JP2014075535A - 誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】多層コイル基板の径方向における機器の小型化を図り、ターン数を増やすことが容易な誘導機器を提供する。
【解決手段】トランスは、磁性コア１０と、磁性コア１０に巻回される一次コイルＣ１及び二次コイルとを備える。一次コイルＣ１は、多層コイル基板２１を複数積層するとともに、多層コイル基板２１同士を電気的に接続することによって構成されている。多層コイル基板２１は、磁性コア１０を挿通させるための挿通孔２２を有し、挿通孔２２を周回する第１外層巻線分と、第１外層巻線分に接続され、挿通孔２２を周回する内層巻線分と、内層巻線分に接続され、挿通孔２２を周回する第２外層巻線分とをそれぞれ絶縁層を介して積層してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導機器に関するものである。

磁性コアにコイルを巻回して構成したリアクトルやトランスといった誘導機器が提供されている（例えば、特許文献１参照）。また上記誘導機器のなかには、絶縁シートの片面又は両面に渦巻状の巻線分をパターニングした絶縁シートを複数積層してなる多層コイル基板をコイルとする機器が知られている。

特開平４−１４４２１２号公報

ところで、多層コイル基板においては、巻線分の層数を増やすことには技術的な限界があることから、多層コイル基板におけるコイルの多巻数化を図る場合には、各層の巻線分のターン数を増やすことが行われている。そのため、多層コイル基板は、コイルの多巻数化に伴って多層コイル基板の横幅（巻線分の径方向における長さ）が大きくなる傾向がある。

また、誘導機器に用いられるコイルの大電流化を図るためには、コイルを構成する巻線分の断面積を大きくする必要がある。そして、多層コイル基板の場合には、各層の巻線分の幅を大きくすることによって巻線分の断面積を増加させることが行われている。そのため、多層コイル基板は、コイルの大電流化に伴って多層コイル基板の横幅（巻線分の径方向における長さ）が大きくなる傾向がある。

このように、多層コイル基板は、その横幅が大きなものになりやすい。そのため、多層コイル基板をコイルとして採用する誘導機器は機器の大型化を避けることが困難であった。本発明の目的は、多層コイル基板の径方向における機器の小型化を図り、ターン数を増やすことが容易な誘導機器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、磁性コアと、前記磁性コアに巻回されるコイルとを備える誘導機器において、前記コイルは、多層コイル基板を複数、積み重ねるとともに、前記多層コイル基板同士を電気的に接続してなり、前記多層コイル基板は、前記コアを挿通させるための挿通孔を有し、前記挿通孔を周回する第１外層巻線分と、前記第１外層巻線分に接続され、前記挿通孔を周回する内層巻線分と、前記内層巻線分に接続され、前記挿通孔を周回する第２外層巻線分とをそれぞれ絶縁層を介して積層してなることを要旨とする。

上記構成によれば、コイルを構成する多層コイル基板の横幅を短くすることができるため、多層コイル基板の径方向における機器の小型化を図ることができる。また、多層コイル基板同士を電気的に接続するのでターン数を容易に増やすことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに直列に接続されていることを要旨とする。

上記構成によれば、直列に接続される多層コイル基板の数を増やすことによって、多層コイル基板の各層の巻線分ごとのターン数を増やすことなく、多層コイル基板が形成するコイル全体のターン数を増やすことができる。これにより、特にコイルの多巻数化を図る場合において、多層コイル基板の横幅を短く設定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに並列に接続されていることを要旨とする。

上記構成によれば、並列に接続される多層コイル基板の数を増やすことによって、多層コイル基板の各層の巻線分の線分幅を増大させることなく、巻線分の実質的な断面積を増大させることができる。これにより、特にコイルの大電流化を図る場合において、多層コイル基板の横幅を短く設定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに直列に接続されるとともに、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに並列に接続されていることを要旨とする。

