JPH10135044A

JPH10135044A - インダクタンス素子

Info

Publication number: JPH10135044A
Application number: JP29002596A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Ikeda; 義俊池田; Kazuo Oya; 一雄大矢; Hajime Takagi; 一高城
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で大容量にでき、しかも可聴周波数帯域
の駆動周波数でも唸りが発生しないインダクタンス素子
を提供する。【解決手段】外コア21と、この外コア21にギャップ26
a,26b を介して磁気的に結合し、外コア21をほぼ２分す
る中央部において、外コア21の全幅に亘って延在する中
コア22と、この中コアに巻装したコイル23とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コイルやトラン
ス等のインダクタンス素子、特に捲線型インダクタンス
素子のコア構造体の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】捲線型インダクタンス素子のコア構造体
には、例えば、ＥＥ型、ＥＩ型等の分離型のものが知ら
れている。この種のインダクタンス素子においては、近
年、電子機器の小型軽量化に伴って、小型で大容量のも
のが要求されている。

【０００３】かかる要求に応えるものとして、例えば、
多層プリント配線板を用いた平面トランスのように、駆
動周波数を高周波化したものや、ＥＥ型やＥＩ型のコア
とコアとの結合部にギャップを形成して磁気抵抗を大き
くすることにより、大きな駆動電流を供給できるように
したものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されているインダクタンス素子においては、小型化す
ると、それに伴って磁路長が短くなり、小さい起磁力で
磁束密度が飽和してしまうために、より大きな容量のも
のが得られないという問題がある。

【０００５】また、従来提案されている、例えばＥＥ型
のコア構造体を有するインダクタンス素子においては、
一般に、図５に示すように、Ｅ型コア１ａ，１ｂの中央
の脚部にエアギャップ２を形成し、このエアギャップ２
を囲むようにコイル３を巻装して、このコイル３に駆動
電流を流すことにより、コア１ａ，１ｂに矢印で示すよ
うな磁路４ａ，４ｂを形成するようにしている。かかる
構成においては、一方の磁路４ａに注目すると、磁路４
ａが湾曲する４つの部分５ａ〜５ｄと、コア１ａ，１ｂ
の結合部およびエアギャップ２の合計６つの部分で磁気
抵抗が大きくなるので、磁気回路的には大きな出力容量
が期待できる。

【０００６】しかし、図５に示す構成のインダクタンス
素子を電子部品として駆動させる場合には、素子自体の
発熱により素子の温度が上昇して、実際には、期待する
程の出力容量が得られないという問題がある。この温度
上昇の要因としては、素子自体の特性である鉄損による
発熱、および起磁力を大きくすること、すなわち大きな
電流をコイルに流すことによって生じる銅損による発熱
が考えられている。なお、この場合のインダクタンス素
子の温度上昇の限界は、室温＋４５℃と言われている。

【０００７】また、従来提案されているＥＩ型のコア構
造体を有するインダクタンス素子においては、一般に、
図６に示すように、Ｅ型コア１１の中央の脚部の端部に
エアギャップ１２が形成されるように、Ｅ型コア１１と
Ｉ型コア１３とを結合し、その中央の脚部にコイル１４
を巻装して、矢印で示すような磁路１５ａ，１５ｂを形
成するようにしている。かかる構成においては、一方の
磁路１５ａに注目すると、磁路１５ａが湾曲する４つの
部分１６ａ〜１６ｄで磁気抵抗が大きくなり、そのうち
の２つの湾曲部分１６ｃおよび１６ｄに、コア１１，１
３の結合部１７およびエアギャップ１２がそれぞれ含ま
れる。したがって、全体としての磁気抵抗は、図５のＥ
Ｅ型と同様に大きくなるので、大きな出力容量が期待で
きる。

