JP2016134399A - コイル - Google Patents
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Abstract
【課題】ボビンの物理的な構造の再現性を高め、巻線における発熱を低減させる方法を提供する。【解決手段】空隙を設けた中央磁脚111、121と2つの側磁脚112、113並びに122、123とを有するコア110、120と、内部に中央磁脚を嵌入し、かつ、外部に巻線140を巻き付けるボビン130と、ボビンとコアとの相対的位置を位置決めする嵌合手段と、を備える。嵌合手段は、ボビンのフランジ部132、133の縁側に設けられた嵌合溝134a、134b、134c、134dと、コアにおける側磁脚の付け根に設けられた嵌合突起124a他と、が嵌合されることによって構成される。【選択図】図2
Description
本発明は、コイルに関する。
高周波領域にて使用される大電力用のコイルでは、磁界の強さを増してもコア内の磁束密度が上昇しなくなるという、磁気飽和と呼ばれる現象が発生する。そこで、この磁気飽和を回避するために、コアの一部に空隙を設けることが一般に行われている。
E字型の強磁性体を2つ組み合わせたコア(EE型コア)を有するコイルでは、コアの一部に空隙を設ける方式として、スペーサギャップ方式とセンタギャップ方式とが一般に知られている。コアの一部に空隙を設けた場合、当該空隙から磁束が漏れることになるが、スペーサギャップ方式では、この漏れ磁束を防ぐために、コアの空隙の周囲を金属板で囲むことが一般的である。一方、センタギャップ方式では、コアの空隙の周囲に巻線が巻かれているので、巻線が漏れ磁束を遮蔽する役割を兼ねることができる利点がある。
しかしながら、センタギャップ方式でコアに空隙を設けた場合、当該空隙から発生した漏れ磁束が巻線に渦電流を発生させてしまい、巻線が発熱してしまうという問題が発生してしまう(例えば特許文献1参照)。
そこで、漏れ磁束の影響による巻線の発熱が許容範囲となるようにコアと巻線との間に適切な距離を隔ててコイルの設計をするのだが、巻線が巻かれるボビンの物理的再現性の誤差により、コアと巻線との距離を均一に製造することは一般に困難である。結果、コイルの製品ごとに、発熱量のバラツキを生じさせてしまう。このことは、許容発熱量の設定に過大な余裕を考慮する必要性を生じさせ、コイルの小型化への妨げにもなっている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、ボビンの物理的な構造の再現性を高め、巻線における発熱を低減させることができるコイルを提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るコイルは、空隙を設けた中央磁脚と2つの側磁脚とを有するコアと、内部に前記中央磁脚を嵌入し、かつ、外部に巻線を巻き付けるボビンと、前記ボビンと前記コアとの相対的位置を位置決めする嵌合手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るコイルは、上記発明において、前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部の縁側に設けられた嵌合溝と、前記コアにおける前記側磁脚の付け根に設けられた嵌合突起と、が嵌合されることによって構成される、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るコイルは、上記発明において、前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部の縁面と、前記コアにおける前記側磁脚の付け根に延設された当接断部の側面と、が当接されることによって構成される、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るコイルは、上記発明において、前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部に設けられた突条と、前記コアにおける前記中央磁脚と前記側磁脚との間に設けられた嵌合溝と、が嵌合されることによって構成される、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るコイルは、上記発明において、前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部に設けられた嵌合突起と、前記コアにおける前記中央磁脚と前記側磁脚との間に設けられた嵌合孔と、が嵌合されることによって構成される、ことを特徴とする。
本発明に係るコイルは、ボビンの物理的な構造の再現性を高め、巻線における発熱を低減させることができる。
以下に、本発明の実施形態に係るコイルについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係るコイル100の外観を示す図であり、図2は、第1実施形態に係るコイル100の部品分解図である。
図1は、第1実施形態に係るコイル100の外観を示す図であり、図2は、第1実施形態に係るコイル100の部品分解図である。
図1および図2に示されるように、第1実施形態に係るコイル100は、第1のコア110と、第2のコア120と、ボビン130と、巻線140とを備えている。
