JP4514031B2 - コイル部品及びコイル部品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品及びその製造方法に関し、特に、電気自動車やハイブリッドカーに搭載される蓄電バッテリーのエネルギー制御においてリアクトルとして用いられるコイル部品及びその製造方法に関する。

電気自動車やハイブリッドカーにおいて昇圧・回生用として用いられるコイル部品の駆動周波数は可聴領域の数ｋＨｚから数十ｋＨｚにかかることから、駆動時には、コイルの線間、コイルと磁芯との間にて相互吸引力に起因した振動が生じるなどして、可聴ノイズ・うなりを発生させるという問題がある。加えて、エアギャップを設けることなく、例えば、２００Ａ以上の大電流を流した際にも磁気飽和しないような磁芯の構成は従来見当たらなかったのであるが、エアギャップを設けると上述した振動の可能性に加え、ギャップを挟んだコアとコアとの間で振動が生じる可能性もある。

樹脂と磁性体粉末とからなる磁芯を備えるコイル部品が知られている（特許文献１参照）。特許文献１のコイル部品は、樹脂と磁性体粉末からなる磁芯に加え、フェライト焼結体又は金属磁性体粉末からなる圧粉磁芯を備えている。コイルは圧粉磁芯の周囲に巻回され、それを覆うようにして樹脂と磁性体粉末とからなる磁芯が設けられている。

特開２００１−１８５４２１号公報

特許文献１の目的の一つは、駆動時にノイズ発生を低減することのできるインダクタ、チョークコイル、トランスなどの磁性素子を提供することであるとされている。

しかしながら、以下に示すように、特許文献１において問題視しているノイズは、少なくとも本願において問題視している可聴ノイズ・うなりとは異なるメカニズムにより生じるものであると考えられる。

特許文献１の０００６欄の記載から明らかなように、特許文献１に記載されたコイル部品の対象としている周波数範囲は、いわゆる“高周波”であり、可聴周波数を遥かに超えた周波数領域である。実際、特許文献１の０００６欄には「数百ｋＨｚ〜ＭＨｚ」という記載があり、且つ、「高周波」という文言がキーワードとして頻繁に用いられている。

数百ｋＨｚ〜ＭＨｚといった非常に高い周波数で仮にエアギャップ部分が振動したとしても人間の耳では聞き取れない音を発生するのみであり、それが上述したような可聴ノイズ・うなりになることは考えられない。

従って、可聴周波数帯域にて駆動されたことにより生じる可聴ノイズ・うなりについての解決策は、特許文献１に記載された技術から離れて考察するのが妥当である。

加えて、特許文献１においてターゲットとしているコイル部品は、その例示されているサイズなどからも明らかなように、小電力システム用のコイル部品である。従って、当然のことながら、数百ボルト以上の耐電圧性能や数百アンペア以上の耐不要パルス電流性能（サージ電流などの望まれない電流ノイズに対する耐性）は望めない。

このように、特許文献１に記載されていたコイル部品を大電力・低周波数用途に流用することは不適切であると考えるのが妥当である。

本発明は、上記を鑑み、高い耐電圧性能と高い耐不要パルス電流性能とを有し且つ可聴周波数領域にかかるような周波数で駆動されても可聴ノイズ・うなりを抑制することのできるコイル部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも第１の樹脂からなる絶縁体にてコイルを該コイルの端部を除くようにして包囲して得られるコイル内包絶縁包囲物の少なくとも一部を、少なくとも磁性体粉末を含む粉末と第２の樹脂との混成物からなる磁芯内部に埋設してなる、ことを特徴とするコイル部品が得られる。

上記したコイル部品においては、コイルが少なくとも第１の樹脂からなる絶縁体にて包囲されていることから耐電圧特性及び耐不要パルス電流性能に優れており、且つ、それを少なくとも磁性体粉末を含む粉末と第２の樹脂との混成物からなる磁芯内部に埋設していることからコイルの動きが固定されていることから、たとえ可聴周波数帯域で駆動されても可聴ノイズ・うなりを生じるような振動は生じない。

以下、本発明の第１の実施の形態によるコイル部品について図１乃至図１０を参照して詳細に説明する。

第１の実施の形態によるコイル部品１００は、図４乃至図６に示されるようなコイル内包絶縁包囲物６０を磁芯８０内部に完全に埋設してなる構造を備えている。

コイル内包絶縁包囲物６０は、第１の樹脂からなる絶縁体５０にて、コイル３０を包囲して得られるような構造を備えている。但し、コイル３０の端部１２，２２は絶縁体５０により包囲されてはいない。

本実施の形態によるコイル３０は、図１及び図２に示されるように、平角導線を縦巻にして得られるコイル部１０，２０を連結してなるメガネ状の構造を備えるものである。詳しくは、コイル部１０は端部１２，１４を備えており、同様に、コイル部２０は端部２２，２４を備えている。コイル部１０の端部１４はコイル部２０の端部２４と接続される。これにより、コイル部１０の端部１２からコイル部２０の端部２２に対して電流を流すと、コイル部１０とコイル部２０とに反対方向に向かう磁束流が生じることになる。この反対方向に向かう磁束流は互いに結合され、一つの磁路のループを形成する。換言すると、コイル部１０，２０は、磁気的に直列接続されるようにして、端部１４，２４を接続されている。本実施の形態においては、図示されたように、２つの個別部品たるコイル部１０，２０を物理的に接続する構成を採用しているが、平角導線を縦巻してコイル部１０を形成した後、そのまま連続してコイル２０を形成するように平角導線を更に縦巻することとして、一本の平角導線により連続したコイル３０を構成することとしても良い。

