JPH0696941A - 部分ギャップ磁気コア装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流の巻かれたコアの改良された構造を提供
する。 【構成】 ポットに入れられた、電線が巻かれたループ
コア構造は、動作中の電流に依存して減少したインダク
タンスを有する、部分ギャップ付き誘導子または変圧器
を含むコアに基づいている。コア材料を取り囲むことに
よるギャップの囲い全体は、磁気的かつ物理的なもので
あり、それによりポット入り材料の差異のある膨張によ
る接合破損ばかりでなく縁どり磁界も回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電線が巻かれたコア構
造による装置に関する。関連したコアは、一般的にフェ
ライトまたは他の軟質磁気材料からなり、少なくとも１
つの、部分的にギャップが設けられた接合面で磁気閉ル
ープを共に形成しそれにより「部分ギャップ」または
「可変ギャップ」コアとして知られる構造にいたるセグ
メントから構成される。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電線が
巻かれたコア装置は種々の機能に役立つ。重要な用途の
１つは、それらが、入力回路網から出力回路網を絶縁す
るばかりでなく電圧レベルを変えるための変圧器として
役立ち得る、電源への利用である。また誘導子として、
それらは、ＡＣリップル低減用のチョークコイルの形態
やノイズ低減用の他の形態をとることができる。その
上、それらは、例えばフライバック変換回路を使用する
電源において、磁気エネルギー貯蔵のために役立つこと
ができる。

【０００３】前記装置に関するデザイン的な制限は、イ
ンダクタンスが電流によって著しく左右されることにな
る−ついには磁気的飽和にいたる−非直線効果の結果と
して生じる。大きなＤＣ成分を伴う電流の存在における
インダクタンスの減少は、前記装置のデザイン上の主要
な考慮すべき事柄である。関連した先行技術は図１に関
連して論議される。この図面は、各々対数目盛りによる
インダクタンスと直流の座標に基づいて、３つのタイプ
の構造に関するそれら２つのパラメーターの関係の一般
的な形を示す。曲線１０は、ギャップなしループコアに
関する図形である。曲線１１は、ギャップ付き構造−コ
ア断面全体を横切って伸びる少なくとも１つのギャップ
を有するループコア−に関する関係の形を示す。曲線１
２は、「部分的にギャップが設けられる」このようなル
ープコアに関する−関連した領域が表面を合わせた結果
生じ、該表面の一方または両方の輪郭が、部分的にギャ
ップが設けられかつ部分的に連続している合わせ接合を
生じるようになっている、通常の構造に関する−一般的
な関係を描く。曲線１０は、ほぼゼロの電流点１３でピ
ークになるように描かれる高い初期インダクタンス値を
伴い、１４で低い値に達するように急激に減少する。１
４における実際のインダクタンス値は、期待される装置
のために意義あるものになるには低過ぎるが、実際はゼ
ロではない−空気コア構造の値に近い値になっている
−。インダクタンスにおけるこの急勾配の減少は、多く
の装置の必要条件を満たすためには少な過ぎる電流のと
ころにある。例えば、チョークとして動作させると、そ
れは、期待される全出力で十分な平滑化を提供すること
ができないかもしれない。

【０００４】曲線１１は、他の点では構造的に曲線１０
の構造と同じになっている全ギャップ構造に基づいてい
る。このような非磁気的なギャップ−例えば「空気」ギ
ャップ−の存在は、磁気的に飽和可能ではないので、イ
ンダクタンスにほぼ左右されることになる−１５におけ
る一定のまたはほぼ一定のインダクタンス高原部にいた
る−。この全ギャップ構造は、１６においてのみほぼゼ
ロのインダクタンス値に達する、より大きな電流におけ
る意義あるインダクタンスの堅持によって特徴付けられ
る。しかしながら、全ギャップ構造は、減少した初期イ
ンダクタンス値１７によっても特徴付けられる。多くの
目的のために、この低い初期インダクタンス値は、意図
した用途には不十分である。ギャップ付き及びギャップ
なしのコア構造の望ましい特性は、ある点までは、第３
のタイプの構造において併有することができることが知
られている。時には「部分ギャップ」、「段付ギャッ
プ」、または「非直線」コアのように呼ばれる、この後
者は、ある場所で縮小した断面を持ったコアの形態をと
る。これは、しばしば、周囲のギャップによって囲まれ
た中心の接触領域を有するコア接合面にいたるための、
縮小した断面を持ったコアセグメントの接合によって実
現される。

