(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁巻線コイルの巻線端と電気的に接続された端子が植設されたボビンと、該ボビンに組み込まれ、磁気空隙を有する軟磁性体から成る磁性コアと、該磁気空隙に組み込まれた永久磁石からなるインダクタにおいて、
前記磁性コアは、一対のＥ字状コアの両脚部同士及び中脚部同士をそれぞれ突き合わせてなるものであって中脚部の長さを両脚部の長さより短くして対の中脚部の間に磁気空隙が形成されてなり、
前記ボビンのコイル巻回部に、前記永久磁石が前記磁気空隙を臨めるような位置に、永久磁石埋め込み用穴が形成され、該永久磁石が前記永久磁石埋め込み用穴に配置されていることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
前記永久磁石埋め込み用穴は、前記永久磁石が配置できる程度の窪みであることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
【請求項３】
前記永久磁石埋め込み用穴は、前記永久磁石が前記磁気空隙を臨めるように、該磁気空隙の周りに形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインダクタ。
【請求項４】
前記永久磁石埋め込み用穴に埋め込まれた永久磁石を覆うように絶縁性接着テープが貼られ、前記ボビンに前記永久磁石が固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のインダクタ。
【請求項５】
前記永久磁石埋め込み用穴に埋め込まれた永久磁石を覆うように絶縁性接着剤が塗布され、前記ボビンに前記永久磁石が固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のインダクタ。
【請求項６】
前記磁性コアは、ＥＥ横置き型又はＥＥ縦置き型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のインダクタ。
【請求項７】
前記磁性コアは、ＭｎＺｎ系またはＮｉＺｎ系フェライト、珪素鋼板、またはアモルファスから成る請求項１乃至６のいずれか一つに記載のインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性コアに巻回されたコイルを備えたインダクタに関し、特に、各種電子機器や電源に使用され、直流バイアスを用いてコアロスを低減するインダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化・軽量化が進められている。これに伴い、電子機器全体に占める電源部の相対的な容積比率は、増大する傾向にある。これは、各種の回路がＬＳＩ化される一方で、電源部の回路要素に必須のインダクタやトランスなどの磁気部品の小型化が困難なためであり、電源部の小型化・軽量化のために様々の方法が試みられてきた。
【０００３】
インダクタやトランスなどの磁気素子（以下、まとめてインダクタと称する）を小型化・軽量化するためには、磁性材料から成る磁性コアの容積を減少化することが効果的である。一般に、コアを小型化すると、磁性コアが磁気飽和し易くなるため、電源として扱える電流値が小さくなってしまうという問題がある。この問題を解決するための方策として、磁性コアの一部に磁気空隙（ギャップ）を設けることで磁性コアの磁気抵抗を増大させ、電流値の減少を防ぐ技術が知られている。ただし、この場合、これらの磁気部品の磁気インダクタンスが低下する。
【０００４】
この磁気インダクタンスの低下を防止する方法として、例えば特開平０１−１６９９０５号公報には、磁気バイアス発生用の永久磁石を用いた磁性コアの構造に関する技術が記載されている。この技術は、永久磁石を用いて磁性コアに直流の磁気バイアスを与え、結果として、磁気空隙（ギャップ）を透過しうる磁力線の本数を増加させる方法である。しかし、磁性コアに巻回されたコイルによる磁束が磁気空隙内の永久磁石を通過するため、渦電流損や異常電流発熱により永久磁石を減磁させてしまうという問題があった。また、磁気空隙に挿入される永久磁石の形状が小さいほど、外部要因による減磁の影響を大きく受けるという問題があった。
【０００５】
