(57)【要約】 【課題】  高いインダクタンスを有しつつも導体線とコアとの間の絶縁性を確保したリアクトルを提供すること  【解決手段】  第１軟磁性粒子と結合材を含む磁性コア１１と、導体線を巻き回したコイル１２と、コイル表面を被覆する絶縁体１３を備え、絶縁体１３により被覆されたコイル１２が、磁性コア１１内に埋設され、絶縁体１３は絶縁性を有する複数の第２軟磁性粒子及び前記第２軟磁性粒子の隙間を充填する樹脂を含有し、樹脂のガラス転移温度は８０℃以上であり、絶縁体１３は零磁界中にて１より大きく、２０以下の比透磁率を有し、磁性コア１１は、１０６／４π［Ａ／ｍ］の磁界中にて３以上の比透磁率を有するリアクトル１とする。  【選択図】図２
2013222741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軟磁性粒子と結合材を含む磁性コアと、  
導体線を巻き回したコイルと、  
前記コイル表面を被覆する絶縁体を備え、  
前記絶縁体により被覆された前記コイルが、前記磁性コア内に埋設され、  
前記絶縁体は絶縁性を有する複数の第２軟磁性粒子及び前記第２軟磁性粒子の隙間を充填する樹脂を含有し、  
前記樹脂のガラス転移温度は８０℃以上であり、  
前記絶縁体は零磁界中にて１より大きく、２０以下の比透磁率を有し、  
前記磁性コアは、１０６／４π［Ａ／ｍ］の磁界中にて３以上の比透磁率を有することを特徴とするリアクトル。  
【請求項２】
前記絶縁体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で絶縁性の非磁性粉末をさらに含有し、
前記絶縁体における前記非磁性粉末の体積含有率は５％以上６０％以下であり、
前記絶縁体における前記第２軟磁性粒子の体積含有率は１０％以上５５％以下であり、
前記絶縁体における前記非磁性粉末と前記第２軟磁性粒子の体積含有率の合計は７０％以下であることを特徴とする
請求項１に記載のリアクトル。  
【請求項３】
前記絶縁体は零磁界中にて２以上９以下の比透磁率を有し、  
前記コイルへ２００Ａ以上の電流を通電した際の前記絶縁体の比透磁率は、前記磁性コアの比透磁率よりも低いことを特徴とする  
請求項１または請求項２に記載のリアクトル。  
【請求項４】
前記絶縁体の厚さは０．３ｍｍより厚く、６．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。  
【請求項５】
前記絶縁体における前記第２軟磁性粒子はＤ５０が１μｍ以上、３００μｍ以下の粒子であり、
前記第２軟磁性粒子は内部に隙間を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリアクトル。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを用いた受動素子であるリアクトルに関する。    
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に例示されるように、導体線を巻き回したコイルの内側と外側を磁性粉末混合樹脂で充填した、昇圧をするためのリアクトルの構成が開示されている。  
【０００３】
特許文献１ではさらに、コイル全体を絶縁体で覆うことにより、導体線と磁性粉末混合樹脂を硬化したコアとの間の絶縁性を確保する工夫がなされている。  
【０００４】
一方、特許文献２では、空芯コイル表面にＮｉ−Ｚｎフェライトと熱可塑性ポリマーからなる被覆層を３００μｍの厚さで設けたインダクタの構成が開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４９５７号公報
【特許文献２】特開平６−３６９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載のリアクトルでは、コイル近傍のコアがインダクタンスに寄与する。しかし、コイル表面は絶縁体により覆われているため、インダクタンスを高くすることが困難であるという課題がある。  
【０００７】
一方、特許文献１記載のリアクトルにおけるコイルに、特許文献２記載の被覆層を設けると、被覆層によりインダクタンスは向上するが、被覆層は熱可塑性樹脂を含んでいるため、コイルの発熱等により被覆層が軟化する可能性があり、導体線とコア間の絶縁性の確保が難しいという課題がある。  
【０００８】
