JPH069115U

JPH069115U - 壺形コア

Info

Publication number: JPH069115U
Application number: JP3320092U
Authority: JP
Inventors: 三郎佐々木; 鈴木　　貢
Original assignee: リコー応用電子研究所株式会社; 東北無線電機株式会社
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】漏洩磁束の発生が少なく、しかも実効透磁率
の調整が極めて容易になる。【構成】コア１は、外周に設けられた環状の外足コア
部２と、中央部が有底凹部若しくは貫通孔となっている
環状の中足コア部３と、外足コア部と中足コア部とをつ
なぐ底面コア部４とからなり、環状の中足コア部３は、
その周方向で区切られた高さの異なる部分３a，３bを有
する。このようなコア１を２個一対とし、内部にコイル
を実装して互いに突合せ、相対的に回動することによ
り、実効ギャップ量を変え、実効透磁率を調整する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、スイッチング電源装置等に使用される高周波トランス用あるいは高周波パワーチョークコイル用の壺形コアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、高周波パワートランス(特にフライバック型スイッチング電源用トランス)やチョークコイル等、直流電流が重畳するものや、コイルに蓄えられた電磁エネルギーを積極的に利用することを目的とするものは、それが果たす機能上その磁路に磁性体を有する、いわゆる有芯構造であり、かつその磁路を全て磁性体で埋めるいわゆる閉磁路ではなく、磁路の一部を非磁性体又はエアギャップで構成するいわゆる開磁路構造が採用される。図11は、その一例を示したもので、 21はコア、22はコイル、23はコア21の一部に設けたエアギャップである。

【０００３】上記開磁路構造にする理由は、有芯コイルにおいては、図12に示したように、重畳される直流電流Ｉによって磁性体が飽和し、インダクタンスＬが減少する。つまり図13に示したように、飽和電流Ｉ_Sが芯である磁性体の実効透磁率μ*に依存し、実効透磁率はギャップ量によって決まるからである。

【０００４】従って、コイルの設計は、流したい重畳電流値や蓄えたい電磁エネルギー量から磁性体のサイズと実効透磁率と巻線のターン数とを定め、製作時はインダクタンス値が所望値になるようにギャップ量を調整するのが一般的である。

【０００５】エアギャップの設け方にも次のような二通りがあり、それぞれ得失がある。トランス及びチョークコイルは、一般にＥＩ(若しくはＥＥ)形コアに代表されるように、コイルが嵌装されるいわゆる中足コア部と、コイルの外側で磁路を形成する外足コア部があり、エアギャップの設け方として中足コア部だけにギャップを設けるものと、中足コア部、外足コア部の双方にギャップを設けるものとがある。前者はエアギャップがコイルの中に閉じ込められるため漏洩磁束が発生しにくい等のメリットがあり、特に高周波ノイズ対策上有用であるが、反面、組み立てた状態ではギャップ量の調整ができないため、研摩と組立測定を何度か繰り返すという調整上の面倒さがある。一方、後者はその逆で、組み立てたままでインダクタンスを測定しながら外足コア部に非磁性のスペーサを入れてギャップ長を調整する点は非常に簡単であるが、外足コア部からの漏洩磁束が電磁ノイズ等の障害の原因になる。

【０００６】そこで、前記両者の利点を備えたものとして壺形コアがあげられる。図14は、壺形コアの典型的な形状を示したもので、25は外周に設けられた環状の外足コア部、26は中足コア部であり、外足コア部25と中足コア部26とは底面コア部27でつながっている。中足コア部26の先端面には中心Ｃからずれた凹み28が設けられている。

【０００７】図15は、一対のコアを突き合わせて、内部にコイル29を組み込んだもので、突き合わせたコアを相対的に回動させることにより、図16に示したように、互いに対向する凹み28の相対的位置関係、つまり凹みの重なり面積が変化し、実効透磁率を調整することができる。

【０００８】しかしながら、従来は、直流を重畳しない単純なインダクタンスを得るためのコアとして考えられており、コアの磁束飽和といった問題が残されていた。

【０００９】一方、軽薄短小という言葉に代表されるように、電子機器の小型・高性能化の要求に応えるために、商用電源(ＡＣ100Ｖ又は200Ｖ)やバッテリーから装置内部で必要とする直流低電圧(例えば３Ｖや５Ｖ)に変換させるための(安定化)電源ユニットに従来のシリーズレギュレータ方式に替えてスイッチング方式を採用する動きが一般化している。

