JP2017011117A - Coil component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイル部品に関する。 The present invention relates to a coil component.
特許文献1に、コイル部品の一つとして、コアと、コアの一部に巻回されたコイルとを備えるリアクトルが開示されている。 Patent Document 1 discloses a reactor including a core and a coil wound around a part of the core as one of coil components.
特許文献1のリアクトルに用いられるリアクトル用コアは、コイルで覆われるコイル配置部と、コイルで覆われない露出部とを備える環状のコアである。 The core for reactor used for the reactor of patent document 1 is a cyclic | annular core provided with the coil arrangement | positioning part covered with a coil, and the exposed part which is not covered with a coil.
特許文献1のコアにおけるコイル配置部と露出部とは、その比透磁率が異なる。具体的には、露出部の比透磁率は、コイル配置部の比透磁率の2倍以上である。 The coil arrangement part and the exposed part in the core of Patent Document 1 have different relative magnetic permeability. Specifically, the relative magnetic permeability of the exposed portion is at least twice the relative magnetic permeability of the coil placement portion.
特許文献1の図1に示されるリアクトルでは、コアを構成するコイル配置部の高さと厚みの比が4倍程度ある。発明者の検討によれば、このようなアスペクト比の高いコアを使用すると、コイル配置部において磁束の分布に偏り(収束)が生じ、磁束漏れが生じる。漏れた磁束は、コイルにおいて銅損を発生させる。 In the reactor shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the ratio of the height and thickness of the coil arrangement portion constituting the core is about four times. According to the inventor's investigation, when such a core with a high aspect ratio is used, the distribution of magnetic flux is biased (converged) in the coil arrangement portion, and magnetic flux leakage occurs. The leaked magnetic flux causes copper loss in the coil.
そこで、本発明は、零磁場における透磁率の異なる部品を組み合わせたコアを有するコイル部品であって、漏れ磁束を低減したコイル部品を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a coil component having a core in which components having different magnetic permeability in a zero magnetic field are combined and having reduced leakage magnetic flux.
本発明によれば、第1のコイル部品として、第1方向に所定の間隔で互いに平行に配置された一対の第1コア部と、前記第1コア部の端面に接続され、前記第1コア部の端部同士を連結して閉磁路を形成する一対の第2コア部と、前記第1コア部に夫々巻回されるコイルと、を備え、前記第1コア部の各々は、零磁場において第1透磁率を有する第1コア材部を少なくとも1つ含み、前記第2コア部の各々は、零磁場において前記第1透磁率よりも高い第2透磁率を有する第2コア材部を少なくとも一つ含み、前記第2コア材部は、少なくとも前記第1のコア部と前記第2コア部との境界に配置され、前記第1コア材部の高さと第1方向長さの比は3以下であるコイル部品が得られる。 According to the present invention, the first coil component is connected to a pair of first core portions arranged in parallel to each other at a predetermined interval in the first direction, and to the end face of the first core portion, and the first core Each of the first core portions includes a pair of second core portions that form a closed magnetic path by connecting the ends of the portions, and coils that are respectively wound around the first core portions. At least one first core material portion having a first permeability, and each of the second core portions has a second core material portion having a second permeability higher than the first permeability in a zero magnetic field. Including at least one, wherein the second core material portion is disposed at a boundary between at least the first core portion and the second core portion, and a ratio of the height of the first core material portion to the length in the first direction is A coil component of 3 or less is obtained.
また、本発明によれば、第2のコイル部品として、第1のコイル部品であって、前記第1コア材部の高さと第1方向長さの比は2以下であるコイル部品が得られる。 Further, according to the present invention, as the second coil component, a coil component which is a first coil component and the ratio of the height of the first core material portion to the length in the first direction is 2 or less is obtained. .
