JP5455276B1 - チョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】主に磁性コア形状を工夫することで、磁性コアの省資源化、及びインダクタンスの向上を可能とした小型チョークコイルの提供。
【解決手段】一体形成され、中芯部１１と、側芯部１２１、１２２を有し、さらに中芯部１１と側芯部１２１、１２２の長手方向両端部を接続する接続部１３を有することで閉磁路を構成した磁性コア１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１１に配置され、巻線は歯車ボビンに巻き回され、端子台上に磁性コア１及び歯車ボビンが配置され、側芯部１２１、１２２と接続部１３の境界における外周面は、巻線への通電により生じる磁束の向きに沿った曲面を構成するチョークコイルとする。
【選択図】図９

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、磁性コアの省資源化、及びインダクタンスの向上を可能とした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ことで閉磁路を構成した磁性コアと、歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、巻線と、端子を有する端子台を備え、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磁性コア及び前記歯車ボビンが配置され、前記側芯部と前記接続部の境界における外周面は、前記巻線への通電により生じる磁束の向きに沿った曲面を構成するチョークコイルによって解決する。

磁性コアの側芯部と接続部の境界における外周の角部は磁束密度が低く、実質的にインダクタンスへ寄与していない。そこで外周の角部を削減することで磁性コアの省資源化を図ることができる。

また、前記中芯部と前記接続部の境界における内周面は、前記磁束の向きに沿った曲面を構成することが望ましい。

磁性コアの側芯部と接続部の境界における内周の角部は磁束密度が高く、曲面とすることで磁路長を短縮し、磁気抵抗を下げ、インダクタンスを向上させることができる。

また、前記内周面は半径Ｒｉｎの曲面であり、前記外周面は半径Ｒｏｕｔの曲面であり、前記側芯部における前記中芯部と対向する方向の厚さをＴｈとすると、Ｒｉｎ≧０．２Ｔｈ、０＜Ｒｏｕｔ≦Ｔｈ＋Ｒｉｎの関係にあることが望ましい。

このような関係式を満たすことで、磁性コアの省資源化とインダクタンスの向上を両立させることができる。

また、前記中芯部の前記磁束の向きに垂直な断面は、前記中芯部の中心軸を中心とした円弧を含む閉曲線により囲まれた領域として構成されることが望ましい。

このような構成により、歯車ボビン内周領域の中芯部の占有率が向上し、歯車ボビンの小型化と、歯車ボビンと巻線の省資源化が図れる。

また、前記磁性コアはフェライトであり、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、２つの前記側芯部を有し、前記側芯部は前記中芯部の両脇に並ぶよう配されることで前記磁性コアは日の字型を構成し、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％以下であることが望ましい。

このような断面積比により、インダクタンスをさらに向上させることができる。

また、互いに巻き数の等しい２つの前記巻線の組を有し、前記巻線の組によりコモンモードノイズを吸収もしくは阻止するコモンモードチョークコイルとすることが望ましい。

本発明により得られる磁性コアは高いインダクタンスを有するため、いわゆるコモンモードチョークコイルとして好適煮に活用できるためである。

本発明によって、主に磁性コア形状を工夫することで、磁性コアの省資源化、及びインダクタンスの向上を可能とした小型チョークコイルを提供することができる。

本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す斜視図である。 本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す平面図である。 本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す断面図であり、図１、図２におけるＡＡ面の断面図を示している。 本発明のチョークコイルの実施形態１を示す斜視図である。 本発明のチョークコイルにおける実施形態２の磁性コアを示す斜視図である。 本発明のチョークコイルの実施形態２を示す斜視図である。 本発明の実施例と、比較例における磁性コアのＡ_Ｌ値及び体積を示す図である。 本発明の実施例と、比較例における磁性コアの結合係数を示す図である。 本発明における磁性コアの磁束分布を示す図である。図９（ａ）は半径Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔが共に０となる場合の磁束分布を、図９（ｂ）は半径Ｒｉｎが１．５０ｍｍ、半径Ｒｏｕｔが４．００ｍｍとなる場合の磁束分布を示している。 本発明における磁性コアの中芯部断面積に対する側芯部の合計断面積の比率と、中芯部に巻線した場合のインダクタンス値の関係を示す図である。

