JP2004200309A - チョークコイルユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化すると共に安価な構成で巻線を実現できるチョークコイルユニットを提供する。
【解決手段】このチョークコイルユニットAは、トロイダルコア1に配線部材としての平角巻線2が巻装されたトロイダル形チョークコイルA1を2個備え、トロイダル形チョークコイルA1,A1を互いに並列に接続して1つのチョークコイルユニットAを構成している。
【選択図】 図1
【解決手段】このチョークコイルユニットAは、トロイダルコア1に配線部材としての平角巻線2が巻装されたトロイダル形チョークコイルA1を2個備え、トロイダル形チョークコイルA1,A1を互いに並列に接続して1つのチョークコイルユニットAを構成している。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル形チョークコイルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトロイダル形チョークコイルを図23,24に示す。ここで、トロイダル形チョークコイルとは、磁路が閉じているコア100または101に巻線102を巻いたものを指す。コア形状は円柱形状でも直方体形状でもよく、孔も丸穴でも角孔でもよい。
【0003】
トロイダルコアの孔半径aは、電流Iと巻数Nによる飽和を考慮したNI値より以下の式(1)で求めることができる。(B:磁束密度、μ:透磁率とする。)
NI=(B×2π×a)/μ ・・・(1)
NI値とは、例えばNI=40であれば電流Iが20Aなら巻数Nが2ターンまで可能であることを示し、その時の孔半径aは、式(1)よりNI>40以上となるように求めればよい。
【0004】
従来、巻線を金属板を組み合わせて構成し大電流化に対応すると共に組立をしやすくしたチョークコイルが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−106861号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車載電気システムなどでは、大電流化に伴いコアの飽和を防ぐためNI値で決定される孔径をかなり大きくしなければならず、チョークコイル全体の大型化につながるという問題があった。
【0007】
また、電流値が大きいので巻線として巻きにくい平角巻線を使用する場合が増えているが、平角巻線は、大きな電流値になるほど巻線にするのに高価な設備を必要とし、線同士を密着させて正確に巻くのが難しいので巻厚も増え、さらなる大型化につながる場合が多い。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、小型化すると共に安価な構成で巻線を実現できるチョークコイルユニットを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載のチョークコイルユニットは、トロイダルコアに配線部材が巻装されたトロイダル形チョークコイルを複数備え、前記複数のトロイダル形チョークコイルを互いに並列に接続して一つのユニットを構成したものとした。
【0010】
請求項2記載のチョークコイルユニットは、請求項1記載の発明において、前記配線部材は、略コ字形に形成され一方の脚片を前記トロイダルコアの孔に挿入し他方の脚片との間に前記トロイダルコアを挟んで配置される保持部と、前記保持部に沿って略コ字形に折曲され両端を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板と、前記保持部の一方の脚片が前記トロイダルコアに挿入された後に前記導体板の一端と接続され、前記導体板と合わせて巻線を構成するつなぎ板とを備えるものとした。
【0011】
請求項3記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部は、複数の前記導体板を所定の間隔をもって積層した状態で保持し、前記つなぎ板は、構成する巻数に応じて前記導体板を選択して接続されるものとした。
【0012】
請求項4記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部の前記一方の脚片に、前記トロイダルコアの孔に挿入された前記保持部を前記トロイダルコアへ固定する固定手段を設けたものとした。
【0013】
請求項5記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記トロイダルコアを軸方向に分割し、前記保持部および前記導体板を可撓性を有する材料で形成したものとした。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態1から実施形態5によって説明する。
【0015】
(実施形態1)
図1に、本実施形態のチョークコイルユニットAを示す。このチョークコイルユニットAは、フェライトなどのコア材からなるトロイダルコア1に配線部材としての平角巻線2が巻装されたトロイダル形チョークコイルA1を2個備え、トロイダル形チョークコイルA1,A1を互いに並列に接続して1つのチョークコイルユニットAを構成している。
【0016】
チョークコイルユニットAは、入力電流がトロイダルコア1,1に分割されるので、従来の分割しないトロイダル形チョークコイルに比べて、NI値より決定されるトロイダルコア1の孔径xを小さくできる。
【0017】
この時、チョークコイルユニットA全体で従来のトロイダル形チョークコイルと同等のインダクタンスLを得るには、トロイダル形チョークコイルA1、1個当たりに要求されるインダクタンスLは2倍必要となるが、NI値より決定される孔径xが小さくて済むので、インダクタンスLが2倍されることを考慮してもチョークコイルユニットAを従来のトロイダル形チョークコイルより小さくすることができる。
【0018】
以下に数値例を挙げて、従来のトロイダル形チョークコイルと、本実施形態のチョークコイルユニットAの大きさとを、コアの占める体積によって比較する。
【0019】
