JP7724659B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本開示は、コイル装置に関する。

従来、インダクタ等を構成するコイル装置のコアは、金属系の磁性体粉末やフェライト系の磁性体粉末を主成分とする混合粉末を圧粉成形して形成されることが多い。このような圧粉成形体から構成されるコアは、混合粉末をプレス機で加圧成形したあと、所定の温度で熱処理、或いは焼結して形成される。

ところで、大電流に対応可能なコイル装置では、コイルの大型化に伴い、大型のコアが必要とされる。しかしながら、上記圧粉成形によりコアを形成する場合、コアの大きさに対してプレス機の加圧能力が不足すると、必要な機械的強度を確保できなくなる。このため、プレス機の加圧能力がコアの大型化の妨げになるという課題がある。

そこで、コアの機械的強度を確保しつつ、大型化の要求に対応するために、磁性樹脂から構成されるコアが検討されている。磁性樹脂から構成されるコアは、金属粉末等の磁性体粉末と液状の樹脂を混合させて硬化させるため、機械的強度を確保しつつ、所望の形状や大きさに形成することができる。

例えば、特許文献１には、コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアを備え、磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料によって構成されるコイル装置が開示されている。このコイル装置では、樹脂射出用の成形型にコイルを配置し、軟磁性粉末と原料樹脂とを含む溶融混合物を射出して、コイルと磁性コアを一体に成形している。

特開２０１６－９６２２７号公報

しかしながら、上記特許文献１のように磁性樹脂から構成されるコアは、圧粉成形体から構成されるコアに比べ、透磁率が低く、コアロスが高い傾向にある。従って、特許文献１に記載のコイル装置では、圧粉成形体から構成されるコアを備えたコイル装置と比較して、コイル装置の磁気特性を高めることが困難であるという課題がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、コアの大型化に対応し、効果的に磁気特性を高めることができるコイル装置を得ることを目的とする。

本開示の第１の態様に係るコイル装置は、筒状のコイルと、前記コイルの内側に配置される柱状の内側コアと、前記コイルの外側に配置される外側コアと、を備え、前記内側コアは、圧粉成形体から構成され、前記外側コアは、前記コイルの外周に沿って配置される外周コアを有し、少なくとも前記外周コアは、磁性粉末と液状の樹脂を混合させて硬化させた磁性樹脂から構成されている。

本開示に係るコイル装置では、筒状のコイルの内側に配置される柱状の内側コアと、筒状のコイルの外側に配置される外側コアとによって磁気回路が構成されている。ところで、コイルの内側に配置される内側コアは、外側コアに比べて小径であり、内側コアを圧粉成形体で構成した場合であっても、成形時の工程でプレス機の加圧能力の確保が容易である。一方、コイルの外側に配置される外側コイルは、内側コアと比較してコアが大型化する。特に、外側コアにおいて、コイルの外周に沿って配置される部分は、大径となる部分であり、外側コアを圧粉成形体で構成した場合に、所望の加圧能力を確保することが困難な場合がある。

本開示では、外側コアにおいて、少なくとも、コイルの外周に沿って配置される外周コアを磁性樹脂で構成している。磁性樹脂は、磁性粉末と液状の樹脂を混合させて硬化することで形成されるため、機械的強度を確保しつつ、所望の大きさに形成が可能である。これにより、コアの大型化に対応することができる。

また、内側コアを圧粉成形体で構成することで、コイル装置の磁気特性を効果的に高めている。即ち、コイルの内側に配置される内側コアは、配置スペースの制約によりコアの体積を増やすことが難しいため、内側コアの透磁率やコアロスの大きさは、コイル装置の磁気特性に大きく影響を与える。そこで、内側コアを圧粉生成体で構成し、コイル装置において、磁気特性上の主要部となるコア材を、高透磁率、且つ、低コアロスの材料で構成している。これにより、圧粉成形体からなるコアの配置を最適化し、コアの大型化に対応し、効果的にコイル装置の磁気特性を高めることができる。

本開示の実施形態に係るコイル装置の斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した状態を示すコイル装置の断面図である。 実施形態に係るコイル装置の分解斜視図である。 実施形態に係るコイルケースの平面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、本開示の実施例Ａ～Ｃに対応するコイル装置の断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、本開示の実施例Ｄ～Ｆに対応するコイル装置の断面図である。 （Ａ）～（Ｉ）は、本開示の他の実施例を示すコイル装置の断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、比較例Ａ～Ｃに対応するコイル装置の断面図である。 実施例Ａ～Ｃに対応するコイル装置の透磁率を示すグラフである。 実施例Ａ～Ｃに対応するコイル装置のコアロスを示すグラフである。 実施例Ａのμ－Ｈ特性を示すグラフである。 実施例ＡのＰｃｖ－Ｂｍ特性を示すグラフである。 実施例Ａ、及び実施例Ｄ～Ｆの磁気特性を示すグラフである。

以下、本発明の本実施形態に係るコイル装置１０について図１～４を参照して説明する。本実施形態では、説明の便宜上、各図中に適宜示す上下、左右、前後の矢印で示す方向を、それぞれ上下方向、左右方向、前後方向と定義して説明する。また、各図中においては、図面を見易くするため、一部の符号を省略している場合がある。

