(57)【要約】【課題】  直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスを低下させることなく、直流バイアス電流が大きい場合における磁気飽和が起こり難くされたコアを提供すること。【解決手段】  コア１０は、磁性体を含み、磁束が通過するように構成される主コア部１１および副コア部１２を備える。副コア部１２の磁気飽和開始電流が主コア部１１の磁気飽和開始電流よりも小さくされていることにより、副コア部１２が磁気飽和しているときに副コア部１２がギャップとして機能する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの通電により生じる磁束の磁路を形成するコアであって、
磁性体を含んで構成されるとともに、前記磁束が通過するように構成される主コア部および副コア部を備え、
前記副コア部の磁気飽和開始電流が前記主コア部の磁気飽和開始電流よりも小さくされていることにより、前記副コア部が磁気飽和しているときに前記副コア部がギャップとして機能するように構成されている、コア。
【請求項２】
請求項１に記載のコアにおいて、
前記副コア部の透磁率が前記主コア部の透磁率よりも高くされている、コア。
【請求項３】
請求項２に記載のコアにおいて、
前記主コア部が純鉄により構成され、前記副コア部がフェライトにより構成される、コア。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアと、
前記コアに磁束を流すために通電されるコイルと、
を備える磁気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアおよび磁気部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルへの通電により生じた磁束を流す磁路を形成するコアは、リアクトルやトランス等の磁気部品に用いられる。特許文献１は、複数のブロックが環状に組み付けられ、各ブロックの間に非磁性体のスペーサがギャップとして挿入されたコアを開示する。また、特許文献２は、磁性粉末を樹脂に混合して作製したダストコアを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４１４７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８３３７９号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
上記特許文献１に記載のコアによれば、ギャップの介在によりコアが磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができる。上記特許文献２に記載のコアによれば、ダストコア中の樹脂がギャップとして機能することにより、コアが磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができる。すなわち、上記特許文献は、直流バイアス電流が大きいときに磁気飽和が起こり難くされたコアを開示する。しかし、ギャップの介在により、あるいはダストコアとして構成することにより、コア全体の透磁率が低下してしまう。透磁率の大きさはインダクタンスの大きさに比例する。したがって、透磁率を下げるということは、インダクタンスを低下させるということである。つまり、上記特許文献に記載のコアは、直流バイアス電流が大きい場合に磁気飽和を起こり難くするために、直流バイアス電流が小さい場合のインダクタンスを低下させていると言える。
【０００５】
本発明は、直流バイアス電流が小さい場合のインダクタンスを低下させることのないコア及び、そのようなコアを用いた磁気部品を提供することを目的とする。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
本発明は、コイルへの通電により生じる磁束の磁路を形成するコアであって、磁性体を含んで構成されるとともに、磁束が通過するように構成される主コア部および副コア部を備え、副コア部の磁気飽和開始電流が主コア部の磁気飽和開始電流よりも小さくされていることにより、副コア部が磁気飽和しているときに副コア部がギャップとして機能するように構成されているコアを提供する。ここで、「磁気飽和開始電流」とは、コアが磁気飽和するために最低限必要な直流バイアス電流を表す。副コア部の磁気飽和開始電流とは、コア中の副コア部が磁気飽和するために最低限必要な直流バイアス電流であり、主コア部の磁気飽和開始電流とは、コア中の主コア部が磁気飽和するために最低限必要な直流バイアス電流である。
【０００７】
