JP4786744B2 - 複合磁性素子 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯音楽機器、各種のAV機器、およびテレビ等のような電子機器等に用いられる複合磁性素子に関する。
例えばテレビ、オーディオ機器等のような、各種のAV機器に用いられるデジタルオーディオアンプにおいては、特許文献1に示すような、2つの磁性素子を有する複合磁性素子が存在する。特許文献1に示す複合磁性素子では、ドラムコア(第1のコア)にポット型のコア(第2のコア)を被せて、さらに、そのポット型のコア(第2のコア)の外側に、より大径のポット型のコア(第3のコア)を被せている。
特開2002−170721(要約、図1等参照)
ところで、上述の複合磁性素子は、第2のコアと第3のコアを用いるため、当該第2のコアおよび第3のコアを製造するために、別々の金型が必要となる。しかも、第2のコアと第3のコアのそれぞれに、別々に巻線をしなければならないため、製造コストがかさむ、という問題がある。また、特許文献1の構成において、2個のインダクタが同じ特性を備えることが好ましいケースが多々ある。しかしながら、特許文献1の構成では、2個分のインダクタが同じ特性を備えるためには、巻線数を調整したり、寸法等を調整する必要がある。
本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、2つの磁性素子の特性を備える複合磁性素子において、製造コストを低減することが可能であると共に、好ましくはそれぞれの磁性素子が同じ特性を容易に奏することが可能な複合磁性素子を提供しよう、とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は、筒状に設けられる外筒部、および外筒部の内部空間を2つに区切る仕切り部を有する第1のコア部材と、第1の鍔部および第2の鍔部を備えると共に、少なくとも仕切り部と第2の鍔部との間に磁気ギャップを有する状態で配置され、かつ仕切り部を挟んで2つの内部空間のそれぞれに配置される第2のコア部材と、第1の鍔部と第2の鍔部との間に存在する巻枠部に配置されるコイルと、外筒部の外周面に配置されると共に、コイルの端末が電気的に接続される端子部材と、を具備するものである。
このように構成する場合には、第1のコア部材の内部空間は、仕切り部によって2つに区切られ、区切られた内部空間のそれぞれに、第2のコア部材が配置される。そして、第2のコア部材のそれぞれに存在するコイルで生じるそれぞれの磁束は、互いに影響を及ぼさない状態で、第1のコア部材および第2のコア部材の内部を流れる。そのため、2つの磁性素子が独立した状態で存在することになる。そのため、本発明の複合磁性素子を1つ用いれば、2つの磁性素子を基板に実装したのと同等となり、磁性素子の個数を低減することが可能となる。また、第1のコア部材の内部空間に、仕切り部を設けているので、2つのコイルの間で磁気結合が生じるのを防止可能となる。さらに、磁気ギャップが第1のコア部材の内部に設けられているので、磁気ギャップが外部に露出している場合と比較して、外部への磁気漏れが生じ難くなる。
また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、第1の鍔部の外筒部軸方向と略直交する面の輪郭線が、外筒部の端面内周側の輪郭線を包含すると共に、この第1の鍔部は、外筒部の端面に対して面接触して取り付けられているものである。
このように構成する場合、第1のコア部材の内部空間は、第1の鍔部により覆われる状態となる。そのため、この第1の鍔部によって、コイルから生じる磁束が外部に漏れるのを防止可能となる。また、仕切り部と第2の鍔部と磁気ギャップの位置決めが容易となる。
さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、磁気ギャップは、仕切り部と第2の鍔部とを離間させた第1の隙間Sであると共に、第2の鍔部と、外筒部の内壁面との間にも第2の隙間Tが設けられていて、第1の隙間Sの寸法は、第2の隙間Tの寸法よりも大きく設けられているものである。
