JP2010080586A - チョークコイル、ｌｃフィルタ装置およびマグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズを効率的に抑制し、かつ、フェライトコアの温度上昇を抑制できるチョークコイル、このチョークコイルを用いたＬＣフィルタ装置、および、このＬＣフィルタ装置を用いたマグネトロンを提供する。
【解決手段】チョークコイル１は、巻回軸５１を有するコイル５と、巻回軸５１方向に延びるようにコイル５内に少なくとも一部が配置され、コイル５に対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ‐Ｚｎ系のフェライトコア６とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、チョークコイル、特にマグネトロン等の高周波用ＬＣフィルタ装置に用いるチョークコイルに関する。

従来の電子レンジ用マグネトロンは、例えば特許文献１に開示されているように、マグネトロン本体の陰極入力側に併設されたフィルタボックス内にＬＣフィルタ装置を有する。このＬＣフィルタ装置は、チョークコアとコンデンサにより構成されるＬＣフィルタ回路である。このチョークコアは、高周波領域まで透磁率の低下の小さいＮｉ−Ｚｎ系またはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトコアと、その外周に巻回されたコイルとからなる。ＬＣフィルタ装置は、マグネトロン本体から発生した高周波ノイズがマグネトロンの外部に漏洩するのを抑制する。
特開２００５−３８８０６号公報 河井武志、外２名、「フェライト磁心の高周波損失解析」、電気学会マグネティックス研究会資料、ＭＡＧ−９７−２７

電子レンジ等の電気機器の小型化に伴い、フィルタボックス、さらにその内部に配置されるチョークコイルも小型化する必要がある。しかし、従来のチョークコイルでは、チョークコイルを小型化すると、ノイズ抑制機能が低減してしまう。

また、マグネトロンの作動中には、チョークコイルを構成するフェライトコアが高温となり、その温度がキュリー温度に達すると、チョークコイルのインダクタンスが小さくなり、ノイズ抑制機能が低減してしまう。さらにチョークコイルのインダクタンスが小さくなると、マグネトロンのフィラメント電流が大きくなり、安定発振できなくなってしまう。フェライトコアの温度上昇を抑制するために、フェライトコアの体積を大きくすることも考えられるが、チョークコイルの小型化のニーズに反することとなる。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためのものであり、ノイズを効率的に抑制し、かつ、フェライトコアの温度上昇を抑制できるチョークコイルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るチョークコイルは、巻回軸を有するコイルと、前記コイルの巻回軸方向に延びるように前記コイル内に少なくとも一部が配置され、前記コイルに対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ‐Ｚｎ系のフェライトコアとを具備する。本発明に係るチョークコイルは、コイルに対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ‐Ｚｎ系のフェライトコアを具備するため、コイルに対向したフェライトコア表面付近の磁束密度が大きくなり、かつ、フェライトコアの巻回軸方向の沿面距離が大きくなるため、効率的にノイズを抑制することができる。

凹凸部の形成は、フェライトコアの巻回軸方向の沿面距離を大きくするためであるから、この凹凸部は、凹部、凸部あるいは巻回軸方向と交差する溝を含む。

また、上記目的を達成するための本発明に係るＬＣフィルタ装置は、巻回軸を有するコイルと、前記コイルの巻回軸方向に延びるように前記コイル内に少なくとも一部が配置され、前記コイルに対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ‐Ｚｎ系のフェライトコアとを具備するチョークコイルを有する。

さらには、上記目的を達成するための本発明に係るマグネトロンは、巻回軸を有するコイルと、前記コイルの巻回軸方向に延びるように前記コイル内に少なくとも一部が配置され、前記コイルに対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ−Ｚｎ系のフェライトコアとを具備するチョークコイルを有する。

本発明によれば、ノイズを効率的に抑制し、かつ、フェライトコアの温度上昇を抑制できるチョークコイル、このチョークコイルを用いたＬＣフィルタ装置、および、このＬＣフィルタ装置を用いたマグネトロンを提供することができる。

［第１の実施形態］
本発明を電子レンジ用マグネトロンに適用した実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンの縦断面図である。図２は、図１のマグネトロンを構成するＬＣフィルタ装置およびフィルタボックスの上面図である。図３は、図２のＬＣフィルタ装置を構成するチョークコイルの側面図である。図４は、図３のチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。

本実施形態に係るマグネトロン４の概略について説明する。マグネトロン４は、マグネトロン本体２０、ＬＣフィルタ装置３およびフィルタボックス１２を有する。ＬＣフィルタ装置３は、チョークコイル１、２を有し、マグネトロン本体２０から発生した高周波ノイズを抑制する役割を果たす。

