(57)【要約】  【課題】磁束飽和を防止するための永久磁石を有するインダクタンス部品において、永久磁石の減磁のおそれがなく、特性が維持できると共に、製造が容易となる構成のインダクタンス部品を提供する。  【解決手段】交流電流が重畳した直流電流を流すコイル４、５を巻回するフェライトコア１を有する。フェライトコア１に１つの磁気ギャップ２を形成する。  コイル４、５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１と逆方向の磁束Φ２を供給する永久磁石６、７を、これらの永久磁石６、７によって供給される磁束Φ２がコアのコイル巻回部を通るように、コア１の表面に設ける。【選択図】図１
2007019441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流が重畳した直流電流を流す少なくとも１つのコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
フェライトコアに１つの磁気ギャップを形成し、
前記フェライトコアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、その永久磁石によって供給される磁束がコアのコイル巻回部を通るように、コアの表面に設けた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項２】
請求項１に記載のインダクタンス部品であって、
前記磁気ギャップが永久磁石の間に介在するように一対の永久磁石を設けた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインダクタンス部品であって、
前記フェライトコアの内周面に前記永久磁石を設けた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載のインダクタンス部品であって、
前記永久磁石を前記磁気ギャップ近傍に設けた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載のインダクタンス部品であって、
前記永久磁石がフェライト磁石でなる
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源等においてインダクタやトランスとして用いられ、コアに巻回したコイルに交流電流が重畳した直流電流が流されるインダクタンス部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源等のチョークコイルやトランスにおいては、機能上、各コイルには直流電流に交流電流が重畳して流される。従ってこれらのチョークコイルやトランスを構成するコアは、磁気飽和せず、透磁率特性が良好なことが求められる。
【０００３】
近年においては、スイッチング電源などの電子部品の小型化が求められ、これに伴い、部品の小型化が可能な高周波化が図られている。高周波化されると、従来の金属製コアではコアロスが大となるため使用が困難となり、コアロスの小さい、固有抵抗の高いフェライトコアを用いることが好ましくなる。しかしながら、フェライトコアは飽和磁束密度が小さい。このため、例えば特許文献１には、Ｅ型コアの中脚のギャップ形成部分に、コイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を設けることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、コイルによって生じる磁束の通路に永久磁石を設けると、永久磁石が減磁されるため、チョークコイルおよびトランスの磁石のバイアス量が設計値から変動して所定の性能が得られないという問題点がある。
本発明等はこの問題点解決しうるインダクタンス部品として、特願２００５−１００３８３号において、複数のフェライトコアを、コア間に磁気ギャップを形成して組み合わせ、少なくとも１つのコアにコイルを巻回し、前記コイルを巻回したコアに、そのコアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する一対の永久磁石を、これらの永久磁石によって供給される磁束がコアのコイル巻回部を通るように、コアの表面に設けたものを提案した。
【０００６】
