JP2012517696A - 高周波共振チョークコイル - Google Patents

Abstract

【解決手段】高周波共振チョークコイルの構成を、コイル（１，１'）が巻回された少なくとも２つのロッドコア（５，５'）をその軸方向と直交する方向に隣り合わせて配置しかつコイル（１，１'）を直列に接続したものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波共振チョークコイルに関する。

高周波共振チョークコイルは、特許文献１により公知となっている。

欧州特許第１４０５３２２号明細書

本発明は、コア損失の少ない高周波共振チョークコイルを提供することを目的する。

上記の課題は、本発明に係る、請求項１に記載した高周波共振チョークコイルによって解決される。また、この高周波共振チョークコイルの好ましい態様は、請求項２以下に記載されている。

本発明によれば、ロッドコアをその軸方向と直交する方向に少なくとも２つ並べた、高周波共振チョークコイルが提供される。本発明の好ましい態様によれば、これらのロッドコアは互いに概ね平行に配置される。

各ロッドコアには、少なくとも１つのコイルが巻回される。ロッドコアは、巻回されたコイルの長さを上回る長さを有するのが好ましい。また、ロッドコアの各端部には、コイルが巻回されていない領域が存在するのが好ましい。

上記複数のロッドコアに巻回されるコイルは、直列に接続するのが好ましい。

本発明の一態様によれば、上記少なくとも２つのコイルの巻回方向は、互いに反対向きにする。２つの隣り合うコイルによって誘起される磁場の方向は、互いに反対向きであるのが好ましい。

高周波共振チョークコイルが３つ以上のコイルからなる、本発明の他の態様によれば、隣り合う２つのコイルの巻回方向は、互いに反対向きであるのが好ましい。この場合、コイルによって誘起される磁場の方向は、交互に反対向きとなるのが好ましい。

本発明に係る高周波共振チョークコイルの作動中に誘起される磁場は、少なくとも１つの閉じた磁気回路を形成する。

本発明に係る高周波共振チョークコイルの磁気回路は、少なくとも１つの空隙を含むのが好ましい。

前記高周波共振チョークコイルの空隙は、少なくとも２つの小空隙に分割されているのが好ましい。これらの小空隙は、少なくとも２つの隣り合うロッドコアにおけるコイルが巻回されていない領域に存在するのが好ましい。

本発明の一態様によれば、ロッドコアの軸方向にわたる一部だけにコイルが巻回される。

本発明の他の態様によれば、ロッドコアの軸方向にわたる少なくとも５０％にコイルが巻回される。

本発明に係る高周波共振チョークコイルにおける少なくとも２つのロッドコアは、それぞれコイルが巻回されることにより、ロッドコアの全長の５０％にわたって、コイルが巻回されるのが好ましい。

本発明の一態様によれば、各ロッドコアにおけるコイルの長さは、互いに異なる。ここで、コイルの長さとは、巻回された状態におけるコイルの軸方向の長さを意味する。

ロッドコアとコイルをそれぞれ３つ備える態様の場合、２つのコイルの長さを同一とし、残り１つのコイルをこれよりも長くまたは短くすることができる。一方、３つのコイルの長さをそれぞれ異ならせることもできる。３つのロッドコアを隣り合わせて配置する態様の場合、中央のロッドコアは、外側２つのロッドコアよりも長くするのが好ましい。

本発明の一態様によれば、高周波共振チョークコイルに用いられるコイルは、プラスチックからなる保護層を有する。

前記プラスチックからなる保護層は、ロッドコアのコイルが巻回されていない端部には設けない方が好ましい。本発明の他の態様においては、ロッドコアのコイルを巻回しない端部にも、保護層を設ける。しかし、この場合でも、外部との電気接続部に当たる箇所には、保護層を設けないのが好ましい。

