WO1999003116A1 - Bobine - Google Patents

Description

明 糸田 書

3 ィ ル

技術分野

本発明はコイ ルに関する。 更に詳し く は、 環状鉄心とその面上に 重ねた棒状鉄心とからな り、 棒状鉄心部分に電導性材料が巻き回さ れた構造で、 鉄損が少な く 、 製造が簡単であ り、 ト ラ ン スやチ ヨ — ク コ イ ル等に用いられる コ ィ ノレに関する。

背景技術

電気 · 電子回路に用いられる コイ ルは従来、 棒状、 パイ プ状また は輪状の磁性材料に銅線等の電導性材料を巻つけて製造される。 こ の よ う なコ イ ルのう ち、 輪状の磁性材料に銅線を巻つけた ト ロイ ダ ルコイルは近年高周波回路等の用途に広く 利用されている。 また磁 性材料の薄帯を矩形環状に巻き回し、 積層 した巻鉄心を用いたコィ ルも多 く 利用されている。 一般に ト ロイ ダルコ イ ルのよ う な端部を 有しない形状の鉄心上に銅線を巻つける作業は煩雑であ り、 自動化 も簡単ではな く 、 また鉄心の形態や巻き線形態も多様に変化するた め、 効率よ く 生産する こ とが困難であ り、 量産性の向上に も限界が ある。

また輪状や巻鉄心上への銅線の直接巻きつけを行わない方法と し て、 鉄心を 2つの部分にカ ツ ト したカ ツ ト コァゃ、 E型と逆 E型の 2つの鉄心を組み合わせたものと し、 銅線は別にボビンに巻つけた ものを用意して、 これを鉄心のカ ツ 卜 した部分あるいは E型と逆 E 型の各端部からはめ込む等の方法も行われているが、 この方法も煩 雑であ り、 作業性は良く ない。 またボビ ン及びコ イ ルの寸法誤差の 影響を受ける ため、 コ イ ルの小型化ま たは高密度化が困難であ つ た。 本発明の発明者は こ のよ う な問題点を解決し、 簡単な工程で製造 され、 量産性に もす ぐれ、 経済的に有利で、 かつ鉄損の少ないコィ ルの構造について検討した結果、 環状鉄心と、 環状鉄心の面上に重 ねた棒状鉄心とからなる構造と し、 棒状鉄心に電導性材料を巻きつ ける こ とによ り 、 巻鉄心に銅線を巻きつける従来の コィ ノレに比べ て、 生産性よ く 製造でき、 しかも鉄損の小さいコイ ルを製造でき る こ とを見いだし、 本発明に到達した。

発明の開示

すなわち本発明は、 非晶質金属または微結晶金属からなる環状鉄 心の面上に、 長さが該環状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1個の 棒状鉄心を重ねて固定し、 該棒状鉄心に電導性材料を巻き回 してな る コイルであ り、 最も好適な構造と しては、 2枚の上記環状鉄心面 の間に、 長さが該環状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1 個の棒状 鉄心を挿入固定し、 該棒状鉄心に電導性材料を巻き回してなる コィ ノレである。

図面の簡単な説明

図 1 は本発明のコ イ ルの見取図の 1 例である。

図 2 は本発明コイルの他の例の見取図である。

図 3 は本発明コイル及び従来の力 ッ ト コアコイルにおける磁束密 度—鉄損曲線である。

図 4 は本発明コイルにおける重畳電流—イ ンダク タ ンス曲線であ る。

1 3ィル

2 環状鉄心

3 矩形環状鉄心の長辺部

4 矩形環状鉄心の短辺部

5 棒状鉄心

6 銅線 7 環状鉄心の非晶質金属または微結晶金属テープ 8 棒状鉄心の磁性材料テープ

9 環状鉄心と棒状鉄心との接触部分

10 ギャ ッ プ

A 本発明コ イ ルにおける磁束密度一鉄損曲線。

B 従来のカ ツ ト コアコイルにおける磁束密度—鉄損曲線。

a 本発明コイ ルにおける重畳電流—ィ ンダク タ ンス曲線。

b 従来の ト ロ イ ダルコ イ ルにおける重畳電流— イ ンダク タ ンス 曲線。

発明を実施するための最良の形態

本発明のコイ ルを図面によ り説明する。 図 1 は本発明のコイルの 見取図の 1 例である。 図 1 においてコイル 1 は 2個の環状鉄心 2、 2 と、 該 1 組の環状鉄心間に挿入固定された棒状鉄心 5 とから構成 され、 棒状鉄心 5 には銅線 6 が巻き回されている。

