JP2012049409A

JP2012049409A - インダクタンス素子

Info

Publication number: JP2012049409A
Application number: JP2010191612A
Authority: JP
Inventors: Michiyasu Yamauchi; 亨康山内; Takeo Tomoyoshi; 建雄友好
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: JP5463242B2

Abstract

【課題】量産性が良く、磁気飽和を誘発することのない、待機電力不要なインダクタンス調整手段を提供する。
【解決手段】コアケースの巻線部１１には、隙間１６１、１６２を介してコイル２１、２２が巻かれている。コアケースには軟磁性のトロイダルコアが収容され、コイル２１、２２に通電することでトロイダルコア内を一周する磁束が生じる。コイル２１への通電電流により磁性体コア内に生じる磁束と、コイル２２への通電電流により磁性体コア内に生じる磁束が隙間１６１、１６２の直近において互いに逆向きとなる場合にはノーマルモードでのインダクタンスが生じ、互いに同じ向きとなる場合にはコモンモードでのインダクタンスが生じる。隙間はコア磁路長の１／６以上でノーマルモードでのインダクタンスが上昇し、隙間をコア磁路長の５／１８以下とすることでコモンモードでのインダクタンス低下を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟磁性コアに巻線を施したインダクタンス素子に関する。

インダクタンス素子としては、例えば特許文献１には、コモンモードノイズを低減するためのノイズフィルタであって、電流に依存することなくノーマルモードノイズの低減効果の低下を抑制することが可能なノイズフィルタを提供するために、第１部分と第２部分とから構成されて環状をなす第１磁性体コア部と、第１磁性体コア部によって形成される開口部を分割する第２磁性体コア部と、第１部分と第２部分とにそれぞれ巻回された一対の信号線と、第２磁性体コア部に巻回された制御線とを備え、第２磁性体コア部には２つの貫通孔が形成されており、第２磁性体コア部は、２つの貫通孔に挟まれた中足部と、第１部分と第２部分との境界部間に延びる一対の共通部とを有し、制御線は中足部に巻回されているノイズフィルタが開示されている。

特開２００９−１３５２２５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術により、ノーマルモードノイズに対する磁気飽和を防ぐことはできるが、第１磁性体コア部によって形成される開口部を分割する第２磁性体コア部に２つの貫通孔を設けて、巻線を施す作業が必要となり、実際に量産化する際に障害になるという課題がある。また、常に第２磁性体コア部に巻回された制御線により一定の電力が消費され続けてしまい、待機電力が大きい。また、巻線内径部に磁性コアを挿入するため一定の絶縁距離が必要となるが、同時にコイル巻線部分の巻枠を減らす事になり、コモン・ノーマル共に高特性を得にくい課題がある。

従って本発明の目的は、量産性が良く、磁気飽和を誘発することのない、待機電力不要なインダクタンス素子を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、軟磁性を持つ磁性体コア、前記磁性体コアを収容したコアケース、前記コアケースに巻回した２つ以上のコイルを備え、前記２つのコイル間の隙間は、前記コアケースに設けた凸部により前記コイルの端部を規制することで設けられ、前記コイル間の隙間は磁路長の１／６以上、５／１８以下である各個の前記コイルに通電した際に前記磁性体コア内に生じる磁路は同一であり、互いに隣接する２つのコイルの双方に使用時通電を行った際に、前記２つのコイル間の隙間における前記磁性体コア内に生じる磁束の向きが互いに逆であることを特徴とするインダクタンス素子を提供する。

インダクタンス素子としては、磁性体コアにコイルを施したインダクタンスを有する素子、具体的には、チョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、コモンモードチョークコイル、トランス等がある。

例えばコモンモードチョークコイルで、コモンモードノイズが発生していない場合は、２つのコイルへの通電により互いに逆向きの磁束が磁性体コア内に生じているため、ノーマルモードノイズに対しては抑制作用がない。

しかし、２つのコイルの間を磁路長の１／６以上、５／１８以下離すことで、２つのコイルの隙間からの漏洩磁束が生じ、ノーマルモードノイズを抑制するインダクタンスを設定することができる。

