JP2003007545A - 有芯コイル及びトランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ギャップからの洩れ磁束による渦電流損の少な
い有芯コイル等を提供する 【解決手段】半円環状のフェライト片４ａ，４ｂの端部
間にポリエステルフィルム６を狭入して、端部間にギャ
ップ５を形成する。この状態で、フェライト片４ａ，４
ｂの表面をコーティング樹脂６でコーティングして固定
する。コア２に、絶縁被覆を有する銅線を所要の回数だ
け巻回して巻線３を形成する。このとき、巻線３におい
て、ギャップ５に対応する位置では、銅線の密度が巻線
３の他の部分よりも疎となるようにする。ギャップ５付
近に発生する洩れ磁束が貫通する銅線の数が少ないた
め、銅線における洩れ磁束により発生する渦電流損も少
なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有芯コイル又はトラ
ンスに係り、詳しくは有芯コイル又はトランスを構成す
る巻線における渦電流損の低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイルにおいては、大きなインダ
クタンスを得るために、また、トランスにおいては、１
次側巻線と２次側巻線との間の良好な磁気結合を得るた
めに、磁性体製のコアが用いられてきた。

【０００３】しかし、磁性体は一般に磁気飽和特性を有
するため、コアの周囲に巻回した巻線に流れる電流が大
きくなり、当該巻線に流れる電流により発生する磁界
が、コアをなす磁性体の種類及びコアの形状、大きさ等
によって決まるある一定の値を超えると、コアは磁気飽
和し、コイル、トランスとしての機能が失われてしま
う。

【０００４】そのため、一般に、例えば、トロイダルコ
アにおいては、図５に示すように、コア５１中の磁束の
経路（磁路）中にギャップ５２を設け、コア５１の磁気
飽和を防止していた。

【０００５】すなわち、ギャップ５２を設けることによ
り、当該ギャップ５２の透磁率がコア５１をなす磁性体
片の透磁率よりも小さくなるため、コア５１に発生する
磁束が、当該ギャップ５２がない場合に比べて少なくな
り、結果として、コア５１の磁気飽和を防止することが
できる。

【０００６】そして、当該ギャップ５２は、通常、空気
で満たされていたり（何も挿入しない場合）、当該ギャ
ップ５２の間隔を、ギャップ５２に挿入した部材により
保持する必要がある場合には、ポリエステルフィルムや
紙等が挿入されるのが一般的であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ギャップ５
２に何も挿入しない場合や、ポリエステルフィルム等を
挿入した場合には、ギャップ５２の透磁率とギャップ５
２の周囲の空気の透磁率とがほぼ等しいため、コア５１
からギャップ５２の周囲へ洩れ磁束５４が発生する。

【０００８】このため、洩れ磁束５４がギャップ５２の
近傍に位置する導線を貫通して、巻線中に渦電流が発生
し、当該渦電流によって損失が発生していた。このと
き、当該渦電流による磁束と、前記洩れ磁束５４とが、
巻線の内部にて打ち消しあうため、見かけ上は、洩れ磁
束５４が巻線を貫通していないように見える。

【０００９】通常の有芯コイル等においては、図６に示
すように、導線５３を均等な密度で巻回して巻線を形成
するので、特に巻回回数の多い場合には、ギャップ５２
の近傍にも多くの導線が存在する。従って、係る場合に
は、洩れ磁束５４が貫通する導線５３が多く、渦電流に
よる損失も大きくなっていた。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は渦電流損を低減すること
のできる有芯コイル及びトランスを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、ギャップを有する磁路を
構成する磁性体製コアと、前記磁路の周囲に巻回した導
線からなる巻線とを有する有芯コイルであって、前記巻
線は、当該巻線の他の部分に比べて導線が疎になってい
る疎部を有し、少なくとも前記疎部の一部が、前記ギャ
ップに対応する位置に位置することをその要旨とした。

【００１２】従って、この発明によれば、ギャップから
の洩れ磁束による渦電流損の小さい有芯コイルを提供す
ることができる。請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の発明において、前記磁性体製コアは、２以上の磁
性体片から構成されるとともに、磁路中にギャップが少
なくとも１つ設けられていることをその要旨とした。

【００１３】従って、この発明によれば、磁性体製コア
を簡単な形状の磁性体片により構成できるため、有芯コ
イルのコストを低減することができる。請求項３に記載
の発明は、ギャップを有する磁路を構成する磁性体製コ
アと、前記磁路の周囲に巻回した導線からなる複数の巻
線とを有するトランスであって、前記複数の巻線の少な
くとも１つは、当該巻線の他の部分に比べて前記導線が
疎になっている疎部を有し、少なくとも前記疎部の一部
が、前記ギャップに対応する位置に位置することをその
要旨とした。

