JP2006086335A - 磁気素子、コイル部品、アンテナコイルおよび可変パワーインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 コアの形状に対して物理的に変更を加えることなく、容易に所望の特性を得ること。
【解決手段】 磁気素子は、磁性材料からなるコア１と、コア１に巻装される巻線２と、コア１の一部に局所的に磁界を発生させ、局所的に磁束を通過させる磁界供給手段３と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気素子、コイル部品、アンテナコイルおよび可変パワーインダクタに関する。

特許文献１は、トロイダル型コイル部品を開示する。このトロイダル型コイル部品は、コアにギャップ部を設け、このギャップ部から空芯巻線をコイルとして挿入装着される。

特許文献２は、アンテナコイルを開示する。アンテナコイルは、たとえば、十文字状に形成されたフェライトコアと、このフェライトコアの十文字の４肢に巻きつけられる２つの巻線とを有する。

特開２００３−３１４２２号公報（要約書、明細書など） 特開２００４−１５９３４８号公報（図４、段落００１１など）

特許文献１のコイル部品では、トロイダルコアの直流電流重畳特性を改善するために、トロイダルコアを物理的に分断して、ギャップを形成している。この特許文献１が開示する方法は、脆い材料などでトロイダルコアを形成した場合に適用し難い。そのため、そのような脆い材料などでトロイダルコアを形成した場合において、特許文献１が開示する方法を用いて、直流電流重畳特性を改善することは難しい。

特許文献２には、十字形状のコアに２つのコイルを巻くことで、２つのアンテナコイルを一体的に形成している。そのため、別々に形成された２つのアンテナコイルを設ける場合に比べて、総合的なアンテナの占有面積を小さくすることができる。しかしながら、特許文献２のように複数のアンテナコイルのコアを共通化した場合、コイル間に相互インダクタンスが発生し、各アンテナコイルのインダクタンス値として所望の値を得ることが難しい。各アンテナコイルを設計どおりに形成したとしても、所望のインダクタンス値とはならず、十字形状のコアの大きさなどについて調整をするように何度も作り直しをしなければ、所望のインダクタンス値を得ることができない。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、コアの形状に対して物理的に変更を加えることなく、容易に所望の特性を得ることができる磁気素子、コイル部品、アンテナコイルおよび可変パワーインダクタを得ることを目的とする。

本発明に係る磁気素子は、磁性材料からなるコアと、コアに巻装される巻線と、コアの一部に局所的に磁界を発生させ、局所的に磁束を通過させる磁界発生手段と、を有するものである。

この構成を採用すれば、磁気素子のコアのうち、磁界発生手段により局所的に磁束が通過する部分は、コアのその他の部位より磁気飽和し易くなるか、磁気飽和した状態となる。コアは、局所的に磁気飽和することで、その磁気飽和している部位において磁路としては分断される。その結果、磁気素子の直流電流の重畳特性は、磁界発生手段を設けない場合に比べて改善される。

本発明に係る磁気素子は、上述した発明の構成に加えて、コアが、フェライトコアを使用したトロイダルコアであり、フェライトの比透磁率が２５以上、且つ、３万以下であるものである。

この構成を採用すれば、非常に高い直流電流重畳特性の改善効果が得られる。

本発明に係る磁気素子は、上述した各発明の構成に加えて、磁界発生手段が、コアの一部を両側から挟むように配設された第一の磁石および第二の磁石を有し、且つ、第一の磁石および第二の磁石のコア側の極性は互いに逆極性であるものである。

この構成を採用すれば、第一の磁石および第二の磁石によって、コアの一部に対して、磁界を集中的に発生させることができる。そして、そのコアの一部を磁気飽和させることができる。しかも、コアの一部を局所的に磁気飽和をさせるために、外部から電流を供給したりする必要はない。

本発明に係る磁気素子は、上述した各発明の構成に加えて、コアが、トロイダルコアであり、第一の磁石および第二の磁石が、トロイダルコアの環の一部をその環の穴の軸方向と略平行な方向から挟むように配設されているものである。

この構成を採用すれば、第一の磁石および第二の磁石として、同一サイズのものを使用することができる。その結果、第一の磁石および第二の磁石として共通の部品を使用して、磁気素子を構成する部品の種類の増加を抑制することができる。

本発明に係る磁気素子は、上述した各発明の構成に加えて、コアが、コアの一部において対向して突出する一対の突出部を有し、磁界発生手段が、一対の突出部に巻装される第一のコイルおよび第二のコイルを有するものである。

この構成を採用すれば、第一のコイルおよび第二のコイルに、それぞれのコア側の極性が互いに逆極性となるように電流を流すことで、コアの一部に磁界を集中的に発生させることができる。そして、そのコアの一部を磁気飽和させることができる。しかも、巻線などの発熱により部品温度がたとえば磁石のキュリー温度などを超えてしまうようなことがあったとしても、その磁界の集中した状態を維持することができる。

本発明に係る磁気素子は、上述した各発明の構成に加えて、磁界発生手段が、コアの一部を磁気飽和させるものである。

この構成を採用すれば、コアの一部が磁気飽和し、ギャップを形成した場合と電磁気的には似た状態となるため、優れた直流電流重畳特性を得ることができる。

本発明に係るコイル部品は、磁性材料からなるコアと、コアの周囲に巻装される少なくとも２つの巻線と、少なくとも２つの巻線の間において、コアの一部に局所的に磁界を発生させ、局所的に磁束を通過させる磁界発生手段と、を有するものである。

この構成を採用すれば、コイル部品のコアは、少なくとも２つの巻線の間に一部において局所的に磁界が発生するので、コアのその他の部位より磁気飽和し易くなるか、磁気飽和した状態となる。コアが、少なくとも２つの巻線の間において局所的に磁気飽和することで、その磁気飽和している部位の両側に巻装される２つの巻線は、電磁気的に結合しなくなる。その結果、その磁気飽和している部位の両側に巻装される２つの巻線は、互いに独立した別々のコイルとして利用することができる。

