JP2016186955A - High frequency coil and coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波電流で駆動される高周波用コイルおよびコイル装置に関し、特に高周波特性の向上および発熱の抑制に関する。 The present invention relates to a high-frequency coil and a coil device driven by a high-frequency current, and more particularly to improvement of high-frequency characteristics and suppression of heat generation.
従来から、例えば各種インバータ等に搭載されて、高周波電流駆動に伴うスイッチングノイズを低減する等、高周波特性を向上させる高周波用コイル装置が知られている。図10に示すように、従来の高周波用コイル装置200は、1本の線材Wを巻回した一対のコイル205、205の中空部に例えば一対のコの字状の磁性体C、Cを挿入してロの字状に形成したもので、所定のインダクタンスおよび直流抵抗値を確保するため、当該一対のコイル205、205の直列配線や並列配線等が行われている(配線は略)。一対の磁性体C、C間には、磁気飽和を防止するギャップG(図示せず)が設けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a high-frequency coil device that is mounted on various inverters or the like and improves high-frequency characteristics, such as reducing switching noise associated with high-frequency current driving, is known. As shown in FIG. 10, in the conventional high-
図11は、従来におけるボビンBに整列積層巻きされたコイル205を示すもので、図中の(1)−(36)の番号は、線材Wの巻順を示す。引き出し線Waが巻き始めで最内周の(1)から軸方向Xに(2)、(3)…と整列巻きされ、端部(12)から層方向Yにその上部(13)へ巻き返し、以下、番号通りに巻回されている。駆動時のコイル騒音を防止するため、通常、線材W間は絶縁樹脂で含浸されている。
FIG. 11 shows a
この場合、下層巻層(1−12)、中間巻層(13−24)および上層巻層(25−36)の各対向面同士で浮遊容量成分Csが形成され、巻長が長くなると大きな浮遊容量となって高周波特性を低下させる場合がある。この対策として、図12に示すような分割整列積層巻きとすることで電位差および浮遊容量の低減が図られることは知られているが、分割ボビンの層間鍔により巻線の線積率が大きく損なわれ、小型化が図れない。 In this case, the stray capacitance component Cs is formed between the opposing surfaces of the lower winding layer (1-12), the intermediate winding layer (13-24), and the upper winding layer (25-36). There is a case where high frequency characteristics are deteriorated due to a capacitance. As a countermeasure against this, it is known that the divided and stacked winding as shown in FIG. 12 can reduce the potential difference and the stray capacitance. However, the line factor of the winding is greatly impaired due to the interlayer defects of the divided bobbins. Therefore, it cannot be downsized.
巻線の線積(占積)率を向上させるコイルの一例として、1本の巻線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり(α巻き)、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部が押し込まれているコイル装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1は、従来の整列積層巻きのように引き込み線Waが最内周から巻回されない分、巻線の線積(占積)率が高くなる。
As an example of a coil for improving the line product (space factor) ratio of windings, unit coil portions formed by winding one winding in a spiral shape are repeatedly arranged in the winding axis direction (α winding) A coil device is known in which each unit coil portion is formed of a plurality of unit winding portions having different inner peripheral lengths, and a unit winding portion having a smaller inner peripheral length is pushed inside a unit winding portion having a larger inner peripheral length. (For example, Patent Document 1). In
また、螺旋状に周回するように変形された1本の連続する線材を部分的に渦巻き状に重ね合わせて形成された複数の巻層部を、厚さ方向に密着させて、曲線部分において線材が内周側から外周側に向かって順次曲率を小さくなるように形成されて線材が全周にわたって密着するように重ね合わされていることも知られている(例えば、特許文献2)。 In addition, a plurality of wound layers formed by partially overlapping one continuous wire deformed so as to circulate in a spiral shape are closely adhered in the thickness direction so that the wire in the curved portion It is also known that the wire is formed so that the curvature is gradually reduced from the inner peripheral side toward the outer peripheral side, and the wires are overlapped so as to be in close contact over the entire periphery (for example, Patent Document 2).
