JP2017208442A - インダクタおよびそのボビン - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ると共に、構成部品の低減を図り且つ組立工数の低減を図ることができる門型インダクタおよびそのボビンを提供する。【解決手段】この門型インダクタ１は、複数のコア分割体５，６，７から構成されるコア２と、このコア２にボビン３を介して巻回されたコイル４とを備え、コア２のいずれかの隣り合うコア分割体７，７の間に磁気ギャップを有する。ボビン３は、前記磁気ギャップとなるスペーサ１１を有する。ボビン３に、磁気ギャップとなるスペーサ１１としての機能を付与することで、スペーサ部品を設けた従来の門型インダクタよりも、構成部品の低減を図ることができ、組立工数の低減を図る。ボビン３のスペーサ１１により、門型インダクタ１を磁気飽和させないようにする。【選択図】図１

Description

この発明は、Ｕ形やＵＲ形、角板形のインダクタを組み合わせたいわゆる門型インダクタおよびそのボビンに関し、例えば、電圧変換、ノイズ低減、またはサージ電流の対策等に適用される技術に関する。

例えば、ＡＣアタプター、電気自動車、種々の電気設備等の機器において、電圧変換、ノイズ低減等のためにインダクタが用いられている（特許文献１，２）。このインダクタは、例えば、対象となる機器の定格電流の数倍以上の大電流が流れると、磁気飽和が起こる場合がある。インダクタを磁気飽和させないために、インダクタにおけるコアの磁路の途中に磁気ギャップを設ける必要がある。

図１５に示すように、従来のインダクタ５０では、例えば、互いに対向する磁性体５１，５１同士を接着する絶縁層５２を設けることで、磁気ギャップを設けている。絶縁層５２は、例えば、樹脂等の絶縁剤から成る層である。また銅線を巻回してコイル５３を成形する場合、図示外のボビンにコイル５３の巻き付け形状を保持することが多い。前記ボビンは、樹脂製の絶縁材から成る絶縁体である。
従来のインダクタにおいて、絶縁層５２により磁気ギャップを設ける場合、例えば、磁気ギャップのばらつきが大きくインダクタンス精度、重畳特性を向上することが困難な場合がある。

そこで前記絶縁層５２に代えて、隣り合うコア分割体の間にスペーサ部品を挿入してこのスペーサ部品により磁気ギャップを構成する場合がある。この場合、インダクタの構成部品が多くなる。また、複数のコア分割体を組み合わせる門型インダクタの場合、構成部品の高さ調整や熱処理回数等の工程が増えることで、組立工数が多くなっていた。

図１６は、他の従来例の門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。この例では、同図（１）に示すように、軸方向に隣り合う磁性コア（コア分割体）である柱部５４，柱部５４間にスペーサ部品５５を挿入しこれらを接着し熱処理を行う。次に、同図（２）に示すように、磁性コア（コア分割体）である下部５６と（１）の組立部品とを接着し熱処理を行う。次に、同図（３）に示すように、ボビン５７に巻回されたコイル５８を中心位置決め、高さ調整しながら（２）の組立部品の柱部５４等に挿入する。その後、同図（４）に示すように、磁性コア（コア分割体）である上部５９を（３）の組立部品に接着し熱処理を行う。

さらに他の従来例では、図１７（１）に示すように、柱部５４と下部５６を接着し熱処理を行う。次に、同図（２）に示すように、ボビン５７に巻回されたコイル５８の軸中心を位置決めした後、同図（３）に示すように、スペーサ部品５５を各ボビン５７の中空孔内に挿入する。またコイル５８の高さ調整を行う。その後、同図（４）に示すように、上部５９を（３）の組立部品に接着し熱処理を行う。

特開２００９−２８９７６９号公報 特開２０１２−１０９２９６号公報

図１６の従来例では、熱処理回数が多いうえ、コイルと磁性体が非接触となるように、コイルを高さ調整する必要がある。
図１７の従来例では、コイルが狙い位置に位置決めされるように、コイルをコア端面から高さ調整する必要がある。

この発明の目的は、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ると共に、構成部品の低減を図り且つ組立工数の低減を図ることができる門型インダクタおよびそのボビンを提供することである。

この発明の門型インダクタは、複数のコア分割体から構成されるコアと、このコアにボビンを介して巻回されたコイルとを備え、前記コアのいずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタにおいて、
前記ボビンは、前記磁気ギャップとなるスペーサを有することを特徴とする。

