JP3186766U - 磁性コア及びこの磁性コアを用いる磁性素子 - Google Patents

磁性コア及びこの磁性コアを用いる磁性素子 Download PDF

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Abstract

【課題】中間鍔部がない簡素な構成とし、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を実現できる磁性コア、及び、当該磁性コアを用た磁性素子を提供する。
【解決手段】磁性コア10の構成として、柱状の巻芯部12と、巻芯部12の一つの端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された鍔部13とを備え、巻芯部は、基台部11と接する根元部12a、及び、鍔部13と接する根元部12bの少なくとも一方が階段状に形成されている。階段状の根元部12a,12bにおける径方向の内側から、順次、外周側との絶縁を図りつつ、各段ごとに導電線を巻回すことにより、径方向に沿って、全体にかかる電圧を分圧する複数の巻線ブロックを備える磁性素子が製造される。
【選択図】図1

Description

本考案は、高い電圧に耐えられる簡素な構造を有する磁性コア及びこの磁性コアを用いる磁性素子に関する。
近年、発光体としてLED(発光ダイオート)を採用する照明器具が、従来の白熱ランプや蛍光灯を代替する照明器具として普及している。こうしたLEDを採用する照明器具には、LED駆動回路が搭載される。
かかるLED駆動回路については、その一例が、特開2001−8443号公報(特許文献1:以下、「従来例1」という)に開示されている。この従来例1のLED駆動回路は、図9に示されるように、LED素子102と、このLED素子102に直列接続されたコイル103と、LED素子102とコイル103に対して並列に接続されたダイオード素子104とを備えるようになっている。
また、このLED駆動回路は、パルス電圧を印加する直流電源101と、LED素子102と直流電源101との間に配置され、直流電源101の出力電圧のLED素子102への印加/非印加を切り替えるためのスイッチング素子105を更に備えている。
以上のように構成される従来例1のLED駆動回路は、スイッチング素子105がオンのときには、直流電源101の出力電圧をLED素子102に印加して、LED素子102を発光させるようになっている。一方、スイッチング素子105がオフのときには、コイル103の逆起電力を利用して、LED素子102を発光させるようになっている。
ところで、LED駆動回路では、LED素子102が容量素子とみなされるため、直流電源101から供給された電力の大部分がコイル103により消費され、電源電圧の大半が当該コイル103に印加されることになる。この結果、特に家庭電力供給が200V以上である海外においては、巻終側にある導電線と巻始側にある導電線との間でのショートを防止するため、コイル103には、500〜600V以上の耐圧性が要求されている。
かかる要求耐圧性を満たすため、巻線部を、互いに離隔された複数のブロックに分割し、コイル全体としての耐圧性を高める技術が提案されている(特許文献2参照:以下、「従来例2」という)。この従来例2の技術では、図10に示されるように、磁性コア80が、巻芯部81から径方向に沿って外方へ延出させることにより形成された下端鍔部83a及び上端鍔部83bに加えて、中間鍔部を1以上設けることにより、鍔部間ごとに巻線ブロックが形成されるようにし、コイル全体として要求される耐圧性を、巻線ブロックごと分散させるようにしている。なお、従来例2の技術では、2個の中間鍔部83c,83dを備えるようになっている。
特開2001−8443号公報 特開2010−161260号公報
上述した従来例2の技術のように、磁性コアの上端鍔部及び下端鍔部に加えて、中間鍔部を設けるようにすると、磁性コアの形状が、上端鍔部及び下端鍔部のみが設けられた場合よりも複雑となる。この結果、磁性コアの製造を容易に行うことができるとはいえず、磁性コアを構成要素とするコイルのコストアップの要因となり得る。このため、ドラム状の磁性コアにおいて、中間鍔部を備えない構成を維持しつつ、耐圧性を向上できる技術が待望されている。
