JP2018098312A

JP2018098312A - インダクター

Info

Publication number: JP2018098312A
Application number: JP2016239979A
Authority: JP
Inventors: 高木　潔; Kiyoshi Takagi; 潔高木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制した、インダクターを提供することを目的としている。
【解決手段】磁性材料を含み底面１８を有する磁心１２と、導体２６が蛇行したコイル部１４とを備え、コイル部１４が磁心１２に複数埋設されたインダクター１１において、コイル部１４を上面から視たときに、隣接するコイル部１４同士が沿うように配置されており、コイル部１４の延伸方向から視たときに、コイル部１４が磁心１２の底面１８に対して傾斜しており、隣接するコイル部１４同士が反対方向に傾斜したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられるインダクターに関するものである。

近年のパソコンなどのマイクロプロセッサーの処理速度の高速化が進む中、駆動電源の低電圧、大電流化が進んでいる。

この駆動電源を供給するＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源装置では、電源装置の小型化を目的としたスイッチング周波数の高周波化も著しく、これらの電源装置に使用されるパワーインダクターは、スイッチング周波数の高周波化に伴って、そのインダクタンス値の低インダクタンス化が進んでいる。

そして、低電圧化に伴って所要電流が数十Ａまで達するようになり、単独の電源回路ではまかない切れないようになり、複数の電源回路を異なる位相で駆動させ、これを合成することによって大電流を得るマルチフェーズ型の電源装置が用いられるようになってきている。このマルチフェーズ型の電源装置では、複数の電源回路毎に一つのインダクターが使用されている。

このような低インダクタンス化した従来のインダクターとしては、粒子表面が絶縁処理された磁性粉を加圧成形した成形体からなる磁心の中に、平板状導体からなる蛇行したコイル部を、その蛇行した幅方向を磁心の底面の面方向に沿うようにして埋設し、平板状導体の端末を磁心の側面から外部に引き出して電極を形成したものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００４−１９７２１８号公報

マルチフェーズ型の電源装置ではインダクターを複数使用するため、一つの磁心に複数のコイル部を埋設して一体化することによって、インダクターの実装面積を小さくして電源装置の小型化を行う場合がある。

しかし、インダクターの実装面積、すなわち磁心の底面の面積を小さくしようとすると、複数のコイル部の間の距離が小さくなって、インダクターに大電流を通電したときに、複数のコイル部の間の磁心が飽和しやすくなるという課題を生じてきた。

本発明は、実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制した、マルチフェーズ型のインダクターを提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するために、磁性材料を含み底面を有する磁心と、導体が蛇行したコイル部とを備え、コイル部が磁心に複数埋設されたインダクターにおいて、コイル部を上面から視たときに、隣接するコイル部同士が沿うように配置されており、コイル部
の延伸方向から視たときに、コイル部が磁心の底面に対して傾斜しており、隣接するコイル部同士が反対方向に傾斜したものである。

上記構成により、コイル部を上面から視たときに、隣接するコイル部同士が沿うように配置されており、コイル部の延伸方向から視たときに、コイル部が磁心の底面に対して傾斜し、隣接するコイル部同士が反対方向に傾斜しているので、コイル部の蛇行した部分の幅方向の両端部分では隣接するコイル部同士が離れて距離を大きくすることができ、蛇行した部分の中央部分では、隣接するコイル部同士の角度が異なり、コイル部に通電したときに発生する磁束を遮ることを少なくすることができるため、コイル部を上面から視たときのコイル部同士の距離を縮めてインダクターの実装面積を小さくしても、磁心が飽和することを抑制することができるものである。

本発明の一実施の形態におけるインダクターの磁心を透過した斜視図本発明の一実施の形態におけるインダクターの斜視図図１におけるＡ−Ａ線の断面図図１におけるＢ−Ｂ線の断面図図１におけるＣ−Ｃ線の断面図比較例のインダクターの磁心を透過した斜視図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図

以下、本発明の一実施の形態におけるインダクターについて図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施の形態のインダクターの磁心を透過した斜視図であり、図１において磁心の輪郭を破線で示している。図２は斜視図である。図３は図１におけるＡ−Ａ線の断面図、図４は図１におけるＢ−Ｂ線の断面図、図５は図１におけるＣ−Ｃ線の断面図、である。

図１〜図５に示すように、本実施の形態のインダクター１１は、磁性材料を含み底面１８を有する一つの磁心１２と、第一コイル素子１３ａ、第二コイル素子１３ｂ、第三コイル素子１３ｃの複数のコイル素子１３を備えている。