本発明は、前記先願発明の改良に関するもので、磁束飽和を防止するための永久磁石を有するインダクタンス部品において、永久磁石の減磁のおそれがなく、特性が維持できると共に、製造が容易となる構成のもの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】
【０００７】
本発明のインダクタンス部品は、交流電流が重畳した直流電流を流す少なくとも１つのコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
フェライトコアに１つの磁気ギャップを形成し、
前記フェライトコアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、その永久磁石によって供給される磁束がコアのコイル巻回部を通るように、コアの表面に設けた
ことを特徴とする。
【０００８】
なお、ここで、コアの表面とは、コア内に埋設されない外気への露出面という意味であり、コアの表裏面が想定される場合の裏面や、Ｕ型コアの内周面なども含まれる。
【０００９】
また、本発明のインダクタンス部品は、前記磁気ギャップが永久磁石の間に介在するように一対の永久磁石を設けた
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のインダクタンス部品は、前記フェライトコアの内周面に前記永久磁石を設けた
ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のインダクタンス部品は、前記永久磁石を前記磁気ギャップ近傍に設けた
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明インダクタンス部品は、前記永久磁石がフェライト磁石でなる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気ギャップ間のコアに対し、コアに巻回したコイルに流れる直流電流により生じる磁束と逆方向の磁束を発生させる永久磁石をコアの表面に設けたので、コイルに流れる直流電流により生じる磁束が永久磁石から供給される磁束分だけ相殺され、磁気飽和が抑制される。本発明のインダクタンス部品は、永久磁石がコアの磁路ではなく、コアの表面に設けたものであり、実質的に永久磁石の減磁が生じない。
【００１４】
また、本発明のインダクタンス部品は、コアの表面に永久磁石を設けるため、貼り付けなどにより容易に取付けることができ、既存のインダクタンス部品に後付けすることも可能となる。
【００１５】
また、複数のコアを組み合わせて各突き合わせ部に磁気ギャップを形成するとすれば、磁気ギャップを性か正確に合わせるための製造上の精確な作業が必要となるが、本願明による場合にはコアは１つの磁気ギャップを有するように構成したので、製造が容易となる。
【００１６】
また、本発明のインダクタンス部品において、一対の永久磁石をその間に磁気ギャップが介在するように設けることにより、永久磁石による良好な磁気飽和抑制効果が得られる。また、小さい永久磁石を用いることができるため、インダクタンス部品の小型化が図れる。
【００１７】
また、本発明のインダクタンス部品において、前記フェライトコアの内周面に前記永久磁石を設けることにより、コアの外周面から永久磁石が突出することがなく、インダクタンス部品の小型化が図れる。
【００１８】
また、本発明のインダクタンス部品において、前記永久磁石を前記磁気ギャップ近傍に設けることにより、コアのほぼ全周にわたって良好な磁気飽和抑制効果が得られる。
【００１９】
また、本発明のインダクタンス部品において、コアのみならず、永久磁石もフェライトにより構成することにより、渦電流の発生が少なく、したがってコアロスが少なく、高周波化に適したインダクタンス部品が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明のインダクタンス部品の一実施の形態を示す図である。このインダクタンス部品はスイッチング電源のチョークコイルを構成するものである。１は、２つのＵ型コア１ａ、１ｂおよびコアブロック１ｃとを、１つの磁気ギャップ２と実質的にノーギャップとなる２つの接着部３を組み合わせたものである。このコア１はＭｎ−Ｚｎ系あるいはＮｉ−Ｚｎ系フェライトからなる。
【００２１】
