(57)【要約】【課題】  トロイダル磁芯外周部での巻線間隔を均一にする【解決手段】  トロイダル磁心の円周に垂直な断面での形状が長方形である場合は、磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯の磁気ギャップ部Ｇの隙間より空芯コイルを挿入することで得られる線輪部品が得られる。空芯コイルが角筒状でも、磁気ギャップ部Ｇより挿入されることで徐々に円環状のコイルへ変形されてゆくため、トロイダル磁芯の外周部においても巻線の間隔を均一とできる。【選択図】図３
2011187763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯を用いた線輪部品であって、前記磁気ギャップは、前記トロイダル磁芯の円周の中心軸と垂直な前記トロイダル磁芯の断面においては、前記中心軸より引き出した直線に沿って形成されていて、さらに前記磁気ギャップの形成部を示す前記引き出した直線の方向は、前記中心軸に沿った前記トロイダル磁芯の高さに対して螺旋状に回転してゆく構造であることを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯を用いた線輪部品であって、前記磁気ギャップは、前記トロイダル磁芯の円周の中心軸を含む平面を、一意に定めた前記トロイダル磁芯の半径方向を軸として傾けた傾斜平面に沿って形成されていることを特徴とする線輪部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の線輪部品における前記トロイダル磁芯を、前記高さ方向に複数積み重ねるか、または半径方向に同心円状に積み重ねた複合トロイダル磁芯を用いることを特徴とする線輪部品。
【請求項４】
請求項３記載の線輪部品であって、前記トロイダル磁芯における前記磁気ギャップが、隣接する別のトロイダル磁芯の磁気ギャップと隣接しないことを特徴とする線輪部品。
【請求項５】
請求項３または４のいずれかに記載の線輪部品であって、複数の前記トロイダル磁芯は互いに透磁率、飽和磁化 、鉄損のいずれか一つ以上の磁気特性が異なることを特徴とする線輪部品。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の線輪部品であって、前記磁気ギャップは、空隙か、非磁性体か、前記トロイダル磁芯と異なる透磁率を持つ軟磁性体か、または磁石よりなることを特徴とする線輪部品。
【請求項７】
請求項３から５のいずれかに記載の線輪部品は、前記複合トロイダル磁芯に巻線を設けた後、前記複数のトロイダル磁芯を、前記中心軸より互いに相対的に回転させることを特徴とする線輪部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種交流機器における整流回路、雑音防止回路、共振回路等に装備される線輪部品及びその部品構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された従来技術には、磁気ギャップ部が、Ｃ字状のコア片の中心軸と直交する断面における貫通方向が、Ｃ字状コアの半径方向に対して傾斜しているＣ字状のコア片と、磁気ギャップ部内にコイル導線が通過可能な隙間を残してコア片を収容するケースとから構成されることで、巻線作業が従来よりも容易であり、自動化が可能となる線輪部品が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７７３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される従来技術では、コイル銅線をコアの隙間からコアの中央孔へ通過させ、コイル銅線がコアの中央孔部に接する際にコイル銅線はコア中央孔に沿って大きく変形されることになる。