DE102015101211A1

DE102015101211A1 - Drossel

Info

Publication number: DE102015101211A1
Application number: DE102015101211.1A
Authority: DE
Inventors: Tomofumi Kuroda; c/o TDK Corporation Sakurai Yu
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2015-07-30
Also published as: JP6398620B2; CN104810139A; US20150213944A1; CN104810139B; US9959968B2; KR20150089948A; KR101657070B1; JP2015164172A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Drossel mit einer verbesserten Induktivität bei Gleichstromüberlagerung bereit. Diese Drossel verwendet einen Verbundmagnetkern, in dem ein Ferritkern und ein weichmagnetischer Metallkern kombiniert sind. Die Drossel besteht aus einem Paar von Jochabschnittskernen, welche aus Ferritkernen bestehen, Wicklungsabschnittskern(en), welche(r) zwischen den gegenüberliegenden Ebenen der Jochabschnittskerne angeordnet ist/sind, und Spule(n), welche um den/die Wicklungsabschnittskern(e) gewickelt ist/sind. Flanschartige Elemente sind am Endteil des/der Wicklungsabschnittskerns/e in einer Weise angeordnet, dass sie extern mit der Peripherie des/der Wicklungsabschnittskerns/e verbunden sind, und der Wicklungsabschnittskern besteht aus einem weichmagnetischen Metallkern. Das flanschartige Element besteht aus einem Metallmaterial mit Eisen als Hauptkomponente, welches magnetisch zu einem Magneten angezogen werden kann, und ein Verbindungsabschnitt des flanschartigen Elements und des Jochabschnittskerns ist an einer flachen Ebene des flanschartigen Elements ausgebildet, welche die gleiche Ebene mit einer Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns ist. Folglich wird die Miniaturisierung der Drossel nicht beeinträchtigt, und die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung kann verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drossel, welche in einer Stromversorgungsschaltung oder einem Leistungskonditionierer eines solaren elektrischen Energieerzeugungssystems oder dergleichen verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Drossel mit einer verbesserten Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität.
HINTERGRUND
Als herkömmliches Magnetkernmaterial für die Drossel kann eine gestapelte elektromagnetische Stahlplatte oder ein weichmagnetischer Metallpulverkern verwendet werden. Obwohl die gestapelte elektromagnetische Stahlplatte eine Magnetflussdichte mit hoher Sättigung aufweist, wird der Eisenverlust größer, falls die Ansteuerfrequenz der Stromversorgungsschaltung 10 kHz übersteigt, wodurch die Effizienz abnimmt. Der weichmagnetische Metallpulverkern wird weithin bei höheren Ansteuerfrequenzen verwendet, da sein Eisenverlust bei einer hohen Frequenz niedriger als der der gestapelten elektromagnetischen Stahlplatte ist. Der Eisenverlust kann jedoch nicht ausreichend niedrig sein und es gibt einige Probleme, wie beispielsweise dass dessen Sättigungsmagnetflussdichte schlechter als die der elektromagnetischen Stahlplatte ist.
Andererseits ist der Ferritkern als ein Material für einen Magnetkern mit einem geringen Eisenverlust bei einer hohen Frequenz gut bekannt. Jedoch weist der Ferritkern eine niedrigere Sättigungsmagnetflussdichte im Vergleich zur gestapelten elektromagnetischen Stahlplatte oder zum weichmagnetischen Metallpulverkern auf, so dass ein Design benötigt wird, um eine relativ große Querschnittsfläche des Kerns bereitzustellen, um die magnetische Sättigung zu verhindern, wenn ein starker Strom angelegt wird. Insoweit ergibt sich ein Problem, dass die Form größer wird.
In Patentdokument 1 wird eine Drossel offenbart, welche einen Verbundmagnetkern als das Material für den Magnetkern verwendet, so dass der Verlust, die Größe und das Gewicht des Magnetkerns reduziert werden, wobei der Verbundmagnetkern durch Kombinieren eines weichmagnetischen Metallpulverkerns, welcher für den Spulenwicklungsabschnitt verwendet wird, und eines Ferritkerns, welcher für den Jochabschnitt verwendet wird, erhalten wird.
Patentdokument

Patentdokument 1: JP-A-2007-128951

KURZFASSUNG
Der Verlust bei einer hohen Frequenz wird reduziert, wenn ein Verbundmagnetkern durch Kombinieren des Ferritkerns mit dem weichmagnetischen Metallkern hergestellt wird. Wenn jedoch der Fe-Pulver-Magnetkern oder der FeSi-Legierungspulver-Magnetkern mit einer Magnetflussdichte mit hoher Sättigung als der weichmagnetische Metallkern verwendet wird, wird der Verbundmagnetkern, in dem der weichmagnetische Metallkern und der Ferritkern kombiniert sind, im Vergleich zu dem Fall, in dem ausschließlich der weichmagnetische Metallkern verwendet wird, eine minderwertige Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität aufweisen. Wie in Patentdokument 1 beschrieben, wird, da die Sättigungsmagnetflussdichte des Ferritkerns niedriger als die des weichmagnetischen Metallkerns ist, ein gewisser verbesserter Effekt durch Erhöhung der Querschnittsfläche des Ferritkerns bereitgestellt. Jedoch ist das Problem nicht grundlegend gelöst.
4 und 5 zeigen ein Beispiel der Ausführungsform des Standes der Technik. 4 und 5 werden verwendet, um den Grund herauszufinden, warum sich die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität im Verbundmagnetkern, in dem der Ferritkern und der weichmagnetische Metallkern kombiniert sind, verschlechtert. 4 und 5 zeigen schematisch die Konfiguration des Verbindungsabschnitts des Ferritkerns 21 und des weichmagnetischen Metallkerns 22 sowie den Fluss des Magnetflusses 23.
Die Pfeile in den Zeichnungen repräsentieren den Magnetfluss 23. Wenn der Magnetfluss 23 des weichmagnetischen Metallkerns 22 äquivalent zu dem des Ferritkerns 21 ist, ist die Anzahl der Pfeile in diesen beiden Magnetkernen gleich. Der Magnetfluss 23 pro Flächeneinheit wird als Magnetflussdichte bezeichnet. Folglich ist die Magnetflussdichte höher, je enger der Abstand zwischen den Pfeilen ist.
Da der Ferritkern 21 im Vergleich zum weichmagnetischen Metallkern 22 eine niedrigere Sättigungsmagnetflussdichte aufweist, ist die Querschnittsfläche senkrecht zur Richtung des Magnetflusses im Ferritkern 21 größer festgelegt als die im weichmagnetischen Metallkern 22, um zu ermöglichen, dass ein hoher Magnetfluss im Ferritkern fließt. Der Endteil des weichmagnetischen Metallkerns ist mit dem Ferritkern gekoppelt, und die Fläche des Teils, in dem der weichmagnetische Metallkern 22 und der Ferritkern 21 einander zugewandt sind, ist dieselbe wie die Querschnittsfläche des weichmagnetischen Metallkerns 22.
4 zeigt den Fall, dass ein in der Spule fließender Strom klein ist, d. h. den Fall, dass der durch den weichmagnetischen Metallkern des Wicklungsabschnitts erregte Magnetfluss 23 gering ist. Da die Magnetflussdichte des weichmagnetischen Metallkerns 22 niedriger als die Sättigungsmagnetflussdichte des Ferritkerns 21 ist, kann der Magnetfluss 23, welcher vom weichmagnetischen Metallkern 22 fließt, ohne Leckage des Magnetflusses 23 direkt in den Ferritkern 21 fließen. Wenn der in der Spule fließende Strom niedrig ist, kann die Reduzierung der Induktivität inhibiert werden, um gering zu sein.