図2は、平角巻線201を使用した従来のトロイダル形チョークコイルXの一例であり、表1の仕様となっている。
【0020】
【表1】
【0021】
この仕様の決定理由を説明する。なお、仕様を決定する条件として、トロイダルコア200の高さ(外径y)を200[mm]以下(なるべく低く)、厚さzは最大100[mm]という設計条件が与えられているものとする。
【0022】
孔径xの仕様は電流値Iと巻数Nとによって飽和しない条件から決定される。すなわち、飽和を考慮した場合の孔径xの条件は、NI値が2[ターン]×20
[A]=40であるので、前述した式(1)より、
NI=(B×2π×a)/μ ・・・(1)
a=NI×μ/(B×2π)
となるので、B=0.3、NI=40、μ=4π×10−7×3000を代入すると、a=0.08[m]、つまり孔径x=160[mm]となる。
【0023】
トロイダルコア200の外径yについては、トロイダルコア200の厚さz[m]とインダクタンスL[H]とから以下の式(3)を用いて求めることができる。(b:コアの外半径[m]、a:孔半径[m]、L:コアのL値[H]、μ:透磁率[N/A2]、z:コア厚さ[m]、N:巻数とする。)
y=2×b=2×a×e^((L×2π)/(μ×z×N2)) ・・・(2)
よって、この条件でインダクタンスL=10[μH]を実現するためには、式(2)にL=10×10−6、N=2、a=0.08、z=0.1を代入して、トロイダルコアの外半径b=83.4[mm]、トロイダルコア外径y=166.8[mm]を得る。
【0024】
以上より、このトロイダルコア200の占める体積V200を求めると、
V200=π×b2×z
より
V200=2184045.8[mm3]
となる。
【0025】
次に、本実施形態のチョークコイルユニットAで、全体の電流値I、インダクタンスL、ターン数N、コアの厚さz、コア材は従来と同じとした時の、仕様を表2に載せる。
【0026】
【表2】
【0027】
この仕様の決定理由を説明する。
【0028】
トロイダルコア1、1個当たりに流れる電流値は従来の半分となるので、NI値は従来の半分でよく、飽和を考慮した場合の孔径xは、式(1)にB=0.3、NI=20、μ=4π×10−7×3000を代入すると、a=0.04[m]、つまり孔径x=80[mm]となる。
【0029】
トロイダルコア1、1個当たりのインダクタンスLは2倍しなければいけないので、式(2)に、L=20×10−6、N=2、a=0.04、z=0.1を代入すると、コアの外半径b=43.5[mm]、コア外径y=87.0[mm]となる。
【0030】
以上より、トロイダルコア1、1個当たりが占める体積V1は、
V1=π×b2×z
より
V1=593515.5[mm3]
となり、トロイダルコア1を2個合わせた時の体積V2は、
V2=V1×2=1187030.9[mm3]
となり、従来のコア200より小さくなる。
【0031】
以上のように、本実施形態のチョークコイルユニットAは、トロイダルコア1個当たりに流れる電流が小さくなるので、トロイダルコアの穴径xを小さくでき、トロイダルコア1個当たりに要求されるL値が大きくなることを考慮しても従来のトロイダル形チョークコイルより小型化することができる。
【0032】
また、電流が小さいので、配線部材も大きくならず、巻きやすくなる。
【0033】
なお、図3にトロイダルコアの厚さzを変えた時の、従来のトロイダル形コア200の体積V200とチョークコイルユニットAのトロイダルコア1(2個分)の体積V2とを示す。このグラフより、コア外径yをできるだけ小さくするために、コアの厚さzを大きく取るほど、従来のトロイダル形コア200と比較して本実施形態のチョークコイルユニットAの小型化の効果があることがわかる。
【0034】
なお、本実施形態では円柱状で丸孔のコア1を用いたが、コアの加工条件や、平角巻線の固定を考慮して、図4に示すように直方体で角孔のコア1’を用いてチョークコイルユニットA’を構成してもよい。
【0035】
この場合、コイルのL値は内径と外径との比で決定されるため、同じ平角巻線2を使う条件で角孔にした場合は、丸孔より大きくなるので、外径も大きく取らないと同じL値にはならないが、角孔のチョークコイルユニットA’を用いた場合でも、従来の角孔のトロイダル形チョークコイルユニットと比較すると、小型化できる。
【0036】
すなわち、図5に示した従来のトロイダル形チョークコイルX’は、角孔の対角線が外径決定条件になるため、角穴の大きさxは、226.3[mm]×226.3[mm]、コアの幅y(=高さy)は235.9[mm]となり、コア体積V200’は、
V200’=235.9×235.9×100=5564881[mm3]
となるが、一方、図4に示したチョークコイルユニットA’の角孔の大きさxは、113.1[mm]×113.1[mm]、コアの幅y(=高さy)は122.9[mm]となり、コア体積V2’は、
V2’=122.9×122.9×100×2=3020882[mm3]となり、従来のコア体積V200’より小さくなっている。
【0037】
(実施形態2)
本実施形態における基本構成は実施形態1と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0038】
則ち本実施形態は、実施形態1においてトロイダルコア1に巻装される配線部材に特徴がある。
【0039】
なお、本実施形態で用いるトロイダルコア1は、直方体形状で角孔を有するコアとする。
【0040】
本実施形態の配線部材は、図6に示すように略コ字形に形成された樹脂製の保持部3と、保持部3に沿って略コ字形に折曲され両端部を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板としての平角単線2a,2bとを備える。
【0041】
保持部3の内部には平角単線2a,2bの他に、図7に示すように一端を保持部3の一方の脚片3aの先端から突出させると共に他端を保持部3の中央片3cから外部に突出させた出力用平角単線5が同時成形されている。平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5は、それぞれ所定の間隔をもって積層された状態で、保持部3に保持されている。