また、本発明によれば、第3のコイル部品として、第2のコイル部品であって、前記第1コア材部の高さと厚みの比は1以下であるコイル部品が得られる。 In addition, according to the present invention, as the third coil component, a coil component that is a second coil component and the ratio of the height and thickness of the first core material portion is 1 or less is obtained.
また、本発明によれば、第4のコイル部品として、第1乃至第3のコイル部品のいずれかであって、前記第1コア部の断面積は、前記第2コア部の断面積よりも大きいコイル部品が得られる。 Further, according to the present invention, as the fourth coil component, any one of the first to third coil components, wherein a cross-sectional area of the first core portion is larger than a cross-sectional area of the second core portion. Large coil parts are obtained.
また、本発明によれば、第5のコイル部品として、第4のコイル部品であって、前記第1コア部の断面積は、前記第2コア部の断面積の1.2倍以上2倍以下であるコイル部品が得られる。 Further, according to the present invention, the fifth coil component is a fourth coil component, wherein a cross-sectional area of the first core portion is 1.2 times or more twice a cross-sectional area of the second core portion. The following coil parts are obtained.
また、本発明によれば、第6のコイル部品として、第5のコイル部品であって、前記第1コア部の断面積は、前記第2コア部の断面積の1.3倍であるコイル部品が得られる。 Further, according to the present invention, the sixth coil component is a fifth coil component, wherein the cross-sectional area of the first core portion is 1.3 times the cross-sectional area of the second core portion. Parts are obtained.
また、本発明によれば、第7のコイル部品として、第1乃至第6のコイル部品のいずれかであって、前記第1コア部の各々は、前記第1コア材部で構成され、前記第2コア部の各々は、前記第2コア材部で構成されているコイル部品が得られる。 According to the present invention, as the seventh coil component, any one of the first to sixth coil components, wherein each of the first core portions is configured by the first core material portion, As for each of the second core parts, a coil component composed of the second core material part is obtained.
また、本発明によれば、第8のコイル部品として、第1乃至第6のコイル部品のいずれかであって、前記第1コア部の各々は、一対の前記第1コア材部と、それらの間に挟まれた前記第2透磁率に等しい透磁率を有する第3コア材部とで構成され、前記第2コア部の各々は、前記第2コア材部で構成されているコイル部品が得られる。 According to the present invention, as the eighth coil component, any one of the first to sixth coil components, wherein each of the first core portions includes a pair of the first core material portions and the first core material portions. And a third core material portion having a magnetic permeability equal to the second magnetic permeability, and each of the second core portions is a coil component made up of the second core material portion. can get.
さらにまた、本発明によれば、第9のコイル部品として、第1乃至第7のコイル部品のいずれかであって、前記第1コア部と前記第2コア部との境界の一部にギャップ材が設けられていることを特徴とするコイル部品が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the ninth coil component, any one of the first to seventh coil components, wherein a gap is formed in a part of a boundary between the first core portion and the second core portion. A coil component characterized in that a material is provided is obtained.
本発明は、零磁場における透磁率の異なる部材を組み合わせたコアを有するリアクトルであって、漏れ磁束を低減したコイル部品を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a coil component that has a core having a combination of members having different magnetic permeability in a zero magnetic field and has reduced leakage magnetic flux.