本実施の形態においては、フェライトでなるコアブロック１ｃは、２つのＵ型コア１ａ、１ｂの片側の脚部１ｆ、１ｇ間に固定される。また、磁気ギャップ２は、他側の脚部１ｄ、１ｅの先端間に樹脂シートなどの非磁性体を接着するか、または不図示の金具でコア間の間隔を調整することによって形成している。フェライトブロック１ｃの接着部３を実質的にノーギャップとするには、接着部３の厚みは好ましくは５０μｍ以下さらに好ましくは３０μｍ以下である。また、磁気ギャップ２の幅ｇはコア１の内周の長さの１／２００ないし１／１０であり、好ましくは１／１００〜１／２０である。
【００２２】
４、５はそれぞれコア１に巻回されるコイルであり、各コイル４、５は交流電流が重畳した直流電流が流されるものである。これらのコイル４、５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１はコア１に同方向に周回して通る。
【００２３】
６、７は一方のコア１の磁気飽和抑制のために設けられた一対の永久磁石である。これらの永久磁石６、７は、一方の磁極（永久磁石６はＳ極、永久磁石７はＮ極）をコア１の表面に対向させて設ける。これらの対をなす永久磁石６、７で発生する磁束Φ２は、それぞれコイル４、５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に対して、逆方向となり、磁束Φ１をそれぞれのコア１内で打ち消す方向に供給される。
【００２４】
このように、コア１に巻回したコイル４、５に流れる直流電流により生じる磁束Φ１と逆方向の磁束Φ２を発生させる永久磁石６、７を設けることにより、コイル４、５に流れる直流電流により生じる磁束が永久磁石６、７から供給される磁束分だけ打ち消され、磁気飽和が防止され、大電流に対応できるインダクタンス部品が提供できる。
【００２５】
また、各対をなす永久磁石６、７の磁束のうち、コイル４、５に流す直流電流によって生じる磁束Φ１と同方向の磁束Φ３の流れが、磁気ギャップ２によって減少するので、各対をなす永久磁石６、７が逆磁界を与えるという目的を有効に達成することができる。
【００２６】
また、本発明においては、永久磁石６、７はコア１の磁路ではなく、コア１の表面に設けたので、コイル４、５に流れる直流電流により生じる磁束Φ１はこの永久磁石６、７をほとんど通らず、実質的に永久磁石６、７の減磁が生じない。
【００２７】
また、コア１の表面に永久磁石６、７を設けるため、貼り付けなどにより容易に取付けることができ、既存のインダクタンス部品に後付けすることも可能となる。
【００２８】
また、複数のコアを組み合わせて各突き合わせ部に磁気ギャップを形成するとすれば、磁気ギャップを精確確に設定するための製造上に困難が伴うが、本願明による場合にはコア１は１つの磁気ギャップ２を有するように構成したので、磁気ギャップ２の調整が容易であり、製造が容易となる。
【００２９】
本発明において、永久磁石６、７としてはＳｍ−Ｃｏ系などの高い固有保磁力の金属系永久磁石を用いることもできるが、永久磁石６、７にもフェライト磁石によって構成することにより、例えば数十〜１００ｋＨｚ以上の高周波によってスイッチングするスイッチング電源に用いたとしても、コアロスの少ないインダクタンス部品が実現できる。
【００３０】
次に本発明のインダクタンス部品における永久磁石６、７の配置などについて実験した結果について説明する。図２（１）は永久磁石をコア１に設けない従来例である。
【００３１】
図２（２）はコア１の磁気ギャップ２が永久磁石６、７の間に介在するように、磁気ギャップ２を間に形成した脚部１ｄ、１ｅの両端に永久磁石６、７を、その発生磁束φ２がコイル４、５に流れる直流電流により磁束φ１に加わるように構成したもの（比較例）である。
【００３２】
図２（３）は、永久磁石６、７の取付け位置を同じにし、そのＮＳ極の向きを図２（２）と反対にすることにより、永久磁石６、７の磁束φ２がコイル４、５に流れる直流電流により発生する磁束φ１を相殺するように構成したもの（実施例）である。
【００３３】
図２（４）は、永久磁石６、７の取付け位置が磁気ギャップ２の近傍となり、永久磁石６、７の磁束φ２がコイル４、５に流れる直流電流により発生する磁束φ１を相殺するように構成したもの（実施例）である。
【００３４】
なお、図１に示すように、磁気ギャップ２の幅ｇ＝１２ｍｍの場合、コア１の幅Ｗは８３ｍｍ、高さＨは９０．５ｍｍ、コイル巻回部の幅ｔ＝１４ｍｍ、コイル巻回部の断面積＝１９６ｍｍ２とした。磁気ギャップ４の幅ｇは１２ｍｍ以外に２ｍｍ、６ｍｍのものを作製した。
【００３５】
また、永久磁石６、７のコア１との接着部は１４．４２ｍｍ×１４．５４ｍｍ、長さａ＝１８．４２ｍｍのものを用い、残留磁束密度Ｂｒが２２０ｍＴのものを用いた。