ところで、従来における図10の整列積層巻きされたコイルと特許文献1のコイルとを比べて、巻層間の対向面積が、図10の整列積層巻きでは連続する巻層(1−12)に対して巻層(13−24)と距離が長いため大きいのに対して、特許文献1のα巻きでは、連続する単位コイル部で形成されて、その単位コイル部同士の距離が短いため小さい。したがって、特許文献1は、従来の整列積層巻に比べて、巻線の線積(占積)率が高く浮遊容量Csも小さい。
10 is compared with the coil of
しかし、高周波用としては、さらなる浮遊容量Csの低容量化が要求されている。また、特許文献2では、巻層間が密着されており、巻線の線積(占積)率が高いものの、浮遊容量Csが大きく、やはり高周波用コイルとして十分な性能を有していない。
However, for high frequency applications, further reduction in the stray capacitance Cs is required. In
しかも、高周波用コイル装置の高周波電流駆動時におけるコイル騒音や発熱を防止するために、巻線内へフィラーを含む絶縁樹脂を充填する場合、従来の整列積層巻きでは巻線内へ絶縁樹脂のフィラーが浸透し難い問題があり、また、上記特許文献1、2でも同様に浸透し難く、高周波電流に伴う発熱に対する対策が不十分であった。
Moreover, in order to prevent coil noise and heat generation when the high-frequency coil device is driven with high-frequency current, when the insulating resin containing filler is filled in the winding, in the conventional laminated winding, the insulating resin filler is put in the winding. However, even in the above-mentioned
本発明の目的は、前記の問題点を解決して、高周波電流駆動時に、コイルの浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させるとともに、発熱を抑制することが可能な高周波用コイルおよびコイル装置を提供する。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and improve high-frequency characteristics by reducing the stray capacitance of the coil when driving a high-frequency current, and a high-frequency coil and coil device capable of suppressing heat generation. I will provide a.
上記目的を達成するため、本発明の一構成に係る高周波用コイルは、1本の線材を渦巻き状に連続的に巻回させてなる巻層体の複数を軸方向に並べた多列巻層部を有し、高周波電流で駆動されるものであって、前記巻層体の各層間に、円周状に連続する空隙または間欠的な空隙であって、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された径方向の第1の間隙が設けられ、前記多列巻層部の各巻層体間に、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向の第2の間隙が設けられて、前記第1および第2の間隙に前記絶縁樹脂が含浸されている。 In order to achieve the above object, a high-frequency coil according to one configuration of the present invention is a multi-row winding layer in which a plurality of winding layers formed by winding one wire continuously in a spiral shape are arranged in the axial direction. And is driven by a high-frequency current, and is a circumferentially continuous gap or an intermittent gap between the layers of the wound layer body, and has a gap dimension that allows the insulating resin to permeate. A set first gap in the radial direction is provided, and a second gap in the axial direction set in a gap dimension through which the insulating resin can penetrate is provided between the wound layers of the multi-row wound layer portion. The insulating resin is impregnated in the first and second gaps.
この構成によれば、巻層体の各層間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第1の間隙と、多列巻層部の各巻層体間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第2の間隙とが設けられているので、多列巻層部の浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させることができ、また、第1および第2の間隙に絶縁樹脂が含浸されているので、多列巻層部の発熱を抑制することが可能となる。 According to this configuration, the first gap that is set to a gap dimension that allows the insulating resin to penetrate between the layers of the wound layer body, and the gap dimension that allows the insulating resin to penetrate between the wound layer bodies of the multi-row wound layer portion. Therefore, the high frequency characteristics can be improved by reducing the stray capacitance of the multi-row winding layer, and the insulating resin is provided in the first and second gaps. Since it is impregnated, heat generation in the multi-row winding layer portion can be suppressed.