第1のコア110は、中央磁脚111と2つの側磁脚112,113とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。同様に、第2のコア120は、中央磁脚121と2つの側磁脚122,123とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。第1のコア110および第2のコア120を構成する強磁性体は、例えばフェライトやケイ素鋼などの一般的な磁性体を用いればよい。
第1のコア110と第2のコア120とは、組み合わせた際に、センタギャップ方式のEE型コアを形成する。すなわち、第1のコア110と第2のコア120とを組み合わせた際に、側磁脚112,113と側磁脚122,123とがそれぞれ当接する一方、中央磁脚111と中央磁脚121とが当接しない構成である。言い換えると、中央磁脚111と中央磁脚121との間に空隙が設けられる構成となっている。
ボビン130は、巻線140を巻き付けるためのものであり、筒部131と2つのフランジ部132,133とを備えている。筒部131は、内部に第1のコア110における中央磁脚111および第2のコア120における中央磁脚121が嵌入され、外部に巻線140が巻き付けられる。したがって、巻線140は、ボビン130を介して、中央磁脚111および中央磁脚121に巻き付けられる。なお、巻線140は、エナメル等で被覆された一般的な銅線を用いればよい。
ボビン130のフランジ部132,133は、ボビン130を第1のコア110と第2のコア120とに固定するためのものである。第1のコア110と第2のコア120とが組み合わされて一体化した際に、ボビン130のフランジ部132,133は、それぞれ第1のコア110と第2のコア120とに当接される。
また、フランジ部132,133の縁側には、嵌合溝134a,134b,134c,134dが設けられている。これら嵌合溝134a,134b,134c,134dは、第1のコア110および第2のコア120における側磁脚112,113,122,123の付け根に設けられた嵌合突起124aと嵌合し、第1のコア110および第2のコア120に対するボビン130の位置決めを行う。なお、図2中には、図示する視点の関係上、1つの嵌合突起124aのみが図示されているが、すべての嵌合溝134a,134b,134c,134dに対応するように、第1のコア110および第2のコア120にそれぞれ2つの嵌合突起が設けられている。
次に、図3および図4を参照しながら、上記構成の作用について説明する。図3は、第1実施形態に係るコイル100の断面図であり、図4は、ボビン130のフランジ部付近の拡大断面図である。
図3に示されるように、第1のコア110と第2のコア120とは、組み合わされて、センタギャップ方式のEE型コアを形成している。したがって、中央磁脚111と中央磁脚121との間に空隙Gが設けられている。
この空隙Gを通過する際に、中央磁脚111と中央磁脚121との間に発生する磁束は周囲に漏れることになる。この漏れ磁束が、巻線140を通過する際に、渦電流を発生させることになる。最終的に、巻線140に発生した渦電流は、巻線140の電気抵抗によって熱へと変換されてしまう。
以上のように、巻線140に発生する発熱の原因は、空隙Gから発生する漏れ磁束であるので、巻線140に到達する漏れ磁束の量が適切な許容範囲に収まるように設計及び製造する。このためには、巻線140が空隙Gから均等に離隔されていることが重要である。下式に表される磁界に関するクーロン法則より解るように、磁界の強さは距離の2乗に反比例するので、巻線140が空隙Gから離れるほど急激に漏れ磁束の影響は小さくなる。つまり、巻線140の位置に偏りがあり、巻線140の一部でも空隙Gに近い部分が存在してしまうと、その部分は局所的に大きな発熱を生じることになる。
そこで、本実施形態に係るコイル100では、巻線140が巻かれたボビン130の中央磁脚111および中央磁脚121に対する相対的位置を高精度に位置決めするために、ボビン130に設けた嵌合溝134a,134b,134c,134dと、第1のコア110および第2のコア120にそれぞれ設けた嵌合突起114c,114d,124a,124bとを嵌合させる。
図4を参照しながら、上記構成の利点を説明する。図4に示されるように、ボビン130の筒部131と中央磁脚121との間の隙間G0は、嵌合溝134aと嵌合突起124aとの間の隙間G1に比べて大きい。ボビン130の筒部131の内側は、全長に亘って中央磁脚111および中央磁脚121が挿入されるので、製造上の観点からある程度の余裕が必要となるからである。一方、嵌合溝134aおよび嵌合突起124aは、ボビン130の位置決めに特化した構成であり、余裕を持たせ製造すべき特段の事情は存在しないので、所望の程度まで設計および製造の精度を高めることができる。さらに、隙間G1を実質的に0とし、いわゆる圧入とすることも可能である。
したがって、嵌合溝134aと嵌合突起124aとを嵌合させることによってボビン130の位置決めを行えば、ボビン130の筒部131と中央磁脚121との間の隙間G0に適切な余裕を持たせながらも、ボビン130の位置の偏りを抑制することができる。
以上のように、本実施形態に係るコイル100は、ボビン130と第1のコア110および第2のコア120との相対的位置を位置決めする嵌合手段として、嵌合溝134a,134b,134c,134dと嵌合突起114c,114d,124a,124bとを備えているので、ボビン130の位置の偏りを抑制することがでる。結果、中央磁脚111と中央磁脚121との間の空隙から発生する漏れ磁束の影響により巻線140が発熱することを抑制することができる。
〔第2実施形態〕
図5は、第2実施形態に係るコイル200の外観を示す図であり、図6は、第2実施形態に係るコイル200の部品分解図である。
