JP2018152475A - インダクター部品 - Google Patents

Abstract

【課題】外部端子を電子機器のバスバーに接続するインダクター部品であっても、大電流を通電することによる外部端子部分の発熱が大きくなることを抑制すること【解決手段】金属磁性体粉末と金属磁性体粉末を結着させる結着樹脂との複合磁性材料が成形された磁性成形体１１と、導線１２を巻回して形成され磁性成形体１１に埋設されたコイル部１３と、コイル部１３の導線１２の端部が磁性成形体１１の外部に突出され、先端部に外部回路と接続されるための外部接続部１５を有した外部端子１４とを備え、外部端子１４の磁性成形体１１と外部接続部１５との間に、外部端子１４に沿って導体１６が配置され、導体１６の両端末部１７が外部端子１４に接合されているものである。【選択図】図２

Description

本発明は、各種電子機器に使用されるインダクター部品に関するものである。

近年、車両には、駆動装置やその駆動装置を制御する制御装置などの電子機器が多数搭載されるようなっており、これらの電子機器を駆動する電源回路には数十Ａから数百Ａといった大電流を供給するものがある。

そして、このような電源回路に用いられるチョークコイルなどのインダクター部品には、大電流を通電したときに、コイルのインダクタンス値の変動を抑えることが要求され、このような大電流化の要求に対応したものとして、金属磁性体粉末と結着樹脂からなる圧粉磁心にコイルを埋設したインダクター部品が知られている。

このコイル埋設型の圧粉磁心は、フェライト材料などに比べて飽和磁束密度の高い金属磁性体粉末を用いることにより、大電流を通電したときの圧粉磁心の磁気飽和を抑制して大電流化に対応されたものである。

このような従来のインダクター部品としては、特開２０１２−４９４３５号公報に、金属磁性体粉末が結着材により固化成形された圧粉磁心とコイルを有し、コイルは圧粉磁心に埋設される巻回部と、巻回部から引き出されて圧粉磁心から突出させたコイルの端部を外部端子とした構成のものが提案されていた。

一方、大電流の駆動電源を供給する、または供給される電子機器では、特開２００７−３１１６１４号公報に開示されているように、大電流を通電する電子部品を回路基板にはんだ付け接続するのではなく、電子機器の筺体などに配設され回路基板に接続された中継用のバスバーに、電子部品の外部端子を溶接などで接続することにより、回路基板に大電流用の回路パターンを形成することを少なくしたり、回路基板に大型チョークコイルなどのインダクター部品を実装する面積を少なくしたりすることが知られている。

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、特許文献２が知られている。

特開２０１２−４９４３５号公報 特開２００７−３１１６１４号公報

このコイルを圧粉磁心に埋設したインダクター部品は、金属磁性体粉末と結着樹脂からなる複合磁性材料にコイルが埋設されているので、コイルの発熱は金属磁性体粉末を通じて放熱されやすくなる。このため、空間にコイルを露出して配置された構成と比べて、コイルを形成する導線の電流容量を大きく設定することができ、インダクター部品を小型化できるという利点がある。

しかしながら従来のインダクター部品の構成では、コイルの端部からなる外部端子を中継用のバスバーに接続しようとすると、外部端子を中継用のバスバーまで延設させるので
、外部端子の長さが長くなり、長くなった外部端子の発熱が圧粉磁心から放熱されにくくなる。

そして、外部端子分の直流抵抗も大きくなって通電される大電流による発熱が、より大きくなってくる。

この結果、圧粉磁心に埋設されたコイルよりも外部端子の温度が高くなって、電子機器の許容温度に対して支障が生じる恐れがあるといった問題が生じてくる。

この外部端子の発熱を抑制するために導線の断面積、すなわち導線のサイズを大きくすると、インダクター部品が大型化するといった問題も生じてくる。

本発明は、外部端子を電子機器のバスバーに接続するインダクター部品であっても、インダクター部品を大型化することなく、大電流を通電することによる外部端子の発熱が大きくなることを抑制できるインダクター部品の提供を目的としている。