(第1の実施の形態)
図1乃至図4を参照して、本発明の第1の実施の形態によるコイル部品であるリアクトル100について説明する。本実施の形態によるリアクトル100は、例えば、電気自動車のインバータや電圧コンバータに用いられるものである。しかしながら、本発明のコイル部品は、これらの用途に限定されない。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the
図1に示すように、リアクトル100は、コア(図2の200)を包む樹脂成型体110と、樹脂成型体110の一部に巻回されたコイル120とを有している。通常、コイル120は、図示しない絶縁性樹脂からなるコイルカバーに覆われる。
As shown in FIG. 1, the
樹脂成型体110は、図3から理解されるように、絶縁性樹脂からなる一対の樹脂成型部111,112を組み合わせて構成される。一対の樹脂成型部111,112は、それぞれ、平行な2つのコイル巻回部分113,114と、2つのコイル巻回部分113,114の一方の端部同士を連結する連結部分115とを有している。また、樹脂成型部111,112の各々において、コイル巻回部分113,114と連結部分115との境界には、フランジ116が設けられている。樹脂成型体110の全体形状は、概ね環状もしくはフレーム状である。
As can be understood from FIG. 3, the resin molded
図1及び図3から理解されるように、コイル120は、一対のフランジ116の間に設けられた2つのトロイダル部分を有している。コイル120は、一本の絶縁被膜された導電線、例えば平角線で形成されており、これら2つのトロイダル部分は、電気的に相互に接続されている。換言すると、コイル120は、一本の導電線を2つのコイル巻回部分(図3の113,114)に連続して巻回すように形成される。コイル120は、さらにその周囲を図示しない絶縁体で覆われてもよい。その場合、絶縁体は、コイル120と図示しないコイルカバーとの間に位置する。
As can be understood from FIGS. 1 and 3, the
図2に示すように、リアクトル100に使用されるコア200は、一対の第1コア部210,220と一対の第2コア部230,240とを含む。本実施の形態では、第1コア部210,220は、第1コア部材211,221でそれぞれ構成され、第2コア部230,240は、第2コア部材231,241でそれぞれ構成されている。第1コア部材211,221は、同一材料を用いて、同一サイズ、同一形状に形成される。また、第1コア部材211,221は、零磁場において第1透磁率を有するように形成される。換言すると、本実施の形態において、第1コア部210,220は、それぞれ、第1透磁率を有する単一の第1コア材部からなる。第2コア部材231,241も、第1コア部材211,221と同様に、同一材料を用いて、同一サイズ、同一形状に形成される。また、第2コア部材231,241は、零磁場において第1透磁率よりも高い第2透磁率を有するように形成される。換言すると、本実施の形態において、第2コア部230,240は、それぞれ、第2透磁率を有する単一の第2コア材部からなる。
As shown in FIG. 2, the
第1コア材部(第1コア部材211,221)として、磁性粉末を樹脂と混合したスラリーを硬化させた注型コアを用いることができる。また、第2コア材部(第2コア部材231,241)として、絶縁被膜された磁性粉末を加圧成形した圧粉コアを用いることができる。しかしながら、第1コア材部及び第2コア材部は、これに限らず、任意の製造方法により製造することができる。
As the first core material portion (
第1コア部材211,221は、図3から理解されるように、樹脂成型体110のコイル巻回部分113,114内に配置される。具体的には、一方の第1コア部材211は、樹脂成型部111のコイル巻回部分113と樹脂成型部112のコイル巻回部分114とで構成される筒状体の内部に配置される。また、他方の第1コア部材221は、樹脂成型部111のコイル巻回部分114と樹脂成型部112のコイル巻回部分113とで構成される筒状体の内部に配置される。即ち、第1コア部材211,221は、第1方向Aに所定の間隔を置いて、平行に配置される。他方、第2コア部材231,241は、樹脂成型部111,112の連結部分115内に各々配置される。第2コア部材231、241は、第1コア部材211,221の端面に接続される。これにより、第2コア部材231、241は、第1コア部材211,221の端部同士を連結し、環状もしくはフレーム状の閉磁路を形成する。なお、後述するように、第1コア部材211,221の高さ(図2又は図4のH)と第1方向長さ(図2又は図4のD)の比H/Dは、3以下(H/D≦3)とすることが望ましい。
As understood from FIG. 3, the
