インダクタ
【課題】 ＤＣ−ＤＣコンバータに使用されるインダクタの電源効率の低下を防止するとともに、供給可能な電流を維持しつつ、さらなる小型化、低背化を実現する。
【解決手段】 巻き回されるコイルの代わりに、インダクタコア１１の各脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体１４を２本以上設け、そこに電流を流す構成とする。前記導体１４は巻き回されたコイルに比べて全長が短いため、回路内における直流抵抗を小さくすることが可能である。また前記インダクタコア１１の中に、磁気バイアスの効果をもたらす永久磁石１５を形成する構成とすることで、磁気バイアスによるインダクタコア１１の飽和磁束密度の向上を実現し、インダクタの小型化、低背化を図る。
【解決手段】 巻き回されるコイルの代わりに、インダクタコア１１の各脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体１４を２本以上設け、そこに電流を流す構成とする。前記導体１４は巻き回されたコイルに比べて全長が短いため、回路内における直流抵抗を小さくすることが可能である。また前記インダクタコア１１の中に、磁気バイアスの効果をもたらす永久磁石１５を形成する構成とすることで、磁気バイアスによるインダクタコア１１の飽和磁束密度の向上を実現し、インダクタの小型化、低背化を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として電子機器の電源回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータに使用される、小型低背のインダクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイル部品を使用して構成されるＤＣ−ＤＣコンバータは、小型でありながら２０Ａ、３０Ａといった大電流を供給することができることから、各種情報機器におけるＣＰＵ（中央演算処理装置）の駆動用電源などとして、プリント基板上に実装して使用する需要が高まっている。
【０００３】
ＣＰＵを初めとするＬＳＩ（大規模集積回路）は、近年、消費電力の低減を目的にその駆動電圧を下げる傾向にある。駆動電圧の低下に伴い、駆動に必要な所要電流が増加して数十Ａに達するようになり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子からＣＰＵ、ＬＳＩの電源端子までの区間における電圧降下が問題視されるようになった。この問題を解決するために、ＤＣ−ＤＣコンバータは、できる限りＣＰＵやＬＳＩの直近に設置されるようになっている。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する各部品は、ユーザ側のレイアウトの関係から小型で低背のものが求められている。
【０００４】
一般にプリント基板に実装されるＤＣ−ＤＣコンバータは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とインダクタから構成されるが、この中ではインダクタが大きな容積を占めており、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化、低背化のためにはインダクタの容積の減少が必要である。このインダクタの容積の減少を回路構成により実現する手段としては、マルチフェーズ方式を採用したＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。一般にプリント基板上に実装されるＤＣ−ＤＣコンバータは１つのＦＥＴと１つのインダクタとにより構成されるが、この構成にて大きな電流を賄うためにはインダクタを著しく大型化する必要がある。マルチフェーズ方式は回路構成を２系統に分け、インダクタも２つ使用することで各インダクタを小型化する方法である。
【０００５】
以下、マルチフェーズ方式について、出力３０Ａの２フェーズのＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合を例に説明する。２フェーズのＤＣ−ＤＣコンバータは入力された電流をまず２つに分流させ、１５Ａの出力容量をもつＦＥＴとインダクタにて構成される、２系統の回路によって各々電力変換を行い、変換された電流を合成し、１系統の平滑コンデンサ部に入力することで直流の出力を得る構成となっている。ここで各々のＦＥＴにおけるＯＮとＯＦＦのタイミングは互いに半周期ずらして行われるため、それらを合成することにより、平滑コンデンサにはスイッチング周波数の２倍の周波数の三角波が入力されることとなる。
【０００６】
マルチフェーズ方式ではＦＥＴ、インダクタ、平滑コンデンサに掛かる負担を各々低減させることができるが、平滑コンデンサ以外の部品点数が倍増することになるために実装面積が増大し、また製造コストも増大するという問題がある。この問題点を解決すべく提案された、カップリングインダクタを用いる新たな回路方式のＤＣ−ＤＣコンバータが、非特許文献１に開示されている。ここで開示されているカップリングインダクタとは、例えば前記２フェーズ方式の回路においては２つ必要となるインダクタの機能を、１つのインダクタコアとそこに巻き回される２つのコイルにより実現したものである。この機能は、インダクタコアの中脚部と外脚部のエアギャップ量を変化させることにより、２つのコイルの相互インダクタンスとリーケージインダクタンスの大きさを各々調整することで実現している。以下、図５をもとにこの方式におけるインダクタの構成を説明する。
【０００７】
図５において、カップリングインダクタ５１はＥ型コア５２およびＩ型コア５３から構成され、２ヶ所の外脚部にはそれぞれコイル５４，５５が設けられている。また２ヶ所の外脚部にはギャップ５６，５７がそれぞれ形成されているほか、中脚部にもギャップ５８が形成されている。コイル５４によってカップリングインダクタ５１には２種類の磁束φa，φcが形成され、同様にコイル５５によって磁束φb，φdが形成される。ここでギャップ５６，５７とギャップ５８の各ギャップ長を各々変えることで、コイル５４，５５間での結合係数を調整する。これにより、コイル５４への電流印加時に、コイル５４を出発して中脚部を経由して戻る磁束φaと、同じくコイル５４を出発してコイル５５に達し、そこに励磁電流を誘導するφcとの磁束量の割合を調整することができる。コイル５５への電流印加時にも同様に、磁束φbと、コイル５４に達してそこに励磁電流を誘導するφdとの磁束量の割合を調整することができるため、コイル５４，５５における励磁電流をそれぞれ制御することができる。
【０００８】
一方、インダクタの容積の減少をインダクタコアの構成によって実現する手段として、特許文献１に開示されている磁気バイアスを用いる方法が知られている。この方法は、インダクタコアにギャップを設けてそこに永久磁石を設置することにより、巻き回されるコイルが形成する磁束とは逆向きの磁束を、インダクタコア内に予め形成しておく方法である。これによってインダクタコアの飽和磁束密度を実質的に増大させることができるため、コイルに流すことのできる電流の上限が増加する。従って電気特性が同一のＤＣ−ＤＣコンバータであれば、構成するインダクタの容積を減少させて小型化、低背化を実現することができる。以下、図６をもとに磁気バイアス方式におけるインダクタの構成を説明する。
【０００９】
図６において、インダクタ６１は同形状の２つのＥ型コア６２，６３およびコイル６４により構成されており、コイル６４は中脚部を巻き回して設けられている。中脚部にはギャップが設けられ、その中に前記ギャップと同形状の永久磁石６５が設置されている。インダクタ６１内において、永久磁石６５が形成する磁束は、コイル６４によって生じる磁束と互いに向きが逆になるよう設定されている。そのため、インダクタ６１が磁気飽和しない範囲でコイル６４により生じさせることのできる磁束は、永久磁石６５が存在しない場合に比べて、同磁石によって相殺される磁束に相当する本数だけ大きくなる。
【００１０】
【非特許文献１】Pit-Leong Wong, Peng Xu, Bo Yang, and Fred C. Lee, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.16 NO.4, P.499-507, 2001, Performance Improvements of Interleaving VRMs with Coupling Inductors
【特許文献１】特開２００２−１６４２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記非特許文献１に開示されているインダクタには次のような欠点がある。即ち、コイルを外脚部に巻き回した構成としているために、コイルにおける直流抵抗が大きくなり、結果としてＤＣ−ＤＣコンバータの電源効率の低下を招いてしまう。さらに２つのコイルをインダクタコアにそれぞれ巻き回す構造であるので、それに伴ってインダクタの外形寸法が大きくなり、結果としてＤＣ−ＤＣコンバータの実装面積が増大することとなる。