従って、本発明の目的は、高いインダクタンスを有しつつも導体線とコアとの間の絶縁性を確保したリアクトルを提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を本発明は、第１軟磁性粒子と結合材を含む磁性コアと、導体線を巻き回したコイルと、コイル表面を被覆する絶縁体を備え、絶縁体により被覆されたコイルが、磁性コア内に埋設され、絶縁体は絶縁性を有する複数の第２軟磁性粒子及び前記第２軟磁性粒子の隙間を充填する樹脂を含有し、樹脂のガラス転移温度は８０℃以上であり、絶縁体は零磁界中にて１より大きく、２０以下の比透磁率を有し、磁性コアは、１０６／４π［Ａ／ｍ］の磁界中にて３以上の比透磁率を有するリアクトルにより解決する。  
【００１０】
また、絶縁体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で絶縁性の非磁性粉末をさらに含有し、絶縁体における非磁性粉末の体積含有率は５％以上６０％以下であり、絶縁体における第２軟磁性粒子の体積含有率は１０％以上５５％以下であり、絶縁体における非磁性粉末と第２軟磁性粒子の体積含有率の合計は７０％以下であることが望ましい。
【００１１】
また、絶縁体は零磁界中にて２以上９以下の比透磁率を有し、コイルへ２００Ａ以上の電流を通電した際の絶縁体の比透磁率は、磁性コアの比透磁率よりも低いリアクトルであってもよい。  
【００１２】
また、絶縁体の厚さは３００μｍより厚く、６．０ｍｍ以下であるのが望ましい。  
【００１３】
また、絶縁体における第２軟磁性粒子はＤ５０が１μｍ以上、３００μｍ以下の粒子であり、第２軟磁性粒子は内部に隙間を有するのが望ましい。第２軟磁性粒子内部の隙間は、気孔であっても良く、樹脂等により充填されていても良い。
【００１４】
なお、Ｄ５０とは体積基準の累積度数５０％相当径のことである。  
【発明の効果】
【００１５】
本発明によって、高いインダクタンスを有しつつも導体線とコアとの間の絶縁性を確保したリアクトルを提供することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明におけるリアクトルの第一の例を示す斜視図である。
【図２】本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図１におけるＡＡ面の断面図である。
【図３】本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図２における領域Ａ−Ｂの拡大断面図である。
【図４】本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。
【図５】本発明におけるリアクトルの第二の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。
【図６】本発明におけるリアクトルの第三の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。
【図７】絶縁体の比透磁率μに対する直流重畳インダクタンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、第１軟磁性粒子と結合材を含む磁性コアと、導体線を巻き回したコイルと、コイル表面を被覆する絶縁体を備え、絶縁体により被覆されたコイルが、磁性コア内に埋設され、絶縁体は絶縁性の第２軟磁性粒子及び樹脂を含有し、樹脂のガラス転移温度は８０℃以上であり、絶縁体は零磁界中にて１より大きく、２０以下の比透磁率を有し、磁性コアは、１０６／４π［Ａ／ｍ］の磁界中にて３以上の比透磁率を有するリアクトルとしての実施形態を取り得る。  なお、磁性コアの１０６／４π［Ａ／ｍ］の磁界中での比透磁率は、４以上であればより望ましい。また、磁性コアの零磁界中での比透磁率は、７以上３０以下であれば望ましく、１０以上２０以下であればより望ましい。
【００１８】
絶縁体にガラス転移温度が８０℃以上となる樹脂を用いることで、リアクトルを使用する際、磁性コアに１０６／４π［Ａ／ｍ］程度の磁界を生じさせるほどの大電流、すなわち２００Ａ以上の電流をコイルに通電し、コイルから発熱することがあっても、絶縁体の軟化が抑制されるため、絶縁体の有する比透磁率によって高いインダクタンスを有しつつも導体線とコアとの間の絶縁性を確保することができる。  
【００１９】
コイル表面を被覆する絶縁体における樹脂のガラス転移温度は８０℃以上が望ましいが、１２０℃以上であればより望ましく、１５０℃以上であればさらに望ましい。  
【００２０】
絶縁体は、絶縁体全体に占める第２軟磁性粒子の体積比率を調整することにより、比透磁率を１より大きく、２０以下とすることが望ましく、２以上９以下とすればより望ましい。第２軟磁性粒子を絶縁体内で均一な磁気ギャップを持つよう分散して配置させ、比透磁率が２０以下となるよう絶縁体を構成することで、コイル近傍に誘起される強磁界による磁気飽和を防ぐことができる。  
