JP2021119588A

JP2021119588A - 磁性コア

Info

Publication number: JP2021119588A
Application number: JP2020013115A
Authority: JP
Inventors: 拓真徳光; Takuma Tokumitsu; 健司太田; Kenji Ota
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-12

Abstract

【課題】導線の少ない巻回数で広周波数帯域における高インピーダンスを実現できると共に、導線の巻回時において、導線と磁性コアの外周面との間の隙間やたるみの発生を低減できる磁性コアを提供する。【解決手段】磁性コア１０は、上方に向かって膨出する曲面と成された上面１２ａと、平坦面と成された底面を有するリング状の１個の第１のコア部材１２と、平坦面と成された上面及び底面を有するリング状の１個の第２のコア部材１４と、平坦面と成された上面と、下方に向かって膨出する曲面と成された底面１６ｂを有するリング状の１個の第３のコア部材１６を備える。第１のコア部材１２〜第３のコア部材１６を、上下方向に積層して構成した。【選択図】図８

Description

この発明は、ノイズフィルタのフィルタ回路を構成するコモンモードチョークコイルに使用される磁性コアに関する。

コモンモードチョークコイルは、銅等より成る一対の導線を、フェライト等の磁性材料から成るリング状の磁性コアの外周面に絶縁状態で巻回して成る電子部品であり、電源線等を通じるノイズを遮断・低減するためのノイズフィルタの構成部品として広く用いられている（特許文献１参照）。
尚、磁性コアと導線との絶縁は、コア表面に樹脂等の絶縁被膜を施したリ、磁性コアを絶縁性のコアケース内に収納したり、或いは、絶縁被覆を施した導線を用いることによって確保することができる。

図１８〜図２０は、従来のコモンモードチョークコイル用の磁性コア70を示す斜視図、平面図、断面図である。
磁性コア70は、フェライト等の磁性材料をリング状に成型して構成されており、その上面70ａ及び底面70ｂは平坦面と成されている。

特開２０１６−８２１７８号公報

上記磁性コア70を使用したコモンモードチョークコイルにおいて、高インピーダンスを実現するためには、初透磁率が高い磁性コア70を選定すれば可能である。しかしながら、初透磁率が高い磁性コア70ほど低周波帯域で磁気共鳴を起こし急激にインピーダンスが低下してしまう問題があった。
初透磁率が高い磁性コア70の選定以外の方法で高インピーダンスを実現する方法として、導線の巻回数を増やす方法があるが、導線の巻回数が増えると、導線間の浮遊容量が高くなり、この浮遊容量とコイルのインダクタンスが共鳴を起こし、インピーダンスが急低下してしまうものであった。

また、従来の磁性コア70は、上面70ａ及び底面70ｂは平坦面と成されていて断面が四角形状であるため、図２１及び図２２に示すように、導線72を磁性コア70の外周面に巻回した場合、導線72と磁性コア70の外周面との間に隙間が生じてたるみが発生しやすく、その結果、コイル外形の大型化や、導線72の巻きのバラツキに起因してコイル特性の不安定化を生じていた。

この発明は、従来の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導線の少ない巻回数で広周波数帯域における高インピーダンスを実現できると共に、導線の巻回時において、導線と磁性コアの外周面との間の隙間やたるみの発生を低減できる磁性コアを実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載の磁性コアは、
上方に向かって膨出する曲面と成された上面と、平坦面と成された底面を有するリング状の１個の第１のコア部材と、平坦面と成された上面及び底面を有するリング状の０個以上の第２のコア部材と、平坦面と成された上面と、下方に向かって膨出する曲面と成された底面を有するリング状の１個の第３のコア部材を備え、上記第１のコア部材〜第３のコア部材を上下方向に積層して構成したことを特徴とする。

本発明に係る請求項２に記載の磁性コアは、請求項１に記載の磁性コアにおいて、
上記第２のコア部材が１個であることを特徴とする。

本発明に係る請求項３に記載の磁性コアは、請求項１又は２に記載の磁性コアにおいて、
積層された第１のコア部材〜第３のコア部材同士が、絶縁性固定剤を介して固着されていることを特徴とする。