【0042】
保持部3は、図8に示すように一方の脚片3aの形状がトロイダルコア1の孔1aの形状と略同一であると共に、一方の脚片3aと他方の脚片3bとの間隔がトロイダルコア1の外周面と内周面との間隔と略同一に形成されており、一方の脚片3aをトロイダルコア1の孔1aに挿入し他方の脚片3bとの間にトロイダルコア1を挟んで配置される。
【0043】
さらに配線部材は、つなぎ板6aを備え、保持部3をトロイダルコア1に配置した後、図9に示すようにつなぎ板6aを保持部3の開口側を閉じるように配置して保持部3の他方の脚片3bの先端から突出した平角単線2aの端部とつなぎ板6aの一端とを接続して、巻線の1ターンが構成される。
【0044】
さらに、つなぎ板6aの他端と保持部3の一方の脚片3aの先端から突出した平角単線2bの一端とが接続され、平角単線2bの他端と別のつなぎ板6bの一端とが接続され、巻線の次の1ターンが構成される。
【0045】
つなぎ板6bの他端は保持部3の一方の脚片3aの先端から突出した出力用平角単線5の一端と接続される。この時の保持部3の内部の様子を図10に示す。
【0046】
本実施形態では、保持部3の両脚片の先端から突出する平角単線2a,2bの部位の長さを、1つの平角単線2aまたは2bで見たときは一方の脚片の長さを他方の脚片の長さよりも長くし、2つの平角単線2a,2bを比較して見たときは、平角単線2aの短い方の脚片の長さと平角単線2bの長い方の脚片の長さとを等しくして、つなぎ板6a,6bを接続しやすくしている。
【0047】
以上のように、トロイダルコア1に巻装される配線部材を保持部3および平角単線2a,2bおよびつなぎ板6a,6bを用いて構成することで、高価な設備を用いて平角巻線を巻かなくても巻線構成を実現できると共に、線同士を密着させて正確に巻く必要がないので巻厚の問題も少なくでき、小型化したチョークコイルユニットを実現できる。
【0048】
なお、実施形態1のように2つのトロイダル形チョークコイルを並行に接続するには、図11または図12に示すように平角単線2aのつなぎ板6aが接続されていない側の一端どうしを入力端子板7で接続すると共に、保持部3の中央片3cから突出した出力用平角単線5の端部どうしを出力端子板8で接続すればよい。この時、巻厚の出る方向は図11または図12のように任意に選ぶことができる。
【0049】
また、図13に示すように、多数のトロイダル形チョークコイルを並列に接続し1つのユニットを構成することも可能である。
【0050】
(実施形態3)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0051】
則ち本実施形態は、実施形態2に対して、保持部3の構成が異なる点に特徴がある。
【0052】
本実施形態の保持部3を図14に示す。この保持部3は、実施形態2の保持部3の一方の脚片3aの先端から、平角単線2aの一端と対向するように延設片3dが延設され、さらに延設片3dの先端に延設部3eが形成されている。
【0053】
延設部3eには、一端に電流が入力され他端が後述するように平角単線2aまたは2bと接続される入力切替片9が、両端部を外部に露出させて埋設されている。
【0054】
入力切替片9は、図15に示すように平角単線2aまたは2bと接続される側の端部が二股片9a,9bに分かれて外部に露出している。
【0055】
また保持部3は、実施形態2と同様に平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5を所定の間隔をもって積層した状態に保持している。
【0056】
以上のように構成された保持部3は、その一方の脚片3aがトロイダルコア1の孔1aに挿入された後、図16,17に示すように入力切替片9の二股片9a,9bのうち、延設片3dから遠い方の部位9bと導体片2bの一端とを金属板10で接続すると共に、導体片2bの他端と出力用平角単線5の一端とをつなぎ板6bで接続すると、2ターンの巻線を構成できる。
【0057】
また、図18,19に示すように入力切替片9の二股片9a,9bのうち、延設片3dに近い側の部位9aと導体片2aの一端とを金属板10で接続すると共に、導体片2aの他端と導体片2bの一端とをつなぎ板6aで接続し、導体片2bの他端と出力用平角単線5の一端とをつなぎ板6bで接続すると、3ターンの巻線を構成できる。
【0058】
このように、保持部3が複数の平角単線2a,2bを保持し、つなぎ板6a,6bを平角単線2a,2bを選択して接続することで巻数を変更することが可能となり、一個の保持部3で複数のインダクタンスLを有するチョークコイルを実現できる。
【0059】
(実施形態4)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0060】
則ち本実施形態は、実施形態2に対して、図20に示すように保持部3の一方の脚片3aに、トロイダルコアの孔1aに挿入された保持部3をトロイダルコア1に固定する固定手段としての係止爪3fを設けた点に特徴がある。
【0061】
係止爪3fは、一方の脚片3aの先端の外面のうち平角単線2a,2bと並行する2面に、保持部3の中央片3cに近づくにつれて外側に傾斜する傾斜面を有するように形成されている。
【0062】
また、係止爪3fの裏面3gから保持部3の中央片3cまでの距離は、トロイダルコア1の厚さと略同一に形成されている。
【0063】
上記のように構成された保持部3は、係止爪3fを保持部3の内側に弾性変形させながら一方の脚片3aがトロイダルコア1の孔1aに挿入され、図21に示すように保持部3の挿入が完了すると係止爪3fの裏面3gとトロイダルコア1の周縁4bとが係合すると共にトロイダルコア1が係止爪3fの裏面3gと保持部3の中央片3cとの間に挟まれることにより、トロイダルコア1へ固定される。
【0064】
かかる保持部3においては、トロイダルコア1に挿入後のトロイダルコア1と保持部3との固定強度が上がり、例えばチョークコイルユニットを車載する際に重要となる耐震性を向上させることができる。
【0065】