本考案は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、中間鍔部が存在しない簡素な構成としつつ、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を実現することができる磁性コアを提供することを目的とする。また、本考案は、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を提供することを目的とする。
本考案に係る磁性コアは、磁性材料からなるコアであって、柱状の巻芯部と;前記巻芯部の少なくとも一つの端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された少なくとも一つ鍔部と;を備え、前記巻芯部は、前記少なくとも一つ鍔部と接する根元部が階段状に形成されている、ことを特徴とする磁性コアである。
この磁性コアによれば、巻芯部に形成された階段状の形状における径方向の内側から、順次、外周側との絶縁を図りつつ、各段ごとに導電線からなる巻線を巻回すことにより、径方向に沿って複数の巻線ブロックを形成することができる。このため、従来例2のように巻芯部に中間鍔部を形成することなく、磁性素子の全体にかかる電圧の数分の一の電圧がかかる巻線ブロックを複数設けるようにすることができる。したがって、各巻線ブロックに対する耐圧性の要求が低くなり、当該磁性コアを構成要素とする磁性素子全体の耐圧性を高めることができる。
本考案に係る磁性コアでは、前記少なくとも一つ鍔部と前記巻芯部とに、前記巻芯部の軸線方向に平行するように連続切欠部を設けるようにすることができる。この場合には、当該連続切欠部を通る導電線のリード部と巻線部との間の絶縁を図るための空間距離を保つことができ、たとえリード部と巻線部との間の電圧差が高くても、当該空間距離により絶縁性を確保できる。このため、リード部又は巻線部に樹脂を塗ったり、絶縁テープで巻いたりする措置が不要になり、構造上簡素になった上、製造工数が減る効果もある。
ここで、前記連続切欠部が、前記磁性コアの頂面から底面まで続くようにすることができる。この場合には、当該連続切欠部を通す際の導電線のリード部の引き回しが容易となるとともに、当該連続切欠部の形成が容易となる。
本考案に係る磁性素子は、磁性材料からなる磁性コアと、巻線とを備える磁性素子であって、前記磁性コアは、柱状の巻芯部と;前記巻芯部の少なくとも一つの端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された少なくとも一つ鍔部と;を備え、前記巻芯部は、前記少なくとも一つ鍔部と接する根元部が階段状に形成されていることを特徴とする磁性素子である。
この磁性素子によれば、巻線の巻回しに際して、磁性コアの巻芯部に形成された根元部の階段状形状における軸線側から、順次、外周側との絶縁を図りつつ、各段ごとに導電線からなる巻線を巻回すことにより、径方向に沿って複数の巻線ブロックを形成される。このため、従来例2のように巻芯部に中間鍔部を形成することなく、磁性素子の全体にかかる電圧の数分の一の電圧がかかる巻線ブロックを複数設けるようにすることができる。このため、各巻線ブロックに対する耐圧性の要求が低くなり、磁性素子全体の耐圧性を高めることができる。
本考案に係る磁性素子では、前記少なくとも一つ鍔部と前記巻芯部とには、前記巻芯部の軸線方向に平行するように連続切欠部を設けるようにすることができる。この場合には、当該連続切欠部を通る導電線のリード部と巻線部との間の絶縁を図るための空間距離を保つことができ、たとえリード部と巻線部との間の電圧差が高くても、当該空間距離により絶縁性を確保できる。このため、リード部又は巻線部に樹脂を塗ったり、絶縁テープで巻いたりする措置が不要になり、構造上簡素になった上、製造工数が減る効果もある。
ここで、前記巻線は、前記巻芯部の階段状の根元部同士の間、又は、前記階段状の根元部と前記鍔部との間の少なくとも一方に巻回された第1巻線部と;前記第1巻線部の外側に位置し、前記鍔部同士の間に巻回された第2巻線部と;を備え、前記第1巻線部と前記第2巻線部との間に絶縁部材が介在されている構成とすることができる。この場合には、第1巻線部と第2巻線部との間の絶縁性の確保が、両者間に介在する絶縁部材により図られる。このため、第1巻線部及び第2巻線部を、磁性素子の全体にかかる電圧の数分の一の電圧がかかる巻線ブロックとして機能させることができるとともに、空間距離を確保して第1巻線部と第2巻線部との間の絶縁性の確保する場合と比べて巻線密度を向上させることができる。