よって、配設される永久磁石の形状に制限が少なく、かつ、磁性コアに巻回されたコイルによる磁束によって永久磁石が減磁することのない、磁性コア容積の小さなインダクタが所望されている。このようなインダクタを実現するために、例えば特開平０８−３１６０４９号公報には、２個のコア片を磁気空隙（ギャップ）を介して対向させて閉鎖磁気回路を構成した磁性コアと、磁性コアの少くとも一方のコア片に巻回したコイルと、磁性コアに設けたバイアス用の永久磁石とを有するインダクタにおいて、磁性コア内で、永久磁石が作るバイアス磁束とコイルが作る磁束とが互いに対向して流れるように、永久磁石を磁性コアの外側面上のうち、ギャップ上に架橋的に配したインダクタが開示されている。
【０００６】
図３（ａ）〜（ｅ）に、この種の従来の技術を示す。尚、図３（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の底面図であり、（ｄ）は（ｂ）の平面図であり、（ｅ）は（ｂ）の側面図であり、（ｆ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【０００７】
図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、インダクタは、巻線を施した励磁巻線コイル１１２と、励磁巻線コイル１１２の巻線端と電気的に接続された端子１１５が植設されたボビン１１４と、励磁巻線コイル１１２を囲うようにボビン１１４に組み込まれ、磁気空隙（以下、磁気ギャップと呼ぶ。）１１６を有する軟磁性体から成る一対のＥ字状の磁性コア（ＥＥ型コア）１１１と、永久磁石１１３で構成されている。このインダクタでは、一対の磁性コア１１１の中脚部１１１ｂの長さを両脚部１１１ａの長さより短くして磁気ギャップ１１６を形成している。ボビン１１４に巻回された励磁巻線コイル１１２内には、磁性コア１１１の中脚部１１１ｂが挿通されている。
【０００８】
図３（ｅ），（ｆ）に示すように、永久磁石１１３は、磁性コア１１１の中脚部の磁気ギャップ１１６を臨むように、ボビンの巻回部１１４ａと磁性コア１１１の中脚部１１１ｂの間に取り付けられている。
【０００９】
ギャップ１１６上に架橋的に永久磁石１１３が取り付けられている磁性コア１１１は、永久磁石１１３が取り付けられていない磁性コアと比較して、より大きな電流値においても高い磁気インダクタンス値を維持できると共に、コイルが作る磁束が永久磁石１１３を含む磁路を通ることが殆ど無いので、渦電流損や異常電流発熱が起こり難く、したがって、永久磁石が減磁されることがない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平０８−３１６０４９号公報に開示されたインダクタは、図３（ｅ），（ｆ）からも明らかなように永久磁石１１３が磁性コア１１１の外側面上に配されるため、永久磁石の外形寸法の分だけ、サイズが大きくなってしまうという欠点がある。
【００１１】
それ故、本発明の課題は、大きな電流値においても高い磁気インダクタンス値を維持でき、渦電流損や異常電流発熱が起こり難くいので永久磁石が減磁されることがないことに加え、サイズが比較的小さく、本インダクタを使用して製造される電子機器の小型化や薄型化に寄与できるインダクタを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、励磁巻線コイルの巻線端と電気的に接続された端子が植設されたボビンと、該ボビンに組み込まれ、磁気空隙を有する軟磁性体から成る磁性コアと、該磁気空隙に組み込まれた永久磁石からなるインダクタにおいて、前記磁性コアは、一対のＥ字状コアの両脚部同士及び中脚部同士をそれぞれ突き合わせてなるものであって中脚部の長さを両脚部の長さより短くして対の中脚部の間に磁気空隙が形成されてなり、前記ボビンのコイル巻回部に、前記永久磁石が前記磁気空隙を臨めるような位置に、永久磁石埋め込み用穴が形成され、該永久磁石が前記永久磁石埋め込み用穴に配置されていることを特徴とするインダクタが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるインダクタについて、図１を参照して説明する。図１（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の底面図であり、（ｄ）は（ｂ）の平面図であり、（ｅ）は（ｂ）の側面図であり、（ｆ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１４】
