发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种能够减少安装到电路板上时所需的螺钉等连接部件的数量的线圈部件。
为了解决上述问题,本发明的线圈部件的一方面是具备变压器部分和电抗器部分的线圈部件,其特征在于,变压器部分具备:通过围绕初级侧中空部卷绕扁平线而形成的初级绕组部,通过围绕与初级侧中空部连通的次级侧中空部卷绕扁平线而形成的、并且以分别与初级绕组部的一侧和另一侧相对置的状态配置有一对的次级绕组部,以及插通在初级侧中空部和次级侧中空部中的第一磁芯;电抗器部分具备电抗器绕组部和第二磁芯,其中,电抗器绕组部通过使构成次级绕组部的扁平线的一端侧延伸出来,并围绕电抗器侧中空部卷绕扁平线而形成,第二磁芯插通在电抗器侧中空部中。
另外,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选第二磁芯是使两个磁芯部件夹着磁隙部件相互对接而构成。
进而,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选次级绕组部是将多根扁平线以邻接的状态加以卷绕而形成,并且,电抗器绕组部也是将多根扁平线以邻接的状态加以卷绕而形成。
另外,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选初级绕组部和次级绕组部中的至少一个,具有在小径绕组部分的外周侧,以与其邻接的状态配置有直径小于所述小径绕组部分的大径绕组部分的部位。
进而,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选通过第一磁芯形成的第一磁路和通过第二磁芯形成的第二磁路被设置为大致平行或者大致垂直。
另外,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选第一磁路与第二磁路被设置为大致垂直;第一磁芯是将两个E型磁芯对接而构成,该两个E型磁芯在柱状连接基座部的两端分别竖立设置有外侧支脚,并在这两个外侧支脚之间竖立设置有中间支脚,并且,这两个E型磁芯的对接是以中间支脚插通在初级侧中空部和次级侧中空部中的状态进行;第二磁芯是将两个U型磁芯对接而构成,该两个U型磁芯分别具备连接部和与该连接部连接并且相互对置的一对外侧支脚,并且,这两个U型磁芯的对接是以一个外侧支脚插通在电抗器侧中空部中,而另一个外侧支脚位于远离第一磁芯侧的位置处的状态进行。
进而,本发明的线圈部件的另一方面是具有通过扁平线形成的第一绕组结构体和通过扁平线形成的第二绕组结构体的线圈部件,其特征在于,第一绕组结构体具有:通过围绕第一中空部卷绕扁平线而形成的第一绕组部、和通过围绕第二中空部卷绕扁平线而形成的第二绕组部、以及连接第一绕组部与第二绕组部且通过扁平线构成的连接线部;第一绕组部被用作变压器部分的次级绕组部;第二绕组部配置在电抗器侧中空部的周围并被用作电抗器部分的电抗器绕组部;次级绕组部与电抗器绕组部能够分别形成不同的磁路;第二绕组结构体具有通过围绕第三中空部卷绕扁平线而形成的第三绕组部;第三绕组部配置在初级侧中空部的周围并被用作变压器部分的初级绕组部;第一绕组部设有一对,并且,第三绕组部位于该一对第一绕组部之间,该一对第一绕组部和第三绕组部以相互重叠的状态配置,并且,第一磁芯以该重叠状态插通在第一中空部;进而,第一磁芯插通在第三中空部。
另外,本发明的线圈部件的其他方面是在上述发明的基础上,进而优选初级绕组部、次级绕组部以及电抗器绕组部中的至少一个绕组部通过扁立卷绕而构成。
(发明效果)
根据本发明,能够减少线圈部件中的安装到电路板上时所需的螺钉等连接部件的数量。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明一实施方式涉及的线圈部件10进行说明。
另外,在以下的说明中,将下述中空支撑部213的延伸方向设为“上下方向(Z方向)”,在上下方向(Z方向)中,将盖子24的上方定位部241所处侧设为“上侧(Z1侧)”,将与其相反的、底座21的支脚部212所处侧设为“下侧(Z2侧)”。另外,将变压器部分20与电抗器部分30的排列方向设为“X方向”,并将相对于变压器部分20而言电抗器部分30所处侧设为“X1侧”,将其相反侧设为“X2侧”。另外,将与X方向和Z方向垂直的方向设为“Y方向”,并将图1中的内侧设为“Y1侧”,将与其相反的外侧设为“Y2侧”。
