JP3611048B2

JP3611048B2 - 高周波インダクタ用コア

Info

Publication number: JP3611048B2
Application number: JP26974294A
Authority: JP
Inventors: 久浩鎌田
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JPH08138947A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電源装置、インバータ装置等に実装される平滑用チョークコイル、あるいはノイズフィルタ用インダクタとして用いられるノーマル・コモンモード用チョーク等に適用される高周波インダクタ用コアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ等の平滑用チョークコイルとして使用されるものにあっては、出力電流の大小にかかわらず、出力電圧が十分制御され、定電圧化される直流重畳特性を有すること、即ち、出力電流Ｉ_ＤＣが小さいときは大きなインダクタンスを有し、それ以外はリニアな特性を有すること（これをここでは非線形特性という）。また、周波数特性がよいこと、即ち、高い周波数でもＬ（インダクタンス）として使用できることが必要である。
【０００３】
また、ノーマル・コモンモードコイルとして使用されるものにあっては、雑音端子電圧など１０〜３０ＭＨｚに発生するノイズレベルが大きいため、その帯域までＬ（インダクタンス）として働くこと。さらに、電源等の発振周波数等の低域周波数（５００ＫＨｚ程度）まで大きなＬとして使用できることが必要である。
【０００４】
従来の高周波コイル用コアとして、図１１に示したような、トロイダルコア１があり、これに巻線を施してチョークコイル等を構成する。この場合、アモルファス等のコア材料によっては、直流重畳特性が非線形にできるが、磁路にギャップを必要とする。そして、そのギャップから漏れ磁束が生じ、外部に対し、不要輻射等のノイズが発生する。また、ギャップを設けなくても直流重畳特性を線形にできるが、出力電流が小さいとき、出力電圧を十分制御することができない。巻線が外部に露出しているのでノイズが発生する。
【０００５】
図１２は、トロイダルコアやポットコア２を用いたインダクタをシールドケース３に封入するタイプのものである。これは外部にノイズが発生しにくい構造である。直流重畳特性を非線形にもできるが、出力電流が小さいとき、インダクタンスが不足する。また、ノーマル・コモンモードコイルとして使用する場合は、インダクタンスが不足しているので、低域においても十分ではない。また、抑えることのできなかった低域のノイズが高調波として高域にも悪い影響を与える。
【０００６】
図１３は、磁性体粉末入り樹脂によるモールド型である。コアをモールド４で被覆した構造であり、外部にノイズが出にくいが完全ではなく、隙間から漏れる。非線形にするためには磁性体粉末の密度を上げなければならず、またモールドの磁路断面積が一定でないので、非線形の特性がばらついたり、また特性が得られない。
【０００７】
図１４は、トロイダルコア５ａ，５ｂを積み重ねたものである。ここで、一方は透磁率が高く、他方は低いものを組み合わせる。ギャップは設けない。チョークとして使用する場合は、非線形になるが、ギャップがないため周波数特性が悪く、高周波で使えない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、高周波インダクタとして使用され、電源などの平滑用チョークとしても、またノーマル・コモンモードコイルとしても使用できるように、所要の直流重畳特性を有し、かつ外部に対して不要輻射等のノイズが発生しにくい構造を有して、用途に応じて所要の特性が得られる高周波インダクタ用コアを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の高周波インダクタ用コアは、コイルを装着する第１の芯部を有しこの第１の芯部に貫通孔を形成してなる第１のコアと、第２の芯部を有する２つの分割された部分からなり、前記第２の芯部を前記貫通孔に挿着して前記第１のコアの全体を内包する第２のコアとから構成し、前記第１のコアに形成される磁束と第２のコアに形成される磁束とを同一方向としたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上記構成によれば、重畳直流電流Ｉ_ＤＣが小さいときに大きなＬを有し、磁路にギャップを設けることにより、さらに直流重畳特性を延ばすことができる。その結果、電源の平滑用チョークコイルとして使用したとき、小さいＩ_ＤＣでも定電圧制御が容易になる。また、透磁率の使える周波数帯域の異なる２つのコアを組み合わせることにより、周波数特性を延ばすことができる。第２のコアが第１のコアをシールドしているために不要輻射等のノイズが発生しにくい構造となっており、ノーマル・コモンモード用ノイズフィルタ用チョークコイルとして優れた特性を持つことができる。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示したもので、11はコイルが装着される芯部を有する第１のコア、12は、２つの分割された部分からなり、第１のコア 11 の芯部に形成された貫通孔に挿着される芯部を有し、第１のコア11の全体を内包して第１のコア11に形成される磁束φ₁と同一方向の磁束φ₂が形成される第２のコアである。ここでは、図２に示したように、第１のコア11も第２のコア12もポットコアが用いられている。コイルは第１のコア11の巻線用窓枠13に装着される。
【００１２】
第１のコア１１および第２のコア１２として透磁率の同じものでもよいが、透磁率の異なるものを使用すれば、図８および図９に示したような良好な特性が得られる。例えば、第２のコア１２の透磁率が第１のコア１１のそれより大きく、飽和磁束密度も大きければ、図８におけるＩ_ＤＣが小さいときに大きなＬを持つことができ、電源の平滑用チョークコイルとして使用したとき、さらに小さいＩ_ＤＣでも定電圧制御が容易になる（図１０参照）。
【００１３】
また、図３に示す第２の実施例のように、第１のコア１４の磁路にギャップ１５を設けることにより、直流重畳特性を延ばすことができる。同時に、Ｉ_ＤＣが小さいときでも、第２のコア１２があるため、大きなＬを引き出せる。また、Ｉ_ＤＣが大きいときは、第２のコア１２は飽和して発熱するが、第２のコア１２が外部にあるため放熱し易く、その点でも都合がよい。
【００１４】
周波数特性も、図９に示したように、２つのコアの透磁率の使える周波数帯域が異なることを利用し、第２のコア１２で低い周波数帯域、第１のコア１１または１４で高い周波数帯域をカバーすることができる。第１のコアで高い周波数を持たせるようにするには、磁路にギャップを設けることにより、良好な特性が得られる。このような構成にすることにより、ノーマル・コモンモード用ノイズフィルタ用チョークコイルとして使用することができる。
【００１５】
第１のコア１４のようにギャップ１５を設けても、第２のコア１２が第１のコアの全体を内包しているので、不要輻射等のノイズが発生しにくい構造となっている。つまり、第２のコア１２が第１のコアをシールドしている。そのシールド効果の第２のコア１２の吸収損失は、（図１で説明すると）第１のコア１１から発生した電磁波が第１のコア１１と第２のコア１２の隙間１７、第２のコア１２を通過する際に、そのエネルギーがオーミックロスとして厚さに対し指数関数的に失われることになる。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ここで、Ｅ_１，Ｈ_１：入射波の電界，磁界、Ｅ_０，Ｈ_０：透過波の電界，磁界、ｔ：厚さ、ｄ：電磁波の浸透深さ（ＳｋｉｎＤｅｐｔｈ；入射初期の電磁
波強度１／ｅまたは３７％になる深さ）
また、ＳｋｉｎＤｅｐｔｈｄは
【００１８】
【数２】

