(57)【要約】【課題】内部コア部と外側コア部との接続部分における磁束の集中を緩和することができるインダクタを提供する。【解決手段】インダクタ１は、巻線を巻回してなるコイル２と、コイル２の内側に挿入されコイル２の軸線Ｘ方向に延びる内側コア部３と、コイル２の外側に配置され内側コア部３よりも比透磁率が低い外側コア部４とを備えている。インダクタ１の通電電流範囲は１０Ａ以上５０Ａ以下に設定されている。外側コア部４は、コイル２の軸線Ｘ方向の断面視において、コイル２を囲むようにロ字状に形成された筒状部材からなる。外側コア部４には、内側コア部３の少なくとも軸方向一端部が挿入される挿入部４２ａ（４４ａ）が形成されている。外側コア部４の挿入部４２ａ（４４ａ）が形成される壁部４２（４４）の厚さは、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。【選択図】図２Ａ
2014203845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻回してなるコイルと、前記コイルの内側に挿入され当該コイルの軸線方向に延びる内側コア部と、前記コイルの外側に配置され前記内側コア部よりも比透磁率が低い外側コア部とを備えたインダクタであって、
前記インダクタの通電電流範囲が１０Ａ以上５０Ａ以下に設定されており、
前記外側コア部は、前記コイルの軸線方向の断面視において、当該コイルを囲むようにロ字状に形成された筒状部材からなり、
前記外側コア部には、前記内側コア部の少なくとも軸方向一端部が挿入される挿入部が形成され、
前記外側コア部の前記挿入部が形成される壁部の厚さが、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されているインダクタ。
【請求項２】
前記挿入部は、前記壁部を貫通して形成された孔である請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３】
前記挿入部は、前記壁部の内面に形成された溝である請求項１に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記内側コア部の比透磁率は５０以上２００以下、且つ当該内側コア部の飽和磁束密度は１．７Ｔ以上であり、
前記外側コア部の比透磁率は１０以上５０以下、且つ当該外側コア部の飽和磁束密度は１．０Ｔ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のインダクタ。
【請求項５】
前記外側コア部は、加熱した樹脂に金属粉末を混合して成形されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のインダクタ。
【請求項６】
前記外側コア部は、射出成形により成形されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記内側コア部は、絶縁被膜を塗布した金属粉末を押し固めた圧粉磁性体である請求項１〜６のいずれか一項に記載のインダクタ。
【請求項８】
外側に前記コイルの巻線が巻回されるとともに、内側に前記内側コア部が挿入される筒部を有するボビンを備えている請求項１〜７のいずれか一項に記載のインダクタ。
【請求項９】
前記コイルと前記外側コア部との間に空気層が介在している請求項１〜８のいずれか一項に記載のインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リアクトルやチョークコイルとして用いられるインダクタとして、巻線を巻回してなるコイルと、コイルの内側に挿入された内側コア部と、コイルの外側に配置された外側コア部とを備えたギャップレス構造のインダクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図７Ａは従来のインダクタを示す断面図であり、図７Ｂはその要部拡大断面図である。このインダクタ１００の外側コア部１０１は筒状部材からなり、この外側コア部１０１の内部に、中実体である内側コア部１０２と、巻線１０３ａを巻回してなるコイル１０３とが配置されている。内側コア部１０２の長手方向の両端面１０２ａは、外側コア部１０１の内面に接触している。外側コア部１０１は磁性材料と樹脂とを混合して形成された磁性体樹脂からなり、内側コア部１０２は圧粉磁性体からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のインダクタにあっては、磁性体樹脂からなる外側コア部１０１は、圧粉磁性体からなる内側コア部１０２に比べて比透磁率が低い。