【００３６】
コイル４、５の巻数は３１ターンとした。そしてコイル４、５に１ｋＨｚの周波数で０．５ｍＡの交流電流を、種々の直流電流に重畳させてインダクタンスを測定した。
【００３７】
表１、図３は磁気ギャップ２の幅ｇが２ｍｍの場合（この場合、コアブロック１ｃの幅も２ｍｍとなる。）の図２（１）〜（４）の各構成におけるコイルに流す直流電流Ｉｄｃ（Ａ）の変化に対するインダクタンス値Ｌ（μＨ）の変化を示す。表１および図３において、Ｎｏｍａｇとは図２（１）の構成であり、ｍａｇとは図２（２）の構成であり、ｒｅｖ−ｍａｇとは図２（３）の構成であり、ｍａｘ−ｒｅｖとは図２（４）の構成である。
【００３８】
図３の曲線（１）、（２）、（３）の対比から分かるように、永久磁石６、７の無い場合（１）より、永久磁石６、７を、その発生磁束Φ２がコイル４、５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１を相殺する方向に供給される場合（３）の方が、直流電流の増加に伴う磁気飽和が抑制され、高いインダクタンス値Ｌが得られる。また、磁気飽和を生じると考えられる電流値に近くなると、両者のインダクタンス値は近くなる。
【００３９】
また、永久磁石６、７の無い場合（１）より、永久磁石６、７を、その発生磁束Φ２がコイル４、５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に加わる方向に供給される場合（２）の方が、直流電流の増加に伴い、磁気飽和が促進され、得られるインダクタンスLが低くなる。また、磁気飽和を生じると考えられる電流値付近に達すると、両者のインダクタンス値はほぼ同じになる。
【００４０】
図２の（３）、（４）の構成の特性である図３（３）、（４）の対比から分かるように、永久磁石６、７をコア１の両端に設ける場合（３）より、磁気ギャップ２の近傍に永久磁石６、７を設ける場合の方が磁気飽和抑制効果が大きく、直流電流Ｉｄｃ（Ａ）の値が大になってもインダクタンス値の低下が少ないことが分かる。
【００４１】
表２、図４は、図２の構成において、磁気ギャップ２の幅ｇが６ｍｍの場合（この場合、コアブロック１ｃの幅も６ｍｍとなる。）の直流電流Ｉｄｃ（Ａ）の変化に対するインダクタンス値Ｌ（μＨ）の変化を示す。また、表３、図５は図２の構成において、磁気ギャップ２の幅ｇが１２ｍｍの場合（この場合、コアブロック１ｃの幅も１２ｍｍとなる。）の直流電流Ｉｄｃ（Ａ）の変化に対するインダクタンス値Ｌ（μＨ）の変化を示す。
【００４２】
表１〜表３および図３〜図５の対比から分かるように、磁気ギャップ２の幅ｇが大となる程得られるインダクタンス値は低くなるが、しかし磁気ギャップ２の幅ｇが大となる程大きい直流電流であっても磁気飽和抑制効果が得られる。
【００４３】
次に図２の構成において、磁気ギャップ２の幅ｇが１２ｍｍの場合、図６に示すように、永久磁石６、７を設けない場合（１）と、磁気ギャップ２の片側にのみ永久磁石６または７を配置した本発明の実施例（２）、（３）と、両側に永久磁石６、７を設けた本発明の実施例（４）と、磁気ギャップ２の代わりに永久磁石９を挿入した比較例（５）とについて、同様の測定を行なった。（２）〜（５）のいずれの場合も、コイル４、５に流れる直流電流により発生する磁束Φ１に対し、永久磁石６、７のいずれか一方または双方の磁束Φ２が相殺される方向に永久磁石６、７を磁気ギャップ２の近傍に設けた。
【００４４】
表４と図７は図６の（１）〜（５）の角構成例における直流電流Ｉｄｃ（Ａ）の変化に対するインダクタンス値Ｌ（μＨ）の変化を示すものである。表４および図７から分かるように、コア１の磁気ギャップ２の片側に永久磁石６または７を設けた場合（２）、（３）にも、永久磁石６または７を設けない場合に比較して、直流電流の増加に対するインダクタンス値の低下が抑制された。また、磁気ギャップ２の片側に永久磁石６または７を設ける場合（２）、（３）に比較して、永久磁石６、７を設けた場合（４）には、さらに磁気飽和抑制効果が高まり、（２）、（３）の場合に比較し、さらに約２Ａ程度の直流電流の増加に対応可能となった。また、従来例（５）の場合、永久磁石９が１個であるにもかかわらず、本発明による実施例（４）の場合と同等の磁気飽和抑制効果が得られている。
【００４５】