5 zeigt den Fall, dass der in der Spule fließende Strom hoch ist, d. h. den Fall, dass der durch den Magnetkern des Wicklungsabschnitts erregte Magnetfluss hoch ist. Falls die Magnetflussdichte des weichmagnetischen Metallkerns 22 im Vergleich zur Sättigungsmagnetflussdichte des Ferritkerns 21 höher ist, kann der Magnetfluss 23, welcher vom weichmagnetischen Metallkern 22 fließt, nicht direkt durch den Verbindungsabschnitt in den Ferritkern 21 fließen. Stattdessen fließt der Magnetfluss 23 durch den umgebenden Raum, wie durch die gestrichelten Pfeile gezeigt. Mit anderen Worten fließt der Magnetfluss 23 in den Raum mit einer relativen Permeabilität von 1, so dass die effektive Permeabilität abnimmt und die Induktivität auch drastisch abnimmt. Das heißt, wenn ein hoher Strom überlagert wird, um die Magnetflussdichte des weichmagnetischen Metallkerns 22 größer als die Sättigungsmagnetflussdichte des Ferritkerns 21 zu machen, gibt es ein Problem, dass die Induktivität abnimmt. Während die Leckage des Magnetflusses 23 stattfindet, ergibt sich zusätzlich auch das Problem, dass der Kupferverlust steigt, da der Magnetfluss mit der Spule verknüpft ist.
Als solche werden nur die Querschnittsflächen des Ferritkerns und des weichmagnetischen Metallkerns im Stand der Technik betrachtet, so dass die magnetische Sättigung im Verbindungsabschnitt vernachlässigt wird und die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität nicht ausreicht.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und zielt darauf ab, die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität in der Drossel unter Verwendung eines Verbundmagnetkerns, in dem der Ferritkern und der weichmagnetische Metallkern kombiniert sind, zu verbessern.
Die Drossel der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Paar von Jochabschnittskernen, welche aus den Ferritkernen hergestellt sind, Wicklungsabschnittskern(e), welche(r) zwischen der Ebene gegenüber den Jochabschnittskernen angeordnet ist/sind, und Spule(n), welche um den/die Wicklungsabschnittskern(e) gewickelt ist/sind, wobei flanschartige Elemente am Endteil des/der Wicklungsabschnittskerns/e in einer Weise angeordnet sind, dass sie extern mit der Peripherie des/der Wicklungsabschnittskerns/e verbunden sind, wobei jeder des/der Wicklungsabschnittskerns/e aus einem weichmagnetischen Metallkern besteht, wobei jedes der flanschartigen Elemente aus einem Metallmaterial mit Eisen als Hauptkomponente besteht, welches magnetisch zu einem Magneten angezogen werden kann, und ein Verbindungsabschnitt von jedem der flanschartigen Elemente und jedem der Jochabschnittskerne an einer flachen Ebene von jedem der flanschartigen Elemente ausgebildet ist, welche die gleiche Ebene mit einer Stirnebene von jedem des/der Wicklungsabschnittskerns/e ist. Als solche kann die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität in der Drossel unter Verwendung eines Verbundmagnetkerns, in dem der Ferritkern und der weichmagnetische Metallkern kombiniert sind, verbessert werden.
Ferner besteht das flanschartige Element in der Drossel der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Metallpulverkern. Auf diese Weise kann die Erhöhung des Verlusts bei einer hohen Frequenz verhindert werden.
Darüber hinaus besteht das flanschartige Element in der Drossel der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einer Stahlplatte, in der eine Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende an einer Stelle in der Peripherierichtung angeordnet ist. Und somit kann eine Stahlplatte mit einer hohen Festigkeit verwendet werden, und die Erhöhung des Verlusts bei einer hohen Frequenz kann verhindert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität in der Drossel unter Verwendung eines Verbundmagnetkerns, in dem der Ferritkern und der weichmagnetische Metallkern kombiniert sind, verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, welche die Konfiguration der Drossel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, welche die Konfiguration der Drossel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, welche die Konfiguration der Drossel im Stand der Technik zeigt.
4 ist eine Zeichnung, welche die Konfiguration des Verbindungsabschnitts des Ferritkerns und des weichmagnetischen Metallkerns sowie den Fluss des Magnetflusses im Stand der Technik schematisch zeigt.
5 ist eine Zeichnung, welche die Konfiguration des Verbindungsabschnitts des Ferritkerns und des weichmagnetischen Metallkerns sowie den Fluss des Magnetflusses im Stand der Technik schematisch zeigt.
6 ist eine Zeichnung, welche die Konfiguration des Verbindungsabschnitts des Ferritkerns und des weichmagnetischen Metallkerns sowie den Fluss des Magnetflusses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, welche das flanschartige Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
8 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Draufsicht, welche die Projektionsebene des flanschartigen Elements relativ zum Jochabschnittskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Verbundmagnetkern der vorliegenden Erfindung, in dem der Ferritkern und der weichmagnetische Metallkern kombiniert sind, kann die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung durch die Verhinderung der magnetischen Sättigung des Ferrits auf der Ebene, in der der Magnetfluss zwischen dem Ferritkern und dem weichmagnetischen Metallkern hin und her fließt, erhöht werden. 6 wird verwendet, um den verbesserten Effekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität zu beschreiben, welche durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
In 6 ist ein flanschartiges Element 24 in einer Weise angeordnet, dass es extern mit der Peripherie des Endteils des weichmagnetischen Metallkerns 22 verbunden ist, und das flanschartige Element 24 ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Metallmaterial mit Eisen als Hauptkomponente besteht, welches zu einem Magneten angezogen werden kann.
Der Magnetfluss wird leicht durch das flanschartige Element 24 weitergeleitet, da dieses Element aus einem Metallmaterial besteht, welches zu einem Magneten angezogen werden kann. Außerdem weist das flanschartige Element 24 Eisen als Hauptkomponente auf, so dass die Sättigungsmagnetflussdichte hoch ist. Zusätzlich kann der Magnetfluss, da das flanschartige Element 24 in einer Weise angeordnet ist, dass es extern mit der Peripherie des Endteils des weichmagnetischen Metallkerns 22 verbunden ist, durch dieses flanschartige Element 24 selbst dann zum Ferritkern 21 fließen, wenn die Magnetflussdichte des Spulenwicklungsabschnitts des weichmagnetischen Metallkerns 22 höher als die Sättigungsmagnetflussdichte des Ferritkerns 21 ist. Der Magnetfluss 23, welcher vom weichmagnetischen Metallkern 22 fließt, fließt durch das flanschartige Element 24 in den Ferritkern 21 ohne Leckage an den umgebenden Raum, so dass die Abnahme der effektiven Permeabilität verhindert werden kann. Als Ergebnis kann eine hohe Induktivität selbst bei Gleichstromüberlagerung erhalten werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Zeichnung, welche die Konfiguration der Drossel 10 zeigt. Die Drossel 10 wird mit zwei Jochabschnittskernen 11 gegenüber voneinander bereitgestellt, wobei die Wicklungsabschnittskerne 12 zwischen den beiden Jochabschnittskernen 11 angeordnet sind und die Spulen 13 um die Wicklungsabschnittskerne 12 gewickelt sind. Darüber hinaus ist ein flanschartiges Element 14 am Endteil des Wicklungsabschnittskerns 12 in einer Weise angeordnet, dass es extern mit der Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 verbunden ist. Mehr bevorzugt ist das flanschartige Element 14 an beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns 12 angeordnet. Die Spule 13 kann auch um einen Spulenkörper gewickelt sein.
Der Ferritkern wird für den Jochabschnitt 11 verwendet. Der Ferritkern weist einen extrem geringen Verlust auf, aber eine niedrige Sättigungsmagnetflussdichte im Vergleich zum weichmagnetischen Metallkern. Da keine Spule 13 um den Jochabschnittskern 11 gewickelt wird, wird die Größe der Spule 13 nicht beeinträchtigt, selbst wenn die Breite oder die Dicke des Jochabschnittskerns erhöht wird. Somit wird die niedrige Sättigungsmagnetflussdichte durch Erhöhung der Querschnittsfläche des Jochabschnittskerns 11 abgedeckt. Die Querschnittsfläche des Jochabschnittskerns 11 bezieht sich auf die Querschnittsfläche senkrecht zur Richtung des Magnetflusses, und die Querschnittsfläche wird durch Multiplizieren der Breite mit der Dicke erhalten. Da der Ferritkern einfacher als der weichmagnetische Metallkern geformt werden kann, ist es relativ einfach, einen Magnetkern mit einer großen Querschnittsfläche herzustellen. MnZn-basiertes Ferrit wird vorzugsweise als Ferritkern verwendet. Das MnZn-basierte Ferrit ist für die Miniaturisierung des Magnetkerns gut, da es einen geringeren Verlust und eine höhere Sättigungsmagnetflussdichte als andere Ferrite aufweist.
Der weichmagnetische Metallkern wird für den Wicklungsabschnittskern 12 verwendet. Der Eisenpulver-Magnetkern oder FeSi-Legierungspulver-Magnetkern, die gestapelte elektromagnetische Stahlplatte oder der amorphe Magnetkern werden bevorzugterweise als weichmagnetischer Metallkern verwendet. Derartige weichmagnetische Metallkerne weisen eine höhere Sättigungsmagnetflussdichte als der Ferritkern auf, so dass die Querschnittsfläche des Magnetkerns reduziert werden kann, was gut für die Miniaturisierung ist.
Das flanschartige Element 14 verwendet ein Metallmaterial mit Eisen als Hauptkomponente, welches zu einem Magneten angezogen werden kann. Das flanschartige Element 14 kann zu einem Magneten angezogen werden, so dass der Magnetfluss leicht durchfließt. Da das flanschartige Element 14 Eisen als Hauptkomponente verwendet, ist seine Sättigungsmagnetflussdichte hoch und ein hoher Magnetfluss kann durchfließen. Solch ein Metallmaterial ist nicht notwendigerweise das sogenannte weichmagnetische Metall (z. B. ein elektromagnetisches Weicheisen, eine elektromagnetische Stahlplatte, ein Eisenpulver-Magnetkern, ein Eisenlegierungspulver-Magnetkern oder dergleichen), und ein Kohlenstoffstahl, eine kaltgewalzte Stahlplatte, ein magnetischer Edelstahl oder dergleichen, welche als das Strukturmaterial oder die Metallteile verwendet werden, können ebenfalls verwendet werden. Ob es zu einem Magneten angezogen werden kann oder nicht, kann wie folgt bestimmt werden. Wenn beispielsweise eine magnetische Reißzwecke, welche eine Art von kommerziell erhältlichem Büromaterial ist, in Kontakt mit dem flanschartigen Element 14, das in Ruheposition verbleibt, gehalten wird und die magnetische Reißzwecke dann angehoben wird, kann befunden werden, dass sie zu einem Magneten angezogen werden kann, falls das flanschartige Element 14 auch über die Anziehung des Magneten angehoben wird.
7 bis 13 beschreiben die bevorzugten Formen des flanschartigen Elements 14. Das flanschartige Element 14 ist flächig mit einem Penetrationsteil verbunden, über den es extern mit der Peripherie des Endteils des Wicklungsabschnittskerns 12 verbunden werden kann. Grundlegend ist, dass die Form der inneren Peripherie des Penetrationsteils im flanschartigen Element 14 ähnlich zu der der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 ist. Die Form der äußeren Peripherie des flanschartigen Elements 14 kann eine beliebige Form sein. Falls die Verfügbarkeit oder die Leichtigkeit der Herstellung zu berücksichtigen ist, ist die äußere Peripherie bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vierseitig. In den in 7 bis 13 gezeigten Beispielen wird der Fall gezeigt, dass die Peripherie am Endteil des Wicklungsabschnittskerns 12 kreisförmig ist. In der in 7 gezeigten Ausführungsform sind die innere Peripherie und die äußere Peripherie beide kreisförmig, und das flanschartige Element weist eine Form wie der Teil auf, welcher in der Regel als Abstandshalter, Scheibe, Passscheibe, Kragen oder dergleichen bezeichnet wird.
8 ist eine Zeichnung, welche die Projektionsebene der flachen Ebene im in 7 gezeigten flanschartigen Element zeigt. 9 zeigt ein modifiziertes Beispiel des aus 8. Insbesondere ist eine Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende an einer Stelle in der Peripherierichtung des flanschartigen Elements angeordnet. 10 zeigt ein modifiziertes Beispiel des aus 9. Insbesondere wird die Breite der Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende, welche an einer Stelle in der Peripherierichtung angeordnet ist, erhöht, damit sie gleich dem Innendurchmesser ist. 11 zeigt ein modifiziertes Beispiel des aus 8. Insbesondere wird die äußere Peripherie vierseitig. 12 zeigt ein modifiziertes Beispiel des aus 11. Insbesondere ist eine Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende an einer Stelle in der Peripherierichtung des flanschartigen Elements angeordnet. 13 zeigt ein modifiziertes Beispiel des aus 12. Insbesondere wird die Breite der Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende, welche an einer Stelle in der Peripherierichtung angeordnet ist, erhöht, damit sie gleich dem Innendurchmesser ist.
Wenn der weichmagnetische Metallpulverkern, wie beispielsweise Eisenpulver-Magnetkern oder FeSi-Legierungspulver-Magnetkern, für das flanschartige Element 14 verwendet wird, kann eine beliebige in 8 bis 13 gezeigte Form verwendet werden. Da der weichmagnetische Metallpulverkern eine hohe Sättigungsmagnetflussdichte aufweist, kann der Fluss des Magnetflusses ausreichend verbessert werden. Darüber hinaus ist der Widerstand des weichmagnetischen Metallpulverkerns relativ hoch und der Wirbelstrom fließt kaum in der Ebene des flächigen flanschartigen Elements 14, so dass sich die Induktivität bei einer hohen Frequenz nicht verringert und sich der Verlust auch nicht erhöht. Insbesondere kann das flächige flanschartige Element 14 geformt werden, selbst wenn eine relativ geringe Spannung angewendet wird, und somit wird der Eisenpulver-Magnetkern vorzugsweise als weichmagnetischer Metallpulverkern verwendet.