この構成によると、ボビンに、磁気ギャップとなるスペーサとしての機能を付与することで、スペーサ部品を設けた従来の門型インダクタよりも、構成部品の低減を図ることができ、組立工数の低減を図ることができる。またボビンのスペーサにより、インダクタを磁気飽和させないようにすることができる。このボビンのスペーサは、例えば絶縁層等により磁気ギャップを設ける場合に比べて、磁気ギャップのばらつきを抑制し、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ることができる。これにより、対象となる機器に対する汎用性を高めることができる。

前記ボビンは、この門型インダクタの取付対象に対し固定可能な固定部を有するものとしても良い。この場合、門型インダクタを取付対象に対し容易に固定することができ、利便性を高めることができる。

前記ボビンは筒状であり、前記コイルが筒状の前記ボビンの外周面に巻回され、前記スペーサは、前記コイルよりも半径方向内方の前記ボビンの内周面に設けられていても良い。この場合、磁束の漏れを低減することができる。

前記ボビンは、軸方向両端にそれぞれフランジ部を有する筒状であり、前記コイルが筒状の前記ボビンの外周面に巻回され、前記スペーサは、いずれか一方または両方のフランジ部から軸方向に延在した部分に設けられていても良い。この場合、門型インダクタの発熱を抑制することができる。

一つの門型インダクタは、中心軸が平行に配置された一対の前記ボビンを有するものであっても良い。このような一対のボビンにそれぞれ巻回されたコイルに電流を流すことで、ある電流値に対して所望のインダクタンスを得ることが可能となる。

この発明のボビンは、複数のコア分割体から構成されるコアを有し、いずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタに用いられるボビンにおいて、
前記磁気ギャップとなるスペーサが前記ボビンに一体に設けられていることを特徴とする。

この構成によると、ボビンに、磁気ギャップとなるスペーサとしての機能を付与することで、スペーサ部品を設けた従来の門型インダクタよりも、構成部品の低減を図ることができ、組立工数の低減を図ることができる。またボビンのスペーサにより、インダクタを磁気飽和させないようにすることができる。このボビンのスペーサは、例えば絶縁層等により磁気ギャップを設ける場合に比べて、磁気ギャップのばらつきを抑制し、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ることができる。これにより、対象となる機器に対する汎用性を高めることができる。

この発明の門型インダクタは、複数のコア分割体から構成されるコアと、このコアにボビンを介して巻回されたコイルとを備え、前記コアのいずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタにおいて、前記ボビンは、前記磁気ギャップとなるスペーサを有するため、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ると共に、構成部品の低減を図り且つ組立工数の低減を図ることができる。

この発明のボビンは、複数のコア分割体から構成されるコアを有し、いずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタに用いられるボビンにおいて、前記磁気ギャップとなるスペーサが前記ボビンに一体に設けられているため、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ると共に、構成部品の低減を図り且つ組立工数の低減を図ることができる。

この発明の実施形態に係る門型インダクタの断面図である。 同門型インダクタの斜視図である。 同門型インダクタの一部分を切り離して表した斜視図である。 同門型インダクタのボビンの一部破断した斜視図である。 同門型インダクタにおける磁束を示す図である。 同門型インダクタの重畳特性を示す図である。 同門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。 この発明の他の実施形態に係る門型インダクタの断面図である。 同門型インダクタの斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る門型インダクタの断面図である。 同門型インダクタの斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る門型インダクタの斜視図である。 同門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る門型インダクタの斜視図である。 従来例のインダクタの断面図である。 他の従来例の門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。 さらに他の従来例の門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。

この発明の実施形態に係る門型インダクタを図１ないし図７と共に説明する。以下の説明は、この門型インダクタの作製方法についての説明も含む。
この門型インダクタは、例えば、ＡＣアタプター、電気自動車、種々の電気設備等の機器において、電圧変換、ノイズ低減、またはサージ電流の対策等のために用いられる。この門型インダクタは、複数のコア分割体から構成されるコアを有し、いずれかの隣り合うコア分割体の間に磁気ギャップを有する。

図１は、この実施形態に係る門型インダクタ１の断面図である。図２はこの同門型インダクタ１の斜視図である。図１および図２に示すように、この門型インダクタ１は、所謂ＵＵＲ型の門型インダクタであって、前記複数のコア分割体から構成されるコア２と、このコア２にボビン３を介して巻回されたコイル４とを備える。