【０００８】しかし、このＥＩ型においても、上述した
ＥＥ型と同様に、温度上昇のために期待する程の出力容
量が得られないのが現状である。この場合の温度上昇の
要因は、コア形状からくる銅損によるものと言われてい
る。すなわち、ＥＩ型の場合には、Ｅ型コア１１とＩ型
コア１３との開磁路の組み合わせで構成されているた
め、特に、Ｉ型コア１３の磁気分布が複雑となり、磁路
１５ａの湾曲部分１６ｃおよび１６ｄにおいては、実際
には、結合部１７およびエアギャップ１２の磁気抵抗の
関係で、磁束がコイル１４の内部に喰込むようにショー
トカットして流れる。このため、コイル１４に流れてい
る電流にいわゆる直交磁界が与えられ、これにより導体
に流れる電流が近接効果により導体の一方に偏って、導
体の有効断面積が減少し、その結果、電流密度が上昇し
て銅損が増加し、コイル１４の温度が上昇する。

【０００９】また、ＥＩ型においては、磁束分布が複雑
なＩ型コア１３からの漏洩磁束により、他の電子部品に
誘導ノイズを発生させる等の問題を生じ易いため、この
点からも出力容量が制限されるという問題がある。

【００１０】一方、上述したように、インダクタンス素
子にエアギャップを形成すると、エアギャップ部分にお
ける温度分布が反磁界の影響で不均一になる。すなわ
ち、反磁界は距離に反比例するので、磁束数不変の原則
から、閉磁路の内周部では磁化されにくく、外周部では
磁化され易くなる。、従って、その外周部の磁化は、内
周部の磁化と比較すると大きくなり、又、鉄損は、一般
的に磁化の大きさに比例して大きくなるので、エヤギャ
ップの近傍で局部的に発熱する部分が生じることにな
る。しかも、コア材を構成する例えばフェライトは、金
属材料とは異なり、比抵抗が大きく熱伝導が悪いため
に、局部的高温の状態が維持されてしまう。また、イン
ダクタンス素子を小型化すると、それに伴ってコイルの
線径も細くなって抵抗値が高くなり、これがため銅損が
大きくなってコイルが温度上昇する。

【００１１】このため、上述した従来のＥＥ型やＥＩ型
のように、エアギャップの部分を覆うようにコイルを巻
装する構成にあっては、エアギャップにおける反磁界に
よる温度上昇の影響を受けて、コイルがさらに温度上昇
することになって、期待される程の出力容量が得られな
いという問題があった。

【００１２】さらに、上述した従来のＥＥ型やＥＩ型の
インダクタンス素子にあっては、エアギャップ以外の部
分で両コアを当接させるようにしているため、駆動周波
数が可聴周波数帯域の場合には、磁歪による唸りが発生
するという問題もある。

【００１３】この発明の目的は、このような従来の問題
点に着目してなされたもので、小型で大容量にでき、し
かも可聴周波数帯域の駆動周波数でも唸りが発生しない
よう適切に構成したインダクタンス素子を提供しようと
するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のインダクタンス素子は、外コアと、この
外コアにギャップを介して磁気的に結合し、該外コアを
ほぼ２分する中央部において、外コアの全幅に亘って延
在する中コアと、この中コアに巻装したコイルとを有す
ることを特徴とするものである。

【００１５】前記外コアおよび中コアを通る磁路の平均
磁路長をｌ、前記中コアの断面積をＳとするとき、ｌ／
Ｓが１．０（ｍ^-1）以上となるよう構成するのが、例え
ば５０Ｗ以下の出力容量を有するインダクタンス素子を
小型化する点で好ましい。

【００１６】前記外コアは、矩形の開口を有する枠状に
形成して、その対向する２辺のそれぞれの中央部に凹状
の切り欠き部を形成し、この外コアの対向する２辺の切
り欠き部に、前記中コアの両端部をそれぞれギャップを
介して磁気的に結合させるよう構成するのが、軽量化の
点で好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施
形態を一部切り欠いて示す斜視図である。このインダク
タンス素子は、外コア２１、中コア２２およびコイル２
３を有する。外コア２１は、矩形の開口２１ａを有する
矩形の枠状に形成し、その対向する２辺のそれぞれの中
央部に、凹状の切り欠き部２４ａ，２４ｂを形成する。
この外コア２１は、切り欠き部２４ａ，２４ｂを有する
辺を、それぞれ絶縁性の保持部材２５ａ，２５ｂに保持
して設ける。

