(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気よりも大きい透磁率を有するインダクタ・コアと、１つ又は複数のループ状に巻かれた少なくとも１つの導体を含むインダクタ巻線とを備えるインダクタであって、
前記インダクタ・コアは少なくとも部分的に第１の軸線に沿って延在し、
前記インダクタ巻線は、前記インダクタ巻線が前記インダクタ・コアの前記第１の軸線に対して垂直な方向に延在する多数の分離した位置又は第１の領域を有するように完全に前記インダクタ・コアの前記第１の軸線の周りに延在し、
前記インダクタ巻線は、前記分離した位置又は第１の領域の間に、前記インダクタ巻線が少なくとも部分的に前記第１の軸線に沿って延在する第２の領域を有し、
前記インダクタ・コアが、１つ又は複数の前記第２の領域のうちの少なくとも一領域に沿って前記インダクタ巻線を囲んでいる、インダクタ。
【請求項２】
前記インダクタ巻線が、それぞれの第２の領域の少なくとも１つの分離した位置または領域で、前記インダクタ・コアの前記第１の軸線に対して平行な方向に延在する、請求項１に記載されたインダクタ。
【請求項３】
前記インダクタ・コアが、前記インダクタ巻線を完全に包んでいる、請求項１または請求項２に記載されたインダクタ。
【請求項４】
前記インダクタ・コアが第１のインダクタ・コア部分及び第２のインダクタ・コア部分を備え、それぞれのインダクタ・コア部分が、前記第１の軸線に対して略平行に配置された第１の数の当接面と、前記第１の軸線に対して横向きに配置された第２の数の当接面とを有し、前記第１のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面を、前記第２のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面上で、前記第１のインダクタ・コア部分の前記第２の数の当接面が前記第２のインダクタ・コア部分の前記当接面に接するまで、前記第１の軸線に沿って滑らせることによって前記インダクタ・コア部分が組み立てられ得るように、前記第１のインダクタ・コア部分及び前記第２のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面は相補的な形状を有しており、この相互の位置で、前記２つのインダクタ・コア部分は、前記インダクタ巻線の少なくとも前記第２の領域を取り囲むチャネルを形成するようになっている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたインダクタ。
【請求項５】
空気よりも大きな透磁率を有し、インダクタ巻線を収容することに適したエンドレス・チャネルを備えるインダクタ・コアであって、
前記インダクタ・コアは第１の軸線に沿って延在し、
前記エンドレス・チャネルは、前記エンドレス・チャネルが前記インダクタ・コアの前記第１の軸線に対して垂直な方向に延在する多数の分離した位置または第１の領域を有するように前記インダクタ・コアの前記第１の軸線の周りに完全に延在し、
前記エンドレス・チャネルは、前記分離した位置または第１の領域の間に、前記エンドレス・チャネルが少なくとも部分的に前記第１の軸線に沿って延在する第２の領域を有し、
前記インダクタ・コアが、１つ又は複数の前記第２の少なくとも一領域に沿って前記エンドレス・チャネルを囲んでいる、インダクタ・コア。
【請求項６】
前記エンドレス・チャネルが、少なくとも１つの位置または領域で、前記インダクタ・コアの前記第１の軸線に対して平行な方向に延在する、請求項５に記載されたインダクタ・コア。
【請求項７】
前記エンドレス・チャネルを完全に囲んでいる、請求項５または請求項６に記載されたインダクタ・コア。
【請求項８】
前記インダクタ・コアは、それぞれが前記第１の軸線に対して略平行に配置された第１の数の当接面と前記第１の軸線に対して横向きに配置された第２の数の当接面とを有する第１及び第２のインダクタ・コア部分を備え、
