JP3009686B2 - Inductor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気回路部品として広く用いられるインダク
タンス素子、即ち、インダクタンスが出力電流により変
化する特性を有するインダクタに関するものである。特
に、電源回路のチョークコイルとして有効な機能をもつ
インダクタに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an inductance element widely used as an electric circuit component, that is, an inductor having a characteristic in which the inductance changes with an output current. In particular, the present invention relates to an inductor having a function effective as a choke coil of a power supply circuit.
（従来の技術） インダクタは大別してコイルのみにより構成されたも
のと、磁心にコイルを施した構造をもつものの２種類が
ある。磁心を用いたインダクタは磁心を持たない空心の
ものに比して、体積当りのインダクタンスの値を大きく
することが出来るため、現在ではほとんどが磁心を有す
るものになっている。例えば、チョークコイルとして電
流の平滑回路に多用されているインダクタは、トロイダ
ル状の磁心にコイルを施した構造のものが一般的であ
る。(Prior Art) Inductors are roughly classified into two types, one consisting only of a coil and the other having a structure in which a coil is applied to a magnetic core. Most inductors using a magnetic core can have a larger inductance value per volume than an air-core inductor without a magnetic core. For example, an inductor often used as a choke coil in a current smoothing circuit generally has a structure in which a coil is applied to a toroidal magnetic core.
一方、近年の電源回路ではスイッチング方式による制
御が一般的になってきた。これは、スイッチング周波数
の高周波数化によりチョークコイルとしての上記インダ
クタの小型化が可能であるためである。この様なスイッ
チング方式による制御に於いて用いられるインダクタ
は、出力電流がゼロまたはゼロ付近に於いては大きなイ
ンダクタンスを示し、且つ磁気飽和に於ける出力電流
値、即ち、飽和電流値も大きいものが望ましい。On the other hand, in recent power supply circuits, control by a switching method has become common. This is because it is possible to reduce the size of the inductor as a choke coil by increasing the switching frequency. Inductors used in the control by such a switching method have a large inductance when the output current is zero or near zero, and also have a large output current value in magnetic saturation, that is, a saturation current value. desirable.
しかし、従来のインダクタに於いては、出力電流が小
さいときに大きなインダクタンスを示すものは飽和電流
値が小さく、又、飽和電流値の大きなものは出力電流の
小さいときにインダクタンスが小さいというもので、両
者の特性を兼備したものは無かった。However, in the conventional inductor, the one that shows a large inductance when the output current is small has a small saturation current value, and the one with a large saturation current value has a small inductance when the output current is small. None of them had the characteristics of both.
このため、従来では、上記それぞれの特性を有する各
インダクタを複数個直列に接続してこれらの特性を互い
に補完するか、或いはトロイダル状の形態を有するイン
ダクタにおいては、その磁心の外周部に切れ込みをいれ
て作られるギャップを設けることにより、上記両者の特
性を実現していた。For this reason, conventionally, a plurality of inductors having the respective characteristics described above are connected in series to complement each other, or in an inductor having a toroidal shape, a cut is formed in the outer peripheral portion of the magnetic core. By providing a gap that is made by inserting, both characteristics described above have been realized.
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記複数のインダクタを用いることは部品点
数の増加につながり、回路コストの上昇や回路の大型化
をもたらすという問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) However, the use of the plurality of inductors leads to an increase in the number of components, which causes a problem that a circuit cost is increased and a circuit is enlarged.
また、磁心に切込みを入れる方法は、ギャップからの
漏れ磁束に起因するノイズの増加を招き好ましくなく、
また、磁束の有効利用が図られていないため、コイル寸
法の小型化が阻害されており、装置の小型化の上で大き
な問題となる。さらに、コイル設計が複雑となり、実際
にはカットアンドトライでコイルが設計、製作され、製
品品質の安定化や設計製造の効率化の意味においても問
題がある。In addition, the method of cutting the magnetic core is not preferable because it causes an increase in noise caused by magnetic flux leakage from the gap,
In addition, since the effective use of the magnetic flux is not achieved, the reduction in the size of the coil is hindered, which is a major problem in reducing the size of the device. Further, the coil design becomes complicated, and the coil is actually designed and manufactured by cut-and-try, and there is a problem in terms of stabilizing product quality and improving the efficiency of design and manufacture.
