(57)【要約】【課題】磁気ギャップ部に複合樹脂を充填してなるコイル装置における直流重畳特性を更に改善する。【解決手段】本発明に係る磁性コア１は、外周面と内周面の間を貫通する磁気ギャップ部10を有するコア本体を具え、該コア本体の磁気ギャップ部10には、合成樹脂中に磁性粉を混入させた複合樹脂３が充填されている。コア本体は、その内周面が内側に隆起してなる突出部５を有し、該突出部５を含む領域に、複合樹脂を充填した磁気ギャップ部10が設けられて、突出部５の突出によって磁気ギャップ部10のギャップ深さＤｇが拡大されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面と内周面の間を貫通する磁気ギャップ部を有するコア本体を具え、該コア本体の磁気ギャップ部には、合成樹脂中に磁性粉を混入させた複合樹脂が充填されている磁性コアにおいて、コア本体は、その内周面が内側に隆起してなる突出部を有し、該突出部を含む領域に、前記複合樹脂を充填した磁気ギャップ部が設けられて、該突出部の突出によって磁気ギャップ部のギャップ深さが拡大されていることを特徴とする磁性コア。
【請求項２】
コア本体は、磁性粉をリング状に圧縮成形した後に磁気ギャップ部を開設したものである請求項１に記載の磁性コア。
【請求項３】
前記磁性粉は、センダストの粉末である請求項２に記載の磁性コア。
【請求項４】
前記コア本体の磁気ギャップ部は、コア本体の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア本体の中心軸とずれている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の磁性コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ギャップ部を有する磁性コアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種交流機器に用いられるコイル装置は、図９に示す如く、磁気ギャップ部(70)を有するＣ字状のコア(７)の外周面にコイル(８)を巻装して構成されている。
磁気ギャップ部を有するコイル装置によれば、磁気ギャップ部を有しないコイル装置と比較して、図１０に示す如く、交流信号に重畳される直流重畳電流に対するインダクタンスの変化(直流重畳特性)が平坦なカーブに変化し、比較的大きな直流重畳電流でのインダクタンスが増大することになる。
【０００３】
しかしながら、逆に、磁気ギャップ部の開設により、図１０に示す如く低い直流重畳電流でのインダクタンスが減少し、これによって機器の待機時における電力損失が大きくなる問題がある。
そこで、磁気ギャップ部に、合成樹脂中に磁性粉を混入させてなる複合樹脂を充填することによって、直流重畳特性を変化させることが提案されている(特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気ギャップ部に複合樹脂を充填してなるコイル装置によれば、磁気ギャップ部のギャップ長Ｌｇを変えることなくインダクタンスＬの大きさを変化させることが出来るが、磁気ギャップ部の無いコイル装置の低直流重畳電流におけるインダクタンスには大きく及ばず、依然として、直流重畳特性を改善する余地が残されている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、磁気ギャップ部に複合樹脂を充填してなるコイル装置における直流重畳特性を更に改善することが出来る磁性コアを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る磁性コア(１)は、外周面と内周面の間を貫通する磁気ギャップ部(10)を有するコア本体を具え、該コア本体の磁気ギャップ部(10)には、合成樹脂中に磁性粉を混入させた複合樹脂(３)が充填されている。
ここで、コア本体は、その内周面が内側に隆起してなる突出部(５)を有し、該突出部(５)を含む領域に、前記複合樹脂を充填した磁気ギャップ部(10)が設けられて、該突出部(５)の突出によって磁気ギャップ部(10)のギャップ深さＤｇが拡大されている。
【０００８】
具体的な態様において、コア本体は、磁性粉(例えばセンダストの粉末)をリング状に圧縮成形した後に切断によって磁気ギャップ部を開設したものである。
【０００９】