【０００５】曲線１２は、曲線１１の構造のそれに近い
ギャップ深度を備えた部分ギャップコアに関する、イン
ダクタンス−電流特性を描いている。値１８のその初期
または「ほぼゼロの電流時」のインダクタンスは、曲線
１０のギャップなしコアのインダクタンスに近づいてい
る。電流の増加につれて、インダクタンスは、１９の高
原部の値に減少し、最終的に、曲線１１のギャップ付き
構造に関する減少のそれに近い電流レベルで、低いほぼ
ゼロの値２０まで減少する。前記部分ギャップ「非直
線」構造は、いくつかの性能必要条件を満足した。それ
らの使用は、ギャップ付き構造の特徴を示す大電流時の
インダクタンス値の維持ばかりでなく、ギャップなし構
造のそれに近い初期インダクタンス値にいたった。しか
しながら、それらは、不具合になり得る全ギャップ構造
のいくつかの特性を保有している。性能上の見地から、
前記段付ギャップ構造は、それらの全ギャップ対応部と
同様に、ギャップにおいて縁どり磁界を発生する。前記
縁どり磁界とそれを取り囲む巻線の結合は、加熱時の単
位体積当たりのインダクタンスの減少にいたると共に、
一般に総合性能の低下にいたる。この不具合は、平面状
装置に対してさらに悪化し、また小型化が増すにつれて
さらに悪化する。構造上の変形は、さらに別の問題を引
き起こし得る。例として、（半径方向に大きな寸法を有
する）矩形または楕円形断面の導体で作られる巻線、例
えばらせん形の巻線の使用は、ＤＣ電気抵抗を減らすの
に有効であるが、より大きな磁界結合とその結果生じる
加熱及び電力損失の増加のため、実際上除外される。

【０００６】先行技術の非直線構造のさらに別の不具合
は、全ギャップ構造と同じように、使用中ばかりでなく
製作中もその一部を失うことである。露出した周囲のギ
ャップの中へポット入り成形材料が入ることは、物理的
な破損を引き起こし得る。ポット入り材料の硬化または
結晶化は体積変化を伴い、その結果接合を分離し得る。
使用中においては、接合面破損は、巻線の抵抗損失及び
コアの電磁損失による局部的な加熱によって引き起こさ
れ得る。破損は、充満するポット入り材料の異なる領域
内での熱膨張の差によって、またはコアの接触領域のそ
れと異なるポット入り材料の均一な膨張によってさえ、
引き起こされ得る。たとえ物理的な接合破損が生じなか
ったとしても、ギャップ内のポット入り材料の熱膨張の
差は、装置に関するインダクタンスの予測できないまた
は望ましくない有効温度係数に導き得る。上述のもの
は、多くの記事や本文において論じられている。例え
ば、Soft Ferrites Properties and Applications,E.C.
Snelling,sec.ed.,at pp.20-21,139-143 and 274-283を
参照せよ。

【０００７】

【課題を解決するための手段】概括的に言うと、本発明
は、磁気的かつ物理的に遮蔽される空気ギャップを備え
るコアの使用によって、先行技術の構造の不具合を克服
する。その結果生じる部分ギャップ装置の有利な結果
は、適正な製作コストと改善された性能特性の両方を含
む。本発明の構造は、従来の全ギャップ装置を有利に置
換することができる。「デザイン要件」の項目で論議さ
れるように、容積及びその他のパラメーターは、大電流
におけるインダクタンスを維持しそれにより全ギャップ
コアと関連した動作特性に近づくように最適化すること
ができる。接合面において可能になった、連続した表面
輪郭は、先行技術の部分ギャップ接合面の縮小した断面
と関連した実際問題を回避する。本発明の全構造を特徴
付ける可変ギャップコアは、事実上、初期の可変ギャッ
プコア構造の性能上の利点もまた保有する。したがっ
て、その使用は、ギャップなし構造の特徴を示す高い初
期（ゼロ電流時）インダクタンスと、ギャップ付き構造
の特徴を示す大電流において維持されるレベルのインダ
クタンスの両方で作られ得る。

【０００８】次に、ギャップ付き領域を囲むための周囲
接触の領域を互いに限定する表面によるコアセグメント
の接合は、前述の非直線コア装置の技術的に認められる
不具合を克服する。論議は、都合の良いことには、周囲
の接触領域内に全体的に囲まれ、それにより接合される
コア部分のそれらと同じ外形及び容積の、中心に対して
対称な接合面を限定する１つの中心に位置した凹部に関
している。種々の要件は、多数のギャップの使用ばかい
でなく、結果的に生じるギャップの位置及び形状におけ
る変形を指図し得る。アプローチは、取り囲む巻線との
結合による加熱をできるだけ少なくすると共に、少なく
なった渦電流損失と増加したインダクタンスによって性
能効率を改善するために、縁どり磁界を低減する−総合
的に回避することができる−。かけがえとして、増加し
たインダクタンス対容積の比は、さらなる小型化を可能
にし得る。周囲接触の密接さに依存した場合の、例えば
まだ硬化していない交差結合する重合体のポット入り材
料に関して、通常達せられる粘度値は、ギャップ内に入
るのを回避し、それにより、組立中及び使用中の両方に
おいて接合破損を防止するのに十分になっている。この
排除は、ポットに入れる前の接触接合領域のボンド接着
によってさらに確実にすることができる。

