(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップを有する中芯を含み且つ閉磁路を形成する磁気コアと、互いに接続される又は接続された２つのコイル部と、前記ギャップに設けられた磁石部材と、前記中芯を包む絶縁体からなる隔離部材であって前記中芯と前記コイル部との間の距離を確保するための隔離部材とを備えるコイル部品であって、
前記中芯は、所定方向に延びており且つ前記２つのコイル部に挿入されており、
前記コイル部のそれぞれは、前記ギャップの前記所定方向における中心を覆わないように、前記所定方向において互いに離間して配置されており、
前記磁石部材は、前記所定方向に沿って着磁されており、
前記磁気コアは、それぞれ中心磁脚を有する２つのポットコアを組み合わせて構成されているものであり、
前記中芯は、２つの前記ポットコアの前記中心磁脚により構成されており、
前記ギャップは、前記中心磁脚間に設けられており、
前記隔離部材は、２つの前記ポットコアに夫々収容された２つの部材からなり、且つ、前記磁石部材の位置決めも行うものであり、
前記２つのコイル部は、前記隔離部材の２つの部材内にそれぞれ収容されることにより、２つの前記ポットコアから絶縁されている
コイル部品。
【請求項２】
請求項１記載のコイル部品であって、
前記コイル部のそれぞれは前記ギャップを覆わないように配置されている
コイル部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のコイル部品であって、
前記磁石部材は、耐熱プラスティックと磁石粉末の混和物を射出成型して得られるブロックからなる
コイル部品。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記コイル部は、並列接続される又は並列接続されている
コイル部品。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記磁気コアは、それぞれ中心磁脚を有する２つのＥ型コアを対向配置してなるものであり、
前記中芯は、２つの前記Ｅ型コアの前記中心磁脚により構成されており、
前記ギャップは、前記中心磁脚間に設けられている
コイル部品。
【請求項６】
請求項５記載のコイル部品であって、
２つの前記コイル部は、２つの前記Ｅ型コアの前記中心磁脚の周囲にそれぞれ配置されている
コイル部品。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記２つのコイル部の端部を整列保持する保持孔の設けられた保持部材を更に備えている
コイル部品。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記２つのコイル部と前記磁気コアとを収容する金属ケースを更に備えている
コイル部品。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記コイル部の夫々は、絶縁被覆された平角銅線をエッジワイズ巻きして構成されたものである
コイル部品。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記磁石部材は、前記ギャップ内において移動しないように前記隔離部材に保持されている
コイル部品。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のコイル部品を備える電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉磁路の一部を構成する中芯にギャップを有するコイル部品及びそれを用いた電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石等による磁気バイアス手段を閉磁路中に設けてなるコイル部品としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。
【０００３】
特許文献１のコイル部品においては、磁気コアの外周部にギャップが形成されており、そのギャップにリング状の磁石が設けられている。特許文献１のコイル部品のように磁気コアの外周部のギャップに磁石を組み込むこととすると、磁石の体積を大きくせざるを得ない。しかしながら、磁石の体積を大きくすると、コイル部品全体を安価に製造することが困難となることに加え、使用時においては磁石における発熱量が増加してしまうという恐れがある。