更に具体的な態様において、前記コア本体の磁気ギャップ部(10)は、コア本体の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア本体の中心軸とずれている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る磁性コアによれば、突出部(５)は、コア本体の内周面の一部が隆起したものに過ぎないので、コア本体の内周面(11)の内側には、十分な巻数で巻線を施すスペースを確保することが可能である。そして、突出部(５)の形成によって磁気ギャップ部(10)のギャップ深さＤｇが拡大しているので、磁気ギャップ部(10)に複合樹脂(３)を充填してなるコイル装置における直流重畳特性を更に改善することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係るコアの平面図である。
【図２】図２は、本発明に係る他のコアの平面図である。
【図３】図３は、従来のコアの平面図である。
【図４】図４は、ギャップ深さに対するインダクタンスの変化を示すグラフである。
【図５】図５は、ギャップ部の構成が異なる複数のサンプルの直流重畳特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明に係る磁性コアに空芯コイルを装着する工程を表わす図である。
【図７】図７は、本発明に係る更に他のコアの製造工程を示す一連の断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る更に他のコアの平面図である。
【図９】図９は、一般的なコイル装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、ギャップ部の有無による直流重畳特性の変化を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る磁性コア(１)は、図１に示す如く、円筒面からなる外周面と内周面の間を貫通する磁気ギャップ部(10)を有するコア本体を具え、該コア本体は、センダストの磁性粉をリング状に圧縮して成形した後に切断によって磁気ギャップ部(10)を開設したものである。
【００１３】
該磁性コア(１)の磁気ギャップ部(10)は、コア本体の中心軸Ｐと直交する断面における貫通方向がコア本体の中心軸Ｐとずれている。該磁気ギャップ部(10)には、エポキシ樹脂中にセンダストの磁性粉を８：２の比率で混入させた複合樹脂(３)が充填されている。
【００１４】
磁性コア(１)のコア本体は、その内周面が内側に隆起してなる突出部(５)を有し、該突出部(５)を含む領域に、複合樹脂(３)を充填した磁気ギャップ部(10)が設けられて、該突出部(５)の突出によって磁気ギャップ部(10)のギャップ深さ(磁気ギャップ部の貫通方向に沿う長さ)Ｄｇが拡大されている。
【００１５】
図２に示す磁性コア(１)は、図１に示す磁性コア(１)よりも更に、突出部(５)を大きく突出させて磁気ギャップ部(10)のギャップ深さＤｇを拡大したものである。
【００１６】
これに対し、図３に示す従来の磁性コア(２)は、円筒面からなる外周面と内周面(21)の間を貫通する磁気ギャップ部(20)を有するコア本体を具え、該コア本体は、センダストの磁性粉をリング状に圧縮して成形したものである。
尚、磁性コア(２)には、その内周面(21)が内側に隆起してなる突出部は形成されていない。
【００１７】
該磁性コア(２)の磁気ギャップ部(20)は、コア本体の中心軸Ｐと直交する断面における貫通方向がコア本体の中心軸Ｐとずれている。該磁気ギャップ部(20)には、エポキシ樹脂中にセンダストの磁性粉を８：２の比率で混入させた複合樹脂(４)が充填されている。
【００１８】
一般に図９に示す如きコイル装置においては、磁性コア(７)の幅をＷ、磁気ギャップ部(70)のギャップ長をＬｇ、ギャップ深さをＤｇ、コイル(８)の巻数をＮ、磁性コア(７)の磁気抵抗をＲｃ、磁気ギャップ部(10)の磁気抵抗をＲｇ、真空の透磁率をμ０、磁性コア(７)の比透磁率をμＳとすると、インダクタンスＬは、次の様に表わされる。
【００１９】
Ｌ＝Ｎ２／(Ｒｃ＋Ｒｇ)
ここで、Ｒｇ≫Ｒｃとすると、Ｒｃ＋Ｒｇ≒Ｒｇとなる。従って、
Ｌ＝Ｎ２／Ｒｇ
又、Ｒｇ＝Ｌｇ／μ０μＳＤｇＷ
よって、
Ｌ＝Ｎ２／Ｒｇ＝μ０μＳＮ２Ｗ・（Ｄｇ／Ｌｇ）
【００２０】
上記関係式から明らかな様に、インダクタンスＬは、ギャップ深さＤｇに比例し、ギャップ長Ｌｇに反比例する。
従って、ギャップ深さＤｇを増大させることによってインダクタンスＬを増大させることが出来る。
【００２１】
ギャップ深さＤｇを増大させるには、磁性コア(７)の内径を減少させるか、磁性コア(７)の外径を増大させる必要があるが、磁性コア(７)の内径を減少させると、十分な巻数Ｎを確保することが出来ない。又、磁性コア(７)の外径を増大させると、コイル装置の大型化を招くことになる。
【００２２】
そこで本発明に係る磁性コア(１)においては、図１及び図２に示す様に、磁性コア(１)の内周面(11)の一部に突出部(５)を形成して、該突出部(５)を含む領域に磁気ギャップ部(10)を設けることにより、磁気ギャップ部(10)のギャップ深さＤｇを拡大しているのである。
