JP5375922B2 - 磁性コア、及び誘導機器 - Google Patents

Description

本発明は、磁性コア、及び磁性コアを備えた誘導機器に関する。

従来から、磁性コアにコイルを巻回して構成したリアクトルやトランスといった誘導機器が提供されている。このような誘導機器の中には、フェライトコア及びダストコアを組み合わせた磁性コアを備えたものがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、３本の磁脚を有するＥ型コア、及び一対の切欠き部を有する平板状のＩ型コアを備えるとともに、Ｉ型コアに形成された切欠き部に対してＥ型コアの両端に設けられた磁脚をそれぞれ接合している。このような構成により、特許文献１では、Ｅ型コアをＩ型コアへ組み付ける際の位置合わせが容易にできるようになっている。

特開２００７−９５９１４号公報

ところで、特許文献１において、Ｉ型コアをフェライトコアとするとともに、コイルが巻回されるＥ型コアをダストコアとすることでコイルの巻回部における断面積を小さくし、コイルの巻線長さを短くできると考えられる。しかしながら、ダストコアの各磁脚と、フェライトコアとの接触面積が小さい場合には、フェライトコアにおけるダストコアとの接触部において磁束飽和が発生し、直流重畳特性を確保できなくなる虞がある。

これに対して、特許文献１では、一対の切欠き部に対してダストコアにおける磁脚の先端面及び側面を接触させることにより、その接触面積を拡大できるとも考えられる。しかしながら、特許文献１のように、一対の切欠き部に対してそれぞれ磁脚を接合させる場合には、ダストコアの組み付けを容易とするために、切欠き部の間隔よりも磁脚の間隔を広く形成することが不可欠である。このため、特許文献１では、全ての磁脚について先端面及び側面をフェライトコアに接触させることが困難であり、コア同士の接触面積を確保できない問題があった。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、コア同士の接触面積を確保できるとともに容易に製造できる磁性コア、及びその磁性コアを備えた誘導機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１のコアと、端部が前記第１のコアと接し、前記第１のコアと共に閉磁路を形成する第２のコアと、を有する磁性コアであって、前記第２のコアは、前記第１のコアよりも透磁率が低く且つ飽和磁束密度が高い材料で形成されているとともに、第１の端部と、前記閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向における前記第１の端部の断面積より大きい面積の先端面を設けた第２の端部と、を有し、前記第２の端部は、前記第２の端部の先端面が前記第１のコアに接している一方で、前記第１の端部は前記第１のコアに形成された凹部に嵌め込まれていることを要旨とする。ここで「接する」とは、直接的に接している状態のほか、例えばシートやペーストなどを介して間接的に接している状態をも含むものとする。

これによれば、第２のコアにおける第２の端部には、閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向における第１の端部の断面積より大きい先端面が設けられており、第２の端部はこの先端面で第１のコアと接する。また、第１の端部は、第１のコアに形成された凹部に嵌め込まれることから、単に先端で接する構成と比べて広い面積で第１のコアと接触される。また、第１の端部を第１のコアに形成された凹部に嵌め込む一方で、第２の端部の先端面を第１のコアに接触させることから、両端部を第１のコアに形成した凹部（切欠き部）に嵌め込む従来の構成と比較して、コア同士の接触面積を確保できるとともに容易に製造できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誘導機器において、前記第２のコアは、前記第１の端部が設けられた第１のコア部材と、前記第２の端部が設けられるとともに前記第１のコア部材と別体をなし、前記第１のコア部材における前記第１の端部とは異なる端部と接する第２のコア部材と、を含んで構成されていることを要旨とする。

これによれば、第１の端部を設けた第１のコア部材と第２の端部を設けた第２のコア部材とが別体に設けられる。このため、第１のコアに対して第２のコア部材を配設したのち、第１の端部を第１のコアにおける凹部に嵌め込みつつ、第１の端部とは異なる端部を第２のコア部材に接するように第１のコア部材を配設できる。しがたって、より容易に製造することができる。

請求項３に記載の発明は、誘導機器において、請求項１または２に記載の磁性コアと、前記第２のコアに巻回されたコイルと、を備えたことを要旨とする。
これによれば、第１の端部を第１のコアに形成された凹部に嵌め込む一方で、第２の端部を第１のコアに接触させることから、両端部を第１のコアに形成した凹部（切欠き部）に嵌め込む従来の構成と比較して、コア同士の接触面積を確保できるとともに容易に製造できる。