マグネトロン本体２０の構造について説明する。陽極円筒２１は、中心軸５０に沿って円筒状に延びている。板状のベイン２２は、中心軸５０の近傍から放射状に延びて、陽極円筒２１の内面に固定されている。陽極円筒２１の内面に固定されていない側のベイン２２の遊端は、中心軸５０に沿って延びる同一の円筒面上に配置されていて、この円筒面をベイン内接円筒と呼ぶ。複数のベイン２２は、円周方向の一つおきに、ベインの上下端部にろう付けされた大小それぞれ対となったストラップリング２３、２４によって連結されている。

陰極２５は、螺旋状のフィラメントであり、電子作用空間であるベイン内接円筒の内部に配置され、陽極円筒２１の中心軸５０に配置されている。また、陰極２５の両端は、それぞれエンドハット２６、２７に固着されている。エンドハット２６、２７は、ベイン２２に対して中心軸５０の外側に配置されている。

一対のポールピース２８、２９は、それぞれ中央部に貫通孔を有する漏斗状に形成され、貫通孔の中心は、中心軸５０上に位置している。ポールピース２８、２９には、それぞれ筒状の金属封着体３０、３１が固着されている。それぞれの金属封着体３０、３１は、陽極円筒２１の一端にも接している。ポールピース２８、２９の外径は陽極円筒２１の径とほぼ同一に形成されている。ポールピース２８、２９の外周部分は、陽極円筒２１の両方の端部にそれぞれ固定されている。

出力側の金属封着体３０のポールピース２８に対して反対側の端には、出力側セラミック３２が接合されている。また、出力側セラミック３２の金属封着体に対して反対側の端には、排気管３３が接合されている。ベイン２２からはアンテナ３４が導出されている。このアンテナ３４は、出力側のポールピース２８を貫通して、出力部内を延びて、先端は排気管３３で挟持固定されている。排気管３３の全体はキャップ３５で覆われている。

入力側の金属封着体３１のポールピース２９に対して反対側の端には、入力側セラミック３６が接合されている。陰極２５には、エンドハット２６、２７を介して２本のサポートロッド３７、３８が接続されている。サポートロッド３７、３８は、中継板３９を介して管外へ導出されて、入力端子４０、４１に接続されている。

マグネット４２、４３とヨーク４４、４５が、このような発振部本体を囲むように配設されて、磁気回路を形成している。また、発振部本体を冷却するためのラジエータ４６が、陽極円筒２１とヨーク４５との間に配置されている。

本実施形態に係るＬＣフィルタ装置３の構造について説明する。ＬＣフィルタ装置３は、１対のチョークコイル１、２およびコンデンサ１１により構成され、フィルタボックス１２内に配置されている。フィルタボックス１２は、ヨーク４５に取り付けられている。箱型形状のフィルタボックス１２は、その一面に挿入孔を有し、ステムを構成し入力端子４０、４１を導出している入力側セラミック３６が、この挿入孔を通ってフィルタボックス１２内に配置されている。

１対のチョークコイル１、２は、フィルタボックス１２内の略中央に配置されている。チョークコイル１、２を構成するコイルの一端は、フィルタボックス１２内でそれぞれ入力端子４０、４１に接続されている。チョークコイル１、２を構成するコイルの他端は、それぞれリード線を介して、コンデンサ１１に接続されている。コンデンサ１１は、二端子の貫通コンデンサであり、フィルタボックス１２の側壁に貫通した状態で取り付けられている。一対のチョークコイル１、２とコンデンサ１１とが、ＬＣフィルタ回路を構成している。

本実施形態に係るチョークコイル１の構造について説明する。チョークコイル１は、コイル５とフェライトコア６とを有する。フェライトコア６は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトからなり、円柱形状にプレス成型され焼成されたものである。フェライトコア６は、後述するコイル５に巻回される巻回部１５とコイル５に巻回されない非巻回部１６とを有する。フェライトコア６の巻回部１５の外周面には、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）に垂直な溝１７が形成されている。溝１７のフェライトコア６の縦断面形状は、直径がコイル５を構成する導線の直径と同程度の略半円形状である。溝１７の形成により、通常のプレス成型されたコアの溝が形成されていない面の場合に比べて、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）の沿面距離が１．１倍以上大きくなることが好ましい。なお、フェライトコア６の形状は、円柱形状などの棒形状に限られず、例えばリング状のものでも良い。また、溝１７は、コイル５の巻回軸５１方向に垂直に形成されている必要はなく、コイル５の巻回軸５１方向と交差するように形成されていれば良い。溝１７の形状、大きさは問わない。さらに、フェライトコア６は、非巻回部１６を有する必要はない。