Mit Bezug auf das flanschartige Element 14 ist das elektromagnetische Weicheisen, die elektromagnetische Stahlplatte, der Kohlenstoffstahl, die kaltgewalzte Stahlplatte, der Ferrit-basierte Edelstahl oder dergleichen magnetisch. Die Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende ist vorzugsweise an einer Stelle in der Peripherierichtung des flanschartigen Elements angeordnet, wie in 9, 10, 12 und 13 gezeigt, wenn das Eisen-basierte Metallmaterial mit einem niedrigen In-Plane-Widerstand auf einer flachen Ebene verwendet wird. Da diese Metallmaterialien eine hohe Sättigungsmagnetflussdichte aufweisen, wird der Fluss des Magnetflusses ausreichend verbessert. Jedoch ist der Widerstand gering und der Wirbelstrom wird in der Ebene fließen, und somit wird sich die Induktivität bei einer hohen Frequenz reduzieren, so dass sich der Verlust tendenziell erhöht. Daher wird der Fluss des Wirbelstroms durch das Anordnen der Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende an einer Stelle in der Peripherierichtung des flanschartigen Elements abgeschnitten. Auf diese Weise wird sich die Induktivität selbst bei hoher Frequenz nicht verringern, und eine Erhöhung des Verlusts kann verhindert werden.
Das flanschartige Element 14 ist vorzugsweise in einer Weise angeordnet, dass es extern mit der Peripherie des Endteils des Wicklungsabschnittskerns 12 verbunden ist (d. h. damit in Kontakt ist). Darüber hinaus kann ein kleiner Zwischenraum zwischen der inneren Peripherie des flanschartigen Elements 14 und der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 vorhanden sein. Der Zwischenraum zwischen der inneren Peripherie des flanschartigen Elements 14 und der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 ist vorzugsweise 0,5 mm oder kleiner. Falls der Zwischenraum zwischen der inneren Peripherie des flanschartigen Elements 14 und der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 größer als 0,5 mm ist, kann der Magnetfluss kaum in dem Zwischenraum fließen, und somit wird der Magnetfluss durch das flanschartige Element reduziert. Auf diese Weise verschlechtert sich die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung. Je schmaler der Zwischenraum zwischen der inneren Peripherie des flanschartigen Elements 14 und der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 ist, desto besser ist der Verbesserungseffekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft. Der Zwischenraum kann basierend auf ihrer Maßhaltigkeit bestimmt werden.
Je größer die äußere Peripherie des flanschartigen Elements 14 ist, desto besser ist der Verbesserungseffekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft. Falls die Fläche der flachen Ebene im flanschartigen Element 14 gegenüber dem Jochabschnittskern 11 30% oder mehr der Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns beträgt, kann der Verbesserungseffekt bereitgestellt werden. Vorzugsweise, falls die Fläche der flachen Ebene im flanschartigen Element 14 gegenüber dem Jochabschnittskern 11 50% oder mehr der Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns beträgt, kann der Verbesserungseffekt ausreichend bereitgestellt werden. Die Größe der äußeren Peripherie im flanschartigen Element 14 kann so gestaltet werden, dass sie nicht größer als die Fläche (Länge × Breite) des gegenüberliegenden Jochteilkerns 11 ist. Falls das flanschartige Element 14 im Vergleich zum Jochabschnittskern 11 hervorsteht, und je größer der hervorstehende Teil ist, desto größer das flanschartige Element ist, ist der Effekt auf den Fluss des Magnetflusses in Bezug auf den hervorstehenden Teil klein. Falls der Jochabschnittskern 11 vergrößert wird, um ein solches Problem zu vermeiden, wird der Effekt der Miniaturisierung nicht erhalten.
Je dicker das flanschartige Element 14 ist, desto besser ist der Verbesserungseffekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft. Falls die Dicke des flanschartigen Elements 14 0,5 mm oder mehr beträgt, kann ein ausreichender Effekt bereitgestellt werden. Falls die Dicke des flanschartigen Elements 14 0,5 mm oder mehr beträgt, kann der Magnetfluss, welcher durch das flanschartige Element 14 fließt, ausreichend sichergestellt und die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung ausreichend erhöht werden. Falls die Dicke des flanschartigen Elements 14 weniger als 0,5 mm beträgt, kann der Verbesserungseffekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft noch bereitgestellt werden, aber der Effekt verschlechtert sich. Darüber hinaus ändert sich die Form wahrscheinlich in Bezug auf Festigkeit und ist somit schwierig zu handhaben. Falls die Dicke des flanschartigen Elements 14 übermäßig groß ist, muss die Länge des Wicklungsabschnittskerns 12 erhöht werden, um die Störung in der Struktur mit der gewickelten Spule 13 zu vermeiden. Folglich kann die Dicke durch Berücksichtigung sowohl der Interferenz mit der Spule 13 als auch des ausreichenden Effekts ausgewählt werden.
Wenigstens ein Satz des Wicklungsabschnittskerns 12 ist zwischen den gegenüberliegenden Jochmagnetkernen 11 angeordnet. Unter dem Gesichtspunkt der Miniaturisierung wird bevorzugt, dass ein Satz oder zwei Sätze des/der Wicklungsabschnittskerns/e 12 vorhanden ist/sind.
Gemäß der Anzahl der Sätze des Wicklungsabschnittskerns 12 ändert sich die Anzahl der Teile, wobei der Jochabschnittskern 11 und der Wicklungsabschnittskern 12 einander zugewandt sind, entsprechend. Falls das flanschartige Element 14 jedoch an allen diesen Teilen angeordnet ist, wird der beste Effekt bei der Verbesserung der Induktivität erhalten.
Ein Satz des Wicklungsabschnittskerns 12 kann aus einem weichmagnetischen Metallkern bestehen. Alternativ kann der eine weichmagnetische Metallkern in zwei oder mehrere getrennt werden, um einen Satz des Wicklungsabschnittskerns auszubilden.
Ein Spalt 15 zum Anpassen der magnetischen Permeabilität kann auch im Pfad der magnetischen Schleife angeordnet sein, welche durch den Jochabschnittskern 11 und den Wicklungsabschnittskern 12 ausgebildet wird. Der Spalt 15 ist ein Zwischenraum und kann aus einem nicht-magnetischen und isolierenden Material, wie beispielsweise Keramik, Glas, Epoxid-Glas-Substrat oder Harzfilm, hergestellt sein. Unabhängig davon, ob der Spalt 15 vorhanden ist oder nicht, kann der Effekt von Induktivitätsverbesserung, welche in der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, bereitgestellt werden. Und die Verwendung des Spalts 15 kann das Design der Drossel 10 freier machen, d. h. die Drossel 10 kann gestaltet werden, um eine beliebige Induktivität aufzuweisen. Die Position, wo der Spalt 15 angeordnet ist, ist nicht besonders eingeschränkt, aber der Spalt 15 wird vorzugsweise in den Zwischenraum zwischen dem Jochabschnittskern 11 und einer Ebene, welche durch die Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns 12 und die flache Ebene des flanschartigen Elements 14 ausgebildet ist, vom Gesichtspunkt der einfachen Handhabung eingefügt.
