(57)【要約】      （修正有）【課題】近接効果を軽減し、交流抵抗を抑制することができる安価なコイルを提供する。【解決手段】磁性粉モールドコイル１は、絶縁被膜４付きの導線３を巻いた形状のコイル部材２と、コイル部材２をモールドしている絶縁樹脂製のモールド部材５と、モールド部材に含まれている磁性粉６とを備えるものである。磁性粉６は、モールド部材５中に略均一に配置されている。磁性粉６は、導線３の周囲に集積して配置されていても、いなくともよい。【選択図】図１
2017037888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被膜付きの導線を巻いた形状のコイル部材と、
前記コイル部材をモールドしている絶縁性を有するモールド部材と、
前記モールド部材に含まれている磁性粉とを備えることを特徴とする磁性粉モールドコイル。
【請求項２】
前記磁性粉は、材質、大きさ及び形状がいずれも同一の単一種類の磁性体で構成され、又は、材質、大きさ及び形状のうちの少なくとも一つが異なる複数種類の磁性体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性粉モールドコイル。
【請求項３】
前記磁性粉は、前記導線の周囲に集積していることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粉モールドコイル。
【請求項４】
前記磁性粉として少なくとも一部に扁平形状のものを有しており、前記扁平形状の扁平面が前記導線の外周面に対して略平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の磁性粉モールドコイル。
【請求項５】
前記磁性粉は、前記モールド部材中に略均一に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粉モールドコイル。
【請求項６】
絶縁性を有するモールド部材の原料を液状にし、
複数の磁性粉と、液状の前記モールド部材の原料とを混合して混合スラリを作成し、
絶縁被膜付きの導線を巻いた形状のコイル部材を、モールド形状に対応させて形成した成形型の中に入れ、
前記混合スラリを前記成形型に流し込んで、前記コイル部材に前記混合スラリを含浸させ、
前記混合スラリを硬化させて前記コイル部材をモールドすることを特徴とする磁性粉モールドコイルの製造方法。
【請求項７】
前記コイル部材に前記混合スラリを含浸させた状態で、前記コイル部材の前記導線に電流を流すことを特徴とする請求項６に記載の磁性粉モールドコイルの製造方法。
【請求項８】
前記磁性粉として少なくとも一部に扁平形状のものを用いることを特徴とする請求項７に記載の磁性粉モールドコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールド部材に磁性粉が含まれているコイル、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性めっき線（例えば特許文献１）を用いたコイルは近接効果を軽減し、交流抵抗を抑制することができる。しかし、磁性めっき線は高価であるため、高価なコイルになる。
【０００３】
そこで、特許文献２では、複数の磁性体を混合した樹脂を導線の外周に塗り付けてから加圧しつつ所定の厚みに伸ばすことで、導線の周囲に磁性層を形成する磁性材被覆導体及びその製造方法が開示されている。しかしながら、この磁性材被覆導体も製造に手間が掛かるため一般的なコイル用導線と比較すると高価になる。そのため、高価なコイルになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１５１５９４号公報
【特許文献２】特開２０１４−７１９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、近接効果を軽減し、交流抵抗を抑制することができる安価なコイル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】
【０００６】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された磁性粉モールドコイルは、絶縁被膜付きの導線を巻いた形状のコイル部材と、前記コイル部材をモールドしている絶縁性を有するモールド部材と、前記モールド部材に含まれている磁性粉とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載された磁性粉モールドコイルは、請求項１に記載のものであり、前記磁性粉は、材質、大きさ及び形状がいずれも同一の単一種類の磁性体で構成され、又は、材質、大きさ及び形状のうちの少なくとも一つが異なる複数種類の磁性体で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された磁性粉モールドコイルは、請求