この内、磁心１２は、金属磁性体粉末とバインダーとを混合して造粒された磁性材料を圧縮成形したもので、インダクター１１の外装体としての機能も兼ねている。

そして、磁心１２は、底面１８と、この底面１８の上方に位置する天面１９と、底面１８と天面１９を連接した第一側面２０と、この第一側面２０と反対側に位置する第二側面２１と、この第二側面２１に連接した第三側面２２と、この第三側面２２の反対側に位置する第四側面２３とを有し、四角柱状の形状を有する。

ここで磁心１２の形状が四角柱状の形状とは、隣接する二面の成す角度が９０°に限定されるものではなく、磁心１２を成形する成形金型の抜きテーパーの角度を含んでいてもよく、また、六面それぞれが完全な平面に限定するものではなく、磁心１２の外郭が四角柱から逸脱しない範囲で凹部や凸部、曲面、およびインダクター１１の方向性を示すために角部が削られたテーパー部を含むものであってもよい。

次に、複数のコイル素子１３の、第一コイル素子１３ａ、第二コイル素子１３ｂ、第三コイル素子１３ｃはそれぞれ、導体２６が蛇行されたコイル部１４と、このコイル部１４の両端末部１５から磁心１２の対向する側面に延出された引き出し部１６と、この引き出し部１６から延出され磁心１２の対向する側面から突出された一対の端子１７を有する。

これらのコイル素子１３は、平板状の導体２６からなり、導電率が大きい純銅の厚さが０．２〜２．０ｍｍの平板をプレス加工したものであり、図１の例では０．５ｍｍの厚さの銅板を用いている。

コイル部１４は、磁心１２の第一側面２０第二側面２１を結ぶ方向に延伸し、延伸方向に対して蛇行した形状を有する。

引き出し部１６は、コイル部１４の蛇行した部分の両端の端末部１５から第一側面２０、第二側面２１に延出されている。

そして、このコイル部１４と引き出し部１６は、必要に応じて表面にポリウレタンやポリアミドイミドなどの絶縁層が設けられ、磁心１２の中に埋設されている。

次に、一対の端子１７は、引き出し部１６から延出され、第一側面２０、第二側面２１からそれぞれ突出され、第一側面２０から底面１８、第二側面２１から底面１８に向かって折り曲げられて構成されている。

そして、複数のコイル素子１３のコイル部１４は、上面から視たときに、コイル部１４の延伸方向を同じ方向にして水平方向に並んでおり、隣接するコイル部１４の蛇行した部分が沿うように配置され、そして、コイル部１４の延伸方向から視たときに、複数のコイル素子１３のそれぞれのコイル部１４が磁心１２の底面１８に対して傾斜し、且つ、隣接するコイル部１４同士が反対方向に傾斜している。

より詳細に説明すると、第一コイル素子１３ａ、第二コイル素子１３ｂ、第三コイル素子１３ｃは、コイル部１４、引き出し部１６、端子１７を一体にして銅板を打ち抜き加工することにより形成され、銅板を打ち抜いた後の第一、第二、第三コイル素子１３ａ，１３ｂ、１３ｃの形状は同じ形状である。

そして、それぞれのコイル部１４は、コイル部１４の延伸方向の両端末部１５が、コイル部１４の延伸方向の直線上（図１において第一コイル素子１３ａの仮想線Ｄ−Ｄで記載している。第二、第三コイル素子１３ｂ、１３ｃの仮想線Ｄ−Ｄの記載は省略している。）において、互いに反対方向に折り曲げられており、コイル部１４は、蛇行した幅方向の全体を傾斜させて形成されている。

このとき、隣接するコイル部１４同士で、コイル部１４が傾斜する向きを反対方向して形成されている。つまり、図１において第一コイル素子１３ａと第三コイル素子１３ｃのコイル部１４の傾斜した向きが同じ方向であり、これらとは反対方向に第二コイル素子１３ｂのコイル部１４が傾斜されている。

このようにして、複数のコイル素子１３を磁心１２で一体化させてインダクター１１の実装面積を小さくしたものである。

上記した本実施の形態のインダクター１１とは別の比較例を図６に示す。図６の比較例では、蛇行した複数のコイル部１４を、その蛇行した幅方向を磁心１２の底面１８の面方向に沿うようにして埋設し、磁心１２の底面１８に対して傾斜させることなく、単に水平
方向に並べたものである。