（実施形態１）
図１は、本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す斜視図である。

磁性コア１は、中芯部１１と、その両脇に側芯部１２１、１２２を、さらに中芯部１１と側芯部１２１、１２２の長手方向両端部を接続する接続部１３を有する日の字型をしている。

図２は、本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す平面図である。

ここで、側芯部１２１、１２２と接続部１３の境界部は、内周面が半径Ｒｉｎ、外周面が半径Ｒｏｕｔの曲面で構成されている。

中芯部１１は、幅Ｗを有し、側芯部１２１、１２２とは距離Ｌｃだけ離れている。

側芯部１２１、１２２及び接続部１３は厚さＴｈを有する。

中芯部１１及び側芯部１２１、１２２は長さＬｍを有する。

図３は、本発明のチョークコイルにおける実施形態１の磁性コアを示す断面図であり、図１、図２におけるＡＡ面の断面図を示している。

中芯部１１は、側芯部１２１、１２２との対向部が平面、それ以外の部分が中芯部１１の中心軸からの円弧による曲面で構成されている。

中芯部１１の少なくとも一部に上記円弧からなる曲面を構成することで、後述の歯車ボビンの内側領域に対する中芯部１１の体積占有率が向上し、歯車ボビンの内径を小さくしても中芯部１１の断面積を同等に維持できるため、歯車ボビンを小型化できると共に、巻線及び巻線材料である銅等の使用量を削減できる。

ここで、中芯部１１の円弧は、中心軸からの直径がφである。

側芯部１２１、１２２は高さＴｏを有する。

接続部１３は、中芯部１１との境界部から側芯部１２１、１２２の境界部に向けて高さＴｓのスロープを有する。

図４は、本発明のチョークコイルの実施形態１を示す斜視図である。

本実施形態のチョークコイルは、上記磁性コア１に歯車ボビン２を装着し、巻線２１を巻き回したものを端子台３上に取り付け、巻線２１の両端を端子３１に接続することで作成できる。

なお、磁性コアとしてＭｎＺｎフェライト等の高透磁率の軟磁性材料を用いる場合に、本発明の高インダクタンス特性とする効果をより好適に享受することができる。

例えば、巻線２１として、同じ巻き数の２つの巻線の組により、コモンモードチョークコイルを構成することで、磁性コアの高インダクタンス特性を生かすことができる。

同様に、巻線２１を複数の巻線から構成することでトランスを構成することも可能である。

（実施形態２）
図５は、本発明のチョークコイルにおける実施形態２の磁性コアを示す斜視図である。

実施形態１とは、１つの側芯部１２である点が異なる。側芯部１２と接続部１３の境界部は、内周面と、外周面が曲面で構成されている。

図６は、本発明のチョークコイルの実施形態２を示す斜視図である。

本実施形態のチョークコイルは、上記磁性コア１に歯車ボビン２を装着し、巻線２１を巻き回したものを端子台３上に取り付け、巻線２１の両端を端子３１に接続することで作成できる。

実施例は、全体が図４に示す実施形態１の構成とした。

また、日の字型の磁性コアはＭｎＺｎフェライトであり、図２、図３に示す寸法は、幅Ｗが４．６０ｍｍ、距離Ｌｃが５．４５ｍｍ、厚さＴｈが２．５０ｍｍ、長さＬｍが１５．９０ｍｍ、直径φが５．２０ｍｍ、高さＴｏが７．５０ｍｍ、高さＴｓが２．００ｍｍとした。

さらに、磁性コアの寸法である半径Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔについて、実施例１はＲｉｎを０．５０ｍｍ、Ｒｏｕｔを３．００ｍｍ、実施例２はＲｉｎを１．００ｍｍ、Ｒｏｕｔを３．５０ｍｍ、実施例３はＲｉｎを１．５０ｍｍ、Ｒｏｕｔを４．００ｍｍとした。

比較例は、磁性コアの寸法である半径Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔが０となる。すなわち中芯部１１及び側芯部１２１、１２２と接続部１３の境界部を、外周面、内周面共に垂直に折れる平面で構成した。

図７は、本発明の実施例と、比較例における磁性コアのＡ_Ｌ値及び体積を示す図である。

ここでＡ_Ｌ値とは、磁性コアの中芯部に巻数Ｎの巻線を巻き回し、巻線両端のインダクタンスをＬとした場合、Ａ_Ｌ＝Ｌ／Ｎ^２で表される、巻き数に依存せずインダクタンスを評価する指標である。

