JP2020038967A

JP2020038967A - コイル装置

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Publication number: JP2020038967A
Application number: JP2019156818A
Authority: JP
Inventors: ユェチン・ワン; Yueqing Wang; ホンレー・ワン; Honglei Wang
Original assignee: Wuxi Tdk Lambda Electronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi Tdk Lambda Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2020-03-12
Also published as: CN110931219B; US11538625B2; CN110931219A; US20200075231A1

Abstract

【課題】２次側巻線が予定位置によって巻回され、かつ２次側に磁気の結合が補強されるコイル装置を提供する。【解決手段】コイル装置は、第１鍔部３４ａと第２鍔部３４ｂとの間に位置する第１仕切り部３５と、第１仕切り部３５と第２鍔部３４ｂとの間に位置する第２仕切り部３６とを有する中空筒部３２と、中空筒部３２の両端に設けられた第１鍔部３４ａと第２鍔部３４ｂを有するボビンと、第１仕切り部３５と第１鍔部３４ａとの間に設けられた中空筒部３２の外周面に巻回された第１巻線部と、第１仕切り部３５と第２鍔部３４ｂとの間に設けられた中空筒部３２の外周面に巻回され、かつ、予定位置によって第２仕切り部３６両側に巻回された第２巻線部と、を有する。【効果】２次側コイルの差異による１次側と２次側との間の漏れインダクタンス生産誤差を効率的に制御又は低減することができる。【選択図】図２

Description

本発明はコイル装置等に関し、さらに詳細に言えば、複数の巻線部が巻回され、スイッチ電源に適用されるコイル装置等に関するものである。

特許文献１では、ボビンの外周面設置に仕切り部が設けられており、仕切り部の一方側に１次側の巻線が形成されており、他方側に２次側の巻線が形成されているコイル装置（特許文献１参照）を提出している。このコイル装置は、薄型化に有利な構造を有する。

しかし、前記コイル装置において、２次側に複数本巻回されるとき、２次側巻線は予定位置によって巻回されることが困難であるため、２次側の磁気の結合が弱くなってしまう。

日本実開平５−４８３１３号公報

本発明は、この実際状況に鑑み、２次側巻線が予定位置によって巻回され、かつ２次側に磁気の結合が補強されるコイル装置に関するものである。

上記目的を実現するために、本発明のコイル装置は、
第１鍔部と第２鍔部との間に位置する第１仕切り部と、前記第１仕切り部と第２鍔部との間に位置する第２仕切り部とを有する中空筒部と、中空筒部の両端に設けられた前記第１鍔部と第２鍔部を有するボビンと、
前記第１仕切り部と前記第１鍔部との間に設けられた前記中空筒部の外周面に巻回された第１巻線部と、
前記第１仕切り部と前記第２鍔部との間に設けられた前記中空筒部の外周面に巻回され、かつ予定位置によって前記第２仕切り部両側に巻回された第２巻線部と、を有する。

本発明のコイル装置は、それぞれ第１仕切り部の両側に巻回される第１巻線部及び第２巻線部を有し、かつ第２巻線部の巻線が第２仕切り部の両側に予定位置によって巻回される構造を有する。このような巻線構造により、第２巻線部は、予定位置によって巻回されやすく、２次側コイルの差異による１次側と２次側との間の漏れインダクタンス生産誤差を効率的に制御又は低減するとともに、第２巻線部側の磁気結合を補強する。

また、本発明のコイル装置において、前記第２仕切り部は、前記第２巻線部を予定位置によって前記第２仕切り部の両側に巻回させる開口部を有する。このような配置によって、コイル引出しによるコイルの高隆起を生じることなく、第２巻線部を第２仕切り部両側に容易に巻回させる。

また、本発明のコイル装置において、前記ボビンと前記第１及び第２巻線部とを挟んで対向する第１支持部材と第２支持部材とをさらに有し、
前記第１仕切り部は、キャップを介して前記中空筒部の外周面に設けられた第１仕切り部の第１壁と第１仕切り部の第２壁であり、
前記第１支持部材と前記第２支持部材は、前記第１仕切り部の第１壁と前記第１仕切り部の第２壁との間にあるキャップに挿入されて相互に配合することができる。

このような構造を用いることにより、第１支持部材と第２支持部材とをハウジングとして第１巻線部と第２巻線部の巻線を保護することができる。

また、本発明のコイル装置において、前記第１支持部材と前記第２支持部材は、前記コイル装置の実装面に向いた方向に、前記第１巻線部と前記第２巻線部の絶縁距離を延長する絶縁壁を有する。このような構造を用いることにより、第１巻線部と第２巻線部の絶縁距離を長くすることができる。

また、本発明のコイル装置において、前記コイル装置の実装面から見れば、前記第１支持部材と前記第２支持部材は、相互に交差して配合したＬ字型構造を有する。このような構造を用いることにより、第１巻線部と第２巻線部の絶縁距離をさらに長くすることができる。

また、本発明のコイル装置において、前記第１支持部材と前記第２支持部材は、完全に同一の形状を呈している。この構造を用いることにより、１つの金型で第１支持部材及び第２支持部材を製造すると、製造コストを安くする。

また、本発明のコイル装置において、前記中空筒部に挿入可能な第１及び第２コア部分をさらに有し、前記第１及び第２コア部分は、キャップを介して接合される。この構造を用いることにより、第１巻線部と第２巻線部の磁気結合を向上させることができる。

また、本発明のコイル装置において、前記第２巻線部は、複数本で巻回されることを用いる。この構造を用いることにより、第２巻線部側の磁気の結合を補強することができる。

本発明のコイル装置の製造方法は、
外周面に第１仕切り部と第２仕切り部とを有するボビンを用意する工程と、
前記第１仕切り部の一方側の前記外周面に第１巻線部を形成する工程と、
前記第１仕切り部の他方側の前記外周面において、前記第２仕切り部の両側に、予定位置によって第２巻線部を形成する工程と、を有する。

また、好ましくは、前記第２仕切り部の両側に、予定位置によって第２巻線部を形成する工程において、前記第２巻線部を前記第２仕切り部の一方側と他方側に順じに巻回する。

前記製造方法によって、第２巻線部側の磁気結合を補強するとともに、２次側コイルの差異による１次側と２次側との間の漏れインダクタンス生産誤差を効率的に制御又は低減するコイル装置を得られる。

本発明の第１実施形態に係るコイル装置の全体斜視図である。図１に示すコイル装置に含まれるコア、ボビン、及び支持部材を示す分解斜視図。図１に示すコイル装置の底面図である。図１に示すコイル装置における第２仕切り部が位置する平面に沿って切断してなる断面図。図１に示すコイル装置における実装面に垂直しかつコイル軸中心を通す平面に沿って切断してなる断面図である。

図１は、本発明の第１実施形態に係るコイル装置１０の全体斜視図である。コイル装置１０は、コア２０、ボビン３０、支持部材４０、コイル本体５０、絶縁テープ６０等を有している。コイル装置１０は、コア２０の中央軸部２２の軸方向がコイル装置１０の実装面に対して平行である横型のコイル装置であるが、本発明に係るコイル装置は、横型に限定されず、中央軸部の軸方向が実装面の法線に対して平行である縦型のコイル装置であってもよい。

なお、実施形態に係るコイル装置１０の説明に関しては、図１に示すように、コア２０の中央軸部２２の軸方向をＺ軸方向、実装面の法線方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とする。

図２は、コイル装置１０の分解斜視図である。なお、図３では、コイル本体５０及び絶縁テープ６０は図示していない。ボビン３０は、コア２０の中央軸部２２を通す貫通孔３２ａが形成された中空筒部３２を有する。また、中空筒部３２の両端に中空筒部３２から径方向に突出する第１鍔部３４ａ及び第２鍔部３４ｂが設けられている。

中空筒部３２上に、第１鍔部３４ａと第２鍔部３４ｂとの間に位置する第１仕切り部３５と、第１仕切り部３５と第２鍔部３４ｂとの間に位置する第２仕切り部３６とを有している。第１仕切り部３５は、ギャップを介して中空筒部３２の外周面に設けられている第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂである。

