JP2012517696A5 - 高周波スイングチョーク - Google Patents

Description

本発明は、高周波スイングチョークに関する。

高周波スイングチョークは、特許文献１により公知となっている。

本発明は、コア損失の少ない高周波スイングチョークを提供することを目的する。

上記の課題は、本発明に係る、請求項１に記載した高周波スイングチョークによって解決される。また、この高周波スイングチョークの好ましい態様は、請求項２以下に記載されている。

本発明は、高周波スイングチョークに関し、この高周波スイングチョークは、少なくとも２つの、長手方向で隣り合って配設されたロッドコアを備える。本発明の好ましい態様によれば、これらのロッドコアは互いに概ね平行に配置される。

これらのロッドコアはそれぞれ、少なくとも１つのコイルを備える。これらのロッドコアはそれぞれ、コイルの長さを越えて突き出るような長さを有するのが好ましい。ロッドコアの各端部には、コイルが無い領域が存在するのが好ましい。

本発明の一態様によれば、上記少なくとも２つのコイルの巻回方向は、互いに反対向きにする。２つの隣り合うコイルによって誘起される磁場の流れ方向は、互いに反対向きであるのが好ましい。

高周波スイングチョークが３つ以上のコイルを備える、本発明のもう１つの態様では、隣り合う２つのコイルは、互いに反対向きの巻回方向を有することが好ましい。これらのコイルによって誘起される磁場の流れ方向は、交互に反対向きとなるのが好ましい。

作動中に本発明に係る高周波スイングチョークのスイングチョークに誘起される磁場は、少なくとも１つの閉じた磁気回路を形成する。

１つの実施形態では、高周波スイングチョークの磁気回路は、少なくとも１つの空隙を備える。

１つの実施形態では、この高周波スイングチョークの空隙は、少なくとも２つの部分空隙に分割されている。これらの部分空隙は、少なくとも２つの隣り合うロッドコアの、コイルが無い端部の領域に存在するのが好ましい。

本発明に係る高周波スイングチョークの少なくとも２つのロッドコアは、それぞれロッドコアの長さの５０％にわたって、コイルで包囲されるのが好ましい。

本発明の高周波スイングチョークの一態様によれば、これらのコイルは異なる長さを有する。ここで、コイルの長さとは、巻回された状態におけるコイルの長手方向の長さを意味する。

ロッドコアとコイルをそれぞれ３つ備える、本発明の高周波スイングチョークの一態様において、２つのコイルの長さを同一とし、残り１つのコイルをこれよりも長くまたは短くしてよい。なお、３つのコイルの長さをそれぞれ異ならせてもよい。３つのロッドコアを隣り合わせて配置する態様の場合、中央のロッドコアは、外側２つのロッドコアよりも長くするのが好ましい。

本発明の一態様によれば、高周波スイングチョークに用いられるコイルは、プラスチックからなる保護層を有する。

前記プラスチックからなる保護被覆は、ロッドコアのコイルが巻回されていない端部には設けない方が好ましい。しかしながら、本発明の他の態様においては、ロッドコアのコイルを巻回しない端部にも、保護被覆を設けることができる。少なくとも高周波スイングチョークの接続端子は、接続可能とするために、少なくとも部分的に保護被覆を設けないのが好ましい。

本発明の一態様によれば、コイルが巻回されないロッドコアの端部は、半田付け可能な接続部として形成される。本発明の他の態様によれば、高周波スイングチョークの電気的接続のため、すなわち電気接続端子のための半田付け用突起部、あるいは他の手段をコイルの端部に設ける。

本発明の一態様に係る高周波スイングチョークにおいては、好ましくはロッドコアの飽和磁化の最大１／３で、このロッドコアの磁束密度の最大値となる。

本発明の高周波スイングチョークの一態様によれば、ロッドコアの磁気的に有効な長さの少なくとも５０％は、このチョークの磁場の形成に使われる。

本発明の一態様によれば、ロッドコアに巻回されるコイルは、複数のコイル層を備え、これらのコイル層は、それぞれコイルの全長にわたって、コイル軸までの一定の距離を有する。

本発明の一態様によれば、高周波スイングチョークは、キャスティング材中で被覆される。

本発明に係る高周波スイングチョークは、大きな空隙を含む、閉じた磁気回路を備える。これまでに説明した高周波スイングチョークにおいては、この磁気回路の空隙は、コイルの外に存在した。このような構成にすると、漂遊磁場による損失を抑えることができる。

上記の高周波スイングチョークの構成により、２つのＥコアを有するチョークと比較して、ロッドコアに必要な、僅かにのみ変調されるフェライト材料が少なくて済む。チョーク用のフェライトのロッドコアにおいては、コア損失は、ロッドコアの磁化に伴って、少なくとも２次関数的に、最大で３次関数的に増加する。これに対して、空隙あるいは空路は、コア損失が無い。ロッドコアの最適化により、本発明の高周波スイングチョークは、他のチョークに比べて最小のコア損失限となる。

上記の高周波スイングチョークは、巻回数が多い少なくとも２つのコイルと、２つの部分隙に分割された少なくとも１つの大きな空隙と、相対的に短くかつフェライトを含有するロッドコアとを備える。このような構成にすると、フェライトを含有するロッドコアにおける最大磁束密度は、このロッドコアの飽和磁化よりも大幅に低く保たれる。すなわち、最大磁束密度における飽和磁化は、最大磁気飽和の約３分の１である。このような本発明に係る高周波スイングチョークは、相対的に小さな熱損失を有する。

高いインダクタンスが必要となる用途においては、本発明の高周波スイングチョークが有利であるが、これはコイル巻回数が多いためである。

本発明の一態様によれば、高周波スイングチョークのロッドコアには、従来のコイルを用いる。

本発明に係る高周波スイングチョークのこのようなコイル構造は、高周波領域においても、スキン効果や近接効果によるコア損失が少ない。

本発明に係る高周波スイングチョークは、上記のコイル構造を有するため、直列共振回路において使用されたときには、コイルの全長にわたって高電圧が分布する。また、この高周波スイングチョークは、その構造により、コイルのどの箇所においても、コイルの巻回数に基づいて定まる点弧電圧よりも高いターン電圧が生じることはない。

本発明の高周波スイングチョークの一態様によれば、これらのロッドコアは、それぞれ直径が１１ｍｍ、長さが３５ｍｍである。これらのロッドコアは、それぞれ１９ｍｍの長さのコイルを備える。コイルは、内径が１３ｍｍであり、８層の導線からなる。これらの導線は、リッツ線で実装され、それぞれ８本の撚り合わされた直径が０．０７ｍｍの単線で構成されている。これらのコイルの巻き数は、それぞれ５５回である。ここで示す値は、あくまでも例示である。本発明に係る高周波スイングチョークは、この特定の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、上記高周波スイングチョークにキャスティングを施すためのキャスティング装置も提供される。このキャスティング装置は、キャスティングケースを備える。ここで、キャスティングケースは、高周波スイングチョークのロッドコアとコイルが内部で固定されるように形成されている。また、キャスティングケースは、直列に接続される部品が同一のインダクタンスをもつよう、キャスティングの間、ロッドコアとコイルを所定の位置に保持する保持手段の対を少なくとも２つ備える。

上記キャスティングケースの内側の輪郭は、キャスティングを施された高周波スイングチョークの外形を定めうるものとなっているのが好ましい。

ロッドコアに部分放電やアーキングが生じないようにするため、キャスティングケースに貯留した液状のプラスチックまたは樹脂中に、本発明の高周波スイングチョークを浸漬するか、またはキャスティングケースに収めた本発明の高周波スイングチョークに、液状のプラスチックまたは樹脂を注ぎ入れる。この目的のため、高周波スイングチョークは、上記のキャスティング装置内に固定し、さらに真空チャンバ内で、キャスティング材中に浸漬および／または封入する。この浸漬および／または封入中、コイルを構成する導線の束と束の間に存在する空気は、すべてキャスティング材によって置き換えられるようにするのが好ましい。このキャスティングによって、ロッドコアにおける部分放電またはアーキングが効果的に避けられまたは低減される。

本発明に係る高周波スイングチョークの構造により、またこれを液状のプラスチックまたは樹脂中への浸漬、および／またはキャスティング材で封入することにより、この高周波スイングチョークはコア損失をほとんど生じない。すなわち、本発明に係る高周波スイングチョークが共振中に生じるコア損失は、効果的に低減される。

本発明の高周波スイングチョークは、高周波スイングチョークの高Ｑ値を用いた大きな変調が要求される、ＬＣ直列共振回路を含む回路装置に用いるのが好ましい。ここで、本発明の高周波スイングチョークは、少なくとも第３次高調波を含む奇数次高調波で励起されることが好ましい。方形波の第３次高調波を用いた励起においては、印加された基本波の振幅の３分の１に当たる電圧しか利用されないので、本発明の高周波スイングチョークは、ＬＣ直列共振回路において動作中に、その高Ｑ値に基づいて大きい電圧を発生する。

本発明の一実施形態に係る、２つのロッドコアを備える高周波スイングチョークの構造を模式的に示す図である。 １つのロッドコアを巻回するコイルの構造を示す模式図である。 コイルの構造の一部の断面を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る、３つのロッドコアを備える高周波共振スイングチョークを示す模式的な側面図である。 本発明に係る、２つのロッドコアを備える高周波スイングチョーク用のキャスティング装置の構造を模式的に示す図である。