本発明に係るコイル部品は、上述した発明の構成に加えて、磁界発生手段が、コアの一部を両側から挟むように配設された第一の磁石および第二の磁石を有し、且つ、第一の磁石および第二の磁石のコア側の極性は互いに逆極性であるものである。

この構成を採用すれば、第一の磁石および第二の磁石によって、コアの一部に磁界を集中的に発生させることができる。しかも、外部から電流を供給したりする必要はない。

本発明に係るコイル部品は、上述した各発明の構成に加えて、コアが、コアの一部において対向して突出する一対の突出部を有し、磁界発生手段が、一対の突出部に巻装される第一のコイルおよび第二のコイルを有するものである。

この構成を採用すれば、第一のコイルおよび第二のコイルに、それぞれのコア側の極性が互いに逆極性となるように電流を流すことで、コアの一部に磁界を集中的に発生させることができる。しかも、巻線などの発熱により部品温度がたとえば磁石のキュリー温度を超えるようなことがあったとしても、その磁界の集中した状態を維持することができる。

本発明に係るアンテナコイルは、センター部およびこのセンター部から互いに異なる方向へ突出する少なくとも２つのアーム部を有し、磁性材料からなるコアと、少なくとも２つのアーム部の周囲に巻装される少なくとも２つの巻線と、センター部に磁界を発生させ、センター部を磁気飽和させる磁界発生手段と、を有するものである。

この構成を採用すれば、アンテナコイルの各アーム部に形成されるコイルは、互いに独立したコイルとして利用することができる。その結果、複数のコイルを一体化したことによる省スペース化を図りながら、複数のコイル間の相互インダクタンスを抑制することによる設計の容易性を確保することができる。

本発明に係る可変パワーインダクタは、バー本体およびこのバー本体の中央部から互いに逆方向に突出する一対の突出部を有し、磁性材料からなるコアと、バー本体の中央部の両側に巻装される２つの主巻線と、一対の突出部に巻装されるコイルと、を有するものである。

この構成を採用すれば、一対の突出部に巻装されるコイルで、バー本体の中央部の磁束密度を制御し、このバー本体の中央部の両側に巻装される２つの主巻線の磁気的な結合の度合いを制御することができる。その結果、インダクタンス値を制御して、可変パワーインダクタとして使用することができる。

本発明では、コアの形状に対して物理的に変更を加えることなく、容易に所望の特性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る磁気素子、コイル部品、アンテナコイルおよび可変パワーインダクタを、図面に基づいて説明する。コイル部品は、トロイダル型コイルを例として説明する。コイル部品は、アンテナコイルおよび可変パワーインダクタを例として説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るトロイダル型コイルを示す正面図である。図２は、図１のトロイダル型コイルを示す側面図である。

トロイダル型コイルは、コアとしてのトロイダルコア１と、巻線２と、磁界発生手段としての磁界発生部材３と、を有する。

トロイダルコア１は、フェライトを、断面が長方形のドーナツ形状に形成したものである。トロイダルコア１に使用される材料としては、フェライト以外にも、たとえばコバルト、ネオジム、サマコバ、アルニコなどがある。これらの材料は、たとえば、粉末状にした後、プレス成形し、焼成することでコア材として形成される。このような製法で形成したコアは、ダストコアと呼ばれている。トロイダルコア１の形状としては、ドーナツ形状以外にも、たとえば円筒形状、四角形などの多角形の枠形状などであってもよい。

巻線２は、ニクロム線などの電気用の線材である。巻線２の材料としては、ニッケルクローム合金の他にも、たとえば、銅、アルミニウム、錫、亜鉛、ニッケル、それらの合金などがある。

巻線２は、ドーナツ形状のトロイダルコア１に巻装される。巻線２は、トロイダルコア１をその内穴９からその外周方向へ向かう断面の外周に沿った方向でトロイダルコア１に１周ずつ巻きつけられ、且つ、１周分の巻線２が、トロイダルコア１のドーナツ形状の周方向に複数個並ぶように、トロイダルコア１に螺旋状に巻装される。

磁界発生部材３は、第一の磁石４と、第二の磁石５とを有する。第一の磁石４および第二の磁石５は、磁性材料を板形状に形成したものである。第一の磁石４および第二の磁石５は、板の一対の面がＮ極およびＳ極となるように磁化される。

第一の磁石４は、図２においてトロイダルコア１の上面に接着（貼着）して固定される。第一の磁石４は、トロイダルコア１の上面において、トロイダルコア１の内側から外側の全体を被覆するように配設される。第一の磁石４は、トロイダルコア１に貼着される面がＮ極となるように配設される。

第二の磁石５は、図２においてトロイダルコア１の下面に接着（貼着）して固定される。第二の磁石５は、トロイダルコア１の下面において、トロイダルコア１の内側から外側の全体を被覆するように配設される。第二の磁石５は、トロイダルコア１に貼着される面がＳ極となるように配設される。

これにより、トロイダルコア１の磁界発生部材３が配設される部位は、その全体が第一の磁石４および第二の磁石５の間に挟まれた状態になる。

なお、この実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、図示外のハウジングを有するものであってもよい。この実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、このハウジングに円筒形状の穴を形成し、その穴の中に、巻線２が巻きつけられているトロイダルコア１を、磁界発生部材３とともに配設するものであってもよい。この場合、第一の磁石４および第二の磁石５は、図示外のトロイダル型コイルのハウジングによりトロイダルコア１の表面に圧接されたり、ハウジングとトロイダルコア１との隙間にシリコン系の接着剤が注入されたりすることで、トロイダルコア１の上下面に固定されるようにしてもよい。また、巻線２の両端は、ハウジングに設けられた図示外の一対の外部端子に絡げて接続すればよい。

