JP2020021830A - コイル - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンスと温度仕様との間のトレードオフを改善し、小型なコイルを提供する。【解決手段】コイル１０ａは、巻線２と少なくとも１つの磁性体３ａ、３ｂとを備える。巻線２の内部の少なくとも一部には、空間Ｓが形成されており、磁性体３ａ、３ｂは、コイル１０ａによって形成される磁路の一部に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに関するものであり、特には、ＬＬＣ共振コンバータに用いられる共振コイルに関するものである。

従来、高効率化、小型化および低ノイズ化を達成するための電源に用いられるコンバータとして、ＬＬＣ共振コンバータが知られている。一般的なＬＬＣ共振コンバータは、トランスの漏れインダクタンス、励磁インダクタンスおよび共振コンデンサからなる共振回路を有し、トランスの漏れインダクタンスを共振用インダクタンスとして利用する。漏れインダクタンスを最適な値に調整するために、トランスの一次巻線および二次巻線の巻線比を変更する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−２８６８８０号公報

しかしながら、トランスの漏れインダクタンスを利用する場合、トランスの温度仕様を満足できない問題が生じていた。そこで、本発明者らは、トランスの漏れインダクタンスを利用する代わりに、別部品の小型な共振コイルを利用することを検討してきた。
共振コイルの設計の流れとして、共振条件により所望のインダクタンスを決定した後、共振コイルの温度仕様を満足するように、共振コイルのコアサイズおよび巻き数を大きくし、鉄損を低減する。しかし、この場合、インダクタンスが大きくなりすぎて、所望のインダクタンスを達成できなかった。さらに、インダクタンスが大きいと、共振コイルは熱を発生するため、共振コイルの温度仕様を満足できず、設計が破綻してしまっていた。
そこで、本発明は、上述したインダクタンスと温度仕様との間のトレードオフを改善し、小型なコイルを提供することを目的とする。

本発明のコイルは、巻線と少なくとも１つの磁性体とを備え、
前記巻線の内部の少なくとも一部には、空間が形成されており、
前記磁性体は、前記コイルによって形成される磁路の一部に配置されている。

本発明のコイルでは、前記磁性体は、前記巻線の内部に配置されていることが好ましい。

本発明のコイルでは、前記巻線は、ボビンにソレノイド状に巻回されており、
前記磁性体は、前記ボビンの上側または下側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなることが好ましい。

本発明のコイルでは、前記巻線は、ボビンにソレノイド状に巻回されており、
前記磁性体は、第１の磁性体および第２の磁性体を備え、
前記第１の磁性体は、前記ボビンの上側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなり、
前記第２の磁性体は、前記ボビンの下側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなることが好ましい。

本発明のコイルでは、前記巻線の外部における前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間の距離は、前記巻線の内部における前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間の距離より大きいことが好ましい。

本発明のコイルは、前記巻線の内部に磁性シートをさらに備えることが好ましい。

本発明は、インダクタンスと温度仕様との間のトレードオフを改善し、小型なコイルを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るコイルの断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコイルの断面図である。 本発明の第３実施形態に係るコイルの断面図である。 本発明の第４実施形態に係るコイルの断面図である。 本発明の第５実施形態に係るコイルの断面図である。 本発明の第６実施形態に係るコイルの断面図である。 コイルのインピーダンスと体積との関係を示したグラフである。 コアの付与によるインダクタンスの変化を示したグラフである。

図１は、本発明の第１実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ａは、ボビン１にソレノイド状に巻回された巻線２と、巻線２の内部の上側に配置されたロッド状の第１の磁性体３ａと、巻線２の内部の下側に配置されたロッド状の第２の磁性体３ｂと、を備える。巻線２の内部の、第１の磁性体３ａと第２の磁性体３ｂとの間には空間Ｓが形成されている。
コイル１０ａにより破線矢印で示すような磁路が形成され、この磁路の一部に第１の磁性体３ａおよび第２の磁性体３ｂは配置されている。すなわち、コイル１０ａは開磁路構造を有する。
後述する図５の実施形態のように、磁性体を巻線２の外部のみに配置することも可能であるが、本実施形態のように、第１の磁性体３ａおよび第２の磁性体３ｂを巻線２の内部に配置することにより、巻線２と直交する経路の磁束の漏れを防ぐことができる。また、巻線２の内部の、第１の磁性体３ａと第２の磁性体３ｂとの間の空間Ｓにより、インダクタンスを調整することができるとともに、共振条件と温度仕様とのトレードオフを解消することができる。なお、空間Ｓの磁路に沿った長さを長くするほど、巻線２が漏れ磁束に晒されやすくなるため、空間Ｓの長さは、極力短いことが好ましい。
一実施形態では、ボビン１がＰＱ２６／２０サイズ、巻線２がエナメル線Φ０．８ｍｍを１２Ｔ、第１の磁性体３ａと第２の磁性体３ｂがＰＱ２６／２０をロッド状に加工したもの、空間Ｓの長さが２ｍｍの場合、インダクタンスは所望の範囲内の４．８μＨであった。
このように、空間Ｓの長さを調整するとともに、第１の磁性体３ａおよび第２の磁性体３ｂの構成を変更することにより、コイルを小型化しながら所望のインダクタンスを達成することができる。
以下、磁性体の構成を変更した各種実施形態を説明する。

図２は、本発明の第２実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ｂは、ボビン１にソレノイド状に巻回された巻線２と、巻線２の内部の中央に配置されたロッド状の磁性体３ｍと、を備える。巻線２の内部の、磁性体３ｍの上下にはそれぞれ空間Ｓが形成されている。

図３は、本発明の第３実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ｃは、ボビン１にソレノイド状に巻回された巻線２と、巻線２の内部に一部が配置された磁性体３ｃと、を備える。磁性体３ｃは、ボビン１の上側を覆う平板状の磁性体部分と、当該磁性体部分から巻線２の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなる。巻線２の内部の、磁性体３ｃの下には空間Ｓが形成されている。
本実施形態のように、磁性体３ｃが、ボビン１の上側を覆う平板状の磁性体部分を有すると、当該磁性体部分がボビン１に引っ掛かるため、コイル１０ｃの組み立て性を改善することができるので好ましい。

図４は、本発明の第４実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ｄは、ボビン１にソレノイド状に巻回された巻線２と、巻線２の内部の上側に一部が配置された第１の磁性体３ｉと、巻線２の内部の下側に一部が配置された第２の磁性体３ｊと、を備える。第１の磁性体３ｉは、ボビン１の上側を覆う平板状の磁性体部分と、当該磁性体部分から巻線２の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなり、第２の磁性体３ｊは、ボビン１の下側を覆う平板状の磁性体部分と、当該磁性体部分から巻線２の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなる。巻線２の内部の、第１の磁性体３ｉと第２の磁性体３ｊとの間には空間Ｓが形成されている。
また、巻線２の外部における第１の磁性体３ｉと第２の磁性体３ｊとの間の距離ｌ１は、巻線２の内部における第１の磁性体３ｉと第２の磁性体３ｊとの間の距離ｌ２より大きいことが好ましい。
本実施形態のように、第１の磁性体３ｉおよび第２の磁性体３ｊを対称に配置することにより、ボビン１内部の磁場が均質化され、空間Ｓを短くすることにより、巻線が漏れ磁束に晒されるのを抑制できるので好ましい。

図５は、本発明の第５実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ｅは、ボビン１にソレノイド状に巻回された巻線２と、ボビン１の上側を覆う平板状の第１の磁性体３ｐと、ボビン１の下側を覆う平板状の第２の磁性体３ｑと、を備える。巻線２の内部の全体に、空間Ｓが形成されている。
図３〜図５では、ボビン１の幅とボビン１の上側および／または下側を覆う平板状の磁性体部分の幅とが同一であるが、両者は異なっていてもよい。