前記第１のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面を、前記第２のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面上で、前記第１のインダクタ・コア部分の前記第２の数の当接面が前記第２のインダクタ・コア部分の前記第２の当接面に接するまで、前記第１の軸線に沿って滑らせることによって前記インダクタ・コア部分が組み立てられ、この位置で前記２つのインダクタ・コア部分が前記エンドレス・チャネルを形成するように、前記第１及び前記第２のインダクタ・コア部分の前記第１の数の当接面が相補的な形状を有する、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載されたインダクタ・コア。
【請求項９】
前記２つのインダクタ・コア部分が同一の形状及び寸法を有する、請求項８に記載されたインダクタ・コア。
【請求項１０】
前記インダクタ・コア部分が、軟磁性粉末材料により作製されている、請求項８または請求項９に記載されたインダクタ・コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタ及びインダクタ・コアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インダクタは、たとえば信号処理システム、ノイズ・フィルタリング・システム、発電システム、送電システムなどの幅広い用途で使用される。より小型で、より効率的なインダクタを提供するために、インダクタの電気伝導性の巻線は、細長い磁気伝導性のコアすなわちインダクタ・コアの周りに配置できる。インダクタ・コアは空気よりも大きい透磁率を有する材料により作製されることが好ましく、このインダクタ・コアにより、インダクタのインダクタンスを増加させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３４８２６５号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】デビッド・ジャイルズ（Ｄａｖｉｄ Ｊｉｌｅｓ）、「磁性および磁性材料入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、第一版、１９９１年、第74頁、（ＩＳＢＮ ０ ４１２ ３８６３０ ５ (ＨＢ)）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インダクタ・コアは、多種多様な設計及び材料が利用できるが、それぞれ特有の長所及び短所を有する。しかしながら、様々な用途において、スペースをより小さくするというインダクタへの要求が絶えず増大しているため、小型で効率的な設計を有し、その結果幅広い用途で使用可能なインダクタ及びインダクタ・コアの必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点によれば、空気よりも大きい透磁率を有し、１つ又は複数のループ状に巻かれた少なくとも１つの導体を備えたインダクタ巻線を収容するのに適したエンドレス・チャネルを備えるインダクタ・コアの具体例が、本明細書に開示される。ここで、インダクタ・コアは第１の軸線に沿って延在し、エンドレス・チャネルはインダクタ・コアの第１の軸線の周りに完全に延在し、エンドレス・チャネル、すなわちインダクタ巻線は、インダクタ巻線がインダクタ・コアの第１の軸線に対して垂直な方向に延在する多数の分離した位置または第１の領域を有し、エンドレス・チャネル、すなわちインダクタ巻線は、この分離した位置または第１の領域の間に、インダクタ巻線が少なくとも部分的に第１の軸線に沿って延在する第２の領域を有する。
【０００７】
そのため、巻線の１つの導体ループの長さはインダクタ・コアの体積に比べて相対的に長くなっており、特定のインダクタンス特性をもたらすものの、たとえばポットコア設計のインダクタなどの従来技術のインダクタと比べると必要なスペースは小さくてすむようになっている。
【０００８】
後述において、より一層小型のインダクタ又はインダクタ・コアを設計する選択肢を与える多数の具体例が開示される。
【０００９】
インダクタ・コアのエンドレス・チャネル、そしてその結果インダクタ巻線は、少なくとも１つの位置または領域で、インダクタ・コアの第１の軸線に対して平行な方向に延在できる。
【００１０】
インダクタ・コアは、１つ又は複数の第２の領域の少なくとも一領域に沿ってエンドレス・チャネルを囲むことができる。
【００１１】
さらに、インダクタ・コアは、インダクタ巻線を完全に囲むことができる。
【００１２】