本実施の形態によるインダクタは、バイアス用永久磁石を軟磁性体の中脚部に設置することを特徴とする。
【００１５】
図１に示すように、インダクタは、巻線を施した励磁巻線コイル２２と、励磁巻線コイル２２の巻線端と電気的に接続された端子２５が植設された絶縁性樹脂のボビン２４と、励磁巻線コイル２２を囲うように絶縁性樹脂ボビン２４に組み込まれ、磁気空隙（以下、磁気ギャップと呼ぶ。）２８を有する軟磁性体から成る一対のＥ字状の磁性コア（ＥＥ型コア）２１と、永久磁石２３で構成されている。このインダクタでは、一対の磁性コア２１の中脚部２１ｂの長さを両脚部２１ａの長さより短くして磁気ギャップ２８を形成している。絶縁性樹脂ボビン２４に巻回された励磁巻線コイル２２内には、磁性コア２１の中脚部２１ｂが挿通されている。
【００１６】
ボビン２４にはあらかじめ永久磁石埋込み用穴２７が１つ以上（図では４つ）形成され、その埋込み用穴２７に永久磁石２３を埋め込む（嵌め込む）。その後、絶縁テープ２６等で永久磁石２３を覆ってボビン２４に固定する。このように組み立てる事によりインダクタ及びトランスとして機能するものである。
【００１７】
図１（ｅ），（ｆ）に示すように、埋込み用穴２７は、その穴に永久磁石２３が埋め込まれた場合、永久磁石２３が磁気ギャップ２８を臨む（覆う）ことができる位置であって、ボビン２４の励磁巻線コイル巻回部２４ａに形成されている。
【００１８】
あらかじめ設けられた永久磁石埋込み用穴２７は、永久磁石２３が埋込まれガタツキが生じない程度の形状・寸法を有している。尚、本実施の形態では永久磁石埋込み用穴２７はボビンに開けられた貫通孔として例示しているが、窪み、切り欠きのようなものでもボビンに配置した後でも永久磁石ががたつかない程度の窪み、切り欠きであれば貫通孔でなくてもよい。
【００１９】
ここで用いたＥＥ横置き型磁性コア２１は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなり、透磁率４×１０−３Ｈ／ｍ、磁路長０．０２ｍ、実効断面積５×１０−６ｍ２という形状とし、永久磁石２３は、焼結したＢａ系フェライトマグネットで、保持力１００Ａ／ｍ以上、残留磁束密度０．４Ｔという特性を有する。
【００２０】
上記インダクタの構成によれば、永久磁石を、あらかじめ設けられた永久磁石埋込み用穴を有するボビンを使用することにより、従来に比して永久磁石の厚みの分だけ寸法を稼ぐことができ、従来よりも小型化が図れる。一方、例えば従来と同じ外形のインダクタでよいとすれば、ボビン巻胴部外形寸法を永久磁石の厚みの分大きくでき、製品の外形寸法を大きくすることなく、バイアスを印加する事ができ、インダクタやトランスとして、出力電流（パワー）を上げることが可能となる。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施の形態によるインダクタについて、図２を参照して説明する。図２（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の平面図であり、（ｄ）は（ｂ）の側面図であり、（ｅ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００２２】
本実施の形態によるインダクタは、バイアス用永久磁石を軟磁性体の中脚部に設置することを特徴とする点では第１の実施の形態と同じである。磁性コアがＥＥ横置き型である第１の実施の形態に対し、本実施の形態は磁性コアがＥＥ縦置き型形状によるものである点が異なるだけで、それ以外は機能、構造も全く同じである。
【００２３】
図２に示すように、インダクタは、巻線を施した励磁巻線コイル３２と、励磁巻線コイル３２の巻線端と電気的に接続された端子３５が植設された絶縁性樹脂のボビン３４と、励磁巻線コイル３２を囲うように絶縁性樹脂ボビン２４に組み込まれ、磁気空隙（以下、磁気ギャップと呼ぶ。）３８を有する軟磁性体から成る一対のＥ字状の磁性コア（ＥＥ型コア）３１と、永久磁石３３で構成されている。このインダクタでは、一対の磁性コア３１の中脚部３１ｂの長さを両脚部３１ａの長さより短くして磁気ギャップ３８を形成している。絶縁性樹脂ボビン３４に巻回された励磁巻線コイル３２内には、磁性コア３１の中脚部３１ｂが挿通されている。