【００１２】
また前記特許文献１に開示されている、インダクタの磁気回路中に永久磁石を設けた磁気バイアスの構成についてはとくに問題点は見出されていないが、ＤＣ−ＤＣコンバータに関する小型化、低背化のさらなる要求に対応するためには、磁気バイアスの技術を単独に用いるだけではなく、他の小型化に関する技術と組み合わせることにより、より大きな効果を得ることができないか検討する余地が残されている。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用されるインダクタに関し、マルチフェーズ方式を用いる場合における上記課題を解決し、電源効率の低下を招くことがなく、また供給可能な電流を維持したままでさらなる小型化、低背化を達成可能なインダクタの構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明において、Ｅ型コアどうし、もしくはＥ型コアとＩ型コアとを組み合わせて形成されるインダクタコアに巻き回されるコイルに代えて、前記インダクタコアの各脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体を２本以上設け、そこに電流を流す構成とする。前記導体は巻き回されたコイルに比べて全長が短いことから、回路内に生じる直流抵抗を小さくすることが可能である。また前記インダクタコアの中に磁気バイアスの効果をもたらす永久磁石を設けることで、磁気バイアスによる飽和磁束密度の向上と、それに伴うインダクタコアの小型化、低背化を図ることができる。
【００１５】
また前記非特許文献１に記載された、カップリングインダクタの技術を利用するために、インダクタコアを構成する各脚部のうち少なくとも１ヶ所にエアギャップを設け、インダクタコアを貫通する各導体における、相互インダクタンスとリーケージインダクタンスとを最適化するよう調整することが可能な構成とする。
【００１６】
さらに前記特許文献１に記載された、永久磁石による磁気バイアスの効果を用いて、インダクタコアの各所における飽和磁束密度を実質的に増大させる従来技術を適用し、インダクタコアを構成する各脚部のうち少なくとも１ヶ所にギャップを設けて、そこに永久磁石を配置する。これにより前記導体によってインダクタコアに生じる起磁力と対向する向きに、この永久磁石による磁束を生じさせることができ、これによりインダクタコアの飽和磁束密度の実質的な増大を図り、結果的にインダクタの小型化、低背化を図ることができる構成とする。
【００１７】
即ち、本発明は、３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する略同形状の２つの磁性体コアを、互いに前記脚部を対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、前記各脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタである。
【００１８】
また、本発明は、３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する磁性体コアの前記脚部を、板状の磁性体コアに対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、前記脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタである。
【００１９】
さらに、本発明は、前記ギャップの中に、前記永久磁石が配置されていないエアギャップを少なくとも１以上有することを特徴とするインダクタである。
【００２０】
さらに、本発明は、前記永久磁石が配置された前記ギャップの中に、配置された永久磁石の厚さよりも大きな間隔を有するギャップを少なくとも１以上有することを特徴とするインダクタである。
【００２１】
さらに、本発明は、固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下である希土類磁石粉末が、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの中の少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と、融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層から選択される被覆層によって被覆され、前記被覆された希土類磁石粉末において、前記被覆層は体積比において０．１％ないし１０％を占めており、前記被覆された希土類磁石粉末が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された、少なくとも１種類の樹脂からなるバインダに分散されることで、前記永久磁石が形成されており、前記永久磁石において、前記バインダは体積比において３０％以上を占めており、前記永久磁石の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることを特徴とするインダクタである。
【００２２】
さらに、本発明は、前記永久磁石、もしくは前記永久磁石粉末の着磁磁場が２．５Ｔ以上であることを特徴とするインダクタである。
【００２３】
さらに、本発明は、前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有し、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末を配向してなり、前記配向の向きを前記永久磁石の厚さ方向としたことを特徴とするインダクタである。
【００２４】
さらに、本発明は、前記希土類磁石粉末の組成がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5の範囲であることを特徴とするインダクタである。
【００２５】
さらに、本発明は、前記インダクタコアの少なくとも底面を含む周囲に樹脂によるモールドが形成されていることを特徴とするインダクタである。
【００２６】
さらに、本発明は、前記各導体の端部を直接に実装端子としたことを特徴とするインダクタである。
【００２７】
さらに、本発明は、前記各導体の端部を下方に折り曲げて端子となし、前記インダクタコアの底面の直下に実装端子を形成したことを特徴とするインダクタである。
【発明の効果】
【００２８】
ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成においては、カップリングインダクタを１つ用いて、その各脚部にギャップを設け、そのギャップ長を調整する技術が従来より開示されている。本発明によれば、この場合にインダクタの脚部に設けられているギャップに、さらに永久磁石を設置して磁気バイアスを構成し、インダクタコアに逆向きの磁束を生じさせる。それとともに、インダクタコアに巻き回されるコイルに代えて、前記インダクタコアの脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体を２本以上設けて、そこに電流を流す構成とする。これによってインダクタの飽和磁束密度を実質的に増大させることができ、小型化、低背化を図ることが可能になる。さらに、回路内の直流抵抗を小さくすることができるため、同時にＤＣ−ＤＣコンバータとしての電源効率の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明によるインダクタは、電流が通電される導体をインダクタコアに巻き回すことなく、構成されたインダクタコアを貫通させる形状のため、インダクタ内を流れる電流の経路の全長が短く、そのため極めて低い直流抵抗を実現することができる。この結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける従来の電源効率の低下を改善することができ、とくに高負荷の大電流領域において大きな改善の効果を得ることができる。
【００３０】
また、インダクタコア内の少なくとも１ヶ所に永久磁石を挿入することにより、導体に流れる電流によって生じる励起磁界と、永久磁石によって生じる磁界の向きが互いに逆特性となるよう構成する。飽和電流Ｉsatと飽和磁束密度Ｂsat、ターン数ｎ、コア断面積Ａe、インダクタンスＬの間の関係は、式（１）によって表すことができる。
【００３１】
Ｉsat＝Ｂsat×ｎ×Ａe／Ｌ ・・・・・・・・（１）
【００３２】
式（１）において、挿入した永久磁石によって飽和磁束密度Ｂsatが増大すると、処理することのできる電流の最大値である、飽和電流Ｉsatを増加させることができるので、ＤＣ−ＤＣコンバータの処理電力量を増やすことが可能となる。また飽和電流Ｉsat、すなわち処理電力量を据え置く場合にはインダクタンスＬを高めることができ、それによって電流リップルを低減させることも可能となる。また処理電力量を据え置く場合は、コア断面積Ａeを低減させ、インダクタの小型化を図ることも可能である。
【００３３】