【００１０】そのスイッチング電源も変換周波数を高くした方がより小形化できるため、年々高周波化されてきたが、それに伴う不具合もあり、電磁ノイズがその主だったものである。その解決策の一つとして、壺形コアの中足部を円筒状にくりぬいて環状としたいわゆるプレーナ型コアが開発されている。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、このプレーナ型コアも同一形状のコアを２個突合せにして磁路を形成する構造になっているので、コイルとして組み立てたままでインダクタンスの調整をしようとした場合、中足コア部と外足コア部が同一長さのコアを使い、中足コア部と外足コア部双方に同一サイズのギャップができるような方法を採らざるを得ず、特に電磁ノイズで問題になる外足コア部のギャップ部分の漏洩磁束を防ぐことができなかった。

【００１２】本考案は、上記不具合を解決しようとするもので、漏洩磁束が発生しにくく、しかも容易に実効ギャップ量を変えて実効透磁率を調整することができる壺形コアを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、互いに突合せ使用される同形状の２個一対のコアからなり、各コアは、外周に設けられた環状の外足コア部と、中央部が有底凹部若しくは貫通孔となっている環状の中足コア部と、外足コア部と中足コア部とをつなぐ底面コア部とからなる壺形コアであって、環状の中足コア部がその周方向で区切られた高さの異なる部分を有する構成としたものである。

【００１４】また、その高さの異なる部分の境界部に、高さが徐々に変化する傾斜部を設けた構成とする。

【００１５】

【作用】

上記構成によれば、ギャップは中足コア部の突合せ部分のみで形成する方式を採り、外足コア部でのギャップ部の漏洩磁束がないので、電磁ノイズの問題が解消される。

【００１６】また、実効透磁率の調整については、２個一対のコアを突き合わせた場合、両コアを相対的に回動させて中足コア部の高さの低い部分どうしが対向する時に実効ギャップ量が最小になり、従って、実効透磁率が最大になる。逆に、中足コア部の高さの低い部分が相手コアの中足コア部の高い部分に対向する時に実効ギャップ量が最大になり、従って、実効透磁率が最小になる。その中間状態では、各中足コア部の高さの低い部分どうしが対向する面積の増加に比例して実効ギャップ量が増加し、逆に実効透磁率が減少する。

【００１７】これは、ギャップが均一でない磁気回路の実効ギャップ量を求める下記近似式からも証明できる。Ｇap＝(∫G_S ds)÷ＳＧap：実効ギャップ量 G_S ：ギャップ面を微小面積に分割したときの個々のギャップ量Ｓ：ギャップ面の全面積。

【００１８】従って、中足コア部の高さの高い部分、低い部分それぞれの高さと面積を適当に選択することで、組立時のコアの実効透磁率の最大値と最小値(可変範囲)が得られ、巻線のターン数を決めれば、重畳可能な直流電流値とインダクタンス値の可変範囲も得られる。

【００１９】

【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、本考案の第１の実施例の壺形コアで、互いに突合せ使用される同形状の２個一対のコアの一方を示したものである。コア１は、外周に設けられた環状の外足コア部２と、中央部が有底凹部となっている環状の中足コア部３と、外足コア部２及び中足コア部３をつなぐ底面コア部４とからなっている。そして環状の中足コア部３は、その周方向で区切られた高さの異なる部分、即ち、底面コア部４からの高さの高い部分３a と低い部分３bとからなっている。図１(b)は中足コア部３を展開した図である。

【００２０】なお、中足コア部３の中央部が有底凹部となっているように説明したが、この部分が貫通孔になっている場合もある。また、図示していないが、外足コア部２と中足コア部３との間に挿入されたコイルのリード線を引き出す孔、例えば、底面コア部４に穿設された貫通孔、若しくは底面コア部４の直径方向に形設されたスリット状開口等がある。この孔は、本発明の作用効果に直接影響がないので、以下の図面においても省略してある。

