JP2004006609A

JP2004006609A - インダクタ

Info

Publication number: JP2004006609A
Application number: JP2002349163A
Authority: JP
Inventors: Toru Umeno; 梅野　徹; ▲くわ▼谷　▲吉▼夫; Yoshio Kuwatani
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】直流抵抗が大きくなることなく直流重畳特性を確保できて、小型化・大電流化を実現できる閉路型のインダクタを提供する。
【解決手段】コイル３が巻回されているドラムコア１を、スリーブコア２で同心円状に囲繞して、インダクタを構成する。磁束密度が高くて磁気飽和し易いドラムコア１の材料を飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトとし、電極となる端子が接着されるスリーブコア２の材料を絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトとする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉磁路型のインダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられるインダクタには、低背化が強く要求されている。また、高密度での実装化が進んで他の部品または回路が近接するような場合には、インダクタからの漏洩磁束が他に与える影響を無視できず、漏洩磁束の低減も重要な課題となっている。漏洩磁束を低減するために、インダクタの磁束の経路である磁路を内部に設けて、漏洩磁束を低減する閉磁路型のインダクタが良く知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来の代表的な閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図７（ａ）はその外観図、図７（ｂ）はその断面図、図７（ｃ）はその分解斜視図である。このインダクタは、ＮｉＺｎ系フェライト製のドラムコア２１と、同じくＮｉＺｎ系フェライト製のスリーブコア２２と、ドラムコア２１に巻回されたコイル２３とを有する。
【０００４】
ドラムコア２１は、中央の円柱部２１ａとこれに連なる両端の鍔部２１ｂ，２１ｂとを一体化して構成されており、その円柱部２１ａにコイル２３が巻回されている。スリーブコア２２は、円筒状をなしており、ドラムコア２１を包含するように、ドラムコア２１を同心円状に囲繞している。
【０００５】
上記インダクタにおける具体的な寸法例を、図８（ａ）（ドラムコア２１）と図８（ｂ）（スリーブコア２２）とに示す。また、これらの寸法例に基づく、各部分での磁路の断面積（円柱部２１ａ：円柱部２１ａの断面積、円柱部２１ａと鍔部２１ｂとの境界部：図８（ａ）の点線Ａの面積、鍔部２１ｂの端部：鍔部２１ｂの側面積、及び、スリーブコア２２：スリーブコア２２の断面積）を下記表１に示す。
【０００６】
【表１】

