JP2023144521A - 磁性体コア、電子部品および電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動時に発生する音鳴りを抑制した磁性体コアと、磁性体コアを用いた電子部品と、電子部品を用いた電源装置を提供すること。【解決手段】第１軸方向に延在するベース部３０と、ベース部３０から第１軸と垂直な第２軸に沿って突出している一対の外脚部１０，１０とを有する磁性体コア１である。ベース部３０の第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）と、一対の外脚部１０，１０のうち第２軸方向の高さが短い方の第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）との関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たすことを特徴とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、磁性体コア、電子部品および電源装置に関する。

磁性体コアは、磁性体内の磁束密度分布が均一になるような形状で設計することが多く使用されてきた。このような形状では、磁性体コアを励磁することにより、磁性体コアから音鳴りが発生することがある。

特許文献１では、時間に対する磁歪変化が異なる電磁鋼板を張り合わせることで音鳴りを抑止しようとしている。また、特許文献２では、磁性体コアとは別に非磁性の補強部材を用いて音鳴りを抑止しようとしている。また、特許文献３では、装置の駆動により発生した騒音の周波数を検出し、騒音が発生しないキャリア周波数に調整することで音鳴りを抑止しようとしている。

しかしながら、これらの従来技術の手段によると、複雑な構成が必要となっていた。そこで、より簡便な方法により、装置の駆動時における音鳴りを抑止することが望まれている。

特開２０１９－１０２６９２号公報 特開２０１８－１９５７８６号公報 特開２０１８－１８６６６３号公報

本発明は、上記の実情を鑑みてなされ、その目的は、駆動時に発生する音鳴りを抑制した磁性体コア等を提供することである。

上記目的を達成するために、第１の観点による本発明に係る磁性体コアは、
第１軸方向に延在するベース部と、前記ベース部から前記第１軸方向と垂直な第２軸方向に突出している一対の外脚部とを有する磁性体コアであって、
前記ベース部の前記第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）と、一対の前記外脚部のうち前記第２軸方向の高さが低い方の前記第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）との関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たすことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、第２の観点による本発明に係る磁性体コアは、
第１軸方向に延在するベース部と、前記ベース部から前記第１軸方向と垂直な第２軸方向に突出している一対の外脚部とを有する磁性体コアであって、
前記ベース部の前記第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）、一対の前記外脚部のうち前記第２軸方向の高さが低い方の前記第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）、前記磁性体コアの密度の値Ｄｓ（ｇ／ｃｍ³）、前記ベース部の前記第１軸方向の幅の値Ｌａ（ｍｍ）に関し、
Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式において、Ｘの値が５．７以上であることを特徴とする。

本発明者らの研究によれば、Ｕ字型の磁性体コアにおいて、磁性体コア自体の各部分の大きさが所定の関係にある場合に、駆動時に発生する音鳴きを抑制することを見出した。すなわち、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たす磁性体コアでは、発生する音を十分に低下させることを可能にした。

本発明者らの研究によれば、Ｕ字型の磁性体コアにおいて、磁性体コア自体の各部分の大きさと磁性体コアの密度が所定の関係にある場合に、駆動時に発生する音鳴きを抑制することを見出した。すなわち、Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式において、Ｘの値が５．７以上である場合に磁性体コアでは、発生する音を十分に低下させることを可能にした。

したがって、このような磁性体コアによれば、複雑な構成を必要とせず、各部分の大きさや磁性体コアの密度をこれらの関係になるように設計するだけで、環境基準に適応する程度に音鳴きを抑制できるため、製造コストの低減、装置が小型化を容易に実現することができる。

本発明に係る電子部品は、前記磁性体コアと前記磁性体コアに巻回してあるコイルと、を有する。このような磁性体コアを有する電子部品では、発生する騒音を大いに低下させることができる。このような電子部品は、トランスなどとして電源装置などに好適に用いることが可能となる。

好ましくは、前記磁性体コアの前記外脚部と突き合わされる別コアを有する。このように構成することで、電子部品は、閉磁路を形成し、磁気的損失が低減する。

本発明に係る電源装置は、前記電子部品と、前記電子部品に電気的に接続するスイッチング回路と、を有する。前記電子部品を有する電源装置は、コアの磁歪や、コア同士の引き付けあいなどによる音鳴きを、良好に防止することができる。

