JP4350268B2 - チョークコイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等に使用して好適なチョークコイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、従来のチョークコイル２０は、フェライト等の強磁性材料から成るコア２１により閉磁路を形成し、これに所定巻数の巻線２２を施して構成されている。そして、このチョークコイル２０のインダクタンス値Ｌは、
Ｌ＝ＡＬ×Ｎ² ・・・（１）
となる。
【０００３】
尚、上記ＡＬは巻線１ターン当たりのインダクタンス値、Ｎは巻線２２の巻き数である。上式（１）において、ＡＬ＝μ・Ａｅ／ｌと表すことができ、ここで、μは透磁率、Ａｅはコアの実行断面積、ｌは磁路長である。
【０００４】
従来では、チョークコイルを作製する際、式（１）に基づいてコアの形状や巻線数を変えることで用途に応じた所定のインダクタンス値を得ていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来方法では、用途毎にコアの選択や巻き数の決定を行う必要があり、これでは設計が煩雑となって多くの工数を要するばかりか、多種多様な機種構成による歩留まりの低下等を招き、これらが製品コスト高騰の要因となっていた。また、大きなインダクタンス値を得るには、巻線の巻き数を多くするか、或いは、大型のコアを使用せざるを得ないことから、チョークコイルは自ずと大型化し、近年における電子機器の小型化に対する障害となっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたもので、小型で、且つ、所定のインダクタンス値を容易に得ることができる安価なチョークコイルを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載のチョークコイルは、閉磁路を形成する磁性部材と、当該磁性部材に施した巻線とから成るチョークコイルにおいて、前記磁性部材に複数の巻線を施し、各々の磁束が同じ方向となるように前記巻線同士を並列に接続すると共に、前記磁性部材の前記巻線間に結合調整部を設けてインダクタンスを調整可能としてなり、かつ前記結合調整部は、前記巻線間の結合を調整すべく前記磁性部材の付き当て面間に形成したギャップ、またはインダクタンスに非線形性を持たせるべく前記磁性部材に形成した狭磁路部であることを特徴とするものである。
【０００８】
本構成は、共通の閉磁路に複数の巻線を和動接続し、巻線相互の結合度を変えてインダクタンス値を調整するものである。例えば、１つの閉磁路に２つの巻線を和動接続した場合、得られるインダクタンスＬは、
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋２Ｍ ・・・（２）
となる。
【０００９】
尚、Ｌ１，Ｌ２は各巻線のインダクタンス値、Ｍは相互インダクタンスである。上式（２）において、Ｍ＝Ｋ（Ｌ１×Ｌ２）^1/2 と表すことができ、ここで、Ｋは結合係数（０〜１）である。
【００１０】
本構成は、上記結合調整部により結合係数Ｋの値を変えることでインダクタンスを調整するものであって、従来のチョークコイルのように用途に応じその都度コア形状や巻線の巻数を変える必要はない。
【００１１】
また、前記結合調整部として、前記巻線間の結合を調整すべく前記磁性部材の付き当て面間に形成したギャップを採用した場合には、組み合わせた磁性部材（コア）の付き当てギャップの程度を調整することによって所定のインダクタンスを得ることができる。
【００１２】
また、前記結合調整部として、インダクタンスに非線形性を持たせるための狭磁路部を採用した場合には、閉磁路を通る磁束は磁気抵抗の小さい狭磁路部に集中する。このため、巻線電流（チョークコイルの負荷電流）が小さく、狭磁路部が磁気飽和しない状態においては高いインダクタンス値を示し、巻線電流が大きくなり、狭磁路部が磁気飽和した状態になると低いインダクタンス値を示すことになる。係るインダクタンス特性を利用することによって、非線形のチョークコイルが実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜６に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のチョークコイル１は、強磁性材から成る一対のＵ字形フェライトコア２，２をそれぞれコアの開放端側を塞ぐように付き合わせてロの字形の閉磁路を形成すると共に、対向磁路に同じ方向の磁束Φ_１，Φ_２が発生するように巻線Ｌ_１，Ｌ_２を施して構成されている。
【００１５】
既述したように、所謂、このような和動複巻構造のチョークコイルでは、得られるインダクタンス値は巻線間の結合度（すなわち、式（２）に係わる結合係数Ｋ）によって変化するから、各コア２，２の付き当て面における僅かなギャップ３，３を前記したチョークコイル１の結合調整部と成して、このギャップ３，３の程度を調整してインダクタンスを可変することにより、所定のインダクタンス値を得ることができる。尚、ギャップ３の調整は、間に介在した図示しない磁性シートの厚みにより行える。
【００１６】
また、図２に示す実施形態は、上記コア２による閉磁路に前記結合調整部としての狭磁路部４を設けたものである。係る構成では、磁路を通過する磁束は磁気抵抗の小さいこの狭磁路部４に集中するため、巻線電流Ｉが小さく狭磁路部分４がまだ磁気飽和していない状態ではコイルは高いインダクタンス値を示し、巻線電流Ｉの増大で磁束が増加し狭磁路部４が磁気飽和状態になると低いインダクタンス値を示すようになり、チョークコイル１のインダクタンス特性に非線形性を持たせることができる。
【００１７】
尚、図２の実施形態では、狭磁路部４を形成するためのコア２の切欠き形状を三角形としたが、これに限定されるものではなく、台形、コの字形、凸形等、種々の形状が考えられる。また、形成箇所もこの１箇所に限るものではなく、複数設けても良い。
【００１８】
