1 前 言 電力電子技術的發(fā)展，決定于主要的電力電子元器件，例如電子開關元器件，整流元器件和控制元器件。作為配套元器件之一的磁性元器件也對電力電子技術產生不可低估的影響。磁性元器件根據(jù)它們的作用，有以下幾種： （1）起電能傳送、電壓變換和絕緣隔離作用的電源變壓器，包括整流變壓器、逆變變壓器和開關電源變壓器等。 （2）起控制開關元器件、脈沖變換和絕緣隔離作用的脈沖變壓器、觸發(fā)變壓器和驅動變壓器等。 （3）起電參數(shù)變換和穩(wěn)定作用的相數(shù)變換變壓器，頻率變換變壓器（鐵磁式倍頻器和分頻器），穩(wěn)壓變壓器、穩(wěn)流變壓器和參數(shù)變壓器等。 （4）起抑制紋波、突變、EMI和噪聲的濾波電感器、噪聲和尖峰吸收電感器等。 （5）起電流電壓信號變換和檢測作用的電流互感器、電壓互感器和霍爾電流電壓檢測器等。 有一段時期，這些電力電子技術中的磁性元件被稱為特種變壓器和特種電感器，從便與電力變壓器和電力電感器相區(qū)別。后來，由于電力電子技術的發(fā)展，使電子技術涵蓋了從低到高的頻率范圍，從小到大的功率范圍，成為包括微電子技術，無線電電子技術和電力電子技術的一個整體。因此，把電力電子技術中的磁性元器件和其他電子技術中的磁性元器件歸在一起，由于其中變壓器占主要地位，都用“電子變壓器”作為統(tǒng)一的名稱。電力電子技術中的磁性元器件，是電子變壓器的一部份。電力電子技術發(fā)展對磁性元器件提出的要求，是推動電子變壓器發(fā)展的動力。電子變壓器的發(fā)展，也為電力電子技術的發(fā)展提供有力的基礎。特別是近十年來，磁性元器件所用的軟磁材料和磁芯結構的新進展，使其性能有顯著的變化，為電力電子技術高頻化和小型化起著推動作用，解決了一些關鍵的難點。 為了使電力電子技術和電子變壓器在我國都得到快速發(fā)展，兩個行業(yè)之間進行信息交流將會起積極作用。《國際電子變壓器》編輯部收集材料，編寫“電力電子技術中磁性元器件的新進展”，是希望以本文為契機，加強與電力電子行業(yè)的交流和聯(lián)系。同時也真誠的邀請電力電子技術專家和工作者，把電力電子技術中各種磁性元器件的要求和信息，通過《國際電子變壓器》傳送給電子變壓器行業(yè)，以便研發(fā)和生產的電子變壓器，更好的滿足電力電子行業(yè)要求。 2 磁性元器件用軟磁材料的新進展 電力電子技術中磁性元器件采用的軟磁材料有硅鋼、軟磁鐵氧體、高磁導鐵鎳合金（坡莫合金），非晶和納米晶合金以及磁粉芯和薄膜。下面分別介紹軟磁材料近十年來取得的新進展。 2.1 硅鋼 硅鋼是電力電子技術中低頻大功率磁性元器件常用的軟磁材料，近十年來，從調整硅含量，減少厚度和改進工藝方面對它進行改進，使性能不斷提高，工作頻率范圍從工頻，擴大到400Hz～10KHz中頻，最高達到200KHz～315KHz高頻。不但用于大功率電源變壓器，也可以用于追求體積小和環(huán)境適應性好的高頻小功率開關電源變壓器。 調整硅鋼中的硅含量，從3％增加到6.5％，可以使它性能趨向最佳，磁導率升高，損耗下降，磁致伸縮系數(shù)變小，但是硅含量增加，硅鋼延伸率下降，不能再采用軋制工藝直接生產。20世紀90年代初，日本開發(fā)成功用化學沉積法生產6.5％硅鋼帶材的大規(guī)模生產工藝。到1998年可大量生產0.50～0.05mm厚6.5％硅鋼，寬度最大為640mm。2001年我國也試制成功6.5％硅鋼?？梢宰鳛?00Hz～10KHz中頻磁性元器件大量使用的軟磁材料。例如0.1mm厚6.5％硅鋼在400Hz 1T下?lián)p耗為5.7w/kg,0.1mm厚3％硅鋼為7.2w/kg，在10KHz 0.1T下?lián)p耗0.1mm厚6.5％硅鋼為8.3w/kg，0.1mm厚3％硅鋼為18w/kg。也就是說，用它們制造中頻電源變壓器，在保證一定損耗的條件下，6.5％硅鋼工作磁通密度比3％硅鋼高，用鐵量減少。還有6.5％硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為0.1×10-6左右，比3％硅鋼小8倍，可以降低人體敏感的400Hz～40KHz中頻段的可聞噪聲。日本已用0.1mm厚6.5％硅鋼制造出一臺200KVA 400Hz中頻電源變壓器，磁通密度為0.5T，用鐵量為250Kg，用銅量為125Kg，總重量為420Kg,可聞噪聲70db。用0.1mm厚3％硅鋼，磁通密度為0.3T,用鐵量為320Kg，用銅量為160Kg，總重量為550Kg,可聞噪聲80db。同時，1998年日本采用同樣的化學沉積工藝生產出硅含量梯度分布的低剩磁硅鋼，磁通變化量△B可達1.2T左右，遠大于3％硅鋼的0.5T,可用于大功率脈沖變壓器。 減少硅鋼帶材厚度，可使渦流損耗下降。到20世紀90年代，大功率50Hz磁性元器件使用的冷軋硅鋼厚度，已從0.35mm下降到0.23mm,在50Hz，1.7T下的損耗可下降0.12～0.15w/kg。90年代初采用三次再結晶軋制和處理工藝，軋制出0.081mm和0.032mm厚的薄硅鋼，克服飽和磁通密度隨厚度下降的缺點，仍為2.03T。在50Hz 1.7T下的損耗，0.081mm厚硅鋼為0.37w/kg，0.032mm厚硅鋼為0.21w/kg，比0.30mm厚硅鋼的1.02w/kg大幅下降。不但使50Hz大功率磁性元器件采用硅鋼可以達到現(xiàn)在損耗的最低水平，而且可以擴展硅鋼使用的工作頻率到20KHz以上，已見到硅鋼用于200KHz～315KHz高頻磁性元器件中的報導。 從20世紀90年代開始，各國都投入大量的人力物力研究硅鋼的磁疇細化處理工藝。現(xiàn)在取得的成果是使0.23mm厚硅鋼在50Hz 1.5T下?lián)p耗再下降0.1w/kg。日本已定型大量生產，用于新一代節(jié)能型電力變壓器中，可使空載損耗比原來下降30％左可。估計用于整流變壓器也可以取得相當?shù)墓?jié)能效果。我國正在試制這種磁疇細化處理后的硅鋼。 2.2 軟磁鐵氧體 軟磁鐵氧體是電力電子技術中的中高頻中小功率磁性元器件常用的軟磁材料，具有電阻率高，批量生產容易，性能穩(wěn)定，可利用模具制成各種磁芯，特別是成本低的特點，但是，加工大型軟磁氧體不容易，產品易破碎，使它的使用功率受到限制。軟磁鐵氧體飽和磁通密度低，在50Hz～1KHz頻率范圍內，很少使用它。有人認為軟磁鐵氧體環(huán)形磁芯沒有氣隙，在聲頻范圍內工作時不會產生可聞噪聲，那也是一種誤解。軟磁鐵氧體磁致伸縮系數(shù)遠大于硅鋼，在聲頻范圍內工作，有比較大的可聞噪聲。 20世紀90年代初，對軟磁鐵氧體的損耗隨頻率變化的機制進行了詳細研究。發(fā)現(xiàn)它有一個最佳工作頻率，這時損耗處于最低點。有一個極限工作頻率，超過它，損耗就始終比較大。因此90年代研究出的軟磁氧體第四代產品，如日本TDK的H7F（PC50）,中國的R1.4K,最佳工作頻率為1MHz,最大極限工作頻率3MHz，性能因子（Bxf）為25000，即在1MHz時工作磁通密度為25mT,比80年代的第三代產品有顯著的提高。第三代產品，如日本TDK的H7C4（PC40）,中國的R2KB1,最佳工作頻率300KHz，最大極限工作頻率1MHz，性能因子為15000。