また、この実施の形態１に係るトロイダル型コイルでは、トロイダルコア１に１本の巻線２を巻装している。この他にもたとえば、トロイダルコア１に、複数本の巻線を巻装するようにしてもよい。

次に、以上のような構成を有する実施の形態１に係るトロイダル型コイルの電磁気的特性について説明する。

実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、巻線２の両端に電源や電気回路を接続して使用される。巻線２には、その両端に接続される回路間に流れる電流が流れる。巻線２に電流が流れると、巻線２が巻装されるトロイダルコア１には磁場が形成される。トロイダルコア１には、トロイダルコア１の周方向に沿って、磁束が形成される。トロイダルコア１の磁束密度は、巻線２に流れる電流に比例する。巻線２に流れる電流が大きくなると、トロイダルコア１の磁束密度は、高くなる。

実施の形態１に係るトロイダル型コイルの第一の磁石４と第二の磁石５は、トロイダルコア１に接し、且つ、トロイダルコア１の一部６を挟んで対向して配置されている。第一の磁石４は、トロイダルコア１側がＮ極である。第二の磁石５は、トロイダルコア１側がＳ極である。そのため、第一の磁石４と第二の磁石５とにより挟まれているトロイダルコア１の部位６は、部分的に強い磁場が形成される。トロイダルコア１のその部位６には、トロイダルコア１の略垂直断面に沿って（図２において上から下へ向かう向きに沿って）、磁束が形成される。

図３は、第一の磁石４と第二の磁石５とにより挟まれるトロイダルコア１の部位６を示す模式図である。第一の磁石４と第二の磁石５とにより挟まれるトロイダルコア１の部位には、Ｎ極の第一の磁石４からＳ極の第二の磁石５に向かう磁束７が高密度に生成される。

このような状態において、トロイダルコア１に巻装した巻線２に電流が流れると、図３におけるトロイダルコア１の周方向に沿って、その電流による磁束８が形成される。そして、第一の磁石４と第二の磁石５とにより挟まれているトロイダルコア１の部位６には、第一の磁石４と第二の磁石５とによる高密度の磁束７と、巻線２の電流による磁束８との２種類の磁束が形成される。第一の磁石４と第二の磁石５とにより挟まれているトロイダルコア１の部位６の磁束密度は、電流による磁束８のみが形成されているトロイダルコア１のその他の部位の磁束密度より高くなる。

図４は、磁性材料のＢ−Ｈ特性（Ｂ−Ｈカーブ）を示す説明図である。図４において、横軸は磁界の強さ（Ｈ）であり、縦軸は磁性材料中の磁束密度である。磁性材料のＢ−Ｈ特性は、ヒステリシス特性を有する。また、図４に示すように、磁性材料中の磁束密度は、磁界強度の絶対値が大きくなるほど絶対値が大きくなる。磁性材料の磁束密度は、磁界強度の絶対値がある強さ（図４のＪ点）以上になっても、ある磁束密度（Ｂｓ）に維持される。このように磁束密度の変化が少ない状態となる磁束密度は、飽和磁束密度と呼ばれる。これを磁気飽和という。

この実施の形態１のトロイダル型コイルは、磁性材料の一種であるトロイダルコア１の一部６の磁束密度が局所的に高い。巻線２に流れる電流が大きくなると、磁界強度が増し、トロイダルコア１の磁束密度は上昇する。そのため、その磁束密度が局所的に高い部位６は、トロイダルコア１のその他の部位より磁気飽和し易くなる。または、第一の磁石４と第二の磁石５とによる磁束密度が十分高い場合には、部位６は、巻線２に電流が流れていない状態で磁気飽和していることになる。

トロイダルコア１の一部６が局所的に磁気飽和状態になると、その磁気飽和している部位６の磁束密度は、上述したようにそれ以上にあがらない。その結果、トロイダルコア１のその他の部位の磁束密度も、上がり難くなる。磁束密度が上がり難くなるということは、トロイダルコア１のその他の部位は、磁気飽和し難くなることを意味する。

つまり、磁界発生部材３によりトロイダルコア１を局所的に磁気飽和させることで、その局所的に磁気飽和している部分６を磁気ギャップとして形成した場合と同様の磁気的なコア構造を、トロイダルコア１に形成することができる。なお、この場合、第一の磁石４や第二の磁石５の幅を、磁気ギャップのギャップ長とみなすことができる。

図５は、この実施の形態１に係るトロイダル型コイルの特性の一例および比較例としてのトロイダル型コイルの特性を示す特性図である。図５の特性図において横軸は、巻線２の電流値Ｉ（Ａ）である。左側の縦軸は、インダクタンス値（μＨ）である。右側の縦軸は、インダクタンス値の減衰量（％）である。インダクタンス値の減衰量は、巻線２の電流値Ｉ（Ａ）が０Ａのときのインダクタンス値（μＨ）を１００%とする減衰量である。

また、図５の特性図には、実線の特性線と、破線の特性線と、一点鎖線の特性線と、二点鎖線の特性線との４つの特性線がある。実線の特性線は、この実施の形態１によるトロイダル型コイルのインダクタンス値を示す特性線である。破線の特性線は、後述する比較例によるトロイダル型コイルのインダクタンス値を示す特性線である。一点鎖線の特性線は、この実施の形態１によるトロイダル型コイルのインダクタンス値の減衰量を示す特性線である。二点鎖線の特性線は、比較例によるトロイダル型コイルのインダクタンス値の減衰量を示す特性線である。

図５に特性線を示す比較例としてのトロイダル型コイルは、実施の形態１のトロイダルコア１と、巻線２と、を有する。ただし、磁界発生部材３は、具備しない。この比較例のトロイダルコア１および巻線２は、実施の形態１のトロイダルコア１および巻線２と同じである。トロイダルコア１に対する巻線２の巻装状態は、図１に示す実施の形態１のトロイダル型コイルと同じである。