本発明の一態様によれば、コイルが巻回されないロッドコアの端部は、半田付け可能な電気接続部とする。本発明の他の態様によれば、高周波共振チョークコイルを外部と接続するために、巻回されたコイルの端部に、半田層その他の電気的接続のための手段を設ける。

本発明の一態様に係る高周波共振チョークコイルにおいては、ロッドコアの磁束密度は、最大で、その飽和磁化の概ね３分の１となる。

本発明の一態様によれば、ロッドコアの磁気的に有効な長さの少なくとも５０％は、本発明に係る高周波共振チョークコイルにおける磁場の形成に寄与する。

本発明の一態様によれば、ロッドコアは、フェライトを含有する。また、ロッドコアは、他の好適な物質も含むことができる。

本発明の一態様によれば、ロッドコアに巻回されるコイルは、この軸方向の全体にわたって、コイル軸までの距離が一定である複数のコイル層を備える。

本発明の一態様によれば、高周波共振チョークコイルは、キャスティング材中に封入される。

本発明に係る高周波共振チョークコイルは、大きな空隙を含む、閉じた磁気回路を形成する。これまでに説明した高周波共振チョークコイルにおいては、この磁気回路の空隙は、コイルが巻回されている箇所以外に存在した。このような構成にすると、浮遊磁場によるコア損失を抑えることができる。

上記の構成をもつ高周波共振チョークコイルによれば、二重Ｅ核をもつ公知のチョークコイルと比較して、ロッドコアに含まれるフェライトの量が少なくて済む（ごくわずかしか含まれない）。チョークコイルにフェライト製のロッドコアを用いる場合、コア損失は、ロッドコアの磁化に伴って、少なくとも２次関数的（最大で３次関数的）に増加する。これに対して、チョークコイルに空隙がある場合、コア損失は生じない。本発明に係る高周波共振チョークコイルにおいては、コア損失の観点から最適なロッドコアを用いているため、コア損失は、他のチョークコイルに比べて最小限に抑えられる。

上記の高周波共振チョークコイルは、巻回数が多い少なくとも２つのコイルと、２つの小空隙に分割される少なくとも１つの大きな空隙と、相対的に短くかつフェライトを含有するロッドコアとを備える。このような構成にすると、フェライトを含有するロッドコアにおける最大磁束密度は、このロッドコアの飽和磁化よりも十分に低く保たれる。すなわち、最大磁束密度が実現されたときの飽和磁化は、最大可能な値の約３分の１である。このような本発明に係る高周波共振チョークコイルは、熱損失も比較的小さい。

高いインダクタンスが必要となる用途においては、高周波共振チョークコイルが望ましい。巻回数が多いからである。

本発明の一態様によれば、高周波共振チョークコイルのロッドコアには、公知のものを用いる。

コイルを構成するすべてのコイル層は、一体的に巻回するのが好ましい。

コイルの構造に関しては、本出願人の出願に係るドイツ国特許出願公開第１０２００８０１６４８８号明細書の内容を参照されたい。この明細書の内容は、すべて、本願明細書において引用する。

本発明に係る高周波共振チョークコイルは、上記のコイル構造を有するため、高周波領域においても、皮膚効果や近接効果によるコア損失が少ない。

本発明に係る高周波共振チョークコイルは、上記のコイル構造を有するため、直列共振回路において使用されたときには、コイルの全長にわたって高電圧が分布する。また、この高周波共振チョークコイルは、その構造により、コイルのどの箇所においても、コイルの巻回数に基づいて定まる点弧電圧よりも高いターン電圧が生じることはない。

