JP2011129573A - コイル - Google Patents

Abstract

【課題】製造しやすくするとともに放熱性を向上させることができるコイルを提供する。
【解決手段】第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は、各々、金属帯板よりなり、コアを１ターンし、一端が端子部となっている。連結部材２３は、第１の巻線部材２１の他端と第２の巻線部材２２の他端とを電気的に接続している。第１の巻線部材２１は、第１の巻線部材２１の他端における表裏面が第２の巻線部材２２の表裏面と対向しない位置に配置されている。第２の巻線部材２２は、第２の巻線部材２２の他端における表裏面が第１の巻線部材２１の表裏面と対向しない位置に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、コイルに関するものである。

特許文献１において、電源装置のチョークコイルやトランスのコイル構造が開示されており、図７に示すように、必要なループを有する導電性のコイル構成部材１００を、複数枚重ねて、少なくとも一つのコイルループの巻線部材１０１を形成している。コイル構成部材１００は、断面が四角形の金属板であり、重ね合わせた状態で少なくとも端部が電気的に一体に接続された一つのコイルループを形成している。図７の場合、第１の巻線部材１１０は約一周分を有し、第１の巻線部材１１０の端部に螺旋の中心軸に対して平行な方向に立ち上がる導電性の中継金属部材１１５が接続されている。中継金属部材１１５の先端には、さらに第２の巻線部材１２０の一端が連結されている。第２の巻線部材１２０は約一周分を有し、第２の巻線部材１２０の端部に螺旋の中心軸に対して平行な方向に立ち上がる導電性の中継金属部材１２５が接続されている。中継金属部材１２５の先端には、さらに第３の巻線部材１３０の一端が連結されている。第３の巻線部材１３０は約一周分を有している。これによりターン数が「３」のコイルが構成されている。

実用新案登録第３０８９９４８号公報

大電流を流すコイルの巻線の損失を低減のため、またコイルのコア高さを低くするために金属帯板（平角線）を使用している。また、ターン数を極力少なめにしており、一般的に２〜５ターン程度のターン数を設けている。その場合、２層〜５層の巻線構造となる。

ここで、巻線部材として金属帯板を用い、約一周分の巻線部材をコアの軸方向に積層して配置するとともに約一周分の巻線部材の端部同士を中継金属部材で接続すると、最も外側の巻線部材の面でしか放熱面を確保できず放熱性が悪くなってしまう。

また、図７の第２の巻線部材１２０における中継金属部材１１５と接続される部分の上方向に第３の巻線部材１３０があるとともに第２の巻線部材１２０における中継金属部材１２５と接続される部分の下方向に第１の巻線部材１１０があるため、製造しにくい構成となっている。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、製造しやすくするとともに放熱性を向上させることができるコイルを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、金属帯板よりなり、コアを１ターンし、一端が端子部となっている第１の巻線部材と、金属帯板よりなり、前記コアを１ターンし、一端が端子部となっている第２の巻線部材と、前記第１の巻線部材の他端と前記第２の巻線部材の他端とを電気的に接続する連結部材と、を備え、前記第１の巻線部材は、前記第１の巻線部材の他端における表裏面が前記第２の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置され、前記第２の巻線部材は、前記第２の巻線部材の他端における表裏面が前記第１の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置されることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１の巻線部材において、連結部材と電気的に接続される他端における表裏面が第２の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置されている。また、第２の巻線部材において、連結部材と電気的に接続される他端における表裏面が第１の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置されている。従って、第１の巻線部材および第２の巻線部材と連結部材を接続する際に、第１の巻線部材と第２の巻線部材とを配置した後に連結部材と接続可能となり、そのため製造しやすくなる。また、第１の巻線部材によりコアを１ターンするとともに第２の巻線部材によりコアを１ターンするが、第１の巻線部材と第２の巻線部材を積層しておらず、第１の巻線部材と第２の巻線部材の放熱性を向上させることができる。

