JP2017130613A

JP2017130613A - コイル装置

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Publication number: JP2017130613A
Application number: JP2016010612A
Authority: JP
Inventors: 前田　浩; Hiroshi Maeda; 浩前田; 聡司眞保; Soji Shinpo; 熊谷　勝; Masaru Kumagai; 勝熊谷; 克己春田; Katsumi Haruta
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: JP6724385B2

Abstract

【課題】大電流出力に対応しており、かつ高周波数での駆動における損失を低減し得るコイル装置を提供する。【解決手段】軸部の周りを周回するリッツ線で構成される１次巻線と、前記軸部の周りを周回する平角線又は導体板で構成される２次巻線と、を有しており、前記２次巻線は、互いに直列に接続されており、前記軸方向に沿って順に配置される第１部分と、第２部分と、第３部分とを少なくとも有しており、前記１次巻線は、前記２次巻線の前記第１部分と前記第３部分の間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されており、前記２次巻線の前記第２部分は、前記１次巻線の一部と、前記１次巻線の他の一部との間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されていることを特徴とするコイル装置。【選択図】図２

Description

本発明は、電源用トランス等として好適に用いられるコイル装置に関する。

トランス等として用いられるコイル装置、特に漏れ磁束を積極的に使用する電源用コイル装置では、表皮効果による渦電流損を減らすために、巻線をリッツ線で構成する対応が考えられる。しかしながら、大電流をハンドリングする場合、リッツ線では占積率が低いためコイル装置の大型化を回避することが難しく、また、細線を並列に巻回する構造では、循環電流による損失悪化の問題が生じる。

従来、このような大電流出力に対応したコイル装置として、巻線を平角線や導体の板材で構成したものが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。このようなコイル装置には、巻線における占積率を向上させ、小型化を図りながら大電流出力に対応する狙いがある。

特開平４−３４８５０７号公報特開２０１３−８９７８７号公報

しかしながら、高周波数で駆動され、かつ大電流出力に対応する必要のあるコイル装置、たとえばＬＬＣ電源のようなスイッチング電源用のトランス等では、従来のコイル装置では、表皮効果による渦電流損等に起因する損失が大きくなりすぎる問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、大電流出力に対応しており、かつ高周波数での駆動における損失を低減し得るコイル装置を提供することである。

本発明に係るコイル装置は、
軸方向に延びる軸部を有する磁心と、
前記軸部の周りを周回するリッツ線で構成される１次巻線と、
前記軸部の周りを周回する平角線又は導体板で構成される２次巻線と、を有しており、
前記２次巻線は、互いに直列に接続されており、前記軸方向に沿って順に配置される第１部分と、第２部分と、第３部分とを少なくとも有しており、
前記１次巻線は、前記２次巻線の前記第１部分と前記第３部分の間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されており、
前記２次巻線の前記第２部分は、前記１次巻線の一部と、前記１次巻線の他の一部との間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されていることを特徴とする。

本発明に係るコイル装置は、平角線又は導体板で構成される２次巻線が、少なくとも第１部分〜第３部分に分かれており、第１部分と第３部分の間に１次巻線が挟まれており、第２部分は、１次巻線の間に挟まれる。このようなコイル装置は、平角線又は導体板を採用して大電流出力に対応すると同時に、従来のコイル装置と比較して、損失を低減して結合を高めることが可能である。

また、例えば、前記磁心には、前記１次巻線及び前記２次巻線の内部において、漏れ磁束を発生させるギャップが形成されていてもよい。

このようなコイル装置は、ギャップを形成して磁心の磁気飽和を防ぐとともに、１次巻線及び２次巻線の内部にギャップを形成することにより、漏れ磁束がコイル装置１０の外部に影響し難く、ノイズを低減できる。

また、例えば、前記平角線又は前記導体板は、前記軸部の周方向に延びるＣリング状の周回部分と、前記周回部分における周方向端部に接続しており、少なくとも一部が前記軸方向に延びる接続部分とを有してもよく、
前記２次巻線の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は前記周回部分で構成されていてもよく、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、前記接続部分を介して直列に接続されていてもよい。

