JP2011199098A

JP2011199098A - 巻き線一体型モールドコイルの巻き線方法

Info

Publication number: JP2011199098A
Application number: JP2010065603A
Authority: JP
Inventors: Yoshizumi Fukui; 義純福井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】特性やコストで有利な平角線を用い、磁性材料を分散した特に低背にモールドコイルにおいて、平角線の幅と厚みの制限による特性低下を解消し、より低背で低抵抗のモールドコイルを提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明のモールドコイルは、平角線を１列に整列巻きすることにより、幅に対し約二分の一以下という平角線の製造限界による低背モールドコイルの特性制限を約２倍に拡大し低抵抗化が可能とするものである。また、本発明のモールドコイルは、平角線を複数本重ねて外外巻きすることにより、前記特性制限を拡大し、低抵抗化を可能にするものである。
【選択図】図７

Description

本発明は巻き線一体型モールドコイルの巻き線方法に関するものである。

従来から、フェライトコアなどの巻芯に巻き線し、磁性体モールド成形材料で封止してなるモールドコイルは広く利用されている。従来のモールドコイルのモールド方法は、移送成形（トランスファ成形）や射出成型（インジェクション成形）を用いて成型される。従来はフェライトコアなどの磁性巻芯がないと特性の良いコイル（特にパワーインダクタ）はできなかった。

そこで、出願人は先に出願した特願２００８−１７０１６１等の手法、材料を用いて従来では不可能であったプラスチック成型で特性の良い巻き線一体型モールドコイルを提案した。

また、バインダーと磁性体粉末等よりなる造粒粉末と巻き線を粉末圧縮成形により一体化した巻き線一体型モールドコイルもある。（特許文献１参照）

磁性材混合樹脂とコイルの一体成形インダクタのコイルは主に、丸線の整列巻き、がら巻き、平角線のエッジワイズ巻き、外外巻きが使われる。特に平角線を使ったエッジワイズ巻きや、外外巻き（巻き始めと巻き終わりが外周側になる巻き方）は、緻密な巻き線が可能で、その結果コイルの直流抵抗を同じインダクタ形状では下げることができる。

特に鉄粉系の磁性体を分散したモールドコイルは、直流重畳特性定格電流に対し直流抵抗定格電流の方が小さい傾向があるので、より直流抵抗を下げることがインダクタの高性能化につながる。

特開２００７−４９０７３号公報

従来パワーインダクタ用途の巻き線一体型モールドコイルは、一般的にエッジワイズ巻きした平角線や、整列巻き、又はがら巻きした丸線を、主に鉄粉系の磁性材料を含み樹脂を結着剤とした材料を圧粉成形でモールド磁性材料内に埋設し、インダクタを得ている。

特に、エッジワイズ巻きでは、巻き線を隙間なく巻くことができ、磁束の通る断面積を効率的に使えるので、直流重畳特性と直流抵抗を同時に改善できる。

ところで、従来圧粉成形では巻き線の変形等でモールドできなかった平角線の外外巻きは、発明人により特願2008-108794にて提案したプラスチック成形材料の開発によって可能となり、同等以上のインダクタ性能を得ることができた。

平角線の外外巻きは、エッジワイズ巻き線同様に緻密な巻き線ができる上、エッジワイズ巻きに比較して巻き線への変形ストレスや巻き線機コスト、タクトを改善でき小型のパワーインダクタには有利である。

また、外外巻きは、磁束の通る断面が厚み方向であるため、幅方向であるエッジワイズ巻きに比べ渦電流損が少ない。

ところで、平角線は丸線を扁平に圧縮して得られているので、通常市販されている幅と厚み比の限界は２：１でそれ以上厚くすることは、断面が楕円形状に近づき平角線の特徴がなくなる上、生産上の理由から通常市販されていない。

また、一般的にインダクタの磁束の通る断面積は巻き芯部、鍔部、ポット部でおおきな差がない方がよい。大きな差がある場合、断面の小さな部分が磁気飽和しやすく直流重畳特性が伸びない。

