JP2002329617A

JP2002329617A - 磁心及びコイル部品

Info

Publication number: JP2002329617A
Application number: JP2001131253A
Authority: JP
Inventors: Kuninaga Sato; 邦長佐藤; Yoshio Sato; 由郎佐藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】直流重畳特性を大幅に改善した構成で小型化
と省資源、省エネルギー性を高め、かつ、巻線の自動化
も容易に実現して工業性と経済性を高めた磁心及びコイ
ル部品を提供すること。【解決手段】閉磁路を形成する磁心にギャップ３を設
けた形状を備えた軟磁性体からなる磁心１であって、前
記ギャップ３の間隔が前記閉磁路の内輪側の方Ｗ１が外
輪側Ｗ２よりも大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
やインバータなどの電子機器等に供する磁心、及びコイ
ル部品に関し、特に小形高性能な構成技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、閉磁路の磁芯に巻線してなるコイ
ル部品において、直流重畳時でのコイルのインダクタン
ス値の低下を避ける方策として、磁芯の磁路上に適当な
ギャップ（空隙）を設け、磁気飽和を軽減する方法が取
られてきた。

【０００３】図９は従来技術によるギャップ付きの磁心
を用いたコイル部品を示す正面図である。図９を参照す
ると、リング状の磁心５１の一部が中心Ｏを通るＸ軸に
平行な２本の直線によって切り取られ、内周面５１ａか
ら外周面５１ｂに貫通したギャップ５２が設けられてい
る。ギャップ５２は、内周面５１ａにおける長さＷ１が
外周面５１ｂにおける長さＷ２とほぼ等しい（Ｗ１≒Ｗ
２）ように形成されている。また、磁心には、引き出し
端子部５５，５６を備えた巻線部５３が施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術による磁心、及びコイル部品では、下記のよ
うな工業的な不利益があった。

【０００５】つまり図１０に示すように元々、磁束５７
は磁路の内側に集まる性質があり、コア５１の断面積か
ら見た磁束密度は不均等でコア５１の体積を有効利用し
ておらず、電流重畳を高めるに従ってインダクタンスが
大幅に低下するため、所望のインダクタンス値を得るた
めには、磁心サイズを大きくするか、巻き回数を高めざ
るを得ないのが実状で、電子部品の使命である小形、低
損失、省資源を実現しにくいという重大な欠点があっ
た。

【０００６】また、閉磁路の磁心に巻線する場合、巻線
が困難で機械巻きできる仕様は限られ、自動化に支障が
あり工業的に不適切であった。

【０００７】一方、ギャップ付き閉磁路の磁芯におい
て、ギャップから予め巻線された空芯コイルを後差しし
てコイルとする方法により機械巻きを可能とする方法も
一部には実用化されているが、巻きコイルが入るだけの
ギャップ量が必要なことから、高インダクタンス値を必
要なものには、不向きであった。

【０００８】そこで、本発明の技術的課題は、直流重畳
特性を大幅に改善してた構成で小型化と省資源、省エネ
ルギー性を高め、かつ、巻線の自動化も容易に実現して
工業性と経済性を高めた磁心及びコイル部品を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
るための本発明の構成は、ギャップ付き閉磁路の磁心に
おいて、ギャップ面が磁束に対し斜めに横断するように
磁心にギャップ加工を施した構造であること、または、
ギャップ付きトロイダルコアにおいてギャップ幅の中心
軸がトロイダルコアの円中心を通らずに、偏心させた構
造であること、さらにこれら磁芯に予め巻線された空芯
コイルを、後差ししてなるコイル部品であることを特徴
とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】図１は本発明の第１の実施の形態による磁
心を示す正面図である。図１を参照すると、磁心１は、
軟磁性体からなるリング形状であり、内周面の長さが外
周面の長さよりも大きくなるような切断端面２，３を形
成するように、切り欠かれたギャップ４を備えている。

【００１２】図２は本発明の第２の実施の形態による磁
心を示す正面図である。図２を参照すると、磁心５は、
軟磁性体からなる長円形状であり、内周面１ａにおける
ギャップ長さＷ１が外周面１ｂにおけるギャップ長さＷ
２よりも大きくなるような切断端面２，３を形成するよ
うに、切りかかれたギャップ８を備えている。尚、符号
９は中心である。

