JP2004235462A

JP2004235462A - インダクタ

Info

Publication number: JP2004235462A
Application number: JP2003022499A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Akamatsu; 薫赤松; Toru Umeno; 徹梅野
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP4325203B2

Abstract

【課題】簡単な作業により、磁気ギャップ部が大きい場合でも振動音を抑制した構成を低コストで実現できるインダクタを提供する。
【解決手段】Ｅ型コア１の中央脚１ａの長さは外側脚１ｂ，１ｂの長さよりも短くて、中央脚１ａはＩ型コア２に接触しておらず、Ｅ型コア１とＩ型コア２との間に磁気ギャップ部１０が形成されている。磁気ギャップ部１０には、Ｅ型コア１及びＩ型コア２に熱膨張係数が近似しており、耐熱性が高い非磁性のガラスビーズ１１と接着剤１２とを混合して硬化させた混合物１３が充填されている。球状をなすガラスビーズ１１の直径は、磁気ギャップ部１０のギャップ長の２／３倍以上１倍未満である。混合物１３におけるガラスビーズ１１の混合比率は、重量比２５〜７５％である。接着剤１２の粘度は、１０Ｐａ・ｓ以下である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子機器に使用されるインダクタに関し、特に、例えば上側のＥ型コアと下側のＩ型コアとによって閉磁路が構成される閉磁路型のインダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子機器に使用されるインダクタにおいて、特に大電流化に対応した、例えば、ノート型パーソナルコンピュータのＣＰＵに用いられるインダクタは、断面がＥ形状をなすＥ型コア同士の組合せ、またはＥ型コアと断面がＩ形状をなすＩ型コアとの組合せなどから構成され、コイルは直流抵抗を低減するため、占積率が高い平角線を使用したエッジワイズコイルが用いられる場合が多い。
【０００３】
図３は、このようなインダクタの構成を示す断面図である。この閉磁路型のインダクタのコアは、その断面がＥ形状をなす上側のＥ型コア２１と、Ｉ形状をなす下側のＩ型コア２２とを組み合わせて構成されている。Ｅ型コア２１は、円柱状の中央脚２１ａ及びその両側の角柱状の外側脚２１ｂ，２１ｂの一方の端部を、板状の接続部２１ｃに一体接続させた構成をなしている。中央脚２１ａと外側脚２１ｂ，２１ｂとの間で、中央脚２１ａの周囲にエッジワイズコイル２３が巻回されている。板状をなすＩ型コア２２に、中央脚２１ａ及び外側脚２１ｂ，２１ｂの他方の端部を付き合わせて閉磁路を構成している。
【０００４】
近年、ノート型パーソナルコンピュータのＣＰＵの消費電力の増大に伴って、ＣＰＵ給電回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）に用いられるインダクタの通電電流も大きくなってきている。インダクタの通電電流が大きくなった場合、図３に示す構成では中央脚２１ａの部分で磁気飽和してしまうという問題がある。
【０００５】
このような大電流化における磁気飽和の問題に対して、飽和磁束密度が高いＭｎ−Ｚｎ系材料またはダスト系材料をコアに使用したり、また、大電流でのインダクタンスの変化率を小さくするため、図４に示すように磁路中に磁気ギャップが形成されている。
【０００６】
図４において、図３と同一部分には同一番号を付している。図４に示すインダクタでは、中央脚２１ａの長さが外側脚２１ｂ，２１ｂの長さよりも短くされており、中央脚２１ａはＩ型コア２２に接触しておらず、両者の間は磁気ギャップ部３０となっている。このように中央脚２１ａとＩ型コア２２との間に磁気ギャップ部３０を設けることにより、磁気抵抗を上げ、大きな直流電流が流れても磁気飽和しないようにしている。
【０００７】
ところで、閉磁路型のインダクタを用いたＤＣ−ＤＣコンバータに、可聴周波数帯域で周期的に振動するようなＣＰＵなどの負荷が接続された場合、その負荷の変動に対応した交流電流がインダクタに流れて、コアが磁歪により振動し、可聴周波数帯域での振動音が発生する。この振動音は、電流の振幅が大きいほど大きくなるため、近年問題となってきている。また、磁気ギャップ部が大きいほど機械的にたわみ易くなるため、振動音が大きくなる。更に、コアに使用する磁性材の透磁率が高いほど磁気ギャップ部を大きくする必要があり、ダスト系材料に比べて透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ系材料をコアに使用する場合には、この振動音の問題は深刻である。
