JP2020205377A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも更なる高出力化等が可能なインダクタを提供する。【解決手段】インターリーブ制御方式により制御される電流がそれぞれ流れるコイル３０及び３１を備えたインダクタＴにおいて、コイル３０及び３１が絶縁性のボビンＢ１及びＢ２を介してそれぞれに巻回される二本の第１脚であって、互いに平行で且つそれぞれが柱状の第１脚と、互いに平行で且つそれぞれが柱状である二本の第２脚であって、第１脚と平行な第２脚と、各第１脚の端部と、当該端部に対応した各第２脚それぞれの端部と、を接続する板状の接続部１０及び１０Ｃであって、コイル３０及び３１に流れる電流により発生する磁束を第１脚及び第２脚に通すための接続部１０及び１０Ｃと、を備え、各第２脚が、各第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から相互に反対方向に離隔して配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばトランス又はチョークコイルとして用いられるインダクタの技術分野に属する。

電子部品としてのインダクタは、例えばトランス又はチョークコイル或いはフィルタ等、様々な装置に広く用いられている。このようなインダクタに要求される特徴としては、例えば、高出力化、小型化、低雑音化及び低損失化等である。このような特徴を備えるインダクタとして、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。下記特許文献１に開示されている発明は、電力損失の減少を可能とし、２相モードで動作する電力変換装置の実現をその課題とし、磁性材料により形成されたコアであって、中央脚と、中央脚と並行に配置された円筒形状からなり且つ巻線が巻回された第１の外側脚と、中央脚を基準として、第１の外側脚と反対の位置に配置された第２の外側脚と、から構成される閉磁路を有するコアを備えた構成とされている。

特許第５１２９２９４号公報

しかしながら、昨今の上記高出力化等に対する向上の要請を鑑みると、上記特許文献１に開示されているインダクタからの更なる高性能化が望まれる。

そこで本発明は、上記の要請に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、従来よりも更なる高出力化等が可能なインダクタを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インターリーブ制御方式により制御される電流がそれぞれ流れる二つのコイルを備えたインダクタにおいて、前記コイルが絶縁性のボビンを介してそれぞれに巻回された二本の第１脚であって、互いに平行で且つそれぞれが柱状の第１脚と、互いに平行で且つそれぞれが柱状である二本の第２脚であって、前記第１脚と平行な第２脚と、各前記第１脚の端部と、当該端部に対応した各前記第２脚それぞれの端部と、を接続する板状の接続部であって、各前記コイルに流れる前記電流により発生する磁束を前記第１脚及び前記第２脚に通すための接続部と、を備え、各前記第２脚が、各前記第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から相互に反対方向に離隔して配置されている。

請求項１に記載の発明によれば、インターリーブ制御される電流による磁束が通され且つコイルが巻回されない第２脚であって、接続部により各第１脚に接続される二本の第２脚を備え、各第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から離隔して各第２脚が配置されている。よって、上記磁束が第１脚間で相殺されることによる低雑音化と共に、磁束が通る脚としての断面積を大きくしつつ、コイルとして活用できるインダクタ内の空間を拡げることができる。また、磁束の通り道としての脚がインダクタの中央部分にないことで、インダクタとしての小型化が可能となり、インダクタの設置設計上の自由度を向上させることができる。更に、コイルが二本の第１脚にのみ巻回されるので、コイルとしての抵抗値を低減させると共にインダクタとしての発熱量を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインダクタにおいて、前記第２脚それぞれの中心軸に垂直な断面の面積である第２脚断面積の当該各第２脚についての合計が、前記第１脚の中心軸に垂直な断面の面積である第１脚断面積のいずれよりも大きいように構成される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第２脚断面積の各第２脚についての合計が、第１脚断面積のいずれよりも大きいので、インダクタとしての動作時におけるコアロスによる発熱を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインダクタにおいて、各前記第１脚断面積が同一であり、前記第２脚断面積の合計が前記第１脚断面積の１．２倍以上であるように構成される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、各第１脚断面積が同一であり、第２脚断面積の合計が第１脚断面積の１．２倍以上であるので、インダクタとしての用途に合わせて各脚断面積を調整することで、コアロスによる発熱を有効に最小化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、前記中心軸の方向に見た前記接続部の平面視外形が略方形であり、前記線分が前記略方形における一の対角線に相当し、各前記第２脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が前記略方形における他の対角線に相当するように、各前記第１脚及び各前記第２脚が前記接続部に接続されている。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、接続部の平面視外形が略方形であり、各第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が略方形における一の対角線に相当し、各第２脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が略方形における他の対角線に相当するように、各第１脚及び各第２脚が接続部に接続されているので、コイルとして活用できるインダクタ内の空間を拡げることができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、各前記第２脚それぞれの各前記第１脚に対向する面に切り欠き部が設けられている。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各第２脚それぞれの各第１脚に対向する面に切り欠き部が設けられているので、コイルとして活用できるインダクタ内の空間を更に拡げ、各第１脚におけるコイルの巻数を増やしたり、コイルとして使用する巻線を太くしたりすることができ、これにより高出力のインダクタを実現することができる。