このように構成する場合、第1の隙間Sの寸法が、第2の隙間Tの寸法よりも大きいため、仕切り部における磁束の流れは、外筒部の内壁面と第2の鍔部との間における磁束の流れよりも小さくなる。そのため、仕切り部は、磁気飽和し難くなる。また、第1の隙間Sと第2の隙間Tの存在により、本発明の複合磁性素子では、当該第1の隙間Sおよび第2の隙間Tが存在しない場合と比較して、高い直流重畳特性を得ることが可能となる。
さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、第1の鍔部の外筒部軸方向と略直交する面の形状と、第2の鍔部の外筒部軸方向と略直交する面の形状と、が同一であるというものである。
このように構成する場合、第1の鍔部、第2の鍔部共に、外筒部の内壁面との間に第2の隙間Tがとれる。このため不等鍔の間隔Tよりも、それぞれ小さくでき、第1の鍔部、第2の鍔部共に大きくできる。そのため、コイルの巻き径(外周)を大きくすることができるためDCR(discharge resistor)を小さくすることができる。
さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、外筒部の両開口部の周囲の端面に、少なくとも2つの係止突起が設けられているものである。このように構成する場合、外筒部の内部空間に配置された第2のコア部材の上鍔部の外周面を、この係止突起により係止することができる。このため、第2のコア部材を外筒部の内部空間に安定して固定することができる。
さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、係止突起は、外筒部の軸方向を基準として、外筒部の外周面に配置された端子部材と反対の位置に設けられているものである。このように構成する場合、複合磁性素子の、実装基板が配置される端子部材側と、反対側の位置に係止突起が配置されることになる。このため、複合磁性素子からコイルの端末を取り出して、他の部材と接続することが容易である。
さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、端子部材は、平板状の実装部と、この実装部から垂直方向に折り曲げられた側面係止部と、端末接続部とを有するものである。このように構成する場合、外筒部の断面形状が略矩形状であれば、端子部材を、外筒部の外周の角部に安定して配置することができる。
また、本発明は、柱状部材の両端から凹部がそれぞれ設けられている第1のコア部材と、巻軸部およびこの巻軸部の両端に形成された鍔を有する第2のコア部材と、巻軸部に巻回したコイルと、を具備し、第2のコア部材を、第1のコア部材の両端部に設けられた凹部にそれぞれ配置したものである。
このように構成する場合には、第2のコア部材が、第1のコア部材に各々独立して設けられた凹部に配置される。そして、第2のコア部材のそれぞれに存在するコイルで生じるそれぞれの磁束は、互いに影響を及ぼさない状態で、第1のコア部材および第2のコア部材の内部を流れる。そのため、2つの磁性素子が独立した状態で存在することになる。そのため、本発明の複合磁性素子を1つ用いれば、2つの磁性素子を基板に実装したのと同等となり、磁性素子の個数を低減することが可能となる。また、第1のコア部材には各々独立した凹部を設けているので、2つのコイルの間で磁気結合が生じるのを防止可能となる。
本発明によると、2つの磁性素子の特性を備える複合磁性素子において、製造コストを低減することが可能となる。また、2つの磁性素子が、同じ特性を容易に奏させることが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る複合磁性素子の構成を示すと共に、上方から見た状態を示す斜視図である。 図1の複合磁性素子を下方から見た状態を示す斜視図である。 図1の複合磁性素子を側面から見た状態を示す側面図である。 図1の複合磁性素子を矢示B方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 図1の複合磁性素子において、導出用凹部付近の構成を示す部分的な拡大図である。 図1の複合磁性素子におけるギャップとインダクタンス値との関係を示す図である。
符号の説明
10…複合磁性素子
20…ポットコア(第1のコア部材に対応)
21…外筒部
22…仕切り部
30…ドラム型コア(第2のコア部材に対応)
