(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に直方体の底板部と、前記底板部の一方の面の長辺側の両端縁部にそれぞれ前記底板部と一体に形成した一対の外足部と、前記底板部の実質的に中央部に、長軸方向が前記底板部の長辺の方向と実質的に一致して前記一対の外足部の間に配置され前記底板部と一体に形成した実質的に長方形の断面の柱である中足部を具備し、前記中足部の各側面と前記外足部の内側面の対向する距離が実質的に一定であり、前記底板部の長辺の長さは前記底板部の短辺の長さの１．０倍以上１．５倍以下であり、前記中足部の長軸の長さの１．２倍以上２倍以下であることを特徴とする磁心。
【請求項２】
実質的に楕円形の板状の底板部と、前記底板部の一方の面の短軸側の両端部にそれぞれ前記底板部と一体に形成した一対の外足部と、前記底板部の実質的に中央部に、長軸方向が前記底板部の長軸方向と実質的に一致して前記一対の外足部の間に配置され前記底板部と一体に形成した実質的に楕円形の断面の柱である中足部を具備し、前記中足部の側面と前記外足部の内側面の対向する距離が実質的に一定であり、前記底板部の長軸の長さは前記底板部の短軸の長さの１．０倍以上１．５倍以下であり、かつ前記中足部の長軸の１．２倍以上２倍以下であることを特徴とする磁心。
【請求項３】
前記底板部の長軸方向の両端部を短軸と平行であり、かつ前記外足部の端面に一致する直線状に形成したことを特徴とする請求項２に記載の磁心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はスイッチング電源などにおけるスイッチングトランスやチョークコイルなどのインダクタンス部品に用いられる磁心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器に用いるスイッチング電源の小型化、薄型化、大出力化の要求が高まってきている。
スイッチング電源の小型化、薄型化、大出力化の要求を満たすためには、使用部品であるスイッチングトランスやチョークコイル等のインダクタンス部品の小型化と特性の向上が必要である。通常、インダクタンス部品は主にフェライト材から成る磁心に、導体を巻回した構造を有する。
【０００３】
以下、従来の磁心について図７、及び図８を参照して説明する。
図７の（ａ）は従来の磁心を用いたチョークコイルの正面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
図７の（ａ）及び（ｂ）において、磁心半体９１は、高透磁率で低コア損失のフェライトなどの材料で形成された底板部９４、中足部９２、外足部９３から構成される。中足部９２は円柱形である。外足部９３は直方体である。底板部９４は、長方形である。巻き線９５は中足部９２の周りに巻き付けられる。
上記の磁心半体９１を用いてトランスやチョークコイルを形成するときには、図７の（ａ）に示すように２個の磁心半体９１をそれぞれの両外足部９３と中足部９２の端面が対向するように組み合わせる。
図８の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実開平５−８７９１８号公報に記載された他の従来例の磁心半体を示す平面図及び正面図である。
図８の（ａ）及び（ｂ）において、磁心半体１００は、長円形の柱状の中足部１０１、長方形の外足部１０２、底板部１０３から構成される。底板部１０３は、中足部１０１の取り付け部１０３Ａの幅Ｌ３が、外足部１０２の取り付け部の幅Ｌ１より狭くなされている。中足部１０１の断面の長軸方向は外足部１０２の長手方向に向けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記図７に示す従来例では、磁心９１内部の磁束は最短の経路を通るので、中足部９２及び外足部９３と底板部９４との接続部の内側部の領域９２Ａ、９３Ａに磁束が集中することが知られている。巻線９５に高周波の交流電流が流れる場合、磁心材料に固有の磁気ヒステリシス特性によるヒステリシス損失が発生し、磁心９１自体が発熱する。図７の例では中足部９２の断面が円形であるため中足部９２の根本９２Ａでは外足部９３の根元９３Ａ付近よりもさらに磁束の集中度合いが大きくなる。ヒステリシス損失は一般には磁束密度の二乗又はそれ以上に比例して増大する。磁心の特定領域への磁束の集中があるとヒステリシス損失が増加し発熱量も増加することになる。
【０００５】