本発明は上記課題を解決するために、金属磁性体粉末と金属磁性体粉末を結着させる結着樹脂との複合磁性材料が成形された磁性成形体と、導線を巻回して形成され前記磁性成形体に埋設されたコイル部と、コイル部の導線の端部が磁性成形体の外部に突出され、先端部に外部回路と接続されるための外部接続部を有した外部端子とを備え、外部端子に、磁性成形体と外部接続部との間に、外部端子に沿って導体が配置され、導体の両端末部が外部端子に接合されたものである。

上記構成により、外部端子は、磁性成形体と外部接続部との間に、外部端子に沿って導体が配置され、導体の両端末部が外部端子に接続されているので、磁性成形体と外部接続部との間で外部端子の断面積と導体の断面積をあわせた合成断面積が大きくなって、外部端子単独の直流抵抗に比べて外部端子と導体の合成抵抗を小さくすることができる。

また、導体が外部端子に沿って配置されているので、外部端子に対してより導体の長さが短くなるために、より外部端子と導体の合成抵抗を小さくすることができる。

この結果、インダクター部品を大型化することなく、インダクター部品に大電流を通電したときの外部端子の発熱が大きくなることを抑制できるものである。

本発明の一実施の形態におけるインダクター部品の斜視図 本発明の一実施の形態におけるインダクター部品の透過斜視図 本発明の一実施の形態におけるインダクター部品の分解斜視図 本発明の一実施の形態におけるインダクター部品を電子機器に搭載した例を示す模式斜視図 本発明の一実施の形態におけるインダクター部品を電子機器に搭載した例を示す模式側面図

以下、本発明の一実施の形態におけるインダクター部品について図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるインダクター部品の斜視図、図２、は本発明の
一実施の形態におけるインダクター部品の透過斜視図、図３は、本発明の一実施の形態におけるインダクター部品の分解斜視図である。

なおここで、図２において、後述する磁性成形体１１を透過させて図示しており、磁性成形体１１の輪郭を破線で示している。また、後述する外部端子１４と導体１６を透過させて図示しており、外部端子１４および導体１６の輪郭の内、隠れた部分を一点鎖線で示している。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態のインダクター部品１０は、金属磁性体粉末と金属磁性体粉末を結着させる結着樹脂の複合磁性材料が成形された磁性成形体１１と、導線１２が巻回形成されたコイル部１３と、このコイル部１３の導線１２の両端部が磁性成形体１１の外部に突出され、先端部に外部回路と接続されるため外部接続部１５を有した外部端子１４とを有する。

この内、磁性成形体１１は、金属磁性体粉末と、この金属磁性体粉末同士を結着させる結着樹脂との混合物からなる複合磁性材料を、顆粒状に造粒し、成形金型を用いて四角形状の底面１１１と、底面１１１と反対側の天面１１２と、底面１１１と天面１１２を連接した側面１１３とを有した、四角柱状の形状に圧縮成形して形成されている。

なお、磁性成形体１１の形状は四角柱状に限らず円柱状でも、その他の形状でも構わない。

金属磁性体粉末は、Ｆｅ、またはＦｅを主成分とした合金を、アトマイズ法、粉砕法などで粉末状にしたものであり、Ｆｅを主成分とした合金としては、例えば、Ｆｅ基結晶質合金では、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｉ系合金等が上げられる。またＦｅ基非晶質合金では、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金などが挙げられる。

金属磁性体粉末の粒子径としては、１〜１００μｍ、特に３０μｍ以下とすることが好ましい。粒径が大き過ぎると、高周波域での渦電流損失が大きくなり、また磁性成形体１１を薄くした時に強度が低下しやすいため好ましくない。

結着樹脂は、金属磁性体粉末同士を結着するとともに、金属磁性体粉末を覆って金属磁性体粉末同士の絶縁材料としても機能する。結着樹脂の材料としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げる。