図３には、上記のようにして得られたコイル３０を用いて、本実施の形態によるコイル内包絶縁包囲物６０を形成する工程が示されている。図３を参照すると、まず作成しようとしているコイル内包絶縁包囲物６０の形状に応じて、一時的な注型用容器４０の形状を選択されていることが理解される。一時的な注型用容器４０は、２つの内部円筒状突出部４２と断面８の字状の外側部４４とを備えている。２つの内部円筒状突出部４２と断面８の字状の外側部４４は、図示されてはいないが、８の字状の平面を有する一時的な注型用容器４０の底部にて、連結されている。

この一時的な注型用容器４０の底部には第１の絶縁体スペーサ４６が配置される。第１の絶縁体スペーサ４６は、後述する絶縁体５０と同材料により形成されているものであり、それぞれの厚みは、作成しようとしているコイル内包絶縁包囲物６０におけるコイル３０の軸方向における絶縁体５０の厚み（図６においてｔ２として示される）に実質的に等しい。

この第１の絶縁体スペーサ４６を一時的な注型用容器４０の底部に配置した後、その上に、コイル３０を載せる。この時点で、コイル３０は、一時的な注型用容器４０の底部からｔ２だけ離れた位置に位置決めされている。但し、第１の絶縁体スペーサ４６によって位置決めされるのはコイル３０の軸方向（すなわち、コイル内包絶縁包囲物６０の垂直方向）における位置のみであるので、コイル３０の径方向（すなわち、コイル内包絶縁包囲物６０の水平方向）における位置決めをすべく、第２の絶縁体スペーサ４８をコイル３０の径方向における周囲に挿入する。なお、これら第２の絶縁体スペーサ４８の厚みは、コイル内包絶縁包囲物６０におけるコイル３０の径方向における絶縁体５０の厚み（図５及び６においてｔ１として示される）に実質的に等しい。

このようにして第１及び第２の絶縁体スペーサ４６，４８でコイル３０の注型用容器４０内における上下左右方向における位置決めを適切になされると、コイル３０と注型用容器４０との間を満たすようにして絶縁体５０の材料が充填される。

本実施の形態において、絶縁体５０はエポキシ樹脂からなる。以下、絶縁体５０を構成する樹脂を第１の樹脂と呼ぶ。

第１の樹脂たるエポキシ樹脂には液状で低粘度であるといった要求があるため、添加剤、硬化剤、触媒との相溶性、保存安定性も具体的なエポキシ樹脂選定において考慮されるべき重要な特性である。そういったことを考慮すると、主剤としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、多官能型等のエポキシ樹脂を用いることができ、硬化剤としては芳香族ポリアミン系、カルボン酸無水物系、潜在性硬化剤系のものを用いることができる。本実施例では、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂と無溶剤型低粘度液状芳香族アミンの硬化剤との組合せを使用した。

なお、第１の樹脂は例えばシリコーン樹脂のような他の熱硬化性樹脂としても良いし、化学反応性硬化樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂などの熱を加えずとも硬化するような硬化性樹脂であっても良い。

いずれにしても、コイル３０と注型用容器４０との間を満たすようにして、注型された第１の樹脂が硬化することにより、図４乃至図６に示されるようなコイル内包絶縁包囲物６０が得られる。

このようにして得られた本実施の形態によるコイル内包絶縁包囲物６０は、図４乃至図６から明らかなように、コイル３０の有する２つの中空部３２，３４に対応する中空部６２，６４を有している。また、２つのコイル部間の絶縁体５０の寸法として、Ｙ方向（コイル部の並ぶ方向と直交する方向）において厚みｔ３を有し、且つ、Ｘ方向（コイル部の並ぶ方向）において厚みｔ４を有している。

このようにして得られたコイル内包絶縁包囲物６０は、ケース７０内に、図７に示されるようにして位置決め配置される。

位置決め材は、磁芯８０と同じ材料からなるスペーサである。本実施の形態における磁芯８０は後述するように樹脂と磁性体粉末との混成物から作成されるものであるので、このスペーサは混成物スペーサと呼ばれる。なお、混成物を構成する樹脂は、絶縁体５０を構成する樹脂（第１の樹脂）と区別するために第２の樹脂と呼ばれる。但し、名称上は第１及び第２の樹脂として両者を区別しているが、本実施の形態においては、両者は同一の樹脂材料からなる。第１及び第２の樹脂を同一の樹脂で構成するのは、コイル内包絶縁包囲物６０を磁芯８０内に埋設する際に、両者が適切に且つ容易に一体化されるようにするためである。

