(57)【要約】  【課題】  既存のコア材を用いても、直流重畳飽和電流特性を劣化させることなく、コイルのターン数を下げて直流抵抗を低減できるインダクタを提供する。  【解決手段】  Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアからなる上側のＥ型コア１と、１００Ｏｅでの透磁率が２４以上であるメタルダストコアからなる下側のＩ型コア２とを組み合わせて、閉磁路型のインダクタを構成する。Ｅ型コア１及びＩ型コア２を組み合わせた場合の無負荷時のＡＬ値は１６０ｎＨ／Ｎ2 以上である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｅ型コアとＩ型コアとによって磁路が構成されるインダクタにおいて、前記Ｅ型コアはＭｎ−Ｚｎフェライトコアであり、前記Ｉ型コアは１００Ｏｅでの透磁率が２４以上であるメタルダストコアであり、前記Ｅ型コア及びＩ型コアを組み合わせた場合の無負荷時のＡＬ値が１６０ｎＨ／Ｎ2 （Ｎ：ターン数）以上であることを特徴とするインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電子機器に使用されるインダクタに関し、特に、上側のＥ型コアと下側のＩ型コアとによって磁路が構成されるインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器のＤＣ／ＤＣコンバータ等に用いられるインダクタには、低背化が強く要求されている。また、高密度での実装化が進んで他の部品または回路が近接するような場合には、インダクタからの漏洩磁束が他に与える影響を無視できず、漏洩磁束の低減も重要な課題となっている。漏洩磁束を低減するために、インダクタの磁束の経路である磁路内の空隙（ギャップ）を小さくして、漏洩磁束を低減するインダクタが良く知られている。そして、特にノート型パーソナルコンピュータのＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）用インダクタでは、低背化を図るために、上下に分割される上側のＥ型コアと下側のＩ型コアとによって閉磁路コアが構成されることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、従来のインダクタの構成を示す断面図である。このインダクタのコアは、Ｅ形状をなす上側のＥ型コア１１と、Ｉ形状をなす下側のＩ型コア１２とを組み合わせて構成されている。Ｅ型コア１１は、円柱状の中央脚１１ａ及びその両側の角柱状の外側脚１１ｂ，１１ｂの一方の端部を、板状の接続部１１ｃに一体接続させた構成をなしている。中央脚１１ａと外側脚１１ｂ，１１ｂとの間で、中央脚１１ａの周囲にコイル１３が巻回されている。所定長の空隙部（エアギャップ）２０をあけてＥ型コア１１の中央脚１１ａ及び外側脚１１ｂ，１１ｂに対向する態様で、板状をなすＩ型コア１２が設けられている。
【特許文献１】特開平１１−２３３３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなインダクタのＥ型コア，Ｉ型コアとして、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアまたはメタルダストコアが使用されている。Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアを使用したインダクタにあっては、飽和磁束密度が低くて透磁率が大きいので、大電流に対応できるようにエアギャップ（図６の空隙部２０）を設け、磁気抵抗を上げるようにしている。一方、メタルダストコアを使用したインダクタにあっては、飽和磁束密度が高くて透磁率が小さいので、エアギャップを設けなくても磁気抵抗が大きいために大電流に対応できる。
【０００５】