このようなコイル装置は、２次巻線の第１部分、第２部分及び第３部分を容易に連結することが可能であり、製造が容易である。

図１は、本発明の一実施形態に係るコイル装置の全体斜視図である。図２は、図１に示すコイル装置のＹＺ平面による断面図である。図３は、図１に示すコイル装置において、コアを非表示しとした斜視図である。図４は、図１に示すコイル装置の分解斜視図である。図５は、図１に示すコイル装置の回路図である。図６は、実施例及び参考例に係る回路シミュレーションで使用した回路を表す回路図である。図７は、実施例に係るコイル装置を表す断面図である。図８は、参考例１に係るコイル装置を表す断面図である。図９は、参考例２に係るコイル装置を表す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るコイル装置１０の斜視図であり、図２はコイル装置１０の断面図である。図１及び図２に示すように、コイル装置１０は、磁心としてのコア６０と、１次巻線７０と、２次巻線８０とを有している。また、コイル装置１０の分解図である図４に示すように、コイル装置１０は、１次巻線７０及び２次巻線８０を収容するための第１ボビン２０、第２ボビン３０、第３ボビン４０、第４ボビン５０及びコアカバー９８ａ、９８ｂを有している。

なお、実施形態に係るコイル装置１０に関しては、図１に示すように、コイル装置１０を実装する実装面に対して垂直な方向をＺ軸方向、実装面に平行であって、図２に示すように第１ボビン２０及び第２ボビン３０の両サイドを通るコア６０の２つの側脚部６４ａｂ（又は２つの側脚部６４ｂｂ）を結ぶ方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向として、説明を行う。

図４に示すように、コア６０は、別々に成形された２つの部品である第１コア６０ａと第２コア６０ｂとを、組み立てて形成される。第１コア６０ａと第２コア６０ｂとは、断面がＥ字状の略対称な形状を有しており（Ｅ−Ｅコア）、１次巻線７０及び２次巻線８０を収納する第１〜第４ボビン２０〜５０を、軸方向の両側から挟むように配置されている。コア６０の外周に巻かれている絶縁テープ１２は、第１コア６０ａと第２コア６０ｂとの接合をサポートする。

図２に示すように、コア６０は、コイル装置１０の中央部において、軸方向であるＺ軸方向に延びる軸部としての軸脚部６２ａ、６２ｂを有している。軸脚部６２ａの下端６２ａａと、軸脚部６２ｂの上端６２ｂａは軸方向の中央で互いに対向している。軸脚部６２ａ、６２ｂにおける下端６２ａａと上端６２ｂａとの間には、漏れ磁束を発生させるギャップ６５が形成されている。なお、コイル装置１０におけるギャップ６５は、図２に示すように隙間であってもよいが、ギャップ材が配置されていてもよい。また、ギャップ６５の有無及びギャップ６５の大きさは、コイル装置１０に求められる特性に応じて適宜調整される。

図４に示すように、コア６０は、軸脚部６２ａの軸方向上端と軸方向下端とを、１次巻線７０及び２次巻線８０の外部を通って接続する接続部６４ａ、６４ｂを有している。接続部６４ａ、６４ｂは、軸脚部６２ａ、６２ｂと並行にＺ軸方向に延びる側脚部６４ａｂ、６４ｂｂと、軸脚部６２ａ、６２ｂと側脚部６４ａｂ、６４ｂｂとをＹ軸方向に接続する上端部６４ａａ及び下端部６４ｂａとを有する。

図４に示すように、コイル装置１０は、１次巻線７０と、２次巻線８０とを有している。１次巻線７０は、細い導線を寄り合わせた撚り線であるリッツ線で構成される。これに対して、２次巻線８０は、断面が略矩形の単線である平角線又は導体板で構成される。１次巻線７０を構成するリッツ線及び２次巻線８０を構成する平角線又は導体板は、いずれもコア６０の軸脚部６２ａ、６２ｂの周りを周回している。

図２及び図４に示すように、１次巻線７０は、後述する２次巻線８０の第２部分８４ａに対してＺ軸正方向側（上方）に配置される上部分７２と、第２部分８４ａに対してＺ軸負方向側（下方）に配置される下部分７４とを有している。１次巻線７０の上部分７２は、第２ボビン３０に収容されている。