【００２４】
ボビン３４にはあらかじめ永久磁石埋込み用穴３７が１つ以上（図では４つ）形成され、その埋込み用穴３７に永久磁石３３を埋め込む（嵌め込む）。その後、絶縁テープ３６等で永久磁石３３を覆ってボビン３４に固定する。このように組み立てる事によりインダクタ及びトランスとして機能するものである。
【００２５】
図２（ｅ）に示すように、埋込み用穴３７は、その穴に永久磁石３３が埋め込まれた場合、永久磁石３３が磁気ギャップ３８を臨む（覆う）ことができる位置であって、ボビン３４の励磁巻線コイル巻回部３４ａに形成されている。
【００２６】
あらかじめ設けられた永久磁石埋込み用穴３７は、永久磁石３３が埋込まれガタツキが生じない程度の形状・寸法を有している。尚、本実施の形態では永久磁石埋込み用穴２７はボビンに開けられた貫通孔として例示しているが、窪み、切り欠きのようなものでもボビンに配置した後でも永久磁石ががたつかない程度の窪み、切り欠きであれば貫通孔でなくてもよい。
【００２７】
ここで用いたＥＥ横置き型磁性コア３１は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなり、透磁率４×１０−３Ｈ／ｍ、磁路長０．０２ｍ、実効断面積５×１０−６ｍ２という形状とし、永久磁石３３は、焼結したＢａ系フェライトマグネットで、保持力１００Ａ／ｍ以上、残留磁束密度０．４Ｔという特性を有する。
【００２８】
上記第１及び第２の実施の形態における永久磁石２３，３３としては、検討の結果、固有保磁力が１０ＫＯｅ以上かつＴｃが５００℃以上の粉末平均粒径が２．５〜５０μｍの希土類磁石粉末の体積比が３０％以上の樹脂から成り、比抵抗が１Ωｃｍ以上のボンド磁石が好ましい。
【００２９】
さらに望ましくは、希土類合金の組成がＳｍ（Ｃｏｂａｌ．Ｆｅ０．１５−０．２５Ｃｕ０．０５−０．０６Ｚｒ０．０２−０．０３）７．０−８．５であり、ボンド磁石に用いる樹脂の種類が、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニルサルファイト樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ナイロン、および薬品ポリマーのいずれかであり、希土類磁石粉末には、シランカップリング材、チタンカップリング材が添加されているものである。
【００３０】
より高特性にするためには、ボンド磁石の作製時に磁場配向により異方性化されており、ボンド磁石の着磁磁場を２．５Ｔ以上で、なおかつ組み立て後に着磁することにより、優れた直流重畳特性が得られ、しかもコアロス特性の劣化が生じない磁心を形成できる事を発見した。これは、優れた直流重畳特性を得るのに必要な磁石特性は、エネルギー積よりも、むしろ、固有保磁力であり、従って、比抵抗の高い永久磁石を使用しても、固有保磁力が高ければ、充分に高い直流重畳特性が得られる事を見出したことによる。
【００３１】
比抵抗が高く、しかも固有保磁力が高い磁石は、一般的には、希土類磁石粉末をバインダーとともに混合して成形した希土類ボンド磁石で得られるが、保磁力の高い磁石粉末であれば、どのような組成のものでも可能である。希土類磁石粉末の種類は、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系とあるが、リフロー条件及び耐酸化性を考慮すると、Ｔｃが５００℃以上、保磁力が１０ＫＯｅ以上の磁石が必要であり、現状では、Ｓｍ２Ｃｏ１７系磁石に限定される。
【００３２】
チョークコイル用及びトランス用としての磁性コア２１，３１としては、軟磁気特性を有する材料であればなんでも有効であるが、一般的には、ＭｎＺｎ系またはＮｉＺｎ系フェライト、圧粉磁心、珪素鋼板、アモルファス等が用いられる。
【００３３】
また、磁性コア２１，３１の形状についても特に制限があるわけではなく、トロイダルコア、ＥＥコア、ＥＩコア等あらゆる形状の磁心に本発明の適用が可能である。
【００３４】
