JP6265406B2 - チョークコイル - Google Patents

Description

本発明は、インバータ回路等に用いられる直流重畳特性を向上させたチョークコイルに関するものである。

インバータ回路等に直流リアクトルとして組み込まれるチョークコイルにおいては、コアに形成したギャップ部に磁気バイアスを付与するマグネットを配置することにより直流重畳特性を向上させたものが多く用いられている。

このようなチョークコイルとして、一対のＥ型コアを対向配置させた日の字型のコアを用いる場合には、安定的な閉磁路を確保する等の理由から、一般的に両Ｅ型コアの中脚間に上記マグネットを配置している。ところが、上記中脚間に充分なスペースが得られない場合に、所望とする磁気バイアスを付与するのに必要なマグネットの面積を確保することができず、直流重畳特性に優位性を持たせることができなくなるという問題点があった。

そこで、例えば下記特許文献１に見られるように、コアの外脚間にマグネットを配置する構造が提案されている。
図６は、この種のチョークコイルにおけるコア構造を示すもので、図中符号２０が一対のＥ型コア２１によって閉磁路を形成する日の字型のコアである。ここで、各Ｅ型コア２１は、平板状の背部２２の両端部に外脚２３が一体に立設されるとともに、これら外脚２３間に円柱状の中脚２４が一体に立設されたものである。

そして、この外脚２３間に、中脚２４を囲繞するように配置された図示されないコイルによって生起される磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内に位置するように、磁気バイアスを付与するマグネット２５が配置されている。

ところで、上記構成からなるコア構造を備えたチョークコイルによれば、両方の外脚２３の対向面間に、それぞれマグネット２５を配置しているために、容易に、所望とする磁気バイアスを付与するのに必要なマグネット２５の面積を確保することができるという利点がある。

特開２００５−１５９０２７号公報

しかしながら、上記チョークコイルにあっては、外脚２３間に配置したマグネット２５によって、コア２０が開磁路に近い構造になるために、外部への漏洩磁束によって、周囲に配置された電子部品に悪影響を与える懸念があり、その改善が要請されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、容易に所望とする磁気バイアスを付与するのに必要なマグネットの面積を確保することができるとともに、外部への漏洩磁束を軽減することができるチョークコイルを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、一対のＥ型コアを対向配置させて日の字型のコアを形成するとともに、上記Ｅ型コアの中脚または外脚の外周にコイルが配置されたチョークコイルにおいて、上記一対のＥ型コアの背部であって両方の外脚との境界部分に、それぞれ上記コイルによる磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内に介装されて磁気バイアスを付与する第１のマグネットを分散配置したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記Ｅ型コアの上記外脚同士の対向面間に、磁気バイアスを付与する第２のマグネットを配置したことを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の発明によれば、日の字型のコアを構成するＥ型コア自体の４箇所に、磁気バイアスを付与する第１のマグネットを分散配置しているために、容易に所望とする磁気バイアスを付与するのに必要なマグネットの面積を確保することができ、よって確実に要求される直流重畳特性を得ることができる。加えて、上記第１のマグネットを分散させて配置しているために、各々の第１のマグネットの磁束方向の長さ寸法を小さく設定することができ、この結果各第１のマグネットからの漏洩磁束が少なくなるために、外部への漏洩磁束による影響を軽減することもできる。

この際に、Ｅ型コアの内部に第１のマグネットを介装することに加えて、請求項２に記載の発明のように、Ｅ型コアの同士の対向面間にも、磁気バイアスを付与する第２のマグネットを配置してもよい。

さらに、第１のマグネットをＥ型コアの背部に介装しているために、当該背部を回路基板に対向させて面実装した際に、外脚に介装した場合と比較して、一層隣接する電子部品に対する漏洩磁束の影響を少なくすることができる。また、特に上記第１のマグネットを、Ｅ型コアの背部であって外脚との境部分に介装しているために、製造も容易になる。

本発明のチョークコイルの一実施形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。 図１のコアの構造を示す斜視図である。 本発明のチョークコイルの他の実施形態におけるコアの構造を示す斜視図である。 シミュレーションによって得られた本発明に係るチョークコイルと従来のチョークコイルとの直流重畳特性を示すグラフである。 シミュレーションによって得られた本発明に係るチョークコイルと従来のチョークコイルとの漏洩磁束の強さを示す模式図である。 従来のチョークコイルにおけるコア構造を示す斜視図である。

図１および図２は、本発明に係るチョークコイルの一実施形態を示すもので、このチョークコイルにおいては、一対のＥ型コア２が対向配置された日の字型のコア１が用いられている。このＥ型コア２は、平板状の背部３の長手方向両端部に、それぞれ外脚４が一体に立設され、これら外脚４間に円柱状の上記中脚５が一体に立設されたものである。

