JPH05217761A

JPH05217761A - ギャップ付き磁芯及びインダクタンス素子

Info

Publication number: JPH05217761A
Application number: JP4597792A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ohashi; 泰生大橋; Hiroshi Kawai; 宏河井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【構成】ギャップ部23に磁性体含有層30、31を設けてギ
ャップ部に透磁率分布をもたせた（周辺部よりも中心部
側の比透磁率を大きくした）ギャップ付き磁芯と、この
磁芯を用いたインダクタンス素子。【効果】磁芯内の磁束密度を均一化でき、部分的磁気飽
和による損失、発熱の増加、インダクタンス値の減少を
防ぐことができる。また、部分的な磁気飽和を抑えられ
ることによって、磁芯全体が磁気飽和に対して余裕を持
つので、磁芯を全体的に縮小することができ、インダク
タンス素子の小型化が実現できる。また、ギャップ部か
らの漏れ磁束を低減することによって、渦電流損を低減
でき、インダクタンス素子の損失を減らし、それらを搭
載する電子機器の高効率化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はギャップ付き磁芯及びこ
の磁芯を用いたインダクタンス素子（トランス、チョー
クコイル等）に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、ギャップ付き磁芯を用いたトランス
として、図８及び図９に示した構造のものが知られてい
る。

【０００３】このトランスは、一対の磁芯部１及び２を
互いに突き合わせ、それらの中央部に所定長のギャップ
部３を形成し、このギャップ部の周りにコイル部４を配
したものである。ギャップ部３を形成する磁芯中央部で
は、ほぼ円柱形の部分９と10が所定距離を置いて対向し
ている。

【０００４】磁芯部１、２は例えば比透磁率1000〜2000
のフェライト系コア材からなっていて、ギャップ長 0.6
mmのギャップ部３を有するようにギャップ付き磁芯（コ
ア）５に組み立てることができる。図10には、上記の磁
芯部、例えば２の寸法の一例を示しているが、他方の磁
芯部１も同様である（但し、図中の数値の単位はmmであ
る：以下、同様）。

【０００５】なお、コイル部４では、図９の如くに一次
側コイル６と二次側コイル７とが同心状に巻回されてい
て、各コイルの端子８が図８の如くに導出されている。

【０００６】上記の如きギャップ付き磁芯、及びこれを
用いたトランスは、ギャップなしのものに比べて磁気飽
和が生じ難いという特長を有してはいるが、次のような
欠点も有している。

【０００７】まず、図11において上記のギャップ付き磁
芯（コイル部は省略している。）を示したが、ギャップ
部３に面する円柱形対向部分９と10のうち、図中に斜線
で示した環状のエッジ部９ａと10ａに磁束が集中してし
まう傾向がある。この様子を磁場シミュレーションを用
いた解析により表したのが図12である。ここでは、磁場
解析用のソフトウェアとして「マグナ」（センチュリＣ
ＲＣリサーチセンター社製）を使用した（以下、同
様）。

【０００８】このシミュレーションにおいては、図12に
示すように例えば磁芯部２の円柱形対向部分10のギャッ
プ側の表層領域を４分割し、その１つについて更に多数
の要素１、２、３・・・15に同心状に区画し、各要素毎
に磁束密度Ｂ（単位はテスラＴ）を計算した。結果を図
12にグラフ化して示した（但し、この結果は磁芯部２の
残りの分割部分でも、更には他方の磁芯部９においても
同様である）。

【０００９】図12のグラフは、横軸に磁芯の長さ方向ｙ
からの角度θを、縦軸には磁束密度Ｂ（Ｔ）をとったも
のであり、上記の各要素での磁束密度分布を夫々示して
いる。これによれば、要素１〜15について、１→５、６
→10、11→15という各順にＢが増えており、特に15の部
分のＢが他と比べてかなり高くなっている。そのような
磁束の部分的集中のため、その部分では磁気飽和に近い
状態が起こり、損失が増え、発熱も増える。また、イン
ダクタンス値の減少も起こる。

【００１０】また、ギャップ付き磁芯を用いるために、
ギャップ無しの磁芯の場合に比べて、図13のように磁芯
中央部に形成される磁束11のうちエッジ部９ａ−10ａ間
にて漏れ磁束11ａが多く発生する。この磁束の漏れ具合
が大きく、巻線（図８、図９のコイル６や７）に交差す
るようになると、巻線に電磁誘導によって渦状の起電力
が発生し、渦電流が流れる。これによって、導体を流れ
る電流は増加し、ジュール損が増加してしまう。