上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、各前記コイルがそれぞれ巻回される各前記ボビンの形状が相互に同一であり、当該各ボビンに各前記第１脚がそれぞれ通された状態で相互に噛み合う噛合部が当該各ボビンに設けられている。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各ボビンが相互に同一形状であり、各第１脚がそれぞれ通された状態で相互に噛み合う噛合部が各ボビンに設けられているので、ボビンを同一形状とすることでインダクタとしての製造コストを低減することができると共に、噛合部により、インダクタとしての強度を向上させつつ小型化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、前記インターリーブ制御方式による前記電流の制御により、ＰＦＣ（Power Factor Correction）チョークコイルとして動作するように構成される。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、インダクタがＰＦＣチョークコイルとして動作するので、インターリーブ制御方式により動作するＰＦＣチョークコイルにおいて、低雑音化、高効率化、小型化、及びコアロスによる発熱を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、各前記コイルがインバータの出力段に接続されることにより、当該インバータに対するノイズフィルタとして機能するように構成される。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各コイルがインバータの出力段に接続されることにより、インダクタが当該インバータに対するノイズフィルタとして機能するので、ノイズフィルタ機能が付加されたインバータにおいて、低雑音化、高効率化、小型化、及びコアロスによる発熱を抑制することができる。

本発明によれば、インターリーブ制御される電流による磁束が通され且つコイルが巻回されない第２脚であって、接続部により各第１脚に接続される二本の第２脚を備え、各第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から離隔して各第２脚が配置されている。

従って、上記磁束が第１脚間で相殺されることによる低雑音化と共に、磁束が通る脚としての断面積を大きくしつつ、コイルとして活用できるインダクタ内の空間を拡げることができ、コイルとしての巻数の増加又はコイルを構成する巻線を太くすることによる高出力化が可能となる。

また、磁束の通り道としての脚がインダクタの中央部分にないことで、インダクタとしての小型化が可能となり、インダクタの設置設計上の自由度を向上させることができる。

更に、コイルが二本の第１脚にのみ巻回されるので、コイルとしての抵抗値を低減させると共にインダクタとしての発熱量を抑制することができる。

実施形態に係るコアの構造を示す図であり、（ａ）は当該コアの平面図であり、（ｂ）は当該コアの底面図であり、（ｃ）は当該コアの正面図であり、（ｄ）は当該コアの右側面図であり、（ｅ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ’部断面図であり、（ｆ）は当該コアの外観斜視図である。 実施形態に係るボビンの構造を示す図であり、（ａ）は当該ボビンの平面図であり、（ｂ）は当該ボビンの底面図であり、（ｃ）は当該ボビンの正面図であり、（ｄ）は当該ボビンの右側面図であり、（ｅ）は当該ボビンの外観斜視図である。 実施形態に係る二つのボビンを組み合わせた状態を示す図であり、（ａ）は当該組み合わせた後の各ボビンの平面図であり、（ｂ）は当該組み合わせた後の各ボビンの外観斜視図である。 実施形態に係るインダクタの構造を示す図であり、（ａ）は当該インダクタの平面図であり、（ｂ）は当該インダクタの底面図であり、（ｃ）は当該インダクタの正面図であり、（ｄ）は当該インダクタの左側面図であり、（ｅ）は当該インダクタの外観斜視図である。 実施形態に係るインダクタを用いた変圧装置の構成を示す回路図等であり、（ａ）は当該回路図であり、（ｂ）は当該インダクタにおける磁束の状態を示す図である。 実施形態に係る変圧装置の動作時の出力リップル電流波形等を示す図であり、（ａ）はそれぞれのインダクタでの出力リップル電流波形であり、（ｂ）は二つのインダクタが合成された出力段における合成された出力電流波形である。 実施形態に係るインダクタをインバータのノイズフィルタとして用いる場合の構成を示す回路図である。

次に、本発明に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。なお以下に説明する実施形態は、力率改善回路用のチョークコイル及び当該チョークコイルを含む変圧装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。

（Ｉ）本発明の原理
初めに、本発明に係る実施形態について具体的に説明する前に、本発明の原理について説明する。なお、本発明に係るコア及びボビン並びにコイルを含む電子部品は、それが用いられる回路又は装置によって、トランスとしての機能を発揮したり、チョークコイルとしての機能を発揮したり、或いはフィルタとしての機能を発揮したりする。よって以下の原理及び実施形態の説明においては、本発明に係る上記トランス及びチョークコイル並びにフィルタを総称して「インダクタ」と称する。

上述したように、上記特許文献１に開示されているインダクタは、磁性材料により形成されたコアであって、中央脚と、中央脚と並行に配置された円筒形状からなり且つ巻線が巻回された第１の外側脚と、中央脚を基準として、第１の外側脚と反対の位置に配置された第２の外側脚と、から構成される閉磁路を有するコアを備えることにより、電力損失の減少を可能とし、２相モードで動作する電力変換装置を実現している。