【００１３】図３は本発明の実施の形態によるトロイダ
ルコイルを示す正面図である。図４は図３のトロイダル
コイルの磁心内の磁束分布を示す図である。図３に示す
ように、トロイダルコイル１０は、軟磁性体の金属系ダ
ストコアからなり、リング状の磁心１１と巻線部１３と
を備えている。磁心１１の一直径と平行に、偏心位置に
あるＸ軸を中心に、このＸ軸に平行な対向端面を備えた
ギャップ１２が形成されている。ギャップ幅の中心軸Ｘ
は、トロイダルコアの円中心Ｏ点を通らず偏心してい
る。この結果、トロイダルコアのギャップ長は円の内周
面のギャップ長さＷ１から外側に向かって短くなる構造
になっており、最内周のＷ１で最もギャップ長は長くな
り、最外周のギャップ長さＷ２で最も短い性質を持つギ
ャップ構造となっている。尚、ギャップ部の突出部１
７，１８に面取りを施しても良く、また、コアにボビン
を設けても良いことは勿論である。

【００１４】図４に示すように、ギャップ幅の中心軸Ｘ
がトロイダルコアの円中心Ｏ点を通る軸対称なギャップ
構造になっている図９に示す従来のものと比較すると、
図４に示すものとは全く正反対なギャップ構造となって
いる。従って、図９に示す様に、従来技術においては、
円の内側に磁束が集中し、コアの体積を有効利用できて
いない、磁束のかけ方となっている。

【００１５】これに対し本発明の実施の形態では、図４
に示すように円の内側に来るほどギャップ長が長くな
り、磁束は磁路の短いＷ２の方向（外周）に集中しよう
とする。このことは、本来トロイダルコアの内側に磁束
は集中しようとする性質と相反するため、結果的にトロ
イダルコアの断面積で磁束の集中が分散され、コアの体
積の利用率が高まる効果となる。

【００１６】図４に示すように、磁束が分散され、均等
な磁束密度となっている様子が示されている。

【００１７】図５及び図６は図３のトロイダルコイルの
製造方法を示す図である。図５及び６を参照しながら、
図３に示すトロイダルコアに巻線を施す方法について説
明すると、図５に示すように、予め自動巻線機等で巻線
された空芯コイル１３をギャップの切り口から図の様に
コア１１（磁心）に挿入し、コイル１３（巻線部）はト
ロイダルコアの曲率に沿ってコア内部に進入し、図６に
示すように、巻きコイルの組み込みが完了する。

【００１８】図７は本発明の実施の形態によるトロイダ
ルコイルのコアの直流重畳特性を示す図である。図８は
直流重畳特性の測定方法を示す回路図である。図８を参
照すると、０〜１２０Ａの直流電流源２１と、その一端
に、ＬＩよりも、はるかに大きな１０ｍＨ程度のダミー
Ｌ０２３の一端が接続され、また、一端に１００００μ
Ｆ程度の電解コンデンサ２２が接続されている。Ｌ０の
他端と電解コンデンサ２２の他端との間には、インピー
ダンス（ＬＩ‘）を測定するためのＬＣＲメーター２４
が接続されている。電解コンデンサの一端と、ダミーＬ
０の他端との間には、テストピースが挿入されている。

【００１９】直流電流Ｉを段階的に変化させて、ＬＣＲ
メーターは大電流では、感度良く計測できないので、電
解コンデンサとダミーインダクタを用いて測定する。

【００２０】ここで、インピーダンス（ＬＩ‘）と、ト
ロイダルコイルのテストピースのインダクタンス実値
（ＬＩ）との間には、次の数１〜４式の関係がある。

【００２１】

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】ここで、例えば、Ｌ０＝１００００μｍ、ＬＩ＝１０μ
Ｈのように、Ｌ０≫ＬＩ‘とすると、次の数５式が成り
立つ。

【００２２】

【数５】従って、次の数６式が成り立つ。

【００２３】

【数６】このように、数６式から、即ち、測定値からＬＩを容易
に導き出すことができる。

【００２４】直流重畳測定の一例として、磁心としてＳ
Ｎダストコア（センダスト（登録商標）圧粉コア）：
μ＝８０；商品名ＳＮ−２８Ｄ（直径４５．１ｍｍ
×直径２６．２×１５．３），巻き数１０ターン、ギャ
ップ量が本発明の試料は７ｍｍ、従来の試料は７ｍｍの
ものを用いた。その結果を下記表１と、図７に示してい
る。