本発明の好ましい具体例においては、インダクタ・コアは、成形、鋳造、鍛造又は焼結によって製造が特に容易であり、このインダクタ・コアは第１及び第２のインダクタ・コア部分を備え、それぞれ、第１の軸線に対して略平行に配置された第１の数の当接面と、第１の軸線に対して横向きに配置された第２の数の当接面とを含み、第１のインダクタ・コア部分の第１の数の当接面を、第２のインダクタ・コア部分の第１の数の当接面上で、第１のインダクタ・コア部分の第２の数の当接面が第２のインダクタ・コア部分の第２の当接面に接するまで、第１の軸線に沿って滑らせることによってインダクタ・コア部分が組み立てられるように、第１及び第２のインダクタ・コア部分の第１の数の当接面が相補的な形状を有しており、この位置で、２つのインダクタ・コア部分は、エンドレス・チャネルの少なくとも第２の領域を取り囲むためのチャネルを形成する。
【００１３】
さらに好ましい具体例においては、２つのインダクタ・コア部分が同一の形状及びサイズであるようにインダクタ・コアが設計される。
【００１４】
本明細書に記載されたインダクタ・コアの具体例は、粉末冶金（Ｐ／Ｍ）法による製造によく適している。したがって、いくつかの具体例では、好ましい具体例のインダクタ・コア部分は軟磁性粉末材料により作製され、インダクタ・コアは成形された軟磁性粉末などの軟磁性材料により作製され、これによって、インダクタ・コアの構成部材の製造が単純化され、たとえばインダクタ・コアの径方向、軸線方向及び周方向の磁束通路の構成部材を可能にする効果的な３次元の磁束経路を軟磁性材料に設けることができる。ここにおいて、及び後述において、軟磁性という用語は、磁化できるが磁場が除去されると磁化されたままではいない傾向にある材料の材料特性を指すことが意図される。一般に、材料は、その保磁力が１ｋＡ／ｍ以下であれば軟磁性であるとされ得る（たとえば、デビッド・ジャイルズ（Ｄａｖｉｄ Ｊｉｌｅｓ）、「磁性および磁性材料入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、第一版、１９９１年、第74頁、（ＩＳＢＮ ０ ４１２ ３８６３０ ５ (ＨＢ)）参照）。
【００１５】
本明細書に用いられる「軟磁性複合材料」（ＳＭＣ）という用語は、３次元（３Ｄ）の磁気特性を有する圧縮／成形及び熱処理された金属粉末の構成部材を指すことが意図される。ＳＭＣの構成部材は、通常は、単一工程の成形により複雑な形状を有することのできる、均一な等方性の構成部材に成形される表面絶縁された鉄粉粒子から構成される。
【００１６】
軟磁性粉末は、たとえば、軟磁性鉄粉、Ｃｏ又はＮｉを含む粉末、又はこれらの一部を含む合金であることができる。軟磁性粉末は、実質的に純粋な水噴霧鉄粉または電気絶縁体で被覆された不規則な形状の粒子を含むスポンジ鉄粉であることができる。この文脈における「実質的に純粋な」という用語は、粉末に実質的に介在物が無く、且つ、Ｏ、Ｃ及びＮなどの不純物の量が最小限でなければならないことを意味する。重量平均粒径は、一般に、３００μｍ未満且つ１０μｍ超にできる。
【００１７】
しかしながら、軟磁性特性が十分であり、且つ粉末が金型成形に適する限り、任意の軟磁性金属粉末又は金属合金粉末が使用できる。
【００１８】
粉末粒子の電気絶縁は無機材料により形成できる。米国特許第６３４８２６５号（参照により本明細書に援用する）に開示された種類の絶縁体が特に適切である。この文献は、本質的に純粋な鉄からなる基本粉末粒子に絶縁性の酸素及びリン含有の障壁を有するものに関する。絶縁された粒子を含む粉末は、ヘガネス・エービー、スウェーデン（Ｈｏｇａｎａｓ  ＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎ）からＳｏｍａｌｏｙ（登録商標）５００、Ｓｏｍａｌｏｙ（登録商標）５５０又はＳｏｍａｌｏｙ（登録商標）７００として入手可能である。
【００１９】
本明細書に開示されるさまざまな観点の具体例、並びに本発明の概念の他の目的、構成及び効果は、添付の図面を参照して、本明細書において開示される観点の具体例の後述の例示的且つ非限定的な記述においてより詳細に述べられる。特に指定のない限り、同様の符号は同様の部材を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】インダクタの具体例で使用すべきインダクタ巻線の斜視図。
【図２】本発明の具体例によるインダクタ・コアの一つの部分の斜視図。
【図３】図２のインダクタ・コア部分に配置された図１のインダクタ巻線を示す斜視図。