更に、インダクタコアの周囲を絶縁樹脂によりモールドすることにより、例えばＭｎ−Ｚｎフェライトコアのように、絶縁抵抗が低いインダクタコアにおいても、導体を折り曲げてコアの直下に端子を形成することが可能となり、結果として形状の面でもインダクタの小型化に寄与することとなる。
【００３４】
本発明の実施の形態に係るインダクタについて、図１、図３に基づいて以下に説明する。
【００３５】
図１および図３は、本発明におけるインダクタの実施の形態についてそれぞれ示す図であり、図１（ａ）は第１の実施の形態におけるインダクタの断面図、図１（ｂ）はその分解斜視図、図１（ｃ）はその外観斜視図である。同様に図３（ａ）は第２の実施の形態におけるインダクタの断面図、図３（ｂ）はその分解斜視図、図３（ｃ）はその外観斜視図である。
【００３６】
図１において、インダクタコア１１は板状のコアに３つの脚部を有する２つのＥ型コア１２の、中脚部および外脚部を互いに突き合わせて構成されており、前記インダクタコア１１の外脚部と中脚部の間の２ヶ所の領域を貫通して、それぞれ導体１４が配設されている。組み合わされた２つのＥ型コア１２の中脚部の突き合わせ面には、永久磁石１５が挿入されている。２本の導体１４にはそれぞれ逆向きに電流が流れるので、各電流によりインダクタコア１１内の中脚部に生じる磁束は互いに向きが同じであり、その磁束の向き１８を図１（ａ）における実線の矢印の方向とすると、永久磁石１５によって形成される磁束の向き１９は、前記磁束の向き１８に対向する、図の点線の向きとなる必要がある。永久磁石１５の磁極の向きをこの方向に定め、中脚部の突き合わせ面に配置する。２つのＥ型コア１２の外脚部の突き合わせ面にはギャップ１７が形成されている。
【００３７】
インダクタコア１１の組立後に、この素子全体が絶縁樹脂１６によってモールド成型される。なお導体１４は導電体であるが、その表面には絶縁層が形成されており、インダクタコア１１とは電気的に絶縁されている。また図１（ｂ）では導体１４の各端部を折り曲げて表示しているが、端部の折り曲げはインダクタコア１１の組立前、組立後、モールド成型の実施後のいずれの段階に行っても構わない。ただし折り曲げられた導体１４の端部がインダクタコア１１の下方に達する構成の場合は、インダクタコア１１の組立より後に実施する必要がある。
【００３８】
一方、図３において、インダクタコア３１は３つの脚部を有するＥ型コア３２とＩ型コア３３とが互いに突き合わせて構成されており、前記インダクタコア３１の外脚部と中脚部の間の２ヶ所の領域を貫通して、それぞれ導体３４が配設されている。組み合わされたＥ型コア３２とＩ型コア３３の２ヶ所の外脚部の突き合わせ面には、永久磁石３５がそれぞれ挿入されている。２本の導体３４にはそれぞれ逆向きに電流が流れるために、各電流によりインダクタコア３１内の２ヶ所の外脚部に生じる磁束は互いに向きが同じであり、その磁束の向き３８を図３（ａ）における２ヶ所の実線の矢印の方向とすると、２つの永久磁石３５によって形成される磁束の向き３９は、前記磁束の向き３８に対向する、図の点線の向きとなる必要がある。永久磁石３５の各々の磁極の向きをこの方向に定め、外脚部の突き合わせ面にそれぞれ配置する。Ｅ型コア３２の中脚部の突き合わせ面にはギャップ３７が形成されている。
【００３９】
インダクタコア３１の組立後、この素子全体が絶縁樹脂３６によってモールド成型される。なお導体３４は導電体であるが、その表面には絶縁層が形成されており、そのためインダクタコア３１とは電気的に絶縁されている。また前記図１（ｂ）と同様に、図３（ｂ）でも導体３４の各端部を折り曲げて表示しているが、端部の折り曲げはインダクタコア３１の組立前、組立後、モールド成型の実施後のいずれの段階に行っても構わない。ただし折り曲げられた導体３４の端部がインダクタコア３１の下方に達する構成の場合には、やはり図１の場合と同様に、インダクタコア３１の組立より後に実施する必要がある。
【００４０】
なお、ここで用いられる永久磁石としては、表面に被覆層を設けたＳｍＣｏ系永久磁石粉末を着磁し、バインダに分散、混練した後に磁界中にて成型硬化したものが好適である。前記永久磁石粉末としては、組成範囲がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5である場合が好ましく、その粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下の場合が好ましい。またその特性は、固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上であることが好ましい。
【００４１】
前記永久磁石粉末は、その表面が、磁石粉末に対する体積比が０．１％ないし１０％であって、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層のいずれかである被覆層によって被覆されていることが好ましく、前記被覆層は、前記磁石粉末に対して体積比において０．１％ないし１０％を占めていることが好ましい。
【００４２】
また、前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有しており、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末が成型される前記永久磁石の厚さ方向に配向されてなることが好ましい。さらに前記バインダは、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された少なくとも１種類の樹脂からなることが好ましく、前記バインダは前記永久磁石に対して体積比において３０％以上を占めていることが好ましい。
【００４３】
前記永久磁石粉末、もしくは前記永久磁石粉末が成型されてなる前記永久磁石は、２．５Ｔ以上の着磁磁場により着磁されていることが好ましい。さらに、形成された前記永久磁石の比抵抗が、０．１Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
図１に記載のインダクタコアを、以下の方法にて作製した。まずＭｎ−Ｚｎ系フェライト粉末をプレスして成型し、焼結することによりＥ型コアを作製した。次に作製したＥ型コア２個の脚部を互いに対向させて配置し、ギャップを介して突き合わせることによりインダクタコアを形成した。形成されたインダクタコアの形状は、幅（Ｄ）が１０ｍｍ、長さ（Ｌ）が１０ｍｍ、組み合わせた高さ（Ｈ）が４ｍｍであり、中脚部のギャップ長を１３５μｍ、２ヶ所の外脚部のギャップ長をそれぞれ３５μｍとし、中脚部のギャップにはギャップ長と同一高さの下記の永久磁石を配置した。
【００４５】
配置した永久磁石は、ＳｍＣｏ系磁石粉末に金属層を被覆し、着磁した後にバインダと混練して成形したものである。前記磁石粉末は組成がＳｍ（Ｃｏ0.716Ｆｅ0.200Ｃｕ0.055Ｚｒ0.029）7.7であり、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が５μｍ、その最大粒径が４５μｍ、保持力が１５８０ｋＡ／ｍ、キュリー温度（Ｔc）が７７０℃である。この磁石粉末の表面にＺｎ層を被覆した後、１０Ｔの磁場により着磁を行った。その後、体積比率でこの磁石粉末３０％に対してシリコーン樹脂を７０％の割合でバインダとして加えて混練し、前記インダクタコアの中脚部のギャップ内に塗布してその空隙を充填し、さらに磁場を印加しつつその硬化を行うことにより、永久磁石として形成した。前記永久磁石による磁束の向きは、後記の２本の導体による磁束の向きと逆向きとしている。
【００４６】
その後、中脚部と外脚部との間の領域に、表面に絶縁層が形成されている２本の導体を配して、その両端部を下向きに２回折り曲げ、インダクタコア全体を樹脂によりモールドした。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるインダクタコアは比較的電流を通すものの、図１（ｃ）に示すように、その表面が外部に全く露出しておらず、そのため基板等に実装されても前記インダクタコアに導通が生じることはない。また導体の両端部が直接このインダクタの端子を兼ねており、この両端部がインダクタコアの下側に折り曲げられているため、小型化、低背化にも対応しうる構造である。
【００４７】
図２に、上記実施例１におけるインダクタ、および比較用として永久磁石を配置せずに中脚部を突き合わせ構成とした場合の、各々の場合の直流重畳インダクタンス特性をそれぞれ実線２１、破線２２にて示す。直流重畳インダクタンス特性とは、インダクタに印加する直流電流値Ｉdc（Ａ）を変化させた場合の、対応する直流インダクタンスＬs（μＨ）の測定結果である。図２において、実線２１が永久磁石を形成した場合の重畳特性であり、破線２２は永久磁石を設けない場合の重畳特性である。破線２２の場合に比較して、実線２１の場合は、印加される直流電流Ｉdcの値が増加しても、直流インダクタンスＬsの低下する比率が小さく、永久磁石の配置が直流重畳インダクタンス特性において一定の効果を上げていることが分かる。
【００４８】
（実施例２）