<关于线圈部件10的结构>
图1是表示线圈部件10的结构立体图。如该图1所示,线圈部件10具有变压器部分20和电抗器部分30。变压器部分20设有底座21、初级绕组部22、次级绕组部23A、23B、盖子24以及E型磁芯25。
图2是表示底座21的结构的立体图。底座21是用于支撑变压器部分20的各部件的部分。该底座21设有基座部211、支脚部212以及中空支撑部213。基座部211是用于载置次级绕组部23A的部分。但是,也可以采用经由垫片等其他部件将次级绕组部23A载置于底座21上的结构,而不是直接将次级绕组部23A载置于底座21上的结构。在本实施方式中,基座部211的平面形状被设置为矩形,并且,在矩形的中央侧位置处设有与中空支撑部213连通的贯通孔(未图示)。
在基座部211的下侧(Z2侧)设有支脚部212。支脚部212被设置为从基座部211起沿Y方向突出,以便提高底座21的稳定性。在本实施方式中,支脚部212分别设置于基座部211的四个角部。
另外,在本实施方式中,当从侧面观察底座21时,在基座部211的、中空支撑部213的下侧(Z2侧)设有嵌合凹部211a,E型磁芯25(E型磁芯25a)嵌在该嵌合凹部211a中。另外,支脚部212在X方向上的间隔被设置为与嵌合凹部211a在X方向上的尺寸相同。
中空支撑部213从基座部211起沿上下方向(Z方向)延伸。中空支撑部213是中空状的支柱部分。一对E型磁芯25的中间支脚253分别配置在该中空支撑部213的中空部213a中。另外,在中空支撑部213的外周侧,从下侧(Z2侧)朝向上侧(Z1侧)依次配置有次级绕组部23A、初级绕组部22以及次级绕组部23B。另外,在次级绕组部23A与初级绕组部22之间、以及初级绕组部22与次级绕组部23B之间配置有绝缘部件26。
如图1所示,次级绕组部23A载置于基座部211上。次级绕组部23A是通过以阿尔法卷绕(alpha winding)和扁立卷绕(edgewise winding)的方式将扁平线H卷绕规定圈数而形成的。此时,存在于绕组部分内周侧的次级侧中空部(省略图示)位于中空支撑部213的外周侧。在本实施方式中,次级绕组部23A是将两根扁平线H以在XY平面中排列(横向排列)的状态加以卷绕而形成的。由此,导体部分的表面积变大,因而能够应对趋肤效应(skin effect)。
但是,次级绕组部23A也可以不是将两根扁平线H以横向排列的状态卷绕而形成,并且也可以仅由一根扁平线H构成,还可以是将三根以上的扁平线H以横向排列的状态加以卷绕而形成。另外,也可以将两根以上的扁平线H以在上下方向上排列的状态加以卷绕而不是横向排列的状态。
构成次级绕组部23A的扁平线H的一端侧朝向与次级绕组部23A的绕线方向不同的方向突出而非朝向电抗器部分30延伸,并且与次级绕组部23B的一端侧连接(省略图示),另一方面,构成次级绕组部23A的扁平线H的另一端侧朝向电抗器部分30侧延伸。而且,如下所述,次级绕组部23A的另一端侧与电抗器部分30的电抗器绕组部32连接。
如图1所示,初级绕组部22经由绝缘部件26被载置于次级绕组部23A的上侧(Z1侧)。初级绕组部22也是通过以阿尔法卷绕且扁立卷绕的方式将扁平线H卷绕规定圈数而形成的。此时,存在于绕组部分内周侧的初级侧中空部(省略图示)位于中空支撑部213的外周侧。
初级绕组部22与次级绕组部23A、23B一同构成变压器,并且彼此之间进行相互感应。因此,初级绕组部22是根据相互感应将扁平线H仅卷绕所希望圈数而形成的。另外,初级绕组部22是与下述第一绕组结构体100(参照图5)不同的绕组结构体(第二绕组结构体;省略图示),该第二绕组结构体中的第三绕组部被用作变压器部分20的初级绕组部22。另外,上述初级侧中空部对应于第三中空部。
如图1所示,次级绕组部23B经由绝缘部件26被载置于初级绕组部22的上侧(Z1侧)。次级绕组部23B被形成为圈数与上述次级绕组部23A相同。另外,次级绕组部23B的绕线方向被设置为能够与次级绕组部23A产生同一方向的磁场的绕线方向。通过将中空支撑部213插通在次级绕组部23A、23B的次级侧中空部、和初级绕组部22的初级侧中空部中,从而使次级绕组部23A、23B和初级绕组部22的绕组部分的中心部分一致。但是,次级绕组部23A、23B和初级绕组部22的绕组部分的中心部分稍微错开一点亦可。
另外,与上述次级绕组部23A同样,次级绕组部23B也是将两根扁平线H以在XY平面上排列(横向排列)的状态加以卷绕而形成的。但是,次级绕组部23B也可以仅由一根扁平线H构成,并且也可以将三根以上的扁平线H以横向排列的状态加以卷绕而形成,还可以将两根以上的扁平线H以在上下方向上排列的状态加以卷绕而不是横向排列的状态。
如图3所示,盖子24是用于将E型磁芯25安装到底座21上的部件,因此,盖子24被设置为将次级绕组部23B的上侧(Z1侧)的一部分覆盖,并且将初级绕组部22和次级绕组部23A、23B的外周侧的一部分覆盖。另外,盖子24是用于使E型磁芯25与初级绕组部22以及次级绕组部23A、23B之间绝缘的部件。该盖子24被形成为与E型磁芯25的形状相对应的形状。因此,盖子24被设置为侧视时呈大致C字形状。
盖子24设有上方定位部241和侧方定位部242。上方定位部241位于次级绕组部23B的上侧(Z1侧),并且用于对E型磁芯25的连接基座部251进行定位。为了对E型磁芯25的连接基座部251进行定位,上方定位部241设有底板部241a,进而设有一对从该底板部241a的宽度方向两侧朝向上方竖立的凸缘部241b,该一对凸缘部241b之间的间隔与连接基座部251相对应。由此,能够对连接基座部251进行定位。
底板部241a的长度方向中央位置处设有贯通孔241a1。贯通孔241a1是供E型磁芯25的中间支脚253插通的孔。在此,在底板部241a的底面侧,贯通孔241a1被设置为阶梯形状。即,在底板部241a底面侧的、贯通孔241a1周围设有阶梯部241a2。该阶梯部241a2是用于阻挡中空支撑部213的上端边缘侧从而限制其进一步朝向上侧(Z1侧)移动的部分。因此,贯通孔241a1被设置为:阶梯部241a2的阶梯面的上侧(Z1侧)的开口面积小于阶梯部241a2的阶梯面的下侧(Z2侧)的开口面积。
各个侧方定位部242分别从上方定位部241的长度方向两端朝向下侧(Z2侧)延伸。侧方定位部242是用于对E型磁芯25的外侧支脚252进行定位的部分。因此,与上方定位部241同样地,侧方定位部242也具有底板部242a和一对凸缘部242b。
E型磁芯25是以铁氧体、非晶质磁性材料、硅钢板等磁性材料为材质而形成的。E型磁芯25是下述类型的磁芯,即:在柱状连接基座部251的两端分别竖立设置有外侧支脚252,并且在这两个外侧支脚252之间竖立设置有中间支脚253。该E型磁芯25设有一对,并且被配置其外侧支脚252和中间支脚253相互对接。在以下的说明中,将一对E型磁芯25中位于下侧(Z2侧)的E型磁芯25称为“E型磁芯25a”,将位于上侧(Z1侧)的E型磁芯25称为“E型磁芯25b”。另外,E型磁芯25对应于第一磁芯。但是,也可以是对接后的一对E型磁芯25对应于第一磁芯。
下侧(Z2侧)的E型磁芯25a的中间支脚253插通在中空支撑部213的中空部213a中,并且连接基座部251嵌在嵌合凹部211a中。此时,E型磁芯25a的连接基座部251的两端侧从嵌合凹部211a延伸出外侧。因此,外侧支脚252从嵌合凹部211a突出且位于一对支脚部212之间,并且从该位置朝向上侧(Z1侧)延伸。
另外,上侧(Z1侧)的E型磁芯25b的中间支脚253插通在中空支撑部213的中空部213a,连接基座部251嵌在上方定位部241中。进而,外侧支脚252分别嵌在侧方定位部242中。在此,下侧(Z2侧)的E型磁芯25a与上侧(Z1侧)的E型磁芯25b的中间支脚253彼此对接,而且外侧支脚252彼此也对接。
接着,对于电抗器部分30进行说明。电抗器部分30具有与上述变压器部分20相同的底座31、盖子34以及E型磁芯35。因此,省略对于这些部件部分的说明而仅对于不同部分进行说明。
另外,电抗器部分30中的电抗器绕组部32与变压器部分20中的绕组部不同。电抗器绕组部32是将分别从次级绕组部23A、23B延伸出的扁平线H以得到所希望的电感L的方式加以卷绕而形成的。