2 ist eine Schnittansicht, welche die Konfiguration der Drossel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Jochabschnittskern 11 ist ein „⊐”-förmiger Ferritkern und wird mit einem Rückenabschnitt und Fussabschnitten an beiden Enden bereitgestellt. Der Wicklungsabschnittskern 12 ist der weichmagnetische Metallkern. Die Jochabschnittskerne 11 sind gegenüberliegend, um eine „☐”-förmige magnetische Schleife auszubilden, wie in 2 gezeigt. Ein Satz des Wicklungsabschnittskerns 12 ist am zentralen Teil der gegenüberliegenden Jochabschnittskerne 11 angeordnet, und das flanschartige Element 14 ist am Endteil des Wicklungsabschnittskerns 12 in einer Weise angeordnet, dass es extern mit der Peripherie des Wicklungsabschnittskerns 12 verbunden ist. Das flanschartige Element 14 ist mehr bevorzugt an beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns 12 angeordnet. Die in 2 gezeigte Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 1 gezeigte, mit Ausnahme der Form des Jochabschnittskerns 11.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Wesen und Schutzbereich abzuweichen.
Beispiele
<Beispiel 1>
Mit Bezug auf die in 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen wurden die Eigenschaften basierend auf dem Vorhandensein des flanschartigen Elements 14 verglichen.
Ein rechteckiger MnZn-Ferritkern (PE22, von TDK Corporation hergestellt) wurde als Jochabschnittskern verwendet, und zwei Proben mit einer Länge von 80 mm, einer Breite von 45 mm und einer Dicke von 20 mm wurden hergestellt.
Ein FeSi-Legierungspulver-Magnetkern wurde für den Wicklungsabschnittskern verwendet. Das FeSi-Legierungspulver wies eine Zusammensetzung von Fe-4,5% Si auf. Das Legierungspulver wurde mittels eines Wasserzerstäubungsverfahrens hergestellt, und die Partikelgröße wurde mittels eines Siebprozesses auf einen mittleren Partikeldurchmesser von 50 μm angepasst. Ein Silikonharz wurde in das erhaltene FeSi-Legierungspulver in einer Menge von 2 Masse% gegeben, und das Gemisch wurde unter Verwendung eines unter Druck stehenden Kneters 30 Minuten lang bei Raumtemperatur gemischt. Dann wurde das Harz auf der Oberfläche des weichmagnetischen Pulvers aufgetragen. Das resultierende Gemisch wurde unter Verwendung eines Siebgitters mit einer Maschenweite von 355 μm einem Granulationsprozess unterworfen, um Partikel zu erhalten. Die erhaltenen Partikel wurden in eine mit Zinkstearat als Gleitmittel beschichtete Form gefüllt, und eine Druckformung wurde mit einem Formungsdruck von 980 MPa durchgeführt, um einen Formkörper mit einer Höhe von 25 mm und einem Durchmesser von 24 mm bereitzustellen. Der Formkörper wurde bei 700°C unter einer Stickstoffatmosphäre geglüht. Zwei der erhaltenen FeSi-Legierungspulver-Magnetkerne wurden gebondet, um einen Satz des Wicklungsabschnittskerns bereitzustellen, und zwei Sätze wurden hergestellt.
(Beispiel 1-1)
In der Ausführungsform von 1 wurde ein Eisenpulver-Magnetkern für das flanschartige Element verwendet. Die Form des flanschartigen Elements war wie die eines Abstandhalters, und dieses Element wurde mit einer wie in 8 gezeigten Form hergestellt. Das flanschartige Element wies einen Außendurchmesser von 35 mm, einen Innendurchmesser von 24 mm und eine Dicke von 1,0 mm auf. Somaloy 110, welches von Höganäs AB Corporation hergestellt wird, wurde als Eisenpulver verwendet. Das Eisenpulver wurde in eine mit Zinkstearat als Gleitmittel beschichtete Form gefüllt und wurde dann einer Druckformung mit einem Druck von 780 MPa unterworfen, um einen Formkörper bereitzustellen. Der Formkörper wurde bei 500°C geglüht, um vier flanschartige Elemente zu erhalten.
Das flanschartige Element wurde in beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns eingefügt, und seine Position wurde angepasst, so dass sich die Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns auf der gleichen Höhe wie die flache Ebene des flanschartigen Elements befand. Dann wurde das flanschartige Element unter Verwendung eines Bindemittels fixiert. Die beiden Sätze der Wicklungsabschnittskerne mit den flanschartigen Elementen wurden zwischen den beiden Jochabschnittskernen gegenüberliegend angeordnet, und eine Spule mit einer Anzahl von Windungen von 44 wurde um den Wicklungsabschnittskern gewickelt, um eine Drossel bereitzustellen (Beispiel 1-1).
(Vergleichsbeispiel 1-1)
In der Ausführungsform aus 3 wurden die Eigenschaften der herkömmlichen Konfiguration ausgewertet, in dem kein flanschartiges Element am Endteil des Wicklungsabschnittskerns angeordnet wurde. Eine Drossel wurde wie in Beispiel 1-1 hergestellt, außer dass kein flanschartiges Element am Endteil des Wicklungsabschnittskerns angeordnet wurde (Vergleichsbeispiel 1-1).
Die Induktivität und der Eisenverlust bei hoher Frequenz wurden in den erhaltenen Drosseln ausgewertet (Beispiel 1-1 und Vergleichsbeispiel 1-1).
Die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität wurde unter Verwendung eines LCR-Messgeräts (4284A, von Agilent Technologies, Inc. hergestellt) und einer Gleichstrom-Bias-Versorgung (42841A, von Agilent Technologies, Inc. hergestellt) gemessen. Der Spalt 15 wurde nicht bei einem Design eingefügt, bei dem die anfängliche Induktivität 600 μm betrug, wenn kein Gleichstrom angelegt wurde. In Bezug auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft wurde die Induktivität gemessen, als der Nennstrom 20 A betrug. Die Gleichstromüberlagerungseigenschaft ist in Tabelle 1 gezeigt.
Der Eisenverlust bei einer hohen Frequenz wurde mit einem BH-Analysator (SY-8258, von Iwatsu Test Instruments Corporation hergestellt) gemessen. Der Kernverlust wurde unter einer Bedingung von f = 20 kHz und Bm = 50 mT gemessen. Die Spulen, wobei die Anzahl der Windungen der Erregerspule 25 betrug und die Anzahl der Windungen der Suchspule 5 betrug, wurden um einen Wicklungsabschnittskern gewickelt, und dann wurde die Messung durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Eisenverlusts bei hoher Frequenz sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
Aus Tabelle 1 wurde ersichtlich, dass die Induktivität bei einem Strom mit Gleichstromüberlagerung von 20 A in Vergleichsbeispiel 1-1 mit einer herkömmlichen Konfiguration so niedrig war wie 350 μH, welche um 40% oder mehr im Vergleich zur anfänglichen Induktivität (600 μH) verringert war. In der Drossel von Beispiel 1-1, da das flanschartige Element am Endteil des Wicklungsabschnittskerns angeordnet war, war der Verbesserungseffekt auf die Induktivität bei einem Strom mit Gleichstromüberlagerung von 20 A ausreichend. Der Wert der Induktivität war 450 μH oder mehr, welche um 30% oder weniger verringert war. Darüber hinaus wurde der Eisenverlust bei einer hohen Frequenz in der Drossel von Beispiel 1-1 verglichen mit Vergleichsbeispiel 1-1, in dem kein flanschartiges Element bereitgestellt wurde, nicht erhöht.
