JP2007134631A - 電源用のインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電流かつ大電流においても使用可能なインダクタを提供すること。
【解決手段】信号用のインダクタよりも大きな電流が流される電源回路等で用いられる電源用のインダクタ１０において、巻芯部を具備するコアと、導体を巻芯部に巻回することにより構成されるコイルと、を具備し、コイルに印加される電流の使用帯域周波数は、５ＭＨｚから１０ＭＨｚであると共に、使用帯域周波数よりも低い基準周波数と使用帯域周波数との間の周波数比と、基準周波数における交流抵抗と使用帯域周波数における交流抵抗との間の交流抵抗比とは略等しいものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等のような各種電気機器の電源等に用いられる電源用のインダクタに関する。

携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等のような各種電気機器は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等に代表される電源回路を有している。かかる電源回路には、例えばチョークコイル等として機能する電源用のインダクタが、一般に実装されている。このような電源用のインダクタは、例えば信号のノイズ除去用に用いられる信号用のインダクタと比較すると、大電流を印加させることが可能となっている。ここで、電源回路に実装される電源用のインダクタの例としては、特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１には、ドラム型コアに、エナメル線の巻回により構成されるコイルを配置している。

特開２００３−１１５４０９号公報（段落番号００１２、図１、図２他参照）

ところで、近年、上述の電源回路に実装される電源用のインダクタにおいては、大電流への対応と共に、高周波電流への対応も要求されている。上述の特許文献１に示す電源用のインダクタに、例えば、５ＭＨｚを超える帯域の高周波電流を印加するような使用はできない。つまり、このような高周波においては、電力損失は交流抵抗が支配的となるが、これを大幅に低減できる電源用のインダクタが、現状において存在しない。すなわち、現状の電源用インダクタでは、今後の市場要求に合う、大電流への対応と同時に高周波電流へ対応することが不十分であるという問題がある。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、高周波電流かつ大電流においても使用可能な電源用のインダクタを提供しよう、とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、信号用のインダクタよりも大きな電流が流される電源回路等で用いられる電源用のインダクタにおいて、巻芯部を具備するコアと、導体を巻芯部に巻回することにより構成されるコイルと、コイルにおける交流抵抗の上昇を抑える抵抗抑制手段と、を具備し、コイルに印加される電流の使用帯域周波数は、５ＭＨｚから１０ＭＨｚであると共に、使用帯域周波数よりも低い基準周波数と使用帯域周波数との間の周波数比と、基準周波数における交流抵抗と使用帯域周波数における交流抵抗との間の交流抵抗比とは略等しいものである。

このように構成した場合には、使用帯域周波数が、５〜１０ＭＨｚと、高周波で用いられる。この場合、抵抗抑制手段が存在するため、使用帯域周波数が、５〜１０ＭＨｚというような高周波であっても、交流抵抗は一定であり、急激なカーブを描いて上昇しない状態となる。それにより、高周波電流を印加しつつ、大電流化への対応も可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、導体は、電流を導通させる伝導部分と、この伝導部分の周囲を覆う磁性体層と、磁性体層の周囲を覆う絶縁部材と、を具備し、抵抗抑制手段は、磁性体層により構成されると共に、コアは、２つの鍔部を備えるドラム型コアとしたものである。

このように構成した場合には、導体の伝導部分の周囲を、磁性体層が覆い、この磁性体層が抵抗抑制手段に対応するため、高周波電流が流れる場合に生じる表皮効果、およびコイル形成時に生じる近接効果を抑えることが可能となる。そのため、コイルにおける交流抵抗を小さくすることが可能となり、高周波電流および大電流への対応が可能となる。

本発明によると、電源用のインダクタにおいて、高周波電流および大電流に対して使用可能となる。

以下、本発明の一実施の形態に係る電源用のインダクタ（以下、省略的にインダクタとする。）について、図１から図６に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るインダクタ１０の全体構成を示す側面図である。また、図２は、インダクタ１０の構成を示す平面図であり、図３は、インダクタ１０の構成を示す底面図である。なお、以下の説明においては、図１のインダクタにおいて、下鍔部２３から見て上鍔部２１が存在する側を上側とすると共に、上鍔部２１から見て下鍔部２３が存在する側を下側として説明する。

図１〜図３に示すインダクタ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等のような電源回路で、例えば昇圧または降圧電源などに使用されるチョッパーコイルとして実装されるインダクタである。このインダクタは、ドラム型コア２０と、コイル３０と、実装端子４０と、を具備している。これらのうち、ドラム型コア２０は、その材質を、周波数特性が高く、かつ磁束密度を高くすることが可能な材質から構成されているが、かかる条件を満たす材質の例としては、鉄系のコア、フェライトコア等がある。