コ イ ルの環状鉄心部は非晶質金属または微結晶金属からな り、 こ れら金属のテープ 7 が環状に巻き回され積層されて鉄心が形成され る。 本発明では環状鉄心の材料と して、 非晶質金属または微結晶金 属を用いたこ と に よ り 、 鉄損の小さいコイ ルが得られる。

非晶質金属は、 溶融した金属を急冷して得られる結晶構造を有し ない金属であ り、 その合金組成は遷移金属成分と して F e ， C o , N i ， 特に F e を必須成分と し、 非金属成分と して B， C， Pまた は S i を含有する合金が低鉄損、 高飽和磁気密度の点で本発明のコ ィルの巻鉄心材料と して適している。

ま た微結晶金属は超微細結晶の軟磁性合金材料であ り 、 F e ， S i , Bを基本組成と し、 こ れに微量の C u， N b， T a， M o , Z r等の元素が添加された組成の合金を、 溶融急冷法によ り 、 非晶 質金属テープを作成後、 熱処理を行い結晶化させ、 1 O n m程度の 超微細結晶粒を形成さ せた ものであ る。 . 環状鉄心の形状は図 1 のよ う に長辺部 3及び短辺部 4 からなる矩 形環状が一般的であるが、 円形、 楕円形の もの とする こ と もでき る。 鉄心は長尺の非晶質金属または微結晶金属のテープを芯金の回 り に巻き回 し積層する等の方法によ り製作される。

本発明においては少な く と も 1枚の環状鉄心に棒状鉄心を重ね、 棒状鉄心に電導性材料を巻き回すこ とによ り、 コイ ルが形成される が、 2枚以上の環状鉄心を用い、 その面の間に棒状鉄心を揷入する こ と もでき、 図 1 のよ う に同形の 2枚の環状鉄心 2 、 2 の面間に 1 本の棒状鉄心 5 が挟まれた構造とする と、 一定の強さの電流に対し 高いイ ンダク タ ンスが得られるので、 電磁気的性能及び製作上の面 から有利である。 一方、 コイ ルでは電流の強さの増加と と もにイ ン ダク タ ンスが減少するが、 図 2 のよ う に 1 枚の環状鉄心に棒状鉄心 を重ねたコイルでは、 ィ ンダク タ ンスの減少傾向が小さ く 、 大電流 で高ィ ンダク タ ンスを保持でき る という効果があ り、 用途に応じて その構造を適宜選択する こ とができ る。

環状鉄心に重ねる棒状鉄心は通常は 1 本であるが、 2本以上の鉄 心を用いた もので も よい。

棒状鉄心と して用いられる磁性材料は特に制限はな く 、 環状鉄心 に用い られる非晶質金属、 微結晶金属や珪素鋼板の他、 フ ェ ラ イ ト、 ノヽ。— マロイ等も使用する こ とができ る。

棒状鉄心の環状鉄心に対する位置は、 環状鉄心の面に重ねる こ と ができ る位置であれば、 特に制限はないが、 環状鉄心が矩形環状で ある場合、 その 1 辺、 特に長辺 3 に平行で、 環状鉄心の中央部に置 く のが好ま しい。 また棒状鉄心の長さは、 環状鉄心に重ねる こ とが でき るよ う 、 環状鉄心の内枠よ り も長いものである こ とが必要であ る。 通常は外枠の長さ と同等またはそれよ り若干短いか、 あるいは 長いものを用いる。

棒状鉄心の形状は任意の形状とする こ とができ るが、 環状鉄心と 同 じ実効断面積を持った長方形状の ものが最も好ま しい。

棒状鉄心の形態は材料の種類によ り、 薄板の積層物やプロ ッ ク状 物が用いられる。 非晶質金属ゃ微結晶金属、 珪素鋼板のよ う な薄い テープ状の材料の場合は、 同 じ形状の薄板を多数枚積層 して製作す る。 また薄板を巻き回 し円筒状に したものでもよい。 薄板の積層に よ り棒状鉄心を作る場合は必要に応じ、 エポキシ樹脂等の樹脂を含 浸固定 して も よい。 フ ヱ ラ イ 卜 の場合はブロ ッ ク状物が用い られ る。