図７を参照すると、まず、第１の混成物スペーサ７２がケース７０の底面上に適宜配置され、その上に、コイル内包絶縁包囲物６０が載せられる。これにより、コイル内包絶縁包囲物６０の垂直方向における位置決めがなされる。次いで、第２及び第３の混成物スペーサ７４，７６をコイル内包絶縁包囲物６０の水平方向周囲に配置することにより、コイル内包絶縁包囲物６０の水平方向における位置決めも行う。なお、第１、第２及び第３の混成物スペーサ７２，７４，７６の大きさは、コイル内包絶縁包囲物６０をケース７０内においてどのような位置に配置したいかによって適宜変更することができる。本実施の形態においては、図８乃至図１０に示されるように、コイル内包絶縁包囲物６０がコイル３０の端部１２，２２を除いてケース７０内において混成物からなる磁芯８０の中に完全に埋設されるように、第１、第２及び第３の混成物スペーサ７２，７４，７６の大きさが決定されている。

このようにして、第１乃至第３の混成物スペーサ７２，７４，７６を用いて、ケース７０内におけるコイル内包絶縁包囲物６０の位置決めが行われた後、図８乃至図１０に示されるようにケース７０とコイル内包絶縁包囲物６０との間を満たすようにして、第２の樹脂８２と磁性体粉末８４との混成物をケース７０内に流し込み、第２の樹脂８２を硬化させることで本実施の形態による磁芯８０を得る。

上記の説明から明らかなように、混成物による磁芯８０は、当該混成物を注型してなる注型品である。ここで、高電力用途のコイル部品のようにサイズが大きい場合、特に当該コイル部品が一定以上の高さを有する場合を考慮すると、混成物は溶剤を加えることなく注型できる材料からなることが好ましい。

注型は、基本的には無加圧又は減圧で行われる。一旦、注型した後に、圧力を加え、充填率（磁芯８０の密度）を向上させることとしても良い。混成物を注型する際の型形状については特に制限はなく、従って、混成物からなる磁芯８０の形状としてはあらゆる形状が考えられる。

混成物を構成する磁性体粉末８４は軟磁性粉末、詳しくは、Ｆｅ系の軟磁性金属粉末である。更に具体的には、軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｓｉ系粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末、及びＦｅ系アモルファス粉末からなる群から選択された粉末である。ここで、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは０．０重量％以上１１．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは０．０重量％以上１１．０重量％以下であり、平均Ａｌ含有量は好ましくは０．０重量％以上７．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は好ましくは３０．０重量％以上８５．０重量％以下である。

特に、本実施の形態による磁性体粉末８４としては略球状の粉末が用いられている。このように略球状の磁性体粉末８４を用いると、混成物における磁性体粉末８４の充填率を向上させることができる。かかる略球状の磁性体粉末８４は、例えばガスアトマイズ法によって得られる。ガスアトマイズ法によれば、磁性体粉末８４の粒径及び形状はある程度の分布を有することとなるが、目安としては、最も標準的な磁性体粉末８４の粒径（平均粒径）が５００μｍ以下であることが望ましく、これを超えると十分な歩留まりや特性・性能が得られない。

ガスアトマイズ法によれば、上記のような略球状の粉末の他に、非球状の粉末を意図的に形成することもできる。また、水アトマイズ法によれば、不定形の粉末を得ることもできる。本発明においては、当該実施の形態において採用されている略球状の粉末に代えて上記の手法により得られた非球状粉末や不定形粉末、その他の形状の粉末をも使用することができる。略球状以外の磁性体粉末８４を採用する理由としては例えばその形状に起因した異方性を利用することが挙げられる。より具体的には、例えば、非球状、扁平状、又は針状の磁性体粉末８４を第２の樹脂８２に混成し、その樹脂８２を硬化させる前に所定の磁界を加えて粉末群の異方性配向を行い、その後に樹脂８２を硬化させるといった利用法が考えられる。

混成物における第２の樹脂８２の配合比率は流動性などを考慮して２０体積％以上９０体積％以下である必要がある。好ましくは、混成物における第２の樹脂８２の配合比率は４０体積％以上７０体積％以下である。

可聴域ノイズ・うなりを低減するための低騒音用途を考慮した場合、混成物からなる磁芯８０の弾性率は３０００ＭＰａ以上である必要がある。この場合、第２の樹脂８２は、この磁芯８０の弾性率を実現すべく、混成物を硬化させて磁芯８０を得る際の条件と同条件にて第２の樹脂８２を単独で硬化させた場合の当該樹脂８２の弾性率が１００ＭＰａ以上となるようにして、選択される。なお、上記の磁芯８０又は硬化樹脂８２の弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１（熱硬化性プラスチック一般試験方法）に従って測定される値である。

本実施の形態においては、混成物からなる磁芯８０の弾性率は１５０００ＭＰａであり、同一の硬化条件の下で硬化した第２の樹脂８２単独の弾性率は１５００ＭＰａである。磁芯８０の弾性率が１５０００ＭＰａ以上となると熱伝導率がそれ以下の場合と比較して２Ｗ/(Ｋ・ｍ)以上と良くなる。従って、磁芯８０の弾性率は好ましくは１５０００ＭＰａ以上であるとする。

図１９は、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末とエポキシ樹脂とを５０体積％ずつ混成してなる混成物から得られる磁芯８０の直流電流重畳特性を示す。図１９を参照すれば明らかなように、本実施の形態における混成物からなる磁芯８０の比透磁率は急激には飽和せず１０００×１０^３／４π［Ａ／ｍ］の磁界中においても１５以上という比較的高い比透磁率を有している。