【００１４】従って、この発明によれば、ギャップから
の洩れ磁束による渦電流損の小さいトランスを提供する
ことができる。請求項４に記載の発明は、請求項３に記
載の発明において、前記磁性体製コアは、２以上の磁性
体片から構成されるとともに、磁路中にギャップが少な
くとも１つ設けられていることをその要旨とした。

【００１５】従って、この発明によれば、磁性体製コア
を簡単な形状の磁性体片から構成できるため、トランス
のコストを低減することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明をトロイダルコイルに具体化した一実施の形態を図１
及び図２に従って説明する。

【００１７】図１に示すように、トロイダルコイル１
は、コア２と、コア２の周囲に導線を巻回して形成した
巻線３とから構成されている。前記コア２は、２個の同
形のフェライト片４ａ，４ｂから構成されている。前記
フェライト片４ａ，４ｂは、半円環状の形状を有してお
り、両フェライト片４ａ，４ｂにより円環を形成する際
に、両フェライト片４ａ，４ｂの端部間に、ギャップ５
を形成するための、ギャップ形成部材としてのポリエス
テルフィルム６が狭入されている。

【００１８】フェライト片４ａ，４ｂの端部間にポリエ
ステルフィルム６を狭入した状態で、コーティング樹脂
７により、フェライト片４ａ，４ｂをコーティングす
る。当該コーティング樹脂７は、フェライト片４ａ，４
ｂの表面を保護するとともに、フェライト片４ａ，４ｂ
がポリエステルフィルム６を狭持する状態を保持してい
る。

【００１９】前記巻線３は、コア２の周囲、即ち磁路の
周囲に、導線としての絶縁皮膜を有する銅線を所要の回
数だけ巻回して形成されるとともに、巻線の他の部分と
比べて、銅線の密度が疎である疎部８を有する。疎部８
は、コア２の周方向にみて、少なくとも前記ギャップ５
の幅（フェライト片の端部と、対向するフェライト片の
端部との距離）よりも長く形成されている。

【００２０】前記疎部８は、巻線３上の互いに対向する
位置に２箇所設けられており、疎部８は、コア２上のギ
ャップ５に対応する位置に配置されている。次に、図２
に基づいて、上記のように構成されたトロイダルコイル
１の作用を説明する。

【００２１】巻線３に電流を流すと、巻線３を構成する
銅線の周囲に磁界が発生する。巻線３はコア２に近接し
て巻回されているため、前記銅線の周囲に発生した磁界
により、フェライト片４ａ，４ｂには磁束９が発生す
る。フェライトの透磁率は空気の透磁率に比べて十分大
きいため、発生した磁束９は、フェライト片４ａ，４ｂ
で構成される磁路を通る。

【００２２】一方、ポリエステルの透磁率は、フェライ
トの透磁率に比べて十分小さいので、ポリエステルフィ
ルム６によりギャップ５を形成した場合の、巻線３に流
れる電流による磁界によって発生する磁束は、ギャップ
５がない場合に比べて少なくなる。

【００２３】従って、巻線３に大きな電流が流れた場合
にも、コア２が磁気飽和することがなくなる。すなわ
ち、ギャップ５を設けることにより、コア２の磁気飽和
を防止することができる。

【００２４】ところが、ギャップ５に設置されたポリエ
ステルフィルム６の透磁率は、空気の透磁率とほとんど
等しいので、フェライト片４ａ，４ｂを通過した磁束９
の一部が、ギャップ５において、周囲の空気中に漏洩
し、洩れ磁束１０が発生する。

【００２５】前記洩れ磁束１０は、図２に示すように、
ギャップ５の近傍にある銅線を貫通し、当該貫通した磁
束により、銅線内に渦電流が流れる。そして、当該渦電
流と、渦電流の経路の抵抗分により、損失が発生する。

【００２６】しかし、巻線３上の銅線の密度は、ギャッ
プ５に対応する部分においては、他の部分に比べて疎と
なっているので、前記洩れ磁束１０が貫通する銅線の数
も、銅線を均等に巻回して巻線を構成した場合に比べて
少なくなり、結果として、発生する渦電流損も小さくな
る。

【００２７】このとき、当該渦電流による磁束と、前記
洩れ磁束１０とが、銅線の内部にて打ち消しあうため、
見かけ上は、洩れ磁束１０が銅線を貫通していないよう
に見える。