項１又は２に記載のものであり、前記磁性粉は、前記導線の周囲に集積していることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載された磁性粉モールドコイルは、請求項３に記載のものであり、前記磁性粉として少なくとも一部に扁平形状のものを有しており、前記扁平形状の扁平面が前記導線の外周面に対して略平行に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された磁性粉モールドコイルは、請求項１又は２に記載のものであり、前記磁性粉は、前記モールド部材中に略均一に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された磁性粉モールドコイルの製造方法は、絶縁性を有するモールド部材の原料を液状にし、複数の磁性粉と、液状の前記モールド部材の原料とを混合して混合スラリを作成し、絶縁被膜付きの導線を巻いた形状のコイル部材を、モールド形状に対応させて形成した成形型の中に入れ、前記混合スラリを前記成形型に流し込んで、前記コイル部材に前記混合スラリを含浸させ、前記混合スラリを硬化させて前記コイル部材をモールドすることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載された磁性粉モールドコイルの製造方法は、請求項６に記載のものであり、前記コイル部材に前記混合スラリを含浸させた状態で、前記コイル部材の前記導線に電流を流すことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載された磁性粉モールドコイルの製造方法は、請求項７に記載のものであり、前記磁性粉として少なくとも一部に扁平形状のものを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁性粉モールドコイル及びその製造方法では、従来の巻き線コイルと同様の導線及びモールド部材を用い、モールド部材に磁性粉を混合することで製造することができるため、磁性粉モールドコイルを安価に製造することができる。本発明の磁性粉モールドコイルによれば、導線の周辺に磁性粉が存在するため、導線に電流が流れることで発生する磁束が磁性粉を通り、周囲の導線に鎖交する磁束が減る。そのため、周囲の導線に発生する渦電流が減るため、近接効果を軽減でき、交流抵抗を抑制することができる。
【００１５】
磁性粉が導線の周囲に集積している場合、導線が磁性粉で覆われるので磁束の多くが磁性粉を通り、導線に鎖交する磁束が更に減る。そのため、導線に発生する渦電流が更に減るため、近接効果を一層軽減でき、交流抵抗を一層抑制することができる。更に、磁性粉として少なくとも一部に扁平形状のものを有し、扁平形状の扁平面が導線の外周面に対して略平行に配置されている場合、磁性粉によって導体全体が覆われやすくなるため、交流抵抗を一層抑制することができる。このような磁性粉モールドコイルの製造方法は、磁性粉を含む混合スラリにコイル部材を含浸させ、コイル部材の導線に電流を流すことで製造できる。電流を流すことは一般的な電源装置を用いればよいので、特殊な装置が不要であり、簡便、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用する磁性粉モールドコイルを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用する磁性粉モールドコイルの製造方法を模式的に示す図である。
【図３】本発明を適用する他の磁性粉モールドコイルを模式的に示す断面図である。
【図４】本発明を適用する他の磁性粉モールドコイルの製造方法の要部を模式的に示す図である。
【図５】シミュレーション解析を行った比較例であるＣＯＷコイルの構造を示す断面図である。
【図６】シミュレーション解析を行った本発明を適用する磁性粉モールドコイルの構造を示す断面図である。
【図７】シミュレーション結果を示すコイルの抵抗−周波数特性のグラフである。
【図８】シミュレーション結果を示す電流密度分布のコンター図である。
【図９】シミュレーション結果を示す磁界のコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１に、本発明を適用する磁性粉モールドコイル１の断面図及び一部拡大断面図を模式的に示す。磁性粉モールドコイル１は、コイル部材２と、モールド部材５と、磁性粉６とを備えている。尚、本発明の理解を容易にするために、各図面には磁性粉６等の大きさを実際よりも大きなサイズで図示している。
【００１９】
コイル部材２は、絶縁被膜４付きの導線３を巻いた形状のものである。例えば、コイル部材２は、従来の巻き線コイルと同様のものである。導線３は、従来の巻き線コイルに使われているような長尺状の導体である。導線３の断面形状は、同図に示すように外形が円形形状であってもよく、方形形状又は多角形形状であってもよい。また、導線を多数本撚ったリッツ線でもよい。コイル部材２の巻き数、巻き径、巻き方（密巻き、疎巻き等）、及び導線３の線径、線長は任意である。
【００２０】
導線３の材料として、従来の巻き線コイルの導線の材料と同様に、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金を用いることができる。導線３として、一般的なマグネットワイヤの他に、Ｍａｎｇａｎｉｎ（登録商標）線、又は銅アルミクラッド線を用いてもよい。導線３は、従来の一般的な巻き線コイルに使用する部材であるので、磁性めっき線と比較して安価である。
【００２１】
導線３は、同図中の一部拡大断面図に示すように、外周表面に絶縁被膜４を有している。絶縁被膜４は、絶縁性を有する膜である。絶縁被膜４の材料として、従来の巻き線コイルの絶縁被膜と同様に、例えばエナメル、ポリイミド、ポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、又はポリアミドなどの絶縁樹脂を用いることができる。絶縁被膜４の膜厚は、従来の巻き線コイルと同様に、例えば、１〜１００μｍである。
【００２２】
モールド部材５は、絶縁性を有するものである。モールド部材５は、コイル部材２（導線３）全体をモールド（封止）している。モールド部材５の材料として、従来のモールドコイル（モールド部材付きの巻き線コイル）と同様に、ワニス、エポキシ、シリコーン、ウレタン、フェノール、不飽和ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂、又はポリカーボネートなどの絶縁樹脂を用いることができる。モールド部材５は、従来の一般的なモールドコイルに使用する部材であるので安価である。
【００２３】
磁性粉６は、モールド部材５の中に含まれて配置されている。磁性粉６は、粉状（微細片状）の多数（複数個）の磁性体である。磁性粉６は、例えば鉄粉、アモルファス粉、フェライト粉、ファインメット（登録商標）粉などの軟磁性体粉であることが望ましい。磁性粉６は、種々のものが市販されているので、適宜使用すればよい。磁性粉６は、例えば噴霧法で製造することができる。磁性粉６として、サイズの大きな軟磁性体を細かく砕いたものを用いてもよい。
【００２４】
磁性粉６は、材質、大きさ及び形状がいずれも同一の単一種類の磁性体（磁性粉）で構成され、又は、材質、大きさ及び形状のうちの少なくとも一つが異なる複数種類の磁性体（磁性粉）で構成されている。磁性粉モールドコイル１の交流抵抗には、磁性粉６の鉄損も含まれるために、使用する周波数帯域に応じて、磁性粉６の材質、大きさ、形状を適宜選択することが望ましい。
【００２５】
磁性粉６の形状は、例えば、球状、扁平体状、回転楕円体状、板状、直方体状、不定形状などである。同図に示すように、磁性粉６として、異なる複数種の形状のものを用いてもよいし、略同じ形状のものだけを用いてもよい。磁性粉６として少なくとも一部に扁平体状のものを用いることが好ましい。尚、板状や回転楕円体状は扁平体状に含まれる。
【００２６】
磁性粉６の大きさに限定は無いが、例えば最も長い部位の長さが０．１〜５００μｍ程度の大きさのものを用いる。一例として、厚さが０．１〜１０μｍ、縦横の幅が１〜２００μｍの扁平体状のものを用いる。磁性粉６は、一般的な材料であるので安価である。
【００２７】
導線３の外周表面は絶縁被膜４で被覆されているので、磁性粉６がコイル部材２と接触してもよい。
【００２８】
この磁性粉モールドコイル１によれば、導線３の周囲に磁性粉６が存在するため、導線３に電流が流れることで発生する磁束が磁性粉６を通り、周囲の導線３に鎖交する磁束が減る。そのため、周囲の導線３に発生する渦電流が減るため、近接効果を軽減でき、交流抵抗を抑制することができる。磁性粉６の量を増加させるほど、近接効果を一層軽減することができ、交流抵抗を一層抑制することができる。尚、磁性粉モールドコイル１の近接効果の軽減効果、すなわち交流抵抗の抑制効果についてのシミュレーション解析結果を後述する。
【００２９】
次に、本発明を適用する磁性粉モールドコイル１の製造方法について説明する。
【００３０】
図２に、磁性粉モールドコイル１の製造工程を模式的に示す。図２（ａ）に示すように、磁性粉６を予め準備する。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、絶縁性を有するモールド部材の原料を液状にしたモールド液１１を作成する。従来、コイルをモールドするときにはモールド部材の原料を液状にしているので、従来と同様の原料を用いて従来と同様の方法で液状にすればよい。例えば、熱可塑性を有するモールド部材５の原料を融点以上の温度に加熱して溶融させて液状にしてもよい。モールド部材５の原料を液体の有機溶剤に溶かして液状にしてもよい。原料が液状である場合そのまま用いればよい。例えば２液を混合すると硬化する２液硬化型のモールド部材を用いてもよい。