ところで、昨今のＭＰＵのクロック周波数の高速化に伴って、ＭＰＵで利用されるインダクタに流れる電流は増加し、コイルの損失（銅損）による温度上昇が問題となってきており、インダクタに対して直流抵抗の低減が要求されている。この要求に応えるためには、透磁率が更に大きい材料を用いてＡＬ値（１ターンあたりのインダクタンス値）を大きくしコイルのターン数を下げるか、飽和磁束密度が更に高い材料を用いてコアボリュームを小さくしてコイルスペースを更に大きくすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアを使用する場合、エアギャップを設けているため、透磁率を大きくしてもＡＬ値はほとんど増加せず、飽和磁束密度が更に高い材料を用いてコアボリュームを小さくするしかない。一方、メタルダストコアを使用する場合、飽和磁束密度は十分に高いため、透磁率が更に大きい材料が必要となる。よって、何れの場合でも、新しい材料の開発が必要であるという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、透磁率が大きいＭｎ−Ｚｎフェライトコアと飽和磁束密度が高いメタルダストコアとを組み合わせることにより、既存のコア材を用いても、直流重畳飽和電流特性を劣化させることなく、コイルのターン数を下げて直流抵抗を低減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】
【０００８】
本発明に係るインダクタは、Ｅ型コアとＩ型コアとによって磁路が構成されるインダクタにおいて、前記Ｅ型コアはＭｎ−Ｚｎフェライトコアであり、前記Ｉ型コアは１００Ｏｅでの透磁率が２４以上であるメタルダストコアであり、前記Ｅ型コア及びＩ型コアを組み合わせた場合の無負荷時のＡＬ値が１６０ｎＨ／Ｎ2 （Ｎ：ターン数）以上であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のインダクタにあっては、Ｍｎ−ＺｎフェライトコアからなるＥ型コアと、１００Ｏｅでの透磁率が２４以上であるメタルダストコアからなるＩ型コアとにて構成し、Ｅ型コア及びＩ型コアを組み合わせた場合の無負荷時のＡＬ値を１６０ｎＨ／Ｎ2 以上としている。Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアとメタルダストコアとを組み合わせているため、飽和磁束密度が高いメタルダストコアをＭｎ−Ｚｎフェライトコアより薄型にできる。この結果、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコア同士の組合せに比べて、コイルスペースを大きくすることができ、直流抵抗は低減する。また、直流重畳飽和電流特性については、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコア同士の組合せと同等の特性が得られる。メタルダストコア同士の組合せでは、透磁率を更に大きくしなければＡＬ値を上げることはできないが、本発明のインダクタではＭｎ−Ｚｎフェライトコアとメタルダストコアとを組み合わせているため、メタルダストコアの透磁率が小さくてもＡＬ値を上げることが可能となる。この結果、コイルのターン数を下げて直流抵抗を低減できる。また、透磁率が小さいメタルダストコアにてインダクタの磁気抵抗を上げているため、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコア同士の組合せのように大きなエアギャップを設ける必要がなく、外部への漏洩磁束は小さく、漏洩磁束がコイルに鎖交することによって生じる渦電流損も小さい。また、ＡＬ値を１６０ｎＨ／Ｎ2 以上とすることにより、コイルのターン数を１．７５としても０．５μＨ以上のインダクタンスが得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のインダクタでは、Ｅ型コアとしてＭｎ−Ｚｎフェライトコアを使用し、Ｉ型コアとして１００Ｏｅでの透磁率が２４以上であるメタルダストコアを使用し、Ｅ型コア及びＩ型コアを組み合わせた場合の無負荷時のＡＬ値が１６０ｎＨ／Ｎ2 以上となるようにしたので、コイルのターン数を下げても所望のインダクタンス（０．５μＨ以上）が得られるため、直流抵抗を低減することができる。また、Ｉ型コアは、高い飽和磁束密度を持つメタルダストコアであり、薄型にすることができるため、コイルスペースを大きくし、さらに直流抵抗を低減することができる。コイルのターン数を下げて直流抵抗を低減することができる。更に、十分な直流重畳飽和電流特性を得るために大きなエアギャップを設ける必要がなくなるので、漏洩磁束、渦電流損及びノイズの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図１〜図３は、本発明に係るインダクタの構成を示しており、図１はそのインダクタの構成を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）はインダクタのＥ型コア１の平面図，断面図、図３（ａ），（ｂ）はインダクタのＩ型コア２の平面図，断面図である。