図１～図４に示されるように、本実施形態のコイル装置１０は、一例として、チョークコイルを構成している。コイル装置１０は、筒状に形成されたコイル２０と、コイル２０を収容するコイルケース３０と、磁気回路を構成するコア５０と、を備えている。

コイル２０は、導電性を有する長尺な板材（例えば銅板）によって構成されている。コイル２０は、板材を螺旋状に巻回して形成した筒状の巻回部２２と、巻回部２２の巻き始めと巻き終わりから引き出された一対の引出端子部２４Ａ，２４Ｂを有している。一対の引出端子部２４Ａ，２４Ｂは、上下方向を板厚方向とする板状をなしており、巻回部２２の軸方向の両端から径方向外側へ向かって互いに平行に伸びている。コイル２０をコイルケースに収容した状態では、筒状の巻回部２２がコイルケース３０の内側に収容され、一対の引出端子部２４Ａ，２４Ｂがコイルケース３０の外側に引き出される。

コイルケース３０は、絶縁材料（例えば樹脂）から構成された箱体である。このコイルケース３０は、コイル２０（巻回部２２）の内側に配置される筒状部３２と、筒状部３２の径方向外側に配置される第１側壁部３４と、第１側壁部３４の径方向外側に配置される第２側壁部３６とを有している。

筒状部３２は、上下方向を軸方向とする円筒状に形成されており、筒状部３２の外周面に沿ってコイル２０の巻回部２２が配置される。コア５０をコイルケース３０に取り付けた状態では、筒状部３２の内側に柱状の内側コア５２が配置される。筒状部３２の下端部には、筒状部３２の外周面から径方向外側に延びる鍔状の底壁部３８設けられている。

第１側壁部３４は、筒状部３２よりも大径の円筒状に形成されており、筒状部３２の径方向外側で底壁部３８から上方側へ立設されている。コイルケース３０は、上述した筒状部３２、底壁部３８、及び第１側壁部３４によってケース上方側に開口したコイル収容部４４を形成している。コイル収容部４４の内側には、コイル２０を構成する筒状の巻回部２２が収容される。巻回部２２がコイル収容部４４に収容された状態では、第１側壁部３４が、コイル２０（巻回部２２）の外周に沿って配置され、巻回部２２から延びる一対の引出端子部２４Ａ，２４Ｂが、第１側壁部３４と一体に形成された端子引出部４０Ａ，４０Ｂを通りコイルケース３０の外側へ引き出されている。

ここで、端子引出部４０Ａ，４０Ｂは、コイル収容部４４の内外を連通させるように形成された開口部であり、第１側壁部３４の周方向に沿って二箇所に形成されている。二つの端子引出部４０Ａ，４０Ｂは、巻回部２２の軸方向上端から延びる引出端子部２４Ａに対応する第１端子引出部４０Ａと、巻回部２２の軸方向下端から延びる引出端子部２４Ｂに対応する第２端子引出部４０Ｂで構成されている。また、第１及び第２端子引出部４０Ａ，４０Ｂには、一対の引出端子部２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ案内する端子案内部４２Ａ，４２Ｂが一体に設けられている。

二つの端子案内部４２Ａ，４２Ｂはコイルケース３０から突出して設けられ、台座部４２１Ａ，４２１Ｂと一対の案内壁部４２２Ａ，４２２Ｂとを、それぞれ有している。台座部４２１Ａ，４２１Ｂは、コイルケース３０の外周から径方向外側へ張り出したテーブル状に形成されており、対応する引出端子部２４Ａ，２４Ｂの下面を覆って、下方側から支持可能な構成となっている。一対の案内壁部４２２Ａ，４２２Ｂは、コイルケース３０の外周から径方向外側へ平行に伸びており、対応する引出端子部２４Ａ，２４Ｂの側面を両側から覆って、コイル２０の回転を規制可能な構成となっている。更に、端子案内部４２Ａ，４２Ｂは、コイルケース３０から突出して設けられることで、引出端子部２４Ａ，２４Ｂ間の絶縁の確保にも有効に作用する構成となっている。

第２側壁部３６は、第１側壁部３４よりも大径の円筒状に形成されており、第１側壁部３４の径方向外側に配置されている。具体的に、第２側壁部３６は、ケース前方において二つの端子案内部４２Ａ，４２Ｂの内側に形成される第１円弧部３６Ａと、二つの端子案内部４２Ａ，４２Ｂの外側に形成される第２円弧部３６Ｂとで構成される。第１及び第２円弧部３６Ａ，３６Ｂは、それぞれが、コイルケース３０の軸方向から見て円弧状に湾曲した壁部であり、周方向の両端部が二つの端子案内部４２Ａ，４２Ｂのそれぞれと繋がっている。