一方、図８に示す従来例の磁心では、中足部１０１の断面形状が長円形であり、その長軸方向が底板部１０３の幅方向であるので、中足部１０１と底板部１０３との接続部の内側根元部分の断面積が増加し、磁束集中が緩和される。しかしながら、このような中足部の単なる長円化は、磁心の損失低減にはなるものの、同じ断面積の円形の場合に比べて巻線の長さが長くなり、巻線抵抗が増加し、電流が流れることによる巻線の抵抗による損失の増加が問題であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、導体損失も考慮してインダクタンス部品として総合的に低損失で発熱の少ない磁心を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の磁心は、実質的に直方体の底板部と、前記底板部の一方の面の長辺側の両端部にそれぞれ前記底板部と一体に形成した一対の外足部と、前記底板部の実質的に中央部に、長軸方向が前記底板部の長辺の方向と一致して前記一対の外足部の間に配置され前記底板部と一体に形成した実質的に長方形の断面の柱である中足部を具備し、前記中足部の側面と前記外足部の内側面の対向する距離が一定であり、前記底板部の長辺の長さは前記底板部の短辺の長さの１．０倍以上１．５倍以下であり、前記中足部の長軸の長さの１．２倍以上２倍以下であることを特徴とする。
このように構成することにより磁心内部の磁束の分布がより均一になるので、ヒステリシス損失も減少するとともに巻線の導体損失も含めてインダクタンス部品として総合的に低損失で発熱の少ない磁心を提供することが可能となる。
【０００８】
別の観点による本発明の磁心は、実質的に楕円形の板状の底板部と、前記底板部の一方の面の短軸側の両端部にそれぞれ前記底板部と一体に形成した一対の外足部と、前記底板部の実質的に中央部に、長軸方向が前記底板部の長軸方向と一致して前記一対の外足部の間に配置され前記底板部と一体に形成した実質的に楕円形の断面の柱である中足部を具備し、前記中足部の側面と前記外足部の内側面の対向する距離が一定であり、前記底板部の長軸の長さは前記底板部の短軸の長さの１．０倍以上１．５倍以下であり、かつ前記中足部の長軸の１．２倍以上２倍以下であることを特徴とする。
このように構成することにより磁心内部の磁束の分布がより均一になるのでヒステリシス損失も減少するとともに巻線の導体損失も含めたインダクタンス部品として総合的に低損失で発熱の少ない磁心を提供することが可能となる。
【０００９】
別の観点による本発明の磁心は、前記底板部の長軸方向の両端部を短軸と平行であり、かつ前記外足部の端面に一致する直線状に形成したことを特徴とする。このように構成することにより磁心内部の磁束の分布がより均一になるのでヒステリシス損失も減少するとともに巻線の導体損失も含めたインダクタンス部品として総合的に低損失で発熱の少ない磁心を提供することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁心を示す好適な実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
《実施例１》
図１の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１における磁心の構成を示す平面図及び正面図である。
図１の（ａ）及び（ｂ）において、磁心半体１は、高磁化率で低コア損失のフェライトなどの材料で形成された中足部１１、外足部１２、底板部１３から構成されている。底板部１３は短辺の長さＷ１、長辺の長さＬ１の長方形を上面及び底面とする直方体である。中足部１１は、長円形であり、その長軸の長さをＬ２とする。中足部１１はその長軸方向が前記底板部１３の長辺方向と一致するように底板部１３と一体に形成した長円形の断面の柱の構造を有している。外足部１２は底板部１３の一方の面の長辺側の両端部にそれぞれ底板部１３と一体に形成されている。また外足部１２の内側面１２Ａは、中足部１１の側面との距離Ｗ３が一定であるように形成されている。
【００１２】
上記の磁心半体１を用いてチョークコイルやトランスを構成する場合、同形状の２個の磁心半体１をそれぞれの中足部１１と両外足部１２の端面が対向するように組み合わせ、中足部１１に電線を巻き付けてコイル１０（図２）を形成する。２つの磁心半体１を組み合わせたときに正面及び背面に開口部ができるので、ここから中足部１１に巻き付けたコイル１０の端末を外部へ引き出す。このような構造にする利点について以下に説明する。
図２、図３を用いて本実施例の磁心を用いたトランスまたはチョークコイルの磁束の分布について説明する。
図２は、本実施例の磁心半体１を２個組み合わせた磁心の磁束の分布を示す垂直断面図であり、図３は、磁心半体１の磁束の分布を示した水平断面図である。
図３において、コイル１０は図示を省略している。
【００１３】
中足部１１の付け根部分は、水平断面形状が長円形である。このため中足部１１の付け根部分の面積が増大し、中足部１１の付け根部分への磁束の集中が緩和され同領域でのヒステリシス損失が低減する。