図２に記載のインダクタコアを、以下の方法にて作製した。まずＭｎ−Ｚｎ系フェライト粉末をプレスして成型し、焼結することによりＥ型コアおよびＩ型コアを作製した。次に作製したＥ型コアの脚部をＩ型コアに向けて配置し、ギャップを介して突き合わせることによりインダクタコアを形成した。形成されたインダクタコアの形状は、幅（Ｄ）が１１．４ｍｍ、長さ（Ｌ）が１１ｍｍ、組み合わせた高さ（Ｈ）が３．６ｍｍであり、中脚部のギャップ長を１９０μｍ、２ヶ所の外脚部のギャップ長をそれぞれ４０μｍとし、外脚部のそれぞれのギャップにはギャップ長と同一高さの下記の永久磁石を配置した。
【００４９】
配置した永久磁石は実施例１と同一の組成と物理特性を有するもので、同じくＳｍＣｏ系磁石粉末に金属層を被覆し、着磁した後にバインダと混練して成形したものである。前記磁石粉末は組成がＳｍ（Ｃｏ0.716Ｆｅ0.200Ｃｕ0.055Ｚｒ0.029）7.7、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が５μｍ、その最大粒径が４５μｍ、保持力が１５８０ｋＡ／ｍ、キュリー温度（Ｔc）が７７０℃である。この磁石粉末の表面にＺｎ層を被覆して、１０Ｔの磁場により着磁を行った後に、体積比率でこの磁石粉末３０％に対してシリコーン樹脂を７０％の割合でバインダとして加えて混練し、前記インダクタコアの２ヶ所の外脚部のギャップ内にそれぞれ塗布して各空隙に充填し、さらに磁場を印加しつつその硬化を行うことにより、永久磁石として形成した。前記２ヶ所の永久磁石による磁束の向きは、後記の２本の導体による磁束の向きとそれぞれ逆向きとしている。
【００５０】
その後、中脚部と外脚部との間の領域に、表面に絶縁層が形成されている２本の導体を配して、その両端部を下向きに２回折り曲げ、インダクタコア全体を樹脂によりモールドした。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるインダクタコアは比較的電流を通すものの、図３（ｃ）に示すように、その表面が外部に全く露出しておらず、そのため基板等に実装されても前記インダクタコアに導通が生じることはない。また導体の両端部が直接このインダクタの端子を兼ねており、この両端部がインダクタコアの下側に折り曲げられているため、小型化、低背化にも対応しうる構造である。
【００５１】
また図４に、上記実施例２におけるインダクタ、および比較用として永久磁石を配置せずに外脚部を突き合わせ構成とした場合の、各々の場合の直流重畳インダクタンス特性をそれぞれ実線４１、破線４２にて示す。図４において、実線４１が永久磁石を形成した場合の重畳特性であり、破線４２は永久磁石を設けない場合の重畳特性である。実施例１の場合と同様に、破線４２の場合に比較して、実線４１の場合は、印加される直流電流Ｉdcの値が増加しても、直流インダクタンスＬsの低下する比率が小さく、永久磁石の配置が実施例１の場合と同様に、直流重畳インダクタンス特性において一定の効果を上げていることが分かる。
【００５２】
なお、上記実施の形態の説明は、本発明の実施例に係るインダクタに印加される電流の直流抵抗の低下を図り、インダクタの小型化、低背化を実現する手段について説明したものであって、これによって特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは請求の範囲を減縮するものではない。上記の説明は、インダクタコアが具備する脚部の本数が４以上とし、２本より多い導体を配する場合にも同様に成り立つものであり、その場合にもインダクタに印加される電流の直流抵抗の低下や、インダクタの小型化、低背化の実現において有用である。また、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明におけるインダクタの実施の形態について示す図。図１（ａ）は第１の実施の形態におけるインダクタの断面図、図１（ｂ）はその分解斜視図、図１（ｃ）はその外観斜視図。
【図２】本発明におけるインダクタの実施例１、および比較例における、直流重畳インダクタンスの各特性図。
【図３】本発明におけるインダクタの図１とは異なる実施の形態について示す図。図３（ａ）は第２の実施の形態におけるインダクタの断面図、図３（ｂ）はその分解斜視図、図３（ｃ）はその外観斜視図。
【図４】本発明におけるインダクタの実施例２、および比較例における、直流重畳インダクタンスの各特性図。
【図５】非特許文献１に記載の従来例におけるインダクタの概念図。
【図６】特許文献１に記載の従来例におけるインダクタの断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１１，３１ インダクタコア
１２，３２ Ｅ型コア
３３ Ｉ型コア
１４，３４ 導体
１５，３５ 永久磁石
１６，３６ 絶縁樹脂
１７，３７ ギャップ
１８，３８ 磁束の向き（導体による）
１９，３９ 磁束の向き（永久磁石による）
２１，４１ 実線（永久磁石を形成した場合）
２２，４２ 破線（永久磁石を配置しない場合）
５１ カップリングインダクタ
５２ Ｅ型コア
５３ Ｉ型コア
５４，５５ コイル
５６，５７，５８ ギャップ
φa，φb，φc，φd 磁束
６１ インダクタ
６２，６３ Ｅ型コア
６４ コイル
６５ 永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として電子機器の電源回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータに使用される、小型低背のインダクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイル部品を使用して構成されるＤＣ−ＤＣコンバータは、小型でありながら２０Ａ、３０Ａといった大電流を供給することができることから、各種情報機器におけるＣＰＵ（中央演算処理装置）の駆動用電源などとして、プリント基板上に実装して使用する需要が高まっている。
【０００３】
ＣＰＵを初めとするＬＳＩ（大規模集積回路）は、近年、消費電力の低減を目的にその駆動電圧を下げる傾向にある。駆動電圧の低下に伴い、駆動に必要な所要電流が増加して数十Ａに達するようになり、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子からＣＰＵ、ＬＳＩの電源端子までの区間における電圧降下が問題視されるようになった。この問題を解決するために、ＤＣ−ＤＣコンバータは、できる限りＣＰＵやＬＳＩの直近に設置されるようになっている。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する各部品は、ユーザ側のレイアウトの関係から小型で低背のものが求められている。
【０００４】
一般にプリント基板に実装されるＤＣ−ＤＣコンバータは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とインダクタから構成されるが、この中ではインダクタが大きな容積を占めており、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化、低背化のためにはインダクタの容積の減少が必要である。このインダクタの容積の減少を回路構成により実現する手段としては、マルチフェーズ方式を採用したＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。一般にプリント基板上に実装されるＤＣ−ＤＣコンバータは１つのＦＥＴと１つのインダクタとにより構成されるが、この構成にて大きな電流を賄うためにはインダクタを著しく大型化する必要がある。マルチフェーズ方式は回路構成を２系統に分け、インダクタも２つ使用することで各インダクタを小型化する方法である。
【０００５】
以下、マルチフェーズ方式について、出力３０Ａの２フェーズのＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合を例に説明する。２フェーズのＤＣ−ＤＣコンバータは入力された電流をまず２つに分流させ、１５Ａの出力容量をもつＦＥＴとインダクタにて構成される、２系統の回路によって各々電力変換を行い、変換された電流を合成し、１系統の平滑コンデンサ部に入力することで直流の出力を得る構成となっている。ここで各々のＦＥＴにおけるＯＮとＯＦＦのタイミングは互いに半周期ずらして行われるため、それらを合成することにより、平滑コンデンサにはスイッチング周波数の２倍の周波数の三角波が入力されることとなる。
【０００６】
マルチフェーズ方式ではＦＥＴ、インダクタ、平滑コンデンサに掛かる負担を各々低減させることができるが、平滑コンデンサ以外の部品点数が倍増することになるために実装面積が増大し、また製造コストも増大するという問題がある。この問題点を解決すべく提案された、カップリングインダクタを用いる新たな回路方式のＤＣ−ＤＣコンバータが、非特許文献１に開示されている。ここで開示されているカップリングインダクタとは、例えば前記２フェーズ方式の回路においては２つ必要となるインダクタの機能を、１つのインダクタコアとそこに巻き回される２つのコイルにより実現したものである。この機能は、インダクタコアの中脚部と外脚部のエアギャップ量を変化させることにより、２つのコイルの相互インダクタンスとリーケージインダクタンスの大きさを各々調整することで実現している。以下、図５をもとにこの方式におけるインダクタの構成を説明する。