これに対し本発明に係るインダクタのコアは、高効率化と、更なる低雑音化及び低損失化並びに小型化を両立すべく、上記特許文献１に開示されている中央脚を互いに平行且つ柱状の二本の脚に分割してインダクタの外縁部に相当する位置に配置すると共に、独立したコイルがそれぞれ巻回され且つ互いに平行で柱状の脚を二本備える。ここで、当該中央脚を分割した二本の脚を、以下それぞれ「第２脚」と称し、コイルが巻回される二本の脚を、以下それぞれ「第１脚」と称する。そして、各第１脚の端部と、当該端部に対応した各第２脚それぞれの端部と、を、各コイルに流れる電流により発生する磁束を第１脚及び第２脚に通す接続部により接続すると共に、各第２脚が、各第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分（後述する対角線）から相互に反対方向に離隔して配置されている。

以上の構成を有する本発明に係るインダクタでは、それを構成するコアが上述した構成の第１脚及び第２脚並びに接続部からなることで、高効率化と、更なる低雑音化及び低損失化並びに小型化を実現する。なお第１脚の位置との関係における各第２脚の位置の例としては、第１脚それぞれの中心軸の方向に見た接続部の平面視外形が略方形である場合において、各第１脚が当該略方形における一の対角線上に位置し、各第２脚が当該略方形における他の対角線上の位置に相当する構成が挙げられる。このような本発明に係る第１脚及び第２脚の配置により、相隣接する第１脚と第２脚との間の空間を拡げることができる。そしてこの結果、特に、上記磁束が通る第１脚及び第２脚としての断面積を大きくしつつ、コイルとして活用できるインダクタ内の空間を拡げることができ、コイルとしての巻数の増加又はコイルを構成する巻線を太くすることによる高出力化が可能となる。

（II）実施形態
次に、本発明に係る実施形態について、図１乃至図５を用いて説明する。なお図１は、実施形態に係るコアの構造を示す図である。また図１において、当該コアの背面図は図１（ｃ）に示す正面図と略同一であり、当該コアの左側面図は図１（ｄ）に示す右側面図と略同一であるので、それぞれ記載を省略する。

実施形態に係るインダクタは、いわゆるインターリーブ制御方式により２相モードで駆動されるチョークコイルである。当該チョークコイルとしてのインダクタでは、図１にその構造を例示するコアＣ１と、当該コアＣ１と同形状の後述するコアＣ２と、が、それぞれの脚の端面同士が対向するように、例えば上下に組み合わされて用いられる。なお以下の説明において、実施形態に係るコアＣ１及びコアＣ２に共通の事項を説明する場合、これらを纏めて単に「コアＣ１等」と称する。

ここで、コアＣ１等のそれぞれを形成する材料は、当該コアＣ１等が用いられる実施形態に係るインダクタの発振周波数（換言すれば、必要とされるコアＣ１等の透磁率）に基づいて決定され、より具体的に例えば、フェライト粉末、鉄ダスト、パーマロイモリブデン粉末又はケイ素鋼板等が用いられる。このとき、フェライト粉末は当該インダクタを例えば４０キロヘルツ以上の発振周波数で用いる場合に、コアＣ１等の材料として好適である。また鉄ダスト及びパーマロイモリブデン粉末はそれぞれ、当該インダクタを例えば２０キロヘルツ以上の発振周波数で用いる場合に、コアＣ１等の材料として好適である。このとき、鉄ダストとパーマロイモリブデン粉末との使い分けは、例えば実施形態に係るコアＣ１等を備えるインダクタの設計上求められる、いわゆるコアロスによる。更にケイ素鋼板は、当該インダクタを例えば２０キロヘルツ以下の発信周波数で用いる場合（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ））と共に用いる場合等）に、コアＣ１等の材料として好適である。

そして図１にそれぞれ平面図等を示すように、実施形態に係るコアＣ１は、平板状の接続部１０と、それぞれが柱状の第１脚１及び第１脚２並びに第２脚３及び第２脚４と、が一体成形されて形成されている。なお、実施形態に係るコアＣ２も、図１に示すコアＣ１と同様の形状を有して一体成形により形成されている。そして後ほど図４を用いて説明するように、上記コアＣ１等の対応する脚同士（即ち、図１に示す第１脚１及び第１脚２並びに第２脚３及び第２脚４それぞれの端面及びコアＣ２の対応する第１脚及び第２脚の端面同士）と、が対向するように、コアＣ１等が例えば上下に組み合わされて、実施形態に係るインダクタに用いられる。

そして、図１に示すコアＣ１では、第２脚３及び第２脚４の位置が、第１脚１及び第１脚２それぞれの中心軸の位置を結んだ線分を対称軸とした線対称の位置（即ち、当該線分から相互に反対方向に離隔した位置）となるように形成されている。換言すれば、図１（ａ）又は図１（ｂ）或いは図１（ｆ）に示すように、第２脚３及び第２脚４と、第１脚１及び第１脚２と、が平面視十字型（即ち、接続部１０を平面視した場合の二本の対角線上）にそれぞれ位置する。この構成は、後述するコアＣ２において同様である。なお、実施形態に係るコアＣ１等における第２脚３及び第２脚４の平面視上の位置（例えば図１（ａ）参照）は、図１に例示する位置に限られるものではなく、第１脚１及び第１脚２に後述のコイルが必要な巻き数だけ巻回可能な配置であれば、接続部１０の範囲における上記平面視十字型のいずれの位置でもよい。

