JP2009290061A

JP2009290061A - 誘導電磁器

Info

Publication number: JP2009290061A
Application number: JP2008142323A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hasegawa; 育雄長谷川; Yoshisuke Sugii; 良輔杉井; Yotaro Hirota; 洋太郎廣田; Haruo Kitamura; 治雄北村; Kiyoshi Ano; 清阿野
Original assignee: Miyagawa Kasei Industry Co Ltd; Tabuchi Electric Co Ltd
Current assignee: Miyagawa Kasei Industry Co Ltd; Tabuchi Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】コア間のスペーサ入りギャップに起因して発生する、騒音などを抑制でき、コアの熱応力を軽減できる誘導電磁器を提供する。
【解決手段】本発明の誘導電磁器１は、少なくとも一方がＥ型コア３Ａである一対のフェライト製のコア３、３を有し、一対のコア３、３間におけるＥ型コア３Ａの中脚部３１先端にギャップＧが設けられたものであって、ギャップＧ内に少なくとも絶縁性ファインセラミックスを含むもので構成されるスペーサ５を介在させてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ギャップ付きコアを備えたトランスのような誘導電磁器に関する。

従来から、高周波電源用のスイッチングトランスでは、コアが例えば一対のＥ型コアからなる場合、各Ｅ型コアの中脚部の相対向する先端面間にギャップを設けることにより、直流電流によるコアの磁気飽和を防止して、線形性を持たせることが知られている。このコアには高周波電流での使用に適したフェライトが一般に使用される。

一方、コアに前記ギャップを設けた場合、図７（Ａ）のように、該ギャップにおけるコア間で引っ張り合う磁気吸引力５１（実線）や離間しようとする力５２（破線）、および磁気ひずみ振動により、騒音や振動が発生する。高周波電流では騒音などが一層増大する。

このため、ギャップ内に絶縁性の樹脂材を埋め込んで接着剤などで固定し、ギャップを保持して騒音や振動を防止することが知られている。また、ギャップに絶縁性の樹脂材の成形品からなるスペーサを設けて、コアをこのスペーサを介して位置決め固定して一体化したものも知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−２０４３４３号公報

しかし、従来のようにギャップに絶縁性の樹脂材からなるスペーサを設けた場合、トランスの製造時に施すワニス処理や、トランスの通電時に発生する鉄損および銅損などにより、コアが加熱および冷却されて、コアが熱膨張・収縮されることとなる。このコア中脚部にスペーサ入りギャップが設けられた状態でコアが熱膨張・収縮すると、コアの所定部位に熱応力が発生し、図７（Ｂ）のように、収縮５３のとき部位５５（実線）に、熱膨張５４のとき部位５６（破線）でコア割れが発生するという問題があった。また、高周波電流に対しては、従来のようにギャップ内に絶縁性の樹脂材のスペーサを設けても、騒音などの発生を十分に抑制できない場合があった。

本発明は、上記課題を解決して、コア間のスペーサ入りギャップに起因して発生する、騒音などを抑制でき、コアの熱応力を軽減できる誘導電磁器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る誘導電磁器は、少なくとも一方がＥ型コアである一対のフェライト製のコアを有し、前記一対のコア間における前記Ｅ型コアの中脚部先端にギャップが設けられたものであって、前記ギャップ内に少なくとも絶縁性ファインセラミックスを含むもので構成されるスペーサを介在させてなる。

この構成によれば、コアの材料であるフェライトはファインセラミックスの一種であり、スペーサの材料は絶縁性のファインセラミックスであるので、ともにファインセラミックスで構成されて少なくともその線膨張係数が互いに接近していることから、コアの熱膨張・収縮に際して、ギャップ内のスペーサもコアとほぼ同様の挙動を示すため、従来のギャップに樹脂材のスペーサを設けたのと異なり、コア間に設けられたギャップに起因して発生する、騒音などを抑制でき、コアの熱膨張・収縮による熱応力を軽減できる。

好ましくは、前記スペーサを構成する絶縁性ファインセラミックスの線膨張係数が７〜１５（×１０^−６／℃）である。したがって、コア間に設けられたギャップに起因して発生する、騒音などを抑制でき、かつコアの熱応力を軽減できる。

好ましくは、前記スペーサを構成する絶縁性ファインセラミックスが、アルミナ、ジルコニアまたはマグネシアを含むものである。したがって、スペーサの材料を容易に入手できる。

好ましくは、前記スペーサが複数種類のファインセラミックスの複合材料からなる。したがって、複数種類のファインセラミックスを任意に組み合わせることによりスペーサの線膨張係数を微調整できる。