【００２１】
なお、本発明におけるリアクトルは、直流電流を２００Ａ重畳した場合のインダクタンスをＬ：２００Ａ、直流電流を重畳しなかった場合のインダクタンスをＬ：０Ａとした場合、Ｌ：２００ＡはＬ：０Ａの５０％以上であることが望ましい。
【００２２】
また、絶縁体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で絶縁性の非磁性粉末をさらに含有し、絶縁体における非磁性粉末の体積含有率は５％以上６０％以下であり、絶縁体における第２軟磁性粒子の体積含有率は１０％以上５５％以下であり、絶縁体における非磁性粉末と第２軟磁性粒子の体積含有率の合計は７０％以下であることが望ましい。
【００２３】
熱伝導率の高い非磁性粉末を絶縁体へ含有させることにより、コイルから磁性コアへの熱伝導性を高めることができる。非磁性粉末と第２軟磁性粒子の体積含有率の合計を７０％以下とすることで、未硬化の絶縁体における樹脂等の液体の体積含有率が３０％以上となるため、コイル表面に未硬化の絶縁体を形成する作業を行う上で十分な流動性を得ることができる。
【００２４】
なお、絶縁体に含有させる非磁性粉末としては、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ程度の酸化珪素（ＳｉＯ２）粉末や、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が例示されるが、これに限られない。また、非磁性粉末の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればより望ましい。
【００２５】
また、本発明はさらに、絶縁体が零磁界中にて２以上９以下の比透磁率を有し、コイルへ２００Ａ以上の電流を通電した際の絶縁体の比透磁率は、磁性コアの比透磁率よりも低いリアクトルとしての実施形態を取り得る。  
【００２６】
コイルへの通電により誘起される磁界は、コイルに近接するほど強いため、コイル表面に設けられた絶縁体には、磁性コアよりも大きな磁界が印加される。従って、コイルへの通電時における絶縁体の比透磁率を磁性コアの比透磁率よりも低くすることで、絶縁体の磁気飽和を防ぐことができる。  
【００２７】
絶縁体の厚さとしては、０．３ｍｍより厚く、６．０ｍｍ以下であることが望ましく、１．５ｍｍ以上、６．０ｍｍ以下であることがより望ましい。インダクタンスによりコイルに生じる誘導起電力に対して磁性コアを絶縁する上では、絶縁体の厚さは０．３ｍｍより厚くするのが望ましいが、インダクタンス向上の効果を充分得るためには、６．０ｍｍ以下であることが望ましい。  
【００２８】
また、絶縁体における第２軟磁性粒子はＤ５０が１μｍ以上、３００μｍ以下の粒子であり、第２軟磁性粒子は内部に隙間を有するのが望ましい。  
【００２９】
第２軟磁性粒子のＤ５０は、コイル表面を被覆する上での充分な流動性を確保するためには１μｍ以上であることが望ましく、絶縁体厚さの制約により３００μｍ以下であることが望ましい。  
【００３０】
絶縁体は、磁気飽和を防ぐ上で充分に低い比透磁率が求められる。同時に第２軟磁性粒子自体の磁気飽和を防ぐため、第２軟磁性粒子は内部に隙間を有することが望ましい。
【００３１】
また、第２軟磁性粒子内部に表面と繋がる隙間を有していれば、未硬化の樹脂と混合した場合の接触面積が大きくなる。また、第２軟磁性粒子内部の隙間が気体を含んでいれば第２軟磁性粒子が軽くなるため、樹脂の比重に近づく。従って、第２軟磁性粒子内部に表面と繋がる隙間を有していることにより未硬化の樹脂との馴染みが良くなるため、樹脂と混合し易い。
【００３２】
第２軟磁性粒子内部の隙間は、気孔すなわち気体により充填された隙間でも良く、隙間の少なくとも一部が樹脂等により充填されていてもよい。
【００３３】
第２軟磁性粒子内部における隙間の体積比率は、３％以上であることが望ましく、５％以上であることがより望ましく、１０％以上であればさらに望ましい。
【００３４】
このような内部に隙間を有する第２軟磁性粒子は、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライトの材料粉末を充分に混合し、ポリビニルアルコール等の有機物バインダーを添加して造粒し、焼成することにより作製することができる。
【００３５】