ここで、コイルケース３０では、第１側壁部３４と第２側壁部３６との間に形成される空間部をコア充填部４６としている。具体的に、コア充填部４６は、第１側壁部３４と第１円弧部３６Ａとの間に形成された第１コア充填部４６１と、第１側壁部３４と第２円弧部３６Ｂとの間に形成された第２コア充填部４６２とで構成され、それぞれが、ケース上下方向に貫通した空間部となっている。第１及び第２コア充填部４６１，４６２には、後述する外周コア６０を構成する磁性樹脂が充填されてコイルケース３０と一体化されている。

次に、コイル２０に装着されるコア５０について説明する。コア５０は、コイル２０の内側に配置される内側コア５２と、コイル２０の外側に配置される外側コア５４とを備えている。上述のように、内側コア５２は、上下方向を軸方向とする円柱状に形成され、コイル装置１０として組み付けられた状態では、コイルケース３０の筒状部３２の内側に配置され、コイル２０の巻回部２２の内側に配置される。この内側コア５２は、圧粉成形体から構成されている。

ここで、圧粉成形体とは、磁性体粉末と保形用の粉末状バインダ（結合材）を混合し、混合粉末を加圧成形した後、焼結或いは熱処理工程を経て形成される磁性体である。磁性体粉末は、本実施形態では、鉄を主成分とする金属系の磁性体粉末で構成されている。なお、以下では、金属系の磁性体粉末を用いた圧粉成形体を「金属圧粉成形体」と称し、フェライトを焼結させた磁性体から構成される圧粉成形体を「フェライト圧粉焼結体」と称する。

外側コア５４は、上鍔コア５６、下鍔コア５８、及び外周コア６０からなる三つのコア部材で構成されている。上鍔コア５６及び下鍔コア５８は、上下方向を板厚方向とする円盤状に形成されており、内側コア５２の上下両端部にそれぞれ配置される。上鍔コア５６及び下鍔コア５８のそれぞれは、内側コア５２よりも大径に形成されており、コイル装置１０として組み付けられた状態では、上鍔コア５６及び下鍔コア５８の外周部が内側コア５２の外周面に対して鍔状に突出する構成となっている。上鍔コア５６及び下鍔コア５８は、上述した内側コア５２と同様の金属圧粉成形体で構成されており、外表面には、外部との絶縁を確保するための絶縁性を有するコート剤６２（図２参照）が塗布されている。なお、図１及び図３では、コート剤６２を省略して図示している。

外周コア６０は、コイル２０の外周に沿って配置され、全体として略円筒状に形成されている。この外周コア６０は、磁性樹脂から構成されている。磁性樹脂とは、磁性体粉末を混同させた液状の樹脂を硬化させた磁性体である。本実施形態では、樹脂材料を射出成形してコイルケース３０を形成した後、コイルケース３０のコア充填部４６（４６１，４６２）に液状の磁性樹脂を充填して硬化させる。これにより、コア充填部４６（４６１，４６２）に充填された磁性樹脂によって、コイルケース３０と一体化された外周コア６０が形成される。コイル装置１０として組み付けられた状態では、上鍔コア５６及び下鍔コア５８を繋ぐように、コイル２０の外周に沿って外周コア６０が配置される。この状態では、上鍔コア５６の外周部がコイル２０の上面を覆うように配置されるため、コイル２０と上鍔コア５６との絶縁を確保するために、リング状の絶縁シート７０がコイル２０と上鍔コア５６との間に配置される。

なお、磁性樹脂に含まれる磁性体粉末は、本実施形態では一例として、鉄を主成分とする金属系の磁性体粉末で構成されている。

上記構成のコイル装置１０では、内側コア５２から上鍔コア５６、外周コア６０、下鍔コア５８を経て巡る磁気回路が形成されている。当該磁気回路において、コイル２０の外周に沿って配置される外周コア６０は、外径寸法が最も大きく、形状が円筒形を成し複雑な構成となっている。従って、大電流に対応する大型のコイル装置では、一般的な圧粉成形体で外周コアを成形しようとすると、加圧成形時にプレス機の加圧能力を確保することが困難な場合がある。これに対して、本実施形態では、外周コア６０を磁性樹脂で構成することで、射出成形等の方法で所望の形状、及び大きさに成形し、同時に、機械的強度も確保可能となっている。

ところで、圧粉成形体から構成されるコアでは、熱処理を施すことにより、成型時の加工歪みが除去され、コアロス（磁気損失）を抑制することができる。これに対して、磁性樹脂から構成されるコアは、液状の樹脂が硬化する時の内部応力等によってコアに歪みが生じ、コアロスを抑制することが難しい。また、液状の樹脂をバインダーとするため、磁性粉末の粒子間距離が大きくなり、透磁率を高めることが難しい。また、反磁界の影響が大きくなる。従って、磁性樹脂から構成されるコアは、圧粉成形体から構成されるコアと比較して、透磁率やコアロスなどの磁気特性が低下する傾向にある。