上述した本発明について、添付の図面および以下の実施形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る、２つの整列したロッドコア５，５'を有する高周波スイングチョークの構造を模式的に示す図である。ロッドコア５，５'は、それぞれコイル１，１'を備える。これらのコイル１，１'は、導線ブリッジ６を介して直列に接続されている。これらのロッドコア５，５'は、それぞれ、コイル１，１'のない開放端８，８'も有している。高周波スイングチョークの磁気回路は、この開放端８，８'の領域においてそれぞれ空隙を有する。この空隙は、ロッドコア５，５'の開放端８，８'のそれぞれにおいて、２つの部分空隙７，７'に分割されている。この高周波スイングチョークの磁場の流れ方向は、本実施形態では、ロッドコア５，５'の各開放端８，８'において、矢印で示してある。ここに示す実施形態では、この流れ方向は、反時計回りである。この高周波スイングチョークの電気的接続のために、この高周波スイングチョークは、接続端子１１，１１'を備えている。

図２は、例えば図１に示す高周波スイングチョークに用いられているコイル１の構造を模式的に示す図である。コイル１を構成する５つのコイル層のうち２つにだけ符号を付してある。コイル１は、共通のコイル軸３の回りに巻回された複数のコイル層２，２’からなっている。最も内側のコイル層（第１のコイル層）２からコイル軸３までの距離ｄは、コイル１全長にわたって同じ大きさである。また、他のそれぞれのコイル層２’のコイル軸３への距離も同様に、コイル１’の全長に渡り概ね一定である。コイル１の内径はＤ１であり、コイル１の全長にわたって概ね同じ大きさである。１つの巻回面のコイル層２，２’は、均等に重なって配設されるのが好ましい。それぞれのコイル層を、一緒に巻回すると、これらのコイル層は、直接重なることとなる。各コイル層は、コイル１の全長にわたって互いに平行に配設され、かつ並列に接続される。コイル層２，２’の端部には接続端子４，４'が設けられ、各コイル層２，２’は、この接続端子４，４'によって、互いに電気的に接続されている。コイル１は、接続端子４，４'を介して、電気的に接続することができる。コイル層２，２’が巻回されていることにより、コイル１は十分な安定性を有しているため、巻回ボビンやコイルボビンを追加しなくても作製することができる。コイル１のコイル軸３には、フェライトを含むロッドコア５が挿入されている。

図４は、本発明の他の実施形態に係る、互いに隣り合わせに並べた３つのロッドコア５，５'，５"を備える高周波スイングチョークの構造を模式的に示す図である。中央に位置するロッドコア５'は、他の２つの外側に位置するロッドコア５，５"よりも寸法が大きい。ロッドコア５，５'，５"には、それぞれ、コイル１，１'，１"を備えている。また、コイル１，１'，１"は、導線６，６'を介して直列に接続されている。高周波スイングチョークのコイル１，１'，１"は、この高周波スイングチョークの隣り合う２つのコイルの巻回方向が互いに反対向きになるように配設されている。上方の２つのロッドコア５，５'からなる磁気回路は、反時計回りに進む。他方、下方の２つのロッドコア５'，５"からなる磁気回路は、時計回りに進む。中央のロッドコア５'においては、上記２つの磁気回路が重畳する。導線ブリッジ６，６'を介して中央のコイル１'と接続されていないコイル１およびコイル１"の開放コイル端には、この高周波スイングチョークの電気的接続のための接続端子１１，１１'が設けられている。

図５は、本発明に係る高周波スイングチョークのキャスティング装置の構造を模式的に示す図である。このキャスティング装置は、キャスティングケース９を備えている。一方、キャスティングケース９は、バスタブのような形状を有しており、少なくとも４つの側壁と底板を備え、上に向かって開放している。キャスティングケース９の内側の輪郭１０は、キャスティングを施される高周波スイングチョークの形状と補形をなす。キャスティングケース９には、２つのロッドコア５，５'をもつ高周波スイングチョークが収められている。ロッドコア５，５'には、それぞれコイル１，１'が配設されている。ロッドコア５，５'およびコイル１，１'は、キャスティングの間は、キャスティングケース９によって保持され、ついで、硬化したキャスティング材によって固定される。キャスティングが終了した高周波スイングチョークは、この後、キャスティングケースから取り外され、キャスティングケースは、次の高周波スイングチョークにキャスティングを施すために用いられる。

上記の実施形態においては、本発明に係る限られた数の構成例しか記載しなかったが、本発明は、これらに限られるものではない。複数のロッドコアを備える高周波スイングチョークや、１つのロッドコアに複数の互いに離間したコイルを備えた高周波スイングチョークも、原理的には可能である。

本発明は、上記で示した要素の数に限られない。