JPH04241406A - 磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，トランスなどのインダ
クタンス素子を形成するために用いられる磁心に関する
ものであり，特に，小型のつぼ形磁心に関する。

【０００２】

【従来の技術】インダクタンス素子としては，たとえば
，スイッチング電源用のトランスがある。電子装置，た
とえば，パソコンなどの小型化にともなって，それらの
電子装置に搭載される電源として用いられるスイッチン
グ電源も小型，軽量化が要望されている。したがって，
スイッチング電源に使用されるトランスを構成する磁心
（コア）も小型，軽量化が要求されている。

【０００３】図７にこのような小型の磁心として「つぼ
形」と呼ばれている従来の磁心を示す。図７（ａ）は磁
心の平面図，図７（ｂ）は図７（ａ）の線Ｘ−Ｘ’にお
ける磁心の断面図を示す。磁心１０は，中足部１１，底
面部１４および外郭部１５で構成され，これらは磁性体
材料で一体に形成されている。予め巻回されたコイル１
７が，中足部１１と外郭部１５と，これらとの間に凹陥
状に形成されている底面部１４で規定される環状孔に嵌
装される。磁心１０と同じ形状の磁心２０または平板の
磁心（図示せず）が磁心１０の中足部１１の頂部および
外郭部１５の頂部と対向接続され，中足部１１および外
郭部１５とを介して磁路を形成する。これにより，磁心
１０の中足部１１，底面部１４，外郭部１５，磁心２０
の外郭部，底面部，および中足部で形成される１巡磁路
を有するトランスが形成される。磁束分布は，中足部１
１を中心として磁束が放射状に分布する。図７における
矢印は磁束の流れを示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した磁心１０
，２０における磁路において，磁束密度は最も断面積の
最も小さい接続部１８において最も高く，磁界を上昇さ
せていくと，最初に接続部１８において磁気飽和が生じ
，磁心１０の温度上昇，コイル１７のインダクタンス値
の低下が起こる。磁気飽和による磁心１０の温度上昇を
抑え，コイル１７のインダクタンス値の低下を防止する
には，そこの磁束密度を低下させるため接続部１８の断
面積を大きくするため磁心１０全体を大きく形成する必
要があり，磁心，ひいてはトランスの小型，軽量化を妨
げるという問題がある。

【０００５】スイッチング電源用トランスに用いるつぼ
形磁心について例示したが，上述した問題は，上述と同
等の磁心を使用する他のインダクタンス素子においても
同様と問題となっている。したがって，本発明は上述し
た接続部における高い磁束密度に起因する問題を解決し
，磁気的性能が高く，小型，軽量化が可能な磁心を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
，本発明は磁心の大きさを大きくしないで，磁心の磁束
密度が最も高くなる中足部と底面部との接続部の断面積
を大きくする。すなわち，本発明の磁心は，コイルを嵌
装するように形成された中央の中足部，この中足部の周
囲に凹陥上に形成された底面部およびこの底面部の周囲
に形成された外郭部を有し，中足部と底面部との接続部
の断面積を中足部の断面積よりも大きく形成される。

【０００７】

【作用】中足部と底面部との接続部を中足部の断面積よ
りも大きくすることにより，クリティカルとなっていた
接続部の磁束密度が低下し，また，磁心全体の磁束密度
分布が均一になる。したがって，接続部における磁気飽
和が緩和され，接続部における磁気飽和に伴う，磁心の
発熱，磁心に挿入されるコイルのインダクタンス値の低
下が防止できる。

【０００８】

【実施例】図１に本発明の第１実施例の磁心１を示す。 図１（ａ）は磁心１の平面図，図１（ｂ）は図１（ａ）
の線Ｘ−Ｘ’における断面図である。この磁心１は，図
７の磁心１０と同様に，円柱の中足部１１，中足部１１
の周囲に円環状に凹陥状に形成された底面部１４，底面
部１４の外側に形成された外郭部１５を有する他に，中
足部１１と底面部１４とを接続する部分を傾斜ずけたテ
ーパー部１２を有している。磁心１は磁性体材料で一体
形成されている。コイル（図示せず）が中足部１１，底
面部１４および外郭部１５によって規定される環状孔に
嵌装される。ただし，図１に示した磁心１はテーパー部
１２が形成されているので，そのコイルは図７に示した
コイル１７とは若干異なり，テーパー部１２の部分だけ
凹んでいる。図７に図解したように，磁心１と同じ形状
の磁心（図示せず）が磁心１と対向して組み合わされて
トランスが形成される。

【０００９】磁心１の磁気特性について述べる。図２は
対称性を利用し，図１に示した磁心１を４分割した部分
図を示し，図２（ａ）は図１（ｂ）の断面図の左半分を
示したものであり，図２（ｂ）は図１（ａ）の磁心１の
平面図の左上４分の１を示したものである。図３は図２
の磁心の磁気特性グラフであり，Ｚ軸を原点としてＹ軸
方向に沿って矢印方向Ａに距離をとって磁束密度分布を
シミュレーションした結果を示す。横軸はＹ軸方向の距
離（ｍ），縦軸は磁束密度（テスラ）を示す。なお，シ
ミュレーションに用いた物性値は以下のとおりである。 磁心１のＢ−Ｈ曲線のデータ，ＢＭＡＸ　：ほぼ０．４
Ｔ磁位の大きさ 中足部１１の磁位の値：ｎｉ　＝１．３１３外郭部１５
の磁位の値：ｎｉ　＝０．０形状寸法 中足部１１の半径＝３．５ｍｍ 底面部１４の外側半径＝７．３ｍｍ 図２に示した磁心１の特性との比較を行うため，図７に
示した磁心１０の，図２に対応する４分割磁心を図４に
示し，図３に対応する図４の磁心の磁気特性を図５に示
す。図４の磁心１０の大きさ，磁心材料は図２の磁心１
の大きさ，材料と同じである。