【００１９】
ここで、ω：角周波数、 μ：透磁率、 α：導電率
と表わされる。ｄを指標にシールド効果は増すので、（１）式より第２のコア厚、第１と第２のコアの隙間の距離は各々のＳｋｉｎＤｅｐｔｈより大きいとシールド効果は増すことになる。
【００２０】
そのため、図４に示す本発明の第３の実施例のように、第２のコア１８の内部に第１のコア設置用の台座１９を設け、第１，第２のコア間に隙間距離２０を設けるようにする。これにより、さらにシールド効果を増す構造となる。第１のコアの設置方法は、樹脂、紙等でコア間の隙間を確保するようにしてもよい。
【００２１】
第１，第２のコアの材料が同じものであれば、コアの有効断面積は各々の断面積を加えたものとなる。その増加分、インダクタンスＬが大きくなる。第１のコアのギャップがない場合、［（第１コア＋第２コアの有効断面積）／（第１コアの有効断面積）］^２倍Ｌが大きくなる。この場合、第１のコアと第２のコアの周波数特性が同じであるから、その範囲でしか使用できない。第１のコアにギャップを設けると、第１のコアの透磁率は小さくなるので、第２のコアの周波数特性は上と同じだが、第１のコアの周波数特性はよくなる。
【００２２】
第１のコアより第２のコアの透磁率が大きいと（異なる材料）、第１のコアにギャップがない場合、［｛（第２のコアの透磁率／第１のコアの透磁率）×第２のコアの断面積＋第１のコアの断面積｝／第１のコアの有効断面積］^２倍Ｌが大きくなり、同じ材料より大きなＬを引き出せる。ところが、周波数特性が悪く、周波数を上げるとすぐに飽和し、Ｌとして使えなくなる。従って、場合に応じて、第１，第２のコアの透磁率をギャップや異なる材料で調整するのがよい。
【００２３】
第２のコアに内包される第１のコアは、巻線をコアで覆っている密閉型でなくてもよい。図５は、この種の、本発明の第４の実施例を示したもので、第１のコア２１はＥＥ型で、装着されるコイル（図示せず）の一部が露出される非密閉型であり、コアの芯部に貫通孔２２が設けられている。第２のコア２３は、そのセンタコア２４が貫通孔２２に挿通され、第１のコア２１全体を内包するように外部に被せられる。第２のコア２３に形成される磁束は第１のコア２１のそれと同一方向になる。
【００２４】
第１のコアは、図５のように閉磁路タイプ（Ｅ型、ＰＱ型）であっても、そうでなくてもよい。図６は、第１のコア２５が閉磁路でない場合の、本発明の第５の実施例を示したもので、閉磁路でないものは、Ｉ型、ドラム型等があり、またギャップは必要ない。図６の実施例のものは、図１や図５のものに比べて性能的には劣るが、それでも十分な特性が得られ、かつ低コストで実施することができる。
【００２５】
図７は、本発明のさらに他の、第６の実施例を示したもので、コイルが装着される密閉型の第１のコア２７と、この第１のコア２７の芯部に設けられた貫通孔に挿着された第２のコア２８とから構成されており、第１のコア２７に形成される磁束と同一方向の磁束が第２のコア２８に形成される。第１のコア２７が密閉型であるからシールド効果がある。また、他の特性も本発明の目的に沿った特性が得られる。しかし、前記第１〜第５の実施例のものに比べてシールド効果は落ちる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
（１）重畳直流電流Ｉ_ＤＣが小さいときに大きなＬを有し、さらに磁路にギャップを設けることにより、直流重畳特性を延ばすことができる。
【００２７】
（２）透磁率の使える周波数帯域が異なる２つのコアを組み合わせることにより、周波数特性を延ばすことができる。
【００２８】
（３）第２のコアが第１のコアをシールドしているため、不要輻射等のノイズの発生が非常に小さい。
【００２９】
従って、本発明の高周波インダクタ用コアを電源の平滑用チョークコイルとして使用したときは、小さいＩ_ＤＣでも定電圧制御が容易になり、また、ノーマル・コモンモード用ノイズフィルタ用チョークコイルとして優れた特性を持たせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の組立前の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第５の実施例の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第６の実施例の構成を示す図である。
【図８】本発明品と従来品の重畳直流電流に対するインダクタンスＬ特性の比較図である。
【図９】本発明品と従来品の周波数に対するインダクタンスＬ特性の比較図である。
【図１０】電源装置における、第２コアの有無による重畳直流電流に対する出力電圧特性を示す図である。
【図１１】高周波インダクタ用コアとして従来使用されているトロイダルコアを示す斜視図である。
【図１２】従来例のシールドケース封入型コアを示す斜視図である。
【図１３】従来例のモールド型コアを示す斜視図である。
【図１４】従来例の積み重ね型トロイダルコアの斜視図である。
【符号の説明】
１１，１４，２１，２５，２７ … 第１のコア、１２，１８，２３，２８ … 第２のコア、１５ … ギャップ、１９ … 台座、２０ … 隙間、２２ … 貫通孔、２４ … センタコア。