このため、磁束が内側コア部１０２の端面１０２ａから外側コア部１０１に流れる際、外側コア部１０１の厚さ方向の外端部１０１ａを通過する磁路（図７Ｂの矢印φａ）は、前記厚さ方向の内端部１０１ｂを通過する磁路（図７Ｂの矢印φｂ）と比べると、外側コア部１０１を流れる距離が長くなる分だけ、磁気抵抗が高くなる。このため、磁束は、磁気抵抗が低い磁路となる前記厚さ方向の内端部１０１ｂを通過しようとするため、この内端部１０１ｂに磁束が集中し易い。磁束が集中すると、前記内端部１０１ｂにおいて磁束密度が飽和することで、図７Ｂの矢印φｃのように、前記内端部１０１ｂよりも更に内側を通過してコイル１０３と鎖交する磁束が発生し易くなる。このような磁束が発生した場合、コイル１０３に過電流が発生してコイル１０３が発熱するため、電力損失が増加するという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、内部コア部と外側コア部との接続部分における磁束の集中を緩和することができるインダクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、巻線を巻回してなるコイルと、前記コイルの内側に挿入され当該コイルの軸線方向に延びる内側コア部と、前記コイルの外側に配置され前記内側コア部よりも比透磁率が低い外側コア部とを備えたインダクタであって、前記インダクタの通電電流範囲が１０Ａ以上５０Ａ以下に設定されており、前記外側コア部は、前記コイルの軸線方向の断面視において、当該コイルを囲むようにロ字状に形成された筒状部材からなり、前記外側コア部には、前記内側コア部の少なくとも軸方向一端部が挿入される挿入部が形成され、前記外側コア部の前記挿入部が形成される壁部の厚さが、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されているインダクタである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、内部コア部と外側コア部との接続部分における磁束の集中を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるインダクタを示す斜視図である。
【図２Ａ】上記インダクタの断面図である。
【図２Ｂ】上記インダクタの要部拡大断面図である。
【図３】上記インダクタのボビンを示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるインダクタの断面図である。
【図５】第２実施形態の外側コア部の壁部を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の外側コア部の壁部の変形例を示す斜視図である。
【図７Ａ】従来のインダクタの断面図である。
【図７Ｂ】従来のインダクタの要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）巻線を巻回してなるコイルと、前記コイルの内側に挿入され当該コイルの軸線方向に延びる内側コア部と、前記コイルの外側に配置され前記内側コア部よりも比透磁率が低い外側コア部とを備えたインダクタであって、前記インダクタの通電電流範囲が１０Ａ以上５０Ａ以下に設定されており、前記外側コア部は、前記コイルの軸線方向の断面視において、当該コイルを囲むようにロ字状に形成された筒状部材からなり、前記外側コア部には、前記内側コア部の少なくとも軸方向一端部が挿入される挿入部が形成され、前記外側コア部の前記挿入部が形成される壁部の厚さが、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。
【０００９】
上記のように構成されたインダクタによれば、内側コア部の少なくとも軸方向一端部を外側コア部の挿入部に挿入することにより、磁束が内側コア部の前記挿入部に挿入された部分から外側コア部に流れる際、外側コア部の壁部の厚さ方向外側を磁束が通過するときの磁気抵抗と、外側コア部の壁部の厚さ方向内側を磁束が通過するときの磁気抵抗との差を、従来のインダクタに比べて小さくすることができる。これにより、内側コア部と外側コア部との接続部分における磁束の集中を緩和することができる。その結果、コイルと鎖交する磁束が発生しにくくなるため、コイルの渦電流による発熱を抑えることができ、電力損失を抑制することができる。
また、外側コア部の壁部の厚さを２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定しているため、外側コアの製造容易性を確保しながら可及的に外側コアを小型化することができる。さらに、インダクタの通電電流範囲を１０Ａ以上５０Ａ以下に設定しているため、商用電源からの電力を電力変換する電力変換装置（例えば、車載充電器や太陽光パワーコンディショナー等）の構成部品として好適に用いることができる。
【００１０】