棒状鉄心と して非晶質金属ゃ微結晶金属のよ う な磁性体テ—プ 8 を積層 したものを用いる場合、 該棒状鉄心は、 図 1 のよ う に磁性体 テープを、 テープの幅方向が環状鉄心の面方向と直角になる （図 1 ではテープ 8 の幅方向が上下にな り 、 水平に置かれた環状鉄心の面 と直交する） よ う に積層する のが好ま しい。 こ のよ う な棒状鉄心を 用いる と、 その積層面 8 は環状鉄心を形成する非晶質金属ゃ微結晶 金属のテープ 7 の積層面と、 棒状鉄心に対して平行な位置にある環 状鉄心の辺部 （図 1 では長辺部 3 ) において平行にな り、 また環状 鉄心を形成する磁性体テープと棒状鉄心を形成する磁性体テープと がテープ表面同士で接触しないので渦電流の発生が少な く 、 その結 果鉄損が小さ く なるので有利である。

棒状鉄心は環状鉄心の面上に重ね、 または 2個の環状鉄心の面の 間にはさんで固定するが、 棒状鉄心と環状鉄心の接触部分 9 は、 コ ィ ルの用途によ り両者を密着固定する場合と、 その間にギ ヤ ッ プを 設ける場合がある。 ト ラ ンスの場合は、 例えば接触面を研磨して隙 間ができ るだけ小さ く なるよ う に密着させる場合もあるが、 チ ヨ一 ク コイルの場合は、 図 2 のよ う に適当なギャ ッ プ 1 0 を設ける。 2 個の環状鉄心の面の間に棒状鉄心を挟んだコイルでギャ ッ プを設け る場合、 棒状鉄心が環状鉄心と接触する両端部で、 それぞれ上下の 環状鉄心との間にギヤ ッ プを設ける こ とができ る。 棒状鉄心には、 電導性材料を巻き回 し、 これによ り コイ ルが形成 される。 電導性材料と しては銅線が最も一般的である。 巻き数は用 途に よ っ て任意に選択する こ とができ る。 電導性材料は棒状鉄心状 に直接巻いてもよいが、 ボビン等に巻いたものを棒状鉄心にかぶせ て もよい。 いずれに して も本発明においては、 棒状鉄心の部分に銅 線を巻く ので、 作業は極めて簡単である。 なお本発明においては、 棒状鉄心の部分に銅線を巻く こ とによ り コイルが形成されるので、 通常はそのままで使用でき るが、 必要に応じて、 環状鉄心部分に も 銅線を巻いてもよい。

本発明のコイ ルは環状の巻鉄心と、 電導性材料を巻き回 した棒状 鉄心とを組み合わせるだけで製作でき るので、 任意の大き さのもの を製造する こ と ができ、 使用する材料及び用途、 要求性能によ り適 宜選択する こ とができ る。

本発明のコイ ルは製作が簡単であ り、 経済的に有利であるばかり でな く 、 鉄損が少な く 、 エネルギーの消費が少ないという効果があ る。

また本発明のコイルは、 棒状鉄心の部分に銅線が巻かれるが、 こ の銅線部分は、 これを挟む環状鉄心の枠内に閉じ込め られので、 全 体と してコ ンパク 卜な構造にな り、 装置の小型化が可能となる。

このよ う な性質を利用 して、 本発明のコイ ルは ト ラ ンスやチ ヨ 一 ク コイル用途に使用される。 チ ョ ーク コィノレと して用いる場合、 棒 状鉄心と環状鉄心との接触部分でのギ ヤ ッ プを適宜調節 して用い る。

実施例

[実施例 1 ]

非晶質金属 リ ボ ン （日本非晶質金属 （株） 製、 " メ ト グラ ス " 組成 ： F e を主成分と し、 N i 、 S i 及び Bを含有） を、 矩形芯 の回り に巻き回 し積層 し、 矩形内枠サイ ズ 6 0 x 5 5 m m、 外枠サ ィ ズ 7 5 x 7 0 m m、 高さ 1 0 m mの矩形環状鉄心 2個を作成 し た。 別に上記の非晶質金属 リ ボ ン （幅 1 0 mm) を積層 して、 長さ 8 0、 幅 （テープの積層方向） 3 0 mm、 高さ （テープの幅方向） 1 0 mmの棒状鉄心を作り、 これに銅線を巻数 5 0 で巻き回した も のを、 上記 2個の矩形環状巻鉄心の間に挟み、 図 1 のよ う なコイル を形成した。

