CN1578992A - 多相用磁性元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种多相用磁性元件及其制造方法，在复合磁性材料中埋设多个线圈，以至少在2个以上的线圈之间存在负的磁通的耦合或正的磁通的耦合的方式构成多相用磁性元件。采用该构成，可使适合各种电子设备的大电流用途的多相用磁性元件即感应器、扼流圈等进一步小型化。如此的多相用磁性元件具有优良的波纹电流特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的感应器(inductor)、扼流圈等上的磁性元件，具体涉及多相用磁性元件及其制造方法。
背景技术
随着电子设备的小型化、薄型化，其所用的部件或器件也强烈要求小型化、薄型化。另外，CPU等LSI也在高集成化，有时对其电源电路提供几A～几十A的电流。因此，其所用的扼流圈等感应器也要求小型化，同时还要求低电阻化。即，感应器需要减小直流叠加造成的电感的降低。要达到低电阻化，需要增大线圈导体的截面积，但这与小型化背道而驰。此外，由于多以高频使用，所以要求降低高频损失。此外，也强烈要求降低部件成本，需要用简易的工序组装形状简单的部件构成元件。即，要求廉价提供能够用大电流、高频使用的，并且非常小型化的感应器。但是，切换频率的高频化、大电流化，由于切换元件的损失增大或扼流圈的磁饱和，难于进行设备的小型化、高效率化。
为此，最近，采用称为多相方式的电路方式。例如，在4相方式中，并列采用4个切换元件和4个扼流圈。在该电路中，例如，在以500kHz的切换频率、10A的直流叠加，对各个元件错开90°驱动相位时，最终，以表观上的2MHz的驱动频率、40A的直流叠加性能工作。由此，降低波纹电流。如此，多相方式是能够高效率实现至今没能实现的大电流/高频化的电源电路方式。
在上述电路中，认为可利用使用最普遍的EE型或EI型的铁氧体铁心和线圈。但是，铁氧体材料导磁率比较高，而且，与金属磁性材料相比，饱和磁通密度低。因此，如果直接使用，有增大磁饱和造成的电感的降低，直流叠加特性变差的倾向。为此，如要改进直流叠加特性，采用在铁氧体铁心的部分磁路上设置空隙，降低表观的导磁率的方法。但是，采用该方法，由于饱和磁通密度低，所以难于大电流使用。此外，通过铁氧体铁心的部分磁路上设置空隙，在铁氧体铁心上产生呜呜声。
此外，作为铁心材料，认为也可以采用饱和磁通密度比铁氧体大的Fe-Si-Al系合金、Fe-Ni系合金等。但是，这些金属系材料，由于电阻低，过电流损失大，不能直接使用。因此，需要借助绝缘层叠层薄体化的材料，而在成本方面不利。
对此，通过成形金属磁性粉制作的压粉磁心(dust core)，由于与软磁性铁氧体相比，具有显著大的饱和磁通密度，所以直流叠加特性优良。因此，有利于小型化，由于也不需要设置空隙，所以也无呜呜声的问题。该压粉磁心的铁心损失，起因于磁滞损失和过电流损失，过电流损失按与频率的二次方和流动过电流的尺寸的二次方成比例地增加。因此，通过用电绝缘性树脂等覆盖金属磁性粉末的表面，抑制过电流的发生。另外，由于通常以几ton/cm2以上的成形压力进行压粉磁心的成形，作为磁性体，应变增大，同时导磁率也降低，磁滞损失增大。为避免此现象，提出释放应变。例如，进行如特开平6-342714号公报、特开平8-37107号公报、特开平9-1125108号公报记载的成形后的热处理。
此外，为谋求进一步的小型化，例如，在特开昭54-163354号公报、特开昭61-136213号公报中也提出了内置线圈的铁心。其中，采用在树脂中分散铁氧体的铁心。
但是，在排列与多相数对应的多个感应器时，不仅增大设置空间，而且对成本也不利。此外，在多相用的多个铁心中，由于存在电感值误差，所以，降低波纹电流特性，也降低电源效率。
发明内容