（２）また、前記（１）のインダクタにおいて、前記挿入部は、前記壁部を貫通して形成された孔であることが好ましい。
この場合、孔の貫通方向、すなわち外側コア部の壁部の厚さ方向全体に亘って、磁束の磁気抵抗を平均化することができるため、内側コア部と外側コア部との接続部分において、磁束が集中するのを効果的に緩和することができる。
【００１１】
（３）また、前記（１）のインダクタにおいて、前記挿入部は、前記壁部の内面に形成された溝であることが好ましい。
この場合、外側コア部の厚さ方向となる溝の深さ方向全体に亘って、磁束の磁気抵抗を平均化することができるため、内側コア部と外側コア部との接続部分において、磁束が集中するのを効果的に緩和することができる。
【００１２】
（４）また、前記（１）〜（３）のいずれかのインダクタにおいて、前記内側コア部の比透磁率は５０以上２００以下、且つ当該内側コア部の飽和磁束密度は１．７Ｔ以上であり、前記外側コア部の比透磁率は１０以上５０以下、且つ当該外側コア部の飽和磁束密度は１．０Ｔ以上であることが好ましい。
【００１３】
（５）また、前記（１）〜（４）のいずれかのインダクタにおいて、前記外側コア部は、加熱した樹脂に金属粉末を混合して成形されていることが好ましい。
（６）また、前記（１）〜（５）のいずれかのインダクタにおいて、前記外側コア部は、射出成形により成形されていることが好ましい。
（７）また、前記（１）〜（６）のいずれかのインダクタにおいて、前記内側コア部は、絶縁被膜を塗布した金属粉末を押し固めた圧粉磁性体であることが好ましい。
この場合、内側コア部を容易に形成することができる。また、絶縁膜が存在することで、金属粉末同士が絶縁されるため、渦電流による電力損失を低減することができる。
【００１４】
（８）また、前記（１）〜（７）のいずれかのインダクタは、外側に前記コイルの巻線が巻回されるとともに、内側に前記内側コア部が挿入される筒部を有するボビンを備えていることが好ましい。
この場合、ボビンの筒部の外側にコイルの巻線を予め巻回した状態で、筒部の内側に内側コアを挿入することできるため、内側コアをコイルの内側に容易に組み付けることができる。
（９）また、前記（１）〜（８）のいずれかのインダクタにおいて、前記コイルと前記外側コア部との間に空気層が介在していることが好ましい。
【００１５】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態にかかるインダクタ１を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態にかかるインダクタ１は、ギャップレス構造のいわゆるポット型インダクタであり、コイル２と、コイル２の内側に挿入された内側コア部３と、コイル２の外側に配置された外側コア部４と、ボビン５とを備えている。インダクタ１は、その通電電流範囲が１０Ａ以上５０Ａ以下に設定されており、商用電源からの電力を電力変換する電力変換装置である、車載充電器や太陽光パワーコンディショナー等の構成部品として用いられる。
コイル２は、１本の連続する巻線２ａを螺旋状に巻回してなる筒状体である。
【００１６】
＜内側コア部＞
図２Ａはインダクタ１のコイル２の軸線Ｘ方向の断面図であり、図２Ｂはその要部拡大断面図である。
図１及び図２Ａに示すように、内側コア部３は、断面小判形状に形成された圧粉磁性体であって、コイル２の軸線Ｘ方向に延びる中実体からなる。圧粉磁性体は、表面に絶縁膜を塗布した軟磁性粉末（金属粉末）を押し固めることによって得られる。圧粉磁性体は、その立体形状を簡単に形成することができるので、例えば、コイル２の形状に適合させた外形を有する内側コア部３を容易に形成することができる。内側コア部３は、比透磁率が５０以上２００以下、飽和磁束密度が１．７Ｔ以上に設定されている。
【００１７】
前記軟磁性粉末としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの鉄族金属粉末、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｓｉ−ＡｌなどのＦｅ基合金粉末、希土類金属粉末、又はフェライト粉末などが挙げられる。特に、Ｆｅ基合金粉末は、飽和磁束密度が高い圧粉磁性体を得やすい。このような粉末は、アトマイズ法(ガス又は水)や、機械的粉砕法などにより製造することができる。また、結晶がナノサイズであるナノ結晶材料からなる粉末、好ましくは異方性ナノ結晶材料からなる粉末を用いると、高異方性で低保磁力の圧粉磁性体が得られる。
【００１８】