(実施形態5)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0066】
本実施形態は、実施形態2に対して、図22に示すようにトロイダルコア1を2つ(トロイダルコア1Aおよび1B)に分割すると共に、保持部3を可撓性を有する樹脂で形成し、平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5を可撓性を有する導電材料で形成した点に特徴がある。
【0067】
このように構成することで、組み立て後にも保持部3を自在に曲げることができ形状の自由度ができるので、端子位置の変更などにもある程度対応できるようになる。
【0068】
【発明の効果】
請求項1記載のチョークコイルユニットは、トロイダルコアに配線部材が巻装されたトロイダル形チョークコイルを複数備え、前記複数のトロイダル形チョークコイルを互いに並列に接続して一つのユニットを構成したので、前記トロイダルコア1個当たりに流れる電流が分割されて小さくなり、前記トロイダルコアの穴径を小さくでき、従来と同等のインダクタンスを得るためには前記トロイダルコア1個当たりに要求されるインダクタンスが大きくなることを考慮しても、小型化できるという効果がある。
【0069】
請求項2記載のチョークコイルユニットは、請求項1記載の発明において、前記配線部材は、略コ字形に形成され一方の脚片を前記トロイダルコアの孔に挿入し他方の脚片との間に前記トロイダルコアを挟んで配置される保持部と、前記保持部に沿って略コ字形に折曲され両端を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板と、前記保持部の一方の脚片が前記トロイダルコアに挿入された後に前記導体板の一端と接続され、前記導体板と合わせて巻線を構成するつなぎ板とを備えるので、前記保持部をトロイダルコアに挿入後、前記導体板と前記つなぎ板とを接続することで巻線を構成でき、高価な設備を用いることなく簡単かつ安価な構成で巻線を構成できると共に、巻線となる配線部材同士を密着させて正確に巻く必要がないので巻厚の問題も少なくでき、小型化したチョークコイルユニットを実現できるいう効果がある。
【0070】
請求項3記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部は、複数の前記導体板を所定の間隔をもって積層した状態で保持し、前記つなぎ板は、構成する巻数に応じて前記導体板を選択して接続されるので、前記つなぎ板を接続する位置を変えることで巻数を変えることができ、同じ部材で複数のインダクタンスを有するチョークコイルユニットを実現できるという効果がある。
【0071】
請求項4記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部の前記一方の脚片に、前記トロイダルコアの孔に挿入された後の前記保持部を前記トロイダルコアへ固定する固定手段を設けたので、前記トロイダルコアの孔に挿入後の前記保持部と前記トロイダルコアとの固定強度が上がり、耐震性が向上するという効果がある。
【0072】
請求項5記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記トロイダルコアを軸方向に分割し、前記保持部および前記導体板を可撓性を有する材料で形成したので、チョークコイルユニットの形状の自由度ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1のチョークコイルユニットを示す図である。
【図2】同上のチョークコイルユニットと比較する従来のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図3】同上でコアの厚さと体積との関係を示すグラフである。
【図4】同上で、角孔のチョークコイルユニットを示す図である。
【図5】同上で、従来の角孔のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図6】実施形態2のチョークコイルユニットの配線部材を示す図である。
【図7】同上の平角単線を示す図である。
【図8】同上で保持部をトロイダルコアに挿入する様子を説明する図である。
【図9】同上のつなぎ板を説明する図である。
【図10】同上で平角単線とつなぎ板とを接続した状態を説明する図である。
【図11】同上の配線部材を用いてチョークコイルユニットを構成した例を説明する図である。
【図12】同上の配線部材を用いて別の形状のチョークコイルユニットを構成した例を示す図である。
【図13】同上の配線部材を用いて多数のトロイダル形チョークコイルが並列に接続されたチョークコイルユニットを構成した例を示す図である。
【図14】実施形態3の保持部を示す図である。
【図15】同上で保持部の内部を説明する図である。
【図16】同上の保持部を用いて2ターンの巻線を構成した状態を示す図である。
【図17】同上の保持部の内部を説明する図である。
【図18】同上の保持部を用いて3ターンの巻線を構成した状態を示す図である。
【図19】同上の保持部の内部を説明する図である。
【図20】実施形態4の保持部を説明する図である。
【図21】同上の保持部をトロイダルコアに挿入した状態を示す図である。
【図22】実施形態5の配線部材を説明する図である。
【図23】従来のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図24】従来のトロイダル形チョークコイルの別の形態を示す図である。
【符号の説明】
1 トロイダルコア
2 平角巻線
2a、2b 平角単線
3 保持部
6a、6b つなぎ板
A チョークコイルユニット
A1 トロイダル形チョークコイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル形チョークコイルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトロイダル形チョークコイルを図23,24に示す。ここで、トロイダル形チョークコイルとは、磁路が閉じているコア100または101に巻線102を巻いたものを指す。コア形状は円柱形状でも直方体形状でもよく、孔も丸穴でも角孔でもよい。