本发明的多相用磁性元件，在复合磁性材料中埋设多个线圈，至少在2个以上的线圈之间存在负的磁通的耦合或正的磁通的耦合。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的磁性元件所含线圈的模式斜视图。
图2是本发明的实施方式1的磁性元件的俯视透视图。
图3是现有技术的比较例的磁性元件所含线圈的模式斜视图。
图4是现有技术的比较例的磁性元件的俯视透视图。
图5是多相方式的电源电路图。
图6是本发明的实施方式2的磁性元件的上段、下段线圈的模式斜视图。
图7A是本发明的实施方式2的磁性元件的俯视透视图。
图7B是图7A的磁性元件的剖视图。
图8是利用现有技术的比较例的磁性元件所含线圈的模式斜视图。
图9A是利用现有技术的比较例的磁性元件的俯视透视图。
图9B是图9A的磁性元件的剖视图。
图10是本发明的实施方式3的磁性元件所含线圈的模式斜视图。
图11是本发明的实施方式3的磁性元件的俯视透视图。
图12A是本发明的实施方式4的磁性元件所含线圈的模式斜视图。
图12B是与图12A的线圈相邻的线圈的模式斜视图。
图13是本发明的实施方式4的磁性元件的俯视透视图。
具体实施方式
实施方式1
图1是说明本发明的实施方式1的磁性元件所含线圈的构成的模式斜视图。图2是说明本实施方式的磁性元件的构成的俯视透视图。本实施方式的磁性元件，具有线圈1和复合磁性材料4。线圈1具有输入端子2A、2B和输出端子3。图3和图4是说明利用现有技术的比较例的线圈的形状和磁性元件的构成的模式斜视图和磁性元件的俯视透视图。现有的磁性元件，具有线圈51和复合磁性材料54。线圈51具有输入端子52和输出端53。
以下，说明作为多相方式的电路内的扼流圈采用本实施方式的磁性元件时的情况。图5是采用多相方式的电源电路，图5是2相方式。该电路是将电池13的直流电压变换成规定的直流电压的电路(DC/DC变频器)。扼流圈11和电容器12形成积分电路。在该电路上连接切换元件14。此外，在电源电路的输出端连接负荷15。在图1中，圈数3.5圈的线圈，在正好线圈中央的第1.75圈处，连接输出端子3。另外，设在线圈1上的2个输入端子2A、2B，分别连接在图5的切换元件14上。由此，线圈1作为单独共有输出端子3的2个扼流圈工作。电流从各自的输入端子2A、2B流向输出端子3。通过该电流，由于贯通线圈的两端的直流磁通成分相互逆向，所以，线圈中的磁场作为整体减弱。以后，将如此贯通线圈中央的直流磁通成分相互减弱的配置称为负的磁通的耦合。此外，相反，贯通线圈中央的直流磁通成分相互增强的配置称为正的磁通的耦合。通过线圈的配置、线圈的绕向、输入输出的电流的方向等可变化正负的磁通的耦合。
以下，与现有技术相比较地，介绍本实施方式的磁性元件的具体构成及其特性。首先，叙述本实施方式的磁性元件的制造方法。作为复合磁性材料4的原料，准备用水喷散法制作的平均粒径13μm的铁(Fe)、镍(Ni)的软磁性合金粉末。合金组成为Fe、Ni各50重量％。然后，作为绝缘性粘合剂，相对于上述合金粉末按重量比率0.033添加硅树脂，充分混合，通过过筛，得到颗粒粉末。然后，采用冲压铜板，准备在其中间部设置输出端子3的内径4.2mm、3.5圈的线圈1。此时，通过变化线圈1的厚度进行调整，达到表1的直流电阻值(Rdc)。然后，将上述颗粒粉末和线圈1添入金属模(未图示)中，用3ton/cm2的压力加压成形。然后，在从金属模中取出成形品后，用150℃加热处理1小时，使其硬化。如此，通过在采用软磁性合金粉末和绝缘性粘合剂的复合磁性体内埋设线圈，特别能够保持铁心和线圈之间的绝缘、绝缘耐压。
如此，在图2所示的长10mm×宽10mm×厚4mm中内置2个感应器，得到具有输入端子2A、2B及输出端子3的2相用磁性元件。另外，为了比较，与上述同样，采用冲压铜板，如图3所示，准备内径4.2mm的1.75圈的线圈。该线圈。通过变化线圈的厚度进行调整，使该线圈达到表1的直流电阻值(Rdc)。然后，与本实施方式同样，准备2个在长10mm×宽10mm×厚3mm的内置1个感应器的如图4所示的磁性元件。即，复合磁性材料54的构成与复合磁性材料4相同。这些磁性元件的电感值，无论哪个感应器在直流电流值I＝0A时，都在0.25～0.26μH的范围。
这些磁性元件的评价结果见表1。
表1
| 试样No. | 直流电阻值Rdc(Ω) | 结合 | 最大电流值(A) | 效率(％) |
| 1 | 0.002 | 负 | 40 | 92 |
| 2 | 0.01 | 负 | 40 | 90 |
| 3 | 0.05 | 负 | 42 | 86 |
| 4 | 0.06 | 负 | 43 | 83 |
| 5 | 0.01 | 无 | 18 | 88 |
表1表示，以2相用电路方式，采用上述磁性元件，并对每1个感应器在用频率400kHz、电流叠加20A驱动时的电源效率。试样No.1～4为本实施方式的构成，试样No.5为比较例的构成。
波纹电流率是相对于直流叠加电流的波纹电流的比例，越接近零作为扼流圈越优良，意指平滑效果大。在试样No.1～4中，波纹电流率在0.8％～1.5％的范围。此外，最大电流值意指在电流值I＝0A时的电感值L降低20％时的直流电流值。
表1的结果表明，与在使用2个图4所示的无耦合的单独的扼流圈相比，埋设2个存在负的磁通的耦合的感应器的结构显示出优良的直流叠加特性。此外，对于各感应器，在Rdc≤0.05Ω时，效率达到85％以上，并且Rdc≤0.01Ω时，效率达到90％以上。如此，通过抑制Rdc，可得到线圈部的损失(铜损失)低、小型的多相用磁性元件。
现有就存在内置多个线圈的片阵列。例如，特开平8-264320号公报、特开2001-85237号公报中公开。这些片阵列主要目的是去除信号电平的杂音，作为本实施方式的直流叠加，实质上不同于施加大电流(1A以上，优选5A以上)的扼流圈用途。此外，在特开平8-306541号公报、特开2001-23822号公报中也公开了现有的片阵列。在这些片阵列中，通过在铁氧体烧结体中卷绕多个线圈，或通过最终600℃以上的热处理，在铁氧体烧结体内埋设线圈。即使将这些技术用于大电流用途，也由于烧结铁氧体的饱和磁通密度低，直流叠加时的电感值降低，而不能使用。对此，在本实施方式中，作为复合磁性材料4采用由金属粉体构成的磁性粉。此外，本实施方式的磁性元件，由于用作流通大电流的电源使用的多相用磁性元件，所以每1元件的驱动频率在50kHz以上10MHz以下，优选100kHz以上5MHz以下。这样，驱动频率就与现有的片阵列大不相同。
此外，如特开平8-250333号公报、特开平11-224817号公报等所公开，现有的片阵列要尽量排除相邻线圈间的串音(cross talk)。对此，在本实施方式中，在相邻的至少2个以上的感应器之间，积极采取负的磁通的耦合。此点也与现有的片阵列大不相同。即，在本实施方式中，表示感应器间的耦合的耦合系数k越大即k越接近1，越好，即使耦合系数在0.05以上也确认有效果，但优选0.15以上。
深入研究了多个感应器的直流电流输入方向或线圈的卷取方向，发现如果在相邻的感应器上耦合负的磁通，抵消在各自的感应器的中央产生的直流磁场成分。因此，即使是大电流，磁性体也不容易饱和。在本实施方式的构成中，能够抑制磁通的饱和，同时比采用2个相同圈数的线圈相比，直流叠加特性良好。由此，能够得到直流电阻值低的，而且设置空间小的，优选用于多相的扼流圈。
另外，在埋设的感应器中，在相邻的至少2个以上的感应器间负的磁通的耦合只作为直流磁场成分，在降低波纹电流方面，更优选不耦合交流磁场成分的。因此，在相邻的感应器间，耦合直流磁场成分，但也可以导入能够消除交流磁场成分的短路环等。
此外，通过图1、图2中的构成，能够容易从1个线圈实现表示负的耦合的2个感应器。
此外，端子3，通过以开放状态将端子2A、2B分别用作输入端子、输出端子，也能够用作具有大的电感值的1个感应器。图1是其一例，但结构也不一定局限于此。