図１Ａは本発明の一実施形態に係る磁性体コアの構成の概略を示す一方向から見た平面図である。 図１Ｂは図１Ａに示す磁性体コアの他の方向から見た平面図である。 図１Ｃは図１Ａに示す磁性体コアのさらに他の方向から見た平面図である。 図２は本発明の一実施形態に係る電子部品の一部分の構成を示す正面図である。 図３は本発明の一実施形態に係る電子部品の構成を示す概略斜視図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

図１Ａに示すように、一実施形態に係る磁性体コア１は、いわゆるＵ字型コアであり、磁性体コア１は、Ｘ軸に延在するベース部３０と、ベース部３０からＺ軸に沿って突出している一対の外脚部１０，１０とを有する。なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に略垂直である。本実施形態では、Ｘ軸が第１軸に対応し、Ｚ軸が第２軸に対応する。本明細書では、磁性体コア１において、Ｘ軸方向の中心線Ｃに近い方向を内側と称し、磁性体コア１のＸ軸の中心から遠い方向を外側と称することがある。

図１Ａに示すように、本実施形態では、磁性体コア１は、Ｘ軸方向に長さＬａの幅を有し、Ｚ軸方向に長さＬｂの高さを有し、Ｙ軸方向に長さＬｃの奥行（図１Ｂ）を有し、Ｘ軸方向の中心線Ｃを対称軸とする対称な形状を有する。磁性体コア１の全体の大きさは特に限定されないが、たとえば、Ｌａは３０～１１０ｍｍ、Ｌｂは８～５０ｍｍ、Ｌｃは５～３０ｍｍである。

磁性体コア１は、磁性材料から形成される。磁性体材料としては、たとえば、比較的透磁率の高い磁性材料、たとえばＭｎ系フェライトや、Ｎｉ系フェライト」、あるいは金属磁性体などが例示され、これらの磁性材料の粉体を、成型および焼結することにより、磁性体コア１が形成される。なお、磁性体コア１は、磁性材料と樹脂などを混合して形成してあってもよい。

図１Ａに示すように、一対の外脚部１０，１０は、それぞれ、略直方体形状を有する。外脚部１０は、ベース第１面３１を基端として、Ｚ軸に沿って突出した外脚端面１１を有する。外脚端面１１は、外脚部１０のＺ軸に対して垂直な側面を構成している。外脚部１０は、Ｚ軸方向にＬｆ（ｍｍ）の高さを有する。Ｌｆは、ベース第１面３１から外脚端面１１までのＺ軸に沿った距離を表している。

図１Ａに示すように、外脚部１０は、外脚外面１２と、外脚内面１３とを有する。外脚外面１２は、Ｘ軸に沿って中脚部２０に遠い外側の側面を構成しており、外脚内面１３は、Ｘ軸に沿って中心線Ｃに近い内側の側面を構成している。外脚外面１２および外脚内面１３は、それぞれ外脚部１０のＺ軸に対して垂直である。外脚部１０は、Ｘ軸方向にＬｈ（ｍｍ）の幅を有する。Ｌｈは、外脚外面１２から外脚内面１３までのＸ軸に沿った距離を表している。

外脚部１０，１０は、それぞれ、Ｘ軸方向にＬｅ（ｍｍ）の離間距離で配置されている。Ｌｅは、一方の外脚部１０の外脚内面１３と、他方の外脚部１０の外脚内面１３とのＸ軸に沿った距離を表している。

図１Ｃに示すように、外脚部１０は、外脚第１正面１４ａと、外脚第２正面１４ｂとを有する。外脚第１正面１４ａは、外脚部１０のＹ軸に対して垂直な側面のうちの一方側の側面を構成している。外脚第２正面１４ｂは、外脚第１正面１４ａとＹ軸に沿って対向しており、外脚部１０のＹ軸に対して垂直な側面のうちの他方側の側面を構成している。

図１Ａに示すように、ベース部３０は、略直方体形状を有する。ベース部３０は、Ｚ軸対して垂直な側面を構成するベース第１面３１と、ベース第１面３１に対向する側面を構成するベース第２面３３とを有する。ベース部３０は、Ｚ軸方向にＬｉ（ｍｍ）の厚さを有する。Ｌｉは、ベース第１面３１からベース第２面３３までのＺ軸に沿った距離を表している。

