JP5192582B1

JP5192582B1 - チョークコイル

Info

Publication number: JP5192582B1
Application number: JP2011238117A
Authority: JP
Inventors: 道隆板谷; 秀一早坂
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2014132602A

Abstract

【課題】高いインダクタンスを持つ小型チョークコイルの提供。
【解決手段】一体形成され、中央の中芯部、左右の側芯部、及び、前記中芯部と前記側芯部の端部を接続する接続部を有する日の字型磁性コアと、歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、巻線と、端子台を備え、歯車ボビンは中芯部に配置され、巻線は歯車ボビンに巻き回され、端子台上に日の字型磁性コア及び歯車ボビンが配置され、日の字型磁性コアにおける２つの側芯部の長手方向に垂直な断面積の和を、中芯部の長手方向に垂直な断面積の１６０％以上２２０％以下としたチョークコイルとする。
【選択図】図７

Description

本発明は、磁性コアに巻線を施し、巻線への通電により生じるインダクタンスを利用したチョークコイルに関する。

両端に鍔を有するボビンと、ボビンの外周に巻回する巻線と、ボビンの貫通孔に、中脚部を挿入するとともに、ボビンの外側に、中脚部と対向する対向脚部を配置した日の字状の閉磁路磁芯と、閉磁路磁芯を水平方向に配置して保持する端子板とを備えているラインフィルタの構成が特許文献１に開示されている。

また、中央脚と左右脚を有し、中央脚が左右脚方向に延びた板状となっている２つの鉄心を組み合わせ、ボビンの両側より差し入れた小型トランスの構成が特許文献２に開示されている。

特開２０００−１９５７３０号公報特開昭６１−３９５１１号公報

特許文献１に記載されたチョークコイルの一種であるラインフィルタでは、磁芯の形状によってインダクタンスが制限されるため、充分なノイズ除去性能が得られないという課題がある。また、特許文献２に記載された小型トランスの鉄心を特許文献１のラインフィルタへ組み込んでも、鉄心が分割されていることから、鉄心の分割された部分が磁気ギャップとなり、高いインダクタンスが得られないという課題がある。

従って本発明は、主に磁性コア形状を工夫することで、高いインダクタンスを持つ小型チョークコイルの提供を行うことを目的とする。

上記課題を本発明は、一体形成され、中央の中芯部と左右の側芯部を有し、さらに前記中芯部と前記側芯部の端部を接続する接続部を有する日の字型磁性コアと、歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、２つの巻線と、底部に端子を有する端子台を備え、日の字型磁性コアはフェライトであり、歯車ボビンは中芯部に配置され、巻線は歯車ボビンに巻き回され、端子台上に日の字型磁性コア及び歯車ボビンが配置され、端子の延伸方向は、中芯部、側芯部及び接続部を含む平面と垂直となり、日の字型磁性コアにおける２つの側芯部の長手方向に垂直な断面積の和は、前記中芯部の長手方向に垂直な断面積の１６０％以上２２０％以下であるコモンモードチョークコイルにより解決する。

また本発明のチョークコイルは、日の字型磁性コアにおける中芯部、側芯部及び接続部の中央を含む平面に対する垂直方向の寸法を厚み寸法とした場合、側芯部の厚み寸法を中芯部の厚み寸法よりも大きくしてもよい。

また本発明のチョークコイルは、日の字型磁性コアにおける中芯部、側芯部及び接続部の各々の底面が同一平面に含まれるよう構成され、日の字型磁性コアにおける底面は端子台と対面し、日の字型磁性コアにおける底面に対向する面を上面とした場合、中芯部の端部の上面及び側芯部の端部の上面と連続する斜面を接続部により構成したことで、歯車部の少なくとも一部が中芯部の端部及び接続部より露出していてもよい。