なお、図５の特性線を有するこの実施の形態１に係るトロイダル型コイルおよび比較例のトロイダル型コイルのトロイダルコア１には、実際には、微小な隙間が分散している。このようなトロイダルコア１は、所謂ダストコアと呼ばれている。ダストコアは、直流電源のチョーク用コイルや、モーターなどにおいて電磁波抑制用のフィルター用コイルとして利用されている。

そして、図５に示すように、本実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、巻線２に流れる電流が増加した場合に、比較例のトロイダル型コイルよりインダクタンス値が低下しにくくなっている。巻線２に流れる電流が大きくなっても、巻線２に電流が流れていないときのインダクタンス値を維持する能力において優れている。つまり、本実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、比較例のトロイダル型コイルより優れた直流電流の重畳特性を有する。

以上のように、この実施の形態１に係るトロイダル型コイルは、磁界発生部材３を設けて、巻線２によりトロイダルコア１に形成される磁束８と直交する方向の磁束７をトロイダルコア１に局所的に発生させ、トロイダルコア１を局所的に磁気飽和させている。そのため、磁界発生部材３を設けない場合に比べて、優れた直流電流の重畳特性を有する。この実施の形態１に係るトロイダル型コイルの直流電流の重畳特性は、トロイダルコア１に切れ目などを入れてエアーギャップなどを形成した場合と同等に優れたものになる。

また、磁界発生部材３を第一の磁石４と第二の磁石５とで構成し、この第一の磁石４と第二の磁石５とでトロイダルコア１の一部６を挟むことで、トロイダルコア１を局所的に磁気飽和させている。そのため、トロイダルコア１を物理的に切断したり、トロイダルコア１に磁気ギャップを形成したりする必要がない。その結果、たとえば、トロイダルコア１を強度の弱い材料で形成したり、たとえば粉末冶金などの構造的に弱い形状に形成したりした場合であっても、そのトロイダルコア１を用いたトロイダル型コイルの直流電流重畳特性を改善することができる。また、たとえば厚さが数十〜数百μメートルの薄い磁気ギャップをトロイダルコア１に構造的に形成することは困難なことであるが、そのような薄い磁気ギャップを形成した場合と同等の磁気ギャップをトロイダルコア１に形成することができる。

なお、第一の磁石４と第二の磁石５の一方のみを設けることも考えられる。ただし、トロイダルコア１での磁束の集中度が高くなりにくいので、磁気ギャップとして利用しえるような磁気飽和状態をトロイダルコア１に局所的に形成するためには、第一の磁石４と第二の磁石５とでトロイダルコア１で挟み込むのがよい。

また、第一の磁石４と第二の磁石５による磁束密度と、巻線２の電流による磁束密度との両方でトロイダルコア１を局所的に磁気飽和させるようにしてもよいが、直流電流重畳特性を向上させるためには、第一の磁石４と第二の磁石５とによる磁束密度のみで、トロイダルコア１を局所的に磁気飽和させるようにした方がよい。第一の磁石４と第二の磁石５とによる磁束密度と、巻線２の電流による磁束密度との両方でトロイダルコア１を局所的に磁気飽和させた場合、そのトロイダル型コイルの磁気特性としては、局所的な磁気飽和が形成されるまでの低電流状態においては、図５の実線の特性線と点線の特性線との間の特性になる。つまり、巻線２に電流が流れていないときのインダクタンス値が上昇し、その分、直流電流重畳特性の改善効果が悪化する。

また、第一の磁石４と第二の磁石５とは、トロイダルコア１の表面から離間させない方がよい。たとえば、第一の磁石４とトロイダルコア１とが離間している場合、その離間している空間がエアーギャップとして機能し、第一の磁石４によってトロイダルコア１に形成される磁束密度が低下してしまう。その分、磁束密度を局所的に集中させることが難しくなる。

また、トロイダルコア１としては、各種の磁性材料を使用することができるが、フェライトコアを使用した場合において第一の磁石４と第二の磁石５とを設けることで、非常に高い直流電流重畳特性の改善効果が得られる。比透磁率（μＩ）が２５以上、且つ、３万以下のフェライトコアにおいて、非常に高い直流電流重畳特性の改善効果が得られる。

また、上記実施の形態１では、第一の磁石４と第二の磁石５は、トロイダルコア１の上下に（トロイダルコア１の円環をその環の穴９の軸方向と略平行な方向から挟むように）に設けられている。この他にもたとえば、第一の磁石４と第二の磁石５は、トロイダルコア１の穴９（図１参照）と外周側とに（内外に）配設するようにしてもよい。この変形例の場合、第一の磁石４と第二の磁石５によるトロイダル型コイルの高さの増加を抑制することができる。これに対して、上記実施の形態１のように第一の磁石４と第二の磁石５とをトロイダルコア１の上下に設けた場合には、トロイダルコア１の穴９による開口スペースを減らしてしまうことがないので、巻線２の巻線数を減らしてしまったり、トロイダルコア１の大径化を抑制したりすることができる。また、第一の磁石４と第二の磁石５とを内外に設けた場合には、トロイダルコア１の曲率に応じて磁束の集中する部位が所望の範囲となるように、第一の磁石４と第二の磁石５とのサイズを替える必要があるが、第一の磁石４と第二の磁石５とを上下に設けた場合には、第一の磁石４と第二の磁石５として同じサイズの同一部品を使用することができる。これにより、部品の種類を減らすことができる。