突出部(５)は、磁性コア(１)の内周面(11)の一部を隆起させたものに過ぎないので、内周面(11)の内側に十分な巻数で巻線を施すことの出来るスペースが確保される。
【００２３】
図４は、図３に示す磁性コア(２)と、図１に示す磁性コア(１)と、図２に示す磁性コア(１)において、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填していない３種類のサンプルを作製し、これらの直流重畳特性を実測して直流重畳電流が零におけるインダクタンスＬをグラフ化したものである。コイル巻数Ｎは何れも２０ターンである。
【００２４】
尚、図３に示す磁性コア(２)と図１及び図２に示す磁性コア(１)(１)のギャップ深さＤｇはそれぞれ、６.７１３ｍｍ、１３.１２３ｍｍ、１５.６２７ｍｍであり、ギャップ長Ｌｇは何れも１.７ｍｍである。
又、コア本体の内径は２０ｍｍ、外径は３３ｍｍ、幅は１０ｍｍである。
【００２５】
ギャップ深さＤｇが６.７１３ｍｍ、１３.１２３ｍｍ、１５.６２７ｍｍの場合のインダクタンスＬはそれぞれ、１２.４４μＨ、１３.８２５μＨ、１４.２９７μＨとなっており、ギャップ深さＤｇが大きい程、インダクタンスＬが大きくなっている。
この結果から、本発明の磁性コア(１)によれば、コア本体の内周面(11)の一部に突出部(５)を形成してギャップ深さＤｇを拡大することでインダクタンスＬを増大させることが出来ることが明らかである。
【００２６】
図５は、図３に示す磁性コア(２)と、図１に示す磁性コア(１)と、図２に示す磁性コア(１)において、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填していない３種類のサンプルａ(現行サイドギャップ)、ｃ(サイドギャップＢ)、ｂ(サイドギャップＡ)を作製すると共に、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填した３種類のサンプルｄ(現行サイドギャップ(磁性粉入りギャップ材))、ｆ(サイドギャップＢ(磁性粉入りギャップ材))、ｅ(サイドギャップＡ(磁性粉入りギャップ材))を作製し、これらの直流重畳特性を実測してグラフ化したものである。コイル巻数Ｎは何れも３５ターンである。
コア本体の形状寸法は前記のとおりである。
【００２７】
図５から明らかな様に、直流重畳電流が３０Ａ以下では、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填していない３種類のサンプルａ、ｃ、ｂよりも、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填した３種類のサンプルｄ、ｆ、ｅの方が、インダクタンスＬは大きくなっている。
【００２８】
又、磁気ギャップ部(20)(10)(10)に複合樹脂(４)(３)(３)を充填した３種類のサンプルｄ、ｆ、ｅの比較においては、直流重畳電流が３０Ａ以下では、図３に示す従来の磁性コア(２)のインダクタンスＬよりも、図１及び図２に示す本発明の磁性コア(１)のインダクタンスＬが大きくなっており、更に、図１に示す磁性コア(１)のインダクタンスＬよりも、ギャップ深さＤｇのより大きな図２の磁性コア(１)のインダクタンスＬが大きくなっている。
【００２９】
特に、直流重畳電流が１５Ａ以下では、磁気ギャップ部に複合樹脂を充填し、且つギャップ深さＤｇを増大させることによるインダクタンスＬの増大が顕著に現われている。
【００３０】
尚、直流重畳電流が３０Ａ以上では、直流重畳電流が３０Ａ以下の場合とインダクタンスＬの大小関係が逆転して、特に直流重畳電流が６０Ａでは、磁気ギャップ部に複合樹脂が充填され且つギャップ深さＤｇが最も大きな本発明の磁性コア(サンプルｅ)のインダクタンスＬが、磁気ギャップ部に複合樹脂が充填されず且つギャップ深さＤｇが最も小さな従来の磁性コア(サンプルａ)のインダクタンスＬよりも約３μＨだけ小さくなっている。
【００３１】
しかしながら、直流重畳電流が待機時の零Ａでは、磁気ギャップ部に複合樹脂が充填され且つギャップ深さＤｇが最も大きな本発明の磁性コア(サンプルｅ)のインダクタンスＬが、磁気ギャップ部に複合樹脂が充填されず且つギャップ深さＤｇが最も小さな従来の磁性コア(サンプルａ)のインダクタンスＬよりも約９μＨだけ大きくなっている。
即ち、本発明に係る磁性コア(１)によれば、直流重畳特性において低直流重畳電流におけるインダクタンスＬだけを部分的に持ち上げる効果が得られるのである。
【００３２】
上述の如く、本発明に係る磁性コア(１)によれば、低い直流重畳電流ではインダクタンスＬが顕著に増大することになり、待機時の電力消費を大幅に削減することが可能である。
【００３３】
