JP2018181979A - コイル部品用コア、及び、コイル部品 - Google Patents
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Abstract
Description
ところで、リアクター等のインダクタでは、近年はハイパワーが要求されるようになっており、大電流化に伴い高い直流重畳特性が重視されている。
また、高電流対応のために、コアに磁気ギャップを設けることで直流重畳特性を向上させる技術がある。
前記磁気ギャップに配置されたギャップコアと、
を備え、
前記磁気ギャップの全体空間における比透磁率の平均値が、前記コア本体の比透磁率よりも低く、
前記ギャップコアは、前記平均値よりも比透磁率が高い第1部分を有し、
前記第1部分が、前記磁気ギャップの周縁部の少なくとも一部分に配置されているコイル部品用コアが提供される。
先ず、図1(a)から図4を用いて第1実施形態を説明する。
図1(a)及び図1(b)のいずれかに示すように、本実施形態に係るコイル部品用コア30は、磁気ギャップ15を有する環状のコア本体10と、磁気ギャップ15に配置されたギャップコア20と、を備えている。
そして、磁気ギャップ15の全体空間における比透磁率の平均値が、コア本体10の比透磁率よりも低い。
ギャップコア20は、上記平均値よりも比透磁率が高い第1部分21を有する。第1部分21が、磁気ギャップ15の周縁部の少なくとも一部分に配置されている。また、ギャップコア20は閉じた形状を有することが好ましい。
コア本体10及びギャップコア20は、それぞれ磁性体により構成されている。
例えば、ギャップコア20が磁気ギャップ15の全体空間の半分の領域を占めており、磁気ギャップ15に配置されているギャップコア20の比透磁率が10であるならば、磁気ギャップ15の全体空間における比透磁率の平均値は、10/2=5となる。
第1部材11の一端側の端面である対向面16と、第2部材12の一端側の端面である対向面17とが、互いに対向して配置されるとともに、第1部材11の他端側の端面である対向面13と、第2部材12の他端側の端面である対向面14とが、互いに対向して配置されている。
対向面16と対向面17とは、互いに当接又は近接して配置されている。
また、対向面13と対向面14とは、互いに離間して配置されている。
対向面13と対向面14との対向間隔が磁気ギャップ15を構成している。
なお、磁気ギャップ15の数に関しては、特に制限はなく、例えば、1つでも良いし、2つ以上でも良い。また、これらの磁気ギャップ15に嵌められたギャップコア20の数に関する制限もない。
対向面13と対向面14とは、例えば互いに同一形状であり、互いに平行に対向している。また、対向面13及び対向面14の法線方向に視たときに、対向面13の外形線と対向面14との外形線とが互いに一致している。
ただし、本発明は、この例に限らず、コア本体10の断面形状は、例えば、円形状、楕円形状、矩形以外の多角形状などであってもよい。
ギャップコア20は、例えば、対向面13及び対向面14の少なくとも一方に対して接着等により固定されていても良いし、対向面13と対向面14とにより挟持されていても良い。
ここで、上記のように、第1部分21は、磁気ギャップ15の周縁部の少なくとも一部分に配置されている。
磁気ギャップ15の周縁部とは、対向面13及び対向面14の法線方向に視たときの対向面13の周縁部と対向面14の周縁部との対向間隔の領域である。
同様に、例えば、対向面14の周縁部とは、対向面14の法線方向に視たときの対向面14の中心C2(不図示)から対向面14の外周までの距離を3L2(不図示)とすると、中心C2からの距離が2L2以上の領域とすることができる。なお、本実施形態のように対向面14が非円形の場合、距離L2は、中心C2を基準とした向きに応じて変化する変数である。
そして、第1部分21の少なくとも一部分が、対向面13の周縁部と対向面14の周縁部との対向間隔の領域に配置されている。
磁気ギャップ15の中央部とは、対向面13及び対向面14の法線方向に視たときの対向面13の中央部と対向面14の中央部との対向間隔の領域である。
より詳細には、例えば、対向面13の中央部とは、対向面13の中心C1からの距離がL1以下の領域とすることができる。
同様に、例えば、対向面14の中央部とは、対向面14の中心C2からの距離がL2以下の領域とすることができる。
より詳細には、第1部分21は、例えば、矩形枠状に形成されている。
そして、図1(a)及び図1(b)に示すように、ギャップコア20の第1部分21が、磁気ギャップ15の周縁部に沿って配置されている。
ここで、ギャップコア20の第1部分21が磁気ギャップ15の周縁部に沿って配置されているとは、例えば、第1部分21の環状の全周に亘り、当該第1部分21の少なくとも一部分が磁気ギャップ15の周縁部に位置すること、とすることができる。