また、上記実施の形態１では、磁界発生部材３として第一の磁石４と第二の磁石５とを使用している。この他にもたとえば、磁界発生部材３としての２つのコイルでトロイダルコア１を挟み込むようにしてもよい。この２つのコイルは、後述する実施の形態３に示すように、トロイダルコア１から一対の突出部を対向して突出させ、この一対の突出部に巻装すればよい。この２つのコイルに、その内の一方のコイルのトロイダルコア１側がＮ極となり、他方のコイルのトロイダルコア１側がＳ極となるように、電流を流すことで、第一の磁石４と第二の磁石５とでトロイダルコア１を挟み込んだ場合と同様の磁場を形成することができる。磁石の場合、その磁石のキュリー温度を超えると、磁力が放出されなくなってしまうが、コイルの場合には、そのような温度に対する問題が生じにくい。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るアンテナコイルを示す正面図である。図７は、図６のアンテナコイルのＡ−Ａ’断面図である。

アンテナコイルは、コアとしての十字コア２１と、４つの巻線２２と、磁界発生手段としての磁界発生部材２３と、を有する。

十字コア２１は、フェライトを十字形状に形成したものである。十字コア２１は、略立方体形状のセンター部２６と、そのセンター部２６の４つの面から四方へ突出するように十字状に配置される４つのアーム部２７と、を有する。十字コア２１には、実施の形態１のトロイダルコアと同様の磁性材料を使用することができ、実施の形態１のトロイダルコアと同様の方法で成形することができる。

４つの巻線２２は、十字コア２１の４つのアーム部２７に巻装される。巻線２２には、ポリウレタン線、ニクロム線などの材料を使用することができる。なお、巻線２２は、筒状部材のボビンの外周面に巻装し、このボビンの穴にアーム部２７を挿入することで、アーム部２７の周囲に巻装されていてもよい。アーム部２７に対してボビンを移動させることで、コイルの周波数特性を調整することができる。また、４つの巻線２２の中のたとえば同一直線上に配列される２つの巻線２２は、一方の巻線２２の内側の端部が他方の巻線２２の内側の端部に接続され、電気回路的には、１つのコイルとして利用されるように構成されていてもよい。

磁界発生部材２３は、第一の磁石としてのトップ磁石２８と、第二の磁石としてのボトム磁石２９とを有する。トップ磁石２８およびボトム磁石２９は、磁性材料を略正方形の板形状に形成したものである。トップ磁石２８およびボトム磁石２９は、その略正方形の一対の面がＮ極およびＳ極となるように磁化される。

トップ磁石２８は、図７において十字コア２１の上面に接着（貼着）して固定される。トップ磁石２８は、十字コア２１の上面において、十字コア２１のセンター部２６の全体を被覆するように配設される。トップ磁石２８は、十字コア２１に貼着される面がＮ極となるように配設される。

ボトム磁石２９は、図７において十字コア２１の下面に接着（貼着）して固定される。ボトム磁石２９は、十字コア２１の下面において、十字コア２１のセンター部２６の全体を被覆するように配設される。ボトム磁石２９は、十字コア２１に貼着される面がＳ極となるように配設される。

このように十字コア２１のセンター部２６は、その全体がトップ磁石２８およびボトム磁石２９に挟まれた状態となる。そのため、十字コア２１のセンター部２６は、十字コア２１のその他の部分よりも強い磁場が部分的に形成される。十字コア２１のセンター部２６は、磁気飽和している。

なお、この実施の形態２に係るアンテナコイルは、図示外のハウジングを有するものであってもよい。この実施の形態２に係るアンテナコイルは、４つの巻線２２が巻きつけられている十字コア２１を、磁界発生部材２３とともに配設するものであってもよい。また、この実施の形態２に係るアンテナコイルでは、各アーム部２７に１本の巻線２２を巻装している。この他にもたとえば、各アーム部２７に、複数本の巻線２２を巻装するようにしてもよい。

次に、以上のような構成を有する実施の形態２に係るアンテナコイルの電磁気的特性について説明する。

実施の形態２に係るアンテナコイルは、たとえば、４つの各巻線２２の両端に、このアンテナコイルを使用して電波を送受信する送受信機が接続される。各巻線２２には、受信する電波に応じた電流が流れる。また、電波を送信するための信号により電流が流れる。巻線２２にこれらの電流が流れることで、その巻線２２が巻きつけられているアーム部２７には磁場が形成される。

上述したように、十字コア２１のセンター部２６は、トップ磁石２８およびボトム磁石２９が形成する磁場により磁気飽和している。十字コア２１のセンター部２６が部分的に磁気飽和しているので、巻線２２によりアーム部２７に生成される磁束は、センター部２６を経由して、他のアーム部２７へ通りぬけ難くなる。

したがって、アーム部２７に生成される磁束は、その多くが、センター部２６の手前で曲がってループを形成することになる。そのため、巻線２２同士の電磁気的な結合は抑制され、巻線２２同士の相互インダクタンスは小さくなる。４つのアーム部２７間の電磁気的な結合は、弱くなる。各アーム部２７の電磁気的な特性は、他のアーム部２７の影響を受け難くなり、相互に独立性が増す。各アーム部２７をその他のアーム部２７から磁気的に分離することが可能となる。

その結果、各アーム部２７に巻線２２を巻装することで得られるインダクタンス値として、そのアーム部２７のみからなるフェライトコアにその巻線２２を巻装した場合に近い値のインダクタンス値を得ることができる。そのため、所望のインダクタンス値に応じた巻数で巻線２２を巻装することで、その所望のインダクタンス値に近い値を得ることができる。

以上のように、この実施の形態２に係るアンテナコイルは、省スペース化などのためにそのフェライトコアが十字形状に形成され、その十字形状のフェライトコアの４つのアーム部２７それぞれに４つの巻線２２が巻装されているにもかかわらず、それら４つの巻線２２の複雑な相互インダクタンスを考慮することなく、それぞれの巻線２２のインダクタンス値としてそれぞれの巻数に応じた所望の値を得ることができる。その結果、たとえば、省スペース化と、設計の容易性とを高度に両立することができる。

