UUI新型电感器的成本优势
2011-02-15 15:13:41
来源：《磁性元件与电源》2011年2月刊
点击：1820
1 引言
清流县鑫磁线圈制品有限公司推出的UUI新型电感线圈，自2009年4月开始上市销售到2010年9月底，共销售了1920万只。其中有95家顾客下过订单，长期批量订购的顾客有10家，具体销售情况如统计图1所示，可以说UUI型电感器已经拥有了坚实的市场基础。
UUI新型电感器与性能相当的EE型电感器相比，具有节省铜材、低成本、高Q值和改善电路性能参数等优点。近年来，以节能降耗、低碳环保为特征的低碳经济，成为各个国家和地区的经济发展方向，使得各个企业使用低消耗、低成本的新产品成为必然。鑫磁公司推出的UUI新型电感系列专利产品所具备的优点，能很好地适应上述经济发展的要求，加上因铜资源稀缺造成的铜价上涨，使得UUI型电感必然会被市场逐步接受而广泛使用。
2 性能相当的EE型和UUI型电感器的成本构成
2.1 原料成本
插装式电感器主要用料包括磁心、骨架、线圈和辅料等。EE型电感器和UUI型电感器所用的磁心、骨架以及胶带等辅料的成本大致相当。例如EE16与UUI14.6电感器的性能大致相当，UUI14.6与EE16的磁心重量基本相同，故其成本也基本相当；UUI14.6骨架的结构比EE16骨架的结构稍复杂，但UUI14.6骨架电木材料会节省，所以二者成本基本相当；所用胶带材质一样长度相若，故成本相同。但是，UUI型电感器的线圈铜重比EE型电感器的要轻，构成了UUI型电感器低成本的主要因素。
2.2 加工费用
插装式电感器在生产中主要包括绕线、搪锡、装配、浸油和包装等加工工艺过程。EE型电感器和UUI型电感器的绕线、搪锡、浸油和包装等加工工艺过程相同，故其成本一致。UUI型电感器的装配工艺较EE型电感器的复杂，每只加工费用增加0.015至0.025元。
3 UUI型电感器的省铜分析
由上述分析可知UUI型电感器与性能相当的EE型电感器的原料成本之差主要在线圈的用铜量上。UUI型电感器的用铜量较少的原因有两个，第一个原因是由于UUI磁心的磁路气隙外移以及磁路两气隙的结构特点，致使扩散磁通对线圈的影响降低，造成了UUI电感器的结构性省铜；第二个原因是线圈匝数减小，节省了绕线空间，为UUI型电感器考虑采用多股绞合线代替原来使用的较粗线径的铜线提供有利条件，造成了UUI电感器的线径变换性省铜。
用多股绞合线代替原来使用的较粗线径的铜线是有一定条件限制的。在电磁学中当交变的高频电流通过导线时，电流并非均匀分布，而是趋向导体的外表面，只在靠近导体表面一定深度内流过，电流的频率越高，这种现象越严重，这就是所谓的趋肤效应。由于这一效应，导体有效截面积减小了。我们称有电流流过的表层厚度为穿透深度。由此可知当电感器线圈中流过高频电流时，铜导线的有效截面积减小了。为了充分利用铜导线的截面积，导线直径最粗只能达到穿透深度的两倍。如果由于电流太大的原因而要求使用较粗铜导线时，则可选用直径较细的导线，采用多股绞合并绕的办法而使得线圈的用铜量减少。从上述的分析可知，使用多股绞合线的必要条件一是电感器工作在高频状态，二是电感器要有足够的绕线空间。多股绞合线代替较粗的铜导线时，多股绞合线的总线径会比被替换的铜线线径要大，所以多绞线所占绕线空间较多。电感器的绕线空间是由电感器的结构型号决定的，一定结构型号的电感器其绕线空间是一个固定量。由于EE型电感器规格型号的限定，在某个特定的电路工作条件下，会遇到两难的选择，选择一个较小型号的电感器，由于绕线空间的限定而不能采用多股绞合线，而采用较大型号的电感器，虽然绕线空间大可以采用多股绞合线，但由于型号的增大必然使的磁心和骨架的成本上升，同时空间不一定允许。
4 性能相当的UUI电感器与EE型电感器用铜量比较
下面，我们随机选取16款正在销售的UUI型电感器，与性能相当的EE型电感器用铜量进行对比。在各对比表中，为方便对比，同一款性能相当的电感器分别列出EE型、UUI型（较粗单股线）和UUI型（多股绞合线）。如果原EE型电感器采用多股线或线径较细的单股线，则UUI型电感器将延用该铜线。
4.1 UUI12.5与EE13用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI12.5电感器，与客户原来采用的EE13电感器进行对比。其具体数据如表1所示。
4.2 UUI14.6与EE16用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI14.6电感器，与客户原来采用的EE16电感器进行对比。详细数据如表2所示。
4.3 UUI16.3与EE19用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI16.3电感器，与客户原来采用的EE19电感器进行对比，其具体数据如表3所示。