本発明は、出力電流が小さいときに大きなインダクタ
ンスを示し、且つ飽和電流値が大きく、更に設計製作が
容易で小型化が可能なインダクタを提供することを目的
とするものである。An object of the present invention is to provide an inductor which exhibits a large inductance when the output current is small, has a large saturation current value, is easy to design and manufacture, and can be reduced in size.
（課題を解決するための手段） 本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究の結
果、磁気的性質の異なる複数の磁性材が利用できること
を見出し、本発明に到達した。(Means for Solving the Problems) As a result of earnest studies to solve the above problems, the present inventors have found that a plurality of magnetic materials having different magnetic properties can be used, and have reached the present invention.
すなわち本発明は、透磁率と飽和磁気特性が異なる複
数の磁性材により成る磁心を有するインダクタを要旨と
するものである。That is, the present invention provides an inductor having a magnetic core made of a plurality of magnetic materials having different magnetic permeability and saturation magnetic characteristics.
本発明によれば、磁性材を２種以上用いて磁心とす
る。磁性材は透磁率と飽和磁気特性が異なっていること
を必要とする。磁性体は一般に、透磁率が大きくなると
磁気飽和に達し易く、逆に透磁率が小さいと磁気飽和に
達しにくくなる。従って、透磁率の大きい磁性材を磁心
に用いたインダクタは、出力電流が小さい時には大きな
インダクタンスを示すが飽和電流値が小さく（第３図の
一点鎖線７参照）、逆に透磁率の小さい磁性材を磁心に
用いたインダクタは、出力電流が小さい時にはインダク
タンスは大きくないが飽和電流値が大きい（第３図の破
線９参照）。従って、透磁率は高いが磁気飽和し易い磁
性材と、透磁率は比較的低いが磁気飽和しにくい磁性材
を組合せることが好ましい。飽和磁気特性は磁気飽和点
（A/m）により決定することができ、磁気飽和点が低い
と磁気飽和し易いことを示し、磁気飽和点が高いと磁気
飽和しにくい。例えば、２種の磁性材（ＡとＢ）と組合
せて本発明の磁心を構成する場合、Ａの透磁率は500〜
5,000、好ましくは750〜2,000、磁気飽和点160〜1,600A
/m、好ましくは300〜800A/mを有し、Ｂの透磁率は100〜
500、好ましくは200〜400、磁気飽和点1,300〜6,400A/
m、好ましくは1,600〜3,200A/mが好適である。両者の透
磁率の差は少なくとも200以上あることが好ましく、磁
気飽和点の差は少なくとも400A/m以上あることが好まし
い。According to the present invention, a magnetic core is formed by using two or more magnetic materials. The magnetic material needs to have different magnetic permeability and saturation magnetic properties. In general, a magnetic substance tends to reach magnetic saturation when the magnetic permeability increases, and hardly reaches magnetic saturation when the magnetic permeability decreases. Therefore, an inductor using a magnetic material having a high magnetic permeability for a magnetic core exhibits a large inductance when the output current is small, but has a small saturation current value (see the dashed line 7 in FIG. 3), and conversely, a magnetic material having a small magnetic permeability. When the output current is small, the inductance using the magnetic core is not large but the saturation current value is large (see the broken line 9 in FIG. 3). Therefore, it is preferable to combine a magnetic material that has high magnetic permeability but is easily magnetically saturated with a magnetic material that has relatively low magnetic permeability but is hardly magnetically saturated. The saturation magnetic characteristic can be determined by the magnetic saturation point (A / m). A low magnetic saturation point indicates that magnetic saturation is easy, and a high magnetic saturation point hardly causes magnetic saturation. For example, when the magnetic core of the present invention is constituted by combining two types of magnetic materials (A and B), the magnetic permeability of A is 500 to
5,000, preferably 750-2,000, magnetic saturation point 160-1,600A
/ m, preferably 300 to 800 A / m, and the magnetic permeability of B is 100 to
500, preferably 200 to 400, magnetic saturation point 1,300 to 6,400 A /
m, preferably 1,600-3,200 A / m. The difference between the two magnetic permeability is preferably at least 200 or more, and the difference between the magnetic saturation points is preferably at least 400 A / m.
