JP2009277825A

JP2009277825A - 複合型チョークコイル

Info

Publication number: JP2009277825A
Application number: JP2008126761A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Miyakado; 正彦宮門
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】チョークコイルの外側へ放出される磁束の量を低減する場合、磁心の体積が大きくなることが避けられないものであった。
【解決手段】背磁板１１と、背磁板１１の対向する両辺部１２に背磁板１１に対して垂直方向に立ち上がる外磁脚１３と、外磁脚１３の中央どうしを連結し背磁板１１に対して垂直方向に立ち上がる隔壁磁脚１４と、外磁脚１３と隔壁磁脚１４により囲まれた凹部１５それぞれに背磁板１１に対して垂直方向に立ち上がる中磁脚１６とを有する分割磁心１０、１９を突き合せた閉磁路磁心を備え、中磁脚１６それぞれには第１、第２のコイル１７、１８を巻回し、隔壁磁脚１４は磁気ギャップ２０を介して突き合せ、外磁脚１３それぞれの断面積は中磁脚１６それぞれの断面積の１／２とした複合型チョークコイル。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電気回路に使用されるチョークコイルに関するものである。

従来の複合型チョークコイルの分解斜視図を図７に示す。図７に示す従来のチョークコイル１は巻線部２、３を、磁性体からなるコア４の内部に備えた磁脚５、６の周囲に巻回した状態とし、その後、磁心板７によって開口部８を閉じるものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては例えば特許文献１が知られている。
特開２００４−３１１４７３号公報

従来のチョークコイルは、巻線部２、３に電流が流れることにより巻線部２、３から発生する磁束９を、コア４の外側へ放出されることを遮断するために磁心板７を用いるものであり、よって、磁束９の発生方向に、磁心板７を位置させて磁路を形成していた。

そして、巻線部２、３においてコア４を共用することにより、可能な限りコア４の体積を抑えることと同時に、巻線部２、３の間での干渉や結合を起こさせないように中央磁心４ａによって、巻線部２と巻線部３とを磁気的に隔離するものでもあった。

しかしながら、コア４および磁心板７によって巻線部２、３を完全に覆うことにより、チョークコイル１の体積増加は避けることが容易ではないため、それの小型化が困難なものであった。つまり、コア４の磁気的特性は巻線部２、３の双方に対応したものを必要とするため、巻線部２もしくは巻線部３の個々を覆う場合に比較して概ね２倍の体積を要することとなる。

そこで、本発明はチョークコイルの外側へ放出される磁束の量を低減したうえで、小型化を可能とするものである。

そしてこの目的を達成するために背磁板と、
この背磁板の対向する両辺部に前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる外磁脚と、
この外磁脚の中央どうしを連結し前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる隔壁磁脚と、
前記外磁脚と前記隔壁磁脚により囲まれた凹部それぞれに前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる中磁脚とを有する分割磁心を突き合せた閉磁路磁心を備え、
前記中磁脚それぞれには第１、第２のコイルを巻回し、
前記隔壁磁脚は磁気ギャップを介して突き合せ、
前記外磁脚それぞれの断面積は前記中磁脚それぞれの断面積の１／２としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１、第２コイルにより発生する磁束を、共に磁心の中央付近の体積の大きな領域に集中して流すことにより、磁束の通過する量が少ない磁心の端部の体積を減らして小型化を可能とすると同時に、外部への磁束の放出を抑制することができる。

（本発明の一実施形態）
以下、本発明の一実施形態における複合型チョークコイルについて図を用いて説明する。

図１は本発明の第一の実施形態における複合型チョークコイルの分解斜視図であり、第１の分割磁心１０は、背磁板１１と、この背磁板１１の対向する両辺部１２に位置する外磁脚１３と、外磁脚１３の中央どうしを連結する隔壁磁脚１４と、外磁脚１３と隔壁磁脚１４とにより囲まれた凹部１５それぞれに中磁脚１６とを有している。

