JP2016051873A - コア構造、インターリーブ用チョークコイル及びトランス - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ磁束を低減可能で、安価に製造可能な磁気コア構造を提供する。
【解決手段】巻線２０が巻回される中脚部１２を備え、側面視でＥ字状に形成された一対の磁気コア１１が対向配置される磁気コア構造１０であって、前記一対の磁気コアは、基部１３と、前記基部１３の長手方向に沿って立設された複数の中脚部１２と、各中脚部１２を覆うように前記基部１３の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部１４とを備え、巻線２０ａが巻回された一つの中脚部１２ａに生じる磁束が他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交しないように、前記基部１３に例えばスリット状の高磁気抵抗領域１５が形成されている磁気コア構造。
【選択図】図３

Description

本発明は、巻線が巻回される中脚部を備え、側面視でＥ字状に形成された一対の磁気コアが対向配置される磁気コア構造、当該コア構造が採用されたインターリーブ用チョークコイル及びトランスに関する。

特許文献１には、実質的に２個の独立したチョークコイルとして機能する２イン１構造を有し、コスト低減及び外形寸法の小型化を図ることのできるインターリーブ用ＰＦＣチョークコイルが開示されている。

当該インターリーブ用ＰＦＣチョークコイルは、所謂ＥＩＥ形で構成され、中脚部と、中脚部の少なくとも両側に位置する外側脚部と、中脚部と外側脚部とを連絡する連絡部とを有する第１及び第２の磁気コアと、第１の磁気コアの中脚部の外周に巻回された第１コイル巻線及び第２の磁気コアの中脚部に巻回される第２コイル巻線と、平板状の第３の磁気コアとを備え、第１及び第２の磁気コアは、第３の磁気コアを挟んで外側脚部が相互に突き合わされ、かつ各々の中脚部と前記第３の磁気コアとの間にはギャップが設けられ、第１コイル巻線と第２コイル巻線の電流方向は同一で各電流に起因する第３の磁気コアを通る磁束は互いに逆向きに設定されている。

特許文献２には、良好な出力が得られ且つ小型化可能なインターリーブ用ＰＦＣチョークコイルとして、磁気コア及び複数の巻線を備え、磁気コアは、複数の巻線の夫々が巻き回される複数の巻線用アームと、巻線用アームの夫々と磁束のループを形成する少なくとも１つの共通アームと、一対の基部とを有し、巻線用アーム及び共通アームは、一対の基部の間に位置するように構成されているインダクタが開示されている。

特開２０１０−２５８３９５号公報 特表２０１３−５０１３４６号公報

しかし、上述した特許文献１に開示された構成を採用すると、Ｅ形の磁気コアとＩ形の磁気コアの２種類のコアを用いる必要があり、それに伴って金型の２種類必要になり金型コストが嵩むという問題があった。

しかも、Ｅ形の磁気コアの外側脚部と突き合わされるＩ形磁気コアの接触面の精度を確保するために、Ｉ形磁気コアの表面を研磨する等の工程が発生して加工コストも嵩むという問題もあった。

また、特許文献２に開示された構成を採用すると、巻線の周囲が大きく露出するため、大きな漏れ磁束による損失が発生するという問題があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、漏れ磁束を低減可能で、安価に製造可能な磁気コア構造、インターリーブ用チョークコイル及びトランスを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による磁気コア構造の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、巻線が巻回される中脚部を備え、側面視でＥ字状に形成された一対の磁気コアが対向配置される磁気コア構造であって、前記一対の磁気コアは、基部と、前記基部の長手方向に沿って立設された複数の中脚部と、各中脚部を覆うように前記基部の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部とを備え、巻線が巻回された一つの中脚部に生じる磁束が他の中脚部に巻回された巻線と鎖交しないように、高磁気抵抗領域が形成されている点にある。

一対の基部の間にその長手方向に沿って複数対の中脚部が形成され、夫々に巻線が巻回される。そして、一つの巻線により生じる磁束は、当該一対の中脚部及び外側脚部を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成され、高磁気抵抗領域を通ることがなく、従って他の中脚部に巻回された巻線と鎖交することが無い。従って、例えば互いに独立した複数のコイルや複数のトランスを一つの磁気コア構造で実現できるようなる。