この図６の比較例では、隣接したコイル部１４間の距離が小さく、大電流を通電すると磁心が飽和しやすくなり、また隣接するコイル部１４同士が磁束を遮断しやすくなって磁気効率が低下してしまう問題を生じる。

これに対して本実施の形態のインダクター１１では、上記した構成とすることにより、図３、図５に示すように、コイル部１４の蛇行した部分の幅方向両端の両端部分２４では、隣接するコイル部１４同士が離れ、距離が大きくなるために、両端部分２４周辺の磁心１２の断面積を大きくすることができる。

また、図４に示すように、コイル部１４の蛇行した部分の幅方向中央の中央部分２５では、隣接するコイル部１４同士で傾斜した角度が異なるため、コイル部１４に通電したときに発生する磁束を遮る部分を少なくすることができ、中央部分２５の周辺の磁心１２の断面積を大きくすることができる。

ここで、図３は、コイル部１４の蛇行した幅方向両端の両端部分２４の内、一方の両端部分２４を通る断面図であり、図４は他方の両端部分２４を通る断面図である。また、図５は、コイル部１４の蛇行した部分の幅方向中央の中央部分２５を通る断面図である。そして、図３、図４、図５において、コイル部１４の延伸方向から視たときの、コイル部１４全体を透過した輪郭を破線で示している。

この結果、複数のコイル部１４を磁心に埋設して一体化して小型化したり、このとき、複数のコイル部１４同士の水平方向の距離を縮めてインダクター１１の実装面積を小さくしても、磁心１２が飽和することを抑制することができるものである。

この場合、コイル部１４の延伸方向から視たときに、磁心１２の底面１８と傾斜したコイル部１４との角度θＣＢは、１５°〜６０°とすることがよく、図１の例では角度θＣＢを４５°（図３を参照）にしている。

角度θＣＢが１５°より小さいと隣接するコイル部１４同士の距離を大きくする効果が小さく、磁心１２の磁気飽和を抑制する効果が小さくなるので好ましくなく、６０°より大きいとインダクター１１の高さ寸法が高くなる影響が大きくなるため好ましくない。より好ましくは３０°〜４５°とすることが望ましい。

なお、コイル部１４の蛇行した部分の形状は特に限定されるものではなく、図１に示した直線が繰り返し折れ曲がって蛇行した形状だけでなく、曲線の向きを繰り返し変えて蛇行した形状のものであってもよい。

図１に示した直線が繰り返し折れ曲がって蛇行した形状では、折曲がった部分の内角θＭＩを６０〜１２０°にすることがよく、図１の例では６０°にしている。

折曲がった部分の内角θＭＩが６０°よりも小さいと、コイル部１４をプレス加工で打ちぬくときの銅板の材料ロスが多くなって好ましくなく、１２０°よりも大きいと、コイル部１４の蛇行した部分の延伸方向の長さが長くなりやすく、インダクター１１の実装面積が大きくなるので好ましくない。より好ましくは６０〜９０°とすると、材料ロスが少なく、隣接するコイル部１４をより近づけて配置しやすくすることができ、インダクター１１の実装面積を小さくしやすくできる。

次に、上記した本実施の形態のインダクター１１の製造方法について図７〜図９を参照
して説明する。図７〜図９は本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図である。

最初に、図７に示すように、平板状の導体２６をプレス加工してコイル部１４と引き出し部１６と一対の端子１７を一体に形成する。

平板状の導体２６は導電率が大きい材料がよく、本実施の形態では厚さが０．５ｍｍの純銅の銅板を用いている。

コイル部１４は延伸方向に対して直線が繰り返し折れ曲がって蛇行した形状に形成し、第一コイル素子１３ａ、第二コイル素子１３ｂおよび第三コイル素子１３ｃの複数のコイル部１４を、その延伸方向を同じ方向にして横に並べて形成する。

引き出し部１６は、それぞれのコイル部１４の両端に、コイル部１４の延伸方向に沿って互いに反対方向に延出させて形成する。

一対の端子１７は、引き出し部１６を延出させて、互いに反対方向へ延伸させて形成する。端子１７を形成する部分は必要な寸法よりも長く形成しておく。

これらの複数のコイル素子１３は、図７のように帯状の銅板をプレス加工で打ち抜いて連続したフープ状に形成すると生産効率が向上するので好ましい。

この場合、コイル部１４の直線が繰り返し折れ曲がった部分の内角θＭＩを６０〜１２０°、より好ましくは６０〜９０°とすると、材料ロスを少なくしてプレス加工で打ち抜くことができ、隣接するコイル部１４をより近づけてフープ上に連続して形成することができる。図７の例ではθＭＩを６０°にしている。

