JP2013045937A - ボビン及びチョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】隙間を作らずにコイルを巻くことができるボビン及びそれを用いたチョークコイルを提供する。
【解決手段】内側に角形の磁心を受け入れ、外側にコイルが巻回される筒状の芯体１ａと、芯体１ａの両端に形成された鍔部１ｂとを備えたボビンにおいて、巻回軸方向に直交する断面で見た芯体１ａは、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成された外面を有している。例えば、芯体１ａは、内面が実質的に長方形であり、外面は、当該長方形の長辺、短辺、及び、各コーナーのそれぞれに対応する３種類の半径の円弧によって形成されている。このような外面の形状は、巻回するコイルを外面に沿わせることが容易であり、外面との間の隙間を作らずにコイルを巻くことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばチョークコイルにおいてコイルを巻回するボビンに関する。

チョークコイルは、磁心となる一対のコアと、コイルを巻回したボビンとを、互いに抱き合わせた構成となっている。このようなチョークコイルのうち、ＥＥ型と呼ばれるタイプでは、角形の中心コアをボビンに内挿する構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。そのため、ボビンの断面における内面及び外面の形状は、長方形となっている。

特開２００５−１５０４１４号公報

図７は、上記のような長方形のボビンを示す断面図である。図において、ボビン１０１をその断面で見た場合、内面はコア形状に合わせた長方形であり、外面はコーナーにＲが形成されてはいるが基本的な形状としては長方形である。このようなボビン１０１に銅線のコイル１０２を巻く場合、理想的には銅線がボビン１０１の外面全体に密着すればよいのであるが、実際には、線径が太いほど銅線がボビン１０１に沿わず、「巻き太り」の状態となる。すなわち、図示のように、ボビン１０１の外面の長辺部１０１ａ及び短辺部１０１ｂに銅線が密着せず、隙間ができる。隙間ができると、電流によるコイル１０２の発熱を、ボビン１０１に逃がすことが困難となり、放熱性が悪くなる。なお、隙間ができないように強い張力をかけてコイル１０２を巻くと、銅線が伸びて被覆が薄くなるので、好ましくない。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、隙間を作らずにコイルを巻くことができるボビン及びそれを用いたチョークコイルを提供することを目的とする。

（１）本発明は、内側に角形の磁心を受け入れ、外側にコイルが巻回される筒状の芯体と、前記コイルの巻回軸方向における前記芯体の両端に形成された鍔部と、を備えたボビンであって、前記巻回軸方向に直交する断面で見た前記芯体の外面を滑らかに繋ぐ線が、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成されていることを特徴とするものである。
上記のように構成されたボビンでは、芯体の外面を滑らかに繋ぐ線が、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成されているので、巻回するコイルを外面に沿わせることが容易である。従って、強い張力をかけなくとも、自然に、外面との間の隙間を作らずにコイルを巻くことができる。

（２）また、前記（１）のボビンにおいて、前記断面で見た前記芯体は、内面が実質的に方形であり、外面は、当該方形の各辺及び各コーナーのそれぞれに対応する少なくとも２種類の半径の円弧によって形成されていてもよい。
この場合、最小限の種類の円弧で、近似的に、外方へ凸な複数の曲線の連続を実現することができる。また、各辺に対してはコーナーよりも大きな半径の円弧とすることにより、肉厚が必要以上に大きくならないようにすることができる。

（３）また、前記（２）のボビンにおいて、前記各コーナーに対応する外面の半径は、巻回されるコイルの線径が大きいほど、大きくなる関係にあることが好ましい。
この場合、線径が大きくなるほど曲げにくくなるコーナーでも、容易に、コイルを巻き付けることができる。

（４）また、前記（２）又は（３）のボビンにおいて、前記各コーナーに対応する外面の半径として、前記コイル線の断面積の少なくとも２．４倍の値を確保することが好ましい。
この場合、線径が大きくなるほど曲げにくくなるコーナーでも、容易に、かつ、確実に、コイルを巻き付けることができる。

（５）また、本発明のチョークコイルとしては、コアと、当該コアに装着される前記（１）のボビンと、当該ボビンに巻回されたコイルとを備えたものであればよい。
この場合、コイルからボビンへの放熱性に優れたチョークコイルを提供することができる。

本発明のボビン及びこれを用いるチョークコイルによれば、芯体の外面との間に隙間を作らずにコイルを巻くことができる。

ＥＥコア型のチョークコイルの構成例を示す斜視図である。 コイルを巻回する前のボビンの斜視図である。 図２に示すボビンの水平断面図である。 図３に示すボビンの芯体の断面形状のみを示す図である。 ボビンの芯体の断面形状をさらに拡大した図である。 ボビンの芯体の変形例を示す図である。 従来の長方形のボビンを示す断面図である。