なお、この実施の形態２では、フェライトコアは、４つのアーム部２７を有するが、フェライトコアは、２つのアーム部２７を有するものであっても、３つのアーム部２７を有するものであっても、あるいは、５つ以上のアーム部２７を有するものであってもよい。また、たとえば２つのアーム部２７である場合、その２つのアーム部２７は一直線状に配置されていても、Ｌ字状に配置されていてもよい。

また、十字コア２１に対するトップ磁石２８およびボトム磁石２９の配置条件などは、実施の形態１におけるトロイダルコアに対する第一の磁石４および第二の磁石５の配置条件などと同様である。また、トップ磁石２８およびボトム磁石２９を、磁界発生部材２３としての２つのコイルで構成するようにしてもよい。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る可変パワーインダクタを示す正面図である。

可変パワーインダクタは、コアとしてのバーコア４１と、巻線あるいは主巻線としての第一主巻線４２と、他の巻線あるいは他の主巻線としての第二主巻線４３と、磁界発生手段としての磁界発生部材４４と、端子台４５と、を有する。

バーコア４１は、フェライトを略棒形状に形成したものである。バーコア４１は、棒形状のバー本体４６と、一対の突出部４７，４８と、を有する。一対の突出部４７，４８は、バー本体４６の長尺方向の中央部に、バー本体４６を挟んで互いに対向するように配設される。バーコア４１には、実施の形態１のトロイダルコアと同様の磁性材料を使用することができ、実施の形態１のトロイダルコアと同様の方法で成形することができる。

第一主巻線４２は、バーコア４１のバー本体４６の長尺方向の一方の側部４９に巻装される。第二主巻線４３は、バーコア４１のバー本体４６の長尺方向の他方の側部５０に巻装される。第一主巻線４２および第二主巻線４３には、ニクロム線、銅線などの材料を使用することができる。第一主巻線４２および第二主巻線４３の両端は、端子台４５を貫通し、端子台４５の外に露出する。

磁界発生部材４４は、１つの可変用巻線５１を有する。可変用巻線５１は、バーコア４１の一対の突出部４７，４８に巻装される。可変用巻線５１は、図８において上側の突出部４７に巻装され、且つ、その上側の突出部４７での巻き方向と同じ巻き方向で図８において下側の突出部４８に巻装される。可変用巻線５１の両端は、端子台４５を貫通し、端子台４５の外に露出する。以下、可変用巻線５１の、図８において上側の突出部４７に巻装された部分を第一主巻線部５２とよび、可変用巻線５１の、図８において下側の突出部４８に巻装された部分を第二主巻線部５３とよぶ。第一主巻線部５２は、第一のコイルあるいはコイルとして機能し、第二主巻線部５３は、第二のコイルあるいは他のコイルとして機能する。

なお、この実施の形態３に係る可変パワーインダクタは、図示外のハウジングを有するものであってもよい。また、この実施の形態３に係る可変パワーインダクタでは、各側部４９，５０に主巻線４２，４３を１本ずつ巻装している。この他にもたとえば、各側部４９，５０に、複数本の主巻線を巻装するようにしてもよい。

図８の可変パワーインダクタは、第一主巻線４２の両端と、第二主巻線４３の両端と、可変用巻線５１の両端との合計６本の端子が端子台４５から外に露出している。以下、この６つの端子を区別する場合には、図８において左側から順番に、第一端子５４、第二端子５５、第三端子５６、第四端子５７、第五端子５８、第六端子５９と記載する。

次に、図８の可変パワーインダクタを使用した電気回路の一例の動作について説明する。図９は、図８の可変パワーインダクタを使用した電気回路の一例を示す回路図である。図９の電気回路は、可変パワーインダクタの他に、交流電源６１と、負荷機器６２と、可変制御回路６３と、を有する。

可変パワーインダクタの第一主巻線４２の第一端子５４は、交流電源６１に接続される。第一主巻線４２の第二端子５５は、可変パワーインダクタの第二主巻線４３の第五端子５８に接続される。第二主巻線４３の第六端子５９は、負荷機器６２に接続される。また、可変パワーインダクタの第三端子５６および第四端子５７は、可変制御回路６３に接続される。

可変制御回路６３は、第三端子５６と第四端子５７との間に、任意の値の電流を流す回路である。可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流すと、可変用巻線５１の第一主巻線４２および第二主巻線４３に電流が流れる。可変用巻線５１の第一主巻線４２および第二主巻線４３は、それらに流れる電流に応じた磁場を発生する。

たとえば、第三端子５６から可変用巻線５１に電流が流れ込む場合、可変用巻線５１の、図８において上側の突出部４７に巻きつけられた第一主巻線部５２は、図８の上側がＮ極となり、下側がＳ極となる。また、可変用巻線５１の、図８において下側の突出部４８に巻きつけられた第二主巻線部５３は、図８の上側がＮ極となり、下側がＳ極となる。つまり、図８において上側の第一主巻線部５２は、バーコア４１のバー本体４６側がＳ極となり、図８において下側の第二突出部は、バーコア４１のバー本体４６側がＳ極となる。そのため、上側の突出部４７および下側の突出部４８とにより挟まれているバーコア４１のバー本体４６の中央部分は、一対の磁石で挟まれた場合と同様に、他の部分より強い磁場が部分的に形成される。特に、可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に所定の電流を流すと、バーコア４１のバー本体４６の中央部分は磁気飽和する。

交流電源６１は、可変パワーインダクタの第一主巻線４２、第二主巻線４３および負荷機器６２の直列回路に対して電圧を印加する。可変パワーインダクタの第一主巻線４２、第二主巻線４３および負荷機器６２には、それらの全体のインピーダンスに応じた電流が流れる。