また、複合磁性材料には、結着樹脂のほかに絶縁性粒子を混合してもよく、金属磁性体粉末間に介在して金属磁性体粉末同士の絶縁性を向上できるので好ましい。絶縁性粒子の材料としては、例えば、窒化硼素、タルク、雲母、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化鉄、硫酸バリウムなどが挙げられる。

この複合磁性材料は顆粒状に造粒され、後述するコイル部１３とともに成形金型のキャビティー内に入れて、圧縮成形して磁性成形体１１として形成される。

この磁性成形体１１は、金属磁性体粉末と結着樹脂の内、金属磁性体粉末を６０体積％以上、９０体積％以下とすることが好ましい。金属磁性体粉末を６０体積パーセント以上にすることにより、インダクター部品１０に大電流が通電されても優れた磁気特性を得ることができ、金属磁性体粉末が多く充填されているので、磁性成形体１１内部のコイル部１３の発熱を、金属磁性体粉末を通じて好適に放熱しやすくすることができる。

金属磁性体粉末の充填率が９０％よりも多いと、結着樹脂が少なくなって磁性成形体１１の強度が弱くなったり、絶縁性が低下したりするので好ましくない。

次に、コイル部１３は、絶縁皮膜付きの導線１２を空芯に巻回形成されたものであり、図に示した例では、厚さ１ｍｍ、幅５ｍｍの平角導線を、巻き心の内径を１０ｍｍにして５．５ターン巻回し、導線１２の両端部を同一方向に所望の長さで引き出したものである。このコイル部１３を構成する導線１２は、平角線に限定されるものではなく断面が円形状の導線であってもよい。

巻回形成されたコイル部１３は、上記したように、コイル部１３を複合磁性材料とともに成形金型のキャビティーにいれ、圧縮成形されて磁性成形体１１の内部に埋設される。

図に示した例では、コイル部１３は、巻回軸の方向を上下方向にして成形金型のキャビティーに入れられ、コイル部１３を形成した導線１２の両端部は成形金型のキャビティーから外部へ同一方向に引き出されて圧縮成形されており、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍの四角柱形状に成形された磁性成形体１１の一つの側面１１３から、導線１２の両端部が引き出されている。

導線１２の両端部を引き出す方向は、図に示した例の同一方向に限定されるものではなく、反対方向や隣接する側面にそれぞれ方向を変えて引き出してもよく、電子機器に配設された接続されるべきバスバーの位置に合わせて引き出せばよい。

この磁性成形体１１の側面１１３から突出された導線１２の両端部が、外部回路と接続されるための一対の外部端子１４を構成する。

この外部端子１４は、コイル部１３を形成した導線１２の一対の両端の、第一外部端子１４１と第二外部端子１４２とからなっている。

第一外部端子１４１は、コイル部１３の巻回軸の上端側から導線１２を引き出したものであり、磁性成形体１１の側面１１３の上側から突出している。

第二外部端子１４２は、コイル部１３の巻回軸の下端側から導線１２を引き出したものであり、磁性成形体１１の側面１１３の下側から突出している。

第一外部端子１４１と第二外部端子１４２はともに、電子機器のバスバーの位置に合わせて磁性成形体１１の側面１１３から予め所望の長さに加工されており、それぞれ先端部分に電子機器のバスバーと接続されるための外部接続部１５を有する。図に示した例では、第一外部端子１４１が長く、第二外部端子１４２を短くして加工されている。

そして、本実施の形態のインダクター部品１０では、外部端子１４に、磁性成形体１１の側面１１３と外部接続部１５との間に、外部端子１４に沿って金属材料からなる導体１６が配置され、導体１６の両端末部１７の少なくとも二箇所に外部端子１４と抵抗溶接、レーザー溶接、Ｔｉｇ溶接などで接合された接合部１８が形成されている。

