(57)【要約】【課題】  ギャップをアモルファス薄帯中に複数個分散して配置し、ギャップの寸法や個数を、所望のインダクタンス特性が精度よく得られるように決定したチョークコイルを提供することを目的とする。【解決手段】  所望のインダクタンス値を有するように算出された孔径と個数とを基に、アモルファス薄帯４にギャップ孔５を設ける。また、マトリクス手法等を用いてギャップ孔５をアモルファス薄帯４上で分散配置させることにより、発熱を抑制し、漏れ磁束も減少させたチョークコイルとすることができる。【選択図】図３
2011151286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなるアモルファス薄帯で形成された磁心と、同磁心に巻線を巻回してなるチョークコイルにおいて、
前記チョークコイルで所望のインダクタンス値が得られるように、前記アモルファス薄帯に所定の孔径及び個数で複数の孔を設けた後、前記アモルファス薄帯をトロイダル状に巻回して前記磁心を形成したことを特徴とするチョークコイル。
【請求項２】
軟磁性材料からなるアモルファス薄帯で形成された磁心と、同磁心に巻線を巻回してなるチョークコイルにおいて、
前記チョークコイルで所望のインダクタンス値が得られるように、前記アモルファス薄帯に所定の孔径及び個数で複数の孔を設けるとともに、同複数の孔は、前記アモルファス薄帯を所定の寸法で複数の領域に分割し、同領域毎に所定の個数及び配置で設けられることによって、前記複数の孔が前記アモルファス薄帯に所定のパターンで繰り返し現れるよう設けられた後、前記アモルファス薄帯をトロイダル状に巻回して前記磁心を形成したことを特徴とするチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョークコイルに関わり、より詳細には、ギャップからの漏れ磁束及びギャップに起因する発熱を低減するとともに、チョークコイルの特性のバラツキを抑えることができる構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波に対して抵抗の働きをし、高周波を減衰させる高周波用フィルタ、あるいは入力電源用のフィルタや、スイッチング電源の出力フィルタとして使用される従来のチョークコイルは、例えば、図８（Ａ）で示すチョークコイル３０のように、トロイダル状に形成された磁心３１に、接続線３４に接続された巻線３２を巻回して構成されている。また、磁心３１には、磁気飽和特性を改善するため、所定距離に設定された、切欠きによるギャップ３３が設けられている。
【０００３】
磁心３１は軟磁性材料からなるアモルファス薄帯を巻回して形成されるとともに、これらアモルファス薄帯の層間に、図示しない絶縁帯を設けており、同絶縁帯によりアモルファス薄帯の層間は夫々、絶縁されている。
【０００４】
巻線３２に電流が流れ磁心３１に磁路が形成されると、アモルファス薄帯内には、渦電流が発生し、磁心３１が有する電気抵抗により発熱し所謂渦電流損によるエネルギ損失となるが、上記した絶縁帯がアモルファス薄帯の層間を絶縁することにより渦電流が拡大することを抑制し、渦電流損を低減するようになっている。しかしながら、切欠きによるギャップ３３を設けると、ギャップ３３の加工時に、アモルファス薄帯に生じたバリ等によりアモルファス薄帯間がショートし、これにより渦電流の径が増大し、エネルギ損失が大きくなるというような不具合が生じる虞があった。
【０００５】
また、切欠きによるギャップ３３からは、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、渦電流損による発熱が増大する一方、漏れ磁束が発生する。これらギャップ３３に起因する発熱や漏れ磁束はチョークコイル３０の損失となるため、チョークコイル３０の特性改善や、小型化・軽量化を図る上で障害となっていた。また、ギャップ３３近傍に電子部品や電気機器等が配置されている場合は、これら電子部品や電気機器等が、ギャップ３３からの発熱による熱的影響を受けたり、漏れ磁束による誤動作等の磁気的な影響を受ける虞があり、チョークコイルを配置する際のレイアウトに制約が発生するという問題があった。
【０００６】
上記したような問題に対処するため、例えば特許文献１に開示されているように、高透磁率強磁性合金薄帯に、化学薬品による非選択的なエッチングにより多くの小さい孔をギャップとして分散配置することによって、ギャップに起因する発熱やギャップからの漏れ磁束による悪影響を抑制しようとするものがある。
【０００７】
非晶質の合金からなる薄帯は、単ロール法等により急冷凝固して形成されることにより、薄帯の厚みにムラが生じる。従ってこれら薄帯を化学薬品でマスキングを行わずにエッチングすると、薄い部分から孔が開き、適当なところでエッチングを停止すれば、多くの小さい孔を有する薄帯が得られるようになっている。これにより、直径が０．１ｍｍから０．５ｍｍの孔をギャップとして単位平方センチメートル当たり、約４０個程、設けるようになっている。
【０００８】
多数の小径の孔からなるギャップを設けた薄帯を巻回して磁心を形成することにより、発熱源及び漏れ磁束発生箇所であるギャップが磁心に分散配置され、放熱効率の向上及び漏れ磁束量が低減されるので、チョークコイルの特性改善及び小型化、軽量化が行えるとともに、チョークコイル近傍に配置された電子部品や電子機器への影響が低減でき、チョークコイルの配置の自由度が高められるようになっている。
【０００９】
しかしながら、非選択的なエッチング手法により直径が０．１ｍｍから０．５ｍｍのまでの孔をギャップとして設けると、チョークコイルとしてのインダクタンス値は、大きくバラつき、基準となるインダクタンス値に対して最大、０．１５倍から２．８倍までの範囲で変動する。従って、量産化段階では、インダクタンス値が大きくバラつき、一定性能を維持したチョークコイルが安定して生産できない虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１５２１１３号（２頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、小径の孔からなるギャップをアモルファス薄帯中に複数個分散して配置することで、ギャップに起因する発熱や、ギャップからの漏れ磁束を低減するとともに、ギャップの寸法や個数を、所望のインダクタンス値が精度よく得られるように設定した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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、軟磁性材料からなるアモルファス薄帯で形成された磁心と、同磁心に巻線を巻回してなるチョークコイルにおいて、前記チョークコイルで所望のインダクタンス値が得られるように、前記アモルファス薄帯に所定の孔径及び個数で複数の孔を設けた後、前記アモルファス薄帯をトロイダル状に巻回して前記磁心を形成した構成となっている。
【００１３】
また、軟磁性材料からなるアモルファス薄帯で形成された磁心と、同磁心に巻線を巻回してなるチョークコイルにおいて、前記チョークコイルで所望のインダクタンス値が得られるように、前記アモルファス薄帯に所定の孔径及び個数で複数の孔を設けるとともに、同複数の孔は、前記アモルファス薄帯を所定の寸法で複数の領域に分割し、領域毎に同一のパターンで所定の個数及び配置で設けられることによって、前記複数の孔が前記アモルファス薄帯に繰り返し現れるよう設けられた後、前記アモルファス薄帯をトロイダル状に巻回して前記磁心を形成した構成となっている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所望のインダクタンス値が得られるように、アモルファス薄帯に所定の寸法及び個数で複数の孔を設けることにより、インダクタンス値のバラつきが少ないアモルファス薄帯で磁心を形成したチョークコイルを生産することが可能となっている。また、アモルファス薄帯を所定の寸法で複数の領域に分割し、同領域毎に所定の個数及び配置で孔が設けられることによって、孔に起因する発熱や、孔からの漏れ磁束が低減し、周辺に配置された電子部品や電子機器に影響を及ぼさないチョークコイルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるチョークコイルの正面図である。
【図２】本発明によるチョークコイルの断面を示す説明図である。
【図３】本発明によるチョークコイルの基となる、切欠きによるギャップを設けたチョークコイルを示す説明図である。
【図４】本発明によるチョークコイルの基となる、複数のギャップを設けたチョークコイルを示す説明図である。
【図５】ギャップ孔の分散配置の一例を示す説明図である。
【図６】ギャップ孔の分散配置の一例を示す説明図である。
【図７】ギャップ孔の分散配置を横方向にも拡大した一例を示す説明図である。
【図８】従来のチョークコイルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明によるチョークコイルは、図１で示すように、トロイダル状に形成された磁心１に、接続線３を外部に導出した巻線２を巻回している。同巻線２に接続線３を介して交流電圧が印加されると、トロイダル状の磁心１には磁路が形成され、これによりチョークコイルは高周波電流に対して抵抗の働きをし、高周波を減衰させる高周波用フィルタ、あるいは入力電源用のフィルタや、スイッチング電源の出力フィルタとして使用されるようになっている。
【００１８】
磁心１は、軟磁性材料からなるアモルファス薄帯を巻回して積層されることにより形成されており、アモルファス薄帯の夫々の層間には絶縁帯が挟装されている。アモルファス薄帯を構成するアモルファス金属は、元素の配列に規則性がない非晶質金属であり３種類以上の元素からなる多元系である。アモルファス金属は、金属結晶のようなすべり面がないため、強度と粘りを両立することができ、強靱性、耐食性、軟磁性等の特性が優れている。また、化学的な活性が高いため、クロムのような不働態をつくる元素を添加すると、厚い不働態被膜を作りやすく高い耐腐食性を示す。また、アモルファス金属は、均一性が高く腐食の起点となる結晶粒界が存在しないことから耐腐食性が高く、組成中に強磁性金属を添加することで、優れた軟磁性材となり、この軟磁性を利用して、電源用トランス、ノイズフィルタや本願でのチョークコイル等、電子機器の基幹部品に用いられている。
【００１９】
巻線２に交流電圧が印加されると磁心１には円環状の磁路が形成されるとともに、磁束の進行方向に垂直な平面内に渦電流が発生する。渦電流が発生すると、アモルファス薄帯が有する電気抵抗により熱が発生し、所謂、渦電流損となってエネルギ損失が生じる。
【００２０】
磁心１を構成するアモルファス薄帯４には、図２の部分断面図で示すように、ギャップ機能を有するギャップ孔５が多数穿孔されており、ギャップ孔５は、磁心１で形成される磁路において、磁気飽和現象を引き起こさないよう設けられている。磁気飽和現象が発生すると、巻線２に流す電流を増加させても磁束密度が増加しない現象が発生してしまい、チョークコイルの特性が劣化することとなる。
【００２１】
上記したギャップ孔５の径と個数とは、所望するインダクタンス値を得るため、以下に示すような手順及び計算で導きだされるようになっている。
【００２２】
まず、切欠きによるギャップを備え、図３で示すような諸元を有する、チョークコイルを考える。磁心の磁気抵抗Ｒｍを求める式は『数１』で示すようになる。
【００２３】
【数１】
2011151286.tif 000003
【００２４】
また、巻数Ｎであるコイルの巻線を通過する磁束φは、巻数Ｎと、断面積Ｓと、磁心内の磁束密度Ｂとの積で求められ、これを変形すると、巻数Ｎの二乗とコイルに流れる電流Ｉの積を磁気抵抗Ｒｍで除したものとなる。磁気抵抗Ｒｍに『数１』を適用すると、磁束φを求める式は『数２』で示すようになる。
【００２５】
【数２】
2011151286.tif 000004
【００２６】
インダクタンス値Ｌは、磁束φを電流Ｉで除して求められ、磁束φに『数２』を適用すると『数３』で示すようになる。
【００２７】
【数３】
2011151286.tif 000005
【００２８】
次に、アモルファス薄帯の平均磁路において、上記した切欠きによるギャップを備えたチョークコイルと同等のインダクタンス値Ｌを有するように、ｎ[個]の直径φｄ[ｍ]の孔によるギャップ孔をアモルファス薄帯中に分散配置させた本発明によるチョークコイルを考える。ギャップ孔を分散配置させることにより、ギャップ孔から漏れ磁束が発生しても、漏れ磁束は上下に積層されたアモルファス薄帯中を進行することになり、外部への漏洩を抑制することができる。ギャップ孔に起因する発熱も、ギャップ孔が分散配置されることによって分散するので、チョークコイル周辺の電子部品や電気機器への熱的ダメージを与える危険性が低下する。
まずは図４で示すようにギャップを、２分割した場合のインダクタンス値Ｌは『数４』で示すようになる。
【００２９】
【数４】
2011151286.tif 000006
【００３０】
磁路断面積Ｓは、コアの幅ｔ[m]と積厚Ｄ[m]の積となるので, 『数４』式で磁路断面積Ｓを
ｔ×Ｄに置き換え、分母、分子の両方に磁心の幅ｔを掛けて式を変形すると、インダクタンス値は『数５』で示すようになる。
【００３１】
【数５】
2011151286.tif 000007
【００３２】
直径φｄのｎ個のギャップ孔の総面積は、nπ(d/2)２であるから、上式のＳ１及びＳ２をこれで置き換えると『数６』で示すようになる。
【００３３】
【数６】
2011151286.tif 000008
【００３４】
未知数は、ギャップ孔の直径φｄと、ギャップ孔の個数ｎとなるが、どちらか一方の数値を仮定すれば、他方の数値が求められるようになっている。これにより、直径φｄのギャップ孔５をｎ個備え、所望のインダクタンス値Ｌをするチョークコイルを得ることができるようになっている。
【００３５】
直径φｄと個数ｎとが算出されたギャップ孔５は、マスキングを用いたエッチング手法あるいはパンチング等の機械的手法によりアモルファス薄帯４に対し穿孔され、これをトロイダル状に巻回することにより、インダクタンス値Ｌのバラつきが少ないチョークコイルを得ることができる。
【００３６】
次に、ギャップ孔５の分散配置について説明する。ギャップ孔５の孔径と個数とが決定したら、アモルファス薄帯４上での配置を適切に行わないと、アモルファス薄帯を巻回して磁心を構成した際、ギャップ孔５が層間で重なる虞があり、ギャップ孔５に起因する発熱や漏れ磁束が特定箇所に集中して、その結果チョークコイルの外部に漏洩することとなり、周辺に配置された電子部品や電子機器に影響を及ぼすこととなる。アモルファス薄帯の層間でギャップ孔５が極力重なり合わないように分散配置することにより、チョークコイルからの発熱や漏れ磁束を低減することができる。
【００３７】
アモルファス薄帯４は、図５に示すように、長手方向に第一ブロック、第二ブロックというように複数のブロックに分割され、また、ブロック内は長手方向に１から１６までの中ブロックに分割されるようになっている。更に、中ブロック内部は、縦方向区分線Ａ〜Ｃと横方向区分線ａ〜ｃとにより、１６箇所の小ブロックに分割されるようになっている。ギャップ孔５は、各中ブロック内の、１６箇所に分割された小ブロックのいずれか一箇所に配置され、アモルファス薄帯４の全体に渡って分散配置されるようになっている。また、第二ブロックでは、第一ブロックのギャップ孔５のパターンが繰り返されるようになっており、これ以降のブロックでも同様である。尚、ギャップ孔５は、四角形その他の形状でもよく、また、第一ブロックの長さは、アモルファス薄帯４を巻回する際の巻き始めの一周分の長さと異なるように設定することにより、隣接する上下の薄帯間では、ギャップ孔５が重なる不具合を避けることができる。
【００３８】
ギャップ孔５を、１６箇所の小ブロックからなる中ブロック内に適切に分散させ、一つの大ブロックを形成する方法の一つとして、図６に示すように、マトリクス表による分散方法がある。図６（Ａ）に示すマトリクス例１では、マトリクス表は、中ブロックにおける小ブロックの配置に対応した１６マスの中に、１〜１６の数字が重複しないよう配置されており、マトリクス表の数字に対応する中ブロックには、その数字が記載されている位置にギャップ孔５を設ける。例えば第１中ブロックには、図６（Ａ）で示すように、マトリクス表の『１』の記載位置に対応する小ブロックにギャップ孔５が穿孔され、第２中ブロックには、マトリクス表の『２』の記載位置に対応する小ブロックにギャップ孔５が穿孔されるようになっており、この手順で第１６中ブロックまでギャップ孔５を穿孔していくことで、第一ブロック内でギャップ孔５が適切に分散配置される。第二ブロック以降も、第一ブロックと同一のパターンでギャップ孔５を設けていき、このアモルファス薄帯を巻回することで、アモルファス薄帯４の層間でギャップ孔５が重なることを極力回避できるようになっている。尚、マトリクス表における数字の配置は、図６（Ａ）に限らず、１６マスの中に、１〜１６の数字が重複されず配置されていれば良いので、例えば図６（Ｂ）
のマトリクス例２に記載したマトリクス表を用いても上述した効果が得られる。
【００３９】
上記したような方法でギャップ孔５を分散配置させた磁心１を形成するのであるが、アモルファス薄帯４を巻回する際には、外周に向かうにしたがって径が大きくなることにより、一周に必要なアモルファス薄帯４の長さが長くなっていく一方、大ブロックの長さは、アモルファス薄帯４の巻き始めの一周の長さと異ならせているため、ギャップ孔５の磁心１での配置パターンがずれていき、ギャップ孔５の配置が分散されるようになっており、発熱を分散し放熱効果を高めるようになっている。また、ギャップ孔５からの漏れ磁束も低減できるようになっている。
【００４０】
また、ギャップ孔５の径を小さく設定した際は、図７で示すように、アモルファス薄帯４の幅方向にも中ブロックを複数設けることにより、アモルファス薄帯４の長手方向及び幅方向にもギャップ孔５を分散させることができ、よりギャップに起因する発熱や、ギャップからの漏れ磁束を低減できるようになっている。
【符号の説明】
【００４１】
１  磁心
２  巻線
３  接続線
４  アモルファス薄帯
５  ギャップ孔
【図１】
2011151286.tif 000009
【図２】
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【図３】
2011151286.tif 000011
【図４】
2011151286.tif 000012
【図５】
2011151286.tif 000013
【図６】
2011151286.tif 000014
【図７】
2011151286.tif 000015
【図８】
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