磁心の製造に使用される複数の磁性材は、それらの透
磁率と飽和磁気特性が互いに異なっていればよく、異な
る化学種のものでも同一の化学種のものでも良い。その
ような磁性材としては、例えばアモルファス［（Co94Fe
6）72.5Si12.5B15］磁性材、［Fe77.5Si7.5B15］磁性材
（数字はいずれも原子％を表す。）等、或いはそれらを
通常の熱処理したもの等が挙げられる。The plurality of magnetic materials used for manufacturing the magnetic core need only have different magnetic permeability and saturation magnetic property, and may be of different chemical species or of the same chemical type. As such a magnetic material, for example, amorphous [(Co 94 Fe
6 ) 72.5 Si 12.5 B 15 ] magnetic material, [Fe 77.5 Si 7.5 B 15 ] magnetic material (all numbers represent atomic%), etc., or those obtained by subjecting them to ordinary heat treatment.
本発明のインダクタのインダクタンス−飽和電流特性
は、上記複数の磁性材をそれぞれの使用量で個別に作製
した場合の各インダクタの特性の和として現れる。尚、
これらの各特性の強さは、使用する磁性材の各使用量に
比例するので、本発明のインダクタのインダクタンス−
飽和電流特性は、用いる各磁性材の使用量を考慮した加
重平均により前もって計算される。The inductance-saturation current characteristic of the inductor of the present invention appears as the sum of the characteristics of each inductor when the above-mentioned plurality of magnetic materials are individually manufactured in respective usage amounts. still,
Since the strength of each of these characteristics is proportional to the amount of each magnetic material used, the inductance-
The saturation current characteristic is calculated in advance by a weighted average considering the amount of each magnetic material used.
即ち、簡単のため本発明のインダクタが、第３図の一
点鎖線７で表わされる特性を有する磁性材M1と破線９で
表わされる特性を有する磁性材M2から成る磁心を有する
第２図に示すような構造のインダクタである場合、イン
ダクタンスＬは、次式 （式中、μ０は真空の透磁率、μr1及びμr2はそれぞれ
磁性材M1及びM2に固有の比透磁率、S1及びS2はそれぞれ
磁性材M1及びM2の断面積、Ｎはコイルの巻数、は磁路
長を表す。）で表わされる。磁性体の一般的特性とし
て、透磁率の大きな材料の磁気飽和点は小さく、透磁率
の小さな材料の磁気飽和点は大きい。従って、本チョー
クコイルのインダクタンスＬは、コイルに流れる電流が
微小のときは、（１）式にて表わされる値をとるが、電
流量が増大すると磁性材M1が磁気飽和するため、磁性材
M1のインダクタンスに対する寄与は無くなり、次式 Ｌ＝μ０・μr2・S2・N2/ …（２） で表わされるインダクタンス値となる。That is, the present inductor for simplicity, in Figure 2 having a magnetic core made of a magnetic material M 2 having a characteristic represented by the magnetic material M 1 and the broken line 9 having a characteristic represented by a dashed line 7 in Figure 3 In the case of an inductor having a structure as shown, the inductance L is expressed by the following equation. (Cross-sectional area of wherein, mu 0 is the permeability of vacuum, .mu.r 1 and .mu.r 2-specific relative permeability in the magnetic material M 1 and M 2 respectively, S 1 and S 2 respectively magnetic material M 1 and M 2 , N represents the number of turns of the coil, and represents the magnetic path length.) As a general characteristic of a magnetic material, a material having a high magnetic permeability has a small magnetic saturation point, and a material having a low magnetic permeability has a large magnetic saturation point. Accordingly, the inductance L of the choke coil, when the current flowing through the coil is small, (1) takes a value represented by formula, since the magnetic material M 1 when the amount of current increases the magnetic saturation, magnetic material
Contribution to the inductance of M 1 is eliminated, the inductance value expressed by the following equation L = μ 0 · μr 2 · S 2 · N 2 / ... (2).
よって、本コイルのインダクタンスは、第３図の実線
８に示したような電流特性をもつようになる。Therefore, the inductance of the present coil has a current characteristic as shown by the solid line 8 in FIG.
上記のようにして個々の磁性材の磁気特性とその組成
比を選ぶことにより、任意の電流−インダクタンス特性
をもつチョークコイル、即ちインダクタが簡単に設計製
作できる。By selecting the magnetic characteristics and the composition ratio of each magnetic material as described above, a choke coil having an arbitrary current-inductance characteristic, that is, an inductor can be easily designed and manufactured.