好ましくは、前記スペーサがフェライトおよび絶縁性ファインセラミックスの複合材料からなる。したがって、スペーサがコアと同じ材料のフェライトを一部含むので、誘導電磁器の電流に対するインダクタンスの特性において、インダクタンスがステップ状となる特性を得ることができる。

好ましくは、前記スペーサを前記ギャップにおけるコアの磁路と直交する方向の一部分のみに介在させてなる。したがって、スペーサをギャップ全体でなくその一部分のみに設ければよいので、スペーサの材料を節約できる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるトランス１を示す斜視図である。トランス１は、ボビン２と、ボビン２に装着される巻線（図示せず）と、ボビン２に取り付けられる一対のフェライト製のコア３、３とからなる。コア３、３の材料であるフェライトはファインセラミックスの一種で磁性を有する。図２はボビン２に取り付けられた状態の一対のコア３、３を示す斜視図である。

図１のように、電気絶縁性の樹脂からなるボビン２は、中央の例えば円筒状の筒部１１と、その軸方向の両端（図１では上下端）に径方向に延びるつば部１２、１３とが一体形成されている。つば部１２の両端（図１では左右端）に一対の端子台１４、１４が設けられ、各端子台１４に軸方向に延びる端子ピン１５がそれぞれ配設されている。図示しないが、１次巻線と２次巻線は、筒部１１の外周面にその径方向に重ねて巻回され、これら巻線の引き出し線が端子ピン１５に接続される。

図２に示すように、一対のコア３、３は例えば２つのＥ型コア片３Ａ、３ＡからなるＥＥ型コアで、Ｅ型コア片３Ａは、中央の柱状、例えば円柱形の中脚部３１とその左右両側の一対の外脚部３２とをアーム部３３により連結したもので、アーム部３３の両端部に外脚部３２が、アーム部３３の中央部に中脚部３１が、それぞれ同一方向に平行に延びるように突出して、側面視でＥ字形状になっている。この例では、Ｅ型コア片３Ａの中脚部３１は円柱形であるが、角柱形などでもよい。図３に示すように、各Ｅ型コア片３Ａ、３Ａの中脚部３１、３１がそれぞれボビン２の筒部１１内の中空部１６に挿入される。

図１のように、一方のつば部１２における一対の端子台１４、１４の相対向する内側面部１４ａ、１４ａの間の寸法は、Ｅ型コア片３Ａの厚み（高さ）とほぼ等しく設けられており、他方のつば部１３に軸方向外方に突出する一対のガイド保持部１３ａ、１３ａが離間して（図１では左右）設けられて、この離間寸法が同様にＥ型コア片３Ａの厚み（高さ）とほぼ等しく設けられている。また、両外脚部３２の相対向する内側面部３２ａ、３２ａ（図３）の間の寸法は、つば部１２、１３の径方向長さにほぼ等しく設けられている。トランス１の組み立てに際しては、これらの端子台１４の内側面部１４ａ、１４ａ、つば部１２、１３の外端縁、ガイド保持部１３ａ、１３ａが、Ｅ型コア片３Ａのガイドおよび保持に用いられる。

図３のように、各Ｅ型コア片３Ａ、３Ａの中脚部３１、３１の相対向する先端面３１ａ、３１ａ間にギャップＧが設けられており、このギャップＧ内に絶縁性のファインセラミックスで構成されたスペーサ５を介在させてある。つまり、ギャップＧ内にギャップＧの大きさ（（各先端面３１ａの面積）×（各先端面３１ａ間の距離））とほぼ同一かこれよりも若干小さいスペーサ５が嵌め込まれている。図５（Ａ）に示すように、このスペーサ５は平面視で、コア３と同一の円形の形状を有する。コア３の中脚部３１が角柱形の場合には平面視で多角形の形状を有する。このスペーサ５は例えば接着剤で各中脚部３１の先端面３１ａ、３１ａに接着される。このスペーサ５はボビン２の筒部１１内の中空部１６によっても保持される（図３）。

このトランス１は、ギャップＧが両中脚部３１、３１の先端面３１ａ、３１ａ間にのみ設けられ、両外脚部３２、３２の先端面間に設けられていない。外脚部３２にギャップＧを設けると、ＥＭＩ(Electro-Magnetic Interference)電磁雑音が発生して、これが外脚部３２から漏れ、他の電子機器に影響する。なお、トランス１の組み立てに際して、両外脚部３２の相対向する先端面間も接着剤で接着される。

