JP2007128984A - 磁性部品 - Google Patents

Abstract

【課題】トランス、入力チョークコイルおよび出力チョークコイルの機能を備え、スペース効率に優れ、かつ製造コストを低減可能な磁性部品を提供すること。
【解決手段】磁性部品１０の構成において、所定の巻数に設けられる一次コイル３０、およびこの一次コイル３０と磁気的に対向すると共に所定の巻数に設けられる二次コイル４０とを備えるトランス部分Ｔと、所定の巻数を備えると共に、二次コイル４０の導体長のうちいずれかの部位から分岐される出力チョークコイル５０と、少なくとも２つのコア部材２１，２２から構成されると共に、トランス部分Ｔおよび出力チョークコイル５０を一体的に支持し、トランス部分Ｔおよび出力チョークコイル５０によって励磁される磁束を、２つのコア部材２１，２２の内部を閉じる状態で進行させる磁性コア２０と、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、大電流対応のＤＣ／ＤＣコンバータの回路等に用いられる磁性部品に関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ等に代表される電源回路では、トランス部分以外に、ノイズ的な急激な電流変動を抑制するために、入力チョークコイル、および出力チョークコイルが配置される構成がある。かかる構成を、特許文献１に示す。ここで、トランス部分、入力チョークコイルおよび出力チョークコイルは、それぞれ導体を磁性コアに巻回することにより、磁性部品を構成しており、特許文献１に示される回路構成にそれぞれ実装されている。

特開平１１−２６２２６３号公報（要約、段落番号００１８、図１他参照）

ところで、近年、上述のＤＣ／ＤＣコンバータ等に代表される電源回路においては、小型化および低コスト化への要求が高いと共に、大電流化および高効率化も要求されている。かかる要求に伴って、上述の電源回路に実装される磁性部品においても、同様の要求が為されている。

ここで、上述の特許文献１に開示されている構成では、各磁性部品が別個独立して実装されるため、合計すると大きなスペースを占める状態となる。また、別個独立して磁性部品が製造されると、その分だけ製造コストが増加する。そのため、上述の小型化および低コスト化への要請に反する状態となる。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、トランス、入力チョークコイルおよび出力チョークコイルの機能を備え、スペース効率に優れ、かつ製造コストを低減可能な磁性部品を提供しよう、とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、所定の巻数に設けられる一次コイル、およびこの一次コイルと磁気的に対向すると共に所定の巻数に設けられる二次コイルとを備えるトランス部分と、所定の巻数を備えると共に、二次コイルの導体長のうちいずれかの部位から分岐される出力チョークコイルと、少なくとも２つのコア部材から構成されると共に、トランス部分および出力チョークコイルを一体的に支持し、トランス部分および出力チョークコイルによって励磁される磁束を、２つのコア部材の内部を閉じる状態で進行させる磁性コアと、を具備するものである。

このように構成した場合には、トランス部分では、巻数比に応じて電圧変換を行われ、出力チョークコイルにおいては、トランス部分の出力側におけるノイズ的な電流変動を抑制する。ここで、磁性コアは、トランス部分および出力チョークコイルを一体的に支持している。このため、トランス部分と、出力チョークコイルとが一部品化される。そのため、従来はそれぞれ別個独立して回路基板に実装され、大きなスペースを占めていたものが、一部品化により、磁性部品が占めるスペースを低減することが可能となる。また、一部品化により、磁性部品の個数を少なくすることが可能となる。それによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路において、小型化（磁性部品のダウンサイズおよび回路基板の縮小化等）を図ることが可能となると共に、磁性部品の個数低減によって製造コストを低減することが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、出力チョークコイルは、出力側の電流変動を抑制する磁気回路を構成すると共に、一次コイルにより励磁される磁束は、出力チョークコイルを含む磁気回路の一部を経由すると共に、該磁気回路の経由により、一次コイルは、入力チョークコイルとして機能するものである。

このように構成した場合には、一次コイルにより励磁される磁束は、出力チョークコイルを含む磁気回路の一部を経由することで、一次コイルを入力チョークコイルとしても機能させることが可能となる。それにより、現状では別部品化されている入力チョークコイルも、トランス部分および出力チョークコイルと共に、一部品化することができる。それにより、磁性部品の個数を、より少なくすることが可能となると共に、小型化（磁性部品のダウンサイズおよび回路基板の縮小化等）を一層図ることが可能となる。