そこで、発明者らは、圧粉生成体又は磁性樹脂から構成される異種のコア材の組み合わせにより、外周コア６０が磁性樹脂から構成されるコイル装置１０において、効率的に磁気特性を高めることを考案した。特に、コイル２０の内側に配置される内側コアは、配置スペースの制約によりコアの体積を増やすことが難しいため、内側コアの磁気特性が低下するとコア全体の磁気特性に大きく影響を与えることが想定される。そのため、上記実施形態のように、少なくとも、コイル２０の内側に配置される内側コア５２を圧粉成形体で構成することで、効果的に磁気特性を向上させることに成功した。以下、上記実施形態を含む本開示の実施例Ａ～Ｆの構成及び磁気特性について説明する。

図５には、内側コア５２が金属圧粉成形体から構成される実施例Ａ～Ｃのコイル装置１０の断面が概略的に示されている。

［実施例Ａ］
図５（Ａ）に示すように、実施例Ａに係るコイル装置１０Ａは、内側コア５２、上鍔コア５６、及び下鍔コア５８が金属圧粉成形体で構成され、外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。この実施例Ａでは、磁気回路の磁路長に対して金属圧粉成形体で構成されたコア部分の占める体積比率が７３％程度とされている。

［実施例Ｂ］
図５（Ｂ）に示すように、実施例Ｂに係るコイル装置１０Ｂは、内側コア５２及び下鍔コア５８が金属圧粉成形体で構成され、上鍔コア５６及び外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。この実施例Ｂでは、磁気回路の磁路長に対して金属圧粉成形体で構成されたコア部分の占める体積比率が５０％程度とされている。

［実施例Ｃ］
図５（Ｃ）に示すように、実施例Ｃに係るコイル装置１０Ｃは、内側コア５２が金属圧粉成形体で構成され、上鍔コア５６、下鍔コア５８、及び外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。この実施例Ｃでは、磁気回路の磁路長に対して金属圧粉成形体で構成されたコア部分の占める体積比率が２７％程度とされている。

ここで、上記実施例Ａ～Ｃの磁気特性について図８に示す比較例Ａ～Ｃと対比して説明する。比較例Ａ～Ｃに係るコイル装置３００Ａ～３００Ｃは、基本的な構造は本実施形態のコイル装置１０と同様であるが、内側コア３０２が磁性樹脂で構成されている点が上記実施例Ａ～Ｃと異なる。図８に示す各図においては、コイル装置１０と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する

［比較例Ａ～Ｃ］
図８（Ａ）に示すように、比較例Ａのコイル装置３００Ａは、内側コア３０２と外周コア３０８が磁性樹脂で構成され、上鍔コア３０４と下鍔コア３０６が金属圧粉成形体で構成されている。この比較例Ａでは、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率が４６％程度とされている。
図８（Ｂ）に示すように、比較例Ｂのコイル装置３００Ｂは、内側コア３０２、上鍔コア３０４、外周コア３０８が磁性樹脂で構成され、下鍔コア３０６が金属圧粉成形体で構成されている。この比較例Ｂでは、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率が２３％程度とされている。
図８（Ｃ）に示すように、比較例Ｃのコイル装置３００Ｃは、内側コア３０２、上鍔コア３０４、下鍔コア３０６、及び外周コア３０８が磁性樹脂で構成されている。この比較例Ｃでは、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率が０％とされている。

次に、図９を参照し、実施例Ａ～Ｃについて、金属圧粉成形体の占める体積比率とコア全体の透磁率との関係を比較例Ａ～Ｃと対比しつつ説明する。図９の横軸は、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率［％］を表す。図９の縦軸は、非通電時におけるコア全体の透磁率μ［Ｈ／ｍ］を表す。図９に示されるように、実施例Ａ～Ｃの透磁率μを比較すると、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率が増加するほど、コア全体の透磁率μが向上することが分かる。

また、図９に示す全数値範囲において、実施例Ａ～Ｃに係る透磁率μが比較例Ａ～Ｃを上回っていることが分かる。従って、例えば、実施例Ｃ（図５（Ｃ））と比較例Ａ（図８（Ａ））の透磁率μを比較すると、磁路長に対し金属圧粉成形体の占める体積比率は、実施例Ｃでは２７％であるのに対し、比較例Ａでは、４６％であり、実施例Ｃよりも体積比率が大きいにもかかわらず、コア全体の透磁率μは、実施例Ｃの方が大きい値を示している。従って、実施例Ａ～Ｃでは、コイル２０の内側に配置される内側コア５２を金属圧粉成形体で構成することにより、比較例Ａ～Ｃと比較して、コア全体の透磁率μが効果的に高められていることが分かる。なお、図９に示す金属圧粉成形体の占める体積比率とコア全体の透磁率との関係は、実施例Ａ～Ｃにおける内側コア５２をフェライト圧粉焼結体で構成した場合でも、同様の関係性が示された。