【００２８】以上記述したように、第１の実施の形態に
よれば、以下の効果を奏する。 （１）洩れ磁束の発生するギャップの近傍において、巻
線を構成する銅線が疎となっているため、洩れ磁束が貫
通する銅線の数が少なく、洩れ磁束により発生する渦電
流損も小さくなる。

【００２９】（２）同形のフェライト片を２個用いてコ
アを形成したため、フェライト片の形状を簡単にするこ
とができ、ギャップを有し、且つ一体形成されたコアを
用いる場合よりもコストを低減することができる。

【００３０】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態を、図３及び図４に基づいて説明する。この実施の
形態では、本発明をトランスに具体化した点で、前記実
施の形態と異なる。

【００３１】図３に示すように、トランス２１は、コア
２２と、導線を巻回するためのボビン２３と、前記ボビ
ン２３の周囲に導線を巻回して形成される巻線２４とか
ら構成されている。

【００３２】前記コア２２は、２つの同形のＥ字状のフ
ェライト片２５ａ，２５ｂから構成され、前記両フェラ
イト片２５ａ，２５ｂの中足間にはポリエステルフィル
ム２６が狭入されている。

【００３３】前記巻線２４は、１次側巻線２４ａと２次
側巻線２４ｂとからなり、１次側巻線２４ａ、２次側巻
線２４ｂともに、導線としての絶縁被覆を有する銅線を
前記ボビン２３に巻回して形成されている。ここでは、
１次側巻線２４ａは３０回巻回されており、２次側巻線
２４ｂは３回巻回されている。すなわち、１次側巻線２
４ａと２次側巻線２４ｂとの巻線比は１０：１である。

【００３４】１次側巻線２４ａは、前記ボビン２３の全
体に巻回されており、ボビン２３の中央部には、ギャッ
プ幅よりも長い、１次側巻線２４ａの他の部分に比べて
導線が疎になっている部分（疎部２７）を有する。一
方、２次側巻線２４ｂは、ボビン２３の一方の端部付近
に巻回されている。

【００３５】上記のように巻回された１次側巻線２４ａ
及び２次側巻線２４ｂを有するボビン２３の両側から、
前記Ｅ字状のフェライト片２５ａ，２５ｂの中足を挿入
するとともに、両中足でポリエステルフィルム２６を狭
持して、中足間にギャップ２８を設ける。そして、ボビ
ン２３にフェライト片２５ａ，２５ｂを挿入し、フェラ
イト片２５ａ，２５ｂの中足でポリエステルフィルム２
６を狭持した状態で、フェライト片２５ａ，２５ｂを両
側から図示しない固定具で固定する。

【００３６】次に、図３および図４に基づいて、上記の
ように構成されたトランス２１の作用を説明する。１次
側巻線２４ａの両端に電圧を印加すると、１次側巻線２
４ａには電流が流れ、１次側巻線２４ａを構成する銅線
の周囲に磁界が発生する。１次側巻線２４ａはフェライ
ト片２５ａ，２５ｂの中足に近接しているため、銅線の
周囲に発生した磁界により、フェライト片２５ａ，２５
ｂ内部に磁束２９が発生する。フェライトの透磁率は空
気やボビンの透磁率よりも十分に大きいので、磁束２９
は、フェライト片２５ａ，２５ｂで構成される磁束を通
る。

【００３７】２次側巻線２４ｂも、フェライト片２５ａ
の中足に近接して巻回されているため、１次側巻線２４
ａに流れる電流により発生した磁束２９は、２次側巻線
２４ｂとも鎖交する。従って、２次側巻線２４ｂの両端
に、１次側巻線２４ａの両端に印加した電圧、及び１次
側巻線２４ａと２次側巻線２４ｂとの巻線比で決まる電
圧が発生する。ここでは、巻線比が１０：１であるの
で、２次側巻線２４ｂの両端には、１次側巻線２４ａの
両端に印加した電圧のおよそ１／１０の電圧が発生す
る。

【００３８】また、ポリエステルの透磁率は、フェライ
トの透磁率に比べて十分小さいので、１次側巻線２４ａ
に流れる電流による磁界によって発生する磁束２９は、
磁路中にギャップ２８がない場合に比べて少なくなる。

【００３９】従って、１次側巻線２４ａに大きな電流が
流れても、コア２２が磁気飽和することがなくなる。す
なわち、ギャップ２８を設けることにより、コア２２の
磁気飽和を防止することができる。

