(57)【要約】【課題】コイルに流す電流が大きい場合には、従来は、チョークコイルをコイルを大型化したり、或いはコイル本体をアモルファスなどの飽和磁束密度の高い素材で製作することで、飽和磁束密度を上げていた。【解決手段】コア５と、コア５に巻装されたコイル７とを備えるチョークコイル３に、磁束発生手段としての磁石１１をその発生する磁束がコイル７を流れる電流によって発生する磁束を打ち消す方向に設けることで、一方向の飽和磁束密度を高め、小型でありながら高出力を可能とした。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるチョークコイルにおいて、前記コア内に発生する磁束を打ち消す方向に直流磁束を加える磁束発生手段を設けたことを特徴とする一方向高飽和チョークコイル。
【請求項２】
コアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるチョークコイルを２個以上直列に接続してなる組合せチョークコイルにおいて、少なくとも１個のチョークコイルに前記コア内に発生する磁束を打ち消す方向に直流磁束を加える磁束発生手段を設け、残りのチョークコイルには前記磁束発生手段を設けないことを特徴とする組合せチョークコイル。
【請求項３】
請求項２に記載したチョークコイルにおいて、磁束発生手段を設けない方のチョークコイルが磁気飽和する時点で一方向高飽和チョークコイルの低飽和方向の磁気飽和がなくなるように構成されていることを特徴とする組合せチョークコイル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載したチョークコイルにおいて、磁束発生手段として磁石を設けたことを特徴とするチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチョークコイルに係り、特に小型で高出力のチョークコイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチングレギュレータやＤＣ／ＤＣコンバータの電流平滑用素子として使用されてきたチョークコイルは、コア内に発生する磁束が飽和磁束密度を超えれば、磁気飽和してインダクタンス値が急速に低下するので、過大な飽和電流がスイッチ素子に流れ込み、終にはスイッチ素子を破壊してしまう場合がある。
そのため、従来は、コイルを大電流用とする場合には、チョークコイルのコイルを大型化したり、或いはコイルをアモルファスなどの飽和磁束密度の高い素材で製作することで、飽和磁束密度を上げていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在では、小型でしかも製造コストの安い高出力型のチョークコイルが求められている。
それ故、本発明は、上記課題を解決する新規なチョークコイルを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、チョークコイルは、その構成上流れる電流の方向が一定のため、コア内に発生する磁束の方向も一定（即ち、直流磁束）となることに着目し、以下の発明を想到するに至った。
請求項１の発明は、コアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるチョークコイルにおいて、前記コア内に発生する磁束を打ち消す方向に直流磁束を加える磁束発生手段を設けたことを特徴とする一方向高飽和チョークコイルである。
【０００５】
請求項２の発明は、コアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるチョークコイルを２個以上直列に接続してなる組合せチョークコイルにおいて、少なくとも１個のチョークコイルに前記コア内に発生する磁束を打ち消す方向に直流磁束を加える磁束発生手段を設け、残りのチョークコイルには前記磁束発生手段を設けないことを特徴とする組合せチョークコイルである。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項２に記載したチョークコイルにおいて、磁束発生手段を設けない方のチョークコイルが磁気飽和する時点で一方向高飽和チョークコイルの低飽和方向の磁気飽和がなくなるように構成されていることを特徴とする組合せチョークコイルである。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載したチョークコイルにおいて、磁束発生手段として磁石を設けたことを特徴とするチョークコイルである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１から第４の実施の形態を、図１から図４に従って説明する。
図１は第１の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル１の組立方法を説明する図である。この一方向高飽和チョークコイル１は慣用的なボビンタイプのチョークコイル３を有する。このチョークコイル３は、コア５と、コア５に巻装されたコイル７とで構成されている。チョークコイル３の端部上に絶縁用のギャップ紙９が載せられ、ギャップ紙９の上に円板状の永久磁石１１が積層されている。この永久磁石１１は円板の上面側と下面側のいずれか一方がＮ極と残りがＳ極に帯磁されている。
【０００９】
以下に、第２以降の実施の形態を説明するが、共通する部位があるのでその部位には第１の実施の形態を示す図中で使用した符号と同じ符号を付すことで説明を省略する。
図２は第２の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル１３の組立方法を説明する図である。
この一方向高飽和チョークコイル１３は、永久磁石１１に代えてボビンタイプの電磁石１４を設けた点を除いては、大電流用チョークコイル１の構成と同じである。電磁石１４のコア１５にはコイル１６が巻装され、コイル１６は直流電源と接続されている。
【００１０】
図３は第３の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル１７の組立方法を説明する図である。
この一方向高飽和チョークコイル１７は慣用的なトライダルタイプのチョークコイル１９を有する。このチョークコイル１９は、コア２１と、コア２１に巻装されたコイル２３とで構成されている。チョークコイル１９の空隙に上下をギャップ紙２５でサンドされた状態で永久磁石２７が挿入されている。
図４は第４の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル２８の組立方法を説明する図である。
この一方向高飽和チョークコイル２８は、永久磁石２７に代えて電磁石２９を設けた点を除いては、一方向高飽和チョークコイル１７の構成と同じである。電磁石２９のコア３１にはコイル３３が巻装され、コイル３３は直流電源と接続されている。
【００１１】
図５は、図１に示す一方向高飽和チョークコイル１の磁気回路図である。
磁束Ｂ１は、コイル７に大電流を流したときに発生した正方向のものである。磁束Ｂ２は、永久磁石１１によって発生したものである。永久磁石１１の極性の向きを調整することで磁束Ｂ２を磁束Ｂ１を打ち消す方向に、即ち逆方向に発生させているため、コア５内に発生する一方向の総和の磁束密度は、永久磁石１１の存在しない場合に比べて小さくなっており、その分だけ磁束Ｂ１の密度の増大を許容することができる。従って、その分だけ大きい正方向電流を、コイル７に磁気飽和せずに流すことができる。
以上より、一方向高飽和チョークコイル１は、一方向の飽和磁束密度が増大されているので、小型でありながら大電流（正方向電流）を磁気飽和させずに流すことができ、高出力が可能となっている。
第２〜第４の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル１３，１７，２８においても、同様に一方向の飽和磁束密度が増大されている。
【００１２】
本発明の第５の実施の形態を、図６および図７に従って説明する。
図６は第５の実施の形態に係る組合せチョークコイル３１を示す。
本実施の形態は、第１の実施の形態と共通する部位があるのでその部位には第１の実施の形態を示す図中で使用した符号と同じ符号を付すことで説明を省略する。
この組合せチョークコイル３１は、慣用的なボビンタイプのチョークコイル３、３３が２個直列に接続されてなる組合せタイプのものであり、一方のチョークコイル３には永久磁石１１が設けられている。永久磁石１１が設けられた方のチョークコイル３は第１の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイル１に相当する。ここで、「直列」とは、コイルの巻き方向が同じという意味であり、コイル７とコイル３７に電流が流れると、コア５内とコア３５内では同じ方向に磁束が発生する。
【００１３】
図７は、図６に示す組合せチョークコイル３１の磁気回路図である。
磁束Ｂ３は、チョークコイル３のコイル７に小電流を流したときにコア５内で発生した逆方向のものである。磁束Ｂ２は、永久磁石１１によって発生した逆方向のものである。磁束Ｂ４は、チョークコイル３３のコイル３７に小電流を流したときにコア３５内に発生した逆方向のものである。
直流の磁束Ｂ２によって一方向（正方向）の磁束の飽和分を高めれば、反対方向（逆方向）の磁束増大の許容度はそれだけ減少する。即ち、逆方向ではその減少分だけ磁気飽和し易くなる。従って、一方向高飽和チョークコイル１（チョークコイル３＋永久磁石１１）のみでは、小電流域では、チョークコイル３のコイル７には逆方向の磁気飽和により逆方向に過大な電流（負方向電流）が流れて、機器の効率や安定性が低下するだけでなく、場合によってはスイッチ素子を破壊する可能性もある。
【００１４】
しかしながら、本実施の形態では、一方向高飽和チョークコイル１（チョークコイル３＋永久磁石１１）とチョークコイル３３が直列に接続されているので、チョークコイル３３が一方向高飽和チョークコイル１の逆方向の磁束の飽和分を受け持つ。従って、過大な負方向電流が流れることはない。