本発明のインダクタの磁心に巻かれるコイルは特に限
定されず、通常のものが用いられる。コイルの巻数も所
望のインダクタンス強度に応じて適宜選択して良い。The coil wound around the magnetic core of the inductor of the present invention is not particularly limited, and a normal coil is used. The number of turns of the coil may be appropriately selected according to a desired inductance strength.
本発明のインダクタの製造に於いて、磁心は磁気特性
が異なる複数の磁性材を複合していればよく、その複合
形態は特に限定されない。In manufacturing the inductor of the present invention, the magnetic core may be a composite of a plurality of magnetic materials having different magnetic properties, and the composite form is not particularly limited.
以下、本発明のインダクタの製造を添付の図を用いて
具体的に説明する。Hereinafter, the manufacture of the inductor of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
第１図は、磁気特性の異なる磁性材２〜４の３層から
成るトロイダル状磁心を有するチョークコイルを示す。
このチョークコイルの製造に於いては、使用する各磁性
材は薄帯の形状にしたものを使う。FIG. 1 shows a choke coil having a toroidal magnetic core composed of three layers of magnetic materials 2 to 4 having different magnetic properties.
In the production of this choke coil, each magnetic material to be used has a thin ribbon shape.
即ち、先ず、適当な大きなボビンを芯体として磁性材
２の薄帯をこれに巻回し層の厚みが所定になったところ
で巻回操作を停止し、次いで、この層上に磁性材３の薄
帯を、所定の層厚になるまで巻回する。次いで、同様に
この形成された層上に磁性材４の薄帯を、所定の層厚に
なるまで巻回した後、巻戻しが起こらないような処置を
施したのちボビンを除去する。かくして得られた磁心部
に直接コイルを巻くか、或いは、例えば静電塗装により
磁心に被覆を施したのちコイルを巻くことにより、チョ
ークコイルが得られる。That is, first, a thin strip of the magnetic material 2 is wound around an appropriate large bobbin as a core body, and when the thickness of the layer becomes predetermined, the winding operation is stopped. The band is wound up to a predetermined layer thickness. Next, similarly, a thin strip of the magnetic material 4 is wound on the formed layer until a predetermined thickness is obtained. Then, a treatment for preventing unwinding is performed, and then the bobbin is removed. A choke coil can be obtained by winding a coil directly on the magnetic core thus obtained, or by coating the core with, for example, an electrostatic coating and then winding the coil.
又、本発明のインダクタは、第２図に示すように磁気
特性の異なる複数の磁心を積層して得られ、磁心にコイ
ルを巻いたものであっても良い。Further, as shown in FIG. 2, the inductor of the present invention may be obtained by laminating a plurality of magnetic cores having different magnetic characteristics, and a coil wound around the magnetic core.
更に又、本発明のインダクタは、複数の磁性材の各々
所定量を細線形状にし、これらを集束して磁心を作成
し、これにコイルを巻いて得られるチョークコイルでも
良い。或いは、複数の磁性材を粉体または薄片にし、こ
れらの各々の所定量を適当な容器、例えば、エポキシ系
樹脂で作られた凹型のミゾを有する円形の容器等に入
れ、その容器の外側からコイルを巻いて得られるもので
も良い。Furthermore, the inductor of the present invention may be a choke coil obtained by forming a predetermined amount of each of a plurality of magnetic materials into a thin wire shape, converging these to form a magnetic core, and winding a coil around the core. Alternatively, a plurality of magnetic materials are made into powder or flakes, and a predetermined amount of each of them is placed in an appropriate container, for example, a circular container having a concave groove made of an epoxy resin, and the like, and from outside the container. It may be obtained by winding a coil.
また、上記磁性材の粉体又は薄片とともに樹脂等の固
化材、例えばエポキシ系熱硬化性樹脂等を容器に入れ、
樹脂等を固化したのち容器を取り除くことによって得ら
れる磁心に直接、又は塗装を行った後、コイルを施すこ
とにより得られるインダクタでも良い。Also, a solidifying material such as a resin together with the magnetic material powder or flakes, for example, an epoxy-based thermosetting resin or the like is placed in a container,
An inductor obtained by applying a coil directly to a magnetic core obtained by solidifying a resin or the like and then removing the container, or after coating, may be used.