【００１１】図14は、上記の如き漏れ磁束の大きさ（各
区画空間領域についてＢ（Ｔ）を数値で示している。）
を上述した磁場解析によって求め、これをベクトルで示
したものである。これによれば、特に磁芯部分10のエッ
ジ部10ａの近傍では漏れ磁束が大きく、また同エッジ部
より遠ざかった位置でもかなりの磁束が漏洩しているこ
とが分る。

【００１２】上記の如き問題に対して、ギャップ部のコ
ア形状を特殊な形状とすることにより漏れ磁束を減少さ
せようとする試みが提案されているが、コアを特殊形状
に加工若しくは成形する必要がある上に、コストアップ
になる等の欠点がある。その他、上記の問題を解決する
効果的な対策は未だ提案されていないのが実情である。

【００１３】

【発明の目的】本発明の目的は、ギャップ付き磁芯、及
びこのギャップ付き磁芯を用いるトランス、コイル等に
ついて、ギャップ部及び磁芯内の磁束密度を均一化し、
磁芯の部分的な磁気飽和による発熱、インダクタンス値
の減少を防ぎ、また、漏れ磁束の低減による、渦電流損
の低減をも実現することにある。

【００１４】

【発明の構成】即ち、本発明は、ギャップ部に透磁率の
分布を持たせるように構成したギャップ付き磁芯、及び
このギャップ付き磁芯を用いたトランス、チョークコイ
ル等のインダクタンス素子に係るものである。

【００１５】本発明において、ギャップ部の周辺部に比
べてその中心部側の透磁率を大きくするための磁性体含
有層が前記ギャップ部に設けられていることが望まし
く、また、ギャップ部の周辺部とその中心部側との間で
透磁率が曲線的、直線的、或いは段階的に変化していて
もよい。この場合、特に、ギャップ部の周辺部からその
中心部側へ向って透磁率が大きくなってることが望まし
い。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】図１〜図３は、本実施例によるギャップ付
き磁芯25、及びこの磁芯を用いたトランス（図１参照）
を示すものであるが、磁芯本体である磁芯部１及び２と
コイル部４は基本的に図８〜図11に示した従来例と同一
構成からなっている。従って、従来例と共通する部分に
は共通符号を付してその説明を省略することがあるが、
次に述べる構成が従来例とは根本的に異なっている。

【００１８】即ち、ギャップ部23において、その周辺部
23ａ（即ち、空気又は空間）よりも比透磁率の大きい円
板状の磁性体含有層30及び31を円柱形の対向磁芯部分９
及び10に夫々接着していることである。図２には、各部
の寸法例を磁芯部２について示した（単位はmm）が、他
方の磁芯部１も同様である。

【００１９】磁性体含有層30及び31は、比透磁率が例え
ば 4.0程度であって、ギャップ周辺部23ａの比透磁率
(1.0)よりも大きい比透磁率を有している。このために
は、例えば、透磁率 100程度の磁性体（例えばNi−Zn系
フェライト、モリブデン・パーマロイ）を非磁性体（例
えば合成樹脂）に混ぜて均一に分散させ、成形すること
によって、磁性体含有層30及び31を作製する。或いは、
カーボニル鉄ダストとして比透磁率が 4.0程度のものを
選び、これを成形したものを使用することができる。

【００２０】図４には、上記の磁性体含有層を設けたこ
とにより、ギャップ部23に、比透磁率が２段階に変化し
た透磁率分布が形成された状況を示した。即ち、ギャッ
プ周辺部23ａ（エッジ部側）の比透磁率 (1.0)に対し、
その中心部側（磁芯の中心に近い部分）の比透磁率が
4.0と大きくなっている。

【００２１】このようにギャップ部23に透磁率の分布を
持たせることによって、図５に示すように、透磁率分布
のない従来例（Ａ）においてエッジ部９ａ、10ａを通る
磁束11ａの一部を磁性体含有層30、31により破線で示す
方向へ移動させ、（Ｂ）のように漏れ磁束を磁芯の内側
へ引き寄せて磁芯内での磁束密度を均一化することがで
きるのである。