【図４】本発明の具体例によるインダクタの完全な組立体の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、インダクタ１の具体例に使用されるインダクタ巻線２の斜視図である。これに関して、図面では、このインダクタ巻線２の外形のみが示されている。しかしながら、インダクタ巻線２が、図１に示された外形内に１つ又は複数のループ状に巻かれた１つ又は複数の電気導体を備えてよいことは明らかである。インダクタ巻線２は、導体以外に、たとえば導体巻線を支持するための他の部材を備えてもよく、この部材は一般にインダクタ巻線２の外形内に延在できることは明らかである。さらに、インダクタ巻線２は、一般に、たとえば外部の電気回路などに導体ループを接続するための少なくとも２つのタップを備えることができる。このタップは図示されていないが、タップはインダクタ巻線２から離れて延在し、図４に示されるような完全に組み立てられたインダクタ１の外側に延在できることは明らかである。
【００２２】
したがって、図１に示されたインダクタ巻線２の外形は、インダクタ・コア１がインダクタ巻線２を備えるために設けるべき最小限のスペースの例も示しており、この点で、インダクタ・コア１に配置されるべきエンドレス・チャネルの適切な形状の例を示している。
【００２３】
インダクタ巻線２及び／又はインダクタ・コア１に配置されるべきエンドレス・チャネルの外形は、この具体例では、インダクタ巻線２又はエンドレス・チャネルが第１の軸線Ａに対して垂直な方向に延在する４つの第１の領域３と、インダクタ巻線又はエンドレス・チャネルが少なくとも部分的に第１の軸線Ａに沿って延在する４つの第２の領域とを有する。しかし、たとえば、インダクタ巻線又はエンドレス・チャネルが第１及び／又は第２の種類の５つ以上の領域を含むなどの、本発明の範囲内で異なる具体例が提案できることは明らかであり、また、異なるインダクタンス特性のインダクタを得るために、たとえば長さの異なる第１及び第２の領域を含むインダクタを設計することも可能であることも明らかである。
【００２４】
これに関して、図２は第１のインダクタ・コア部分５を示している。図４に示されたインダクタは、２つのこのようなインダクタ・コア部分５及び１５を備えており、第１のインダクタ・コア部分５は図２に示された方向に向けられ、第２のインダクタ・コア部分１５は第１のインダクタ・コア部分５と同一であるが上下を逆にして、且つ第１の軸線Ａの周りで９０度回転させている。この位置で、図４に示されるように２つのインダクタ・コア部分が組み立てられる場合、第１のインダクタ・コア部分５と第２のインダクタ・コア部分１５のそれぞれから延びる突出部１１は、他方のインダクタ・コア部分のチャネル部１０内に部分的に延びる。
【００２５】
第１及び第２のインダクタ・コア部分は、それぞれ、方形のカップ状に形成された外側コア部材７を備え、また、この外側コア部材７の底部から第１の軸線Ａに沿って延在する内側コア部材６を有する。外側コア部材７及び内側コア部材６は、第１の軸線Ａに対して略平行に延在する多数の第１の当接面９を有し、図１に示されたインダクタ巻線２が、第１のインダクタ・コア部分５に配置されたチャネル部１０内に置かれること、及び、２つのインダクタ・コア部分５及び１５が組み立てられて、図４に示された完全なインダクタ・コア１を形成できることが可能になる。この位置で、第１のインダクタ・コア部分５の第２の当接面１２は、第２のインダクタ・コア部分１５の対応する第２の当接面に接触する。
【００２６】
これによって、２つのインダクタ・コア部分５及び１５は、たとえばインダクタ巻線２から外側コア部材を通って延びることのできるタップを除いてインダクタ・コア巻線２を完全に取り囲み、図４に示された完全な組立体１が、一種のポットコア・インダクタ１を形成する。インダクタ巻線２の導体ループは、インダクタ１の外寸に対して長いため、比較的大きいインダクタンスを有するインダクタ１が提供される。
【００２７】
インダクタ・コアの他の具体例として、２つ以上の異なる形状のインダクタ・コア構成部材を備えてよいことが理解されよう。たとえば、コア部の１つのみが内側コア部材の部分を備え、この部分が、組み立てられたインダクタ・コア１の他方のインダクタ・コア部分の底部に至るまで軸線方向に延在するような十分な長さであることができる。代替又は追加として、２つの構成要素の突出部が異なる形状及びサイズであることができる。