さらに、他の発明は、上述の各発明に加えて更に、磁性コアは、出力チョークコイルによって励磁される第１磁束と、トランス部分によって励磁される第２磁束とが、互いに直交する状態で、トランス部分および出力チョークコイルを支持するものである。

このように構成した場合には、第１磁束と第２磁束とが直交する配置となる。それにより、一方の磁束の流れが、他方の磁束の流れを変える向きに働く、いわゆるクロストークが生じるのを、最小限に抑えることが可能となる。それにより、共通の磁性コアを用いるにも拘わらず、第１磁束（トランス部分で生じる磁束）と、第２磁束（出力チョークコイルで生じる磁束）とが互いに干渉し、悪影響を及ぼし合うのを防ぐことができる。また、トランス部分と出力チョークコイルのそれぞれの電気特性が悪化するのを防ぐことができる。

本発明によると、磁性部品において、トランス、入力チョークコイルおよび出力チョークコイルの機能を備え、スペース効率に優れ、かつ製造コストを低減可能となる。

以下、本発明の一実施の形態に係る磁性部品について、図１から図９に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る磁性部品１０の全体構成を示す斜視図である。なお、以下の説明においては、図１において第１磁性コア２１が存在する側を上側とすると共に、図１において第２磁性コア２２が存在する側を下側として説明する。

図１等に示すように、磁性部品１０は、一方側を長手とする略矩形を為すように設けられている。この磁性部品１０は、一対の磁性コア２０と、一次コイル３０と、二次コイル４０と、出力チョークコイル５０と、ボビン６０と、を具備している。これらの構成により、磁性部品１０は、トランス部分Ｔと、出力チョークコイル（出力チョークコイル５０が対応）および入力チョークコイルとしての機能を有する状態となっている。以下、その構成について詳述する。

この磁性部品１０のうち、一対の磁性コア２０には、上方に位置する第１磁性コア２１（コア部材に対応）と、下方に位置する第２磁性コア２２（同じくコア部材に対応）とを有している。これら第１磁性コア２１と第２磁性コア２２とは、上下方向を遮断する境界面を挟んで、対称形状に設けられている。また、第１磁性コア２１および第２磁性コア２２には、ベース部２０１と、一次側柱脚部２０２と、二次側柱脚部２０３と、第１チョーク柱脚部２０４と、第２チョーク柱脚部２０５と、を有している。ベース部２０１は、所定の厚みを有する平板状の部分であり、第１磁性コア２１の上方側、および第２磁性コア２２の下方側に位置する。また、一次側柱脚部２０２、二次側柱脚部２０３、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５は、ベース部２０１の平板面の法線方向に向かい、所定高さだけ延伸している。

また、一次側柱脚部２０２は、第１磁性コア２１および第２磁性コア２２のうち、長手方向の一端側（図２において左側の端部側）に位置している。この一次側柱脚部２０２には、その周囲に後述する一次コイル３０が巻回される。なお、本実施の形態では、一次側柱脚部２０２の長手方向は、磁性部品１０の短手方向に一致するように設けられている。また、一次側柱脚部２０２から長手方向の他端側に向かうと、空間部２０６が設けられている。また、この空間部２０６を挟んで、該一次側柱脚部２０２と対向するように、二次側柱脚部２０３が設けられている。二次側柱脚部２０３には、後述する二次コイル４０が巻回される。

また、二次側柱脚部２０３から長手方向の他端側に向かうと、上述の空間部２０６と同様の空間部２０７が設けられていて、さらにこの空間部２０７を挟んで、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５が設けられている。第１チョーク柱脚部２０４と第２チョーク柱脚部２０５の間にも空間部２０８が設けられている。これら第１チョーク柱脚部２０４と第２チョーク柱脚部２０５は、磁性部品１０の短手方向に沿って配置されている。すなわち、トランス部分Ｔを支持／補佐する一次側柱脚部２０２と二次側柱脚部２０３の配置方向に対して、出力チョークコイル５０を支持／補佐する第１チョーク柱脚部２０４と第２チョーク柱脚部２０５の配置方向は、直交している。

なお、一次側柱脚部２０２、二次側柱脚部２０３、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５の間における、断面積の関係について図３に基づいて説明する。一次側柱脚部２０２を基準とすると、二次側柱脚部２０３は、この一次側柱脚部２０２よりも断面積が小さい。また、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５は、一次側柱脚部２０２よりも断面積が大きい。また、本実施の形態においては、第１チョーク柱脚部２０４の断面積と第２チョーク柱脚部２０５の断面積とは、等しく設けられている。