スペーサ５を構成する絶縁性のファインセラミックスとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア(ＺｒＯ_２)、マグネシア(ＭｇＯ)が好ましい。そのほかに、チタニア（ＴｉＯ_２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、ベリリア（ＢｅＯ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）なども使用できる。

スペーサ５は前記した複数種類のファインセラミックスの複合材料からなるようにしてもよい。例えば、複数の異なるファインセラミックスを任意に配合して作製することにより、所望の線膨張率を得ることができる。また、図４に示すように、スペーサ５を前記した複数種類のファインセラミックスを隣り合わせるように組み合わせることにより、同様に、所望の線膨張率を得ることができる。例えば、スペーサ５はアルミナ５-1とジルコニア５-2を接合または一体焼成して作製される。これにより、両者の中間の線膨張率を得ることができる。

図５は、スペーサ５の各例を示す。図５（Ａ）はギャップＧの全体（各先端面３１ａ、３１ａ間の全体）にスペーサ５を介在させた場合を示す。図５（Ｂ）はギャップＧにおけるコア３の磁路Ｍ（図３）と直交する方向の一部分のみ、つまり、大きさが（各先端面３１ａの面積の一部）×（各先端面３１ａ間の距離）とほぼ同一かこれよりも若干小さいスペーサ５を介在させた場合を示し、例えば、スペーサ５は平面視で中空部のある円環状の形状である。コアの中脚部３１が角柱形の場合に、図５（Ｃ）のようにスペーサ５は角環状の形状、または図５（Ｄ）のように、２つの部分を離間させた形状である。図５（Ｂ）〜（Ｄ）のように、ギャップＧの一部分にスペーサ５を介在させた場合、ギャップＧ全体にスペーサ５を介在させた場合に比べて、スペーサ５の材料の使用量を少なくでき、スペーサ５の材料費を低コストにできる。

（トランス１の組み立て）
図１のように、各Ｅ型コア片３Ａの中脚部３１がボビン２の筒部１１の両端側（上下側）外方から筒部１１内に挿入されて組み立てられる。この場合、一方側である下側のＥ型コア片３Ａは、両外脚部３２の内側面部３２ａ、３２ａ間、およびつば部１２の外端縁でガイドされて、中脚部３１がボビン２の筒部１１の中空部１６（図３）に挿入され、保持される。他方側である上側のＥ型コア片３Ａは、つば部１３の各ガイド保持部１３ａ間、およびつば部１３の外端縁でガイドされて、中脚部３１がボビン２の筒部１１の中空部１６（図３）に挿入され、保持される。スペーサ５は各Ｅ型コア片３Ａの中脚部３１の先端面３１ａに塗布された接着剤により接着される。両外脚部３２の相対向する先端面間も接着剤で接着される。

（実施例）
スペーサ５は、ギャップＧの全体（各先端面３１ａ、３１ａ間の全体）に介在させたもので、絶縁性のファインセラミックスとしてアルミナ、ジルコニアを使用した。スペーサ５の厚さ（軸方向長さ）はギャップＧの軸方向寸法よりも若干短いもので、ギャップＧにスペーサ５を挿入したときに該スペーサ５と先端面３１ａの間に若干の隙間が設けられた状態で、ギャップＧにエポキシ接着剤のような接着剤を用いて埋め込まれた。このギャップＧにおけるスペーサ５の隙間は、例えば常温でスペーサ５の厚さの約１０％以下であり、約５％以下が特に好ましい。

ここで、フェライトの線膨張率は１０〜１１（×１０^−６／℃）で、スペーサ５を構成する絶縁性のファインセラミックスのうちアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の線膨張率は７〜９（×１０^−６／℃）、ジルコニア(ＺｒＯ_２)の線膨張率は８〜１０（×１０^−６／℃）、マグネシア(ＭｇＯ)の線膨張率は１１〜１５（×１０^−６／℃）である。したがって、ファインセラミックスからなるスペーサ５の線膨張率は７〜９（×１０^−６／℃）であり、フェライト製のコア３の線膨張率に接近している。これに対して、従来の樹脂を接着するエポキシ接着剤の線膨張率は、６（×１０^−５／℃）で、耐熱性のあるアラミド(全芳香族ポリアミドポリマー）紙のような従来の樹脂も、これよりも若干低い程度であり、コア３の線膨張率とは大きな差異がある。

前記ギャップ５内に絶縁性のファインセラミックスで構成されたスペーサ５を介在させてなるトランス１は、その製造時に施されたワニス処理、トランス１の通電時に発生する鉄損および銅損などにより、コア３が加熱および冷却されて、コア３が熱膨張・収縮されたが、ギャップＧによる騒音や振動、およびコア３の所定部位にコア割れが発生しなかった。

