JP2002050522A

JP2002050522A - インダクタ及びトランス

Info

Publication number: JP2002050522A
Application number: JP2000237393A
Authority: JP
Inventors: Toru Ito; 透伊藤; Hatsuo Matsumoto; 初男松本
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】設置される永久磁石の形状に制限が少なく、
かつ、磁気コアに巻回されたコイルによる磁束によって
永久磁石が減磁することのない、磁気コア容積の小さな
インダクタを提供すること。【解決手段】磁気空隙を有する磁気コア１１に、巻回
されたコイル１４を装着してなるインダクタにおいて、
前記磁気コア１１の磁気空隙内を除く該磁気コア１１の
外部に永久磁石１２を設置してなることを特徴とするイ
ンダクタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気コアに巻回さ
れたコイルを備えた磁気素子に関し、詳しくは、各種電
子機器や電源に使用され、直流バイアスを用いてコアロ
スを低減するインダクタ及びトランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化・軽量化が
進められている。これに伴い、電子機器全体に占める電
源部の相対的な容積比率は、増大する傾向にある。これ
は、各種の回路がＬＳＩ化される一方で、電源部の回路
要素に必須のインダクタやトランスなどの磁気部品の小
型化が困難なためであり、電源部の小型化・軽量化のた
めに様々の方法が試みられてきた。

【０００３】インダクタやトランスなどの磁気素子（以
下、まとめてインダクタと称する）を小型化・軽量化す
るためには、磁性材料から成る磁気コアの容積を減少化
することが効果的である。一般に、コアを小型化する
と、磁気コアが磁気飽和し易くなるため、電源として扱
える電流値が小さくなってしまうという問題がある。

【０００４】この問題を解決するための方策として、磁
気コアの一部に磁気空隙（ギャップ）を設けることで磁
気コアの磁気抵抗を増大させ、電流値の減少を防ぐ技術
が知られている。但し、この場合、これらの磁気部品の
磁気インダクタンスが低下する。

【０００５】この磁気インダクタンスの低下を防止する
方法として、特開平０１−１６９９０５に磁気バイアス
発生用の永久磁石を用いた磁気コアの構造に関する技術
が記載されている。この技術は、永久磁石を用いて磁気
コアに直流の磁気バイアスを与え、結果として、磁気空
隙（ギャップ）を透過しうる磁力線の本数を増加させる
方法である。

【０００６】図１３に、この従来の技術を示す。図１３
において、磁性コア１３１に設けた２箇所の磁気空隙
（ギャップ）に、それぞれ永久磁石１３２が挿入されて
いる。また、図１４に、図１３に示す磁性コア１３１の
磁気空隙（ギャップ）に、永久磁石１３２が挿入されて
いる場合と挿入されていない場合のインダクタンス−直
流重畳電流特性を比較して示す。

【０００７】図１４に示すように、磁気空隙に、永久磁
石が挿入されている磁性コアは、永久磁石が挿入されて
いない磁性コアと比較して、より大きな電流値において
も高い磁気インダクタンス値が維持していることが分
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のインダクタの磁気コアの構成においては、磁気
コアに巻線されたコイルによる磁束が磁気空隙内の永久
磁石を通過するため、永久磁石を減磁させてしまうとい
う問題があった。

【０００９】また、磁気空隙に挿入される永久磁石の形
状が小さいほど、外部要因による減磁の影響を大きく受
けるという問題があった。

【００１０】従って、本発明は、設置される永久磁石の
形状に制限が少なく、かつ、磁気コアに巻回されたコイ
ルによる磁束によって永久磁石が減磁することのない、
磁気コア容積の小さなインダクタを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、インダ
クタの磁気コアに設けられた磁気空隙の外側、あるい
は、磁気コアを挟んで磁気空隙の反対側に平板もしくは
略平板状の永久磁石を設けることで、磁気バイアスの生
成手段とするインダクタが得られる。この方法によれ
ば、永久磁石を磁気コアの磁気空隙の外側に設けている
ため、磁気空隙の形状に由来する永久磁石の寸法形状の
制限を受けることがない。