【０００８】
そこで、磁気ギャップ部に非磁性のもの、例えば接着剤を注入することが考えられた。しかしながら、接着剤を注入する構成では、コアと接着剤との熱膨張係数の違いによって、接着剤の硬化時または熱衝撃を受けた際に、コアにクラックが入ることが多いという問題があった。
【０００９】
また、樹脂製のスペーサを磁気ギャップ部に挿入する構成も提案されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、このようなインダクタの構成を示す断面図であり、図５において、図３，図４と同一部分には同一番号を付している。図５に示すインダクタでは、磁気ギャップ部３０と同程度の厚さである耐熱性が高い液晶ポリマ製の樹脂スペーサ４０を磁気ギャップ部３０に挿入し、エポキシ樹脂等の接着剤４１にて固めている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２３３３４８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す構成では、樹脂スペーサ４０を磁気ギャップ部３０に挿入した後、更に接着剤４１を注入しなければならず、作業が煩雑であるという問題がある。また、樹脂スペーサ４０はコストが高いという問題もある。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な作業により、磁気ギャップ部が大きい場合でも振動音を抑制した構成を実現できるインダクタを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、安価な構成であっても振動音を抑制できるインダクタを提供することにある。
【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、１コアと第２コアとによって閉磁路が構成され、前記第１コアの一部と前記第２コアとの間に磁気ギャップ部が設けられているインダクタにおいて、非磁性の粒体と接着剤との混合物を前記磁気ギャップ部に充填してあ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、熱膨張係数がコアの材料に近い非磁性の粒体を接着剤に混ぜたものを、第１コアと第２コアとの間の磁気ギャップ部に充填してある。粒体を混合した接着剤を例えばディスペンサにて磁気ギャップ部に注入するだけで良く、樹脂スペーサを用いる場合と比較して、作業は簡略化される。
【００１６】
第２発明に係るインダクタは、第１発明において、前記粒体は球状をなしており、前記粒体の直径は前記磁気ギャップ部の長さの２／３倍以上１倍未満であ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、球状をなす粒体の直径を磁気ギャップ部の長さの２／３倍〜１倍とする。直径がギャップ長の２／３倍より小さい粒体を使用した場合、接着硬化時に接着剤と一緒に粒体が流れ出て磁気ギャップ部に粒体を完全に埋め込むことができない。また、直径がギャップ長以上である粒体では、磁気ギャップ部に充填できない。そこで、第２発明では、ギャップ長の２／３倍以上１倍未満の直径を有する粒体を使用する。
【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、前記粒体の混合比率は重量比２５〜７５％の範囲であ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、粒体の混合比率を重量比２５〜７５％の範囲とする。粒体の混合比率が高いほど、混合物の熱膨張係数がコアの熱膨張係数に近づくため、コアのクラック防止の効果は高いが、その混合比率が高すぎると、混合物の流動性が低下するため、ディスペンサによる注入処理が困難となる。そこで、第３発明では、充填される混合物における粒体の混合比率を２５〜７５％に設定する。
【００２０】