【００１８】中コア２２は、その両端部が外コア２１の
切り欠き部２４ａ，２４ｂにそれぞれエアギャップを介
して磁気的に結合するように、それらの両端部を保持部
材２５ａ，２５ｂに保持して、外コア２１の全幅に亘っ
て延在して設ける。この実施形態では、中コア２２の各
端部において、その両側にそれぞれ間隔ｔ１のエアギャ
ップ２６ａが形成され、上部に間隔ｔ２のエアギャップ
２６ｂが形成されるように、外コア２１に磁気的に結合
させる。なお、好ましくは、エアギャップ２６ａ，２６
ｂは、ｔ２／ｔ１＝０．１〜２の範囲とする。ｔ２／ｔ
１＝０であると、本発明の効果が失われる為である。

【００１９】コイル２３は、中コア２２の中央部外周に
位置するように、両端部を保持部材２５ａ，２５ｂに結
合した例えばフェノール樹脂製のボビン（図示せず）に
巻装して設ける。なお、図１では、外コア２１の切り欠
き部２４ａを明瞭に示すために、コイル２３の一部の図
示を省略してある。コイル２３は、例えば、一次巻線お
よび二次巻線で構成し、それらを一方の保持部材２５ｂ
に設けた接続端子２７ａ〜２７ｄに接続する。

【００２０】このようにして、コイル２３に電流を流す
ことにより、図２に矢印で示すような、外コア２１およ
び中コア２２を通る磁路２８ａ，２８ｂが形成されるよ
うにする。ここで、磁路２８ａ，２８ｂの各々における
平均磁路長をｌ、中コア２２の断面積をＳとするとき、
好ましくは、ｌ／Ｓが１．０（ｍ^-1）以上となるよう構
成する。

【００２１】図１に示す構成のインダクタンス素子にお
いて、一方の磁路２８ａに注目すると、磁気抵抗が高く
なる部分として、磁路２８ａが湾曲する４つの部分２９
ａ〜２９ｄが存在するが、そのうちの２つの湾曲部分２
９ａ，２９ｄにそれぞれエアギャップ２６ａが含まれる
ので、全体として４か所となる。したがって、図５の場
合と同じ磁路長とした場合には、磁気抵抗を大きくでき
るので、起磁力を大きくでき、したがって大容量のもの
を得ることができる。また、図５のものと同じ容量のも
のを得る場合には、磁路長を短くすることができるの
で、より小型にできることになる。

【００２２】さらに、エアギャップ２６ａ，２６ｂがコ
イル２３を巻装する部分の外に位置するので、エアギャ
ップ２６ａ，２６ｂにおける反磁界による高温部がコイ
ル２３の温度を上昇させることもない。したがって、図
５の場合と同じ大きさであれば、大容量のものを得るこ
とができる。また、コイル２３がエアギャップ２６ａ，
２６ｂの部分の温度の影響を受けないことから、その
分、コイル２３の温度を上げること、すなわち銅損を大
きくすることが可能となるので、コイル２３の線径を小
さくして、小型にできる。また、外コア２１と中コア２
２とは、エアギャップ２６ａ，２６ｂを介して磁気的に
結合され、互いに当接する部分がないので、駆動周波数
が可聴周波数帯域の場合でも、磁歪による唸りが発生す
ることもない。

【００２３】

【実施例】以下、図１に示す構成のインダクタンス素子
と、図５に示した従来のＥＥ型のインダクタンス素子と
における温度上昇試験の比較例について説明する。な
お、図１において、ｔ２／ｔ１＝１、とした。（比較例１）図１のｔ１，ｔ２、および図５におけるエ
アギャップ２（間隔ｔ３）が、0.1，0.2 ，0.3 ，0.5
および1.0 （ｍｍ）の５種類について、駆動周波数 100
ｋHz、磁束密度変化ΔＢｍ＝ 200ｍＴの測定条件で、コ
イルの温度と室温との差（ΔＴ）を測定した。その結果
を、図３に示す。なお、図１に示す構成では、ｌ／Ｓ＝
2.0（ｍ^-1）、とした。図３から明らかなように、図１
に示す構成のインダクタンス素子によれば、図５に示す
従来のインダクタンス素子と比べて、温度上昇を著しく
抑えることができる。