すなわち、第1部分21は、磁気ギャップ15を介して互いに対向しているコア本体10の一対の対向面13、14の各々に対し、各対向面13、14の周縁部に沿って周回状に当接している。
つまり、本実施形態の場合、第1部分21は、磁気ギャップ15の全体空間の外周面と面一に配置されている。
ただし、本発明は、この例に限らず、第1部分21は、磁気ギャップ15の全体空間の外周面からはみ出していても良い。
ただし、磁気ギャップ15の全体空間における比透磁率の平均値が、コア本体10の比透磁率よりも低いという条件を満たす限りにおいて、第1部分21の比透磁率はコア本体10の比透磁率と同じであってもよいし、コア本体10の比透磁率よりも高くても良い。
コイル部品100は、例えば、インダクタである。
なお、第2区間32は、磁気ギャップ15と、ギャップコア20と、を含んで構成されている。
第1コイル51及び第2コイル52の各々は、ワイヤを螺旋状に巻回することにより構成されている。
第1コイル51と第2コイル52とは、例えば、相互に直列に接続されている。
なお、第2コイル52は、例えば、磁気ギャップ15の周囲(従ってギャップコア20の周囲)に巻回されていることが好ましい。
そして、磁気ギャップ15に配置されたギャップコア20は、磁気ギャップ15の全体空間における比透磁率の平均値よりも比透磁率が高い第1部分21を有し、第1部分21が、磁気ギャップ15の周縁部の少なくとも一部分に配置されている。これにより、磁束が優先的に第1部分21を通過するようにできるため、磁気ギャップ15からの漏洩磁束を抑制できる。よって、コイル50を構成するワイヤにおける渦電流損失を抑制できる。これにより、交流抵抗(Rs)を低減できるため、コイル部品100のロス(電力損失)を大幅に抑制することができる。
また、磁性体であるギャップコア20(第1部分21)が磁気ギャップ15に配置されていることにより、磁気ギャップ15にギャップコア20が配置されていない場合と比べて、コイル部品用コア30の実効比透磁率が向上する。これにより、コイル部品100のコイル50の巻回数を低減することができるため、銅損を低減することができる。よって、コイル部品100の直列抵抗(DCR)を低減することができる。
次に、図5(a)から図6(c)を用いて第2実施形態を説明する。
本実施形態に係るコイル部品用コア30は、以下に説明する点で、上記の第1実施形態に係るコイル部品用コア30と相違しており、その他の点では、上記の第1実施形態に係るコイル部品用コア30と同様に構成されている。
第2部分22は、磁性体により構成されている。
実施例1から実施例5としては、図1(a)及び図1(b)に示す構成のコイル部品用コア30を用いた。
実施例6から実施例10としては、図5(a)及び図5(b)に示す構成のコイル部品用コア30を用いた。なお、実施例6から実施例10においては、第1部分21に囲まれた領域に、なるべく第1部分21の内周面との間に空隙が存在しないように、第2部分22を挿入(充填)した。
比較例及び各実施例において、図2(a)及び(b)に示す各部の寸法(寸法D1、D2、D3、D4、D5)は、図7に示す寸法とした。
以下の説明では、各構成要素の符号を省略する。
実施例1から実施例10において、ギャップコアの第1部分の寸法(図3(a)及び図6(a)に示す寸法gと、図3(b)及び図6(b)に示す寸法w)は、図8及び図10に示す寸法とした。
なお、比較例において、磁気ギャップを挟む一対の対向面の対向間隔は、図8及び図10に示すように11mmとした。
実施例1から実施例10の第1部分は、いずれもMicrometals社製のコア材を用いて作製した。各実施例の第1部分の材料の種類と、その比透磁率(μ値)を図8及び図10に示す。
また、実施例6から実施例10については、ギャップコアの第2部分を構成する材料を図10に示す。各実施例6〜10の第2部分の材料の種類と、その比透磁率(μ値)を図10に示す。
図8又は図10において、材料1はMicrometals社製のコア材の材料のmix2であり、材料2は同社製のコア材の材料のmix1であり、材料3は同社製のコア材の材料のmix10であり、材料4は同社製のコア材の材料のmix14であり、材料5は同社製のコア材の材料のMix17である。
また、実施例6〜8の第2部分の材料6は、カルボニル鉄粉とエポキシ樹脂(質量比で80:20)を混合及び混練してシート状の形状に成形した後に、150度で硬化させて作製した。
図8に示すように、実施例1〜5のいずれにおいても、直流重畳特性については比較例と同等以上であり、Rs値とロスについて、比較例よりも優れた特性が得られた。
また、比較例と各実施例6〜10の直流重畳特性と、Rs値及びロスを図10に示す。すなわち、30kHzでのL値及びRs値と、20Aの直流電圧を印加したときのロスを示す。
図10に示すように、実施例6〜10のいずれにおいても、直流重畳特性については比較例と同等以上であり、Rs値とロスについて、比較例よりも優れた特性が得られた。