この導体１６の材料は、電子機器がさらされる冷熱サイクルなどで接合部分がはずれないようにするために、導線１２と同じ線膨張係数を有する材質のものが望ましい。

このようにすることにより、外部端子１４に、磁性成形体１１と外部接続部１５との間に、外部端子１４に沿って導体１６が配置され、導体１６の両端末部１７が外部端子に接続されているので、磁性成形体１１と外部接続部１５との間で、外部端子１４を構成する
導線１２の断面積ＷＳと、導体１６の断面積ＣＳをあわせた合成断面積が大きくなって、外部端子１４単独の直流抵抗に比べて外部端子１４と導体１６の合成抵抗を小さくすることができる。

そして、導体１６は全体を外部端子１４に接合しようとすると製造工程が煩雑となるだけでなく、全体を接合したものでは外部端子１４の撓りが無くなり、インダクター部品１０を電子機器に取り付ける際の取り扱い性が悪くなるので好ましくない。導体１６の両端末部１７の少なくとも二箇所に外部端子１４と接合された接合部１８を形成することで、外部端子１４と導体１６の合成抵抗を小さくすることができる。

また、導体１６が外部端子１４に沿って配置されているので、外部端子１４に沿っていない場合に比べてより導体１６の長さが短くなるために、外部端子１４と導体１６の合成抵抗を小さくすることができる。

この結果、コイル部１３を形成する導線１２の断面積ＷＳを大きくすること、すなわち導線のサイズを大きくすることなく、インダクター部品１０に大電流を通電したときに外部端子１４の発熱が大きくなることを抑制することができるものであり、外部端子１４を電子機器のバスバーに接続するインダクター部品１０であっても、インダクター部品１０が大型化することを防止することができるものである。

より具体的に、図に示した例で説明すると、磁性成形体１１の上側の第一外部端子１４１には、図面下側から第一導体１６１が配置され、磁性成形体１１の下側の第二外部端子１４２には、 図面上側から第二導体１６２が配置されている。 第一導体１６１は第一外部端子１４１に対して下側、また第二導体１６２は第二外部端子１４２対して上側に限定されるものではなく、上側と下側を逆にしてもよい。電子機器の他の部品等との間隔を考慮して設定すればよく、他の電子部品などとの接触を無くすことができる。

そして、第一導体１６１は、磁性成形体１１の側面１１３から外部接続部１５との間で、第一外部端子１４１に沿った板状の形状をしており、磁性成形体１１側の第一導体１６１の第一端末部１７１に、第一外部端子１４１と抵抗溶接により接合された第一接合部１８１が形成されており、外部接続部１５側の第一導体１６１の第二端末部１７２に、第一外部端子１４１と抵抗溶接により接合された第二接合部１８２が形成されている。

また、第二導体１６２は、磁性成形体１１の側面１１３から外部接続部１５との間で、第二外部端子１４２に沿った板状の形状をしており、磁性成形体１１側の第二導体１６２の第一端末部１７１に、第二外部端子１４２と抵抗溶接により接合された第一接合部１８１が形成されており、第二導体１６２の外部接続部１５側の第二端末部１７２に、第二外部端子１４２と抵抗溶接により接合された第二接合部１８２が形成されている。

この第一接合部１８１と第二接合部１８２との間では、第一外部端子１４１と第二外部端子１４２、それぞれ、外部端子１４（第一外部端子１４１・第二外部端子１４２）を構成する導線１２の断面積ＷＳと、導体１６（第一導体１６１・第二導体１６２）の断面積ＣＳをあわせた合成断面積を大きくした構成であり、外部端子１４単独の直流抵抗に比べて外部端子１４と導体１６の合成抵抗を小さくしたものである。

この場合、導体１６（第一導体１６１、第二導体１６２）は、延伸方向に直交する方向の断面積ＣＳを、導線１２の断面積ＷＳの０．２倍〜１．０倍にすることが好ましい。

０．２倍よりも小さいと、外部端子１４単独の直流抵抗と比べて、外部端子１４と導体１６の合成抵抗を小さくして、外部端子１４の発熱が大きくなることを抑制する効果が小
さくなるので好ましくない。