図３は、この門型インダクタ１の一部分を切り離して表した斜視図である。同図３に示すように、コア２は、上部コア分割体５，下部コア分割体６，および４つの柱部コア分割体７を有する。以下の説明において各分割体５〜７をそれぞれ「上部５」，「下部６」，「柱部７」と称す。上部５と下部６は同一形状であり、上部５，下部６，および四つの柱部７は、同一の磁性材料から形成された磁性体である。前記磁性材料としては、例えば、アモルファス合金等が適用される。但し、アモルファス合金に限定されるものではない。

下部６の一表面には、二つの柱部７，７が所定間隔を隔てて支持され接着されている。各柱部７は、円柱形状に形成されて軸心が互いに平行に配置される。上部５の一表面にも、下部６と同様に残りの二つの柱部７，７が所定間隔を隔てて支持され接着されている。各接着面の接着には、例えば、無溶剤型のエポキシ系接着材またはシリコーン系接着材等が、要求される耐熱性等に応じて用いられる。分割面が接着された状態で、各柱部７は、軸心が互いに平行に配置される。

下部６に支持された各柱部７と、上部５に支持された各柱部７とは、ボビン３を介して、互いに対向した状態で固定されている。下部６における一方の柱部７は、上部５における一方の柱部７に同心に設けられ、下部６における他方の柱部７は、上部５における他方の柱部７に同心に設けられる。このように配置される上部５，下部６，および四つの柱部７によりＵＵＲ形の門型インダクタ１が構成される。

軸方向に並ぶ柱部７，柱部７に、後述するボビン３の筒状部分８が挿入されている。ボビン３は、コイル４を巻回する部品であって、この門型インダクタ１に一対設けられる。これら一対のボビン３，３は、中心軸が平行に配置される。円筒形状のボビン３の外周面にコイル４が巻回されている。コイル４の両端は、図示しないがコア２の外に取り出されている。軸方向に並ぶ柱部７，柱部７、これら柱部７，７に挿入されたボビン３およびコイル４は、同心に配置される。

コイル４は、導線として、例えば銅エナメル線が用いられる。詳しくは、ウレタン線（ＵＥＷ）、ホルマール線（ＰＶＦ）、ポリエステル線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）、これらを組み合わせた二重被覆線、または自己融着線、リッツ線等を使用できる。銅エナメル線の断面形状としては、丸線または角線を使用可能である。

ボビン３について説明する。
図４は、この門型インダクタのボビン３の一部破断した斜視図である。換言すれば、同図４は、図３の切り離して表した門型インダクタ１からボビン３のみ抜き出して示す斜視図である。
図３および図４に示すように、ボビン３は、絶縁性の材料により円筒形状に形成される。絶縁性の材料として、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料が適用される。このボビン３は、円筒形状の筒状部分８と、フランジ部９，１０と、磁気ギャップとなるスペーサ１１とを有する。これら筒状部分８、フランジ部９，１０およびスペーサ１１は、例えば、射出成形等により一体成形される。

筒状部分８は、軸方向に並ぶ柱部７，柱部７の外周面に沿って、薄肉の円筒形状に形成されている。フランジ部９，１０は、筒状部分８の軸方向両端部に設けられている。フランジ部９，１０は、筒状部分８の軸方向両端部から半径方向外方に所定距離延びる。フランジ部９，１０は、柱部７の中心軸に対し直交する平面に沿って形成される。また少なくとも一対のボビン３，３における隣り合うフランジ部９，９、（１０，１０）が互いに干渉しないように、フランジ部９，１０が配置される。各ボビン３において、一方のフランジ部１０は下部６に当接し、他方のフランジ部９は上部５に当接するように配置される。

スペーサ１１は、筒状部分８の内周面に付設されている。スペーサ１１は、筒状部分８の内周面における軸方向中間部から半径方向内方に延びて筒状部分８の内部を隔てる内径フランジ状に形成されている。このスペーサ１１の一表面に、上部５から延びる柱部７の軸方向先端部が当接し、同スペーサ１１の他表面に、下部６から延びる柱部７の軸方向先端部が当接するように配置される。またスペーサ１１の軸方向の厚みｔは、定められた磁気ギャップに応じて一定の厚みに形成される。

前記定められた磁気ギャップは、所望のインダクタンス精度および重畳特性によって任意に定める磁気ギャップであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な磁気ギャップを求めて定められる。なおフランジ部９，１０の軸方向の厚み、および、筒状部分８の径方向の厚みは、スペーサ１１の軸方向の厚みｔよりも薄肉に形成されている。

ここで、図５は、この門型インダクタ１における磁束を示す図である。
コイル４に電流を流すと、コア２に磁束１２が発生する。電流値に応じて発生させる磁力の量を、コイル４の巻き数、コア２の材質および形状、磁気ギャップの大きさで制御する。この門型インダクタ１において発生できる磁力の最大量は、コア２の材質と体積で決まる。