【0003】
トロイダルコアの孔半径aは、電流Iと巻数Nによる飽和を考慮したNI値より以下の式(1)で求めることができる。(B:磁束密度、μ:透磁率とする。)
NI=(B×2π×a)/μ ・・・(1)
NI値とは、例えばNI=40であれば電流Iが20Aなら巻数Nが2ターンまで可能であることを示し、その時の孔半径aは、式(1)よりNI>40以上となるように求めればよい。
【0004】
従来、巻線を金属板を組み合わせて構成し大電流化に対応すると共に組立をしやすくしたチョークコイルが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−106861号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車載電気システムなどでは、大電流化に伴いコアの飽和を防ぐためNI値で決定される孔径をかなり大きくしなければならず、チョークコイル全体の大型化につながるという問題があった。
【0007】
また、電流値が大きいので巻線として巻きにくい平角巻線を使用する場合が増えているが、平角巻線は、大きな電流値になるほど巻線にするのに高価な設備を必要とし、線同士を密着させて正確に巻くのが難しいので巻厚も増え、さらなる大型化につながる場合が多い。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、小型化すると共に安価な構成で巻線を実現できるチョークコイルユニットを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載のチョークコイルユニットは、トロイダルコアに配線部材が巻装されたトロイダル形チョークコイルを複数備え、前記複数のトロイダル形チョークコイルを互いに並列に接続して一つのユニットを構成したものとした。
【0010】
請求項2記載のチョークコイルユニットは、請求項1記載の発明において、前記配線部材は、略コ字形に形成され一方の脚片を前記トロイダルコアの孔に挿入し他方の脚片との間に前記トロイダルコアを挟んで配置される保持部と、前記保持部に沿って略コ字形に折曲され両端を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板と、前記保持部の一方の脚片が前記トロイダルコアに挿入された後に前記導体板の一端と接続され、前記導体板と合わせて巻線を構成するつなぎ板とを備えるものとした。
【0011】
請求項3記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部は、複数の前記導体板を所定の間隔をもって積層した状態で保持し、前記つなぎ板は、構成する巻数に応じて前記導体板を選択して接続されるものとした。
【0012】
請求項4記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部の前記一方の脚片に、前記トロイダルコアの孔に挿入された前記保持部を前記トロイダルコアへ固定する固定手段を設けたものとした。
【0013】
請求項5記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記トロイダルコアを軸方向に分割し、前記保持部および前記導体板を可撓性を有する材料で形成したものとした。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態1から実施形態5によって説明する。
【0015】
(実施形態1)
図1に、本実施形態のチョークコイルユニットAを示す。このチョークコイルユニットAは、フェライトなどのコア材からなるトロイダルコア1に配線部材としての平角巻線2が巻装されたトロイダル形チョークコイルA1を2個備え、トロイダル形チョークコイルA1,A1を互いに並列に接続して1つのチョークコイルユニットAを構成している。
【0016】
チョークコイルユニットAは、入力電流がトロイダルコア1,1に分割されるので、従来の分割しないトロイダル形チョークコイルに比べて、NI値より決定されるトロイダルコア1の孔径xを小さくできる。
【0017】
この時、チョークコイルユニットA全体で従来のトロイダル形チョークコイルと同等のインダクタンスLを得るには、トロイダル形チョークコイルA1、1個当たりに要求されるインダクタンスLは2倍必要となるが、NI値より決定される孔径xが小さくて済むので、インダクタンスLが2倍されることを考慮してもチョークコイルユニットAを従来のトロイダル形チョークコイルより小さくすることができる。
【0018】
以下に数値例を挙げて、従来のトロイダル形チョークコイルと、本実施形態のチョークコイルユニットAの大きさとを、コアの占める体積によって比較する。
【0019】
図2は、平角巻線201を使用した従来のトロイダル形チョークコイルXの一例であり、表1の仕様となっている。
【0020】
【表1】
【0021】
この仕様の決定理由を説明する。なお、仕様を決定する条件として、トロイダルコア200の高さ(外径y)を200[mm]以下(なるべく低く)、厚さzは最大100[mm]という設計条件が与えられているものとする。
【0022】
孔径xの仕様は電流値Iと巻数Nとによって飽和しない条件から決定される。すなわち、飽和を考慮した場合の孔径xの条件は、NI値が2[ターン]×20
[A]=40であるので、前述した式(1)より、
NI=(B×2π×a)/μ ・・・(1)
a=NI×μ/(B×2π)
となるので、B=0.3、NI=40、μ=4π×10−7×3000を代入すると、a=0.08[m]、つまり孔径x=160[mm]となる。
【0023】
トロイダルコア200の外径yについては、トロイダルコア200の厚さz[m]とインダクタンスL[H]とから以下の式(3)を用いて求めることができる。(b:コアの外半径[m]、a:孔半径[m]、L:コアのL値[H]、μ:透磁率[N/A2]、z:コア厚さ[m]、N:巻数とする。)
y=2×b=2×a×e^((L×2π)/(μ×z×N2)) ・・・(2)