次に、実施形態に係るコアＣ１の第２脚３及び第２脚４は、それぞれの中心軸に垂直な断面（中心軸に垂直な断面を、以下単に「横断面」と称する。図１（ａ）参照。）の面積の合計が、第１脚１又は第１脚２のいずれか一方の横断面（図１（ａ）参照）の面積より大きく形成されている。より具体的には、第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積が相互に等しく、且つ、これらの面積の合計が、第１脚１又は第１脚２のいずれか一方の横断面の面積の１．２倍より大きく（より具体的には、例えば１．３３倍）構成されている。換言すれば、第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積の合計と、第１脚１及び第１脚２それぞれの横断面の面積と、の比が、例えば１．３３（第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積合計）：１（第１脚１の横断面の面積）：１（第１脚２の横断面の面積）となっている。

ここで、実施形態に係るコアＣ１の第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積の合計と、第１脚１及び第１脚２それぞれの横断面の面積と、の比が上記とされている理由について説明する。

例えば、本願の出願人らによる特開２０１６−５８５１３号公報に開示されているコアでは、その中央脚の横断面の面積と、四本の外側脚それぞれの横断面の面積と、の比が、例えば３（中央脚）：１：１：１：１（各外側脚）とされており、四本の外側脚それぞれよりも中央脚が太くされている。これは、上記特開２０１６−５８５１３号公報に開示されているコアを含むトランスを動作させる際の後述する寄生インダクタに起因する発熱（いわゆるコアロス）を抑えるためである。これに対して、実施形態に係るコアＣ１等では、本発明の原理として上述したように、上記中央脚を二本の第２脚３及び第２脚４に分割すると共に、コイルが巻回される脚を第１脚１及び第２脚２の二本のみとする。そして、当該新たに分割された第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積を相互に等しくする場合、特開２０１６−５８５１３号公報に開示されているコアにおける上記中央脚の横断面の面積と各外側脚それぞれの横断面の面積との比３：１：１：１：１を引用すると、実施形態に係るコアＣ１等としての二本の第１脚１及び第１脚２それぞれの横断面の面積と、元の中央脚に相当する第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積の合計と、の比は、１：１：１．５：１．５となるのである。そして、実施形態に係るコアＣ１等の第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積の合計は、当該コアＣ１等としての二本の第１脚１及び第１脚２それぞれの横断面の面積に対して、上述した１．５倍の場合の他、１．２倍よりも大きい範囲でも十分に実用的であることが、本発明の発明者らにより考察されている。

次に上述したように、実施形態に係るコアＣ１等では、横断面の面積として大きくなりがちな中央脚を分割してインダクタの外縁部に相当するコアＣ１等の位置に配置することで、コアＣ１等（結果的には実施形態に係るインダクタ自体）の小型化と、磁束が通る脚としての断面積の拡大と、の両立を実現している、またこれに加えて、相隣接する第１脚１と第２脚３及び第２脚４との間の空間、並びに相隣接する第１脚２と第２脚３及び第２脚４との間の空間をそれぞれ拡げることによる、コイルとして活用できるコアＣ１等（換言すればインダクタ）内の空間の拡大に対応したコイルの巻数の増加又はコイルの巻線を太くすることによる高出力化を実現している。またコイルを二本の第１脚１及び第１脚２のみに巻回する構成とすることで、コイルとしての抵抗値を低減させると共にインダクタ（この場合はチョークコイル）としての発熱量を抑制している。

更に、実施形態に係る第１脚１及び第１脚２の横断面の形状は、後述するようにコイルが巻回されることから、円形又は楕円形或いは方形とされるが、実施形態に係る第２脚３及び第２脚４の横断面の形状は、第２脚３及び第２脚４で相互に同一であれば、その設置位置等の都合により、例えば方形或いは楕円形等、自由に変更可能である。そこで実施形態に係る第２脚３及び第２脚４では、図１に例示するように、第２脚２及び第２脚４それぞれの第１脚１及び第１脚２に対向する面に、切り欠き部３ａ及び切り欠き部３ｂ並びに切り欠き部４ａ及び切り欠き部４ｂが設けられている。これら切り欠き部３ａ及び切り欠き部３ｂ並びに切り欠き部４ａ及び切り欠き部４ｂが設けられていることで、第２脚３及び第２脚４と、第１脚１及び第１脚２と、の間の空間を拡げることができ、よって後述するボビンを介して第１脚１及び第１脚２にコイルを巻回する場合、その巻数を多くしたりコイルに使用する巻線を太くしたりすることで上記高出力化が可能となる。この場合でも、第２脚３及び第２脚４それぞれの横断面の面積の合計は、第１脚１及び第１脚２それぞれの横断面の面積より大きく形成されている。

次に、実施形態に係るインダクタにおいて第１脚１及び第１脚２と、それぞれに巻回されるコイルと、の間に挿入される実施形態に係るボビンの構造について、図２及び図３を用いて説明する。なお、図２は当該ボビンの構造を示す図であり、図３は実施形態に係る二つのボビンを組み合わせた状態を示す図である。また図２において、当該ボビンの背面図は図２（ｃ）に示す正面図と略同一であり、当該ボビンの左側面図は図２（ｄ）に示す右側面図と略同一であるので、それぞれ記載を省略する。