図４に示すように、第２ボビン３０は、中空筒状の第２中空筒部３２と、第２中空筒部３２の外周壁から径方向に突出する上鍔部３４、中間鍔部３５及び下鍔部３６を有している。上鍔部３４、中間鍔部３５及び下鍔部３６は、Ｚ軸負方向へ向かって（上方から下方に向かって）、上鍔部３４、中間鍔部３５、下鍔部３６の順に配置されている。

図２に示すように、１次巻線７０の上部分７２は、第２中空筒部３２の外周壁の外側を多層（実施形態では径方向に２層から３層）に周回している。また、上部分７２を構成するリッツ線は、Ｚ軸方向に関しては、上鍔部３４と中間鍔部３５の間と、中間鍔部３５と下鍔部３６との間とに、分割して巻回されている。

１次巻線７０における上部分７２から引き出されたリッツ線の端部である上部分端部７３の一方は、図３に示すように、第１ボビン２０の端子設置部２８に設けられた端子９２に固定されている。また、上部分端部７３の他方は、下部分端部７５に、図示しない接続部材又は配線等を介して電気的に接続されている。したがって、１次巻線７０における上部分７２と下部分７４とは、直列に接続されている。

なお、図４の分解図では、作図の関係上、上部分７２が、中間鍔部３５より上側に巻かれている部分と下側に巻かれている部分の２つに分離されているように記載されているが、実際には２つの部分は繋がっており、上部分７２は、１つの連続するリッツ線で構成されている。

図２に示すように、１次巻線７０の下部分７４は、第３ボビン４０に収容されている。図４に示すように、第３ボビン４０は、第２ボビン３０と同様に、中空筒状の第３中空筒部４２と、第３中空筒部４２の外周壁から径方向に突出する上鍔部４４、中間鍔部４５及び下鍔部４６を有している。上鍔部４４、中間鍔部４５及び下鍔部４６の配列についても、第２ボビン３０と同様である。

図２に示すように、１次巻線７０の下部分７４は、上部分７２と同様に、第３中空筒部４２の外周壁の外側を多層（実施形態では径方向に２層から３層）に周回している。また、下部分７４を構成するリッツ線は、上鍔部４４と中間鍔部４５の間と、中間鍔部４５と下鍔部４６との間とに、分割して巻回されている。

１次巻線７０における下部分７４から引き出されたリッツ線の端部である下部分端部７５の一方は、図４に示すように、第１ボビン２０の端子設置部２８に設けられた端子９２に固定されている。また、下部分端部７５の他方は、先に述べたように、端子９２に固定されていない上部分端部７３に対して電気的に接続されている。なお、下部分７４についても、上部分７２と同様に、１つの連続するリッツ線で構成されている。

図４に示すように、２次巻線８０は、３つの平角線である第１平角線８２と、第２平角線８４と、第３平角線８６とを有している。第１平角線８２、第２平角線８４及び第３平角線８６は、帯状の平角線をエッジ方向（断面における長辺に沿う方向）に曲げることにより、軸脚部６２ａ、６２ｂを周回する周回部分を形成したものである。ただし、２次巻線８０としてはこれに限定されず、２次巻線８０は、板材をＣ字状に打ち抜いて周回部を形成した導体板で構成されていてもよい。

第１平角線８２は、第１部分８２ａと、接続部分８２ｂと、外部接続部分８２ｃとを有している。第１部分８２ａは、軸脚部６２ａ、６２ｂの周方向に延びるＣリング状の周回部分で構成されている。図２に示すように、第１部分８２ａの上下面は、軸方向（Ｚ軸方向）に垂直である。

図２に示すように、第１平角線８２の第１部分８２ａは、第１ボビン２０と第２ボビン３０の間に挟まれた状態で収納されている。図４に示すように、第１ボビン２０は、中空筒状の第１中空筒部２２と、第１中空筒部２２の外周壁から径方向に突出する蓋部２４と、蓋部２４の上面に設けられた端子設置部２８とを有している。

第１ボビン２０は、第２ボビン３０のＺ軸正方向側に接合される。したがって、図４に示すように、第１平角線８２の第１部分８２ａは、Ｚ方向に関しては、第１ボビン２０の蓋部２４と、第２ボビン３０の上鍔部３４との間に配置されている。