本発明によれば、副コア部が磁気飽和しない程度の小さい直流バイアス電流をコイルに流した場合、副コア部が磁気抵抗にならずに通常のコアとして機能する。したがって、コア内にギャップ等が存在しない状態が実現されるため、コア全体の透磁率は高く、それ故に高いインダクタンス値を得ることができる。つまり、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスを高くすることができる。
【０００８】
一方、副コア部が磁気飽和する程度の大きな直流バイアス電流をコイルに流した場合、副コア部の透磁率は磁気飽和により著しく低下して、副コア部がギャップとして機能する。このためコア全体が磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができる。このように本発明によれば、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスを低下させることなく、直流バイアス電流が大きい場合における磁気飽和が起こり難くされたコアを提供することができる。
【０００９】
副コア部の透磁率は主コア部の透磁率よりも高くされているのがよい。これによれば、副コア部が磁気飽和していない場合、すなわち直流バイアス電流が小さい場合におけるコア全体の透磁率をより高くすることができる。よって、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスをより高くすることができる。
【００１０】
この場合、主コア部が純鉄により構成され、副コア部がフェライトにより構成されるとよい。フェライトは純鉄よりも透磁率が高く且つ磁気飽和開始電流が小さい。よって、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスをより高くすることができる。
【００１１】
また、主コア部がダストコアであってもよい。この場合、副コア部が、フェライト、純鉄、あるいは３％Ｓｉ鉄により構成されているとよい。主コア部をダストコアとすることにより、主コア部の透磁率を副コア部の透磁率よりも低い範囲で所望の大きさに調整することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記に記載のコアと、このコアに磁束を流すために通電されるコイルと、を備える磁気部品を提供する。これによれば、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスを低下させることなく、直流バイアス電流が大きい場合に磁気飽和が起こり難くされた磁気部品を提供することができる。本発明に係る磁気部品としては、リアクトル（インダクタ）やトランスが適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るリアクトル１の概略斜視図である。
【図２】リアクトル１の概略側面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】主コア部１１と副コア部１２の磁気特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態のリアクトル１の直流重畳特性と、エアギャップが設けられた従来のコアを用いたリアクトルの直流重畳特性とを比較したグラフである。
【図６】第２実施形態に係るリアクトル２の概略斜視図である。
【図７】リアクトル２の平面図である。
【図８】図８のIX−IX断面図である。
【図９】主コア部３１と副コア部３２の磁気特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る磁気部品としてのリアクトル１の概略斜視図、図２はリアクトル１の概略側面図、図３は図２のIII−III断面図である。図１〜図３に示すように、リアクトル１は、コア１０およびコイル２０を備える。コア１０は、中央に矩形状の空間が設けられた枠体形状を呈する。コア１０は図３に良く示すように、一対の主コア部１１，１１と、一対の副コア部１２，１２とを有する。
【００１５】
一対の主コア部１１，１１は共にコの字状に形成され、それぞれの両端面がそれぞれ隙間を持って対面するように向かい合って配置される。そして、それぞれの隙間を埋めるように一対の副コア部１２，１２が一対の主コア部１１，１１間に介装される。一対の副コア部１２，１２と一対の主コア部１１，１１とによって磁束の閉磁路が形成されるように、副コア部１２，１２が主コア部１１，１１に接続される。なお、コア１０は、環状に形成されていてもよい。
【００１６】
コイル２０は、枠体状のコア１０のうち副コア部１２，１２が設けられている部分を覆うようにコア１０に巻回される。なお、一方の副コア部１２を覆うようにコア１０に巻回されたコイル部分と他方の副コア部１２を覆うようにコア１０に巻回されたコイル部分とは、互いに電気的に接続される。
【００１７】
