JP4856890B2 - チョークコイル - Google Patents

Description

本発明は、電子機器や車載用機器の電源に用いられるチョークコイルに関する。

近年、各種電子機器や車載用機器の小型化、高性能化、低消費電力化が進んでいる。特に、当該機器に使用されるスイッチング電源用のチョークコイルにおいては、低ノイズ化を図るために、優れた直流重畳特性を備えていることが要求される。このようなチョークコイルとしては、例えば、特許文献１に開示されているものが存在する。

特開平１０−１３５０５４号公報（図１〜図３）

特許文献１に開示されているチョークコイルは、Ｅ型磁芯における一方の外磁脚側に、他方の外磁脚側よりも半ターン多く巻線が巻回されるように、当該巻線を中央磁脚に巻回し、当該中央磁脚に磁気ギャップを設け、その上方からＩ型磁芯を突き合わすことで完成されている。このように中央磁脚に磁気ギャップを設けることにより、優れた直流重畳特性を得ることが可能となり、当該チョークコイルのインダクタンスは、小電流領域において大きいものとなっている。

しかしながら、特許文献１に開示されているチョークコイルでは、中央磁脚とＩ型磁芯の間に磁気ギャップの幅を変化させることにより、当該チョークコイルのインダクタンスを調節している。このような方法で、インダクタンスを調整するためには、Ｅ型磁芯に設けられたギャップの幅の調整を行わなければならない。そのため、ギャップの幅の調整には、加工精度が要求され、当該チョークコイルのギャップ調整を容易に行うことができない。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、容易に、ギャップの調整行うことができると共に容易に製造することが可能なチョークコイルを提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、導体を巻回することにより形成される複数のコイルと、磁性材料から形成され、複数のコイルのそれぞれの内側に配置される複数の棒状のコア部材と、当該複数のコア部材の両端に、複数のコア部材と接触するように配置されて、複数のコア部材との間で閉磁路を形成する透磁性カバーと、を有し、透磁性カバーは、アモルファスダストと樹脂との混合材を成型することによって形成され、透磁性カバーの透磁率は、コア部材の透磁率よりも低く、透磁性カバーにおけるコア部材が接続される部位の間には、複数のコア部材と同じ部材によって形成された板部材を有し、更に透磁性カバーのうち板部材の両側には複数のコア部材の端面を嵌合させる嵌合部が形成されている、ものである。

このように構成した場合には、コイルが巻回されている複数のコア部材の両端に透磁性カバーを配置させるという単純な構造となっている。したがって、チョークコイルを容易に組み立てることが可能となり、当該チョークコイルの製造工程を削減することが可能となる。また、透磁性カバーの透磁率は、コア部材の透磁率よりも低くなっているため、透磁性カバーは、コア部材に対して擬似ギャップを形成している。そのためコア部材が磁気飽和しにくくなり、チョークコイルの直流重畳特性を向上させることが可能となる。
また、このように構成した場合には、板部材が嵌め込まれた部位の透磁率が大きくなり、コア部材間の磁気結合を高めることが可能となる。そのためチョークコイルの擬似的なギャップ調整をさらに容易に行うことが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、コア部材の少なくとも１つは、アモルファスダストによって形成されているものである。このように構成した場合には、チョークコイルの直流重畳特性が向上し、大電流を流した場合でもインダクタンスの低下を防止できる。また、コア部材にフェライト等を使用した場合と比較して、大電流を流すことができるため、同じ性能を有するチョークコイルを製造する場合、チョークコイルの小型化が可能となる。

さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、透磁性カバーの比透磁率の値の範囲を６〜１７としたものである。このように構成した場合には、アモルファスダストと樹脂との混合比を変化させることによって、透磁性カバーの透磁率を変化させることが可能となる。このため、透磁性カバーの透磁率を変化させることによって、チョークコイルの擬似的なギャップ調整を行うことが可能となる。また、異なる透磁率を有する透磁性カバーをコア部材と組み合わせることで、チョークコイルの透磁率を変化させることが可能となるため、当該チョークコイルの擬似的なギャップ調整が容易なものとなると共に、チョークコイルの透磁率に自由度を持たせることが可能となる。

さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、コア部材の比透磁率の値の範囲を４０〜８０としたものである。このように構成した場合には、チョークコイルの直流重畳特性が優れたものとなり、大電流を流した場合でも、高いインダクタンスを得ることが可能となる。したがって、チョークコルを、大電流が流れる電源スイッチにも使用することが可能となる。

