的前端面处相互发生碰撞后分为左右而流动，并且，在从第三磁芯3通过后分别到达第一及第二磁芯1、2的外脚部12、22。

其结果是，在第一及第二磁芯1、2以及第三磁芯3中形成朝向如图3中所示的方向循环的磁回路(magneticloop)l1、l2。

如上所述的实施方式的磁耦合电感器100构成为：当如图4中所示那样，将上述第三磁芯3的厚度设为a、上述第一及第二磁芯1、2的外脚部12和外脚部22彼此间的间隙g2的间隙量设为b时，成立如下条件(1)。

a≥b(1)

通过构成为成立上述条件(1)，能够使磁耦合电感器小型化。

即，当a＜b时，作为耦合电感器的重要参数的耦合系数变小。当耦合系数变小时，若不使耦合电感器大型化，则无法允许大电流。

因此，优选构成为满足a≥b的条件(1)，由此实现产品的小型化。

另外，上述磁耦合电感器100构成为：当如图5中所示那样，将上述第三磁芯3的厚度设为a、上述第一及第二磁芯1、2的连接部13、23的厚度设为c时，成立如下条件(2)。

a≥c(2)

通过构成为成立上述条件(2)，能够使磁耦合电感器小型化。

即，当a＜c时，通常而言，循环的磁通是在a涉及的位置处(第一及第二磁芯1、2的中脚部11、21的前端面间的间隙g1位置)饱和，而不是在c涉及的位置处(第一及第二磁芯1、2的连接部13、23的位置)饱和，因此，难以保证作为耦合电感器的功能。

另外，当将占空比(duty)(开关(switching)on·off比率)设为规定的值时，第一及第二磁芯1、2中流动的磁通合流后流入a(间隙g1)，由此第三磁芯3容易饱和，因此，设定为a大于等于c(第三磁芯3的横截面面积大于等于上述连接部13、23的横截面面积)(输出电压vout/输入电压vin≥2时)。

因此，最优选将电路构成为满足a＝c的条件(2)，由此实现产品的小型化。

其中，在上述条件(2)中，即使存在c的公差部分(±5％左右)，也能够确认到使电感器小型化的效果，因此，作为实际的数值范围，可以为成立下述条件(2’)的范围。

a≥0.95c(2’)

进一步地，上述磁耦合电感器100构成为：当如图6中所示那样，将第三磁芯3中的环形磁芯的内周面和中脚部11、21的外周面之间的间隙量设为f、或者将第三磁芯3中的环形磁芯的外周面和外脚部12、22的内周面之间的间隙量设为g时，上述第一及第二磁芯1、2的中脚部11、21彼此的间隙g1和两侧的外脚部12、22彼此的两个间隙g2、g2的间隙量b的总计(基本上为3b)与上述f、g之间，成立下述条件(3)或(4)。

3b≥f(3)

或者

3b≥g(4)

通过构成为成立上述条件(3)或(4)，能够使磁耦合电感器小型化。

即，当3b＜f以及3b＜g时，与不满足上述条件(1)时同样地，作为耦合电感器的重要参数的耦合系数变小。当耦合系数变小时，若不使耦合电感器大型化，则无法允许大电流。

因此，优选构成为满足3b≥f的条件(3)、或者3b≥g的条件(4)，由此实现产品的小型化。

需要说明的是，关于各磁芯1、2、3的物理上的一体化，在上述实施方式中，是使用固定用胶带10进行，但是，也可以使用粘接剂、粘接带、夹紧件等进行一体化。

关于第一线圈绕组6和第二线圈绕组7中流通的电流的方向以及线圈的卷绕方向，可以形成为如下的构成，并且，只要能够发挥如下的作用效果，便可以任意地进行选择。

即，当如图3中所示那样，将两个磁芯1、2配置为相互对置时，基于第一线圈绕组6形成的从第一磁芯1中的两侧的外脚部12、12通过中脚部11的磁通和基于第二线圈绕组7形成的从第二磁芯2中的两侧的外脚部22、22通过中脚部21的磁通，在中脚部11、21的前端面间呈相互反向地碰撞。

