JP2009164487A - インダクタンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩磁束を抑制して電磁障害を低減し、電流損失を低減して高効率とし、発熱を抑制して小型化を促進するインダクタンス素子を得る。
【解決手段】トランス（インダクタンス素子）５０は、エアギャップＧを介して対向するコア１１と、コア１１に巻装され電流を通電されてコア１１にエアギャップＧを含む経路の磁路を形成する巻線１５と、非磁性金属材料で作製されエアギャップＧとの間に所定の間隔を空けてエアギャップＧを覆うショートリング２０とを有している。エアギャップＧから外部に漏れ出す磁束がショートリング２０まで達せず、磁束が渦電流に変化することがなく損失が発生しない。これにより、漏洩磁束の抑制と電磁障害の低減、電流損失の低減と高効率化、発熱の抑制と小型化の促進を図ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、トランスやチョークコイルなどのインダクタンス素子に関し、特にコアにエアギャップが形成されたインダクタンス素子に関するものである。

トランスやチョークコイルなどのインダクタンス素子においては、例えば磁気飽和を防ぐ等の目的で意図的にコアにエアギャップを設けて透磁率を下げて使用する場合がある。図９はコアにエアギャップを形成した従来のトランスの斜視図である。図９において、トランス６０は、ＥＥ型フェライトコア１１と、このフェライトコア１１の中脚部に図示しないボビンを介して巻装された巻線１５と、巻線１５と電気的に接続されたボビン端子１７とを有している。ＥＥ型フェライトコア１１は、Ｅ型の３つの先端部を互いに突き合わせるようにして対向する一対のコアであり、対向するコア間には所定の大きさのエアギャップＧが形成されている。

巻線１５は電流を通電された際、フェライトコア１１にエアギャップＧの位置を含む経路の磁路を形成する。エアギャップＧが形成された部分は、他の部分よりも透磁率が極端に低いため、この部分から外部に対して磁束が漏れ出す。そして、この漏れ出した磁束はトランス外部に電磁障害（ノイズ）を発生させる。そのため、従来この磁束の漏れ出しを抑制する目的で、以下のようにシート状（帯状）の非磁性金属板４０をフェライトコア１１に巻き付ける構成が提案されている。

すなわち、図９に示すように、銅箔またはアルミ箔等で構成されるシート状の非磁性金属板４０を、エアギャップＧが露呈するコア１１の外脚部及び巻線１５の周囲にエアギャップＧを覆うようにして１周以上巻き付ける構成が提案されている。この構成によれば、エアギャップＧから外部に漏れ出す磁束を抑制することができる（例えば、特許文献１及び２参照）。

実用新案登録第２５１８２５０号公報 実用新案登録第２５１８２４１号公報

しかしながら、上記シート状の非磁性金属板を巻き付ける方法においては、非磁性金属板は磁束を渦電流に変換することで消費させて外部への漏れ出しを抑制する。すなわち、電流損失が発生する。そのため、電力の消費を伴ってトランスの変換効率を悪くするばかりか、発熱を誘発して小型化の妨げになるので改善が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアギャップからの漏洩磁束を抑制して電磁障害を低減し、また、電流損失を低減して高効率とするとともに、さらに、発熱を抑制して小型化を促進するインダクタンス素子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のインダクタンス素子は、エアギャップを介して対向するコアと、コアに巻装され電流を通電されてコアにエアギャップを含む経路の磁路を形成する巻線と、非磁性金属材料で作製されエアギャップとの間に所定の間隔を空けてエアギャップを覆うショートリングとを有することを特徴とする。

この発明によれば、エアギャップを覆うショートリングが、エアギャップとの間に所定の間隔を空けて設けられているので、エアギャップから外部に漏れ出す磁束がショートリングまで達しない。そのため、磁束がショートリングで渦電流に変化することがなく損失が発生しない。そのため、高効率とするとともに発熱を抑制することができる。磁束の漏れ出しに関しては、従来の間隙を有さないものと同様に抑制することができ、これにより、電磁障害は低減される。

以下に、本発明にかかるインダクタンス素子の実施の形態をトランスを例に挙げて図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明にかかるインダクタンス素子の一例であるトランスの実施の形態１を示す斜視図である。図２は図１に示すトランスのショートリングの一部を破断した様子を示す斜視図である。図３は図１に示すトランスの上面図である。図４は図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図１乃至図４において、トランス５０は、ＥＥ型フェライトコア１１と、このフェライトコア１１の中脚部に図示しないボビンを介して巻装された巻線１５と、巻線１５と電気的に接続されたボビン端子１７とを有している。

図３に示されるように、ＥＥ型フェライトコア１１は、概略Ｅ型を成して３つの先端部を互いに突き合わせて対向する一対のコア１２，１３にて構成されている。対向する一対のコア１２，１３間には所定の大きさのエアギャップＧが形成されている。

ＥＥ型フェライトコア（以降、単にコア）１１及び巻線１５の周囲に非磁性金属材料で作製されたショートリング２０が設けられている。図２及び図４に示されるようにショートリング２０は、コア１１の外脚部を囲繞する部分が断面コ字形に成形されている。なお、巻線１５を囲繞する部分は薄板状とされている。断面コ字形の部分は、長尺の板材が対向する長辺縁部を折り曲げられて成るような形状をなし、対向する二つの壁面で成る側壁部と、二つの壁面に設けられた中壁部とを有する。

ショートリング２０は、断面コ字形に成形されてコ字形の開口側の縁部をコア１１の表面に密着させて接着剤で固定されている。ショートリング２０は、断面コ字形に成形されることにより、エアギャップＧ（コア１１の表面）との間に所定の間隔（空間）を空けてエアギャップＧを覆っている。本実施の形態のショートリング２０は、銅箔が部分的に断面コ字形に成形されることによって作製されている。

図５は磁気シミュレーションにより得た実施の形態１のトランスの磁気分布の様子を示す模式図である。図５において、エアギャップＧから漏れ出した電磁障害（ノイズ）の原因となる磁束Ｔは、ショートリング２０から外部に出ることがなく、またショートリング２０に達してないことが解る。このように、磁束Ｔはショートリング２０から外部に出ることがないので電磁障害の原因となることがない。また磁束Ｔはショートリング２０に達することがないので、渦電流となることがなく損失とならない。そのため、発熱も低減される。

図６はショートリング２０での損失とショートリング２０のコア表面からの距離との関係を示すグラフの図である。図６は一例として、例えば電流共振回路に用いる標準サイズの共振用コイル（高さ約２０ｍｍ、幅約３０ｍｍ、入力３８０Ｖ、出力４８Ｖ、容量１．５ｋＷ）に関してシミュレーションしたものである。図中、縦軸はショートリング２０の渦電流損失比を示し、横軸はショートリング２０のコア表面からの距離［ｍｍ］を示す。ここで、ショートリング２０のコア表面からの距離とは、断面コ字形のショートリング２０の中壁部とコア１１の表面との間の距離のことを指している。図６によれば、ショートリング２０の中壁部とコア１１の表面との間の距離を大きくすることにより、渦電流損失比を大幅に小さくすることができる。すなわち、消費電力を大幅に低減することができる。ショートリング２０の中壁部とコア１１の表面との間の距離を大きくすればするほど、渦電流損失比を小さくすることができるが小型化に抗することになるので、例えば、上記サイズのコイルであれば３ｍｍ程度とすることが適当である。

図７はショートリング２０周囲の磁界強度を示すグラフの図である。図７は図６のデータに対応して、図６と同サイズのトランスに関してシミュレーションして得たものである。磁界強度の測定位置は、図５を参照してコア１１の上面右端からさらに右方向に１０ｍｍ進んだ位置の空間である。図中、縦軸はショートリング２０周囲の磁界強度［Ａ／ｍ］を示し、横軸はコア１１の表面とショートリング２０の中壁部との間の距離［ｍｍ］を示す。図７によれば、ショートリング２０の周囲の磁界は、ショートリング２０の大きさには影響されないことが解る。すなわち、ショートリング２０の漏れ磁束の抑制能力は、ショートリング２０とコア１１との間の距離によらず概略一定であり、従来のようにコアに直接巻き付けても、本実施の形態のようにコア１１との間に所定の間隙を設けても変わらないことが解る。

以上のように、本実施の形態のトランスによれば、エアギャップＧを覆うショートリング２０が、エアギャップＧとの間に所定の間隔を空けて設けられているので、エアギャップＧから外部に漏れ出す磁束がショートリング２０まで達することがない。そのため、磁束がショートリング２０で渦電流に変化することがなく損失が発生しない。そのため、高効率なトランスとなり、発熱も抑制される。

なお、本実施の形態のショートリング２０の構成は、トランスに限らず以下のようなインダクタンス素子に適用することができる。すなわち、エアギャップを介して対向するコアと、このコアに巻装されて電流を通電されたときにコアに磁路を形成する巻線とを有して、この磁路の経路がエアギャップを通過するようなインダクタンス素子であれば、トランスに限らず適用することができる。

また、本実施の形態のコア１１は、ＥＥ型のフェライトコアであるが、ＥＥ型に限らず上述のようにエアギャップを含むように磁路が形成されるコアであれば、本実施の形態のショートリング２０を適用して所定の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態のショートリング２０は、コア１１の外脚部を囲繞する部分が断面コ字形に成形されて巻線１５を囲繞する部分は薄板状という形状であるが、全体（全周）にわたって断面コ字形にされてもよい。また、巻線１５を囲繞する部分が省略されて、コア１１の外脚部を囲繞する断面コ字形の部分のみの構成とされてもよい。さらに、コア１１の外脚部を囲繞する部分は、断面コ字形でなくともよく、エアギャップＧ（コア１１の表面）との間に所定の間隔（空間）を空けてエアギャップＧを覆う形状であれば所定の効果を得ることができる。例えば、断面半円形状や断面三角形状などでもよい。また、ショートリング２０は、銅箔に限らず例えば銅の薄板を折り曲げて作製されてもよい。さらにまた、ショートリング２０の材料は、非磁性金属材料であればよく、銅に限らずアルミなどで作製されてもよい。

実施の形態２．
図８は本発明にかかるインダクタンス素子の一例であるトランスの実施の形態２を示すショートリングの断面図である。本実施の形態のショートリング２１においては、実施の形態１のもと同様に、エアギャップＧを覆う部分が断面コ字形を成しているが、このコ字形部分が以下のようにして作製されている。すなわち、幅の狭い銅箔がコア１１に２列に多層に積み重ねられて対向する側壁部２１ａが形成され、この積層されて成る２列の側壁部２１ａに幅の広い銅箔が架け渡されるようにさらに重ねられて中壁部２１ｂが形成されて断面コ字形とされている。そして、断面コ字形が形成するエアギャップＧ（コア１１の表面）とショートリング２１との間の間隔には、必要に応じて絶縁物が充填される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

ショートリング２１の断面コ字形の部分をこのような構成とすることにより、比較的容易に作製することができ、また強固に作製することができる。また、このようにして作製されるショートリング２１の内部空間を絶縁物で満たすことにより、さらに強固なものとすることができ、外力が加わってもへこむことがない構造とすることができる。なお、このショートリング２１の内部空間を絶縁物で満たす構造は、実施の形態１のものに適用されてもよい。

以上のように、本発明は、コアにエアギャップが形成されたインダクタンス素子に有用であり、特に、トランスやチョークコイルなどのインダクタンス素子に適している。

本発明にかかるインダクタンス素子の一例であるトランスの実施の形態１を示す斜視図である。 図１に示すトランスのショートリングの一部を破断した様子を示す斜視図である。 図１に示すトランスの上面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 磁気シミュレーションにより得た実施の形態１のトランスの磁気分布の様子を示す模式図である。 ショートリングでの損失とショートリングのコア表面からの距離との関係を示すグラフの図である。 ショートリング周囲の磁界強度を示すグラフの図である。 本発明にかかるインダクタンス素子の一例であるトランスの実施の形態２を示すショートリングの断面図である。 コアにエアギャップを形成した従来のトランスの斜視図である。

符号の説明

１１ ＥＥ型フェライトコア（コア）
１５ 巻線
１７ ボビン端子
２０，２１ ショートリング
２１ａ 側壁部
２１ｂ 中壁部
５０ トランス
Ｇ エアギャップ

Claims (7)

1. エアギャップを介して対向するコアと、
   前記コアに巻装されて電流を通電されたとき前記コアに前記エアギャップを含む経路の磁路を形成する巻線と、
   非磁性金属材料で作製されて前記コアの周囲に配設され、コア表面との間に所定の間隔を空けて該エアギャップを覆うショートリングと
   を有することを特徴とするインダクタンス素子。
2. 前記コアは、前記エアギャップを介して対向するＥＥ形のコアであり、
   前記巻線は、前記ＥＥ型コアの中脚部に巻装されており、
   前記ショートリングは、前記巻線から露呈する前記ＥＥ型コアの外脚部に形成された前記エアギャップを所定の間隔を空けて覆う
   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。
3. 前記ショートリングは、少なくとも前記エアギャップを覆う部分が断面コ字形を成し、コ字形の開口を前記エアギャップ側に向け開口縁部を前記コアの表面に密着させて配設されている
   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。
4. 前記ショートリングは、前記コアの表面に密着させた断面コ字形の開口縁部を前記コアの表面に接着剤で固定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のインダクタンス素子。
5. 前記断面コ字形のショートリングは、幅の狭い銅箔が２列に多層に重ねられて側壁部が形成され、該２列の側壁部の上に幅の広い銅箔が架け渡されるように重ねられて中壁部が形成されて断面コ字形とされている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のインダクタンス素子。
6. 前記エアギャップと前記ショートリングとの間の間隔に絶縁物が充填されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。
7. 前記ショートリングは銅箔が断面コ字形に成形されて作製されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。

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