外外巻きは、直流抵抗を小さく、直流重畳電流を大きくすることができ、理想的な設計ができればエッジワイズ巻きと比較して有利な点が多くある。しかし、低背が要求される面実装型パワーインダクタ特に、インダクタ幅や長さに対して厚みが小さなインダクタでは理想的な設計ができない欠点がある。

たとえば、外外巻きモールドコイルは、インダクタの厚み方向に平角線の幅を設置する設計で効率的に特性が出せる形状である場合、最大でインダクタ厚みの半分の平角線幅であり、その半分が平角線厚みの限界となる。

それ故、図４の巻き線では巻き線外周５ｍｍΦまで巻ければ特性が向上できる設計であるにも関わらず、外周が制限され十分に特性を出せない。

一方、エッジワイズ巻きは平角線の厚みがインダクタ厚みと同一方向になるため、厚みが薄く、幅、長さの大きなインダクタに対しても直流抵抗と直流重畳特性のバランスのとれた設計ができるが、あまり薄い平角線は巻き線時にクラックや絶縁破壊が発生し限界がある。

そこで、外外巻きのように磁束に対して平角線の厚みが直交する構造で、より低背で長さ、幅がおおきくても直流抵抗が低くできる巻き線方法および巻き線構造が望まれる。

本発明にかかわるモールドコイルは、絶縁被覆された少なくとも一部が扁平な導線が1列に整列巻きされている平角線シングル巻き巻き線５と磁性モールド樹脂を樹脂が溶融状態で封止していることを特徴とするものである。

本発明に係わるモールドコイルは、絶縁被覆された導線が少なくとも複数本重ねて外外巻きされ、少なくとも複数本の導線が並列に接続されている平角線多重外外巻き巻き線６と磁性モールド樹脂を樹脂が溶融状態で封止していることを特徴とするものである。

本発明に係わるモールドコイルは、複数本重ねられその上から絶縁被覆された導線が、多重外外巻き巻き線６の状態に巻き線され、磁性モールド樹脂を樹脂が溶融状態で封止していることを特徴とするものである。

本発明の磁性体含有樹脂モールドコイルの平角線シングル巻き巻き線５は、扁平な線材を1列、巻き軸に平角線の幅方向が平行になるよう巻き線することによって、同じ巻き枠幅で外外巻きより理論的に約2倍の平角線幅が可能となるため、平角線の幅と厚みの関係から厚み制限をうけた結果、設計上可能な巻き枠外形まで巻き線できないインダクタにおいて（例えばインダクタの長手、幅の大きさが厚みに対しておおきな形状でターン数の少ないインダクタ）、大きな直流重畳特性の低下なく直流抵抗を減らすことができインダクタ性能を上げることができるものである。

本発明の磁性体含有樹脂モールドコイルの平角線２重外外巻き巻き線６は、導線を複数本重ねて外外巻きすることにより該形状等の設計上可能な巻き枠外形まで巻き線できないインダクタにおいて、大きな直流重畳特性の低下なく直流抵抗を減らすことができインダクタ性能を上げることができるものである。

本発明の磁性体含有樹脂モールドコイルの巻き線は、導線を複数本整列して重ねた後絶縁被覆し、該平角線２重外外巻き巻き線６同様導線を複数本重ねて外外巻きすることにより絶縁被覆部分の体積ロスを減らし、該平角線を複数本重ねて外外巻きするより直流抵抗を減らすことができインダクタ性能を上げることができるものである。

図１は本発明を説明するための一形態である平角線１０ターンエッジワイズ巻きした巻き線を示した第三角法図である。図２は本発明を説明するための一形態である平角線１０ターン外外巻きした巻き線を示した第三角法図である。図３は本発明を説明するための一形態である平角線３ターンエッジワイズ巻きした巻き線を示した第三角法図である。図４は本発明を説明するための一形態である平角線３ターン外外巻きした巻き線を示した第三角法図である。図５は本発明の一例を示すための一形態である３ターンシングル巻きした巻き線を示した第三角法図である。図６は本発明の一例を示すための一形態である３ターン２重巻きした巻き線を示した第三角法図である。図７は本発明の一例を示すための一形態である３ターン２重巻きしたモールドコイルを示した斜視透過図である。