図２に示すように、巻き線１０に流れる電流によって磁心半体１の中心部および外足部１２の内側付け根近くに磁束が集中している。さらに図３に示すように、磁束は中足部１１においては、紙面に垂直に手前から奥へ向かっており、矢印付点線で示すように底板部１３を経て外足部１２に向かって通り、外足部１２で手前に向かっている。これらの磁力線は磁心１の中で最短距離を通る。
【００１４】
図７、８の従来例の磁心と、本実施例の磁心において、磁束の経路上の任意の場所での磁心の断面積が、少なくとも中足部１１の断面積と同等以上であるとき、中足部１１の断面積、高さ、距離Ｗ３、ギャップ距離ｇ、巻き線の巻き数及び電流の大きさを同一とした場合、磁心内の総磁束は従来例のものも本実施例のものとほぼ同じになる。
しかしながら本実施例の磁心１における中足部１１および外足部１２の周長の方が長いため、中足部１１、外足部１２の付け根で磁束がより分散される。
【００１５】
図１の（ａ）に示すように、中足部１１の外側面と外足部１２の内側面の距離Ｗ３が実質上一定になるように形成することで、中足部１１から底板部１３を通り外足部１２に至る磁力線の最短経路上での磁気抵抗がほぼ一定となる。このため特定の経路に磁束が集中することを防ぐことができる。したがって中足部１１から底板部１３を通り外足部１２に至る磁束の分布がより均一になり底板部１３でのヒステリシス損失が低減される。
【００１６】
外足部１２において、中足部１１の長軸の長さＬ２よりも底板部１３の長辺の長さＬ１が長く、特に長さＬ１がＬ２の１．２倍以上２倍以下であれば、磁束は底板部１３と外足部１２では中足部１１の付け根部分よりもさらに分散される。そのため外足部１２内部の磁束の分布がより均一になり、外足部１２でのヒステリシス損失が低減される。なお、長さＬ１がＬ２の２倍以上になると外足部のうち中足部から離れすぎる部分が増えてくるので、この部分には磁力線が通らずヒステリシス損失低減には寄与しなくなる。
一般に、底板部１３の長辺の長さが短辺の長さの１．０倍または中足部の長辺の１．２倍よりも小さい場合、巻線の導体損失の減少よりも磁心のヒステリシス損失の増加が上回ってインダクタンス部品全体としての損失が増加してしまう。一方、底板部１３の長辺の長さが短辺の長さの２．０倍または中足部の長軸の２．０倍よりも大きい場合、磁心のヒステリシス損失の減少よりも巻線の導体損失の増加が上回ってインダクタンス部品全体としての損失が増加してしまう。
図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ磁心半体１の寸法比Ｌ１／Ｗ１、Ｌ１／Ｌ２と、磁心半体１を用いたトランスの各種損失（磁心のヒステリシス損失、巻線の導通損失及びそれらの和となる全損失）の関係を表すグラフを示す。それぞれ、寸法比Ｌ１／Ｌ２およびＬ１／Ｗ１を１．５倍に固定している。図４（ａ）、図４（ｂ）から明らかなとおりＬ１がＷ１の１倍以上１．５倍以下、Ｌ１がＬ２の１．２倍以上２倍以下ならば、トランスの全損失が低減される。
【００１７】
このときの条件は図４（ａ）、図４（ｂ）ではＷ１＝２４mm、Ｌ２＝１８mmで固定し、磁心材料を日立金属（株）製ＭＬ−２４Ｄ材を用い、１次巻線を厚さ０．５mmの打ち抜き銅板の２ターン、２次巻線を厚さ０．５mmの打ち抜き銅板の１ターンとした。また１次巻線の自己インダクタンスを１７μＨ（中足部にギャップを入れて調整）、印加電流として１次巻線が２３Ａp-o、２次巻線が−４０Ａp-o（１次巻線とは逆相）の１３０ｋＨｚ正弦波交流とした。
【００１８】
なお、以上の説明では中足部１１の水平断面形状を長円形としたが、長方形や長方形の四隅を適当な半径で丸めた扁平形状であればよく、その長軸方向が底板部長辺方向と一致していれば同様の効果が得られる。
また、上記の構成であれば、例えば底板部の四隅及びそれに付随する外足部の丸め加工などの変形があっても同等の効果が得られる。
【００１９】
《実施例２》
図５の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例２における磁心の構成を示す平面図及び正面図である。
図５において、磁心半体２０は高磁化率で低コア損失のフェライトなどの材料で形成された中足部２１、外足部２２，底板部２３からなる。底板部２３は短軸の長さＷ１０、長軸の長さＬ１０の楕円の板状体である。
中足部２１は、底板部２３の中央部に設けられた、長軸方向が底板部２３の長軸方向と一致する楕円形の断面の柱である。中足部２３は、水平断面の長軸長さがＬ２０、短軸長さがＷ２０とする。外足部２２は底板部２３の上面の短軸側の両端部にそれぞれ底板部２３と一体に形成されている。外足部２２は、その内側面２２Ａと中足部２１の外側面２１Ａとの距離Ｗ３が一定であるように設けられている。
上記磁心半体２０を用いてチョークコイルやトランスを構成する場合、２個の磁心半体２０をそれぞれの中足部２１及び両外足部２２の端面が対向するように組み合わせ中足部２１に電線を巻き付ける。
【００２０】
こうした構造にすることにより以下の効果を生じる。