本発明により、小型でインダクタンスの高いチョークコイルを提供することが出来る。

本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの一例を示す斜視図である。本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの一例を示す断面図である。本発明におけるチョークコイルの組立工程の一例を示す概略図である。中芯部の断面積に対する２つの側芯部の断面積の和の比率を変えた場合のチョークコイルのインダクタンス値を示すグラフである。本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの他の一例を示す斜視図である。本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの他の一例を示す断面図である。図６（ａ）は図５におけるＡＡ面の断面図を示している。図６（ｂ）の磁性コアは、図６（ａ）の変形例である。本発明におけるチョークコイルの一例を示す斜視図である。本発明におけるチョークコイルの一例を示す斜視図である。図８（ａ）は図７におけるチョークコイルのＢＢ面における断面を示している。図８（ｂ）は図８（ａ）の変形例である。

＜実施形態１＞
本発明は、例えば、一体形成され、中央の中芯部、左右の側芯部、及び、前記中芯部と前記側芯部の端部を接続する接続部を有する日の字型磁性コアと、歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、巻線と、端子台を備え、歯車ボビンは中芯部に配置され、巻線は歯車ボビンに巻き回され、端子台上に日の字型磁性コア及び歯車ボビンが配置され、日の字型磁性コアにおける２つの側芯部の長手方向に垂直な断面積の和を、中芯部の長手方向に垂直な断面積の１６０％以上２２０％以下としたチョークコイルの実施形態を取り得る。

中芯の断面積に対する２つの側芯部を合わせた断面積の比率は、チョークコイルの小型化をする上では２２０％以下であることが望ましく、インダクタンスを確保する上では１６０％以上であることが望ましい。すなわち、断面積の比率が１６０％以上２２０％以下とすることで、インダクタンス向上の効果と、チョークコイル全体を小型化する効果を両立させることができる。

なお、断面積の比率を１６０％以上２２０％以下とすることで、中芯部の断面積を小さくしてもインダクタンスを確保することができるため、歯車ボビンの内径及び外形の小型化が可能となり、磁性コアの小型化にも繋がることから、チョークコイル全体を小型化することができる。また、歯車ボビンの内径を小さくすることができるため、従来と同等な巻き数の巻線を行った場合でも必要な巻線の長さを短くすることができ、巻線の省資源化と軽量化へも繋がる。

なお、特許文献１、特許文献２にはこのような断面積の比率について文言上記載がなく、その図面からは、上記断面積の比率を１００％程度に設定していたことが推定されるため、特許文献１、特許文献２等に開示された設計思想から本発明における断面積の比率の範囲を見出すことは容易ではない。すなわち、断面積の比率に関する従来技術の常識に疑問を持たなければ、本発明に到達することはできない。

本実施形態の具体例を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの一例を示す斜視図である。磁性コア１は細長い形状の中芯部１１、左右の側芯部１２１、１２２、及び、中芯部と側芯部の長手方向の端部を接続する接続部１３を有した日の字型の形状となっている。

図２は、本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの一例を示す断面図、すなわち図１におけるＡＡ面の断面図である。中芯部１１の断面は六角形であり、その頂点は左右の側芯部１２１、１２２へ向いている。

図３は、本発明におけるチョークコイルの組立工程の一例を示す概略図である。図３には磁性コア１と、歯車部２１を有し、巻き軸を含む平面で分割可能な歯車ボビン２と、仕切板３１を有する端子台３が示されている。

本発明におけるチョークコイルは、歯車ボビン２を分割し、磁性コア１の中芯部１１へ歯車ボビン２を取り付け、歯車ボビン２の歯車部２１を図示しない駆動ギアと噛み合わせることで歯車ボビン２を回転させながら巻線を巻き回し、端子台３に巻線された歯車ボビン２を有する磁性コア１を取り付けることにより作製することができる。

図４は、中芯部の断面積に対する２つの側芯部の断面積の和の比率を変えた場合のチョークコイルのインダクタンス値を示すグラフである。すなわち、図２における中芯部１１の断面積に対する、左右の側芯部１２１、１２２の断面積の合計断面積の比率である。