軟磁性粉末に塗布される絶縁膜としては、例えば、燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、又は硼素化合物などが挙げられる。圧粉磁性体は、絶縁膜などの絶縁物が存在することで、軟磁性粉末同士が絶縁されて、渦電流による電力損失を低減することができ、コイル２に高周波の電力が通電される場合であっても、前記電力損失を少なくすることができる。
圧粉磁性体は、例えば、前記軟磁性材料からなる粒子の表面に、前記絶縁膜と、耐熱性膜と、可撓性膜とを順に積層された多層構造の被膜を備えるものを利用してもよい。前記耐熱性膜は、有機シリコン化合物を含み、シロキサン架橋密度が０超１．５以下の材料からなるもの、前記可撓性膜は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びアミド樹脂から選択される少なくとも一種の樹脂からなるものが挙げられる。
【００１９】
＜外側コア部＞
外側コア部４は、図２Ａの断面視において、コイル２を囲むようにロ字状に形成された筒状部材からなる。外側コア部４は、コイル２の軸線Ｘと平行に配置された第１壁部４１及び第３壁部４３と、前記軸線Ｘと直交する方向と平行に配置された第２壁部４２及び第４壁部４４とを有している。これら第１〜第４壁部４１〜４４とコイル２との間には空気層６が介在している。
【００２０】
第２壁部４２及び第４壁部４４には、内側コア部３の軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入部４２ａ，４４ａが形成されている。本実施形態の挿入部４２ａ，４４ａは、第２及び第４壁部４２，４４を貫通して形成された貫通孔からなり、この貫通孔に、内側コア部３の軸方向両端部がそれぞれ嵌合されている。
なお、外側コア部４には、コイル２の軸方向両端部が挿入される挿入部４２ａ，４４ａが形成されているが、少なくともコイル２の軸方向一端部が挿入される挿入部が形成されていればよい。
第２壁部４２及び第４壁部４４の各厚さは、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以上５ｍｍ以下）に設定されている。これにより、外側コア４の製造容易性を確保しながら可及的に外側コア４を小型化することができる。
【００２１】
外側コア部４は、加熱した樹脂に磁性材料である金属粉末を混合した混合物を射出成形することによって成形されている。前記射出成形では、前記混合物を、所定圧力をかけて成形型に流し込んで成形した後、前記樹脂を硬化させる。なお、外側コア部４は、注型成形により成形しても良い。
外側コア部４の比透磁率は、１０以上５０以下であって、内側コア部３の被透磁率よりも低い値に設定されている。また、外側コア部４の飽和磁束密度は１．０Ｔ以上に設定されている。
【００２２】
前記磁性材料としては、上述した内側コア部３に利用する軟磁性粉末と同様のものを利用することができる。特に、外側コア部４に利用する軟磁性粉末は、平均粒径が１０μｍ以上５００μｍ以下の純鉄粉末やＦｅ基合金粉末といった鉄基材料が好適に利用できる。軟磁性材料からなる粒子の表面に燐酸塩などからなる被膜を具える被覆粉末を利用してもよい。
バインダとなる前記樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。熱硬化性樹脂を用いた場合、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。また、前記樹脂としては、常温硬化性樹脂、又は低温硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、成形体を常温〜比較的低温に放置して樹脂を硬化させる。この成形硬化体は、非磁性材料である樹脂が比較的多く残存するため、内側コア部３を構成する圧粉磁性体と同じ軟磁性粉末を用いたとしても、圧粉磁性体よりも飽和磁束密度が低く、かつ比透磁率も低いコアを形成し易い。
【００２３】
＜ボビン＞
図３は、ボビン５を示す斜視図である。図２Ａ及び図３において、ボビン５は、外側コア部４の内部に配置されるものであって、筒部５ａと、この筒部５ａの軸方向両端に設けられた一対の鍔部５ｂとによって構成されている。
筒部５ａの外側には、コイル２の巻線２ａが巻回されている。筒部５ａの内側には、内側コア部３が挿入される挿入孔５ｃが形成されている。この挿入孔５ｃは、外側コア部４の貫通孔４２ａ，４４ａと略同一形状に形成されている。鍔部５ｂは、矩形状に形成された平板部材からなり、図３の上端縁には、筒部５ａの軸方向外側に突出する係止部５ｄが全長に亘って形成されている。
【００２４】
図１及び図２Ａに示すように、ボビン５は、両鍔部５ｂをそれぞれ外側コア部４の第２壁部４２及び第４壁部４４に沿って挿入し、各係止部５ｄを第２壁部４２及び第４壁部４４に係止することで、外側コア部４に保持されている。この状態で、ボビン５は、筒部５ａの挿入孔５ｃが第２及び第４壁部４２，４４の貫通孔４２ａ，４４ａと一致するように配置される。