上記した磁芯８０は、その比透磁率が１０００×１０^３／４π［Ａ／ｍ］の磁界中において１０以上である限り、適宜変更可能である。例えば、初期透磁率を若干大きくするために、磁性体粉末８４の表面に高透磁率薄膜層を形成することとしても良い。ここで、高透磁率薄膜の例としてはＦｅ−Ｎｉ系薄膜が挙げられる。また、磁性体粉末８４による電気的短絡を避けるべく、磁性体粉末８４を、樹脂と混成する前に、一層以上の絶縁層でコーティングすることとしても良い。ここで、磁性体粉末８４の表面に高透磁率薄膜を形成する場合は、形成された高透磁率薄膜上に絶縁層をコーティングすることとする。更に、より高磁界中で高い比透磁率を確保すべく磁性体粉末８４及び第２の樹脂８２の混成物に対して非磁性フィラーを加えることとしても良い。非磁性フィラーとしては、例えば、シリカ粉、アルミナ粉、酸化チタン粉、石英ガラス粉、ジルコニウム粉、炭酸カルシウム粉または水酸化アルミニウム粉を含む無機質材系粉末、ガラス繊維、及び課粒状樹脂からなる群から選択された一の充填材が挙げられる。非磁性フィラーに代えて、透磁率調整用として、中空ガラス球を樹脂に混ぜることとしても良い。また、直流電流重畳特性をより高磁界中まで良好に伸ばすために永久磁石粉末を少量加えて磁芯８０に磁気バイアスをかけることとしても良い。

本実施の形態においては、上述したように、コイル内包絶縁包囲物６０の絶縁体５０を構成する第１の樹脂と、磁芯８０の混成物の材料たる第２の樹脂８２とを同一の硬化性樹脂として、両者の物理的整合を図り、低周波数領域で駆動した場合に生じる可能性のある応力が両者を分断しないようにして新たな騒音防止がなされている。このような両者の物理的整合を図る他の手法としては、絶縁体５０に非磁性フィラーを添加することが挙げられる。

絶縁体５０に添加される非磁性フィラーは、混成物が硬化して磁芯８０が形成された場合に当該磁芯８０が呈する弾性率又は線膨張率の少なくとも一方と絶縁体５０が硬化した際に呈する弾性率又は線膨張率とを対応させるようにして、選択される。この場合における非磁性フィラーとしても、前述の混成物に添加可能な非磁性フィラーを用いることができる。すなわち絶縁体５０に添加可能な非磁性フィラーの例としては、シリカ粉、アルミナ粉、酸化チタン粉、石英ガラス粉、ジルコニウム粉、炭酸カルシウム粉または水酸化アルミニウム粉を含む無機質材系粉末、ガラス繊維、及び課粒状樹脂からなる群から選択された一の充填材からなるものが挙げられる。なお、第１及び第２の樹脂を同一の硬化性樹脂からなるものとした上で、更に、絶縁体５０に非磁性フィラーを添加して、上記の効果を狙うこととしても良いことは言うまでもない。

絶縁体５０に添加される非磁性フィラーとしては略球状粉末のものが好ましく、その平均粒径は５００μｍ以下であることが望ましい。

絶縁体５０における第１の樹脂と非磁性フィラーとの配合比率については、流動性などを考慮して、第１の樹脂が３０体積％以上であることが必要とされる。加えて、後述するように磁芯８０と比較した場合の絶縁体５０の磁気抵抗の高さを利用するような場合には、非磁性フィラーの含有量を５０体積％以上とすることが好ましい。即ち、この場合には、第１の樹脂の配合比率は３０体積％以上５０体積％以下となる。

ここで、絶縁体５０の各部の厚みｔ１、ｔ２、ｔ４（図５及び図６参照）と、磁芯８０を構成する磁性体粉末８４の粒径ｄ１との寸法的関係について言及する。良好な絶縁特性を確保するためには、絶縁体５０の各部厚みｔ１、ｔ２、ｔ４は磁性体粉末８４の粒径ｄ１の３分の１よりも大きいことが望ましい。すなわち、ｔ１＞ｄ１／３、ｔ２＞ｄ１／３及びｔ４＞ｄ１／３である。同様に、絶縁体５０に添加される非磁性フィラーの粒径をｄ２とした場合、絶縁体５０の各部厚みｔ１、ｔ２、ｔ４は非磁性フィラーの粒径ｄ２の３分の１よりも大きいことが望ましい。すなわち、ｔ１＞ｄ２／３、ｔ２＞ｄ２／３及びｔ４＞ｄ２／３である。更に、磁気回路において有効でない磁束のショートパスモードを避けるためには、ｔ３≧ｔ４＞ｄ２／３であることが望ましい。

本実施の形態におけるケース７０は、アルミニウム合金からなるものである。このケース７０は例えばＦｅ−Ｎｉ系合金など他の金属・合金で形成されていても良い。ケースが金属製である場合、適切な絶縁性能を確保するためには、ケース７０の内面に絶縁膜を形成し、その後に混成物を注型して磁芯８０を形成することが好ましい。なお、ケース７０は例えばアルミナ成形体のようなセラミックスケースであっても良い。