上記構成によれば、直列に接続される多層コイル基板の数を増やすことによって、多層コイル基板の各層の巻線分ごとのターン数を増やすことなく、多層コイル基板が形成するコイル全体のターン数を増やすことができる。また、並列に接続される多層コイル基板の数を増やすことによって、コイル基板の各層の巻線分の線分幅を増大させることなく、巻線分の実質的な断面積を増大させることができる。これにより、多層コイル基板の横幅を短く設定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記第１外層巻線分及び前記第２外層巻線分は、スルーホールを通じて前記内層巻線分に導通されていることを要旨とする。上記構成によれば、第１外層巻線分及び第２外層巻線分と内層巻線分とを半田付けにより接続して導通させる構成と比較して、半田付けが不要であることから多層コイル基板を容易に製造することができる。

本発明によれば、誘導機器において、多層コイル基板の径方向における機器の小型化、及びターン数の増加を図ることが容易である。

本実施形態のトランスの分解斜視図。 本実施形態のトランスの斜視図。 多層コイル基板の構成図。 （ａ）は本実施形態のトランスの部分上面図、（ｂ）は従来構成のトランスの部分上面図。

以下、本発明をトランスに具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び２に示すように、トランスは、磁性コア１０と、磁性コア１０に巻回される一次コイルＣ１及び二次コイルＣ２とを備える。

磁性コア１０はＥ型コア１１とＩ型コア１２とから構成されるＥ−Ｉ型のコアである。Ｅ型コア１１は、四角板状に形成される本体部１１ａと、本体部１１ａの下面から突出する中央磁脚１１ｂ及び両側磁脚１１ｃとを備えている。Ｉ型コア１２は四角板状に形成されている。磁性コア１０は、Ｅ型コア１１の中央磁脚１１ｂの先端面及び両側磁脚１１ｃの先端面と、Ｉ型コア１２の上面とを付き合わせるようにして組み合わせることによって閉磁路を形成する。

また、トランスは絶縁基板３０を備え、絶縁基板３０の下面に対して、銅板からなる二次コイルＣ２がパターニングされている。図１に示すように、絶縁基板３０にはＥ型コア１１の中央磁脚１１ｂが挿通される第１挿通孔３１、及びＥ型コア１１の両側磁脚１１ｃが挿通される第２挿通孔３２が設けられている。二次コイルＣ２は、絶縁基板３０の第１挿通孔３１を１周回する形状に形成され、これにより第１挿通孔３１に挿通されるＥ型コア１１の中央磁脚１１ｂに巻回されている。

図１及び２に示すように、一次コイルＣ１は絶縁基板３０の上面に配置されている。一次コイルＣ１は、６枚の多層コイル基板２１を、基板の厚さ方向に積み重ねるとともに、それら多層コイル基板２１同士を電気的に接続することによって構成されている。

一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１は四角板状をなし、その中央部にはＥ型コア１１の中央磁脚１１ｂが挿通される挿通孔２２が設けられている。多層コイル基板２１の上面には、挿通孔２２を１周回する第１外層巻線分２３ａが設けられるとともに、下面には、挿通孔２２を１周回する第２外層巻線分が設けられている（図３参照）。また、多層コイル基板２１の内部には、挿通孔２２を１周回する内層巻線分が多層コイル基板２１の厚さ方向に１４層、積層されている（図３参照）。

そして、上下に隣り合う巻線分はスルーホール２４を介して直列に接続されることによって導通されている。したがって、１枚の多層コイル基板２１は、第１及び第２外層巻線分と内層巻線分とを合わせて、１周回の巻線分を合計１６層有する１６ターンのコイルを構成している。また、多層コイル基板２１の側部には、接続孔２５ａを有する一対の外部端子２５が設けられている。一対の外部端子２５は、第１及び第２外層巻線分にそれぞれ導通されている。

図３に示すように、多層コイル基板２１は、絶縁層としての絶縁シート４１の両面に巻線分４２をパターニングしてなる配線シート４０を、絶縁層としての絶縁性の接着剤（図示略）を介して複数枚、積層及び一体化することによって形成されている。巻線分４２は銅板により形成されるとともに、絶縁シート４１の中央に設けられる挿通孔４１ａを１周回する形状に形成されている。そして、各巻線分４２間の導通は、配線シート４０の両側部に設けられるスルーホール２４を通じて確保されている。また、多層コイル基板２１の表面は絶縁性の樹脂材料（図示略）で被覆されている。