【０００７】
このような構成では、ドラムコア２１及びスリーブコア２２が、コイル２３が発生する磁束の経路（磁路）を形成するので、インダクタの外部に漏洩する磁束が可逆的に小さくなる。また、ドラムコア２１の鍔部２１ｂとスリーブコア２２との間に設けたギャップ２４（図８に示す例では０．３ｍｍ）によって、磁気抵抗を上げて直流重畳特性を確保している。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３２０２２００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインダクタでは、閉磁路であるために、磁気飽和し易いという問題がある。即ち、ドラムコア２１とスリーブコア２２とにて構成される磁路に流れる磁束は一定であるので、磁路の面が小さい部分、つまり円柱部２１ａ、円柱部２１ａと鍔部２１ｂとの境界部では磁束密度が他の部分より高くなり、飽和磁束密度に近づくと、この部分から飽和が始まる。
【００１０】
この磁気飽和を防止する手法として、円柱部２１ａの径を大きくしたり、鍔部２１ｂを厚くしたりして、これらの部分の磁束密度を低減して直流重畳特性を確保することが考えられる。しかしながら、この手法では、コイル２３を巻回する領域が狭くなって、コイル２３の径を細くしなければならなくなり、インダクタの直流抵抗が大きくなる。
【００１１】
また別の手法として、ギャップ２４を広げて磁気抵抗を増加させ、直流重畳特性を確保することも考えられる。しかしながら、ギャップ２４を大きくした場合には、ＡＬ値（巻線１ターン当たりのインダクタンス値）が小さくなって、所望のインダクタンス値を得るためには多くのターン数が必要となる。この場合、コイル２３の長さは長くなり、必要なターン数を所定面積内で実現するためには、コイル２３の径を細くしなければならなくなって、この手法でも、インダクタの直流抵抗が大きくなることになる。
【００１２】
以上のように、直流重畳特性を確保するためには、コイル２３での高抵抗化が避けられず、コイル２３での損失（銅損）が大きくなって、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の効率が低下してしまう。よって、従来のインダクタでは、小型化・大電流化を図れないという問題がある。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁束密度が高くて磁気飽和し易いドラムコアの材料を飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトとし、電極となる端子が接着されるスリーブコアの材料を絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトとすることにより、直流抵抗が大きくなることなく直流重畳特性を確保できて、小型化・大電流化を容易に実現できるインダクタを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るインダクタは、第１コアと、該第１コアに巻回されたコイルと、前記第１コアを囲繞する第２コアとを備えるインダクタにおいて、前記第１コアはＭｎＺｎ系フェライトからなり、前記第２コアはＮｉＺｎ系フェライトからなることを特徴とする。
【００１５】
第１発明のインダクタにあっては、磁気飽和し易い第１コア（ドラムコア）を飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトにて構成し、飽和磁束密度に対し余裕がある部分を含む第２コア（スリーブコア）は絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトにて構成する。よって、大きな電流が流れた場合に磁束密度が高くなる第１コア（ドラムコア）に、飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトを使用しているので、磁気飽和しにくくなって直流重畳特性は改善する。
【００１６】
第２発明に係るインダクタは、第１発明において、前記第２コアに、その電極となる複数の端子が接着されていることを特徴とする。
【００１７】
第２発明のインダクタにあっては、電極としての複数の端子を第２コア（スリーブコア）に接着させており、端子間の絶縁を確保する。
【００１８】
第３発明に係るインダクタは、第１または第２発明において、前記第１コアの表面が絶縁性の合成樹脂にてコーティングされていることを特徴とする。
【００１９】
第３発明のインダクタにあっては、第１コア（ドラムコア）の表面を絶縁性の合成樹脂にてコーティングしており、コイルと第１コア（ドラムコア）との間、及び、端子と第１コア（ドラムコア）との間の絶縁の信頼性は高くなる。
【００２０】
第４発明に係るインダクタは、第１〜第３発明の何れかにおいて、前記第１コアは、両端に鍔部を有しており、該鍔部の一部が欠如していることを特徴とする。
【００２１】
第４発明のインダクタにあっては、第１コア（ドラムコア）の鍔部の端子に対向する部分を欠如させて、端子と第１コア（ドラムコア）との離隔距離を長くしており、リフローによる部品実装時の信頼性は向上する。
【００２２】
第５発明に係るインダクタは、第１〜第３発明の何れかにおいて、前記第１コアは一端に鍔部を有しており、前記第２コアは前記第１コアの前記一端と反対側に底部を有しており、前記第１コアの他端を臨ませる孔が前記底部に開いていることを特徴とする。
【００２３】
第５発明のインダクタにあっては、第１コア（ドラムコア）の一端にのみ鍔部を設けて他端には鍔部を設けておらず、部品実装時に大きな位置ずれがあっても、鍔部がないため、端子と第１コア（ドラムコア）との離隔距離は更に長くなり、第１コア（ドラムコア）と端子とがショートすることがなく、リフローによる部品実装時の信頼性は更に向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図１（ａ）はその外観図、図１（ｂ）はその断面図である。このインダクタは、ＭｎＺｎ系フェライト製の第１コアとしてのドラムコア１と、ＮｉＺｎ系フェライト製の第２コアとしてのスリーブコア２と、ドラムコア１に巻回されたコイル３とを有する。
【００２５】
ドラムコア１は、中央の円柱部１ａとこれに連なる両端の鍔部１ｂ，１ｂとを一体化して構成されており、その円柱部１ａにコイル３が巻回されている。スリーブコア２は、円筒状をなしており、ドラムコア１を包含するように、ドラムコア１を同心円状に囲繞している。コイル３は、マグネットワイヤを例えばエナメルなどの絶縁物で被膜処理して構成されている。
【００２６】
本発明のインダクタでは、磁束密度が高い部分（円柱部１ａ、円柱部１ａと鍔部１ｂとの境界部）を含むドラムコア１は飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトにて構成され、スリーブコア２は絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトにて構成されている。従って、コイル３に大きな電流が流れて磁路の断面積が小さい部分（円柱部１ａ、円柱部１ａと鍔部１ｂとの境界部）での磁束密度が高くなった場合でも、飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトにて構成されているため、その部分が磁気飽和することがなく、高い直流重畳特性を得ることができる。
【００２７】
ここで、本発明のインダクタと前述した従来のインダクタとの直流重畳特性の比較実験の結果について説明する。使用した本発明のインダクタ（本発明例）及び従来のインダクタ（従来例）の設計仕様を下記表２に示す。本発明例では従来例に比べて高さを２／３に低減している。
【００２８】
【表２】

