(57)【要約】【課題】鉄心の形状を変化させることなく、容易にインダクタンスを調整できる鉄心を提供すること。【解決手段】電磁鋼板の透磁率は、磁化方向に圧縮力を加えることで変化する現象を利用する。すなわち、磁束が流れる方向に圧縮力を加えることのできる機構を付加した鉄心構造とし、圧縮力を調整することでインダクタンスを調整する。また、表面にフォルステライトのない方向性電磁鋼板を用いて鉄心を製作することで、圧縮力とインダクタンスの関係が線形に近くなり、インダクタンスの調整が容易になる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板をリング状に巻回して作製された鉄心において、鉄心外周部にバンドを巻きつけ、その両端を引き寄せて締め付けることにより、鉄心に円周方向の圧縮力を付与する機構を設けたことを特徴とするインダクタンスの調整が可能な鉄心。
【請求項２】
電磁鋼板を用いる鉄心で、その一部あるいは全部が直線状に形成された鉄心において、鉄心の直線部分の両端から力を加えて磁束の流れる方向に圧縮力を付与する機構を設けたことを特徴とするインダクタンスの調整が可能な鉄心。
【請求項３】
表面にフォルステライトを有しない方向性電磁鋼板を用いたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のインダクタンスの調整が可能な鉄心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気機器や電気部品として用いられる鉄心に関するもので、インダクタンスの調整が可能な鉄心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インダクタンスを利用する電気・電子回路においては、そのインダクタンスが可変であることが求められる場合がある。例えば、鉄心を利用する共振回路において共振周波数を調整するためには、鉄心のインダクタンスを可変として、その値を調整する必要がある。また、直流が重畳する回路に用いるチョークコイルでは、重畳する直流電流に応じて鉄心のインダクタンスを調整することが必要である。
【０００３】
一般に鉄心のインダクタンスの設定は、図１に示すように磁気回路の一部にギャップ２を設けることで行っており、鉄心設計時に必要なインダクタンス値からギャップの幅を決めているのが実状である。ところが、このような方法では、回路が出来上がった後にインダクタンスの調整が必要となったときに対応することが出来なかった。
【０００４】
この問題を解決する手段として特許文献１に、鉄心のギャップ部分に楕円状のコアを設置してこれを回転させることで、鉄心のギャップを押し広げてインダクタンスを調整する方法が示されている。この方法を用いれば回路に組み入れた後で、最適なインダクタンスに設定できる。しかしこの方法では、鉄心を動かす際に摩擦などによって動きに支障が出ることが考えられる。
【０００５】
次に、ギャップのある鉄心全てにかかわる問題として、ギャップ部分で発生する漏れ磁束が周辺の機器や素子に入り込んで悪影響を及ぼす現象がある。特に、他の磁気回路を持つ機器や素子に入りこんだ場合にはノイズを発生させるなどの害がある。これを避けるためには配置の時に距離をとることが有効であるが、高密度実装化の妨げとなる。また、他の対策として磁気シールドを施すという手段もあるが、コストアップにつながるものである。
【０００６】
【特許文献１】
実開平５−２９１１３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように現行技術の問題点は、インダクタンスの調整に鉄心を可動とする必要があることと、インダクタンス調整のために鉄心の一部に設けたギャップから漏れ磁束が発生することである。そこで本発明では、鉄心の形状を変えることなくインダクタンスの調整を可能とし、更に漏れ磁束の発生を抑えるためにギャップを設けずにインダクタンスの調整を可能とする鉄心を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁鋼板をリング状に巻回して作製された鉄心において、鉄心外周部にバンドを巻きつけ、その両端をネジなどで引き寄せて締め付けることにより、鉄心に円周方向の圧縮力を任意の大きさで付与できるような機構を設けたことを特徴としたインダクタンスの調整が可能な鉄心を提供するものである。また、電磁鋼板を用いる鉄心で、その一部あるいは全部が直線状に形成された鉄心において、鉄心の直線部分の両端から力を加えて磁束の流れる方向に圧縮力を任意の大きさで付与できるような機構を設けたことを特徴としたインダクタンスの調整が可能な鉄心を提供するものである。また、前記の鉄心材料として、表面にフォルステライトを有しない方向性電磁鋼板を用いたことを特徴とする鉄心を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
インダクタンスは磁気回路の磁気抵抗によって変化する。ギャップを設ける方法は、磁気回路の一部を非磁性として磁気抵抗を変化させるものである。一方、磁気抵抗を変化させるために鉄心材料の透磁率を変化させることも有効である。これは、透磁率とインダクタンスが比例関係にあるためである。
【００１０】
透磁率を変化させる手段の一つとして、電磁鋼板に対してその磁化方向に圧縮力をかける方法がある。板厚０．３ｍｍの１枚の方向性電磁鋼板に対して、その圧延方向に外部から圧縮力をかけながら磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈｚの交流で励磁して透磁率を測定した結果を図２に示す。圧縮力の増加に伴ない、透磁率が低下していく様子が見られる。この現象を利用して、鉄心に対してその電磁鋼板が磁化される方向に圧縮力をかければ、インダクタンスを変化させることができる。
【００１１】