【００２４】（比較例２）ｔ１，ｔ２，ｔ３を 0.2ｍｍ
とし、銅損と鉄損を負荷して、ΔＴを測定した。その結
果を、図４に示す。なお、その他の条件は、比較例１と
同様である。図４から明らかなように、全損×10を出力
容量として評価すると、図１に示す構成のインダクタン
ス素子によれば、図５に示す従来のインダクタンス素子
と比べて、ほぼ50％、出力容量を大きくできる。

【００２５】（比較例３）図５に示す従来の構成におい
て、Ｅ型コア１ａ，１ｂの中央の脚部の断面積をＳ′、
磁路４ａ，４ｂの各々の平均磁路長をｌ′とするとき、
ｌ′／Ｓ′が 0.5，1.0 および2.0 （ｍ^-1）、それぞれ
の場合のエアギャップ２の間隔（ｔ３）を0.1ｍｍとし
た場合と、図１に示す構成において、ｌ／Ｓが 0.5およ
び2.0 （ｍ ^-1）、それぞれの場合のｔ１，ｔ２を 0.2ｍ
ｍとした場合とのΔＴとの比較結果を表１に示す。な
お、測定条件は、比較例１と同じとした。

【００２６】

【表１】表１から明らかなように、図１に示す構成のインダクタ
ンス素子によれば、図５に示す従来のインダクタンス素
子と比べて、温度上昇を著しく抑えることができる。

【００２７】なお、この発明は、上述した実施形態に限
定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能で
ある。例えば、上述した実施形態では、中コア２２を保
持部材２５ａ，２５ｂに保持するようにしたが、外コア
２１の切り欠き部２４ａ，２４ｂに磁気ギャップが形成
されるように接着保持するようにすることもできる。ま
た、図１では、保持部材２５ａ，２５ｂと、外コア２１
との間に中コア２２を配設したが、外コア２１の上面側
に切り欠き部２４ａ，２４ｂを形成して、中コア２２を
配設することもできる。さらに、外コア２１は矩形状に
限らず、円形状、楕円形状等、任意の形状とすることも
できる。また、平板状の外コアを２分するように、外コ
アの中央部に全幅に亘って長溝を形成し、この長溝に磁
気ギャップを介して中コアを磁気的に結合させるように
構成することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、コイ
ルを巻装した中コアを、外コアをほぼ２分する中央部に
おいて、外コアの全幅に亘って延在して、外コアにギャ
ップを介した磁気的に結合して設けるようにしたので、
小型で大容量で、しかも可聴周波数帯域の駆動周波数で
も唸りが発生しないインダクタンス素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を一部切り欠いて示す斜
視図である。

【図２】その作用を説明するための図である。

【図３】この発明に係るインダクタンス素子と、従来の
インダクタンス素子との温度上昇の比較例を示す図であ
る。

【図４】同じく、この発明に係るインダクタンス素子
と、従来のインダクタンス素子との温度上昇の比較例を
示す図である。

【図５】従来のＥＥ型のインダクタンス素子を説明する
ための図である。

【図６】従来のＥＩ型のインダクタンス素子を説明する
ための図である。

【符号の説明】

２１外コア２１ａ開口２２中コア２３コイル２４ａ，２４ｂ切り欠き部２５ａ，２５ｂ保持部材２６ａ，２６ｂエアギャップ２７ａ〜２７ｄ接続端子２８ａ，２８ｂ磁路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外コアと、この外コアにギャップを介して磁気的に結合し、該外コ
アをほぼ２分する中央部において、外コアの全幅に亘っ
て延在する中コアと、この中コアに巻装したコイルと、を有することを特徴と
するインダクタンス素子。
【請求項２】前記外コアおよび中コアを通る磁路の平
均磁路長をｌ、前記中コアの断面積をＳとするとき、ｌ
／Ｓが１．０（ｍ^-1）以上となるよう構成したことを特
徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子。
【請求項３】前記外コアは、矩形の開口を有する枠状
に形成して、その対向する２辺のそれぞれの中央部に凹
状の切り欠き部を形成し、この外コアの対向する２辺の切り欠き部に、前記中コア
の両端部をそれぞれギャップを介して磁気的に結合させ
るよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記
載のインダクタンス素子。