ここで、多層コイル基板２１における最上層の配線シート４０の上面側に位置する巻線分４２が第１外層巻線分２３ａとなるとともに、最下層の配線シート４０の下面側に位置する巻線分４２が第２外層巻線分２３ｂとなる。そして、その他の巻線分４２が内層巻線分２３ｃとなる。

多層コイル基板２１において、電流はスルーホール２４を介して各巻線分間を流れ、隣り合うペアのスルーホール２４毎に１ターンとなるように流れる。例えば、一方の外部端子２５から多層コイル基板２１に流れ込む電流は、先ず、挿通孔４１ａを略１周回するようにして第１外層巻線分２３ａを流れ、スルーホール２４の一つを介して下側に隣接する内層巻線分２３ｃへと流れる。そして、同じく挿通孔４１ａを略１周回するようにして、その内層巻線分２３ｃを流れ、スルーホール２４の一つを介して下側に隣接する内層巻線分２３ｃへと流れる。これを１４層の内層巻線分２３ｃについて繰り返す。そして、最も下側に位置する内層巻線分２３ｃを流れた電流は、スルーホール２４の一つを介して下側に隣接する第２外層巻線分２３ｂへと流れ、挿通孔４１ａを略１周回するようにして第２外層巻線分２３ｂを流れて他方の外部端子２５へと流れる。

図１及び２に示すように、６枚の多層コイル基板２１を組み合わせてなる一次コイルＣ１は、各多層コイル基板２１の外部端子２５の接続孔２５ａにボルト２６が挿通されることにより一体化されている。そして、そのボルト２６の先端が絶縁基板３０に螺合されることによって、一次コイルＣ１は絶縁基板３０に固定されている。また、一次コイルＣ１を構成する各多層コイル基板２１は、外部端子２５の接続孔２５ａに挿通されるボルト２６を介して互いに電気的に接続されている。

ここで、６枚の多層コイル基板２１からなる一次コイルＣ１は、並列に接続された２枚一組の多層コイル基板２１を３組、直列に接続することにより構成されている。これにより、一次コイルＣ１は、多層コイル基板２１の挿通孔２２に挿通されるＥ型コア１１の中央磁脚１１ｂに巻回されるコイルを形成し、より具体的には４８ターン（１ターン×１６層×３枚）のコイルを並列に２つ備える構成となっている。

次に、本実施形態のトランスの作用を説明する。ここでは、１６層の巻線分を有する多層コイル基板を用いて４８ターンの一次コイルを構成する場合を例に挙げて、従来構成との比較に基づいて説明する。

図４（ｂ）に示すように従来構成においては、多層コイル基板の各層の巻線分４２のターン数を増やす、具体的には巻線分４２を渦巻状に３ターンに増やすことによって、一枚の多層コイル基板から４８ターンの一次コイルＣ１が形成される（３ターン×１６層×１枚＝４８ターン）。この場合、多層コイル基板の横幅Ｌ１（巻線分の径方向における長さ）は、径方向に３ターン分重ねられた巻線分４２を設置可能な長さに設定されることになる。

一方、本実施形態のトランスでは、一次コイルＣ１として、６枚の多層コイル基板２１を基板の厚さ方向に積み重ねるとともに、そのうちの３枚の多層コイル基板２１を直列に接続している。そして、図４（ａ）に示すように、多層コイル基板２１の各層の巻線分のターン数を１として、４８ターンのコイルを構成している（１ターン×１６層×３枚＝４８ターン）。この場合、多層コイル基板の横幅Ｌ１は、１ターン分の巻線分を設置可能な長さであればよい。そのため、多層コイル基板の横幅Ｌ１を従来構成よりも大幅に短くすることができる。