31…上鍔部(第1の鍔部に対応)
32…柱脚部
33…下鍔部(第2の鍔部に対応)
40…コイル
50…実装端子(端子部材に対応)
51…実装部
52…端末接続部
53…側面係止部
212…導出用凹部
S,T…隙間
以下、本発明の一実施の形態に係る、複合磁性素子10について、図1から図6に基づいて説明する。
図1〜図5等に示すように、本実施の形態の複合磁性素子10は、2つの磁性素子の機能を備えるものであり、1つのポットコア20と、2つのドラム型コア30と、2つのコイル40と、合計4つの実装端子50と、を具備している。
このうち、ポットコア20は、例えばニッケル系のフェライトを材質として形成されている。しかしながら、ポットコア20の材質は、上記には限られず、種々の磁性材(例えば、種々のフェライト、パーマロイ、センダスト等)を用いることが可能である。ポットコア20は、第1のコア部材に対応していて、外筒部21と、仕切り部22とを有している。言い換えれば、ポットコア20は、柱状部材の両端から、仕切り部22を底面とする2つの凹部が設けられているものである。
図1に示すように、外筒部21は、その外観が四角形状を為す筒状部材である。この外筒部21には、係止突起211と、導出用凹部212とが設けられている。これらのうち、係止突起211は、ドラム型コア30の上鍔部31の外周面31aを係止させる部分である。この係止突起211の外周側は、外周面21aと面一となるように設けられているが、その内周側は、上鍔部31に倣う湾曲面に設けられている。また、係止突起211は、2つ設けられている。2つの係止突起211は、外筒部21の軸方向を基準として、基板に実装される側(実装端子50が取り付けられる側)とは反対側の外周面21aの隅部にそれぞれ設けられている。
また、導出用凹部212は、後述する実装端子50が位置する部分である。図2、図5等に示すように、導出用凹部212は、2つ設けられていて、その2つの導出用凹部212は、基板に実装される側(実装端子50が取り付けられる側)の外周面21aの隅部にそれぞれ設けられている。また、導出用凹部212は、外筒部21のうち、上鍔部31の下面31bが接触する端面21bから凹んで設けられている。この導出用凹部212には、実装端子50の端末接続部52が係止される。また、この導出用凹部212からは、ポットコア20の内部に存在するコイル40の端末41aが引き出される。そして、引き出された端末41aは、端末接続部52に対して半田付け等により、取付固定される。
なお、図1等においては、外筒部21のうち、一方側の端面21bのみに存在する係止突起211および導出用凹部212について図示されているが、他方側の端面21bにも同様の係止突起211および導出用凹部212が存在する(図3参照)。他方側の端面21bに存在する係止突起211および導出用凹部212は、一方側の端面21bに存在する係止突起211および導出用凹部212と同一の外周面21aに存在している。そのため、合計4つの実装端子50が、複合磁性素子10の実装側に存在する状態となっている。
また、図4に示すように、ポットコア20の図4における矢示B方向の略中央部分には、仕切り部22が存在する。仕切り部22は、矢示B方向を法線方向とする板状の部位であり、ポットコア20の筒状の内部空間Pを二分している。そのため、図4においては、ポットコア20は、略H形の断面形状を呈している。この仕切り部22は、その厚み寸法が外筒部21と同程度に設けられているが、外筒部21よりも大きな厚み寸法を有するように構成しても良い。
また、ドラム型コア30は、第2のコア部材に対応し、例えばポットコア20と同様のニッケル系のフェライトを材質として形成されている。しかしながら、ドラム型コア30の材質も、ニッケル系のフェライトには限られず、種々の磁性材(ドラム型コア30と同じ材質であっても良く、異なる材質であっても良い。)を用いることが可能である。ポットコア20と異なる材質を選択する例としては、ポットコア20の材質をニッケル系のフェライトとすると共に、ドラム型コア30の材質を、マンガン系のフェライトとする場合がある。この材質の組み合わせでは、複合磁性素子10におけるそれぞれの磁性素子の直流重畳特性を良好にすることが可能となっている。