一方、トロイダル磁芯への巻線は、磁芯の内周も外周も等間隔で巻かれることで巻線の長さが最小限に抑えられ、巻線の部材費および直流抵抗を最小限に抑えることができるが、従来技術では前記のようにコイル銅線が大きく変形されるため、特にトロイダル磁芯外周部での巻線間隔を均一にすることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯を用いた線輪部品であって、前記磁気ギャップは、前記トロイダル磁芯の円周の中心軸と垂直な前記トロイダル磁芯の断面においては、前記中心軸より引き出した直線に沿って形成されていて、さらに前記磁気ギャップの形成部を示す前記引き出した直線の方向は、前記中心軸に沿った前記トロイダル磁芯の高さに対して螺旋状に回転してゆく構造であることを特徴とする線輪部品とすることで上記課題の解決を可能とする。
【０００６】
上記のトロイダル磁芯の磁気ギャップの方向がトロイダル磁芯の高さに対して螺旋状に回転してゆく構造は、例えば、飽和磁束密度が高い０．２３ｍｍ厚珪素鋼に前記中心軸より引き出した直線に沿って磁気ギャップを設け、磁気ギャップの方向がトロイダル磁芯の高さに対して螺旋状に回転してゆくよう０．２３ｍｍ厚珪素鋼を積み重ねる構成とすることで実現できる。また、ＭｎＺｎフェライトコアの金型をトロイダル磁芯の磁気ギャップの方向がトロイダル磁芯の高さに対して螺旋状に回転してゆく構造として、ＭｎＺｎフェライトのトロイダル磁心を得ても良い。
【０００７】
また本発明は、磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯を用いた線輪部品であって、前記磁気ギャップは、前記トロイダル磁芯の円周の中心軸を含む平面を、一意に定めた前記トロイダル磁芯の半径方向を軸として傾けた傾斜平面に沿って形成されていることを特徴とする線輪部品とすることでも上記課題の解決を可能とする。
【０００８】
上記のトロイダル磁心の時期ギャップを傾けた傾斜平面に沿って設ける構成は、例えばＦｅＳｉ粉等を圧縮成形した圧粉磁芯に切り込みを入れることで作成できる。
【０００９】
また本発明は、前記トロイダル磁芯を、前記高さ方向に複数積み重ねるか、または半径方向に同心円状に積み重ねた複合トロイダル磁芯を用いることを特徴とする線輪部品とすることでも上記課題の解決を可能とする。
【００１０】
本発明により、例えばトロイダル磁心の円周に垂直な断面での形状が長方形である場合は、磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯図１（ａ）の磁気ギャップ部Ｇの隙間より空芯コイル図２を挿入することで線輪部品が得られる。
【００１１】
空芯コイルは図２のように角筒状でも、磁気ギャップ部Ｇより挿入されることで徐々に円環状のコイルへ変形されてゆくため、トロイダル磁芯の外周部においても巻線の間隔を均一とできる。さらに、角柱状の空芯コイルに、予め角柱を螺旋形に変形した形状で、ポリテトラフルオロエチレン等の潤滑性のある材料で表面を覆った冶具を挿入し、空芯コイルを角柱形状から螺旋形状に変形、すなわち直線状となっている巻き軸が螺旋状となるよう変形させておくことで、よりスムーズに磁気ギャップを備えたトロイダル磁芯に挿入することができるため望ましい。また巻線の間隔を保ちながらトロイダル磁芯に装着でき、挿入時の作業性も向上する。なお、トロイダル磁心の円周に垂直な断面での形状に合わせて空芯コイルは円柱状や三角柱状などに変更してもよい。
【００１２】
また本発明により、例えば磁気ギャップを備えたトロイダルを積み重ねて図１（ａ）のような複合トロイダル磁芯とし、巻線を装着後に相対的にトロイダル磁芯を円周方向に図１（ｂ）のように回転させ、各々のトロイダル磁芯のギャップが連続しないようにした図３のような線輪部品が得られ、高いインダクタンス値を保ちながらも、優れた直流重畳特性を得ることができる。なお、相対的にトロイダル磁芯を円周方向に回転させなくとも、本発明による効果を享受できる。複合トロイダル磁芯としては、例えば高効率なＭｎＺｎフェライトによるトロイダル磁芯と飽和磁束密度が高い珪素鋼０．２３ｍｍ積層トロイダル磁芯の組み合わせなどがある。