次に、図１０を参照して、実施例Ａ～Ｃについて、金属圧粉成形体の占める体積比率とコア全体のコアロスとの関係を比較例Ａ～Ｃと対比しつつ説明する。図１０の横軸は、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率［％］を表す。図１０の縦軸は、コア全体のコアロスＰｃｖ［ｍＷ／ｃｃ］を表す。図１０に示されるように、実施例Ａ～ＣのコアロスＰｃｖを比較すると、磁路長に対して金属圧粉成形体の占める体積比率が増加するほど、コア全体のコアロスＰｃｖが低下することが分かる。また、図１０に示す全数値範囲において、実施例Ａ～ＣのコアロスＰｃｖの値が比較例Ａ～Ｃの値を下回る。このため、実施例Ｃ（図５（Ｃ））と比較例Ａ（図８（Ａ））のコアロスＰｃｖの値の比較によって分かるように、比較例Ａの方が金属圧粉成形体の占める体積比率が大きいにも関わらず、コアロスＰｃｖの値は、実施例Ｃの方が小さい値を示している。従って、実施例Ａ～Ｃでは、コイルの内側に配置される内側コア５２を金属圧粉成形体で構成することにより、比較例Ａ～Ｃと比較して、コア全体のコアロスＰｃｖが効果的に抑制されることが分かる。なお、図１０に示す金属圧粉成形体の占める体積比率とコア全体のコアロスとの関係は、実施例Ａ～Ｃの内側コアをフェライト圧粉焼結体で構成した場合でも、同様の関係性が示された。

次に、図１１を参照し、内側コア５２が圧粉成形体（金属圧粉成形体）で構成された実施例Ａのμ－Ｈ特性について説明する。図１１の横軸は磁場の強さＨ［Ａ／ｍ］を表し、図１１の縦軸はコア全体の透磁率μ［Ｈ／ｍ］を表している。また、図１１では、実施例Ａのμ－Ｈ特性が実線で示され、比較例Ｃのμ－Ｈ特性が破線で示されている。この図に示すように、実施例Ａは、広範において安定した高透磁率を示し、コイルに大電流が流れる場合であっても、高透磁率を維持できることが分かる。また、図１１に示す全数値範囲において、実施例Ａの透磁率は比較例Ｃを上回ることが分かる。

次に、図１２を参照し、内側コア５２が圧粉成形体（金属圧粉成形体）で構成された実施例ＡのＰｃｖ－Ｂｍ特性について説明する。図１２の横軸は、磁束密度Ｂｍ［ｍＴ］を表し、図１２の縦軸は、コアロスＰｃｖ［ｍＷ／ｃｃ］を表す。また、図１２では、実施例ＡのＰｃｖ－Ｂｍ特性が実線で示され、比較例ＣのＰｃｖ－Ｂｍ特性が破線で示されている。この図に示すように、実施例Ａでは、比較例Ｃと比較して、磁束密度Ｂｍの増加に伴うコアロスＰｃｖの上昇が緩やかである。また、実施例Ａのコアロスは、図１１に示す全数値範囲において、比較例Ｃのコアロスの値を下回っている。従って、実施例Ａは、コイルに大電流が流れる場合であっても、コアロスの増加が効果的に抑制されることが分かる。

更に、発明者らは、低電流域における透磁率や低コアロス化の観点では、一般的に、金属圧粉成形体よりもフェライト圧粉焼結体から成る圧粉成形体の方が磁気特性が優れるという点に着目し、フェライト圧粉焼結体から構成されるコア部材を組み合わせて磁気回路を構成することを検討した。

一方で、フェライト圧粉焼結体は、大電流が流れると、透磁率が減少する磁気特性も有する。そこで、発明者らは、金属圧粉成形体とフェライト圧粉焼結体、及び磁性樹脂から構成されるコア部材の組み合わせを最適化することで、磁気特性の向上を図り、大電流に対応可能なコア５０の構成を考案することに成功した。

以下、図６を参照して、金属圧粉成形体とフェライト圧粉焼結体、及び磁性樹脂を用いてコア５０を構成した実施例Ｄ～Ｆについて、説明する。

［実施例Ｄ］
図６（Ａ）に示すように、実施例Ｄに係るコイル装置１０Ｄは、内側コア５２が金属圧粉成形体で構成され、上鍔コア５６及び下鍔コア５８がフェライト圧粉焼結体で構成され、外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。

［実施例Ｅ］
図６（Ｂ）に示すように、実施例Ｅに係るコイル装置１０Ｅは、内側コア５２がフェライト圧粉焼結体で構成され、上鍔コア５６及び下鍔コア５８が金属圧粉成形体で構成され、外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。

［実施例Ｆ］
図６（Ｃ）に示すように、実施例Ｅに係るコイル装置１０Ｅは、内側コア５２、上鍔コア５６及び下鍔コア５８がフェライト圧粉焼結体で構成され、外周コア６０が磁性樹脂で構成されたコア５０を備えている。

次に、図１３を参照して、上記実施例Ｄ～Ｆの磁気特性について説明する。図１３には、金属圧粉成形体と磁性樹脂でコア５０を構成した実施例Ａと、上記実施例Ｄ～Ｆの磁気特性が棒グラフで表されている。図１３では、各実施例について、コイル２０の非通電時におけるコア全体の透磁率μ０Ａ／ｍ［Ｈ／ｍ］の値が実線で表され、コイル２０に５０００アンペアの電流を流した時におけるコア全体の透磁率μ５０００Ａ／ｍ［Ｈ／ｍ］の値が鎖線で表され、コア全体のコアロスＰｃｖ［ｍＷ／ｃｃ］の値が一点鎖線で表されている。