主コア部１１および副コア部１２は、磁性体を含んで構成される。本実施形態においては、主コア部１１は純鉄により構成され、副コア部１２はＭｎ−Ｚｎ系フェライトにより構成される。図４は、主コア部１１と副コア部１２の磁気特性を示すグラフであり、横軸が磁場強度Ｈ（Ａ／ｍ）を表し、縦軸が磁束密度Ｂ（Ｔ）を表す。また、曲線Ａが主コア部１１の磁気特性を示し、曲線Ｂが副コア部１２の磁気特性を表す。図４に示すように、主コア部１１の飽和磁束密度Ｂ１は副コア部１２の飽和磁束密度Ｂ２よりも大きい（Ｂ１＞Ｂ２）。また、磁場強度ＨがＨ２まで上昇したときに副コア部１２が磁気飽和し、Ｈ１まで上昇したときに主コア部１１が磁気飽和する。本明細書において、磁気飽和に必要な最小の磁場強度を磁気飽和開始磁場強度という。したがって、主コア部１１の磁気飽和開始磁場強度はＨ１であり、副コア部１２の磁気飽和開始磁場強度はＨ２である。図４からわかるように、副コア部１２の磁気飽和開始磁場強度Ｈ２は、主コア部１１の磁気飽和開始磁場強度Ｈ１よりも小さい（Ｈ２＜Ｈ１）。つまり、副コア部１２は主コア部１１よりも磁気飽和し易い。なお、磁場強度はコイル２０に流す直流バイアス電流に比例する。磁場強度がＨ２である場合にコイル２０に流れている直流バイアス電流を、本明細書では副コア部１２の磁気飽和開始電流といい、磁場強度がＨ１である場合にコイル２０に流れている直流バイアス電流を、本明細書では主コア部１１の磁気飽和開始電流という。副コア部１２の磁気飽和開始磁場強度Ｈ２は主コア部１１の磁気飽和開始磁場強度Ｈ１よりも小さいので、副コア部１２の磁気飽和開始電流Ｉ２は主コア部１１の磁気飽和開始電流Ｉ１よりも小さい。
【００１８】
また、図４において、磁気飽和していないときにおける磁気特性の勾配（ｄＢ／ｄＨ）が透磁率μを表す。主コア部１１の磁気特性（曲線Ａ）の傾きは副コア部１２の磁気特性（曲線Ｂ）の傾きよりも緩やかである。つまり、副コア部１２の透磁率μ２は主コア部１１の透磁率μ１よりも高い（μ２＞μ１）。
【００１９】
このように、磁気特性が曲線Ａで表わされる主コア部１１は、透磁率は低いが磁気飽和し難い磁性材料（純鉄）により構成され、磁気特性が曲線Ｂで表わされる副コア部１２は、透磁率は高いが磁気飽和し易い磁性材料（フェライト）により構成される。
【００２０】
上記構成のリアクトル１において、コイル２０への通電により生じた磁束は主コア部１１および副コア部１２を通り、図３の矢印に示すように流れる。このため主コア部１１および副コア部１２で閉磁路が形成される。また、主コア部１１が閉磁路の大部分を形成する。
【００２１】
コイル２０に流す直流バイアス電流が小さい場合、発生する平均磁場強度も小さい。平均磁場強度が図４におけるＨ２未満、すなわち直流バイアス電流が副コア部１２の磁気飽和開始電流Ｉ２未満であれば、主コア部１１も副コア部１２も磁気飽和していない。この場合、コア１０により形成される閉磁路中にギャップ等の磁気抵抗は存在しない。また、副コア部１２の透磁率は主コア部１１の透磁率よりも高いので、コア１０が主コア部１１のみで構成されている場合と比較して、コア１０全体の透磁率は高い。そのため高いインダクタンス値を得ることができる。すなわち、直流バイアス電流が小さい場合（副コア部１２が磁気飽和していない場合）におけるインダクタンスが高められる。
【００２２】
コイル２０に流す直流バイアス電流が大きい場合、発生する平均磁場強度は大きい。平均磁場強度が図４におけるＨ２以上でありＨ１未満である場合、すなわち直流バイアス電流が副コア部１２の磁気飽和開始電流Ｉ２以上であり主コア部１１の磁気飽和開始電流Ｉ１未満である場合、副コア部１２が磁気飽和する。このため副コア部１２の透磁率が極端に低下する。しかしながら主コア部１１は磁気飽和していないので、所定の大きさのインダクタンスを得ることができる。また、副コア部１２が磁気飽和しているために副コア部１２が磁束の流れに対する抵抗（ギャップ）となる。すなわち、副コア部１２は、それが磁気飽和しているときにギャップとして機能する。このためコア１０の全体が磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができる。このため直流バイアス電流が大きい場合にコア１０の磁気飽和が起こり難くされる。
【００２３】