こ の コィ ゾレを用 tヽ、 横河製作所製、 "Digital Power Meter" 2532 によ り 、 周波数 1 K H z 、 磁束密度に対する鉄損を測定した。 結果 を図 3 の Aに示す。

[比較例 1 ]

実施例 1 で用いたと同 じ非晶質金属 リ ボンを矩形芯の回り に巻き 回 し積層 し、 矩形内枠サイズ 7 0 x 2 0 mm、 外枠サイ ズ 1 0 5 x 5 2 mm、 高さ 2 5 m mの矩形環状鉄心の長辺の中央部を力 ッ 卜 し たカ ッ ト コアを作成し、 これに銅線を巻数 5 0 で巻き回 し、 カ ッ ト コアコィノレを作った。

こ のカ ツ ト コァコイ ルに実施例 1 と同様に して、 磁束密度に対す る鉄損を測定した。 結果を図 3 の B に示す。

図 3 から明らかなよ う に、 本発明のコィノレはカ ツ ト コアに銅線を 巻いた従来のカ ツ ト コァコイ ルに比べて、 鉄損が少な く 、 エネルギ —損失が少ないこ とがわかる。

[実施例 2 ]

図 2 に示すよ う に、 実施例 1 のコィルに用いた矩形環状鉄心の 1 枚と棒状鉄心とを接触部分 （ 2 か所） にそれぞれ 3 m mのギ ャ ッ プ 1 0 を設けて、 棒状鉄心を重ねて固定し、 チ ョ ーク コイ ルを形成し た。 こ の コ イ ルについて周波数 1 K H z における重畳電流とイ ンダ ク タ ンスとの関係を測定し、 直流重畳特性を評価した。 結果を図 4 の a に示す。

[比較例 2 ] . 実施例 1 で用いたと同 じ非晶質金属 リ ボンから外径 6 O m m , 内 径 3 5 m m、 幅 2 5 m mで 3 m mのギャ ッ プを有し、 コア重量が実 施例 1 のコイルとほぼ同 じの円環状鉄心を作り、 巻数 4 7 で銅線を 巻き回 して、 ト ロイ ダルコイルを作成し、 実施例 2 と同様に して、 周波数 1 K H z における重畳電流とィ ンダク タ ンス との関係を測定 し、 直流重畳特性を評価した。 結果を図 4 の b に示す。

図 4 から明らかなよ う に、 本発明の方法によ り 、 従来の ト ロイ ダ ルコイルに比べて、 電流の増大によるィ ンダク タ ン スの減少が少な いコイルを得る こ とができ る。

業上の利用可能性

本発明は環状の巻鉄心に電導性材料を巻きつけた棒状鉄心を挿入 するだけでコイルが得られるので、 環状鉄心に銅線を巻きつけた従 来のコイルに比べて製造が極めて簡単である。

また本発明のコイルは従来の力 ッ ト コアを用いたコィノレよ り も鉄 損が少ないので、 エネルギーが節約でき、 また電流の増大によるィ ンダク タ ンスの減少が少ないコィノレを得る こ とができ る という優れ た効果を示すので、 ト ラ ンス、 チ ョ ーク コイ ル等、 広範囲の用途に 利用する こ とができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) 非晶質金属または微結晶金属からなる環状鉄心の面上に、 長 さが該環状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1 個の棒状鉄心を重ね て固定し、 該棒状鉄心に電導性材料を巻き回してなる コイル。

( 2 ) 非晶質金属または微結晶金属からなる少な く と も 2枚の環状 鉄心の面の間に、 長さが該環状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1 個の棒状鉄心を挿入固定し、 該棒状鉄心に電導性材料を巻き回 して なる コ ィ ノレ。

( 3 ) 棒状鉄心が、 磁性体テープを、 テー プの幅方向が環状鉄心の 面方向と直角になるよ う に積層 してなる ものである こ とを特徴とす る請求項 1 または 2 に記載のコイル。

( 4 ) 環状鉄心が矩形環状鉄心であ り、 そ の長辺に平行で、 両長辺 のほぼ中間に、 長さが長辺部内枠よ り も長い棒状鉄心を重ねる こ と を特徴とするなる請求項 1 〜 3 のいずれかに記載のコイル。