【０００９】略述した特性は、一般的に、多数組の伝導
巻線コア装置において有利である。接合面の安定性と同
様にインダクタンス／電流特性は、ＡＣ装置−変圧器及
び誘導子−において有利である。先行技術の非直線コア
装置を用いた場合、特別な関心は、電源のようなＤＣ装
置用のチョークと同様にエネルギー貯蔵誘導子に関す
る。含蓄は、従来不具合と思われた装置デザインに関す
る許容誤差を含む。例として、縁どり磁界の回避によ
る、近い間隔で配置された装置とリード線の本質的な結
合解除は、縮小された容積とコストの減少を含む含蓄を
有する、矩形または楕円形断面のパンケーキ形巻線の自
由な使用を可能にする。便宜上、論議は、用語におい
て、一般に特定の形状、例えば主として円形断面等から
なるコアに一般的に基づいたコイルを指して−一般に、
特定の装置、例えばチョークコイルのために用いられる
場合の誘導子に関して−いる。発明の進歩は、一般に
「電線が巻かれた」コア装置のスペクトル全体において
より広範囲な価値がある。前記の例すべてにおいて、発
明の進歩は、磁気的かつ物理的遮蔽に関して役に立って
いる。同じ理由によって、巻線は、−サイズ及び／また
は形状が一定または変化する−どんな望ましい断面にも
なり得る。

【００１０】

【実施例】用語 説明は、大部分、この時点で特別な関心が含まれる装置
に関し、今日の研究者に良く知られている用語を使用し
ている。概括的なほこさきは説明された。すなわち、本
発明の装置は、磁気コアの関連領域を取り囲むらせん形
の導体路に従う電流のための誘導結合に依存する。本発
明の装置は、コア接合面に部分的に接触する、共通した
特徴−すべてが、部分的に１つ以上のギャップが設けら
れていなければ連続している磁気コアを伴う−を有す
る。一般的な用い方と一致して、「連続的」は、（１）
例えばトロイダルコアのような物理的に連続的な、
（２）または、しばしば「ギャップなし」として説明さ
れるが、実際には、合わせ面が完全に滑らかになる程度
まで環状体にひたすら近づく、合わせられるコアセグメ
ント、などを指し得る。（多くの目的のために、「ギャ
ップなし」は０．５×１０^-3インチ以下の有効ギャップ
を指す。）前記接合面は、「部分ギャップ」、「段付ギ
ャップ」及び「可変ギャップ」のようにさまざまに呼ば
れ、（インダクタンスが、図１の曲線１２の形のように
電流に依存する形を表わす構造に関する）「非直線」構
造の原因となる。同じ理由により、説明は、良く知られ
ているふうに「電線が巻かれた」を引用する。一般的な
用い方と同じように、この用語の使用は、どのように作
られていようと、電線のらせん形の巻回で本当に囲まれ
た場合の原型のコアのように機能する装置を意図する。
実際は、現在製造されているような多くの「電線が巻か
れた」構造は、沈積されたまたは印刷された導体セグメ
ントによっており、文字通りの「巻線」によっていな
い。本発明の一般に行なわれる使用は、このタイプの構
造の形をとるであろうと思われる。「巻線」及び「コイ
ル」のような用語は、その通りに解釈されるべきもので
ある。