このドラム型コア30は、上鍔部31と、柱脚部32(巻軸部)と、下鍔部33と、を有している。これらのうち、上鍔部31、柱脚部32および下鍔部33の平面形状は円形状に設けられている。また、ドラム型コア30の上鍔部31は、下鍔部33よりも大径に設けられている。この上鍔部31は、第1の鍔部に対応するが、当該上鍔部31は、内部空間Pに入り込まずに下面31bが端面21bに当接する程度の直径を有している。また、上鍔部31には、切欠部311が設けられている。切欠部311は、上鍔部31の径方向の中央側に向かい、略半円を為す状態で窪んでいる部分である。なお、本実施の形態では、上鍔部31には、90度間隔で合計4つの切欠部311が設けられている。
また、図4に示すように、ドラム型コア30は、ポットコア20の両端に設けられた凹部(図4中、符号Pで示される内部空間)に配置されている。ここで、下鍔部33は、第2の鍔部に対応し、内部空間Pの最も中央側に配置される部位である。この下鍔部33は、上鍔部31の下面31bが端面21bに接触している状態で、仕切り部22と一定の隙間S(図4では、寸法Sの空間の部分)を有するように設けられている。すなわち、下鍔部33は、隙間Sを有するように仕切り部22に対して非接触に設けられていて、その隙間Sが磁気ギャップとして機能する。また、この隙間Sは、第1の隙間に対応する。また、下鍔部33は、外筒部21の内周壁面21cに対しても、非接触に設けられている。すなわち、下鍔部33の外周面33aと外筒部21の内周壁面21cとの間には、隙間T(図4では、寸法Tの空間の部分)が設けられている。そして、この隙間Tは、第2の隙間に対応すると共に、隙間Tも、磁気ギャップとして機能する。
なお、本実施の形態では、上述の隙間Sの方が、隙間Tよりも大きく設けられている。そのため、図4に示す磁路Mは、主として隙間Tを通過する状態となる。また、隙間Sは、多少の寸法のばらつきが生じても、インダクタンス値の変動が小さい領域に設定されている。その例を図6に示す。図6に示す例においては、隙間Sの寸法を0.45mmと設定した場合、その寸法に±0.05mmの変動が生じても、インダクタンス値の変動が1μH程度と、小さく抑えられる様子が示されている。
また、柱脚部32の外方であって上鍔部31と下鍔部33の間の部位には、巻枠部35が設けられている。図4に示すように、巻枠部35には、コイル40が配置されている。コイル40は、巻線41を巻回することにより形成される。なお、巻線41は、例えばエナメル線等のような、外周部が絶縁被膜によって被覆されている線材である。また、巻線41は、その断面が略円形状の導線である。しかしながら、巻線41の断面は略円形状には限られず、該断面が細長形状となるリボン線(平角線)を用いても良い。
また、図5等に示すように、ポットコア20のうち、一対の導出用凹部212が存在する側の外周面21aには、実装端子50が取り付けられる。実装端子50は、端子部材に対応し、金属プレートをプレス加工する等により、所定の形状に打抜かれ、かつ折り曲げられる部分である。この実装端子50は、平板状の実装部51と、端末接続部52と、側面係止部53とを有している。これらのうち、実装部51は、実装基板に電気的に接続される部分である。なお、本実施の形態では、実装部51は、略矩形状の部位を有していて、その矩形状の部分から端末接続部52に向かう部位が、他の部分よりも幅寸法が小さく設けられている。また、この実装部51には、略半円状に切り欠いた窪み部511が設けられている。
また、端末接続部52は、実装部51に対して略90度を為すように垂直に折り曲げられている。この端末接続部52は、本実施の形態では、実装部51よりも小面積に設けられている。また、端末接続部52は、上述の導出用凹部212に面接触するように取り付けられる。この端末接続部52には、巻線41の端末41aが半田付けや溶接等の手段によって、電気的に接続される。また、側面係止部53も、実装部51に対して略90度を為すように垂直に折り曲げられていて、その折り曲げにより、端末接続部52と同じ向きに突出する。このとき、実装部51、端末接続部52および側面係止部53の法線は、互いに略直交する状態に設けられる。この側面係止部53は、一対の導出用凹部212が存在する外周面21aに隣接する外周面21aに係止される部分である。そして、実装部51が一方の外周面21aに面接触し、側面係止部53が一方の外周面21aに隣接する外周面21aに面接触し、さらに端末接続部53が導出用凹部212に面接触することにより、実装端子50の位置決めが為される。