なお、例えばコモンモードチョークコイルにコイルを追加した場合は３個のコイル、複数回路のコモンモードノイズ対策には２の倍数分のコイルが必要となるため、２つ以上のコイルを備えたインダクタンス素子であっても、本発明はその効力を失わない。

また、上記説明にあったコモンモードチョークコイルに限らず、例えばコイルに印加された直流重畳電流による磁気飽和を防ぐために、直流重畳電流によって磁性体コア内に生じる磁束を打ち消す方向に発生させるよう、別のコイルに直流電流を印加する、いわゆる磁気バイアスを印加する場合も本発明を適用することができる。

また本発明は、上記課題を解決するために、軟磁性を持つ磁性体片を板面に取り付けた磁束調整板をさらに備え、複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐよう、前記コアケースに前記磁束調整板が嵌合されていることを特徴とするインダクタンス素子を提供する。

インダクタンスにおける磁性体コアからは若干の漏洩磁束があるため、コアケースに嵌合された磁束調整板により漏洩磁束を誘起し、インダクタンス素子の自己インダクタンスや相互インダクタンスを調整することができる。

磁束調整板には磁性体片を粘着により固定するのが望ましい。粘着固定することで、磁性体片を磁束調整板に固定する作業時間を短縮できる。また粘着固定されているので、磁性体片を取り外したり、磁性体片を板面上で切断し、不要な磁性体片の一部を除去することもできる。

さらに、磁束調整板を複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐよう、漏洩磁束の経路に沿って磁性体片を配することで、漏洩磁束をさらに誘起し、ノーマルモードのインダクタンスを調整可能とする。

また、本発明は、上記課題を解決するために、前記磁束調整板に突起、前記コアケースに係止爪をさらに備え、前記突起と前記係止爪を係合させたインダクタンス素子を提供する。

上記着脱可能な機構とすることで、調整したインダクタンスを再度調整することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、前記磁性体片は刃により切断可能であることを特徴とするインダクタンス素子を提供する。

カッターや鋏等の刃物を用い、手作業、もしくは切断設備により切断可能な磁性シートを用いることで、目的のインダクタンスに調整するための磁性体片の切除工程での作業性が向上する。

また、本発明は、上記課題を解決するために、前記コアケースにおける前記隙間の外周面上、または複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐ仕切板上に前記磁性体片を着脱可能に取り付けたことを特徴とするインダクタンス素子を提供する。

漏洩磁束を誘起させるには、磁束調整板を設けずとも、複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐ仕切板上に前記磁性体片を取り付ければよい。漏洩磁束を逆に抑制する場合、例えば、磁束調整板によって過度に漏洩磁束を誘起しすぎた場合などには隙間の外周面上に磁性体片を取り付ければよい。

本発明のインダクタンス素子の正面図である。図１におけるインダクタンス素子のＡＡ線断面図である。本発明のインダクタンス素子の組立図である。本発明のインダクタンス素子の正面図である。

本発明の実施形態について、以下説明する。

図１は本発明のインダクタンス素子の正面図である。コアケースの巻線部１１にはコイル２１が巻かれ、コイル２１の両端から隙間１６１、１６２を介してコイル２２も巻かれている。なお、コアケースには軟磁性を有するトロイダルコアが収容されていて、コイル２１、２２に通電することで軟磁性を有するトロイダルコア内を一周する磁束が生じる、磁路は磁束の経路であるため、同様に軟磁性を有するトロイダルコア内を一周する。コイル２１への通電電流により磁性体コア内に生じる磁束と、コイル２２への通電電流により磁性体コア内に生じる磁束が隙間１６１、１６２の直近において互いに逆向きとなる場合にはノーマルモードでのインダクタンスが生じ、互いに同じ向きとなる場合にはコモンモードでのインダクタンスが生じる。隙間はコア磁路長の１／６以上でノーマルモードでのインダクタンスが上昇し、隙間をコア磁路長の５／１８以下とすることでコモンモードでのインダクタンス低下を抑制する。

また、コイル２１の一端はコアケースに設けた突起である巻回規制部１５により規制され、他端も同様にコアケースに設けた突起で規制されている。コイル２２両端についても同様に規制されている。