このような複数対の中脚部は、基部の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部で磁気遮蔽されるので、各巻線の漏れ磁束は十分に低減されるようになる。さらに、磁気コア構造は、側面視でＥ字状の同一形状に形成された一対の磁気コアを対向配置すればよいので、共通の金型で製造可能であり、互いの接合面は同じ研磨工程でばらつきなく精度よく研磨でき、Ｉ形磁気コアのように表面を均一に研磨するような煩雑な作業が不要になる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記高磁気抵抗領域が前記基部に形成されている点にある。

一つの巻線により生じる磁束は、基部に形成された高磁気抵抗領域を通って他の中脚部に巻回された巻線と鎖交するようなことが無く、当該一対の中脚部及び外側脚部を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成されるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記高磁気抵抗領域が前記基部に形成され、前記中脚部の脚幅より長いスリットで構成されている点にある。

一つの巻線により生じる磁束は、基部に形成され、中脚部の脚幅より長いスリット、つまり高磁気抵抗領域を通って他の中脚部に巻回された巻線と鎖交するようなことが無く、当該一対の中脚部及び外側脚部を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成されるようになる。このような磁気コア構造が発熱しても、スリットが周辺の空気流の流入孔または流出孔として機能して冷却能力を備えることもできるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記スリットに非磁性体が充填されている点にある。

例えば、スリットに非磁性体として硬質ガラスやセラミックス等を充填することにより、磁気抵抗の高い遮蔽領域を空隙に形成する場合よりも機械的強度を増すことができるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記中脚部の立設長さが前記外側脚部よりも短く形成され、対向配置された各外側脚部が当接した状態で前記中脚部間に形成されるギャップにより前記高磁気抵抗領域が構成されている点にある。

一つの巻線により生じる磁束は、当該中脚部に形成されたギャップにより磁気飽和することが無い状態で当該一対の中脚部及び外側脚部を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成され、他の一対の中脚部に形成されたギャップが高磁気抵抗領域となるので、そのような領域を通って他の中脚部に巻回された巻線と鎖交するようなことはない。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記中脚部、前記基部及び前記外側脚部は圧粉磁性体またはフェライトの何れかの単一の材料で構成されている点にある。

中脚部、基部及び外側脚部の全てを同一の材料を用いて構成すれば、シンプルな製造工程で製造でき、例えば鉄ダストやセンダストのような圧粉磁性体で形成すれば安価に製造でき、フェライトを用いれば安価且つコア損失の低い磁性コア構造を実現できる。

同第七の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記中脚部は、前記基部及び前記外側脚部より磁気抵抗が高い材料で構成されている点にある。

例えば巻線が巻回される中脚部を圧粉磁性体で構成し、基部及び外側脚部をフェライトで構成する等、中脚部を他よりも磁気抵抗が高い材料で構成すれば、一つの巻線により生じる磁束が他の中脚部に巻回された巻線との鎖交をより確実に阻止できるようになる。

本発明によるインターリーブ用チョークコイルの特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成を備えた磁気コア構造を備え、各中脚部に巻回された巻線がＰＦＣチョークコイルとして機能する点にある。

本発明によるトランスの特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成を備えた磁気コア構造を備え、各中脚部に一次巻線及び／または二次巻線が巻回されている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、漏れ磁束を低減可能で、安価に製造可能な磁気コア構造、インターリーブ用チョークコイル及びトランスを提供することができるようになった。

インターリーブ方式のＰＦＣ回路の説明図 （ａ）は本発明による磁気コア構造に用いる磁気コアの正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同斜視図 （ａ）から（ｃ）は磁気コア構造の組立て説明図 （ａ），（ｂ）は磁気コア構造を用いたインターリーブ用チョークコイルの説明図 別実施形態を示し、（ａ）は本発明による磁気コア構造に用いる磁気コアの正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同斜視図 別実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は磁気コア構造を用いたインターリーブ用チョークコイルの説明図 別実施形態を示し、（ａ）は本発明による磁気コア構造に用いる磁気コアの正面図、（ｂ）は同側面図 別実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は磁気コア構造を用いたインターリーブ用チョークコイルの説明図 別実施形態を示し、（ａ）は本発明による磁気コア構造を用いたインターリーブ用チョークコイルの正面図、（ｂ）は同側面図