特許文献２に記載のＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末は、焼結後解砕して作製しているが、上記方法により作製すれば、解砕工程、成形工程、焼結工程が不要となるため、安価に作製することができる。
【００３６】
なお、磁気飽和を防止するため、絶縁体の飽和磁化は、０．０５テスラより大きいことが望ましい。  
【００３７】
また、第２軟磁性粒子としてフェライト材料を用いる場合、第２軟磁性粒子と同じ組成の焼結体の飽和磁化は、０．２テスラ以上であることが望ましい。  
【００３８】
（実施形態１）    
本発明の実施形態の一例を、図面と共に説明する。  
【００３９】
図１は、本発明におけるリアクトルの第一の例を示す斜視図である。  
【００４０】
本発明におけるリアクトル１は、後述するコイルの両端より導出された端子２１、２２へ通電することにより使用することができる。本発明におけるリアクトルは、２００Ａ以上の大電流を通電した場合でも充分なインダクタンスを保つことができるため、昇圧回路のリアクトルに適している。  
【００４１】
図２は、本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図１におけるＡＡ面の断面図である。  
【００４２】
磁性コア１１にコイル１２が埋設され、磁性コア１１とコイル１２の間に絶縁体１３が設けられている。絶縁体１３はコイル１２表面を覆っているため、絶縁体１３により磁性コア１１とコイル１２の間の絶縁性が保たれている。  
【００４３】
なお、コイル１２は、絶縁被膜を有する丸線を巻き回したコイルであってもよく、絶縁被膜を有する平角線をエッジワイズ巻きとすることで形成したコイルであってもよく、アルミや銅などの導体箔と絶縁シートを交互に巻き回した箔巻きコイルであってもよい。  
【００４４】
図３は、本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図２における領域Ａ−Ｂの拡大断面図である。  
【００４５】
コイル１２は、結合材１１１と第１軟磁性粒子１１２を含む磁性コアの中に埋設され、コイル１２の表面は、樹脂１３１と粒子状の第２軟磁性粒子１３２を含有する絶縁体により覆われている。  
【００４６】
第１軟磁性粒子１１２として、例えば、６．５質量％Ｓｉを含有するＦｅ−Ｓｉ系金属磁性粒子が望ましい。しかし、純鉄、アモルファス等の金属磁性粒子であってもよく、飽和磁化の高い軟磁性粒子であれば、これに限るものではない。  
【００４７】
粒子状の第２軟磁性粒子１３２として、例えば、絶縁性を有する軟磁性体であるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉が挙げられる。特に、造粒粉をそのまま焼成することなどにより、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト粉が望ましいが、これに限るものではない。  
【００４８】
樹脂１３１は、ガラス転移温度が８０℃以上となる樹脂であり、特に８０℃以上の高温環境下でも塑性変形が起こらない熱硬化性樹脂であることが望ましい。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等から適宜選択することができる。  
【００４９】
コイル１２への通電により、磁性コアと絶縁体内部には磁界が印加される。特に昇圧用途では、コイルへの通電電流が２００Ａを超える場合がある。  
【００５０】
このような昇圧用途では、磁性コア内部へ印加される磁界Ｈは、１０６／４π［Ａ／ｍ］もの強磁界に達することが多くなる。  
【００５１】
結合材１１１と第１軟磁性粒子１１２を含む磁性コアにおける第１軟磁性粒子１１２の配合比及び粒径を調整することにより、このような強磁界でも飽和せずに３以上の比透磁率を保つことができる。  
【００５２】
一方、絶縁体は磁性コアよりもコイルに近接しているため、絶縁体内部へ印加される磁界Ｈ’は、磁性コア内部へ印加される磁界Ｈよりも強磁界となる。  
【００５３】
そこで、絶縁体の零磁界中での比透磁率を１より大きく、２０以下とすることにより、このような強磁界下でも絶縁体の磁気飽和を防ぐことができ、コイルに通電された状態でのリアクトルのインダクタンスを向上させることができる。  
【００５４】
図４は、本発明におけるリアクトルの第一の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。  
【００５５】
磁性コア１１に埋設されるコイル１２の表面は、全て樹脂１３１と第２軟磁性粒子１３２を含有する絶縁体により覆われている。  