【０００７】
図５において、カップリングインダクタ５１はＥ型コア５２およびＩ型コア５３から構成され、２ヶ所の外脚部にはそれぞれコイル５４，５５が設けられている。また２ヶ所の外脚部にはギャップ５６，５７がそれぞれ形成されているほか、中脚部にもギャップ５８が形成されている。コイル５４によってカップリングインダクタ５１には２種類の磁束φa，φcが形成され、同様にコイル５５によって磁束φb，φdが形成される。ここでギャップ５６，５７とギャップ５８の各ギャップ長を各々変えることで、コイル５４，５５間での結合係数を調整する。これにより、コイル５４への電流印加時に、コイル５４を出発して中脚部を経由して戻る磁束φaと、同じくコイル５４を出発してコイル５５に達し、そこに励磁電流を誘導するφcとの磁束量の割合を調整することができる。コイル５５への電流印加時にも同様に、磁束φbと、コイル５４に達してそこに励磁電流を誘導するφdとの磁束量の割合を調整することができるため、コイル５４，５５における励磁電流をそれぞれ制御することができる。
【０００８】
一方、インダクタの容積の減少をインダクタコアの構成によって実現する手段として、特許文献１に開示されている磁気バイアスを用いる方法が知られている。この方法は、インダクタコアにギャップを設けてそこに永久磁石を設置することにより、巻き回されるコイルが形成する磁束とは逆向きの磁束を、インダクタコア内に予め形成しておく方法である。これによってインダクタコアの飽和磁束密度を実質的に増大させることができるため、コイルに流すことのできる電流の上限が増加する。従って電気特性が同一のＤＣ−ＤＣコンバータであれば、構成するインダクタの容積を減少させて小型化、低背化を実現することができる。以下、図６をもとに磁気バイアス方式におけるインダクタの構成を説明する。
【０００９】
図６において、インダクタ６１は同形状の２つのＥ型コア６２，６３およびコイル６４により構成されており、コイル６４は中脚部を巻き回して設けられている。中脚部にはギャップが設けられ、その中に前記ギャップと同形状の永久磁石６５が設置されている。インダクタ６１内において、永久磁石６５が形成する磁束は、コイル６４によって生じる磁束と互いに向きが逆になるよう設定されている。そのため、インダクタ６１が磁気飽和しない範囲でコイル６４により生じさせることのできる磁束は、永久磁石６５が存在しない場合に比べて、同磁石によって相殺される磁束に相当する本数だけ大きくなる。
【００１０】
【非特許文献１】Pit-Leong Wong, Peng Xu, Bo Yang, and Fred C. Lee, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.16 NO.4, P.499-507, 2001, Performance Improvements of Interleaving VRMs with Coupling Inductors
【特許文献１】特開２００２−１６４２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記非特許文献１に開示されているインダクタには次のような欠点がある。即ち、コイルを外脚部に巻き回した構成としているために、コイルにおける直流抵抗が大きくなり、結果としてＤＣ−ＤＣコンバータの電源効率の低下を招いてしまう。さらに２つのコイルをインダクタコアにそれぞれ巻き回す構造であるので、それに伴ってインダクタの外形寸法が大きくなり、結果としてＤＣ−ＤＣコンバータの実装面積が増大することとなる。
【００１２】
また前記特許文献１に開示されている、インダクタの磁気回路中に永久磁石を設けた磁気バイアスの構成についてはとくに問題点は見出されていないが、ＤＣ−ＤＣコンバータに関する小型化、低背化のさらなる要求に対応するためには、磁気バイアスの技術を単独に用いるだけではなく、他の小型化に関する技術と組み合わせることにより、より大きな効果を得ることができないか検討する余地が残されている。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用されるインダクタに関し、マルチフェーズ方式を用いる場合における上記課題を解決し、電源効率の低下を招くことがなく、また供給可能な電流を維持したままでさらなる小型化、低背化を達成可能なインダクタの構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明において、Ｅ型コアどうし、もしくはＥ型コアとＩ型コアとを組み合わせて形成されるインダクタコアに巻き回されるコイルに代えて、前記インダクタコアの各脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体を２本以上設け、そこに電流を流す構成とする。前記導体は巻き回されたコイルに比べて全長が短いことから、回路内に生じる直流抵抗を小さくすることが可能である。また前記インダクタコアの中に磁気バイアスの効果をもたらす永久磁石を設けることで、磁気バイアスによる飽和磁束密度の向上と、それに伴うインダクタコアの小型化、低背化を図ることができる。
【００１５】
また前記非特許文献１に記載された、カップリングインダクタの技術を利用するために、インダクタコアを構成する各脚部のうち少なくとも１ヶ所にエアギャップを設け、インダクタコアを貫通する各導体における、相互インダクタンスとリーケージインダクタンスとを最適化するよう調整することが可能な構成とする。
【００１６】
さらに前記特許文献１に記載された、永久磁石による磁気バイアスの効果を用いて、インダクタコアの各所における飽和磁束密度を実質的に増大させる従来技術を適用し、インダクタコアを構成する各脚部のうち少なくとも１ヶ所にギャップを設けて、そこに永久磁石を配置する。これにより前記導体によってインダクタコアに生じる起磁力と対向する向きに、この永久磁石による磁束を生じさせることができ、これによりインダクタコアの飽和磁束密度の実質的な増大を図り、結果的にインダクタの小型化、低背化を図ることができる構成とする。
【００１７】
即ち、本発明は、３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する略同形状の２つの磁性体コアを、互いに前記脚部を対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、前記各脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタである。
【００１８】
また、本発明は、３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する磁性体コアの前記脚部を、板状の磁性体コアに対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、前記脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタである。
【００１９】
さらに、本発明は、前記ギャップの中に、前記永久磁石が配置されていないエアギャップを少なくとも１以上有することを特徴とするインダクタである。
【００２０】
さらに、本発明は、前記永久磁石が配置された前記ギャップの中に、配置された永久磁石の厚さよりも大きな間隔を有するギャップを少なくとも１以上有することを特徴とするインダクタである。
【００２１】
さらに、本発明は、固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下である希土類磁石粉末が、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの中の少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と、融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層から選択される被覆層によって被覆され、前記被覆された希土類磁石粉末において、前記被覆層は体積比において０．１％ないし１０％を占めており、前記被覆された希土類磁石粉末が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された、少なくとも１種類の樹脂からなるバインダに分散されることで、前記永久磁石が形成されており、前記永久磁石において、前記バインダは体積比において３０％以上を占めており、前記永久磁石の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることを特徴とするインダクタである。
【００２２】
さらに、本発明は、前記永久磁石、もしくは前記永久磁石粉末の着磁磁場が２．５Ｔ以上であることを特徴とするインダクタである。