図１３に示すように、実施例Ｄ～ＦのコアロスＰｃｖの値は、コア５０にフェライト圧粉焼結体を含まない実施例ＡのコアロスＰｃｖの値よりも低い。従って、コア５０の一部をフェライト圧粉焼結体で構成することで、コアロスＰｃｖを抑制することができることが分かる。

また、実施例Ｄと実施例Ｅについてコア全体のコアロスＰｃｖの値を比較すると、上鍔コア５６及び下鍔コア５８をフェライト圧粉焼結体で構成した実施例Ｄは、内側コア５２のみをフェライト圧粉焼結体で構成した実施例Ｅよりも、磁路長に対してフェライト圧粉焼結体が占める体積比率が大きい。しかしながら、コアロスＰｃｖの値は、実施例Ｄよりも実施例Ｅの方が低いことから、内側コア５２にフェライト圧粉焼結体を配置することにより、フェライト圧粉焼結体の磁気特性が顕著に現れることが分かる。

更に、実施例Ｅと実施例ＦについてコアロスＰｃｖの値を比較すると、内側コア５２のみがフェライト圧粉焼結体で構成される実施例Ｅと比較して、内側コア５２に加えて、上鍔コア５６及び下鍔コア５８もフェライト圧粉焼結体で構成される実施例Ｆの方が、コアロスＰｃｖの値が更に低くなることが分かる。

上記傾向は、非通電時における透磁率μ０Ａ／ｍの値と、５０００アンペアの電流を流した状態における透磁率μ５０００Ａ／ｍの値においても同様であることが分かる。即ち実施例Ｄ～Ｆの透磁率μ０Ａ／ｍの値は、コア５０にフェライト圧粉焼結体を含まない実施例Ａの透磁率μ０Ａ／ｍの値よりも上回り、フェライト圧粉焼結体を内側コア５２に配置することでこの特性は顕著に現れる。また、実施例Ｄ～Ｆにおいて、大電流を流した状態の透磁率μ５０００Ａ／ｍの値は、コア５０にフェライト圧粉焼結体を含まない実施例Ａの透磁率μ５０００Ａ／ｍの値よりも低く、フェライト圧粉焼結体を内側コア５２に配置することでこの特性は顕著に現れる。

そうすると、内側コア５２がフェライト圧粉焼結体で構成される実施例Ｅ及びＦは、コアロスＰｃｖの値を低下させる点において優れるが、大電流が流れると透磁率が著しく減少するという磁気特性も顕著に現れるため、大電流に対応することが困難である。一方で、実施例Ｄでは、コアロスＰｃｖの値及び透磁率μ０Ａ／ｍの値において実施例Ａより優れ、透磁率μ５０００Ａ／ｍの値が実施例Ａと同等である。従って、実施例Ｄの構成が、磁気特性の向上を図り、大電流への対応を図る観点で最適化された構成であることが分かる。

（作用並びに効果）
以上説明したように、本実施形態のコイル装置１０では、内側コア５２を圧粉成形体（圧粉焼結体）で構成し、外側コアにおいて、少なくとも、コイルの外周に沿って配置される外周コアを磁性樹脂で構成することにより、コアの大型化に対応し、効果的に磁気特性を高めることができる。

また、本実施形態では、外側コア５４が、上鍔コア５６と下鍔コア５８、及び外周コア６０とで構成されている。従って、磁性樹脂から構成された外周コア６０に対し、上鍔コア５６及び下鍔コア５８の材料を変更することができ、外側コア５４の磁気特性を調整することができる。

例えば、図５（Ｂ）に示す実施例Ｂのコイル装置１０Ｂのように、下鍔コア５８を圧粉成形体で構成し、上鍔コア５６を磁性樹脂で構成することにより、外側コア５４を磁性樹脂のみで構成する構成と比較して、高透磁率、低コアロスの磁気特性を得ることができる。

また、図５（Ａ）に示す実施例Ａ及び図６（Ｂ）に示す実施例Ｅのように、上鍔コア５６及び前記下鍔コア５８を金属圧粉成形体から成る圧粉成形体で構成することで、外側コア５４を磁性樹脂のみで構成する場合と比較して、金属圧粉成形体の磁気特性に対応した磁気特性を高めることができる。

また、図６（Ａ）に示す実施例Ｄ及び図６（Ｃ）に示す実施例Ｆのように、上鍔コア５６及び前記下鍔コア５８をフェライト圧粉焼結体から成る圧粉成形体で構成することで、外側コア５４を磁性樹脂のみで構成する場合と比較して、フェライト圧粉焼結体の磁気特性に対応した磁気特性を高めることができる。

また、本実施形態のコイル装置１０では、コイルケース３０と外周コア６０が一体化されている。具体的に、コイルケース３０は、第１側壁部３４と、第１側壁部３４の径方向外側に配置される第２側壁部３６との間にコア充填部４６を有しており、外周コア６０は、コア充填部４６に磁性樹脂を充填することでコイルケース３０と一体化されている。これにより、コイルケース３０と外周コア６０との間のクリアランスを小さくすることができ、コイル装置１０の小型化を図ることができる。また、外周コア６０の側面がコイルケース３０の側面で覆われるため、錆びによる外周コア６０の劣化を抑制することができる。