図６は、この門型インダクタの重畳特性を示す図である。図６において、横軸はコイルに流す電流値、縦軸はインダクタンスである。磁気ギャップのない従来例の門型インダクタでは、例えば同図６の一点鎖線で示すように、電流値に対して所望のインダクタンスを得られない場合がある。この実施形態に係る門型インダクタでは、磁気ギャップとして、ボビン３の筒状部分８（図４）にスペーサ１１（図４）を付設したことで、ある電流値Ｉ_１に対して所望のインダクタンスＬ_１を得ることが可能となる。

図７は、この門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。
同図（１）に示すように、先ず二つの柱部７，７と下部６を接着し熱処理を行う。次に、同図（２）に示すように、ボビン３に巻回されたコイル４の軸中心を位置決めしつつ、コイル４の高さ調整をしながらボビン３の筒状部分８を柱部７の外周面に挿入する。その後、同図（３）に示すように、上部５を（３）の組立部品に接着し熱処理を行う。この門型インダクタ１の作製方法によれば、従来例よりも熱処理回数を少なくできるうえ、コイル４の軸中心の位置決めを容易に行える。またコイル４を所望の高さ位置に配置し得る。

作用効果について説明する。
ボビン３に、磁気ギャップとなるスペーサ１１としての機能を付与することで、スペーサ部品を設けた従来の門型インダクタよりも、構成部品の低減を図ることができ、組立工数の低減を図ることができる。またボビン３のスペーサ１１により、インダクタを磁気飽和させないようにすることができる。このボビン３のスペーサ１１は、例えば絶縁層等により磁気ギャップを設ける場合に比べて、磁気ギャップのばらつきを抑制し、インダクタンス精度および重畳特性の向上を図ることができる。これにより、対象となる機器に対する汎用性を高めることができる。スペーサ１１は、コイル４よりも半径方向内方の筒状部分８の内周面に付設されているため、磁束の漏れを低減することができる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図８は、他の実施形態に係る門型インダクタ１Ａの断面図である。図９はこの門型インダクタ１Ａの斜視図である。図８および図９に示すように、この門型インダクタ１ＡはＵＲ形と角板形のインダクタを組み合わせた門型インダクタであって、スペーサ１１が、ボビン３の筒状部分８の軸方向一端部に設けられている。また前述の実施形態では四つの柱部が設けられていたが、この例では、一つの門型インダクタ１Ａにつき二つの柱部７，７が設けられている。下部６に支持された二つの柱部７，７により正面視ＵＲ形のインダクタを成し、一つの上部５により正面視角板形のインダクタを成す。これらが組み合わされて門型インダクタ１Ａが構成される。

この構成によれば、柱部７の個数を低減できる分、前述の実施形態よりも構成部品の低減を図ることができる。また柱部７の個数を低減することで、接着工程および熱処理工程を少なくでき、よって組立工数の低減を図ることができる。その他略同様の作用効果を奏する。

図１０は、さらに他の実施形態に係る門型インダクタ１Ｂの断面図である。図１１は、この門型インダクタ１Ｂの斜視図である。図１０および図１１に示すように、この門型インダクタ１ＢはＵＵＲ形の門型インダクタであって、スペーサ１１が両方のフランジ部９，１０から軸方向に延在した部分にそれぞれ設けられている。上部５は、スペーサ１１，１１を隔ててボビン３の並び方向に沿って第１，第２上部５Ａ，５Ｂが並ぶ二分割構造になっている。

下部６も、上部５と同様に、スペーサ１１，１１を隔てて二つのボビン３の並び方向に沿って第１，第２下部６Ａ，６Ｂが並ぶ二分割構造になっている。第１上部５Ａと、この第１上部５Ａに繋がる柱部７と、この柱部７に繋がる第１下部６Ａとにより正面視ＵＲ形のインダクタを成す。第２上部５Ｂと、この第２上部５Ｂに繋がる柱部７と、この柱部７に繋がる第２下部６Ｂとにより正面視ＵＲ形のインダクタを成す。これらが組み合わされてＵＵＲ形の門型インダクタ１Ｂが構成される。