磁化方向に圧縮力をかけるためには、電磁鋼板がリング状に加工された鉄心では、鉄心外周部にバンドを巻きつけ、その両端をネジなどで引き寄せて締め付ける方法が適当である。また、鉄心の一部あるいは全部が直線状となっている鉄心に対しては、鉄心の外側に枠などを設けて、その枠から直線部分の両端に力を加えればよい。これらの方法で圧縮力を調整するためには、ネジなどを用いてその締め付けトルクでコントロールすればよい。
【００１２】
次に、インダクタンスを圧縮力で制御する場合、圧縮力と透磁率の関係がより線型に近い方が調整がしやすいことは明らかである。方向性電磁鋼板の場合には図２に示すようにその関係は非線形である。ところが、この方向性電磁鋼板の表面に形成されているフォルステライトを除去した場合、図３に示すように、より線型特性に近づくことがわかった。
【００１３】
その理由は以下のように考えられる。フォルステライトは鋼板に対して張力を印加することがわかっており、そのため外部からの応力による透磁率の変化はほぼ飽和に達していると思われる。その状態で圧縮力をかけていくと飽和領域から脱するまでは変化率が小さく、一旦飽和領域から出ると変化率が大きくなる。このようにして非線形特性になると考えられる。従って、フォルステライトのない方向性電磁鋼板を鉄心材料として使用することで、圧縮力と透磁率の関係が線型に近づき、インダクタンスの調整を容易化することができる。尚、フォルステライトのない方向性電磁鋼板の製造方法は、特開平５−３１１３５３号公報などで示されている。
【００１４】
一方、表面にフォルステライトがない鋼板が積層された場合は鋼板間が電気的に導通するためうず電流損が増加し、鉄心の損失増加や過熱を招く。この問題は、鋼板に対して張力を印加することのない絶縁皮膜、あるいは印加張力の小さい絶縁皮膜を用いることで回避できる。
【００１５】
【実施例】
［実施例１］
本発明の一実施例として、板厚０．３ｍｍ、幅２０ｍｍの帯状の方向性電磁鋼板を図４に示す様にリング状に巻き取って、内径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの鉄心３を作製した。このコアをワニス含浸して固定した後、その周囲に非磁性ステンレス鋼で作られたバンド４を巻きまわし、そのバンドに設けられた１箇所の不連続部分に板５を付け、そこにネジ６をつけてこれを締めることによって鉄心に締め付け力がかかるようにした。なお、今回は鉄心にかかる圧縮力測定のため、板５とネジ６の頭の間にロードセル７を挟んだ。鉄心材料には、表面にフォルステライトのある鋼板とない鋼板の２種類を用いた。フォルステライトのない鋼板には絶縁皮膜として、鋼板に対して張力を印加することのないアクリル系樹脂をベースとする半有機皮膜を施した。
【００１６】
この鉄心に励磁用の導線を２００ターン巻きつけてコイルとし、それをＬＣＺメーターに接続してインダクタンスを測定した。その結果を図５に示す。横軸はロードセルで測定される力を鉄心断面積で除して求めた圧縮力で表した。ネジ６を締めて圧縮力を増していくことによって、インダクタンスが変化していくことがわかる。また、表面にフォルステライトのない鋼板を用いた方が、インダクタンスの変化が線型に近いこともわかる。
【００１７】
［実施例２］
本発明の他の実施例として、図６に示す様なＥＩ型鉄心を作製した。鉄心８の厚み５０ｍｍ、外形幅１２０ｍｍ、外形高さ１００ｍｍ、鉄心外周部の幅２０ｍｍ、鉄心中心部の幅を４０ｍｍとした。この鉄心８を枠９内に設置し、鉄心の両側および中心部分の下端に固定された当て板１０を当て、上端には圧縮力測定用のロードセル１１を当てる。このロードセル１１を、枠９に取り付けられたネジ１２を締め付けることで鉄心８に押し付け、鉄心の両側および中心部分に対して圧縮力がかかるようにした。鉄心材料には、表面にフォルステライトのない板厚０．３ｍｍの方向性電磁鋼板を用いた。この鋼板には絶縁皮膜として、鋼板に対して張力を印加することのないアクリル系樹脂をベースとする半有機皮膜を施した。
【００１８】
コイル１３は３００ターンとし、それをＬＣＺメーターに接続してインダクタンスを測定した。その結果を図７に示す。ネジ１２を締めて圧縮力を増していくことによって、インダクタンスが変化していくことがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した本発明に係る鉄心を用いることで、インダクタンスを容易に調整することができる。本発明では、ギャップを設けない為、漏れ磁束の発生を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ギャップ付き鉄心の説明図。
【図２】フォルステライトを有する電磁鋼板の励磁方向にかけた圧縮力と透磁率の関係を示す図。
【図３】表面にフォルステライトが無い場合の、電磁鋼板の励磁方向にかけた圧縮力と透磁率の関係を示す図。
【図４】インダクタンスの調整可能な本発明に係るリング状鉄心の説明図。
【図５】リング状鉄心にかけられた圧縮力とインダクタンスの関係を示す図。
【図６】インダクタンスの調整可能な本発明に係るＥＩ型鉄心の説明図。
【図７】ＥＩ型鉄心にかけられた圧縮力とインダクタンスの関係を示す図。
【符号の説明】
１        鉄心
２        ギャップ
３        リング鉄心
４        バンド
５        板
６        ネジ
７        ロードセル
８        鉄心
９        枠
１０        固定当て板
１１        ロードセル
１２        ネジ
１３        コイル
【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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【図６】
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【図７】
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