近年來，一方面從改變添加劑，另一方面從改變工藝，使粉末細化，進一步改善軟磁鐵氧體的性能。但是粉末細化程度受磁疇尺寸限制，再要提高軟磁鐵氧體的工作頻率相當難，不得不尋找新的途徑，轉向磁性復合材料和納米材料。 2.3 高磁導鐵鎳合金（坡莫合金） 高磁導合金的特點是磁導率高，損耗低，環(huán)境適應性強，缺點是價格貴。在電力電子技術中的檢測信號的磁性元器件中使用，有突出優(yōu)點。同時，在環(huán)境條件要求嚴格的軍工產品中，使用比較多。 為了降低成本，1992年開發(fā)出低鎳含量的Ni38Cr8Fe合金，達到Ni80Mo5高鎳合金的性能，在0.4A/m條件下，初始磁導率達到1～3×106。 從1996年開始，德國真空冶煉公司等國外公司開發(fā)出初始率2～3×106,掀起了提高磁導率的熱潮。中國也研制出相應的產品1J77A和1J851A合金。不但磁導率高，可以提高檢測磁性元器件的精度和靈敏度。而且損耗小，0.02mm厚合金材，在0.5T 20KHz下?lián)p耗為28w/kg,已用于20KHz 1KVA電源變壓器。 高磁導合金軋制0.02mm以下的合金超薄帶材，生產工藝相對簡單，成本相對較低，現(xiàn)在已能軋制出0.005mm厚的合金帶材。0.005mm厚Ni80 Mo5合金帶材在0.1T 1MHz時損耗為0.392w/kg，10MHz時為23.1w/kg，可用于1MHz以上的電源變壓器和飽和電感器（磁放大器）中，突破了高磁導合金只能用于20KHz以下磁性元器件中的舊觀念，其成本也低于超薄帶硅鋼、非晶和納米合金，在市場上有競爭力。 2.4 非晶和納米晶合金 從20世紀60年代末起開發(fā)出來的非晶合金和從80年代后期起在非晶合金基礎上開發(fā)出來的納米晶合金，近十年來成為電力電子技術中磁性元器件用軟磁材料的研究熱點，不但在材料和工藝方面，而且在應用方面都取得了巨大進展。下面介紹比較突出的例子。 鐵基非晶合金在低頻大功率中磁性元器件的應用推向高潮。在電力變壓器中，從90年代初的不到一萬臺，達到90年代末的上百萬臺。除了電力變壓器外，也有用于整流變壓器，逆變變壓器和濾液變壓器的應用實例。1999年報道了高次諧波對鐵基非晶合金和硅鋼損耗影響的對比試驗結果。在失真度為5％的電力變壓器中，硅鋼磁芯損耗增大到106％，非晶合金磁芯損耗增大到123％。在失真度為75％的整流變壓器中，非晶合金磁芯損耗增大到160％，還可工作，硅鋼磁芯損耗增大到大于300％，嚴重發(fā)熱，必須采取冷措施。證明了鐵基非晶合金比硅鋼更適合于電力電子技術中的低頻 大功率磁性元器件中使用。現(xiàn)在鐵基非晶合金磁芯制成的變壓器容量一般為630KVA以下，最大已制成2500KVA。經過近十年努力，工作磁通密度從1.25T提高到1.35～1.40T。填充系數(shù)從0.70提高到0.85。帶材價格從硅鋼的600％降到150％。磁芯價格達到26元/kg左右，已接近卷繞式硅鋼磁芯價格?？蛰d損耗比硅鋼下降60％～80%。預計在未來十年內，鐵基非晶合金將逐漸擴大在電力電子技術中磁性元器件中的應用，達到30％左右的份額。 現(xiàn)在鐵基非晶合金厚度為25～40μm,填充系為0.85左右。1995年以后開發(fā)出厚度為150～250μm厚FiSiB系鐵基非晶合金和塊狀非晶合金，可以把填充系數(shù)提高到0.95，達到現(xiàn)在硅鋼磁芯水平。塊狀非晶合金可以用于甚低頻磁性元器件，降低損耗。 從1990年起，日本大力開展對FeMB系（M可為Zr、Hf、Ta）非晶合金和FeZrNbBCu系納米晶合金的研究，商品名為“Ｎanoperm”。