JP2007088340A - チョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができ、かつ、大電流に耐えうるチョークコイルとすること。
【解決手段】
導体を巻回することにより形成される空芯コイル１６と、空芯コイル１６の内側に配置される棒状のコア部材１４と、コア部材１４の両端にコア部材１４と接触するように配置され、コア部材１４との間で磁路を形成するカバー部材１８と、を有しコア部材１４の最大飽和磁束密度を、カバー部材１８の最大飽和磁束密度よりも大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器および車載用機器の電源に用いられるチョークコイルに関する。

近年、各種電子機器や車載用機器の小型化、高性能化、低消費電力化がいっそう加速している。それに伴い、当該電子機器等のスイッチング電源に用いられる電子部品においても高パワー化および高特性化が要求される。

特許文献１には、フェライトコアの中央脚の一部を、当該フェライトコアの透磁率より高い透磁率を有する磁性材料としたトランスが開示されている。

特開平７−２９７０３４号公報（図１〜図４）

しかしながら、特許文献１記載のトランスでは、コアの中央脚の一部が高透磁率を有する磁性材料であるため、フェライトコア単体の場合と比較して、トランスの小型化と磁気飽和の防止等は可能であるものの、電流値が大きくなると、優れた直流重畳特性が確保できないといった問題を有している。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、小型化を図ることができ、かつ、大電流に対応できるような優れた直流重畳特性を有するチョークコイルを提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明のチョークコイルは、導体を巻回することにより形成されるコイルと、コイルの内側に配置される棒状のコア部材と、コア部材の両端にコア部材と接触するように配置され、コア部材との間で磁路を形成するカバー部材と、を有し、コア部材の最大飽和磁束密度は、カバー部材の最大飽和磁束密度よりも大きいものとしている。

このような構成を採用すると、コア部材の最大飽和磁束密度が、カバー部材の最大飽和磁束密度よりも大きくなっているため、磁気飽和しにくくなる。したがって、コイルに大電流を流すことが可能となる。また、コア部材の最大飽和磁束密度が大きいため、コア部材の芯径を細くすることが可能となり、これに伴いコイルのワイヤ径を小さくすることが可能となる。したがって、チョークコイルの小型化を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、コア部材を、アモルファスダストから成るものとしている。このような構成を採用すると、チョークコイルの直流重畳特性が向上し、大電流を流した場合でもインダクタンスの低下を防止できる。また、コア部材にフェライト等を使用した場合と比較して、大電流を流すことができるため、同じ性能を有するフェライトコア使用のチョークコイルを製造する場合と比較して、チョークコイルの小型化が可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、カバー部材は、フェライトから成り、コア部材の比透磁率を１としたときに、カバー部材の比透磁率を１４以上４２以下の範囲としている。このような構成を採用すると、コア部材の比透磁率がカバー部材の比透磁率より小さいため、チョークコイルに擬似的なギャップが形成され、チョークコイルの直流重畳特性が優れたものとなる。そのため、大電流を流した場合でも、比較的高いインダクタンスを得ることが可能となる。また、擬似的にギャップを形成しているため、スペーサー等によりギャップを設ける場合と比較して、組み立て工数を減少できると共に、チョークコイルの組み立てが容易となる。そのため、製造コストの削減を図ることが可能となる。

さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、コイルを、２本以上の帯状の導電性を有するワイヤとなる平角線を重ねることにより形成されるものとしている。このような構成を採用すると、コイルは平角線を重ねることにより形成されているため、平角線を重ねたコイルと同じ断面積を有する１本のコイルを採用する場合と比較して、コイルの表面積が大きくなる。また、導体に交流電流を流すと、表皮効果により電流が導体の表面に集中する。このため、コイルの表面積が大きいと、抵抗値が小さくなり、その結果、コイルから生じる熱が少なくなる。したがって、平角線を重ねることにより、コイルから発生する熱を抑制することが可能となる。さらに、平角線を重ねることにより、コイルの末端を電気的な接続用端子として使用することができる。そのため、端子台を使用する必要がなくなり、チョークコイルの構造の単純化を図ることができ、その結果、当該チョークコイルを容易に製造することが可能となる。

本発明によると、チョークコイルの小型化を図ることができると共に、当該チョークコイルに大電流を流すことが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態に係るチョークコイル１０について、図面を参照しながら説明する。

図１は、チョークコイル１０においてカバー部材１８の外側から内部に配置されているコア部材１４および空芯コイル１６の一部を透過的に示す斜視図である。また、図２は、チョークコイル１０の分解斜視図である。図３は、空芯コイル１６の斜視図である。