【００１１】デザイン要件 かなりの程度まで、デザイン要件は周知である。少なく
とも基本的な条件における重要なパラメーター−容積、
構成等−は、初期の部分ギャップ装置に関するものと同
じ効果があるものである。優れた引用例、すなわち２７
４〜２８３頁において上記に引用されたSoft Ferrites
Properties and Applications は、１種類の装置用の−
チョークコイル及び貯蔵誘導子用の−前記デザインを考
慮している。その他の種類の装置に関する同じ要件は、
同じ本文のほかの場所に論じられている。このため、詳
細なデザインはこの開示の必須の部分とみなされない。
その代わりに、論議はより一般的な言い方になってい
る。本発明の全構造は、共通の特徴−遮蔽されたギャッ
プを備えたコア−を有する。このため、遮蔽された「ギ
ャップ」は、そのうちの一方または両方が少なくとも１
つの前記ギャップにいたるトポロジーになっているコア
表面の接合によって生じたような、コアで囲まれた立体
的な裂け目として限定される。「ギャップ」として資格
を得るために、それは、保有されるインダクタンスが、
他の点では同じデザインパラメーターからなるギャップ
なし構造の特徴を示すそれを越える巻線電流値のための
機能上必然のレベルにあることが必要とされる。多くの
目的のために、これは、動作上意義ある最小限のギャッ
プを限定する断面の１面／両面に変わる。最小０．５×
１０^-3インチのギャップ深度に基づいた実験的な研究
は、動作上の意義を、接合面のそれの１０％と同じ位小
さい領域の、中心に位置したギャップと、−接合面のそ
れの５％と同じ位小さい−より小さい領域の、中心では
ない所に位置したギャップとに帰する。この研究は、低
い輪郭を有する、合わせられたＲＭ１０コアで確かめら
れた。Ｍ１０コア構造は、IEC Publication431-1983(Ge
neva,Switzerland)及びJIS C 2516-1990(Tokyo,Japan)
によって定義されている。この研究におけるコアは、
０．３６６インチ標準と比較した場合の標準の５０％の
高さ、すなわちコア半分当たり０．１８３インチの高さ
を持つように修正された。ギャップ深度は、以下の式に
従って、漸増インダクタンス及びその他のパラメーター
と関連があり得る。すなわち、

【数１】

【００１２】上記式において、 Ｌ＝インダクタンス Ｎ＝巻線の巻回数 Ａ＝磁気回路の断面領域 ｌ＝ギャップ領域を除いた回路本体の磁気路長 β＝全体領域Ａに対するギャップ領域における接触領域
の比 μ₀ ＝空気の導磁率 μ_l ＝回路本体における磁気材料の相対的な漸増導磁率 μ_m ＝ギャップの周囲の領域における磁気材料の相対的
な漸増導磁率 δ＝ギャップ深度

【００１３】相対的な導磁率μ_l 及びμ_m は、−（それ
ぞれ、回路本体とギャップ領域における磁界に関する）
Ｈ磁界Ｈ_l 及びＨ_m の−磁界強度の非直線関数になって
いる。次に、磁界Ｈ_l 及びＨ_m は、ギャップと接触壁間
の磁束分布に依存する導磁率によるＮＩすなわちＤＣア
ンペア回数に関係している。したがって、式は分析的に
解くことができない。有限成分分析のような多くの方法
を、適正な正確性を伴う解答を得るために用いることが
できる。それにもかかわらず、この式は、μ_l 及びμ_m
の値に関する近似値に関連して、δ、β及びＩ_dcの値に
依存した場合のＬにおける変化の実験的な調査のための
有効な出発点として役立ち得る。

【００１４】容積は装置機能を得る希望で選ばれる。そ
こで、この希望は全ギャップ構造のそれに近づく動作で
ある。周囲の壁厚はできるだけ薄くされる。前記例にお
いて、最終的なコア接合面の維持される接触領域の主目
的は、縁どり磁界の回避及び物理的な接合面の無傷な状
態である。１０^-2インチの壁厚は、機能上、磁界遮蔽の
ために十分である。機械的破損を避けるための最小限の
壁厚は、主として、物理的安定性及び製作上の便宜の問
題である。実験的に、１０^-2の壁厚のフェライトは、研
究された構造に十分であることがわかった。装置がいく
つかの初期の部分ギャップ装置のように機能するように
なっている例、例えば、低電流動作における高いインダ
クタンス値が特に重要になる例においては、周囲の壁厚
は、前項において考察された最小値より大きくなりそう
である。大電流で維持されるインダクタンスは、前記例
では、図１に示されるように、多少減少する。しかしな
がら、接合の断面領域全体の３８％と同じ位小さい領域
の、中心に位置したギャップは、研究された構造に関し
て増加した電流時に維持されるインダクタンスにおける
機能的にかなりの増加にいたり、したがって意図された
装置に使用するために資格を得る。研究された低い輪郭
のコア装置、例えば上記に引用したようなＲＭ１０デザ
インのために、１９×１０^-3インチのギャップ深度を備
えたこのような最小限のギャップ領域は、対応するギャ
ップなし構造に関するものより約４倍大きな電流におい
て、装置に意義のあるインダクタンス（図１の領域１９
に相当する高原部値）にいたる。

【００１５】始めのデザインパラメーターは一般に計算
可能であるが、実際的な要件は多少の試行錯誤を必要と
する。例えば、表面の完全な滑らかさからの逸脱は、
（例えば、本当にギャップなしのコアに関するインダク
タンス対電流に関する図１の第１の曲線１０を、２つの
「滑らかな」表面の接合を含む現実の構造に関する関連
特性に基づいた図４の曲線４０と比較する）多少の経験
的手法を必要とする。経験が得られるにつれて、新規構
造のデザインは、全体的に見て理論的な要件を不要にす
ることができることにさえなり得る。構造は、温度上昇
が特に重大になる、近い間隔で配置された、低い輪郭
の、小寸法とされた装置のために最も大きな利点を有す
るものが含まれる。この見地から、１インチの何分の一
かからなりかつ同じ間隔を空けて配置された場合の装置
寸法は、特に、縁どり磁界結合による加熱の回避から得
る。