【０００４】
一方、特許文献２のコイル部品においては、磁気コアの中芯にギャップが設けられており、そのギャップを含む部位に磁石が配置されている。特許文献２のコイル部品の場合、特許文献１の場合と比較して、磁石のサイズを小さくすることができるため、特許文献１における問題点を解消しうるものと予測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５９０２７号公報
【特許文献２】特開平７-１７６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な要望として、コイル部品には更なる損失の低減が求められている。なお、この要望は、逆バイアス用の磁石の有無とは無関係である。
【０００７】
そこで、本発明は、更なる損失の低減を図ることのできる新たな構造を有するコイル部品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】
本願発明者は、ギャップからの漏れ磁束がコイルを通過することにより、コイル表面で渦電流損が生じてしまうことを見出し、ギャップからの漏れ磁束によるコイル上での渦電流損の発生を抑制すべく、コイルを２つ以上の部位（コイル部）に分割し、ギャップの少なくとも中心、好ましくはギャップ全体を覆わないようにそれらコイル部を配置することとした。具体的には、本発明の発明者は、以下に掲げる解決手段を提供する。
【０００９】
即ち、本発明は、第１のコイル部品として、
ギャップを有する中芯を含み且つ閉磁路を形成する磁気コアと、互いに接続される又は接続された２つのコイル部と、前記ギャップに設けられた磁石部材と、前記中芯を包む絶縁体からなる隔離部材であって前記中芯と前記コイル部との間の距離を確保するための隔離部材とを備えるコイル部品であって、
前記中芯は、所定方向に延びており且つ前記２つのコイル部に挿入されており、
前記コイル部のそれぞれは、前記ギャップの前記所定方向における中心を覆わないように、前記所定方向において互いに離間して配置されており、
前記磁石部材は、前記所定方向に沿って着磁されており、
前記磁気コアは、それぞれ中心磁脚を有する２つのポットコアを組み合わせて構成されているものであり、
前記中芯は、２つの前記ポットコアの前記中心磁脚により構成されており、
前記ギャップは、前記中心磁脚間に設けられており、
前記隔離部材は、２つの前記ポットコアに夫々収容された２つの部材からなり、且つ、前記磁石部材の位置決めも行うものであり、
前記２つのコイル部は、前記隔離部材の２つの部材内にそれぞれ収容されることにより、２つの前記ポットコアから絶縁されている
コイル部品を提供する。
【００１０】
また、本発明は、第２のコイル部品として、第１のコイル部品であって、
前記コイル部のそれぞれは前記ギャップを覆わないように配置されている
コイル部品を提供する。
【００１１】
また、本発明は、第３のコイル部品として、第１又は第２のコイル部品であって、
前記磁石部材は、耐熱プラスティックと磁石粉末の混和物を射出成型して得られるブロックからなる
コイル部品を提供する。
【００１２】
また、本発明は、第４のコイル部品として、第１乃至第３のいずれかのコイル部品であって、
前記コイル部は、並列接続される又は並列接続されている
コイル部品を提供する。
【００１３】
また、本発明は、第５のコイル部品として、第１乃至第４のいずれかのコイル部品であって、
前記磁気コアは、それぞれ中心磁脚を有する２つのＥ型コアを対向配置してなるものであり、
前記中芯は、２つの前記Ｅ型コアの前記中心磁脚により構成されており、
前記ギャップは、前記中心磁脚間に設けられている
コイル部品を提供する。
【００１４】
また、本発明は、第６のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
２つの前記コイル部は、２つの前記Ｅ型コアの前記中心磁脚の周囲にそれぞれ配置されている
コイル部品を提供する。
【００１５】
また、本発明は、第７のコイル部品として、第１乃至第６のいずれかのコイル部品であって、