第４発明に係るインダクタは、第１〜第３発明のいずれかにおいて、前記接着剤の粘度は１０Ｐａ・ｓ以下であ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、接着剤の粘度を１０Ｐａ・ｓ以下とする。粘度が１０Ｐａ・ｓより大きい接着剤を使用した場合には、接着剤と粒体とが良好に混じり合わず、また、混合物の流動性が低くてディスペンサによる注入処理が困難である。そこで、第４発明では、接着剤の粘度を１０Ｐａ・ｓ以下に設定する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１，図２は、本発明に係る閉磁路型のインダクタの構成を示す断面図，平面図である。図２にあっては、Ｉ型コア２を除去して内部を図示している。
【００２３】
本発明のインダクタのコアは、その断面がＥ形状をなす第１コアとしての上側のＥ型コア１と、Ｉ形状をなす第２コアとしての下側のＩ型コア２とを組み合わせて構成されている。Ｅ型コア１は、円柱状の中央脚１ａ及びその両側の角柱状の外側脚１ｂ，１ｂの一方の端部を、板状の接続部１ｃに一体接続させた構成をなしている。板状をなすＩ型コア２に、Ｅ型コア１の外側脚１ｂ，１ｂの他方の端部を付き合わせて閉磁路を構成している。これらのＥ型コア１及びＩ型コア２は、大電流を流しても磁気飽和し難い良好な磁気特性（飽和磁束密度が高い特性）を有するＭｎ−Ｚｎ系材料にて形成されている。
【００２４】
Ｅ型コア１の中央脚１ａの長さは外側脚１ｂ，１ｂの長さよりも短くて、中央脚１ａはＩ型コア２に接触しておらず、Ｅ型コア１とＩ型コア２との間に磁気ギャップ部１０（ギャップ長Ｌ）が形成されている。中央脚１ａと外側脚１ｂ，１ｂとの間で、中央脚１ａの周囲にコイル３が巻回されている。
【００２５】
この磁気ギャップ部１０には、非磁性の粒体としてのガラスビーズ１１と接着剤１２とを混合して硬化させた混合物１３が充填されている。ガラスビーズ１１は、Ｅ型コア１及びＩ型コア２を構成するＭｎ−Ｚｎ系材料に熱膨張係数が近似しており、耐熱性が高い。ガラスビーズ１１は球状をなしており、その直径Ｄは、磁気ギャップ部１０のギャップ長Ｌの２／３倍以上１倍未満である。また、混合物１３におけるガラスビーズ１１の混合比率（重量比）は、２５〜７５％である。更に、接着剤１２の粘度は、１０Ｐａ・ｓ以下である。
【００２６】
本発明では、以上のようにガラスビーズ１１を接着剤１２に混合した混合物１３を、ディスペンサで磁気ギャップ部１０に注入して硬化させる。このように本発明では混合物１３をディスペンサにて注入させるだけで良いので、樹脂スペーサを挿入して接着剤を注入する図５に構成を示す従来のインダクタに比べて、作業を簡略化することができる。
【００２７】
また、本発明では、ガラスビーズ１１の直径Ｄをギャップ長Ｌの２／３倍以上１倍未満（２／３Ｌ≦Ｄ＜Ｌ）としているので、磁気ギャップ部１０に完全にガラスビーズ１１を埋め込むことができ、振動音の発生を防止できる。また、ガラスビーズ１１の混合比率を重量比２５〜７５％としているので、混合物１３の熱膨張係数がＥ型コア１及びＩ型コア２の熱膨張係数に近似するため、これらのＥ型コア１またはＩ型コア２にクラックが発生することはなく、また、混合物１３の流動性も比較的高くてディスペンサによる注入処理を容易に行える。更に、粘度が１０Ｐａ・ｓ以下である接着剤１２を使用しているので、ガラスビーズ１１と接着剤１２とを確実に混合させることができ、また、混合物１３の流動性も比較的高くてディスペンサによる注入処理を容易に行える。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、Ｅ型コア１及びＩ型コア２をＭｎ−Ｚｎ系材料にて形成したが、Ｍｎ−Ｚｎ系材料よりも高い飽和磁束密度を有するセンダストなどのダスト系材料にてＥ型コア１及びＩ型コア２を形成するようにしても良いことは勿論である。さらに、Ｍｎ−Ｚｎ系材料からなるＥ型コア１とＮｉ−Ｚｎ系材料からなるＩ型コア２との組合せ、Ｎｉ−Ｚｎ系材料からなるＥ型コア１及びＩ型コア２の組合せ、ダスト系材料からなるＥ型コア１とＮｉ−Ｚｎ系材料からなるＩ型コア２との組合せも適用可能である。
【００２９】
次に、上述した構成の本発明のインダクタ（本発明例）と２つの比較例のインダクタ（比較例１，２）とにおける振動音発生の程度を測定した結果について説明する。
【００３０】