通常，由于磁性元件的铁心间偏差(感应器值)接近±20％，所以当在多相中采用多个上述铁心时，有可能增大波纹电流值。在本实施方式中，在1个磁性体内埋设多个感应器。通过该构成，能够将磁性体内的电感值的偏差抑制在低的范围，结果，能够降低波纹电流值。
另外，在本实施方式中，说明了2相用磁性元件，但也不局限于2相，对于其以上的多相用磁性元件也能得到相同效果。例如，在1个线圈的两端和圈的中央设置输入端子，如果在输入端子相互之间设置输出端子，能够得到4相用磁性元件。
实施方式2
图6是说明本发明的实施方式2的多相用磁性元件所含的线圈的构成的模式斜视图。图7A、B分别是说明本实施方式的磁性元件的构成的俯视透视图、剖视图。本实施方式的磁性元件，具有上段线圈21A、下段线圈21B、复合磁性材料24。上段线圈21A、下段线圈21B分别具有输入端子22A、22B和输出端子23A、23B。图8是说明采用现有技术的比较例中的多相用磁性元件所含线圈的构成的模式斜视图。图9A、B分别是说明比较例中的磁性元件的构成的俯视透视图、剖视图。现有的磁性元件具有线圈61和复合磁性材料64，线圈61具有输入端子62和输出端子63。
以下，说明作为图5所示的多相方式的电路内的扼流圈，在采用本实施方式的磁性元件时的情况。在图6中，本实施方式的磁性元件形成上下重叠圈数1.5圈的线圈的构成。设在线圈21A、21B上的输入端子22A、22B，分别连接在图5的切换元件14上。电流分别从输入端子22A流向输出端子23A，从输入端子22B流向输出端子23B。通过该电流，由于贯通线圈的两端的直流磁通成分相互同方向，所以线圈中的磁场作为整体增强。即，由于贯通相邻线圈中央的直流磁通成分相互增强的配置，所以是正的磁通的耦合。
以下，与现有技术相比较地，介绍本实施方式的磁性元件的具体构成及其特性。
首先，叙述本实施方式的磁性元件的制造方法。作为复合磁性材料24的原料，准备用水喷散法制作的平均粒径17μm的铁(Fe)、镍(Ni)的软磁性合金粉末。合金组成为60重量％Fe、40重量％Ni。然后，作为绝缘性粘合剂，相对于上述合金粉末只按重量比率0.032添加硅树脂，充分混合，通过过筛，得到颗粒粉末。然后，采用冲压铜板，准备内径3.7mm的1.5圈的线圈21A、21B。此时，通过变化线圈21A、21B的厚度进行调整，达到表2的直流电阻值(Rdc)。之后，将上述颗粒粉末和线圈21A、21B，按同一卷取方向，2个纵向重叠地放入金属模(未图示)，用4ton/cm2的压力加压成形。然后，在从金属模中取出成形品后，用150℃加热处理1小时，使其硬化。
如此，通过上下组合线圈21A、21B，得到图7所示的内置2个感应器的长10mm×宽10mm×厚4mm的2相用磁性元件。另外，为了比较，与上述同样，采用冲压铜板，如图8所示，准备内径3.7mm的1.5圈的线圈。该线圈，通过变化线圈的厚度进行调整，达到表2的Rdc。然后，与本实施方式同样，准备2个长10mm×宽10mm×厚3mm的内置1个线圈的如图9A、B所示的磁性元件。即，复合磁性材料64的构成与复合磁性材料24相同。这些磁性元件的电感值，无论哪个感应器，在直流电流值I＝0A时，都在0.22～0.23μH的范围内。
这些磁性元件的评价结果见表2。表2表示，以2相用电路方式，采用上述磁性元件，对每1个感应器用频率450kHz、电流叠加15A驱动时的电源效率。波纹电流率是相对于直流叠加电流的波纹电流的比例，越接近零作为扼流圈越优良，意指平滑效果大。此外，最大电流值意指在电流值I＝0A时的电感值L降低20％时的直流电流值。在所有试样中，最大电流值都在16～34A的范围。试样No.6～9为本实施方式的构成，试样No.10为比较例的构成。
表2
| 试样No. | 直流电阻值Rdc(Ω) | 耦合 | 波纹电流率(％) | 效率(％) |
| 6 | 0.002 | 正 | 0.8 | 92 |
| 7 | 0.01 | 正 | 0.8 | 90 |
| 8 | 0.05 | 正 | 0.7 | 87 |
| 9 | 0.06 | 正 | 0.5 | 83 |