本発明によれば、コア同士の接触面積を確保できるとともに容易に製造できる。

（ａ）は、磁性コア及びリアクトルの模式正面図、（ｂ）は、磁性コア及びリアクトルの模式平面図、（ｃ）は、磁性コア及びリアクトルの模式左側面図、（ｅ）は、磁性コア及びリアクトルの模式右側面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態において、誘導機器としてのリアクトル１０は、例えばアルミニウムなどからなる放熱板１１に固定されている。以下の説明では、便宜上、放熱板１１と平行な矢印Ｙ１に示す方向を前後方向とするとともに、放熱板１１と平行で且つ矢印Ｙ１に示す方向と直交する矢印Ｙ２に示す方向を左右方向とし、さらに放熱板１１に対して垂直な矢印Ｙ３に示す方向を上下方向と示すものとする。

本実施形態のリアクトル１０は、放熱板１１の上面に対して、例えば接着により固定される第１のコアとしてのＩ型コア１２と、このＩ型コア１２に対して上側から組み付けられる第２のコアとしてのＵ型コア１３と、Ｕ型コア１３に巻回されるコイル１４とから構成されている。本実施形態では、Ｉ型コア１２、及びＵ型コア１３により磁性コアＣが形成されている。

Ｉ型コア１２は、例えばＭｎＺｎ系材料やＮｉＭｎ系材料などのフェライトからなるフェライトコアとされている。Ｉ型コア１２は、その全体として平面視で左右方向に沿って延びる長方形平板状をなしているとともに、右側に配置される一方の側縁部（端部）には、前後方向における全幅にわたって上面から下方に向かって切欠き形成した凹部としての切欠き部１５が設けられている。すなわち、切欠き部１５は、底面１５ａ及び側面１５ｂを正面視で直角に交わるように形成されており、Ｉ型コア１２の右端部は、正面視で略段差状（階段状）をなしている。また、Ｉ型コア１２の下面は、放熱板１１に接触される接触面１２ａとされている。

また、Ｕ型コア１３は、表面を絶縁性の樹脂材料で被覆（コーティング）した例えばＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系材料などの粉末（ダスト材）を加圧成形して形成したダストコア（圧粉コア）とされている。ここで、Ｕ型コア１３を形成するダスト材は、フェライトより透磁率が低く、且つ飽和磁束密度が高い。

Ｕ型コア１３は、平面視で前後方向に沿って延びるように形成された平板状の第２のコア部材としての第１コア部材１７を備えているとともに、この第１コア部材１７は、Ｉ型コア１２において左側に配置される他方の側縁部（端部）の上面に対し、例えば接着により固定されている。第１コア部材１７は、その前後方向に沿った長さがＩ型コア１２の前後方向に沿った長さに一致されており、その全幅にわたって配設されている。本実施形態では、第１コア部材１７が第２の端部となり、第１コア部材１７の下面１７ａが先端面となる。

またＵ型コア１３は、平面視で左右方向に沿って延びる長方形平板状をなし且つＩ型コア１２と平行に配置される平板部１９、及びこの平板部１９において右側に配置される一方の側縁部（端部）から下方に向かって延びるように形成された四角柱状の脚部２１からなる第１のコア部材としての第２コア部材１８を備えている。すなわち、第２コア部材１８において、脚部２１は、接触面１２ａ（放熱板１１）と直交し、且つＩ型コア１２（接触面１２ａ）に向かう方向（下方向）に沿って形成されている。本実施形態において、第２コア部材１８と第１コア部材１７は、別体に設けられている。また、本実施形態の第２コア部材１８において、脚部２１が第１の端部となり、平板部１９の左端部が第１の端部とは異なる端部となる。

また、脚部２１は、その先端部がＩ型コア１２に形成された切欠き部１５に対して嵌め込まれている（係合されている）。そして、脚部２１の先端面２１ａは、切欠き部１５の底面１５ａに接していると共に、脚部２１において先端面２１ａの左側に配置される側面２１ｂは、切欠き部１５の側面１５ｂと接している。

また、平板部１９において、左側に配置される他方の側縁部（端部）の下面は、第１コア部材１７の上面と接している。したがって、本実施形態では、放熱板１１の上面（接触面１２ａ）から第１コア部材１７の上面までの距離と、放熱板１１の上面から第２コア部材１８における平板部１９の下面までの距離とが一致されている。

このように、本実施形態のＵ型コア１３は、第１コア部材１７及び第２コア部材１８からなり、全体として正面視でＵ字状をなすＵ型コアとされている。そして、第２コア部材１８の脚部２１は、先端面２１ａ及び側面２１ｂでＩ型コア１２の切欠き部１５と接しており、脚部２１におけるＩ型コア１２との接触面積が先端面２１ａの面積より大きくなっている。

同様に、第１コア部材１７とＩ型コア１２との接触面積（＝下面１７ａの面積）は、第１コア部材１７と第２コア部材１８との接触面積よりも大きく、且つ脚部２１における上下方向と直交する方向の断面積（＝先端面２１ａの面積）よりも大きい。

また、第２コア部材１８の平板部１９において、その長手方向（左右方向）の中央で切断した場合の断面積は、切欠き部１５の形成部位を除き、Ｉ型コア１２において、その長手方向（左右方向）の中央で切断した場合の断面積よりも小さく設定されている。また、第２コア部材１８の脚部２１において上下方向に直交する方向の断面積は、第１コア部材１７において上下方向に直交する方向の断面積よりも小さく設定されている。

また、Ｕ型コア１３の第２コア部材１８は、Ｉ型コア１２及び第１コア部材１７の前後方向における中央において、左右方向に延びるように配置されている。したがって、本実施形態の磁性コアＣは、Ｉ型コア１２及びＵ型コア１３（第１コア部材１７及び第２コア部材１８）を組み合わせることで、正面視で四角枠状（環状）をなしている。

第２コア部材１８の脚部２１には、コイル１４が巻回されている。換言すれば、第２コア部材１８は、脚部２１をコイル１４に挿通させた状態でＩ型コア１２及び第１コア部材１７に組み付けられている。なお、本実施形態のコイル１４の巻回数（ターン数）は１回とされている。本実施形態において、第２コア部材１８の脚部２１は、コイル１４が巻回される巻回部となる。

次に、リアクトル１０の形成方法（製造方法）について説明する。
まず、Ｉ型コア１２における左側縁部（左端部）の上面に対し、第１コア部材１７を接着などにより固定する。続けて、放熱板１１の上面に対して、第１コア部材１７を固定したＩ型コア１２を接着などにより固定する。次に、Ｉ型コア１２において、第２コア部材１８の脚部２１が配置される切欠き部１５に対応するように、Ｉ型コア１２（放熱板１１）の上方からコイル１４を配置し、固定する。

続けて、Ｉ型コア１２に対して、脚部２１をコイル１４に挿通させつつＩ型コア１２（放熱板１１）の上方から第２コア部材１８を組み付け、第１コア部材１７の上面と第２コア部材１８における平板部１９の下面を接触させると共に、脚部２１の先端面２１ａをＩ型コア１２における切欠き部１５の底面１５ａに接触させる。そして、その状態において、第２コア部材１８を左方（第１コア部材１７側）に向かって移動させることにより、第２コア部材１８の脚部２１における側面２１ｂを、Ｉ型コア１２の切欠き部１５における側面１５ｂに接触させる。これにより、磁性コアＣ、及びリアクトル１０が完成される。

したがって、例えばＩ型コア１２の切欠き部１５において、製造誤差などにより左右方向に沿った長さに過不足が生じた場合であっても、第２コア部材１８の脚部２１における先端面２１ａ及び側面２１ｂと、Ｉ型コア１２（切欠き部１５）とを確実に密着（接触）させることができる。

次に、リアクトル１０の作用について説明する。
本実施形態のリアクトル１０では、図１（ａ）における矢印Ｙ４ａ，Ｙ４ｂに示すように、コイル１４への通電に伴って脚部２１→平板部１９→第１コア部材１７→Ｉ型コア１２→脚部２１…のように、又はその逆方向に磁束が流れる閉磁路が形成されることになる。すなわち、Ｕ型コア１３は、Ｉ型コア１２と共に閉磁路を形成するとともに、Ｕ型コア１３の第１コア部材１７及び脚部２１は、それぞれ他方のコア（Ｉ型コア１２）との間で磁路を形成するための磁脚となる。また、第２コア部材１８の平板部１９及び脚部２１は、閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向の断面積が、閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向におけるＩ型コア１２、及び第１コア部材１７の断面積よりも小さく設定されることになる。また、第１コア部材１７の下面１７ａは、閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向における脚部２１の断面積より大きい面積に設定される。

そして、本実施形態において、第２コア部材１８の脚部２１は、先端面２１ａ及び側面２１ｂによりＩ型コア１２と接している。このため磁束は、矢印Ｙ４ａに示すように脚部２１の側面２１ｂとＩ型コア１２との接触部（面）を通過するだけでなく、矢印Ｙ４ｂに示すように、脚部２１の先端面２１ａとＩ型コア１２との接触部（面）も通過できる。したがって、本実施形態では、フェライトからなるＩ型コア１２において、第２コア部材１８における脚部２１とＩ型コア１２との接触部分において磁束飽和が発生することが抑制される。