チョークコイル１０は、図１および図２に示すように、円柱状のコア部材１４と、コア部材１４が挿入される空芯コイル１６と、当該コア部材１４が挿入された状態で空芯コイル１６の両端に配置される２つのカバー部材１８，１８と、から主に構成されている。

図１に示すように、チョークコイル１０は、コア部材１４が挿入された空芯コイル１６の外周部がカバー部材１８，１８によって囲まれている。また、カバー部材１８，１８を突き合わせることで窓部１９が形成され、当該窓部１９は空芯コイル１６の上方に位置している。そのため、窓部１９を通して外側から空芯コイル１６を臨むことが可能となっている。また、図１において、チョークコイル１０の下方は開口しており、その開口部からは空芯コイル１６の末端１６ａ，１６ｂが開口部から外に向かって突出している。

コア部材１４は、図２に示すように、円柱形状をしており、非結晶の鉄からなるアモルファスダストの焼結体である。また、コア部材１４の比透磁率の値は約７０である。しかし、これに限定されることなく、比透磁率の値を４０〜１００の範囲内としても良い。また、空芯コイル１６は、図３に示すように、４本の帯状をした導電性ワイヤである平角線１７を４層に積層させ、当該積層された平角線１７を予め円筒形状に巻回することにより形成されている。そして、空芯コイル１６の末端１６ａ，１６ｂは、巻回された空芯コイル１６の法線方向に向かって突出している。空芯コイル１６は、図１に示すように、コア部材１４の外側に配置される。

図４は、図１中のチョークコイル１０で用いられているカバー部材１８を示す図であり、（ａ）は、コア部材１４が当接する側から見た平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のカバー部材１８をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

カバー部材１８は、図２および図４に示すように、平板状の平板部１８ａと、その両端から平板部１８ａに対して垂直に延出する２つの側板部１８ｂ，１８ｃと、を有している。カバー部材１８は、ニッケル系のフェライトから構成されている。このため、コア部材１４の最大飽和磁束密度の方がカバー部材の最大飽和磁束密度よりも大きい。また、カバー部材１８の比透磁率の値は、１０００〜３０００の範囲内となっている。前述したように、コア部材１４の比透磁率の値は約７０であるため、コア部材１４の比透磁率を１としたときに、カバー部材１８の比透磁率は１４以上４２以下の範囲となる。平板部１８ａの略中央には断面円形状にへこむ嵌合部１８ｄが形成されている。また、側板部１８ｂ，１８ｃの内壁面１８ｅ，１８ｆは、図４（ａ）に示すように、各側板部１８ｂ，１８ｃの下端面１８ｇ，１８ｈから高さ方向における略中央部にかけて平面状に形成される平面部１８ｉ，１８ｊと、当該略中央部から上端面１８ｋ，１８ｍにかけて曲面状に水平方向中央に向かって湾曲する曲面部１８ｎ，１８ｐとを有する。曲面部１８ｎの先端部１８ｑと曲面部１８ｐの先端部１８ｒとの間には、開口凹部１８ｓが形成されている（図２および図４（ａ）参照）。また、側板部１８ｂと側板部１８ｃとの間の空間は、空間部１８ｔとなっている。さらに、側板部１８ｂ，１８ｃの延出方向の先端の端面は、カバー部１８，１８が突き合わされる際に互いに当接する突き合わせ面１８ｕとなっている。カバー部材１８，１８が突き合わされた状態で、各カバー部材１８に形成された開口凹部１８ｓにより窓部１９が形成される。また、カバー部材１８，１８が突き合わされた状態では、コア部材１４の両端は，平板部１８ａ，１８ａとそれぞれ当接している。このため、コア部材１４とカバー部１８，１８との間には閉磁路が形成される。

次に、チョークコイル１０の製造方法について説明する。

図２に示すように、空芯コイル１６の内側にコア部材１４を挿通させて、空芯コイル１６の内部にコア部材１４を配置させる。この状態では、空芯コイル１６の両端からコア部材１４の両端がそれぞれ突き出た状態となっている。次に、空芯コイル１６がカバー部材１８，１８により形成される空間部１８ｔに納まるように、空芯コイル１６の両端側から、カバー部材１８，１８を突き合わせる。この際、コア部材１４の両端は、嵌合部１８ｄに嵌め込まれる。また、互いに突き合わされたカバー部材１８，１８の突き合わせ面１８ｕ，１８ｕ同士を接着剤等により固定する。以上のようにして、チョークコイル１０は完成する。