実施例１は、比較例と同等のＡ_Ｌ値を有するにもかかわらず、磁性コアの体積が小さくなっている。

さらに、実施例２、３は、比較例よりもＡ_Ｌ値が高く、さらに磁性コアの体積が小さくなっている。

図８は、本発明の実施例と、比較例における磁性コアの結合係数を示す図である。

磁性コアの結合係数は、中芯部に２つの巻線を巻き回し、相互インダクタンスより求める指標である。

実施例１は比較例よりも結合係数が高く、実施例２、３は、結合係数がより高い結果が得られた。

図７、図８の結果から、半径Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔと、磁性コアの厚さＴｈが、０＜Ｒｏｕｔ≦Ｔｈ＋Ｒｉｎの関係を満たし、望ましくはＲｉｎ≧０．２Ｔｈ、より望ましくはＲｉｎ≧０．４Ｔｈの関係を満たせば、磁性コアの体積及び重量を削減しつつ磁性コアのインダクタンスを向上させることができることがわかる。

図９は、本発明における磁性コアの磁束分布を示す図である。図９（ａ）は半径Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔが共に０となる場合の磁束分布を、図９（ｂ）は半径Ｒｉｎが１．５０ｍｍ、半径Ｒｏｕｔが４．００ｍｍとなる場合の磁束分布を示している。

すなわち、図９（ａ）は比較例、図９（ｂ）は実施例３を示している。

図９（ａ）では、側芯部１２１、１２２と接続部１３の境界における外周角部の磁束密度が非常に低く、インダクタンスに寄与していない。さらに、境界部における内周の角部は、磁束密度が非常に高いにもかかわらず磁路長が長く、磁気抵抗が高い。

一方、図９（ｂ）では、側芯部１２１、１２２と接続部１３の境界の外周角部も十分な磁束密度を有し、境界の内周側も滑らかな曲面で構成されているため、磁路長が短い。従って、全体として図９（ａ）よりも磁気抵抗が低く、中芯部１１に巻き回した巻線のインダクタンスが向上する。

図１０は、本発明における磁性コアの中芯部断面積に対する側芯部の合計断面積の比と、中芯部に巻線した場合のインダクタンス値の関係を示す図である。

図１０は実施例１、２、３のいずれでも同じ傾向を示す。

中芯部の断面積に対する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径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にもなる。

１ 磁性コア
２ 歯車ボビン
３ 端子台
１１ 中芯部
１２、１２１、１２２ 側芯部
１３ 接続部
２１ 巻線
３１ 端子
Ｎ 巻数
Ｗ 幅
Ｌｃ 距離
Ｌｍ 長さ
Ｔｈ 厚さ
Ｔｏ、Ｔｓ 高さ
Ｒｉｎ 半径
Ｒｏｕｔ 半径
φ 直径

Claims (4)

1. 一体形成され、中芯部と、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ことで閉磁路を構成した磁性コアと、
   歯車部を有する分割可能な歯車ボビンと、
   巻線と、
   端子を有する端子台を備え、
   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磁性コア及び前記歯車ボビンが配置され、
   前記側芯部と前記接続部の境界における外周面は、前記巻線への通電により生じる磁束の向きに沿った曲面を構成し、
   前記磁性コアはフェライトであり、
   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、
   前記側芯部は２つであり、
   前記側芯部が前記中芯部の両脇に並ぶよう配されることで前記磁性コアは日の字型を構成し、
   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％以下であり、
   互いに巻き数の等しい２つの前記巻線の組を有し、
   前記巻線の組によりコモンモードノイズを吸収もしくは阻止する
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
2. 前記中芯部と前記接続部の境界における内周面は、前記磁束の向きに沿った曲面を構成する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。
3. 前記内周面は半径Ｒｉｎの曲面であり、
   前記外周面は半径Ｒｏｕｔの曲面であり、
   前記側芯部における前記中芯部と対向する方向の厚さをＴｈとすると、
   Ｒｉｎ≧０．２Ｔｈ、０＜Ｒｏｕｔ≦Ｔｈ＋Ｒｉｎの関係にあることを特徴とする請求項２に記載のコモンモードチョークコイル。
4. 前記中芯部の前記磁束の向きに垂直な断面は、前記中芯部の中心軸を中心とした円弧を含む閉曲線により囲まれた領域として構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のコモンモードチョークコイル。

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