特に、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５には、一次側柱脚部２０２から、出力チョークコイル５０としての機能を果たす磁束が通過するため、磁気飽和が生じ易くなっている。そのため、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５は、一次側柱脚部２０２および二次側柱脚部２０３よりも、断面積を大きくすることが好ましい。なお、各柱脚部２０２〜２０５における磁気飽和が問題とならない場合には、上述の断面積の関係を満たさないように設計しても良い。

また、上述の第１磁性コア２１と第２磁性コア２２とを突き合わせた場合、一次側柱脚部２０２と二次側柱脚部２０３とは、互いに接触するものの、第１チョーク柱脚部２０４と第２チョーク柱脚部２０５とは、互いに接触せずに、ギャップＰが存在する状態となっている（図４参照）。かかるギャップＰの存在によっても、第１チョーク柱脚部２０４と第２チョーク柱脚部２０５の間では、磁気飽和が生じるのを抑制している。なお、かかる柱脚部２０２〜２０５の接触／非接触を実現する場合、一対の一次側柱脚部２０２の高さ寸法の合計または一対の二次側柱脚部２０３の高さ寸法の合計よりも、一対の第１チョーク柱脚部２０４の高さ寸法の合計または一対の第２チョーク柱脚部２０５の高さ寸法の合計の方が、小さくなるように設けられている。なお、かかる各柱脚部２０２〜２０５の高さ寸法以外に、別途の磁性部材を介在させる等して、各柱脚部２０２〜２０５の接触／非接触を実現するようにしても良い。

また、上述のような構成の第１磁性コア２１と第２磁性コア２２とが付き合わされる場合、図５に示すような複数のコイルボビン６０〜６２がこれらの間に介在する。これらコイルボビン６０〜６２は、樹脂材料を金型によって成型する等により構成される。また、いずれのコイルボビン６０〜６２も、上鍔部６３、下鍔部６４、上述の各柱脚部２０２〜２０５が入り込む挿通孔６５および巻枠部６６を有している。しかしながら、コイルボビン６０〜６２のうち、二次コイル４０が巻回される二次コイル用ボビン６１、および出力チョークコイル５０が巻回される出力チョーク用コイルボビン６２においては、導体間の絶縁／耐圧／位置決め保持のための中鍔部６７が間欠的に設けられている。

また、図６および図７に示すように、一次コイル３０は、所定の断面積を有する平角線を、所定の巻数分だけコイルボビン６０に巻回させることにより構成される。なお、一次コイル３０の端末部は、回路基板に対してネジ留めによる実装を可能とするための孔部３２を備えるリング状端子３１となっている。このリング状端子３１は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成における電流の入力側に接続される。

また、二次コイル４０は、コイルボビン６１に巻回される。図６および図７に示すように、二次コイル４０は、本実施の形態では、平角線を折り曲げた複数（本実施の形態では２つ）のコイルパーツから構成されている。本実施の形態では、２つのコイルパーツ４１，４２によって、２巻きの二次コイル４０が構成される。このうち、図６において下方に位置する第１コイルパーツ４１は、巻回の他端部４１ｂにおいて第２コイルパーツ４２と接合される。また、第２コイルパーツ４２は、第１コイルパーツ４１の上方に位置するが、この第２コイルパーツ４２の一端部４２ａには、導体が巻回されるリング状の平面の法線方向に延伸する延伸部４２０が設けられている。図６においては、この延伸部４２０は、第２コイルパーツ４２の下方に向かって延伸しており、第１コイルパーツ４１への接触を可能としている。

なお、図６および図７においては、延伸部４２０の内側（リング状に巻回されている内側）において第１コイルパーツ４１の他端部４１ｂと接触しているが、延伸部４２０の外側（リング状に巻回されている外側）において接触するように構成しても良い。また、この延伸部４２０には、後述する出力チョークコイル５０の一端部５１ａが接続される。また、第１コイルパーツ４１の一端部４１ａ、および第２コイルパーツ４２の他端部４２ｂには、上述の一次コイル３０と同様の孔部４１１，４２１が設けられている。この孔部４１１，４２１を介して、例えばＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成における交流の出力側（特に、整流のためのスイッチング素子等）が接続される。

また、出力チョークコイル５０は、コイルボビン６２に巻回される。図７および図８に示すように、出力チョークコイル５０も、二次コイル４０と同様に、平角線を折り曲げた複数（本実施の形態では２つ）のコイルパーツから構成されている。本実施の形態でも、上述の二次コイル４０と同様に、２つのコイルパーツ５１，５２が組み合わされることにより、２巻きの出力チョークコイル５０が形成されている。かかる出力チョークコイル５０を構成するコイルパーツ５１，５２は、その平面形状が共にＳ字形状を為すように設けられている。