実施形態に係るインダクタでは、図２にその構造を例示するボビンＢ１と、当該ボビンＢ１と同一形状の後述するボビンＢ２と、が、それぞれの後述する噛合部が互い違いに噛み合うように組み合わされて用いられる。このときボビンＢ１は例えば第１脚１とそれに巻回されるコイルとの間に挿入され、ボビンＢ２は例えば第１脚２とそれに巻回されるコイルとの間に挿入される。なお以下の説明において、実施形態に係るボビンＢ１及びボビンＢ２に共通の事項を説明する場合、これらを纏めて単に「ボビンＢ１等」と称する。

そして図２にそれぞれ平面図等を示すように、実施形態に係るボビンＢ１は、その中を第１脚１が通され且つその外周にコイルが巻回される円筒状の胴部２５と、当該コイルの位置を規定するフランジ２６と、基部２０と、ボビンＢ１とボビンＢ２とを対向させて噛み合わせるための上記噛合部２１と、が一体成形されて形成されている。なお、実施形態に係るボビンＢ２も、図２に示すボビンＢ１と同一の形状を有して一体成形により形成されている。またボビンＢ１等の材料としては、例えばプラスチック等の樹脂が用いられる。そして図３に示すように、ボビンＢ１の噛合部２１とボビンＢ２の噛合部２１とが対向して噛み合うように当該ボビンＢ１とボビンＢ２とが組み合わされ、それぞれの胴部２５内に第１脚１及び第１脚２が通されると共に、それぞれのフランジ２６により位置が規定されつつそれぞれの外周にコイルが巻回されることで、実施形態に係るインダクタに用いられる。

次に、実施形態に係るコアＣ１等及びボビンＢ１等を含む実施形態に係るインダクタについて、図４を用いて説明する。なお、図４は実施形態に係るインダクタの構造を示す図である。また図４において、当該インダクタの背面図は図４（ｃ）に示す正面図と略同一であり、当該インダクタの右側面図は図４（ｄ）に示す左側面図と略同一であるので、それぞれ記載を省略する。

実施形態に係るインダクタＴにおいて、図１を用いて説明したコアＣ１と、当該コアＣ１と同じ形状のコアＣ２と、は、図４（ｃ）乃至図４（ｅ）に示すように、コアＣ１の第１脚１及び第１脚２並びに第２脚３及び第２脚４それぞれの端面と、コアＣ２の第１脚１Ｃ及び第１脚２Ｃ並びに第２脚３Ｃ及び第２脚４Ｃそれぞれの端面と、が、それぞれ対向するように組み合わされている。このときコアＣ２は、平板状の接続部１０Ｃと、それぞれが柱状の第１脚１Ｃ及び第１脚２Ｃ並びに第２脚３Ｃ及び第２脚４Ｃと、が一体成形されて形成されている。

以上の構成を有するコアＣ１及びコアＣ２において、対向する第１脚１及び第１脚１Ｃは、フランジ２６が形成された上記ボビンＢ１の胴部２５内に挿入されており、このボビンＢ１の外周には、コイル３０を構成する巻線Ｗ１が必要な巻き数だけ巻回されている。また対向する第１脚２及び第１脚２Ｃは、フランジ２６が形成された上記ボビンＢ２の胴部２５内に挿入されており、このボビンＢ２の外周には、コイル３１を構成する巻線Ｗ２が必要な巻き数だけ巻回されている。これらの巻線Ｗ１及び巻線Ｗ２の材質としては、例えば銅が用いられる。そして、巻線Ｗ１のインダクタＴの外側に向かう両端部は、図示しない外部端子を介してインダクタＴの外部に接続されている。また、巻線Ｗ２のインダクタＴの外側に向かう両端部も、図示しない外部端子を介してインダクタＴの外部に接続されている。更に、コイル３０における巻線Ｗ１の巻き数とコイル３１における巻線Ｗ２の巻き数は、相互に同一であることが好ましい。そして上述したように、第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）と、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）と、が平面視十字型にそれぞれ位置していることから、相隣接する第１脚１（第１脚１Ｃ）と第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）との間の空間、並びに相隣接する第１脚２（第１脚２Ｃ）と第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）との間の空間をそれぞれ拡げられている。これにより、巻線Ｗ１及び巻線Ｗ２それぞれの巻数の増加又は巻線Ｗ１及び巻線Ｗ２自体を太くすることによる高出力化が実現されている。

次に、図１を用いて説明したコアＣ１等並びに図２及び図３を用いて説明したボビンＢ１等を含み、図４を用いて説明した構成を有する実施形態に係るインダクタＴの応用の第１例として、当該インダクタＴを力率改善に用いる実施形態に係る変圧装置について、図５を用いて説明する。なお図５は、当該変圧装置の構成を示す回路図等である。またこの場合の力率改善とは、電源としての力率（power factor）を「１」に近付けることを言い、上記ＰＦＣに相当するものである。このような力率改善が必要な理由の一つは、実施形態に係る変圧装置における入力電圧の高調波電流成分が商用電源側に流出することを規制する高調波電流規制の存在にある。この場合の高調波電流成分は、当該変圧装置にスイッチング素子が用いられていることに起因して発生する。そして、一般用の電源部分に実施形態に係る変圧装置を用いる場合、この高調波電流規制を遵守する必要があるのである。

