[发明专利]电感元件的直流叠加特性的分析方法及电磁场模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及在例如DC-DC转换器等所使用的电感元件的直流叠加特性的求取的方法及电磁场模拟装置。

背景技术

电感元件具有由磁性材料构成的铁心、向铁心供给励磁电流的线圈，且励磁的铁心根据磁性磁滞曲线(也称为B-H曲线、磁化曲线)追循非线形的履历进行动作。在电感元件的设计中，应用了计算机的电磁场的数值分析，不仅在研究开发中被使用并且在日常的设计业务中也被广泛使用。但是，近年来，伴随DC-DC转换器等设备的大电流化，为了缓和铁心的磁性饱和，在磁路中设置多个磁隙等，该磁性回路复杂化，其结果就产生了分析值和实测值大大背离的问题。

作为在这种数值分析所使用的方法之一，特开平05-099963号公开了一种装置，其对由叠加有直流电流的交流电流所励磁的磁性部件的电感进行计算，其具备：第一磁通密度计算机构，基于以与所述磁性部件同一材质制成反磁场系数极小的形状的磁性材料的初磁化特性，计算与所述磁性部件的直流电流成分所对应的磁通密度；决定材料常数的机构，基于所述第一磁通密度计算机构计算的磁通密度和所述磁性材料的增量导磁率，来决定材料常数；第二磁通密度计算机构，基于所述材料常数计算与所述磁性部件的交流电流成分所对应的磁通密度；计算电感的机构，基于所述第二磁通密度计算机构计算的磁通密度来计算所述磁性部件的电感。就所述增量导磁率而言，从通过使用环状的试样对直流叠加特性进行评价所得到的电感值、试样的磁路长度及截面积、线圈的圈数等，而被计算出。另外，求取与所叠加的直流成分所对应的试样的磁场强度，且基于初磁化特性求取磁通密度及增量导磁率。

在特开平05-099963号记载的电感的计算方法中，通过使用环状的试样的直流叠加特性的评价来决定材料常数，因此，即使不试制磁性部件也能够高精度地计算电感。但是，由于需要直流叠加特性的评价，由此是繁杂的；并且由于在由直流叠加特性和初磁化特性获得的动作点(磁场强度及磁通密度)中没有考虑基于交流电流的子环路，由此存在进一步提高数值分析的精度的余地。

另外，电感元件的磁性特性有时因使用温度、应力、直流电流等而变化，但是，在特开平05-099963号中没有任何考虑。没有考虑入这些要素时，作为电感元件的磁性特性分析方法是不充分的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在考虑使用环境的同时通过使用磁场分析模拟装置以比现有技术更简单且高精度对电感元件的直流叠加特性进行分析的方法、及其所使用的电磁场模拟装置。

一种使用磁场分析模拟装置对电感元件的直流叠加特性进行分析的本发明的方法，其特征在于，具有：

第一工序，对于由与电感元件相同的磁性材料构成的环形铁心，求取从初磁化状态到饱和磁化的初磁化曲线，且求取所述初磁化曲线上的动作点不同的多个子环路，并且从各动作点及其对应的所述子环路的斜度所定义的增量导磁率，获得表示磁通密度或磁场强度和增量导磁率的关系的点列数据；

第二工序，对于通过所述电感元件网状分割而成的分析模型的各要素，利用磁场分析模拟装置基于所述环形铁心的初磁化曲线求取与规定的直流施加电流所对应的动作点，且基于所述动作点从所述点列数据分配增量导磁率，对由各要素的增量导磁率所获得的电感值进行积分求取所述电感元件整体的电感值；

第三工序，通过以不同的直流施加电流重复所述第二工序，由此获得直流叠加特性。

将所述磁性体(铁心)预先磁化后，能够对在被磁化的情况下的直流叠加特性进行分析。

基于对于所述分析模型所预先求取的应力分析结果，在第一工序求取在所述环形磁性体施加了应力的状态下的点列数据，在第二工序使用与各要素的应力状态对应的点列数据，由此即使作用于磁性体的应力不均匀，也能够精度良好地分析磁性体的直流叠加特性。

基于对于所述分析模型所预先求取的热分析结果，在第一工序求取在规定温度的点列数据，在第二工序使用与各要素的温度状态对应的点列数据，由此即使由于涡电流损失等产生的热而使磁性体的温度不均一，也能够精度良好地分析磁性体的直流叠加特性。

一种电磁场模拟装置，对电感元件的直流叠加特性进行分析，其特征在于，具有：

储存机构，储存对于由与电感元件相同的磁性材料构成的环形铁心所求取的从初磁化状态到饱和磁化的初磁化曲线的数据、和储存对于所述初磁化曲线上的动作点不同的多个子环路所得到的磁通密度或磁场强度和增量导磁率的关系得以表示的点列数据；

输入机构，输入所述电感元件的分析模型；