WO2017159599A1 - 磁性素子 - Google Patents

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magnetic
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香代 堺
島津　英一郎
祥吾 神戸
真二 宮崎
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic element used as a resin-molded magnetic core component, such as an inductor, transformer, antenna (bar antenna, etc.), choke coil, filter, sensor, etc., in an electric device or an electronic device.
  • a magnetic element used as a resin-molded magnetic core component such as an inductor, transformer, antenna (bar antenna, etc.), choke coil, filter, sensor, etc., in an electric device or an electronic device.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing a core part having a predetermined magnetic property, in which a magnetic body or a compacted magnet molded body contains a binder having a melting point lower than an injection molding temperature.
  • the magnetic flux penetrating the inside of the core tends to go through an energy efficient path, so that the magnetic flux tends to concentrate at the corner of the magnetic path as compared with the straight portion.
  • the magnetic flux is more likely to be concentrated at the corner portion in the vicinity of the core core in the outer peripheral core than at the corner portion far from the core core.
  • Patent Document 2 in which the relative permeability of the core core 104 is higher than that of the outer core 105 as shown in FIG. 21, magnetic flux is concentrated on the outer core portion 104 a near the end of the core core 104.
  • the saturation magnetic flux density is low and the magnetic saturation is likely to occur.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic element capable of suppressing magnetic saturation in an outer peripheral core having a low relative permeability while being a hybrid type combining a core core having a higher relative permeability than the outer core. It is.
  • a magnetic element includes an outer peripheral core positioned on the outer peripheral side of the coil, a core core made of a material having a higher relative permeability than the outer peripheral core, and positioned on the inner peripheral side of the coil, and the coil Connecting core portions located on the outer sides of both ends in the axial direction, each of the connecting core portions connecting the core core and the outer peripheral core, and connecting core portions on both sides or connecting core portions on both sides.
  • At least a part of one of the connecting core parts on one side is a core core bringe part that is a part of the core core, and includes a core core flange part extending from the core core toward the outer peripheral core, A portion of the connecting core portion other than the flange portion of the core core is formed of a connecting core portion constituting portion that is a part of the outer peripheral core.
  • the portion on the core core side in the connecting core portion that connects the core core and the outer peripheral core is a flange portion that is a part of the core core made of a material having a high relative magnetic permeability.
  • the cross-sectional shape of the tip of the core core flange portion is a stepped shape in which the outer portion in the axial direction protrudes more toward the outer core than the inner portion, and the connecting core of the outer core
  • the tip of the part constituent part may have a cross-sectional shape that meshes with the step shape of the core core flange part. In the case of this configuration, since the core core and the outer peripheral core mesh with each other at the stepped portion, the axial positioning of both can be performed.
  • the whole or a part of the connecting core part is a double of the core core flange part and the outer core flange part that is located inside the flange part in the axial direction and extends from the outer core toward the core core. It may be a configuration. In this way, even when the connecting core portion has a double configuration in which the core core flange portion is positioned on the axially outer side of the flange portion of the outer peripheral core, both axial positionings can be performed.
  • the core core may have a gap at an intermediate position in the axial direction.
  • the gap is provided in order to obtain a desired magnetic characteristic.
  • One of the connecting core portions on both sides has a portion facing the axial end surface of the core core via a gap, and the entire connecting core portion on one side including this portion is the It may consist of the connecting core portion constituting portion of the outer peripheral core.
  • a flange is provided at one end of the core core and a gap is formed between the outer core and the other end.
  • At least one of the core core flanges in the core core may extend at least to an inner peripheral surface which is a surface facing the coil of the outer core, and the thermal conductivity of the core core may be higher than that of the outer core. .
  • the flange portion of the core core having high thermal conductivity extends to the inner peripheral surface of the outer peripheral core, the portion having high thermal conductivity in the core of the magnetic element becomes wide. Therefore, the cooling performance of the magnetic element can be improved.
  • a material having a high relative magnetic permeability often has a high thermal conductivity.
  • the core may be columnar and the outer core may be cylindrical.
  • a so-called pot-shaped magnetic element may be used.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic element according to a first embodiment of the present invention. It is a top view of the magnetic element of FIG. It is sectional drawing of the magnetic element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the magnetic element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • the magnetic element 1 includes a core 2 and a coil 3.
  • the core 2 includes an outer peripheral core 5 positioned on the outer peripheral side of the coil 3 and a core core 4 made of a material having a relative permeability higher than that of the outer peripheral core 5 and positioned on the inner peripheral side of the coil 3.
  • Connecting core portions 6, 6 that connect the core core 4 and the outer peripheral core 5 are respectively formed on the outer sides of both ends in the axial direction of the coil 3.
  • Each connecting core portion 6 includes a flange portion 4a of the core core 4 and a flange-shaped connecting core portion constituting portion 5a which is a part of the outer peripheral core.
  • the flange portion 4 a extends from the cylindrical portion of the core core 4 in the radial direction of the coil 3.
  • the connecting core portion constituting portion 5a is located on the radially outer side of the flange portion 4a.
  • the core core 4 is made of a material higher in heat conductivity than the outer core 5.
  • the magnetic element 1 has a so-called pot shape, in which the core core 4 has a cylindrical shape with a flange, the outer core 5 has a cylindrical shape with a flange, and the flange portion 4a and the connecting core portion constituting portion 5a are both It has a circular shape when viewed from the axial direction.
  • the core core 4 and the outer core 5 are respectively composed of two core core division bodies 4A and 4A and outer core division bodies 5A and 5A arranged in the axial direction so that the operation of housing the coil 3 therein is possible.