【００２３】
さらに、本発明は、前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有し、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末を配向してなり、前記配向の向きを前記永久磁石の厚さ方向としたことを特徴とするインダクタである。
【００２４】
さらに、本発明は、前記希土類磁石粉末の組成がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5の範囲であることを特徴とするインダクタである。
【００２５】
さらに、本発明は、前記インダクタコアの少なくとも底面を含む周囲に樹脂によるモールドが形成されていることを特徴とするインダクタである。
【００２６】
さらに、本発明は、前記各導体の端部を直接に実装端子としたことを特徴とするインダクタである。
【００２７】
さらに、本発明は、前記各導体の端部を下方に折り曲げて端子となし、前記インダクタコアの底面の直下に実装端子を形成したことを特徴とするインダクタである。
【発明の効果】
【００２８】
ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成においては、カップリングインダクタを１つ用いて、その各脚部にギャップを設け、そのギャップ長を調整する技術が従来より開示されている。本発明によれば、この場合にインダクタの脚部に設けられているギャップに、さらに永久磁石を設置して磁気バイアスを構成し、インダクタコアに逆向きの磁束を生じさせる。それとともに、インダクタコアに巻き回されるコイルに代えて、前記インダクタコアの脚部の間の領域を巻き回さずに貫通する導体を２本以上設けて、そこに電流を流す構成とする。これによってインダクタの飽和磁束密度を実質的に増大させることができ、小型化、低背化を図ることが可能になる。さらに、回路内の直流抵抗を小さくすることができるため、同時にＤＣ−ＤＣコンバータとしての電源効率の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明によるインダクタは、電流が通電される導体をインダクタコアに巻き回すことなく、構成されたインダクタコアを貫通させる形状のため、インダクタ内を流れる電流の経路の全長が短く、そのため極めて低い直流抵抗を実現することができる。この結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける従来の電源効率の低下を改善することができ、とくに高負荷の大電流領域において大きな改善の効果を得ることができる。
【００３０】
また、インダクタコア内の少なくとも１ヶ所に永久磁石を挿入することにより、導体に流れる電流によって生じる励起磁界と、永久磁石によって生じる磁界の向きが互いに逆特性となるよう構成する。飽和電流Ｉsatと飽和磁束密度Ｂsat、ターン数ｎ、コア断面積Ａe、インダクタンスＬの間の関係は、式（１）によって表すことができる。
【００３１】
Ｉsat＝Ｂsat×ｎ×Ａe／Ｌ ・・・・・・・・（１）
【００３２】
式（１）において、挿入した永久磁石によって飽和磁束密度Ｂsatが増大すると、処理することのできる電流の最大値である、飽和電流Ｉsatを増加させることができるので、ＤＣ−ＤＣコンバータの処理電力量を増やすことが可能となる。また飽和電流Ｉsat、すなわち処理電力量を据え置く場合にはインダクタンスＬを高めることができ、それによって電流リップルを低減させることも可能となる。また処理電力量を据え置く場合は、コア断面積Ａeを低減させ、インダクタの小型化を図ることも可能である。
【００３３】
更に、インダクタコアの周囲を絶縁樹脂によりモールドすることにより、例えばＭｎ−Ｚｎフェライトコアのように、絶縁抵抗が低いインダクタコアにおいても、導体を折り曲げてコアの直下に端子を形成することが可能となり、結果として形状の面でもインダクタの小型化に寄与することとなる。
【００３４】
本発明の実施の形態に係るインダクタについて、図１、図３に基づいて以下に説明する。
【００３５】
図１および図３は、本発明におけるインダクタの実施の形態についてそれぞれ示す図であり、図１（ａ）は第１の実施の形態におけるインダクタの断面図、図１（ｂ）はその分解斜視図、図１（ｃ）はその外観斜視図である。同様に図３（ａ）は第２の実施の形態におけるインダクタの断面図、図３（ｂ）はその分解斜視図、図３（ｃ）はその外観斜視図である。
【００３６】
図１において、インダクタコア１１は板状のコアに３つの脚部を有する２つのＥ型コア１２の、中脚部および外脚部を互いに突き合わせて構成されており、前記インダクタコア１１の外脚部と中脚部の間の２ヶ所の領域を貫通して、それぞれ導体１４が配設されている。組み合わされた２つのＥ型コア１２の中脚部の突き合わせ面には、永久磁石１５が挿入されている。２本の導体１４にはそれぞれ逆向きに電流が流れるので、各電流によりインダクタコア１１内の中脚部に生じる磁束は互いに向きが同じであり、その磁束の向き１８を図１（ａ）における実線の矢印の方向とすると、永久磁石１５によって形成される磁束の向き１９は、前記磁束の向き１８に対向する、図の点線の向きとなる必要がある。永久磁石１５の磁極の向きをこの方向に定め、中脚部の突き合わせ面に配置する。２つのＥ型コア１２の外脚部の突き合わせ面にはギャップ１７が形成されている。
【００３７】
インダクタコア１１の組立後に、この素子全体が絶縁樹脂１６によってモールド成型される。なお導体１４は導電体であるが、その表面には絶縁層が形成されており、インダクタコア１１とは電気的に絶縁されている。また図１（ｂ）では導体１４の各端部を折り曲げて表示しているが、端部の折り曲げはインダクタコア１１の組立前、組立後、モールド成型の実施後のいずれの段階に行っても構わない。ただし折り曲げられた導体１４の端部がインダクタコア１１の下方に達する構成の場合は、インダクタコア１１の組立より後に実施する必要がある。
【００３８】
一方、図３において、インダクタコア３１は３つの脚部を有するＥ型コア３２とＩ型コア３３とが互いに突き合わせて構成されており、前記インダクタコア３１の外脚部と中脚部の間の２ヶ所の領域を貫通して、それぞれ導体３４が配設されている。組み合わされたＥ型コア３２とＩ型コア３３の２ヶ所の外脚部の突き合わせ面には、永久磁石３５がそれぞれ挿入されている。２本の導体３４にはそれぞれ逆向きに電流が流れるために、各電流によりインダクタコア３１内の２ヶ所の外脚部に生じる磁束は互いに向きが同じであり、その磁束の向き３８を図３（ａ）における２ヶ所の実線の矢印の方向とすると、２つの永久磁石３５によって形成される磁束の向き３９は、前記磁束の向き３８に対向する、図の点線の向きとなる必要がある。永久磁石３５の各々の磁極の向きをこの方向に定め、外脚部の突き合わせ面にそれぞれ配置する。Ｅ型コア３２の中脚部の突き合わせ面にはギャップ３７が形成されている。
【００３９】
インダクタコア３１の組立後、この素子全体が絶縁樹脂３６によってモールド成型される。なお導体３４は導電体であるが、その表面には絶縁層が形成されており、そのためインダクタコア３１とは電気的に絶縁されている。また前記図１（ｂ）と同様に、図３（ｂ）でも導体３４の各端部を折り曲げて表示しているが、端部の折り曲げはインダクタコア３１の組立前、組立後、モールド成型の実施後のいずれの段階に行っても構わない。ただし折り曲げられた導体３４の端部がインダクタコア３１の下方に達する構成の場合には、やはり図１の場合と同様に、インダクタコア３１の組立より後に実施する必要がある。
【００４０】
なお、ここで用いられる永久磁石としては、表面に被覆層を設けたＳｍＣｏ系永久磁石粉末を着磁し、バインダに分散、混練した後に磁界中にて成型硬化したものが好適である。前記永久磁石粉末としては、組成範囲がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5である場合が好ましく、その粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下の場合が好ましい。またその特性は、固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上であることが好ましい。
【００４１】
前記永久磁石粉末は、その表面が、磁石粉末に対する体積比が０．１％ないし１０％であって、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層のいずれかである被覆層によって被覆されていることが好ましく、前記被覆層は、前記磁石粉末に対して体積比において０．１％ないし１０％を占めていることが好ましい。
【００４２】
また、前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有しており、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末が成型される前記永久磁石の厚さ方向に配向されてなることが好ましい。さらに前記バインダは、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された少なくとも１種類の樹脂からなることが好ましく、前記バインダは前記永久磁石に対して体積比において３０％以上を占めていることが好ましい。