【００２９】
図２は、このような本発明例と従来例とにおける直流重畳特性を示すグラフである。図２中の横軸はインダクタに流れる直流通過電流Ｉｄｃ（Ａ）を示し、縦軸は、インダクタに直流通過電流Ｉｄｃを流した場合の、インダクタのインダクタンスの変化ΔＬを直流通過電流Ｉｄｃが０であるときのインダクタンスＬで割った変化率ΔＬ／Ｌ（％）を示している。図２より、本発明例では従来例と比較して、高さを２／３に低減したにもかかわらず、直流重畳特性が改善されていることが分かる。
【００３０】
（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図３（ａ）はその外観図、図３（ｂ）はその断面図である。図３において、図１と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。
【００３１】
第２実施の形態では、スリーブコア２に、インダクタの電極となる端子５，５が接着されている。そして、この端子５，５にコイル３のコイル端３ａ，３ａが接続されている。
【００３２】
コイル３の両端の電極である端子５，５は、絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトからなるスリーブコア２に接着されているため、電極間（端子５，５間）の高い絶縁性を確保することができる。
【００３３】
（第３実施の形態）
図４は、本発明の第３実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図４（ａ）はその外観図、図４（ｂ）はその断面図である。図４において、図１，３と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第３実施の形態では、ドラムコア１の表面全域に、厚さ数μｍ〜２０μｍ程度の絶縁性の合成樹脂にて絶縁コーティング６（図４でハッチングを付した部分）を施している。
【００３４】
絶縁抵抗が低いＭｎＺｎ系フェライトからなるドラムコア１とこれに巻回されているコイル３との絶縁は、コイル３（マグネットワイヤ）の表面に施された絶縁被膜によって確保されているが、これだけでは絶縁が不十分になることも考えられる。そこで、第３実施の形態では、その絶縁の信頼性を高めるために、ドラムコア１の表面に絶縁コーティング６を施している。なお、絶縁コーティング６の材料として、パリレン樹脂，エポキシ樹脂，ポリアミド樹脂などの合成樹脂を使用できる。
【００３５】
第３実施の形態では、ドラムコア１とコイル３との絶縁性を高めることができると共に、この絶縁コーティング６によって、端子５，５間の絶縁の信頼性も向上する。
【００３６】
（第４実施の形態）
図５は、本発明の第４実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図５（ａ）はその外観図、図５（ｂ）はその断面図、図５（ｃ）はその下面図である。なお、図５（ｂ）では、プリント基板７への実装部分も図示している。図５において、図１，３，４と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、インダクタの端子５，５をプリント基板７のランド８，８に半田９を介して接続させることにより、インダクタをプリント基板７に実装している。第４実施の形態では、ドラムコア１の両端の鍔部１ｂの端子５に対向する部分が欠如されていて欠如部１ｃとなっている。
【００３８】
インダクタをプリント基板７に実装する場合、実装位置のずれを吸収するために、端子５，５の面積より大きいランド８，８をプリント基板７へ設けておくことが一般的である。この場合、２つのランド８，８がドラムコア１の下方に位置して、端子５，５がショートする可能性がある。そこで、第４実施の形態では、ドラムコア１の鍔部１ｂの端子５に対向する部分を切除させて、ドラムコア１（鍔部１ｂ）と端子５との離隔距離を大きくしている。これにより、インダクタをプリント基板７へ実装する際に、端子５，５がショートすることを防止できる。
【００３９】
（第５実施の形態）
図６は、本発明の第５実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成を示しており、図６（ａ）はその外観図、図６（ｂ）はその断面図、図６（ｃ）はその下面図である。なお、図６（ｂ）では、プリント基板７への実装部分も図示している。図６において、図１，３〜５と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。
【００４０】