  • the core core divided bodies 4A and 4A and the outer core divided bodies 5A and 5A are in contact with each other, and the contact surfaces S1 and S2 are bonded with an adhesive.
  • the flange portion 4a and the connecting core portion constituting portion 5a of the connecting core portion 6 are in contact with each other, and the contact surface S3 is welded with an adhesive.
  • the coil 3 is formed by winding a flat conductor wire in a single layer and does not have a bobbin.
  • the coil 3 may be formed of a round wire and may be wound around a bobbin.
  • the bobbin may be used for a flat wire coil or a round wire coil depending on required insulation characteristics. If the coil is a self-bonding wire, the bobbin need not be used.
  • the core 4 is made of a compression molded magnetic body or the like using a ferrite material obtained by, for example, a compression molding method. Ferrite materials are excellent in relative permeability and easy to obtain inductance values.
  • the outer peripheral core 5 is formed as an injection-molded magnetic body or the like using, for example, an injection-molded magnetic material containing an amorphous material. A magnetic element using an injection-molded magnetic material containing an amorphous material is excellent in frequency characteristics and superimposed current characteristics, but has low magnetic permeability.
  • the compression-molded magnetic body serving as the core 4 includes, for example, pure iron-based soft magnetic materials such as iron powder and iron nitride powder, Fe—Si—Al alloy (Sendust) powder, super Sendust powder, Ni—Fe alloy (Permalloy). ) Magnetic materials such as iron-base alloy soft magnetic materials such as powder, Co—Fe alloy powder, Fe—Si—B alloy powder, ferrite magnetic materials, amorphous magnetic materials, and fine crystal materials can be used as raw materials.
  • pure iron-based soft magnetic materials such as iron powder and iron nitride powder, Fe—Si—Al alloy (Sendust) powder, super Sendust powder, Ni—Fe alloy (Permalloy).
  • Magnetic materials such as iron-base alloy soft magnetic materials such as powder, Co—Fe alloy powder, Fe—Si—B alloy powder, ferrite magnetic materials, amorphous magnetic materials, and fine crystal materials can be used as raw materials.
  • the injection-molded magnetic body to be the outer peripheral core 5 is obtained by blending a binder resin with the raw powder of the compression-molded magnetic body and injection-molding this mixture.
  • the magnetic powder is preferably an amorphous metal powder from the viewpoint of easy injection molding, easy shape maintenance after injection molding, and excellent magnetic properties of the composite magnetic body.
  • the amorphous metal powder the above-described iron alloy series, cobalt alloy series, nickel alloy series, mixed alloy series amorphous, or the like can be used.
  • An insulating coating is formed on the surface of these amorphous metal powders.
  • the binder resin a thermoplastic resin capable of injection molding can be used. Polyethylene and other various resins can be used as the thermoplastic resin.
  • the magnetic element 1 of this configuration since it is a hybrid type having the outer core 5 and the core core 4 made of a material having a higher relative permeability than the outer core 5, the relative permeability of the outer core 5 and the core 4. Thus, it is easy to adjust the relative permeability of the entire magnetic element 1 to various values.
  • the hybrid type generally has a problem that the outer core portion near the end of the core core 4 is likely to be magnetically saturated.
  • the flange portion 4a is provided on the core core 4 so that the corner of the magnetic path near the core 4 around which the coil 3 is wound is replaced with a material having high relative permeability. That is, a portion on the core core 4 side in the connecting core portion 6 that connects the core core 4 and the outer core 5 is a flange portion 4a that is a part of the core core 4 made of a material having a high relative permeability. Thereby, concentration of magnetic flux can be relieved and it can suppress that the outer core 5 which is a material with a low relative permeability is magnetically saturated.
  • this embodiment is a pot-type magnetic element, and magnetic saturation can be reduced by providing a flange portion 4a on the core 4 of the pot-type magnetic element, thereby comparing with a case without a flange portion.
  • the thickness of the flange portion can be reduced.
  • 3 to 20 show second to 19th embodiments of the present invention, respectively. Also in each of these embodiments, the effect that the magnetic saturation is relaxed can be obtained. Each of these embodiments is the same as the first embodiment described with reference to FIGS.
  • the flange portion 4 a of the core core 4 is extended to the inner peripheral surface of the outer core 5, and the entire connecting core portion 6 is configured by the flange portion 4 a of the core core 4. is doing.
  • the core core 4 is composed of two core core split pairs 4A and 4A, but the outer core 5 is not integrated but is integrated as a whole.
  • a material having a high relative permeability is arranged at the magnetic path corner portion, that is, the magnetic path corner portion is constituted by the flange portion 4a which is a part of the core core 4 to avoid magnetic saturation. can do.
  • the outer diameter of the flange portion 4a of the core core 4 is set to the inner diameter of the outer core 5 or larger than the inner diameter of the outer core 5, so that there is no problem in assembling the coil 3.
  • the core 5 is integrated to reduce the number of parts.
  • the cross-sectional shape of the tip of the flange portion 4a of the core core 4, that is, the outer peripheral end, is a stepped shape.
  • the flange portion 4a has a stepped shape in which the outer portion 4aa in the axial direction protrudes larger than the inner portion 4ab.
  • the distal end, that is, the inner peripheral end of the connecting core portion constituting portion 5 a of the outer peripheral core 5 has a cross-sectional shape that meshes with the stepped shape of the flange portion 4 a of the core core 4.
  • a material having a high relative permeability is arranged at the corner, so that magnetic saturation can be avoided.