【００１３】
トロイダル磁芯に絶縁性がない場合は、トロイダル磁芯を樹脂製のケース図４に収容するか、またはトロイダル磁芯の表面に絶縁塗料を塗布することで絶縁性を確保する。また、巻線の絶縁性が十分得られるような場合は、絶縁性のないトロイダル磁心へ直接巻線を設けても良い。また、予め空芯コイルを円環状、特に螺旋状に変形させておけば、本発明により空芯コイルの急激な変形がなくなったことで、空芯コイルとトロイダル磁心との摩擦が従来よりも少ないため、巻線への損傷も少なくなり、より確実に巻線の絶縁性を確保することができる。
【００１４】
また磁気ギャップの間隔をトロイダル磁心の高さに対して変化させると、トロイダル磁心の磁気飽和が分散されるため望ましい。特に、トロイダル磁心の高さ方向の上端や下端付近の磁気ギャップの間隔を広げると、より空芯コイルの挿入がスムーズになるため望ましい。
【００１５】
空芯コイルの巻線は、トロイダル磁心に挿入する必要があるため、空芯コイルの形状を保持できる程度の剛性が必要となるため、用いる銅線にも一定の剛性が求められる。一方、高インダクタンス用途において細い導体線を空芯コイルとして使用する場合、また高周波用途において複数の細い導体線を束ねたものを空芯コイルとして使用する場合には空芯コイルの形状を保持することが困難となるが、空芯コイルのうち、トロイダル磁心の内周部に当たる箇所で、空芯コイルの外側へ粘着テープを貼り付けることで形態を保持する上での必要な剛性を与えれば、本発明の効果を享受できる。
【００１６】
また、高いインダクタンス値が必要な場合は、トロイダル磁心の磁気ギャップへ軟磁性体を挿入しても良い。挿入する軟磁性体としては、フェライトやＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系磁性材料等の軟磁性粉とエポキシ樹脂やシリコーン等の結合材を混合した複合磁性体を用いても良く、フェライト板を磁気ギャップに接着剤を塗布して磁気ギャップに挿入後に接着しても良い。また、トロイダル磁心と同じ磁性材料に接着剤を塗布し磁気ギャップに挿入後接着しても良い、この場合は接着部の２箇所が磁気ギャップとなる。
【００１７】
また、一定の直流電流に交流電流が重畳された電流が通電される場合など、通電電流の極性が逆転しない用途では、トロイダル磁心の磁気ギャップへ磁石を挿入することで、直流重畳特性を一層改善することができる。挿入する磁石としては、ＳｍＣｏ等の磁石粉とエポキシ樹脂やシリコーン等の結合材を混合した複合磁性体を用いても良く、板面と垂直な方向へ着磁した磁石板に接着剤を塗布して磁気ギャップに挿入後接着しても良い。この場合、線輪部品への極性の接続間違いを防ぐため、線輪部品への極性表示や、逆極性接続時の保護回路を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、従来よりも巻線への損傷が少なく、かつ作業性よく等間隔に巻線を装着でき、直流重畳特性に優れた線輪部品を提供することができる。また、従来よりも空芯コイル挿入時の摩擦が少ないことから、トロイダル磁芯と空芯コイル間を近接させることが可能となるため、線間容量と直流抵抗の削減も可能となるほか、巻線もより確実に固定され、特性の安定化にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における磁芯の斜視図である。図１（ａ）は各々の磁芯の磁気ギャップが連続している構成を示す図であり、図１（ｂ）は各々の磁芯を相対的に回転させて磁気ギャップを不連続とした構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における空芯コイルの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における線輪部品の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における樹脂ケースの斜視図である。図４（ａ）は磁芯１を収納する樹脂ケースを示す図であり、図４（ｂ）は磁芯２を収納する樹脂ケースを示す図である。