以下、本発明による磁気コア構造、インターリーブ用チョークコイル及びトランスを図面に基づいて説明する。

図１には、本発明によるインターリーブ用チョークコイルが用いられるＰＦＣ回路１が示されている。ＰＦＣ回路１は、チョークコイルＬ１、スイッチ素子ＳＷ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣでなる第１の昇圧回路２と、チョークコイルＬ２、スイッチ素子ＳＷ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣでなる第２の昇圧回路３を備えて構成されている。共通のコンデンサＣが２つの昇圧回路２，３で充電されるように構成されている。

交流電圧Ｖａが整流回路４で全波整流された脈流電圧Ｖｉが入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に入力されている。図示しない制御回路によってスイッチ素子ＳＷ１がオン制御されると脈流電圧ＶｉによってチョークコイルＬ１が充電され、スイッチ素子ＳＷ１がオン制御されると脈流電圧ＶｉとともにチョークコイルＬ１に充電された電圧でコンデンサＣが充電される。

同様に、図示しない制御回路によってスイッチ素子ＳＷ２がオン制御されると脈流電圧ＶｉによってチョークコイルＬ２が充電され、スイッチ素子ＳＷ２がオン制御されると脈流電圧ＶｉとともにチョークコイルＬ２に充電された電圧でコンデンサＣが充電される。

図示しない制御回路によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２は１８０度の位相差で連続的にオン／オフ制御され、コンデンサＣに充電されたリップルの小さな直流電流が出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力される。

図１には、２相のＰＦＣ回路１が示されているが、例えば、昇圧回路が４つ設けられ、位相差９０度で各昇圧回路のスイッチ素子が連続的にオン／オフ制御される態様や、昇圧回路が３つ設けられ、位相差１２０度で各昇圧回路のスイッチ素子が連続的にオン／オフ制御される態様であってもよい。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）には、このようなＰＦＣ回路１に用いられるチョークコイル２を構成する磁気コア構造１０が示されている。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、磁気コア構造１０は互いに対向して配置される側面視でＥ字状に形成された一対の磁気コア１１で構成され、各磁気コア１１は、基部１３と、基部１３の長手方向に沿って立設された複数（本実施形態では２本であるが、２本以上備えていてもよい。）の中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）と、各中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）を覆うように基部１３の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部１４とを備えて構成されている。中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）と外側脚部１４は、基部１３からの立設長さＨが等しくなるように構成され、その端面は平坦に研磨されている。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基部１３に立設された中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）は円柱状に形成され、円筒形状のボビン２１（２１ａ，２１ｂ）に巻回された巻線２０（２０ａ，２０ｂ）がそれぞれの中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）に挿入された状態で、互いの中脚部１２（１２ａ，１２ｂ）及び外側脚部１４の端面が密着するように対向配置される。

このようにして巻線２０ａが巻回された一つの中脚部１２ａに生じる磁束が他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交しないように、基部１３に高磁気抵抗領域１５が形成されている。高磁気抵抗領域１５は、隣接する中脚部１２ａの中央部位で、中脚部１２の脚幅Ｗ１より長い幅Ｗに形成されたスリット１５ａで構成されている（図２（ａ）参照）。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、一つの巻線２０ａにより生じる磁束φａは、基部１３に形成され、中脚部１２ａの脚幅より長いスリット、つまり高磁気抵抗領域１５を通って他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交するようなことが無く（図４（ａ）参照）、当該一対の中脚部１２ａ及び外側脚部１４を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成されるようになる（図４（ｂ）参照）。このような磁気コア構造が発熱しても、スリットが周辺の空気流の流入孔または流出孔として機能して冷却能力を備えることもできるようになる。

尚、スリット１５ａの長さは、図２（ａ）で説明したように、中脚部１２の脚幅Ｗ１より長い幅Ｗに構成されることが好ましいが、一つの巻線２０ａにより生じる磁束φａが他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交するようなことが無い程度であればその形状は特に限定されることはない。