また、本実施形態において、Ｕ型コア１３は、第１コア部材１７の下面１７ａの全体でＩ型コア１２の上面と接している。このため、図１（ｃ）において矢印Ｙ４ｃに示すように、磁束は、第１コア部材１７の下面１７ａの全体を通過できる。このため、本実施形態では、Ｉ型コア１２において、第１コア部材１７とＩ型コア１２との接触部分において磁束飽和が発生することが抑制される。

したがって、第１コア部材１７は、Ｉ型コア１２との接触面積を脚部２１における上下方向と直交する方向の断面積よりも拡大するための拡大部となる。なお、第１コア部材１７と第２コア部材１８との接触面積は、第１コア部材１７の下面１７ａより小さいが、ダスト材の飽和磁束密度が高いため、第１コア部材１７と第２コア部材１８の接触部における磁束飽和の発生が抑制される。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）Ｕ型コア１３における第１コア部材１７には、閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向における第２コア部材１８の脚部２１の断面積より大きい下面１７ａが設けられており、第１コア部材１７はこの下面１７ａでＩ型コア１２と接する。また、第２コア部材１８の脚部２１における先端部は、Ｉ型コア１２に形成された切欠き部１５に嵌め込まれることから、単に先端面２１ａで接する構成と比べて広い面積でＩ型コア１２と接触される。また、脚部２１の先端部をＩ型コア１２に形成された切欠き部１５に嵌め込む一方で、第１コア部材１７の下面１７ａをＩ型コア１２に接触させることから、Ｕ型コア１３の両端部をＩ型コア１２に形成した一対の凹部（切欠き部）に嵌め込む従来の構成と比較して、コア同士の接触面積を確保できるとともに容易に製造できる。

（２）Ｕ型コア１３の一方の端部をなす脚部２１を設けた第２コア部材１８と、他方の端部をなす第１コア部材１７とが別体に設けられる。このため、Ｉ型コア１２に対して第１コア部材１７を配設（接着）したのち、脚部２１の先端部をＩ型コア１２における切欠き部１５に嵌め込みつつ、平板部１９の左端部を第１コア部材１７に接するようにして第２コア部材１８を配設できる。したがって、より容易に製造することができる。

（３）Ｉ型コア１２には、第２コア部材１８の脚部２１における先端部（下端部）を嵌め込む切欠き部１５を切欠き形成した。このため、第２コア部材１８をＩ型コア１２に対して組み付ける際に、第２コア部材１８を左右方向へ移動させることが可能となり、脚部２１の側面２１ｂを切欠き部１５の側面１５ｂに対してより確実に密着させることができる。

（４）また、Ｉ型コア１２には、前後方向に沿った全幅にわたって切欠き部１５を形成した。したがって、コイル１４の配設位置に応じて第２コア部材１８の配設位置を前後方向に調整できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 切欠き部１５は、底面１５ａ及び側面１５ｂの交わる角度が鋭角や鈍角となるように形成されていてもよい。また、この場合、第２コア部材１８の脚部２１は、切欠き部１５の角度に対応した角度に形成されておればよく、接触面１２ａ（放熱板１１）と直交するように形成されていなくてもよい。

○ 第１コア部材１７は、その前後方向に沿った長さがＩ型コア１２の前後方向に沿った長さより短くてもよい。
○ 第１コア部材１７、及び脚部２１の形状は適宜変更してもよい。例えば、脚部２１を平面視で円形や楕円形としてもよい。この場合、Ｉ型コア１２の切欠き部１５を脚部２１に対応した凹部に形成すればよい。

○ Ｉ型コア１２には、異なる形状の凹部を設けてもよい。例えば、切欠き部１５は、Ｉ型コア１２の右側縁部（右端部）の全幅のうち、第２コア部材１８における脚部２１の前後方向に沿った幅に一致させて部分的に形成してもよい。また、平面視において脚部２１と一致させた四角形状の凹部を設けた構成としてもよい。さらに、例えば脚部２１の先端部を凸状の半球状に形成する場合には、Ｉ型コア１２に半球状の凹部を設けるとよい。

○ Ｉ型コア１２、Ｕ型コア１３（第１コア部材１７及び第２コア部材１８）の角部には、前後方向に沿った全幅にわたって傾斜面（所謂Ｃ面）や、円弧面（所謂Ｒ面）を設けてもよい。

