JP2013042027A - チョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇に起因する磁気的特性の低下や周辺機器への悪影響を及ぼすことなく、最適な磁気バイアスを付与することができ、よって大電流化にも適切に対応することが可能となるチョークコイルを提供する。
【解決手段】環状のコイル６と、このコイルの中心部に挿入された第１のコア５およびコイルの外周に配置された第２のコア３、４によって閉磁路が形成されたコア１とを備え、第１のコア５にギャップ部Ｇが形成されるとともに、ギャップ部Ｇに磁気バイアスを付与するマグネットが配置されたチョークコイルにおいて、マグネットを、第１のコア５の磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内において分割された複数の分割マグネット７によって構成した。
【選択図】図６

Description

本発明は、閉磁路を形成するコアのギャップ部に、磁気バイアスを付与するためのマグネットが配置されたチョークコイルに関するものである。

近年、ＡＶ機器、ＯＡ機器あるいはＦＡ機器の電源回路に組み込まれるチョークコイルには、消費電力を抑えるための低電圧化や、多機能化による消費電力の増加により、これまでよりも大きな電流に対しても、安定的な特性を保持できることが要求されつつある。

従来、このような要請に対応するためのチョークコイルとして、コアのギャップ部に、当該コアの磁束に対して逆向きの磁束を磁気バイアスとして与えるマグネットを配置することにより、直流重畳特性を向上させたものが開発されている。

ところで、この種のマグネットを配置した従来のチョークコイルは、一般に、コアのギャップ部に、所望とする磁気バイアスを付与するのに必要な面積を有する１個のマグネットが配置された構造になっており、当該マグネットとしては、例えば図９（ａ）に示すような円板状のマグネット５０や、図９（ｂ）に示すような方形板状のマグネット５１が用いられている。

ところが、上記従来のチョークコイルにあっては、上記コアからの磁界が急激に変化した際に、電磁誘導効果によってマグネット５０、５１に渦電流が生じ、当該渦電流によるジュール熱によってマグネット５０、５１が発熱してチョークコイルの温度上昇を招くことにより、所望の磁気的特性が得られなくなったり、あるいは上記発熱によって周辺機器に悪影響を及ぼしたりするおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度上昇に起因する磁気的特性の低下や周辺機器への悪影響を及ぼすことなく、最適な磁気バイアスを付与することができ、よって大電流化にも適切に対応することが可能となるチョークコイルを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、環状のコイルと、このコイルの中心部に挿入された第１のコアおよび上記コイルの外周に配置された第２のコアによって閉磁路が形成されたコアとを備え、上記第１のコアにギャップ部が形成されるとともに、当該ギャップ部に磁気バイアスを付与するマグネットが配置されたチョークコイルにおいて、上記マグネットを、上記第１のコアの磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内において分割された複数の分割マグネットによって構成したことを特徴とするものである。

ここで、上記コイルは、ボビンに巻線を施したコイル、単線のコイル、エッジワイズコイル等の各種形態のコイルを含むものである。
また、コアとしては、コイルの中心部に挿入された第１のコアと、コイルの外周に配置された第２のコアとにより、全体としてロ字型あるいは日字型に形成されたものが適用可能である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ギャップ部に、表裏面に貫通する複数の孔部が穿設された樹脂またはフェライトからなる平板状部材が設けられ、上記孔部に上記分割マグネットが挿入されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記第１のコアの上記ギャップ部への対向面に複数の凹部が形成され、当該凹部に上記分割マグネットの端部が挿入されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記複数の分割マグネットは、上記第１のコアの磁路中心を外した位置に配置されていることを特徴とするものである。

請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、第１のコアのギャップ部に、所望の磁気バイアスを与えるに必要な面積を複数に分割した面積を有する分割マグネットを複数配置しているために、第１のコアからの磁界が急激に変化した際にも、従来の１個のマグネットと比較して、各々の分割マグネットにおける渦電流の発生が緩和あるいは抑制される。この結果、分割マグネット全体としての発熱量を減少させて、当該チョークコイルにおける有害な温度上昇を防止することができるとともに、上記渦電流に起因する損失も抑えることができる。

ここで、上記複数の分割マグネットを配置するに際しては、全体として磁力が均等に分布するように配置することが好ましい。しかしながら、実際には、各々の分割マグネットが固有の磁力を有しているために、互いの磁気吸引力により、当該複数の分割マグネットを上記面内において正確に離間させて配置することが難しい。

この点、請求項２に記載の発明によれば、上記ギャップ部に、複数の孔部が穿設された樹脂またはフェライトからなる平板状部材を設け、この平板状部材の孔部に上記分割マグネットを挿入しているために、容易に分割マグネットの均等配置を行うことができる。

加えて、孔部に分割マグネットを挿入した後の平板状部材を、第１のコアのギャップ部に組み込むことにより、上記分割マグネットの配置が完了するために、製造に要する工数も低減することができる。また、上記平板状部材に、予め必要とされる分割マグネットの数よりも多くの孔部を穿設しておけば、適宜、分割マグネットの位置や本数を代えることにより、任意の磁気バイアスに調整することも可能になる。