第一主巻線４２は、それに電流が流れると、磁場を生成する。バー本体４６の一方の側部４９には、この磁場に応じた磁束が通る。可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流していない場合、バー本体４６の中央部にその電流による磁場が形成されていないので、この磁束は、バー本体４６の中央部を経由して、バー本体４６の他方の側部５０まで到達する。そのため、第一主巻線４２によりバー本体４６に形成される磁束は、バー本体４６の他方の側部５０に巻装されている第二主巻線４３の内側を通過する。

第二主巻線４３は、それに電流が流れると、磁場を生成する。バー本体４６の他方の側部５０には、この磁場に応じた磁束が通る。可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流していない場合、バー本体４６の中央部にその電流による磁場が形成されていないので、この磁束は、バー本体４６の中央部を経由して、バー本体４６の一方の側部４９まで到達する。そのため、第二主巻線４３によりバー本体４６に形成される磁束は、バー本体４６の一方の側部４９に巻装されている第一主巻線４２の内側を通過する。

したがって、可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流していない場合、可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３とは、電磁気的に密に結合し、それらの間に大きな相互インダクタンスが発生する。可変パワーインダクタのインダクタンス値は、第一主巻線４２の自己インダクタンス値と、第二主巻線４３の自己インダクタンス値と、この相互インダクタンス値とからなるインダクタンス値となる。その結果、交流電源６１が印加する電圧によって可変パワーインダクタの第一主巻線４２、第二主巻線４３および負荷機器６２に流れる電流は、可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３との相互インダクタンスを含むインピーダンスに応じた電流になる。

次に、可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流し、バー本体４６の中央部がその電流によって磁気飽和している場合について説明する。

第一主巻線４２は、それに電流が流れると、磁場を生成する。バー本体４６の一方の側部４９には、この磁場に応じた磁束が通る。バー本体４６の中央部が磁気飽和している場合、この磁束は、バー本体４６の中央部を通過し難い。つまり、この磁束は、バー本体４６の他方の側部５０まで到達し難い。

第二主巻線４３は、それに電流が流れると、磁場を生成する。バー本体４６の他方の側部５０には、この磁場に応じた磁束が通る。バー本体４６の中央部が磁気飽和している場合、この磁束は、バー本体４６の中央部を通過し難い。つまり、この磁束は、バー本体４６の他方の側部５０まで到達し難い。

したがって、可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流し、バー本体４６の中央部がその電流によって磁気飽和している場合、可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３とは、電磁気的に結合しておらず、相互インダクタンスは発生しない。可変パワーインダクタのインダクタンス値は、第一主巻線４２の自己インダクタンス値と、第二主巻線４３の自己インダクタンス値とからなるインダクタンス値となる。その結果、交流電源６１が印加する電圧によって可変パワーインダクタの第一主巻線４２、第二主巻線４３および負荷機器６２に流れる電流は、可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３との相互インダクタンスを略含まないインピーダンスに応じた電流になる。

なお、バー本体４６の中央部が磁気飽和しない程度の電流を可変制御回路６３が第三端子５６と第四端子５７との間に流した場合には、可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３との間には、第三端子５６と第四端子５７との間に電流を流さない場合の相互インダクタンスより小さい相互インダクタンスが発生する。

以上のように、この実施の形態３に係る可変パワーインダクタでは、可変用巻線５１に流す電流を制御することで、そのインダクタンス値を制御することができる。そして、そのインダクタンス値に応じた電流を、第一主巻線４２および第二主巻線４３に流すことができる。

また、この実施の形態３に係る可変パワーインダクタでは、第一主巻線４２および第二主巻線４３が１つの共通のバーコア４１に巻装されているにもかかわらず、その巻線の間のバーコア４１の中央部を磁気飽和させることにより、第一主巻線４２と第二主巻線４３との電磁気的な結合を抑制し、これらの巻線を別体のコイルとして形成した場合と同等の電磁気的な状態を作り出すことができる。そのため、この実施の形態３に係る可変パワーインダクタは、単にそのインダクタンス値が可変できるパワーインダクタとしてだけでなく、以下に示すような他の使用の仕方もある。図１０は、図８の可変パワーインダクタを使用した電気回路の他の例を示す回路図である。

図１０（Ａ）の電気回路では、図８の可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３とは、交流電源６１と負荷機器６２との間に並列に接続されている。また、バー本体４６の中央部は、可変用巻線５１の電流で磁気飽和している。第一主巻線４２と第二主巻線４３とによる並列回路は、それぞれの自己インダクタンスを有するコイルを並列に繋いだ場合と同等のインダクタンス値となる。そして、図１０（Ａ）の電気回路において図８の可変パワーインダクタを使用することで、この２つのコイルを別々の部品する場合に比べて省スペース化が図れる。

なお、図１０（Ａ）の電気回路において、可変用巻線５１に電流を流さない場合には、第一主巻線４２と第二主巻線４３とによる並列回路は、それぞれの自己インダクタンスとともに相互インダクタンスを含むインダクタンス値となる。

図１０（Ｂ）の電気回路では、図８の可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３とは、交流電源６１と負荷機器６２との間に直列に接続されている。また、バー本体４６の中央部は、可変用巻線５１の電流で磁気飽和している。第一主巻線４２と第二主巻線４３とによる直列回路は、それぞれの自己インダクタンスを有するコイルを直列に繋いだ場合と同等のインダクタンス値となる。そして、図１０（Ｂ）の電気回路において図８の可変パワーインダクタを使用することで、この２つのコイルを別々の部品する場合に比べて省スペース化が図れる。また、図８の可変パワーインダクタは、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すように、１つのインダクターでありながら、シングルフェーズとして使用したり、マルチフェーズとして使用したりすることができる。

なお、図１０（Ｂ）の電気回路において、可変用巻線５１に電流を流さない場合には、第一主巻線４２と第二主巻線４３とによる直列回路は、それぞれの自己インダクタンスとともに相互インダクタンスを含むインダクタンス値となる。