なお、出力チョークコイル５０は、Ｓ字形状の２つのコイルパーツ５１，５２が組み合わされることにより、数字の「８」の字形状を為している。かかる「８」の字形状を為すために、出力チョークコイル５０は、第１コイルパーツ５１と第２コイルパーツ５２とが、二段重ねとなっている。このうち、図８において下方に位置する第１コイルパーツ５１は、その一端部５１ａが、上述の延伸部４２０の外側に接触する。なお、本実施の形態では、第１コイルパーツ４１の他端部４１ｂ、延伸部４２０、および第１コイルパーツ５１の一端部５１ａは、重ねられた後にボルト７０／ナット７１により固定されるが（図７参照）、溶接または半田付け等、その他の接合方式を採用しても良い。また、第１コイルパーツ５１の他端部５１ｂには、図８において上方に向かい延伸する延伸部５１０が設けられていて、この延伸部５１０を介して第２コイルパーツ５２に接合される。また、第２コイルパーツ５２の他端部５２ｂは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成における交流の出力側（特に、負荷または平滑回路等）に接続される。

以上のような構成の磁性部品１０では、一次コイル３０および二次コイル４０によって、トランス部分Ｔが構成される。また、出力チョークコイル５０が設けられると共に、入力チョークコイルも存在する状態となり、この入力チョークコイルは、一次コイル３０が主として機能を果たし、一次コイル３０で生じる磁束が出力チョークコイル５０の磁気回路を経由することで構成される。以下、この磁性部品１０の作用について、図３、図４、図７および図９等を参照して説明する。

一次コイル３０に電流が流れ、一次側柱脚部２０２において図３における紙面上向きに向かう磁束が形成されると、この一次側柱脚部２０２を通過する磁束は、ベース部２０１を経て、主に二次側柱脚部２０３を下向きに向かって流れる。その後、再び一次側柱脚部２０２に戻り、それによって、図４および図９においてループＡで示される磁路（この磁路を形成する磁束が、第１磁束に対応）が形成される。このループＡの磁路の形成により、磁性部品１０は、トランス部分Ｔとして機能して二次コイル４０に電流（交流電流）を生じさせる。

また、一次側柱脚部２０２を通過する磁束のうち、幾分かは、二次側柱脚部２０３の内部を進行せずに、そのままベース部２０１の他端側に向かって流れて（漏れて）、第１チョーク柱脚部２０４または第２チョーク柱脚部２０５に向かう。それにより、図４および図９においてループＢまたはループＣで示される磁路が形成される。ここで、ループＢまたはループＣで示されるような磁路は、出力チョークコイル５０により形成される磁気回路の内部を経由する。このため、磁性部品１０が実装される電源回路等において、ノイズ的に大きな電流変動が生じて、一次コイル３０を当該ノイズ的な電流が流れようとした場合、当該ループＢおよびループＣで示される磁路を形成する際に、当該ノイズ的な電流変動が抑制される。すなわち、この構成では、一次コイル３０は、入力チョークコイルとしての役割をも果たす。

また、二次コイル４０において変圧された電流は、延伸部４２０を経て出力チョークコイル５０に入力される。ここで、変圧後の電流においてノイズ的に大きな変動が生じる場合、この出力チョークコイル５０を変圧後の電流が経由すると、例えば図９においてループＤで示される磁路（この磁路を形成する磁束が、第２磁束に対応）が形成される。かかる磁路を形成する際に、当該ノイズ的な電流変動は良好に抑制される。なお、上述のループＤの磁路は、ループＡの磁路に対して、直交した状態となっている。

以上のような構成の磁性部品１０においては、トランス部分Ｔと、出力チョークコイル５０（出力チョーク）が一体化された構成を採用している。そのため、従来はそれぞれ別個独立して回路基板に実装され、大きなスペースを占めていたものが、磁性部品１０での一部品化によって、スペース効率を良好にすることが可能となる。また、本実施の形態の磁性部品１０のような一部品化によって、磁性部品の個数を少なくすることが可能となる。それによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路において、小型化（磁性部品のダウンサイズおよび回路基板の縮小化等）を図ることが可能となると共に、磁性部品の個数低減によって製造コストを低減することが可能となる。