損耗比FeSiB系鐵基非晶合金小，在1.4T和50Hz下?lián)p耗為0.14w/kg左右，飽和磁通密度提高到1.70T，磁致伸縮系數(shù)下降到0.3×106以下，是到現(xiàn)在為止低頻大功率比較理想的軟磁材料。日本已聯(lián)合產學研攻關，預計2003年制成低頻大功率變壓器樣品，2005年投入規(guī)模生產。 1998年美國開發(fā)出FeCoZrBCu系非晶合金，商品名為“Hitperm”，飽和磁通密度高達2.0T,損耗也比較小，可代替現(xiàn)在的鐵鈷釩合金用于要求體積和重量小的低頻大功率磁性元器件中。 近十年來是非晶和納米晶合金與軟磁鐵氧體爭奪電力電子技術中高頻磁性元器件市場，最為激烈的時期，特別是100KHz以上的高頻范圍圍，效果更加明顯。由于改進工藝，添加元素，鈷基非晶和鐵基納米晶合金者噴制出20μm以下的薄帶。鈷基非晶合金薄帶在0.1T和1MHz條件下，損耗為0.1～0.4w/kg。Nanoperm型納米晶合金薄帶在0.2T和1MHz條件下，損耗為1.15w/g左右。是迄今為止所見報道的最低水平。這樣，在500KHz～1MHz范圍內，工作磁通密度可達到0.2～0.1T,而軟磁鐵氧體只有0.05～0.025T,可以比軟磁鐵氧體減少中高頻磁性元器件的損耗，體積和重量。 2.5 磁粉芯 磁粉芯是由金屬軟磁材料粉末與絕緣材料混合以后壓制而成的，一般為環(huán)形。由于金屬軟磁材料粉末被絕緣材料所包圍，形成分散氣隙，增加電阻率，降低高頻渦流損耗，并具有抗飽和性能，主要作為電力電子技術中電感器的磁芯。 除了鐵磁粉芯，鐵鎳鉬磁粉芯，鐵硅鋁磁粉芯而外，20世紀90年代中期，開始研究非晶和納米晶磁粉芯。在10KHz下測的有效磁導率為20～800,比現(xiàn)在其他磁粉芯范圍寬，最大值高。在0.1T，20KHz條件下，損耗為10～25w/cm3，比現(xiàn)有其化磁粉芯低，可以減少發(fā)熱量及溫升。 2.6 薄膜 電力電子技術發(fā)展到1MHz以上高頻，可以大大減少電力電子裝置的體積和重量。適合也便攜式通訊設備（手機）和個人計算機相配。據(jù)日本電子雜志介紹，這兩種信息傳輸和處理設備，是當前高頻開關電源的主要用戶。但是在1MHz～100MHz，甚至1000MHz范圍內，原有的軟磁材料損耗迅速增加，加工工藝愈來愈難，成本上升，因此作為納米材料的一個分支，磁性薄膜應技術發(fā)展的要求，從1987年發(fā)展起來。由于測1MHz損耗比較困難，用磁導率作為表示薄膜性能的主要參數(shù)。 1998年日本用電鍍法制成飽和磁通密度達1.8～2.2T的FeNiCo晶態(tài)合金薄膜，在10MHz下磁導率為1650～2200，可用于10MHz磁性元器件中。后來又開發(fā)出FeNi和FeNiMo晶態(tài)合金薄膜，電阻率比較大，可用于10MHz～30MHz磁性元器件中。 非晶合金薄膜在90年代初就有報道，把CoZr薄膜作為磁芯，制成電源變壓器，濾波電感器和脈寬調制飽和電感器，組成1MHz開關電源。后來改進的CoZrRe薄膜，在10MHz下磁導率達到3000，在0.1T 和1MHz測損耗為1.2w/cm3,只有軟磁鐵氧體的1/6左右，已成功用于32MHz開關電源中。值得注意的是，薄膜屬于納米材料，其性能比非晶合金的薄帶有顯著改善。例如鈷基非晶合金薄帶的飽和磁通為0.6～0.8T,而鈷基非晶薄膜可升高到1.6T。 由于薄膜厚度一般都小于5μm,，很容易形成納米晶，因此90年代開發(fā)出來的納米晶薄膜比非晶薄膜多。其中FeMc（或CoMc）納米晶薄膜，商品名“Nanomax”,已經作為磁頭材料大量使用。Bs為1.48～1.72T,1MHz下磁導率為670～6500，可以用于1MHz左右的開磁電源中。Nanoperm型納米晶薄膜FeZrB,在50MHz下磁導率仍大于1000，可用于10MHz～50MHz開電源中。經過氮化后，可以提高電阻率，磁導率在高頻下仍然比較大。1994年韓國開發(fā)成功的FeHfCn薄膜在1MHz下磁導率達到7800，在100MHz下仍保持在1000左右，把使用頻率推向100MHz。 把薄膜厚度減薄，可以再減少渦流損耗，然后將幾個可十幾個磁性薄膜粘接在一起形成多層薄膜。例如〔FeHfC/Fe〕多層薄膜，使1MHz下磁導率從4310上升到6000，一直可保持到100MHz，也有相當高的磁導率。由磁性薄膜和非磁性薄膜間叉組成的多薄膜，電阻率更高，工作頻率超過100MHz。例如1999年日本開發(fā)的〔CoFeB/SiO2〕多層薄膜，在800MHz下，磁導率為300～450。已經用它作磁芯制成GH2級電感器，電感量比同類型的空芯電感器增加20％以上。 現(xiàn)在采用微細加工方法，把Fe或Co及其合金的納米級顆粒，彌散的鑲嵌在非磁性物體中，而形成納米顆粒薄膜。國外把它稱為復合磁性納米材料，是現(xiàn)在磁性材料的一大熱門研究課題。例如，F(xiàn)eHfO顆粒薄膜在100 MHz下磁導率為700～1400,在100 MHz下仍為100～500，電阻率為410～1100μm?，F(xiàn)在已用于手機電源中。 3 磁性元器件用磁芯結構的新進展 3.1 大容量低頻磁性元器件芯結構 為了減少漏磁和損耗，從90世紀80年代末起，卷繞式磁芯結構在大容量低頻磁性元器件中有幾個新的進展。首先是R型磁芯結構在低頻中得到大量應用，而形成R型變壓器。容量從10VA到630VA?？梢宰鳛榭刂谱儔浩?、電源變壓器，甚至電力變壓器。R型磁芯的特點是截面近似圓形，框可以是環(huán)形，也可以是矩形由于漏磁少，采用硅鋼制成的R型磁芯，比沖片或剪切片疊成的磁芯，激磁電流小，損耗低30％左右。缺點是硅鋼帶剪切和卷繞需要專用設備。大形R型磁芯退火不容易掌握。線圈繞制也需要專用設備，而且每次只能繞一個，大批量生產時效率不高。所以在100VA以下的小型變壓器，生產量達到年產十萬只以上時，又有不采用R型磁芯而采用沖片疊制磁芯的動向。這樣，線圈可以同時繞到8～16只，生產效率顯著提高，也不需要特殊的專用設備，成本下降。 其次是出現(xiàn)搭接式磁芯結構，卷繞式磁芯不是連續(xù)繞制而成的，而是分為幾十層搭接而成的， 搭接部分均勻分布在磁芯的方框上部或下部。這樣，線圈就可以象沖片疊制磁芯那樣，單獨或者成批繞制。單相變壓器采用一個框搭接磁芯，三相變壓器采用四個框（兩大框，兩小框）搭接磁芯。在裝配時，可以將搭接層逐步打開，裝入線圈后，再逐步合上。這種搭接式磁芯最早是用于非晶合金變壓器，后來也有用于硅鋼變壓器的。容量從5KVA至2500KVA，主要作為電力變壓器，也可作為電力電子裝置中的電源變壓器。 還有，卷繞式磁芯的空間布置也有新的變化。除了平面布置的三框式（兩小框，一大框），四框式（兩大框，兩小框）而外，還有立體布置的三角形三框式和放射形的三框式。三角形三框式，三框磁芯 尺寸相同，磁芯比較好加工和熱處理。但是繞線采用專門的骨架，不能充分利用包圍的截面。由于這種布置方式，用的材料重量小，損耗也低。但是線圈平均匝長增加，銅損有所增加。放射形三框式，適合于組成飽和電抗器，可以減少控制繞組平均匝長和電阻，減少控制時間常數(shù)。還適合于組成磁性三倍頻器，用于變壓器匝間試驗設備。它比平行或三框式磁芯布置有明顯的優(yōu)點，用銅量和銅損都可以減少。 3.2 低高度磁芯結構 20世紀90年代中，便攜式通信設備（如手機）和計算機（如個人計算機）的迅速發(fā)展，要求其中的磁性元器件的高度降低到20mm以下，因而出現(xiàn)了一系列的低高度磁芯結構。 第一代低高度磁芯結構的磁芯元器件是平面變壓器和電感器。環(huán)形磁芯高度降到20mm以內，截面不變，材料可以是軟磁鐵氧體，也可以是高磁導率坡莫合金和非晶、納米晶合金。E形磁芯高度降低后有兩種形式：一種是截面不變，窗口仍然很大，便于繞線和散熱。一種是截面增大，窗口減少?？梢詼p少匝數(shù)，使繞組可以用銅箔等制造，減少趨表效益。已經生產的平面變壓器和電感器從50 KHz至2.5 MHz，磁芯采用高磁導、低損耗鐵氧體材料。容量從5W至20KW。工作頻率不同，容量也會發(fā)生變化。對各種尺寸的磁芯，有一個最大容量工作頻率段，在使用中要注意。 第二代低高度磁芯結構的磁性元器件是片式變壓器和電感器。由于表面安裝技術的發(fā)展，出現(xiàn)了高度更低的片式變壓器和電感器。磁芯結構高度低，也分為繞線式和疊層式兩種。繞線式片式變壓器和電感器是采用體積更小的磁芯，繞制線圈制成的。疊層式片式變壓器和電感器是把磁性材料，導電材料和絕緣材料分為幾層疊裝起來制成的。這兩種片式變壓器和電感器都形成規(guī)模生產，年產量上億只以上。 第三代低高度磁芯結構的磁性元器件是薄膜變壓器和電感器。采用類半導體集成技術的微加工技術制成。磁芯材料采用各種磁芯薄膜，線圈的導電材料和絕緣材料也采用各種薄膜材料制造。高度小于5mm。個別的達到1mm，可以直接裝入厚度1.5～2mm的各種卡中。 3.3 復合磁芯結構 復合磁芯結構有兩種情況。第一種是用同一種磁性材料，制成兩個以上部分，然后把它們裝配在一起組成一個磁芯。其目的之一是經過搭配后，使磁芯的性能趨向同一個水平，或者都處于規(guī)定的變化范圍之內。也有的一個部分無氣隙，一個部分有氣隙，以滿足磁性元器件各個階段對磁芯性能的要求。 第二種是用不同的材料（包括磁性材料和非磁性材料），制成兩個以上部分，然后裝配在一起組成一個磁芯，從而得到各種要求的磁性能和電性能。嚴格的說，磁粉芯就是這種復合磁芯結構，它是把鐵粉、坡莫合金粉、鐵硅鋁粉、非晶合金粉與絕緣粘接劑混合后壓制成一個磁芯的，從而得到不同的磁導率，不同的恒磁性能?，F(xiàn)在，又興起把納米級磁性顆粒，彌散地鑲嵌在絕緣體中，從而獲得高磁導率高電阻率復合磁芯結構，可用于幾十MHz到GHz頻率下工作的磁性元器件。這種復合磁芯結構和復合磁性材料，已經成為高頻磁性元器件開發(fā)研究的一個熱點，引起廣泛的關注，有可能取代軟磁鐵氧體成為高頻磁性材料和磁芯結構的主流。 3.4 集成磁芯結構 集成磁芯有兩種含義。第一種含義是CuK提出集成磁芯時表達的，一個磁芯把兩種以上磁芯（例如變壓器和電感器）的功能集成在一起。圖6就是一個例子，一邊是變壓器用磁芯，一邊是電感器用磁芯，都組合集成在一個磁芯上。隨著高頻開關電源的發(fā)展，第一種含義的集成磁芯結構已經形成許多品種，并得到實際應用。 第二種含義是除了把幾個或幾種磁芯集成在一起而外，還把半導體元器件，阻容元件也集成在磁芯周圍，而形成一個以磁芯為主的集成電路，例如一個單片開關電源。這種含義和一般集成電路沒有多大區(qū)別，只是集成電路中包括一般集成電路中沒有的磁性元器件。 3.5 垂直磁芯結構 垂直磁芯結構又叫正交磁芯結構，由兩半C形磁芯組成，不過不是直接對接，而是一半旋轉90o后再對接。在旋轉90o的一半繞上控制繞組，通以電流，可以控制另一半磁芯電感的變化。利用這種垂直磁芯結構，已經開發(fā)出交流調壓電源、逆變電源和直流高頻開關電源。日本索尼公司用這種垂直磁芯結構開發(fā)出各種性能比較理想的、價格又比較低的各種電視機用高頻開關電源。 4 磁性元器件性能的新進展 4.1 高可靠性 磁性元器件是由磁芯、導線（銅材）、絕緣材料和結構材料組成，沒有可動易損零部件，一般都認為是可靠性高的元器件。近年來，對可靠性又有新的認識。高可靠性包含著兩層含義。第一層含義是要能在規(guī)定的工作條件下工作。規(guī)定的正常工作條件既包括通用的工作條件，也包括特殊的工作條件。因此，在特殊領域下使用的磁性元器件要進行特殊的環(huán)境試驗，包括核輻射試驗，超高溫試驗，超低溫試驗等。第二層含義是要能在規(guī)定的工作條件下工作到使用壽命期。影響使用壽命期的主要因素是絕緣材料。對許多在高頻高溫工作的磁性元器件，盡可能采用耐溫等級高的絕緣材料，例如C級的Nomex及其制品。不但可以保證使用壽命，而且可以減小體積，綜合考慮是可行。雖然磁性元器件的可靠性已被認同，但是近十年來，對可靠性的新認識，把磁性元器件的可靠性又提高到新水平，既可以在特殊環(huán)境中使用，又可以保證足夠的使用壽命期（一般為20年），還可以保證在使用壽命期內基本上不要維修。更加突出磁性元器件可靠性高的特點。 4.2 高效率 許多電子設備在近年來對效率提出了更高的要求，除了保證在額定工作狀態(tài)下要求效率高而外，還要保證在待機工作狀態(tài)下要求效率高。一般待機狀態(tài)規(guī)定為額定狀態(tài)下承擔的負載的十分之一。在這種接近空截的情況下，磁性元器件的損耗占的比例大，因此，更加重視磁性元器件的高效率性能。待機狀態(tài)下電子設備的效率為90％，其中磁性元器件的效率必須超過95％。否則，加上其它損耗，就不能保證待機狀態(tài)下電子設備的效率達到90％。 影響待機狀態(tài)下磁性元器件效率的主要是鐵損。提高效率的辦法是采用損耗低的磁性材料和改進熱處理工藝。因此，在一定工作頻率和工作磁通密度下的損耗，成為評價磁性材料的主要指標。 [ b]4.3 低噪聲[/b] 近年來，對保護環(huán)境越來越重視，要求電磁噪聲低成為對磁性元器件的一個重要性能指標，在音頻范圍內工作的磁性元器件，還要求可聞噪聲要小。磁性元器件產生電磁噪聲的主要因素是磁性材料的磁致伸縮效應。因此在有些使用領域，不用磁性材料，而用空芯元器件或者壓電陶瓷元器件，噪聲可顯著降低。降低電磁噪聲的辦法主要是采用各種屏蔽措施，近十年來都有顯著的進展。另一方面，許多磁性元器件正好用于吸收電子設備的電磁干擾，因此給磁性元件帶來了相應的市場機遇，促進磁性元器件的發(fā)展。 4.4 低成本 磁性元器件作為電子產品的一部分，也是商品，回避不了市場對追求成本低的法則。近十年來，隨著國內對市場認識的逐步明確，那種只追求高功能而忽視成本的產品，越來越沒有市場，也就越來越沒有生命力?，F(xiàn)在，強調的是在保證“適當”的功能指標下追求低成本。有時，低成本甚至成為決定性的性能指標。為什么高磁導合金薄帶在高頻磁性元器件中還有用武之地？為什么軟磁鐵氧體牢牢占領著中高頻磁性元器件的市場？為什么小型電源變壓器不用R型磁芯結構，而返回去用E型磁芯結構？為什么磁粉芯近年來在電感器中迅速推廣？這些都是因成本低來決定的。那種追求完美、追求過高的性能指標，而不考慮成本低原則的產品，遲早會遭到市場的懲罰。近十年來，這種教訓是太多了。許多“節(jié)能不節(jié)錢”的產品，遲遲不能被用戶所接受。因此，最后希望大家都明白這一點：只有符合市場追求更高的性能價格比的磁性元器件的新磁性材料、新磁芯結構、新性能，才能算是磁性元器件的新進展。這是從事開發(fā)研究磁懷元器件的出發(fā)點。