【００１２】
このインダクタのコアは、その断面がＥ形状をなす上側のＥ型コア１と、Ｉ形状をなす下側のＩ型コア２とを組み合わせて構成されている。Ｅ型コア１は、円柱状の中央脚１ａ（直径：５．８ｍｍ，長さ：３．２５ｍｍ）及びその両側の角柱状の外側脚１ｂ，１ｂ（幅：１．０ｍｍ，長さ：３．２５ｍｍ）の一方の端部を、正方板状の接続部１ｃ（一辺：１２．５ｍｍ，厚さ：１．４５ｍｍ）に一体接続させた構成をなしている。このＥ型コア１は、飽和磁束密度が低く透磁率が大きいＭｎ−Ｚｎフェライトコア（初透磁率：２０００）で構成されている。正方板状をなすＩ型コア２（一辺：１２．５ｍｍ，厚さ：１．０ｍｍ）は、１００Ｏｅでの透磁率が２４以上である、飽和磁束密度が高く透磁率が小さいメタルダストコアで構成されている。
【００１３】
中央脚１ａと外側脚１ｂ，１ｂとの間で、中央脚１ａの周囲にコイル３が巻回されている。Ｉ型コア２に、外側脚１ｂ，１ｂの他方の端部を付き合わせて閉磁路を構成している。中央脚１ａの長さと外側脚１ｂ，１ｂの長さとは等しく、中央脚１ａもＩ型コア２に接触しており、従来例に見られるような大きな空隙部（エアギャップ）２０（図６参照）は存在しない。
【００１４】
本発明のインダクタでは、Ｉ型コア２に使用するメタルダストコアの透磁率が小さいので、従来例のようなエアギャップを大きく設けて磁気抵抗を上げる必要がない。この結果、Ｅ型コア１とＩ型コア２との境界部から漏れる漏洩磁束は少なく、その漏洩磁束がコイルに鎖交することによって生じる渦電流損も少ない。
【００１５】
現在のノート型パーソナルコンピュータのＭＰＵ給電ＤＣ／ＤＣコンバータ用のインダクタに要求される特性は、インダクタンスが０．５〜０．７μＨ、飽和電流は１００℃で３０Ａ程度である。このような特性を満足するように、上述の本発明のインダクタにおいて、コイル３のターン数は１．７５であり、Ｅ型コア１及びＩ型コア２を組み合わせた場合のＡＬ値は２３０ｎＨ／Ｎ2 （Ｎ：コイル３のターン数）である。また、インダクタンスは０．７μＨであり、直流抵抗は０．６ｍΩである。
【００１６】
次に、本発明のインダクタの特性と、前述した従来例及び比較例の特性との比較について説明する。図４に本発明例、従来例１〜３及び比較例１〜３における特性（Ｅ型コア及びＩ型コアの材質、コイルのターン数、Ｅ型コアの中央脚の直径、Ｅ型コアの接続部及びＩ型コアの厚さ、エアギャップの長さ、Ｍｎ−Ｚｎ及びメタルダストの初透磁率、ＡＬ値、直流抵抗）を示している。なお、これらの例は何れも、０．７μＨのインダクタンスを実現するための特性を表している。
【００１７】
図４における本発明例のインダクタは、図１に示すような上述したインダクタである。
また、図４における従来例１，２のインダクタは、図６に示すように、Ｅ型コア及びＩ型コアを何れもＭｎ−Ｚｎフェライトコアにて構成し、エアギャップを設けている例であり、従来例２では、従来例１に比べて、中央脚の直径を長くすることによってコアボリュームを大きくしＡＬ値を上げてコイルのターン数を少なくできるようにしている。
【００１８】
また、図４における従来例３のインダクタは、Ｅ型コア及びＩ型コアを何れもメタルダストコアにて構成し、エアギャップを設けていない例である。図４における比較例１のインダクタは、従来例３と同様にＥ型コア及びＩ型コアを何れもメタルダストコアにて構成しているが、初透磁率が１３０である現存しないメタルダストコアを使用した例である。
【００１９】
また、図４における比較例２，３のインダクタは、本発明とは逆に、Ｅ型コアをメタルダストコアにて構成してＩ型コアをＭｎ−Ｚｎフェライトコアにて構成した例である。比較例２，３のインダクタでは使用するメタルダストコアの初透磁率が異なっており、比較例２では本発明例より大きい初透磁率のメタルダストコアを使用し、比較例３では本発明例に等しい初透磁率のメタルダストコアを使用している。
【００２０】
Ｍｎ−Ｚｎフェライトコア同士を組み合わせたインダクタでは（従来例１，２）、エアギャップの設置が必須であり、コアボリュームを大きくしＡＬ値を上げてコイルのターン数を１．７５にした場合でも（従来例２）、直流抵抗は０．９ｍΩ程度しか得られない。