在本实施方式中,在卷绕扁平线H形成绕组部分时,并不将次级绕组部23(23A、23B)与电抗器绕组部32之间切断,而是将其形成为一体。该状态表示于图5中。图5是表示电抗器绕组部32与次级绕组部23A呈一体的第一绕组结构体100的结构立体图。另外,在图5中,两根扁平线H呈邻接状态,可以将其视为与第一绕组结构体100相对应,也可以将通过仅卷绕一根扁平线H而形成的结构体视为与第一绕组结构体100相对应。
如图5所示,电抗器绕组部32被设置为与次级绕组部23A呈一体,该一体化结构对应于第一绕组结构体100。在此,第一绕组结构体100具有第一绕组部110和第二绕组部120这两个能够分别形成不同磁路的绕组部分,其中,第一绕组部110通过围绕第一中空部111卷绕扁平线H而形成,第二绕组部120通过围绕第二中空部121卷绕扁平线H而形成。另外,第一绕组结构体100具有连接该第一绕组部110与第二绕组部120的连接线部130。其中,第一绕组部110被用作次级绕组部23A,第二绕组部120被用作电抗器绕组部32。
另外,次级绕组部23B与电抗器绕组部32被设置成一体的结构也与图5相同,该结构也对应于第一绕组结构体100。另外,第一中空部111对应于次级绕组部23A、23B的次级侧中空部,第二中空部121对应于电抗器绕组部32的电抗器侧中空部。
电抗器绕组部32也是通过以阿尔法卷绕且扁立卷绕的方式将扁平线H卷绕规定圈数而形成的。此时,存在于绕组部分内周侧的电抗器侧中空部(省略图示)位于底座31的中空支撑部313的外周侧。另外,一对电抗器绕组部32的绕线方向呈能够产生同一方向的磁场的方向。另外,优选一对电抗器绕组部32被形成为圈数相同,但是其圈数也可以互不相同。
另外,一对E型磁芯35相互对接,但在其对接部位处存在由非磁性材料形成的磁隙部件354。即,磁隙部件354存在于外侧支脚352的对接部位和中间支脚353的对接部位中,从而抑制磁饱和。
另外,E型磁芯35对应于第二磁芯,但也可以将夹着磁隙部件354相对接后的一对E型磁芯35视为第二磁芯。另外,也可以将各个E型磁芯35视为分别对应于磁芯部件。另外,E型磁芯35可以使用与E型磁芯25相同的材质,但也可以使用不同材质以得到所希望的电感L。另外,E型磁芯35的尺寸和形状也可以与E型磁芯25不同。
在此,图6表示使用图1所示线圈部件10的部分电路的一例。如图6所示,在初级绕组部22上,以与其相对置的状态配置有一对次级绕组部23A、23B。另外,在图6中,次级绕组部23A与次级绕组部23B通过中间抽头(center tap)23A1、23B1被连接。中间抽头23A1、23B1分别与次级绕组部23A、23B的、与朝向电抗器绕组部32侧延伸的末端呈相反侧的末端相对应。并且,各个次级绕组部23A、23B分别与电抗器绕组部32连接。
在图6中,当对初级绕组部22接通交变电流时,一对E型磁芯25中形成磁路(对应于第一磁路),并通过该磁路而使次级绕组部23A、23B励磁。于是,在一对次级绕组部23A、23B中流动的电流也被传导至一对电抗器绕组部32中。由此,在一对E型磁芯35中形成磁路(对应于第二磁路)。
另外,在图6所示的结构中,次级绕组部23A与次级绕组部23B通过中间抽头23A1、23B1被连接,但是,也可以形成为:使次级绕组部23A与次级绕组部23B分开独立而不像上述那样进行连接,并且将不同系统的电流导通。
<效果>
在如上那样构成的线圈部件10中,使次级绕组部23A、23B的一个末端侧延伸,从而与其呈一体地形成电抗器绕组部32。由此,由于变压器部分20与电抗器部分30呈一体化,因而在将变压器部分20和电抗器部分30安装到安装电路板上时,无需分开单独安装变压器部分20和电抗器部分30。由此,能够减少螺钉或螺栓等连接部件的数量。另外,通过减少螺钉或螺栓等连接部件的数量,从而也能够省去安装该连接部件所需的工时。
另外,在使用螺钉或螺栓等连接部件的情况下,存在连接部件在长时间使用后松动的危险。尤其是在以各种车辆为代表的被施加振动的环境下,存在大量连接部件中的一部分松动的危险。但是,在本实施方式中,由于能够减少所使用的连接部件的数量,因而能够降低产生上述连接部件松动情况的可能性。
另外,在本实施方式中,一对E型磁芯35夹着磁隙部件354相对接。因此,能够抑制在各个E型磁芯35中产生磁饱和。
进而,在本实施方式中,次级绕组部23A、23B是将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕而形成,并且,电抗器绕组部32也是将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕而形成。因此,扁平线H的导体部分的表面积变大,从而能够应对接通高频电流等时产生的趋肤效应。