(Beispiel 2)
Mit Bezug auf die in 1 gezeigte Ausführungsform wurden die Eigenschaften basierend auf dem unterschiedlichen Material für das flanschartige Element 14 verglichen.
(Beispiele 2-1 bis 2-3 und Vergleichsbeispiel 2-1)
In diesen Beispielen war kein Spalt 15 eingefügt, und der Jochabschnittskern 11, der Wicklungsabschnittskern 12 und die Spule 13 waren die gleichen wie jene in Beispiel 1.
Das flanschartige Element war wie ein Abstandshalter mit einem Außendurchmesser von 35 mm, einem Innendurchmesser von 24 mm und einer Dicke von 1,0 mm geformt. Die Materialien für das flanschartige Element waren jeweils ein Kohlenstoffstahl (S45C) in Beispiel 2-1, eine kaltgewalzte Stahlplatte in Beispiel 2-2, eine elektromagnetische Stahlplatte in Beispiel 2-3 und ein Austenit-basierter Edelstahl (SUS304) in Vergleichsbeispiel 2-1, welche alle Materialien waren, die Eisen als Hauptkomponente verwenden. In Bezug auf den Kohlenstoffstahl, die kaltgewalzte Stahlplatte und den Austenit-basierten Edelstahl (SUS304) wurden die kommerziell erhältliche Metallscheibe und die Passscheibe (beispielsweise von Misumi Group Inc. hergestellt) verwendet. Eine Kerbe mit einer Breite von 1 mm wurde im Teil der Peripherie unter Verwendung eines Feinschneiders ausgebildet. Die Kerbe erreichte die innere Peripherie von der äußeren Peripherie mit einer in 9 gezeigten Form. Die elektromagnetische Stahlplatte, welche eine nicht-orientierte mit einer Dicke von 0,1 mm war, wurde in eine Abstandshalter-förmige Form geschnitten, und dann wurden einige davon gestapelt. Eine Kerbe mit einer Breite von etwa 1 mm wurde vom zentralen Teil einer Seite der äußeren Peripherie zur inneren Peripherie unter Verwendung eines Feinschneiders ausgebildet, so dass die Form wie in 9 gezeigt ausgebildet wurde. Darüber hinaus wurde die nicht-orientierte elektromagnetische Stahlplatte mit einer Breite von 0,1 mm in einer Weise geschnitten, dass sie ein Quadrat mit einer Seite von 40 mm wurde. Dann wurde ein Loch mit einem Durchmesser von 24 mm im zentralen Teil ausgebildet, und eine Kerbe mit einer Breite von etwa 1 mm wurde aus dem zentralen Teil einer Seite der äußeren Peripherie zur inneren Peripherie unter Verwendung eines Feinschneiders ausgebildet. Dann wurden die Stahlplatten gestapelt, um eine Gesamtdicke von 1,0 mm und die in 12 gezeigte Form aufzuweisen (Beispiel 2-4).
Das vorbereitete flanschartige Element wurde in der Nähe eines Ferritmagneten hergestellt, um zu testen, ob es in der Lage war, zum Magneten angezogen zu werden oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Kohlenstoffstahl, die kaltgewalzte Stahlplatte und die nicht-orientierte elektromagnetische Stahlplatte konnten zum Magneten angezogen werden, aber der Austenit-basierte Edelstahl (SUS304) konnte nicht zum Magneten angezogen werden.
Das flanschartige Element wurde in beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns eingefügt, und die Position wurde angepasst, so dass sich die Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns auf der gleichen Höhe wie die flache Ebene des flanschartigen Elements befand. Dann wurde das flanschartige Element unter Verwendung eines Bindemittels fixiert. Die beiden Sätze der Wicklungsabschnittskerne mit den flanschartigen Elementen wurden zwischen zwei Jochabschnittskernen gegenüberliegend angeordnet, und Spulen mit der Anzahl von Windungen von 44 wurden um die Wicklungsabschnittskerne gewickelt, um eine Drossel bereitzustellen (Beispiele 2-1 bis 2-4 und Vergleichsbeispiel 2-1).
Die Induktivität und der Eisenverlust bei hoher Frequenz wurden in den erhaltenen Drosseln (Beispiele 2-1 bis 2-4 und Vergleichsbeispiel 2-1) wie in Beispiel 1 ausgewertet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
In Vergleichsbeispiel 2-1 war die Induktivität bei einem Strom mit Gleichstromüberlagerung von 20 A so niedrig wie 350 μH, welche um 40% oder mehr im Vergleich zur anfänglichen Induktivität (600 μH) verringert war. Die derartige Gleichstromüberlagerungseigenschaft war die gleiche wie die in Vergleichsbeispiel 1-1. Da das aus Austenit-basiertem Edelstahl (SUS304) hergestellte flanschartige Element nicht zum Magneten angezogen werden konnte, fließt wenig Magnetfluss durch ihn hindurch, und die magnetische Sättigung am Verbindungsabschnitt des Ferritkerns und des weichmagnetischen Metallkerns konnte nicht verbessert werden. Insoweit, ähnlich wie bei der herkömmlichen Ausführungsform, bei der kein flanschartiges Element angeordnet wurde, wurde die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung reduziert.
Andererseits, da die flanschartigen Elemente in den Drosseln der Beispiele 2-1 bis 2-4 aus Eisen-basierten Metallmaterialien hergestellt wurden, welche zum Magneten angezogen werden konnten, floss ein hoher Magnetfluss durch das flanschartige Element. Folglich wurde die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung ausreichend verbessert. Insbesondere betrugen die Werte der Induktivität 450 μH oder mehr, welche um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität verringert war.
Verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 1-1, in dem kein flanschartiges Element angeordnet war, war der Eisenverlust bei hoher Frequenz ferner in den Drosseln der Beispiele 2-1 bis 2-4 fast gleich. Der Kohlenstoffstahl, die kaltgewalzte Stahlplatte und die elektromagnetische Stahlplatte waren Metallmaterialien, welche einen niedrigen Widerstand in der In-Plane-Richtung der flachen Ebene aufwiesen. Der Fluss des Wirbelstroms, welcher erzeugt wurde, wenn ein Magnetfeld mit einer hohen Frequenz angelegt wurde, konnte durch das Anordnen der Kerbe von der inneren Peripherie zur äußeren Peripherie an einer Stelle in der Peripherierichtung abgeschnitten werden. Da die Erzeugung des Wirbelstroms verhindert wurde, wurde der Eisenverlust bei einer hohen Frequenz nicht erhöht. Als Ergebnis konnte ein äquivalenter Eisenverlust bei einer hohen Frequenz erhalten werden, unabhängig davon, ob das flanschartige Element vorhanden war oder nicht.
Ferner waren die äußeren Peripherien der flanschartigen Elemente in den Drosseln der Beispiele 2-1 bis 2-3 in etwa kreisförmig, während die äußere Peripherie der flanschartigen Elemente in den Drosseln des Beispiels 2-4 in etwa vierseitig war. Der Verbesserungseffekt auf die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung war in jedem dieser Fälle ausreichend. Insbesondere betrugen die Werte der Induktivität 450 μH oder mehr, welche um 30% oder weniger im Vergleich zu den anfänglichen Induktivitäten verringert war. Als solches konnte der Verbesserungseffekt auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaft bereitgestellt werden, unabhängig davon, wie die äußere Peripherie des flanschartigen Elements geformt war.