そして、外磁脚１３と隔壁磁脚１４と中磁脚１６とは、背磁板１１に対して垂直方向に伸びるように設けている。

また、それぞれの中磁脚１６の周囲には第１のコイル１７および第２のコイル１８を巻回しており、第１の分割磁心１０と同一形状の第２の分割磁心１９を、第１の分割磁心１０に突き合せることにより閉磁路を形成している。

ここで、第１の分割磁心１０の隔壁磁脚１４を、第２の分割磁心１９の隔壁磁脚（図示せず）に突き合せる部分となる隔壁磁脚１４の天面の一部には、磁気ギャップ２０を設けている。また、外磁脚１３それぞれの断面積Ｓ１３と中磁脚１６それぞれの断面積Ｓ１６との関係は
Ｓ１３＝Ｓ１６／２
を満たすよう設定している。

図１に示す複合型チョークコイルは主に、図２（ａ）の回路図に示すようなインターリーブ型電源において使用する。このインターリーブ型電源において、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とは、同時にＯＮ状態とはならないように設定している。

この時、図２（ｂ）の電流波形に示すように、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２それぞれがＯＮ状態の時に、第１のコイル１７および第２のコイル１８に流れる電流は増加し、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２それぞれがＯＦＦ状態の時に、第１のコイル１７および第２のコイル１８に流れる電流は減少する。これに加え、第１のコイル１７および第２のコイル１８に流れる電流は概ね位相を１８０度ずらせている。

ここで、この電流波形は、第１のコイル１７および第２のコイル１８において発生する磁束の量として置き換えることができる。そして、第１のコイル１７と第２のコイル１８では同方向に磁束を発生させるよう動作させ、且つ位相を約１８０度ずらせていることにより、それぞれの磁束の量を合成してもその合成した最大値は概ね一方の波形における最大値と同等となる。

よって、図１に示す一方の中磁脚１６の断面積を決定する場合、中磁脚１６の断面積Ｓ１６と外磁脚１３の断面積Ｓ１３との関係は、第１のコイル１７あるいは第２のコイル１８の何れかの一方が機能している状況を考慮すればよいこととなる。

つまり、図３（ａ）の垂直方向の断面図に示す第１のコイル１７（もしくは第２のコイル１８であっても構わない）により生じ中磁脚１６を通る磁束φは、第１の分割磁心１０と第２の分割磁心１９とが同一形状で、しかもそれぞれが対称形とすることにより、中磁脚１６の両側に位置する背磁板１１および外磁脚１３にφ／２ずつ分かれて流れることとなる。

このことから、外磁脚１３の断面積Ｓ１３は中磁脚１６の断面積Ｓ１６の１／２であっても磁気飽和に関しては問題ないこととなり、１／２以上であれば磁気飽和特性に関して十分なものとなる。これは磁束φが通る部分である背磁板１１の断面積に関しても同様である。

これに加えて、それぞれの中磁脚１６が同一形状で同一断面積であること、および第１のコイル１７および第２のコイル１８の巻数を同一とすることにより、第１のコイル１７および第２のコイル１８において発生する磁束φを均等とすることができる。よって、上記の断面積の関係を満たすうえで効率のよい第１の分割磁心１０と第２の分割磁心１９との寸法設定を可能とするものである。

以上のことから、図１に示す外磁脚１３を、第１のコイル１７と第２のコイル１８とは異なるタイミングにおいて機能させることで、外磁脚１３を共用して使用できることとなり、第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９の体積を小さくすることができる。

つまり、外磁脚１３を第１のコイル１７と第２のコイル１８とで、同じタイミングで必要としないことから、外磁脚１３の磁気的特性は第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８のいずれか一方に対応するものであれば十分である。よって、外磁脚１３は断面積や、それに伴う体積を小さくすることが可能となり、チョークコイルとしての小型化を可能とするものである。