前記２つのコイル部の端部を整列保持する保持孔の設けられた保持部材を更に備えている
コイル部品を提供する。
【００１６】
また、本発明は、第８のコイル部品として、第１乃至第７のいずれかのコイル部品であって、
前記２つのコイル部と前記磁気コアとを収容する金属ケースを更に備えている
コイル部品を提供する。
【００１７】
また、本発明は、第９のコイル部品として、第１乃至第８のいずれかのコイル部品であって、
前記コイル部の夫々は、絶縁被覆された平角銅線をエッジワイズ巻きして構成されたものである
コイル部品を提供する。
【００１８】
また、本発明は、第１０のコイル部品として、第１乃至第９のいずれかのコイル部品であって、
前記磁石部材は、前記ギャップ内において移動しないように前記隔離部材に保持されている
コイル部品を提供する。
【００１９】
更に、本発明は、電源回路として、第１乃至第１０のいずれかのコイル部品を備える電源回路を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
コイルを２つ以上の部位（コイル部）に分割し、それらを互いから離間して設けると共に、ギャップの中心をコイル部間に設けることにより、ギャップから漏れた磁束によりコイルの絶縁被覆層を除く導体内で渦電流損が発生してしまうことを抑制することができる。
【００２１】
また、ギャップに磁石部材を設ける場合については、コイルに電流を流すことにより生じる磁束のうち磁石部材を通過してしまう磁束の本数を減らすことができることから、磁石部材上にて渦電流損が生じてしまう恐れが少なく、従って、磁石部材として比較的導電性の高い材料を利用することも可能となる。
【００２２】
更には、特許文献２のコイル部品の場合、磁石の製造方法に起因して磁石の形状等にバラツキが生じることから逆バイアス効果が安定しにくいといった問題があるが、本発明の場合、比較的安定した逆バイアス効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電源回路を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるコイル部品を示す斜視図である。
【図３】図２のコイル部品をIII--III線に沿って示す断面図である。
【図４】直流電流とインダクタンスとの関係（直流電流重畳特性）を示すグラフである。
【図５】実効値電流とインダクタンスとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるコイル部品を示す分解斜視図である。
【図７】図６のコイル部品を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態による電源回路１は、電流制御型のものであり、コイル部品１０を内蔵したコンバータ２、スイッチング素子３、スイッチング素子３を制御する制御回路４を備えており、モータ等の負荷５に接続されて使用される。この電源回路１においてコイル部品１０は、エネルギーを磁気エネルギーＥ＝（１／２）×Ｌ×（Ｉ２）として蓄積して電流の平滑化・変電圧を行うために用いられる。
【００２５】
図２及び図３に示されるように、本実施の形態によるコイル部品１０は、磁気コア１００と、磁気バイアスをかけるための磁石部材２００と、絶縁性の隔離部材３００と、２つのコイル部４１０及び４２０と、保持部材５００と、金属ケース６００とを備えている。
【００２６】
図３に示されるように、磁気コア１００は、ギャップ１３０を有する中芯１０２を含み、且つ、閉磁路を形成しているものである。特に本実施の形態による磁気コア１００は、中芯１０２を通るＹＺ断面においてデジタル表記の数字８を横にしたような閉磁路を形成している。
【００２７】
具体的には、磁気コア１００は、２つのＥ型コア１１０及び１２０を対向配置してなるものである。磁気コア１００の中芯１０２は、Ｅ型コア１１０の中心磁脚１１２とＥ型コア１２０の中心磁脚１２２とで構成されている。本実施の形態による中芯１０２、即ち中心磁脚１１２及び１２２は、Ｚ方向（所定方向）に沿って延びている。中心磁脚１１２と中心磁脚１２２は、Ｚ方向において互いに離間して設けられており、ギャップ１３０は、中心磁脚１１２及び１２２間に位置している。本実施の形態による磁気コア１００は、例えば、ＭｎＺｎフェライトなどの比較的高い飽和磁束を有する材料から形成される。