【００２１】図２は、図１のコア１を２個一対として突き合わせた場合の、互いに相対する中足コア部３の展開図で、コアを相対的に回動したとき、図２(a)のように、高さの低い部分３bどうしが対向する場合と、図２(b)のように、高さの低い部分３bが相手コアの高い部分３aに対向する場合と、高さの低い部分３bと相手コアの高い部分３aとが部分的に対向する場合がある。の場合、高さの高い部分３aどうしが対向して接近するので、実効ギャップ量が最小になり、従って、実効透磁率が最大になる。の場合は、相手コアから離れる部分が最も広くなるため実効ギャップ量が最大になり、従って、実効透磁率が最小になる。の場合はその中間で、高さの低い部分どうしが対向する面積によって実効ギャップ量が決まり、実効透磁率が決定される。

【００２２】以上の説明から判るように、ギャップ形成部は中足コア部３の突合せ部のみであり、コイルを実装した場合はそのコイルの中に閉じ込められるから漏洩磁束は発生しにくくなる。そして、突き合わせたコアを相対的に回動することで容易に実効透磁率を調整することが可能になる。

【００２３】図３は、本考案の第２の実施例を示したもので、中足コア部３の高さの異なる部分３a，３bの境界部に、高さが徐々に変化する傾斜部５を設けたものである。

【００２４】この傾斜部５を設けた利点は次の通りである。まずその１つは、突き合わせたコアを相対的に回動させたときの実効透磁率の変化が、図４の破線で示したように、傾斜部を設けていない実線の変化より緩やかになり、調整が容易になる。その２つは、傾斜部を設けていない場合は、図５のような相対位置になったとき、高さの高い部分３aの角部Ａに磁力線が集中して部分的にコアが磁化飽和状態になる危険性があるのに対し、この角部が鈍角又は弧状であると、そのような磁化飽和が起こりにくくなる。また、当然鈍角とは言え、折線状の不連続点を有するよりは弧状の連続的な曲面の方が磁化飽和は起こりにくい。

【００２５】図６は、本考案の第３の実施例を示したもので、環状の中足コア部３が、その周方向で区切られた３種類の高さの異なる部分３a，３b，３cからなるものである。ここで、高さの最も高い部分３cの作用を説明する。ある一定のギャップを有する磁路に、全磁路面積に比較して小さい面積の小ギャップ部分(高さの最も高い部分３cに相当する)を設けると、直流重畳電流が少ないときは小ギャップ領域が有効に働いてインダクタンス値が大きくとれ、直流重畳電流が増えてきて小ギャップ領域が磁化飽和状態になったときは、ギャップ量の大きい他の領域に依存するインダクタンス値を有するチョークコイルとして動作する。即ち、図８の破線で示すようなインダクタンス特性が得られる。従って、このような形状のコアを使用したチョークコイルでは、中足コア部全体が一様に等しい高さのコアを使ったチョークコイルに比べると、小さい電流領域ではより高いインダクタンス値が得られ、かつ全電流領域で高いインダクタンス値を示すコイルに比してより大きな電流が流れてもコアが飽和せずに大電流領域で必要なインダクタンスを維持するという特徴がある。本実施例では、第１の実施例の効果に、上記特徴を付加したものである。

【００２６】図７は、図６の実施例の最も高い部分３cと中間の高さの部分３aとの境界部に傾斜部５を設けた第４の実施例を示したもので、このように傾斜部５を設けることによって、図８の実線で示すように、インダクタンス特性を緩やかな曲線にすることができる効果がある。

【００２７】なお、最も低い部分３bと中間の高さの部分３aとの境界部にも傾斜部５を、単独又は図７の傾斜部と併せて設け、実効透磁率の変化を緩やかにしてもよい。

【００２８】図９は、本考案の第５の実施例を示したもので、外足コア部２と中足コア部３との間に中間コア部６を設けたものである。中足コア部３に周方向で区切られた高さの異なる部分を有することは第１の実施例と同様である。外足コア部２と中間コア部６との間の溝７には、図９(c)に示したように、トランス用のコイル９が装着され、中間コア部６と中足コア部３との間の溝８にはチョーク用コイル10 が装着される。