以上の断面積に関する規定においては、隔壁磁脚１４は考慮に入れていないが、磁気ギャップ２０を設けていない部分である隔壁磁脚外側部１４ａ、１４ｂもまた磁気回路として機能する部分でもあることから、上記のＳ１３とＳ１６の関係式により磁気飽和に関しては十分なものであり、更なる小型化を考慮するならば、隔壁磁脚外側部１４ａ、１４ｂを外磁脚１３の一部として計算し、第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９を小型化することも可能である。

つまり、隔壁磁脚外側部１４ａおよび１４ｂを含めたうえで、それぞれの外磁脚１３として断面積Ｓ１３を与えても構わないものである。

またここで、第１のコイル１７と第２のコイル１８とは、第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９とにより完全に覆われておらず、それぞれの側面が露出した形状としている。しかしながら、上述のように主として流れることとなる図３（ａ）に示す磁束φが磁気飽和しない寸法となるように、中磁脚１６と背磁板１１と外磁脚１３とを設定することにより、チョークコイルの外部への磁束の放出は低い水準に抑えることができる。

また、当然ながら第１のコイル１７と第２のコイル１８との露出した部分は、第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９における最も距離を隔てた反対側であり、その露出方向も反対方向であるため、どちらか一方のコイルの漏れ磁束によって他方のコイルの温度上昇を引き起こすこととはならない。

つまり、図１に示すように第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９の体積を小さくしたうえで第１のコイル１７および第２のコイル１８の一部が背磁板１１の端部から外部へ露出していても、上記に示す中磁脚１６と背磁板１１と外磁脚１３との断面積の関係を規定することによりチョークコイルの外部への磁束の放出は小さい水準に抑えることができるものである。そして同時に、一方のコイルの漏れ磁束によって他方のコイルへの影響を抑えることができる。

また、上記の断面積の調整と同時に、図３（ｂ）の垂直方向断面図に示す磁気ギャップ２０の大きさにより、２つのチョークコイル間の干渉の度合いを変化させ抑制することもできる。この磁気ギャップ２０は、例えある程度の大きさの寸法を有し、第１のコイル１７と第２のコイル１８との隔離が形状のうえでは完全な状態でない場合であっても、隔壁磁脚１４が存在することによって、第１のコイル１７と第２のコイル１８との磁気的な隔離は可能となる。

これは、第１のコイル１７と第２のコイル１８との磁気的な遮蔽機能は隔壁磁脚１４があれば有効であり、隔壁磁脚１４の存在によって第１のコイル１７から第２のコイル１８もしくは、第２のコイル１８から第１のコイル１７に向かう漏洩磁束は磁気ギャップ２０を通過しにくく、一方のコイルの漏れ磁束によって他方のコイルの温度上昇を引き起こすことを抑制するものである。

ここで磁気ギャップ２０の寸法は、図１に示す第１の分割磁心１０もしくは第２の分割磁心１９を形成する際の中磁脚１６の頂面を研磨すると同時に形成することから、幅寸法Ｗについては中磁脚１６の径寸法Ａと同等もしくはそれ以上となり、段深さ寸法ｈについても図３（ｂ）に示す中磁脚１６における磁気ギャップと同等となる。

また、実際の磁気ギャップ２０の対向寸法は、第１の分割磁心１０と第２の分割磁心１９とが対向するため２ｈとしている。

上記の漏洩磁束と磁気ギャップ２０の対向寸法２ｈとの関係としては、漏洩磁束が最も多く存在する第１のコイル１７および第２のコイル１８の上面部１７ａ、１８ａの中磁脚１６側と下面部１７ｂ、１８ｂの中磁脚１６側から離れた部位に磁気ギャップ２０を位置させるとよい。

これにより、磁気ギャップ２０は漏洩磁束を通過させ難くすることから、その寸法は第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８の長さ方向寸法Ｌｃよりも対向寸法２ｈを小さくすることで隔壁磁脚１４は有効に遮蔽の機能を十分に有することとなる。