コイル５は、絶縁被覆された導線を螺旋状に巻回したもので、導線が密に巻かれている密巻き部１３と導線が疎に巻かれている疎巻き部１４とを有する。コイル５は、密巻き部１３において、フェライトコア６の一部である巻回部１５を巻回している。一方、コイル５は、疎巻き部１４において、フェライトコア６を巻回せず、空芯コイルとなっている。なお、コイル５は、密巻き部と疎巻き部との区別を有する必要はなく、一様にフェライトコア６に巻回されていても良い。チョークコイル２は、チョークコイル１と同等の構成を有するため、説明を省略する。

本実施形態に係るＬＣフィルタ装置３およびチョークコイル１、２の作用について説明する。ＬＣフィルタ装置３は、一対のチョークコイル１、２とコンデンサ１１とで構成されたＬＣフィルタ回路を有し、マグネトロン４の発振部から入力端子４０、４１側に漏洩した高周波ノイズが装置外に漏出するのを抑制する。また、フェライトコア６は、チョークコイル１、２のコアとしての機能のみならず、フェライトコア６自身の高周波吸収機能を併せ持つため、入力端子４０、４１側に漏洩した高周波ノイズが装置外に漏出するのを抑制する。ＬＣフィルタ装置３全体として、１５０ｋＨｚ〜１ＧＨｚの高周波ノイズの漏出を抑制する。

本実施形態に係るチョークコイル１、２、ＬＣフィルタ装置３およびマグネトロン４の効果について説明する。本実施形態では、フェライトコア６の巻回部１５の外周面には、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）と交差する溝１７が形成されている。そのため、巻回部１５の外周面において、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）の沿面距離が、溝１７が形成されていない場合に比べて大きい。巻回部１５の外周面の表面近傍を通る磁束は、溝１７の有無にかかわらず透磁率の大きいフェライトコア６内を通るため、溝１７の形状に沿って蛇行する。そのため、巻回部１５の外周面の表面近傍の磁路長が、溝１７が形成されていない場合に比べて大きい。ここで、一般に、磁路長が大きくなると、フェライトコアの損失が大きくなり、ノイズ抑制効果が向上することが知られている。

よって、溝１７が形成されていることにより、ノイズ抑制効果が向上する。

一方、本実施形態では、フェライトコア６は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトコアからなる。ここで、一般に、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトコア内を磁束が通過する場合、フェライトコアの表面付近の磁束密度が大きくなることが知られている（非特許文献１を参照）。

したがって、本実施形態に係るチョークコイル１、２およびＬＣフィルタ装置３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトからなり、かつ、巻回部１５の外周面に溝１７が形成されているフェライトコア６を有するため、効率的にノイズを抑制することができる。

また、本実施形態では、フェライトコア６の巻回部１５の外周面には溝１７が形成されている。そのため、巻回部１５の外周面の表面積が、溝１７が形成されていない場合に比べて大きい。よって、フェライトコア６は、溝１７が形成されていない場合に比べて冷却効果が高い。ここで、一般に、フェライトコア６の温度がキュリー温度に達すると、チョークコイルのインダクタンスが小さくなり、ＬＣフィルタ装置３のノイズ抑制効果が減少してしまうことが知られている。したがって、本実施形態に係るチョークコイル１、２およびＬＣフィルタ装置３は、外周面に溝１７が形成されているフェライトコア６を有するため、フェライトコア６の温度上昇によるノイズ抑制効果の低減を緩和できる。

［第２の実施形態］
本発明を電子レンジ用マグネトロンに適用した第２の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るチョークコイルの側面図である。なお、本実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、フェライトコア６の巻回部１５の外周面のみならず、非巻回部１６の外周面にも、溝１７が形成されている。なお、溝１７は、非巻回部１６の外周面の全体に形成されている必要はなく、非巻回部１６の外周面の一部に形成されていても良い。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、非巻回部１６の外周面に溝１７が形成されていない場合に比べて、非巻回部１６の外周面の表面積が大きい。したがって、本実施形態に係るチョークコイル１、２およびＬＣフィルタ装置３は、フェライトコア６自身の高周波吸収機能を高めることができ、かつ、フェライトコア６の温度上昇によるノイズ抑制効果の低減を緩和できる。

［第３の実施形態］
本発明を電子レンジ用マグネトロンに適用した第３の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係るチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。なお、本実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、フェライトコア６には、巻回軸５１方向に沿ってフェライトコア６を貫通する通気孔１９が形成されている。すなわち、フェライトコア６は、円筒状に形成されている。なお、通気孔１９は、フェライトコア６を貫通している必要はなく、孔形も問わない。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、フェライトコア６の表面積が、通気孔１９が形成されていない場合に比べて大きい。したがって、本実施形態に係るチョークコイル１、２およびＬＣフィルタ装置３は、フェライトコア６の温度上昇によるノイズ抑制効果の低減を緩和できる。