図８は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態は、永久磁石６、７をコア１の内周側における磁気ギャップ２の近傍に設けた例である。この実施の形態によれば、コア１の内周面に永久磁石６、７を設けたので、コア１の外周面から永久磁石６、７が突出することがなく、インダクタンス部品の小型化が図れる。
【００４６】
図９は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態は、前記コアブロック１ｃを無くし、組み合わせるコア１ａ、１ｂのギャップ形成側の脚部１ｄ、１ｅの長さを、接着側の脚部１ｆ、１ｇの長さより短くし、脚部１ｆ、１ｇを直接接着（３）させ、その長さの相違分だけの幅の磁気ギャップ２を形成したものである。この実施例によれば、接着部３が１箇所となるので、製造がさらに容易となる。なお、この実施例において、必ずしも脚部１ｄと１ｅの長さや、脚部１ｆと１ｇとの長さをそれぞれ同じとする必要はないが、このように対向する脚部の長さを等しいものとすれば、同形のコア１ａ、１ｂを用いることができるという利点がある。
【００４７】
本発明を実施する場合、コア１は２つのコアを組み合わせるのではなく、一体成形により形成してもよい。図１０は一体成形により得られたコア１０を用いた例であり、磁気ギャップ２は空隙により形成されている。
【００４８】
また、本発明において、図１１に示すように、コア１１を円形に形成してもよい。この場合もコア１１は一体成形あるいは複数のコアを接着や磁気ギャップ材により組み合わせたものとしてもよい。６、７はコア１１の磁気ギャップ２の近郷の外周に設けた永久磁石であり、コイル４、５により流れる直流電流による磁束φ１は永久磁石６、７の磁束φ２によりその磁束φ２の分だけ相殺される。
【００４９】
上記実施の形態においては、インダクタンス部品がチョークコイルである場合について示したが、インダクタンス部品がトランスである場合にも本発明を適用することができる。
【００５０】
【表１】
2007019441.tif 000003
【００５１】
【表２】
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【００５２】
【表３】
2007019441.tif 000005
【００５３】
【表４】
2007019441.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明によるインダクタンス部品の一実施の形態を示す図である。
【図２】永久磁石による減磁効果を調べるため、コアに対してコイルを巻回し、永久磁石を設けない場合と、永久磁石の位置と極性を種々に設定して永久磁石を設けた各種構成を示す図である。
【図３】図２に示した各例において、磁気ギャップの幅が２ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図４】図２に示した各例において、磁気ギャップの幅が６ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図５】図２に示した各例において、磁気ギャップの幅が１２ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図６】永久磁石による減磁効果を調べるため、コアに対してコイルを巻回し、永久磁石を設けない場合と、永久磁石の位置と個数とを種々に設定して永久磁石を設けた各種構成を示す図である。
【図７】図６に示した各例において、コイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図８】本発明によるインダクタンス部品の他の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明によるインダクタンス部品の他の実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明によるインダクタンス部品の他の実施の形態を示す図である。
【図１１】本発明によるインダクタンス部品の他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１ａ、１ｂ、９、１０、１１：コア、１ｃ：コアブロック、１ｄ〜１ｇ：脚部、２：磁気ギャップ、３：接着部、４、５：コイル、６、７：永久磁石
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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