JP2014110394A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ドラムコアとリングコアの間にエアギャップが形成されているインダクタにおいて、局所的な磁気飽和の発生を抑制し、定格電流値を向上する。
【解決手段】ドラムコア２は、第１フランジ２１、第２フランジ２２、および当該第１フランジ２１と当該第２フランジ２２との間に設けられた柱部２３を備える。導電性を有するワイヤは、柱部２３の周りに巻き回されてコイル３を形成する。リングコア４は、少なくともコイル３を包囲するように配置される。第１フランジ２１とリングコア４の間にはエアギャップ５が形成されている。柱部２３は、第１フランジ２１に近い側において、第２フランジ２２に近い側の少なくとも一部よりも断面積が小さい部分を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルを形成するワイヤが巻き回されるドラムコアの外側にリングコアが配置された構成を有するインダクタに関する。

この種のインダクタは、一対のフランジの間に柱部を有するドラムコアを備えている。柱部の外周には導電性を有するワイヤが巻き回されてコイルを形成する。リングコアはドラムコアおよびコイルを包囲するように配置される。一対のフランジの一方とリングコアの間にはエアギャップが形成されており、ワイヤに電流を流すことにより生ずる磁束を当該エアギャップから外部に漏らすようにしている。磁気飽和を生じにくくし、定格電流の値を高めるためである（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−６９３９号公報

特許文献１に記載の構成においては、磁束を積極的に漏らす結果、エアギャップが形成されている側のフランジの近傍と、エアギャップが形成されていない側のフランジの近傍との間で、磁束密度に不均一性が生ずることが避けられない。インダクタの使用条件によっては、当該不均一性がトリガとなり、ドラムコア内で急速に磁気飽和が進行し、所定の動作特性が発揮できなくなる場合がある。このため定格電流値を幾分低めに設定することが求められる。

よって本発明は、ドラムコアとリングコアの間にエアギャップが形成されているインダクタにおいて、局所的な磁気飽和の発生を抑制し、定格電流値を向上しうる技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる一態様は、インダクタであって、
第１フランジ、第２フランジ、および当該第１フランジと当該第２フランジとの間に設けられた柱部を備え、磁性体からなるドラムコアと、
導電性を有し、前記柱部の周りに巻き回されてコイルを形成するワイヤと、
少なくとも前記コイルを包囲するように配置されたリングコアとを備え、
前記第１フランジと前記リングコアの間にはエアギャップが形成されており、
前記柱部は、前記第１フランジに近い側において、前記第２フランジに近い側の少なくとも一部よりも断面積が小さい部分を有している。

コイルに電流を流すことで発生する磁束の一部がエアギャップから外部に漏れ出すことは、第１フランジの付近における磁束密度の低下要因となる。しかしながら、上記のように柱部の第１フランジに近い側において、第２フランジに近い側よりも断面積の小さい部分を有することにより、当該部分において磁束密度が高くなり、エアギャップによる磁束密度低下の影響が相殺される。

結果として柱部全体にわたり磁束密度を均一化することができるため、柱部における局所的な磁気飽和の発生を抑制することができる。したがって定格電流値を幾分高めに設定してもインダクタを安定動作させることができる。

前記柱部の外周面は、前記第１フランジ側と前記第２フランジ側との間を直線的に延びる傾斜面とされている構成としてもよい。例えばドラムコアにフェライトを用いる場合、成型には切削加工を要する。このような構成によれば加工が容易であり、製造コストを抑制することができる。

前記リングコアが前記第２フランジに対して隙間なく接している構成においては、第１フランジに近い側と第２フランジに近い側との磁束密度の不均一性が顕著となる。したがって本発明の効果がより良好に発揮される。

本発明によれば、ドラムコアとリングコアの間にエアギャップが形成されているインダクタにおいて、局所的な磁気飽和の発生を抑制し、定格電流値を向上しうる。

本発明の一実施形態に係るインダクタの構成を示す斜視図である。 インダクタの内部構成を比較例と比較して示す断面図である。 変形例に係るインダクタの構成を示す斜視図である。 ドラムコアの変形例を示す側面図である。

添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明の一実施形態に係るインダクタ１の外観を示す斜視図である。インダクタ１は、ドラムコア２、コイル３、およびリングコア４を備えている。図２は、図１における線II−IIに沿う断面図であり、（ａ）はドラムコア２のみの断面を、（ｂ）はインダクタ１全体の断面を示している。

図２の（ａ）に示すように、ドラムコア２は、第１フランジ２１、第２フランジ２２、および柱部２３を備えている。柱部２３は、第１フランジ２１と第２フランジ２２の間に設けられている。ドラムコア２は、フェライトなどの磁性体からなる。