コイル装置１０は、ボビン３０とコイル本体５０とを挟んで対向する第１支持部材４２と第２支持部材４４とをさらに有している。第１支持部材４２及び第２支持部材４４は、第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂとの間のギャップに挿入して相互に配合可能である。第１支持部材４２は、第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂとの間のギャップに挿入可能な挿入部４２ａ、コイル本体５０を囲んだ包囲部４２ｂ、及びコア２０の側脚部２４、２５（後に記載される）を位置決めするためのフランジ部４２ｃを有している。第２支持部材４４は第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂとの間のギャップに挿入可能な挿入部４４ａ、コイル本体５０を囲んだ包囲部４４ｂ、及びコア２０の側脚部２４、２５（後に記載される）を位置決めするためのフランジ部４４ｃを有している。また、第１支持部材４２及び第２支持部材４４は、コイル装置１０の実装面に向いた方向において、コイル本体５０の第１巻線部５２と第２巻線部５４（後に記載される）の絶縁距離を延長する絶縁壁４２ｄ、４４ｄを有しており、−Ｙ方向における絶縁壁４２ｄ、４４ｄの深さが、例えば、コイル装置１０の実装面（例えば、実装基板上）に延びていることができる。ここで、第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂとのギャップの間隔距離は、例えば、第１支持部材４２の挿入部４２ａと第１支持部材４４の挿入部４４ａとの壁厚の合計値より略大きい。これにより、挿入部４２ａ、４４ａを第１仕切り部の第１壁３５ａと第１仕切り部の第２壁３５ｂとの間のギャップに挿入することで、第１支持部材４２、第２支持部材４４を位置決めすることができる。

図３は、図１に示すコイル装置の底面図である。コイル装置１０の実装面から見れば、第１支持部材４２及び第２支持部材４４は、相互に交差して配合するＬ字型の断面構造４２ｅ、４４ｅを有している。また、該実装面に反対の天井面から見れば、第１支持部材４２及び第２支持部材４４は、相互に交差して配合するＬ字型の断面形状を有してもよい。また、第１支持部材４２及び第２支持部材４４は、完全に同一の形状を呈してもよい。これにより、１つの金型で第１支持部材４２と第２支持部材４４を製造し、製造コストを安くすることができる。

第１鍔部３４ａには第１端子台部３６ａが接続されており、第１端子台部３６ａには、端子部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄが設けられている。第２鍔部３４ｂには、第２端子台部３６ｂが接続されており、底面図である図３に示すように、第２端子台部３６ｂには、端子部３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈが設けられている。図１及び図２に示すように、第１端子台部３６ａ、第２端子台部３６ｂ及び端子部３８ａ〜３８ｈは、コイル装置１０のＹ軸負方向側端部に接続されており、コイル装置１０は、端子部３８ａ〜３８ｈを介して実装基板に設置される。

ボビン３０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、はんだ処理時等における耐熱性等の観点から好ましい。

図２に示すように、コア２０は、分離した状態で成形された２つのコア部分２０ａ、２０ｂを有しており、２つのコア部分２０ａ、２０ｂが、Ｚ軸方向中央部で接合されることにより、コア２０が構成される。コア部分２０ａは、中央軸部２２ａ、側脚部２４ａ、２５ａ、接続部２６ａ、２７ａを有している。コア部分２０ｂは、中央軸部２２ｂ、側脚部２４ｂ、２５ｂ、接続部２６ｂ、２７ｂを有している。

中央軸部２２は、コイル装置１０におけるＸ軸方向中央部に配置されており、ボビン３０における中空筒部３２に形成された貫通孔３２ａを通過し、Ｚ軸方向に延びている。中央軸部２２のＺ軸方向中央部分には、コア部分２０ａとコア部分２０ｂとの接合部分に相当する位置に、中央ギャップ２８が形成されている（図５参照）。中央ギャップ２８は、分離した状態で成形した２つのコア部分２０ａ、２０ｂを接触させることにより形成されているが、ギャップ材等を挟むことにより形成されても良い。なお、コア部分２０ａとコア部分２０ｂとの接合部分には、実施形態に示すように、両方の間に何も挟まないで接触させた状態であっても、通常、磁気回路としてのギャップが形成される。ただし、両方の接合面を鏡面研磨した後に、鏡面研磨した面同士を接合すると、接合部分にギャップが形成されない場合もある。