図５（ａ）に示すように、実施形態に係るインダクタＴを用いた変圧装置Ｓは、等価的な回路図として、定電圧である上記入力電圧Ｖ_ｉと、当該インダクタＴに含まれる上記コイル３０及びコイル３１と、ダイオード３５及びダイオード３６と、ＰＦＣコントローラ３７と、当該ＰＦＣコントローラ３７により上記インターリーブ制御方式に基づいたタイミングで相補的に駆動されるスイッチング素子４０及びスイッチング素子４１と、コンデンサ４２と、により構成される。この変圧装置Ｓは、上記入力電圧Ｖ_ｉを出力電圧Ｖ_Ｏに変圧して取り出すための変圧装置である。

この構成においてＰＦＣコントローラ３７は、例えば図５（ａ）に例示するような、上記インターリーブ制御方式に基づいた相補的な（即ち、移相が相互に１８０°ずれた）制御信号Ｓ_１(t)及び制御信号Ｓ_２(t)を、スイッチング素子４１及びスイッチング素子４０にそれぞれ出力する。このスイッチング素子４１の動作及びダイオード３５により、コイル３０には駆動電流Ｉ_１(t)が流れる。また同様に、上記スイッチング素子４０の動作及びダイオード３６により、コイル３１には駆動電流Ｉ_２(t)が流れる。そしてこれら駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)によりコンデンサ４２が充電されることにより、図５（ａ）に示す出力電圧Ｖ_Ｏが得られることになる。

ここで、スイッチング素子４１及びスイッチング素子４０が駆動されることによって流れる上記駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)によりコアＣ１内及びコアＣ２内に発生する磁束について、図５（ｂ）を用いて簡単に説明する。なお実施形態に係るインダクタＴの場合、第２脚３及び第２脚３Ｃと、第２脚４及び第２脚４Ｃと、は、磁束の通り道としては等価であるので、図５（ｂ）では、これらを纏めて一本の脚として扱う。

例えば図５（ｂ）に例示するように、第１脚１及び第１脚１Ｃ、第１脚２及び第１脚２Ｃ並びに第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）を含むコアＣ１及びコアＣ２の断面で見た場合について説明する。

この場合において、スイッチング素子４０とスイッチング素子４１とが上述したように相互に相補的に駆動されることにより、駆動電流Ｉ_１(t)がコイル３０に流れるタイミングでは、図５（ｂ）に例示する磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２が第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚１及び第１脚１Ｃに形成されるが、一方でこのタイミングではコイル３１には駆動電流Ｉ_２(t)が流れないため、第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚２及び第１脚２Ｃ内に図５（ｂ）に例示する磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’は形成されない。これに対し、駆動電流Ｉ_２(t)がコイル３１に流れるタイミングでは磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’が第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚２及び第１脚２Ｃに形成されるが、一方でこのタイミングではコイル３０には駆動電流Ｉ_１(t)が流れないため、第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚１及び第１脚１Ｃ内に磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２は形成されない。なおこれらの場合、いずれのタイミングでも、第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）には、磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２、又は磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’のいずれか一方が形成されていることになる。

ここで、コイル３０に流れる駆動電流Ｉ_１(t)により磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２が第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚１及び第１脚１Ｃに形成されるタイミングでは、上述した磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’は形成されないのが原則である。しかしながら、後述する疎結合された共通のコアＣ１等では、片側スイッチングがオフの期間での僅かなインダクタ成分である、いわゆる寄生インダクタンスが、第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚２及び第１脚２Ｃ内に形成される。また同様に、コイル３１に流れる駆動電流Ｉ_２(t)により磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’が第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚２及び第１脚２Ｃに形成されるタイミングでは、上述した磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２は形成されないのが原則であるが、上記片側スイッチングがオフの期間での上記寄生インダクタンスが、第２脚３（第２脚４）及び第２脚３Ｃ（第２脚４Ｃ）並びに第１脚１及び第１脚１Ｃ内に形成される。このため上述したように、実施形態に係るコアＣ１等では、これらの寄生インダクタンスに起因する発熱を抑えるべく、第２脚３及び第２脚３Ｃ並びに第２脚４及び第２脚４Ｃの横断面の面積の合計が、第１脚１及び第１脚１Ｃ並びに第１脚２及び第１脚２Ｃそれぞれの横断面の面積よりも大きく（太く）形成されているのである。