4.4 UUI17.5与EE22用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI17.5电感器，与客户原来采用的EE22电感器进行对比，其具体数据如表4所示。
4.5 UUI19.3与EE25用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI19.3电感器，与客户原来采用的EE25电感器进行对比。详细数据如表5所示。
4.6 UUI20与EE28用铜量对比
我们选取了其中2款正在大量销售的UUI20电感器，与客户原来采用的EE28电感器进行对比。详细数据如表6所示。
从上面的对比中我们发现，UUI型电感器的结构性省铜大约在15%左右。如果纵向比较，我们发现磁路气隙越大，电感器型号越大，结构性省铜比例越高。另外条件许可的情况下，充分利用UUI电感器由于结构性省铜导致节省绕线空间的特点，采用多绞线代替线径较粗的单股线，则可实现UUI型电感器的线径变换性省铜。
5 UUI型电感器的成本优势
为了让UUI的低成本带来的经济价值更加清晰，我们假设每款电感器的销售量均为10万只，电解铜的价格按6万元/吨计算，每万只加工成本增加额按150元至250元估算。将表1~表6中的数据加以量化整理，整理出的数据见表7。（接下页）
表 7 铜材节省金额统计
序号 电感
型号 电感量 IA Q值 线径 省铜 省铜金额 装配费用
增额
(元) 净节
省额 平均
节省
mH A mm KG 元 元 元/只
1.1 EE13 2.0-2.2 0.598 117.8 0.23 72 3484.8 1500 1984.8 0.020
UUI12.5 0.552 161 0.12*3
1.2 EE13 5.0±4% 0.405 133.1 0.23 120 5847.6 1500 4347.6 0.043
UUI12.5 0.372 222.3 0.12*3
1.3 EE13 2.8±4% 0.501 118.4 0.23 98 5050.1 1500 3550.1 0.036
UUI12.5 0.500 184.9 0.12*3
2.1 EE16 1.7-1.9 0.789 104.1 0.27 123 6651.3 1500 5151.3 0.052
UUI14.6 0.919 154.8 0.13*3
2.2 EE16 3.5±4% 0.563 113.8 0.25 160 8932.0 1500 7432.0 0.074
UUI14.6 0.652 178 0.12*3
2.3 EE16 3.5±4% 0.478 140.4 0.21 82 3998.5 1500 2498.5 0.025
UUI14.6 0.547 173.7 0.12*2
3.1 EE19 2.5-2.7 0.680 91.5 0.31 250 13811.0 2000 11811.0 0.118
UUI16.3 0.710 197.5 0.15*3
3.2 EE19 2.9±4% 0.667 113.5 0.23 102 5065.5 2000 3065.5 0.031
UUI16.3 0.811 165.2 0.12*3
3.3 EE19 3.1±4% 0.630 104.2 0.27 190 10462.0 2000 8462.0 0.085
UUI16.3 0.789 188.7 0.13*3
4.1 EE22 4.4±4% 0.770 100 0.31 300 15814.0 2000 13814.0 0.138
UUI17.5 0.829 255.9 0.15*3
4.2 EE22 3.2±4% 0.921 113.4 0.29 246 13794.2 2000 11794.2 0.118
UUI17.5 0.961 224.6 0.12*4
5.1 EE25 3.0±4% 1.114 100.2 0.33 307 16584.7 2000 14584.7 0.146
UUI19.3 1.118 237 0.12*5
5.2 EE25 1.95±4% 1.382 205.5 0.1*10纱包线 82 7609.6 2000 5609.6 0.056
UUI19.3 1.390 244.1
5.3 EE25 1.5-1.7 1.491 181.2 0.1*10纱包线 127 11785.6 2000 9785.6 0.098
UUI19.3 1.571 231.8
6.1 EE28 1.3±4% 2.310 122.3 0.4 278 14341.1 2500 11841.1 0.118
UUI20 2.710 267 0.15*5
6.2 EE28 2.2±4% 1.756 226.1 0.1*10纱包线 85 7888.0 2500 5388.0 0.054
UUI20 2.080 266.9