更に、コイルケース３０と外周コア６０との間のクリアランスを小さくすることにより、磁気回路の磁路長を短くすることができるため、コイル装置１０のＡＬ値を高めることができる。

[補足説明]
以上、本実施形態、及び各実施例について説明したが、本開示において、内側コアと外側コアを如何なるコア材で構成するかは、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。

例えば、本開示には、図７（Ａ）に示す実施例Ｇに係るコイル装置１０Ｇが含まれる。コイル装置１０Ｇは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｇと、磁性樹脂から構成された上鍔コア５６Ｇ、下鍔コア５８Ｇ、及び外周コア６０Ｇを有する。コイル装置１０Ｇでは、柱状の内側コア５２Ｇの軸方向の両端部が、リング形状を成す上鍔コア５６Ｇ及び下鍔コア５８Ｇの中央に形成された貫通穴５０１に挿通されている。なお、図７の各図においては、コイル２０及びコイルケース３０の符号の図示を省略している。

また、本開示には、図７（Ｂ）に示す実施例Ｈに係るコイル装置１０Ｈが含まれる。コイル装置１０Ｈは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｈと、磁性樹脂から構成された上鍔コア５６Ｈ、下鍔コア５８Ｈ、及び外周コア６０Ｈを有する。コイル装置１０Ｈでは、柱状の内側コア５２Ｈの軸方向の両端部が、円盤形状の上鍔コア５６Ｈ及び下鍔コア５８Ｈの対向面に設けられた凹部５０２に挿入されている。

また、本開示には、図７（Ｃ）に示す実施例Ｉに係るコイル装置１０Ｉが含まれる。コイル装置１０Ｉは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｉ、上鍔コア５６Ｉ、及び下鍔コア５８Ｉと、磁性樹脂から構成された外周コア６０Ｉ及びフレームコア５０３を有する。コイル装置１０Ｉでは、筒状の外周コア６０Ｉの両端部に、リング状のフレームコア５０３が配置され、当該フレームコア５０３の内側に、柱状の内側コア５２Ｉと、内側コア５２Ｉの両端部に配置される上鍔コア５６Ｉ及び下鍔コア５８Ｉが収容されている。

また、本開示には、図７（Ｄ）に示す実施例Ｊに係るコイル装置１０Ｊが含まれる。コイル装置１０Ｊは、金属圧粉成形体から構成された上鍔コア５６Ｊ及び下鍔コア５８Ｊと、磁性樹脂から構成された外周コア６０Ｊ及びフレームコア５０３を有する。コイル装置１０Ｊでは、筒状の外周コア６０Ｊの両端部に、リング状のフレームコア５０３が配置され、当該フレームコア５０３の内側に、柱状の上内側コア５６１Ｊが一体に形成された上鍔コア５６Ｊと、柱状の下内側コア５８１Ｊが一体に形成された下鍔コア５８Ｊが収容されている。即ち、コイルの内側に配置される内側コアが、上鍔コア５６Ｊ及び下鍔コア５８Ｊと一体に形成されている。また、この場合において、内側コアを構成する上内側コア５６１Ｊと下内側コア５８１Ｊとの間に所定のギャップが形成される構成としてもよい。

また、本開示には、図７（Ｅ）に示す実施例Ｋに係るコイル装置１０Ｋが含まれる。コイル装置１０Ｋは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｋと、フェライト圧粉焼結体から構成された上鍔コア５６Ｋ及び下鍔コア５８Ｋと、磁性樹脂から構成された外周コア６０Ｋ及びフレームコア５０３を有する。コイル装置１０Ｋでは、筒状の外周コア６０Ｋの両端部に、リング状のフレームコア５０３が配置され、当該フレームコア５０３の内側で、コイルの内側に柱状の内側コア５２Ｋが配置され内側コア５２Ｋの両端部に円盤状の上鍔コア５６Ｋ及び下鍔コア５８Ｋが配置されている。

また、本開示には、図７（Ｆ）に示す実施例Ｌに係るコイル装置１０Ｌが含まれる。コイル装置１０Ｌは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｌと、フェライト圧粉焼結体から構成された上鍔コア５６Ｌ及び下鍔コア５８Ｌと、磁性樹脂から構成された外周コア６０Ｌ及びフレームコア５０３を有する。コイル装置１０Ｌでは、筒状の外周コア６０Ｌの両端部に、リング状のフレームコア５０３が配置され、当該フレームコア５０３の内側で、コイルの内側に柱状の内側コア５２Ｌが配置され、当該内側コア５２Ｌを両側から挟むようにして、柱状の上内側コア５６１Ｌが一体に形成された上鍔コア５６Ｌと、柱状の下内側コア５８１Ｌが一体に形成された下鍔コア５８Ｌが配置されている。