【００４３】
前記永久磁石粉末、もしくは前記永久磁石粉末が成型されてなる前記永久磁石は、２．５Ｔ以上の着磁磁場により着磁されていることが好ましい。さらに、形成された前記永久磁石の比抵抗が、０．１Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
図１に記載のインダクタコアを、以下の方法にて作製した。まずＭｎ−Ｚｎ系フェライト粉末をプレスして成型し、焼結することによりＥ型コアを作製した。次に作製したＥ型コア２個の脚部を互いに対向させて配置し、ギャップを介して突き合わせることによりインダクタコアを形成した。形成されたインダクタコアの形状は、幅（Ｄ）が１０ｍｍ、長さ（Ｌ）が１０ｍｍ、組み合わせた高さ（Ｈ）が４ｍｍであり、中脚部のギャップ長を１３５μｍ、２ヶ所の外脚部のギャップ長をそれぞれ３５μｍとし、中脚部のギャップにはギャップ長と同一高さの下記の永久磁石を配置した。
【００４５】
配置した永久磁石は、ＳｍＣｏ系磁石粉末に金属層を被覆し、着磁した後にバインダと混練して成形したものである。前記磁石粉末は組成がＳｍ（Ｃｏ0.716Ｆｅ0.200Ｃｕ0.055Ｚｒ0.029）7.7であり、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が５μｍ、その最大粒径が４５μｍ、保持力が１５８０ｋＡ／ｍ、キュリー温度（Ｔc）が７７０℃である。この磁石粉末の表面にＺｎ層を被覆した後、１０Ｔの磁場により着磁を行った。その後、体積比率でこの磁石粉末３０％に対してシリコーン樹脂を７０％の割合でバインダとして加えて混練し、前記インダクタコアの中脚部のギャップ内に塗布してその空隙を充填し、さらに磁場を印加しつつその硬化を行うことにより、永久磁石として形成した。前記永久磁石による磁束の向きは、後記の２本の導体による磁束の向きと逆向きとしている。
【００４６】
その後、中脚部と外脚部との間の領域に、表面に絶縁層が形成されている２本の導体を配して、その両端部を下向きに２回折り曲げ、インダクタコア全体を樹脂によりモールドした。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるインダクタコアは比較的電流を通すものの、図１（ｃ）に示すように、その表面が外部に全く露出しておらず、そのため基板等に実装されても前記インダクタコアに導通が生じることはない。また導体の両端部が直接このインダクタの端子を兼ねており、この両端部がインダクタコアの下側に折り曲げられているため、小型化、低背化にも対応しうる構造である。
【００４７】
図２に、上記実施例１におけるインダクタ、および比較用として永久磁石を配置せずに中脚部を突き合わせ構成とした場合の、各々の場合の直流重畳インダクタンス特性をそれぞれ実線２１、破線２２にて示す。直流重畳インダクタンス特性とは、インダクタに印加する直流電流値Ｉdc（Ａ）を変化させた場合の、対応する直流インダクタンスＬs（μＨ）の測定結果である。図２において、実線２１が永久磁石を形成した場合の重畳特性であり、破線２２は永久磁石を設けない場合の重畳特性である。破線２２の場合に比較して、実線２１の場合は、印加される直流電流Ｉdcの値が増加しても、直流インダクタンスＬsの低下する比率が小さく、永久磁石の配置が直流重畳インダクタンス特性において一定の効果を上げていることが分かる。
【００４８】
（実施例２）
図２に記載のインダクタコアを、以下の方法にて作製した。まずＭｎ−Ｚｎ系フェライト粉末をプレスして成型し、焼結することによりＥ型コアおよびＩ型コアを作製した。次に作製したＥ型コアの脚部をＩ型コアに向けて配置し、ギャップを介して突き合わせることによりインダクタコアを形成した。形成されたインダクタコアの形状は、幅（Ｄ）が１１．４ｍｍ、長さ（Ｌ）が１１ｍｍ、組み合わせた高さ（Ｈ）が３．６ｍｍであり、中脚部のギャップ長を１９０μｍ、２ヶ所の外脚部のギャップ長をそれぞれ４０μｍとし、外脚部のそれぞれのギャップにはギャップ長と同一高さの下記の永久磁石を配置した。
【００４９】
配置した永久磁石は実施例１と同一の組成と物理特性を有するもので、同じくＳｍＣｏ系磁石粉末に金属層を被覆し、着磁した後にバインダと混練して成形したものである。前記磁石粉末は組成がＳｍ（Ｃｏ0.716Ｆｅ0.200Ｃｕ0.055Ｚｒ0.029）7.7、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が５μｍ、その最大粒径が４５μｍ、保持力が１５８０ｋＡ／ｍ、キュリー温度（Ｔc）が７７０℃である。この磁石粉末の表面にＺｎ層を被覆して、１０Ｔの磁場により着磁を行った後に、体積比率でこの磁石粉末３０％に対してシリコーン樹脂を７０％の割合でバインダとして加えて混練し、前記インダクタコアの２ヶ所の外脚部のギャップ内にそれぞれ塗布して各空隙に充填し、さらに磁場を印加しつつその硬化を行うことにより、永久磁石として形成した。前記２ヶ所の永久磁石による磁束の向きは、後記の２本の導体による磁束の向きとそれぞれ逆向きとしている。
【００５０】
その後、中脚部と外脚部との間の領域に、表面に絶縁層が形成されている２本の導体を配して、その両端部を下向きに２回折り曲げ、インダクタコア全体を樹脂によりモールドした。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるインダクタコアは比較的電流を通すものの、図３（ｃ）に示すように、その表面が外部に全く露出しておらず、そのため基板等に実装されても前記インダクタコアに導通が生じることはない。また導体の両端部が直接このインダクタの端子を兼ねており、この両端部がインダクタコアの下側に折り曲げられているため、小型化、低背化にも対応しうる構造である。
【００５１】
また図４に、上記実施例２におけるインダクタ、および比較用として永久磁石を配置せずに外脚部を突き合わせ構成とした場合の、各々の場合の直流重畳インダクタンス特性をそれぞれ実線４１、破線４２にて示す。図４において、実線４１が永久磁石を形成した場合の重畳特性であり、破線４２は永久磁石を設けない場合の重畳特性である。実施例１の場合と同様に、破線４２の場合に比較して、実線４１の場合は、印加される直流電流Ｉdcの値が増加しても、直流インダクタンスＬsの低下する比率が小さく、永久磁石の配置が実施例１の場合と同様に、直流重畳インダクタンス特性において一定の効果を上げていることが分かる。
【００５２】
なお、上記実施の形態の説明は、本発明の実施例に係るインダクタに印加される電流の直流抵抗の低下を図り、インダクタの小型化、低背化を実現する手段について説明したものであって、これによって特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは請求の範囲を減縮するものではない。上記の説明は、インダクタコアが具備する脚部の本数が４以上とし、２本より多い導体を配する場合にも同様に成り立つものであり、その場合にもインダクタに印加される電流の直流抵抗の低下や、インダクタの小型化、低背化の実現において有用である。また、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明におけるインダクタの実施の形態について示す図。図１（ａ）は第１の実施の形態におけるインダクタの断面図、図１（ｂ）はその分解斜視図、図１（ｃ）はその外観斜視図。
【図２】本発明におけるインダクタの実施例１、および比較例における、直流重畳インダクタンスの各特性図。
【図３】本発明におけるインダクタの図１とは異なる実施の形態について示す図。図３（ａ）は第２の実施の形態におけるインダクタの断面図、図３（ｂ）はその分解斜視図、図３（ｃ）はその外観斜視図。
【図４】本発明におけるインダクタの実施例２、および比較例における、直流重畳インダクタンスの各特性図。
【図５】非特許文献１に記載の従来例におけるインダクタの概念図。
【図６】特許文献１に記載の従来例におけるインダクタの断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１１，３１ インダクタコア
１２，３２ Ｅ型コア
３３ Ｉ型コア
１４，３４ 導体
１５，３５ 永久磁石
１６，３６ 絶縁樹脂
１７，３７ ギャップ
１８，３８ 磁束の向き（導体による）
１９，３９ 磁束の向き（永久磁石による）
２１，４１ 実線（永久磁石を形成した場合）
２２，４２ 破線（永久磁石を配置しない場合）
５１ カップリングインダクタ
５２ Ｅ型コア
５３ Ｉ型コア
５４，５５ コイル
５６，５７，５８ ギャップ
φa，φb，φc，φd 磁束
６１ インダクタ
６２，６３ Ｅ型コア
６４ コイル
６５ 永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する略同形状の２つの磁性体コアを、互いに前記脚部を対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、