【００２２】即ち、磁性体含有層30、31を設けると、ギ
ャップ部ではエッジ側より内側の方が磁束が通り易くな
るので、１本１本の磁力線をみれば磁芯内を通る磁束と
ギャップ部の磁束はつながっているため、磁芯内エッジ
部を通る磁束の一部を、磁芯のもっと内側の部分へ移動
させることができるのである。

【００２３】次に、本実施例による磁芯について磁場シ
ミュレーションを用いた解析を既述したと同様に行っ
た。但し、ギャップ部23の長さ（対向部分９−10間の距
離）は、図８〜図10に示した従来例の磁芯と磁気抵抗が
等しくなるように決めた（総磁束が磁路断面でみて同じ
になるようにギャップ長を変えた：従来例では 0.6mmと
したのに対し、図２のように0.88mm×２＝1.76mmと大き
くした）。このようにすれば、同じ起磁力が発生した場
合には、総磁束としては同じだけ発生するので、純粋
に、磁束密度の分布だけを比べることができる。また、
磁気抵抗が同じになるということは、インダクタンス値
が等しくなるということを意味する。

【００２４】磁場シミュレーションの結果を図６に示し
た。ここでも、ギャップ部側の磁芯表層領域を多数の要
素１〜10に同心状に区画し、各要素毎に磁束密度Ｂ
（Ｔ）を計算することにより、ギャップ近傍の磁芯内の
磁束密度分布を求めた。

【００２５】この結果によれば、図12のものに比べて、
磁束密度の大きかった部分がなくなり、磁束の部分的集
中のない一様な磁束密度分布が得られることが分る。ま
た、各要素間において、Ｂの大きいものでも図12のもの
よりも大幅に減っており、かつ、最大−最小間のＢのば
らつきも大幅に小さくなっている。

【００２６】図７は、本実施例による磁芯について、既
述したと同様に漏れ磁束の大きさを磁場解析により求め
た結果をベクトルで示したものである。

【００２７】この結果から、本実施例の磁芯では、エッ
ジ部の近傍における漏れ磁束が図14のものに比べて大き
く減少していることが分る。

【００２８】以上に説明したことから、本実施例による
磁芯及びトランスは、次の如き顕著な作用効果を奏する
ものである。 (1)磁芯内の磁束密度の均一化により、部分的磁気飽和
による損失、発熱の増加、インダクタンス値の減少を防
ぐことができる。 (2)部分的な磁気飽和を抑えられることによって、磁芯
全体が磁気飽和に対して余裕を持つので、磁芯を全体的
に縮小することができ、トランスの小型化が実現でき
る。 (3)ギャップ部からの漏れ磁束を低減することによっ
て、渦電流損を低減でき、トランスの損失を減らし、そ
れらを搭載する電子機器の高効率化が可能である。 (4)ギャップ部に磁性体含有層を設けるのみでよいか
ら、磁芯自体は何ら特別な形状にする必要はなく、コス
ト低下も図れる。

【００２９】以上に説明した実施例では、磁性体含有層
によってギャップ部の透磁率分布を２段階としたが、理
想的には、磁芯エッジ部の磁束密度がさらに一様になる
ように、図４に一点鎖線で示すようになだらかな透磁率
分布のカーブをつくることができる。このカーブは、図
13や図５（Ａ）に見られたエッジ部の磁束密度分布に反
比例するようなものになることが推定される。即ち、ギ
ャップ部において磁束密度Ｂの高いエッジ側では透磁率
μを小さくし、Ｂの低い中央部側ではμを大きくするこ
とである。また、このようなギャップ材（磁性体含有
層）を作るには、磁性体の樹脂への分散の度合を場所に
よって変化させるという方法が有効である。

【００３０】また、上記のカーブに代えて、図４中に破
線で示したように段階的に透磁率を変化させてもよい。

【００３１】以上、本発明を実施例について説明した
が、上述の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変
形可能である。

【００３２】例えば、上述したギャップ部での透磁率分
布のプロファイルは種々に変更してよい。図４におい
て、一点鎖線や破線で示した分布以外にも、透磁率変化
を直線的なもの、直線と曲線の組み合せ等としてもよ
い。

【００３３】また、ギャップ部での透磁率分布につい
て、周辺部よりも透磁率の大きい中心部側の比透磁率
は、 1.0よりも大きくする必要があるが、あまり大きい
と周辺部との境界での透磁率変化が急激となって却って
よくないので、その上限は10.0とするのが望ましい。中
心部側の比透磁率は更に 3.0〜5.0 であるのが一層望ま
しい。