以下、リアクトル100の各部の構成をその製造方法とともにさらに説明する。図3を参照すると、リアクトル100組立前の状態において、樹脂成型部111,112は互いに分離している。樹脂成型部111,112は、それぞれ内部に第2コア部材231,241(図2参照)を収容している。換言すると、第2コア部材231,241は、それぞれ樹脂成型部111,112に覆われている。樹脂成型部111,112は、各第2コア部材231,241を内包するように、一次インサート成型によって形成される。具体的には、樹脂成型部形成用の金型内に第2コア部材231(又は、241)を配置した後、その金型内に絶縁性樹脂を射出し硬化させる。これにより、第2コア部材231(又は、241)の周囲に樹脂成型部111(又は112)が形成される。この成型は、第2コア部材231(又は、241)の一部が、コイル巻回部分113,114内に露出するように行われる。
Hereinafter, the structure of each part of the
図3から理解されるように、樹脂成型部111,112は、コイル巻回部分113,114を互いに突き合わせるように互いに組み合わされる。コイル巻回部分113,114の端面には、互いに対応する凸部117と凹部118が形成されている。コイル巻回部分113,114の端面に接着剤を塗布し、これらを突き合わせると、樹脂成型部111,112が互いに接合される。このとき、対応する凸部117と凹部118が、樹脂成型部111,112の相対的な位置を決定する。
As can be understood from FIG. 3, the
樹脂成型部111,112を互いに組み合わせる際、第1コア部材211,221は、コイル巻回部分113,114内に収容される。また、このとき、コイル120は、コイル巻回部分113,114の外周側に装着される。
When the
樹脂成型部111,112を互いに組み合わせた状態において、第1コア部材211,221の両端面は、一対の第2コア部材231,241の側面に面する。このとき、第1コア部材211,221の各端面は、対向する第2コア部材231,241の側面に接してもよいし、接していなくてもよい。コイル巻回部分113,114の内部における第1コア部材211,221の位置を制御するため、コイル巻回部分113,114の内部に突起等を予め形成しておいてもよい。
In a state where the
第1コア部材211,221の各々と第2コア部材231,241の各々との間は、接着剤等により接着される。あるいは、これらの間は、図示しないコイルカバーを形成する二次インサート成型の際、コイルカバーの形成に用いられる樹脂によって接着される。二次インサート成型を利用する場合は、コイル巻回部分113、114の側面や端面に、予め樹脂を通過させる溝やスリット等を形成しておく必要がある。いずれにしても、第1コア部材211,221の両端面は、第2コア部材231,241に接着される。これにより、第1コア部材211,221の両端部は、第2コア部材231,241によって連結される。
The
コイル120は、樹脂成型部111,112を互いに組み合わせる前に、予めトロイダル形状に巻回されている。コイル120をコイル巻回部分113,114に装着する際、コイル120の端部121,122は、図1及び図3から理解されるように、フランジ116に形成されたスリット119を通して外部へ引き出される。
The
図1に示されるリアクトル100に対して二次インサート成型を行うことにより、図示しないコイルカバーが形成される。具体的には、コイル120を覆うようにリアクトル100にコイルカバー形成用の金型を取り付け、取り付けた金型内に絶縁性樹脂を射出し硬化させる。これにより、コイル120を覆うコイルカバーが形成される。コイルカバーは、放熱のため、コイル120の一部を露出させるように形成されてもよい。コイル巻回部分113,114の内側にも樹脂を流入させる場合は、前述のように樹脂成型部111,112に予め樹脂の流路や排気孔等を形成しておく。これらの流路や排気孔は、樹脂成型部111,112を製造する際、すなわち、一次インサート成型において形成することができる。以上のようにして、図1のリアクトル100に図示しないコイルカバーが取り付けられる。
By performing secondary insert molding on the
上述したように、第1コア部材211,221は、比較的低い第1透磁率を有し、第2コア部材231,241は、比較的高い第2透磁率を有している。ここで、図4に示すように、第1コア部材211,221の高さをHとし、第1方向長さをDとする。発明者は、高さHと長さDの比H/Dが大きくなると、リアクトル100の性能が低下することに気付いた。そこで、発明者は、様々なシミュレーションを繰り返し、比H/Dの適切な範囲を求めた。シミュレーション結果の一つは表1のようなものであった。
As described above, the
このシミュレーションは、第2コア部材231,241の構成は変更せず、第1コア部材211,221の断面積を変化させて行った。ここで、コイル120は、断面5mm×1mmの平角線を60ターン巻いたものを想定した。また、第2コア部材231,141の厚みTは10mmとした。さらに、コイル120と第1コア部材211,221との間の距離(絶縁材の厚み)は1mmとした。以上の条件により、コイル120のインダクタンスL及びインピーダンスの抵抗成分Racを計算した。
This simulation was performed by changing the cross-sectional areas of the