而且，当如此构成时，在图3中，磁回路l1和磁回路l2成为在中脚部11、21的前端面间呈相互反向地消除磁通的关系，从而发挥形成可允许大电流的磁结构(磁通的流动)这样的作用效果，其中，磁回路l1是由基于第一线圈绕组6形成的从第一磁芯1中的两侧的外脚部12、22通过中脚部11的磁通形成，磁回路l2是由基于第二线圈绕组7形成的从第二磁芯2中的两侧的外脚部22、22通过中脚部21的磁通形成。

需要说明的是，根据本实施方式，通过第一线圈绕组6及其周边的磁芯部分形成的第一磁耦合电感器部和通过第二线圈绕组7及其周边的磁芯部分形成的第二磁耦合电感器部是以相互耦合的状态构成，因此，与由独立的两个电感器构成的情况相比，能够形成为可允许大电流的磁结构(磁通的流动)。

图7a～图7c中示出另一实施方式，是除去第三磁芯31的外周的一部分，从而使图中上下方向的尺寸小型化的例子。即，是利用切割面3a除去第三磁芯31的圆环形状中的、不与第一及第二磁芯1、2的外脚部12、22的内周面面对的上下的弓形部分的例子(参照图7a、图7b)。

该情况下，优选构成为：当将该第三磁芯31的外周面中的、经由微小间隙与外脚部12、22的圆弧状内表面对置的圆弧面3b的表面面积设为d、将第一或第二磁芯1、2的外脚部12、22的前端面的表面面积设为e时(参照图7c)，成立以下的条件(5)。

d≥e(5)

通过构成为成立上述条件(5)，能够使磁耦合电感器小型化。

由于可以分别将该条件(5)中的d置换为上述条件(2)中的a，或者，将该条件(5)中的e置换为上述条件(2)中的c，因此，当d＜e时，与不满足上述条件(2)等时同样地，作为耦合电感器的重要参数的耦合系数变小。

即，当耦合系数变小时，若不使耦合电感器大型化，则无法允许大电流。因此，当d＜e时，很难实现产品的小型化。

接下来，参照图12a～图12e对上述实施方式的磁耦合电感器100的制造工序进行说明。

首先，图12a中示出成品状态。当制造该成品时，首先，如图12b中所示，将第二线圈绕组7卷绕在线圈骨架5上。虽未图示，但同样地，将第一线圈绕组6卷绕在另一个线圈骨架4上。然后，将各线圈绕组6、7的端部分别锡焊固定在接线板41、51上的规定的接线销9上。

接着，如图12c中所示，准备定位固定构件8、8，将粘接剂填充并涂敷在纵片82的各开口84内。然后，如图12d中所示，以将第三磁芯3夹持在两个线圈骨架4、5之间，并且，使一个线圈骨架4的筒部42的端部和另一个线圈骨架5的筒部52的端部的凹凸形状对准的方式，将分别卷绕有线圈绕组6、7的线圈骨架4、5呈单轴状地组装(参照图9)。

与此同时，将线圈骨架的内凸缘部44、54的下部延长部44a、54a分别卡合在两侧的定位固定构件8、8的卡合槽83中，进一步地，使第一磁芯1和第二磁芯2分别与该被组装的线圈骨架4、5的两端部对置，且将中脚部11、21分别插入筒部42、52，并使外脚部12、22分别位于线圈骨架4、5的外侧侧面，由此进行组装(参照图8、图9)。

此时，利用两个磁芯1、2的外脚部12、22的前端面夹持上述定位固定构件8、8，并利用之前涂敷的粘接剂进行固定。需要说明的是，在图12d中，省略了第一磁芯1的图示。

接着，如上所述，在将第一～第三磁芯1～3组装于线圈骨架4、5的状态下，如图12e中所示，将固定用胶带10卷绕在第一磁芯1和第二磁芯2的外周并将整体进行临时固定。另外，在底面处，将粘接剂涂敷在定位固定构件8、8的基部81和第三磁芯3的外周面之间的接触部分p上，由此将两者固定后使其干燥，从而结束制造。需要说明的是，该情况下，优选在涂敷粘接剂之前，进行电气特性的检查。

也可以使用ee型磁芯或eer型磁芯或者一对壶型磁芯(potcore)(外脚部包围中脚部)等来代替上述实施方式中使用的一对pq磁芯。

另外，关于线圈骨架的形状，也可以采用各种形状。