なお、上記分割マグネットの配置は、例えば請求項３に記載の発明のように、第１のコアのギャップ部への対向面に複数の凹部を形成しておき、当該凹部に上記分割マグネットの端部を挿入することによっても、容易に行うことができる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、分割マグネットを、磁束が集中し易い第１のコアの磁路中心には配置せず、上記磁路中心からずれた位置に配置しているために、当該分割マグネットに鎖交する磁束を減らして、発熱の原因となる渦電流の発生自体をより一層抑制することができる。

本発明に係るチョークコイルの一実施形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はその縦断面図である。 上記チョークコイルのコア形状を示すもので（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 上記チョークコイルの平板状部材の形状およびその使用形態を示す図である。 上記チョークコイルの平板状部材の他の形状およびその使用形態を示す図である。 上記チョークコイルのコアによって分割マグネットの位置決めをした状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１を示す平面図、（ｂ）はその比較例を示す平面図、（ｃ）は実験結果を示す図表である。 （ａ）は、本発明の実施例２を示す平面図、（ｂ）はその比較例を示す平面図、（ｃ）は実験結果を示す図表である。 （ａ）は、本発明の実施例３を示す平面図、（ｂ）はその比較例としての実施例４を示す平面図、（ｃ）は実験結果を示す図表である。 従来のチョークコイルに用いられているマグネットの形状を示す平面図である。

図１〜図５は、本発明に係るチョークコイルの一実施形態およびその変形例を示すもので、図中符号１がフェライトコアである。
このフェライトコア１は、正面視においてＥ型をなす一対の蝶型コア２、２によって、全体として正面視日字状に形成されたものである。

ここで、各々の蝶型コア２は、図２に示すように、平板部３と、この平板部３の長手方向両端部に立設された略板状の外脚４と、これら外脚４間の中央部に立設された円柱状の中脚５とが一体に成形されたもので、中脚５の高さ位置が、外脚４の高さよりも低くなるように形成されている。また、平板部３は、中脚５から両側の外脚４に向けて、各々漸次幅寸法が増加する一対の略扇形状に形成されており、さらに両端部の外脚４の内外周面は、中脚５の軸線を中心とする円弧面状に形成されている。

そして、一対の蝶型コア２は、平板部３が外観略円筒状のコイル６の端面側に配置され中脚５が巻線部内に挿入された状態で、外脚４がコイル６を間に挟んで互いの先端面が当接されることにより、一体化されている。これにより、一対の蝶型コア２のコイル６の中心部に挿入された中脚５（第１のコア）および当該コイル６の外周を囲繞する外脚４および平板部３（第２のコア）によって、閉磁路を形成する日字型のフェライトコア１が構成されるとともに、互いの中脚５間にギャップＧが形成されている。

そして、このギャップＧに、複数の分割マグネット７を組み込んだ平板状部材８が介装されている。
この平板状部材８は、図３（ａ）に示すように、樹脂またはフェライトによって円板状に形成されたもので、表裏面に貫通する複数（図では４つ）の円形の孔部８ａが、互いに中心に対して対象となる位置に穿設されている。そして、図３（ｂ）に示すように、各々の孔部８ａに分割マグネット７が挿入されている。

ここで、分割マグネット７は、ネオジウム磁石あるいはサマリウムコバルト磁石が円板状に形成されたもので、各々の面積が所望の磁気バイアスを与えるに必要な面積を４等分した面積となるように形成されている。これにより、分割マグネット７は、フェライトコア１の中脚５の磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内において、互いに離間して配置されている。また、この配置においては、４つの分割マグネット７が、フェライトコア１における中脚５の磁路中心を外した位置に配置されている。

また、図４（ａ）は、平板状部材の変形例を示すものである。この平板状部材９も、同様に樹脂またはフェライトによって円板状に形成されたものであるが、当該平板状部材９においては、表裏面に貫通する複数（図では３列４行の合計１２）の正方形の孔部９ａが穿設されている。そして、図４（ｂ）に示すように、各々の孔部９ａに、方形板状に形成された分割マグネット７が挿入されている。

以上の構成からなるチョークコイルによれば、一対の蝶型コア２の中脚５間に形成されたギャップ部Ｇに、所望の磁気バイアスを与えるに必要な面積を４等分した分割マグネット７を配置しているために、フェライトコア１における中脚５からの磁界が急激に変化した際にも、従来の１個のマグネットを用いた場合と比較して、各々の分割マグネット７における渦電流の発生が緩和あるいは抑制される。

この結果、４つの分割マグネット７の総発熱量を減少させて、チョークコイルにおける有害な温度上昇を防止することができるとともに、上記渦電流に起因する損失も抑えることができる。加えて、上記蝶型コア２を対向配置したフェライトコア１は、コア損失および直流重畳特性に優れるために、上記磁気バイアスを付与する分割マグネット７と組み合わせることにより、従来品と比較して、より一層小型、軽量であって、かつ経済性に優れたチョークコイルを実現することができる。