図5は、シミュレーション結果を表すグラグである。グラフから理解されるように、比H/Dは、3以下(H/D≦3)になると抵抗成分Racが著しく低下する。よって、第1コア部材211,221の比H/Dは、3以下(H/D≦3)であることが望ましく、2以下(H/D≦2)であることがより望ましく、1以下(H/D≦1)であることがさらに望ましい。このように、本実施の形態では、比H/Dを3以下にすることで、磁束のコイル120への漏れを抑制することができ、損失を低減することができる。
FIG. 5 is a graph showing a simulation result. As understood from the graph, when the ratio H / D is 3 or less (H / D ≦ 3), the resistance component Rac is significantly reduced. Therefore, the ratio H / D of the
また、第1コア部材211,221の高さ方向(図4の上下方向)に垂直な面の面積(断面積)S1と第2コア部材231,241の幅方向(図4の左右方向)に垂直な面の面積(断面積)S2とが等しい場合、第2コア部材231,241に比べて第1コア部材211,221の方が磁気飽和しやすい。そこで、第1コア部材211,221と第2コア部材231,241との磁気飽和特性が均衡するように、第1コア部材211,221の断面積S1を第2コア部材231,241の断面積S2よりも大きく(S1/S2>1)してもよい。上記とは別のシミュレーション結果によれば、比S1/S2は、望ましくは1.2以上2以下(2≧S1/S2≧1.2)であり、より望ましくは、1.3程度(S1/S2≒1.3)である。
In addition, the area (cross-sectional area) S1 of the surface perpendicular to the height direction of the
以上説明したように、本実施の形態によるコイル部品は、所定の間隔で互いに平行に配置された一対の第1コア部210,220と、第1コア部210,220の端面に接続され、第1コア部210,220の端部同士を連結して閉磁路を形成する一対の第2コア部230,240と、第1コア部210,220にそれぞれ巻回されるコイル120とを備えている。第1コア部210,220の各々は、零磁場において第1比透磁率を有する第1コア材部である第1コア部材211,221で構成される。また、第2コア部230,240の各々は、零磁場において第1比透磁率よりも高い第2比透磁率を有する第2コア材部である第2コア部材231,241で構成される。第2コア部材231,241の側面は、第1のコア部210,220と第2コア部230,240との境界に配置されている。第1コア材部である第1コア部材211,221の高さHと厚みDの比H/Dは、3以下である。この構成により、本実施の形態によるコイル部品は、磁束の漏れによる性能低下を抑制することができる。
As described above, the coil component according to the present embodiment is connected to the pair of
(第2の実施の形態)
上述した第1の実施の形態では、第1コア部210,220がそれぞれ単一の第1コア部材211,221で構成されている。しかしながら、本発明のこの構成に限られない。本発明の第2の実施の形態によるリアクトルに含まれるコアは、図6に示されるように、第1コア部210,220が、それぞれ3つのコア部材261〜263、264〜266で構成されている。即ち、第1コア部210(220)は、第1比透磁率を有する一対の第1コア材部であるコア部材261,262(264,265)と、それらの間に挟まれた第2比透磁率を有する第3コア材部であるコア部材263(266)とで構成されている。
(Second Embodiment)
In 1st Embodiment mentioned above, the
コア部材261の一方の端面は、一方の第2コア部材231の側面に、他方の端面はコア部材263の一方の端面にそれぞれ接着されている。また、コア部材262の一方の端面は、他方の第2コア部材241の側面に、他方の端面はコア部材263の他方の端面にそれぞれ接着されている。同様に、コア部材264の一方の端面は、一方の第2コア部材231の側面に、他方の端面は、コア部材266の一方の端面にそれぞれ接着されている。また、コア部材265の一方の端面は、他方の第2コア部材241の側面に、他方の端面は、コア部材266の他方の端面にそれぞれ接着されている。なお、図6において、コア部材263(266)は、第1コア部210(220)の高さ方向(図6の上下方向)中央に配置されている。したがって、コア部材261,262,264、265の高さはすべて等しい(=H/2)。
One end surface of the
本実施の形態によれば、比H/Dを3以下に維持しつつ第1コア部210,220の高さを第1の実施の形態よりも長くすることができる。これにより、コイル120の長さを長く(ターン数を多く)することができる。即ち、設計の自由度が高まる。
According to the present embodiment, the height of the