第５実施の形態におけるドラムコア１は、両端に鍔部１ｂを有する上述した第１〜第４実施の形態とは異なり、その一端（図６の上方側）にのみ鍔部１ｂを有し、その他端（図６の上方側）には鍔部が設けられていないビス状をなしている。また、第５実施の形態におけるスリーブコア２は、円筒状をなす上述した第１〜題４実施の形態とは異なり、中央に孔２ａが開いた底部２ｂを有している。この孔２ａから、ドラムコア１の円柱部１ａの下方端が臨ませてあり、この円柱部１ａの下方端と底部２ｂ下端とは同じ高さにある。
【００４１】
第４実施の形態では、上述したように、ドラムコア１の鍔部１ｂの端子５に対向する部分を切除させて、ドラムコア１（鍔部１ｂ）と端子５との離隔距離を大きくし、半田９のリフロー時にショートしないようにして、部品実装時の信頼性の向上を図っている。しかしながら、部品実装時の位置ずれが大きい場合には、ドラムコア１の鍔部１ｂと端子５とがショートしてしまう可能性がある。
【００４２】
そこで、第５実施の形態では、インダクタの端子５のプリント基板７のランド８への半田付けがなされる下方側において、ドラムコア１の鍔部を取り去って、スリーブコア２に底部２ｂを設けた構成としている。これにより、部品実装時に大きな位置ずれが生じても、絶縁性が高いＮｉＺｎ系フェライトからなるスリーブコア２の底部２ｂに半田面が接触するだけであって、半田面がドラムコア１に接触することはなく、ショートの発生を完全に防止できる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のインダクタでは、ドラムコアをＭｎＺｎ系フェライトにて構成し、スリーブコアをＮｉＺｎ系フェライトにて構成するようにしたので、直流抵抗を大きくすることなく直流重畳特性を確保できて、小型化・大電流化を容易に実現することができる。
【００４４】
本発明の他のインダクタでは、電極となる複数の端子をスリーブコアに接着させるようにしたので、端子間の絶縁を確保することができる。
【００４５】
本発明の更に他のインダクタでは、ドラムコアの表面を絶縁性の合成樹脂にてコーティングするようにしたので、コイルとドラムコアとの間、及び、端子とドラムコアとの間の絶縁の信頼性を高くすることができる。
【００４６】
本発明の更に他のインダクタでは、ドラムコアの鍔部の一部を欠如させて電極から離すようにしたので、リフローによる実装時の信頼性を高くすることができる。
【００４７】
本発明の更に他のインダクタでは、ドラムコアの一端にのみ鍔部を設けて他端には鍔部を設けないようにしたので、部品実装時に大きな位置ずれがあっても、ドラムコアと端子とがショートすることがなく、リフローによる実装時の信頼性を更に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図２】本発明のインダクタと従来のインダクタとにおける直流重畳特性を示すグラフである。
【図３】第２実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図４】第３実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図５】第４実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図６】第５実施の形態に係る閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図７】従来の閉磁路型のインダクタの構成図である。
【図８】インダクタにおける各部材の寸法例を示す図である。
【符号の説明】
１　ドラムコア
１ａ　円柱部
１ｂ　鍔部
１ｃ　欠如部
２　スリーブコア
２ａ　孔
２ｂ　底部
３　コイル
５　端子
６　絶縁コーティング

Claims

第１コアと、該第１コアに巻回されたコイルと、前記第１コアを囲繞する第２コアとを備えるインダクタにおいて、前記第１コアはＭｎＺｎ系フェライトからなり、前記第２コアはＮｉＺｎ系フェライトからなることを特徴とするインダクタ。
前記第２コアに、その電極となる複数の端子が接着されている請求項１記載のインダクタ。
前記第１コアの表面が絶縁性の合成樹脂にてコーティングされている請求項１または２記載のインダクタ。
前記第１コアは、両端に鍔部を有しており、該鍔部の一部が欠如している請求項１〜３の何れかに記載のインダクタ。
前記第１コアは一端に鍔部を有しており、前記第２コアは前記第１コアの前記一端と反対側に底部を有しており、前記第１コアの他端を臨ませる孔が前記底部に開いている請求項１〜３の何れかに記載のインダクタ。