【００１２】また、永久磁石は、巻回されたコイルによ
る磁束の通過経路に存在しないため、同磁束による反磁
界による影響を受けにくく、永久磁石が減磁作用を受け
ることがない。つまり、本発明により、前記特開平０１
−１６９９０５が抱えていた前記２点の問題点をいずれ
も解決することができる。

【００１３】即ち、本発明は、磁気空隙を有する磁気コ
アに、巻回されたコイルを装着してなるインダクタにお
いて、前記磁気コアの磁気空隙内を除く外部に永久磁石
を設置してなることを特徴とするインダクタである。

【００１４】また、本発明は、磁気回路の一部に磁気空
隙を有し、該磁気空隙を通過して磁気コア中に形成され
る閉鎖磁気回路の外に永久磁石を設置して直流バイアス
磁界の生成手段としたインダクタであって、前記永久磁
石は両表面全体がそれぞれ磁極となるよう着磁された平
板状もしくは略平板状であり、該永久磁石の磁極面を前
記磁気コアの外側近傍の側面に設置し、かつ、前記磁気
コアの他側に巻線を施してなることを特徴とするインダ
クタである。

【００１５】また、本発明は、前記インダクタにおい
て、平板状もしくは略平板状の永久磁石は、その磁極面
が、磁気空隙を挟み対向する磁気コアの対向面の一方の
領域と略等しいか、それより小さな面積及び形状であ
り、かつ、前記磁気コアの他側に巻線を施してなること
を特徴とするインダクタである。

【００１６】また、本発明は、前記磁気コアが１箇所の
磁気空隙及び該磁気空隙を挟み対向する領域を有する、
Ｕ字型の形状であることを特徴とするインダクタであ
る。

【００１７】また、本発明は、磁気回路の一部に磁気空
隙を有し、該磁気空隙を通過して磁気コア中に形成され
る閉鎖磁気回路の外に永久磁石を設置して直流バイアス
磁界の生成手段としたインダクタであって、前記磁気コ
アは２箇所の磁気空隙及び該磁気空隙を挟み対向する領
域を有するＥ字型コアであり、該Ｅ字型コアの中央脚部
に巻線を設け、かつ、該Ｅ字型コアの外側脚部の外側に
平板状もしくは略平板状で両表面全体がそれぞれ磁極と
なるように着磁された永久磁石を、着磁の向きを対称に
して設置してなることを特徴とするインダクタである。

【００１８】また、本発明は、前記いずれか一つのイン
ダクタから実質的になることを特徴とするトランスであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１、図２、図３、図４は、本発明の第
１、第２、第３、第４の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図であり、図１、図２は、設置した平板状永
久磁石の極性のみが異なるインダクタの構成を示す図
で、図３、図４は、それぞれ永久磁石の位置もしくは形
状が図１、図２とは異なる場合を示す図である。また、
図５は、永久磁石を設置しない場合の比較例を示す図で
ある。

【００２１】また、図１、図２、図３にて用いた永久磁
石は、平板状で、その両表面全体がそれぞれ磁極となる
よう着磁されている。また、図４にて用いた永久磁石
は、図１、図２、図３にて用いた平板状永久磁石を切断
し、その一部のみを最も効果が顕著と思われる位置に設
置したものである。その磁石強度（永久磁石から生じる
磁力線の総数）は、前記の各平板状磁石より小さい。

【００２２】図１、図２、図３、図４の各図において、
太線で示した面をＮ極、その反対面をＳ極としている。
また、図５を含めた５種類のインダクタの磁気コアの寸
法形状は、全て同一で、Ｕ字型のコアである。また、磁
気コアの材質は、全て同一組成のフェライトであり、永
久磁石についても、全て同組成のＳｍＣｏ磁石を用いて
いる。また、各磁気コアに巻線されたコイルには、平角
銅線を用いている。