このような複数対の中脚部１２は、基部１３の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部１４で磁気遮蔽されるので、各巻線２０の漏れ磁束は十分に低減されるようになる。さらに、磁気コア構造１０は、側面視でＥ字状の同一形状に形成された一対の磁気コア１１を対向配置すればよいので、共通の金型で製造可能であり、互いの接合面は同じ研磨工程でばらつきなく精度よく研磨でき、Ｉ形磁気コアのように表面を均一に研磨するような煩雑な作業が不要になる。

高磁気抵抗領域１５となるスリットに非磁性体が充填されていることが好ましく、例えば、スリットに非磁性体として硬質ガラスやセラミックス等を充填することにより、磁気抵抗の高い遮蔽領域を空隙に形成する場合よりも機械的強度を増すことができるようになる。

中脚部１２、基部１３及び外側脚部１４は、圧粉磁性体またはフェライトの何れかの単一の材料で構成されていることが好ましく、同一材料を用いる場合には、シンプルな金型及び製造工程で容易に製造でき、例えば鉄ダストやセンダストのような圧粉磁性体で形成すれば安価に製造でき、またフェライトを用いれば安価且つコア損失の低い磁性コア構造を実現できる。

上述とは逆に、中脚部１２は、基部１３及び外側脚部１４より磁気抵抗が高い材料で構成されていてもよく、例えば巻線２０が巻回される中脚部１２を圧粉磁性体で構成し、基部１３及び外側脚部１４をフェライトで構成する等、中脚部１２を他よりも磁気抵抗が高い材料で構成すれば、一つの巻線２０ａにより生じる磁束が他の中脚部に巻回された巻線２０ｂとの鎖交をより確実に阻止できるようになる。

以下、別実施形態を説明する。
図５に示すように、中脚部１２の立設長さＨが外側脚部１４の立設長さＨ１よりも短く形成され、対向配置された各外側脚部１４が当接した状態で中脚部１２ａ，１２ｂ間に形成されるギャップＧにより高磁気抵抗領域１５が構成されていてもよい。

図６に示すように、一つの巻線２０ａにより生じる磁束φａは、当該中脚部１２ａに形成されたギャップＧにより磁気飽和することが無い状態で当該一対の中脚部１２ａ，１２ａ及び外側脚部１４を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成され（図６（ｂ）参照）、他の一対の中脚部１２ｂ，１２ｂに形成されたギャップＧが高磁気抵抗領域１５となるので、そのような領域を通って他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交するようなことはない（図６（ａ）参照）。

図７、図８、図９には、さらに別の実施形態が示されている。本実施形態は、上述した図５と同様に、中脚部１２の立設長さＨが外側脚部１４の立設長さＨ１よりも短く形成され、対向配置された各外側脚部１４が当接した状態で中脚部１２ａ，１２ｂ間に形成されるギャップＧにより高磁気抵抗領域１５が構成されている。

上述した実施形態では、平板上の基部１３に中脚部１２が積層された構成であるが、本実施形態では、平板上の基部１３に形成された孔部に中脚部１２が埋設されるように取り付けられている。また、外側脚部１４は平板状ではなく、内側面が円柱状の中脚部１２と同軸心の円筒形に形成され、その断面積が中脚部１２の断面積の略１／２に形成されている。中脚部、基部、外側脚部の全てがフェライトで構成されている。

図８に示すように、一つの巻線２０ａにより生じる磁束φａは、当該中脚部１２ａに形成されたギャップＧにより磁気飽和することが無い状態で当該一対の中脚部１２ａ，１２ａ及び外側脚部１４を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成され（図８（ｂ）参照）、他の一対の中脚部１２ｂ，１２ｂに形成されたギャップＧが高磁気抵抗領域１５となるので、そのような領域を通って他の中脚部１２ｂに巻回された巻線２０ｂと鎖交するようなことはない（図８（ａ）参照）。

図９には、フェノール樹脂等でなる絶縁樹脂製の端子台３０を備えた構成が示されている。端子台３０には、各巻線端子が接続されたピン３１が突出配置され手いる。

上述した実施形態では、何れも中脚部が断面が真円の円柱形状に形成された例を説明したが、中脚部は断面が楕円または長円の円柱形状であってもよく、断面が四角形、六角形、八角形等の角柱形状に形成されていてもよい。