  • the core core 4 and the outer peripheral core 5 are engaged with each other at the stepped shape portion at the tip of the flange portion 4a, so that the axial positioning of both can be performed with high accuracy.
  • the thickness of the flange portion 4a extending from the core core 4 is small.
  • the tip of the connecting core portion constituting portion 5a of the outer peripheral core 5, that is, the inner peripheral end is The inner portion in the axial direction has a stepped shape protruding by the same dimension as the radial dimension of the flange portion 4a. For this reason, in the radially inner portion of the connecting core portion 6, the flange portion 4 a and the flange portion 5 ab that is located inside the flange portion 4 a in the axial direction and extends from the outer core are doubled.
  • the connecting core portion 6 is a double portion of the flange portion 4a of the core core 4 and the flange portion 5ab of the outer peripheral core 5, and meshes at the step-shaped portion due to the double, so both shafts Directional positioning can be performed with high accuracy.
  • the magnetic element 1 according to the fifth embodiment shown in FIG. 6 is configured such that the core core 4 has a gap G in the middle of the axial direction in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG.
  • the gap G is formed between the two core core divided bodies 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> A of the core core 4.
  • the gap G By providing the gap G inside the magnetic element 1, leakage of magnetic flux to the outside is suppressed, and the magnetic characteristics of the magnetic element 1 can be adjusted by the gap G.
  • a spacer (not shown) is disposed at a position where the gap G is formed.
  • the mutual positioning of the two core core divided bodies 4A and 4A is obtained by the step shape. Therefore, the gap G can be formed without providing a spacer.
  • the magnetic element 1 according to the sixth embodiment shown in FIG. 7 is configured such that the core core 4 has a gap G in the middle of the axial direction in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG.
  • the gap G is formed between the two core core divided bodies 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> A of the core core 4.
  • the mutual positioning of the two core core divided bodies 4A and 4A is obtained by the step shape due to the double connection core portion 6.
  • the gap G can be formed without providing a spacer.
  • a magnetic element 1 according to the seventh embodiment shown in FIG. 8 is the same as the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG.
  • the connecting core portion 6 has a shape having a portion 6 a facing the end surface of the core core 4 via a gap G, and the entire connecting core portion 6 on the first one side is the connecting core of the outer peripheral core 5. It consists of a component part 5a.
  • the core core 4 is integrated as a whole.
  • This example is the magnetic element 1 in which the spacer of the gap G when the core core 4 is integrated is omitted.
  • a flange portion 4a is provided at one end of the core core 4 (second side opposite to the first one side) to relieve the concentration of magnetic flux at the corner.
  • this flange part 4a is provided as an attachment side, the installation area of the core core 4 with good thermal conductivity is increased, and the cooling performance is improved as compared with a straight core core (not shown).
  • the gap G can be provided inside the magnetic element 1 serving as an inductor or the like. Can be suppressed. Since no magnetic flux concentration occurs in the vicinity of the gap G, the corner near the gap G is not magnetically saturated.
  • a stepped shape may be adopted (the magnetic element 1 according to the eighth embodiment shown in FIG. 9), and the flange portion 4a of the core core 4 and the flange portion 5b of the outer core 5 are two as described in the example of FIG.
  • the structure may be overlapped (the magnetic element 1 according to the ninth embodiment shown in FIG. 10).
  • the magnetic element 1 according to the tenth embodiment shown in FIG. 11 is an example in which the tip of the flange portion 4a of the core core 4 extends to the inner peripheral surface of the outer core 5 in the magnetic element 1 according to the embodiment shown in FIG. It is. That is, the radial positions of the outer peripheral surface of the flange portion 4a and the inner peripheral surface of the outer peripheral core 5 are the same.
  • the entire outer core 5 is integral.
  • the magnetic element 1 according to the eleventh embodiment shown in FIG. 12 is different from the magnetic element 1 according to the embodiment shown in FIG. 9 in that the inner portion 4ab of the flange portion 4a of the core core 4 is replaced with the inner peripheral side surface of the outer core 5. It is an example extended to. That is, the radial positions of the outer peripheral surface of the inner portion 4ab of the flange portion 4a and the inner peripheral surface of the outer core 5 are the same.
  • the magnetic element 1 according to the twelfth embodiment shown in FIG. 13 extends the outer portion 4aa in the flange portion 4a of the core core 4 to the outer peripheral surface of the outer core 5 in the magnetic element 1 according to the embodiment shown in FIG.
  • the axial end surface of the outer peripheral core 5 is covered with the flange portion 4a.
  • the outer periphery does not cause a problem in assembling the coil 3.
  • the core 5 can be an integral part, and the number of parts can be reduced. Further, compared to the examples of FIGS. 8 to 10, the area of the flange portion 4a of the core core 4 having a high thermal conductivity is large, so that an improvement in cooling performance can be expected.
  • the illustration of the coil 3 is simplified, but the coil 3 has a flat angle as in the examples of FIGS.
  • the lead wire is wound in a single layer.
  • the coil 3 may be one in which a round wire is wound in multiple layers.
  • the magnetic element 1 according to the thirteenth embodiment shown in FIG. 14 has a configuration in which the flange portion 4a of the core core 4 extends to the inner peripheral surface of the cylindrical outer core 5 in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG. It is. That is, the radial positions of the outer peripheral surface of the flange portion 4a and the inner peripheral surface of the outer peripheral core 5 are the same.
  • the magnetic element 1 according to the fourteenth embodiment shown in FIG. 15 has a configuration in which a gap G is provided in the middle of the core core 4 in the axial direction in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG.