図４に示すように、第１平角線８２の接続部分８２ｂは、第１部分８２ａにおける周方向端部の一方に接続している。接続部分８２ｂは、その少なくとも一部が、第１部分８２ａである周回部分に対して折り曲げられて、軸方向（Ｚ軸方向）に延びている。図１及び図３に示すように、第１平角線８２の接続部分８２ｂは、第１ボビン２０及び第２ボビン３０から露出しており、第２平角線８４の接続部分８４ｂに対して、ボルト９０ａ及びナット９０ｂを用いて接続されている。

図４に示すように、第１平角線８２の外部接続部分８２ｃは、第１部分８２ａにおける周方向端部の他方に接続している。図１に示すように、外部接続部分８２ｃは、第１ボビン２０及び第２ボビン３０から露出しており、外部接続部分８２ｃには、基板又は他の電子部品に対する導電経路が接続される。

図４に示す第２平角線８４は、第２部分８４ａと、接続部分８２ｂ及び接続部分８４ｃを有している。第２部分８４ａは、第１部分８２ａと同様に、軸脚部６２ａ、６２ｂの周方向に延びるＣリング状の周回部分で構成されている。コイル装置１０では、第２部分８４ａの上下面は、軸方向（Ｚ軸方向）に垂直である。

図２に示すように、第２部分８４ａは、Ｚ軸方向に関して、第２ボビン３０の下鍔部３６と第３ボビン４０の上鍔部４４の間に挟まれた状態で収納されている。また、第２ボビン３０は、第３ボビン４０のＺ軸正方向側に接合される。

図４に示すように、第２平角線８４の接続部分８４ｂ、８４ｃは、第２部分８４ａにおける周方向端部の一方と他方に、それぞれ接続している。接続部分８４ｂ、８４ｃは、その少なくとも一部が、第２部分８４ａである周回部分に対して折り曲げられて、軸方向（Ｚ軸方向）に延びている。図１及び図３に示すように、第２平角線８４の接続部分８４ｂ、８４ｃは、第２ボビン３０及び第３ボビン４０から露出している。第２平角線８４の接続部分８４ｃは、第３平角線８６の接続部分８６ｂに対して、ボルト９４ａ及びナット９４ｂを用いて接続されている。

図４に示す第３平角線８６は、第３部分８６ａと、接続部分８６ｂ及び外部接続部分８６ｃを有している。第３部分８６ａは、第１部分８２ａ及び第２部分８４ａと同様に、軸脚部６２ａ、６２ｂの周方向に延びるＣリング状の周回部分で構成されている。コイル装置１０では、第３部分８６ａの上下面は、軸方向（Ｚ軸方向）に垂直である。

図２に示すように、第３平角線８６の第３部分８６ａは、Ｚ軸方向に関して、第３ボビン４０の下鍔部４６と、第４ボビン５０の底部５４の間に挟まれた状態で収納されている。図４に示すように、第４ボビン５０は、中空筒状の第４中空筒部５２と、第４中空筒部５２の外周壁から径方向に突出する底部５４と、底部５４からＺ軸負方向側へ突出する設置部５８とを有している。

図４に示すように、第３平角線８６の接続部分８６ｂは、第３部分８６ａにおける周方向端部の一方に接続している。接続部分８６ｂは、その少なくとも一部が、第１部分８２ａである周回部分に対して折り曲げられて、軸方向（Ｚ軸方向）に延びている。図１及び図３に示すように、第３平角線８６の接続部分８６ｂは、第３ボビン４０及び第４ボビン５０から露出している。

図４に示すように、第３平角線８６の外部接続部分８６ｃは、第３部分８６ａにおける周方向端部の他方に接続している。図１に示すように、外部接続部分８６ｃは、第３ボビン４０及び第４ボビン５０から露出しており、外部接続部分８６ｃには、基板又は他の電子部品に対する導電経路が接続される。