（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.
実施例１ 表−１の磁気特性を有する直径30μｍのコバルト系ア
モルファス細線Ａ及びＢを、表−１に示す本数用いて実
行断面積0.5mm2のソレノイド状磁心を作製した。次い
で、この磁心に直径0.25mmのコイルを60回巻いてインダ
クタを製造した。得られたインダクタのインダクタンス
−出力電流特性を第４図（実線13）に示す。Example 1 Solenoid-shaped magnetic cores having an effective cross-sectional area of 0.5 mm 2 were produced using the number of the amorphous fine wires A and B having a diameter of 30 μm having the magnetic characteristics shown in Table 1 shown in Table 1. Next, a coil having a diameter of 0.25 mm was wound around the magnetic core 60 times to produce an inductor. FIG. 4 (solid line 13) shows the inductance-output current characteristics of the obtained inductor.
比較例１及び２ 上記のアモルファス細線Ａ及びＢをそれぞれ単独に用
いた以外は実施例１と同様にしてそれぞれインダクタを
製造した（それぞれ比較例１及び２）。これらのインダ
クタのインダクタンス−出力電流特性を第４図に示す
（それぞれ一点鎖線14及び破線15）。 Comparative Examples 1 and 2 Inductors were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the amorphous fine wires A and B were used alone (Comparative Examples 1 and 2, respectively). The inductance-output current characteristics of these inductors are shown in FIG. 4 (dashed line 14 and broken line 15, respectively).
（発明の効果） 本発明のインダクタは上記のような構成を有するの
で、第３図の実線８で示されるような、低出力電流時に
大きなインダクタンスを示し、且つ飽和電流値の大きい
インダクタが得られ、又、小型化が可能である。更に、
磁心に使用する磁性材の磁気特性及びその使用量より、
インダクタのインダクタンス−飽和出力電流特性を簡単
に推察及び計算が可能となり、品質の安定したチョーク
コイルを事前に設計でき簡単に製造できる。(Effect of the Invention) Since the inductor of the present invention has the above-described configuration, an inductor having a large inductance at a low output current and a large saturation current value as shown by a solid line 8 in FIG. 3 can be obtained. Also, miniaturization is possible. Furthermore,
From the magnetic properties of the magnetic material used for the magnetic core and the amount used,
The inductance-saturation output current characteristic of the inductor can be easily estimated and calculated, and a choke coil having stable quality can be designed in advance and can be easily manufactured.
第１図及び第２図は本発明のインダクタの斜視図であ
り、第３図及び第４図はインダクタンス−出力電流の特
性図である。 １……コイル、２〜６……磁性材、７及び９……一種の
みの磁性材より成る磁心のインダクタの特性図、８……
複数の磁性材より成る磁心のインダクタの特性図、10〜
…12……飽和出力電流値、13……実施例１の特性図、14
及び15……それぞれ比較例１及び２の特性図。1 and 2 are perspective views of the inductor of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are characteristic diagrams of inductance-output current. 1 ... Coil, 2-6 ... Magnetic material, 7 and 9 ... Characteristic diagram of magnetic core inductor made of only one kind of magnetic material, 8 ...
Characteristic diagram of magnetic core inductor composed of multiple magnetic materials, 10-
… 12 Saturated output current value, 13… Characteristic diagram of Example 1, 14
And 15 are characteristic diagrams of Comparative Examples 1 and 2, respectively.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 27/24 H01F 37/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01F 27/24 H01F 37/00
Claims (1)
1,600A/mの磁性材（Ａ）少なくとも１つと透磁率100〜5
00および磁気飽和点1,300〜6,400A/mの磁性材（Ｂ）少
なくとも１つを、磁性率の差が少なくとも200でかつ磁
気飽和点の差が少なくとも400A/mになるように組み合わ
せて成る磁心を有するインダクタ。(1) a magnetic permeability of 500 to 5,000 and a magnetic saturation point of 160 to
At least one magnetic material (A) of 1,600 A / m and magnetic permeability of 100 to 5
00 and at least one magnetic material (B) having a magnetic saturation point of 1,300 to 6,400 A / m so that the magnetic susceptibility difference is at least 200 and the magnetic saturation point difference is at least 400 A / m. Inductor.
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