これらコアの磁路の少なくとも１箇所以上に磁気ギャップを設け、この磁気ギャップを臨むように、しかも、ボビンの巻回部に空きスペース、即ち永久磁石埋め込み用穴を形成し、その穴に永久磁石を埋設する。
【００３５】
ギャップ長に特に制限はないが、ギャップ長が狭すぎると直流重畳特性が劣化し、また、ギャップ長が広すぎると透磁率が低下しすぎるので、おのずから挿入するギャップ長は決まってくる。
【００３６】
永久磁石２３，３３に対する要求特性は、固有保磁力については、１０ＫＯｅ以下では磁心に印可される直流磁界によって保磁力が消失するので、それ以上の保磁力が必要であり、また、比抵抗は、大きいほど良いが１Ω・ｃｍ以上であればコアロス劣化の大きな要因にはならない。また、粉末の平均最大粒径が５０μｍ以上になるとコアロス特性が劣化するので、粉末の最大粒径は、５０μｍ以下である事が望ましく、最小粒径が２．５μｍ以下になると粉末熱処理及びリフロー時に粉末の酸化による磁化の減少が顕著になるため、２．５μｍ以上の粒径が必要である。
【００３７】
以下の表１に、磁性コア２１，３１に適用できる各種軟磁性材料の特性を示す。また、以下の表２に、永久磁石２３，３３に適用できる各種硬磁性材料の特性を示す。
【００３８】
【表１】
0004623818.tif 000002
【００３９】
【表２】
0004623818.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
本発明によるインダクタ部品では、軟磁性体の中脚空隙部にバイアス用として接着等により取付けする永久磁石を、あらかじめ設けられた該永久磁石埋込み用穴を有するボビンを使用することにより、ボビン巻胴部外形寸法を大きくし、製品自体を大きくすることなく、バイアスを印加する事ができ、インダクタやトランスとして、出力電流（パワー）を上げることが可能となる。
【００４１】
すなわち、従来の永久磁石を持たないインダクタと全く同じスペースでよいにもかかわらず、大きな電流値においても高い磁気インダクタンス値を維持でき、渦電流損や異常電流発熱が起こり難くいので永久磁石が減磁されることがない。
【００４２】
又、従来のインダクタに比べて、磁気的、電気的特性に優れている。実装空間の大型化を伴わないので、小型化、薄型化、軽量化が所望されている電子機器に使用するのに好適である。即ち、従来の、軟磁性体の中脚空隙部に永久磁石を設置する場合は、磁石の大きさ分だけボビン巻胴部を大きくしなければならず、小型・薄型化の阻害となるだけでなく、無駄な空間を増やしてしまうという課題を解決できる。
【００４３】
また、ボビンの永久磁石埋込み用穴の形状を永久磁石と類似形状にする事により磁石のガタツキがなくなり、安定に固定することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の底面図であり、（ｄ）は（ｂ）の平面図であり、（ｅ）は（ｂ）の側面図であり、（ｆ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図２】（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の平面図であり、（ｄ）は（ｂ）の側面図であり、（ｅ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図３】（ａ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着する前の状態を示した斜視図であり、（ｂ）は励磁巻線コイルと磁性コアを装着した後の状態を示した斜視図である。（ｃ）は（ｂ）の底面図であり、（ｄ）は（ｂ）の平面図であり、（ｅ）は（ｂ）の側面図であり、（ｆ）は（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【符号の説明】
２１，３１，１１１    磁性コア
２２，３２，１１２    励磁巻線コイル
２３，３３，１１３    永久磁石
２４，３４，１１４    ボビン
２５，３５，１１５    端子
２６，３６    絶縁テープ
２７，３７    永久磁石埋込み用穴
【図１】
0004623818.tif 000004
【図２】
0004623818.tif 000005
【図３】
0004623818.tif 000006