ここでは、磁気ギャップ２０が存在する場合でも第１のコイル１７と第２のコイル１８との互いの影響度合いを抑制できることを述べたが、隔壁磁脚１４における磁気ギャップ２０を無くすことも当然ながら可能である。つまり、中磁脚１６が磁気ギャップGを介して対向していれば、隔壁磁脚１４の磁気ギャップ２０は存在しなくても構わない。ここでは、それぞれの中磁脚１６の頂面は個別に研磨することで、隔壁磁脚１４における磁気ギャップ２０が無い場合でも、磁気ギャップGのみを有することは技術的に何ら問題とはならない。

そしてこの場合、隔壁磁脚１４は、その全てが図１に示す外磁脚１３と同様の機能を有し、外磁脚１３の断面積として加えることができることから、第１の分割磁心１０および第２の分割磁心１９の更なる小型化を可能とするものでもある。

さらに、チョークコイルの外部への磁束の放出量を抑制する手段としては、図１に示すように、背磁板１１の凹部１５の開口部２１側に、中磁脚１６に達する手前まで切り欠き部２２を設けるとよい。

第１の分割磁心１０もしくは第２の分割磁心１９に図４（ａ）の分解上面図に示すように、切り欠き部２２を設け、この切り欠き部２２の寸法は中磁脚１６の径寸法Ａよりも大きくすること、もしくは同程度とすることにより、磁路の長いＬ４は切り欠き部２２の一部であるエアギャップが接近する形態となるため、磁束を磁気抵抗の小さなＬ１からＬ３に、磁気抵抗が大きくなる傾向のＬ４に比較して通り易くさせることができる。

つまり、外磁脚１３に磁気飽和しない断面積を確保したうえで、Ｌ１からＬ３の距離も短い部分を効率的に利用しようとするものである。

これにより、Ｌ１からＬ３のエリアに該当する外磁脚１３の中央部から隔壁磁脚１４にかけての領域に、第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８のいずれかから発生する磁束を集中させることができ、結果としてチョークコイルの外部への磁束の放出量を抑制することができる。この切り欠き部２２は第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８の、配線引き出し時のガイド溝としても利用できることから、断線防止対策としても有効である。

また、この切り欠き部２２は図４（ｂ）の分解上面図に示すように、中磁脚１６から外磁脚１３の端部２３にわたる部分に設けても構わない。

しかしながら、切り欠き部２２が大きくなり過ぎる場合は、第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８が露出する面積も大きくなるため、磁束の放出量抑制効果が減退する場合もある。よって、図４（ａ）および図４（ｂ）にともに示すように、切り欠き部２２の幅方向寸法Ａ１は中磁脚１６の径寸法Ａと同程度もしくはそれ以下程度とすることが最も適当である。

また、切り欠き部２２の深さ方向には図４（ａ）および図４（ｂ）にともに示すように、中磁脚１６の外側に切り残し部２２ａを設けている。

この切り残し部２２ａを設けることにより、図３（ｂ）に示すように漏洩磁束が最も多く存在する部位である、第１のコイル１７および第２のコイル１８の上面部１７ａ、１８ａの中磁脚１６側と下面部１７ｂ、１８ｂの中磁脚１６側であり且つ第１のコイル１７および第２のコイル１８の内周側を覆う形態となる。

これにより、第１のコイル１７および第２のコイル１８から外部へ放出する磁束量を低減することが可能である。切り残し部２２ａの寸法Ｋは、中磁脚１６と第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８の内周部との距離ｄよりも大きければ上記の効果を得ることが可能であるが、第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８の巻厚み寸法Ｄの１／２以上あればより大きな効果を得ることができるものである。

またさらに、以上の効果を大きくする手段としては図５の分解上面図に示すように外磁脚１３の厚みを、隔壁磁脚１４との磁脚接合部１４ｃから端部２３に向かうに従い薄くするのがよい。