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の変形、変更が可能である。例えば、第1の透磁率を有するコア部材と第2の透磁率を有するコア部材をともに注型コアとしてもよいし、あるいはともに圧粉コアとしてもよい。また、図7に示すように、必要に応じて、第1コア部210,220と第2コア部230,240との境界の夫々の一部に磁気抵抗の高いギャップ材300を設けてもよい。また、上記実施の形態では、第1コア部210,220、及び第2コア部230,240の断面が矩形であるが、円形や多角形でもよい。さらに、第2コア部230,240の第1コア部210,220が接続される面には、第1コア部210,220に対応する段差(凹所や凸所)が形成されていてもよい。さらにまた、上記実施の形態は、いわゆるUUコアを有するものであるが、本発明は、例えばEEコアにも適用可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, both the core member having the first magnetic permeability and the core member having the second magnetic permeability may be cast cores, or both may be dust cores. In addition, as shown in FIG. 7, a
100 リアクトル
110 樹脂成型体
111,112 樹脂成型部
113,114 コイル巻回部分
115 連結部分
116 フランジ
117 凸部
118 凹部
120 コイル
121,122 端部
131,132 開口部
200 コア
210,220 第1コア部
211,221 第1コア部材
230,240 第2コア部
231,241 第2コア部材
261〜266 コア部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1コア部の端面に接続され、前記第1コア部の端部同士を連結して閉磁路を形成する一対の第2コア部と、
前記第1コア部に夫々巻回されるコイルと、を備え、
前記第1コア部の各々は、零磁場において第1透磁率を有する第1コア材部を少なくとも1つ含み、
前記第2コア部の各々は、零磁場において前記第1透磁率よりも高い第2透磁率を有する第2コア材部を少なくとも一つ含み、
前記第2コア材部は、少なくとも前記第1のコア部と前記第2コア部との境界に配置され、
前記第1コア材部の高さと第1方向長さの比は3以下であるコイル部品。 A pair of first core portions arranged in parallel to each other at a predetermined interval in the first direction;
A pair of second core parts connected to the end surfaces of the first core part and connecting the ends of the first core parts to form a closed magnetic path;
A coil wound around each of the first core parts,
Each of the first core parts includes at least one first core material part having a first permeability in a zero magnetic field,
Each of the second core parts includes at least one second core material part having a second magnetic permeability higher than the first magnetic permeability in a zero magnetic field,
The second core material part is disposed at a boundary between at least the first core part and the second core part,
The coil component in which the ratio of the height of the first core member to the length in the first direction is 3 or less.
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JPS58197704A (en) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Sanden:Kk | L-shaped inductance transformer |
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-
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- 2015-06-23 JP JP2015125560A patent/JP6762688B2/en active Active
Patent Citations (5)
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