  • the core 4 is formed between two core core divided bodies 4A and 4A.
  • An example of the magnetic element 1 according to the fifteenth embodiment shown in FIG. 16 is a configuration in which a gap G is provided in the middle of the core core 4 in the axial direction in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG. Is formed between the two core core divided bodies 4A and 4A of the core core 4.
  • the relationship of the dimension of each part differs from embodiment of FIG.
  • the magnetic element 1 according to the sixteenth embodiment shown in FIG. 17 is the same as the magnetic element 1 according to the dual-structure embodiment shown in FIG. 5 except that the outer portion 4aa of the flange portion 4a of the core core 4 has a cylindrical outer periphery.
  • the configuration extends to the inner peripheral surface of the core 5. That is, the radial positions of the outer peripheral surface of the flange portion 4a and the inner peripheral surface of the outer peripheral core 5 are the same.
  • the magnetic element 1 according to the seventeenth embodiment shown in FIG. 18 has a configuration in which a gap G is provided in the middle of the core core 4 in the axial direction in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG.
  • the core core 4 is formed between two core core divided bodies 4A and 4A.
  • the eighteenth embodiment shown in FIG. 19 has a configuration in which the flange portion 4a of the core core 4 is extended to the inner peripheral surface of the cylindrical outer core 5 in the magnetic element 1 according to the embodiment of FIG. That is, the radial positions of the outer peripheral surface of the flange portion 4a and the inner peripheral surface of the outer peripheral core 5 are the same.
  • the magnetic element 1 according to the nineteenth embodiment shown in FIG. 20 is the same as the magnetic element 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 except that the core 4 is a bar having a square cross section and the outer core 5 is The magnetic element 1 is composed of two rod-like outer peripheral cores 5B and 5B located on both sides, and is called an EE type as a whole.
  • the EE type may be used similarly to the example of FIG. 20, and the effects described in the above embodiments can be obtained.
  • the magnetic element 1 of each of the above embodiments is used as, for example, a resin-molded magnetic core component such as an inductor, a transformer, an antenna (bar antenna, etc.), a choke coil, a filter, and a sensor in an electric device or an electronic device. .
  • a resin-molded magnetic core component such as an inductor, a transformer, an antenna (bar antenna, etc.), a choke coil, a filter, and a sensor in an electric device or an electronic device.

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Abstract

外周コアに比べて比透磁率が高い芯コアを組合せたハイブリッド型でありながら、比透磁率の低い外周コアでの磁気飽和を抑制することができる磁性素子を提供する。磁性素子(1)は、コイル(3)の外周側に位置する外周コア(5)と、この外周コア(5)よりも比透磁率の高い材料からなる芯コア(6)と、コイル(3)の軸方向両端の各外側に位置して芯コア(4)と外周コア(5)とを繋ぐ両側の繋ぎコア部(6,6)とを備える。両側の繋ぎコア部(6,6)または片側の繋ぎコア部(6)の少なくとも一部が、芯コア(4)の一部として芯コア(4)から外周コア(6)に向かって延びる芯コアフランジ部(4a)からなり、繋ぎコア部(6)における芯コアフランジ部(4a)以外の部分が外周コア(5)の一部である繋ぎコア部構成部分(5a)からなる。