以下、本発明の巻き線一体型モールドコイル巻き線構造について添付図面を参照にしながら説明する。

従来圧粉成形巻き線一体成型低背高性能モールドコイルは、エッジワイズ巻きした平角線を用いる。この巻き線方法は、丸線を整列巻きするより同一体積中の導体密度を高く巻くことができるため直流重畳特性を高く、直流抵抗を低くすることができる。

しかし、エッジワイズ巻き線は幅の広い面が磁束と直交するため渦電流損が丸線や、平角線の外外巻き、整列巻きに比べて大きくなるため、高周波における電力効率が悪くなる。

また、エッジワイズ巻き線は巻き線方法が巻き線の幅方向の変形を伴うので、導体幅と厚みの比が大きいと絶縁被覆が剥げる絶縁不良や、導線自体にひびが入ってしまうなどの理由で、導体幅と厚みの比に制限がある上、巻き線機が高価でタクトが遅い問題がある。

そこで、平角線の外外巻きが緻密に巻き線でき、機械コスト、タクト、渦電流損等の面で有効である。

ところで、図1の１０ターン平角線エッジワイズ巻き線1と図２の１０ターン平角線外外巻き巻き線２は、巻き芯２ｍｍΦ、巻き枠高さ２ｍｍ、巻き枠外形を５ｍｍΦになるよう理想的に巻いた第三角法図ある。両方とも設計上理想的な５ｍｍΦ巻き枠外形まで巻き線することができる。

一方、図３３ターンエッジワイズ巻き巻き線３と図４３ターン平角線外外巻き巻き線４は、エッジワイズ巻きでは図１同様の巻き枠寸法で巻き線できるのに対し、外外巻きは平角線の幅と厚みの制限から平角線幅の1／２以下の厚みになるため、巻き枠の外径が４Φまでしか巻けず設計上理想的な巻き線ができず、エッジワイズ巻きに比べ大きく直流抵抗が上がってしまう。

そこで、図５平角線シングル巻き巻き線５は図４同様３ターンであるが、シングルでまくことにより同じ巻き芯高さでも外外巻きに比較して理論的に倍の平角線厚みを確保できるため、平角線厚みも２倍にすることができ設計上理想的な５ｍｍΦまで巻き線することができ、直流抵抗を小さくすくことが可能となる。

ところで、図５平角線シングル巻き巻き線５は、巻き始めを巻き軸方向のどちらかに出す必要がある。側面に斜めに引き出すと平角線幅が外外巻きと同じ高さ部分を占めてしまうので、図５では下面に引き出した。

図６平角線２重外外巻き巻き線６は、２本の平角線を重ねた状態で外外巻きした巻き線である。端末接合部７は並列接合する。この方法では２重以上何重でも可能であるので、設計巻き枠まで巻けるのはもちろんのこと、エッジワイズまきでは絶縁被覆の損傷その他で巻くことができない巻き枠幅以上理論的にはどこまでも巻き線できるので、極端に幅、長さが広く低背なインダクタも可能である。つまり、低背にも関わらず直流重畳電流が高く、低抵抗なインダクタが可能となる。

該モールドコイル８等は、樹脂中に分散した金属磁性粉をプラスチック成型にて成形するのが特性的に効果的である。無機磁性体を使った磁性体分散樹脂は飽和磁束密度がひくいため、比較的巻き線密度が低い丸線を使ったモールドコイルでも、直流重畳許容電流が直流抵抗許容電流より小さいので、巻き線の体積効率をあげても高価な線材や複雑な巻き線を用いても大きな効果がでない場合が多い。

また、３ターン平角線外外巻き巻き線４や平角線シングル巻き巻き線５等は、粉末成形によりモールドすると導線間に過大の圧力がかかるため変形をおこしやすく、特性バラツキを生じやすいので、トランスファ成形や圧縮成形等のプラスチック成形が良い。

端末は、モールド前に金属板等に接続しモールドしてもよいし、図７のように端末面がモールド後何らかの手法により露出させたのち導電性樹脂等で形成してもよい。また、巻き線自体が外部端子としてもよい。

図６の平角線２重外外巻き巻き線６等は、端末を並列に接続するのであるが、重なる部分の絶縁被覆は不要でモールドする導体の断面積がロスする。所定の巻き線を所定量重ねた後絶縁被覆すればより同じ体積に多くの導体をモールドでき直流抵抗を減らすことができる。

平均粒径３０μｍのアモルファス磁性粉を９２ｗｔ％、ノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラック型樹脂が当量混合されたエポキシ樹脂混合物８ｗｔ％をニーダーにて１１０度４０分混合後、ＴＰＰをエポキシ樹脂混合物に対し０．０５ｗｔ％添加し３分混合後、冷却、粉砕し、０．５ｍｍ以下の粉末に調整した。

図５の巻き線５を準備した。線材は幅２．００ｍｍ、厚み０．４３ｍｍの自己融着性平角線を用い、巻き芯２ｍｍΦに整列巻きで３ターン巻き、巻き線端末を巻き軸方向のどちらか一方に曲げてモールドコイルの上下面の一方から露出できるようにした。端末を所定寸法と形状で切断した。

６ｍｍ角のダイスと上下のパンチと巻き線を中空で維持する支持ピンを有する加圧モールド成形型を１５０度で予熱し、下パンチの中心付近に巻き軸中心がくるよう巻き線をセットし、厚みが約３ｍｍになる重量の磁性モールド樹脂を定量後投入し、７０ｋｇで5分加圧硬化させた。

型より取り出し、サンドブラストでばり除去と端末露出し、導電性樹脂電極をそれぞれの端末と接合するよう塗布硬化しモールドコイルを得た。

実施例1同様に磁性モールド樹脂を用意した。

図６の様に巻き線幅１ｍｍ、厚み０．４ｍｍの自己融着性の平角線を２本重ね、巻き芯２ｍｍΦに外外巻きで３ターン巻き、端末面を所定量で切断した。

下パンチをダイスにセットしダイスより少し小さい大きさでモールド樹脂総重量の半分重量のモールド樹脂を下パンチの上に置き、１１０度で加熱した。軟化したモールド樹脂にダイス中央に巻き芯、ダイス側面付近に巻き線端末がくるように巻き線の約半分を埋設した。

残り半分のモールド樹脂を入れ１５０度に加熱しながら１５０度に予熱しておいた上パンチを加圧しそのまま硬化した。

巻き線一体成形型モールドコイルにおいて低背で低抵抗のインダクタを得ることができ、温度上昇による定格電流が増加する。特に温度上昇による定格電流が、インダクタンスの低下による定格電流より小さくなる場合の多い鉄粉系磁性体を分散したモールドコイルにおいて有効である。

特に幅長手の長さより、厚みが問題となる携帯機等用途の電源系インダクタに有効である。

１１０ターン平角線エッジワイズ巻き線
２１０ターン平角線外外巻き巻き線
３３ターン平角線エッジワイズ巻き線
４３ターン平角線外外巻き巻き線
５平角線シングル巻き巻き線
６平角線２重外外巻き巻き線
７端末接合部
８モールドコイル
９外部電極
１０平角線２重外外巻き巻き線

Claims

磁性材料を分散したモールド樹脂で巻き線を封止したモールドコイルにおいて、該巻き線の少なくとも一部に扁平面を有し、該巻き芯の長手方向に１列に整列に巻き線され、該磁性体を分散したモールド樹脂が溶融状態でモールドされていることを特徴とするモールドコイル。
磁性材料を分散したモールド樹脂で巻き線を封止したモールドコイルにおいて、該巻き線の少なくとも一部に扁平面を有し、複数本の該巻き線が重ねられた状態で外外巻きされた巻き線を有し、該磁性体を分散したモールド樹脂が溶融状態でモールドされていることを特徴とするモールドコイル。
磁性材料を分散したモールド樹脂で巻き線を封止したモールドコイルにおいて、該巻き線の少なくとも一部に扁平面を有し、複数本の該巻き線の該扁平面の少なくとも一部が絶縁層を介さず重ねられ、該巻き線が重ねられた状態で外外巻きされた巻き線を有し、該磁性体を分散したモールド樹脂が溶融状態でモールドされていることを特徴とするモールドコイル。
該モールド材料の磁性体は、少なくとも一部に金属系磁性粉末を含有ことを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３のモールドコイル。