【図５】本発明の実施形態における磁芯へ空芯コイルを挿入する方向を示す図である。Ｘ、Ｙ軸は磁芯の半径方向を含む平面内にあり、Ｚ軸は磁芯の高さ方向である。図５（ａ）は磁芯をＺ軸方向から見たときの空芯コイル挿入方向を示す図であり、図５（ｂ）は磁芯をＸ軸方向から見たときの空芯コイル挿入方向を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における磁芯へ空芯コイルを挿入する工程の説明図である。図６（ａ）は磁芯の磁気ギャップへ空芯コイルを挿入したことを示す図であり、図６（ｂ）はさらに磁芯に挿入した空芯コイルを磁芯の円周に沿って挿入したことを示す図である。
【図７】本発明の実施形態における直流重畳特性を示す図である。
【図８】従来例と本発明の実施形態における直流重畳特性を示す図である。
【図９】磁芯の材質と鉄損の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００２１】
本発明における線輪部品の一例として、磁芯を収納した樹脂ケース１１、１２に巻線３が設けられた線輪部品を図３に示す。樹脂ケース１１、１２には、各々図１に示すトロイダル形状の磁心１、２が収納され、樹脂ケース１１とトロイダル磁心１、樹脂ケース１２と磁心２とは磁心の磁気ギャップＧと樹脂ケースの隙間Ａの位置が一致するよう互いに接着固定されている。なお、磁気ギャップＧの間隔を樹脂ケースの隙間Ａより広めにすることで磁気ギャップＧの露出を防ぎ、磁心と巻線の間の絶縁性を確保している。
【００２２】
また、巻線３の両端部は絶縁被覆を除去し、半田めっきが施され、端子となっている。図３の線輪部品を作成するには、図１（ａ）のように磁芯間の磁気ギャップが互いに連続するよう配置し、角柱状の空芯コイル図２を磁芯の高さ方向に沿った磁気ギャップ面内方向（図５中矢印方向）より磁気ギャップに挿入（図６）し、さらに空芯コイルを磁芯の円周に沿って１周するまで挿入する。次に磁芯の円周の中心を軸として磁芯１を固定し、磁芯２を回転させることで磁芯１と磁芯２を相対的に回転させ、図１（ｂ）のように磁芯間の磁気ギャップが連続しないようずらす構成とした後、接着剤を磁芯１と磁芯２の間に塗布して接着することなどにより固定する。
【００２３】
なお、磁心１と磁心２の間に図示しない仕切板を設けてもよい。この場合、仕切板の両面面に磁心１、２が嵌る凹みを設けておくと、磁心１、２を相対的に回転させる場合に磁心１と磁心２の円周の中心軸がずれることがないため、望ましい。また、仕切板の材質を熱可塑性の樹脂とするか、仕切板上に磁芯の半径方向に沿った接着剤注入用の溝を設けることで相対的に回転させた後の固定を作業性良く行えるため、望ましい。
【００２４】
また、樹脂ケース１１、１２、仕切板は軟磁性粉末を結合材に分散した複合磁性体によって構成してもよく、この場合はインダクタンス値と直流重畳特性がより改善される。
【００２５】
図２の空芯コイルは、ソレノイドコイルのほか、ＬＦ／ＭＦ  海事及び航空送信機用の線輪として用いられてきたバンク巻きや、ピラミッド巻き（Ｎｉｅｌｓ  Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ、ＯＺ８ＮＪ  による）を行った巻線などを用いることもできる。なお、空芯コイルを確実に形態保持するためには、２から３層巻きとするのが望ましい。
【００２６】
また、磁芯と樹脂ケース、磁芯１と磁芯２または磁芯と仕切板には、相互に対応する凹凸を備えたスナップフィット構造を備えることで相互の位置固定の精度と作業性が向上するため望ましい。
【００２７】
（実施例）