図１は、ＥＥコア型のチョークコイル１０の構成例を示す斜視図である。図において、このチョークコイル１０は、上下一対のコア３と、角形のボビン１と、コイル２とを備えている。ボビン１は、外側にコイル２が巻回される筒状の芯体１ａと、コイル２の巻回軸方向（図の矢印Ａの方向）における芯体１ａの両端に形成された鍔部１ｂとを有している。コア３は、側面から見て「Ｅ」の字を成す形状であり、中央の磁心となる凸部３ａと、両側の磁心となる凸部３ｂとを有している。ボビン１の芯体１ａは、その内側にコア３の凸部３ａを受け入れるように内寸法が設定されている。コア３は、例えば、鋼板、フェライト、ダストコア（圧粉磁心）により形成される。ボビン１は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を材質とする成型品又は、成型品を接合して成るものである。

上記の構成において、芯体１ａの内側に上下一対のコア３の中央の凸部３ａを入れ、かつ、外側の凸部３ｂ同士を当接させた状態で全体を固定すれば、チョークコイル１０が出来上がる。なお、例えば、外側の凸部３ｂ同士を当接させた状態で、中央の凸部３ａ同士は当接せず、一定のギャップを形成するように構成されている。ギャップを設けることで、磁気飽和を抑制することができる。

図２は、コイル２を巻回する前のボビン１の斜視図、図３は、図２に示すボビン１の水平断面図（芯体１ａについて、コイル２の巻回軸方向に直交する断面で見た図）である。図２，図３において、ボビン１の芯体１ａは、その外面に角（かど）が無く、コイル２の巻回方向へ丸みを帯びている。

図４は、芯体１ａの断面形状のみを示す図である。図４において、コイル２の巻回軸方向に直交する断面で見た芯体１ａは、その内面が実質的に長方形（長辺側の内寸法ｂ、短辺の内寸法ａ）である。ここで「実質的に」とは、厳密な意味の長方形のみならず、例えば４つのコーナーに小さなアールを形成する場合もあるが、その程度のアールがあった場合でも、対向する長辺・短辺を有する長方形の概念に含まれる、という意味である。

また、芯体１ａの外面は、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成された外面を有している。このような外面であれば、巻回するコイル２を沿わせることが容易である。従って、強い張力をかけなくとも、自然に、外面との間に隙間を作らずにコイルを巻くことができる。隙間無く巻回されたコイルの発生する熱は、ボビン１へ伝導し易いので、コイル２からボビン１への放熱性に優れたチョークコイル１０を提供することができる。

上記のような外面は、近似的に、例えば、図示のように、長方形の長辺、短辺、及び、各コーナーのそれぞれに対応する３種類の半径Ｒ２，Ｒ１及びＲの円弧によって形成することができる。これらの半径の一例を挙げると、線径φが２．１ｍｍの場合、Ｒ＝５ｍｍ、Ｒ１＝３５ｍｍ、Ｒ２＝６０ｍｍである。すなわち、長辺に対応する半径Ｒ２は、短辺に対応する半径Ｒ１より大きい（曲率が小さい。）。また、コーナーに対応する半径は、最も小さい（最も曲率が大きい。）。このような３種類すなわち、最小限の種類の円弧で、近似的に、外方へ凸な複数の曲線の連続を実現することができる。また、長辺及び短辺に対してはコーナーよりも大きな半径の円弧とすることにより、肉厚が必要以上に大きくならないようにすることができる。

上記３種類の円弧のうち、隙間の無いコイル巻回に最も寄与するのは、コーナーに対応する半径Ｒであると考えられる。そこで、線径と、このＲの値との、あるべき関係について調査した。調査は、３種類の線径の銅線を手巻き（張力は小さい。）で図７に示すような従来のボビン１０１の芯体に巻き付け、自然にできるＲの値を調べた。

その結果、
線径φ＝１．６ｍｍ（断面積Ｓ＝２．０１ｍｍ^２）のとき、Ｒ＝５．０ｍｍ
線径φ＝１．８ｍｍ（断面積Ｓ＝２．５４ｍｍ^２）のとき、Ｒ＝６．５ｍｍ
線径φ＝２．１ｍｍ（断面積Ｓ＝３．４６ｍｍ^２）のとき、Ｒ＝８．５ｍｍ
となった。これらの値の相関性を、例えば、半径Ｒが線径φの２次関数であるとして近似すると、
Ｒ＝１．７８φ^２＋０．３４φ ・・・（１）
となる。

また、より実用的な関係を求めるべく、半径Ｒをコイル線の断面積の１次関数であるとして、
Ｒ＝Ｋ・Ｓ ・・・（２）
とし、上記の数値を代入して、係数Ｋの値を求めると、
断面積Ｓ＝２．０１ｍｍ^２、Ｒ＝５．０ｍｍのとき、Ｋ＝２．４９
断面積Ｓ＝２．５４ｍｍ^２、Ｒ＝６．５ｍｍのとき、Ｋ＝２．５６
断面積Ｓ＝３．４６ｍｍ^２、Ｒ＝８．５ｍｍのとき、Ｋ＝２．４６
となる。上記の３つのＫの値は良く近似しており、Ｋの値として２．４以上を設定するのが好ましいと解される。これは、実際に手巻きをしたデータに基づいているので、コイル線の断面積に対して少なくとも２．４倍の半径を、Ｒの値とすることにより、線径が大きくなるほど曲げにくくなるコーナーでも、容易に、かつ、確実に、コイルを巻き付けることができる。

図５は、ボビン１の芯体１ａの断面形状をさらに拡大した図である。図において、まず、角度９０度のコーナーを４５度で２等分する線分Ｌを設定し、この線分上に半径Ｒの円弧の中心Ｏがあるようにする。コーナーでの芯体１ａの厚さｔは、１ｍｍを確保するものとすれば、中心Ｏが決まり、半径Ｒの円弧が決まる。この円弧が決まれば、後は、半径Ｒ１，Ｒ２の各円弧と滑らかに、凹部が生じないように繋げばよい。なお、逆に言えば、半径Ｒ１，Ｒ２で互いに端点が接近している２つの円弧を、Ｒ１，Ｒ２より小さい値の半径Ｒにより面取りした形となる。

半径Ｒの円弧と、半径Ｒ１の円弧との接点Ｃ１までの角度をα、半径Ｒの円弧と、半径Ｒ２の円弧との接点Ｃ２までの角度をβとすると、例えば、以下の式により、角度α及びβを定めることができる。
α＝（π／６）−（π／６）（１−ｅｘｐ（１−（ｂ／ａ））
β＝（π／６）＋（π／１２）（１−ｅｘｐ（１−（ｂ／ａ））
接点Ｃ１，Ｃ２の位置は、それぞれ角度α，βによって決まる。また、半径Ｒ１の円弧の中心、及び、半径Ｒ２の円弧の中心は、それぞれ、ボビン芯体１ａの中心線ＣＬｂ，ＣＬａ上に位置する。従って、半径Ｒ１，Ｒ２の値は自然に決まってくる。このように、コイル線径に基づいて、式（２）により、コーナーのＲを決めてから、短辺と長辺の比例関係をもって、短辺に対応する円弧の半径Ｒ１、長辺に対応する円弧の半径Ｒ２を決定することができる。

このようにして決定された半径Ｒ１の円弧は、接点Ｃ１において半径Ｒの円弧と交わり、かつ、半径Ｒの円弧と交わる角（小さい方）が０に近いことにより滑らかに繋がる円弧、となる。同様に、半径Ｒ２の円弧は、接点Ｃ２において半径Ｒの円弧と交わり、かつ、半径Ｒの円弧と交わる角が０に近いことにより滑らかに繋がる円弧、となる。

なお、上記実施形態では、芯体１ａの外面を構成する曲線が円弧によって構成される例を示したが、複数の楕円弧による構成や、円弧と楕円弧との組み合わせによる構成も、可能である。楕円の場合、複数ではなく１つの楕円によって外面全体を構成することもできるが、この場合は、芯体１ａの肉厚が必要以上に厚くなり易く、また、厚・薄の差が大きくなり易いので、好ましくないと解される。

また、芯体１ａの外面を構成する円弧（楕円弧でも可）のうち例えば長辺・短辺に対応する円弧には、図６に示すように、必要に応じて例えば小さな溝１ｄを設けても、コイル２の巻きやすさには影響しない。要するに、芯体１ａの外面を滑らかに繋ぐ線（コイル２の巻回という観点からの芯体１ａの最外形状を表す線）が、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成されていればよい。

また、上記実施形態では、芯体１ａの内面が長方形である例を示したが、コア３の形状によっては正方形もあり得る。すなわち、芯体１ａの内面は方形（長方形又は正方形）であるとも言える。正方形の場合には、コーナーの１種類の円弧と、辺に対応する１種類の円弧との計２種類のみで、芯体１ａの外面の曲線を構成することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ボビン
１ａ 芯体
１ｂ 鍔部
２ コイル
３ コア（磁心）
１０ チョークコイル

Claims (5)

1. 内側に角形の磁心を受け入れ、外側にコイルが巻回される筒状の芯体と、
   前記コイルの巻回軸方向における前記芯体の両端に形成された鍔部と、を備えたボビンであって、
   前記巻回軸方向に直交する断面で見た前記芯体の外面を滑らかに繋ぐ線が、外方へ凸な複数の曲線の連続によって形成されていることを特徴とするボビン。
2. 前記断面で見た前記芯体は、内面が実質的に方形であり、外面は、当該方形の各辺及び各コーナーのそれぞれに対応する少なくとも２種類の半径の円弧によって形成されている請求項１記載のボビン。
3. 前記各コーナーに対応する外面の半径は、巻回されるコイルの線径が大きいほど、大きくなる関係にある請求項２記載のボビン。
4. 前記各コーナーに対応する外面の半径として、前記コイル線の断面積の少なくとも２．４倍の値を確保した請求項２又は３に記載のボビン。
5. コアと、当該コアに装着される請求項１記載のボビンと、当該ボビンに巻回されたコイルとを備えたチョークコイル。

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