(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の温度上昇に応じて精度良く所望のギャップＧを形成できる磁気部品を提供する。【解決手段】第１磁性体コア２０１ａと、第２磁性体コア２０１ｂと、温度上昇に伴い膨張する材料を含むギャップ調整部２０２と、を備え、温度上昇に伴いギャップ調整部２０２が第１磁性体コア２０１ａと第２磁性体コア２０１ｂとのうちの少なくとも一方を押し広げることで、第１磁性体コア２０１ａの一部と第２磁性体コア２０１ｂの一部との間にギャップＧを形成し、ギャップ調整部２０２によりギャップＧが形成されていない状態では、第１磁性体コア２０１ａの一部と第２磁性体コア２０１ｂの一部とは接している。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性体コアと、
第２磁性体コアと、
温度上昇に伴い膨張する材料を含むギャップ調整部と、
を備え、
温度上昇に伴い前記ギャップ調整部が前記第１磁性体コアと前記第２磁性体コアとのうちの少なくとも一方を押し広げることで、前記第１磁性体コアの一部と前記第２磁性体コアの一部との間にギャップを形成し、
前記ギャップ調整部により前記ギャップが形成されていない状態では、前記第１磁性体コアの一部と前記第２磁性体コアの一部とは接している、
磁気部品。
【請求項２】
前記ギャップ調整部は、前記ギャップを取り囲む位置に配置される、
請求項１に記載の磁気部品。
【請求項３】
前記ギャップ調整部の一端が、前記第１磁性体コアまたは前記第２磁性体コアの少なくとも一方に固定される、
請求項１または２に記載の磁気部品。
【請求項４】
前記ギャップ調整部の一端は前記第１磁性体コアに固定され、前記ギャップ調整部の別の一端は前記第２磁性体コアに固定され、
前記ギャップが形成されていない状態では、前記第１磁性体コアと前記第２磁性体コアとは、前記第１磁性体コアの一部と前記第２磁性体コアの一部とが接する位置に、前記ギャップ調整部により保持されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の磁気部品。
【請求項５】
巻線部を備え、
前記巻線部は、前記ギャップ調整部の外側に巻き回しされる、
請求項１〜４のいずれかに記載の磁気部品。
【請求項６】
前記第１磁性体コアは、複数のコア脚を有し、
前記ギャップ調整部により前記ギャップが形成されていない状態では、前記複数のコア脚のそれぞれは前記第２磁性体コアと接しており、
温度上昇に伴い前記ギャップ調整部が前記第１磁性体コアと前記第２磁性体コアとのうちの少なくとも一方を押し広げることで、前記複数のコア脚のそれぞれと前記第２磁性体コアとの間にギャップを形成する、
請求項１〜５のいずれかに記載の磁気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源等の電力用電源に用いられるトランスなどの磁気部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトランスにおいて、出力電力に応じトランスのインダクタンス値を制御する技術として、例えば特許文献１に示されるような、コアの接合部に温度上昇に応じて弾性力を増加する部材を配置し、コア間のギャップ、すなわちインダクタンス値を制御する事例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、僅かなギャップの形成により、十分にインダクタンスを減少させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１磁性体コアと、第２磁性体コアと、温度上昇に伴い膨張する材料を含むギャップ調整部と、を備え、温度上昇に伴い前記ギャップ調整部が前記第１磁性体コアと前記第２磁性体コアとのうちの少なくとも一方を押し広げることで、前記第１磁性体コアの一部と前記第２磁性体コアの一部との間にギャップを形成し、前記ギャップ調整部により前記ギャップが形成されていない状態では、前記第１磁性体コアの一部と前記第２磁性体コアの一部とは接している、磁気部品。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、僅かなギャップの形成により、十分にインダクタンスを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態２におけるトランスの構成を示す概略図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】実施の形態２のトランスの３次元構造解析モデルを説明するための構造図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図３】構造解析による高温時のギャップ長の変化を示す図であって、（ａ）は磁性体コア１０１のｚ軸変形量を示す図、（ｂ）は磁性体コア１０１同士の中脚の接触部を拡大して示す図。