図６は、本発明に係る磁性コア(１)に空芯コイル(８)を装着する工程を表わしている。空芯コイル(８)は、大径部(81)と小径部(82)を繰り返し形成して構成されている。尚、磁性コア(１)の表面は絶縁層(図示省略)により覆われている。
先ず、磁性コア(１)の磁気ギャップ部(10)を挟む一対のコア端面(1a)(1b)の内、コア中心から遠い一方のコア端面(1b)を有するコア端部が空芯コイル(８)の中央孔へ浸入する様に、空芯コイル(８)の凹凸状側部(85)を磁性コア(１)の磁気ギャップ部(10)へ押し込む。この際、空芯コイル(８)の凹凸状側部(85)を挿入補助具(９)を用いて挟圧し、その凹凸形状を平面形状に矯正しながら、磁性コア(１)の磁気ギャップ部(10)に押し込んでいく。これによって、空芯コイル(８)の側部は、コイル導線の直径よりも僅かに大きな幅の磁気ギャップ部(10)を通過する。
【００３４】
更に空芯コイル(８)を磁性コア(１)の奥部へ押し進めると、空芯コイル(８)の側部(85)は、その弾性復帰力によって元の凹凸形状に戻ることになる。この様にして、空芯コイル(８)を押し進めて、側部(85)をその全長に亘って磁性コア(１)の中央孔内に押し込む。
この過程で、空芯コイル(８)の前端が磁性コア(１)の突出部(５)に当接して受け止められ、更に空芯コイル(８)を押圧することにより、空芯コイル(８)が巻き軸方向の圧縮力を受けて、磁性コア(１)の中央孔内では２層状態に重なることになる。
この様にして磁性コア(１)に空芯コイル(８)が巻装され、その後、磁気ギャップ部(10)に複合樹脂(３)を充填することによって、コイル装置が完成する。
【００３５】
上記の空芯コイル装着工程では、磁性コア(１)の突出部(５)が、空芯コイル(８)の前端を受け止めるストッパーの役割を果たす。
尚、磁性コア(１)の磁気ギャップ部(10)のギャップ長Ｌｇは、空芯コイル(８)の導線の直径よりも大きいことが必要となり、ギャップ長Ｌｇが大きい程、空芯コイル(８)の装着時の作業性が良好となる。
【００３６】
上述の如く、磁性コアのインダクタンスＬは、ギャップ深さＤｇとギャップ長Ｌｇの比（Ｄｇ／Ｌｇ）に比例するが、本発明に係る磁性コア(１)によれば、ギャップ深さＤｇを拡大することが出来るので、ギャップ長Ｌｇを多少大きく形成したとしても、依然としてインダクタンスＬを増大させることは可能である。
従って、本発明に係る磁性コア(１)によれば、ギャップ長Ｌｇを大きく形成することによって、空芯コイル(８)の装着作業性を改善することが出来る。
【００３７】
図７は、本発明に係る他の磁性コア(１)を用いたコイル装置の製造工程を示している。
先ず、図７(ａ)の如く、その内周面に突出部(５)と凹部(12)とを有する磁性コア(１)を作製し、その表面を絶縁層(６)により覆う。
次に図７(ｂ)の如く、凹部(12)においてギャップ切断を施し、磁気ギャップ部(10)を形成する。
続いて図７(ｃ)の如く予め作製した空芯コイル(８)を磁性コア(１)に磁気ギャップ部(10)を通じて装着した後、磁気ギャップ部(10)に複合樹脂(３)を充填する。
【００３８】
図７に示すコイル装置の製造方法によれば、磁性コア(１)の凹部(12)の内面が絶縁層(６)により覆われているので、磁性コア(１)に空芯コイル(８)を装着する工程で空芯コイル(８)の被覆が受け得る損傷を最小限に抑制することが出来る。
図７に示す磁性コア(１)においても、磁気ギャップ部(10)のギャップ深さの増大によって低直流重畳電流でのインダクタンスＬを従来よりも増大させることが出来る。
【００３９】
更に図８に示す磁性コア(１)においては、磁気ギャップ部(10)の貫通方向がコア本体の中心軸Ｐと直交しており、該磁気ギャップ部(10)を含む領域に、突出部(５)が形成されている。
該磁性コア(１)においても、ギャップ深さの増大によって低直流重畳電流でのインダクタンスＬを従来よりも増大させることが出来る。
【００４０】
本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、複合樹脂(３)としては、エポキシ樹脂中にセンダストの磁性粉を混入させたもの限らず、接着性を有する各種の合成樹脂中に、鉄粉などの周知の磁性粉を混入させたものを採用することが出来る。
又、磁性コア(１)のコア本体としては、センダストの成型品に限らず、例えば打抜き成形した珪素鋼板を積層したものを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
(１)  磁性コア
(10)  磁気ギャップ部
(11)  内周面
(３)  複合樹脂
(５)  突出部
Ｄｇ  ギャップ深さ
Ｌｇ  ギャップ長
【図１】
2011181869.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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