図１および図２の（ａ）に示すように、第１フランジ２１と第２フランジ２２は、それぞれ円板状の外観を呈しており、互いに平行に延びている。柱部２３は、第１フランジ２１および第２フランジ２２の延びる向きと実質的に直交する向きに延びる中心軸Ｃを有している。

図２の（ｂ）に示すように、コイル３は、銅などの導電性を有する線材の周囲に絶縁被膜を形成したワイヤが、ドラムコア２の柱部２３の周りに巻き回されて形成されている。

図１および図２の（ｂ）に示すように、リングコア４は、コイル３を包囲するようにドラムコア２の径方向外側に配置される。リングコア４は、フェライトなどの磁性体からなり、磁気シールドとして機能する。リングコア４の上端部４ａとドラムコア２の第１フランジ２１の間には、エアギャップ５が形成されている。リングコア４の下端部４ｂは、ドラムコア２の第２フランジ２２と隙間なく接触している。

図１に示すように、エアギャップ５には接着剤注入部５１が形成されている。この接着剤注入部５１より接着剤が注入されることにより、ドラムコア２とリングコア４が接着される。

図２の（ａ）に示すように、ドラムコア２の柱部２３の外周面は傾斜面とされており、柱部２３は、第２フランジ２２から第１フランジ２１に向かって徐々に径小となる。すなわち柱部２３は、第１フランジ２１に近い側において、第２フランジ２２に近い側よりも断面積が小さい部分を有している。

図２の（ｃ）は、比較例に係るドラムコア１０２の断面を示している。ドラムコア１０２は、第１フランジ１２１、第２フランジ１２２、および柱部１２３を備えている。柱部１２３は、第１フランジ１２１と第２フランジ１２２の間に設けられている。ドラムコア１０２の柱部１２３の外周面は、柱部１２３の中心軸Ｃ１と平行に延びている。したがって柱部１２３の断面積は、その位置によらず一定となる。

図２の（ｄ）は、このようなドラムコア１０２を備える、比較例に係るインダクタ１０１の断面図である。ワイヤがドラムコア１０２の柱部１２３の周りに巻き回されてコイル１０３を形成している。リングコア１０４は、コイル１０３を包囲するように、ドラムコア１０２の径方向外側に配置されている。リングコア１０４の上端部とドラムコア１０２の第１フランジ１２１の間には、エアギャップ１０５が形成されている。ワイヤおよびリングコア１０４は、それぞれ上記のワイヤ３およびリングコア４と同じものである。

コイル１０３に電流を流すと、磁束が発生する。磁束の一部は、磁気飽和を抑制するために形成されたエアギャップ１０５から外部に漏れ出す。一方、第２フランジ１２２の側にはエアギャップが形成されていないため、柱部１２３の第２フランジ１２２に近い側において磁束密度が相対的に高くなる。インダクタ１０１の使用条件によっては、この磁束密度の不均一性がトリガとなって磁束の「渋滞」が生じ、ドラムコア１０２内で急速に磁気飽和が進行することがある。その場合、インダクタ１０１としての所定の動作特性が発揮できなくなってしまう。また磁束密度の不均一性に起因して磁気飽和の局所的に発生するため、インダクタ１０１を安定動作させるための定格電流値を幾分低めに設定する必要がある。

一方、本実施形態のドラムコア２においては、リングコア４との間にエアギャップ５が形成されている第１フランジ２１に近い側の断面積が、リングコア４との間にエアギャップが形成されていない第２フランジ２２に近い側の断面積よりも小さくなるように、柱部２３が形成されている。すなわち柱部２３の第１フランジ２１に近い側は、磁束経路の断面積が小さくなるために、磁束密度が高くなりやすい部位となる。

コイル３に電流を流すことで発生する磁束の一部がエアギャップ５から外部に漏れ出すことは、第１フランジ２１の付近における磁束密度の低下要因となる。しかしながら上記のように、柱部２３の第１フランジ２１に近い側において磁束密度を高めることでその影響が相殺され、柱部２３全体にわたり磁束密度を均一化することができる。

結果として柱部２３における局所的な磁気飽和を抑制することができる。したがって定格電流値を幾分高めに設定してもインダクタ１を安定動作させることができる。

柱部２３の外周面の傾斜角は、インダクタ１の仕様（各部の寸法や定格電流値など）により異なるため、磁気シミュレーションを行なうことによって適宜に定められる。

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

リングコア４の下端部４ｂは、必ずしも第２フランジ２２に対して隙間なく接触させることを要しない。例えば図３に示す変形例に係るインダクタ１Ａのように、コイル３を形成するワイヤが導出される開口４ｃが第２フランジ２２の付近に形成されたリングコア４Ａを備える構成としてもよい。この場合、第２フランジ２２付近にも磁束密度の低下要因が存在することから、柱部２３の第１フランジ２１に近い側において磁束密度を高める必要性が幾分低くなる。すなわち柱部２３の外周面の傾斜角を幾分小さくすればよい。