【００２８】
図３に示されるように、磁石部材２００は、ギャップ１３０に設けられている。この磁石部材２００は、Ｚ方向に沿って着磁されており、逆バイアス効果（コイル部４１０，４２０に流れる実効電流値により発生する磁界とは反対方向へ静磁界を供給し続ける、即ち逆バイアスをかけること）を得ることができるように配置されている。磁石部材２００は、ギャップ１３０に介在している限り、種々の形状を有することができる。例えば、磁石部材２００は、ＸＹ平面に平行な面内において中芯１０２よりも大きい断面積を有していてもよい。本実施の形態による磁石部材２００は、耐熱プラスティック、ＰＰＳ、ナイロン１２、耐熱ナイロンなどと磁石粉末の混和物を射出成型して得られる。磁石粉末としては、例えば、フェライトマグネット、ＮｄＦｅ系マグネット、ＳｍＣｏ系マグネットの粉末などを用いることができる。このように磁石粉末と耐熱プラスティック等との混和物を射出成型することにより磁石部材２００を構成することとすると、高精度な形状・サイズを有する磁石部材２００を安価に製造することができる。従って、ギャップ１３０内に配置した際に安定した逆バイアス効果を得ることができる。
【００２９】
図３に示されるように、隔離部材３００は、いわゆる絶縁ボビンであり、筒状のボビン本体の周囲には、２つのコイル部４１０及び４２０が設けられている。詳しくは、コイル部４１０及び４２０は、絶縁ボビンのフランジの夫々近傍に位置している。隔離部材３００のボビン本体内には、中心磁脚１１２及び１２２間に挟持された状態で、磁石部材２００が保持されている。隔離部材３００、特にボビン本体は、コイル部４１０，４２０と中芯１０２との間の沿面距離を確保するためのものである。本実施の形態におけるコイル部４１０及び４２０の外側には絶縁テープ（図示せず）が巻かれており、それによってコイル部４１０，４２０と磁気コア１００の外芯（Ｅ型コア１１０，１２０の外部磁脚）との間の沿面距離も確保されている。
【００３０】
本実施の形態によるコイル部４１０，４２０は、断面が円状の銅線を絶縁被覆してなる円断面線を巻回して構成されたものである。
【００３１】
図３に示されるように、コイル部４１０及びコイル部４２０は、ＸＹ平面と平行な面内において中芯１０２を囲むように且つＺ方向において互いに離間して、配置されている。具体的には、磁気コア１００を構成するＥ型コア１１０の中心磁脚１１２とＥ型コア１２０の中心磁脚１２２の周囲にコイル部４１０とコイル部４２０が夫々配置されている。また、コイル部４１０及びコイル部４２０は、ＸＹ平面と平行な面内においてギャップ１３０のＺ方向中心を覆わないように、Ｚ方向において互いに離間して配置されている。即ち、ギャップ１３０のＺ方向中心を通り、ＸＹ平面と平行な面内には、コイル部４１０及びコイル部４２０は存在していない。このように配置すると、ギャップ１３０から漏れ出た磁束がコイル部４１０及びコイル部４２０の絶縁被覆層を除く導体内で渦電流を発生させることを低減することができる。
【００３２】
特に、本実施の形態によるコイル部４１０，４２０は、ＸＹ平面と平行な面内においてギャップ１３０を覆わないように、Ｚ方向において互いに離間して配置されている。即ち、ギャップ１３０は、Ｚ方向においてコイル部４１０，４２０の間に位置しており、また、ギャップ１３０を含み且つＸＹ平面と平行な面内には、コイル部４１０及びコイル部４２０は存在していない。このように配置することで、上述した渦電流損低減の効果をより高めることができる。
【００３３】
図２に示される保持部材５００は、コイル部４１０の端部４１２及びコイル部４２０の端部４２２を整列保持するためのものである。保持部材５００によりコイル部４１０，４２０の端部４１２，４２２を整列保持してあることから、コイル部品１０を回路基板（図示せず）上に搭載する際に、コイル部４１０，４２０の端部４１２，４２２を回路基板（図示せず）上の回路パターンに適切に接続することができる。
【００３４】