【００２５】

【表１】

【００２６】上記表１及び図７を参照すると、従来のト
ロイダルコイルに対し本発明の実施の形態によるトロイ
ダルコイルは直流重畳時のインダクタンスの延びが大き
なり、直流重畳特性が改善される効果をもたらしてお
り、従来技術での障害であった不本意な磁心サイズの大
型化や、巻線の巻き回数を高めるために生じる銅損の増
大を招くことなく、小型化と省資源、省エネルギー性の
高い磁心、及びコイル部品を提供することが出来る。

【００２７】以上説明したように、本発明の実施の形態
によるトロイダルコイルによれば、従来方式に比べ、ギ
ャップ量を大きくとってもインダクタンス値の低下が少
ないため、図５及び図６に示すように予め自動巻線機等
で巻線された空芯コイルの後差しが可能となる寸法条件
の範囲が広まり、巻線の機械化、自動化が容易となる。
従って、工業性と経済性の高い磁心、及びコイル部品を
提供可能となる。

【００２８】尚、本発明の応用は、本実施の形態にとど
まらず、他のギャップ付き閉磁路の磁芯を用いたコイル
部品全般にも適用でき、その応用分野は大変広い。

【００２９】また、本発明による磁芯の材質としては、
ダスト系、積層鋼板系、フェライト系などいずれの軟磁
性材料に対しても実施可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による磁芯及びコイル部品を用いれば直流重畳特性が大
幅に改善できるため、所望の電流定格に対するインダク
タンスを得るにあたって電子機器の使命である小型化と
省資源、省エネルギー性を高め、かつ巻線の自動化も容
易に実現できる磁芯及びコイル部品を提供することが可
能となり、工業的に益するところ極めて大なるものとい
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による磁心を示す正
面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による磁心を示す正
面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態によるトロイダルコ
イルを示す正面図である。

【図４】図３のトロイダルコイルの磁心内の磁束分布の
概要を示す図である。

【図５】図３のトロイダルコイルの組み立ての説明に供
せられる図で、組み立て前の状態を示す図である。

【図６】図３のトロイダルコイルの組み立ての説明に供
せられる図で、組み立て後の状態を示す図である。

【図７】図３のトロイダルコイルの直流重畳特性を示す
図である。

【図８】トロイダルコイルの直流重畳特性の測定方法の
説明に供せられる図である。

【図９】従来技術によるトロイダルコイルの説明に供せ
られる図である。

【図１０】図９のトロイダルコイルの磁束分布を示す図
である。

【符号の説明】

１，５磁心１ａ，５ａ内周面１ｂ，５ｂ外周面２，３，６，７端面４，８ギャップ１０トロイダルコイル１１磁心１１ａ内周面１１ｂ外周面１２ギャップ１３巻線部１４磁力線１５，１６端面１７，１８突起部５０トロイダルコイル５１コア５１ａ内周面５１ｂ外周面５２ギャップ５３巻線部５５，５６端子部５７磁束

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉磁路を形成する磁心にギャップを設け
た形状を備えた軟磁性体からなる磁心であって、前記ギ
ャップの間隔が前記閉磁路の内周側の方が外周側よりも
大きいことを特徴とする磁心。
【請求項２】請求項１記載の磁心において、前記閉磁
路がトロイダル状であることを特徴とする磁心。
【請求項３】請求項１記載の磁心において、前記閉磁
路が楕円又は長円状であることを特徴とする磁心。
【請求項４】請求項１記載の磁心において、前記閉磁
路が略矩形状であることを特徴とする磁心。
【請求項５】請求項１乃至４の内のいずれかに記載の
磁心において、前記磁心における前記ギャップ幅の中心
軸が前記磁心の中心を通らずに、偏心させた構造である
ことを特徴とする磁心。
【請求項６】請求項１乃至５の内のいずれか一つに記
載の磁心に巻線を施したことを特徴とするコイル部品。
【請求項７】請求項５記載の磁心に予め巻線された空
心コイルを挿入してなることを特徴とするコイル部品。