液体を加熱すると硬化する熱硬化型のモールド部材を用いてもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、複数個の磁性粉６と、モールド液１１とを混合して液状の混合スラリ１２を作成する。よく撹拌して、混合スラリ１２を均等に混合させる。磁性粉６が凝集しないように、磁性粉６の表面に界面活性剤をコーティングしたものを用いてもよい。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示すように、コイル部材２を、モールド形状に対応させて形成した成形型９１の中に入れる。コイル部材２及び成形型９１は予め製作しておく。コイル部材２は従来の巻き線コイルと同様に例えば巻き線機で製作すればよい。成形型９１も、従来のモールドコイルの製造用のものと同様に製作すればよい。同図に示すように、液状の混合スラリ１２を成形型９１に流し込んで、図２（ｅ）に示すように、コイル部材２（導線３）全体が混合スラリ１２中に浸漬するように、コイル部材２に混合スラリ１２を含浸させる。
【００３４】
次に、混合スラリ１２（モールド液１１）を硬化させてコイル部材２をモールドする。混合スラリ１２が略均等に混合されていると、モールド部材５中に磁性粉６が略均等に配置される。モールド液１１は、従来のモールド部材の硬化方法と同様に硬化させればよい。例えば、融点以上に加熱して液状にした熱可塑性を有するモールド部材を融点以下の温度に冷却して硬化させる。又は、有機溶剤に溶かしたモールド部材を加熱や乾燥させて有機溶剤を蒸発させて硬化させる。又は、２液硬化性のモールド部材の硬化時間を経過させて硬化させる。加熱することで硬化させるタイプのモールド部材の場合加熱して硬化させる。硬化後に成形型９１から取り出して、図１に示した磁性粉モールドコイル１が完成する。
【００３５】
磁性粉モールドコイル１の製造は、脱泡のために真空注型で行うことが望ましい。磁性粉モールドコイル１を、射出成形又はトランスファー成形で製造してもよい。
【００３６】
本発明の磁性粉モールドコイル及びその製造方法では、従来の巻き線コイルと同様の導線３及びモールド部材５を用い、安価な磁性粉６をモールド部材５に混合するだけで製造することができるので、磁性粉モールドコイル１を安価に製造することができる。磁性めっき線は線材メーカーでないと製造することが難しいが、本発明の磁性粉モールドコイルは、モールドコイルを製造できる工場であれば、新たな製造用装置を導入することなく、従来の装置を使用して製造を行うことができる。
【００３７】
次に、本発明を適用する別の磁性粉モールドコイルについて説明する。尚、既に説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３８】
図３に、本発明を適用する磁性粉モールドコイル１Ａの断面図及び一部拡大断面図を模式的に示す。磁性粉モールドコイル１Ａは、コイル部材２と、モールド部材５Ａと、磁性粉６とを備えている。
【００３９】
磁性粉モールドコイル１Ａでは、同図中の一部拡大断面図に示すように、モールド部材５Ａの中の磁性粉６が導線３の周辺に集積して配置されている。モールド部材５Ａの材料は、モールド部材５と同様のものである。
【００４０】
磁性粉モールドコイル１Ａのように、複数の磁性粉６が導線３の周囲に集積していると、導線３が磁性体で被覆されたようになるため、導線３に鎖交する磁束が一層減る。そのため、先に説明した磁性粉モールドコイル１よりも近接効果を一層軽減することができ、交流抵抗を一層抑制することができる。
【００４１】
更に、磁性粉モールドコイル１Ａは、複数の磁性粉６として、少なくとも一部に扁平形状の磁性粉６が含まれており、その扁平形状の扁平面が導線３の外周面に対して略平行に配置されていることが望ましい。磁性粉６の扁平面が導線３の外周面に対して略平行に配置されていると、磁性粉６によって導線３の全体が隙間なく覆われやすくなるため、近接効果の影響を一層低減することができる。
【００４２】
次に、磁性粉モールドコイル１Ａの製造方法について説明する。
【００４３】
この磁性粉モールドコイル１Ａを製造するために、図２を用いて説明した磁性粉モールドコイル１の製造方法の図２（ａ）から硬化させる前の図２（ｅ）までの工程と同様の工程を行う。すなわち、磁性粉６と、モールド液１１とを混合して混合スラリ１２を作成し、絶縁被膜４付きの導線３を巻いた形状のコイル部材２を、モールド形状に対応させて形成した成形型９１の中に入れ、混合スラリ１２を成形型９１に流し込み、コイル部材２を混合スラリ１２に含浸させる。
【００４４】
図４に模式的に示した一部拡大図に示すように、磁性粉モールドコイル１Ａを製造するためには、コイル部材２に混合スラリ１２を含浸させた状態で、コイル部材２の導線３に電流Ｉ（例えば直流電流）を流す工程を行う。同図に示すように、導線３に電流Ｉを流すと、導線３を中心として同心円状の磁界Ｈが発生する。磁界Ｈは、導線３に近いほど大きい。そのため、混合スラリ１２の中の磁性粉６が導線３に引き寄せられて集まり、導線３の周囲（外周面）に集積する。導線３の外周面は絶縁被膜４で被覆されているので、導線３と磁性粉６とは電気的に絶縁されるため、磁性粉６が接触してもよい。