また、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、透磁性カバーの比透磁率の値の範囲を６〜１７としたものである。このように構成した場合には、透磁性カバーの透磁率を変化させることによって、チョークコイルの擬似的なギャップ調整を行うことが可能となる。また、異なる透磁率を有する透磁性カバーをコア部材と組み合わせることで、チョークコイルの透磁率を変化させることが可能となるため、当該チョークコイルの擬似的なギャップ調整が容易なものとなると共に、チョークコイルの透磁率に自由度を持たせることが可能となる。

本発明によると、チョークコイルにおけるギャップの調整が容易となる共に、当該チョークコイルの製造が容易となる。

以下、本発明の一実施の形態に係るチョークコイル１０について、図１から図７に基づいて説明する。図１は、チョークコイル１０においてケース体４０の外側から内部に配置されているコイル体１２を透過的に示す斜視図である。図２は、コイル体１２の斜視図である。また、図３は、コイル体１２の分解斜視図である。図４は、図１のチョークコイル１０をＡ−Ａ線で切断した断面図である。図５は、図２中のコイル体１２で用いられている透磁性カバー１８ａを示す図であり、（ａ）は、その平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の透磁性カバー１８ａをＣ−Ｃ線で切断した断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の透磁性カバー１８ａをＤ−Ｄ線で切断した断面図である。図６は、ケース体４０の内部の構成を示す斜視図である。図７は、棒状コア１４ａ，１４ｂに、非結晶の鉄からなるアモルファスダストを採用した場合と、マンガンと鉄と亜鉛との鉄酸化物を採用した場合の直流重畳特性を比較する図である。以下の説明中、図１〜図３、図６において、一端側とは左斜め下方を指し、他端側とは右斜め上方を指すものとする。また、左側とは左斜め上方を指し、右側とは右斜め下方を指すものとする。

チョークコイル１０は、図１に示すように、コイル体１２とコイル体１２の筐体となるケース体４０とから主に構成されている。また、コイル体１２は、図３に示すように、２つの棒状コア１４ａ，１４ｂと、棒状コア１４ａ，１４ｂがそれぞれ挿入される空芯コイル１６ａ，１６ｂと、当該棒状コア１４ａ，１４ｂが挿入された空芯コイル１６ａ，１６ｂの両側に配置される透磁性カバー１８ａ，１８ｂとから主に構成されている。

棒状コア１４ａ，１４ｂは円柱形状をしており、非結晶の鉄からなるアモルファスダストを焼結することによって形成されている。また、棒状コア１４ａ，１４ｂには、粒径が約３０μｍおよび約１００μｍの２種類の粒径を持つアモルファスダストが採用されている。しかし、アモルファスダストの粒径は、これに限られるものでなく、ほぼ同一の粒径のもののみでも良い。また、棒状コア１４ａ，１４ｂは、その比透磁率の値が、４０〜８０の範囲内となるように形成されている。空芯コイル１６ａ，１６ｂは、エナメル等の絶縁被膜で覆われた導体が、予め円筒形状に巻回されている。また、空芯コイル１６ａ，１６ｂは、互いに逆方向となるように同じ巻数だけ巻回されている。また、各空芯コイル１６ａ，１６ｂの一端および他端からはそれぞれ、コイルの末端１６ｃ，１６ｄが巻回されたコイルの法線方向に向かって突出している。

透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、長方形の板状部材となっており、図５に示すように、一方の平面の中央には、棒状コア１４ａ，１４ｂと同じ材料からなる板部材２０が嵌め込まれている。板部材２０の平面形状は長方形の両側が円弧状に切り欠かれた形状となっている。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂにおいて板部材２０が嵌め込まれた部位の両側には、棒状コア１４ａ，１４ｂの径よりわずかに大きな径を持つ断面円形状にくり抜かれた嵌合部２２ａ，２２ｂが形成されている。