Description

磁性素子 関連出願
　本出願は、２０１６年３月１５日出願の特願２０１６－０５０８９６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、電気機器あるいは電子機器において、のインダクタ、トランス、アンテナ（バーアンテナ等）、チョークコイル、フィルタ、センサ等の樹脂成形磁性コア部品等として活用される磁性素子に関する。
　近年、電気機器あるいは電子機器の小型化、高周波化、大電流化が進む中で、コア部品等と呼ばれる磁性素子にも同様の対応が求められている。しかしながら、現在主流のフェライト材料では材料特性そのものが限界に来ており、新たな材料が模索されている。センダストやアモルファス箔帯等の新材料がフェライト材料に置き換えられているが、一部の分野に限定されている。磁気特性に優れたアモルファス粉末材料も登場しているが、成形性が従来の材料に比べて悪く、普及しているわけではない。
特許第４７６３６０９号公報 特開２０１５－１８５６７３号公報
　これに対して、射出成形に用いる樹脂組成物に含まれる磁性粉末を絶縁材で被覆し、圧縮成形磁性体および圧粉磁石成形体のいずれかを上記樹脂組成物中にインサート成形し、圧縮成形磁性体あるいは圧粉磁石成形体が射出成形温度よりも低い融点を持つ結着剤を含有する、所定の磁気特性を有するコア部品を射出成形により製造する方法について特許文献１に記載されている。
　また、コアとコイルからなるインダクタ等の磁性素子において、コアの内部を貫通する磁束はエネルギ効率の良い経路を通ろうとするため、磁路の隅部は直線部に比べて磁束が集中し易い。特にコイルを巻回した芯コアは最も磁束密度が高いため、外周コアにおける芯コア近傍の隅部は、芯コアから遠い隅部に比べて磁束が集中し易くなる。
　ポット形のようにフランジ部分で磁路断面積が変化する形状では、図２２に矢印ａ１で示すように磁束が流れ、コイル巻回部に近い中心付近で磁束密度が高くなる。
　また、図２１に示すような、外周コア１０５に比べて芯コア１０４の比透磁率が高いハイブリッドインダクタ（特許文献２）において、芯コア１０４の端部付近の外周コア部分１０４ａは、磁束が集中し易い上に、飽和磁束密度が低いために磁気飽和し易い。コア１０２が磁気飽和すると漏れ磁束が発生し、インダクタの効率が低下する。
　この発明の目的は、外周コアに比べて比透磁率が高い芯コアを組み合わせたハイブリッド型でありながら、比透磁率の低い外周コアでの磁気飽和を抑制することができる磁性素子を提供することである。
　この発明の一構成にかかる磁性素子は、コイルの外周側に位置する外周コアと、この外周コアよりも比透磁率の高い材料からなり前記コイルの内周側に位置する芯コアと、前記コイルの軸方向両端の各外側に位置する繋ぎコア部であって、それぞれ前記芯コアと外周コアとを繋ぐ両側の繋ぎコア部とを備え、前記両側の繋ぎコア部または前記両側の繋ぎコア部のうちいずれか片側の繋ぎコア部の少なくとも一部が、前記芯コアの一部である芯コアブランジ部であって、前記芯コアから前記外周コアに向かって延びる芯コアフランジ部からなり、前記両側の繋ぎコア部における前記芯コアのフランジ部以外の部分が、前記外周コアの一部である繋ぎコア部構成部分からなる。
　この構成によると、外周コアとこの外周コアよりも比透磁率の高い材料からなる芯コアとを有するハイブリッド型であるため、外周コアと芯コアの比透磁率の組み合わせによって、磁性素子全体の比透磁率を任意の値に調整することが容易である。その一方、ハイブリッド型であると、芯コアの端部付近の外周コア部分が磁気飽和し易いという課題がある。これに対して、上記構成によると、コイルを巻回した芯コア近傍の磁路隅部を比透磁率の高い材料に置き換えるように芯コアにフランジ部を設けている。すなわち、芯コアと外周コアとを繋ぐ繋ぎコア部における芯コア側の部分を、比透磁率の高い材料からなる芯コアの一部であるフランジ部としている。これにより、磁束の集中を緩和し、比透磁率の低い材料からなる外周コアが磁路の隅部で磁気飽和するのを抑制することができる。
　前記芯コアフランジ部の先端の断面形状が、前記軸方向の外方部分の方が内方部分に比べて前記外周コアに向かってより大きく突出した段差形状であり、前記外周コアの前記繋ぎコア部構成部分の先端が、前記芯コアフランジ部の前記段差形状に噛み合う断面形状であっても良い。この構成の場合、段差形状の部分で芯コアと外周コアとが噛み合うため、両者の軸方向の位置決めが行える。
　前記繋ぎコア部の全体または一部が、前記芯コアフランジ部と、前記軸方向においてこのフランジ部の内側に位置して前記外周コアから前記芯コアに向かって延びる外周コアフランジ部との二重構成であっても良い。このように繋ぎコア部を、芯コアフランジ部が外周コアのフランジ部の軸方向外側に位置する二重構成とした場合も、両者の軸方向の位置決めが行える。
　前記繋ぎコア部を前記段差形状または二重形状とした場合に、前記芯コアが前記軸方向の途中位置にギャップを有しても良い。前記ギャップは所望の磁気特性を得るために設けられるが、段差形状の部分で芯コアと外周コアとが噛み合う構成とした場合、芯コアにおけるギャップの両側部分が、外周コアに対してそれぞれ前記軸方向に位置決めがされる。このようにギャップの両側の芯コア部分が位置決めされるため、前記ギャップが定まり、このギャップの大きさを確保するためのスペーサを省略することができる。
　前記両側の繋ぎコア部のうちいずれか片側の繋ぎコア部が、前記芯コアの軸方向端面にギャップを介して対面する部分を有し、この部分を含む前記片側の繋ぎコア部の全体が前記外周コアの前記繋ぎコア部構成部分からなるものでも良い。この構成の場合、芯コアの一端にフランジを設け、他端に外周コアとのギャップを形成した構成となるが、これにより、芯コアが中間にギャップを形成しない一体成型である場合でも、磁性素子の内部にギャップを設けることができ、コイルへの磁束漏れを抑制することができる。
　前記芯コアにおける少なくとも一方の前記芯コアフランジ部が、前記外周コアのコイルに対向する面である内周面まで少なくとも延びていて、前記芯コアの熱伝導率が外周コアよりも高くても良い。熱伝導率の高い芯コアのフランジ部が、外周コアの内周面まで延びていると、磁性素子のコアにおける熱伝導率の高い部分が広くなる。そのため、磁性素子の冷却性能を向上させることができる。なお、コアに用いられる材料において、比透磁率の高い材料は熱伝導率も高い場合が多い。