本発明に係る請求項４に記載の磁性コアは、請求項１〜３の何れかに記載の磁性コアにおいて、
中央縦方向に切断した場合における、第１のコア部材の断面積、第２のコア部材の断面積、第３のコア部材の断面積の比率を同一又は非同一に形成することを特徴とする。

本発明の磁性コアにあっては、リング状の第１のコア部材〜第３のコア部材を複数個上下方向に積層して構成したので、形状共鳴現象により磁気共鳴周波数帯域が上がり、導線の少ない巻回数であっても広周波数帯域における高インピーダンスを実現することができる。

また、第１のコア部材の上面が上方に向かって膨出する曲面と成されていると共に、第３のコア部材の底面が下方に向かって膨出する曲面と成されていることから、上面70ａ及び底面70ｂが平坦面と成されている従来の磁性コア70に比べ、導線の巻回時において、導線と磁性コアの外周面との間の隙間やたるみの発生を低減することができる。
この結果、導線のたるみや導線の巻きのバラツキに起因するコイル外形の大型化や、コイル特性の不安定化を抑制することができる。

請求項４に記載の磁性コアの如く、中央縦方向に切断した場合における、第１のコア部材の断面積、第２のコア部材の断面積、第３のコア部材の断面積を同一又は非同一に形成して適宜変更することにより、インピーダンスの周波数帯域を広げることができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る磁性コアを説明する。
図１は、本発明に係る磁性コア10を示す正面図、図２は同背面図、図３は平面図、図４は同底面図、図５は同右側面図、図６は同左側面図、図７は同斜視図、図８は図１（正面図）の中央縦断面図である。

本発明に係る磁性コア10は、フェライト等の磁性材料より成り、リング状の第１のコア部材12、リング状の第２のコア部材14、リング状の第３のコア部材16上下方向に積層して構成されているものである（図９参照）。

図９に示すように、リング状の第１のコア部材12は、上方に向かって膨出する曲面と成された上面12ａと、平坦面と成された底面12ｂを有している。
リング状の第２のコア部材14は、平坦面と成された上面14ａ及び底面14ｂを有している。
リング状の第３のコア部材16は、平坦面と成された上面16ａと、下方に向かって膨出する曲面と成された底面16ｂを有している。

上記第１のコア部材12の底面12ｂを第２のコア部材14の上面14ａに載置すると共に、第２のコア部材14の底面14ｂを第３のコア部材16の上面14ｂに載置することにより、上下方向に第１のコア部材12〜第３のコア部材16を積層し、さらに、シリコン系接着樹脂やエポキシ系接着樹脂等より成る絶縁性固定剤（図示省略）を介して、第１のコア部材12の底面12ｂと第２のコア部材14の上面14ａ同士、第２のコア部材14の底面14ｂと第３のコア部材16の上面16ａ同士を固着している。この結果、上下に配置されるコア部材間（第１のコア部材12と第２のコア部材14の間、第２のコア部材14と第３のコア部材16との間）には、絶縁性固定剤が介在しているものである。

本発明に係る磁性コア10にあっては、中央縦方向（中央上下方向）に切断した場合（図８参照）における、第１のコア部材12の断面積、第２のコア部材14の断面積、第３のコア部材16の断面積を同一としているが、図１０に示すように、第２のコア部材14の断面積を、第１のコア部材12及び第３のコア部材16の断面積の２倍にしたり、或いは、図１１に示すように、第２のコア部材14の断面積を、第１のコア部材12及び第３のコア部材16の断面積の１／２倍にする等、第１のコア部材12の断面積、第２のコア部材14の断面積、第３のコア部材16の断面積を非同一にしても良い。。

コアの断面積はコアのインダクタンスに依存するため、第１のコア部材12〜第３のコア部材16の断面積の比率を同一又は非同一に形成して適宜変更することにより、インピーダンスの周波数帯域を広げることができる。

上記リング状の磁性コア10の外周面に、一対の銅等より成る導線を絶縁状態で巻回することによりコモンモードチョークコイルを構成することができる。
図１２は、本発明に係る磁性コア10に導線18を巻回した状態を示す模式的斜視図、図１３は、同模式的断面図である。尚、磁性コア10と導線18との絶縁は、磁性コア10表面に樹脂等の絶縁被膜を施したリ、絶縁被覆を施した導線18を用いることにより確保できる。

本発明の磁性コア10にあっては、第１のコア部材12の上面12ａが上方に向かって膨出する曲面と成されていると共に、第３のコア部材16の底面16ｂが下方に向かって膨出する曲面と成されていることから、上面70ａ及び底面70ｂが平坦面と成されている従来の磁性コア70に比べ、導線18の巻回時において、導線18と磁性コア10の外周面との間の隙間やたるみの発生を低減することができる（図１３及び図２２参照）。
この結果、導線18のたるみや導線18の巻きのバラツキに起因するコイル外形の大型化や、コイル特性の不安定化を抑制することができる。

尚、従来の磁性コア70の場合、上面70ａ及び底面70ｂが平坦面と成された断面四角形状であったため、導線72巻回時において、多大な力を掛けて、磁性コア70の直角部で導線72に折り目を付けるようにして磁性コア70の外周面に巻き付けていたが、本発明の磁性コア10は、上記の通り、第１のコア部材12の上面12ａ及び第２のコア部材14の底面14ｂが曲面と成されていることから、従来の磁性コア70より軽い力で導線18を巻き付けることができる。
この結果、太い導線18でも手巻きが容易に行えると共に、巻き取り機を使用した自動巻きも行い易い。

また、本発明の磁性コア10は、リング状の第１のコア部材12〜第３のコア部材16を複数個上下方向に積層して構成したので、形状共鳴現象により磁気共鳴周波数帯域が上がり、導線の少ない巻回数であっても広周波数帯域における高インピーダンスを実現することができる。

上記磁性コア10は、図１４〜図１６に示すように、樹脂等の絶縁材料より成り、中央に貫通孔を有するリング状のコアケース20内に収納することにより、導線18との絶縁を確保しても良い。

上記コアケース20は、磁性コア10を上側から被覆するリング状の上蓋22と、磁性コア10を下側から被覆するリング状の下蓋24を有している。
また、上記貫通孔を２つの領域に等分して区画する仕切板26と、該仕切板26の両端に位置する上蓋22の表面及び下蓋24の表面に形成され、コアケース20を２つの領域に等分して区画する凸部28を有している。

上記仕切板26は、上蓋22及び下蓋24で磁性コア10を被覆した後、貫通孔を挟んで対向する一対の凸部28に形成した溝30に、仕切板26を嵌挿することにより設けられる（図１５参照）。
尚、巻回時における導線18とコアケース20の外周面との間の隙間やたるみの発生を低減するため、磁性コア10の場合と同様に、上蓋22の表面が上方に向かって膨出する曲面と成されていると共に、下蓋24の表面は下方に向かって膨出する曲面と成されている。

本発明に係る磁性コア10を収納したリング状のコアケース20の外周面に、一対の導線18を巻回することによりコモンモードチョークコイルを構成することができる（図１６参照）。この際、一対の導線18は、上記仕切板26及び凸部28により隔絶され、一対の導線18間の絶縁性が確保される。
尚、図１６においては、汎用性の高い丸線より成る導線18を巻回した場合を例示したが、図１７に示すように、平角線より成る導線18を巻回してコモンモードチョークコイルを構成しても良い。導線18に平角線を使用した場合、丸線を使用した場合に比べ、導線18同士の重なる面積を減らすことが可能になるため、導線18間の浮遊容量による急激なインピーダンスの低下の抑制が見込まれる。また、導線18同士の重なりが減少して導線18間の間隔が増えるため放熱性が上がり、高電流を流した際に起こる導線18の温度上昇による弊害の抑制が見込まれる。