また、コイル２１の導線の一端は絶縁被覆を除去し、半田めっきなどにより接続端子２１１としている。接続端子２１１はコアケースに設けた突起である端子規制部１３、１４により位置が規制されているため、回路基板への実装の際の位置ずれを規制している。同様にコイル２１の導線の他端、コイル２２の導線の両端も接続端子とした上で端子規制部により接続端子の位置が規制されている。

一方、磁性体片３１を取付板３の板面に粘着した磁束調整板を、隙間１６１と隙間１６２の間を繋ぐようコアケースに嵌め合わさせる。さらに、取付板３は隙間１６１、１６２のコアケース内周面により取付板３の幅方向の位置が規制され、コアケースに設けた突起である取付板規制部１２により取付板３の厚み方向の位置が規制されている。なお、取付板３が絶縁体であれば、コイル２１とコイル２２間の絶縁性が確実に確保できるため、望ましい。

図２は図１におけるインダクタンス素子のＡＡ線断面図である。磁性体コア１１３はコアケース上部１１１とコアケース下部１１２により収容されていて、さらにコアケース下部１１２の底部にはコアケース内周面を繋ぐストッパ１２１が設けられ、ストッパ１２１より２本の弾性柱１２２がコアケース上部に向かうよう立設され、２本の弾性柱１２２の内側には各々係止爪１２３が設けられている。

一方、取付板は上部に貫通穴３２、取付板３両側面下部の係止突起３３、幅広の頭部３４を設けている。係止突起３３はコアケースの係止爪１２３とにより、一方に設けた突起に他方に設けたフック部を係合させる構造を備えているため、取付板は繰り返し着脱することが可能である。特に取付板を外す際には、幅広の頭部３４を手やピンセットで掴んで引っ張ってもよく、貫通穴３２に鉤爪などを引っ掛けて引っ張ってもよい。

図３は本発明のインダクタンス素子の組立図である。コイル２１の導線の一端の接続端子２１１、他端の接続端子２１２は紙面左右すなわちコアケース厚み方向における表裏面に配置されている。コイル２２も同様である。

磁性体片３１、貫通穴３２、係止突起３３、頭部３４を備え、磁性体片３１を貫通穴３２の下部に設けている磁束調整板は紙面左、すなわちコアケース上部より挿入するが、挿入した際に磁性体片３１が磁性体コア中央部に位置するようにすると、磁性体コアからの漏洩磁束を最大限引き出すことができる。

また、隙間１６１、１６２からの漏洩磁束が多すぎる場合は、図４の本発明のインダクタンス素子の正面図にあるように、例えば隙間１６１におけるコアケース外周面に磁性体片３５を粘着等の手段により取り付けることで、磁性体コアに漏洩磁束を引き戻すことができる。

なお、係止突起３３とコアケースの係止爪１２３による係合によらなくとも、磁束調整板をコアケースに粘着するなどの手段により、着脱可能に固定することができる。

また、磁性体片としてはフェライト板等を用いてもよいが、例えば磁性粉と柔軟性を持つ結合材を主に含有する磁性シートを用いると、刃物による切断が可能となり、はさみやカッター等で簡単にインダクタンスの調整を行うことができるため望ましい。

（実施例１）
図１の構成のインダクタンス素子において、磁束調整板を挿入せず、コイル２１およびコイル２２を、隙間１６１の中央部と隙間１６２の中央部を結ぶ中心線に対してなす角３０度すなわち磁路長全体の１／６に渡って巻回規制部１５により規制し、インダクタンスを測定したところ、コイル２１通電により磁性体コア内に生じる磁束とコイル２２通電により磁性体コア内に生じる磁束が互いに同じ向きとなるコモンモードでのインダクタンスは１２．４ｍＨ、コイル２１通電により磁性体コア内に生じる磁束とコイル２２通電により磁性体コア内に生じる磁束が互いに反対向きとなるノーマルモードでのインダクタンスは７０μＨに設定できた。さらに、２Ａの直流電流を重畳してノーマルモードでのインダクタンスを測定したところ、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスから１０％以上低下しなかった。