○ 第１コア部材１７と第２コア部材１８は、一体に形成されていてもよい。また、第１コア部材１７は、第２コア部材１８の平板部１９における左端部の下面に対して、例えば接着などにより固定されていてもよい。このように構成しても、第２コア部材１８の脚部２１における側面２１ｂを切欠き部１５の側面１５ｂに密着させることができる。

○ 第２コア部材１８は、第２コア部材１８をＩ型コア１２及び第１コア部材１７側へ付勢するホルダなどにより固定してもよい。
○ コイル１４の巻回数は、２回以上としてもよい。また、コイル１４は、絶縁性樹脂などで被覆した銅線を巻回して形成してもよい。

○ 第１コア部材１７、及び第２コア部材１８の脚部２１は、接触面１２ａ（放熱板１１）に対して傾斜するように形成してもよい。すなわち、第１コア部材１７、及び脚部２１は、Ｉ型コア１２、或いは接触面１２ａ（放熱板１１）に対して交差する方向に沿って延びるように形成されていてもよい。

○ 第２コア部材１８の平板部１９は、Ｉ型コア１２と平行に形成されていなくてもよい。
○ 放熱板１１上に複数のリアクトル１０を配置した誘導機器（電子機器）としてもよい。例えば、放熱板１１に対して特定個（但し複数個）のリアクトル１０を形成する場合には、まず、第１コア部材１７を固定したＩ型コア１２を特定個、放熱板１１に接着する。続けて、少なくとも特定個のコイル１４を設けた単一の回路基板を、各Ｉ型コア１２の切欠き部１５に対して各コイル１４がそれぞれ対応されるように配設する。その後、コイル１４毎に脚部２１を挿通させつつ第２コア部材１８を順次組み付けることで、各リアクトル１０が完成される。このような構成によれば、Ｉ型コア１２に代えてＥ型コアなどを放熱板１１に固定する構成と比較して、単一の回路基板上に設けられたコイル１４を容易に配設し、複数個のリアクトル１０を効率的に形成することができる。なお、複数個のリアクトルのうち一部又は全部を複数のコイル１４を備えたトランスとして構成してもよい。

○ Ｉ型コア１２は、リアクトル１０を収容するケースに対して、例えば接着などにより固定してもよい。
○ Ｕ型コア１３は、表面を絶縁性の樹脂材料で被覆（コーティング）した金属ガラスの粉末を加圧成形して形成してもよい。

○ Ｉ型コア１２と第１コア部材１７との間や、第２コア部材１８における脚部２１とＩ型コア１２との間に例えば磁性を有するペーストやシートを介在させてもよい。すなわち、上記実施形態のように直接的に接している場合のほか、他部材を介して間接的に接していてもよい。

○ 複数のコイル１４を備えた誘導機器としてのトランスに適用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（ａ）前記先端面と前記第１のコアとの接触面積は、前記第１のコア部材における前記異なる端部と前記第２のコア部材との接触面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁性コア。

（ｂ）前記凹部は、前記第１のコアの端部に切欠き形成されていることを特徴とする請求項１，２、及び技術的思想（ａ）のいずれか１項に記載の磁性コア。

１０…リアクトル（誘導機器）、１２…Ｉ型コア（第１のコア）、１３…Ｕ型コア（第２のコア）、１４…コイル、１５…切欠き部（凹部）、１７…第１コア部材（第２の端部、第２のコア部材）、１７ａ…下面（先端面）、１８…第２コア部材（第１のコア部材）、２１…脚部（第１の端部）、Ｃ…磁性コア。

Claims (3)

1. 第１のコアと、
   端部が前記第１のコアと接し、前記第１のコアと共に閉磁路を形成する第２のコアと、を有する磁性コアであって、
   前記第２のコアは、前記第１のコアよりも透磁率が低く且つ飽和磁束密度が高い材料で形成されているとともに、第１の端部と、前記閉磁路において磁束が流れる方向と直交する方向における前記第１の端部の断面積より大きい面積の先端面を設けた第２の端部と、を有し、
   前記第２の端部は、前記第２の端部の先端面が前記第１のコアに接している一方で、前記第１の端部は前記第１のコアに形成された凹部に嵌め込まれていることを特徴とする磁性コア。
2. 前記第２のコアは、前記第１の端部が設けられた第１のコア部材と、
   前記第２の端部が設けられるとともに前記第１のコア部材と別体をなし、前記第１のコア部材における前記第１の端部とは異なる端部と接する第２のコア部材と、を含んで構成さ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. 請求項１または２に記載の磁性コアと、
   前記第２のコアに巻回されたコイルと、を備えたことを特徴とする誘導機器。

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