なお、本実施の形態においては、ケース７０に対して混成物を注型することにより、ケース７０に対して磁芯８０及びそれに埋設されたコイル内包絶縁包囲物６０を固定することとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、一旦、フッ素樹脂シートの組み合わせで一時的なケースを作成し、これに対して混成物を注型することで磁芯８０及びコイル内包絶縁包囲物６０を備えるコイル部品を構成することとしても良い。これは例えば磁気ヨークとして機能するケース７０を他の部品と共用部品とすることから、一旦、ケース７０抜きでコイル部品を形成し、その後、そのコイル部品を共用部品たるケース７０内に配置するといった場合に有効である。

次に、図１１乃至図１５を用いて、本発明の第２の実施の形態によるコイル部品について説明する。第２の実施の形態によるコイル部品においては、コイル内包絶縁包囲物６１の形状のみが第１の実施の形態によるコイル部品１００と異なる点であるので、以下の説明はこれに注力することとする。

図１３及び図５を比較すると明らかなように、本実施の形態によるコイル内包絶縁包囲物６１のコイル部間の領域におけるＹ方向厚みｔ５は、第１の実施の形態におけるコイル内包絶縁包囲物６０のコイル部間領域におけるＹ方向厚みｔ３よりも遥かに大きい。この厚みｔ５はコイル内包絶縁包囲物６１における絶縁体５０を増量した結果であるので、コイル部間に高い磁気抵抗領域５４を配置したようなことと同じ効果を有する。

より具体的には、図１４及び図１５に示されるように、第１の実施の形態によるコイル内包絶縁包囲物６０の２つのコイル部間に、コイル３０の軸方向と平行に延びる高磁気抵抗領域５６，５８がＹ方向において付加されたような形態となっている。この高磁気抵抗領域５４（５６，５８）は、絶縁体５０と同材料で形成されるものであり、本実施の形態においては２０以下の比透磁率を有する。この高磁気抵抗領域５４（５６，５８）の存在により、コイル３０を構成する２つのコイル部のそれぞれにおいて生じた磁束は効率よく他のコイル部の中空部を通るようになる。

本実施の形態においては、一時的な注型用容器４１の形状を選択するだけで、上記のような高磁気抵抗領域５４の形成を可能としている。すなわち、図３と図１１とを比較すれば明らかなように、外側部４５として８の字よりも陸上競技用トラックに近いような断面形状を有するものを採用している。これにより、図１２及び図１３に示されるような高磁気抵抗領域５４を有するコイル内包絶縁包囲物６２を簡単に形成することができる。なお、理論上は、まず第１の実施の形態によるコイル内包絶縁包囲物６０を形成し、その後、別途作成した高磁気抵抗部材（高磁気抵抗領域５６，５８のような形状を有するもの）をそこに接着することも可能であるが、本実施の形態において紹介したような製造方法の方がコスト増加を抑えられる点で有利なのは言うまでもない。

次に、図１６乃至図１８を用いて、本発明の第３の実施の形態によるコイル部品について説明する。第３の実施の形態によるコイル部品１１０は、第１の実施の形態によるコイル部品１００において磁路の一部に、磁芯８０の材料である混成物よりも磁気抵抗の高い材料からなる高磁気抵抗部材９０が配置されてなるものである。

かかる高磁気抵抗部材９０が磁路の一部に挿入されると、コイル部品のインダクタンスがより高磁界中まで飽和しにくくなるという利点がある。

本実施の形態における高磁気抵抗部材９０は、絶縁体５０と同じ材料からなるものであり、磁路中に２０以上の比透磁率を有する高磁気抵抗領域を形成している。高磁気抵抗部材９０は、例えば、絶縁体５０に含まれる第１の樹脂と同じ樹脂から形成しても良いし、同樹脂に絶縁体５０とは異なる非磁性フィラーを混ぜたもので形成しても良い。また、高磁気抵抗部材９０は、例えば、絶縁体５０に含まれる第１の樹脂と同じ樹脂に対して所定量（結果として高磁気抵抗部材９０の磁気抵抗が混成物よりも高くなる程度の量）の磁性体粉末を混ぜたもので形成しても良い。

図１８に示されるように、高磁気抵抗部材９０は、コイル３０の中空部内に配置されている。これは、高磁気抵抗部材９０がこの位置にあれば高磁気抵抗部材９０の部分から磁束漏れが生じることがないためである。また、図１８から理解されるように、本実施の形態においてはコイル３０を構成するコイル部のそれぞれの中空部内に２つの高磁気抵抗部材９０が互いに平行になるように配置されている。このような位置に各高磁気抵抗部材９０を配置するには、例えば、混成物をケース７０内に注型する途中で、混成物が適切なレベルに達したときに、予め作成しておいた高磁気抵抗部材９０をコイル内包絶縁包囲物の中空部の所定の位置に落として配置すればよい。

各高磁気抵抗部材９０は図１６及び図１７に示されるように、凹面９２及び平面９４を有する凹レンズ形状を有している。このようにして、図示されたコイル部品１１０においては各コイル部で生じた磁束が効率よく他方のコイル部の中心領域を通過するように構成されている。