柱部２３の第１フランジ２１に近い側において、第２フランジに近い側の少なくとも一部よりも断面積が小さい部分を有している限りにおいて、ドラムコア２の形状は上記に示したものに限られない。例えば、柱部２３の外周面は、必ずしも第１フランジ２１と第２フランジ２２の間を直線的に延びる傾斜面であることを要しない。

例えば、図４の（ａ）に示すドラムコア２Ａの柱部２３Ａのように、外周面が曲面のみによって形成される構成としてもよい。第１フランジ２１に近い側において柱部２３Ａがくびれていることにより、第２フランジ２２に近い側の一部よりも断面積が小さい部分が形成されている。

図４の（ｂ）に示すドラムコア２Ｂの柱部２３Ｂのように、段状に形成された外周面を有する構成としてもよい。当該外周面は、柱部２３Ｂの中心軸に平行に延びる面のみから形成されている。柱部２３Ｂの第１フランジ２１に近い側が径小とされることにより、第２フランジ２２に近い側よりも断面積が小さい部分が形成されている。

図４の（ｃ）に示すドラムコア２Ｃの柱部２３Ｃのように、その中心軸と平行に延びる面と曲面の組合せによって柱部２３Ｃの外周面が形成される構成としてもよい。柱部２３Ｃの第１フランジ２１に近い側の一部がくびれていることにより、第２フランジ２２に近い側よりも断面積が小さい部分が形成されている。

図４の（ｄ）に示すドラムコア２Ｄの柱部２３Ｄのように、その中心軸と平行に延びる面と直線的に延びる傾斜面の組合せによって柱部２３Ｄの外周面が形成される構成としてもよい。第２フランジ２２に近い側の径が第１フランジ２１に向かって径小とされることにより、第１フランジ２１に近い側において、第２フランジ２２に近い側の一部よりも断面積が小さい部分が形成されている。

図４の（ｂ）に示す柱部２３Ｂのように外周面を段状に形成する場合において、径小部と径大部の境界となる段部は、必ずしも第１フランジ２１および第２フランジ２２と平行に延びていることを要しない。図４の（ｅ）に示すドラムコア２Ｅの柱部２３Ｅのように、段部が螺旋状に延びている構成としてもよい。第１フランジ２１に近い側ほど径小とされることにより、第２フランジ２２に近い側の一部よりも断面積が小さい部分が形成されている。

上記の実施形態に係るドラムコア２にフェライトを用いる場合、成形には切削加工を要する。ドラムコア２を図２の（ａ）に示した形状とすれば加工が容易であり、製造コストを抑制することができる。

すなわち上記の実施形態に係るドラムコア２は、第１フランジ２１、第２フランジ２２、および柱部２３が同一素材からなり、かつ相互の境界が物理的・物性的に連続しているモノリシックな構造を有している。しかしながら、第１フランジ２１、第２フランジ２２、および柱部２３が同一または異なる材料からなる独立した部材として形成され、接着または溶着により一体とされる構成としてもよい。

リングコア４は、必ずしもドラムコア２全体を包囲するように配置されることを要しない。所望の磁気シールド効果を発揮しうる限りにおいて、少なくともコイル３を包囲していればよい。

上記の説明における「上」「下」という表現は、図面を参照した説明において便宜上用いたに過ぎず、製品の使用時における方向を限定する意図ではない。「上」および「下」は、それぞれ第１フランジ２１に近い側、第２フランジ２２に近い側と言い換えることができる。

１：インダクタ、２：ドラムコア、３：コイル、４：リングコア、５：エアギャップ、２１：第１フランジ、２２：第２フランジ、２３：柱部

Claims (3)

1. 第１フランジ、第２フランジ、および当該第１フランジと当該第２フランジとの間に設けられた柱部を備え、磁性体からなるドラムコアと、
   導電性を有し、前記柱部の周りに巻き回されてコイルを形成するワイヤと、
   少なくとも前記コイルを包囲するように配置されたリングコアとを備え、
   前記第１フランジと前記リングコアの間にはエアギャップが形成されており、
   前記柱部は、前記第１フランジに近い側において、前記第２フランジに近い側の少なくとも一部よりも断面積が小さい部分を有している、インダクタ。
2. 前記柱部の外周面は、前記第１フランジ側と前記第２フランジ側との間を直線的に延びる傾斜面とされている、請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記リングコアは、前記第２フランジに対して隙間なく接している、請求項１または２に記載のインダクタ。

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