図４によれば、このような断面積の比率が２００％付近、すなわち中芯部１１、側芯部１２１、側芯部１２２の断面積が互いに実質的に等しくなるまでインダクタンス値が増加することが分かる。断面積の比率として望ましい範囲は１６０％以上２２０％以下、より望ましくは１８０％以上２２０％以下の範囲である。

＜実施形態２＞
本発明は、実施形態１における日の字型磁性コアにおける中芯部、側芯部、及び接続部の中央を含む平面に対する垂直方向の寸法を厚み寸法とした場合、側芯部の厚み寸法は中芯部の厚み寸法よりも大きい実施形態を取り得る。

側芯部の高さを中芯部よりも高くすることで、側芯部の長手方向に垂直な断面積を確保しつつ実装面積を縮小し、チョークコイルを小型化することができる。

本発明における磁性コアを側芯部の厚み寸法を前記中芯部の厚み寸法よりも大きくする構成を採用するに当たっては、歯車部が磁性コアに対面する面積が増えてしまい、磁性コアと歯車部の間の摩擦増加により歯車ボビンが回転しなくなることを懸念したが、実際に本発明の構成で歯車ボビンを回転させて実験したところ、歯車ボビンは円滑に回転し、作業性良く巻線可能であることが確認された。

なお、側芯部の厚み寸法を前記中芯部の厚み寸法よりも大きくする構成は特許文献２に開示されているが、特許文献２は、あくまで分割コアに対する技術である。

また、特許文献２ではボビンに巻線を行った後、磁性コアを取り付けることにより作製されるトランスであるが、本発明は一体形成された磁性コアに歯車ボビンを取り付け、歯車ボビンを回転させることで巻線を行うことにより作製されるチョークコイルであるため、特許文献２と本発明では作製工程が相違している。

本発明は、実施形態１または実施形態２における日の字型磁性コアを中芯部、側芯部、及び接続部の各々の底面が同一平面に含まれるよう構成し、日の字型磁性コアにおける底面を前記端子台と対面し、日の字型磁性コアにおける底面に対向する面を上面とした場合、中芯部の端部の上面及び側芯部の端部の上面と連続する斜面を接続部により構成したことで、歯車部の少なくとも一部が中芯部の端部及び接続部より露出した実施形態としてもよい。

中芯部の端部の高さ及び側芯部の端部の高さと連続する斜面を接続部により構成することで、歯車部を最大限露出させることができるため、巻線の巻き回し時に歯車部と駆動ギアを噛み合わせる際に、噛み合わせ部分の視認性が向上し、作業性も向上する。

また、日の字型磁性コアの底面を同一平面とすることで、端子台に磁性コアを取り付ける際の作業性が良好であり、特にＭｎＺｎフェライト等の導電性の軟磁性体を磁性コアとして用いる場合には、端子や回路基板上の導電パターン、隣接する電子部品との距離を離すことで絶縁性を確保することにも繋がる。

本実施形態の具体例を、図面を用いて説明する。

図５は、本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの他の一例を示す斜視図である。磁性コアの紙面上下方向の寸法を磁性コア厚み寸法とした場合、中芯部１１の厚み寸法が側芯部１２１、１２２の厚み寸法より小さい点が図１とは異なっている。また、中芯部１１の端部の上面と側芯部１２１、１２２の端部の上面が接続部１３の斜面１３１により接続されている点も図１と異なっている。

図６は、本発明におけるチョークコイルに用いられる磁性コアの他の一例を示す断面図である。このうち図６（ａ）は図５におけるＡＡ面の断面図を示している。

図６（ａ）の磁性コアは、中芯部１１の上面１１１よりも側芯部１２１、１２２の上面１２１１、１２２１が高い位置にあり、中芯部１１の底面１１２と側芯部１２１、１２２の底面１２１２、１２２２が同じ高さである。図６（ｂ）の磁性コアは、図６（ａ）の変形例であり、中芯部１１の底面１１２が側芯部１２１、１２２の底面１２１２、１２２２よりも高い位置にある点が図６（ａ）とは異なる。