次に、図８に示すように、それぞれのコイル部１４の延伸方向の両端末部１５を、コイル部１４の延伸方向に沿った直線上（図１の仮想線Ｄ−Ｄに相当する部分）で、互いに反対方向に所望の角度で折り曲げる。折り曲げる角度は、磁心１２の底面１８とコイル部１４との角度θＣＢにより設定する。

ここで、図８において、コイル部１４の両端末部１５を折り曲げるときの方向を矢印で示している。

このとき、隣接するコイル部１４同士で、コイル部１４が傾斜する向きを反対方向に折り曲げる。つまり、第一コイル素子１３ａと第三コイル素子１３ｃのコイル部１４を同じ方向に傾斜させて折り曲げ、これらとは反対方向に第二コイル素子１３ｂのコイル部１４を傾斜させて折り曲げる。

なお、コイル部１４の延伸方向の両端の両端末部１５の折り曲げる部分には、図７に示すように、折り曲げる部分の谷折り側にノッチ２７を設けておくとよく、折り曲げが容易となるので好ましい。

この場合、コイル部１４の両端末部１５のノッチ２７の位置を直線上（図１の仮想線Ｄ−Ｄに相当する部分）に設けるのではなく、導体２６の厚みを考慮してずらしておくとよく、コイル部１４に歪みが生じたり、端子１７の位置ずれが生じることを抑制することができる。

ここで図７において、ノッチ２７は、導体２６の図面上表面側のノッチ２７を実践で示
し、図面上裏面側のノッチ２７を破線で示している。

次に、図９に示すように、成形金型（図示せず）に、第一、第二、第三コイル素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃのぞれぞれのコイル部１４、引き出し部１６と、金属磁性体粉末と熱硬化性樹脂からなるバインダーとを混合して造粒された磁性材料を入れ、圧縮成形して磁心１２を成形する。

そして、得られた成形体を熱処理することにより磁心１２を熱硬化させる。

なお、図９において、磁心１２は輪郭を破線で示している。

最後に、端子１７を所定の長さに切断し、必要に応じて端子１７を溶融はんだにディップするなどしてはんだめっきを施した後、第一側面２０側の端子１７をそれぞれ第一側面２０から底面１８、第二側面２１側のそれぞれの端子１７を第二側面２１から底面１８に向かって折り曲げる。

なお、端子１７を折り曲げる部分には、図７に示すように、折り曲げる部分の谷折り側にノッチ２７を設けておくとよく、折り曲げが容易となるので好ましい。ここで図７において、導体２６の図面上裏面側のノッチ２７を破線で示している。

以上のようにすることにより、図１に示したインダクター１１を得ることができる。

なお、本実施の形態では、導体２６を銅板の例で説明したが、断面形状が円形状、角形状の導線でもよく、導線を蛇行した形状に形成して端子１７に接続したものであっても、本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、磁心１２を金属磁性体粉末とバインダーとを混合して造粒された磁性材料を圧縮成形したもので説明したが、磁性体粉末を含んだ合成樹脂を射出成形したものでもよく、本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明に係るインダクターは、実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制することができ、産業上有用である。

１１インダクター
１２磁心
１３コイル素子
１３ａ第一コイル素子
１３ｂ第二コイル素子
１３ｃ第三コイル素子
１４コイル部
１５端末部
１６引き出し部
１７端子
１８底面
１９天面
２０第一側面
２１第二側面
２２第三側面
２３第四側面
２４両端部分
２５中央部分
２６導体
２７ノッチ

Claims

磁性材料を含み底面を有する磁心と、導体が蛇行したコイル部とを備え、前記コイル部が前記磁心に複数埋設されたインダクターにおいて、前記コイル部を上面から視たときに、隣接する前記コイル部同士が沿うように配置されており、前記コイル部の延伸方向から視たときに、前記コイル部が前記磁心の前記底面に対して傾斜しており、隣接する前記コイル部同士が反対方向に傾斜していることを特徴とするインダクター。
傾斜した前記コイル部と前記磁心の前記底面との角度を１５〜６０°としたことを特徴とする請求項１記載のインダクター。