本発明では、前記絶縁樹脂は、熱伝導性が高いフィラーを含有するのが好ましい。この場合、絶縁樹脂内のフィラーによって多列巻層部の発熱をより抑制することができる。 In the present invention, the insulating resin preferably contains a filler having high thermal conductivity. In this case, heat generation in the multi-row winding layer portion can be further suppressed by the filler in the insulating resin.
本発明では、円周状に連続する空隙を形成する場合、第1の間隙は、線材のバックテンションを含んで形成されてもよい。また、部分的な間隙を形成する場合、第1の間隙は、線材のバックテンションを含むとともに、線材が間欠的に屈曲されたうえで巻回して形成されてもよい。この場合、確実に第1の間隙を形成することができる。 In the present invention, when the circumferentially continuous gap is formed, the first gap may be formed including the back tension of the wire. Further, when forming a partial gap, the first gap may include the back tension of the wire, and may be formed by winding the wire after being bent intermittently. In this case, the first gap can be reliably formed.
本発明の他の構成に係る高周波用コイル装置は、上記高周波用コイルであって、1個または一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入されている。したがって、コイルの浮遊容量を低下させて高周波特性を向上させるとともに、発熱を抑制することが可能な高周波用コイル装置が得られる。 A high-frequency coil device according to another configuration of the present invention is the above-described high-frequency coil, wherein a magnetic material is inserted into a hollow portion of one or a pair of the multi-row winding layer portions. Therefore, it is possible to obtain a high frequency coil device capable of improving the high frequency characteristics by reducing the stray capacitance of the coil and suppressing heat generation.
好ましくは、一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入され、当該一対の多列巻層部が直列または並列接続されている。また好ましくは、前記多列巻層部および磁性体全体が絶縁樹脂で含浸されている。 Preferably, a magnetic body is inserted into the hollow portions of the pair of multi-row winding layers, and the pair of multi-row winding layers is connected in series or in parallel. Preferably, the multi-row winding layer and the entire magnetic body are impregnated with an insulating resin.
本発明は、巻層体の各層間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第1の間隙と、多列巻層部の各巻層体間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第2の間隙とが設けられているので、多列巻層部の浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させることができ、また、第1および第2の間隙に絶縁樹脂が含浸されているので、発熱を抑制することが可能となる。 In the present invention, the first gap is set to have a void size that allows the insulating resin to penetrate between the layers of the wound layer body, and the void size allows the insulating resin to penetrate between the wound layer bodies of the multi-row wound layer portion. Therefore, the high frequency characteristics can be improved by reducing the stray capacitance of the multi-row winding layer, and the first and second gaps are impregnated with insulating resin. Therefore, heat generation can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる高周波用コイル装置の巻層体(コイル)を示す側面図である。
この高周波用コイル装置100は、高周波電流で駆動されるもので、巻層体105が、1本の線材WをボビンBの外周に渦巻き状に連続的に巻回させてなり、つまり径方向Yに層積され、この巻層体105の複数を軸方向Xに並べた多列巻層部(高周波用コイル)110が設けられている。1本の線材Wにおける巻き始めが引き出し線Waで、巻き終わりが引き出し線Wbである。ボビンBは例えば合成樹脂等の絶縁材料からなる中空筒状の形状を有しているが、必要に応じて省略してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing a wound layer body (coil) of a high-frequency coil device according to a first embodiment of the present invention.