なお、本発明における「対向する位置に配置される」とは、互いに平行かつ対向する位置に配置されることをいう。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のコイルにおいて、金属帯板よりなる前記第１の巻線部材および前記第２の巻線部材は、表裏面のうちの少なくとも一方の面が放熱部材と熱的に結合していることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、第１の巻線部材および第２の巻線部材から熱を放熱部材に放熱でき、より放熱性に優れている。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のコイルにおいて、前記第１の巻線部材の端子部と前記第２の巻線部材の端子部とは、前記コアを１ターンする配線材にて電気的に接続されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、配線材による第３のターンが形成され、３ターンのコイルを実現することができる。

本発明によれば、製造しやすくするとともに放熱性を向上させることができるコイルを提供することができる。

本実施形態におけるコイルの平面図。 図１のＡ−Ａ線での縦断面図。 図１のＢ−Ｂ線での縦断面図。 コイルの斜視図。 コイルの平面図。 別例におけるコイルの平面図。 背景技術を説明するための斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１〜図４には、本実施形態のコイル１０を示す。本実施形態のコイル１０は、コンバータにおいて大電流が流れるインダクタに用いられるものであって、金属製ケース５０に収容されている。コイル１０は、コア３０と、コア３０に巻回される巻線２０から構成されている。巻線２０は、約１周分の第１の巻線部材２１と、約１周分の第２の巻線部材２２と、連結部材２３と、接続部材２７，２８とにより構成されている。

金属製ケース５０は上面が開口した箱型をなしている。金属製ケース５０は、銅やアルミ等よりなる。金属製ケース５０の内部の形状として、ケース上面の中央部には四角形状の第１の凹部５１が形成され、第１の凹部５１の底面５１ａにおける中央部には四角形状の第２の凹部５２が形成されている。第２の凹部５２の底面５２ａにコア３０が載置される。また、第１の凹部５１の底面５１ａは水平方向に延び、第１の凹部５１の底面５１ａに第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２が絶縁シート（放熱シート）６０を介して載置される。

コア３０はＵＵ型コアを用いており、下側のＵ型コア３１と、上側のＵ型コア３２を組み合わせて構成されている。つまり、Ｕ型コア３１の先端面と、Ｕ型コア３２の先端面とを当接させて四角環状のコア３０を構成している。四角環状のコア３０は、断面形状が四角形をなし、下側の水平部３０ａと、上側の水平部３０ｂと、左側の立設部３０ｃと、右側の立設部３０ｄとからなり、コア３０の下側の水平部３０ａの下面が金属製ケース５０の第２の凹部５２の底面５２ａに当接している。これにより、コア３０の下側の水平部３０ａから熱を金属製ケース５０の第２の凹部５２の底面５２ａに伝えやすくなっている。

巻線２０における第１の巻線部材２１は金属帯板よりなる。具体的には銅やアルミ等よりなる。第１の巻線部材２１は、図１のＸ軸に沿って延びる第１直線部２１ａと、第１直線部２１ａの先端からＹ軸に沿って延びる第２直線部２１ｂと、第２直線部２１ｂの先端からＸ軸に沿って延びる第３直線部２１ｃと、第３直線部２１ｃの先端からＹ軸に沿って延びる第４直線部２１ｄとを有している。つまり、第１直線部２１ａと第２直線部２１ｂとが直交し、第２直線部２１ｂと第３直線部２１ｃとが直交し、第３直線部２１ｃと第４直線部２１ｄとが直交している。この第１の巻線部材２１は、金属板をプレス加工することにより形成されている。

金属帯板よりなる第１の巻線部材２１は、金属製ケース５０の第２の凹部５２の底面５２ａから高さＨ１の水平面に配置されている。この第１の巻線部材２１は、コア３０における左側の立設部３０ｃの周囲に延び、一端がコア３０の外方に延出された端子部２５となっている。端子部２５は金属製ケース５０に形成した切欠部５３を通して金属製ケース５０の外部に延びている。

巻線２０における第２の巻線部材２２は金属帯板よりなる。具体的には銅やアルミ等よりなる。第２の巻線部材２２は、図１のＸ軸に沿って延びる第１直線部２２ａと、第１直線部２２ａの先端からＹ軸に沿って延びる第２直線部２２ｂと、第２直線部２２ｂの先端からＸ軸に沿って延びる第３直線部２２ｃと、第３直線部２２ｃの先端からＹ軸に沿って延びる第４直線部２２ｄとを有している。つまり、第１直線部２２ａと第２直線部２２ｂとが直交し、第２直線部２２ｂと第３直線部２２ｃとが直交し、第３直線部２２ｃと第４直線部２２ｄとが直交している。この第２の巻線部材２２は、金属板をプレス加工することにより形成されている。

金属帯板よりなる第２の巻線部材２２は、前述の高さＨ１の水平面に配置されている。この第２の巻線部材２２は、コア３０における右側の立設部３０ｄの周囲に延び、一端がコア３０の外方に延出された端子部２６となっている。即ち、コア３０における第１の巻線部材２１が巻かれた部位とは異なる部位において第１の巻線部材２１が配置された面上、即ち、金属製ケース５０の第２の凹部５２の底面５２ａからの高さＨ１の水平面上においてコア３０の周囲に延び、一端がコア３０の外方に延出された端子部２６となっている。端子部２６は金属製ケース５０に形成した切欠部５４を通して金属製ケース５０の外部に延びている。

第１の巻線部材２１の端子部２５と第２の巻線部材２２の端子部２６とは、共に図１のＹ軸方向、即ち、同一方向に延びている。また、第１の巻線部材２１の端子部２５は、図１のＹ１方向に延出され、第２の巻線部材２２の端子部２６は、図１のＹ２方向に延出されて、第１の巻線部材２１の端子部２５と第２の巻線部材２２の端子部２６とは、コア３０における反対側の外方に延出されている。

そして、第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２により１層目の巻線が構成されている。第１の巻線部材２１の第４直線部２１ｄと第２の巻線部材２２の第４直線部２２ｄとは、離間距離Ｌ１が絶縁を確保できる範囲で接近して配置されている。

連結部材２３は金属帯板よりなる。具体的には銅やアルミ等よりなる。連結部材２３は、図１のＸ軸に沿って延びる第１直線部２３ａと、第１直線部２３ａの先端部からＹ軸に沿って延びる第２直線部２３ｂと、第２直線部２３ｂの先端部からＸ軸に沿って延びる第３直線部２３ｃとを有している。つまり、第１直線部２３ａと第２直線部２３ｂとが直交し、第２直線部２３ｂと第３直線部２３ｃとが直交している。連結部材２３は、金属板をプレス加工することにより形成されている。本実施形態では第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２と連結部材２３とは幅が同一である。

第１の巻線部材２１の内方側の先端部（他端）はその上面に配した接続部材２７により金属帯板よりなる連結部材２３の一端部と接続されている。接続部材２７は、ネジ、スルーピン、接合材（半田）等である。第２の巻線部材２２の内方側の先端部（他端）はその上面に配した接続部材２８により金属帯板よりなる連結部材２３の他端部と接続されている。接続部材２８は、ネジ、スルーピン、接合材（半田）等である。連結部材２３により２層目の巻線が構成されている。よって、接続部材２７，２８が１層目の巻線（第１の巻線部材２１、第２の巻線部材２２）と２層目の巻線（連結部材２３）に対する層間の接続部となり、第１の巻線部材２１の他端と第２の巻線部材２２の他端とが金属帯板よりなる連結部材２３にて電気的に接続されている。

このようにして、第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は金属製ケース５０の第１の凹部５１の底面５１ａにおいて絶縁シート（放熱シート）６０を介在させた状態で配置され、第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は下面が放熱部材としての金属製ケース５０と熱的に結合している。よって、第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２から熱が金属製ケース５０の第１の凹部５１の底面５１ａに伝熱しやすくなっている。

図１に示すように、金属製ケース５０の外部において、第１の巻線部材２１の端子部２５と第２の巻線部材２２の端子部２６とは、金属製ケース５０の外部においてコア３０を囲うように延びる配線材７０にて電気的に接続されている。配線材７０の途中にはコンデンサやダイオード等が配置（接続）されている。

そして、図５に示すように、第１の巻線部材２１の端子部２５から電流が入力され、第１の巻線部材２１、連結部材２３および第２の巻線部材２２を通って第２の巻線部材２２の端子部２６から出力される。このとき、コア３０に対して第１の巻線部材２１による第１のターンが形成される。また、コア３０に対して第２の巻線部材２２による第２のターンが形成される。さらに、コア３０に対して、第１の巻線部材２１の端子部２５と第２の巻線部材２２の端子部２６とを電気的に接続する配線材７０を用いて第３のターンが形成される。即ち、コイルの構造を工夫することで３ターンが２層構造で実現できる。

特許文献１に比べて本実施形態では第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２を積層させずに巻線部材２１，２２における連結部材２３と連結される部分の表裏面が他の巻線部材の表裏面と対向しておらず製造しやすくなるとともに放熱性を向上させることができる。以下に詳しく説明する。

圧接やネジ止めするためには「巻線部材における連結部材と接続される部分」の上下方向に治具が入り込むスペースが必要となる。しかしながら、図７の場合、第２の巻線部材１２０における中継金属部材１１５と接続される部分の上方向に第３の巻線部材１３０があるとともに第２の巻線部材１２０における中継金属部材１２５と接続される部分の下方向に第１の巻線部材１１０があるため、次の手順で作る必要がある。まず、第１の巻線部材１１０と第２の巻線部材１２０をセットして中継金属部材１１５で接続する。その後、第２の巻線部材１２０の上に第３の巻線部材１３０をセットして中継金属部材１２５で接続する。従って、図７の場合、全ての巻線部材をセットした後に一括で接続することができない。

これに対し本実施形態では、第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２と連結部材２３を接続する際に、全ての巻線部材（２１，２２）をセット（配置）した後に連結部材２３と接続可能となる。そのため、製造しやすい。また、第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２を積層しておらず、第１の巻線部材２１と第２の巻線部材２２の放熱性を向上させることができる。

このようにして、特許文献１のごとく大電流を流すコイルに金属帯板（平角線）を用い、約一周分の巻線部材をコアの軸方向に積層して配置するとともに約一周分の巻線部材の端部同士を中継金属部材で接続すると、放熱が悪い。また、約一周分の巻線部材の端部同士の接続が困難となる。本実施形態では、２層構造の１層目（下層）全面で放熱できるとともに２層目の巻線部分が極めて短いため発熱が少ない。また、２層構造を採用しているので、接続部は両面から（上と下）から見えて、ネジ止め、スルーピン、溶接が簡単に利用できる。さらに、２層構造で３ターンのコイルを実現でき、図７との比較において図２のＺ軸方向の厚さを薄くでき、また、層数に対してターン数が多いためインダクタンス値を大きくすることができる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は、各々、金属帯板よりなり、コアを１ターンし、一端が端子部となっており、連結部材２３により第１の巻線部材２１の他端と第２の巻線部材２２の他端とが電気的に接続される。第１の巻線部材２１は、第１の巻線部材２１の他端における表裏面が第２の巻線部材２２の表裏面と対向しない位置に配置され、第２の巻線部材２２は、第２の巻線部材２２の他端における表裏面が第１の巻線部材２１の表裏面と対向しない位置に配置される。これにより、製造しやすくするとともに放熱性を向上させることができる。

（２）金属帯板よりなる第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は、表裏面のうちの一方の面である下面が放熱部材としての金属製ケース５０と熱的に結合しているので、第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２から熱を金属製ケース５０に放熱でき、より放熱性に優れている。

（３）第１の巻線部材２１の端子部２５と第２の巻線部材２２の端子部２６とは、コア３０を１ターンする配線材７０にて電気的に接続されているので、配線材７０による第３のターンが形成され、２層構造で３ターンのコイルを実現することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図１において、連結部材２３は、Ｘ１方向に延びる第１直線部２３ａの先端から第２直線部２３ｂがＹ２方向（直角）に延び、第２直線部２３ｂの先端から第３直線部２３ｃがＸ１方向（直角）に延びていた。これに代わり、図６に示すように、連結部材８０は、Ｘ１方向に延びる第１直線部８０ａに対しその先端部において第２直線部８０ｂが斜めに延び、第２直線部８０ｂの先端にＸ１方向に延びる第３直線部８０ｃを有する構成としてもよい。あるいは、接続部材２７と接続部材２８とを直線的につなぐように延びる連結部材を用いてもよく、この場合、連結部材の長さを最も短くすることができる。

・金属帯板よりなる第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は、一方の面（下面）が放熱部材としての金属製ケース５０と熱的に結合していたが、両面とも放熱部材と熱的に結合していてもよい。要は、金属帯板よりなる第１の巻線部材２１および第２の巻線部材２２は、表裏面のうちの少なくとも一方の面が放熱部材（５０）と熱的に結合しているとよい。

・上記実施例ではコア３０は四角枠状をなし、左側の立設部３０ｃに第１の巻線部材２１を巻くとともに右側の立設部３０ｄに第２の巻線部材２２を巻いたが、これに限ることなく、下側の水平部３０ａと上側の水平部３０ｂと左側の立設部３０ｃと右側の立設部３０ｄのうちのいずれか２つに各々巻線部材を巻いてもよい。

・コアは四角枠状をなしていたが、これに限るものではなく、コ字形状やＬ字形状等でもよい。具体的には、コ字形状のコアの例として、例えば、図４における下側の水平部３０ａがなく、上側の水平部３０ｂと左側の立設部３０ｃと右側の立設部３０ｄによりコ字状をなすコアとする。Ｌ字形状のコアの例として、例えば、図４における下側の水平部３０ａと右側の立設部３０ｄがなく、上側の水平部３０ｂと左側の立設部３０ｃによりＬ字状をなすコアとする。

・コアはＵＵ型コアに限らず、例えばＥＩ型コア、リング形状コア等であってもよい。

１０…コイル、２１…第１の巻線部材、２２…第２の巻線部材、２３…連結部材、２５…端子部、２６…端子部、３０…コア、５０…金属製ケース、７０…配線材、８０…連結部材。

Claims (3)

1. 金属帯板よりなり、コアを１ターンし、一端が端子部となっている第１の巻線部材と、
   金属帯板よりなり、前記コアを１ターンし、一端が端子部となっている第２の巻線部材と、
   前記第１の巻線部材の他端と前記第２の巻線部材の他端とを電気的に接続する連結部材と、
   を備え、
   前記第１の巻線部材は、前記第１の巻線部材の他端における表裏面が前記第２の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置され、
   前記第２の巻線部材は、前記第２の巻線部材の他端における表裏面が前記第１の巻線部材の表裏面と対向しない位置に配置されることを特徴とするコイル。
2. 金属帯板よりなる前記第１の巻線部材および前記第２の巻線部材は、表裏面のうちの少なくとも一方の面が放熱部材と熱的に結合していることを特徴とする請求項１に記載のコイル。
3. 前記第１の巻線部材の端子部と前記第２の巻線部材の端子部とは、前記コアを１ターンする配線材にて電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル。

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