また、一方向高飽和チョークコイル１とチョークコイル３３は、チョークコイル３３のコイル３７の巻き数を調整して、電流の増大によりチョークコイル３３が磁気飽和する時点で一方向高飽和チョークコイル１の低飽和方向（即ち、逆方向）の磁気飽和がなくなるように構成（即ち、コイル設計）されているので、一方向高飽和チョークコイル１がチョークコイル３３の正方向の磁束の飽和分を受け持つ。従って、正方向に過大な飽和電流が流れることはない。
このように、２個のチョークコイル３，３３がそれぞれの未飽和領域で役割を効率良く分担して担っている。従って、組合せチョークコイル３１は、高電流域でも磁気飽和せず、しかも小電流域でも高効率で且つ高安定な動作をする。また、２つのチョークコイル３，３３の動作は自動的に切り替わるので、上記したように回路構成自体は単純である。
【００１５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的構成がこの実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、第５の実施の形態に関して、組合せチョークコイルは３個以上のチョークコイルを組合せてもよい。また、チョークコイルは用途に応じて種々の飽和磁束密度のものを併用してもよい。
また、磁束発生手段はチョークコイルに対して外付けしているので、磁束発生手段そのものを取り替えたり、電磁石を使用する場合にはコイルの巻数を調整したりすることで、簡単にその磁束量を変更できる。
【００１６】
【実施例】
図８は、本発明のチョークコイルを含む降圧型非絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの回路ブロック図である。
ここでは、チョークコイルは等価回路として示されている。このコンバータを使用して本発明の各チョークコイル（チョークコイル３のみ、一方向高飽和チョークコイル１のみ、組合せチョークコイル３１）の電流特性を試験し、その結果を図９以降に示す。
図中、上段は各チョークコイルに印加された電圧波形を示す。下段はコイルの電流波形（電流：５Ａ／ｄｉｖ）を示す。なお、このときの出力（負荷）電流は０Ａ（小電流）、１０Ａ（大電流）である。
【００１７】
図からは、大電流では、一方向高飽和チョークコイル１は磁気飽和していないが、チョークコイル３は磁気飽和してしまい、ピーク電流が２２Ａとなっていることが分かる。
また、小電流では、一方向高飽和チョークコイル１では逆方向に磁気飽和してしまい逆電流のピークは−９Ａとなっているが、組合せチョークコイルでは磁気飽和していないことが分かる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の一方向高飽和チョークコイルは、小型でありながら高出力が可能である。また、本発明の組合せチョークコイルは、更に、小電流域でも高効率で且つ高安定な動作をするので、逆電流によるスイッチ素子の破壊等の悪影響を阻止できる。
更に、いずれのチョークコイルも従来の小型のチョークコイルを利用して製作できるので、製造コストも安い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイルを示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイルを示す斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイルを示す斜視図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイルを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る一方向高飽和チョークコイルの磁気回路図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る組合せチョークコイルを示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る組合せチョークコイルの磁気回路図である。
【図８】各チョークコイルを組み込んだコンバータの回路ブロック図である。
【図９】チョークコイルの電流特性を示す図である。
【図１０】チョークコイルの電流特性を示す図である。
【図１１】チョークコイルの電流特性を示す図である。
【図１２】チョークコイルの電流特性を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥一方向高飽和チョークコイル
３‥‥チョークコイル
１１‥‥永久磁石
１４‥‥電磁石
３１‥‥組合せチョークコイル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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