図４に示すように、コイル装置１０のボビンは、第１ボビン２０、第２ボビン３０、第３ボビン４０及び第４ボビン５０を有している。第１ボビン２０、第２ボビン３０、第３ボビン４０及び第４ボビン５０は、軸方向に分離可能であり、第１ボビン２０と第２ボビン３０の間に２次巻線８０の第１部分８２ａを収容し、第２ボビン３０と第３ボビン４０の間に２次巻線８０の第２部分８４ａを収容し、第３ボビン４０と第４ボビン５０の間に２次巻線８０の第３部分８６ａを収容する。

図２に示すように、第１ボビン２０、第２ボビン３０、第３ボビン４０及び第４ボビン５０で構成されるボビンは、２次巻線８０の第１部分８２ａ、第２部分８４ａ及び第３部分８６ａを、１次巻線７０の上部分７２及び下部分７４に対して適切に絶縁した状態で収容している。なお、図３に示すように、ボビンの両サイドには、ボビンに収容された１次巻線７０及び２次巻線８０を、コア６０に対して絶縁するためのコアカバー９８ａ、９８ｂが配置されている。

図２に示すように、コイル装置１０において、１次巻線７０は、２次巻線８０の第１部分８２ａと第３部分８６ａとの間に、軸方向（Ｚ軸方向）の両側を挟まれるように配置されている。さらに、２次巻線８０の第２部分８４ａは、１次巻線７０の一部である上部分７２と、１次巻線７０の他の一部である下部分７４との間に、軸方向（Ｚ軸方向）の両側を挟まれるように配置されている。なお、２次巻線８０の第１部分８２ａ、第２部分８４ａ及び第３部分８６ａは、第１部分８２ａ、第２部分８４ａ、第３部分８６ａの順に、直列に接続されている。

図５は、コイル装置１０の回路図である。１次巻線７０における上部分７２と下部分７４との接続は、コイル装置１０を設置する際に、外部の基板又は端子等を介して行われる場合がある。そのため、図５において、１次巻線７０は、上部分７２と下部分７４の２つのコイルとして記載している。一方、２次巻線８０については、第１〜第３部分８２ａ〜８６ａが、コイル装置１０の内部で接続されている。そのため、２次巻線８０は１つのコイルとして記載している。

図２に示すコイル装置１０において、２次巻線８０のターン数は合計３ターンであり、第１部分８２ａと、第２部分８４ａと、第３部分８６ａとが、それぞれ１ターンずつとなっている。また、１次巻線７０のターン数は合計１１ターンであり、上部分７２と下部分７４とが、それぞれ５．５ターンずつとなっている。

１次巻線７０及び２次巻線８０のターン数は、コイル装置１０に求められる特性に応じて適宜設定すれば良いが、第１部分８２ａ、第２部分８４ａ及び第３部分８６ａのターン数は同じであり、かつ、上部分７２及び下部分７４のターン数は同じであることが、コイル装置１０の損失を低減する観点から好ましい。また、２次巻線８０の第１部分８２ａ、第２部分８４ａ及び第３部分８６ａのターン数は、実施形態に示すように各１ターンずつであることが、損失の低減の観点から特に好ましい。

コイル装置１０の製造方法は特に限定されないが、例えば以下の方法により製造される。

まず、図４に示す第１平角線８２、第２平角線８４及び第３平角線８６と、第１ボビン２０、第２ボビン３０、第３ボビン４０及び第４ボビン５０とを準備し、第１〜第３平角線８２〜８６の第１〜第３部分８２ａ〜８６ａを、図２に示すように収容しながら、ボビンを組み立てる。

第１〜第３平角線８２〜８６又は導体板の材質としては特に限定されず、例えば、銅、鉄、アルミニウム又はこれらを含む合金のような良導体が挙げられるが、導電性等の観点から銅が好ましい。第１〜第３平角線８２〜８６は、例えば帯状の平角線材料をエッジ方向に曲げることによりＣ字状の第１〜第３部分８２ａ〜８６ａを形成し、さらに端部を軸方向に曲げて接続部分８２ｂ〜８６ｂ、８４ｃと外部接続部分８２ｃ、８６ｃを形成することにより、作成される。

第１〜第４ボビン２０〜５０の材質としては特に限定されないが、樹脂等の絶縁材料によって形成され、例えばフェノール樹脂等を用いることが、耐熱性や強度等の観点から好ましい。

次に、組み立てられたボビンの第２ボビン３０及び第３ボビン４０にリッツ線を巻回し、１次巻線７０の上部分７２と下部分７４とを形成する。上部分７２から引き出された上部分端部７３及び下部分７４から引き出された下部分端部７５を、端子９２等により第１ボビン２０の端子設置部２８に固定することにより、１次巻線７０がボビンに固定される。１次巻線７０を構成するリッツ線も特に限定されず、エナメル線を撚り合わせて絶縁材で被覆したもの等を用いることができる。リッツ線に含まれる細線の径及び本数等については、コイル装置１０の要求特性等に応じて適宜選択される。

さらに、図１及び図３に示すように、第１平角線８２と接続部分８２ｂと第２平角線８４の接続部分８４ｂ、第２平角線８４の接続部分８４ｃと第３平角線の接続部分８６ｂをそれぞれボルト９０ａ、９４ａ及びナット９０ｂ、９４ｂを用いて接続し、２次巻線８０を形成する。なお、各接続部分８２ｂ、８４ｂ、８６ｂ、８４ｃの接続方法は特に限定されず、溶接、はんだ付け、接着等の他の方法を用いてもよい。

次に、１次巻線７０及び２次巻線８０を形成したボビンに、図３に示すコアカバー９８ａ、９８ｂを取り付けた後、ボビンの上下から第１コア６０ａ及び第２コア６０ｂを取り付けてコア６０を形成する。最後に、コア６０の外周に絶縁テープ１２を巻付けることにより、図１に示すコイル装置１０を得る。

図２に示すように、コイル装置１０は、平角線又は導体板で構成される２次巻線８０が、少なくとも第１部分８２ａ、第２部分８４ａ、第３部分８６ａの３つに、軸方向に分けて配置されている。さらに、コイル装置１０では、第１部分８２ａと第３部分８６ａの間に１次巻線７０が挟まれており、第２部分８４ａは、１次巻線７０の上部分７２と下部分７４との間に挟まれている。このようなコイル装置１０は、平角線又は導体板を採用して大電流出力に対応すると同時に、このような配置になっていない従来のコイル装置と比較して、損失を低減して結合を高めることが可能である。なお、２次巻線８０の軸方向の分割数は３つに限定されず、２次巻線８０が４つ以上の部分に分割されて配置されていてもよい。

また、コイル装置１０は、１次巻線７０及び２次巻線８０の内部に配置される軸脚部６２ａ、６２ｂにギャップ６５を形成することで、漏れ磁束がコイル装置１０の外部に影響することを防止し、ノイズを低減することができる。なお、図２に示すように、２次巻線８０における第２部分８４ａは、ギャップ６５に最も近いため、ギャップ６５からの漏れ磁束の影響により発熱を生じやすい。したがって、第２部分８４ａの内径を、第１部分８２ａ及び第３部分８６ａの内径より大きくすることにより、２次巻線８０とギャップ６５との最短距離を長くして、損失を低減してもよい。

また、第１〜第３平角線８２〜８６が接続部分８２ｂ、８４ｂ、８６ｂ、８４ｃを有するため、コイル装置１０は２次巻線８０を容易に形成できる。なお、第１〜第３平角線８２〜８６は、ＸＹ平面に平行な平らな状態でボビンに組み込み、接続部分８２ｂ、８４ｂ、８６ｂ、８４ｃは、１次巻線７０を形成した後に、平角線を折り曲げて形成してもよい。これにより、リッツ線を第２ボビン３０及び第３ボビン４０に巻回する工程を迅速に行うことが可能となる。また、リッツ線を第２ボビン３０及び第３ボビン４０を巻回する工程を、ボビンの組み立て工程の前に行ってもよい。また、２次巻線８０における第１〜第３部分８２ａ〜８６ａは、その断面における長辺がＸＹ平面に平行であるため、コイル装置１０全体におけるＺ軸方向の長さを短縮することができる。ただし、平角線又は導体板で構成される２次巻線の第１〜第３部分は、その断面における短辺がＸＹ平面に平行であってもよい。

以下、具体的な実施例に基づき本発明の説明を行うが、本発明はこれらの実施例には限定されない。

１次巻線と２次巻線の配列を変えた３パターン（実施例、参考例１、参考例２）のシミュレーションモデルを作成し、各シミュレーションモデルに係るコイル装置が生じる損失を算出した。