ここで、背部３は、中央部から各端部までの部分が、上記端部側に向けて漸次幅寸法が大きくなる略扇型状に形成されるとともに、最も幅広の各端縁が、中心を共通にする円弧状に形成されている。これにより、外脚４は、背部３の端縁の曲率を有する円弧面状に形成されている。そして、中脚５の外周に、ボビン構造のコイルあるいは単線、平角線またはリッツ線を巻回してなるコイル６が配置されている。

さらに、このチョークコイルにおいては、コア１内の合計４箇所に、それぞれサマリウムコバルト磁石やフェライト磁石等のマグネット（第１のマグネット）７が分散配置されている。本実施形態においては、各々のＥ型コア２内の背部３と両方の外脚４との境界部分に、それぞれマグネット（第１のマグネット）７が介装されている。このマグネット７は、磁気バイアスを付与するために、コイル６によってコア１内に生じる磁束とは逆の方向の磁束を生起するように着磁されたもので、コイル６による磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内に位置するように、背部３と外脚４との境界部分に円弧状に形成されている。

また、図３は、本発明に係るチョークコイルの他の実施形態を示すもので、このチョークコイルにおいては、上記実施形態と同様にして各々のＥ型コア２内の２箇所に分散させて組み込んだマグネット（第１のマグネット）８に加えて、さらにＥ型コア２の外脚４の対向面間にも同様の磁気バイアスを付与するためのマグネット（第２のマグネット）９が配置されている。

これにより、コア１の合計６箇所に、マグネット８、９が分散配置されている。ちなみに、マグネット８、９のコイル６による磁束が鎖交する方向の幅寸法は、図１および図２に示したチョークコイルのマグネット７の幅寸法と比較して、より小さくなっている。

以上の構成からなるチョークコイルによれば、日の字型のコア１の４箇所または６箇所に、磁気バイアスを付与するマグネット７、８、９を分散配置しているために、容易に所望とする磁気バイアスを付与するのに必要なマグネットの面積を確保することができる。この結果、上記マグネット７、８の配置数等を適宜選択することにより、確実に要求される直流重畳特性を得ることができる。

加えて、マグネット７、８を分散させて配置しているために、各々のマグネット７、８からの漏洩磁束が少なくなり、よって外部への漏洩磁束による影響を軽減することもできる。特に、図３に示したチョークコイルにあっては、Ｅ型コア２内とＥ型コア２の外脚４間との合計６箇所にマグネット８、９を分散配置しているために、一箇所のマグネット８、９の幅寸法（磁束方向の長さ寸法）を薄くすることができ、この結果一層各々のマグネット８、９からの磁束の漏れ量を小さくすることができる。

また、マグネット７、８をＥ型コア２の背部３であって、かつ外脚４との境界部分に介装しているために、背部３および中脚５を一体に成形するとともに、外脚４を成形し、両者間にマグネット７、８を挟んで一体化することにより、容易にＥ型コア２を製造することができる。しかも、背部３を回路基板に対向させて面実装した際に、外脚４にマグネットに介装した場合と比較して、一層隣接する電子部品に対する漏洩磁束の影響を少なくすることができる。

本発明の効果を検証するために、図２の構造を有するチョークコイル（実施例１）、図３の構成を有するチョークコイル（実施例２）および比較例として図６に示した構造を有するチョークコイル（従来例）をモデル化した。
なお、モデル化にあたっては、コイルの巻数条件や磁気回路上の断面積は、全てのチョークコイルについて等しくするとともに、マグネットの磁路方向の長さ寸法については、図４に示すように、同等の直流重畳特性が得られるように調製した。

そして、得られた実施例１、実施例２および比較例のモデル化したチョークコイルについて、シミュレーションによって漏洩磁束を演算したところ、図５に見られるように、従来例においてコア表面から外部への磁界の漏れる距離を１００％とした場合に、実施例１ではその７２％程度、実施例２ではその６９％程度に抑制できることが実証された。

１ コア
２ Ｅ型コア
３ 背部
４ 外脚
５ 中脚
６ コイル
７、８ マグネット（第１のマグネット）
９ マグネット（第２のマグネット）

Claims (2)

1. 一対のＥ型コアを対向配置させて日の字型のコアを形成するとともに、上記Ｅ型コアの中脚または外脚の外周にコイルが配置されたチョークコイルにおいて、
   上記一対のＥ型コアの背部であって両方の外脚との境界部分に、それぞれ上記コイルによる磁束が鎖交する方向に対して垂直な面内に介装されて磁気バイアスを付与する第１のマグネットを分散配置したことを特徴とするチョークコイル。
2. 上記Ｅ型コアの上記外脚同士の対向面間に、磁気バイアスを付与する第２のマグネットを配置したことを特徴とする請求項１に記載のチョークコイル。

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