合计： 2622 151120.0 30000 121120.0
清流县鑫磁线圈制品有限公司推出的UUI新型电感线圈，自2009年4月开始上市销售到2010年9月底，共销售了1920万只。其中有95家顾客下过订单，长期批量订购的顾客有10家，具体销售情况如统计图1所示，可以说UUI型电感器已经拥有了坚实的市场基础。
UUI新型电感器与性能相当的EE型电感器相比，具有节省铜材、低成本、高Q值和改善电路性能参数等优点。近年来，以节能降耗、低碳环保为特征的低碳经济，成为各个国家和地区的经济发展方向，使得各个企业使用低消耗、低成本的新产品成为必然。鑫磁公司推出的UUI新型电感系列专利产品所具备的优点，能很好地适应上述经济发展的要求，加上因铜资源稀缺造成的铜价上涨，使得UUI型电感必然会被市场逐步接受而广泛使用。
2 性能相当的EE型和UUI型电感器的成本构成
2.1 原料成本
插装式电感器主要用料包括磁心、骨架、线圈和辅料等。EE型电感器和UUI型电感器所用的磁心、骨架以及胶带等辅料的成本大致相当。例如EE16与UUI14.6电感器的性能大致相当，UUI14.6与EE16的磁心重量基本相同，故其成本也基本相当；UUI14.6骨架的结构比EE16骨架的结构稍复杂，但UUI14.6骨架电木材料会节省，所以二者成本基本相当；所用胶带材质一样长度相若，故成本相同。但是，UUI型电感器的线圈铜重比EE型电感器的要轻，构成了UUI型电感器低成本的主要因素。
2.2 加工费用
插装式电感器在生产中主要包括绕线、搪锡、装配、浸油和包装等加工工艺过程。EE型电感器和UUI型电感器的绕线、搪锡、浸油和包装等加工工艺过程相同，故其成本一致。UUI型电感器的装配工艺较EE型电感器的复杂，每只加工费用增加0.015至0.025元。
3 UUI型电感器的省铜分析
由上述分析可知UUI型电感器与性能相当的EE型电感器的原料成本之差主要在线圈的用铜量上。UUI型电感器的用铜量较少的原因有两个，第一个原因是由于UUI磁心的磁路气隙外移以及磁路两气隙的结构特点，致使扩散磁通对线圈的影响降低，造成了UUI电感器的结构性省铜；第二个原因是线圈匝数减小，节省了绕线空间，为UUI型电感器考虑采用多股绞合线代替原来使用的较粗线径的铜线提供有利条件，造成了UUI电感器的线径变换性省铜。
用多股绞合线代替原来使用的较粗线径的铜线是有一定条件限制的。在电磁学中当交变的高频电流通过导线时，电流并非均匀分布，而是趋向导体的外表面，只在靠近导体表面一定深度内流过，电流的频率越高，这种现象越严重，这就是所谓的趋肤效应。由于这一效应，导体有效截面积减小了。我们称有电流流过的表层厚度为穿透深度。由此可知当电感器线圈中流过高频电流时，铜导线的有效截面积减小了。为了充分利用铜导线的截面积，导线直径最粗只能达到穿透深度的两倍。如果由于电流太大的原因而要求使用较粗铜导线时，则可选用直径较细的导线，采用多股绞合并绕的办法而使得线圈的用铜量减少。从上述的分析可知，使用多股绞合线的必要条件一是电感器工作在高频状态，二是电感器要有足够的绕线空间。多股绞合线代替较粗的铜导线时，多股绞合线的总线径会比被替换的铜线线径要大，所以多绞线所占绕线空间较多。电感器的绕线空间是由电感器的结构型号决定的，一定结构型号的电感器其绕线空间是一个固定量。由于EE型电感器规格型号的限定，在某个特定的电路工作条件下，会遇到两难的选择，选择一个较小型号的电感器，由于绕线空间的限定而不能采用多股绞合线，而采用较大型号的电感器，虽然绕线空间大可以采用多股绞合线，但由于型号的增大必然使的磁心和骨架的成本上升，同时空间不一定允许。
4 性能相当的UUI电感器与EE型电感器用铜量比较
下面，我们随机选取16款正在销售的UUI型电感器，与性能相当的EE型电感器用铜量进行对比。在各对比表中，为方便对比，同一款性能相当的电感器分别列出EE型、UUI型（较粗单股线）和UUI型（多股绞合线）。如果原EE型电感器采用多股线或线径较细的单股线，则UUI型电感器将延用该铜线。
4.1 UUI12.5与EE13用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI12.5电感器，与客户原来采用的EE13电感器进行对比。其具体数据如表1所示。
4.2 UUI14.6与EE16用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI14.6电感器，与客户原来采用的EE16电感器进行对比。详细数据如表2所示。
4.3 UUI16.3与EE19用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI16.3电感器，与客户原来采用的EE19电感器进行对比，其具体数据如表3所示。