本発明の一態様によれば、高周波共振チョークコイルに用いられるロッドコアは、直径が１１ｍｍ、長さが３５ｍｍである。また、ロッドコアに巻回されたコイルの軸方向の長さは、１９ｍｍである。コイルは、内径が１３ｍｍであり、８つのコイル層からなる。各コイル層は、直径が０，０７ｍｍの導線を８本捩り合わせた導線の束からなる。この態様においては、一のコイル層を構成する導線の束の巻回数は、５５回である。ただし、この数は、あくまでも例示である。本発明に係る高周波共振チョークコイルは、この特定の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、上記高周波共振チョークコイルにキャスティングを施すためのキャスティング装置も提供される。このキャスティング装置は、キャスティングケースを備える。ここで、キャスティングケースは、高周波共振チョークコイルのロッドコアとコイルが内部で固定されるような構成とする。また、キャスティングケースは、直列に接続される各コイルが同一のインダクタンスをもつよう、キャスティングの間、ロッドコアとコイルを所定の位置に保持する保持手段の対を少なくとも２つ備える。

上記キャスティングケースの内側の輪郭は、キャスティングを施される高周波共振チョークコイルの外形を定めうるものとなっているのが好ましい。

ロッドコアに部分放電やフラッシュオーバーが生じないようにするため、キャスティングケースに貯留した液状のプラスチックまたは樹脂中に、本発明の高周波共振チョークコイルを浸漬するか、またはキャスティングケースに収めた本発明の高周波共振チョークコイルに、液状のプラスチックまたは樹脂を注ぎ入れる。この目的のため、高周波共振チョークコイルは、上記のキャスティング装置内に固定し、さらに真空チャンバ内で、キャスティング材中に浸漬および／または封入する。この浸漬および／または封入中、コイルを構成する導線の束と束の間に存在する空気は、すべてキャスティング材によって置き換えられるようにするのが好ましい。このキャスティングによって、ロッドコアにおける部分放電またはフラッシュオーバーは、効果的に抑制または減殺される。

本発明に係る高周波共振チョークコイルは、その構造、液状のプラスチックまたは樹脂中への浸漬、および／またはキャスティング材への封入により、コア損失をほとんど生じない。すなわち、本発明に係る高周波共振チョークコイルが共振中に生じるコア損失は、効果的に減殺される。

本発明の高周波共振チョークコイルは、高品質の高周波共振チョークコイルにより制御することが要求されるＬＣ直列共振回路を含む回路配置に用いるのが好ましい。また、本発明の高周波共振チョークコイルは、第３次以上の奇数次高調波対策として用いるのが好ましい。方形の第３次高調波が通過すると、基本波の振幅の３分の１に当たる電圧しか利用されないが、ＬＣ直列共振回路に、本発明のような高品質の高周波共振チョークコイルを用いると、高い電圧を利用することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る、２つのロッドコアを備える高周波共振チョークコイルを示す模式的な側面図である。 図１に示す高周波共振チョークコイルにおける１つのロッドコアと、これに巻回されているコイルの構造を示す模式図である。 同コイルの一部の模式的な拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る、３つのロッドコアを備える高周波共振チョークコイルを示す模式的な側面図である。 本発明に係る、２つのロッドコアを備える高周波共振チョークコイル用のキャスティング装置を示す模式的な斜視図である。

以下に、本発明に係る高周波共振チョークコイル、およびこれをキャスティング材中に封入するためのキャスティング装置を、添付の図面および実施形態により詳細に説明する。

添付の図面は、実際のものと等縮尺と解すべきではない。むしろ、説明の便宜のため、一部をあえて拡大・縮小したり、変形したりして描いている。互いに同一の要素、または同一の機能を担う要素には、複数の図面にわたって、同一の符号を付してある。

図１は、本発明の一実施形態に係る、２つの整列したロッドコア５，５'を有する高周波共振チョークコイルを示す模式的な側面図である。ロッドコア５，５'には、それぞれコイル１，１'が巻回されている。また、２つのコイル１，１'は、導線６を介して直列に接続されている。一方、ロッドコア５，５'は、それぞれ、コイル１，１'が巻回されていない自由端８，８'も有している。高周波共振チョークコイルの磁気回路は、この自由端８，８'領域において空隙を有する。この空隙は、自由端８，８'のそれぞれにおいて、２つの小空隙７，７'に分割されている。この実施形態における磁場の方向は、ロッドコア５，５'の各自由端８，８'において、矢印で示してある。すなわち、磁場の方向は、反時計回りである。また、この高周波共振チョークコイルは、外部との電気的接続のために、接続端子１１，１１'を備えている。