【００４０】ところが、ギャップ２８に設置されたポリ
エステルフィルムの透磁率は、空気の透磁率とほとんど
等しいので、フェライト片２５ａ，２５ｂを通過した磁
束２９の一部が、ギャップ２８において、周囲の空気中
に漏洩し、洩れ磁束３０が発生する。

【００４１】前記洩れ磁束３０は、図４に示すように、
ギャップ２８の近傍にある、１次側巻線２４ａを構成す
る銅線を貫通し、当該貫通した磁束により、銅線内に渦
電流が流れる。そして、当該渦電流と、渦電流の経路の
抵抗分により、損失が発生する。

【００４２】しかし、１次側巻線２４ａ上の銅線の密度
は、ギャップ２８に対応する部分においては、他の部分
に比べて疎となっているので、前記洩れ磁束３０が貫通
する銅線の数も、銅線を均等に巻回して１次側巻線を構
成した場合に比べて少なくなり、結果として、発生する
渦電流損も小さくなる。

【００４３】このとき、当該渦電流による磁束と、前記
洩れ磁束３０とが、銅線の内部にて打ち消しあうため、
見かけ上は、洩れ磁束３０が銅線を貫通していないよう
に見える。

【００４４】また、２次側巻線２４ｂは、ボビン２３の
一方の端部付近に巻回されているため、前記ギャップ２
８から離間されている。従って、ギャップ２８において
発生する洩れ磁束３０が、２次側巻線２４ｂを構成する
銅線を貫通することはなく、２次側巻線２４ｂにおい
て、洩れ電流による渦電流損が発生することもない。

【００４５】以上記述した第２の実施の形態によれば、
前記第１の実施の形態の（１），（２）の効果に加え、
次の効果を奏する。 （３）トランスにおいて、巻回回数の少ない２次側巻線
は、ギャップから離間して設けられているため、２次側
巻線においては、ギャップからの洩れ磁束により、渦電
流損が発生することがない。

【００４６】尚、実施の形態は、上記のものに限られる
わけではなく、例えば以下の態様で実施してもよい。 ○第１の実施の形態では、有芯コイルのコアとして、円
環状のコアを用いたが、有芯コイルのコアの形状は円環
状に限られず、ＥＥ型、ＥＩ型等の閉磁路を形成し、且
つ、ギャップを設けられる形状のものであれば用いるこ
とができる。

【００４７】○第２の実施の形態では、トランスのコア
として、ＥＥ型コアを用いたが、トランスのコアの形状
はＥＥ型に限られず、ＥＩ型、ＰＱ型、円環状等の閉磁
路を形成し、且つ、ギャップを設けられる形状のもので
あれば用いることができる。

【００４８】○第２の実施の形態において、トランスの
巻線は、１次側巻線と１の２次側巻線とで構成されてい
たが、これに限られず、多数の２次側巻線を有するもの
であってもよい。

【００４９】○第２の実施の形態において、トランスの
１次側巻線の巻回回数を３０回、２次側巻線の巻回回数
を３回として、１次側巻線と２次側巻線との巻線比を１
０：１としたが、これに限らず、任意の巻回回数、任意
の巻線比でもよい。この場合において、巻回回数によ
り、ギャップの近傍に巻回する必要がある巻線は、当該
実施の形態における１次側巻線と同様に、ギャップに対
応する部分に、導線が疎となる疎部を設ければよい。

【００５０】○第１の実施の形態におけるコア、及び第
２の実施の形態におけるコアの材料をフェライトとした
が、フェライトに限らず、せんダスト、硅素鋼等一般的
な磁性材料であればよい。

【００５１】○第１の実施の形態及び第２の実施の形態
において、フェライト片の間にポリエステルフィルムを
狭入してギャップを形成したが、ポリエステルフィルム
に限られず、ギャップには何もなくても（空気のみがあ
っても）よく、紙等を狭入してもよい。

【００５２】○空気よりも透磁率が大きく、且つ、コア
を構成する磁性体よりも透磁率が小さい部材（例えば、
ニッケルや鉄等の金属片）を、ギャップに狭入してもよ
い。かかる場合には、ギャップでの洩れ磁束を低減する
ことができ、巻線における渦電流損を低減することがで
きる。

【００５３】更に、樹脂、エラストマまたはゴムに、磁
性体を粉状にした磁性体粉を混練してシート状にしたも
のを、ギャップ形成部材としてギャップに設置してもよ
い。かかる場合には、混練する磁性体粉の含有割合を調
整することにより、所要の透磁率を有するシートを得る
ことができ、当該シートをギャップに設置することによ
り、コアの特性の所要の特性への調整、及び洩れ磁束の
低減を両立することが可能となる。