図5は、第2実施形態に係るコイル200の外観を示す図であり、図6は、第2実施形態に係るコイル200の部品分解図である。
図5および図6に示されるように、第2実施形態に係るコイル200は、第1のコア210と、第2のコア220と、ボビン230と、巻線240とを備えている。
第1実施形態と同様に、第1のコア210は、中央磁脚211と2つの側磁脚212,213とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。また、第2のコア220は、中央磁脚221と2つの側磁脚222,223とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。第1のコア210と第2のコア220とは、組み合わせた際に、センタギャップ方式のEE型コアを形成する。また、ボビン230は、筒部231と2つのフランジ部232,233とを備えている。筒部231は、内部に中央磁脚211および中央磁脚221が嵌入され、外部に巻線240が巻き付けられる。
一方、第1実施形態とは異なり第2実施形態では、ボビン230のフランジ部232,233に嵌合溝が設けられていない。第2実施形態では、フランジ部232,233の縁面234a,234b,234c,234dが第1のコア210および第2のコア220に嵌合する。
第1のコア210および第2のコア220における側磁脚212,213,222,223の付け根には、当接段部224aが延設されている。当該当接段部224aが設けられている箇所は、フランジ部232,233の縁面234a,234b,234c,234dに対応している。なお、図6中には、図示する視点の関係上、1つの当接段部224aのみが図示されているが、すべての縁面234a,234b,234c,234dに対応するように、第1のコア210および第2のコア220にそれぞれ2つの当接段部が設けられている。
図7は、当接段部224aの形状を示す部分拡大断面図であり、図8は、当接段部224aの構成を示す部分拡大上面図である。図8に示されるように、当接段部224aは、第2のコア220における側磁脚222の付け根に延設されている。図7に示されるように、当接段部224aの側面は、中央磁脚221と略平行となるように設けられている。当接段部224aの側面とフランジ部233の縁面234aとが当接し、第2のコア220に対するボビン230の相対的位置が位置決めされる。
以上のように、本実施形態に係るコイルは、ボビン230と第1のコア210および第2のコア220との相対的位置を位置決めする嵌合手段として、フランジ部232,233の縁面234a,234b,234c,234dと、第1のコア210および第2のコア220の当接段部とを備えている。上記当接段部はボビン230の位置決めに特化した構成であり、余裕を持たせ製造すべき特段の事情は存在しないので、所望の程度まで設計および製造の精度を高めることができる。さらに、フランジ部232,233の縁面234a,234b,234c,234dと、第1のコア210および第2のコア220の当接段部との隙間を実質的に0とし、いわゆる圧入とすることも可能である。結果、中央磁脚211と中央磁脚221との間の空隙から発生する漏れ磁束の影響により巻線240が発熱することを抑制することができる。
〔第3実施形態〕
図9は、第3実施形態に係るコイル300の外観を示す図であり、図10は、第3実施形態に係るコイル300の部品分解図である。
図9は、第3実施形態に係るコイル300の外観を示す図であり、図10は、第3実施形態に係るコイル300の部品分解図である。
図9および図10に示されるように、第3実施形態に係るコイル300は、第1のコア310と、第2のコア320と、ボビン330と、巻線340とを備えている。
第1実施形態と同様に、第1のコア310は、中央磁脚311と2つの側磁脚312,313とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。また、第2のコア320は、中央磁脚321と2つの側磁脚322,323とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。第1のコア310と第2のコア320とは、組み合わせた際に、センタギャップ方式のEE型コアを形成する。また、ボビン330は、筒部331と2つのフランジ部332,333とを備えている。筒部331は、内部に中央磁脚311および中央磁脚321が嵌入され、外部に巻線340が巻き付けられる。
一方、第1実施形態とは異なり、第3実施形態では、ボビン330のフランジ部332,333には、突条334a,334b,334c,334dが設けられている。これら、突条334a,334b,334c,334dは、第1のコア310および第2のコア320に設けられた嵌合溝314c,314d,324a,324bに嵌合し、第1のコア310および第2のコア320に対するボビン330の位置決めを行う。
次に、図11および図12を参照しながら、上記構成の作用について説明する。図11は、第3実施形態に係るコイル300の断面図であり、図12は、ボビン330のフランジ部付近の拡大断面図である。
図11に示されるように、第3実施形態に係るコイル300も、第1実施形態と同様に、センタギャップ方式であるので、中央磁脚311と中央磁脚321との間に空隙Gが設けられている。そして、この空隙Gから発生した漏れ磁束は、巻線340に渦電流を発生させ、巻線340を発熱させる。したがって、巻線340の位置に偏りがあり、巻線340の一部でも空隙Gに近い部分が存在してしまうと、その部分は局所的に大きな発熱を生じることになる。