本考案に係る磁性素子では、前記磁性コアの周囲が、別のリング状磁性コアにより囲まれている構成とすることができる。この場合には、当該別のリング状磁性コアが、磁性コアとともに、コイル部から発する磁束を磁性素子外に漏れることを抑制するように作用する。このため、同じ基板に搭載されているほかの電子部品への電磁障害を防ぐことに貢献できる。
ここで、前記磁性コアと前記リング状磁性コアとの間に、絶縁部材からなるスペーサ部材が介在している構成とすることができる。この場合には、リング状磁性コアの装着に際して、スペーサ部材も介在させるので、リング状磁性コアと磁性コア(ひいては巻線部)との距離を適切に確保でき、リング状磁性コアと巻線部との接触を防止できる。このため、リング状磁性コアの装着に際におけるリング状磁性コアと巻線部との接触による巻線部の断線を防止することができる。
以上説明したように、本考案に係る磁性コアによれば、中間鍔部を備えない簡素な構成としつつ、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を実現することができるという効果を奏する。また、本考案に係る磁性素子によれば、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を提供することができるという効果を奏する。
本考案の磁性コアの実施形態の斜視図である。 図1の磁性コアの正面図、左側面図及び右側面図である。 図1の磁性コアの背面図、上面図及び下面図である。 本考案の磁性素子の実施形態の斜視図である。 図4の巻線コアの斜視図である。 図5の巻線コアのA−A断面図である。 図4のスペーサ部材の斜視図である。 図5の巻線コアに図7のスペーサ部材を固定した状態の斜視図である。 一般的なLED駆動回路の構成を示す図である。 従来の磁性コアの構成を説明するための図である。
以下、本考案に係る磁性コア及び磁性素子の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
<磁性コアの実施の形態>
まず、本考案に係る磁性コアの一実施形態を、図1〜図3を参照して説明する。ここで、図1には、当該一実施形態に係る磁性コア10の斜視図が示されている。また、図2には、磁性コア10の正面図、左側面図及び右側面図が示されている。また、図3には磁性コア10の背面図、上面図及び下面図が示されている。
磁性コア10は、磁性材料から構成されている。この磁性コア10は、図1〜図3により総合的に示されるように、基台部11から軸方向に沿って延びる柱状の巻芯部12と、巻芯部12の基台部11側とは反対側の端部において、巻芯部12の径方向に沿って外方へ延出するように形成されている鍔部13とを備えている。なお、本実施形態では、基台部11が、巻芯部12にとっての鍔部としての機能を果たすようになっており、磁性コア10は、巻芯部12に対応して上端鍔部及び下端鍔部を備える構成を有しているといえる。
また、磁性コア10では、巻芯部12の基台部11と接する根元部12aが、階段状に形成されている。また、巻芯部12の鍔部13と接する根元部12bが、階段状に形成されている。なお、本実施形態では、根元部12aと根元部12bとは、階段状形状の高さ及び幅が略同一となっている。
また、鍔部13、巻芯部12(根元部12a及び根元部12bを含む)及び基台部11に渡り、巻芯部12の軸線30の方向に平行するように連続切欠部15a,15bが設けられている。より具体的には、鍔部13には、その外周面から磁性コア10の軸線30に向けて鍔部13の径方向に沿って切欠部が設けられている。また、巻芯部12には、その外周面から軸線30に向けて巻芯部12の径方向に沿って切欠部が設けられている。さらに、基台部11には、その外周面から軸線30に向けて基台部11の径方向に沿って切欠部が設けられている。
そして、これらの3個の切欠部が連続的につながって、連続切欠部15a,15bが構成されるようになっている。なお、連続切欠部15a,15bにおける最も切欠の深い部分は、軸線30と略平行となっており、この部分に沿って導電線のリード部を通した場合に、当該リード部と、巻芯部12に巻き回されて形成される巻線部(後述する図6における第1巻線部22a)との間で十分な絶縁性を実現できる空間距離を確保できるようになっている。