図１Ａに示すように、ベース第１面３１は、一対の外脚部１０，１０の基端となっている。ベース第１面３１のＸ軸方向の外側は、外脚内面１３と繋がっている。

図１Ａに示すように、ベース部３０は、一対のベース外面３２，３２を有する。ベース外面３２は、ベース部３０のＸ軸に対して垂直な側面を構成している。ベース外面３２は、外脚外面１２と同一平面に配置されており、外脚外面１２と繋がっている。ベース部３０は、Ｘ軸方向にＬａ（ｍｍ）の幅を有する。Ｌａは、ベース外面３２，３２同士のＸ軸に沿った距離を表している。本実施形態では、一方の外脚部１０の外脚外面１２と、他方の外脚部１０の外脚外面１２とのＸ軸に沿った距離は、Ｌａに一致している。

図１Ｃに示すように、ベース部３０は、ベース第１正面３４ａと、ベース第２正面３４ｂとを有する。ベース第１正面３４ａは、ベース部３０のＹ軸に対して垂直な側面のうちの一方側の側面を構成している。ベース第１正面３４ａは、外脚第１正面１４ａ，１４ａと同一平面に配置されており、外脚第１正面１４ａ，１４ａと繋がっている。

図１Ｃに示すように、ベース第２正面３４ｂは、ベース第１正面３４ａとＹ軸に沿って対向しており、ベース部３０のＹ軸に対して垂直な側面のうちの他方側の側面を構成している。ベース第２正面３４ｂは、外脚第２正面１４ｂ，１４ｂと同一平面に配置されており、外脚第２正面１４ｂ，１４ｂと繋がっている。

図１Ａに示すように、本実施形態では、磁性体コア１は、Ｚ軸方向にＬｂ（ｍｍ）の高さを有する。Ｌｂは、ベース第２面３２から外脚端面１１までのＺ軸に沿った距離を表しており、本実施形態では、ＬｉとＬｆの合計と一致している。

図１Ｂに示すように、本実施形態では、ベース部３０は、Ｙ軸方向にＬｃ（ｍｍ）の奥行を有する。Ｌｃは、ベース第１正面３４ａからベース第２正面３４ｂまでのＹ軸に沿った距離を表している。外脚部１０のＹ軸方向の奥行は、Ｌｃに一致している。

本実施形態では、磁性体コア１の全体の大きさに関わらず、図１Ａに示すベース部３０のＺ軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）と、一対の外脚部１０，１０のうちＺ軸方向の高さが短い方のＺ軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）との関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たす。なお、本実施形態では、いずれの外脚部もＸ軸を挟んで対称な形状を有しており、いずれも同一の高さの値Ｌｆを有する。

本実施形態では、磁性体コア１の全体の大きさに関わらず、図１Ａに示すベース部３０のＺ軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）、一対の外脚部１０，１０のうちＺ軸方向の高さが短い方のＺ軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）、磁性体コア１の密度の値Ｄｓ（ｇ／ｃｍ³）、ベース部３０のＸ軸方向の幅の値Ｌａ（ｍｍ）に関し、Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式において、Ｘの値が５．７以上である。

本実施形態の磁性体コア１では、ベース部３０、外脚部１０，１０は、それぞれ断面が四角形の直方体形状であるが、これに限定されない。たとえば、ベース部３０、外脚部１０，１０の断面が四角形以外の多角形や円形であってもよい。

図１Ａに示すように、本実施形態では、外脚部１０，１０は、Ｘ軸方向に対称な形状を有しているが、非対称であってもよい。それぞれの外脚部１０，１０の高さＬｆは同じであり、一方の外脚部１０の外脚端面１１、他方の外脚部１０の外脚端面１１は、同一平面上に配置されているが、これに限定されない。たとえば、一方の外脚部１０が、他方の外脚部１０よりも長くし、一方の外脚部１０の外脚端面１１を、他方の外脚部１０の外脚端面１１よりもＺ軸に沿ってベース第１面３１の近くに配置してもよい。

本実施形態では、Ｕ型の磁性体コア１において、ベース部３０の厚さの値Ｌｉと、外脚部１０の高さＬｆの関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係にある。また、Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式において、Ｘの値が５．７以上である。