このドラム型コア２０は、上鍔部２１と、巻芯部２２と、下鍔部２３と、を具備している。これらのうち、上鍔部２１および下鍔部２３は、一定の厚みを有する略円盤形状である。また、巻芯部２２は、高さ方向において上鍔部２１と下鍔部２３とを連結する部分である。この巻芯部２２の直径は、上鍔部２１の直径および下鍔部２３の直径よりも小さく設けられている。そして、この巻芯部２２の外周には、次に述べる導体３１を巻回することによって、コイル３０が存在する状態となる。

また、本実施の形態におけるコイル３０は、図４に示すような導体３１を巻回することにより構成されている。図４に示す導体３１は、電流を導通させる伝導部分３１ａの外側に強磁性体の磁性体層３１ｂ（抵抗抑制手段に相当）が設けられている。また、この磁性体層３１ｂのさらに外側は、絶縁被膜３１ｃで覆われている。かかる導体３１を所定の回数だけ巻回することにより、コイル３０が形成される。

詳しくは、磁性体層３１ｂは、伝導部分３１ａの周囲をメッキ状に覆う部分であるが、この磁性体層３１ｂは、例えば鉄のような強磁性の薄膜層から構成されている。また、絶縁被膜３１ｃは、例えばポリオールをイソシアネートで架橋したポリウレタン樹脂を最外周に膜状に配置した構成となっている。しかしながら、絶縁被膜３１ｃは、ポリウレタン樹脂を材質とするものには限られず、他の樹脂等、その他の絶縁材質を用いるようにしても良い。

また、コイル３０の端末３０ａには、実装端子４０が接続される。図１〜図３に示すように、実装端子４０は、金属の薄板を切断／折り曲げることにより形成される。この実装端子４０のうち、下鍔部２３の下面側に位置する下面端子部４１は、電源回路の実装部分（不図示）と接触する部位である。また、実装端子４０には、折り曲げにより爪部４２が設けられ、下鍔部２３に対する位置決め等を行っている。なお、本実施の形態では、１つの実装端子４０につき、爪部４２は４つ設けられている。また、下面端子部４１のうち、外周側に位置する隅角部の近傍には、近接する２つの爪部４２が、互いに９０度の角度を為す状態で設けられている。そして、近接する爪部４２の間の部位に、コイル３０（導体３１）の端末が位置し、半田付け、レーザ溶接等のような各種の接合手法により、実装端子４０に対して接合される。

また、図１他に示すように、一対の実装端子４０には、それぞれ絡げ端子４３が設けられている。絡げ端子４３は、いずれかの爪部４２を上方に向けて延伸させることにより、形成されている。この絡げ端子４３には、コイル３０の端末３０ａが絡げられる。なお、端末３０ａは、絡げ端子４３に絡げる以外に、下面端子部４１の縁部等に接合する構成を採用しても良い。

以上のような構成のインダクタ１０の特性に関する実験結果について、図５および図６に基づいて以下に説明する。

図５は、本実施の形態に係るインダクタ１０、および従来のインダクタにおける、周波数と交流抵抗の関係の一例を示す図である。この図５に示す関係においては、インダクタンス値が２．２μＨであり、巻数が１２．５Ｔとなっている。このうち、実線は、本実施の形態に係るインダクタ１０の特性を示し、破線は、従来のインダクタの特性を示している。

この図５に示すように、本実施の形態におけるインダクタ１０は、従来のインダクタと同じ周波数で比較すると、本実施の形態に係るインダクタ１０は、交流抵抗ＡCR1が、従来のインダクタの交流抵抗ＡCR2と比較して、低くなっている。特に、５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域で比較すると、５ＭＨｚ付近で約２７％、８ＭＨｚ付近で約２５％程度、交流抵抗ＡCR1が低下している。ここで、この図５においては、基準周波数Ｆ1 は１ＭＨｚであり、この基準周波数Ｆ1 に対する使用帯域の周波数Ｆ2 は、５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚとなっている。これらの間で比較すると、
Ｆ1 ／Ｆ2 ≒ＡCR1 ／ＡCR2 …（１）
という関係が成り立っている。なお、この式（１）では、概略的に等しい「≒」を用いているが、近似の範囲としては、１±０．３となっている。

つまり、従来の電源用のインダクタ（１ＭＨｚ以下の周波数帯域で使用）と比較すると、使用帯域の周波数Ｆ2 が高周波側にシフトしているにも拘わらず、交流抵抗ＡCR2 が低下している。そして、かかる交流抵抗ＡCR2 の低下に対応させて、本実施の形態に係るインダクタ１０では、従来の電源用のインダクタよりも、大電流時における電力の低損失が可能となる。