また、基台部11の底面には、プリント配線板のスルーホールに挿入するための第1金属端子部19a及び第2金属端子部19bが配置されている。
なお、本実施形態の磁性コア10の材質として、所定の絶縁率を有するMn−Zn系又はNi−Zn系等のフェイライト以外、Fe−Al−Si等軟磁性金属やアモルファス金属、若しくはこれら材料から2種以上のものによる混合物等を用いることができる。但し、磁性コアは所定絶縁率以上を有することが条件とする。
また、磁性コアの外周面に対して絶縁材料、例えば樹脂の塗布など絶縁措置を施すことも可能である。
また、磁性コア10の製造方法に関して常用の切削法、金属粉末射出法(Metal Injection Molding)、圧縮法または充填法などが用いられる。更に、磁性コア10をいくつかの部材を分けて、それぞれの部材を単独成形した後、接着剤等により一つ磁性コアを組み合わせても構わない。
<磁性素子の実施の形態>
次に、本考案に係る磁性素子の一実施形態を、図4〜図8を主に参照して説明する。ここで、図4は、当該一実施形態に係る磁性素子20の斜視図である。また、図5は磁性素子20の構成要素である巻線された磁性コア(以下、「巻線コア21」とも記す)の斜視図であり、図6は巻線コア21の断面図(図5におけるA−A断面図)である。また、図7は磁性素子20の構成要素であるスペーサ部材26の斜視図であり、図8は巻線コア21にスペーサ部材26を固定した状態の斜視図である。
図4に示されるように、磁性素子20は、巻線コア21を備えている。また、磁性素子20は、スペーサ部材26と、リング状磁性コア27とを備えている。
上記の巻線コア21は、図5に示されるように、上述した磁性コア10と、当該磁性コア10に導電線が巻き回されて形成された巻線22とを備えている。この巻線22は、図6に示されるように、巻芯部12の階段状の根元部12a,12b間に巻回された第1巻線部22aと、第1巻線部22aの径方向外側に位置し、基台部11と鍔部13の間に巻回された第2巻線部22bとを備えている。
そして、第1巻線部22aと第2巻線部22bとの間に絶縁部材23が介在されている。なお、本実施形態では、絶縁部材23が、材質がポリエステルフィルムである絶縁テープとなっている。
このため、第1巻線部22a及び第2巻線部22bを、磁性素子20の全体にかかる電圧を数分の一に分圧する巻線ブロックとして機能させることができるとともに、空間距離を確保して第1巻線部22aと第2巻線部22bとの間の絶縁性の確保する場合と比べて巻線密度を向上させることができるようになっている。
かかる巻線コア21の作成に際しては、まず、導電線の一方の端部のリード部を第1金属端子19aに絡げてから、連続切欠部15a又は15bを通して、巻芯部12の階段状の根元部12a,12b間に導く。この後、外周が根元部12a,12bの径方向外側端部付近となるまで導電線を巻芯部12に巻き回すことにより、第1巻線部22aを形成する。引き続き、第1巻線部22aの外周に絶縁テープ23を巻き回す。
次に、外周部が鍔部13の径方向外側端部付近となるまで、絶縁テープ23及び根元部12a,12bの径方向外側面に導電線を巻き回して、第2巻線部22bを形成する。そして、導電線の他方の端部のリード部を第2金属端子19bに絡げる。この結果、巻線コア21が作成される。
上記のスペーサ部材26は、図7に示されるように、円筒状の本体部26aを備えている。このスペーサ部材26は、材質がポリプロピレンである絶縁性のプラスチック樹脂を成形して作成される。
スペーサ部材26の本体部26aは、内径が鍔部13の外径よりも僅かに大きく、かつ、外径が、リングコアの内径よりも僅かに小さくなっている。この本体部26aの底部には、磁性コア10の基台部11の上面への載置用の鍔部(以下、「載置用鍔部」とも呼ぶ)26bが、本体部26aの径方向に延出するように形成されている。
また、本体部26aの内面の上方端部側には、内周方向に沿って等間隔の位置に、本体部26aの軸方向と平行に延びる4個の内側突起部26cが形成されている。ここで、軸線30を隔てて対向するように配置された内側突起部26c間の距離は、共に、鍔部13の外径と略一致するようになっている。