4.4 UUI17.5与EE22用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI17.5电感器，与客户原来采用的EE22电感器进行对比，其具体数据如表4所示。
4.5 UUI19.3与EE25用铜量对比
我们选取了其中3款正在大量销售的UUI19.3电感器，与客户原来采用的EE25电感器进行对比。详细数据如表5所示。
4.6 UUI20与EE28用铜量对比
我们选取了其中2款正在大量销售的UUI20电感器，与客户原来采用的EE28电感器进行对比。详细数据如表6所示。
从上面的对比中我们发现，UUI型电感器的结构性省铜大约在15%左右。如果纵向比较，我们发现磁路气隙越大，电感器型号越大，结构性省铜比例越高。另外条件许可的情况下，充分利用UUI电感器由于结构性省铜导致节省绕线空间的特点，采用多绞线代替线径较粗的单股线，则可实现UUI型电感器的线径变换性省铜。
5 UUI型电感器的成本优势
为了让UUI的低成本带来的经济价值更加清晰，我们假设每款电感器的销售量均为10万只，电解铜的价格按6万元/吨计算，每万只加工成本增加额按150元至250元估算。将表1~表6中的数据加以量化整理，整理出的数据见表7。（接下页）
表 7 铜材节省金额统计
序号 电感
型号 电感量 IA Q值 线径 省铜 省铜金额 装配费用
增额
(元) 净节
省额 平均
节省
mH A mm KG 元 元 元/只
1.1 EE13 2.0-2.2 0.598 117.8 0.23 72 3484.8 1500 1984.8 0.020
UUI12.5 0.552 161 0.12*3
1.2 EE13 5.0±4% 0.405 133.1 0.23 120 5847.6 1500 4347.6 0.043
UUI12.5 0.372 222.3 0.12*3
1.3 EE13 2.8±4% 0.501 118.4 0.23 98 5050.1 1500 3550.1 0.036
UUI12.5 0.500 184.9 0.12*3
2.1 EE16 1.7-1.9 0.789 104.1 0.27 123 6651.3 1500 5151.3 0.052
UUI14.6 0.919 154.8 0.13*3
2.2 EE16 3.5±4% 0.563 113.8 0.25 160 8932.0 1500 7432.0 0.074
UUI14.6 0.652 178 0.12*3
2.3 EE16 3.5±4% 0.478 140.4 0.21 82 3998.5 1500 2498.5 0.025
UUI14.6 0.547 173.7 0.12*2
3.1 EE19 2.5-2.7 0.680 91.5 0.31 250 13811.0 2000 11811.0 0.118
UUI16.3 0.710 197.5 0.15*3
3.2 EE19 2.9±4% 0.667 113.5 0.23 102 5065.5 2000 3065.5 0.031
UUI16.3 0.811 165.2 0.12*3
3.3 EE19 3.1±4% 0.630 104.2 0.27 190 10462.0 2000 8462.0 0.085
UUI16.3 0.789 188.7 0.13*3
4.1 EE22 4.4±4% 0.770 100 0.31 300 15814.0 2000 13814.0 0.138
UUI17.5 0.829 255.9 0.15*3
4.2 EE22 3.2±4% 0.921 113.4 0.29 246 13794.2 2000 11794.2 0.118
UUI17.5 0.961 224.6 0.12*4
5.1 EE25 3.0±4% 1.114 100.2 0.33 307 16584.7 2000 14584.7 0.146
UUI19.3 1.118 237 0.12*5
5.2 EE25 1.95±4% 1.382 205.5 0.1*10纱包线 82 7609.6 2000 5609.6 0.056
UUI19.3 1.390 244.1
5.3 EE25 1.5-1.7 1.491 181.2 0.1*10纱包线 127 11785.6 2000 9785.6 0.098
UUI19.3 1.571 231.8
6.1 EE28 1.3±4% 2.310 122.3 0.4 278 14341.1 2500 11841.1 0.118
UUI20 2.710 267 0.15*5
6.2 EE28 2.2±4% 1.756 226.1 0.1*10纱包线 85 7888.0 2500 5388.0 0.054
UUI20 2.080 266.9
合计： 2622 151120.0 30000 121120.0
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