This high-
多列巻層部110には、巻層体105の各層間に、円周状に連続する空隙であって、絶縁樹脂Rが浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向Xの第1の間隙K1が設けられ、多列巻層部110の各巻層体105間に、絶縁樹脂Rが浸透可能な空隙寸法に設定された径方向Yの第2の間隙K2が設けられている。これら第1および第2の間隙K1、K2に絶縁樹脂Rが含浸されている。多列巻層部110の中空部には磁気飽和を防止する複数のギャップGを有する磁性体Cが挿入され、この磁性体C全体は絶縁樹脂に含浸されている。なお、コイル装置の要求性能や磁性体の種類などに応じて、ギャップGが省略される場合もある。また、この例では、ロ字状の磁性体Cの両脚部に一対の多列巻層部110が巻回されているが(内鉄型)、例えばEI型やEE型などの磁性体を使用して、磁性体の中脚部に1つの多列巻層部を巻回するようにしてもよい(外鉄型)。
In the multi-row
線材Wは好ましくは、丸形状または平角、四角状などの絶縁線材が使用される。絶縁樹脂としては、ワニスの他にエポキシ樹脂、シリコン樹脂等が、フィラーとしては、例えば熱伝導率が1.0W/mK以上に高い酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の無機粒子が挙げられる。 As the wire W, an insulating wire having a round shape, a flat shape, or a square shape is preferably used. Examples of the insulating resin include an epoxy resin and a silicon resin in addition to the varnish, and examples of the filler include inorganic particles such as aluminum oxide and silicon oxide having a thermal conductivity higher than 1.0 W / mK.
図2は、高周波コイル装置100の一巻層体を示す側面図、図3は多列巻層部110を示す正面図、図4は、多列巻層部110を示す模式図である。図2のように、まず、巻き始めの引き出し線Wa側の1番目の巻層体105は、最外周の巻層(1)が、外周側から内周側に向かって(2)、(3)と順次巻回され、最内周の巻層(3)における線材Wが、1番目に隣接する2番目の巻層体105の最内周の巻層(4)の線材Wと連続し(内側移層線Wc)、図4のように2番目の巻層体105が、内周側から外周側に向かって(5)、(6)と順次巻回される。つぎに、その最外周の巻層(6)における線材Wが、2番目に隣接する3番目の巻層体105の最外周の巻層(7)の線材Wと連続して(図示しない外側移層線)、3番目の巻層体105が、外周側から内周側に向かって(8)、(9)と順次巻回される。以下、これらの巻回が繰り返される。
2 is a side view showing a one-layered layer body of the high-
この場合、図2のように、1番目の巻層体105では、最外周の巻層(1)の内周円aを示す半径から、線材Wの線径と第1の間隙K1の間隙寸法を差し引いた半径に基づいて内周円aの内側に巻回して巻層(2)の内周円bを形成し、さらに同線径と同間隙寸法を差し引いた半径に基づいて内周円bの内側に巻回して巻層(3)の内周円cを形成する。この第1の間隙K1の間隙寸法は、線材Wの持つバックテンションにより径方向に拡がるので、これを考慮して実際の間隙寸法よりも少し小さく設定する。これにより、1番目の巻層体105において絶縁樹脂Rが浸透可能な第2の間隙K1が形成される。第1の間隙K1は、絶縁樹脂Rが浸透する最小限の間隙に設定される。
In this case, as shown in FIG. 2, in the first
図3のように、1番目の巻層体105と2番目の巻層体105との間には、絶縁樹脂Rが浸透可能な第2の間隙K2が形成される。第2の間隙K2は、絶縁樹脂Rが浸透する最小限の間隙に設定される。第1および第2の間隙K1、K2は、例えば線材Wの線径2mmのとき、10μmから100μmの範囲内であることが好ましい。
As shown in FIG. 3, a second gap K <b> 2 through which the insulating resin R can permeate is formed between the first
2番目の巻層体105では、最内周の巻層(4)の外周円を示す半径に、線材Wの線径と第1の間隙K1の間隙寸法を足した半径に基づいてその外側に巻回して巻層(5)の外周円を形成し、さらに同線径と同間隙寸法を足した半径に基づいてその外側に巻回して巻層(6)の外周円を形成する。この第1の間隙K1の間隙寸法は、線材Wの持つバックテンションにより径方向に拡がるので、これを考慮して実際の間隙寸法よりも少し小さく設定する。これにより、2番目の巻層体105において絶縁樹脂Rが浸透する最小限の浸透間隙である第1の間隙K1に設定することができる。2番目の巻層体105と3番目の巻層体105との間には、絶縁樹脂Rが浸透する最小限の浸透間隙である第2の間隙K2が形成され、以下、同様に、3番目、4番目、n番目の巻層体105が形成される。
In the second