そこで、本実施形態に係るコイル300では、巻線340が巻かれたボビン330の中央磁脚311および中央磁脚321に対する相対的位置を高精度に位置決めするために、ボビン330に設けた突条334a,334b,334c,334dと、第1のコア310および第2のコア320にそれぞれ設けた嵌合溝314c,314d,324a,324bとを嵌合させる。
上記構成であっても、第1実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、図12に示されるように、ボビン330の筒部331と中央磁脚321との間の隙間G0は、突条334aと嵌合溝324aとの間の隙間G1に比べて大きい。そして、突条334aと嵌合溝324aとを嵌合させることによってボビン330の位置決めを行えば、ボビン330の筒部331と中央磁脚321との間の隙間G0に適切な余裕を持たせながらも、ボビン330の位置の偏りを抑制することができる。
以上のように、本実施形態に係るコイル300は、ボビン330と第1のコア310および第2のコア320との相対的位置を位置決めする嵌合手段として、突条334a、334b,334c,334dと嵌合溝314c,314d,324a,324bとを備えている。上記突条及び嵌合溝はボビン330の位置決めに特化した構成であり、余裕を持たせ製造すべき特段の事情は存在しないので、所望の程度まで設計および製造の精度を高めることができる。さらに、隙間G0を実質的に0とし、いわゆる圧入とすることも可能である。結果、中央磁脚311と中央磁脚321との間の空隙から発生する漏れ磁束の影響により巻線340が発熱することを抑制することができる。
〔第4実施形態〕
図13は、第4実施形態に係るコイル400の外観を示す図であり、図14は、第4実施形態に係るコイル400の部品分解図である。
図13は、第4実施形態に係るコイル400の外観を示す図であり、図14は、第4実施形態に係るコイル400の部品分解図である。
図13および図14に示されるように、第4実施形態に係るコイル400は、第1のコア410と、第2のコア420と、ボビン430と、巻線440とを備えている。
第3実施形態と同様に、第1のコア410は、中央磁脚411と2つの側磁脚412,413とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。また、第2のコア420は、中央磁脚421と2つの側磁脚422,423とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。第1のコア410と第2のコア420とは、組み合わせた際に、センタギャップ方式のEE型コアを形成する。また、ボビン430は、筒部431と2つのフランジ部432,433とを備えている。筒部431は、内部に中央磁脚411および中央磁脚421が嵌入され、外部に巻線440が巻き付けられる。
また、第3実施形態と同様に、ボビン430のフランジ部432,433には、突条434a,434b,434c,434dが設けられている。これら、突条434a,434b,434c,434dは、第1のコア410および第2のコア420に設けられた嵌合溝414c,414d,424a,424bに嵌合し、第1のコア410および第2のコア420に対するボビン430の位置決めを行う。ただし、第3実施形態とは異なり、第4実施形態における突条434a,434b,434c,434dおよび嵌合溝414c,414d,424a,424bは直線的形状である。
上記構成であっても、第3実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係るコイル400は、ボビン430と第1のコア410および第2のコア420との相対的位置を位置決めする嵌合手段として、突条434a、434b,434c,434dと嵌合溝414c,414d,424a,424bとを備えているので、ボビン430の位置の偏りを抑制することが出来る。結果、中央磁脚411と中央磁脚421との間の空隙から発生する漏れ磁束の影響により巻線440が局所的に発熱することを抑制することができる。
〔第5実施形態〕
図15は、第5実施形態に係るコイル500の外観を示す図であり、図16は、第5実施形態に係るコイル500の部品分解図である。
図15は、第5実施形態に係るコイル500の外観を示す図であり、図16は、第5実施形態に係るコイル500の部品分解図である。
図15および図16示されるように、第5実施形態に係るコイル500は、第1のコア510と、第2のコア520と、ボビン530と、巻線540とを備えている。
第1実施形態と同様に、第1のコア510は、中央磁脚511と2つの側磁脚512,513とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。また、第2のコア520は、中央磁脚521と2つの側磁脚522,523とを備えるE字型の強磁性体で構成されている。第1のコア510と第2のコア520とは、組み合わせた際に、センタギャップ方式のEE型コアを形成する。また、ボビン530は、筒部531と2つのフランジ部532,533とを備えている。筒部531は、内部に中央磁脚511および中央磁脚521が嵌入され、外部に巻線540が巻き付けられる。