図７は、本発明におけるチョークコイルの一例を示す斜視図である。図７のチョークコイルは図５の磁性コアを用い、実施形態１における図３に示された手順と同様に作製され、中芯部の上面１１１が側芯部の上面１２１１、１２２１よりも低いことで、歯車ボビン２の歯車部が露出しているため、巻線の巻き回し時に歯車部と図示しない駆動ギアを噛み合わせる際に、噛み合わせ部分の視認性が向上し、作業性も向上する。

なお、図７におけるチョークコイルは、端子３２１に接続される巻線と、端子３２２に接続される巻線の２つの巻線を備えることによりコモンモードチョークコイルとして構成してもよい。

また、側芯部の上面１２１１、１２２１の高さを歯車ボビンの頂上部と同じ高さか、やや低い位置にすることで、チョークコイル全体の高さ寸法を維持することができる。

図８は、本発明におけるチョークコイルの一例を示す斜視図である。図８（ａ）は図７におけるチョークコイルのＢＢ面における断面を示している。

磁性コアは図６（ａ）と同じ断面形状となり、歯車ボビン２に巻き回された巻線２２と磁性コアの側芯部１２１、１２２の間は仕切板３１によって仕切られている。なお、仕切板３１に電気絶縁性があれば巻線２２と側芯部１２１、１２２の間の絶縁性を確保することができる。

図８（ｂ）は図８（ａ）の変形例、すなわち磁性コアを図６（ｂ）の形状に変更したものである。図８（ｂ）の構成では磁性コア側芯部１２１、１２２の厚み寸法を大きく取ることができるため、紙面横方向の寸法を幅寸法とした場合、図８（ａ）における側芯部１２１、１２２よりも小さい幅寸法で同じ断面積を確保することができるため、チョークコイル全体の実装面積をより小さくすることができる。

１磁性コア
２歯車ボビン
３端子台
１１中芯部
１３接続部
２１歯車部
２２巻線
３１仕切板
１１１、１２１１、１２２１上面
１１２、１２１２、１２２２底面
１２１、１２２側芯部
１３１斜面
３２１、３２２端子

Claims

一体形成され、
中央の中芯部と左右の側芯部を有し、
さらに前記中芯部と前記側芯部の端部を接続する接続部を有する日の字型磁性コアと、
歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、
２つの巻線と、
端子を有する端子台を備え、
前記日の字型磁性コアはフェライトであり、
前記歯車ボビンは前記中芯部に配置され、
前記巻線は前記歯車ボビンに巻き回され、
前記端子台上に前記日の字型磁性コア及び前記歯車ボビンが配置され、
前記端子の延伸方向は、前記中芯部、前記側芯部及び前記接続部を含む平面と垂直となり、
前記日の字型磁性コアにおける２つの前記側芯部の長手方向に垂直な断面積の和は、前記中芯部の長手方向に垂直な断面積の１６０％以上２２０％以下であることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
前記日の字型磁性コアにおける中芯部、側芯部及び接続部の中央を含む平面に対する垂直方向の寸法を厚み寸法とした場合、前記側芯部の厚み寸法は前記中芯部の厚み寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
前記日の字型磁性コアは中芯部、側芯部及び接続部の各々の底面が同一平面に含まれるよう構成され、
前記日の字型磁性コアにおける前記底面は前記端子台と対面し、
前記日の字型磁性コアにおける前記底面に対向する面を上面とした場合、前記中芯部の端部の上面及び前記側芯部の端部の上面と連続する斜面を前記接続部により構成したことで、前記歯車部の少なくとも一部が中芯部の端部及び接続部より露出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコモンモードチョークコイル。