JP2010050160A - インダクタンス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスやコイルといったインダクタンス部品の一体化において、構造を簡素化し、加工が容易でコアの安定性が確保されたインダクタンス装置を提供すること。
【解決手段】第１及び第２コア部、両コア部の中央部に所定間隔を隔てて配置された２つの内側磁脚及び内側磁脚の外方に配置された外側磁脚を含むコアと、第１コイル部、第２コイル部、第３コイル部、第４コイル部を含むコイルセットと、２つの内側磁脚に同一の方向、同一の大きさの磁束が発生するように、内側磁脚に巻回された第５コイル部とを備える。第１〜第４コイル部は、第１及び第４コイル部を流れる電流によって２つの内側磁脚の一方に発生する磁束と、第２及び第３コイル部を流れる電流によって２つの内側磁脚の他方に発生する磁束とが、互いに逆方向になる向きで巻回されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタンス装置に関し、特に、トランスやコイルといったインダクタンス部品の一体化を図ったインダクタンス装置に関する。

高周波絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源装置は、トランスやコイルといったインダクタンス部品を用いる。従来、電源装置の小型化のため、トランスとコイルとを共通のコアに設けて一体化したインダクタンス装置が提案されている。例えば、特許文献１である。

特開２００７−３１１３９７号公報

特許文献１に開示されているインダクタンス装置では、図１２に示されるように、コア１００が３本の柱状部１０１〜１０３を備える。各々の柱状部１０１〜１０３には、巻線２０１〜２０３が巻回される。直列に接続された巻線２０１と巻線２０２とが互いに逆方向に巻回されることで、巻線２０１、２０２により発生する磁束ループと、巻線２０３により発生する磁束ループとが、互いに干渉しないようにされる。

電源装置のトランスを構成する際は、巻線２０１、２０２と同じ様に、直列に接続された２つの巻線を互いに逆方向に巻回した巻線を１次巻線とし、巻線２０１、２０２の接続点に設けられた端子Ｔ１と、巻線２０３の一方の端子Ｔ２とが結線される。これにより、巻線２０１、２０２をトランスの２次側巻線とし、巻線２０３を２次側巻線の中間タップに接続された平滑用コイルとすることができる。

しかしながら、図１２に示される従来のインダクタンス装置では、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを結線する必要があるなど、巻線の構造が複雑である。そのため、巻線の加工が困難であり、量産に向かず問題である。

また、巻線２０３により発生する磁束ループの方向が常に同じ方向となることによる磁束密度の飽和を避けるため、図１３に示されるように、コア１００の柱状部１０３にギャップＧ１が設けられる。しかし、ギャップＧ１によってコアの安定性が悪くなるおそれがあり、問題である。

本発明は上記の課題に鑑み提案されたものである。本発明は、トランスやコイルといったインダクタンス部品の一体化において、構造を簡素化し、加工が容易でコアの安定性が確保されたインダクタンス装置を提供することを目的とする。

請求項１に係るインダクタンス装置は、第１コア部と、第１コア部と略平行に配置された第２コア部と、第１コア部と第２コア部とを繋ぐ、両コア部の中央部に互いに所定間隔を隔てて配置された２つの内側磁脚と、第１コア部と第２コア部とを繋ぐ、２つの内側磁脚に対して外方に配置された外側磁脚とを含むコアと、２つの内側磁脚の一方に巻回された第１コイル部と、第１コイル部に直列に接続され、２つの内側磁脚の他方に巻回された第２コイル部と、第２コイル部に直列に接続され、２つの内側磁脚の他方に巻回された第３コイル部と、第３コイル部に直列に接続され、２つの内側磁脚の一方に巻回された第４コイル部とを含むコイルセットと、２つの内側磁脚に同一の方向、同一の大きさの磁束が発生するように、内側磁脚に巻回された第５コイル部とを備える。第１乃至第４コイル部は、第１コイル部を流れる電流及び第４コイル部を流れる電流によって２つの内側磁脚の一方に発生する磁束と、第２コイル部を流れる電流及び第３コイル部を流れる電流によって２つの内側磁脚の他方に発生する磁束とが、互いに逆方向になる向きで内側磁脚に巻回されている。

これにより、請求項１のインダクタンス装置では、第１乃至第４コイル部を含んで構成されるコイルセットを流れる電流によって、２つの内側磁脚にそれぞれ逆方向の磁束が発生する。そのため、２つの内側磁脚の一方−第１コア部−２つの内側磁脚の他方−第２コア部−２つの内側磁脚の一方、と周回する磁束ループが形成される。また、第５コイル部は２つの内側磁脚に同一の方向、同一の大きさの磁束が発生するように、内側磁脚に巻回されている。そのため、２つの内側磁脚の双方−第１コア部−外側磁脚−第２コア部−２つの内側磁脚の双方、と周回する磁束ループが形成される。これらの磁束ループは、２つの内側磁脚のどちらかでは足し合い、どちらかでは打ち消し合うように作用する。したがって、全体としては互いに与える影響が相殺されるので、問題なくコイルセットと第５コイル部とを共通のコアに設けて一体化することができる。

請求項２に係るインダクタンス装置は、請求項１のインダクタンス装置の構成に加えて、第２コイル部と第３コイル部との接続点に中間タップを備える。第５コイル部は、中間タップに接続されている。

これにより、コイルセットと第５コイル部とを、中間タップを用いて最短の経路で直結することができる。したがって、配線スペースを必要最小限とすることができるとともに、導通線路での熱損失を低減することができる。

請求項３に係るインダクタンス装置は、請求項１または２のインダクタンス装置の構成に加えて、第１乃至第４コイル部は、板状で、第１コイル部から第２コイル部にかけての部分と、第３コイル部から第４コイル部にかけての部分とが同一形状である。

これにより、例えば、断面形状が長方形の導線である平角線を用いてコイルセットを形成することができる。第１コイル部から第２コイル部にかけての部分と、第３コイル部から第４コイル部にかけての部分とが同一形状であるため、両部分に同じ部品を使用することができる。部品を共通化することができ、構造を簡素化することができる。

請求項４に係るインダクタンス装置は、請求項３のインダクタンス装置の構成に加えて、第１コイル部から第２コイル部にかけての部分と、第３コイル部から第４コイル部にかけての部分とが、略Ｓ字形状である。

これにより、両部分に同じ部品を使用可能なことに加えて、略Ｓ字形状の部品を逆向きに重ねて８の字形状を形成し、２つの内側磁脚に巻回されたコイルセットを構成することができる。したがって、加工が容易になる。

請求項５に係るインダクタンス装置は、請求項１乃至４のインダクタンス装置の構成に加えて、外側磁脚はギャップを備えている。

これにより、第５コイル部を流れる電流によって発生する磁束が、常に同じ方向に外側磁脚を通る磁束ループを形成しても、磁束密度の飽和を防止することができる。第１コア部と第２コア部とは２つの内側磁脚によって支えられるため、外側磁脚のギャップによってコアの安定性が悪くなることはない。

請求項６に係るインダクタンス装置は、請求項１乃至５のインダクタンス装置においてコイルセットを２セット備え、トランスを形成している。

前述のように本発明のインダクタンス装置では、問題なくコイルセットと第５コイル部とを共通のコアに設けて一体化することができる。したがって、コイルセットを２セット備えてトランスの１次側巻線、２次側巻線とし、第５コイル部としての出力コイルが一体化されたトランスを得ることができる。

本発明のインダクタンス装置によれば、トランスやコイルといったインダクタンス部品の一体化において構造が簡素化され、加工が容易になり、コアの安定性が確保される。本発明のインダクタンス装置を用いれば、電源装置を小型化することが可能となる。

図１〜図６を参照して、本発明のインダクタンス装置を具体化した第１実施形態について説明する。
図１に示されるように、第１実施形態に係るインダクタンス装置は、コア１０、コイルセット２０、４０、及び第５コイル部としての出力コイル３０を備える。２セットのコイルセット２０、４０のうち、コイルセット４０をトランスの１次側巻線とし、出力コイル３０が接続されるコイルセット２０をトランスの２次側巻線として、出力コイル３０が一体化されたトランスが形成される。以下、詳細に説明する。

まず、コア１０について説明する。図２は第１実施形態に係るインダクタンス装置が備えるコア１０を示す斜視図である。図３は図２に示されるコア１０の断面図である。図２の斜視図において第１コア部１１を取り払い、コア１０を上から見た断面図が図３である。

図２に示されるように、コア１０は、第１コア部１１と、第２コア部１２と、２つの内側磁脚１３、１４と、外側磁脚１５とを含んで構成される。長方形板状の第１及び第２コア部１１、１２は向かい合って、略平行に配置される。第１コア部１１と第２コア部１２とは、２つの内側磁脚１３、１４及び外側磁脚１５で繋がれる。図３に示されるように、２つの内側磁脚１３、１４は、第１及び第２コア部１１、１２の中央部に互いに所定間隔を隔てて配置される。外側磁脚１５は、２つの内側磁脚１３、１４の外方に配置されている。本実施形態では、外側磁脚１５が図３において内側磁脚１３、１４の配列方向に平行で、第１及び第２コア部１１、１２の上下方向両端部に配置されることで、内側磁脚１３、１４について対称となっている。

続いて、コイルセット２０について説明する。図４は図３に示されるコア１０に、第１実施形態に係るインダクタンス装置が備えるコイルセット２０が組み合わされた状態を示す。

図４に示されるように、コイルセット２０は、第１コイル部２１と、第２コイル部２２と、第３コイル部２３と、第４コイル部２４とを含んで構成される。第１コイル部２１は、内側磁脚１３に巻回される。第２コイル部２２は、第１コイル部２１に直列に接続され、内側磁脚１４に巻回される。第３コイル部２３は、第２コイル部２２に直列に接続され、内側磁脚１４に巻回される。第４コイル部２４は、第３コイル部２３に直列に接続され、内側磁脚１３に巻回される。第１乃至第４コイル部２１〜２４は、全体で８の字形状を形成し、第１コイル部２１から第４コイル部２４へ至る経路で見ると、第１コイル部２１は時計回りに、第２コイル部２２は反時計回りに、第３コイル部２３は反時計回りに、第４コイル部２４は時計回りに、それぞれ巻回される。また、第２コイル部２２と第３コイル部２３との接続点には、引き出し配線用に中間タップＴが備えられる。

続いて、出力コイル３０について説明する。図５は図４に示されるコア１０及びコイルセット２０に、第１実施形態に係るインダクタンス装置が備える出力コイル３０がさらに組み合わされた状態を示す。

図５に示されるように、出力コイル３０は、コイルセット２０の中間タップＴに接続され、２つの内側磁脚１３、１４の双方を取り囲んで巻回される。

ここで、コア１０に組み合わされたコイルセット２０及び出力コイル３０の作用について説明する。
前述のように、内側磁脚１３に巻回される第１コイル部２１及び第４コイル部２４と、内側磁脚１４に巻回される第２コイル部２２及び第３コイル部２３とは、互いに逆方向に巻回される。したがって、第１乃至第４コイル部２１〜２４を含んで構成されるコイルセット２０を流れる電流によって、２つの内側磁脚１３、１４にそれぞれ逆方向の磁束が発生し、外側磁脚１５においては相殺される。そのため、内側磁脚１３から第１コア部１１を通って内側磁脚１４に至り、第２コア部１２を通って内側磁脚１３に戻る磁束ループが形成される。

また、前述のように、出力コイル３０は２つの内側磁脚１３、１４の双方を取り囲んで巻回される。そのため、２つの内側磁脚１３、１４には同一方向に同一の大きさの磁束が発生し、２つの内側磁脚１３、１４から第１コア部１１を通って外側磁脚１５に至り、第２コア部１２を通って２つの内側磁脚１３、１４に戻る磁束ループが形成される。

これらの磁束ループは、２つの内側磁脚１３、１４のどちらかでは足し合い、どちらかでは打ち消し合うように作用する。したがって、全体としては互いに与える影響が相殺されるので、問題なくコイルセット２０と出力コイル３０とを共通のコア１０に設けて一体化することができる。

再び、図１を参照して、装置全体の構成について説明する。第１実施形態に係るインダクタンス装置は、コイルセット２０に加えて、同様なコイルセット４０を備える。図１に示されるように、コイルセット２０、４０はともに、板状で略Ｓ字形状の部品が２つ逆向きに重ねられて接続されることで８の字形状を形成し、２つの内側磁脚１３、１４に巻回される。また、前述のように出力コイル３０は、コイルセット２０の中間タップＴに接続される。テープ等を用いてコア１０が一体に組み付けられて、インダクタンス装置が構成される。

このように構成された第１実施形態に係るインダクタンス装置の作用及び効果について説明する。前述のように第１実施形態に係るインダクタンス装置では、コイルセット２０で生成される磁束ループと、出力コイル３０で生成される磁束ループとが互いに与える影響が全体としては相殺される。同様にコイルセット４０で生成される磁束ループと、出力コイル３０で生成される磁束ループとが互いに与える影響が全体としては相殺される。つまり、問題なくコイルセット２０、４０及び出力コイル３０を共通のコア１０に設けて一体化することができる。したがって、２セットのコイルセット２０、４０を備えて、図６に示されるようにコイルセット４０をトランスの１次側巻線とし、中間タップＴに出力コイル３０が接続されるコイルセット２０をトランスの２次側巻線とすることができる。コイルセット４０が周期的に反転されて通電されることに応じて、コイルセット２０の第１及び第２コイル部２１、２２と、第３及び第４コイル部２３、２４とに交互に２次側電流が誘起され、中間タップＴを介して出力コイル３０に流れて平滑されるようにすることできる。このように、平滑用の出力コイル３０が一体化されたトランスを得ることができる。

また、コイルセット２０と出力コイル３０とは、中間タップＴを用いて最短の経路で直結することができるため、配線スペースを必要最小限とすることができるとともに、導通線路での熱損失を低減することができる。また、コイルセット２０、４０はともに、板状で略Ｓ字形状の部品が２つ逆向きに重ねられて接続されることで８の字形状を形成する。したがって、部品を共通化することができる上に、構造を簡素化することができ、加工が容易になる。

図７を参照して、本発明のインダクタンス装置を具体化した第２実施形態について説明する。なお、図７はコイルセット２０を巻く向きをわかりやすく示す模式図である。上記の第１実施形態では、コイルセット２０、４０は、板状であり、例えば、断面形状が長方形の導線である平角線を用いて形成される。第２実施形態では、コイルセット２０、４０は、断面形状が円形の丸線を用いて形成される。その他の構成については第１実施形態と同様なため、ここでは第１実施形態との差異点を中心に述べて、説明を省略する。

図７に示されるように、第２実施形態のコイルセット２０は、図面左上端子から図面左下端子へ至る経路で見ると、内側磁脚１３に時計回りに、続いて内側磁脚１４に反時計回りに巻回され、中間タップＴが引き出される。そしてコイルセット２０は、さらに内側磁脚１４に反時計回りに、続いて内側磁脚１３に時計回りに巻回される。それぞれは同じ回数だけ巻かれており、本実施形態では１回ずつ巻回される。また、コイルセット４０についても、図示は省略されるが、コイルセット２０と同様である。

これにより、第２実施形態でも第１実施形態と同様に、出力コイル３０が一体化されたトランスを得ることができる。また、コイルセット２０、４０は、それぞれ断面形状が円形の１本の丸線で構成され、同じ部品を使用することができる。

図８を参照して、第１及び第２実施形態に係るインダクタンス装置に適用されるコア１０の変形例について説明する。図８に示されるコア１０では、外側磁脚１５がギャップＧを備える。これにより、出力コイル３０を流れる電流によって発生する磁束が、常に同じ方向に外側磁脚１５を通る磁束ループを形成しても、磁束密度の飽和を防止することができる。第１コア部１１と第２コア部１２とは、２つの内側磁脚１３、１４によって支えられるため、外側磁脚１５のギャップＧによってコア１０の安定性が悪くなることはなく、コア１０の安定性が確保される。

以上、詳細に説明したように、本発明の前記各実施形態によれば、板状の第１及び第２コア部１１、１２を、２つの内側磁脚１３、１４によって中央部で支え、外方を外側磁脚１５で囲ってコア１０を構成している。コア１０の形状が対称であるため、安定性に優れている。

第１及び第２実施形態ともに、背景技術の課題であった複雑な巻線構造が改善され、とくにトランスの２次側巻線の構造が簡素化された。コイルセット２０、４０が２つの板状で略Ｓ字形状の部品で構成される第１実施形態は、加工が容易なため、より量産に適している。

また、本発明のインダクタンス装置ではコイルセット２０、４０や出力コイル３０の巻回部分がコア１０に囲まれているため、テープ等を用いてコア１０が一体に組み付けられる際にそれらが邪魔になることはない。したがって、コア１０の組み付けが容易となる利点がある。

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。

外側磁脚１５は、図３に示されるように、第１及び第２コア部１１、１２の両端部に配置されたが、これに限られない。例えば、図９や図１０に示されるようなコの字形状の配置であってもよい。外側磁脚１５は、２つの内側磁脚１３、１４の外方を囲うように配置されればよく、図９や図１０に示される外側磁脚１５を用いても、前記各実施形態と同様の効果が得られる。

また、出力コイル３０は、コイルセット２０の中間タップＴ以外にも、コイルセット２０の第１コイル部２１側または第４コイル部２４側の端部に接続され、図１１に示されるような結線とされてもよい。
また、各コイルセットは巻線として第１実施形態では板状平角線（断面長方形）を、第２実施形態では丸線を用いたが、コイルセット２０、４０、出力コイル３０それぞれ異なった巻線を用いてもよい。例えば、コイルセット４０と出力コイル３０とに丸線を用い、コイルセット２０に平角線を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、出力コイル３０は２つの内側磁脚１３、１４の双方を取り囲んで巻回されたが、内側磁脚１３、１４に同一の方向、同一の大きさの磁束が発生するように、内側磁脚１３、１４にそれぞれ巻回されてもよい。
また、上述の実施形態では、電源装置のトランスと出力コイルとが一体化されたインダクタンス装置について説明したが、例えば、コイルセット２０とコイルセット４０とのどちらか一方と、第５コイル部とからなる、２つのインダクタンス部品が一体化されたインダクタンス装置として用いてもよい。

第１実施形態に係るインダクタンス装置を示す構成図。 コア１０を示す斜視図。 同断面図。 コア１０とコイルセット２０とを示す断面図。 コア１０とコイルセット２０と出力コイル３０とを示す断面図。 第１実施形態に係るインダクタンス装置の結線図。 第２実施形態のコア１０とコイルセット２０とを示す断面図。 コア１０の変形例を示す斜視図。 外側磁脚１５の変形例１を示す断面図。 外側磁脚１５の変形例２を示す断面図。 インダクタンス装置の他の接続例を示す結線図。 従来のインダクタンス装置を示す斜視図。 従来のインダクタンス装置のコアを示す斜視図。

符号の説明

１０ コア
１１ 第１コア部
１２ 第２コア部
１３、１４ 内側磁脚
１５ 外側磁脚
２０、４０ コイルセット
２１ 第１コイル部
２２ 第２コイル部
２３ 第３コイル部
２４ 第４コイル部
３０ 出力コイル
Ｔ 中間タップ
Ｇ ギャップ

Claims (6)

1. 第１コア部と、
   前記第１コア部と略平行に配置された第２コア部と、
   前記第１コア部と前記第２コア部とを繋ぐ、両コア部の中央部に互いに所定間隔を隔てて配置された２つの内側磁脚と、
   前記第１コア部と前記第２コア部とを繋ぐ、前記２つの内側磁脚に対して外方に配置された外側磁脚とを含むコアと、
   前記２つの内側磁脚の一方に巻回された第１コイル部と、前記第１コイル部に直列に接続され、前記２つの内側磁脚の他方に巻回された第２コイル部と、前記第２コイル部に直列に接続され、前記２つの内側磁脚の他方に巻回された第３コイル部と、前記第３コイル部に直列に接続され、前記２つの内側磁脚の一方に巻回された第４コイル部とを含むコイルセットと、
   前記２つの内側磁脚に同一の方向、同一の大きさの磁束が発生するように、前記内側磁脚に巻回された第５コイル部とを備え、
   前記第１乃至第４コイル部は、
   前記第１コイル部を流れる電流及び前記第４コイル部を流れる電流によって前記２つの内側磁脚の一方に発生する磁束と、前記第２コイル部を流れる電流及び前記第３コイル部を流れる電流によって前記２つの内側磁脚の他方に発生する磁束とが、互いに逆方向になる向きで前記内側磁脚に巻回されている、インダクタンス装置。
2. 前記第２コイル部と前記第３コイル部との接続点に中間タップを備え、
   前記第５コイル部は、前記中間タップに接続されている、請求項１に記載のインダクタンス装置。
3. 前記第１乃至第４コイル部は、板状で、前記第１コイル部から前記第２コイル部にかけての部分と、前記第３コイル部から前記第４コイル部にかけての部分とが同一形状である、請求項１または２に記載のインダクタンス装置。
4. 前記第１コイル部から前記第２コイル部にかけての部分と、前記第３コイル部から前記第４コイル部にかけての部分とが、略Ｓ字形状である、請求項３に記載のインダクタンス装置。
5. 前記外側磁脚はギャップを備えている、請求項１乃至４に記載のインダクタンス装置。
6. 前記コイルセットを２セット備え、トランスを形成している、請求項１乃至５に記載のインダクタンス装置。

Images