図5は、高周波用コイル装置におけるインピーダンスの周波数特性(f−Z特性)を示す。2つの山のうち、左方の図示Bが従来の高周波用コイル装置で共振点が周波数f2、右方の図示Aが本発明に係る高周波用コイル装置100で共振点がf1であり、f2<f1と高くなっている一例を表す。本発明に係る高周波用コイル装置100は、従来の高周波用コイル装置と比べて、インダクタンスが同値で、インピーダンス共振点がf2<f1と高くなっていることから、高周波領域において浮遊容量Csの低容量化が認められる。また、層線間の電位も従来よりも低電位化が図られ、安全性も向上させることができる。
FIG. 5 shows the frequency characteristic (fZ characteristic) of the impedance in the high frequency coil device. Of the two peaks, the left illustration B is a conventional high-frequency coil device, the resonance point is the frequency f2, the right illustration A is the high-
これにより、高周波用コイル装置100は、従来の整列積層巻きに比べてα巻きであるので、連続する巻層間の対向面積が小さく、これに比例して浮遊容量Csが小さくなり、しかも、絶縁樹脂Rが巻層体105の各層間を浸透可能な空隙寸法に設定された第1の間隙K1が設けられているので、この空隙寸法の大きさに比例して層間の浮遊容量Csが小さくなるから、この第1の間隙分、従来のα巻きに比べ浮遊容量Csの低容量化が実現される。また、絶縁樹脂Rが多列巻層部110の各巻層体105間を浸透可能な空隙寸法に設定された第2の間隙K2が設けられているので、全体として浮遊容量Csはさらに低容量化される。さらに、絶縁樹脂R内のフィラーにより、多列巻層部110全体を一体化させ放熱性を高めることができる。
As a result, the high-
また、第1および第2の間隙K1、K2が設けられていることにより、絶縁樹脂Rを含浸させやすくなり、真空含浸装置などを必要とすることなく多列巻層部110内にワニス等の絶縁樹脂のフィラーを浸透させることができ、製造の低コスト化が図られる。また、従来のようにボビンBを分割して分割巻きにする必要がなく、生産性の向上も図ることができる。
Further, since the first and second gaps K1 and K2 are provided, the insulating resin R can be easily impregnated, and a varnish or the like can be provided in the multi-row winding
この高周波用コイル装置100が例えばインバータ回路に使用された場合、その駆動時には磁性体Cに交流のリップル電位が誘起する場合があるが、この誘起電位を接地側に流すと浮遊容量Csを通して機器側へノイズの影響が出ることから、磁性体C全体を絶縁樹脂Rで含浸させることにより、磁性体Cを接地させることなくフローティング状態に置くことが好ましい。そして、このインバータ回路を有し、太陽電池の直流電力を商用の交流電力に変換して、系統に交流電力を供給するパワーコンディショナでは、対地接地漏れ電流も小さくできることから、系統接続時の誤動作を防止することもできる。
When this high-
図6、7は、図1の多列巻層部110の変形例を示す。図6の多列巻層部110Aは、巻層体と巻層体との間の第2の間隙K2を、1個または2個の巻層体ごとに間欠的に設けている。具体的には、引き出し線Wa、Wb側の最外端部が1個の巻層体ごとに第2の間隙K2が設けられ、他の巻層体は2個の巻層体ごとに第2の間隙K2が設けられている。図7の多列巻層部110Bは、全体に2個の巻層体ごとに間欠的に設けたものである。なお、3個以上の巻層体ごとに設けてもよい。
6 and 7 show a modification of the multi-row winding
図8は、第2実施形態に係る高周波コイル装置の一巻層体を示す側面図、図9はその多列巻層部を示す正面図である。図8のように、第2実施形態にかかる高周波用コイル装置の巻層体105Cは、第1の間隙K1を確実に確保するため、線材Wに屈曲Fを設けている。この屈曲Fは円周方向に間欠的に多数設けてもよい。また、図9のように、この屈曲Fにより、第2の間隙K2も間隙状態が変化する場合がある。その他の構成は第1実施形態と同様である。
FIG. 8 is a side view showing a wound layer body of the high-frequency coil device according to the second embodiment, and FIG. 9 is a front view showing the multi-row wound layer portion. As shown in FIG. 8, the
なお、この実施形態では、巻層体を3層巻きの多層巻きとしているが、2層巻きでも4層以上の巻きでもよく、これに何ら限定されるものではない。また、巻き形状も、丸、四角、楕円、多角形状を問わない。 In this embodiment, the wound layer body is a three-layered multi-layer winding, but it may be a two-layer winding or a four-layer or more winding, and is not limited to this. Also, the winding shape may be round, square, ellipse or polygonal.