<Beispiel 3>
Mit Bezug auf die in 1 gezeigte Ausführungsform wurden die Eigenschaften basierend auf der Größe des flanschartigen Elements 14 verglichen.
(Beispiele 3-1 bis 3-8)
In diesen Beispielen war kein Spalt 15 eingefügt, und der Jochabschnittskern 11, der Wicklungsabschnittskern 12 und die Spule 13 waren die gleichen wie jene in Beispiel 1.
Das flanschartige Element war wie ein Abstandshalter geformt, und das Material war die kaltgewalzte Stahlplatte. Der Außendurchmesser, der Innendurchmesser, die Dicke und die Breite der Kerbe sind in Tabelle 3 gezeigt. Die kommerziell erhältlichen Passscheiben wurden als flanschartige Elemente verwendet. Eine Kerbe mit einer Breite von 1 mm wurde am Teil der Peripherie unter Verwendung eines Feinschneiders ausgebildet. Die Kerbe erreichte die innere Peripherie von der äußeren Peripherie, um die in 9 gezeigte Form bereitzustellen. Zusätzlich wurde eine kommerziell erhältliche geteilte Ausgleichsscheibe (beispielsweise von Misumi Group Inc. hergestellt) als flanschartiges Element verwendet, wobei die Breite der Kerbe die gleiche wie der Innendurchmesser (25 mm) war (Beispiel 3-8), um die in 10 gezeigte Form zu erzielen.
Das flanschartige Element wurde in beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns eingefügt, und die Position wurde angepasst, so dass sich die Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns auf der gleichen Höhe wie die flache Ebene des flanschartigen Elements befand. Dann wurde das flanschartige Element unter Verwendung eines Bindemittels fixiert. Wenn der Zwischenraum zwischen der äußeren Peripherie des Wicklungsabschnittskerns und der inneren Peripherie des flanschartigen Elements groß war, wurde die äußere Peripherie des Wicklungsabschnittskerns mit einem Teil der inneren Peripherie des flanschartigen Elements in Kontakt gebracht. Dann wurde das flanschartige Element mit dem mit einem Bindemittel gefüllten Zwischenraum fixiert. Zwei Sätze von Wicklungsabschnittskernen mit den flanschartigen Elementen wurden zwischen zwei Jochabschnittskernen gegenüberliegend angeordnet, und Spulen mit der Anzahl von Windungen von 44 wurden um den Wicklungsabschnittskern gewickelt, um eine Drossel bereitzustellen (Beispiele 3-1 bis 3-8).
Die Induktivität und der Eisenverlust bei hoher Frequenz wurden in den erhaltenen Drosseln (Beispiele 3-1 bis 3-8) wie in Beispiel 1 ausgewertet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
In den Beispielen 3-1 bis 3-8 war der Verbesserungseffekt auf die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung in jedem Fall ausreichend. Insbesondere betrugen die Werte der Induktivität 450 μH oder mehr, welche um 30% oder weniger im Vergleich zu den anfänglichen Induktivitäten verringert war.
In den Beispielen 3-1 bis 3-5 wurden die Fälle verglichen, bei denen der Außendurchmesser des flanschartigen Elements geändert wurde. In Beispiel 3-1 betrug die Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements S2 163 mm², und das Verhältnis der Fläche des flachen Teils S2 zur Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns S1 (452 mm²) (S2/S1) betrug 36%. Falls das Verhältnis der Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements S2 zur Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns S1 (S2/S1) 30% oder mehr betrug, konnte folglich die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung verbessert werden. In den Beispielen 3-1 bis 3-5, als der Außendurchmesser des flanschartigen Elements größer wurde, erhöhte sich die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung tendenziell. Wenn der Außendurchmesser jedoch 30 mm oder mehr betrug, war der Effekt beinahe konstant. Wenn der Außendurchmesser 30 mm betrug (Beispiel 3-2), betrug das Verhältnis der Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements S2 (254 mm²) zur Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns S1 (S2/S1) 56%. Falls das Verhältnis der Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements S2 zur Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns S1 (S2/S1) 50% oder mehr betrug, war die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung folglich ausreichend verbessert.
In Beispiel 3-4 und Beispiel 3-7 wurden die Fälle verglichen, bei denen der Innendurchmesser des flanschartigen Elements geändert wurde. In Beispiel 3-7 war der Innendurchmesser des flanschartigen Elements um 1,0 mm größer als der Außendurchmesser des Wicklungsabschnittskerns, und die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung nahm verglichen mit der in Beispiel 3-4 tendenziell ab. Insbesondere betrug der Wert der Induktivität 450 μH oder mehr, welche um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität verringert war. Falls der Zwischenraum zwischen dem Innendurchmesser des flanschartigen Elements und dem Außendurchmesser des Wicklungsabschnittskerns 0,5 mm oder weniger betrug, konnte folglich die Größe der inneren Peripherie des flanschartigen Elements unter Berücksichtigung der Maßhaltigkeit der inneren Peripherie des flanschartigen Elements und der Maßhaltigkeit der äußeren Peripherie des Endteils des Wicklungsabschnittskerns frei gewählt werden.
In Beispiel 3-4 und Beispiel 3-6 wurden die Fälle verglichen, bei denen die Dicke des flanschartigen Elements geändert wurde. In beiden Fällen wurde der gleiche Wert der Induktivität erhalten, welche um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität verringert war. Falls die Dicke des flanschartigen Elements 0,5 mm oder mehr betrug, war der Verbesserungseffekt auf die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung folglich ausreichend.
In Beispiel 3-7 und Beispiel 3-8 wurden die Fälle verglichen, bei denen die Breite der Kerbe im flanschartigen Element geändert wurde. In Beispiel 3-7 betrug die Breite der Kerbe 1,0 mm, und der Effekt auf die Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements konnte fast vernachlässigt werden. In Beispiel 3-8 war die Breite der Kerbe die gleiche wie der Innendurchmesser des flanschartigen Elements, und die Fläche des flachen Teils des flanschartigen Elements war aufgrund der Kerbe reduziert. Jedoch belegte die restliche Fläche 60% oder mehr der Querschnittsfläche des Wicklungsabschnittskerns, was ausreichte, um die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung zu verbessern. In beiden Fällen wurde der gleiche Wert der Induktivität erhalten, welche um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität verringert war. Darüber hinaus lagen die Erhöhungen des Eisenverlusts bei hoher Frequenz innerhalb von 10%, was kein Problem darstellte. Folglich war der Verbesserungseffekt ausreichend, solange die elektrische Leitung in der Peripherierichtung abgeschnitten wurde, selbst wenn der Kerbenteil des flanschartigen Elements eine geringe Breite von etwa 1 mm aufwies oder selbst wenn die Breite der Kerbe fast dem Innendurchmesser des flanschartigen Elements entsprach.
<Beispiel 4>
Mit Bezug auf die in 2 gezeigte Ausführungsform wurden die Eigenschaften basierend auf dem Vorhandensein des flanschartigen Elements 14 und seiner Größe verglichen.
Der Jochabschnittskern 11 war ein „⊐”-förmiger MnZn-Ferritkern (PC90, von TDK Corporation hergestellt), wobei der Rückenabschnitt eine Länge von 80 mm, eine Breite von 60 mm und eine Dicke von 10 mm aufwies und der Fussabschnitt eine Länge von 14 mm, eine Breite von 60 mm und eine Dicke von 10 mm aufwies.