本発明例は、上述したように、Ｍｎ−Ｚｎ系材料からなるＥ型コア１とＩ型コア２との間の磁気ギャップ部１０に、ガラスビーズ１１及び接着剤１２の混合物１３を充填した構成のインダクタである。比較例１は、図３に示したように、Ｅ型コア２１及びＩ型コア２２を何れもダスト系材料にて形成し、Ｅ型コア２１とＩ型コア２２との間に磁気ギャップ部を設けない構成のインダクタである。比較例２は、図４に示したように、Ｍｎ−Ｚｎ系材料からなるＥ型コア２１（中央脚１ａ）とＩ型コア２２との間に設けた磁気ギャップ部３０に何も挿入せずに空気のみとした構成のインダクタである。
【００３１】
これらの本発明例，比較例１及び比較例２の夫々に交流電流を印加して発生する振動音のレベルを測定した。印加する交流電流は、振幅を０−２０Ａ、周波数を１ｋＨｚとした。振動音のレベルの測定結果（相対値）を下記表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
何も挿入しない磁気ギャップ部３０を設けた比較例２では、大きな振動音が測定された。磁気ギャップ部１０にガラスビーズ１１及び接着剤１２の混合物１３を充填した本発明例では、磁気ギャップ部を設けず、コアをダスト系材料で形成した比較例１と同じレベルまで振動音を低減できている。ダスト系材料からなるコアは、飽和磁束密度が高いため、磁気ギャップがほとんど不要であり、振動音が小さいという利点を有するが、比較的高価であるとともに、コア損失が大きいという問題がある。本発明例によれば、ダスト系材料からなるコアを用いなくても、振動音を抑制することができ、かつ、安価にしてインダクタを提供することができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、第１コアとしてＥ型コア、第２コアとしてＩ型コアを組み合わせた構成のインダクタについて説明したが、第１コア，第２コアを何れもＥ型コアとしてそれらを組み合わせた構成のインダクタについても同様に本発明を適用できる。また、非磁性の粒体として球状のガラスビーズを用いたが、非磁性であれば他の材質のものでも良い。更に、その形状を球状としたが、円柱状，角柱状でも良い。但し、そのギャップ長方向の長さは磁気ギャップ部の長さの２／３倍以上１倍未満とする。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明では、熱膨張係数がコアの材料に近い非磁性の粒体を接着剤に混ぜた混合物を第１コアと第２コアとの間の磁気ギャップ部に充填するようにしたので、磁気ギャップ部が大きくて大きな振動音が発生するインダクタに対して、非磁性の粒体を混合した接着剤をディスペンサで注入するという簡単な作業にて、振動音を抑制し得る構成を容易に形成できる。この際、使用する粒体の大きさ、粒体の混合比率、使用する接着剤の粘度を最適化することにより、振動音の十分な抑制効果を実現でき、熱膨張によるコアのクラックを防止でき、ディスペンサによる注入処理を容易に行える。更に、ガラスビーズなどの粒体は樹脂スペーサと比べて安価であるので、コストの低減化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る閉磁路型のインダクタの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る閉磁路型のインダクタの構成を示す平面図である。
【図３】従来のインダクタの一例の構成を示す断面図である。
【図４】従来のインダクタの他の例の構成を示す断面図である。
【図５】従来のインダクタの更に他の例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ｅ型コア（第１コア）
１ａ中央脚
１ｂ外側脚
１ｃ接続部
２Ｉ型コア（第２コア）
３コイル
１０磁気ギャップ部
１１ガラスビーズ（非磁性の粒体）
１２接着剤
１３混合物

Claims

第１コアと第２コアとによって閉磁路が構成され、前記第１コアの一部と前記第２コアとの間に磁気ギャップ部が設けられているインダクタにおいて、非磁性の粒体と接着剤との混合物を前記磁気ギャップ部に充填してあることを特徴とするインダクタ。
前記粒体は球状をなしており、前記粒体の直径は前記磁気ギャップ部の長さの２／３倍以上１倍未満であることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
前記粒体の混合比率は重量比２５〜７５％の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載のインダクタ。
前記接着剤の粘度は１０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインダクタ。