(57)【要約】      （修正有）【課題】ギャップの形状に自由度を持たせて、トロイダルコアの直流重畳特性を改善することができるようにする。【解決手段】帯状磁性体２１０を円環状に巻回したトロイダルコア２００と、トロイダルコア２００の周囲に巻回した巻線４００とを備えたトロイダル型チョークコイルにおいて、帯状磁性体２１０は、磁性材料からなる磁性薄帯２２０と絶縁材料からなる絶縁薄帯とを貼り合せてなり、磁性薄帯２２０に複数のギャップ２４０が所定の間隔で設けられるようにした。複数のギャップ２４０は、例えば、同一間隔やランダムな間隔で形成されるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状磁性体を円環状に巻回したトロイダルコアと、同トロイダルコアの周囲に巻回した巻線とを備えたチョークコイルにおいて、前記帯状磁性体は、磁性材料からなる磁性薄帯と絶縁材料からなる絶縁薄帯とを貼り合せてなり、前記磁性薄帯に複数のギャップが設けられていることを特徴とするチョークコイル。
【請求項２】
前記複数のギャップは、同一間隔で形成されたことを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【請求項３】
前記複数のギャップは、ランダムな間隔で形成されたことを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【請求項４】
前記複数のギャップは、順次拡大する間隔で形成されたことを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【請求項５】
前記帯状磁性体を巻回して前記トロイダルコアの径方向に前記ギャップを部分的に集結したギャップ組を形成し、同ギャップ組が円周方向に複数個分散して配置されるようにしたことを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョークコイルのトロイダルコアの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気調和機のノイズフィルタやインバータ回路などに用いられるチョークコイルには、トロイダルコアと、トロイダルコアに巻回される巻線とを有するトロイダル型チョークコイルが知られている。一般に、このトロイダルコアは、帯状磁性鋼板を巻回してドーナツ状とし、熱処理およびワニス含浸を施し硬化させた後、砥石等の研削加工機を用いて一部を切断加工することで所定幅のギャップが形成されたものである。
【０００３】
トロイダルコアにギャップを設けることによって、磁気飽和特性を改善することができるが、切断加工によるギャップの形成は、研削加工機の設備投資やメンテナンス費用が高価であること、また、加工精度を出すことが難しいこと、さらには、ギャップの切断面にバリが発生し、帯状磁性鋼板の層間で短絡による渦電流損が増大し、発熱の増大につながることといった問題があった。
【０００４】
そこで、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示すように、トロイダル型チョークコイル１２として、トロイダルコア１３を格納したコアケース１４の周囲に巻線１５が巻回されており、帯状磁性鋼板１６に予めスリット孔１７を順次間隔を大きくして（ａ＜ｂ＜ｃ）複数個設け、帯状磁性鋼板１６を巻回した際に、トロイダルコア１３に、これら複数個のスリット孔１７が集結することで一箇所にギャップ１８が形成されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このトロイダルコア１３によれば、研削加工機による切断加工によらず、ギャップ１８が形成されるため、上述の問題を解決することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、帯状磁性鋼板１６を巻回してトロイダルコア１３を形成しているため、ギャップ１８の形成は、図５（Ｂ）のスリット孔１７のように、帯状磁性鋼板１６の一部を接続しておく必要がある。このため、帯状磁性鋼板１６を完全に切断してギャップを形成する場合に比べて、直流重畳特性が悪くなり、巻線１５に流れる電流値が低い場合でもトロイダルコア１３が磁気飽和するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０３００１号公報（第８頁−第９頁、第１図、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、ギャップの形状に自由度を持たせて、トロイダルコアの直流重畳特性を改善することができるチョークコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、帯状磁性体を円環状に巻回したトロイダルコアと、同トロイダルコアの周囲に巻回した巻線とを備えたチョークコイルにおいて、前記帯状磁性体は、磁性材料からなる磁性薄帯と絶縁材料からなる絶縁薄帯とを貼り合せてなり、前記磁性薄帯に複数のギャップが設けられていることを特徴とする構成となっている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のチョークコイルにおいて、前記複数のギャップは、同一間隔で形成されたことを特徴とする構成となっている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のチョークコイルにおいて、前記複数のギャップは、ランダムな間隔で形成されたことを特徴とする構成となっている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のチョークコイルにおいて、前記複数のギャップは、順次拡大する間隔で形成されたことを特徴とする構成となっている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のチョークコイルにおいて、前記帯状磁性体を巻回して前記トロイダルコアの径方向に前記ギャップを部分的に集結したギャップ組を形成し、同ギャップ組が円周方向に複数個分散して配置されるようにしたことを特徴とする構成となっている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁性薄帯を完全に切断してギャップを形成してもトロイダルコアの製作ができるので、容易にギャップを設けることができ、また、トロイダルコアの直流重畳特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるチョークコイルを示す説明図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図２】本発明による帯状磁性体の説明図で、（Ａ）は第１実施例の帯状磁性体の概略正面図、（Ｂ）は第２実施例の帯状磁性体の概略正面図である。
【図３】本発明によるギャップの配置説明図で、（Ａ）は第１実施例におけるトロイダルコアの断面要部拡大図、（Ｂ）は第２実施例におけるトロイダルコアの断面要部拡大図である。
【図４】本発明によるトロイダルコアを形成するためのトロイダルコア製造装置を示す模式図である。
【図５】従来のチョークコイルを示す説明図で、（Ａ）はチョークコイルの外観斜視図、（Ｂ）は長尺方向に縮尺した帯状磁性鋼板の概略正面図、（Ｃ）はトロイダルコアの外観斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）のＡ−Ａ線に相当する要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。本発明によるトロイダル型チョークコイルは、空気調和機のノイズフィルタやインバータ回路などに用いられる電子部品である。図１に示すように、トロイダル型チョークコイル１００は、トロイダルコア２００と、コアケース３００と、コアケース３００の周囲に巻回された絶縁電線からなる巻線４００と、リード線５００と、中継端子を介して接続された巻線４００およびリード線５００を部分的に覆うように設けられた耐熱チューブ６００と、リード線５００の一端に接続されたコネクタ７００とで構成されている。
【００１６】
トロイダルコア２００は、図２に示すように、予め定めた透磁率を有しアモルファス金属などの磁性材料で形成された磁性薄帯２２０と、耐熱性を有する絶縁材料で形成された絶縁薄帯２３０との２層を有する帯状磁性体２１０を形成し、この帯状磁性体２１０を円環状に巻回した後、熱処理およびワニス含浸を施し硬化させてドーナツ状に成形されている。
【００１７】
コアケース３００は、トロイダルコア２００を衝撃などからの保護および巻線４００との間の絶縁のため、耐熱性を有する樹脂材で形成された上ケース３１０と下ケース３２０とで構成されており、上ケース３１０および下ケース３２０は、外形部が略円筒状で内径部にドーナツ状の空洞を備え、内部にトロイダルコア２００が格納できるよう形成されている。また、下ケース３２０には、図示を省略した空気調和機の筐体へトロイダル型チョークコイル１００をネジ止め固定するための貫通孔３３０が３箇所に設けられている。
【００１８】
巻線４００は、定格電流や直流重畳インダクタンスなどの所望の電気的特性を満足する絶縁電線が選択され、所定の巻回数で略円筒状のコアケース３００に螺旋状に巻回されている。
【００１９】
リード線５００は、導体と樹脂被膜からなり、一端が中継端子を介して巻線４００と電気的に接続され、他端が雌型の端子を有するコネクタ７００と電気的に接続されている。なお、コネクタ７００の雌型の端子は、図示を省略した制御基板に設けられた雄型の端子に電気的に接続されている。
【００２０】
耐熱チューブ６００は、耐熱材料で形成されており、この耐熱チューブ６００にて、コアケース３００のドーナツ状の空洞から引き出された巻線４００の引き出し部からリード線５００の途中まで覆い、巻線４００やリード線５００および中継端子をトロイダル型チョークコイル１００自身の発熱や、近傍に設置された他の電気機器が発する熱から保護すると共に中継端子の絶縁を確保している。
【００２１】
次に、以上説明してきたトロイダル型チョークコイル１００の構成のうち、本発明の特徴となるトロイダルコア２００について説明する。このトロイダルコア２００には、図１（Ｃ）に示すように、巻線４００に流れる電流が負荷変動で増加しても磁気飽和しないようにするためのギャップ２４０が設けられている。このギャップ２４０は、ドーナツ状に形成されたトロイダルコア２００の円周方向および径方向に分散して複数個配置されている。
【００２２】
このように、トロイダルコア２００にギャップ２４０を分散して複数個配置するための帯状磁性体２１０の構造は、図２に示すようになっている。なお、本発明の実施例として、ギャップ２４０をトロイダルコア２００の円周方向および径方向にランダムに分散して複数個配置するようにした帯状磁性体２１０と、ギャップ２４０をトロイダルコア２００の径方向に部分的に集結したギャップ組を円周方向に分散して複数個配置するようにした帯状磁性体２１０の２つの実施例について説明する。
【００２３】
まず、ギャップ２４０をトロイダルコア２００の円周方向および径方向にランダムに分散して複数個配置するようにした帯状磁性体２１０について説明する。この帯状磁性体２１０は、図２（Ａ）に示すように、厚さＴ１が２５μｍの磁性材料からなる磁性薄帯２２０と、厚さＴ２が１μｍ程度の絶縁材料からなる絶縁薄帯２３０とを接着剤などを用いて貼り合せたものであり、磁性薄帯２２０には、その長手方向に交差するスリット２４１が複数個形成されており、それぞれのスリット２４１がギャップ２４０として機能するようになっている。
【００２４】
それぞれのギャップ２４０は、そのギャップ幅Ｇが１００μｍであって、磁性薄帯２２０の長手方向に予め設定された同一間隔ａ、ｂ、ｃ（ａ＝ｂ＝ｃとする）で磁性薄帯２２０全体に形成されている。この帯状磁性体２１０を上述のように成形することで完成されたトロイダルコア２００は、図１（Ｃ）のＥ部を拡大した図３（Ａ）に示すように、それぞれのギャップ２４０がトロイダルコア２００の円周方向および径方向にランダムに分散して複数個配置されたものとなる。
【００２５】
次に、ギャップ２４０をトロイダルコア２００の径方向に部分的に集結したギャップ組を円周方向に分散して複数個配置するようにした帯状磁性体２１０について説明する。なお、上述の実施例と共通する部分は説明を省略する。この帯状磁性体２１０は、図２（Ｂ）に示すように、それぞれのギャップ２４０が、磁性薄帯２２０の長手方向に予め設定された順次拡大する間隔ｄ、ｅ、ｆ（ｄ＜ｅ＜ｆ）によるギャップ組、これと相違する予め設定された順次拡大する間隔ｇ、ｈ、ｉ（ｇ＜ｈ＜ｉ）によるギャップ組といった複数のギャップ組が磁性薄帯２２０全体に形成されている。複数のギャップ組は、トロイダルコア２００の内径側から外径側になるほど円周の長さが長くなるので、外径側に配置されるギャップ組になるほど、それぞれのギャップ２４０の順次拡大する間隔が大きくなるように設定されている。この帯状磁性体２１０を上述のように成形することで完成されたトロイダルコア２００は、図１（Ｃ）のＥ部を拡大した図３（Ｂ）に示すように、それぞれのギャップ２４０が、トロイダルコア２００の径方向に部分的に４つのギャップ２４０が集結したギャップ組を円周方向に分散して複数個配置されたものとなる。
【００２６】
なお、前者の実施例では、それぞれのギャップ２４０は、磁性薄帯２２０の長手方向に予め設定された同一間隔ａ、ｂ、ｃで形成されているが、本発明はこれに限らず、ギャップ２４０を、磁性薄帯２２０の長手方向に予め設定されたランダムな間隔ａ、ｂ、ｃ（ａ≠ｂ≠ｃとする）で形成されるようにしてもよい。また、本実施例では、それぞれのギャップ２４０のギャップ幅Ｇが１００μｍであるが、本発明はこれに限らず、ギャップ幅Ｇは必要な直流重畳特性を得るために適宜設定することができる。更に、後者の実施例では、それぞれのギャップ２４０は、トロイダルコア２００の径方向に部分的に４つのギャップ２４０が集結したギャップ組としたが、本発明はこれに限らず、トロイダルコア２００の径方向に部分的に２個以上集結したギャップ組であってもよい。また、それぞれのギャップ２４０は、図３（Ｂ）に示すように、複数のギャップ組がトロイダルコア２００の径方向および円周方向に分散して配置されるようにしたが、本発明はこれに限らず、磁性薄帯２２０の長手方向に予め設定された順次拡大する間隔でギャップ２４０を形成して、トロイダルコア２００の径方向に一箇所にギャップ組が形成されるようにしてもよい。
【００２７】
次に、以上説明してきたトロイダルコア２００を成形するための製造工程について説明する。図４に示すように、トロイダルコア製造装置８００は、絶縁薄帯２３０を巻回した絶縁薄帯ドラム８１０と、磁性薄帯２２０を巻回した磁性薄帯ドラム８２０と、絶縁薄帯ドラム８１０から引き出した絶縁薄帯２３０と磁性薄帯ドラム８２０から引き出した磁性薄帯２２０とを貼り合せた状態で切断装置８４０に移送する送りローラ８３０と、送りローラ８３０から移送された絶縁薄帯２３０と磁性薄帯２２０とを貼り合せた帯状磁性体２１０のうち、磁性薄帯２２０のみを切断する切断装置８４０と、切断装置８４０にて磁性薄帯２２０のみを切断された帯状磁性体２１０を巻回する帯状磁性体巻回リール８５０とで構成されている。
【００２８】
このトロイダルコア製造装置８００を用いてトロイダルコア２００を成形するには、まず、絶縁薄帯ドラム８１０から引き出した絶縁薄帯２３０の磁性薄帯２２０との貼り合せ面に、図示を省略するが、予め接着剤を塗布する。続いて、接着剤が塗布された絶縁薄帯２３０と磁性薄帯ドラム８１０から引き出した磁性薄帯２２０とを送りローラ８３０にて貼り合せて、絶縁薄帯２３０と磁性薄帯２２０との２層構造からなる帯状磁性体２１０を成形する。
【００２９】
この帯状磁性体２１０を送りローラ８３０により予め設定された間隔で切断装置８４０の位置まで順次移送し、移送されてきた帯状磁性体２１０を切断装置８４０のカッターにより磁性薄帯２２０のみを切断する。この磁性薄帯２２０の切断によって、上述の間隔にて複数のスリット２４１が形成される。これらのスリット２４１が、複数のギャップ２４０となる。このとき、送りローラ８３０と切断装置８４０は、図示を省略したコントローラからの上述の間隔に対応する駆動制御信号により連動して制御される。なお、切断装置８４０にてスリット２４１を形成するようにしたが、これに限らず、切断装置８４０のカッターの仕様を変更し、スリット孔を形成するようにしてもよい。
【００３０】
この後、磁性薄帯２２０のみが切断された帯状磁性体２１０を帯状磁性体巻回リール８５０にて円環状に所定回数巻回することでトロイダルコア２００を形成する。なお、トロイダルコア２００は、図示を省略するが、帯状磁性体巻回リール８５０から取外し、熱処理およびワニス含浸を施し硬化させてドーナツ状に成形することで完成する。
【００３１】
以上説明してきた本実施形態では、トロイダルコア製造装置８００において、磁性薄帯２２０と絶縁薄帯２３０とを貼り合せた後、スリット２４１を形成するようにしたが、本発明ではこれに限らず、予め設定された間隔で磁性薄帯２２０を切断して複数の磁性薄帯２２０を順次整列させた後、これらの磁性薄帯２２０を、絶縁薄帯２３０に所定のギャップ幅Ｇになるように貼り合せることによりスリット２４１を形成することなく、複数のギャップ２４０を設けるようにしてもよい。
【００３２】
以上説明してきた本実施形態によれば、帯状磁性体２１０を円環状に巻回したトロイダルコア２００と、トロイダルコア２００の周囲に巻回した巻線４００とを備えたトロイダル型チョークコイル１００において、帯状磁性体２１０は、磁性材料からなる磁性薄帯２２０と絶縁材料からなる絶縁薄帯２３０とを貼り合せてなり、磁性薄帯２２０に複数のギャップ２４０が設けられるようにした。
【００３３】
この結果、磁性薄帯２２０を完全に切断することによってギャップ２４０を設けても、帯状磁性体２１０は絶縁薄帯２３０によってつながっているので、帯状磁性体２１０を巻回してトロイダルコア２００を製作できる。これにより、トロイダルコア２００に必要な直流重畳特性を改善することができる。
【００３４】
更に、複数のギャップ２４０が同一間隔またはランダムな間隔で形成され、あるいは、帯状磁性体２１０を巻回してトロイダルコア２００の径方向にギャップ２４０を部分的に集結したギャップ組を形成し、このギャップ組が円周方向に複数個分散して配置されるようにした。
【００３５】
この結果、帯状磁性体２１０を巻回してトロイダルコア２００の円周方向および径方向に複数のギャップ２４０を分散することによって漏れ磁束が分散するので、漏れ磁束に起因する発熱や振動も分散することができ、トロイダルコア２００として漏れ磁束による発熱や振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  トロイダル型チョークコイル
２００  トロイダルコア
２１０  帯状磁性体
２２０  磁性薄帯
２３０  絶縁薄帯
２４０  ギャップ
２４１  スリット
３００  コアケース
３１０  上ケース
３２０  下ケース
３３０  貫通孔
４００  巻線
５００  リード線
６００  耐熱チューブ
７００  コネクタ
８００  トロイダルコア製造装置
８１０  絶縁薄帯ドラム
８２０  磁性薄帯ドラム
８３０  送りローラ
８４０  切断装置
８５０  帯状磁性体巻回リール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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