JP2009259971A - コイル部品、及びリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ギャップ寸法のばらつきに起因するコイル抵抗値のばらつきを低減し得るコイル部品、及びリアクトルを提供する。
【解決手段】第１及び第２のフェライトコア部材１，２と第３及び第４のフェライトコア部材３，４の間には磁気ギャップＧ１〜Ｇ４がそれぞれ形成されている。第３及び第４のフェライトコア部材３，４は、複数のコア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに分割され、コア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ同士の間には、磁気ギャップＧ５，Ｇ６がそれぞれ形成されている。実験に基づき、コイル５，６の内側にある磁気ギャップＧ５，Ｇ６の厚さｄ１（ｍｍ）を、コイル５，６の一端より外側にある磁気ギャップＧ１〜Ｇ４の厚さｄ２（ｍｍ）より大きくすることによって、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）のばらつきを抑制することができることが判明した。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品、及びリアクトルに関する。

この種のコイル部品、及びリアクトルとして、例えば特許文献１は、コイルを巻き付けた２個のコイルボビンの巻胴部の中空部に、一対のＵ型コアのそれぞれの脚部を、その端面同士が対向するように挿入し、この端面間に磁気ギャップを設けたものを開示している。このコイル部品、及びリアクトルは、コイルの内側に磁気ギャップが設けられており、コア内部の磁束が飽和することを抑制している。

磁気ギャップからの漏れ磁束は、金属部に渦電流を発生させる。コイルに渦電流が発生すると、コイルは発熱し、その抵抗値Ｒｓ（Ω）が上昇する。この抵抗値Ｒｓ（Ω）は磁気ギャップの大きさに依存しているため、磁気ギャップ寸法のばらつきにより抵抗値Ｒｓ（Ω）の特性がばらつくことが問題となっていた。
特開２００１−６８３５２号公報

本発明の課題は、磁気ギャップ寸法のばらつきに起因するコイル抵抗値のばらつきを低減し得るコイル部品、及びリアクトルを提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るコイル部品は、第１のフェライトコア部材と、第２のフェライトコア部材と、第３のフェライトコア部材と、第４のフェライトコア部材と、第１及び第２のコイルとを含む。

前記第１及び第２のフェライトコア部材は、平板形状であって、それぞれの両端部において前記第３及び第４のフェライトコア部材を板面で挟むように、対向して配置されている。前記第１及び第２のフェライトコア部材の板面と、これらの板面と対向する前記第３及び第４のフェライトコア部材の両端面との間には第１の磁気ギャップがそれぞれ形成されている。

前記第３及び第４のフェライトコア部材は、柱状であって、少なくとも何れか一方が、高さ方向において複数のコア片に分割され、前記コア片同士の間には第２の磁気ギャップがそれぞれ形成されている。前記第１及び第２のコイルは、同一形状であって、それぞれ前記第３及び第４のフェライトコア部材の周面に巻き回されている。

ここまで述べた構成は従来の技術に見られるが、本発明に係るコイル部品の特徴は、以下の構成にある。すなわち、前記第１又は第２のコイルの何れか一方の内側にある前記第２の磁気ギャップの厚さの合計は、この一方のコイルの一端より外側にある前記第２の磁気ギャップと前記第１の磁気ギャップの厚さの合計より大きい。

発明者は、実験に基づいて、上述したような構成を備えることによって、磁気ギャップ寸法のばらつきに起因するコイル抵抗値のばらつきが減少することを見出した。これは、以下のような理由によるものと考えられる。

磁界解析シミュレーションによると、第１又は第２のコイルの内側にある磁気ギャップにおいては、ほとんどの磁束が第３又は第４のフェライトコア部材の中を直進するから、漏れ磁束として第１又は第２のコイルと鎖交する磁束は少ない。一方、第１又は第２のコイルの一端より外側にある磁気ギャップにおいては、多くの磁束が、第１〜第４のフェライトコア部材により囲まれる領域の方へ向かって曲がるから、漏れ磁束として第１又は第２のコイルと鎖交する磁束が多い。したがって、第１又は第２のコイルの一方の内側にある磁気ギャップの厚さを、この一方のコイルの一端より外側にある磁気ギャップの厚さよりも大きくすることによって、コイルと鎖交する磁束が減少して、コイルの抵抗値は安定する。