これに対して、Ｍｎ−ＺｎフェライトコアからなるＥ型コアとメタルダストコアからなるＩ型コアとを組み合わせてコイルのターン数を１．７５とした本発明例の場合には、飽和磁束密度が低いＭｎ−Ｚｎフェライトコアが先に磁気飽和するためＭｎ−Ｚｎフェライトコア同士の組合せと同じ飽和電流を得るためには同じコアボリュームが必要であるので、中央脚の直径をＭｎ−Ｚｎフェライトコア同士の組合せ（従来例２）と同じ寸法にしなければならないが、飽和磁束密度が高いメタルダストコアを使用したＩ型コアを薄くできるため、コイルスペースを大きくできて直流抵抗を０．６ｍΩまで低減することが可能となる。
【００２１】
メタルダストコア同士を組み合わせたインダクタでは（従来例３，比較例１）、初透磁率が１３０以上のメタルダストコアを使用した場合には（比較例１）、コイルのターン数を２．７５から１．７５に下げて直流抵抗を０．６ｍΩまで低くすることが理論的には可能であるが、このような高い初透磁率を有するメタルダストコアは現在まだ存在していない。初透磁率が４９のメタルダストコアを使用した場合には（従来例３）、コイルのターン数が１．７５ではインダクタンスが低くなってしまうため、２．７５ターンとしなければならず、直流抵抗が１．４ｍΩと大きくなってしまう。
【００２２】
メタルダストコアからなるＥ型コアとＭｎ−ＺｎフェライトコアからなるＩ型コアとを組み合わせたインダクタでは（比較例２，３）、良好な直流抵抗を得るためには初透磁率が９８以上のメタルダストコアを使用しなければならないという問題があり（比較例２）、低い初透磁率のメタルダストコアを使用するためには、コアボリュームを大きくする必要があって直流抵抗が大きくなってしまうという問題がある（比較例３）。
【００２３】
よって、以上のことから、使用するＭｎ−Ｚｎフェライトコア，メタルダストコアの初透磁率を同じにして各例を比較した場合、Ｍｎ−ＺｎフェライトコアからなるＥ型コアとメタルダストコアからなるＩ型コアとを組み合わせた本発明例のインダクタが、最も直流抵抗を低減できていることがわかる。
【００２４】
ところで、メタルダストコアの１００Ｏｅ程度での透磁率が大きければ大きいほど３０Ａでのインダクタンス低下率は小さくなるが、現存するメタルダストコアの透磁率特性から、本発明のインダクタでは、１００Ｏｅでの透磁率を２４以上としている。
【００２５】
また、メタルダストコアの初透磁率を大きくし、エアギャップを少し空けて磁気抵抗を上げた場合のほうが、インダクタンス変化の小さい直流重畳特性が得られる。
【００２６】
次に、本発明のインダクタにおける直流重畳飽和電流特性について説明する。図５は、１００℃での飽和磁束密度が４００ｍＴ、初透磁率が２０００のＭｎ−ＺｎフェライトコアからなるＥ型コアと初透磁率が５０のメタルダストコアからなるＩ型コアとを組み合わせた本発明のインダクタ（インダクタンス：０．７μＨ）に直流電流を印加した場合のインダクタンス変化を示すグラフである。また、図５のグラフには、従来例１，２，３のインダクタにおける直流重畳飽和電流特性も併せて図示している。なお、この従来例３は、初透磁率が９０程度のメタルダストコアを使用したインダクタである。
【００２７】
本発明例のインダクタでは、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコア同士を組み合わせて１．７５ターンとした従来例２のインダクタと同様の特性が得られており、印加する直流電流が３０Ａになるまでインダクタンスが顕著に低下することがなく、良好な直流重畳飽和電流特性が得られている。なお、本発明のインダクタにあって、より飽和磁束密度が高いＭｎ−Ｚｎフェライトコアを用いるようにした場合には、更なる大電流までインダクタンスが低下しない特性が得られることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るインダクタの構成を示す断面図である。
【図２】本発明のインダクタのＥ型コアの平面図，断面図である。
【図３】本発明のインダクタのＩ型コアの平面図，断面図である。
【図４】本発明例，従来例及び比較例の各インダクタにおける特性を示す図表である。
【図５】本発明例及び従来例の各インダクタにおける直流重畳飽和電流特性を示すグラフである。
【図６】従来のインダクタの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  Ｅ型コア
１ａ  中央脚
１ｂ  外側脚
１ｃ  接続部
２  Ｉ型コア
３  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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