このような関係において、磁性体コア１は、全体の大きさに関わらず、駆動時に発生する音を十分に低減させることができる。そのため、本実施形態の磁性体コア１では、ベース部３０と外脚部１０のサイズをこの関係を満たすようにして設計するだけで、音鳴きを抑制することが可能になる。また、ＬｉとＬｆとの関係は、好ましくはＬｉ／Ｌｆ≧０．５であり、より好ましくはＬｉ／Ｌｆ≧０．６である。また、数式Ｘの値８．０以上であることがより好ましい。

したがって、このような磁性体コアによれば、複雑な構成を必要とせず、各部分の大きさや磁性体コアの密度をこれらの関係になるように設計するだけで環境基準に適応する程度に音鳴きを抑制できるため、製造コストの低減、装置が小型化を容易に実現することができる。

図２に示すように、一実施形態に係る電子部品１００は、磁性体コア１と、磁性体コア１とは別に、磁性体コア１の一対の外脚部１０，１０と付き合わされる別コア２を有する。本実施形態では、別コア２は、磁性体コア１と同じ材料を用いて、磁性体コア１と同じ形状、同じ大きさに形成されている。

図３に示すように、磁性体コア１の外脚部１０，１０には、コイル１１０，１２０が巻回してある。コイル１１０，１２０としては、たとえば、銅（Ｃｕ）などの良導体からなる芯材を、イミド変成ポリウレタンなどからなる絶縁材で覆い、さらに最表面をポリエステルなどの薄い樹脂膜で覆ったものを用いることができる。

図２に示すように、本実施形態では、電子部品１００は、磁性体コア１の外脚部１０，１０と、別コア２の一対の外脚部が突き合わされている。磁性体コア１の一方の外脚部１０、ベース部３０および別コア２によって閉磁路が形成される。

たとえば、図３に示すコイル１１０に電流を流すことにより、図２に示す磁性体コア１の一方の外脚部１０、ベース部３０および別コア２によって囲まれた領域に、Ｄ１の向きの磁束が発生する。この磁束がコイル１２０を貫くことになる。本実施形態では、閉磁路が形成されるため、磁気的損失を低減することができる。

本実施形態では、別コア２は、磁性体コア１と同じ材料を用いて、磁性体コア１と同じ形状、同じ大きさに形成されているが、磁性体コア１とは異なる材料を用いてもよく、形状および大きさが磁性体コア１と異なっていてもよい。たとえば、別コア２は、外脚部を有しないＩ字型コアであってもよい。この場合であっても、閉磁路を形成することができる。

図３に示すように、本実施形態の電子部品１００では、一方の外脚部１０にコイル１１０が巻回されており、他方の外脚部１０にコイル１２０が巻回されている。本実施形態の電子部品１００は、磁性体コア１にコイル１１０，１２０が巻回されたコイル装置とすることによって、インダクタやトランス、リアクトルなどとして好適に用いられる。

なお、コイルを形成するワイヤとしては、たとえば、銅（Ｃｕ）などの良導体からなる芯材を、イミド変成ポリウレタンなどからなる絶縁材で覆い、さらに最表面をポリエステルなどの薄い樹脂膜で覆ったものを用いることができる。

また、電子部品１００は、磁性体コア１にコイルが巻回されていない実施形態であってもよい。たとえば、電子部品１００は、図２に示す磁性体コア１と別コア２との間に、コイルが埋め込まれた基板等を挟み込むことで、インダクタやトランス、リアクトルなどとして好適に用いられる。

一本実施形態に係る電源装置は、図３に示す電子部品１００を有する。電源装置では、スイッチング素子などのＯＮ／ＯＦＦによってつくられる高周波のパルスによる影響で、コアの磁歪や、コア同士の引き付けあいなどを生じ得ることが知られている。本実施形態に係る電子部品１００を有する電源装置では、このように構成された電源装置は、コアの磁歪や、コア同士の引き付けあいなどによる音鳴きを良好に防止することが可能になる。なお、電源装置では、図１Ａに示す磁性体コアを有する電子部品が用いられていればよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

図１Ａに示すＵ字型の磁性体コアの各部分の値Ｌａ～Ｌｉ（ｍｍ）および磁性体コアの密度の値Ｄｓ（ｇ／ｃｍ³）を変更した実施例および比較例となる磁性体コアを作製した。各実施例および比較例に係る磁性体コアの各部分の値Ｌａ～Ｌｉ（ｍｍ）と、磁性体コアの密度の値Ｄｓ（ｇ／ｃｍ³）を表１に示す。