このように、本発明では、閉磁路に設けたギャップ３や狭磁路部４により巻線間の結合度を変えることで、共通の磁性部材を使用し、且つ、巻線の巻数も変えずに用途に応じた様々なインダクタンス値を簡単に実現することができる。
【００１９】
図３は、本発明のチョークコイルを使った降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの一例であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は回路図である。
【００２０】
図３（ａ）中、符号１は本発明のチョークコイル、符号Ｓ１はスイッチ素子、符号Ｄ１はサージ吸収用のダイオード、符号Ｃ１は出力用の平滑コンデンサである。制御部１０における前記スイッチ素子Ｓ１の制御方式により、従来公知のＰＷＭ制御やＰＦＭ制御等による降圧動作を行うことが可能である。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、本発明のチョークコイル１を用いると、コイル電流Ｉは２つの巻線Ｌ₁ ，Ｌ₂ に分流（Ｉ＝Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）するため、各々の巻線数を同じにすると、各巻線Ｌ₁ ，Ｌ₂ に流れる電流は図９に示した従来型チョークコイル２０の１／２となる。従って、各巻線Ｌ₁ ，Ｌ_{2 に}は電流容量の小さい細径の線材が使用できるから、その分チョークコイルを小型にできる。
【００２２】
また、図４に示すように、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２により巻線Ｌ₁ ，Ｌ₂ の接続を切替える構成とすることで、実装済みのチョークコイル１のインダクタンス値を可変することも可能である。すなわち、図４において、各々スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＡ側に設定することにより、チョークコイル１の巻線構造が和動接続型となって、インダクタンス値は大きくなる。また、各々スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＢ側に設定すると、チョークコイル１の巻線構造は差動接続型となってインダクタンス値は小さくなる（差動接続では、インダクタンス値Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２−２Ｍとなる）。
【００２３】
従って、図４のように、この特性をＤＣ−ＤＣコンバータに応用し、無負荷時に和動接続とすることにより、レギュレータ部の間欠発振を防止し、スイッチ素子Ｓ１のスイッチングロスを低減することが可能となる。
【００２４】
次に、図１，図２で示した本発明のチョークコイル１の他の実施形態を示せば図５、６の通りである。
【００２５】
ここで、図５，図６に示すチョークコイル１は、一つの閉磁路に４つの巻線Ｌ₁₁、Ｌ₁₂、Ｌ₂₁、Ｌ₂₂を施した例である。何れも、コア付き当て面のギャップ３をもって結合調整部としたものであって、図５はＬ字形コアの組み合わせ、図６はＩ形コアの組み合わせで成り、一閉磁路に複数の結合調整部３が形成されている。
【００２６】
また、以上説明したチョークコイル１は、Ｕ字形、Ｌ形、Ｉ形等のフェライトコアを適宜組み合わせることにより閉磁路を形成したものであったが、これに限らず、トロイダル形状のコアを用いることも勿論可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のチョークコイルは、磁性部材より成る閉磁路に各々の磁束が同じ方向となるように複数の巻線を接続すると共に、この磁性部材に設けた巻線間の結合調整部（ギャップや狭磁路部）により、インダクタンス値を調整可能としたので、共通の部材を使用して様々なインダクタンス値のチョークコイルを容易に作製することができる。本構成では、設計工数を削減でき、且つ、部品の共通化も図れるため、チョークコイルのコストダウンが可能となる。
【００２８】
また、従来のように、インダクタンスの変更に際してコア形状や巻線の巻数を変える必要はないから、大きなインダクタンスを得たい場合であっても比較的小型に実現でき、且つ、本巻線構造では、コイル電流は各巻線に分流されるから、同じ負荷に対して従来構成に比べて巻線の線材を細くすることができ、これによりチョークコイルの小型化が図れる。
【００２９】
さらにまた、閉磁路に狭磁路部を設けることにより、チョークコイルのインダクタンス特性に非線形性を持たせることもでき、これにより、負荷電流の変化に応じた安定したインダクタンスが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るチョークコイルの構造を示す図である。
【図２】 本発明に係る他のチョークコイルの構造を示す図である。
【図３】 本発明のチョークコイルを用いたＤＣ−ＤＣコンバータを示す図である。
【図４】 チョークコイルの巻線構造を切替できるようにしたＤＣ−ＤＣコンバータを示す図である。
【図５】 本発明に係る他のチョークコイルの構造を示す図である。
【図６】 本発明に係る他のチョークコイルの構造を示す図である。
【図７】 従来のチョークコイルの構造を示す図である。

Claims (1)

1. 閉磁路を形成する磁性部材と、当該磁性部材に施した巻線とから成るチョークコイルにおいて、
   前記磁性部材に複数の巻線を施し、各々の磁束が同じ方向となるように前記巻線同士を並列に接続すると共に、前記磁性部材の前記巻線間に結合調整部を設けてインダクタンスを調整可能としてなり、
   かつ前記結合調整部は、前記巻線間の結合を調整すべく前記磁性部材の付き当て面間に形成したギャップ、またはインダクタンスに非線形性を持たせるべく前記磁性部材に形成した狭磁路部であることを特徴とするチョークコイル。

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