なお、実装部51は、ポットコア20の外周面21aに対して、例えば接着剤等の手段によって取付固定される。
以上のような構成を有する複合磁性素子10によれば、巻線41に電流を導通させると、コイル40に磁束が発生する。そのとき、磁路Mは、図4に示すようにドラム型コア30およびポットコア20を通過している。ここで、図4に示すように、隙間Tの寸法は、隙間Sの寸法よりも小さく設けられている。そのため、磁路M(磁束)は、主として隙間Tの部位を通過する。それにより、仕切り部22には、さほど大きな磁束が流れない。そのため、それぞれの複合磁性素子10に電流を導通させても、仕切り部22で磁気飽和が発生し難くなっている。
また、仕切り部22の存在により、2つのコイル40で生じるそれぞれの磁束は、互いに影響を及ぼさない状態で、ポットコア20およびドラム型コア30の内部を流れる。それにより、2つのコイル40の間における、磁気結合が生じるのを抑えることが可能となる。そのため、複合磁性素子10は、独立した2つの磁性素子を備える状態となる。それにより、本発明の複合磁性素子10を1つ用いれば、2つの磁性素子を基板に実装したのと同等となり、磁性素子の個数を低減することが可能となる。
また、本実施の形態では、磁気ギャップは、ポットコア20の内部に設けられているので、磁気ギャップが外部に露出している場合と比較して、外部への磁気漏れが生じ難くなる。
さらに、本実施の形態では、上鍔部31は、下鍔部33よりも大きな直径を有する円盤状に設けられていると共に、上鍔部31は、外筒部21の端面21bに対して面接触して取り付けられている。そのため、ポットコア20の内部空間Pは、上鍔部31により覆われる状態となり、コイル40から生じる磁束が外部に漏れるのを大幅に低減可能となっている。
また、本実施の形態では、隙間Sの寸法は、隙間Tの寸法よりも大きく設けられている。そのため、磁束の流れは、主として隙間Tを経由して、外筒部21の内周壁面21cと下鍔部33との間を流れる。そのため、隙間Sを経由する磁束の流れは小さくなり、仕切り部22は、磁気飽和し難くなる。また、隙間Sと隙間Tの存在により、本発明の複合磁性素子10では、これら隙間Sおよび隙間Tが存在しない場合と比較して、高い直流重畳特性を得ることが可能となる。
また、複合磁性素子10においては、2つのドラム型コア30は同じ形状となっている。そのため、特許文献1のような、2つのポット形状のコア(第2のコアおよび第3のコア)が、互いに異なる形状に形成される場合のように、別々の金型が必要とされることはなく、製造コストを低減することが可能となる。さらに、本実施の形態では、2つのドラム型コア30が同じ材質から形成されているので、それぞれの巻枠部35に設けられるコイル40の巻数を等しくすれば、同じ特性を備えさせることができる。それにより、2個の磁性素子が同じ特性を備えることが好ましいケースにおいても、巻数を調整したり、ドラム型コア30の寸法等を調整する必要がなくなる。
また、本実施の形態では、複合磁性素子10はドラム型コア30を用いている。ここで、当該ドラム型コア30は、上鍔部31および下鍔部33を備え、その結果、それらと柱脚部32とによって囲まれる巻枠部35を備えるので、巻線41の巻回が容易となり、巻枠部35にコイル40を容易に形成することが可能となる。また、上述のドラム型コア30では、様々な直径を有する巻線41の巻回が容易となり、インダクタンス値の取得範囲を広げることが可能となる。
以上、本発明の一実施の形態に係る複合磁性素子10について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。
上述の実施の形態においては、下鍔部33と仕切り部22との間には、磁気ギャップとして隙間Sが設けられていると共に、下鍔部33と内周壁面21cとの間にも磁気ギャップとして隙間Tが設けられている。しかしながら、磁気ギャップは、これら隙間S、隙間Tには限られず、例えば銅等から構成される金属プレート、樹脂製のシート部材や接着剤等のような別途の材質を、下鍔部33と仕切り部22との間、および下鍔部33と内周壁面21cとの間の少なくとも一方に介在させ、これを磁気ギャップとして用いるようにしても良い。