一方、実施形態に係るコアＣ１等では、第１脚１及び第１脚２と第２脚３及び第２脚４とが一体的に形成されており、また同様に第１脚１Ｃ及び第１脚２Ｃと第２脚３Ｃ及び第２脚４Ｃとが一体的に形成されているため、図５（ｂ）に例示する場合におけるコイル３０に流れる駆動電流Ｉ_１(t)により形成される磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２と、コイル３１に流れる駆動電流Ｉ_２(t)により形成される磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’と、の間に、上記疎結合が発生する。そしてこれにより、スイッチング素子４０とスイッチング素子４１とが相互に相補的に駆動されることに起因して駆動電流Ｉ_１(t)の流れるタイミングと駆動電流Ｉ_２(t)の流れるタイミングとが異なっても、例えば図５（ｂ）に例示する磁束Ｍ３及び磁束Ｍ４が、第１脚１及び第１脚２並びに第１脚１Ｃ及び第１脚２Ｃ内に形成される。このときの疎結合による磁束を等価的に表すと、図５（ａ）に破線で例示する寄生インダクタンスＬとなる。この寄生インダクタンスＬは、上記疎結合された共通のコアＣ１等に起因した寄生インダクタンスに相当する。そしてこの疎結合により形成される磁束Ｍ３及び磁束Ｍ４により、結果的にコアＣ１等内に形成される他の磁束が相殺されることで、インダクタＴとしての低雑音化が図られることになる。

次に、上記疎結合により与えられる影響を駆動電流の観点から見た場合について、図６を用いて説明する。なお図６は、実施形態に係る変圧装置Ｓ（インターリーブ制御方式ＰＦＣ回路）の動作時の出力リップル電流波形等を示す図である。この場合のインダクタＴは力率改善回路用のチョークコイルである。

上述したように、変圧装置Ｓの出力段に接続された上記コンデンサ４２に対しては、図６（ａ）に例示するような波形の駆動電流Ｉ_１(t)と駆動電流Ｉ_２(t)とが重畳されて流れることになる。ここで、実施形態に係るインダクタＴを用いずに上記疎結合が形成されない場合、コンデンサ４２における駆動電流全体の変化は、図６（ｂ）に破線で示すような波形となる。これに対して、実施形態に係るインダクタＴを用いることで上記疎結合による寄生インダクタンスＬが形成される効果により、コンデンサ４２における駆動電流に含まれるいわゆるリップルが更に低減され、コンデンサ４２に流れる電流は図６（ｂ）に実線で示すようにより平滑化され、この結果、出力電圧Ｖ_Ｏにおける低雑音化がより促進されることになる。

以上それぞれ説明したように、実施形態に係るコアＣ１の構造によれば、インターリーブ制御されるコイル３０及びコイル３１の駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)により発生する磁束が通され且つコイル３０及びコイル３１が巻回されない第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）であって、接続部１０（接続部１０Ｃ）により第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）に接続される二本の第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）を備え、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から離隔して第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）が配置されている。また、コアＣ１と共にインダクタＴを構成するコアＣ２も、コアＣ１と同様の構造を備えている。

よって、上記磁束が第１脚１（第１脚１Ｃ）と第１脚２（第１脚２Ｃ）との間で相殺されることによる低雑音化と共に、上記磁束が通る脚としての断面積を大きくしつつ、コイル３０及びコイル３１として活用できるインダクタＴ内の空間を拡げることができる。これにより、コイル３０及びコイル３１の巻数を増やしたり、コイル３０及びコイル３１として使用する巻線Ｗ１及び巻線Ｗ２を太くしたりすることができ、結果的にインダクタＴの高出力化を実現することができる。また、上記磁束の通り道としての中央部分の脚がないことでコアＣ１又はコアＣ２（即ちインダクタＴ）としての小型化が可能となり、インダクタＴの設置設計上の自由度を向上させることができる。更に、コイル３０及びコイル３１が第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）にそれぞれ巻回されるのみであるので、コイル３０及びコイル３１としての抵抗値を低減させると共にインダクタＴとしての発熱量を抑制することができる。

更にまた、第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）それぞれの横断面の面積の合計が、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）それぞれの横断面の面積のいずれよりも大きいので、インダクタＴとしての動作時におけるコアロスによる発熱を抑制することができる。

また、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）それぞれの横断面の面積が同一であり、第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）それぞれの横断面の面積の合計が第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）それぞれの横断面の面積の１．２倍以上である場合には、インダクタＴとしての用途に合わせて各脚の横断面の面積を調整することで、コアロスによる発熱を有効に最小化することができる。

更に、接続部１０の平面視外形が略方形であり、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が略方形における一の対角線に相当し、第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が略方形における他の対角線に相当するように、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）並びに第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）が接続部１０（接続部１０Ｃ）に接続されているので、コイル３０又はコイル３１として活用できるインダクタＴ内の空間を拡げることができる。

更にまた、第２脚３（第２脚３Ｃ）及び第２脚４（第２脚４Ｃ）それぞれの第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）に対向する面に切り欠き部３ａ乃至切り欠き部４ｂがそれぞれ設けられているので、コイル３０及びコイル３１として活用できるインダクタＴ内の空間を更に拡げることができる。

また、ボビンＢ１及びボビンＢ２が相互に同一形状であり、第１脚１（第１脚１Ｃ）及び第１脚２（第１脚２Ｃ）がそれぞれ通された状態で相互に噛み合う噛合部２１がボビンＢ１及びボビンＢ２にそれぞれ設けられているので、インダクタＴとしての製造コストを低減することができると共に、噛合部２１により、インダクタＴとしての強度を向上させつつ小型化することができる。