また、１．０倍より大きくしても外部端子１４の発熱が大きくなることを抑制する効果が薄れ、単に導体１６が大きくなって、インダクター部品１０の重量が増すことになるので好ましくない。図に示した例では、１．０倍にした例を示している。

なお、ここで、導体１６を外部端子１４と抵抗溶接、レーザー溶接、Ｔｉｇ溶接などで接合して取り付けるときに、磁性成形体１１の側面１１３と第一接合部１８１との間で、例えば抵抗溶接の溶接電極と磁性成形体１１の接触を防止するために間隔を空けたクリアランスＡが生じる。

このクリアランスＡの部分は、外部端子１４の単独であるので発熱は大きくなるが、金属磁性体粉末を多く含んだ磁性成形体１１や、発熱の小さい第一接合部１８１側に放熱されるので電子機器の許容温度に影響を与えることを抑制することができる。

次に、以上のように構成された本発明の一実施の形態のインダクター部品１０を、電子機器に搭載した例を、図４、図５を参照して説明する。

図４はインダクター部品１０を電子機器に搭載した模式斜視図、図５は、図４における矢印Ｂ方向から視た側面図である。

図４、図５に示すように、インダクター部品１０は、電子機器のアルミ製ダイカストなどからなる筺体に設けられたハウジング（図示せず）に収容され、外部接続部１５が筺体に配設された一対のバスバー１９に溶接などで接続されて、インダクター部品１０が電子機器に搭載される。

この電子機器に搭載されたインダクター部品１０は、電子機器のバスバー１９の位置に合わせて第一外部端子１４１と第二外部端子１４２が長くなっているが、上述したように、インダクター部品１０に大電流を通電したときの外部端子１４の発熱が大きくなることを抑制できるので、電子機器の許容温度に影響を与えることをなくすことができるものである。

なお、本実施の形態では、導体１６を断面形状が平角の板状の例で説明したが、断面が円形の形状の導体でもよく、本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、外部端子１４の導線１２の絶縁皮膜は、外部端子１４の全体を剥離されたものでもよいし、第一接合部１８１、第二接合部１８２および外部接続部１５の各接続部分のみ導線１２の絶縁皮膜を剥離されたものでもよい。

インダクター部品１０に通電される電流が高周波数域の場合では、各接続部分のみ導線１２の絶縁皮膜を剥離されたものがよく、第一接合部１８１と第二接合部１８２との間で、外部端子１４と導体１６が絶縁皮膜で絶縁されるので、外部端子１４と導体１６が並列接続された構成とすることができ、表皮効果によって電流が通る断面積が減少する影響を少なくすることができるので好ましい。

本発明に係るインダクター部品は、外部端子を電子機器のバスバーに接続するインダクター部品であっても、大電流を通電することによる外部端子の発熱が大きくなることを抑制することができ、産業上有用である。

１０ インダクター部品
１１ 磁性成形体
１１１ 底面
１１２ 天面
１１３ 側面
１２ 導線
１３ コイル部
１４ 外部端子
１４１ 第一外部端子
１４２ 第二外部端子
１５ 外部接続部
１６ 導体
１６１ 第一導体
１６２ 第二導体
１７ 端末部
１７１ 第一端末部
１７２ 第二端末部
１８ 接合部
１８１ 第一接合部
１８２ 第二接合部
１９ バスバー

Claims (2)

1. 金属磁性体粉末と前記金属磁性体粉末を結着させる結着樹脂との複合磁性材料が成形された磁性成形体と、導線を巻回して形成され前記磁性成形体に埋設されたコイル部と、前記コイル部の前記導線の端部が前記磁性成形体の外部に突出され、先端部に外部回路と接続されるための外部接続部を有した外部端子とを備え、前記外部端子に、前記磁性成形体と外部接続部との間に、前記外部端子に沿って導体が配置され、前記導体の両端末部が前記外部端子に接合されていることを特徴とするインダクター部品。
2. 前記導体の断面積が前記導線の断面積の０．２倍〜１．０倍とした請求項１記載のインダクター部品。

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