作製した実施例および比較例となる磁性体コアを有する図３に示す電子部品について、ＤＣＤＣコンバータに実装し、音鳴き測定試験を行った。音鳴き測定試験は、電子部品を簡易無響箱内に設置して行った。測定は磁性体コアと騒音計のマイク先端部を３０ｍｍ離れた位置に設置して音圧レベルを測定した。音圧レベルは小野測器製の騒音計（ＬＡ－５５７０）を用いて測定した。音鳴き測定試験の結果を表１に示す。データはＡ特性変換後のオーバーオール値（ＯＡ値）を示す。Ａ特性は、人間の聴感に基づいた音圧レベルを表す量として周波数の重みをつけた値である。ＯＡ値は、周波数分析された各音圧レベルの合計である。また、表１には、Ｌｉ／Ｌｆの値と、Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式Ｘの値を示してある。

Ｌｉ／Ｌｆの値が０．４５以上の場合には、音鳴き測定のデータが最大でも５８ｄＢであった。Ｌｉ／Ｌｆの値が０．６以上の場合には、音鳴き測定のデータが最大でも５５ｄＢであった。また、Ｘの値が５．７以上の場合には、音鳴き測定のデータが最大でも５９ｄＢであった。また、Ｘの値が８．０以上の場合には、音鳴き測定のデータが最大でも４３ｄＢであった。

Ｌｉ／Ｌｆの値が０．４５以上である磁性体コアまたはＸの値が５．７以上である磁性体コアでは、相当数の住居と併せて商業、工業等の用に供される地域の昼間に係る日本における環境基準に抑制できていた。また、Ｌｉ／Ｌｆの値が０．８以上である磁性体コアでは、専ら住居の用に供される地域および主として住居の用に供される地域の昼間に係る日本における環境基準に抑制できていた。Ｘの値が８．０以上である磁性体コアでは、療養施設、社会福祉施設等が集合して設置される地域など特に静穏を要する地域の昼間に係る日本における環境基準に抑制できていた。

１…磁性体コア
１０…外脚部
１１…外脚端面
１２…外脚外面
１３…外脚内面
１４ａ…外脚第１正面
１４ｂ…外脚第２正面
３０…ベース部
３１…ベース第１面
３２…ベース外面
３３…ベース第２面
３４ａ…ベース第１正面
３４ｂ…ベース第２正面
２…別コア
１００…電子部品
１１０，１２０…コイル

Claims (6)

1. 第１軸方向に延在するベース部と、前記ベース部から前記第１軸方向と垂直な第２軸方向に突出している一対の外脚部とを有する磁性体コアであって、
   前記ベース部の前記第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）と、一対の前記外脚部のうち前記第２軸方向の高さが低い方の前記第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）との関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たすことを特徴とする磁性体コア。
2. 第１軸方向に延在するベース部と、前記ベース部から前記第１軸方向と垂直な第２軸方向に突出している一対の外脚部とを有する磁性体コアであって、
   前記ベース部の前記第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）、一対の前記外脚部のうち前記第２軸方向の高さが低い方の前記第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）、前記磁性体コアの密度の値Ｄｓ（ｇ／ｃｍ³）、前記ベース部の前記第１軸方向の幅の値Ｌａ（ｍｍ）に関し、
   Ｘ＝１０００×Ｄｓ×Ｌｉ／（Ｌａ＋２×Ｌｆ）²で表される数式において、Ｘの値が５．７以上であることを特徴とする磁性体コア。
3. 前記ベース部の前記第２軸方向の厚さの値Ｌｉ（ｍｍ）と、一対の前記外脚部のうち前記第２軸方向の高さが低い方の前記第２軸方向の高さの値Ｌｆ（ｍｍ）との関係が、Ｌｉ／Ｌｆ≧０．４５の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の磁性体コア。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の磁性体コアと
   前記磁性体コアに巻回してあるコイルと、を有する電子部品。
5. 前記磁性体コアの前記外脚部と突き合わされる別コアを有する請求項４に記載の電子部品。
6. 請求項４または５に記載の電子部品と、
   前記電子部品に電気的に接続するスイッチング回路と、を有する電源装置。

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