另外,在本实施方式中,通过一对E型磁芯25形成的磁路(第一磁路)与通过一对E型磁芯35形成的磁路(第二磁路)被设置为大致平行。因此,能够在一对E型磁芯25与一对E型磁芯35之间设置规定的空间,从而能够减少第一磁路与第二磁路之间的相互影响。另外,由于一对E型磁芯25与一对E型磁芯35被配置为其长度方向大致平行,因而能够使线圈部件10整体小型化。
进而,在本实施方式中,通过卷绕扁平线H形成的第一绕组结构体100具有:作为次级绕组部23A、23B的第一绕组部110、作为电抗器绕组部32的第二绕组部120、以及连接第一绕组部110与第二绕组部120的连接线部130。在与此同样通过卷绕扁平线H而形成的第二绕组结构体中,其绕组部分(第三绕组部)被用作变压器部分20的初级绕组部22。因此,在第一绕组结构体100中,通过使次级绕组部23A、23B或者电抗器绕组部32的绕组部分与连接次级绕组部23A、23B与电抗器绕组部32且导通电流的部分、即连接线部130呈一体,从而无需在安装电路板侧形成导电部分,由此能够使包含线圈部件10的装置整体小型化。
另外,在本实施方式中,初级绕组部22、次级绕组部23A、23B以及电抗器绕组部32均是通过扁立卷绕而构成。因此,在各个绕组部分中,能够通过扁弯(edgewise bending)而维持绕组状态的形状。另外,与使用圆线时相比,使用扁平线H时能够增大导电部分的截面积。另外,也能够减小接通高频电流时的杂散电容。
<变形例>
以上,对于本发明的一实施方式进行了说明,但本发明除此之外还可以进行各种变形。以下,对此进行叙述。
在上述实施方式中,将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕。但是,也可以如下那样构成。即,也可以将一根扁平线H配置为:一圈卷绕图案的内径为大径的部分、内径为中径的部分、内径为小径部分按照该顺序重叠。该情况下,只要使不同内径的卷绕图案的至少一部分处于同一平面上,便可以抑制该扁平线H的绕组部分的高度。另外,可以将初级绕组部22、次级绕组部23A、23B以及电抗器绕组部32中的任意一个形成为上述那样的绕组部分。另外,一圈卷绕图案的内径的种类并不限于大径、中径、小径这三种,也可以是两种,还可以是四种以上。
另外,在上述实施方式中,初级绕组部22和次级绕组部23A、23 B均是将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕而形成的。但是,也可以是仅初级绕组部22是将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕而形成,另外,也可以是仅次级绕组部23A、23B是将多根(图1中为两根)扁平线H以邻接的状态加以卷绕而形成。
另外,在上述的实施方式中,对于通过一对E型磁芯25形成的磁路(第一磁路)与通过一对E型磁芯35形成的磁路(第二磁路)被设置为大致平行的结构进行了说明。但是,也可以采用第一磁路与第二磁路大致垂直的结构。该情况下,例如也可以形成为第一磁芯和第二磁芯中的至少一个使用U型磁芯而不是E型磁芯。
在此,U型磁芯是指具有一对支脚部和连接该一对支脚部的连接部且俯视时的形状呈U字形状的磁芯。在使用这样的U型磁芯时,可以如下那样进行配置。例如,形成为E型磁芯的长度方向(外侧支脚的排列方向)与Y方向平行,而U型磁芯的支脚部的排列方向与X方向平行的状态。与此同时,将U型磁芯的一个支脚部插通在绕组部分的中空部分中,而将U型磁芯的另一个支脚部配置于X方向上远离E型磁芯的位置处。由此,成为第一磁路几乎全部存在于YZ平面内,而第二磁路几乎全部存在于XZ平面内的状态。因此,即便缩小变压器部分与电抗器部分之间的邻接间隔,也能够减少第一磁路与第二磁路之间的相互干扰。
另外,在上述的实施方式中,初级绕组部22、次级绕组部23A、23B以及电抗器绕组部32分别通过将扁平线H扁立卷绕而构成。但是,并非初级绕组部22、次级绕组部23A、23B以及电抗器绕组部32全部都必须通过扁立卷绕而形成,也可以是上述绕组部中的至少一个通过扁立卷绕而构成。