【００２８】
２つのインダクタ・コア部分５及び１５は、軸線方向に並べられてそれぞれの内側コア部材が相互に向かい合って組み立てられるように、且つ、突出部が他の構成要素の突出部によって形成された間隙に延びるように構成される。
【００２９】
内側コア部材は、２つのインダクタ・コア部分５と１５の間にそれぞれ延在する内側コア部材を形成するように、組み立てられたインダクタ・コア内でそれぞれの当接面１２と相互に接触できる。しかしながら、いくつかの具体例において、内側コア部材は、たとえばそれらの間の軸線方向に延在する間隙の形態、及び／又は透磁率のより小さい材料を備える一つ又は両方の内側コア部材の領域の一部の形態により、軸線方向の磁束障壁を形成できる。
【００３０】
インダクタ・コア部分は、それぞれ、成形された磁性粉末材料から作製できる。この材料は、軟磁性粉末であることができる。この材料は、フェライト粉末であることができる。この材料は、たとえば電気絶縁被覆された鉄粉を含む、表面絶縁された軟磁性粉末であることができる。この材料の抵抗率は、渦電流が実質的に抑制されるようにできる。具体的な実例として、材料は、たとえば、ヘガネス・エービー（Ｈｏｅｇａｎａｅｓ  ＡＢ）、Ｓ−２６３  ８３  ヘガネス、スウェーデン（Ｈｏｅｇａｎａｅｓ,Ｓｗｅｄｅｎ）のソマロイ（Ｓｏｍａｌｏｙ）製品群（たとえば、Ｓｏｍａｌｏｙ（登録商標）１１０ｉ、Ｓｏｍａｌｏｙ（登録商標）１３０ｉ又はＳｏｍａｌｙ（登録商標）７００ＨＲ）による軟磁性粉末であることができる。
【００３１】
軟磁性粉末は金型に充填されて成形することができる。次にこの材料は、たとえば（フェライト粉末などの粉末材料の場合には）焼結によって、又は、（軟磁性複合材料の場合には）粉末粒子間の絶縁層を破壊しないように比較的低温で熱処理できる。成形工程の間、圧力は、それぞれの部材の軸線方向に対応する方向に加えることができる。径方向及び周方向の構成部材の寸法は金型のキャビティ壁によって規定されるので、各構成部材は、軸線方向よりも径方向及び周方向に厳しい公差で一軸圧縮により製造できる。
【００３２】
別法として、インダクタ・コアの構成部材は、空気の透磁率よりも大きな十分に大きい透磁率を有する異なる材料から作製でき、及び／又は、単一体で形成されるのではなく複数の個別体から組み立てることができる。
【００３３】
いくつかの具体例について詳細に記述したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、後述の特許請求の範囲において定義される主題の範囲内の他の手法により具体化することもできる。とりわけ、他の具体例が利用できること、本発明の範囲から逸脱することなく構造上及び機能上の修正が加えられ得ることを理解されたい。たとえば、上記においては、第１の軸線に対して垂直な方形の横断面を示すインダクタ・コアが開示されている。しかしながら、本発明の概念はこの形状に限定されない。たとえば、インダクタ・コア及び／又はインダクタ巻線は、楕円形、三角形、方形又は多角形の横断面を示してよい。上記及び図面で開示されたインダクタ巻線が少なくとも部分的に第１の軸線に沿って延在する４つの領域のみを含んでいるとしても、より多くの領域を含むインダクタ巻線を提案することが本発明の範囲内で可能であることは明らかである。
【００３４】
いくつかの手段について具体的に述べる装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、１つ且つ同一構造の構成部材によって実施できる。特定の手段が相互に異なる従属クレームに記述され、又は異なる具体例で記述されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されないということを示すものではない。
【００３５】
本明細書において用いられる場合の「備える」、「含む」という用語は、記載される構成、完全体、ステップ又は構成要素の存在を具体的に述べるために用いられるが、１つ又は複数の他の構成、完全体、ステップ、構成要素又はこれらの群の存在又は追加を排除するものではないことが強調されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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