| 10 | 0.01 | 无 | 3.0 | 90 |
表2的结果表明，埋设2个存在正的磁通的耦合的感应器的试样No.6～9的结构，与在使用2个图9所示的无耦合的单独的扼流圈的试样No.10相比，显示优良的波纹电流特性。
此外，对于各感应器，在Rdc≤0.05Ω时，效率达到85％以上，并且在Rdc≤0.01Ω时，效率达到90％以上。
此外，表示感应器间的耦合的耦合系数k越大即k越接近1越好。即使耦合系数在0.05以上也确认有效果，但优选0.15以上。
深入研究了多个感应器的电流输入方向或线圈的卷取方向，发现如果以形成正的耦合的方式构成相邻的线圈的磁通，由于增加电感值，显示出优良的波纹电流特性。即，相邻线圈的磁通的耦合为正、负时，波纹电流特性不同。如实施方式1所示，在磁通的负的耦合中，直流叠加特性更优良，如本实施方式所示，在磁通的正的耦合中，波纹电流特性更优良。这些也可以根据电路、电子设备等的目的适宜区分使用。
通常，由于磁性元件的铁心间偏差(感应器值)接近±20％，所以，当在多相用中采用多个上述铁心时，有可能增大波纹电流值。在本实施方式中，在1个磁性体内埋设多个感应器。并且，以形成正的耦合的方式构成相邻的线圈的磁通。通过该构成，即使与实施方式1相比，也能够将磁性体内的电感值的偏差抑制在更小的范围，结果，能够降低波纹电流值。
另外，在本实施方式中，说明了2相用磁性元件，但也不局限于2相，对于其以上的多相用磁性元件也能得到相同效果。例如，如果按同一卷取方向，2个纵向重叠地在1个复合磁性材料中埋设3个线圈，能够得到3相用磁性元件。
实施方式3
图11是本发明的实施方式3的磁性元件的俯视透视图。此外，图10表示在图11的磁性元件中埋设的各线圈的模式斜视图。线圈31具有输入端子32和输出端子33。在图11中，相邻的多个线圈31，由于同一卷取方向，以磁通形成负的耦合的方式，散布在分别相邻的线圈中央部，埋设在复合磁性材料34中。通过如此的构成，能够得到具有特别优良的直流叠加特性的小型多相用磁性元件。
以下，介绍本实施方式的磁性元件的具体构成及其特性。在本实施方式中，作为复合磁性材料34的原料，采用表3所示的组成的金属磁性粉末构成的铸锭粉碎粉。然后，作为绝缘性粘合剂，相对于上述合金粉末只按重量比率0.03添加硅树脂，充分混合，通过过筛，得到颗粒粉末。然后，采用冲压铜板，准备内径2.2mm的3.5圈的线圈31。此时，通过变化线圈31的厚度进行调整，使直流电阻值(Rdc)达到0.01Ω。之后，将上述颗粒粉末和4个线圈31，按同一卷取方向，放入金属模(未图示)，用3～5ton/cm2的压力加压成形。此时，哪个感应器均按最终制品在电流值I＝0A时在0.12～0.17μH的范围内。然后，在从金属模取出成形品后，用120℃加热处理1小时，使其硬化。
如此，得到图11所示的内置4个感应器的长6.5mm×宽26mm×厚4mm的4相用磁性元件。另外，试样No.25，由于磁性粉粒径为0.8μm，所以，电感值在电流值I＝0A时只有0.1μH。
这些磁性元件的评价结果见表3。在表3的磁性粉组成的栏中，表示各元素及其重量％，Fe的重量％为从100％中减去其他元素合计的重量％的值。
表3表示，按4相用电路方式，采用上述磁性元件，每1个感应器在用频率1MHz、电流叠加15A驱动时的电源效率。此外，最大电流值意指在电流值I＝0A时的电感值L降低20％时的直流电流值。
表3
| 试料No. | 磁性粉组成 | 粒径(μm) | 最大电流值(A) | 效率(％) |
| 11 | Fe | 10 | 30 | 93 |
| 12 | Fe-0.5Si | 10 | 30 | 91 |
| 13 | Fe-3.5Si | 10 | 26 | 91 |
| 14 | Fe-6Si | 10 | 24 | 93 |
| 15 | Fe-Fe9.5Si | 10 | 20 | 90 |
| 16 | Fe-10Si | 10 | 14 | 90 |