図２は、例えば図１に示す高周波共振チョークコイルに用いられているコイル１の模式的な分解断面図である。コイル１を構成する５つのコイル層のうち２つにだけ符号を付してある。コイル１は、共通のコイル軸３の回りに巻回された複数のコイル層からなっている。最も内側のコイル層（第１のコイル層）２からコイル軸３までの距離ｄは、コイル１全体にわたって同一である。また、第１のコイル層よりも外側の各コイル層からコイル軸までの距離も、同様に概ね一定である。コイル１の全体的な内径はＤ１であり、コイル１の軸方向全体にわたって等しい。各コイル層は、それぞれの下方のコイル層の上に均一に巻回するのが好ましい。各コイル層を、連続的に巻回すると、各コイル層は、その下に位置するコイル層と直に接することとなる。各コイル層は、コイル１の軸方向全体にわたって平行に延び、かつ並列に接続される。コイルの軸方向端部には接続端子４，４'が設けられ、各コイル層は、この接続端子４，４'を介して、互いに電気的に接続する。また、コイル１全体も、接続端子４，４'を介して、他の電気素子と電気的に接続する。複数のコイル層が巻回されていることにより、コイル１は十分な安定性を有しているため、コイル層や他のコイルを追加しなくても制御することができる。コイル１のコイル軸３には、フェライトを含むロッドコア５が挿入されている。

図２においては、コイルの一部に符号Ａを付してあるが、この部分は、図３において拡大して表されている。

図３は、図２に示すコイルの一部を取り出して描いたものである。コイル層は、図３においては、それぞれ、捩られた導線の束からなるものとして描かれている。各導線の束は、互いに捩り合わされた約１２本の導線からなっている。しかし、コイル層は、ただ１本の円柱状導線、断面方形の角柱状導線、その他の形状の導線から構成することもできる。各コイル層は、その下のコイル層の上に正確に配置される。最も内側の第１のコイル層２からコイル軸までの距離は、コイル１の軸方向全体にわたって概ね等しい。第１のコイル層の上には、このコイル層と共通のコイル軸の回りに巻回される第２のコイル層が、第１のコイル層と密接して設けられている。

図４は、本発明の他の実施形態に係る、互いに隣り合わせに並べた３つのロッドコア５，５'，５"を備える高周波共振チョークコイルを示す模式的な側面図である。中央に位置するロッドコア５'は、他の２つの外側に位置するロッドコア５，５"よりも径が大きい。ロッドコア５，５'，５"には、それぞれ、コイル１，１'，１"が巻回されている。また、コイル１，１'，１"は、導線６，６'を介して互いに直列に接続されている。コイル１，１'，１"は、隣り合う２つの巻回方向が互いに反対向きになっている。３つのロッドコアのうち上方の２つのロッドコア５，５'からなる磁気回路は、反時計回りに進む。他方、下方の２つのロッドコア５'，５"からなる磁気回路は、時計回りに進む。中央のロッドコア５'においては、上記２つの磁気回路が重畳する。導線６，６'を介して中央のコイル１'と接続されていないコイル１およびコイル１"の自由端には、この高周波共振チョークコイルを外部と接続するための接続端子１１，１１'が設けられている。