【００１６】製作 この加熱に基づいた要件は、さらに、本必要条件を満た
す装置に関して良く理解されている。コア構成の必要条
件は、特に矩形または楕円形断面の巻線を用いる、単位
体積当たりの増加したインダクタンスの本発明の特質を
考慮して、多少和らげられる。普通の配線基板回路網へ
包含するための構造は、良く知られたフェライト構成、
例えばマンガン−亜鉛またはニッケル−亜鉛に基づいた
フェライトを使用することができる。必要な磁気特性及
び製作の必要条件は、種々の代替物−例えば、他のフェ
ライトばかりか元素金属または合金）−のどれかにいた
り得る。主な種類の前記構造の組み立てにおける最近の
進歩はためになり得る。１９９１年５月３１日に出願さ
れた米国特許出願第07/710,736号は、接着剤接合により
コアセグメントから製作される適切なコア構造を開示し
ている。それには、コイル巻線は文字通りの電線巻線形
式以外の形式をとるのが適当であることが言及されてい
た。１９９２年２月１４日に出願された米国特許出願第
07/835,793号は、巻線を機能させることにいたる部分巻
回の接合を開示している。いくつかは商業的に使用さ
れ、その他は文献に開示されている、その他の製作アプ
ローチが役立ち得る。

【００１７】図面 図１は前の論議で考察された。提供された３つの曲線
形、すなわち曲線１０、１１及び１２の形は、対数−対
数座標に描かれた場合のインダクタンス対ＤＣ電流Ｌ対
Ｉ_d.c.の一般形を表わす。これらの曲線は、それぞれ、
ギャップなし及び部分ギャップコア構造に対応する。論
議の目的のため、軸インターセプト値は、対数座標上に
基づくので前記値にひたすら近づくが、他の座標軸に関
するゼロ値として扱われる。しかしながら、１４、１６
及び２０における最終的なインダクタンス値は、研究に
基づいた構造がコアの磁気飽和によって効果的に変えら
れる空気コア装置から得られるようなゼロでない値に近
づく。値１４が達せられるＩ_d.c.の値は変化する−すな
わち、完全ではない「滑らかさの」合わせ面の接合を含
む他の点では同じ構造に関する、曲線１０の減少の激し
さは、表面の不完全さが増すにつれて減少する−。

【００１８】曲線１１は、全ギャップ構造に関するイン
ダクタンスと電流の関係を示し、ゼロ電流に対する初期
インダクタンス１７で始まり、領域１５に関して曲線の
主要部分のための一定または高原部の値を維持し、最後
に最小限のインダクタンス値１６に達するように減少す
る。減少地点と同様に高原部の値はギャップを変えるに
つれて変化する。ギャップの大きさを増すと、減少時の
電流値の増加と共にインダクタンスの減少にいたる。ま
た、この関係は知られている−有効な引用例は、上記に
引用されたSoft Ferrites 本文である（第２７７頁の第
９．１３図及び関連した本文を参照）−。曲線１２は、
部分ギャップ構造を表わし、１８におけるゼロ電流時の
インダクタンス値で始まり、その後高原部の値１９に減
少し、最後に２０における小インダクタンス（空気コア
値）まで減少する。論議したように、曲線１２で表わさ
れるような関係の形は、曲線１０または１１にもっと接
近するように作ることができる。簡潔に言えば、ギャッ
プ深度の減少と同様に、接合における接触表面（の比、
β＝接触領域／全体領域）の相対的な増加は、曲線１０
のギャップなし構造にもっと接近する特性関係を生じ
る。実際のゼロ電流時のインダクタンス値は、主にβに
依存する。その逆、例えばβの減少は、例えば曲線１０
とのそのインターセプト前の領域における、曲線１１の
形に近づく特性にいたる。高原部の値１９におけるイン
ダクタンスの大きさは減少し、減少時の電流値２０はギ
ャップ深度δに従って増加する。

【００１９】図２は、報告されたデータのほとんどが測
定された実験に用いられた構造と断面が同じ、合わせら
れるＥ形コア構造２１の断面の斜視図である。次に、そ
れは、この例において凹部表面２６と平面の表面２７の
接合の結果であるギャップ２４を共に限定する、合わせ
セグメント２２及び２３から構成される。他の意図され
た構造と同じように、ギャップ２４は、コア材料に囲ま
れ、それにより、下図切断で除去される構造２１の表面
部分を含んでその周囲全体のまわりに壁２５を形成す
る。

【００２０】図３は、縁どり磁界の実質的な削除を与え
る２つの部分ギャップ構造に関して描かれた情報を含
む。座標は、縦座標にインダクタンス指数ＡＬ＝Ｌ／Ｎ
² （Ｌはナノヘンリーにおけるインダクタンス、Ｎは巻
回数）、横座標にアンペア回数ＮＩになっている。２つ
の実験的構造は同じコアを用いた。すなわち、第１の構
造は、曲線３０の構造であり、２６巻回の丸い断面の導
体のらせん形巻線を有し、第２の構造は、３巻回の矩形
断面の導体のらせん形（パンケーキ形）巻線を有する。
曲線３０及び３１の実質的な一致は、縁どり磁界がない
ことの明らかな証拠になる。なぜなら、前記磁界は、
（同じ数のアンペア回数にいたるように電流を流した場
合）パンケーキ形巻線とより強力に結合し、それにより
その構造−曲線３１の構造−に関する低くなった高原部
の値にいたるからである。

【００２１】図４は、全部同じデザインになっているが
ギャップの存在及び大きさが同じでない、４つの低い輪
郭のＲＭ１０（図５Ｃ）コア構造に関する、縦座標にマ
イクロヘンリーにおけるインダクタンスＬ、横座標にア
ンペア回数ＮＩの対数−対数図表である。曲線４０はギ
ャップなし構造に関するこれらの量に関し、曲線４１は
２０×１０^-3インチの深度の全ギャップに関し、曲線４
２は４０×１０^-3インチの壁で囲まれた２０×１０^-3イ
ンチの深度の円筒形ギャップに関する測定量を報知し、
曲線４３は曲線４２の構造と同じだが３１×１０^-3イン
チの壁厚になっている構造に関している。論議したよう
に、曲線４０のギャップなし構造の特性は、相対的な接
触領域が増すにつれてより接近するが、全ギャップ構造
の特性は、領域を減らすにつれてより接近する。

【００２２】図５Ａ乃至５Ｆは、現在使用中のコアルー
プセグメントの斜視図である。前のとおり、図示のセグ
メント表面は、輪郭を描いた表面化したセグメント、例
えば鏡像セグメント、またはかけがえとして平面状の
（またはギャップなしの）表面セグメントと合わせるこ
とができる。多数の代替物と同様に、図示された構造
は、上記に引用されたSoft Ferrites に詳細に開示され
ている。図面は次の通り各構造と対応する。すなわち、
５Ａ−Ｕ型コア、５Ｂ−Ｅ型コア、５Ｃ−ＲＭコア、５
Ｄ−低輪郭コア、５Ｅ−ＥＰコア、５Ｆ−ポットコアで
ある。図示されたように、示された全構造は、例示的に
中心に位置した凹部を備えると共に、それを囲むコア脚
部の断面形状からなる。

【００２３】図６Ａ乃至６Ｄは、非常に多数のギャップ
形態を代表するコアセグメントの断面斜視図であり、そ
のいずれも、輪郭を描いたものを有するセグメントと、
または平面状の合わせ面と接合され得る。図６Ａは、−
この例では凹部ではない部分または壁６２内に空洞６０
及び６１を含む−多数の空洞ギャップを示す。図６Ｂ
は、壁６６で限定されるギャップ領域６４及び６５から
なる段付ギャップに従属する。図６Ｃは、壁６８内に囲
まれるように変化する深度を有するギャップ６７を備え
た構造を示す。図６Ｄは、壁６８内に囲まれ、次に凹部
でない領域６９を囲む環状ギャップ６７による構造を示
す。

【００２４】例 例１ 同一の形状、サイズ、構成及び巻線巻回数の３個のチョ
ークコイルが、図１に示された形のデータにいたるよう
に励磁された。３個全部に使用されるコアは、−図５Ｃ
に示されるように、ギャップなしコアハーフと合わさ
れ、中心脚部を取り囲む２６巻回巻線を備えた−低輪郭
ＲＭ１０コアであった。各合わせコア対のサイズは、直
径０．４２インチの円形中心脚部を備えた約１．０９イ
ンチ×０．５２インチであった。第１の構造はギャップ
なしであり、第２の構造は、中心脚部内に２０×１０^-3
インチの一定深度でギャップが設けられ、第３の構造
は、図示されたように、３４×１０^-3インチの厚さの周
囲壁で取り囲まれた１９×１０^-3インチの深度の遮蔽さ
れた円筒形ギャップを備えていた。励磁された時、測定
されたインダクタンス値は、４４７０，１７４及び２３
６０マイクロヘンリーのゼロ電流時インダクタンスと、
それぞれＩ_d.c.＝０．９アンペア、７．０アンペア及び
５．５アンペアにおける低インダクタンス（点１４、１
６及び２０に対応する７０μＨ）を伴って、図１に描か
れたようになった。ついでの注−曲線形式及び報告され
た値は共に、（囲まれるよりむしろ周囲のギャップを有
する）先行技術の部分ギャップ構造に関するものとほぼ
同じであった。

【００２５】例２ ２個のフライバック変圧器は、すなわち、第１のものは
全ギャップ付き、第２のものは、他の点では同一のサイ
ズ（低輪郭ＲＭ１０）、コア構成、１次及び２次コイル
構造の（直径０．４１６インチの円形断面、ギャップ深
度＝２０×１０^-3インチ、β＝０．２７からなる巻線コ
ア）囲まれた部分ギャップからなっており、性能の差を
確認するためにフライバック変換回路において作動され
た。両方とも、５００ｋＨｚ，４０ボルトにおける入力
から生じるものとして、約２アンペアの平均入力電流で
動作した。囲まれた部分ギャップを備えた変圧器は、全
ギャップ付きの変圧器より約２０％低い、３ワットの変
圧器損失を示したが、その他すべての関連する変換性能
を維持した。

【００２６】例３ 図３に示されるように測定されたデータ曲線は、例１の
部分ギャップ構造のものと同一の形状、サイズ及び構成
の２つの構造に基づいた。使用されたコアは、深度２０
×１０^-3インチのギャップが設けられた。ギャップ直径
は０．３５４インチであり、３１×１０^-3インチの壁
（その結果β＝０．２８になる）で囲まれた。第１の構
造におけるコイルは、２６巻回の直径１７．９×１０^-3
インチの円形断面銅線から構成された。第２のものは、
コアに関して半径方向に配置される長い寸法を備えた、
３巻回の０．１５０インチ×２０×１０^-3インチの矩形
断面（パンケーキ形）導体を備えていた。図３に記録さ
れたように、両曲線は、６〜１００＋アンペア回数の範
囲にわたって一致した回数当たり２００〜３００ナノヘ
ンリーのインダクタンス指数値ＡＬで高原部になった。
その図に示されるように、インダクタンス指数は、縁ど
り磁界の回避を仮定したものを支持するようにほぼ同一
になった。（パンケーキ形巻線と縁どり磁界のより密接
な結合は、インダクタンスを減らすために効果的でない
動作にいたったであろう。）

【００２７】例４ すべて２６巻回の巻線が与えられた、同一の形状、構成
及び寸法の４個のコアは、５００ミリボルト及び１００
キロヘルツの周波数で動作し、その結果、図４に報告さ
れるインダクタンス特性にいたった。ギャップなしの第
１のものは曲線４０の測定値にいたった。−２０×１０
^-3インチの一定のギャップ深度を有する−全ギャップ構
造は曲線４１として描かれる特性を生じた。２つの部分
ギャップ構造は曲線４２及び４３の性能にいたった。実
験の目的は、変化するβ（接合における全表面に対する
接触比、したがってギャップの直径のみがその２つの間
で変化する）の影響を確かめることであった。曲線４２
に対応する構造は、β＝０．３５の値に対する４０×１
０^-3インチの壁内に囲まれた場合の２０×１０^-3インチ
の深度の円筒形ギャップを備えていた。曲線４３に関す
るデータ点が測定される第２の部分ギャップ構造は、３
１×１０^-3インチの壁厚（β＝０．２８）を残すために
ギャップ直径を増加したことだけが異なった。増加した
βは、より低い電流値におけるインダクタンスに関して
ギャップなし構造のそれにより近く接近する部分ギャッ
プ構造にいたることがわかる。減少したβは、全ギャッ
プ構造のそれにより近く接近するインダクタンス／アン
ペア回数比にいたった。

【図面の簡単な説明】

【図１】イナクタンス及び直流の対数座標による、原型
の全ギャップ構造及びギャップなし構造と比較した場合
の先行技術の（同じく本発明の）部分ギャップ構造に関
するこれらの特性に関連する図表である。

【図２】本発明の教示に従ってデザインされた例示的コ
ア構造を示す断面図である。

【図３】インダクタンス指数とアンペア回数の座標によ
る、２つの同じ構造−一方は、曲線３０のそれであり、
円形断面の巻線に基づいており、他方は、曲線３１のそ
れであり、矩形断面の巻線に基づいており、両方とも同
じコアを使用している−に関するそれらのパラメーター
に関連する図表である。２つの曲線がほぼ一致すること
は、縁どり磁界の実質的な削除を支持する実験的証拠を
構成する。