また、前記第１又は第２のコイルの何れか一方の内側にある前記第２の磁気ギャップの厚さの合計と、この一方のコイルの一端より外側にある前記第２の磁気ギャップと前記第１の磁気ギャップの厚さの合計の比を、１００：５５〜１００：９８とすることによって、さらにコイルの抵抗値が安定することが判明した。

なお、本発明に係るリアクトルは、上述したコイル部品を備えたものであるから、同様の作用効果を享受することができる。

以上述べたように、本発明によれば、磁気ギャップ寸法のばらつき起因するコイル抵抗値のばらつきを低減し得るコイル部品、及びリアクトルを提供することができる。

図１は、本発明に係るリアクトルの正面図であり、図２は、その上面図である。本発明に係るリアクトルは、例えば、大電力のインバータなどに使用されるものである。

リアクトルＲは、本発明に係るコイル部品Ｃと、一対の保持プレート１０，１１と、固定部材９とを含む。コイル部品Ｃは、第１のフェライトコア部材１と、第２のフェライトコア部材２と、第３のフェライトコア部材３と、第４のフェライトコア部材４と、コイル５，６とを含む。

第１及び第２のフェライトコア部材１，２は、平板形状であって、それぞれの両端部において第３及び第４のフェライトコア部材３，４を板面で挟むように、対向して配置されている。第１及び第２のフェライトコア部材１，２は、同一形状であって、八角形の板面を有している。

第１及び第２のフェライトコア部材１，２の板面と、これらの板面と対向する第３及び第４のフェライトコア部材３，４の両端面との間には磁気ギャップＧ１〜Ｇ４がそれぞれ形成されている。磁気ギャップＧ１〜Ｇ４は、それぞれスペーサ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが配置されることによって画定される。スペーサ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、紙、フェノール樹脂、ＰＥＴなどの絶縁性材料により形成される。なお、磁気ギャップＧ１〜Ｇ４は、同一の厚さｄ２（ｍｍ）とするが、それぞれ異なる厚さとしてもよい。

第３及び第４のフェライトコア部材３，４は、柱状であって、高さ方向において複数のコア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに分割されている。本実施形態では、第３及び第４のフェライトコア部材３，４の両方が複数のコア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに分割されているが、少なくとも何れか一方が分割されていればよい。第３及び第４のフェライトコア部材３，４は、同一形状であって、角が丸みを帯びた略八角形状の端面を有しており、幅方向に並んで配置されている。

コア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ同士の間には磁気ギャップＧ５，Ｇ６がそれぞれ形成されている。磁気ギャップＧ５，Ｇ６は、第３及び第４のフェライトコア部材３，４の両端面と平行であり、また、それぞれスペーサ７ｃ，８ｃが配置されることによって画定される。スペーサ７ｃ，８ｃは、スペーサ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂと同様に、絶縁性材料により形成される。コア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂとスペーサ７ａ〜７ｃ，８ａ〜８ｃの板面は、第３及び第４のフェライトコア部材３，４の端面と同一形状である。なお、磁気ギャップＧ５，Ｇ６は、同一の厚さｄ１（ｍｍ）とするが、それぞれ異なる厚さとしてもよい。

このように、コイル部品Ｃは、合計６個の磁気ギャップＧ１〜Ｇ６を設けることにより好適に磁束飽和を抑制する。なお、本実施形態では、第３及び第４のフェライトコア部材３，４は、２つのコア片３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに分割されているが、これに限定されるものではなく、分割数は設計に応じて適宜決定し、磁気ギャップ及びスペーサも分割数に従って設けることができる。

コイル５，６は、同一形状であって、それぞれ第３及び第４のフェライトコア部材３，４の周面に巻き回されている。ここで、コイル５，６の巻き回しの高さ位置は、同一でも、異なっていてもよい。コイル５，６は、例えば、エッジワイズ巻きされた平角導線などで構成されており、通電時に第１〜第４のフェライトコア部材１〜４の内部に発生する磁束が全体で一定方向となるように、巻き方向が決められている。なお、コイル５，６は、設計に応じ、互いに直列接続してもよいし、非接続でもよい。