【００２９】このように、一組の壺形コアにトランスとチョークコイルのセットが組み込まれるとき、トランスに要求される特性上、外足コア部２と中間コア部６とは組み立てたときにエアギャップが生じないような形状、寸法が必要である。そして、中足コア部３に、第１ないし第４の実施例の構成を持たせ、それぞれの作用効果が得られるようにする。

【００３０】更に、図10は、本考案の第６の実施例を示したもので、第５の実施例の中間コア部６の先端面にショートリングを装着する溝11を設けたものである。トランスとチョークの一体構造を構成する本実施例の壺形コアにおいては、中間コア部６がトランスの磁路とチョークの磁路の双方を兼ねる構造になっており、トランスの動作によって発生する磁束とチョークの動作によって発生する磁束に大きなアンバランスが生じるときは、外足コア部２がチョークの磁路の一部として、あるいは中足コア部３がトランスの磁路の一部として働き、トランスとチョークの相互干渉による電源装置としての動作不良又は不安定を招くおそれがある。このような不具合を未然に防止する対策として、中間コア部６の先端面(摺り合わせ面) に設けた溝11に、図10(c)に示したように、ショートリング12を挿入し、これによって、トランス及びチョークの動作でそれぞれ発生した磁束が中足コア部３及び外足コア部２に入り込むのを防止し、相互干渉を効果的に排除することができる。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、壺形コアに実装したコイルの中にギャップ形成部を閉じ込める構造であるから、漏洩磁束が発生しにくく、しかも、突合せしたコアを相対的に回動することによって実効ギャップ量を変え、実効透磁率を容易に調整することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例のコアの斜視図及び中足
コア部の展開図である。

【図２】同実施例における実効ギャップ量の調整を示す
図である。

【図３】本考案の第２の実施例の中足コア部の展開図で
ある。

【図４】同実施例の上下コアの相対回転角と実効透磁率
との関係を示す図である。

【図５】中足コア部の高さの異なる部分の境界部に傾斜
部を設けない場合の問題点を示す図である。

【図６】本考案の第３の実施例の中足コア部の展開図で
ある。

【図７】本考案の第４の実施例の中足コア部の展開図で
ある。

【図８】第３の実施例と第４の実施例における直流重畳
電流値とインダクタンスとの関係を示す図である。

【図９】本考案の第５の実施例のコアの構成図及びその
コイル実装図である。

【図１０】本考案の第６の実施例のコアの構成図及びそ
のコイル実装図である。

【図１１】高周波パワートランス従来例を示す図であ
る。

【図１２】同従来例における直流重畳電流値とインダク
タンスとの関係を示す図である。

【図１３】同従来例における実効透磁率と飽和電流との
関係を示す図である。

【図１４】壺形コアの従来例の斜視図である。

【図１５】同従来例のコイル実装図である。

【図１６】同従来例における実効透磁率の調整を示す図
である。

【符号の説明】

１ … コア、２ … 外足コア部、３ … 中足コア部、
３a … 高い部分、３b … 低い部分、４ … 底面コア
部、５ … 傾斜部、６ … 中間コア部、11 …ショー
トリング用溝。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】互いに突合せ使用される同形状の２個一
対のコアからなり、各コアは、外周に設けられた環状の
外足コア部と、中央部が有底凹部若しくは貫通孔となっ
ている環状の中足コア部と、外足コア部と中足コア部と
をつなぐ底面コア部とからなる壺形コアであって、前記
環状の中足コア部は、その周方向で区切られた高さの異
なる部分を有することを特徴とする壺形コア。
【請求項２】高さの異なる部分の境界部に、高さが徐
々に変化する傾斜部を設けたことを特徴とする請求項１
記載の壺形コア。
【請求項３】環状の中足コア部が、その周方向で区切
られた３種類の高さの異なる部分からなることを特徴と
する請求項１記載の壺形コア。
【請求項４】最も高い部分と中間の高さの部分との境
界部、又は中間の高さの部分と最も低い部分との境界部
の少なくとも一方に高さが徐々に変化する傾斜部を設け
たことを特徴とする請求項３記載の壺形コア。
【請求項５】外足コア部と中足コア部との間に中間コ
ア部を備えていることを特徴とする請求項１ないし４の
うちのいずれか１項に記載の壺形コア。
【請求項６】中間コア部の先端面にショートリングを
装着する溝を有することを特徴とする請求項５記載の壺
形コア。