スペーサ１１は、一対のボビン３，３の並び方向に対し直交する平面状であり、且つ、前記軸方向および前記並び方向にそれぞれ直交する長手方向に沿って延びる矩形板状である。一方のボビン３の上側のフランジ部９から軸方向一方に立設するスペーサ１１と、他方のボビン３の上側のフランジ部９から軸方向一方に立設するスペーサ１１とが重なり合うように配置される。一方のボビン３の下側のフランジ部１０から軸方向他方に立設するスペーサ１１と、他方のボビン３の下側のフランジ部１０から軸方向他方に立設するスペーサ１１とが重なり合うように配置される。重なり合うスペーサ１１の厚みが、定められた磁気ギャップに応じて一定の厚みに形成される。

この構成によれば、スペーサ１１は、両方のフランジ部９，１０から軸方向に延在した部分に設けられているため、コイルへの漏れ磁束の流入を低減できる。このため、この門型インダクタ１Ｂの発熱を抑制することができる。

図１２に示すように、ＵＵＲ形の門型インダクタ１Ｃにおいて、各フランジ部９，１０に位置決め用の段差部１３を設けて良い。フランジ部９，１０には、上部５または下部６を一対のボビン３，３に対し位置決めする段差部１３，１３が設けられている。具体的には、フランジ部９，１０の表面の一部に、上部５または下部６の底面の一部が嵌り込む段差部１３が設けられている。

一方のボビン３における軸方向上側のフランジ部９の段差部１３と、他方のボビン３における軸方向上側のフランジ部９の段差部１３とは、前記並び方向に隣り合い、これら隣り合う段差部１３，１３に上部５の底面の一部が嵌り込む。一方のボビン３における軸方向下側のフランジ部１０の段差部１３と、他方のボビン３における軸方向下側のフランジ部９の段差部１３とは、前記並び方向に隣り合い、これら隣り合う段差部１３，１３に下部６の底面の一部が嵌り込む。その他図２の実施形態と同様の構成となっている。

図１３は、この門型インダクタの作製の流れを概略示す図である。
同図（１）に示すように、柱部７と下部６、上部５の位置決め、コイル４の軸中心を位置決め、およびコイル４の高さ調整をしたうえで熱処理を行う。その後、同図（２）に示すように、（１）の組立部品に上部５を接着し熱処理を行う。この図１２および図１３の構成によれば、従来例よりも熱処理回数を少なくできるうえ、上部５、下部６に対してフランジ部９，１０の段差部１３が嵌り込むため、コイル４の軸中心の位置決めを容易に行える。またコイル４を所望の高さ位置に配置し得る。

図１４に示すように、ＵＵＲ形の門型インダクタ１Ｄにおいて、ボビン３は、この門型インダクタ１Ｄの取付対象に対し固定可能な固定部１４を有するものとしても良い。固定部１４は、各フランジ部９，１０から軸方向一方または他方に立設する。各固定部１４は、前記並び方向に沿って延びる矩形板状である。その他、図２の実施形態と同様となっている。
この構成によれば、門型インダクタ１Ｄを取付対象に対し容易に固定することができ、利便性を高めることができる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１〜１Ｄ…門型インダクタ
２…コア
３…ボビン
４…コイル
５…上部（コア分割体）
６…下部（コア分割体）
７…柱部（コア分割体）
９，１０…フランジ部
１１…スペーサ
１４…固定部

Claims (6)

1. 複数のコア分割体から構成されるコアと、このコアにボビンを介して巻回されたコイルとを備え、前記コアのいずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタにおいて、
   前記ボビンは、前記磁気ギャップとなるスペーサを有することを特徴とする門型インダクタ。
2. 請求項１に記載の門型インダクタにおいて、前記ボビンは、この門型インダクタの取付対象に対し固定可能な固定部を有する門型インダクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載の門型インダクタにおいて、前記ボビンは筒状であり、前記コイルが筒状の前記ボビンの外周面に巻回され、前記スペーサは、前記コイルよりも半径方向内方の前記ボビンの内周面に設けられている門型インダクタ。
4. 請求項１または請求項２に記載の門型インダクタにおいて、前記ボビンは、軸方向両端にそれぞれフランジ部を有する筒状であり、前記コイルが筒状の前記ボビンの外周面に巻回され、前記スペーサは、いずれか一方または両方のフランジ部から軸方向に延在した部分に設けられている門型インダクタ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の門型インダクタにおいて、一つの門型インダクタは、中心軸が平行に配置された一対の前記ボビンを有する門型インダクタ。
6. 複数のコア分割体から構成されるコアを有し、いずれかの隣り合う前記コア分割体の間に磁気ギャップを有する門型インダクタに用いられるボビンにおいて、
   前記磁気ギャップとなるスペーサが前記ボビンに一体に設けられていることを特徴とするボビン。
   

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