よって、この条件でインダクタンスL=10[μH]を実現するためには、式(2)にL=10×10−6、N=2、a=0.08、z=0.1を代入して、トロイダルコアの外半径b=83.4[mm]、トロイダルコア外径y=166.8[mm]を得る。
【0024】
以上より、このトロイダルコア200の占める体積V200を求めると、
V200=π×b2×z
より
V200=2184045.8[mm3]
となる。
【0025】
次に、本実施形態のチョークコイルユニットAで、全体の電流値I、インダクタンスL、ターン数N、コアの厚さz、コア材は従来と同じとした時の、仕様を表2に載せる。
【0026】
【表2】
【0027】
この仕様の決定理由を説明する。
【0028】
トロイダルコア1、1個当たりに流れる電流値は従来の半分となるので、NI値は従来の半分でよく、飽和を考慮した場合の孔径xは、式(1)にB=0.3、NI=20、μ=4π×10−7×3000を代入すると、a=0.04[m]、つまり孔径x=80[mm]となる。
【0029】
トロイダルコア1、1個当たりのインダクタンスLは2倍しなければいけないので、式(2)に、L=20×10−6、N=2、a=0.04、z=0.1を代入すると、コアの外半径b=43.5[mm]、コア外径y=87.0[mm]となる。
【0030】
以上より、トロイダルコア1、1個当たりが占める体積V1は、
V1=π×b2×z
より
V1=593515.5[mm3]
となり、トロイダルコア1を2個合わせた時の体積V2は、
V2=V1×2=1187030.9[mm3]
となり、従来のコア200より小さくなる。
【0031】
以上のように、本実施形態のチョークコイルユニットAは、トロイダルコア1個当たりに流れる電流が小さくなるので、トロイダルコアの穴径xを小さくでき、トロイダルコア1個当たりに要求されるL値が大きくなることを考慮しても従来のトロイダル形チョークコイルより小型化することができる。
【0032】
また、電流が小さいので、配線部材も大きくならず、巻きやすくなる。
【0033】
なお、図3にトロイダルコアの厚さzを変えた時の、従来のトロイダル形コア200の体積V200とチョークコイルユニットAのトロイダルコア1(2個分)の体積V2とを示す。このグラフより、コア外径yをできるだけ小さくするために、コアの厚さzを大きく取るほど、従来のトロイダル形コア200と比較して本実施形態のチョークコイルユニットAの小型化の効果があることがわかる。
【0034】
なお、本実施形態では円柱状で丸孔のコア1を用いたが、コアの加工条件や、平角巻線の固定を考慮して、図4に示すように直方体で角孔のコア1’を用いてチョークコイルユニットA’を構成してもよい。
【0035】
この場合、コイルのL値は内径と外径との比で決定されるため、同じ平角巻線2を使う条件で角孔にした場合は、丸孔より大きくなるので、外径も大きく取らないと同じL値にはならないが、角孔のチョークコイルユニットA’を用いた場合でも、従来の角孔のトロイダル形チョークコイルユニットと比較すると、小型化できる。
【0036】
すなわち、図5に示した従来のトロイダル形チョークコイルX’は、角孔の対角線が外径決定条件になるため、角穴の大きさxは、226.3[mm]×226.3[mm]、コアの幅y(=高さy)は235.9[mm]となり、コア体積V200’は、
V200’=235.9×235.9×100=5564881[mm3]
となるが、一方、図4に示したチョークコイルユニットA’の角孔の大きさxは、113.1[mm]×113.1[mm]、コアの幅y(=高さy)は122.9[mm]となり、コア体積V2’は、
V2’=122.9×122.9×100×2=3020882[mm3]となり、従来のコア体積V200’より小さくなっている。
【0037】
(実施形態2)
本実施形態における基本構成は実施形態1と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0038】
則ち本実施形態は、実施形態1においてトロイダルコア1に巻装される配線部材に特徴がある。
【0039】
なお、本実施形態で用いるトロイダルコア1は、直方体形状で角孔を有するコアとする。
【0040】
本実施形態の配線部材は、図6に示すように略コ字形に形成された樹脂製の保持部3と、保持部3に沿って略コ字形に折曲され両端部を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板としての平角単線2a,2bとを備える。
【0041】
保持部3の内部には平角単線2a,2bの他に、図7に示すように一端を保持部3の一方の脚片3aの先端から突出させると共に他端を保持部3の中央片3cから外部に突出させた出力用平角単線5が同時成形されている。平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5は、それぞれ所定の間隔をもって積層された状態で、保持部3に保持されている。
【0042】
保持部3は、図8に示すように一方の脚片3aの形状がトロイダルコア1の孔1aの形状と略同一であると共に、一方の脚片3aと他方の脚片3bとの間隔がトロイダルコア1の外周面と内周面との間隔と略同一に形成されており、一方の脚片3aをトロイダルコア1の孔1aに挿入し他方の脚片3bとの間にトロイダルコア1を挟んで配置される。
【0043】
さらに配線部材は、つなぎ板6aを備え、保持部3をトロイダルコア1に配置した後、図9に示すようにつなぎ板6aを保持部3の開口側を閉じるように配置して保持部3の他方の脚片3bの先端から突出した平角単線2aの端部とつなぎ板6aの一端とを接続して、巻線の1ターンが構成される。
【0044】
さらに、つなぎ板6aの他端と保持部3の一方の脚片3aの先端から突出した平角単線2bの一端とが接続され、平角単線2bの他端と別のつなぎ板6bの一端とが接続され、巻線の次の1ターンが構成される。
【0045】
つなぎ板6bの他端は保持部3の一方の脚片3aの先端から突出した出力用平角単線5の一端と接続される。この時の保持部3の内部の様子を図10に示す。
【0046】