これにより、第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８のいずれかから発生する磁束の磁路はＬ１〜Ｌ４において、Ｌ１〜Ｌ３に比較してＬ４は長いものとなり、磁気抵抗も大きくなる。

よって、Ｌ４の経路で通る磁束は少なくなり、大部分の磁束はＬ１〜Ｌ３を通ることとなる。つまり、磁気抵抗の小さな磁気効率の高い部分を、一方の中磁脚１６と他方の中磁脚との間の領域に位置させ、第１のコイル１７と第２のコイル１８とで共用し易い領域の磁心の体積を多くすることで、チョークコイルの小型化が可能となる。

そして同時に、磁束の通過する量は少ないものの、外磁脚１３を端部２３にまで延伸していることにより、チョークコイルの外部への磁束の放出量を抑制する効果を有することともなる。

これに加え、図６の分解上面図に示すように外磁脚１３の厚みについて、外磁脚１３の中磁脚１６との対向部２４は、外磁脚１３の端部２３側よりも厚みを大きくしたうえで、対向部２４の厚みを均一化するのがよい。

これにより、第１のコイル１７もしくは第２のコイル１８のいずれかから発生する磁束の磁路はＬ１〜Ｌ４について、Ｌ１〜Ｌ３に比較してＬ４は一層長いものとなり、磁気抵抗も大きくなる。

これに対して、磁気抵抗の小さな磁気効率の高い部分を対向部２４に一様に位置させることが可能となる。よって、上述の場合と同様に、共用し易い領域の磁心の体積を多くすることで、チョークコイルの小型化が可能となる。

また、この部分には図１に示す磁気ギャップ２０も存在しないことから、非常に磁気効率を高くできる領域であるため、チョークコイルの小型化にとって有効である。

本発明の複合型チョークコイルは、外部へ放出される磁束の量を低減したうえで、小型化を可能とする効果を有し、各種電子機器において有用である。

本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの分解斜視図（ａ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルを使用のインターリーブ型電源の回路図、（ｂ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルを使用のインターリーブ型電源における電流波形図（ａ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第１の断面図、（ｂ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第２の断面図（ａ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第１の分解上面図、（ｂ）本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第２の分解上面図本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第３の分解上面図本発明の一実施形態における複合型チョークコイルの第４の分解上面図従来の複合型チョークコイルの分解斜視図

符号の説明

１０第１の分割磁心
１１背磁板
１２両辺部
１３外磁脚
１４隔壁磁脚
１５凹部
１７第１のコイル
１８第２のコイル
１９第２の分割磁心
２０磁気ギャップ

Claims

背磁板と、
この背磁板の対向する両辺部に前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる外磁脚と、
この外磁脚の中央どうしを連結し前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる隔壁磁脚と、
前記外磁脚と前記隔壁磁脚により囲まれた凹部それぞれに前記背磁板に対して垂直方向に立ち上がる中磁脚とを有する分割磁心を突き合せた閉磁路磁心を備え、
前記中磁脚それぞれには第１、第２のコイルを巻回し、
前記隔壁磁脚は磁気ギャップを介して突き合せ、
前記外磁脚それぞれの断面積は前記中磁脚それぞれの断面積の１／２とした
複合型チョークコイル。
凹部の開口側には、
中磁脚へ未到達の切り欠き部を設けた
請求項１に記載の複合型チョークコイル。
外磁脚の断面はその端部に向かうに従い厚さを薄くした
請求項１に記載の複合型チョークコイル。
外磁脚と中磁脚との対向部における前記外磁脚の厚みは
前記対向部の端部側における前記外磁脚の厚みよりも大きくした
請求項１に記載の複合型チョークコイル。
隔壁磁脚は磁気ギャップを介さずに突き合せた、
請求項１に記載の複合型チョークコイル。