なお、高磁気抵抗部材９０の形状は、図１６及び図１７に示されるものには限られず、中心部の厚みが外周部の厚みよりも薄いものであれば、同様に磁束の密度の分布の平均化を達成することができる。高磁気抵抗部材９０の形状として平板形状（対向する平面が平行なもの）を採用した場合には、磁束の密度の分布の平均化という点では若干劣ることとなるが、第１の実施の形態のように高磁気抵抗部材９０を設けないものと比較すればインダクタンスが飽和しにくくなるという利点はある。

上述した実施の形態は、本発明の概念の下、様々な変更が可能である。例えば、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、コイル内包絶縁包囲物６０，６１はコイル３０を第１の樹脂又は第１の樹脂と非磁性フィラーとからなる絶縁体５０にて注型・封入したものであったが、コイル３０の絶縁特性（線間絶縁及びコイル部間絶縁）を確保できる限り、他の形態を採用しても構わない。

例えば、図２０に示されるように、コイル内包絶縁包囲物１６０として、絶縁体１５０を有するものを用いても良い。絶縁体１５０は、中空部１５１を有する略円筒状のプロファイルを有するものであり、ボビン１５２とカバー１５６とから構成されている。ボビン１５２及びカバー１５６の材質は、上述した第１乃至第３の実施の形態における第１の樹脂と同じである。ボビン１５２にはらせん状の溝１５３が形成されている。コイル３０は溝１５３に保持されるように、ボビン１５２の周囲に巻回され、その結果、溝１５３と円筒状のカバー１５６とで形成される空間内にコイル３０が配置されることとなる。らせん状の溝１５３は、部分的に見れば、図２０に示されるように、溝部間に絶縁材からなる壁（線間絶縁部）１５４を有することとなるので、巻回されたコイル３０の近接する部位は互いに適切に絶縁されることとなる。

図２１及び図２２に示されるように、従来の圧粉磁芯や積層磁芯からなる特定透磁率磁芯部材２１０にてコイル部品２００の磁路の一部を構成することとしても良い。

この場合、特定透磁率磁芯部材２１０は、コイル内包絶縁包囲物２６０の周囲及び／又は中空部２６１内に配置されることとなり、特定透磁率磁芯部材２１０は混成物からなる磁芯８０によりコイル内包絶縁包囲物２６０に対して固定される。

特定透磁率磁芯部材２１０の例としては、Ｆｅ系アモルファス粉末、又はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、若しくはＦｅ−Ｎｉ系の粉末からなる圧粉磁芯部材や、Ｆｅ系積層磁芯部材が挙げられる。

なお、第１乃至第３の実施の形態におけるコイル３０は平角導線を縦巻して得られるものであったが、例えば、図２２に示されるように丸線を巻回してなるものやリッツ線を巻回してなるものであっても良い。また、第１乃至第３の実施の形態におけるコイル３０は、２つのコイル部からなるメガネ状のものであったが、図２２に示されるようなソレノイドコイルであっても良いし、また、トロイダルコイルであっても良い。

更に、上述した実施の形態においては、絶縁体スペーサ４６，４８や混成物スペーサ７２，７４，７６を用いてコイル３０の位置決めをしつつコイル内包絶縁包囲物６０，６１やコイル部品１００，１１０を形成する場合について説明してきたが、例えば、コイル３０の部材自体がある程度の剛性を有するものである場合にはコイル３０の端部１２，２２を保持してコイル３０を吊り下げた状態にて絶縁体５０又は磁芯８０の注型を行えば同様の構成のものを製造することができる。また、フッ素樹脂線等にてコイル３０を吊り下げた状態で絶縁体５０又は磁芯８０の注型を行っても同様のコイル部品１００，１１０を形成することができる。

以上具体的な例を掲げて説明してきた磁芯及びコイル部品の応用先としては、例えば、太陽光発電や風力発電などに用いられる昇電圧制御用のコイル部品や降電圧制御用のコイル部品などがある。

本発明の第１の実施の形態によるコイル部品に含まれるコイル部を示す斜視図である。 図１に示されるコイル部から形成されるコイルを示す斜視図である。 第１の実施の形態によるコイル部品に含まれるコイル内包絶縁包囲物の製造工程を示す斜視図である。 図３に示される製造工程に従って製造されたコイル内包絶縁包囲物を示す斜視図である。 図４に示されるコイル内包絶縁包囲物の上面図である。 図５に示されるコイル内包絶縁包囲物の断面図である。 第１の実施の形態によるコイル部品の製造工程を示す斜視図である。 第１の実施の形態によるコイル部品を示す斜視図である。 図８に示されるコイル部品の上面図である。 図９に示されるコイル部品の断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるコイル部品に含まれるコイル内包絶縁包囲物の製造工程を示す斜視図である。 図１１に示される製造工程に従って製造されたコイル内包絶縁包囲物を示す斜視図である。 図１２に示されるコイル内包絶縁包囲物の上面図である。 図１２に示されるコイル内包絶縁包囲物の構造を説明するために用いられる斜視図である。 図１２に示されるコイル内包絶縁包囲物の構造を説明するために用いられる上面図である。 本発明の第３の実施の形態によるコイル部品に含まれる高磁気抵抗部材を示す斜視図である。 図１６に示される高磁気抵抗部材の断面図である。 図１６及び図１７に示される高磁気抵抗部材を含む、第３の実施の形態によるコイル部品を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるコイル部品に用いられている磁芯の直流電流重畳特性を示すグラフである。 コイル内包絶縁包囲物の変形例を示す図である。ここで、このコイル内包絶縁包囲物はボビン及びカバーを備えている。 コイル部品の他の変形例を示す斜視図である。 図２１に示されるコイル部品の断面図である。