本実施形態では、保持部3の両脚片の先端から突出する平角単線2a,2bの部位の長さを、1つの平角単線2aまたは2bで見たときは一方の脚片の長さを他方の脚片の長さよりも長くし、2つの平角単線2a,2bを比較して見たときは、平角単線2aの短い方の脚片の長さと平角単線2bの長い方の脚片の長さとを等しくして、つなぎ板6a,6bを接続しやすくしている。
【0047】
以上のように、トロイダルコア1に巻装される配線部材を保持部3および平角単線2a,2bおよびつなぎ板6a,6bを用いて構成することで、高価な設備を用いて平角巻線を巻かなくても巻線構成を実現できると共に、線同士を密着させて正確に巻く必要がないので巻厚の問題も少なくでき、小型化したチョークコイルユニットを実現できる。
【0048】
なお、実施形態1のように2つのトロイダル形チョークコイルを並行に接続するには、図11または図12に示すように平角単線2aのつなぎ板6aが接続されていない側の一端どうしを入力端子板7で接続すると共に、保持部3の中央片3cから突出した出力用平角単線5の端部どうしを出力端子板8で接続すればよい。この時、巻厚の出る方向は図11または図12のように任意に選ぶことができる。
【0049】
また、図13に示すように、多数のトロイダル形チョークコイルを並列に接続し1つのユニットを構成することも可能である。
【0050】
(実施形態3)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0051】
則ち本実施形態は、実施形態2に対して、保持部3の構成が異なる点に特徴がある。
【0052】
本実施形態の保持部3を図14に示す。この保持部3は、実施形態2の保持部3の一方の脚片3aの先端から、平角単線2aの一端と対向するように延設片3dが延設され、さらに延設片3dの先端に延設部3eが形成されている。
【0053】
延設部3eには、一端に電流が入力され他端が後述するように平角単線2aまたは2bと接続される入力切替片9が、両端部を外部に露出させて埋設されている。
【0054】
入力切替片9は、図15に示すように平角単線2aまたは2bと接続される側の端部が二股片9a,9bに分かれて外部に露出している。
【0055】
また保持部3は、実施形態2と同様に平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5を所定の間隔をもって積層した状態に保持している。
【0056】
以上のように構成された保持部3は、その一方の脚片3aがトロイダルコア1の孔1aに挿入された後、図16,17に示すように入力切替片9の二股片9a,9bのうち、延設片3dから遠い方の部位9bと導体片2bの一端とを金属板10で接続すると共に、導体片2bの他端と出力用平角単線5の一端とをつなぎ板6bで接続すると、2ターンの巻線を構成できる。
【0057】
また、図18,19に示すように入力切替片9の二股片9a,9bのうち、延設片3dに近い側の部位9aと導体片2aの一端とを金属板10で接続すると共に、導体片2aの他端と導体片2bの一端とをつなぎ板6aで接続し、導体片2bの他端と出力用平角単線5の一端とをつなぎ板6bで接続すると、3ターンの巻線を構成できる。
【0058】
このように、保持部3が複数の平角単線2a,2bを保持し、つなぎ板6a,6bを平角単線2a,2bを選択して接続することで巻数を変更することが可能となり、一個の保持部3で複数のインダクタンスLを有するチョークコイルを実現できる。
【0059】
(実施形態4)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0060】
則ち本実施形態は、実施形態2に対して、図20に示すように保持部3の一方の脚片3aに、トロイダルコアの孔1aに挿入された保持部3をトロイダルコア1に固定する固定手段としての係止爪3fを設けた点に特徴がある。
【0061】
係止爪3fは、一方の脚片3aの先端の外面のうち平角単線2a,2bと並行する2面に、保持部3の中央片3cに近づくにつれて外側に傾斜する傾斜面を有するように形成されている。
【0062】
また、係止爪3fの裏面3gから保持部3の中央片3cまでの距離は、トロイダルコア1の厚さと略同一に形成されている。
【0063】
上記のように構成された保持部3は、係止爪3fを保持部3の内側に弾性変形させながら一方の脚片3aがトロイダルコア1の孔1aに挿入され、図21に示すように保持部3の挿入が完了すると係止爪3fの裏面3gとトロイダルコア1の周縁4bとが係合すると共にトロイダルコア1が係止爪3fの裏面3gと保持部3の中央片3cとの間に挟まれることにより、トロイダルコア1へ固定される。
【0064】
かかる保持部3においては、トロイダルコア1に挿入後のトロイダルコア1と保持部3との固定強度が上がり、例えばチョークコイルユニットを車載する際に重要となる耐震性を向上させることができる。
【0065】
(実施形態5)
本実施形態における基本構成は実施形態2と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【0066】
本実施形態は、実施形態2に対して、図22に示すようにトロイダルコア1を2つ(トロイダルコア1Aおよび1B)に分割すると共に、保持部3を可撓性を有する樹脂で形成し、平角単線2a,2bおよび出力用平角単線5を可撓性を有する導電材料で形成した点に特徴がある。
【0067】
このように構成することで、組み立て後にも保持部3を自在に曲げることができ形状の自由度ができるので、端子位置の変更などにもある程度対応できるようになる。
【0068】
【発明の効果】
請求項1記載のチョークコイルユニットは、トロイダルコアに配線部材が巻装されたトロイダル形チョークコイルを複数備え、前記複数のトロイダル形チョークコイルを互いに並列に接続して一つのユニットを構成したので、前記トロイダルコア1個当たりに流れる電流が分割されて小さくなり、前記トロイダルコアの穴径を小さくでき、従来と同等のインダクタンスを得るためには前記トロイダルコア1個当たりに要求されるインダクタンスが大きくなることを考慮しても、小型化できるという効果がある。
【0069】