【００５６】
コイル表面への絶縁体の被覆は、例えば熱硬化性樹脂を用いる場合には、未硬化の樹脂１３１と第２軟磁性粒子１３２を含む混合物をコイル表面に塗布し、熱硬化させることにより可能となる。  
【００５７】
（実施形態２）  
図５は、本発明におけるリアクトルの第二の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。すなわち、図５は図４の変形例を示している。  
【００５８】
コイル１２は、ケース１３３の中に収容され、ケース１３３の中は、コイル１２を完全に覆う高さまで樹脂１３１と粒子状の第２軟磁性粒子１３２を含む絶縁体により充填されている。  
【００５９】
絶縁体の充填は、ケース１３３へ未硬化の絶縁体を注ぎ込むことなどにより行うことができる。  
【００６０】
なお、コイル１２とケース１３３の間を未硬化の絶縁体が流動し、隙間無く充填させるためには、コイル１２とケース１３３の間の隙間を１．０ｍｍ以上とすることが望ましく、１．５ｍｍ以上とすることがより望ましい。  
【００６１】
ケース１３３は、絶縁性の樹脂のみを含有していても、第２軟磁性粒子をさらに含有していてもよいが、ガラス転移温度は８０℃以上であることが望ましく、塗布する絶縁体の樹脂よりも高いガラス転移温度であれば、コイルの発熱による軟化をより確実に防ぐことができるため、より望ましい。  
【００６２】
また、コイル１２の巻軸方向端面とケース１３３の内面底部の間には絶縁体が設けられていないため、確実に絶縁性を確保するため、ケース１３３底部の厚さを他の部分より厚くしてもよい。  
【００６３】
（実施形態３）  
図６は、本発明におけるリアクトルの第三の例を示す、図２における領域Ｃ−Ｄの拡大断面図である。すなわち、図６は図４の変形例を示している。  
【００６４】
ケース１３３に樹脂スペーサ１３１１が接着されるか、一体成型され、コイル１２と未硬化の絶縁体をケース１３３に注ぎ込み、絶縁体１３２１、１３２２を形成する。この際、樹脂スペーサ１３１１とコイル１２の間、もしくは樹脂スペーサ１３１１の一部に隙間を儲けて未硬化の絶縁体がケース内を充填できるようにしておく。
【００６５】
ここで、ケース１３３へコイル１２を先に入れて未硬化の絶縁体を注ぎ込んでも良く、逆にケース１３３へ未硬化の絶縁体を注ぎ込んでおいてコイル１２を入れても良い。
【実施例】
【００６６】
図７は、絶縁体の比透磁率μに対する直流重畳インダクタンスを示す図である。すなわち、実施形態１の構成とした場合における絶縁体１３の比透磁率μに対する、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスＬ（０Ａ）、及び直流電流を２００Ａ重畳した場合のインダクタンスＬ（２００Ａ）を示す図である。  
【００６７】
インダクタンスＬ：０Ａは、絶縁体１３の比透磁率μに対して一様に増加している。一方、インダクタンスＬ：２００Ａは、絶縁体１３の比透磁率μ＝５で最大となっている。
【００６８】
また、絶縁体１３が非磁性体であることを示す、絶縁体１３の比透磁率μ＝１である場合のインダクタンスＬ：２００Ａを基準として、インダクタンスＬ：２００Ａが最大値の半分以上となる絶縁体１３比透磁率の範囲は、２以上９以下となる。  
【００６９】
図８の結果から、絶縁体１３の比透磁率として望ましい範囲は２以上９以下であることが判明した。
【００７０】
しかし、重畳電流として２００Ａ以上が想定される場合には、絶縁体１３の比透磁率が５より大きい場合、重畳電流によりインダクタンスが大きく低下する可能性がある。
【００７１】
従って、重畳電流による磁気飽和を防ぐ上で、絶縁体１３の比透磁率は２以上７以下とすることが望ましく、２以上５以下とするのがより望ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１  リアクトル  
１１  磁性コア  
１１１  結合材  
１１２  第１軟磁性粒子  
１２  コイル  
１３、１３２１、１３２２  絶縁体  
１３１１  樹脂スペーサ  
１３２  第２軟磁性粒子  
１３３  ケース    
２１、２２  端子  
Ｈ、Ｈ’  磁界  
【図１】
2013222741.tif 000003
【図２】
2013222741.tif 000004
【図３】
2013222741.tif 000005
【図４】
2013222741.tif 000006
【図５】
2013222741.tif 000007
【図６】
2013222741.tif 000008
【図７】
2013222741.tif 000009