図５は、本実施形態に係るリアクトル１の直流重畳特性と、エアギャップが設けられた従来のコアを用いたリアクトルの直流重畳特性とを比較したグラフである。図６の横軸が直流バイアス電流の大きさを表し、縦軸がインダクタンスの大きさを表す。また、本実施形態に係るリアクトル１の直流重畳特性が実線の曲線Ｆで表わされ、エアギャップが設けられた従来のコアを用いたリアクトルの直流重畳特性が一点鎖線の曲線Ｇで表わされる。図６に示すように、曲線Ｆと曲線Ｇは、直流バイアス電流が副コア部１２の磁気飽和開始電流Ｉ２を越えたあたりから同じ特性を示す。しかし、電流がＩ２よりも小さい領域では、曲線Ｆにより表わされるインダクタンスが曲線Ｇにより表わされるインダクタンスよりも高いことがわかる。このことから、本実施形態のリアクトル１およびコア１０を用いることにより、低電流でのインダクタンスを高くできることがわかる。また、直流バイアス電流が副コア部１２の磁気飽和開始電流Ｉ２よりも大きい場合には、副コア部１２が磁気飽和してギャップとして機能するためコア１０の全体の透磁率が低下する。このためコア１０全体が磁気飽和に至るまでの直流バイアス電流の大きさを大きくすることができる。その結果、直流バイアス電流が大きい場合にコア１０の磁気飽和が起こり難くされる。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係るリアクトル２は、コイルがコアの内部に埋設されているコイル埋め込み型のリアクトルである。
【００２５】
図６は、本実施形態に係るリアクトル２の概略斜視図、図７は概略平面図、図８は図７のIX−IX断面図である。図６〜図８に示すように、リアクトル２は、コア３０およびコイル４０を備える。また、図８に示すように、コア３０は主コア部３１および副コア部３２を有する。主コア部３１は直方体形状を呈し、その内部には略円柱状の空間が形成される。この円柱状の空間内の外周側の部分にコイル４０が埋設される。埋設されたコイル４０の内周側に副コア部３２が設けられる。したがって、コイル４０は、副コア部３２を覆うように配置される。
【００２６】
主コア部３１および副コア部３２は、磁性体を含んで構成される。本実施形態においては、主コア部３１はダストコアである。ダストコアは、磁性体粉末を絶縁性樹脂中に分散させたコアであり、絶縁性樹脂（例えばエポキシ樹脂）の量と磁性体粉末の量とを調製することによって透磁率を調整することができる。その他、磁性体粉末間の距離（分散具合）、組成、磁性体粉末形状等を調整することによっても、透磁率を調整することができる。本実施形態において、ダストコア中の磁性体粉末は純鉄粉である。一方、副コア部３２は本実施形態では純鉄で構成される。主コア部３１中の磁性体と副コア部３２を構成する磁性体は同じ純鉄であるが、主コア部３１には非磁性の絶縁性樹脂が含まれているため、主コア部３１の透磁率μ１は副コア部３２の透磁率μ２よりも小さい。なお、ダストコアである主コア部３１の磁性材料と副コア部３２の磁性材料は異なっていてもよい。この場合は、主コア部３１の透磁率μ１が副コア部３２の透磁率μ２よりも小さくなるように、主コア部３１を構成するダストコア中の磁性体粉末の量と絶縁性樹脂の量が調整される。
【００２７】
図９は、主コア部３１と副コア部３２の磁気特性を示すグラフであり、横軸が磁場強度Ｈ（Ａ／ｍ）を表し、縦軸が磁束密度Ｂ（Ｔ）を表す。図９において曲線Ｉが主コア部３１の磁気特性を示し、曲線Ｊが副コア部３２の磁気特性を表す。図９に示すように、主コア部３１の飽和磁束密度と副コア部３２の飽和磁束密度は等しい。また、主コア部３１がダストコアであり副コア部３２がダストコアでない純鉄で構成されているため、副コア部３２の透磁率μ２は主コア部３１の透磁率μ１よりも大きい（μ２＞μ１）。そのため磁気飽和していない状態における曲線Ｉの傾きが、磁気飽和していない状態における曲線Ｊの傾きよりも緩やかである。また、副コア部３２の磁気飽和開始磁場強度Ｈ２は主コア部３１の磁気飽和開始磁場強度Ｈ１よりも小さい（Ｈ２＜Ｈ１）。このように、主コア部３１（曲線Ｉ）は、透磁率は低いが磁気飽和し難いようにダストコアとして構成され、副コア部３２（曲線Ｊ）は、透磁率は高いが磁気飽和し易いよう純鉄のみで構成される。磁場強度が副コア部３２の磁気飽和開始磁場強度Ｈ２であるときにコイル４０に流れている直流バイアス電流が、副コア部３２の磁気飽和開始電流（Ｉ２）であり、磁場強度が主コア部３１の磁気飽和開始磁場強度Ｈ１であるときにコイル４０に流れている直流バイアス電流が、主コア部３１の磁気飽和開始電流（Ｉ１）である。副コア部３２の磁気飽和開始電流Ｉ２は主コア部３１の磁気飽和開始電流Ｉ１よりも小さい（Ｉ２＜Ｉ１）。
【００２８】
上記構成のリアクトル２において、コイル４０への通電により発生した磁束は主コア部３１および副コア部３２を通り、図９の矢印に示すように流れる。このため主コア部３１および副コア部３２により閉磁路が形成される。また、主コア部３１が閉磁路の大部分を形成する。
【００２９】