また、一対の保持プレート１０，１１は、それぞれ第１及び第２のフェライトコア部材１，２の外側に配置され、内側に向かって押圧することによって第１〜第４のフェライトコア部材１〜４とスペーサ７ａ〜７ｃ，８ａ〜８ｃを保持する。一対の保持プレート１０，１１は、八角形状の平板であって、固定部材９を四隅に取り付けることで互いに締結される。固定部材９は、例えば、ボルト及びナットで構成される。

コイル部品Ｃの全体寸法については、据付時のバランスや組み立ての容易性などを考慮して、第１及び第２のフェライトコア部材１，２の長さＬｘ（ｍｍ）、第３及び第４のフェライトコア部材３，４の奥行きＬｙ（ｍｍ）、第１〜第４のフェライトコア部材１〜４の積み上げた高さＬｚ（ｍｍ）のそれぞれの比が以下の範囲内となるように、適宜決定される。

Ｌｘ：Ｌｙ＝１：０．２５〜１：３
Ｌｙ：Ｌｚ＝１：０．５〜１：３
Ｌｚ：Ｌｘ＝１：０．５〜１：３

ここまで述べた構成は従来の技術に見られるが、本発明に係るコイル部品の特徴は、以下の構成にある。すなわち、コイル５，６の何れか一方の内側にある磁気ギャップＧ５，Ｇ６（以下、コイル内ギャップと呼称する。）の厚さｄ１（ｍｍ）は、この一方のコイル５，６の一端より外側にある磁気ギャップＧ１〜Ｇ４（以下、コイル外ギャップと呼称する。）の厚さｄ２（ｍｍ）より大きい。

発明者は、実験に基づいて、上述したような構成を備えることによって、磁気ギャップ寸法のばらつきに起因するコイル抵抗値Ｒｓ（Ω）のばらつきが減少することを見出した。図３は、コイル内ギャップの厚さｄ１（ｍｍ）とコイル外ギャップの厚さｄ２（ｍｍ）の比率に対するコイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示している。ここで、横軸はｄ２／ｄ１（％）を示し、一方、縦軸は、ｄ２／ｄ１が１００％の時（すなわち、ｄ１＝ｄ２の時）の抵抗値Ｒｓ（Ω）をＲｓ０（Ω）として、Ｒｓ／Ｒｓ０（％）を示している。

図３によると、ｄ２／ｄ１（％）＜１００であるとき、Ｒｓ／Ｒｓ０（％）の変化が比較的に少なく、安定的に低い値を示していることがわかる。したがって、コイル内ギャップの厚さをコイル外ギャップの厚さより大きくすることによって、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）が安定するということになる。これは、以下のような理由によるものと考えられる。

磁界解析シミュレーションによると、コイル内ギャップにおいては、ほとんどの磁束が第３及び第４のフェライトコア部材３，４の中を直進するから、漏れ磁束としてコイル５，６と鎖交する磁束は少ない。一方、コイル外ギャップにおいては、多くの磁束が、第１〜第４のフェライトコア部材１〜４により囲まれる領域の方へ向かって曲がるから、漏れ磁束としてコイル５，６と鎖交する磁束が多い。したがって、コイル内ギャップの厚さを、コイル外ギャップの厚さよりも大きくすることによって、コイル５，６と鎖交する磁束が減少して、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）は安定する。

また、図３によると、５５≦ｄ２／ｄ１（％）≦９８の範囲内において（符号αを参照）、９６＜Ｒｓ／Ｒｓ０（％）＜１００となり、変化が極めて少ないことがわかる。したがって、コイル内ギャップの厚さとコイル外ギャップの厚さの比を、１００：５５〜１００：９８とすることによって、さらにコイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）を低めに安定させることができる。したがって、個々の磁気ギャップＧ１〜Ｇ６の厚さにばらつきがあっても、コイル内ギャップの厚さとコイル外ギャップの厚さの比を上述した範囲内に収まるように設計することによって、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）のばらつきを抑制することができる。

このような効果は、本実施形態のように、コイル内ギャップとコイルの一端より外側のコイル外ギャップが各１個しかない場合（例えば、磁気ギャップＧ３，Ｇ２）に限定されず、第３及び第４のフェライトコア部材３，４が３つ以上のコア片に分割され、コイル内ギャップとコイル外ギャップがそれぞれ複数個ある場合でも得られる。この場合、抵抗値Ｒｓ（Ω）は、それぞれのギャップの厚さの合計に依存する。つまり、コイル５，６の何れか一方の内側にあるコア片間の磁気ギャップの厚さの合計が、この一方のコイル５，６の一端より外側にあるコア片間の磁気ギャップとフェライトコア部材１〜４間の磁気ギャップＧ１〜４の厚さの合計より大きくなるようにすればよい。さらに、本実施形態のように、前者と後者の比を１００：５５〜１００：９８とすれば、効果が向上する。