中足部２１の水平断面形状を楕円形にして、中足部２１の水平断面面積に対しての付け根部分の領域を増大させることにより中足部２１の付け根部分への磁束の集中が緩和される。
また距離Ｗ３を一定にすることにより特定の経路への磁束の集中が防止される。
さらに中足部２１の長軸方向の長さＬ２０よりも底板部２３の長辺方向の長さＬ１０が長く、特に長さＬ１０がＬ２０の１．２倍以上２倍以下および長さＬ１０をＷ１０の１．０倍〜１．５倍とすることにより、磁束の分布が均一化され、磁心のヒステリシス損失と巻線の導通損失の和が最少となる。
【００２１】
さらに、外足部２２の厚さが実施例１よりもより均一になっているので、外足部２２を通る磁束が外足部全体により均一に分布するようになる。これにより磁心形成に要する磁心材料が削減される。また磁心の他の部分に余剰材料を振り向けることで、磁心全体で見た磁束の集中が防止でき、磁心の損失低減が可能となる。
また磁心半体２０の形状を楕円形にすることで、同一仕様の実施例１のものに比べて磁心の設置面積の低減が可能となる。さらに底板部２３の外足部２２のない両端部分が張り出した格好となっているため、中足部２１に巻かれた巻線及びその引き出し部分からの漏れ磁束の放射を抑制する効果をも有する。
【００２２】
《実施例３》
図６はそれぞれ本発明の実施例３における磁心の構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）正面図である。
図６において、磁心半体３０は、高磁化率で低コア損失のフェライトなどの材料で形成された中足部３１、外足部３２、底板部３３からなる。中足部３１は水平断面の長軸長さがＬ２５短軸長さがＷ２５の楕円形とする。底板３３は底板部の長軸方向の両端部を短軸と平行であり、かつ外足部３２の端面に一致する直線状に形成している。つまり底板部３３は、楕円の板状体の長軸方向の両端部を短軸に平行にかつ外足部の端面に一致する直線状に形成した構造である。
外足部３２は底板部３３上面の短軸側の両端部にそれぞれ底板部と一体に形成され、外足部３２の内側面と、中足部３１の外側面との距離Ｗ３が一定となるようになされている。
上記のこの構造を除いたその他の構成は実施例２と同様である。
このような形状にすることにより、以下の効果を生じる。
中足部３１の水平断面形状を楕円形とし、中足部３１の水平断面積に対しての付け根部分の領域を増大させることにより、中足部３１の付け根部分への磁束の集中が緩和される。
距離Ｗ３を一定にすることにより特定経路への磁束の集中が防止される。
中足部３１の長軸方向の長さＬ２５よりも底板部３３の長辺方向の長さＬ１が長く、特に長さＬ１をＬ２５の１．２倍以上２倍以下および長さＬ１をＷ１の１．０倍〜１．５倍にすることにより磁束の分布が均一化するとともに損失が最少になる。本実施例では、実施例２に比較して磁心材料が節約できる効果を持つだけでなく、実施例２よりも磁心の設置面積の削減が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁心の中足部の水平断面形状の扁平化、中足部側面とそれに対面する外足部側面との間の距離の一定化、外足部を中足部よりも長くすること、底板部底面形状での縦横比の制限、等を行うことにより、磁心のヒステリシス損失及び巻線の導通損失を総合的に低減し、発熱が少なくなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による磁心を示す（ａ）は平面図及び（ｂ）は正面図
【図２】本発明の実施例１による磁心の磁束分布を示すコアの断面図
【図３】図２のIII−III断面図
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１に係る磁心によるＬ１／Ｗ１およびＬ１／Ｌ２と損失との関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施例２による磁心を示す（ａ）は平面図及び（ｂ）は正面図
【図６】本発明の実施例３による磁心を示す（ａ）は平面図及び（ｂ）は正面図
【図７】従来例の磁心を示す（ａ）は平面図及び（ｂ）は正面図
【図８】従来例の磁心を示す（ａ）は平面図及び（ｂ）は正面図
【符号の説明】
１、２０、３０、９１、１００  磁心半体
１０  コイル
１１、２１、３１  中足部
１２、２２、３２  外足部
１３、２３、３３  底板部
【図１】
0003684104.tif 000002
【図２】
0003684104.tif 000003
【図３】
0003684104.tif 000004
【図４】
0003684104.tif 000005
【図５】
0003684104.tif 000006
【図６】
0003684104.tif 000007
【図７】
0003684104.tif 000008
【図８】
0003684104.tif 000009