また、本体部26aの外面には、外周方向に沿って等間隔の位置に、本体部26aの軸方向と平行に延びる4個の外側突起部26dが形成されている。ここで、軸線30を隔てて対向するように配置された外側突起部26d間の距離は、共に、リング状磁性コア27の内径と略一致するようになっている。
図4に戻り、上記のリング状磁性コア27は、材質として、所定の絶縁率を有するMn−Zn系又はNi−Zn系等のフェイライト以外、Fe−Al−Si等軟磁性金属やアモルファス金属、若しくはこれら材料から2種以上のものによる混合物等を用いることができる。但し、磁性コアは所定絶縁率以上を有することが条件とする。このリング状磁性コア27は、外径が、上述した磁性コア10の基台部11の外径と略一致し、スペーサ部材26を収納可能な内部空間を有する円筒状の形状となっている。なお、リング状磁性コア27の軸方向の長さは、磁性コア10における基台部11の上面から鍔部13の上面までの長さと略一致するようになっている。
こうした構成要素を有する磁性素子20の製造に際しては、まず、上述したように、磁性コア10に導電線を巻き回して、巻線コア21を作成する。引き続き、巻線コア21の上方(鍔部13側)からスペーサ部材26を被せた後、接着剤を使用して、巻線コア21における磁性コア10の鍔部13の外周部にスペーサ部材26を固定する(図8参照)。
次に、スペーサ部材26が固定された巻線コア21の上方(鍔部13側)からリング状磁性コア27を被せた後、接着剤を使用して、スペーサ部材26にリング状磁性コア27を固定する。この結果、上述した図4に示される磁性素子20が製造される。
以上説明したように、本実施形態の磁性コア10は、磁性材料からなるコアであって、巻芯部12と;当該巻芯部12の上方端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された鍔部13と;を備え、巻芯部12の基台部11側の根元部12aが階段状に形成されるとともに、鍔部13側の根元部12bが階段状に形成されている。
また、本実施形態の磁性素子20は、磁性コア10の巻芯部12に形成された階段状の根元部12a,12b間に導電線からなる巻線を巻回して形成された第1巻線部22aと、第1巻線部22aの径方向外側に位置し、基台部11と鍔部13の間に巻回された第2巻線部22bとを備えている。そして、第1巻線部22aと第2巻線部22bとの間に絶縁部材23を介在させている。
このため、巻芯部12に中間鍔部を形成することなく、簡易な構成で、磁性素子20の全体にかかる電圧を、第1巻線部22aと第2巻線部22bとで分圧することができるようになっている。したがって、本実施形態によれば、製造が容易でありながら、高い耐圧性を有する磁性素子を実現することができる。
また、第1巻線部22aと第2巻線部22bとの間に絶縁部材23を介させるので、第1巻線部22a及び第2巻線部22bの双方を、磁性素子20の全体にかかる電圧を分圧する巻線ブロックとして機能させることができるとともに、空間距離を確保して第1巻線部22aと第2巻線部22bとの間の絶縁性の確保する場合と比べて巻線密度を向上させることができる。
また、本実施形態の磁性コア10では、基台部11、巻芯部12及び鍔部13に、巻芯部12の軸線方向に平行するように連続切欠部15a,15bが設けられている。このため、連続切欠部15a又は15bを通る導電線のリード部と第1巻線部22aとの間の絶縁を図るための空間距離を保つことができ、たとえ当該リード部と第1巻線部22aとの間の電圧差が高くても、当該空間距離により絶縁性を確保できる。このため、リード部又は第1巻線部22aに樹脂を塗ったり、絶縁テープで巻いたりする措置が不要になり、構造上簡素になった上、製造工数が減る効果もある。
また、連続切欠部15a,15bは、磁性コア10の頂面から底面まで続くようになっている。このため、連続切欠部15a又は15bを通す際の導電線のリード部の引き回しが容易となるとともに、連続切欠部15a,15bの形成が容易となる。
また、本実施形態の磁性素子20では、磁性コア10の周囲が、別の磁性コアであるリング状磁性コア27により囲まれている。このため、リング状磁性コア27が、磁性コア10ととともに、巻線22から発する磁束を磁性素子20外に漏れることを抑制できる。このため、同じ基板に搭載されているほかの電子部品への電磁障害を防ぐことに貢献できる。