次に、抵抗値Ｒｓ（Ω）に対するコイル５，６とコイル外ギャップの間の距離の影響について説明する。図４は、図１に示す距離Ｈ（ｍｍ）と距離Ｆ（ｍｍ）の比に対する抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示している。ここで、横軸はＦ／Ｈ（％）を示し、縦軸はＲｓ／Ｒｓ０（％）を示す。また、コイル内ギャップの厚さとコイル外ギャップの厚さの比は、上述した範囲内とする。

距離Ｈ（ｍｍ）は、第１のフェライトコア部材１と第２のフェライトコア部材２の間の距離であり、距離Ｆ（ｍｍ）は、第１及び第２のフェライトコア部材１，２の板面から、この板面と対向する一方のコイル５，６の一端までの距離である。したがって、Ｆ／Ｈ（％）が大きくなるに従って、コイル５，６の全長（背丈）が相対的に小さくなるとともに、コイル５，６がコイル外ギャップから離れる。一方、Ｆ／Ｈ（％）が小さくなるに従って、コイル５，６の全長（背丈）が相対的に大きくなるとともに、コイル５，６がコイル外ギャップに近づく。本実施形態では、Ｆ／Ｈ（％）の最小値を２（％）としているが、これは技術上の寸法の制限による。なお、距離Ｆ（ｍｍ）は、２つのコイル５，６の両端で共通の値とするが、それぞれ異なる値としてもよい。

図４によると、２≦Ｆ／Ｈ（％）≦１３の範囲内において（符号βを参照）、９８＜Ｒｓ／Ｒｓ０（％）＜１００となり、変化が少ないことがわかる。したがって、距離Ｈ（ｍｍ）と距離Ｆ（ｍｍ）の比を、１００：２〜１００：１３とすることによって、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）を低めに安定させることができる。

次に、抵抗値Ｒｓ（Ω）に対するコイル５，６の内周面からコイル内ギャップの外周までの距離の影響について説明する。図５は、図２に示す距離Ｗ（ｍｍ）と距離Ｋ（ｍｍ）の比に対する抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示している。ここで、横軸はＫ／Ｗ（％）を示し、縦軸はＲｓ／Ｒｓ０（％）を示す。また、コイル内ギャップの厚さとコイル外ギャップの厚さの比は、上述した範囲内とする。

距離Ｗ（ｍｍ）は、第３又は第４のフェライトコア部材３，４の何れか一方の端面の最大差し渡し距離であり、距離Ｋ（ｍｍ）は、この一方のフェライトコア部材３，４の周面から一方のコイル５，６までの最短距離である。したがって、Ｋ／Ｗ（％）が大きくなるに従って、コイル５，６がコイル内ギャップから離れるとともに、相対的に第３又は第４のフェライトコア部材３，４の端面が小さくなる。本実施形態では、Ｋ／Ｗ（％）の最大値を２５（％）としているが、これは、コイル５，６から発生する磁界に対して第３又は第４のフェライトコア部材３，４が有効に作用するための技術上の距離制限による。一方、Ｋ／Ｗ（％）が小さくなるに従って、コイル５，６がコイル内ギャップに近づくとともに、相対的に第３又は第４のフェライトコア部材３，４の端面が大きくなる。なお、距離Ｗ（ｍｍ）及び距離Ｋ（ｍｍ）は、第３及び第４のフェライトコア部材３，４で共通の値とするが、それぞれ異なる値としてもよい。

図５によると、１≦Ｋ／Ｗ（％）≦２５の範囲内において（符号γを参照）、９７＜Ｒｓ／Ｒｓ０（％）＜１００となり、変化が少ないことがわかる。したがって、距離Ｋ（ｍｍ）と距離Ｗ（ｍｍ）の比を、１００：１〜１００：２５とすることによって、コイル５，６の抵抗値Ｒｓ（Ω）を低めに安定させることができる。