【図４】実施の形態２のトランスの電磁界解析モデルを説明するための構造図であって、（ａ）は本発明の実施の形態２の正面図、（ｂ）は特許文献１に代表されるような従来トランスの正面図である。
【図５】電磁界解析による磁束分布の比較図であって、（ａ）は本発明の実施の形態２、（ｂ）は従来トランスであり、高温動作時の中脚周囲の磁束分布をそれぞれ示す図。
【図６】実施の形態２のトランスの熱解析モデルを説明するための構造図、および熱解析結果を示す図であって、（ａ）は熱解析モデルの構造図、（ｂ）は熱解析結果を示す図。
【図７】実施の形態３のトランスの構成例を示す概略図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【図８】実施の形態１の磁気部品１０００の構成の一例を示す図。
【図９】実施の形態１の磁気部品１０００の構成の一例を示す図。
【図１０】実施の形態１の磁気部品１０００の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
まず、本発明の発明者の着眼点について説明する。
【００１０】
特許文献１のトランスでは、次のような問題があった。
【００１１】
すなわち、特許文献１のトランスは、閉磁路を非磁性体であるゴム等の部材を含んで構成しているため、電源の非動作時でのインダクタンスの初期値は低いものとなる。そのため、設計段階でトランスを小型に設計することは困難となる。
【００１２】
また、特許文献１のトランスは、インダクタンスの初期値が低いため、温度上昇によりコア間のギャップ長Ｇが大きくなっても、インダクタンスの低減効果は低いものとなり、磁気飽和の危険性が高まる。
【００１３】
さらには、特許文献１のトランスでは、温度上昇によりコア間のギャップ長Ｇが大きくなった際には、ギャップからの漏れ磁束が増加し、周辺回路への悪影響が懸念される。
【００１４】
これに対して、実施の形態のある一様態の構成は、高温時の磁気飽和抑制の効果を高めることができる。また、実施の形態のある別の一様態の構成は、高温時の漏れ磁束を抑制する小型トランスを提供できる。
【００１５】
（実施の形態１）
図８、図９、図１０は、本実施の形態１の磁気部品１０００の一例を示す図である。
【００１６】
本実施の形態１の磁気部品１０００は、第１磁性体コア２０１ａと、第２磁性体コア２０１ｂと、ギャップ調整部２０２と、を備える。
【００１７】
ギャップ調整部２０２は、温度上昇に伴い膨張する材料を含む。ギャップ調整部２０２は、例えば、銅やアルミニウムなどにより形成されていてもよい。
【００１８】
磁気部品１０００が高温となると、温度上昇に伴い（例えば、膨張した）ギャップ調整部２０２が、第１磁性体コア２０１ａと第２磁性体コア２０１ｂとのうちの少なくとも一方を押し広げる。これにより、第１磁性体コアの一部２１０と第２磁性体コアの一部２１１との間にギャップＧが形成される。
【００１９】
これにより、第１磁性体コアの一部２１０と第２磁性体コアの一部２１１との間に比透磁率の低い空気層が生じる。このため、閉磁路の磁気抵抗が上がり、磁気部品１０００のインダクタンス値は減少する。これを利用することで、磁気飽和を自発的に抑制することができる。また、ギャップ調整部の温度上昇に伴う膨張分がギャップＧとなるため、所定の温度上昇に応じて精度良く所望のギャップＧを形成できる。
【００２０】
図８に示す例では、第１磁性体コアの一部２１０は、第１磁性体コア２０１ａの中脚である。また、第２磁性体コアの一部２１１は、第２磁性体コア２０１ｂの中脚である。第１磁性体コア２０１ａの中脚と、第２磁性体コア２０１ｂの中脚とは、互いに対向して配置されている。
【００２１】
図８、図９、図１０は、ギャップ調整部２０２が、第１磁性体コア２０１ａと第２磁性体コア２０１ｂとの距離を広げた（つまり、ギャップＧを形成した）状態を示している。
【００２２】
本実施の形態１の磁気部品１０００においては、ギャップ調整部２０２によりギャップＧが形成されていない状態では、第１磁性体コアの一部２１０と第２磁性体コアの一部２１１とは接している。
【００２３】
以上の構成によれば、例えば常温時には、ギャップ長がゼロであるため、温度上昇による僅かなギャップの形成により、十分にインダクタンスを減少させることができる。
【００２４】