（実施例２）
図１の構成のインダクタンス素子において、磁束調整板を挿入せず、コイル２１およびコイル２２を、紙面上下方向に対してなす角５０度すなわち磁路長全体の５／１８に渡って巻回規制部１５により規制し、インダクタンスを測定したところ、コモンモードでのインダクタンスは１２．４ｍＨ、ノーマルモードでのインダクタンスを８０μＨに設定できた。さらに、２Ａの直流電流を重畳してノーマルモードでのインダクタンスを測定したところ、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスから１０％以上低下しなかった。

（実施例３）
図１の構成のインダクタンス素子において、磁束調整板を挿入し、コイル２１およびコイル２２を、紙面上下方向に対してなす角５０度で巻回規制部１５により規制し、インダクタンスを測定したところ、コモンモードでのインダクタンスは１２．４ｍＨ、ノーマルモードでのインダクタンスを実施例２よりも１０μＨ高い９０μＨに調整できた。さらに、２Ａの直流電流を重畳してノーマルモードでのインダクタンスを測定したところ、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスから１０％以上低下しなかった。

（実施例４）
実施例２の構成のインダクタンス素子において、実施例２の磁性体コアより断面積を１０％削り、ノーマルモードでのインダクタンスを測定したところ、７０μＨであった。次に磁束調整板を挿入したところ、ノーマルモードでのインダクタンスを８０μＨに設定することができた。

（実施例５）
実施例２の構成のインダクタンス素子において、実施例２の磁性体コアより断面積を５％削り、ノーマルモードでのインダクタンスを測定したところ、７５μＨであった。次に磁束調整板を挿入したところ、ノーマルモードでのインダクタンスを８５μＨに設定することができた。さらに磁束調整板を取り外し、磁性体片の一部を切除し、再度磁束調整板を挿入したところ、ノーマルモードでのインダクタンスを８０μＨに設定することができた。

（比較例１）
図１の構成のインダクタンス素子において、磁束調整板を挿入し、コイル２１およびコイル２２を、紙面上下方向に対してなす角２０度すなわち磁路長の１／９に渡って巻回規制部１５により規制し、インダクタンスを測定したところ、コモンモードでのインダクタンスは１２．４ｍＨ、ノーマルモードでのインダクタンスは６０μＨであった。

１１巻線部
１１１コアケース上部
１１２コアケース下部
１１３磁性体コア
１２取付板規制部
１２１ストッパ
１２２弾性柱
１２３係止爪
１３、１４端子規制部
１５巻回規制部
１６１、１６２隙間
２１、２２コイル
２１１、２１２接続端子
３取付板
３１磁性体片
３２貫通穴
３３係止突起
３４頭部
３５磁性体片

Claims

軟磁性を持つ磁性体コア、前記磁性体コアを収容したコアケース、前記コアケースに巻回した２つ以上のコイルを備え、前記２つのコイル間の隙間は、前記コアケースに設けた凸部により前記コイルの端部を規制することで設けられ、前記コイル間の隙間は磁路長の１／６以上、５／１８以下である各個の前記コイルに通電した際に前記磁性体コア内に生じる磁路は同一であり、互いに隣接する２つのコイルの双方に使用時通電を行った際に、前記２つのコイル間の隙間における前記磁性体コア内に生じる磁束の向きが互いに逆であることを特徴とするインダクタンス素子。
軟磁性を持つ磁性体片を板面に取り付けた磁束調整板をさらに備え、複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐよう、前記コアケースに前記磁束調整板が嵌合されていることを特徴とする請求項１記載のインダクタンス素子。
前記磁束調整板に突起、前記コアケースに係止爪をさらに備え、前記突起と前記係止爪を係合させたことを特徴とする、請求項２に記載のインダクタンス素子。
前記磁性体片は磁性粉と柔軟性を持つ結合材を主に含有する磁性シートであることを特徴とする、請求項２から３のいずれかに記載のインダクタンス素子。
前記コアケースにおける前記隙間の外周面上、または複数の前記隙間のうち、一つの前記隙間と、前記隙間と離れた別の前記隙間とを繋ぐ仕切板上に前記磁性体片を着脱可能に取り付けたことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のインダクタンス素子。