図１０（Ｃ）の電気回路では、図８の可変パワーインダクタの第一主巻線４２と第二主巻線４３とは、交流電源６１と負荷機器６２とで形成される電流ループにおいて、交流電源６１と負荷機器６２とのそれぞれの間に独立した線路に接続されている。また、バー本体４６の中央部は、可変用巻線５１の電流で磁気飽和している。これにより、第一主巻線４２によるコイルと、第二主巻線４３によるコイルとを、コモンモードチョークコイルとして利用することができる。そして、図１０（Ｃ）の電気回路において図８の可変パワーインダクタを使用することで、この２つのコイルを別々の部品する場合に比べて省スペース化が図れる。

以上の各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。

上記各実施の形態では、コア１，２１，４１の周囲に巻線２，２２，４２，４３を巻装する磁気素子に適用した例として、磁界発生部材３，２３，４４によりコア１，２１，４１の一部を局所的に磁気飽和させる構成を説明している。この他にもたとえば、磁界発生部材によりコアの一部を局所的に磁気飽和させる構成は、たとえば、積層コイル部品やＩＣチップなどの磁気素子などにも適用することができる。また、この磁界発生部材によりコアの一部を局所的に磁気飽和させる構成は、産業機器、自動車、特殊コイルなどの多方面で使用される各種のコイルに適用することができる。

本発明は、トロイダル型コイルなどの、コアと巻線とを有する磁気素子に利用することができる。また、本発明は、アンテナコイル、可変パワーインダクタなどの、コアと複数の巻線とを有するコイル部品に利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るトロイダル型コイルを示す正面図である。 図２は、図１のトロイダル型コイルを示す側面図である。 図３は、第一の磁石と第二の磁石とにより挟まれるトロイダルコアの部位を示す模式図である。 図４は、磁性材料のＢ−Ｈ特性（Ｂ−Ｈカーブ）を示す説明図である。 図５は、この実施の形態１に係るトロイダル型コイルの特性および比較例としてのトロイダル型コイルの特性を示す特性図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係るアンテナコイルを示す正面図である。 図７は、図６のアンテナコイルのＡ−Ａ’断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る可変パワーインダクタを示す正面図である。 図９は、図８の可変パワーインダクタを使用した電気回路の一例を示す回路図である。 図１０は、図８の可変パワーインダクタを使用した電気回路の他の例を示す回路図である。

符号の説明

１ トロイダルコア（コア）
２ 巻線
３ 磁界発生部材（磁界発生手段）
４ 第一の磁石
５ 第二の磁石
９ 穴
２１ 十字コア（コア）
２２ 巻線
２３ 磁界発生部材（磁界発生手段）
２６ センター部
２７ アーム部
２８ トップ磁石（第一の磁石）
２９ ボトム磁石（第二の磁石）
４１ バーコア（コア）
４２ 第一主巻線（巻線、主巻線）
４３ 第二主巻線（巻線、主巻線）
４４ 磁界発生部材（磁界発生手段）
４７，４８ 一対の突出部
５２ 第一主巻線部（第一のコイル、コイル）
５３ 第二主巻線部（第二のコイル、コイル）

Claims (11)

1. 磁性材料からなるコアと、
   上記コアに巻装される巻線と、
   上記コアの一部に局所的に磁界を発生させ、局所的に磁束を通過させる磁界発生手段と、
   を有することを特徴とする磁気素子。
2. 前記コアは、フェライトコアを使用したトロイダルコアであり、上記フェライトの比透磁率が２５以上、且つ、３万以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気素子。
3. 前記磁界発生手段は、前記コアの一部を両側から挟むように配設された第一の磁石および第二の磁石を有し、且つ、第一の磁石および第二の磁石の前記コア側の極性は互いに逆極性であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気素子。
4. 前記コアは、トロイダルコアであり、
   前記第一の磁石および前記第二の磁石は、トロイダルコアの環の一部をその環の穴の軸方向と略平行な方向から挟むように配設されていることを特徴とする請求項３記載の磁気素子。
5. 前記コアは、前記コアの一部において対向して突出する一対の突出部を有し、
   前記磁界発生手段は、上記一対の突出部に巻装される第一のコイルおよび第二のコイルを有することを特徴とする請求項１または２記載の磁気素子。
6. 前記磁界発生手段は、前記コアの一部を磁気飽和させることを特徴とする請求項１から５の中のいずれか１項記載の磁気素子。
7. 磁性材料からなるコアと、
   上記コアの周囲に巻装される少なくとも２つの巻線と、
   上記少なくとも２つの巻線の間において、上記コアの一部に局所的に磁界を発生させ、局所的に磁束を通過させる磁界発生手段と、
   を有することを特徴とするコイル部品。
8. 前記磁界発生手段は、前記コアの一部を両側から挟むように配設された第一の磁石および第二の磁石を有し、且つ、第一の磁石および第二の磁石の前記コア側の極性は互いに逆極性であることを特徴とする請求項７記載のコイル部品。
9. 前記コアは、前記コアの一部において対向して突出する一対の突出部を有し、
   前記磁界発生手段は、上記一対の突出部に巻装される第一のコイルおよび第二のコイルを有することを特徴とする請求項７記載のコイル部品。
10. センター部およびこのセンター部から互いに異なる方向へ突出する少なくとも２つのアーム部を有し、磁性材料からなるコアと、
    上記少なくとも２つのアーム部の周囲に巻装される少なくとも２つの巻線と、
    上記センター部に磁界を発生させ、上記センター部を磁気飽和させる磁界発生手段と、
    を有することを特徴とするアンテナコイル。
11. バー本体およびこのバー本体の中央部から互いに逆方向に突出する一対の突出部を有し、磁性材料からなるコアと、
    上記バー本体の中央部の両側に巻装される２つの主巻線と、
    上記一対の突出部に巻装されるコイルと、
    を有することを特徴とする可変パワーインダクタ。

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