透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、非結晶の鉄からなるアモルファスダストとエンジニアプラスチック（樹脂の一形態）との混合物を成型することによって製造される。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂには、棒状コア１４ａ，１４ｂの場合と同様に、粒径約３０μｍおよび約１００μｍの２種類の粒径を持つアモルファスダストが採用されている。これらのアモルファスダストは、非結晶状態の鉄の粉末を造粒することによって得られる。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、上記アモルファスダストとエンジニアプラスチックの混合物を、約３４０℃の温度条件下で射出成型することにより製造される。しかし、アモルファスダストの粒径はこれに限られるものでなく、ほぼ同一の粒径のもののみでも良い。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、その比透磁率の値が、６〜１７の範囲内となるように形成されている。アモルファスダストとエンジニアプラスチックの体積比は、比透磁率が６の場合１０：９０であり、比透磁率が１７の場合３６：６４である。また、エンジニアプラスチックとしては、耐熱性に優れた液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer :LCP）またはポリフェニレンサルファイド(Poly Phenylene Sulfide :PPS)が採用されている。

図３に示すように、コイル体１２は、空芯コイル１６ａ，１６ｂに棒状コア１４ａ，１４ｂを挿入し、当該空芯コイル１４ａ，１４ｂの両端から突出した棒状コア１４ａ，１４ｂの端面のそれぞれを透磁性カバー１８ａ，１８ｂに設けられた嵌合部２２ａ，２２ｂに嵌合させることにより組み立てられる。この際、空芯コイル１６ａ，１６ｂは、そのコイル末端１６ｃ，１６ｃが互いに隣接するように透磁性カバー１８ａ，１８ｂに嵌合される。このように空芯コイル１６ａ，１６ｂを配置した場合、コイル末端１６ｄ，１６ｄは、透磁性カバー１８ｂの左側および右側に位置する。

組み立てられたコイル体１２は、ケース体４０の内部に配置される。ケース体４０は、図６に示すように、一端が開口した箱型形状の筐体となっており、その開口側の一端側と他端側の端面の略中央からは一端側と他端側に向かって中央に円孔４１を有する固定部４２が延出している。また、ケース体４０の底部４３において左側面４０ａおよび右側面４０ｂの各内側には、一端側から他端側方向へ沿った溝部４４ａおよび溝部４４ｂがそれぞれ形成されている。さらに、溝部４４ａおよび溝部４４ｂの各内側には、左側面４０ａから右側面４０ｂの方向に向かって断面が円弧状に切り欠かれた凹部４４ｃおよび凹部４４ｄが、一端側から他端側に向かってそれぞれ並んで形成されている。凹部４４ｃと凹部４４ｄとの間には、それらの境界となる境界部４５が開口方向に向かって突出している。底部４３において、溝部４４ａと溝部４４ｂとに挟まれた領域には、凹部４４ｃと凹部４４ｄに跨るように、角孔４６が形成されている。また、境界部４５と溝部４４ａとの間には、底部４３を貫通すると共に長方形の断面を有する貫通孔４７ａが形成されている。また、溝部４４ａの一端側と他端側において溝部４４ｂと隣接する両位置には、断面形状が貫通孔４７ａよりも長手方向に沿って短い長方形となる貫通孔４７ｂおよび貫通孔４７ｂがそれぞれ形成されている（一方の貫通孔４７ｂは不図示）。

チョークコイル１０は、コイル体１２をケース体４０の開口部から当該ケース体４０の内部に配置され、当該開口部を蓋部材３０によって閉じることでケース体４０の内部に収められる。そして、ケース体４０の貫通孔４７ａ，４７ｂから突出した空芯コイル１６ａ，１６ｂのコイル末端１６ｃ，１６ｄを外方に向かって折り曲げる。そして、２つのコイル末端１６ｃ，１６ｃの先端およびコイル末端１６ｄのそれぞれの先端に、図１に示す圧着端子３１，３２が取り付けられる。なお、コイル体１２のケース体４０への配置は、コイル末端１６ｃ，１６ｃの両者を貫通孔４７ａに、コイル末端１６ｄ，１６ｄを、ケース体４０の貫通孔４７ｂ，４７ｂのそれぞれに挿通させながら行う。

チョークコイル１０では、透磁性カバー１８ａ，１８ｂのそれぞれは、溝部４４ａ，４４ｂの内部に配置され、また、各空芯コイル１６ａ，１６ｂの外周面の一部は、凹部４４ｃ，４４ｄの内周面と接している。そして、図１に示すように、空芯コイル１６ａ，１６ｂの一部をケース体４０の外側から角孔４６を通じて臨むことが可能である。

以上のように構成されたチョークコイル１０は、空芯コイル１６ａ，１６ｂに挿入されている棒状コア１４ａ，１４ｂの両端に透磁性カバー１８ａ，１８ｂを配置させるという構造を有している。したがって、チョークコイル１０の組み立てが容易となり、チョークコイル１０の製造コストを低減することができる。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂの透磁率は、棒状コア１４ａ，１４ｂの透磁率よりも低くなっているため、透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、棒状コア１４ａ，１４ｂに対していわゆる擬似ギャップを形成している。そのため、棒状コア１４ａ，１４ｂが磁気飽和しにくくなり、チョ−クコイル１０の直流重畳特性を向上させることが可能となる。

また、チョークコイル１０では、棒状コア１４ａ，１４ｂには、鉄からなるアモルファスダストが採用されている。ここで、棒状コア１４ａ，１４ｂに、鉄からなるアモルファスダストを採用した場合と、マンガンと鉄と亜鉛との鉄酸化物を採用した場合とを比較すると、図７に示すように、鉄からなるアモルファスダストを採用した場合の方が、大電流に対してインダクタンスを急激に低下させることなく、比較的大きなインダクタンスを示した。棒状コア１４ａ，１４ｂの材料として、ニッケルと鉄との合金等を採用した場合には、当該棒状コア１４ａ，１４ｂは、熱による経時的変化が原因で結晶構造が崩れることにより、棒状コア１４ａ，１４ｂの内部の渦電流損が増加し、チョークコイル１０のインダクタンスが小さくなる。したがって、棒状コア１４ａ，１４ｂに、鉄からなるアモルファスダストを採用したチョークコイル１０の方が、安定した電気的特性を得ることができ、さらに、飽和磁束密度は、鉄からなるアモルファスダストの方が、ニッケルと鉄との合金よりも高いため、優れた直流重畳特性を得ることができ、大電流を流した場合にも耐えることができる。また、棒状コア１４ａ，１４ｂにアモルファスダストを採用した場合、直流重畳特性に限らず、透磁率において安定した周波数特性を示すと共に、高周波領域において鉄損が低いという利点を有する。したがって大電流を許容することができ、同じ性能を有するチョークコイルを製造する場合、小型化を図ることが可能となる。

また、チョークコイル１０では、透磁性カバー１８ａ，１８ｂは、アモルファスダストと樹脂との混合物をインジェクションモールディング等の成型方法によって成型されている。本実施の形態では、樹脂とアモルファスダストの含有比率を変化させることによって、透磁性カバー１８ａ，１８ｂの比透磁率の値を６〜１７の範囲に設定している。したがって、透磁性カバー１８ａ，１８ｂの透磁率を変化させることによって、チョークコイル１０のギャップ調整を行うことが可能となる。また、透磁率が異なる透磁性カバー１８ａ，１８ｂを予め用意して、棒状コア１４ａ，１４ｂと組み合わせることにより、コアに空隙を設けて、その空隙を調整する場合と比較して、チョークコイル１０のギャップ調整が容易となる。また、透磁性カバー１８ａ，１８ｂを構成しているアモルファスダストと樹脂との含有比率を変えることは容易であるため、チョークコイルの実行透磁率に自由度を持たせることができる。

また、チョークコイル１０では、棒状コア１４ａ，１４ｂの比透磁率の値の範囲を４０〜８０としている。このような比透磁率とすることにより、チョークコイル１０の直流重畳特性が優れたものとなり、大電流を流した場合でも、高いインダクタンスを得ることが可能となる。したがって、チョークコイル１０を、大電流が流れる電源スイッチにも使用することが可能となる。

また、チョークコイル１０では、透磁性カバー１８ａ，１８ｂにおける嵌合部２２ａ，２２ｂの間には、棒状コア１４ａ，１４ｂと同じ材質からなる板部材２０が嵌め込まれている。そのため、透磁性カバー１８ａ，１８ｂにおける棒状コア１４ａと棒状コア１４ｂとの間の部位の実行透磁率が大きくなる。したがって、製造された透磁性カバー１８ａ，１８ｂに板部材２０を嵌め込むという簡単な構成により、棒状コア１４ａ，１４ｂの磁気結合を高めることが可能となる。そのため、チョークコイル１０のギャップ調整はさらに容易になる。