上記においては、上方に向かって膨出する曲面と成された上面12ａと、平坦面と成された底面12ｂを有する第１のコア部材12、平坦面と成された上面14ａ及び底面14ｂを有する第２のコア部材14、平坦面と成された上面16ａと、下方に向かって膨出する曲面と成された底面16ｂを有する第３のコア部材16の合計３個のコア部材で磁性コア10を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、第２のコア部材14を有さず、第１のコア部材12と第３のコア部材16を上下方向に積層して磁性コア10を構成しても良い。この場合、第１のコア部材12の底面12ｂと第３のコア部材16の上面16ａ同士を上記絶縁性固定剤を介して固着すれば良い。
また、第２のコア部材14を２個以上としても良い。この場合、２個以上の第２のコア部材14同士も上記絶縁性固定剤を介して固着すれば良い。
要するに、上方に向かって膨出する曲面と成された上面12ａと、平坦面と成された底面12ｂを有する１個の第１のコア部材12と、平坦面と成された上面14ａ及び底面14ｂを有する０個以上の第２のコア部材14と、平坦面と成された上面16ａと、下方に向かって膨出する曲面と成された底面16ｂを有する１個の第３のコア部材16を備え、上記第１のコア部材12〜第３のコア部材16を上下方向に積層して磁性コア10を構成すれば良い。

本発明に係る磁性コアを示す正面図本発明に係る磁性コアを示す背面図本発明に係る磁性コアを示す平面図本発明に係る磁性コアを示す底面図本発明に係る磁性コアを示す右側面図本発明に係る磁性コアを示す左側面図本発明に係る磁性コアを示す斜視図図１（正面図）の中央縦断面図第１のコア部材〜第３のコア部材の積層前の状態を示す断面説明図第２のコア部材の断面積が、第１のコア部材及び第３のコア部材の断面積の２倍の状態を示す断面説明図第２のコア部材の断面積が、第１のコア部材及び第３のコア部材の断面積の１／２倍の状態を示す断面説明図本発明に係る磁性コアに導線を巻回した状態を示す模式的斜視図本発明に係る磁性コアに導線を巻回した状態を示す模式的断面図コアケースを示す斜視図本発明に係る磁性コアをコアケースに収納する状態を示す斜視説明図コアケースに丸線より成る導線を巻回した状態を示す平面説明図コアケースに平角線より成る導線を巻回した状態を示す平面説明図従来の磁性コアを示す斜視図従来の磁性コアを示す平面図図１９のＸ−Ｘ’断面図従来の磁性コアに導線を巻回した状態を示す模式的斜視図従来の磁性コアに導線を巻回した状態を示す模式的断面図

10 磁性コア
12 第１のコア部材
12ａ第１のコア部材の上面
12ｂ第１のコア部材の底面
14 第２のコア部材
14ａ第２のコア部材の上面
14ｂ第２のコア部材の底面
16 第３のコア部材
16ａ第３のコア部材の上面
16ｂ第３のコア部材の底面
18 導線
20 コアケース
22 コアケースの上蓋
24 コアケースの下蓋
26 コアケースの仕切板
28 コアケースの凸部
30 凸部の溝

Claims

上方に向かって膨出する曲面と成された上面と、平坦面と成された底面を有するリング状の１個の第１のコア部材と、平坦面と成された上面及び底面を有するリング状の０個以上の第２のコア部材と、平坦面と成された上面と、下方に向かって膨出する曲面と成された底面を有するリング状の１個の第３のコア部材を備え、上記第１のコア部材〜第３のコア部材を上下方向に積層して構成したことを特徴とする磁性コア。
上記第２のコア部材が１個であることを特徴とする請求項１に記載の磁性コア。
積層された第１のコア部材〜第３のコア部材同士が、絶縁性固定剤を介して固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性コア。
中央縦方向に切断した場合における、第１のコア部材の断面積、第２のコア部材の断面積、第３のコア部材の断面積の比率を同一又は非同一に形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の磁性コア。