図６は、本発明の第６実施形態に係るコイルの断面図である。
コイル１０ｆは、図１のコイル１０ａの構成に加えて、巻線２の内部、詳細には、ボビン１と第１および第２の磁性体３ａ、３ｂとの間にＥＭＩ対策用の磁性シート４を備える。
本実施形態のように、磁性シート４を設けることにより、漏れ磁束が遮蔽され、漏れ磁束による損失の増加を抑制できるので好ましい。
なお、磁性シート４は、図２〜図５のコイルの構成に追加することもできる。

以下、本発明の効果を説明するための実施例を示す。
図７は、縦軸にコイルのインピーダンス、横軸にコイルの体積を示したグラフである。発明例として図４のコイルを使用し、比較例１、２としてギャップ付きＰＱコアを有するコイルを使用し、従来例として巻線の内部全体にコアを有するコイルを使用した。なお、比較例１、２は等価なグラフになるため、１つの破線で表す。本実施例では、所望のインダクタンスの範囲は、２．０μＨ以上であった。
図７より、発明例では、約６０００ｍｍ^３の体積で２．０μＨのインダクタンスを達成できたのに対して、比較例１、２では、２．０μＨのインダクタンスを達成できるのは約９０００ｍｍ^３の体積であり、従来例では、２．０μＨのインダクタンスを達成できるのは１２０００ｍｍ^３より大きい体積になると推測される。
このように、本発明では、コイルを小型化しながら所望のインダクタンスを達成できることが確認された。

図８は、コアの付与によるインダクタンスの変化を示したグラフである。
従来例として空芯のコイルを使用し、発明例１として図５のコイル（ＰＱＩ２６平板×２）を使用し、発明例２として上側にＰＱＩ２６／１２コア、下側にＰＱＩ２６平板を用いたコイルを使用し、発明例３としてＰＱＩ２６／１２コア×２を用いたコイルを使用した。本実施例では、所望のインダクタンスの範囲は、２．０μＨ以上であった。
このように、本発明では、磁性体を、コイルによって形成される磁路の一部に配置することにより、所望のインダクタンスを達成できることが確認された。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１のコイル１０ａでは、第１の磁性体３ａと第２の磁性体３ｂとの間の中央に空間Ｓが形成されているが、空間Ｓは、上下に偏っていてもよい。また、磁性体は、コイルによって形成される磁路の一部に配置されてさえいれば、ボビンに接触していなくてもよい。また、空間Ｓには、空気が充填されている以外に、樹脂またはその他の材料が充填されていてもよい。

１…ボビン、２…巻線、３…磁性体、４…磁性シート

Claims (6)

1. 巻線と少なくとも１つの磁性体とを備えるコイルであって、
   前記巻線の内部の少なくとも一部には、空間が形成されており、
   前記磁性体は、前記コイルによって形成される磁路の一部に配置されている、
   コイル。
2. 前記磁性体は、前記巻線の内部に配置されている、
   請求項１に記載のコイル。
3. 前記巻線は、ボビンにソレノイド状に巻回されており、
   前記磁性体は、前記ボビンの上側または下側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなる、
   請求項１に記載のコイル。
4. 前記巻線は、ボビンにソレノイド状に巻回されており、
   前記磁性体は、第１の磁性体および第２の磁性体を備え、
   前記第１の磁性体は、前記ボビンの上側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなり、
   前記第２の磁性体は、前記ボビンの下側を覆う平板状の磁性体部分と、前記磁性体部分から前記巻線の内部に延在するロッド状の磁性体部分と、からなる、
   請求項１に記載のコイル。
5. 前記巻線の外部における前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間の距離は、前記巻線の内部における前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間の距離より大きい、
   請求項４に記載のコイル。
6. 前記巻線の内部に磁性シートをさらに備える、
   請求項１から５のいずれかに記載のコイル。

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