【００２３】なお、インダクタに用いられる永久磁石の
材質は、ＳｍＣｏに限定されず、十分な磁界強度が得ら
れるものならば、どのような材質でもよい。また、各磁
気コアに巻線されたコイルの材質も平角銅線に限定され
ず、インダクタの構成材として好適に使用できるものな
らば、どのような材質、形状のコイルでも構わない。

【００２４】これら５種類の磁気コアに巻線されたコイ
ルに、それぞれ交流電流（１００ｋＨｚ）を加え、磁気
コア内の磁路中に励起される磁束密度とその際のコアロ
スの関係を測定した。その結果を図６に示す。

【００２５】図６より、コアロスの大きさは、小さい方
から図１、図２、図３、図４、図５に示すインダクタの
順であり、設置した永久磁石の位置及び形状がコアロス
の大きさに影響を与えていることが分る。

【００２６】また、図１と図３に示すインダクタの比較
から、永久磁石は、図３のように、磁気コアの磁気空隙
を挟み対向する面の領域から多少ずらして設置される場
合には、図１のように、領域の全体を覆うように設置さ
れる場合より、多少低いものの永久磁石の設置には効果
があることが分る。

【００２７】また、図１と図４に示すインダクタの比較
から、図４のように、磁気的空隙の一部のみに小型の永
久磁石を設置する場合は、永久磁石の設置の効果が、か
なり小さくなることが分る。このことは、永久磁石設置
の効果が、磁気コアの磁気空隙を挟み対向する面の領域
のうち設置された永久磁石によって覆われる割合に主と
して関係していて、その領域内での場所による効果の顕
著差は、大きくないことを示していると考えられる。

【００２８】また、図１と図２に示すインダクタの比較
では、図６よりコアロスの値が両者ともほぼ同等である
ことから、永久磁石の着磁の向きは、コアロスの低減に
対し、ほとんど無関係であることが分る。

【００２９】また、図５と他の４形状のインダクタとの
比較により、どのような形であれ磁気コアの近傍に永久
磁石を設置することで、効果の差はあるものの、いずれ
もコアロスの低減に有効であるといえる。

【００３０】また、上記形状のうち、図１と比較例であ
る図５の２種類の形状のインダクタについて、両磁気コ
アに巻線されたコイルに、それぞれ直流電流を加えて、
その大きさを変化させ、直流重畳インダクタンスを測定
した。その測定結果を図７に示す。

【００３１】図７より、平板状の永久磁石を有する、図
１に示す実施の形態の場合、磁気コアの磁気飽和に起因
する直流重畳インダクタンスの低下が生じ始める直流電
流の値が、図５に示すインダクタに比べてより大きくな
っている。

【００３２】即ち、同組成、同形状の磁気コアの場合、
平板状の永久磁石を磁気コアの外側、磁気コアに巻線さ
れたコイルによる磁束が通過しない位置に設置すること
で、より大きな直流電流を扱うことのできる磁気コアを
設計することができる。

【００３３】なお、以上説明した本発明の第１の実施の
形態では、磁気コアの形状としてＵ字型磁気コアの場合
についてのみ例示しているが、磁気コア形状としてはＥ
字型磁気コアの場合にも全く同様の結果が得られる。

【００３４】また、Ｅ字型の磁気コアの場合には、通
常、その中央部にコイルを巻線し、磁気空隙が２箇所存
在する形状にて使用されるので、平板状の永久磁石は磁
気コアに設けられた２箇所の空隙の各外側、磁気コア本
体を挟んで空隙の反対側の２箇所に設置されて用いら
れ、磁気バイアスの生成手段とされる。

【００３５】以下、本発明の請求の範囲であるＥ字型の
磁気コアの場合について、図面を参照しながら説明す
る。

【００３６】図８、図９、図１０、図１１は、本発明の
第５、第６、第７、第８の実施の形態によるインダクタ
の構成を示す図であり、図８、図９は、設置した２箇所
の平板状永久磁石の極性のみがそれぞれ異なるインダク
タの構成を示す図で、図１０、図１１は、それぞれ２箇
所の永久磁石の位置もしくは形状が図８、図９とは異な
る場合を示す図である。また、図１２は、永久磁石を設
置しない場合の比較例を示す図である。