図５は、本発明に係る高周波共振チョークコイルのキャスティング装置を示す模式的な斜視図である。このキャスティング装置は、キャスティングケース９を備えている。一方、キャスティングケース９は、飼い葉桶のような形状を有しており、少なくとも４つの側壁と底板を備え、上に向かって開放している。キャスティングケース９の内側の輪郭１０は、キャスティングを施される高周波共振チョークコイルの形状と補形をなす。キャスティングケース９には、２つのロッドコア５，５'をもつ高周波共振チョークコイルが収められている。ロッドコア５，５'には、それぞれコイル１，１'が巻回されている。ロッドコア５，５'およびコイル１，１'は、キャスティングの間は、キャスティングケース９によって保持され、ついで、固化したキャスティング材によって固定される。キャスティングが終了した高周波共振チョークコイルは、この後、キャスティングケースから取り外され、キャスティングケースは、次の高周波共振チョークコイルにキャスティングを施すために用いられる。

上記の実施形態においては、本発明に係る限られた数の構成例しか記載しなかったが、本発明は、これらに限られるものではない。上記の実施形態で示した数を超える数のロッドコアを備える高周波共振チョークコイルや、１つのロッドコアに互いに離間させて複数のコイルを巻回した高周波共振チョークコイルも、原理的には可能である。

本発明に係る高周波共振チョークコイルを構成する要素の数は、上記の実施形態に示したものに限られない。

本発明の内容は、上記特定の実施形態に限定されるものではない。一方、上記実施形態における種々の特徴は、技術的に有用である限り、本発明の技術的範囲内で任意に組み合わせることができる。

１，１'，１" コイル
２，２' コイル層
３ コイル軸
４ 接続端子
５，５'，５" ロッドコア
６，６' 導線の束
７，７' 小空隙
８，８' ロッドコア５の自由端
９ キャスティングケース
１０ キャスティングケース９の内側の輪郭
１１，１１' 接続端子
Ａ コイルの一部
ｄ 最も内側のコイル層からコイル軸３までの距離
Ｄ１ コイル１の全体的な内径

Claims (15)

1. コイル（１，１'）が巻回された少なくとも２つのロッドコア（５，５'）を、ロッドコアの軸方向と直交する方向に隣り合わせて配置し、かつ前記コイル（１，１'）を直列に接続した高周波共振チョークコイル。
2. 前記少なくとも２つのコイル（１，１'）の巻回方向は、互いに反対向きであることを特徴とする請求項１に記載の高周波共振チョークコイル。
3. 磁気回路中に空隙が存在していることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波共振チョークコイル。
4. 前記空隙は、前記隣り合う２つのロッドコア（５，５'）の自由端（８，８'）領域におけるコイルが巻回されていない領域に存在する２つの小空隙（７，７'）からなることを特徴とする請求項３に記載の高周波共振チョークコイル。
5. 前記ロッドコア（５，５'）の一部には、軸方向にコイル（１，１'）が巻回されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
6. 前記ロッドコア（５，５'）の軸方向の長さの少なくとも５０％には、コイル（１，１'）が巻回されていることを特徴とする請求項５に記載の高周波共振チョークコイル。
7. 前記コイル（１，１'）にはプラスチックからなる保護層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
8. 前記コイル（１，１'）の自由端は、半田付け可能な電気接続部となっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
9. 前記ロッドコア（５，５'）は、飽和磁化の３分の１に当たる最大磁束密度を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
10. 前記ロッドコア（５，５'）は、フェライトを含有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
11. 前記コイル（１，１'）は、コイルの軸方向全体にわたって、コイル軸（３）までの距離（ｄ）が一定である複数のコイル層（２，２'）を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
12. キャスティング材中に封入されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の高周波共振チョークコイル用のキャスティング装置であって、前記ロッドコア（５，５'）とコイル（１，１'）が内部で固定されるようになっているキャスティングケース（９）を備えるキャスティング装置。
14. 前記キャスティングケース（９）の内側は、キャスティングを施された後の高周波共振チョークコイルの外形を定めうる輪郭（１０）を有することを特徴とする請求項１３に記載のキャスティング装置。
15. 方形の第ｎ次高調波（ｎは３以上の奇数）が通過するＬＣ直列共振回路に用いられる、請求項１乃至１２のいずれかに記載の高周波共振チョークコイルを含む回路配置。

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