なお、この実施形態では、ロ字状の磁性体Cの両脚部に一対の多列巻層部110が巻回されているが(内鉄型)、この場合、一対の多列巻層部は直列接続されていてもよいし、並列接続されていてもよい。これによって、所定のインダクタンスおよび直流抵抗値が確保される。また、一対の多列巻層部110をロ字状の磁性体Cの両脚部に巻回する(内鉄型)のに代えて、例えばEI型やEE型などの磁性体を使用して、磁性体の中脚部に1つの多列巻層部を巻回するようにしてもよい(外鉄型)。
In this embodiment, a pair of multi-row winding
以上のとおり図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。 As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily consider various changes and modifications within the obvious scope by looking at the present specification. Accordingly, such changes and modifications are to be construed as within the scope of the invention as defined by the appended claims.
100:高周波用コイル装置
105:巻層体
110:多列巻層部
K1:第1の間隙
K2:第2の間隙
R:絶縁樹脂
W:線材
X:軸方向
Y:径方向
100: High-frequency coil device 105: Winding layer body 110: Multi-row winding layer part K1: First gap K2: Second gap R: Insulating resin W: Wire X: Axial direction Y: Radial direction
Claims (7)
前記巻層体の各層間に、円周状に連続する空隙または間欠的な空隙であって、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された径方向の第1の間隙が設けられ、前記多列巻層部の各巻層体間に、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向の第2の間隙が設けられて、
前記第1および第2の間隙に前記絶縁樹脂が含浸されている高周波用コイル。 A coil for high frequency that has a multi-row winding layer portion in which a plurality of winding layers formed by continuously winding one wire in a spiral shape is arranged in the axial direction, and is driven by a high frequency current,
Between each layer of the wound layer body, a circumferentially continuous gap or an intermittent gap, which is a first radial gap set to a gap dimension through which the insulating resin can penetrate, is provided, Between each winding layer body of the row winding layer portion, a second gap in the axial direction set to a void size through which the insulating resin can permeate is provided,
A high frequency coil in which the insulating resin is impregnated in the first and second gaps.
1個または一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入されている、高周波用コイル装置。 A high-frequency coil device according to any one of claims 1 to 4,
A high-frequency coil device in which a magnetic material is inserted into a hollow portion of one or a pair of the multi-row winding layer portions.
一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入され、当該一対の多列巻層部が直列または並列接続されている、高周波用コイル装置。 In claim 5,
A high-frequency coil device in which a magnetic body is inserted into the hollow portions of the pair of multi-row winding layers, and the pair of multi-row winding layers is connected in series or in parallel.
前記多列巻層部および磁性体全体が絶縁樹脂で含浸されている、高周波用コイル装置。 In claim 5,
The high frequency coil device, wherein the multi-row winding layer portion and the entire magnetic body are impregnated with an insulating resin.
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