［第４の実施形態］
本発明を電子レンジ用マグネトロンに適用した第４の実施形態について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第４の実施形態に係るチョークコイルを構成するフェライトコアの側面図である。なお、本実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、フェライトコア６の巻回部１５の外周面には、凹部１８が形成されている。この凹部１８は、通常のプレス成型されたコアの凹部が形成されていない面の場合に比べて、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）の沿面距離が１．１倍以上大きくなるような深さであることが好ましい。なお、凹部１８の代わりに凸部が形成されていても良く、また、凹部１８および凸部が形成されていても良い。

本実施形態によれば、巻回部１５の外周面において、コイル５の巻回軸５１方向（フェライトコア６の軸方向）の沿面距離が、凹部１８が形成されていない場合に比べて大きい。したがって、本実施形態に係るチョークコイル１、２およびＬＣフィルタ装置３は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第５の実施形態］
本発明を電子レンジ用マグネトロンに適用した第５の実施形態について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の第５の実施形態に係るチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。なお、本実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、フェライトコア６の巻回部１５の外周面には、後述するコイル５の密巻き部１３の導線をガイドする溝１７が螺旋状に形成されている。コイル５は、密巻き部１３において、フェライトコア６の外周面に螺旋状に形成された溝１７に沿って、フェライトコア６の一部である巻回部１５を巻回している。

本実施形態によれば、コイル５の巻回部１５が螺旋状の溝１７に密着してガイドされるため、その分コイル５の外形およびチョークコイル１、２を縮小することができる。例えば、溝１７の深さを巻回部１５の導線の半径より大きくしておけば、巻回部１５の導線の直径に相当するコイル５の外径を縮小できる。

上記各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、各実施形態の特徴を組み合わせても良い。また、本発明に係るチョークコイル、ＬＣフィルタ装置およびマグネトロンは、電子レンジ用に限定されるものではなく、レーダー等の他の電子機器に用いても良い。さらには、本発明にかかるチョークコイルは、商用電源のノイズフィルタに用いても良い。

本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンの縦断面図である。 図１のマグネトロンを構成するＬＣフィルタ装置およびフィルタボックスの上面図である。 図２のＬＣフィルタ装置を構成するチョークコイルの側面図である。 図３のチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るチョークコイルの側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るチョークコイルを構成するフェライトコアの側面図である。 本発明の第５の実施形態に係るチョークコイルの巻回軸方向の縦断面図である。

符号の説明

１、２…チョークコイル、３…ＬＣフィルタ装置、４…マグネトロン、５…コイル、６…フェライトコア、１１…コンデンサ、１２…フィルタボックス、１３…密巻き部、１４…疎巻き部、１５…巻回部、１６…非巻回部、１７…溝、１８…凹部、１９…通気孔、２０…マグネトロン本体、２１…陽極円筒、２２…ベイン、２３、２４…ストラップリング、２５…陰極、２６、２７…エンドハット、２８、２９…ポールピース、３０、３１…金属封着体、３２…出力側セラミック、３３…排気管、３４…アンテナ、３５…キャップ、３６…入力側セラミック、３７、３８…サポートロッド、３９…中継板、４０、４１…入力端子、４２、４３…マグネット、４４、４５…ヨーク、４６…ラジエータ、５０…中心軸、５１…巻回軸

Claims (8)

1. 巻回軸を有するコイルと、
   前記巻回軸方向に延びるように前記コイル内に少なくとも一部が配置され前記コイルに対向した面の少なくとも一部に凹凸部が形成されたＭｎ‐Ｚｎ系のフェライトコアと
   を具備するチョークコイル。
2. 前記凹凸部は前記コイルに対向した面の全体に形成され、
   前記コイルは前記フェライトコアの一部を巻回していること
   を特徴とする請求項１に記載のチョークコイル。
3. 前記凹凸部は前記巻回軸方向と交差する溝であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のチョークコイル。
4. 前記溝は螺旋状に形成され、
   前記コイルの巻き線は前記溝にガイドされて巻回されていること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のチョークコイル。
5. 前記フェライトコアは棒状であること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のチョークコイル。
6. 前記フェライトコアは、巻回軸方向に沿って通気孔を有すること
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のチョークコイル。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のチョークコイルを有すること
   を特徴とするＬＣフィルタ装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のチョークコイルを有すること
   を特徴とするマグネトロン。

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