【００３７】また、図８、図９、図１０にて用いた永久
磁石は平板状で、その両表面全体がそれぞれ磁極となる
よう着磁されている。また、図１１にて用いた永久磁石
は、図８、図９、図１０にて用いた平板状永久磁石を切
断し、その一部のみを最も効果が顕著と思われる位置に
設置したものである。その磁石強度（永久磁石から生じ
る磁力線の総数）は、前記の各平板状磁石よりもかなり
小さい。

【００３８】図８、図９、図１０、図１１の各図におい
て、太線で示した面をＮ極、その反対面をＳ極としてい
る。また、図１２を含めたこれら５種類のインダクタの
磁気コアの寸法形状は全て同一で、Ｅ字型のコアであ
る。また、磁気コアの材質は、全て同一組成のフェライ
トであり、永久磁石についても全て同組成のＳｍＣｏ磁
石を用いている。また、各磁気コアに巻線されるコイル
にも前記Ｕ字型コアの場合と同じく平角銅線を用いてい
る。

【００３９】これら５種類の磁気コアに巻線されたコイ
ルに、それぞれ交流電流を加えて、磁気コア内の磁路中
に励起される磁束密度とその際のコアロスの関係を測定
した。

【００４０】その結果、永久磁石設置の効果は、前記の
Ｕ字型コアの場合と同じく、図８、図９、図１０、図１
１及び永久磁石を有しない図１２の順となることが判明
した。

【００４１】また、このうち、永久磁石の極性のみが異
なる図８、図９では、有意な差異が見られないことが判
明した。

【００４２】また、上記形状のうち、図８と比較例であ
る図１２について、前記のＵ字型コアの場合と同様に、
直流重畳インダクタンスを測定すると、永久磁石設置に
よって直流重畳インダクタンスの低下が生じ始める直流
電流の値がより大きくなることが分る。

【００４３】即ち、同組成、同形状の磁気コアの場合、
コアの外側、コアに巻線されたコイルによる磁束が通過
しない位置に平板状の永久磁石を設置することで、Ｕ字
型コアの場合と同様に、より大きな直流電流を扱うこと
のできる磁気コアを設計することができる。

【００４４】なお、上記実施の形態で用いた永久磁石や
コイルの寸法、材質、磁気コアの材質の条件が同一で、
かつ、両者の磁気コアの体積が等しいならば、以下の事
実が明らかとなっている。

【００４５】即ち、本発明の第１〜第４の実施の形態と
して記述した図１〜図４に示すＵ字型のインダクタと、
第５〜第８の実施の形態である図８〜図１１に示すＥ字
型のインダクタとでは、永久磁石の設置条件が同じ場合
には、磁気コアを通過する磁束密度（Ｂｍ）に対するコ
アロス（Ｐｖｃ）の値、及び磁気コアの直流重畳電流に
対するインダクタンスの値は、磁気コアの形状によら
ず、いずれも互いにほぼ等しい値である。

【００４６】以上説明した通り、本発明によれば、磁気
コアに設けられた磁気空隙の外側、即ち、磁気コア本体
を挟んで磁気空隙の反対側に平板もしくは略平板状の永
久磁石を設け、磁気バイアスの生成手段とする。この場
合、永久磁石を磁気空隙の外側に設けているために、ギ
ャップ形状に由来する永久磁石の寸法形状の制限を受け
ることがなく、また該永久磁石が巻線されたコイルによ
る磁束の通過経路上に存在しないので、同磁束による反
磁界により該永久磁石が減磁作用を受けることがない。

【００４７】これらの効果は、コア形状がＵ字型、Ｅ字
型いずれの場合にも同様に生じる。上記方法により、従
来よりもより大きな磁束を通過させてもコアロスの少な
い、寸法形状や材質が同じでも、より大きな電流を扱う
ことができるインダクタを得ることができた。言い換え
れば、扱える電流値を落とさずに、より小型化したイン
ダクタ及びトランスを作製することが可能となった。