また、一次コイルの大電流化を図るためには、４８ターンのコイルを構成する一次コイルＣ１のコイル断面積を大きくする必要がある。そこで、本実施形態では、上述した直列に接続される３枚の多層コイル基板２１の各々に対して、多層コイル基板２１を１枚ずつ並列に接続している。これにより、一次コイルＣ１の実質的な断面積を２倍にすることができる。

したがって、一定のコイル断面積を確保する場合に、各巻線分４２の線分幅Ｌ２を、従来構成における各巻線分の線分幅Ｌ２の半分にすることができる。そして、各巻線分の線分幅Ｌ２が短くなることによって、多層コイル基板の横幅Ｌ１を従来構成よりも更に短くすることができる。

このように、複数枚の多層コイル基板２１を基板の厚さ方向に積み重ねるとともに、それら多層コイル基板２１を直列又は並列に接続してなる一次コイルＣ１を採用することにより、多層コイル基板の横幅Ｌ１を短くすることができる。そのため、トランスの小型化、特に一次コイルＣ１の径方向における小型化を容易に図ることができる。なお、多層コイル基板２１を基板の厚さ方向に積み重ねてなる一次コイルＣ１は、厚さ方向の長さが従来構成よりも増大する。しかし、その厚さ方向の増大量は横幅Ｌ１の減少量に比して小さいものであるため、トランス全体においても機器の小型化を図ることができる。

本実施形態によれば、以下に記載する効果を得ることができる。
（１）トランスは、磁性コア１０と、磁性コア１０に巻回される一次コイルＣ１及び二次コイルＣ２とを備える。一次コイルＣ１は、多層コイル基板２１を複数、積み重ねるとともに、多層コイル基板２１同士を電気的に接続することによって構成されている。多層コイル基板２１は、磁性コア１０を挿通させるための挿通孔２２を有し、挿通孔２２を周回する第１外層巻線分と、第１外層巻線分に接続され、挿通孔２２を周回する内層巻線分と、内層巻線分に接続され、挿通孔２２を周回する第２外層巻線分とをそれぞれ絶縁層を介して積層してなるものである。上記構成によれば、一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１の横幅Ｌ１を短くすることができる。したがって、容易にトランスの小型化を図ることができる。また、多層コイル基板２１同士を電気的に接続することにより、ターン数を容易に増やすことができる。

（２）図４に示すように、一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１の横幅Ｌ１が短くなることによって、磁性コア１０の長手方向の長さＬ３（巻線分の径方向における長さ）も短くすることができる。磁性コア１０の長さＬ３を短くすることにより、磁性コア１０の磁気抵抗を低減させることができる。

（３）一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１のうちの一部は、互いに直列に接続されている。上記構成によれば、多層コイル基板２１の各層の巻線分ごとのターン数の増加を抑制しつつ、一次コイルＣ１全体のターン数を増加させることができる。これにより、特に一次コイルＣ１の多巻数化を図る場合において、多層コイル基板２１の横幅Ｌ１を短く設定することができる。

（４）一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１のうちの一部は、互いに並列に接続されている。上記構成によれば、多層コイル基板２１の各層の巻線分の線分幅Ｌ２の増大を抑制しつつ、一次コイルＣ１の実質的なコイル断面積を増大させることができる。これにより、特にコイルの大電流化を図る場合において、多層コイル基板２１の横幅Ｌ１を短く設定することができる。

（５）多層コイル基板２１は、第１外層巻線分と、第２外層巻線分と、１層以上の内層巻線分を備え、合計して３層以上の巻線分を備えている。そして、一次コイルＣ１は、３層以上の巻線分を備える多層コイル基板２１を複数、積み重ねて構成されている。上記構成によれば、１層又は２層の巻線分のみを有するコイル基板を積み重ねて一次コイルを構成した場合と比較して、一次コイルを構成するコイル基板の積み重ね数を抑えることができる。