　前記芯コアが円柱状であり、前記外周コアが円筒状であっても良い。いわゆるポット形の磁性素子であっても良い。この発明の芯コアにフランジ部を設けた構成とすることで磁気飽和を緩和でき、これによりフランジ部がない場合に比べてフランジ部の厚さを低減することができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 図１の磁性素子の平面図である。 この発明の第２の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第３の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第４の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第５の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第６の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第７の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第８の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第９の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１０の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１１の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１２の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１３の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１４の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１５の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１６の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１７の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１８の実施形態に係る磁性素子の断面図である。 この発明の第１９の実施形態に係る磁性素子のコアの斜視図である。 従来の磁性素子の断面図である。 従来の磁性素子の磁束流れの説明図である。
　この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この磁性素子１は、コア２とコイル３とでなる。前記コア２は、コイル３の外周側に位置する外周コア５と、この外周コア５よりも比透磁率の高い材料からなり前記コイル３の内周側に位置する芯コア４とでなる。コイル３の軸方向両端の各外側に、前記芯コア４と外周コア５とを繋ぐ繋ぎコア部６,６がそれぞれ形成されている。各繋ぎコア部６は、芯コア４のフランジ部４ａと、外周コアの一部であるフランジ状の繋ぎコア部構成部分５ａとからなる。フランジ部４ａは、芯コア４の円柱状部分からコイル３の半径方向に延びている。繋ぎコア部構成部分５ａは、フランジ部４ａ径方向外側に位置する。前記芯コア４は、熱伝導率についても外周コア５よりも高い材質とされている。
　この磁性素子１は、いわゆるポット形であって、芯コア４がフランジ付きの円柱状、外周コア５がフランジ付きの円筒状であり、前記フランジ部４ａおよび繋ぎコア部構成部分５ａは、いずれも軸方向から見て円形の形状を成す。芯コア４および外周コア５は、内部にコイル３を収容する作業が可能なように軸方向に並ぶ２つの芯コア分割体４Ａ，４Ａおよび外周コア分割体５Ａ，５Ａでそれぞれ構成されている。芯コア分割体４Ａ，４Ａどうしおよび外周コア分割体５Ａ，５Ａどうしはいずれも互いに接していて、各接触面Ｓ１，Ｓ２は接着剤で接着されている。前記繋ぎコア部６の前記フランジ部４ａと繋ぎコア部構成部分５ａは互いに接触し、その接触面Ｓ３は接着剤で溶接されている。
　コイル３は、図示の例では平角の導線を１重に巻回してなり、ボビンは有していない。前記コイル３は、この他に、丸線の導線からなり、ボビンに多重に巻かれたものであっても良い。ボビンは要求される絶縁特性などに応じて、平角線コイルのために用いられてもよく、丸線コイルのために用いられてもよい。コイルが自己融着線であればボビンは用いられなくてもよい。
　コア２の材質の例を説明する。芯コア４は、例えば圧縮成形法で得られるフェライト材料を用いて圧縮成形磁性体等とされる。フェライト材料は比透磁率が優れ、インダクタンス値を得やすい。外周コア５は、例えばアモルファス材料を含有する射出成形磁性材料を用いて射出成形磁性体等とされる。アモルファス材料を含有する射出成形磁性材料を用いた磁性素子は、周波数特性や重畳電流特性に優れているが、透磁率が低い。
前記芯コア４となる圧縮成形磁性体は、例えば、鉄粉、窒化鉄粉等の純鉄系軟磁性材料、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金（センダスト）粉末、スーパーセンダスト粉末、Ｎｉ－Ｆｅ合金（パーマロイ）粉末、Ｃｏ－Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系合金粉末等の鉄基合金系軟磁性材料、フェライト系磁性材料、アモルファス系磁性材料、微細結晶材料などの磁性材料を原料とできる。
　外周コア５となる射出成形磁性体は、上記圧縮成形磁性体の原料粉末に結着樹脂を配合して、この混合物を射出成形することにより得られる。射出成形がし易いこと、射出成形後の形状維持が容易であること、複合磁性体の磁気特性に優れること等から、磁性粉末はアモルファス金属粉末であることが好ましい。アモルファス金属粉末は上述した鉄合金系、コバルト合金系、ニッケル合金系、これらの混合合金系アモルファスなどを使用できる。これらアモルファス金属粉末表面に絶縁被覆が形成されている。結着樹脂としては、射出成形が可能な熱可塑性樹脂が使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンやその他の各種の樹脂が使用できる。
　この構成の磁性素子１によると、外周コア５とこの外周コア５よりも比透磁率の高い材料からなる芯コア４とを有するハイブリッド型であるため、外周コア５と芯コア４の比透磁率の組み合わせによって、磁性素子１の全体の比透磁率を種々の値に調整することが容易である。ハイブリッド型であると、一般的には、芯コア４の端部付近の外周コア部分が磁気飽和し易いという課題がある。
　しかしこの実施形態では、コイル３を巻回した芯コア４の近傍の磁路隅部を比透磁率の高い材料に置き換えるように芯コア４にフランジ部４ａを設けている。すなわち、芯コア４と外周コア５とを繋ぐ繋ぎコア部６における芯コア４側の部分を、比透磁率の高い材料からなる芯コア４の一部であるフランジ部４ａとしている。これにより、磁束の集中を緩和し、比透磁率の低い材料である外側コア５が磁気飽和するのを抑制することができる。