本実施形態の磁性素子20では、磁性コア10とリング状磁性コア27との間に、絶縁部材からなるスペーサ部材26も介在している。このため、磁性コア10(ひいては巻線22)とリング状磁性コア27との距離を適切に確保でき、リング状磁性コア27と巻線22との接触を防止できる。このため、リング状磁性コア27の装着に際におけるリング状磁性コア27と巻線22との接触による巻線22の断線を防止することができる。
なお、本考案は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本考案の主旨を損なわない限り、種々の変形を行うことができる。
例えば、上記の実施形態では、磁性コア10における根元部12a,12bは、1段の階段状形状としたが、2段以上の階段状としてもよい。この場合には、磁性素子の全体にかかる電圧を分圧する巻線ブロックの数を3個以上とすることができる。
また、上記の実施形態では、磁性コア10における巻芯部12の両端の根元部の双方を階段状としたが、当該根元部に一方のみを階段状としてもよい。
また、上記の実施形態では、磁性コア10における基台部11を、巻芯部12の一方の端における鍔部と機能させるようにした。これに対し、基台部11上に鍔部13と同様の形状の鍔部を形成するようにしてもよい。
10 … 磁性コア
11 … 基台部
12 … 巻芯部
12a,12b … 根元部
13 … 鍔部
15a,15b … 連続切欠部
19a … 第1金属端子
19b … 第2金属端子
20 … 磁性素子
21 … 巻線コア
22 … 巻線
22a … 第1巻線部
22b … 第2巻線部
23 … 絶縁部材
26 … スペーサ部材
26a … 本体部
26b … 載置用鍔部
26c … 内側突起部
26d … 外側突起部
27 … リング状磁性コア

Claims (8)

  1. 磁性材料からなるコアであって、
    柱状の巻芯部と;
    前記巻芯部の少なくとも一つの端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された少なくとも一つ鍔部と;を備え、
    前記巻芯部は、前記少なくとも一つ鍔部と接する根元部が階段状に形成されている、
    ことを特徴とする磁性コア。
  2. 前記少なくとも一つ鍔部と前記巻芯部とには、前記巻芯部の軸線方向に平行するように連続切欠部が設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の磁性コア。
  3. 前記連続切欠部は、前記磁性コアの頂面から底面まで続く、ことを特徴とする請求項2に記載の磁性コア。
  4. 磁性材料からなる磁性コアと、巻線とを備える磁性素子であって、
    前記磁性コアは、
    柱状の巻芯部と;
    前記巻芯部の少なくとも一つの端面から、その径方向に沿って外方へ延出することにより形成された少なくとも一つ鍔部と;を備え、
    前記巻芯部は、前記少なくとも一つ鍔部と接する根元部が階段状に形成されている、
    ことを特徴とする磁性素子。
  5. 前記少なくとも一つ鍔部と前記巻芯部とには、前記巻芯部の軸線方向に平行するように連続切欠部が設けられている、ことを特徴とする請求項4に記載の磁性素子。
  6. 前記巻線は、
    前記巻芯部の階段状の根元部同士の間、又は、前記階段状の根元部と前記鍔部との間の少なくとも一方に巻回された第1巻線部と;
    前記第1巻線部の外側に位置し、前記鍔部同士の間に巻回された第2巻線部と;を備え、
    前記第1巻線部と前記第2巻線部との間に絶縁部材が介在されている、
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の磁性素子。
  7. 前記磁性コアの周囲が、別のリング状磁性コアにより囲まれている、ことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の磁性素子。
  8. 前記磁性コアと前記リング状磁性コアとの間に、絶縁部材からなるスペーサ部材が介在している、ことを特徴とする請求項7に記載の磁性素子。
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