特に、本実施の形態においては、この保持部材５００上にてコイル部４１０とコイル部４２０とを並列接続している。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、コイル部４１０及びコイル部４２０はコイル部品１０が搭載される回路基板（図示せず）上にて並列接続されていてもよい。また、コイル部４１０とコイル部４２０とは、ギャップ１３０との関係を満たす場合、用途によっては直列接続されていてもよい。
【００３５】
図２及び図３から理解されるように、金属ケース６００は、コイル部品１０を車両等に搭載した場合における振動衝撃等による影響を考慮して、上述した磁気コア１００等の構成要素を収容するためのものである。かかる影響を考慮しない場合には、金属ケース６００を用いなくてもよい。この金属ケース６００には、回路基板（図示せず）に対してコイル部品１０を固定するための固定部６１０が設けられている。固定部６１０を回路基板（図示せず）に対して挿入することで、コイル部品１０を回路基板（図示せず）に固定することができる。
【００３６】
本発明の実施の形態によるコイル部品１０の原理・効果を確認すべく様々なコイル部品を試作し、実験を行った。磁気コア１００は、ＮＥＣトーキン（株）製のＦＥＥＲ型コア（ＦＥＥＲ４２−ＢＨ１，ＭｎＺｎフェライトＥＥコア）の中心磁脚を１．７５＋０．４ｍｍずつ切削加工して形成した。磁気コア１００のギャップ１３０は、Ｚ方向において３．５０＋０．８ｍｍとなった。磁石部材２００は、フェライト系マグネットの粉末を耐熱プラスティック内に分散したものを射出成型して作製した。磁石部材２００は、Φ１５×３．５ｍｍの大きさを有していた。この磁石部材２００を空芯コイル着磁によりＺ方向に着磁した。着磁後の磁性部材２００の中心表面の磁束密度の大きさを測定した結果は４０．０から４０．６ｍｍＴであった。隔離部材３００には、下記例１〜例４に記載のようにして、直径２．４ｍｍのポリエステルエナメルワイヤー（ＰＥＷ）をコイル部又はコイルとして巻回した。このコイル部又はコイル付きの隔離部材に対して、磁気コア１００と磁石部材２００とを取り付け、下記例１〜例４のコイル部品を作製し、直流重畳電流特性を測定した。なお、例１と例２のコイル部品を作製する際には、磁石部材２００を磁気コア１００のギャップ１３０内には挿入しなかった。
例１：コイル部は３．５ターン×２個、バイアス無し（磁石部材２００なし）
例２：コイルは７ターン×１個（コイル分割なし、ギャップをコイルが覆う構成）
バイアス無し（磁石部材２００なし）
例３：コイル部は３．５ターン×２個、バイアスあり（磁石部材２００あり）
例４：コイルは７ターン×１個（コイル分割なし、ギャップをコイルが覆う構成）
バイアスあり（磁石部材２００あり）
室温（２５℃）下での測定結果を図４に示す。
【００３７】
図４から理解されるように、直流電流Ｉが５０Ａの際のインダクタンスの値は、例１が４．７２μＨ、例２が４．６８μＨ、例３が５．１０μＨ、例４が４．９０μＨであった。即ち、ギャップをコイルが覆う構成よりもギャップをコイルが覆わない構成の方が優れており、且つ、ギャップに磁石部材が設けられてバイアスをかけた方がバイアス無しの場合よりも優れていることが理解される。
【００３８】
次いで、ギャップの位置とバイアスの有無との関係について述べる。上述した製法と同様にして下記例５〜例１０のコイル部品を作製した。但し、例９及び例１０のコイル部品を作製する際には、Ｅ型コアの中心磁脚ではなく外部磁脚を切削加工し、磁気コア１００の中芯ではなく外芯にギャップを形成した。各外芯にギャップを形成したため、外芯にギャップを形成した場合、ギャップの数は２つである。ギャップのサイズは、中芯に形成した場合でも外芯に形成した場合でも３．５ｍｍとした。
例５：中芯ギャップ（１箇所）、バイアスあり
例６：中芯ギャップ（１箇所）、バイアスあり
例７：中芯ギャップ（１箇所）、バイアス無し
例８：中芯ギャップ（１箇所）、バイアス無し
例９：外芯ギャップ（２箇所）、バイアスあり
例１０：外芯ギャップ（２箇所）、バイアス無し
例５及び例７のコイル部品の２５℃下での測定結果並びに例６，８〜１０のコイル部品の１５５℃下での測定結果を図５に示す。
【００３９】