【００４５】
磁性粉６として少なくとも一部に扁平形状のものを用いている場合、磁界Ｈの影響で、磁界Ｈの方向と扁平形状の扁平面が平行に揃いつつ、磁性粉６が導線３の周囲に集まる。そのため、磁性粉６の扁平面が導線３の外周面に対して略平行に配置される。
【００４６】
同図に示した状態で、混合スラリ１２（モールド液１１）を硬化させる。導線３に流した電流Ｉは、モールド液１１が硬化して磁性粉６が固定された後に停止させればよい。硬化後に成形型９１から取り出して、磁性粉モールドコイル１Ａが完成する。
【００４７】
＜シミュレーション解析＞
有限要素法（ＦＥＭ）解析を用いて、比較例になる銅線を用いたＣＯＷ（銅線）コイル、及び、本発明の磁性粉モールドコイルの抵抗−周波数特性を算出し、比較、検討した。
【００４８】
図５に、解析を行ったＣＯＷコイルの構造を示し、図６に、解析を行った磁性粉モールドコイルの構造を示す。いずれも、コイルは導体径１．４５ｍｍの銅線を６９回巻いたものである。両コイルとも、銅線を、中心軸側から数えて第１層〜第８層までの８層に巻いており、第１層：９回、第２層：９回、第３層：８回、第４層：９回、第５層：８回、第６層：９回、第７層：８回、第８層：９回巻いている。図６の磁性粉モールドコイルでは、銅線全体を磁性粉に含浸させている。尚、解析では、導線の周囲に絶縁被膜を付すことは、影響が小さいため省略している。
【００４９】
表１に解析条件を示した。計算を行った周波数範囲は１Ｈｚから１００ｋＨｚまでである。尚、磁性材料の抵抗率は無限大とした。
【表１】
2017037888.tif 000003
【００５０】
＜解析結果＞
図７に、ＣＯＷコイル、本発明の磁性粉モールドコイル、ワンターンコイルの抵抗-周波数特性を示した。ワンターンコイルは、参考例であり、ＣＯＷコイルに用いた銅線の導体径と長さの同じ銅線をワンターンコイルにしたものである。ワンターンコイルの結果から、表皮効果の影響は小さく、近接効果の影響が大きいことがわかる。
【００５１】
周波数が１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのとき、磁性粉モールドコイルの抵抗はＣＯＷコイルの抵抗に比べて各々１８％、４％大きくなった。一方、１００ｋＨｚのとき磁性粉モールドコイルの抵抗はＣＯＷコイルの抵抗に比べて３５％小さくなった。
【００５２】
図８、図９にＣＯＷコイル、本発明の磁性粉モールドコイルの１０ｋＨｚと１００ｋＨｚのときの電流密度分布、磁界の強さを示した。図８では、電流密度の偏りの小さい方（色の変化の小さい方）が、渦電流が小さく近接効果の影響が少ないと評価できる。図９では、銅線内の磁界が小さい方（色の変化の小さい方）が、鎖交磁界が少なく、近接効果の影響が少ないと評価できる。
【００５３】
図８より、１０ｋＨｚのときの電流密度の偏りはＣＯＷコイルに比べて磁性粉モールドコイルのほうが大きくなっている。これは、図９より、磁性粉モールドコイル内の磁界はＣＯＷコイル内の磁界に比べて大きくなり、近接効果の影響を強く受けるためである。一方、１００ｋＨｚのとき電流密度の偏りはＣＯＷコイルに比べて磁性粉モールドコイルのほうが小さくなっている。これは図９より、磁性粉モールドコイルの銅線内の磁界がＣＯＷコイルに比べて小さくなり近接効果を抑制しているからである。
【００５４】
以上の解析結果では、コイルを磁性粉で含浸することで５０ｋＨｚ以上の周波数域で交流抵抗が軽減した。周波数が１００ｋＨｚのとき、磁性粉モールドコイルの抵抗はＣＯＷコイルの抵抗に比べて３５％低減した。
【００５５】
本発明の磁性粉モールドコイルによれば、周波数帯により近接効果の影響を軽減でき、交流抵抗を低減できることが解った。解析条件では５０ｋＨｚ以上の周波数域で交流抵抗が軽減した。条件を変更することで、周波数特性を変更することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１・１Ａは磁性粉モールドコイル、２はコイル部材、３は導線、４は絶縁被膜、５・５Ａはモールド部材、６は磁性粉、１１はモールド液、１２は混合スラリ、９１は成形型、Ｈは磁界、Ｉは電流である。
【図１】
2017037888.tif 000004
【図２】
2017037888.tif 000005
【図３】
2017037888.tif 000006
【図４】
2017037888.tif 000007
【図５】
2017037888.tif 000008
【図６】
2017037888.tif 000009
【図７】
2017037888.tif 000010
【図８】
2017037888.tif 000011
【図９】
2017037888.tif 000012