また、上述の実施の形態では、ドラム型コア30において、上鍔部31の外筒部21の軸方向と略直交する面の輪郭線は、下鍔部33外筒部21軸方向と略直交する面の輪郭線を包含している。また、このような関係は、上鍔部31の直径を、下鍔部33の直径よりも大径とすることで実現されている。しかしながら、上鍔部31の外筒部21の軸方向と略直交する面の形状は、下鍔部33の外筒部21の軸方向と略直交する面の形状と、略同一となるように形成されていてもよい。この場合、上鍔部31の直径と、下鍔部33の直径とを略同一となるように設定することができる。なお、このように構成する場合、上鍔部31と内周壁面21cとの間に、接着剤や別途の固定具を用いる必要がある。
また、上述の実施の形態では、ポットコア20は、一体成型されたものを用いている。しかしながら、ポットコアは、一体成型されたものには限られず、例えば2つのリングコアの間に、プレート状のコア(これが、仕切り部に対応)を介在させて、それらを突き合わせることにより、ポットコアを構成しても良い。
さらに、上述の実施の形態では、仕切り部22は、ポットコア20の矢示B方向に設けられる場合には限られず、内部空間Pを区切るものであれば、どのような位置に設けられていても良い。
また、上述の実施の形態における複合磁性素子10は、例えばデジタルオーディオアンプ等に用いられるが、当該複合磁性素子10の用途はそれには限られず、例えば電源機器におけるチョーク用として用いる等、種々の用途に用いることが可能である。
本発明の複合磁性素子は、電気機器の分野において利用することができる。

Claims (8)

  1. 筒状に設けられる外筒部、および上記外筒部の内部空間を2つに区切る仕切り部を有する第1のコア部材と、
    第1の鍔部および第2の鍔部を備えると共に、少なくとも上記仕切り部と上記第2の鍔部との間に磁気ギャップを有する状態で配置され、かつ上記仕切り部を挟んで2つの上記内部空間のそれぞれに配置される第2のコア部材と、
    上記第1の鍔部と上記第2の鍔部との間に存在する巻枠部に配置されるコイルと、
    上記外筒部の外周面に配置されると共に、上記コイルの端末が電気的に接続される端子部材と、
    を具備することを特徴とする複合磁性素子。
  2. 前記第1の鍔部の前記外筒部軸方向と略直交する面の輪郭線が、前記外筒部の端面内周側の輪郭線を包含すると共に、この第1の鍔部は、前記外筒部の端面に対して面接触して取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の複合磁性素子。
  3. 前記磁気ギャップは、前記仕切り部と前記第2の鍔部とを離間させた第1の隙間Sであると共に、
    前記第2の鍔部と、前記外筒部の内壁面との間にも第2の隙間Tが設けられていて、
    上記第1の隙間Sの寸法は、上記第2の隙間Tの寸法よりも大きく設けられている、
    ことを特徴とする請求項1記載の複合磁性素子。
  4. 前記第1の鍔部の前記外筒部軸方向と略直交する面の形状と、前記第2の鍔部の前記外筒部軸方向と略直交する面の形状と、が同一であることを特徴とする請求項1または2記載の複合磁性素子。
  5. 前記外筒部の両開口部の周囲の端面に、各々少なくとも2つの係止突起が設けられていることを特徴とする請求項1記載の複合磁性素子。
  6. 前記係止突起は、前記外筒部の軸方向を基準として、前記外筒部の外周面に配置された前記端子部材と反対の位置に設けられていることを特徴とする請求項記載の複合磁性素子。
  7. 前記端子部材は、平板状の実装部と、該実装部から垂直方向に折り曲げられた側面係止部と、端末接続部とを有することを特徴とする請求項1記載の複合磁性素子。
  8. 柱状部材の両端から凹部がそれぞれ設られている第1のコア部材と
    巻軸部および該巻軸部の両端に形成された鍔を有する第2のコア部材と、
    前記巻軸部に巻回したコイルと、を具備し、
    前記第2のコア部材を、前記第1のコア部材の両端部に設けられた凹部にそれぞれ配置したことを特徴とする複合磁性素子。
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