前記各脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、
前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、
前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する磁性体コアの前記脚部を、板状の磁性体コアに対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、
前記脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、
前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、
前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項３】
前記ギャップの中に、前記永久磁石が配置されていないエアギャップを少なくとも１以上有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記永久磁石が配置された前記ギャップの中に、配置された永久磁石の厚さよりも大きな間隔を有するギャップを少なくとも１以上有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項５】
固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下である希土類磁石粉末が、
Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの中の少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と、融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層から選択される被覆層によって被覆され、
前記被覆された希土類磁石粉末において、前記被覆層は体積比において０．１％ないし１０％を占めており、
前記被覆された希土類磁石粉末が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された、少なくとも１種類の樹脂からなるバインダに分散されることで、前記永久磁石が形成されており、
前記永久磁石において、前記バインダは体積比において３０％以上を占めており、
前記永久磁石の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項６】
前記永久磁石、もしくは前記永久磁石粉末の着磁磁場が２．５Ｔ以上であることを特徴とする、請求項５に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有し、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末を配向してなり、前記配向の向きを前記永久磁石の厚さ方向としたことを特徴とする、請求項６に記載のインダクタ。
【請求項８】
前記希土類磁石粉末の組成がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5の範囲であることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項９】
前記インダクタコアの少なくとも底面を含む周囲に樹脂によるモールドが形成されていることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項１０】
前記各導体の端部を直接に実装端子としたことを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項１１】
前記各導体の端部を下方に折り曲げて端子となし、前記インダクタコアの底面の直下に実装端子を形成したことを特徴とする、請求項１０に記載のインダクタ。
【請求項１】
３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する略同形状の２つの磁性体コアを、互いに前記脚部を対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、
前記各脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、
前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、
前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
３以上の脚部と、前記各脚部の一端部どうしを連結する胴部とを有する磁性体コアの前記脚部を、板状の磁性体コアに対向させて一対に突き合わせてなるインダクタコアを有し、
前記脚部の突き合わせ位置のうち１以上にギャップが形成されているインダクタにおいて、
前記ギャップのうち１以上の位置に永久磁石が配置されており、
前記インダクタコアにおける前記脚部の間の領域を巻き回すことなく貫通する導体を２本以上有してなることを特徴とするインダクタ。
【請求項３】
前記ギャップの中に、前記永久磁石が配置されていないエアギャップを少なくとも１以上有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記永久磁石が配置された前記ギャップの中に、配置された永久磁石の厚さよりも大きな間隔を有するギャップを少なくとも１以上有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項５】
固有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、キュリー温度が５００℃以上、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径が２．５〜２５μｍであって、かつ最大粒径が５０μｍ以下である希土類磁石粉末が、
Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、およびＳｎの中の少なくとも１種を含む金属あるいは合金層、もしくは軟化点が２２０℃以上５５０℃以下の無機ガラス層、もしくは前記金属あるいは合金層と、融点が３００℃以上の非金属無機化合物層との複合層から選択される被覆層によって被覆され、
前記被覆された希土類磁石粉末において、前記被覆層は体積比において０．１％ないし１０％を占めており、
前記被覆された希土類磁石粉末が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選択された、少なくとも１種類の樹脂からなるバインダに分散されることで、前記永久磁石が形成されており、
前記永久磁石において、前記バインダは体積比において３０％以上を占めており、
前記永久磁石の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項６】
前記永久磁石、もしくは前記永久磁石粉末の着磁磁場が２．５Ｔ以上であることを特徴とする、請求項５に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記希土類磁石粉末が磁気異方性を有し、前記バインダへの分散成型の際に、前記希土類磁石粉末を配向してなり、前記配向の向きを前記永久磁石の厚さ方向としたことを特徴とする、請求項６に記載のインダクタ。
【請求項８】
前記希土類磁石粉末の組成がＳｍ（Ｃｏbal.Ｆｅ0.15-0.25Ｃｕ0.05-0.06Ｚｒ0.02-0.03）7.0-8.5の範囲であることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項９】
前記インダクタコアの少なくとも底面を含む周囲に樹脂によるモールドが形成されていることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項１０】
前記各導体の端部を直接に実装端子としたことを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項１１】
前記各導体の端部を下方に折り曲げて端子となし、前記インダクタコアの底面の直下に実装端子を形成したことを特徴とする、請求項１０に記載のインダクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−７８１７７（Ｐ２００８−７８１７７Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２２６６（Ｐ２００６−２５２２６６）
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
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