Der FeSi-Legierungspulver-Magnetkern wurde für den Wicklungsabschnittskern 12 verwendet. Er wurde in einen Zylinder mit einem Durchmesser von 24 mm und einer Höhe von 26 mm geformt und wurde wie in Beispiel 1 hergestellt.
(Beispiele 4-1 und 4-2)
Das flanschartige Element war wie ein Abstandshalter geformt, und das Material war die kaltgewalzte Stahlplatte. Der Außendurchmesser, der Innendurchmesser und die Dicke sind in Tabelle 4 gezeigt. Die kommerziell erhältliche Passscheibe wurde als flanschartiges Element verwendet, und eine Kerbe mit einer Breite von 1 mm wurde im Teil der Peripherie unter Verwendung eines Feinschneiders ausgebildet. Die Kerbe erreichte die innere Peripherie von der äußeren Peripherie, um die in 9 gezeigte Form bereitzustellen.
Das flanschartige Element wurde in beiden Enden des Wicklungsabschnittskerns eingefügt, und die Position wurde angepasst, so dass sich die Stirnebene des Wicklungsabschnittskerns auf der gleichen Höhe wie die flache Ebene des flanschartigen Elements befand. Dann wurde das flanschartige Element unter Verwendung eines Bindemittels fixiert. Ein Satz von Wicklungsabschnittskernen mit den flanschartigen Elementen wurde am zentralen Teil der Jochabschnittskerne angeordnet, welche einander gegenüber lagen, um eine „☐”-förmige magnetische Schleife auszubilden, wie in 2 gezeigt. Eine Spule mit einer Anzahl von Windungen von 38 wurde um den Wicklungsabschnittskern gewickelt, um eine Drossel bereitzustellen (Beispiele 4-1 bis 4-2).
(Vergleichsbeispiel 4-1)
Eine Drossel wurde wie in Beispiel 4-1 hergestellt, außer dass kein flanschartiges Element am Endteil des Wicklungsabschnittskerns angeordnet wurde (Vergleichsbeispiel 4-1).
Die Induktivität und der Eisenverlust bei hoher Frequenz wurden in den erhaltenen Drosseln ausgewertet (Beispiele 4-1 bis 4-2 und Vergleichsbeispiel 4-1).
Die Gleichstromüberlagerungseigenschaft der Induktivität wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Ein Material für einen Spalt mit einer Dicke von 0,5 mm wurde in zwei Zwischenräumen zwischen dem Verbindungsabschnittskern und dem Wicklungsabschnittskern in einer Weise eingefügt, dass die anfängliche Induktivität 530 μH betrug, wenn kein Gleichstrom angelegt war. Der Harzfilm aus Polyethylenterephthalat (PET) wurde als nicht-magnetisches und isolierendes Material für den Spalt verwendet. Bevor das Material für den Spalt eingefügt wurde, wurde die Höhe des Fußabschnitts durch Abschleifen des Fußabschnitts angepasst, um den Zwischenraum zwischen den Fußabschnitten der gegenüberliegenden Ferritkerne zu eliminieren. Die Induktivität wurde gemessen, wenn der Nennstrom 20 A betrug, um die Gleichstromüberlagerungseigenschaft zu zeigen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Der Eisenverlust bei hoher Frequenz wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Bei der Messung des Kernverlusts wurde f auf 20 kHz und Bm auf 50 mT eingestellt. Die Erregerspule wies eine Anzahl von Windungen von 25 auf, und die Suchspule wies eine Anzahl von Windungen von 5 auf. Diese beiden Spulen wurden um den Wicklungsabschnittskern gewickelt, um die Messung durchzuführen. Die Ergebnisse der Messung des Eisenverlusts sind in Tabelle 4 gezeigt.
Aus Tabelle 4 wurde ersichtlich, dass in der Drossel in Vergleichsbeispiel 4-1 die Induktivität bei einem Strom mit Gleichstromüberlagerung von 20 A so niedrig war wie 310 μH, welche um 40% oder mehr im Vergleich zur anfänglichen Induktivität (530 μH) verringert war. Andererseits betrug in den Drosseln der Beispiele 4-1 bis 4-2 die Induktivität bei einem Strom mit Gleichstromüberlagerung von 20 A 450 μH, welche um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität (530 μH) verringert war. Darüber hinaus wurde die Erhöhung des Eisenverlusts bei hoher Frequenz nicht beobachtet.
In den Beispielen 4-1 und 4-2 wurde ein Spalt (0,5 mm) zwischen dem Jochabschnittskern und dem Wicklungsabschnittskern eingefügt. Die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung war um 30% oder weniger im Vergleich zur anfänglichen Induktivität (530 μH) verringert. Folglich verschlechterte sich mit dem Einfügen des Spalts im Zwischenraum zwischen dem Jochabschnittskern und dem Wicklungsabschnittskern der Verbesserungseffekt auf die Induktivität bei Gleichstromüberlagerung nicht, und die anfängliche Induktivität konnte leicht angepasst werden.
Wie oben beschrieben, verringert die Drossel der vorliegenden Erfindung den Verlust und weist auch selbst bei Gleichstromüberlagerung eine hohe Induktivität auf, so dass eine hohe Effizienz und Miniaturisierung realisiert werden kann. Daher kann eine solche Drossel weithin und effektiv in einer elektromagnetischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Stromversorgungsschaltung oder einem Leistungskonditionierer, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Drossel
11: Jochabschnittskern
12: Wicklungsabschnittskern
13: Spule
14: Flanschartiges Element
141: Kerbenteil des flanschartigen Elements
15: Spalt
21: Ferritkern
22: Weichmagnetischer Metallkern
23: Magnetfluss
24: Flanschartiges Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-128951 A [0005]

Claims

Drossel, bestehend aus – einem Paar von Jochabschnittskernen, welche aus Ferritkernen bestehen, – Wicklungsabschnittskern(en), welche(r) zwischen den gegenüberliegenden Ebenen der Jochabschnittskerne angeordnet ist/sind, und – Spule(n), welche um den/die Wicklungsabschnittskern(e) gewickelt ist/sind, wobei – flanschartige Elemente am Endteil des/der Wicklungsabschnittskerns/e in einer Weise angeordnet sind, dass sie extern mit der Peripherie des/der Wicklungsabschnittskerns/e verbunden sind, – jeder des/der Wicklungsabschnittskerns/e aus einem weichmagnetischen Metallkern besteht, – jedes der flanschartigen Elemente aus einem Metallmaterial mit Eisen als Hauptkomponente besteht, welches magnetisch zu einem Magneten angezogen werden kann, – ein Verbindungsabschnitt von jedem der flanschartigen Elemente und jedem der Jochabschnittskerne an einer flachen Ebene von jedem der flanschartigen Elemente ausgebildet ist, welche die gleiche Ebene mit einer Stirnebene von jedem des/der Wicklungsabschnittskerns/e ist.
Drossel nach Anspruch 1, wobei jedes der flanschartigen Elemente aus einem weichmagnetischen Metallpulverkern besteht.
Drossel nach Anspruch 1, wobei jedes der flanschartigen Elemente eine Stahlplatte ist, in der eine Kerbe vom inneren Peripherieende zum äußeren Peripherieende an einer Stelle in der Peripherierichtung vorhanden ist.