上述した実施形態では、基部に形成されたスリットまたは中脚部に形成されたギャップによって高磁気抵抗領域が形成され、巻線が巻回された一つの中脚部に生じる磁束が他の中脚部に巻回された巻線と鎖交しないように構成されていたが、高磁気抵抗領域はギャップやスリットで構成される態様に限るものではなく、中脚部が基部及び外側脚部より磁気抵抗が高い材料で構成されていてもよい。

この場合、一つの巻線により生じる磁束は、当該中脚部を構成する高磁気抵抗領域と外側脚部を通る磁気抵抗の低い磁路に沿うように形成され、他の一対の中脚部を構成する高磁気抵抗領域に対して、そのような領域を通って他の中脚部に巻回された巻線と鎖交するようなことはない。

上述した実施形態では、本発明による磁気コア構造１１を備え、各中脚部１２に巻回された巻線２０が２相のＰＦＣチョークコイルとして機能するインターリーブ用チョークコイルを例に説明したが、本発明によるインターリーブ用チョークコイルは２相に限るものではなく、３相または４相以上の複相にも対応可能であり、その場合には、基部１３の長手方向に沿って中脚部１２が３本または４本以上立設され、それら中脚部１２同士の間の基部１３にそれぞれ高磁気抵抗領域１５となるスリットが形成されていればよい。また、スリットに代えて各中脚部１２にギャップＧが形成されていてもよい。

本発明による磁気コア構造１１を備えたトランスを構成することも可能である。この場合、各中脚部１２に一次巻線及び／または二次巻線が巻回されていればよく、高磁気抵抗領域の存在により互いのトランスの相互誘導が回避できるようになる。尚、基部１３の長手方向に隣接する二本の中脚部１２の一方に一次巻線が巻回され、他方に二次巻線が巻回される場合には、当該二本の中脚部１２の間に高磁気抵抗領域を形成する必要はなく、当該二本の中脚部１２と他の二本の中脚部１２との間に高磁気抵抗領域を形成すればよい。

尚、上述した各実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

１０：磁気コア構造
１１：磁気コア
１２：中脚部
１３：基部
１４：外側脚部
１５：高磁気抵抗領域
２０：巻線

Claims (9)

1. 巻線が巻回される中脚部を備え、側面視でＥ字状に形成された一対の磁気コアが対向配置される磁気コア構造であって、
   前記一対の磁気コアは、基部と、前記基部の長手方向に沿って立設された複数の中脚部と、各中脚部を覆うように前記基部の長手方向両側部に沿って立設された板状の外側脚部とを備え、
   巻線が巻回された一つの中脚部に生じる磁束が他の中脚部に巻回された巻線と鎖交しないように、高磁気抵抗領域が形成されている磁気コア構造。
2. 前記高磁気抵抗領域が前記基部に形成されている請求項１記載の磁気コア構造。
3. 前記高磁気抵抗領域が前記基部に形成され、前記中脚部の脚幅より長いスリットで構成されている請求項１記載の磁気コア構造。
4. 前記スリットに非磁性体が充填されている請求項３記載の磁気コア構造。
5. 前記中脚部の立設長さが前記外側脚部よりも短く形成され、対向配置された各外側脚部が当接した状態で前記中脚部間に形成されるギャップにより前記高磁気抵抗領域が構成されている請求項１記載の磁気コア構造。
6. 前記中脚部、前記基部及び前記外側脚部は圧粉磁性体またはフェライトの何れかの単一の材料で構成されている請求項１から５の何れかに記載の磁気コア構造。
7. 前記中脚部は、前記基部及び前記外側脚部より磁気抵抗が高い材料で構成されている請求項１から５の何れかに記載の磁気コア構造。
8. 請求項１から７の何れかの磁気コア構造を備え、各中脚部に巻回された巻線がＰＦＣチョークコイルとして機能するインターリーブ用チョークコイル。
9. 請求項１から７の何れかの磁気コア構造を備え、各中脚部に一次巻線及び／または二次巻線が巻回されているトランス。

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