( 5 ) 環状鉄心の面と棒状鉄心との間にギ ヤ ッ プを設ける こ とを特 徴とする請求項 1 〜 4 のいずれかに記載のコイル。

( 6 ) 請求項 1 〜 5 のいずれかに記載のコイルを用いた ト ラ ンス。

( 7 ) 請求項 1 〜 5 のいずれかに記載のコイルを用いたチ ョ 一ク コ ィ ル。

補正書の請求の範囲

[1998年 1 1月 30日 （30. 1 1. 98 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 2は 取り下げられた；出願当初の請求の範囲 1は補正された；他の請求の範囲は変更なし。 （ 1頁） ]

( 1 ) (補正後） 非晶質金属または微結晶金属からなる 1個の環状 鉄心の面上に、 長さが該環状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1個 の非晶質金属または微結晶金属からなる棒状鉄心を重ねて固定し、 該棒状鉄心に電導性材料を巻き回してなる コイル。

( 2 ) (削除）

( 3 ) 棒状鉄心が、 磁性体テープを、 テー プの幅方向が環状鉄心の 面方向と直角になるよ う に積層 してなる ものである こ とを特徴とす る請求項 1又は 2 に記載のコイ ル。

( 4 ) 環状鉄心が矩形環状鉄心であ り、 その長辺に平行で、 両長辺 のほぼ中間に、 長さが長辺部内枠よ り も長い棒状鉄心を重ねる こ と を特徴とするなる請求項 1 〜 3 のいずれかに記載のコイル。

( 5 ) 環状鉄心の面と棒状鉄心との間にギヤ ッ プを設ける こ とを特 徴とする請求項 1 〜 4のいずれかに記載のコイル。

( 6 ) 請求項 1 〜 5のいずれかに記載の コ イ ルを用いた ト ラ ンス。 ( 7 ) 請求項 1 ~ 5のいずれかに記載のコイルを用いたチ ヨ 一ク コ ィル。

補正された用紙 （条約第 19条）

. 条約第 1 9条 （ 1 ) に基づ く説明書

( 1 ) 国際出願時明細書の請求の範囲第 1 項は、

「非晶質金属または微結晶金属からなる環状鉄心の面上に、 長さが該環 状鉄心の内径よ り も長い少な く と も 1個の棒状鉄心を重ねて固定し、 · コイル」

であ り、 環状鉄心の数には限定がな く 、 またその 1 実施態様と して、

「非晶質金属または微結晶金属からなる少な く と も 2枚の環状鉄心の面 の間に、 · · · ' 棒状鉄心を重ねて固定」 する コイル

が請求の範囲第 2項に記載されていた。

今回の補正によ り請求の範囲第 2項記載の実施態様を削除し、 また請求 の範囲第 1 項を補正し、 「 1 個の環状鉄心」 である こ とを明確に した。 今回の国際調査報告には、 下記 2件の引例が引用されている。

実開昭 5 9 — 2 6 2 0 9号 ' · · · （引例 1 )

実開昭 5 8 - 1 4 0 6 2 5号 ' · · （引例 2 )

引例はいずれも 2枚の環状鉄心の面の間に棒状鉄心を重ねたものである から、 補正された本発明は、 こ の点において引例とは相違する。

1個の環状鉄心と 1 個の棒状鉄心とからなる本発明のコイルは、 チ ヨ 一 ク コ イ ルと して用いた場合、 引例のものに比べて、 電流の増大によるイ ン ダク タ ンスの減少が少な く 、 コイルのサイ ズを小さ く する こ とができ る と いう効果を有する。

( 2 ) また本発明において、 棒状鉄心の材料を、 環状鉄心の材料と同様 に、 「非晶質金属ま たは微結晶金属か らなる 1 個の棒状鉄心」 と補正し た。 これに対し、 引例 1 には棒状鉄心の材料についてはま った く 記載され ていない。 また引例 2 において用いられている棒状鉄心の材料は、 いずれ も 「電磁鋼板片」 と記載されている のみで、 本発明のよ う な非晶質金属ま たは微結晶金属を用いたものは開示されていない。 本発明は棒状鉄心の材 料と して非晶質金属または微結晶金属を用いたこ とによ り、 鉄損が少ない と い う効果を奏する。

以上