したがって、インダクタ１を組み付ける際に、予めボビン５の筒部５ａの外周にコイル２の巻線２ａを巻回した状態で、ボビン５を外側コア部４に挿入した後、前記貫通孔４２ａ，４４ａ及び前記挿入孔５ｃに内側コア部３を挿入することで、内側コア部３をコイル２の内側に容易に組み付けることができる。
【００２５】
＜効果＞
以上、本実施形態のインダクタ１によれば、外側コア部４に内側コア部３の軸方向両端部が挿入される貫通孔４２ａ，４４ａが形成されているため、以下のような作用効果を奏する。すなわち、図２Ｂに示すように、例えば、磁束φが内側コア部３の軸方向一端部から外側コア部４の第２壁部４２に流れる際、第２壁部４２の厚さ方向外側を通過する磁束φ１は、第２壁部４２の厚さ方向内側を通過する磁束φ２に比べて、内側コア部３を流れる距離が長くなり、外側コア部４を流れる距離が等しくなる。このため、内側コア部３を流れるときの距離差によって、磁束φ１の磁気抵抗は、磁束φ２の磁気抵抗よりも高くなる。しかし、内側コア部３は外側コア部４に対して比透磁率が高いため、両磁束φ１，φ２の内側コア部３を流れる距離差による磁気抵抗差は、従来のように外側コア部４を流れる距離差による磁気抵抗差に比べて小さくなる。これにより、外側コア部４の第２壁部４２の厚さ方向全体に亘って磁束の磁気抵抗を平均化することができるため、内側コア部３と外側コア部４との接続部分において、磁束が集中するのを効果的に緩和することができる。その結果、コイル２と鎖交する磁束が発生しにくくなるため、コイル２の渦電流による発熱を抑えることができ、電力損失を抑制することができる。
【００２６】
また、上述のように磁束の集中を緩和することで磁気抵抗が低減するため、磁気回路上で磁束が多く流れることにより、インダクタンスを向上することができる。インダクタンスＬは、一般に下記式に基づいて算出される。
Ｌ＝μＮ２Ｓ／ｍ
ここで、μは透磁率、Ｎは巻数、Ｓは磁路断面積、ｍは磁路長さである。
上記式から分かるように、インダクタンスＬに余裕ができれば、その余裕分をコイル２の巻数Ｎの低減に繋げることができ、インダクタ１全体を小型化することができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
図４は本発明の第２実施形態にかかるインダクタ１を示す斜視図である。本実施形態では、外側コア部４の第２，第４壁部４２，４４の各内面に、内側コア部３の軸方向両端部が挿入される挿入部として、凹溝４２ｂ，４４ｂが形成されている。
図５は、本実施形態の第４壁部４４の内面を示す断面斜視図である。凹溝４４ｂは、第４壁部４４の短手方向の全長に亘って形成されている。これにより、外側コア部４の内部に内側コア部３を組み付ける際に、内側コア部３を第４壁部４４の短手方向の一方側から容易に挿入することができる。
第２壁部４２の内面に形成された凹溝４２ｂは、前記凹溝４４ｂと同様の構成であるため、その説明を省略する。また、本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、凹溝４４ｂ（４２ｂ）は、図６に示すように、円形に形成された溝であっても良い。
【００２８】
以上、本実施形態のインダクタ１においても、外側コア部４に内側コア部３の軸方向両端部が挿入される凹溝４２ｂ，４４ｂが形成されているため、この凹溝４２ｂ，４４ｂの深さ方向（図４の上下方向）全体に亘って、第１実施形態と同様に、磁束の磁気抵抗を平均化することができる。したがって、従来のインダクタに比べて、内側コア部３と外側コア部４との接続部分における磁束の集中を緩和することができる。
【００２９】
＜その他の変形例＞
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３０】
１  インダクタ
２  コイル
２ａ  巻線
３  内側コア部
４  外側コア部
４１  第１壁部
４２  第２壁部
４２ａ  貫通孔（挿入部）
４２ｂ  凹溝（挿入部）
４３  第３壁部
４４  第４壁部
４４ａ  貫通孔（挿入部）
４４ｂ  凹溝（挿入部）
５  ボビン
５ａ  筒部
５ｂ  鍔部
５ｃ  挿入孔
５ｄ  係止部
６  空気層
Ｘ  軸線
【図１】
2014203845.tif 000003
【図２Ａ】
2014203845.tif 000004
【図２Ｂ】
2014203845.tif 000005
【図３】
2014203845.tif 000006
【図４】
2014203845.tif 000007
【図５】
2014203845.tif 000008
【図６】
2014203845.tif 000009
【図７Ａ】
2014203845.tif 000010
【図７Ｂ】
2014203845.tif 000011