実施例1〜5では、ロスを25%〜35%程度低減でき、実施例6〜10では、ロスを35%〜50%程度低減できた。
実施例1〜10においてこのように優れた特性が得られた理由は、磁気ギャップにギャップコアの第1部分を配置したことにより漏洩磁束を抑制でき、その結果として、ワイヤでの渦電流損失を抑制できて、Rsを低減できたとともに、ワイヤの巻回数を減少できたことにより銅損を低減できたことによる。
また、実施例6〜10の代表例として、実施例6について、印加電流とインダクタンスとの関係を図11に示す。実施例6でも、図11に示すように、印加電流の大きさにかかわらず、比較例と同等の直流重畳特性が得られた。また、図示は省略するが、他の実施例7〜10についても、印加電流の大きさにかかわらず、比較例と同等の直流重畳特性が得られた。
このように、実施例1〜10では、比較例と同等の直流重畳特性を確保しつつ、漏洩磁束を低減させて渦電流損失を低減させることができた。
特に、実施例6〜10では、漏洩磁束を低減させて渦電流損失を低減させる効果に関し、実施例1〜5よりも、優れた傾向が見られた。
(1)磁気ギャップを有する環状のコア本体と、
前記磁気ギャップに配置されたギャップコアと、
を備え、
前記磁気ギャップの全体空間における比透磁率の平均値が、前記コア本体の比透磁率よりも低く、
前記ギャップコアは、前記平均値よりも比透磁率が高い第1部分を有し、
前記第1部分が、前記磁気ギャップの周縁部の少なくとも一部分に配置されているコイル部品用コア。
(2)前記第1部分は、前記磁気ギャップの前記周縁部に沿った環状に形成されている(1)に記載のコイル部品用コア。
(3)前記第1部分は、前記磁気ギャップを介して互いに対向している前記コア本体の一対の対向面の各々に対し、各対向面の周縁部に沿って周回状に当接している(2)に記載のコイル部品用コア。
(4)前記ギャップコアは、環状の前記第1部分に囲まれた領域に配置された第2部分を有し、
前記第2部分の比透磁率が前記第1部分の比透磁率よりも低い(2)又は(3)に記載のコイル部品用コア。
(5)前記第2部分は、前記第1部分に囲まれた領域に充填されている(4)に記載のコイル部品用コア。
(6)前記第1部分は、前記磁気ギャップの前記全体空間の外周面と面一に配置されているか、又は、前記磁気ギャップの前記全体空間の外周面からはみ出している(1)から(5)のいずれか一項に記載のコイル部品用コア。
(7)前記第1部分の比透磁率が前記コア本体の比透磁率よりも低い(1)から(6)のいずれか一項に記載のコイル部品用コア。
(8)(1)から(7)のいずれか一項に記載のコイル部品用コアと、前記コイル部品用コアに巻回されたコイルと、を備えるコイル部品。
11 第1部材
12 第2部材
13 対向面
14 対向面
15 磁気ギャップ
16 対向面
17 対向面
20 ギャップコア
21 第1部分
22 第2部分
30 コイル部品用コア
31 第1区間
32 第2区間
33 第3区間
34 第4区間
50 コイル
51 第1コイル
52 第2コイル
100 コイル部品
Claims (8)
- 磁気ギャップを有する環状のコア本体と、
前記磁気ギャップに配置されたギャップコアと、
を備え、
前記磁気ギャップの全体空間における比透磁率の平均値が、前記コア本体の比透磁率よりも低く、
前記ギャップコアは、前記平均値よりも比透磁率が高い第1部分を有し、
前記第1部分が、前記磁気ギャップの周縁部の少なくとも一部分に配置されているコイル部品用コア。 - 前記第1部分は、前記磁気ギャップの前記周縁部に沿った環状に形成されている請求項1に記載のコイル部品用コア。
- 前記第1部分は、前記磁気ギャップを介して互いに対向している前記コア本体の一対の対向面の各々に対し、各対向面の周縁部に沿って周回状に当接している請求項2に記載のコイル部品用コア。
- 前記ギャップコアは、環状の前記第1部分に囲まれた領域に配置された第2部分を有し、
前記第2部分の比透磁率が前記第1部分の比透磁率よりも低い請求項2又は3に記載のコイル部品用コア。 - 前記第2部分は、前記第1部分に囲まれた領域に充填されている請求項4に記載のコイル部品用コア。
- 前記第1部分は、前記磁気ギャップの前記全体空間の外周面と面一に配置されているか、又は、前記磁気ギャップの前記全体空間の外周面からはみ出している請求項1から5のいずれか一項に記載のコイル部品用コア。
- 前記第1部分の比透磁率が前記コア本体の比透磁率よりも低い請求項1から6のいずれか一項に記載のコイル部品用コア。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載のコイル部品用コアと、前記コイル部品用コアに巻回されたコイルと、を備えるコイル部品。
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