また、本開示には、図７（Ｇ）に示す実施例Ｍに係るコイル装置１０Ｍが含まれる。コイル装置１０Ｍは、金属圧粉成形体から構成された内側コア５２Ｍと、磁性樹脂から構成された上鍔コア５６Ｍ、下鍔コア５８Ｍ、及び外周コア６０Ｍと、フェライト圧粉焼結体から構成された中央コア５０４と、を有する。コイル装置１０Ｍでは、コイルの内側に柱状の内側コア５２Ｍが配置され、内側コア５２Ｍの両端部にリング形状の上鍔コア５６Ｍ及び下鍔コア５８Ｍがそれぞれ配置される。更に、上鍔コア５６Ｍ及び下鍔コア５８Ｍの中央部に形成された貫通穴５０１に円盤状の中央コア５０４がそれぞれ配置されている。

また、本開示には、図７（Ｈ）に示す実施例Ｎに係るコイル装置１０Ｎが含まれる。コイル装置１０Ｎは、フェライト圧粉焼結体から構成される内側コア５２Ｎと、磁性樹脂から構成された上鍔コア５６Ｎ、下鍔コア５８Ｎ、及び外周コア６０Ｎを有する。コイル装置１０Ｎでは、柱状の内側コア５２Ｎの両端部に円盤状の上鍔コア５６Ｎ及び下鍔コア５８Ｎが配置されている。

また、本開示には、図７（Ｉ）に示す実施例Ｐに係るコイル装置１０Ｐが含まれる。コイル装置１０Ｐは、フェライト圧粉焼結体から構成された上鍔コア５６Ｐ及び下鍔コア５８Ｐと、磁性樹脂から構成された外周コア６０Ｐ及びフレームコア５０３を有する。コイル装置１０Ｐでは、筒状の外周コア６０Ｐの両端部に、リング状のフレームコア５０３が配置され、当該フレームコア５０３の内側に、柱状の上内側コア５６１Ｐが一体に形成された上鍔コア５６Ｐと、柱状の下内側コア５８１Ｐが一体に形成された下鍔コア５８Ｐが収容されている。即ち、コイルの内側に配置される内側コアが、上鍔コア５６Ｐ及び下鍔コア５８Ｐと一体に形成されている。また、この場合において、内側コアを構成する上内側コア５６１Ｐと下内側コア５８１Ｐとの間に所定のギャップが形成される構成としてもよい。

上記実施形態のコイルケース３０では、第１側壁部３４と第２側壁部３６との間に形成したコア充填部４６に磁性樹脂を充填して外周コア６０を形成する構成としたが、本開示はこれに限らない。コイル２０と外周コア６０との間の絶縁を確保する観点では、外周コアは、第１側壁部と一体に構成されればよく、コイルケースが第２側壁部を有しない構成としてもよい。

上記実施形態のコイル装置は、チョークコイルであったが、これ限らず、本開示のコイル装置の構成は、トランス等のコイル装置にも適用することができる。即ち、コイルケース３０のコイル収容部４４に絶縁部材を介して筒状に形成された一次コイルと二次コイルとを重ねて収容してもよい。

また、コイルの巻線は銅板に限らず、ワイヤやリッツ線で構成してもよい。また、実施形態及び各実施例では、鉄を主成分とする磁性粉末を含む金属圧粉成形体を一例として説明したが、本開示はこれに限らず、公知の金属系磁性粉末を含む金属圧粉成形体を、適宜、組み合わせることができる。

１０ コイル装置（１０Ａ～１０Ｎ，１０Ｐ）
２０ コイル
５２ 内側コア
５４ 外側コア
６０ 外周コア
５６ 上鍔コア
５８ 下鍔コア
３０ コイルケース
３２ 筒状部
３４ 第１側壁部
３６ 第２側壁部
４６ コア充填部（４６１，４６２）

Claims (3)

1. 筒状のコイルと、
   前記コイルの内側に配置される柱状の内側コアと、
   前記コイルの外側に配置される外側コアと、を備え、
   前記内側コアは、圧粉成形体から構成され、
   前記外側コアは、前記コイルの外周に沿って配置される外周コアを有し、少なくとも前記外周コアは、磁性粉末と液状の樹脂を混合させて硬化させた磁性樹脂から構成され、
   前記外側コアは、前記内側コアの両端部にそれぞれ配置される板状の上鍔コア及び下鍔コアと、前記上鍔コア及び前記下鍔コアを繋ぐように前記コイルの外周に沿って配置される前記外周コアとを有し、
   前記上鍔コア及び前記下鍔コアの一方は前記磁性樹脂から構成され、前記上鍔コア及び前記下鍔コアの他方は圧粉成形体から構成されるコイル装置。
2. 前記外周コアは、前記コイルを収容するコイルケースと一体に形成されており、
   前記コイルケースは、
   前記コイルを巻回する筒状部と、
   前記コイルの外周に沿って配置され、前記外周コアと一体化される第１側壁部と、を有する請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記コイルケースは、前記第１側壁部の径方向外側に配置される第２側壁部と、前記第１側壁部と前記第２側壁部との間に形成されるコア充填部と、を更に有し、
   前記外周コアは、前記コア充填部に磁性樹脂を充填して形成されている、請求項２に記載のコイル装置。