【００１０】図３の特性曲線と図５の特性曲線とを比較
すると，まず，いずれも，中足部１１と底面部１４と接
続部位で最大磁束密度を示しているが，図３の磁束密度
の最大はほぼ２７ｘ１０−２（テスラ）であるのに対し
て，図５の磁束密度の最大はほぼ３９ｘ１０−２（テス
ラ）と大きい。すなわち，本発明の第１実施例の磁心１
は上記接続部にテーパー部１２を形成して断面積を大き
くして磁束密度の低下を図っているので，最大磁束密度
が図７に示した磁心１０の最大磁束密度よりも低下して
いる。次いで，本実施例の磁心１の磁束密度はＹ方向の
底面部１４においてほぼ均一に分布している。これに対
して，図４の磁心１０の磁束密度は最大磁束密度が高い
分，均一性に欠ける。

【００１１】同じ条件で磁心１と磁心１０とを製造した
場合，中足部１１と底面部１４との接続部にテーパー部
１２を形成させた本実施例の磁心１が，最大磁束密度を
低下させ，磁束密度分布を均一にすることができる。し
たがって，同じ磁性材料，同じ寸法で磁心を製造した場
合，図１に示した磁心１は，磁気飽和が緩和され，コイ
ルのインダクタンス値の低下が生じない。換言すれば，
磁心１の磁気抵抗は減少しておりインダクタンス値は大
きくなっているから，同じ磁気飽和が生ずる条件の磁心
を製造する場合，本発明による磁心の形状を小型化し，
軽量化することができる。

【００１２】中足部１１の断面積をＳ，中足部１１の周
囲の円周長さをＬとし，底面部１４の厚さをｔとした場
合，（Ｓ／Ｌ）がｔ以上のとき，特に，本発明の上記効
果が大きい。

【００１３】図６に本発明の第２実施例の磁心１Ａの構
造を示す。この磁心１Ａは図１に示した磁心１における
テーパー部１２に代えて，段差部１３を設けたものであ
る。段差部１３の形成の目的はテーパー部１２の形成の
目的と同様，中足部１１と底面部１４との接続部におけ
る磁束密度の大きさを制限するため，断面積を大きくす
るためである。図６の磁心１Ａの磁気特性シミュレーシ
ョン結果も図３に示したと同様の結果を得た。また，上
記同様に，（Ｓ／Ｌ）がｔ以上のとき，本発明の上記効
果が大きい。

【００１４】図１の磁心１および図６の磁心１Ａをトラ
ンスとして構成する場合，コイルを中足部に嵌装し，１
巡磁路を形成するため，それぞれコイルを嵌装した磁心
１および磁心１Ａと同様の形状の磁心を対向接続する。 ただし，磁路を形成するために対向して装着される磁性
体としては，磁心１，１Ａと同様の形状である必要はな
く，平板などでもよい。

【００１５】本発明の実施に際しては，以上に述べた実
施例の他，種々の変形形態をとることができる。たとえ
ば，図１および図６に示したように，方形の形状に底面
部１４およびテーパー部１２または段差部１３を形成す
る他，外郭部１５の隅部を底面部１４の外側の円と平行
す部分以外を切り落としてもよい。また，底面部１４は
図面上下に切り欠き状態に形成されているが，完全な円
環状の孔に形成してもよい。また，中足部１１は円柱状
に形成した場合について例示したが，方形の柱状に形成
してもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上に述べたように，本発明の磁心によ
れば，中足部と底面部との接続部の断面積を大きくして
そこで最大になる磁束密度を低下させ，磁心全体として
磁束密度を均一にしているので，バランスとのとれた磁
束分布になり，局所的な磁気飽和の問題に起因する磁心
の温度上昇，嵌装されるコイルのインダクタンス値の低
下などの問題が解消される。また，本発明の磁心によれ
ば，同じ性能の磁心を製造する場合，磁心の寸法を小さ
くでき，磁心の小型，軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の磁心を示す構造図である
。

【図２】第１図の磁心の特性のシミュレーションを行う
ために用いた図１の磁心の部分図である。

【図３】図２の磁心の特性のシミュレーション結果を示
すグラフである。

【図４】従来の磁心の特性のシミュレーションを行うた
めに用いた図７の磁心の部分図である。

【図５】図４の磁心の特性のシミュレーション結果を示
すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例の磁心を示す構造図である
。

【図７】従来の磁心を示す構造図である。

【符号の説明】

１，１Ａ・・磁心，　　１１・・中足部１１，１２・・
テーパー部１２，１３・・段差部，１４・・底面部，１
５・・外郭部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コイルを嵌装するように形成された中
   央の中足部，該中足部の周囲に凹陥状に形成された底面
   部および該底面部の周囲に形成された外郭部を有し，中
   足部と底面部との接続部の断面積が中足部の断面積より
   も広いことを特徴とする磁心。