図５から理解されるように、初期インダクタンスのマイナス２０％となった際の電流値は、例６の場合、９５Ａであり、例８の場合、５９Ａであり、例９の場合、５０Ａであり、例１０の場合、４５Ａであった。即ち、中芯ギャップの方が外芯ギャップよりも電流値が高く、バイアスがありの方がバイアス無しよりも電流値が高かった。このことより、中芯にギャップを形成し、そこに磁石を挿入することによりバイアスをかければ定格電流値を上げることができることが理解される。
【００４０】
（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態によるコイル部品１０の磁気コア１００は、２つのＥ型コア１１０及び１２０を対向配置してなるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
図６及び図７に示されるように、本発明の第２の実施の形態によるコイル部品１０ａの磁気コアは、いわゆるポットコアであり、上側コア１１０ａと下側コア１２０ａを組み合わせてなるものである。
【００４２】
詳しくは、図示されたコイル部品１０ａは、中心磁脚１１２ａ及び１２２ａを対向させるようにして組み合わせられる上側コア１１０ａと下側コア１２０ａからなる磁気コアと、中心磁脚１１２ａ及び１２２ａ間に設けられる磁石部材２００ａと、上側コア１１０ａと下側コア１２０ａ内にそれぞれ収容されると共に磁石部材２００ａの位置決めも行う絶縁体からなる隔離部材３１０ａ及び３２０ａと、隔離部材３１０ａ及び３２０ａ内にそれぞれ収容されることにより上側コア１１０ａと下側コア１２０ａから絶縁されるコイル部４１０ａ及び４２０ａと、コイル部４１０ａ及び４２０ａの端部４１２ａ及び４２２ａを整列保持するための保持孔５１０ａ及び５２０ａの設けられた保持部材５００ａと、それらを収容する金属ケース６００とを備えている。本実施の形態によるコイル部４１０ａ及び４２０ａは、絶縁被覆された平角銅線をエッジワイズ巻きして構成されたものであり、第１の実施の形態と同様、保持部材５００ａ上で並列接続されている。
【００４３】
かかる構造を備えるコイル部品１０ａの場合もコイル部４１０ａ及び４２０ａが磁気コアの中芯のギャップを覆わないように設けられていることから、従来構成の場合に生じてしたような渦電流損を低減することができる。
【００４４】
上述した実施の形態における磁気コアは、対向配置した２つのＥ型コア（ＥＥコア）で構成されたものであるか、ポットコアであったが、本発明はこれに限定されるものではない。磁気コアは、例えば、ＥＩコア（Ｅ型コアとＩ型コアの組み合わせ）又はＥ型コアとプレート型コアとの組み合わせのように分割位置の異なる形状を有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によるコイル部品は、例えば、車載用の電源回路、インバータ等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１        電源回路
２        コンバータ
３        スイッチング素子
４        制御回路
５        負荷
１０，１０ａ        コイル部品
１００        磁気コア
１０２        中芯
１１０        Ｅ型コア
１１０ａ        上側コア
１１２，１１２ａ        中心磁脚
１２０        Ｅ型コア
１２０ａ        下側コア
１２２，１２２ａ        中心磁脚
１３０        ギャップ
２００，２００ａ        磁石部材
３００，３１０ａ，３２０ａ        隔離部材
４１０，４１０ａ        コイル部
４１２，４１２ａ        端部
４２０，４２０ａ        コイル部
４２２，４２２ａ        端部
５００，５００ａ        保持部材
５１０ａ，５２０ａ        保持孔
６００        金属ケース
６１０        固定部
【図１】
0005189637.tif 000002
【図２】
0005189637.tif 000003
【図３】
0005189637.tif 000004
【図４】
0005189637.tif 000005
【図５】
0005189637.tif 000006
【図６】
0005189637.tif 000007
【図７】
0005189637.tif 000008