ボビン530のフランジ部532,533には、嵌合突起534c,534dが設けられている。これら、嵌合突起534c,534dは、第1のコア510および第2のコア520に設けられた嵌合孔514c,514d,524aに嵌合し、第1のコア510および第2のコア520に対するボビン530の位置決めを行う。なお、図16中には、図示する視点の関係上、2つの嵌合突起534c,534dおよび3つの嵌合孔524a,514c,514dのみが図示されているが、各嵌合突起と嵌合孔とが対応するように、第1のコア510および第2のコア520にそれぞれ2つの嵌合孔が設けられ、かつ、ボビン530のフランジ部532,533にそれぞれ2つの嵌合突起が設けられている。また、図15および図16に示される嵌合孔は、貫通孔となっているが、嵌合突起が嵌合するのに十分な深さを有していれば、貫通している必要はない。
以上のように、本実施形態に係るコイル500は、ボビン530と第1のコア510および第2のコア520との相対的位置を位置決めする嵌合手段として、嵌合突起534c,534dと嵌合孔514c,514d,524aとを備えているので、ボビン530の位置の偏りを抑制することが出来る。結果、中央磁脚511と中央磁脚521との間の空隙から発生する漏れ磁束の影響により巻線540が局所的に発熱することを抑制することができる。
100,200,300,400,500 コイル
110,210,310,410,510 第1のコア
111,121,211,221,311,321,411,421,511,521 中央磁脚
112,113,122,123,212,213,222,223,312,313,322,323,412,413,422,423,512,513,522,523 側磁脚
114c,114d,124a,124b,534c,534d 嵌合突起
120,220,320,420,520 第2のコア
130,230,330,430,530 ボビン
131,231,331,431,531 筒部
132,133,232,233,332,333,432,433,532,533 フランジ部
134a,134b,134c,134d,314c,314d,324a,324b,414c,414d,424a,424b 嵌合溝
140,240,340,440,540 巻線
224a 当接段部
234a,234b,234c,234d 縁面
334a,334b,334c,334d,434a,434b,434c,434d 突条
514c,514d,524a,524b 嵌合孔
110,210,310,410,510 第1のコア
111,121,211,221,311,321,411,421,511,521 中央磁脚
112,113,122,123,212,213,222,223,312,313,322,323,412,413,422,423,512,513,522,523 側磁脚
114c,114d,124a,124b,534c,534d 嵌合突起
120,220,320,420,520 第2のコア
130,230,330,430,530 ボビン
131,231,331,431,531 筒部
132,133,232,233,332,333,432,433,532,533 フランジ部
134a,134b,134c,134d,314c,314d,324a,324b,414c,414d,424a,424b 嵌合溝
140,240,340,440,540 巻線
224a 当接段部
234a,234b,234c,234d 縁面
334a,334b,334c,334d,434a,434b,434c,434d 突条
514c,514d,524a,524b 嵌合孔
Claims (5)
- 空隙を設けた中央磁脚と2つの側磁脚とを有するコアと、
内部に前記中央磁脚を嵌入し、かつ、外部に巻線を巻き付けるボビンと、
前記ボビンと前記コアとの相対的位置を位置決めする嵌合手段と、
を備えることを特徴とするコイル。 - 前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部の縁側に設けられた嵌合溝と、前記コアにおける前記側磁脚の付け根に設けられた嵌合突起と、が嵌合されることによって構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のコイル。 - 前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部の縁面と、前記コアにおける前記側磁脚の付け根に延設された当接断部の側面と、が当接されることによって構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のコイル。 - 前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部に設けられた突条と、前記コアにおける前記中央磁脚と前記側磁脚との間に設けられた嵌合溝と、が嵌合されることによって構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のコイル。 - 前記嵌合手段は、前記ボビンのフランジ部に設けられた嵌合突起と、前記コアにおける前記中央磁脚と前記側磁脚との間に設けられた嵌合孔と、が嵌合されることによって構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のコイル。
Priority Applications (1)
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-
2015
- 2015-01-15 JP JP2015006156A patent/JP2016134399A/ja active Pending
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