一方、特許文献１のように、閉磁路を非磁性体であるゴム等の部材を含んで構成した場合、例えば常温時には、ギャップ長がゼロとならない。このため、電源の非動作時でのインダクタンスの初期値は低いものとなる。そのため、設計段階でトランスを小型に設計することが困難である。さらに、常温時のインダクタンスの初期値が低いため、温度上昇によりコア間のギャップ長Ｇが僅かに大きくなっただけでは、インダクタンスの低減効果が十分に得られない。
【００２５】
なお、図８（ａ）に示すように、本実施の形態１の磁気部品１０００においては、ギャップ調整部２０２は、ギャップＧを取り囲む位置に配置されていてもよい。
【００２６】
以上の構成によれば、ギャップ調整部２０２が、ギャップＧ部分からの磁束の外部への漏れを抑制することができる。
【００２７】
一方、特許文献１の構成では、温度上昇によりコア間のギャップ長Ｇが大きくなった際には、ギャップからの漏れ磁束が増加し、周辺回路へ悪影響を及ぼす可能性がある。
【００２８】
また、本実施の形態１の磁気部品１０００においては、ギャップ調整部２０２の一端が、第１磁性体コア２０１ａまたは第２磁性体コア２０１ｂの少なくとも一方に固定されてもよい。
【００２９】
以上の構成によれば、ギャップ調整部の一端と磁性体コアとに位置ずれが生じることを防ぐことができる。また、ギャップ調整部の一端と磁性体コアとの磨耗を防ぐことができる。
【００３０】
また、図８（ｂ）に示すように、本実施の形態１の磁気部品１０００においては、ギャップ調整部２０２の一端は第１磁性体コア２０１ａに固定され、ギャップ調整部の別の一端は第２磁性体コア２０１ｂに固定されていてもよい。このとき、ギャップＧが形成されていない状態では、第１磁性体コア２０１ａと第２磁性体コア２０１ｂとは、第１磁性体コアの一部２１０と第２磁性体コアの一部２１１とが接する位置に、ギャップ調整部２０２により保持されていてもよい。
【００３１】
以上の構成によれば、ギャップ調整部の両端と磁性体コアとに位置ずれが生じることを防ぐことができる。また、ギャップ調整部の両端と磁性体コアとの磨耗を防ぐことができる。さらに、ギャップ調整部２０２が支持金具の役割も持つため、部品点数を削減することができる。
【００３２】
なお、図８（ｃ）に示すように、磁気部品１０００の両側が、ギャップ調整部により固定されてもよい。
【００３３】
もしくは、図８（ｄ）に示すように、固定部２３１などを用いて第２磁性体コア２０１ｂが固定される基板２３２と、固定部２２０などを用いて第１磁性体コア２０１ａに固定されるギャップ調整部２０２とが、固定部２２１などを用いて、固定されてもよい。
【００３４】
なお、ギャップ調整部２０２は、第１磁性体コア２０１ａや第２磁性体コア２０１ｂと、例えば、かしめられることにより、固定されてもよい。もしくは、ギャップ調整部２０２は、第１固定部２２０や第２固定部２２１により、第１磁性体コア２０１ａや第２磁性体コア２０１ｂに固定されてもよい。
【００３５】
なお、第１固定部２２０や第２固定部２２１や固定部２３１としては、ネジや接着剤などを用いてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態１の磁気部品１０００は、巻線部を備えていてもよい。このとき、巻線部は、ギャップ調整部２０２の外側に巻き回しされていてもよい。
【００３７】
以上の構成によれば、巻線部が巻き回しされたギャップ調整部が位置する部分での温度上昇がより顕著となる。これにより、ギャップ調整部の温度上昇による膨張を、より効率よく実現することができる。さらに、ギャップ調整部を介して、外部に熱を放熱することができる。
【００３８】
また、本実施の形態１の磁気部品１０００においては、第１磁性体コア２０１ａは、複数のコア脚を有していてもよい。このとき、ギャップ調整部２０２によりギャップが形成されていない状態では、複数のコア脚のそれぞれは第２磁性体コア２０１ｂと接していてもよい。このとき、温度上昇に伴い膨張したギャップ調整部２０２が第１磁性体コア２０１ａと第２磁性体コア２０１ｂとのうちの少なくとも一方を押し広げることで、複数のコア脚のそれぞれと第２磁性体コア２０１ｂとの間にギャップが形成されてもよい。
【００３９】
以上の構成によれば、例えば常温時には、複数のコア脚のそれぞれと第２磁性体コアとのギャップ長がゼロであるため、温度上昇による複数のコア脚のそれぞれにおける僅かなギャップの形成により、より大きくインダクタンスを減少させることができる。
【００４０】
なお、図８では、２つのＥ型コアを対向させた構成を示したが、本実施形態はこの構成のみに限られない。すなわち、図９に示すように、Ｅ型コアとＩ型コアとを対向させた構成であってもよい。または、図１０に示すように、Ｕ型コアとＵ型コアとを対向させた構成、もしくは、Ｕ型コアとＩ型コアとを対向させた構成であってもよい。図９、図１０では、第２磁性体コアの一部２１１とは、第２磁性体コア２０１ｂの側面の一部である。
【００４１】
また、巻線部として巻線を巻き回しして、磁気部品１０００としてリアクトルを構成してもよい。もしくは、巻線部として一次巻線と二次巻線とを巻き回しして、磁気部品１０００としてトランス（変圧器、変成器）を構成してもよい。
【００４２】
また、図８や図９のコア構成を用いて、外鉄型のトランスを構成してもよい。もしくは、図１０のコア構成を用いて、内鉄型のトランスを構成してもよい。
【００４３】
また、巻線が巻き回しされる位置は、特に限定されるものではない。
【００４４】
また、本実施形態の磁気部品１０００は、巻線を保持するためのボビンを備えていてもよい。
【００４５】
また、図８、図９、図１０に示したギャップＧの形成位置は、一例に過ぎない。ギャップ調整部２０２は、例えば、Ｅ型コアの中脚に限らず、側脚のギャップＧを調整するように構成されてもよい。
【００４６】
また、図８、図９、図１０に示した各構成は、適宜、組み合わされてもよい。
【００４７】
（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態２におけるトランス１００の概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【００４８】
本実施の形態では、いわゆるＥ字型と呼ばれる磁性体コア１０１に磁束を印加するために、磁性コア１０１の中脚部に巻線１０３を巻いた、いわゆる外鉄型のトランスの構成を例に示す。
【００４９】
中空部を備えたボビン１０４の外周に巻線１０３を巻回し、２つのＥ字型磁性体コア１０１でボビン１０４、および中空部を備えたギャップ調整部の一例である金属カバー１０２を挟み込む。磁性体コア１０１間は接着しない。金属カバー１０２は磁性体コア１０１の中脚部と同じ長さである。金属カバーの材料としては、例えば銅やアルミニウムなどフェライトの線膨張係数よりも大きいものを用いる。
【００５０】
支持金具１０５で磁性体コア１０１をその接合部のギャップ長がゼロになるように筐体に固定する。また、支持金具１０５は剛性を持たせた構造とする。
【００５１】
かかる構成によれば、電源の出力電力増大時、つまりトランス１００の巻線１０３に流れる電流が増大したときに、磁性体コア１０１の鉄損、および巻線１０３の銅損による発熱でトランス１００が高温になり、各部の材料の線膨張係数に応じて寸法が変化した際には、金属カバー１０２の線膨張係数が磁性体コア１０１よりも大きいため、磁性体コアの上側が離れるように押し上げられ、支持金具と釣り合うところまで、磁性体コア１０１間のギャップ長は広がる。結果として、磁性体コア１０１間に比透磁率の低い空気層が生じるため、閉磁路の磁気抵抗が上がり、トランス１００のインダクタンス値は減少し、磁気飽和を自発的に抑制する。
【００５２】
また、トランス１００が高温になったときに形成される磁性体コア１０１間の空気層のギャップから漏れ磁束が生じるが、金属カバー１０２が漏れ磁束を抑制する効果をもつ。
【００５３】
ここで、本開示中の主要構成部である磁性体コア１０１と金属カバー１０２との作用について、シミュレーションを用いた比較実験結果で説明する。
【００５４】
図２は本発明の実施例の構造解析のシミュレーションモデルを説明するための構造図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。構造解析では図２（ａ）に示すように三次元解析のモデルとし、室温２５℃から高温動作時の温度８５℃の温度負荷を与えた際の構造変化をシミュレーション解析する。ここでは線膨張係数として、磁性体コア１０１に１２×１０−６  ［１／Ｋ］、金属カバー１０２に１８×１０−６  ［１／Ｋ］を用いた。
【００５５】
図３は構造解析による高温時の磁性体コア１０１間のギャップ長の長さを示す図であって、（ａ）は磁性体コア１０１のｚ軸変形量、（ｂ）は磁性体コア１０１同士の中脚接触部の拡大図である。
【００５６】
図３（ｂ）より、室温ではギャップ長がゼロだったトランス１００は、高温時では金属カバー１０２が磁性体コア１０１よりもわずかに大きく膨張するため、磁性体コア１０１間に数μｍオーダーでギャップ長が形成されていることがわかる。
【００５７】
一般的な磁性体コアの表面粗さは１μｍ未満であり、トランス１００ではそれ以上の大きさでギャップ長が形成されているため、室温時に比べて高温時には十分にギャップ長が形成されていると言える。
【００５８】
また、本実施の形態では常温時にギャップ長ゼロであるため、数μｍオーダーでギャップが形成されるだけで効果的にインダクタンスを減少させることができる。
【００５９】
図４は実施の形態２のトランスの電磁界解析のシミュレーションモデルを説明するための構造図で、（ａ）は本発明の実施の形態２の正面図、（ｂ）は特許文献１に代表されるような従来トランスの正面図である。
【００６０】
２次元解析のためのモデルを用い、解析対象の形状対称性から解析領域は図４に示すように設定する。
【００６１】
図５は電磁界解析による磁束分布の比較図であって、（ａ）は本発明の実施の形態２、（ｂ）は従来トランスであり、高温動作時の中脚周囲の磁束分布をそれぞれ示す。
【００６２】
この比較結果では、いずれの構造も空気層のギャップが生成されたことにより、中脚周囲に漏れ磁束が分布しているが、実施の形態２では金属カバー１０２が漏れ磁束を抑制し、その外部への磁束の漏れを抑制していることがわかる。
【００６３】
図６は電源の出力電力増大時の磁性体コア１０１の温度分布を熱解析から示す図であって、（ａ）は熱解析モデルの構造図、（ｂ）は熱解析結果である。
【００６４】
出力電力増大時の鉄損、銅損を負荷条件とし、定常熱解析を行った結果であり、磁性体コア１０１の熱分布からコアの最大温度は中脚部であることがわかる。
【００６５】
このことは、金属カバー１０２が磁性体コア１０１の中脚の温度に大きく影響され、その線膨張係数により膨張するため本発明の効果をより効率よく実現することができると言える。
【００６６】
また、この金属カバーに用いられる材料である銅やアルミニウムが電磁シールドの機能を有し、それらは放熱性に優れるという特徴も併せ持つ。
【００６７】
すなわち、金属カバー１０２は放熱材としても機能し、磁性体コア１０１の熱を効果的に外部へ拡散させ温度上昇を抑制する。
【００６８】
このことは、高温時に磁性体の飽和磁束密度が低下することを抑止する側面があり、磁気飽和抑制に効果がある。
【００６９】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３のトランスの構成例を説明するための概略図である。
【００７０】
図７において、実施の形態２を説明するために用いた図１（ａ）〜図１（ｃ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態３では、金属カバー１０２を設けず、代わりに金属カバー１０２の役割を支持金具１０５で代替する。
【００７２】
詳細には、中空部を備えたボビン１０４の外周に巻線１０３を巻回し、磁性体コア１０１でボビン１０４を挟み込む。磁性体コア１０１間は接着しない。
【００７３】
支持金具１０５で磁性体コア１０１をその接合部のギャップ長がゼロになるように筐体に固定し、かつ磁性体コア１０１の上側の片方と支持金具１０５と接着樹脂１０８を介して接着する。支持金具は、アルミニウムが用いられ、その線膨張係数はフェライトよりも大きい。
【００７４】
かかる構成によれば、電源の出力電力増大時、つまりトランス１００の巻線１０３に流れる電流が増大したときに、磁性体コア１０１の鉄損、および巻線１０３の銅損による発熱でトランス１００が高温になり、各部の材料の線膨張係数に応じて寸法が変化した際には、支持金具１０５の線膨張係数が磁性体コア１０１よりも大きいため、磁性体コアの上側が離れるように押し上げられ、磁性体コア１０１間のギャップ長は広がる。結果として、磁性体コア１０１間に比透磁率の低い空気層が生じるため、閉磁路の磁気抵抗が上がり、トランス１００のインダクタンス値は減少し、磁気飽和を自発的に抑制する。
【００７５】
また、支持金具が漏れ磁束を抑制する効果ももつ。
【００７６】
なお、実施の形態１〜３は、適宜、組み合わせられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、例えば、高温動作の求められる車載用電源機器やパワーコンディショナー等の様々な高電力電源に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７８】
１００    トランス
１０１    磁性体コア
１０２    金属カバー
１０３    巻線
１０４    ボビン
１０５    支持金具
１０６    固定具
１０７    支持体
１０８    接着樹脂
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
2016076527.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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