請求項2記載のチョークコイルユニットは、請求項1記載の発明において、前記配線部材は、略コ字形に形成され一方の脚片を前記トロイダルコアの孔に挿入し他方の脚片との間に前記トロイダルコアを挟んで配置される保持部と、前記保持部に沿って略コ字形に折曲され両端を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板と、前記保持部の一方の脚片が前記トロイダルコアに挿入された後に前記導体板の一端と接続され、前記導体板と合わせて巻線を構成するつなぎ板とを備えるので、前記保持部をトロイダルコアに挿入後、前記導体板と前記つなぎ板とを接続することで巻線を構成でき、高価な設備を用いることなく簡単かつ安価な構成で巻線を構成できると共に、巻線となる配線部材同士を密着させて正確に巻く必要がないので巻厚の問題も少なくでき、小型化したチョークコイルユニットを実現できるいう効果がある。
【0070】
請求項3記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部は、複数の前記導体板を所定の間隔をもって積層した状態で保持し、前記つなぎ板は、構成する巻数に応じて前記導体板を選択して接続されるので、前記つなぎ板を接続する位置を変えることで巻数を変えることができ、同じ部材で複数のインダクタンスを有するチョークコイルユニットを実現できるという効果がある。
【0071】
請求項4記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記保持部の前記一方の脚片に、前記トロイダルコアの孔に挿入された後の前記保持部を前記トロイダルコアへ固定する固定手段を設けたので、前記トロイダルコアの孔に挿入後の前記保持部と前記トロイダルコアとの固定強度が上がり、耐震性が向上するという効果がある。
【0072】
請求項5記載のチョークコイルユニットは、請求項2記載の発明において、前記トロイダルコアを軸方向に分割し、前記保持部および前記導体板を可撓性を有する材料で形成したので、チョークコイルユニットの形状の自由度ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1のチョークコイルユニットを示す図である。
【図2】同上のチョークコイルユニットと比較する従来のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図3】同上でコアの厚さと体積との関係を示すグラフである。
【図4】同上で、角孔のチョークコイルユニットを示す図である。
【図5】同上で、従来の角孔のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図6】実施形態2のチョークコイルユニットの配線部材を示す図である。
【図7】同上の平角単線を示す図である。
【図8】同上で保持部をトロイダルコアに挿入する様子を説明する図である。
【図9】同上のつなぎ板を説明する図である。
【図10】同上で平角単線とつなぎ板とを接続した状態を説明する図である。
【図11】同上の配線部材を用いてチョークコイルユニットを構成した例を説明する図である。
【図12】同上の配線部材を用いて別の形状のチョークコイルユニットを構成した例を示す図である。
【図13】同上の配線部材を用いて多数のトロイダル形チョークコイルが並列に接続されたチョークコイルユニットを構成した例を示す図である。
【図14】実施形態3の保持部を示す図である。
【図15】同上で保持部の内部を説明する図である。
【図16】同上の保持部を用いて2ターンの巻線を構成した状態を示す図である。
【図17】同上の保持部の内部を説明する図である。
【図18】同上の保持部を用いて3ターンの巻線を構成した状態を示す図である。
【図19】同上の保持部の内部を説明する図である。
【図20】実施形態4の保持部を説明する図である。
【図21】同上の保持部をトロイダルコアに挿入した状態を示す図である。
【図22】実施形態5の配線部材を説明する図である。
【図23】従来のトロイダル形チョークコイルを示す図である。
【図24】従来のトロイダル形チョークコイルの別の形態を示す図である。
【符号の説明】
1 トロイダルコア
2 平角巻線
2a、2b 平角単線
3 保持部
6a、6b つなぎ板
A チョークコイルユニット
A1 トロイダル形チョークコイル
Claims (5)
- トロイダルコアに配線部材が巻装されたトロイダル形チョークコイルを複数備え、前記複数のトロイダル形チョークコイルを互いに並列に接続して一つのユニットを構成したことを特徴とするチョークコイルユニット。
- 前記配線部材は、略コ字形に形成され一方の脚片を前記トロイダルコアの孔に挿入し他方の脚片との間に前記トロイダルコアを挟んで配置される保持部と、前記保持部に沿って略コ字形に折曲され両端を外部に突出させた状態で前記保持部と同時成形される導体板と、前記保持部の一方の脚片が前記トロイダルコアに挿入された後に前記導体板の一端と接続され、前記導体板と合わせて巻線を構成するつなぎ板とを備えることを特徴とする請求項1記載のチョークコイルユニット。
- 前記保持部は、複数の前記導体板を所定の間隔をもって積層した状態で保持し、前記つなぎ板は、構成する巻数に応じて前記導体板を選択して接続されることを特徴とする請求項2記載のチョークコイルユニット。
- 前記保持部の前記一方の脚片に、前記トロイダルコアの孔に挿入された前記保持部を前記トロイダルコアへ固定する固定手段を設けたことを特徴とする請求項2記載のチョークコイルユニット。
- 前記トロイダルコアを軸方向に分割し、前記保持部および前記導体板を可撓性を有する材料で形成したことを特徴とする請求項2記載のチョークコイルユニット。
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- 2002-12-17 JP JP2002365491A patent/JP2004200309A/ja not_active Withdrawn
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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