【００４８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、設置される永久磁石の形状に制限が少なく、かつ、
磁気コアに巻回されたコイルによる磁束によって永久磁
石が減磁することのない、磁気コア容積の小さなインダ
クタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図２】本発明の第２の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図３】本発明の第３の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図４】本発明の第４の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図５】本発明の第１〜第４の実施の形態によるインダ
クタと比較のために製作されたインダクタの構成を示す
図。

【図６】本発明の第１〜第４の実施の形態及び比較例に
よるインダクタの磁気コア内の磁路中に励起される磁束
密度とその際のコアロスの関係を巻線された各コイルに
１００ｋＨｚの交流電流を通電した場合の各磁気コアを
通過する磁束密度（Ｂｍ）とコアロス（Ｐｖｃ）の関係
を示す図。

【図７】本発明の第１の実施の形態及び図５に示す比較
のためのインダクタの両磁気コアに巻線されたコイルに
１００ｋＨｚの交流電流を通電した場合の各磁気コアの
直流重畳電流とインダクタンスの関係を示す図。

【図８】本発明の第５の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図９】本発明の第６の実施の形態によるインダクタの
構成を示す図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態によるインダクタ
の構成を示す図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態によるインダクタ
の構成を示す図。

【図１２】本発明の第５〜第８の実施の形態によるイン
ダクタと比較のために製作されたインダクタの構成を示
す図。

【図１３】従来のインダクタに用いられている磁気コア
の斜視図。

【図１４】従来の磁気コアの磁気空隙に永久磁石がある
場合とない場合のインダクタにおける、巻線された各コ
イルに１ｋＨｚの交流電流を通電した場合の各磁気コア
の直流重畳電流とインダクタンスの関係を示す図。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，８１，９１，１０１，
１１１，１２１，１３１磁気コア１２，２２，３２，４２，８２，９２，１０２，１１
２，１３２永久磁石１３，２３，３３，４３，８３，９３，１０３，１１３
永久磁石のＮ極１４，２４，３４，４４，５４，８４，９４，１０４，
１１４，１２４コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気空隙を有する磁気コアに、巻回され
たコイルを装着してなるインダクタにおいて、前記磁気
コアの磁気空隙内を除く該磁気コアの外部に永久磁石を
設置してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】磁気回路の一部に磁気空隙を有し、該磁
気空隙を通過して磁気コア中に形成される閉鎖磁気回路
の外に永久磁石を設置して直流バイアス磁界の生成手段
としたインダクタであって、前記永久磁石は両表面全体
がそれぞれ磁極となるよう着磁された平板状もしくは略
平板状であり、該永久磁石の磁極面を前記磁気コアの外
側近傍の側面に設置し、かつ、前記磁気コアの他側に巻
線を施してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項３】請求項２記載のインダクタにおいて、前
記平板状もしくは略平板状の永久磁石は、その磁極面
が、磁気空隙を挟み対向する磁気コアの対向面の一方の
領域と略等しいか、それより小さな面積・形状であり、
かつ、前記磁気コアの他側に巻線を施してなることを特
徴とするインダクタ。
【請求項４】請求項１又は２記載のインダクタにおい
て、前記磁気コアは１箇所の磁気空隙及び該磁気空隙を
挟み対向する領域を有する、Ｕ字型の形状であることを
特徴とするインダクタ。
【請求項５】磁気回路の一部に磁気空隙を有し、該磁
気空隙を通過して磁気コア中に形成される閉鎖磁気回路
の外に永久磁石を設置して直流バイアス磁界の生成手段
としたインダクタであって、前記磁気コアは２箇所の磁
気空隙及び該磁気空隙を挟み対向する領域を有するＥ字
型コアであり、該Ｅ字型コアの中央脚部に巻線を設け、
かつ、該Ｅ字型コアの外側脚部の外側に、両表面全体が
それぞれ磁極となるように着磁された平板状もしくは略
平板状の永久磁石を、着磁の向きを対称にして設置して
なることを特徴とするインダクタ。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一つに
記載のインダクタから実質的になることを特徴とするト
ランス。