　また、この実施形態はポット形の磁性素子としており、ポット形磁性素子の芯コア４にフランジ部４ａを設けた構成とすることで磁気飽和を緩和でき、これによりフランジ部がない場合に比べてフランジ部の厚さを低減することができる。
　図３～図２０は、それぞれこの発明の第２～１９の実施形態を示す。これらの各実施形態においても、前記磁気飽和が緩和されるという効果が得られる。これらの各実施形態において、特に説明する事項の他は、図１，図２と共に説明した第１の実施形態と同様である。
　図３に示す第２の実施形態に係る磁性素子１は、芯コア４のフランジ部４ａを外周コア５の内周面まで延ばし、繋ぎコア部６の全体を芯コア４のフランジ部４ａで構成している。芯コア４は２つの芯コア分割対４Ａ，４Ａで構成しているが、外周コア５は分割構造とせずに全体を一体化させている。
　この構成の場合も、磁路隅部に比透磁率の高い材料を配置しており、すなわち磁路隅部を芯コア４の一部であるフランジ部４ａで構成しており、磁気飽和を回避することができる。また、この構成の場合、芯コア４のフランジ部４ａの外径を外周コア５の内径とするか、または外周コア５の内径よりも大きくしたため、コイル３の組み込み上の問題を生じることなく外周コア５を一体化し、部品点数を削減している。
　図４に示す第３の実施形態に係る磁性素子１は、芯コア４のフランジ部４ａの先端つまり外周端の断面形状が段差形状である。具体的には、フランジ部４ａは、前記軸方向の外方部分４ａａの方が内方部分４ａｂよりも大きく突出した段差形状からなる。外周コア５の繋ぎコア部構成部分５ａの先端つまり内周端は、前記芯コア４の前記フランジ部４ａの前記段差形状に噛み合う断面形状である。
　この構成の場合も、隅部に比透磁率の高い材料を配置しており、磁気飽和を回避することができる。また、この構成の場合、フランジ部４ａの先端の段差形状の部分で芯コア４と外周コア５とが噛み合うため、両者の軸方向の位置決めが精度良く行える。
　図５に示す第４の実施形態に係る磁性素子１は、芯コア４から延びるフランジ部４ａの厚みが小さく、その一方、外周コア５の繋ぎコア部構成部分５ａの先端つまり内周端は、前記軸方向の内側部分がフランジ部４ａの径方向寸法と同一寸法だけ突出した段差形状からなる。このため、繋ぎコア部６の径方向内方の部分では、フランジ部４ａと、軸方向においてこのフランジ部４ａの内側に位置して外周コアから延びるフランジ部５ａｂとの二重となっている。
　この構成の場合も、隅部に比透磁率の高い材料を配置しており、磁気飽和を回避することができる。また、この構成の場合、繋ぎコア部６が芯コア４のフランジ部４ａと外周コア５のフランジ部５ａｂとの二重となっていて、この二重化による段差形状の部分で噛み合うため、両者の軸方向の位置決めが精度良く行える。
　図６に示す第５の実施形態に係る磁性素子１は、図４の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４が、前記軸方向の途中位置にギッャプＧを有する構成とされている。このギャップＧは、芯コア４の二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの間に形成されている。
　前記ギッャプＧが磁性素子１の内部に設けられることで、外部への磁束漏れが抑制され、またギッャプＧによって磁性素子１の磁気特性を調整できる。ギッャプＧを磁性素子１の内部に設ける場合、従来はギッャプＧとなる箇所にスペーサ（図示せず）が配置される。しかし、この実施形態では、図４の例で説明したように二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの相互の位置決めが前記段差形状によって得られる。そのため、スペーサを設けることなく、前記ギッャプＧを形成することができる。
　図７に示す第６の実施形態に係る磁性素子１は、図５の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４が、前記軸方向の途中位置にギッャプＧを有する構成とされている。このギャップＧは、芯コア４の二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの間に形成されている。
　この実施形態の場合、図５の例で説明したように二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの相互の位置決めが、繋ぎコア部６を二重としたことによる段差形状によって得られ、そのため、図６の例と同様に、スペーサを設けることなく、前記ギッャプＧを形成することができる。
　図８に示す第７の実施形態に係る磁性素子１は、図１の実施形態に係る磁性素子１において、両側の繋ぎコア部６，６のうち、第１の片側（図８の紙面上側）の繋ぎコア部６が、前記芯コア４の端面にギャップＧを介して対面する部分６ａを有する形状であり、この第１の片側の繋ぎコア部６の全体が前記外周コア５の前記繋ぎコア部構成部分５ａからなる。芯コア４は全体が一体とされている。
　この例は、芯コア４を一体化した場合のギャップＧのスペーサを省略した磁性素子１である。芯コア４の一端（前記第１の片側と反対の第２の片側）にはフランジ部４ａを設け、隅部における磁束の集中を緩和する。このフランジ部４ａを取付側とすることで、熱伝導率の良い芯コア４の設置面積を増やし、ストレート形状の芯コア（図示せず）に比べて冷却性を向上させている。芯コア４の他端（前記第１の片側）に外周コア５とのギャップＧを設けることでインダクタ等となる磁性素子１の内部にギャップＧを設けることができるため、コイル３への磁束漏れを抑制できる。ギャップＧの付近では磁束の集中は発生しないため、ギャップＧの付近の隅部は磁気飽和しない。
　図８の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４にフランジ部４ａを設ける側（第２の側）の繋ぎコア部６は、図４の例で説明したようにフランジ部４ａの先端を段差形状としても良く（図９に示す第８の実施形態に係る磁性素子１）、また図５の例で説明したように芯コア４のフランジ部４ａと外周コア５のフランジ部５ｂとが二重となった構成であっても良い（図１０に示す第９の実施形態に係る磁性素子１）。
　図１１に示す第１０の実施形態に係る磁性素子１は、図８に示す実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａの先端を外周コア５の内周面まで延ばした例である。すなわち、フランジ部４ａの外周面と外周コア５の内周面との径方向位置が同一である。外周コア５は全体が一体である。
　図１２に示す第１１の実施形態に係る磁性素子１は、図９に示す実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａにおける内方部分４ａｂを、外周コア５の内周側面まで延ばした例である。すなわち、フランジ部４ａの内方部分４ａｂの外周面と外周コア５の内周面との径方向位置が同一である。