【図４】インダクタンスとアンペア回数の座標による、
例示的な、ギャップ付き構造、ギャップなし構造、及び
２つの部分ギャップ構造の性能特性を示した場合のデザ
イン意義からなる。

【図５】Ａは、例えば図示されない平面状の合わせ面と
合わせられたものとして本発明の教示を用いて使用する
のに適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図で
ある。Ｂは、例えば図示されない平面状の合わせ面と合
わせられたものとして本発明の教示を用いて使用するの
に適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図であ
る。Ｃは、例えば図示されない平面状の合わせ面と合わ
せられたものとして本発明の教示を用いて使用するのに
適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図であ
る。Ｄは、例えば図示されない平面状の合わせ面と合わ
せられたものとして本発明の教示を用いて使用するのに
適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図であ
る。Ｅは、例えば図示されない平面状の合わせ面と合わ
せられたものとして本発明の教示を用いて使用するのに
適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図であ
る。Ｆは、例えば図示されない平面状の合わせ面と合わ
せられたものとして本発明の教示を用いて使用するのに
適切な例示的デザインのコアセグメントの斜視図であ
る。

【図６】Ａは、合わせ面と−例えば平面状の合わせ面と
−接合されるべき、まだ合わせていないコア表面の断面
図であり、図５Ａ乃至５Ｆのそれらに代わる適切な形態
を表わす。Ｂは、合わせ面と−例えば平面状の合わせ面
と−接合されるべき、まだ合わせていないコア表面の断
面図であり、図５Ａ乃至５Ｆのそれらに代わる適切な形
態を表わす。Ｃは、合わせ面と−例えば平面状の合わせ
面と−接合されるべき、まだ合わせていないコア表面の
断面図であり、図５Ａ乃至５Ｆのそれらに代わる適切な
形態を表わす。Ｄは、合わせ面と−例えば平面状の合わ
せ面と−接合されるべき、まだ合わせていないコア表面
の断面図であり、図５Ａ乃至５Ｆのそれらに代わる適切
な形態を表わす。

【符号の説明】

２２、２３ セグメント ２４ ギャップ ２６ 凹部表面 ２７ 平面の表面

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの実質的に連続する磁気
   路を限定する磁気コアからなる装置であって、前記コア
   は、該コアに関する電流路を限定する少なくとも１組の
   第１の巻線を備えることによりコイルをもたらし、前記
   磁気路は、減少した導磁率と増加した飽和磁束密度を有
   する部分ギャップを含み、それにより、全ギャップ構造
   及びギャップなし構造の使用から生じる動作特性の中間
   の動作特性を有する装置において、前記部分ギャップ
   は、本質的に、ギャップに対して物理的及び磁気的遮蔽
   を与えるためにコア内に全体的に囲まれるギャップから
   なり、それによって、動作中に生じる縁どり磁界は、前
   記ギャップによって実質的に変化しないことを特徴とす
   る装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記磁気
   路の相対的な導磁率は数的に１より大きい装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、相対的な
   導磁率は２より大きい装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、コアは、
   本質的に、少なくとも一方が凹部を含むコア表面の接合
   から生じる凹部からなる１個の前記のようなギャップを
   含み、前記表面は、前記ギャップの全体的な囲い及び磁
   気路の連続性にいたるように周囲領域を備えている装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、前記ギャ
   ップは中心に対して対称に配置される装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、前記ギャ
   ップは、ギャップ領域においてコアの断面形状に近い断
   面形状を有している装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記ギャ
   ップは変化する深度を有している装置。
8. 【請求項８】 請求項４記載の装置において、ギャップ
   領域全体は、ギャップ領域におけるコア断面全体の９５
   領域パーセントの最大値になっている装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の装置において、ギャップ
   深度は前記領域パーセントの５％のギャップ領域に関し
   て少なくとも０．５×１０^-3インチになっている装置。
10. 【請求項１０】 請求項４記載の装置において、少なく
    とも前記ギャップを含む領域はポットに入れられ、ポッ
    ト入り材料は、前記周囲領域によってギャップから除去
    される装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、ポッ
    ト入れは流動体をポットに入れる際に浸入を伴い、前記
    流動体の粘度は、接合の周囲に実質的に浸透しないよう
    に十分に高くなっている装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の装置において、ポッ
    ト入り流動体は、本質的に、浸入を伴うその粘度を増加
    するために硬くなる有機重合材料からなる装置。
13. 【請求項１３】 請求項１記載の装置において、前記コ
    ア及びコイルは誘導子賭して機能する装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載の装置において、変圧器
    として機能する、前記コアに巻かれた少なくとも２つの
    コイルを含む装置。