【００３４】また、上述した磁性体含有層は、磁性体を
樹脂で固めた成形体であってよいし、或いは磁性体自体
を成形したもの（この場合は磁性体は 100％）であって
もよい。使用する磁性体の種類は上述したものに限定さ
れることはなく、公知の磁性体から適宜選択してよく、
異なる磁性体の混合物（例えば、カーボニル鉄ダストと
フェライトとの混合物）を使用することもできる。

【００３５】ギャップ部での透磁率分布を形成する手段
は、上述した磁性体含有層であるのが望ましいが、その
他の手段を採用してもよい。

【００３６】更に、上述した磁芯の形状や構造、材質等
は様々に変更可能である。また、本発明の磁芯は上述の
トランスだけでなく、他のインダクタンス素子、例えば
コイル（特にチョークコイル）にも適用することができ
る。

【００３７】

【発明の作用効果】本発明は、上述したように、ギャッ
プ部に透磁率の分布をもたせるようにしたので、ギャッ
プ部での磁束を一様に形成し、これによって、磁芯内の
磁束密度を均一化でき、部分的磁気飽和による損失、発
熱の増加、インダクタンス値の減少を防ぐことができ
る。また、部分的な磁気飽和を抑えられることによっ
て、磁芯全体が磁気飽和に対して余裕を持つので、磁芯
を全体的に縮小することができ、インダクタンス素子の
小型化が実現できる。また、ギャップ部からの漏れ磁束
を低減することによって、渦電流損を低減でき、インダ
クタンス素子の損失を減らし、それらを搭載する電子機
器の高効率化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるギャップ付き磁芯とトラ
ンスを示す断面図である。

【図２】同磁芯を構成する磁芯部の正面図及び右側面図
である。

【図３】同磁芯部の斜視図である。

【図４】同磁芯のギャップ部での透磁率の分布図であ
る。

【図５】同磁芯のギャップ部に透磁率分布をもたせない
場合ともたせた場合での磁束の状態を説明するための要
部概略図である。

【図６】同磁芯について磁場シミュレーションを用いた
解析により磁束密度分布を求めるときのモデルのギャッ
プ部とその磁束密度分布のグラフである。

【図７】同磁芯について磁場シミュレーションを用いた
解析により求めたギャップ近傍の漏れ磁束分布のベクト
ル図である。

【図８】従来例によるトランスの各部を分離して示す分
解斜視図である。

【図９】同トランスの断面図である。

【図10】同トランスの磁芯を構成する磁芯部の正面図及
び右側面図である。

【図11】同磁芯の斜視図である。

【図12】同磁芯について磁場シミュレーションを用いた
解析により磁束密度分布を求めるときのモデルのギャッ
プ部とその磁束密度分布のグラフである。

【図13】ギャップのない磁芯とギャップのある磁芯につ
いて磁束の状態を説明するための概略図である。

【図14】ギャップ付き磁芯について磁場シミュレーショ
ンを用いた解析により求めたギャップ近傍の漏れ磁束分
布のベクトル図である。

【符号の説明】

１、２磁芯部３、23 ギャップ部４コイル部５、25 磁芯６一次側コイル７二次側コイル９、10 対向磁芯部分９ａ、10ａエッジ部 11 磁束 11ａ漏れ磁束 23ａギャップ周辺部 30、31 磁性体含有層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ギャップ部に透磁率の分布を持たせるよ
うに構成したギャップ付き磁芯。
【請求項２】ギャップ部の周辺部に比べてその中心部
側の透磁率を大きくするための磁性体含有層が前記ギャ
ップ部に設けられている、請求項１に記載のギャップ付
き磁芯。
【請求項３】ギャップ部の周辺部とその中心部側との
間で透磁率が曲線的、直線的或いは段階的に変化してい
る、請求項１に記載のギャップ付き磁芯。
【請求項４】ギャップ部に透磁率の分布を持たせるよ
うに構成したギャップ付き磁芯を用いたインダクタンス
素子。
【請求項５】ギャップ部の周辺部に比べてその中心部
側の透磁率を大きくするための磁性体含有層が前記ギャ
ップ部に設けられている、請求項４に記載のインダクタ
ンス素子。
【請求項６】ギャップ部の周辺部とその中心部側との
間で透磁率が曲線的、直線的或いは段階的に変化してい
る、請求項４に記載のインダクタンス素子。