本実施形態に係るリアクトル２においても、上記第１実施形態と同様に、副コア部３２が磁気飽和しない程度に小さい直流バイアス電流をコイル４０に流した場合（具体的には直流バイアス電流が副コア部３２の磁気飽和開始電流Ｉ２未満であるとき）には、透磁率の高い副コア部３２がコアとして機能するので、高いインダクタンス値を得ることができる。すなわち、直流バイアス電流が小さい場合（副コア部３２が磁気飽和していない場合）におけるインダクタンスを高めることができる。また、副コア部３２が磁気飽和する程度に大きい直流バイアス電流をコイル４０に流した場合には、副コア部３２が磁気飽和してギャップとして機能する。このためコア３０の全体が磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができる。これにより、直流バイアス電流が大きい場合にコア３０の磁気飽和が起こり難くされる。
【００３０】
以上のように、第１、第２実施形態に係るコア１０，３０は、コイル２０，４０への通電により生じる磁束の磁路を形成するコアであって、磁性体を含んで構成されるとともに、磁束が通過するように構成される主コア部１１，３１および副コア部１２，３２を備え、副コア部１２，３２の磁気飽和開始電流Ｈ２が主コア部１１，３１の磁気飽和開始電流Ｈ１よりも小さくされていることにより、副コア部１２，３２が磁気飽和しているときに副コア部１２，３２がギャップとして機能するように構成されている。
【００３１】
このように構成されたコア１０，３０によれば、副コア部１２，３２が磁気飽和しない程度の小さい直流バイアス電流をコイル２０，４０に流した場合、副コア部１２，３２が磁気抵抗にならずに磁路を形成するコアとして機能する。このためコア１０，３０内にギャップ等が存在しない状態が実現され、コア全体の透磁率を高めることができ、高いインダクタンス値を得ることができる。つまり、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスを高くすることができる。
【００３２】
また、副コア部１２，３２が磁気飽和する程度の大きな直流バイアス電流をコイル２０，４０に流した場合、副コア部１２，３２の透磁率は磁気飽和により著しく低下して、副コア部１２，３２がギャップとして機能する。そのため、コア全体が磁気飽和するに至るまでの直流バイアス電流を大きくすることができ、これにより直流バイアス電流が大きい場合にコア１０，３０の磁気飽和を起こり難くすることができる。
【００３３】
また、第１、第２実施形態においては、磁気飽和していない状態における副コア部１２，３２の透磁率μ２が、磁気飽和していない状態における主コア部１１，３１の透磁率μ１よりも高くされている。このため直流バイアス電流が小さい場合における（すなわち副コア部１２，３２が磁気飽和していない場合における）コア全体の透磁率をより高くすることができる。よって、直流バイアス電流が小さい場合におけるインダクタンスをより高くすることができる。
【００３４】
また、第２実施形態によれば、主コア部３１がダストコアであるので、ダストコアを構成する磁性体粉末の量と絶縁性樹脂の量を調整することで、主コア部３１の透磁率を副コア部３２の透磁率よりも低い範囲で所望の大きさに調整することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記第１実施形態において主コア部１１が純鉄であり副コア部１２がフェライトである例を、上記第２実施形態において主コア部１１が純鉄粉のダストコアであり副コア部１２が純鉄である例を、それぞれ示したが、副コア部の磁気飽和開始電流Ｉ２が主コア部の磁気飽和開始電流Ｉ１よりも小さくなるような主コア部と副コア部との組み合わせであれば、どのような組み合わせであってもよい。例えば主コア部をフェライトのダストコアで構成し、副コア部を純鉄により構成してもよい。また、積層鋼板、冷間圧延鋼板、３％Ｓｉ鉄等を用いて主コア部あるいは副コア部を構成することもできる。また、上記第１、第２実施形態では磁気部品としてリアクトルを例示したが、トランス等の他の磁気部品でもよい。このように本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて変形可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２…リアクトル（磁気部品）、１０，３０…コア、１１，３１…主コア部、１２，３２…副コア部、２０，４０…コイル、Ｂ…磁束密度、Ｂ１，Ｂ２…飽和磁束密度、Ｈ…磁場強度、Ｈ１…主コア部の磁気飽和開始磁場強度、Ｈ２…副コア部の磁気飽和開始磁場強度、Ｉ１…主コア部の磁気飽和開始電流、Ｉ２…副コア部の磁気飽和開始電流
【図１】
2015032607.tif 000003
【図２】
2015032607.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015032607.tif 000008
【図７】
2015032607.tif 000009
【図８】
2015032607.tif 000010
【図９】
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