符号の説明

１０ コイル部
１２ 端部
１４ 端部
２０ コイル部
２２ 端部
２４ 端部
３０ コイル
３２ 中空部
３４ 中空部
４０ 一時的な注型用容器
４１ 一時的な注型用容器
４２ 円筒状内部突出部
４４ 外側部
４５ 外側部
４６ 第１の絶縁材スペーサ
４８ 第２の絶縁材スペーサ
５０ 絶縁体
５２ 絶縁体
５４ 高磁気抵抗領域
５６ 高磁気抵抗領域
５８ 高磁気抵抗領域
６０ コイル内包絶縁包囲物
６１ コイル内包絶縁包囲物
６２ 中空部
６４ 中空部
７０ ケース
７２ 第１の混成物スペーサ
７４ 第２の混成物スペーサ
７６ 第３の混成物スペーサ
８０ 磁芯
８２ 第２の樹脂
８４ 磁性体粉末
９０ 高磁気抵抗部材
９２ 凹面
９４ 平面
１００ コイル部品
１１０ コイル部品
１５０ 絶縁体
１５１ 中空部
１５２ ボビン
１５３ 溝
１５４ 線間絶縁部
１５６ カバー
２００ コイル部品
２１０ 特定透磁率磁芯部材
２６０ コイル内包絶縁包囲物

Claims (48)