| 17 | Fe-50Si | 10 | 26 | 91 |
| 18 | Fe-80Si | 10 | 20 | 93 |
| 19 | Fe-3Al | 10 | 26 | 91 |
| 20 | Fe-4Al-5Si | 10 | 18 | 90 |
| 21 | Fe-5Al-10Si | 10 | 13 | 91 |
| 22 | Fe-45Ni-25Co | 10 | 19 | 92 |
| 23 | Fe-2V-49Co | 10 | 31 | 93 |
| 24 | MnZn铁氧体 | 10 | 8 | 87 |
| 25 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 0.8 | 27 | 84 |
| 26 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 1 | 25 | 93 |
| 27 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 10 | 24 | 92 |
| 28 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 50 | 22 | 90 |
| 29 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 100 | 20 | 85 |
| 30 | Fe-4.5Si-4.5Cr | 110 | 18 | 83 |
由表3可以看出，在由软磁性合金构成的磁性粉的组成含有合计超过90重量％的Fe、Ni、Co时，最大电流值在15A以上。这是因为，在含有合计90重量％以上的Fe、Ni、Co时，能够实现高饱和磁数密度和高导磁率。
如表3所示，金属粉体粒径在100μm以下时，效率在85％以上，而50μm以下时的效率在90％以上。这是因为，使软磁性粉末的平均粒径在100μm以下，可有效降低过电流。此外，更优选软磁性粉末的平均粒径在50μm以下。此外，如果平均粒径低于1μm，由于成形密度小，降低电感值，所以不优选。
下面，说明本实施方式的磁性元件的制造方法。首先，采用软磁性合金粉末，混合未硬化状态的热硬化性树脂。然后，将该混合物制成颗粒状。也可以将混合树脂成分的金属磁性粉末原状转到下道工序，直接使用，但是，一旦通过筛等整粒成颗粒状，由于提高粉末的流动性，所以容易使用。
然后，将该颗粒与2个以上的线圈一同装入金属模中，以达到作为目标的金属磁性粉末的填充率的方式，加压成形。此时，相邻的线圈相互形成同一卷取方向。另外，为提高填充率，如果提高加压压力，能提高饱和磁通密度或导磁率。但是，容易降低绝缘电阻或绝缘耐压，此外，增大施加给磁性体的残留应力，会增大磁损失。另外，如果填充率过低，降低饱和磁通密度、导磁率，得不到足够的电感值或直流叠加特性。除此之外，如果考虑到金属模的寿命，加压成形时的压力优选1～5ton/cm2、更优选2～4ton/cm2。
之后，加热得到的成形体，硬化热硬化性树脂。此时，当在金属模中加压成形时，同时升温到树脂的硬化温度并使其硬化，易于提高电阻率。但是，采用该方法，由于生产性低，也可以在室温下加压成形后，进行加热硬化。由此，得到多相用磁性元件。
此外，多相用磁性元件的端子，为了供给CPU等，优选以80°以上配置输入端子和输出端子的角度。
另外，本实施方式说明了4相用磁性元件，但也不局限于4相，对于内设2个线圈的2相用磁性元件或其以上的多相用磁性元件，也能得到相同的效果。
实施方式4
图13是说明本发明的实施方式4的磁性元件的俯视透视图。此外，图12表示埋设在图13的磁性元件中的线圈的模式斜视图。线圈41A、41B分别具有输入端子42A、42B和输出端子43A、43B。在图13中，相邻的2个线圈41A、41B圈数相同，但线圈的卷取方向相反。因此，在各自相邻的线圈中央部，以形成正的耦合的方式流过磁通，埋设在复合磁性材料44中。通过如此的构成，能够实现具有特别优良的波纹电流特性的小型的多相用磁性元件。