＜実施例＞
図７は、実施例に係るシミュレーションモデルが想定するコイル装置１１０を表す断面図である。コイル装置１１０は、図２に示すコイル装置１０と同様の１次巻線７０、２次巻線８０及びコア６０を有している。すなわち、２次巻線８０は、第１部分８２ａ、第２部分８４ａ、第３部分８６ａの３つの部分に分かれており、第１部分８２ａと第３部分８６ａとの間に１次巻線７０の全体を挟み、中央の第２部分８４ａは、１次巻線７０の上部分７２と下部分７４の間に挟まれて配置されている。

２次巻線８０としては、断面積３０ｍｍ^２、厚さ２ｍｍ、内径４７ｍｍの平角線をエッジワイズ巻きしたものとし、コイル装置１０と同様の形状を想定した。２次巻線８０の材質は銅を採用した。１次巻線７０はリッツ線で構成されるため、１次巻線７０における渦電流の発生は、渦電流解析では考慮しなかった。また、渦電流解析では、非磁性であるボビンについても考慮していない。

２次巻線８０のターン数は合計３ターンであり、第１部分８２ａと、第２部分８４ａと、第３部分８６ａとが、それぞれ１ターンずつとなっている。また、１次巻線７０のターン数は合計１１ターンであり、上部分７２と下部分７４とが、それぞれ５．５ターンずつとなっている。

実施例では、コイル装置１１０について渦電流解析を行い、７０ｋＨｚ駆動時におけるインピーダンスマトリクス（Ｚ）を算出した。さらに、算出したインピーダンスマトリクス（Ｚ）に、別途回路シミュレーションで算出した電流値を代入することにより、コイル装置１１０の交流抵抗Ｒａｃを算出した。インピーダンスマトリクス（Ｚ）から交流抵抗Ｒａｃを算出した計算式は、以下のとおりである。

コイル装置１１０における交流抵抗Ｒａｃの算出条件は、２次側ショート時（Ｖ_２＝０）の１次側からみた交流抵抗とした。交流抵抗Ｒａｃの算出に用いる１次電流の値は、渦電流解析とは別に、回路シミュレーションから算出した。図６は、回路シミュレーションに用いた回路を表す回路図である。回路シミュレーションにおける回路方式は、フルブリッジＬＬＣ直流電流共振、ブリッジ全波整流とした。回路の入出力条件は、入力電圧を２２０Ｖ〜３２５Ｖとし、出力電圧を７０Ｖ〜８０Ｖとした。コイル装置１１０における交流抵抗Ｒａｃの算出結果を表１に示す。

参考例１
図８は、参考例１に係るシミュレーションモデルが想定するコイル装置２１０を表す断面図である。コイル装置２１０は、実施例とは巻線の配置が異なり、１次巻線２７０の上部分２７２と下部分２７４との間に、２次巻線２８０の全体が挟まれている。上部分２７２及び下部分２７４におけるリッツ線のターン数は、実施例と同様に５．５ターンずつである。また、２次巻線２８０の合計ターン数（３ターン）及びコア６０については、実施例と同様である。また、１次巻線２７０の上部分２７２及び下部分２７４を構成するリッツ線や、２次巻線２８０を構成する平角線の材質及び断面形状については、実施例と同様である。

図８に示すコイル装置２１０についても、実施例に係るコイル装置１１０と同様に渦電流解析を行い、７０ｋＨｚ駆動時におけるインピーダンスマトリクス（Ｚ）を算出した。さらに、算出したインピーダンスマトリクス（Ｚ）に、実施例１で説明した回路シミュレーションで算出した電流値を代入することにより、コイル装置２１０の交流抵抗Ｒａｃを算出した。コイル装置２１０における交流抵抗Ｒａｃの算出結果を表１に示す。

参考例２
図９は、参考例２に係るシミュレーションモデルが想定するコイル装置３１０を表す断面図である。コイル装置２１０は、実施例及び参考例とは巻線の配置が異なる。コイル装置３１０の２次巻線３８０は、第１部分３８２ａと第３部分３８６ａの２つの部分に分かれており、第１部分３８２ａと第３部分３８６ａとの間に１次巻線３７０の全体を挟んでいる。