　図１３に示す第１２の実施形態に係る磁性素子１は、図１２に示す実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａおける外方部分４ａａを外周コア５の外周面まで延ばし、外周コア５の軸方向端面をフランジ部４ａで覆っている。
　これら図１１～図１３の例によると、いずれも、芯コア４のフランジ部４ａを外周コア５の円筒状部分の内径まで拡大させているため、コイル３の組み込み上の問題を生じることなく外周コア５を一体の部品とできて、部品点数を削減することができる。また図８～図１０の例に比べて、熱伝導率の高い芯コア４のフランジ部４ａの面積が大きいため、冷却性の向上が見込める。
　図１４～図１９にそれぞれ示す第１３～第１８の実施形態に係る磁性素子１では、コイル３の図示が簡略化されているが、コイル３は図１～図１３の例と同様に、平角の導線を一重に巻回したものである。コイル３は、これらの例においても、丸線を多重に巻回したものであっても良い。
　図１４に示す第１３の実施形態に係る磁性素子１は、図４の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａを筒状の外周コア５の内周面まで延ばした構成である。すなわち、フランジ部４ａの外周面と外周コア５の内周面との径方向位置が同一である。
　図１５に示す第１４の実施形態に係る磁性素子１は、図１４の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４の軸方向の途中にギャップＧ設けた構成であり、ギャップＧは、芯コア４の二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの間に形成されている。
　図１６に示す第１５の実施形態に係る磁性素子１の例は、図１の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４の軸方向の途中にギャップＧを設けた構成であり、ギャップＧは、芯コア４の二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの間に形成されている。ただし、図１の実施形態とは、各部の寸法の関係は異なっている。
　図１７に示す第１６の実施形態に係る磁性素子１は、図５の二重構成の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａにおける外方部分４ａａを、円筒状の外周コア５の内周面まで延ばした構成である。すなわち、フランジ部４ａの外周面と外周コア５の内周面との径方向位置が同一である。
　図１８に示す第１７の実施形態態に係る磁性素子１は、図１７の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４の軸方向の途中にギャップＧを設けた構成であり、ギャップＧは、芯コア４の二つの芯コア分割体４Ａ，４Ａの間に形成されている。
　図１９に示す第１８の実施形態は、図１０の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４のフランジ部４ａを円筒状の外周コア５の内周面まで延ばした構成である。すなわち、フランジ部４ａの外周面と外周コア５の内周面との径方向位置が同一である。
　図２０に示す第１９の実施形態態に係る磁性素子１は、図１の実施形態に係る磁性素子１において、芯コア４を四角形の断面の棒状とし、かつ外周コア５を、芯コア４の両側に位置する２本の棒状の外周コア分割体５Ｂ，５Ｂで構成し、全体としてＥＥ形と呼ばれる磁性素子１とした構成である。
　このようにＥＥ形とした場合も、芯コア４にフランジ部４ａを設けることで、比透磁率の低い磁性材料で生じる磁気飽和を抑制することができる。
　なお、図３～図１９の各実施形態においても、図２０の例と同様にＥＥ形としても良く、前記各実施形態で説明した各効果が得られる。
　また、前記各実施形態の磁性素子１は、電気機器あるいは電子機器において、例えば、インダクタ、トランス、アンテナ（バーアンテナ等）、チョークコイル、フィルタ、センサ等の樹脂成形磁性コア部品等として活用される。
　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…磁性素子
３…コイル
４…芯コア
４ａ…芯コアフランジ部
５…外周コア
５ａ…繋ぎコア部構成部分
６…繋ぎコア部

Claims (7)

  1. 　コイルの外周側に位置する外周コアと、
    　この外周コアよりも比透磁率の高い材料からなり前記コイルの内周側に位置する芯コアと、
    　前記コイルの軸方向両端の各外側に位置する繋ぎコア部であって、それぞれ前記芯コアと外周コアとを繋ぐ両側の繋ぎコア部とを備え、
    　前記両側の繋ぎコア部または前記両側の繋ぎコア部のうちいずれか片側の繋ぎコア部の少なくとも一部が、前記芯コアの一部である芯コアブランジ部であって、前記芯コアから前記外周コアに向かって延びる芯コアフランジ部からなり、前記両側の繋ぎコア部における前記芯コアフランジ部以外の部分が、前記外周コアの一部である繋ぎコア部構成部分からなる磁性素子。
  2. 　請求項１に記載の磁性素子において、前記芯コアフランジ部の先端の断面形状が、前記軸方向の外方部分の方が内方部分に比べて前記外周コアに向かってより大きく突出した段差形状であり、前記外周コアの前記繋ぎコア部構成部分の先端が、前記芯コアフランジ部の前記段差形状に噛み合う断面形状である磁性素子。
  3. 　請求項１に記載の磁性素子において、前記繋ぎコア部の全体または一部が、前記芯コアフランジ部と、前記軸方向においてこのフランジ部の内側に位置して前記外周コアから前記芯コアに向かって延びる外周コアフランジ部との二重構成である磁性素子。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の磁性素子において、前記芯コアが前記軸方向の途中位置にギャップを有する磁性素子。
  5. 　請求項２または請求項３に記載の磁性素子において、前記両側の繋ぎコア部のうちいずれか片側の繋ぎコア部が、前記芯コアの軸方向端面にギャップを介して対面する部分を有し、この部分を含む前記片側の繋ぎコア部の全体が前記外周コアの前記繋ぎコア部構成部分からなる磁性素子。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の磁性素子において、前記芯コアにおける少なくとも一方の前記芯コアフランジ部が、前記外周コアのコイルに対向する面である内周面まで少なくとも延びていて、前記芯コアの熱伝導率が外周コアよりも高い磁性素子。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁性素子において、前記芯コアが円柱状であり、前記外周コアが円筒状である磁性素子。
     
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