以下，介绍本实施方式的磁性元件的具体构成及其特性。在本实施方式中，作为复合磁性材料44的原料，采用气体喷散法制作的平均粒径20μm的Fe-Si软磁性合金粉末。Fe和Si的重量比率为0.965∶0.035。然后，作为绝缘性粘合剂，相对于该合金粉末只按重量比率0.02～0.04的范围添加，充分混合，过筛后得到颗粒粉末。然后，采用冲压铜板，准备内径3.3mm的3.5圈的线圈41A、41B。此时，通过变化线圈41A、41B的厚度进行调整，使直流电阻值(Rdc)达到0.02Ω。之后，将上述颗粒粉末和线圈41A、41B按相反的卷取方向装入金属模(未图示)进行加压成形。这时，取表4所示的填充率地在0.5～7ton/cm2范围内调整压力。然后，在从金属模取出成形品后，用150℃加热处理1小时，使其硬化。
如此，如图13所示，得到内置2个感应器的长10mm×宽20mm×厚4mm的2相用磁性元件。
如图13所示，相邻的线圈41A、41B的卷取方向相反，表示正的磁通的耦合。此时的电感值，试样No.32～36的电感值在电流值I＝0A的情况下为0.25～0.28μH的范围内。此外，试样No.31的电感值为0.22μH。
此外，作为不埋设线圈的绝缘电阻测定用样品，采用上述制粒的软磁性合金粉末，同时也制作直径10mm、厚1mm的圆板状的试样。
表4表示：在以2相用电路方式，采用上述磁性元件，对每1个感应器，在用频率800kHz、电流叠加30A驱动时的绝缘电阻值、绝缘耐压及最大电流值。关于绝缘电阻，用鳄鱼夹夹住绝缘电阻测定用样品的两端，用100V电压测定电阻。表中的绝缘电阻率，根据试样的长度和截面积，使如此测定的绝缘电阻标准化。然后，按100V节距提高电压到500V，同时测定电阻，求出电阻急剧降低的电压，将其稍前的电压作为绝缘耐压。此外，最大电流值意指在电流值I＝0A时的电感值L降低20％时的直流电流值。
这些磁性元件的评价结果见表4。
表4
| 试样No. | 填充率(体积％) | 绝缘电阻率(Ω.cm) | 绝缘耐压(V) | 最大电流值(A) |
| 31 | 63 | 1012 | ＞500 | 27 |
| 32 | 65 | 1011 | ＞500 | 35 |
| 33 | 70 | 1010 | ＞500 | 42 |
| 34 | 85 | 107 | 400 | 45 |
| 35 | 90 | 105 | 200 | 48 |
| 36 | 92 | 103 | ＜100 | 50 |
由表4看出，当软磁性合金粉末的填充率在90体积％以下时，显示优良的直流叠加特性和绝缘电阻值。此外，如果填充率低低于65体积％，饱和磁通密度、导磁率降低，不能得到充分的电感值或直流叠加特性。通常，如果以不完全使粉末塑性变形的形式填充，其填充率的上限为60％～65体积％，但如果采用该填充率，饱和磁通密度、导磁率都过低。因此，需要随塑性变形的程度的填充度，即优选65体积％以上，更优选70体积％以上。
另外，合金粉末如果超过90体积％以上，则降低铁心绝缘性，不能保证与线圈的绝缘。因此，填充率的上限设定在不降低绝缘电阻率的范围，但如果考虑内置线圈，绝缘电阻率至少需要在105Ω.cm左右，填充率优选在90％以下，更优选在85％以下。
在以上说明的所有实施方式中，作为复合磁性材料，采用由金属粉体构成的磁性粉。如果采用分散铁氧体粉末代替金属粉体，则由于铁氧体的填充率有界限，所以饱和磁通密度低，直流叠加特性恶化。
另外，金属粉体的制造方法，有水喷散法、气体喷散法、羰基法、铸锭粉碎法等，但不特别限定制造方法。此外，对于各自的金属粉体的主组成，只要杂质或添加剂量是少量，即可具有相同的效果。此外，粉末形状，可以是球状、扁平状、多边形状中的任何一种。
此外，作为直流叠加流过大电流时，不只是铁心部，也不能够无视线圈导体部的损失(铜损失)。因此，为了尽量降低直流电阻值，从可靠性等方面考虑，更优选采用冲压线圈等而形成不存在线圈部和端子部的连接的结构。