図７は実施例１と実施例２の直流重畳特性の比較結果である。実施例１、２共に巻線の巻数は１２ターン、トロイダル形状磁芯の材質はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系磁性材料圧粉磁芯、内径１９ｍｍ、外径３８ｍｍで、実施例１は高さ１４ｍｍの磁芯一つのみで磁気ギャップは２ｍｍ、実施例２は高さ７ｍｍで磁気ギャップ４ｍｍの磁芯を２段重ね、磁気ギャップが連続しないよう、磁芯は相対的に回転して固定している。磁芯間の磁気ギャップの磁芯円周方向のずれは、２段の磁気ギャップが連続した位置から４ｍｍである。図７より実施例１よりも実施例２の直流重畳特性が優れていることが確認された。
【００２８】
図８は従来例および実施例３〜７の直流重畳特性の比較結果である。トロイダル形状磁芯の材質は透磁率約２１００のＭｎＺｎフェライトか、透磁率約１５０００、１枚あたりの厚さ０．２３ｍｍの積層珪素鋼板を使用している。また、いずれも巻線の巻数は１２ターンで、磁芯の内径１９ｍｍ、外径３８ｍｍ、磁気ギャップは４ｍｍである。
【００２９】
従来例は材質がＭｎＺｎフェライト、高さ１４ｍｍで高さ方向に平行で半径方向にも平行な磁気ギャップを持つ磁芯であり、実施例３は高さ７ｍｍのＭｎＺｎフェライト磁芯を２つ重ねた複合磁芯で、磁気ギャップは磁芯の半径方向に平行で磁芯の高さに伴って磁気ギャップの方向が螺旋状に回転してゆく螺旋状構成となっている。
【００３０】
実施例４は、実施例３の２つの磁芯を磁気ギャップが連続した配置から円周方向で４ｍｍずらすよう相対的に回転し、磁気ギャップに固有保磁力約８００ｋＡ／ｍのランタノイドマグネットを挿入している。
【００３１】
実施例５は、高さ７ｍｍのＭｎＺｎフェライト磁芯と、高さ７ｍｍの積層珪素鋼板磁芯を重ねた複合磁芯で、磁気ギャップが連続した配置から円周方向で４ｍｍずらすよう相対的に回転している。
【００３２】
実施例６は、実施例３の２つの磁芯を磁気ギャップが連続した配置から円周方向で４ｍｍずらすよう相対的に回転し、磁気ギャップに鉄系の軟磁性粉と結合剤を混合した複合磁性体で比透磁率が６となるよう配合比を調整したものを挿入している。
【００３３】
実施例７は、実施例３の２つの磁芯を磁気ギャップが連続した配置から円周方向で４ｍｍずらすよう相対的に回転し、磁気ギャップに鉄系の軟磁性粉と結合剤を混合した複合磁性体で比透磁率が６０となるよう配合比を調整したものを挿入している。
【００３４】
図８より、単一の材質の磁芯で、磁気ギャップが連続している従来例と実施例３は直流重畳特性の上では大きな差は認められないが、実施例４から７のように、複数の磁芯を相対的に回転させて磁気ギャップを不連続とした構成や、磁気ギャップに軟磁性体や磁石を挿入する構成とすることで直流重畳特性をさらに改善することも、インダクタンス値を調整することも可能であることが確認された。
【００３５】
また、図９の磁芯の材質と鉄損の関係より、飽和磁束密度の高い珪素鋼板は鉄損が大きく、比較的飽和磁束密度の少ないＭｎＺｎフェライトや比較的高価なアモルファスは鉄損が小さいことから、例えば珪素鋼板とＭｎＺｎフェライトを複合した磁芯を用いることで少なくとも振幅の小さい通電電流に対しては鉄損を改善することができ、振幅の大きい通電電流に対しても磁気飽和しない線輪部品を得ることができる。
【００３６】
本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、磁芯と導線の間を絶縁する樹脂ケースに代えて、エポキシ系若しくはナイロン系の塗料（ワニス）を磁芯の表面に塗布して絶縁層を形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２      磁芯
１１、１２      樹脂ケース
３      巻線
【図１】
2011187763.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】
2011187763.tif 000008
【図７】
2011187763.tif 000009
【図８】
2011187763.tif 000010
【図９】
2011187763.tif 000011