更に実施形態に係るインダクタＴとして、コイル３０及びコイル３１に対してインターリーブ制御方式により駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)を流すＰＦＣコントローラ３７を更に備えるので、インターリーブ制御方式により動作する例えば力率改善装置において、低雑音化、インダクタＴ全体としての小型化、及びコアロスによる発熱を抑制することができる。

なお、図４を用いて説明した実施形態に係るインダクタＴの応用の第２例としては、当該インダクタＴをインバータのノイズフィルタとして用いる場合が挙げられる。この場合について図７を用いて説明する。なお、図７は実施形態に係るインダクタをインバータのノイズフィルタとして用いる場合の構成を示す回路図である。

即ち図７に示すように、スイッチング素子５０乃至スイッチング素子５３からなるインバータＩＶの出力段に、実施形態に係るコイル３０及びコイル３１を含むインダクタＴを接続することで、当該インダクタＴをインバータＩＶに対するノイズフィルタとして用いることができる。

そして図７に示す例の場合には、ノイズフィルタ機能が付加されたインバータＩＶにおいて、その低雑音化、小型化、及びコアロスによる発熱を抑制することができる。

更に、上述した実施形態に係るインダクタＴとしては、上記インターリーブ制御方式により２相モードで駆動される場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３相以上の多相モードで駆動されるインダクタにも適用することができる。

以上それぞれ説明したように、本発明はインダクタの分野に利用することが可能であり、特に高出力、低雑音及び小型化並びに低損失等を目的とするインダクタの分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

１、１Ｃ、２、２Ｃ 第１脚
３、３Ｃ、４、４Ｃ 第２脚
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ 切り欠き部
１０、１０Ｃ 接続部
２０ 基部
２１ 噛合部
２５ 胴部
２６ フランジ
３０、３１ コイル
３５，３６ ダイオード
３７ ＰＦＣコントローラ
４０、４１、５０、５１、５２、５３ スイッチング素子
４２ コンデンサ
Ｗ１、Ｗ２ 巻線
Ｓ 変圧装置
Ｖ_ｉ 入力電圧
Ｂ１、Ｂ２ ボビン
Ｌ 寄生インダクタンス
Ｃ１、Ｃ２ コア
Ｔ インダクタ
Ｖ_Ｏ 出力電圧
Ｓ_１(t)、Ｓ_２(t) 制御信号
Ｉ_１(t)、Ｉ_２(t) 駆動電流
Ｍ１、Ｍ１’、Ｍ２、Ｍ２’、Ｍ３、Ｍ４ 磁束
ＩＶ インバータ

Claims (8)

1. インターリーブ制御方式により制御される電流がそれぞれ流れる二つのコイルを備えたインダクタにおいて、
   前記コイルが絶縁性のボビンを介してそれぞれに巻回された二本の第１脚であって、互いに平行で且つそれぞれが柱状の第１脚と、
   互いに平行で且つそれぞれが柱状である二本の第２脚であって、前記第１脚と平行な第２脚と、
   各前記第１脚の端部と、当該端部に対応した各前記第２脚それぞれの端部と、を接続する板状の接続部であって、各前記コイルに流れる前記電流により発生する磁束を前記第１脚及び前記第２脚に通すための接続部と、
   を備え、
   各前記第２脚が、各前記第１脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分から相互に反対方向に離隔して配置されていることを特徴とするインダクタ。
2. 請求項１に記載のインダクタにおいて、
   前記第２脚それぞれの中心軸に垂直な断面の面積である第２脚断面積の当該各第２脚についての合計が、前記第１脚の中心軸に垂直な断面の面積である第１脚断面積のいずれよりも大きいことを特徴とするインダクタ。
3. 請求項２に記載のインダクタにおいて、
   各前記第１脚断面積が同一であり、
   前記第２脚断面積の合計が前記第１脚断面積の１．２倍以上であることを特徴とするインダクタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、
   前記中心軸の方向に見た前記接続部の平面視外形が略方形であり、
   前記線分が前記略方形における一の対角線に相当し、各前記第２脚それぞれの中心軸と垂直に交わる線分が前記略方形における他の対角線に相当するように、各前記第１脚及び各前記第２脚が前記接続部に接続されていることを特徴とするインダクタ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、
   各前記第２脚それぞれの各前記第１脚に対向する面に切り欠き部が設けられていることを特徴とするインダクタ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、
   各前記コイルがそれぞれ巻回される各前記ボビンの形状が相互に同一であり、
   当該各ボビンに各前記第１脚がそれぞれ通された状態で相互に噛み合う噛合部が当該各ボビンに設けられていることを特徴とするインダクタ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、
   前記インターリーブ制御方式による前記電流の制御により、ＰＦＣ（Power Factor Correction）チョークコイルとして動作することを特徴とするインダクタ。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインダクタにおいて、
   各前記コイルがインバータの出力段に接続されることにより、当該インバータに対するノイズフィルタとして機能することを特徴とするインダクタ。

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