また、チョークコイル１０では、棒状コア１４ａ，１４ｂと透磁性カバー１８ａ，１８ｂとが閉磁路を形成している。そのため、空芯コイル１６ａ，１６ｂで発生した磁束が外部に漏れるのを防止できる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態では、棒状コア１４ａ，１４ｂを共に鉄のアモルファスからなるコアとしたが、これに限られることなく、棒状コア１４ａ，１４ｂの一方のみをアモルファスからなるコアとし、他方をフェライトや鉄とニッケルの合金等からなる結晶構造を有するコアとしても良い。また、アモルファスの材料としては鉄に限らずコバルト等他の磁性材を採用しても良い。

また、上述の実施の形態では、棒状コア１４ａ，１４ｂの外側に配置されるコイルは、空芯コイル１６ａ，１６ｂとされているが、これに限られることなく、導線を棒状コア１４ａ，１４ｂに巻回することによりコイルを形成するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、棒状コア１４ａ，１４ｂおよび空芯コイル１６ａ，１６ｂをそれぞれ２つずつ透磁性カバー１８ａ，１８ｂに接続するように配置させているが、これに限られることなく、それらを３つ以上配置するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、板部材２０は、透磁性カバー１８ａ，１８ｂにおける嵌合部２２ａ，２２ｂの間に１つのみ取り付けられているが、これらを透磁性カバー１８ａ，１８ｂに複数枚配置するようにしても良いし、配置する位置を嵌合部２２ａ，２２ｂの間に限ることなく、別の位置に配置するようにしても良い。また、板部材２０を透磁性カバー１８ａ，１８ｂのどちらか一方のみに取り付けるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、透磁性カバー１８ａ，１８ｂの透磁率は同じものを前提として製造されているが、これに限られることなく、透磁性カバー１８ａ，１８ｂの透磁率を異なるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、空芯コイル１６ａ，１６ｂのコイルの巻回数は同じとなっているが、これに限られることなく、異なる巻回数としても良い。また、空芯コイル１６ａ，１６ｂは、それぞれ逆向きの巻回方向を有するが、同一方向に巻回するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、エンジニアプラスチックとしては、ＬＣＰ、ＰＰＳが採用されているが、これに限られることなく、ポリエーテルスルホン(Poly Ether Sulfone :PES)、ポリアミドイミド(Poly Amide Imide :PAI)、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate :PET)等他のエンジニアプラスチックを採用しても良い。

本発明のチョークコイルは、電子機器や車載用機器の電源において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るチョークコイルにおいてケース体の外側から内部に配置されているコイル体を透過的に示す斜視図である。 図１のコイル体の斜視図である。 図１のコイル体の分解斜視図である。 図１のチョークコイルをＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図２中のコイル体で用いられる透磁性カバー１８ａを示す図であり、（ａ）は、その平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の透磁性カバー１８ａをＣ−Ｃ線で切断した断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の透磁性カバー１８ａをＤ−Ｄ線で切断した断面図である。 ケース体の内部の構成を示す斜視図である。 棒状コアに、鉄を材料とするアモルファスダストを採用した場合と、マンガンと鉄と亜鉛との鉄酸化物を採用した場合におけるそれぞれの直流重畳特性を比較する図である。

符号の説明

１０…チョークコイル
１２…コイル体
１６ａ，１６ｂ…空芯コイル（コイル）
１４ａ，１４ｂ…棒状コア（コア部材）
１８ａ，１８ｂ…透磁性カバー
２０…板部材

Claims (4)

1. 導体を巻回することにより形成される複数のコイルと、
   磁性材料から形成され、上記複数のコイルのそれぞれの内側に配置される複数の棒状のコア部材と、
   当該複数のコア部材の両端に、上記複数のコア部材と接触するように配置されて、上記複数のコア部材との間で閉磁路を形成する透磁性カバーと、
   を有し、
   上記透磁性カバーは、アモルファスダストと樹脂との混合材を成型することによって形成され、
   上記透磁性カバーの透磁率は、上記コア部材の透磁率よりも低く、
   上記透磁性カバーにおける上記コア部材が接続される部位の間には、複数の上記コア部材と同じ部材によって形成された板部材を有し、
   更に上記透磁性カバーのうち上記板部材の両側には複数の上記コア部材の端面を嵌合させる嵌合部が形成されている、
   ことを特徴とするチョークコイル。
2. 前記コア部材の少なくとも１つは、アモルファスダストによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
3. 前記透磁性カバーの比透磁率の値の範囲を６〜１７とすることを特徴とする請求項１または２記載のチョークコイル。
4. 前記コア部材の比透磁率の値の範囲は４０〜８０であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のチョークコイル。

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