【００５４】例えば、エラストマに磁性体粉を混練して
磁性体シートを形成して、当該シートをギャップに設置
する場合において、混練する磁性体粉の含有割合を調整
して、当該シートの透磁率が、空気の透磁率の１００倍
以上となり、且つ、コアを構成する磁性体部材の透磁率
の１／１００倍以下となるようにすると、コアの磁気飽
和を確実に防止できるとともに、ギャップにおける洩れ
磁束を顕著に低減することができ、巻線における渦電流
損を顕著に低減することができる。

【００５５】次に、前記実施の形態から把握できる技術
的思想について、以下に追記する。 （１）前記ギャップに、空気の透磁率よりも大きく、且
つ、前記磁性体製コアの透磁率よりも小さい透磁率を有
するギャップ形成部材を設置した、請求項１又は請求項
２に記載の有芯コイル。

【００５６】このような有芯コイルにおいては、ギャッ
プからの洩れ磁束が、ギャップにポリエステルフィルム
を設置した場合に比べて少なくなるため、巻線における
渦電流損を更に低減することができる。

【００５７】（２）前記ギャップ形成部材の透磁率が、
空気の透磁率の１００倍以上であり、且つ、前記磁性体
製コアの透磁率の１／１００倍以下である、請求項１又
は請求項２に記載の有芯コイル。

【００５８】（３）前記ギャップに、空気の透磁率より
も大きく、且つ、前記磁性体製コアの透磁率よりも小さ
い透磁率を有するギャップ形成部材を設置した、請求項
３又は請求項４に記載のトランス。

【００５９】このようなトランスにおいては、ギャップ
からの洩れ磁束が、ギャップにポリエステルフィルムを
設置した場合に比べて少なくなるため、巻線における渦
電流損を更に低減することができる。

【００６０】（４）前記ギャップ形成部材の透磁率が、
空気の透磁率の１００倍以上であり、且つ、前記磁性体
製コアの透磁率の１／１００倍以下である、請求項３又
は請求項４に記載のトランス。

【００６１】（５）前記疎部の磁路方向の長さが、前記
ギャップの磁路方向の長さよりも長いことを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の有芯コイル。（６）前記
疎部の磁路方向の長さが、前記ギャップの磁路方向の長
さよりも長いことを特徴とする請求項３又は請求項４に
記載のトランス。

【００６２】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に記載の発明によ
れば、巻線における渦電流損が少ない有芯コイルを得る
ことができる。

【００６３】請求項３及び請求項４に記載の発明によれ
ば、巻線における渦電流損が少ないトランスを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のトロイダルコイルの模式
図。

【図２】 そのギャップ付近の模式拡大断面図。

【図３】 第２の実施の形態のトランスの模式図。

【図４】 そのギャップ付近の模式拡大断面図。

【図５】 従来のトロイダルコイルの模式図。

【図６】 そのギャップ付近の模式拡大断面図。

【符号の説明】

２，２２…磁性体製コア、３，２４ａ，２４ｂ…巻線、
４ａ，４ｂ，２５ａ，２５ｂ…磁性体片としてのフェラ
イト片、５，２８…ギャップ、８，２７…疎部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 仁志 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 坂田 世紀 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 5E043 AA01 BA01 5E058 BB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギャップを有する磁路を構成する磁性体
   製コアと、 前記磁路の周囲に巻回した導線からなる巻線とを有する
   有芯コイルであって、 前記巻線は、当該巻線の他の部分に比べて前記導線が疎
   になっている疎部を有し、 少なくとも前記疎部の一部が、前記ギャップに対応する
   位置に位置する有芯コイル。
2. 【請求項２】 前記磁性体製コアは、２以上の磁性体片
   から構成されるとともに、磁路中にギャップが少なくと
   も１つ設けられている請求項１に記載の有芯コイル。
3. 【請求項３】 ギャップを有する磁路を構成する磁性体
   製コアと、 前記磁路の周囲に巻回した導線からなる複数の巻線とを
   有するトランスであって、 前記複数の巻線の少なくとも１つは、当該巻線の他の部
   分に比べて前記導線が疎になっている疎部を有し、 少なくとも前記疎部の一部が、前記ギャップに対応する
   位置に位置するトランス。
4. 【請求項４】 前記磁性体製コアは、２以上の磁性体片
   から構成されるとともに、磁路中にギャップが少なくと
   も１つ設けられている請求項３に記載のトランス。