（６）多層コイル基板２１において、第１外層巻線分２３ａ及び第２外層巻線分２３ｂは、スルーホール２４を通じて内層巻線分２３ｃに導通されている。上記構成によれば、第１外層巻線分２３ａ及び第２外層巻線分２３ｂと内層巻線分２３ｃとを半田付けにより接続して導通させる構成と比較して、半田付けが不要であることから多層コイル基板２１を容易に製造することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１は、１層の第１外層巻線分２３ａと、１層の第２外層巻線分２３ｂと、１層以上の内層巻線分２３ｃとを備える多層コイル基板であればよい。内層巻線分２３ｃの層数は特に限定されない。

○ 多層コイル基板２１に備えられる各巻線分４２間の接続形式は特に限定されるものではない。例えば、全ての巻線分４２が直列又は並列に接続されていてもよいし、巻線分４２同士が直列で接続される部分と巻線分４２同士が並列で接続される部分とが混在していてもよい。

○ 多層コイル基板２１に備えられる巻線分４２の構成は特に限定されるものではない。例えば、巻線分４２は、ターン数が２以上の渦巻状に形成されるものであってもよい。また、巻線分４２は、銅板等の金属板から抜き打ち加工により成形されたものであってもよいし、絶縁シート４１上にパターン印刷されたものであってもよい。

○ 一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１の数は２枚以上であれば何枚であってもよい。
○ 一次コイルＣ１を構成する多層コイル基板２１間の接続形式は特に限定されるものではない。例えば、全ての多層コイル基板２１を直列又は並列に接続してもよい。

○ 一次コイルＣ１は、同じ多層コイル基板２１を組み合わせて構成されるものであってもよいし、巻線分４２のターン数や層数等が異なる多層コイル基板２１を組み合わせて構成されるものであってもよい。

○ 一次コイルＣ１において、多層コイル基板２１同士を電気的に接続するための構成は特に限定されるものではない。例えば、多層コイル基板２１の外部端子２５同士を半田付けによって接合することにより、多層コイル基板２１同士を電気的に接続してもよい。

○ 多層コイル基板２１を複数、積み重ねるとともに、多層コイル基板２１同士を電気的に接続してなるコイル構造を、トランスの二次コイルＣ２に適用してもよいし、一次コイルＣ１及び二次コイルＣ２の両方に適用してもよい。

○ 磁性コア１０の材質及び形状は特に限定されるものではない。例えば、Ｕ−Ｉ型コア、Ｅ−Ｅ型コア、Ｕ−Ｕ型コア等を用いてもよい。また、コア間の一部にはギャップを設けてもよい。

○ 誘導機器としてトランスに適用したが、リアクトル等の他の誘導機器に適用してもよい。また、誘導機器は電気自動車やハイブリッド自動車に好適に適用することができる。

Ｃ１…一次コイル、Ｃ２…二次コイル、１０…磁性コア、２１…多層コイル基板、２２…挿通孔、２３ａ…第１外層巻線分、２３ｂ…第２外層巻線分、２３ｃ…内層巻線分、２４…スルーホール、３０…絶縁基板、４０…配線シート、４１…絶縁シート、４２…巻線分。

Claims (5)

1. 磁性コアと、前記磁性コアに巻回されるコイルとを備える誘導機器において、
   前記コイルは、多層コイル基板を複数、積み重ねるとともに、前記多層コイル基板同士を電気的に接続してなり、
   前記多層コイル基板は、前記コアを挿通させるための挿通孔を有し、前記挿通孔を周回する第１外層巻線分と、前記第１外層巻線分に接続され、前記挿通孔を周回する内層巻線分と、前記内層巻線分に接続され、前記挿通孔を周回する第２外層巻線分とをそれぞれ絶縁層を介して積層してなることを特徴とする誘導機器。
2. 前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。
3. 前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。
4. 前記コイルを構成する前記多層コイル基板のうち、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに直列に接続されるとともに、少なくとも一組の前記多層コイル基板は互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。
5. 前記第１外層巻線分及び前記第２外層巻線分は、スルーホールを通じて前記内層巻線分に導通されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導機器。