Claims

コイルを装着する第１の芯部を有しこの第１の芯部に貫通孔を形成してなる第１のコアと、第２の芯部を有する２つの分割された部分からなり、前記第２の芯部を前記貫通孔に挿着して前記第１のコアの全体を内包する第２のコアとから構成し、前記第１のコアに形成される磁束と第２のコアに形成される磁束とを同一方向としたことを特徴とする高周波インダクタ用コア。
第１のコアの磁路にギャップが設けられていることを特徴とする請求項１記載の高周波インダクタ用コア。
第２のコアに、第１のコア設置用の台座が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の高周波インダクタ用コア。
第１のコアと第２のコアの透磁率が異なることを特徴とする請求項１記載の高周波インダクタ用コア。
第１のコアは、装着されたコイルが露出されない密閉型であることを特徴とする請求項１記載の高周波インダクタ用コア。
第１のコアは、装着されたコイルの一部が露出される非密閉型であることを特徴とする請求項１記載の高周波インダクタ用コア。
コイルを装着する第１の芯部を有しこの第１の芯部に貫通孔を形成してなる密閉型の第１のコアと、第２の芯部を有し、前記第２の芯部を前記貫通孔に挿着して前記第１のコアの全体を内包する第２のコアとから構成し、前記第１のコアに形成される磁束と第２のコアに形成される磁束とを同一方向としたことを特徴とする高周波インダクタ用コア。