２次巻線３８０の第１部分３８２ａ及び第３部分３８６ａのターン数は、それぞれ１．５ターンずつであり、２次巻線３８０の合計ターン数は、実施例及び参考例１と同様に３ターンである。１次巻線３７０の合計ターン数も、実施例及び参考例１と同様に１１ターンである。また、１次巻線３７０を構成するリッツ線や、２次巻線３８０を構成する平角線の材質及び断面形状については、実施例及び参考例と同様である。

図９に示すコイル装置３１０についても、実施例に係るコイル装置１１０と同様に渦電流解析を行い、７０ｋＨｚ駆動時におけるインピーダンスマトリクス（Ｚ）を算出した。さらに、算出したインピーダンスマトリクス（Ｚ）に、実施例１で説明した回路シミュレーションで算出した電流値を代入することにより、コイル装置３１０の交流抵抗Ｒａｃを算出した。コイル装置３１０における交流抵抗Ｒａｃの算出結果を表１に示す。

総合評価
表１には、各コイル装置１１０、２１０、３１０の７０ｋＨｚ駆動時における交流抵抗Ｒａｃに加えて、７０ｋＨｚ駆動時において渦電流によって生じる損失Ｐ（Ｗ）と、７０ｋＨｚ駆動時における結合係数（Ｋ）を併せて表示している。損失Ｐは、回路シミュレーションで算出した１次電流の値と交流抵抗Ｒａｃから算出したものであり、結合係数（Ｋ）は、上述したインピーダンスマトリクスから算出した値である。

参考例１に係るコイル装置２１０の配置（図８参照）では、損失Ｐが９６．４Ｗと大きく、７０ｋＨｚ程度の高周波数で駆動した場合には、２次巻線２８０でかなり大きな渦電流損が生じることが理解できる。これに対して、実施例に係るコイル装置１１０の配置（図７参照）では、損失Ｐが６１．４Ｗであり、参考例１の６４％程度と小さい。すなわち、実施例に係るコイル装置１１０は、１次巻線７０および２次巻線８０の配置を参考例１に対して変更することにより、２次巻線８０で生じる渦電流による損失を低減できることが理解できる。また、結合係数（Ｋ）についても、実施例に係るコイル装置１１０は、参考例１に係るコイル装置２１０より良好である。

参考例２に係るコイル装置３１０の配置（図９参照）では、損失Ｐは８０．６Ｗであり、参考例１に比べて損失Ｐを減少させることはできるものの、実施例ほどの効果は得られないことが理解できる。

１０…コイル装置
６０…コア
６２ａ、６２ｂ…軸脚部
６５…ギャップ
７０…１次巻線
７２…上部分
７４…下部分
８０…２次巻線
８２…第１平角線
８２ａ…第１部分
８２ｂ、８４ｂ、８４ｃ、８６ｂ…接続部分
８２ｃ、８６ｃ…外部接続部分
８４…第２平角線
８４ａ…第２部分
８６…第３平角線
８６ａ…第３部分

Claims

軸方向に延びる軸部を有する磁心と、
前記軸部の周りを周回するリッツ線で構成される１次巻線と、
前記軸部の周りを周回する平角線又は導体板で構成される２次巻線と、を有しており、
前記２次巻線は、互いに直列に接続されており、前記軸方向に沿って順に配置される第１部分と、第２部分と、第３部分とを少なくとも有しており、
前記１次巻線は、前記２次巻線の前記第１部分と前記第３部分の間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されており、
前記２次巻線の前記第２部分は、前記１次巻線の一部と、前記１次巻線の他の一部との間に、前記軸方向の両側を挟まれるように配置されていることを特徴とするコイル装置。
前記磁心には、前記１次巻線及び前記２次巻線の内部において、漏れ磁束を発生させるギャップが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
前記平角線又は前記導体板は、前記軸部の周方向に延びるＣリング状の周回部分と、前記周回部分における周方向端部に接続しており、少なくとも一部が前記軸方向に延びる接続部分とを有しており、
前記２次巻線の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は前記周回部分で構成されており、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、前記接続部分を介して直列に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。