以上のように構成された、チョークコイル１０では、コア部材１４の最大飽和磁束密度が、カバー部材１８の最大飽和磁束密度よりも大きくなっているため、磁気飽和しにくくなる。したがって、空芯コイル１６に大電流を流すことが可能となる。また、コア部材１４の最大飽和磁束密度が大きいため、コア部材１４の芯径を細くすることが可能となり、これに伴い空芯コイル１６のワイヤ径を小さくすることが可能となる。したがって、チョークコイル１０の小型化を図ることが可能となる。

また、チョークコイル１０では、コア部材１４は、アモルファスダストから成されている。そのため、チョークコイル１０の直流重畳特性が向上し、大電流を流した場合でもインダクタンスの低下を防止できる。また、コア部材１４にフェライト等を使用した場合と比較して、大電流を流すことができるため、同じ性能を有するフェライトコア使用のチョークコイルを製造する場合と比較して、チョークコイル１０の小型化が可能となる。

また、チョークコイル１０では、カバー部材１８は、フェライトから成り、コア部材１４の比透磁率を１としたときに、カバー部材１８の比透磁率を１４以上４２以下の範囲としている。このように、コア部材１４の比透磁率がカバー部材１８の比透磁率より小さいため、チョークコイル１０に擬似的なギャップが形成され、チョークコイル１０の直流重畳特性が優れたものとなる。そのため、空芯コイル１６に大電流を流した場合でも、比較的高いインダクタンスを得ることが可能となる。また、擬似的にギャップを形成しているため、スペーサー等によりギャップを設ける場合と比較して、組み立て工数を減少できると共に、チョークコイル１０の組み立てが容易となる。そのため、製造コストの削減を図ることが可能となる。

また、チョークコイル１０では、空芯コイル１６は、４本の平角線１７を重ねることにより形成されている。このような構成により、平角線１７を重ねたコイルと同じ断面積を有する１本のコイルの場合と比較して、空芯コイル１６の表面積は大きくなる。また、導体に交流電流を流すと、表皮効果により電流が導体の表面に集中する。このため、空芯コイル１６の表面積が大きいと、抵抗値が小さくなり、その結果、空芯コイル１６から生じる熱が少なくなる。したがって、平角線１７を重ねることにより、空芯コイル１６から発生する熱を抑制することが可能となる。さらに、平角線１７を重ねることにより、空芯コイル１６の末端１６ａ，１６ｂを電気的な接続用端子として使用することができる。そのため、端子台を使用する必要がなくなり、チョークコイル１０の構造の単純化を図ることができ、その結果、当該チョークコイル１０を容易に製造することが可能となる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の実施の形態では、コア部材１４を鉄のアモルファスダストからなる部材としているが、これに限定することなく、コバルト等の他のアモルファスダストからなる部材としても良い。また、コア部材１４を、アモルファスダストからなる部材とせずに、例えば、モリブデン等のように、フェライトより透磁率の低い他の材料から構成するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、カバー部材１８，１８は接着剤によって互いに固定されているが、これに限定されることなく、テープを突き合わされたカバー部材１８，１８の外側に巻回することによって、当該カバー部材１８，１８を固定するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、カバー部材１８，１８の透磁率は同じものを前提として製造されているが、これに限定されることなく、カバー部材１８，１８の透磁率をそれぞれ異なるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、カバー部材１８は、ニッケル系のフェライトからなる部材としているが、マンガン系のフェライト等の他のフェライトからなる部材とするようにしてもよい。

本発明のチョークコイルは電子機器および車載用機器の電源において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るチョークコイルにおいてカバー部材の外側から内部に配置されているコア部材および空芯コイルの一部を透過的に示す斜視図である。 図１に示すチョークコイルの分解斜視図である。 図１中の空芯コイルの斜視図である。 図１中のチョークコイルで用いられているカバー部材を示す図であり、（ａ）は、コア部材が当接する側から見た平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のカバー部材をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

符号の説明

１０…チョークコイル
１４…コア部材
１６…コイル（空芯コイル）
１７…平角線
１８…カバー部材

Claims (4)

1. 導体を巻回することにより形成されるコイルと、
   上記コイルの内側に配置される棒状のコア部材と、
   上記コア部材の両端に上記コア部材と接触するように配置され、上記コア部材との間で磁路を形成するカバー部材と、
   を有し、
   上記コア部材の最大飽和磁束密度は、上記カバー部材の最大飽和磁束密度よりも大きいことを特徴とするチョークコイル。
2. 前記コア部材は、アモルファスダストから成ることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
3. 前記カバー部材は、フェライトから成り、前記コア部材の比透磁率を１としたときに、前記カバー部材の比透磁率を１４以上４２以下の範囲としたことを特徴とする請求項１または２記載のチョークコイル。
4. 前記コイルは、２本以上の帯状の導電性を有するワイヤとなる平角線を重ねることにより形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のチョークコイル。

Images