これまで述べたように、コイル内外の磁気ギャップの厚さの比率、もしくはフェライトコア部材及びコイルの大きさの比率を最適な範囲内とすることにより、コイルの抵抗値を好適な値に安定させることができる。これは、本実施形態のような、第３又は第４のフェライトコア部材３，４がともにコイル内ギャップＧ５，Ｇ６を有する場合に限られず、第３又は第４のフェライトコア部材３，４の何れか一方のみがコイル内ギャップＧ５，Ｇ６を有する場合においても、その一方に適用すれば同様である。さらに、各パラメータｄ１（ｍｍ），ｄ２（ｍｍ），Ｆ（ｍｍ），Ｗ（ｍｍ），Ｋ（ｍｍ）についても、本実施形態のように各対応箇所で同一の値とした場合に限られず、異なる値とした場合であっても、それぞれ対応する数値同士の比率について適用すれば同様である。

また、本発明に係るリアクトルＲは、上述したコイル部品Ｃを備えたものであるから、同様の作用効果を享受することができる。よって、本発明によれば、磁気ギャップ寸法のばらつきに起因するコイル抵抗値のばらつきを低減し得るコイル部品、及びリアクトルを提供することができる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

本発明に係るリアクトルの正面図である。 本発明に係るリアクトルの上面図である。 コイル内ギャップの厚さｄ１（ｍｍ）とコイル外ギャップの厚さｄ２（ｍｍ）の比率に対するコイルの抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示す。 距離Ｈ（ｍｍ）と距離Ｆ（ｍｍ）の比に対する抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示す。 距離Ｗ（ｍｍ）と距離Ｋ（ｍｍ）の比に対する抵抗値Ｒｓ（Ω）の比率の変化を示す。

符号の説明

１〜４ 第１〜第４のフェライトコア部材
５，６ コイル
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ コア片
Ｇ１〜Ｇ６ 磁気ギャップ
Ｃ コイル部品
Ｒ リアクトル

Claims (5)

1. 第１のフェライトコア部材と、第２のフェライトコア部材と、第３のフェライトコア部材と、第４のフェライトコア部材と、第１及び第２のコイルとを含むコイル部品であって、
   前記第１及び第２のフェライトコア部材は、平板形状であって、それぞれの両端部において前記第３及び第４のフェライトコア部材を板面で挟むように、対向して配置され、
   前記第１及び第２のフェライトコア部材の板面と、これらの板面と対向する前記第３及び第４のフェライトコア部材の両端面との間には第１の磁気ギャップがそれぞれ形成されており、
   前記第３及び第４のフェライトコア部材は、柱状であって、少なくとも何れか一方が、高さ方向において複数のコア片に分割され、前記コア片同士の間には第２の磁気ギャップがそれぞれ形成されており、
   前記第１及び第２のコイルは、同一形状であって、それぞれ前記第３及び第４のフェライトコア部材の周面に巻き回されており、
   前記第１又は第２のコイルの何れか一方の内側にある前記第２の磁気ギャップの厚さの合計は、この一方のコイルの一端より外側にある前記第２の磁気ギャップと前記第１の磁気ギャップの厚さの合計より大きい、
   コイル部品。
2. 請求項１に記載されたコイル部品であって、
   前記第１又は第２のコイルの何れか一方の内側にある前記第２の磁気ギャップの厚さの合計と、この一方のコイルの一端より外側にある前記第２の磁気ギャップと前記第１の磁気ギャップの厚さの合計の比が、１００：５５〜１００：９８である、
   コイル部品。
3. 請求項２に記載されたコイル部品であって、
   前記第１のフェライトコア部材と前記第２のフェライトコア部材の間の距離と、前記第１及び第２のフェライトコア部材の板面から、この板面と対向する前記一方のコイルの一端までの距離の比が、１００：２〜１００：１３である、
   コイル部品。
4. 請求項２又は３に記載されたコイル部品であって、
   前記一方のコイルが巻き回されている前記第３又は第４のフェライトコア部材の何れか一方の端面の最大差し渡し距離と、この一方のフェライトコア部材の周面から前記一方のコイルまでの最短距離の比が、１００：１〜１００：２５である、
   コイル部品。
5. コイル部品を含むリアクトルであって、
   前記コイル部品は、請求項１〜４の何れかに記載されたコイル部品である、
   リアクトル。

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