本発明では、コア３とギャップＧ内のスペーサ５の線膨張係数が互いに接近しているので、コア３の熱膨張・収縮に伴って、ギャップＧ内のスペーサ５もコア３とほぼ同様の挙動で熱膨張・収縮する。したがって、ギャップＧ内のスペーサ５を含むコア３全体が同様に熱膨張・収縮するので、コア３の熱膨張・収縮によるギャップＧに起因する大きな熱応力が発生しなくなった。また、コアおよびスペーサが同じ焼結加工されたファインセラミックスからなるので、両者間で磨耗などが生じることなく両者のなじみもよく、ギャップＧによる騒音や振動も発生しなかった。

これにより、コア３とスペーサ５はともにファインセラミックスで構成されてその線膨張係数が互いに接近しているから、コア３の熱膨張・収縮に際して、ギャップＧ内のスペーサ５もコア３とほぼ同様の挙動を示すので、従来、コアとギャップ内の樹脂材のスペーサとに線膨張率の差があって互いに異なる挙動を示すのと相違して、コア間に設けられたスペーサ入りギャップＧに起因して発生する、騒音などを抑制でき、コア３の熱膨張・収縮による熱応力を軽減できる。

図６は第２実施形態を示す。この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、スペーサ５がフェライトおよび絶縁性のファインセラミックスの複合材料からなる。つまり、スペーサ５は、絶縁性のファインセラミックスだけでなくコア３と同じ磁性を有するフェライトを含むもので構成される。図６のように、フェライト５-3と絶縁性のファインセラミックス５-4を例えば１：１で接合または一体焼成して、スペーサ５が作製される。このスペ−サ５がギャップＧに同様に介在される。その他の構成は第１実施形態と同様である。

第２実施形態は、スペーサ５がファインセラミックスからなるので、第１実施形態と同様に、コア３間に設けられたギャップＧに起因して発生する、騒音などを抑制でき、コア３の熱膨張・収縮による熱応力を軽減できる。しかも、スペーサ５がコア３と同じ磁性材料のフェライトを一部含むので、このスペ−サ５の介在により、トランス１の電流Ａに対するインダクタンスＬの特性において、インダクタンスＬが電流Ａの増大に対してステップ状に低下する特性を得ることができる。

なお、上記各実施形態では、コアがＥＥ型コアであるが、ＥＩ型コアでもよい。この場合、Ｅ型コア片の中脚部の先端面と、この先端面に対向するＩ型コア片の面との間にギャップが設けられ、このギャップ内に絶縁性のファインセラミックスを含むもので構成されるスペーサ５を介在させてなる。

なお、本発明をトランスのほかにリアクトルなどの電磁誘導器に適用してもよい。

本発明の第１実施形態にかかるトランスを示す斜視図である。図１のトランスのコアを示す斜視図である。図１のトランスのコアを示す側面図である。スペーサの変形例を示す側面図である。（Ａ）〜（Ｄ）はスペーサの各例を示す平面図である。第２実施形態にかかるトランスのコアを示す側面図である。（Ａ）（Ｂ）は従来のトランスのコアを示す側面図である。

符号の説明

１：トランス（誘導電磁器）
２：ボビン
３：コア（ＥＥ型コア）
３Ａ：Ｅ型コア片
５：スペーサ
Ｇ：ギャップ

Claims

少なくとも一方がＥ型コアである一対のフェライト製のコアを有し、
前記一対のコア間における前記Ｅ型コアの中脚部先端にギャップが設けられた誘導電磁器であって、
前記ギャップ内に少なくとも絶縁性ファインセラミックスを含むもので構成されるスペーサを介在させてなる、誘導電磁器。
請求項１において、
前記スペーサを構成する絶縁性ファインセラミックスの線膨張係数が７〜１５（×１０^−６／℃）である、誘導電磁器。
請求項１または２において、
前記スペーサを構成する絶縁性ファインセラミックスは、アルミナ、ジルコニアまたはマグネシアを含むものである、誘導電磁器。
請求項１から３のいずれか１項において、
前記スペーサが複数種類のファインセラミックスの複合材料からなる、誘導電磁器。
請求項１から３のいずれか１項において、
前記スペーサがフェライトおよび絶縁性ファインセラミックスの複合材料からなる、誘導電磁器。
請求項１から５のいずれか１項において、
前記スペーサが前記ギャップにおけるコアの磁路と直交する方向の一部分のみに介在させてなる誘導電磁器。