此外，关于粘合剂，从粘结后的强度或使用时的耐热性、绝缘性等方面考虑，优选环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等热硬化树脂，此外，也可以是由上述树脂构成的复合树脂。
此外，为了改进与磁性粉体的分散性，或为提高绝缘耐压性，也可以添加分散剂、无机系材料等。作为这样的材料，列举有硅烷系耦合材(coupling材)或钛系耦合材、烷氧基钛类、水玻璃等，此外，氮化硼、滑石、云母、硫酸钡、四氟乙烯等的粉末。
本发明的多相用磁性元件，在复合磁性材料中埋设多个线圈，至少在2个以上的线圈之间，存在负的磁通的耦合或正的磁通的耦合的方式。通过该构成，能够进一步使多相用磁性元件小型化。此外，能够将磁性体内的电感值的偏差抑制在低的范围，结果，能够降低波纹电流值。此外，通过磁通的耦合，如此的多相用磁性元件，具有优良的波纹电流特性或直流叠加特性，可用于电子设备的感应器、扼流圈及其以外所用的磁性元件。
Claims (13)
1.一种多相用磁性元件，其特征在于：具有多个线圈、和埋设上述多个线圈的复合磁性材料，
在上述多个线圈中的、至少2个以上的线圈之间存在磁通的耦合。
2.如权利要求1所述的多相用磁性元件，其特征在于：通过至少1个设在1个线圈的圈中途的第1端子、分别设在上述线圈的两端的第2、第3端子、上述第1、第2端子的组合、和上述第1、第3端子的组合，而在将上述1个线圈作为上述多个线圈时，在上述第1、第2端子的组合形成的线圈和上述第1、第3端子的组合形成的线圈之间存在负的磁通的耦合。
3.如权利要求1所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述多个线圈所含的各线圈的直流电阻值在0.05Ω以下。
4.如权利要求1所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述复合磁性材料含有软磁性合金粉末和绝缘性粘合剂。
5.如权利要求4所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述绝缘性粘合剂为热硬化性树脂。
6.如权利要求4所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述软磁性合金粉末的组成中，含有合计量为90重量％以上的铁、镍、钴。
7.如权利要求4所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述软磁性合金粉末的填充率为65～90体积％。
8.如权利要求4所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述软磁性合金粉末的平均粒径在1μm以上100μm以下。
9.如权利要求1所述的多相用磁性元件，其特征在于：上述多个线圈，一体构成线圈部和端子部。
10.一种多相用磁性元件的制造方法，其特征在于，包括：
A)混合软磁性合金粉末和绝缘性粘合剂并调制混合物的工序，
B)加压成形上述混合物和多个线圈而制作成形体的工序，
C)硬化上述绝缘性树脂的工序，
在上述多个线圈中的、至少2个以上的线圈之间存在负的磁通的耦合和正的磁通的耦合中的任一个。
11.如权利要求10所述的多相用磁性元件的制造方法，其特征在于：还包括将上述混合物形成颗粒状的工序，在上述B工序中使用形成颗粒状的上述混合物。
12.如权利要求10所述的多相用磁性元件的制造方法，其特征在于：上述绝缘性粘合剂为热硬化性树脂，在上述C工序中加热上述成形体。
13.如权利要求10所述的多相用磁性元件的制造方法，其特征在于：通过冲压上述多个线圈，而一体构成线圈部和端子部。
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