また、図６は、本実施の形態に係るインダクタ１０、および従来のインダクタにおける、周波数と交流抵抗との関係の他の例を示す図である。この図６においては、インダクタンス値が１．０μＨであり、巻数が５．５Ｔとなっている。また、上記の図５と同様に、実線は、本実施の形態に係るインダクタ１０の特性を示し、破線は、従来のインダクタの特性を示している。

この図６においても、本実施の形態におけるインダクタ１０は、従来のインダクタと同じ周波数で比較すると、５ＭＨｚ付近で約３８％、１０ＭＨｚ付近で約３８％程度、交流抵抗ＡCR1が低下している。また、上述の式（１）の関係も概略的には成り立っている。なお、基準周波数Ｆ1 は、１ＭＨｚに限られるものではなく、使用帯域の周波数Ｆ2 よりも低周波側における、種々の値を取ることが可能となっている。

このような構成のインダクタ１０によれば、使用帯域周波数が、５〜１０ＭＨｚと、高周波で用いられる場合でも、交流抵抗は、急激なカーブを描いて上昇しない状態となる。すなわち、コイル３０を構成する導体３１は、磁性体層３１ｂを備えているため、高周波電流が流れる場合に生じる表皮効果、およびコイル形成時に生じる近接効果を抑えることが可能となっている。それにより、コイル３０における交流抵抗を小さくすることが可能となり、５〜１０ＭＨｚというような高周波電流への対応、および大電流への対応が可能となる。

また、上述のように、交流抵抗を抑制することが可能であるため、電源回路における、発熱量を抑えることが可能となる。すなわち、インダクタ１０に大電流を印加した場合、発熱量が問題となるが、かかる発熱の問題を解消することが可能となる。さらに、発熱量を抑えることにより、インダクタ１０を長寿命化させることが可能となる。

以上、本発明のインダクタ１０の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態においては、コイルとして、丸線状の導体３１を用いる場合について説明している。しかしながら、導体３１は、丸線状には限られず、板状の導体を用いてコイルを形成するようにしても良い。また、上述の実施の形態では、導体３１には、絶縁被膜３１ｂが設けられている。しかしながら、絶縁被膜３１ｂは、設けない構成を採用しても良い。

また、上述の実施の形態においては、開磁タイプのドラム型コア２０を用いて、インダクタ１０を構成する場合について説明している。しかしながら、インダクタは、開磁タイプのドラム型コアのみを用いる以外の構成を採用可能である。例えば、ドラム型コアの周囲に、リング状に形成されているリング型コアを配置する構成を採用しても良い。

さらに、上述の実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路に、例えばチョッパーコイルとして用いられる、１つのコイル３０のみを備えるインダクタ１０について説明している。しかしながら、本発明のインダクタは、２つまたはそれ以上のコイルを備える、トランスとして用いるようにしても良い。

本発明のインダクタは、電気機器の分野において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るインダクタの外観形状を示す側面図である。 図１のインダクタの形状を示す平面図である。 図１のインダクタの形状を示す底面図である。 図１のインダクタにおける、導体の構成を示す断面図である。 図１のインダクタにおいて、周波数と交流抵抗の関係の一例を示す図である。 図１のインダクタにおいて、周波数と交流抵抗の関係の他の例を示す図である。

符号の説明

１０…インダクタ
２０…ドラム型コア
３０…コイル
３１…導体
３１ａ…伝導部分
３１ｂ…磁性体層（抵抗抑制手段に相当）
３１ｃ…絶縁被膜
４０…実装端子

Claims (2)

1. 信号用のインダクタよりも大きな電流が流される電源回路等で用いられる電源用のインダクタにおいて、
   巻芯部を具備するコアと、
   導体を上記巻芯部に巻回することにより構成されるコイルと、
   上記コイルにおける交流抵抗の上昇を抑える抵抗抑制手段と、
   を具備し、
   上記コイルに印加される電流の使用帯域周波数は、５ＭＨｚから１０ＭＨｚであると共に、
   上記使用帯域周波数よりも低い基準周波数と上記使用帯域周波数との間の周波数比と、上記基準周波数における交流抵抗と上記使用帯域周波数における交流抵抗との間の交流抵抗比とは略等しい、
   ことを特徴とする電源用のインダクタ。
2. 前記導体は、電流を導通させる伝導部分と、この伝導部分の周囲を覆う磁性体層と、上記磁性体層の周囲を覆う絶縁部材と、
   を具備し、前記抵抗抑制手段は、磁性体層により構成されると共に、
   前記コアは、２つの鍔部を備えるドラム型コアである、
   ことを特徴とする請求項１記載の電源用のインダクタ。

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