しかも、ギャップ部Ｇに、４つの孔部８ａあるいは１２の孔部９ａが穿設された樹脂またはフェライトからなる平板状部材８または９を設け、この平板状部材８、９の孔部８ａ、９ａに分割マグネット７を挿入しているために、容易に分割マグネット７の均等配置を行うことができる。

また、孔部８ａ、９ａに分割マグネット７を挿入した後の平板状部材８、９を、中脚５間のギャップ部Ｇに組み込むことにより、分割マグネット７の配置が完了するために、製造に要する工数も低減することができる。

加えて、図３（ｃ）や図４（ｃ）に示すように、平板状部材８、９に、必要とされる分割マグネット７の数よりも多くの孔部８ａ、９ａを穿設しておけば、適宜、分割マグネット７の位置や配置本数を代えることにより、任意の磁気バイアスに調整することも可能になる。

さらに、図３に示したように、分割マグネット７を、磁束が集中し易い中脚５からの磁路中心には配置せず、上記磁路中心からずれた位置に配置すれば、分割マグネット７に鎖交する磁束を減らして、発熱の原因となる渦電流の発生自体をより一層抑制することができる。

なお、上記実施形態においては、中脚５間のギャップ部Ｇに、複数の分割マグネット７を孔部８ａ、９ａに挿入した平板状部材８、９を配置した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、中脚５のギャップ部Ｇへの対向面に複数の凹部５ａを形成しておき、これら凹部５ａに分割マグネット７の端部を挿入することによって当該分割マグネット７を位置決め・配置してもよい。

また、平板状部材８、９の素材についても、樹脂またはフェライトのいずれも用いることができるが、特に樹脂よりも渦電流の影響が少ないフェライトを用いれば、熱伝導による放熱性を一段と高めることができ、磁気バイアス特性も向上させることが可能になる。

先ず、図６（ａ）に示す１６個の方形板状の分割マグネット７を用いた本発明に係る実施例１のチョークコイルと、図６（ｂ）に示す１個の方形板状のマグネット５１を用いた従来のチョークコイルを用いて、磁石の発熱量の比較実験を行った。
この際に、フェライトコア１としては、いずれも同形の蝶型コア２を用いたものを用い、かつ分割マグネット７の面積の合計を、マグネット５１の面積と等しくした。

図６（ｃ）の結果に示すように、実施例１におけるマグネット７の発熱量は、従来のマグネット５１と比較して、１／１４以下になることが実証された。

次いで、同様の蝶型コア２を用いて、図７（ａ）に示す４個の円板状の分割マグネット７を用いた本発明に係る実施例２のチョークコイルと、図７（ｂ）に示す１個の円板状のマグネット５０を用いた従来のチョークコイルを用いて、磁石の発熱量の比較実験を行った。この際にも、分割マグネット７の面積の合計を、マグネット５０の面積と等しくした。

この結果、図７（ｃ）に示すように、実施例２における分割マグネット７の発熱量は、従来のマグネット５０と比較して、１／３以下になることが実証された。

そこで次に、図８（ａ）に示す１２個の方形板状の分割マグネット７を、中脚５からの磁路中心からずれた位置に配置した本発明に係る実施例３のチョークコイルと、図８（ｂ）に示すように、同形かつ同数の分割マグネット７を、中脚５からの磁路中心も含めてその周囲に配置した本発明に係る実施例４のチョークコイルを用いて、磁石の発熱量の比較実験を行った。

この結果、図８（ｃ）に見られるように、いずれも従来と比較して発熱量は小さくなるとともに、分割マグネット７を中脚５からの磁路中心からずれた位置に配置した図８（ａ）に示す実施例３のチョークコイルにおいては、実施例４のチョークコイルよりも一段と分割マグネット７における発熱量が小さくなることが実証された。

１ フェライトコア
２ 蝶型コア２
３ 平板部（第２のコア）
４ 外脚（第２のコア）
５ 中脚（第１のコア）
５ａ 凹部
６ コイル
７ 分割マグネット
８、９ 平板状部材
８ａ、９ａ 凹部

Claims (4)

1. 環状のコイルと、このコイルの中心部に挿入された第１のコアおよび上記コイルの外周に配置された第２のコアによって閉磁路が形成されたコアとを備え、上記第１のコアにギャップ部が形成されるとともに、当該ギャップ部に磁気バイアスを付与するマグネットが配置されたチョークコイルにおいて、
   上記マグネットを、上記第１のコアの磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内において分割された複数の分割マグネットによって構成したことを特徴とするチョークコイル。
2. 上記ギャップ部に、表裏面に貫通する複数の孔部が穿設された樹脂またはフェライトからなる平板状部材が設けられ、上記孔部に上記分割マグネットが挿入され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. 上記第１のコアの上記ギャップ部への対向面に複数の凹部が形成され、当該凹部に上記分割マグネットの端部が挿入されてい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. 上記複数の分割マグネットは、上記第１のコアの磁路中心を外した位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のチョークコイル。

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