加えて、本実施の形態の磁性部品１０では、一次コイル３０により励磁される磁束は、出力チョークコイル５０を含む磁気回路の一部を経由している。それにより、一次コイル３０を入力チョークコイルとしても機能させることが可能となる。それによって、現状では別部品化されている入力チョークコイルも、トランス部分Ｔおよび出力チョークコイル５０と共に、一部品化することができる。それにより、磁性部品の個数を、より少なくすることが可能となると共に、小型化（磁性部品のダウンサイズおよび回路基板の縮小化等）を一層図ることが可能となる。

さらに、磁性コア２０においては、出力チョークコイル５０によって励磁されループＤの磁路を形成する磁束と、トランス部分Ｔによって励磁されループＡの磁路を形成する磁束とが、互いに直交する状態で支持されている。このため、一方の磁束の流れが、他方の磁束の流れを変える向きに働く、いわゆるクロストークが生じるのを、最小限に抑えることが可能となる。それにより、共通の磁性コアを用いるにも拘わらず、第１磁束（トランス部分Ｔで生じる磁束）と、第２磁束（出力チョークコイルで生じる磁束）とが互いに干渉し、悪影響を及ぼし合うのを防ぐことができる。また、トランス部分Ｔと出力チョークコイル５０のそれぞれの電気特性が悪化するのを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５は、一次側柱脚部２０２よりも断面積が大きく設けられている。そのため、出力チョークコイル（出力チョークコイル５０）および入力チョークコイルの双方として機能させるための磁束が、第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５を通過しても、これら第１チョーク柱脚部２０４および第２チョーク柱脚部２０５において、磁気飽和が生じるのを抑えることが可能となる。

以上、本発明の磁性部品１０の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態においては、一次コイル３０および二次コイル４０が、それぞれ１つのみ設けられる場合について述べたが、これら一次コイル３０および二次コイル４０は、それぞれ２つ以上設けられるように構成しても良い。

また、上述の実施の形態においては、コイルボビン６０〜６２を設ける場合について説明しているが、コイルボビンを省略する構成を採用しても良い。

本発明の磁性部品は、電気機器の分野において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係る磁性部品の外観形状を示す斜視図である。 図１の磁性部品において、磁性コアの外観形状を示す斜視図である。 図１の磁性部品において、各柱脚部の断面積の関係を示す平面断面図である。 図１の磁性部品のうち、磁性コアの側面形状を示す側面図である。 図１の磁性部品のコイルボビンの構造を示す斜視図である。 図１の磁性部品のうち、一次コイルおよび二次コイルの構成を示す斜視図である。 図１の磁性部品のうち、一次コイル、二次コイルおよび出力チョークコイルの配置状態を示す平面図である。 図１の磁性部品のうち、出力チョークコイルの構成を示す斜視図である。 図１の磁性部品のうち、磁性部品における磁路の流れを説明するための斜視図である。

符号の説明

１０…磁性部品
２０…磁性コア
２１…第１磁性コア（コア部材に対応）
２２…第２磁性コア（コア部材に対応）
２０１〜２０５…柱脚部
２０６〜２０８…空間部
３０…一次コイル
４０…二次コイル
４１，４２…コイルパーツ
４２０，５１０…延伸部
５０…出力チョークコイル
５１，５２…コイルパーツ
６０〜６２…コイルボビン

Claims (3)

1. 所定の巻数に設けられる一次コイル、およびこの一次コイルと磁気的に対向すると共に所定の巻数に設けられる二次コイルとを備えるトランス部分と、
   所定の巻数を備えると共に、上記二次コイルの導体長のうちいずれかの部位から分岐される出力チョークコイルと、
   少なくとも２つのコア部材から構成されると共に、上記トランス部分および上記出力チョークコイルを一体的に支持し、上記トランス部分および上記出力チョークコイルによって励磁される磁束を、上記２つのコア部材の内部を閉じる状態で進行させる磁性コアと、
   を具備することを特徴とする磁性部品。
2. 前記出力チョークコイルは、出力側の電流変動を抑制する磁気回路を構成すると共に、
   前記一次コイルにより励磁される磁束は、前記出力チョークコイルを含む磁気回路の一部を経由すると共に、該磁気回路の経由により、前記一次コイルは、入力チョークコイルとして機能する、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁性部品。
3. 前記磁性コアは、
   前記出力チョークコイルによって励磁される第１磁束と、前記トランス部分によって励磁される第２磁束とが、互いに直交する状態で、前記トランス部分および前記出力チョークコイルを支持する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の磁性部品。

Images