1. 電気自動車やハイブリッドカーに搭載される蓄電バッテリーのエネルギー制御においてリアクトルとして用いられるコイル部品であって、
   第１の樹脂からなる絶縁体にてコイルを該コイルの端部を除くようにして包囲して得られるコイル内包絶縁包囲物の少なくとも一部を、少なくとも磁性体粉末を含む粉末と第２の樹脂との混成物からなる磁芯内部に埋設してなる、ことを特徴とし、
   前記コイル内包絶縁包囲物は、前記絶縁体を注型して得られる注型品であり、
   前記第２の樹脂の配合比率は２０体積％以上９０体積％以下であり、
   前記混成物からなる前記磁芯の弾性率は、３０００ＭＰａ以上である、ことを特徴とするコイル部品。
2. 前記コイル内包絶縁包囲物は、前記コイルの端部を除いて、前記混成物からなる磁芯内部に完全に埋設されている、ことを特徴とする請求項１記載のコイル部品。
3. 前記第１の樹脂と前記第２の樹脂とは同一の硬化性樹脂からなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂はいずれも熱硬化性樹脂である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のコイル部品。
5. 前記磁性体粉末の表面に高透磁率薄膜層が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコイル部品。
6. 前記磁性体粉末は、前記第２の樹脂と混成される前に、一層以上の絶縁層でコーティングされている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコイル部品。
7. 前記混成物における前記第２の樹脂の配合比率は４０体積％以上７０体積％以下である、ことを特徴とする請求項１乃至６記載のコイル部品。
8. 前記混成物における前記第２の樹脂はエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のコイル部品。
9. 前記絶縁体における前記第１の樹脂はエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコイル部品。
10. 前記磁性体粉末は軟磁性粉末からなる、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のコイル部品。
11. 前記軟磁性粉末は軟磁性金属粉末である、ことを特徴とする請求項１０記載のコイル部品。
12. 前記軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｓｉ系粉末である、ことを特徴とする請求項１１記載のコイル部品。
13. 前記Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は０．０重量％以上１１．０重量％以下である、ことを特徴とする請求項１２記載のコイル部品。
14. 前記軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末である、ことを特徴とする請求項１１記載のコイル部品。
15. 前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は０．０重量％以上１１．０重量％以下であり、平均Ａｌ含有量は０．０重量％以上７．０重量％以下である、ことを特徴とする請求項１４記載のコイル部品。
16. 前記軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｎｉ系粉末である、ことを特徴とする請求項１１記載のコイル部品。
17. 前記Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は３０．０重量％以上８５．０重量％以下である、ことを特徴とする請求項１６記載のコイル部品。
18. 前記軟磁性金属粉末はＦｅ系アモルファス粉末である、ことを特徴とする請求項１１記載のコイル部品。
19. 前記磁性体粉末は略球状粉末である、ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載のコイル部品。
20. 前記コイルの径方向における前記絶縁体の厚みを第１の厚みとし、前記コイルの軸方向における前記絶縁体の厚みを第２の厚みとする場合において、前記第１及び第２の厚みのいずれも前記磁性体粉末の平均粒径の３分の１よりも大きい、ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載のコイル部品。
21. 前記混成物は非磁性フィラーを含む、ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載のコイル部品。
22. 前記混成物からなる前記磁芯は１０００×１０^３／４π［Ａ／ｍ］の磁界中にて１０以上の比透磁率を有する、ことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載のコイル部品。
23. 前記絶縁体は非磁性フィラーを前記第１の樹脂に加えてなる、ことを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載のコイル部品。
24. 前記非磁性フィラーは、前記混成物が硬化した場合に呈する弾性率又は線膨張率の少なくとも一方と当該非磁性フィラーを含む前記絶縁体が硬化した際に呈する弾性率又は線膨張率とを対応させるようにして、選択されている、ことを特徴とする請求項２３記載のコイル部品。
25. 前記非磁性フィラーは、シリカ粉、アルミナ粉、酸化チタン粉、石英ガラス粉、ジルコニウム粉、炭酸カルシウム粉または水酸化アルミニウム粉を含む無機質材系粉末、ガラス繊維、及び課粒状樹脂からなる群から選択された一の充填材である、ことを特徴とする請求項２３又は２４記載のコイル部品。
26. 前記非磁性フィラーは略球状粉末である、ことを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれかに記載のコイル部品。
27. 前記コイルの径方向における前記絶縁体の厚みを第１の厚みとし、前記コイルの軸方向における前記絶縁体の厚みを第２の厚みとする場合において、前記第１及び第２の厚みのいずれも前記磁性体粉末の平均粒径の３分の１よりも大きく、且つ、前記非磁性フィラーの平均粒径の３分の１よりも大きい、ことを特徴とする請求項２６記載のコイル部品。
28. 前記第１の樹脂と前記非磁性フィラーとからなる前記絶縁体における前記第１の樹脂の配合比率は３０体積％以上である、ことを特徴とする請求項２３乃至２７のいずれかに記載のコイル部品。
29. 前記コイル内包絶縁包囲物は前記コイルに囲まれた中空部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至２８のいずれかに記載のコイル部品。
30. 前記コイル内包絶縁包囲物の周囲及び／又は前記中空部内に配置された少なくとも一つの特定透磁率磁芯部材を更に備えており、該特定透磁率磁芯部材は前記混成物からなる前記磁芯により前記コイル内包絶縁包囲物に対して固定されている、ことを特徴とする請求項２９記載のコイル部品。
31. 前記特定透磁率磁芯部材は、Ｆｅ系アモルファス粉末、又はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、若しくはＦｅ−Ｎｉ系の粉末からなる圧粉磁芯部材であるか、又は、Ｆｅ系積層磁芯部材である、ことを特徴とする請求項３０記載のコイル部品。
32. 前記混成物からなる前記磁芯内に埋設された、前記混成物よりも磁気抵抗の高い高磁気材料部材を更に有する、ことを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれかに記載のコイル部品。
33. 前記高磁気材料部材は前記第１の樹脂と同じ樹脂を含む材料からなる、ことを特徴とする請求項３２記載のコイル部品。
34. 前記高磁気材料部材は前記絶縁体と同一材料からなる、ことを特徴とする請求項３３記載のコイル部品。
35. 前記高磁気材料部材は前記中空部内に配置されている、ことを特徴とする請求項２９乃至３４のいずれかに記載のコイル部品。
36. 前記高磁気材料部材は少なくとも２以上あり、該高磁気材料部材は互いに平行となるように配置されている、ことを特徴とする請求項３５記載のコイル部品。
37. 前記高磁気材料部材は外周部の厚みよりも中心部の厚みの方が薄い形状を備えている、ことを特徴とする請求項３５又は３６記載のコイル部品。
38. 前記高磁気材料部材は前記混成物からなる前記磁芯内部に比透磁率２０以下の領域を形成する、ことを特徴とする請求項３２乃至３７のいずれかに記載のコイル部品。
39. 前記混成物からなる前記磁芯は、前記コイルの中空部を通る磁路のループを構成している、ことを特徴とする請求項２９記載のコイル部品。
40. 前記コイルは２以上のコイル部を各コイル部の軸方向が互いに平行になるようにして且つ隣接する２つの前記コイル部が一の磁路を形成するようにして接続して得られるような形状を備えており、前記隣接する２つの前記コイル部間には該コイル部の軸方向と平行な方向に延びる高磁気抵抗領域が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３９のいずれかに記載のコイル部品。
41. 前記高磁気抵抗領域は２０以下の比透磁率を有する、ことを特徴とする請求項４０記載のコイル部品。
42. 前記高磁気抵抗領域は前記第一の樹脂と同じ樹脂を含む材料からなる、ことを特徴とする請求項４０又は４１記載のコイル部品。
43. 前記高磁気抵抗領域は前記絶縁体と同一材料からなる、ことを特徴とする請求項４２記載のコイル部品。
44. ケースを更に備え、前記コイル内包絶縁包囲物が前記ケース内に配置され、前記混成物からなる前記磁芯は前記コイル内包絶縁包囲物と前記ケースとの間の空間を満たし且つ前記コイル内包絶縁包囲物を当該磁芯内部に封入している、ことを特徴とする請求項１乃至４３のいずれかに記載のコイル部品。
45. 前記ケースはセラミックスケース又は内面に絶縁層の形成された金属ケースである、ことを特徴とする請求項４４記載のコイル部品。
46. 前記金属ケースはアルミニウム若しくはＦｅ−Ｎｉ合金からなる、又は前記セラミックスケースはアルミナ成形体からなる、ことを特徴とする請求項４５記載のコイル部品。
47. 前記磁芯は、前記混成物を注型することにより得られる注型品である、ことを特徴とする請求項１乃至４６のいずれかに記載のコイル部品。
48. 前記混成物は溶剤を用いることなく注型できる材料からなる、ことを特徴とする請求項４７記載のコイル部品。

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