コア２０の側脚部２４ａ、２５ａは、中央軸部２２を挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。側脚部２４ａ、２５ａは、中央軸部２２ａと略平行になるように、Ｚ軸方向に延びている。コア部分２０ｂ的側脚部２４ｂ、２５ｂは中央軸部２２ｂを挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。側脚部２４ｂ、２５ｂは、中央軸部２２ｂと略平行になるように、Ｚ軸方向に延びている。側脚部２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂのＺ軸方向中央部分には、側部ギャップが形成されている。

コア２０ａの接続部２６ａ、２７ａは、ボビン３０の中空筒部３２を挟んでＺ軸方向の両側に配置されており、中央軸部２２ａ及び側脚部２４ａ、２５ａの端部を接続している。コア部分２０ｂの接続部２６ｂ、２７ｂは、ボビン３０の中空筒部３２を挟んでＺ軸方向の両側に配置されており、中央軸部２２ｂ及び側脚部２４ｂ、２５ｂの端部を接続している。コア２０には、中央軸部２２ａ、２２ｂ、接続部２６ａ、２６ｂ及び側脚部２４ａ、２４ｂを通るループ（ｌｏｏｐ）と、中央軸部２２ａ、２２ｂ、接続部２７ａ、２７ｂ及び側脚部２５ａ、２５ｂを通るループの２つのループを有する磁気回路が形成される。

コア２０の材質は、特に限定されないが、フェライト、パーマロイなどの軟磁性材、金属圧粉成形の磁性材などで構成される。

図１に示すように、２つのコア部分２０ａ、２０ｂは、外周に絶縁テープ６０を巻回することにより接合されている。絶縁テープ６０としては、絶縁性の樹脂を基材とした粘着テープ等を用いることができるが、材質は特に限定されない。なお、２つのコア部分２０ａ、２０ｂは、接着剤を用いて互いに接合されていてもよい。

図４は、図１に示すコイル装置における第２仕切り部が位置する平面に沿って切断してなる断面図である。図５は、図１に示すコイル装置における実装面に垂直しかつコイル軸中心を通す平面に沿って切断してなる断面図である。図４、５に示すように、コイル本体５０は、ボビン３０の中空筒部３２に巻回されている。コイル本体５０は、第１巻線部５２と第２巻線部５４とを有している。第１巻線部５２は、第１仕切り部３５と第１鍔部３４ａとの間に設けられた中空筒部３２の外周面３２ｂに巻回されており、第２巻線部５４は、第１仕切り部３５と第２鍔部３４ｂとの間に設けられた中空筒部３２の外周面３２ｃ、３２ｄに巻回されており、かつ予定位置によって第２仕切り部３６の両側に巻回されている。なお、第２巻線部は、例えば、複数本で巻回されている。この構成を用いることにより、第２巻線部５４側の磁気結合を補強することができる。第２仕切り部３６は、第２巻線部５４を予定位置によって第２仕切り部３６の両側に巻回させる開口部３６ａを有している。開口部３６ａは、例えば、実装面側に設置されている。これにより、第２巻線部５４は、予定の位置に巻回されることが容易であり、第２巻線部５４側の磁気結合を補強することができる。かつ、コイル装置１０を大量に生産するとき、第２巻線部５４が予定位置によって巻回されているため、各コイル装置１０の２次側コイルの差異による１次側と２次側との間の漏れインダクタンス生産誤差を効率的に制御又は低減するとともに、第２巻線部側の磁気結合を補強する。また、コイル装置１０において、第２仕切り部３６は、第２巻線部５４を予定位置によって第２仕切り部３６の両側に巻回させる開口部３６ａを有している。この設置によって、コイル引出しによるコイルの高隆起を生じることなく、第２巻線部５４を第２仕切り部３６の両側に予定位置によって容易に巻回させる。

コイル装置１０は、例えば、下記の工程によって製造されてもよい。先ず、図１に示すように、外周面に第１仕切り部３５と第２仕切り部３６とが形成されているボビン２０を用意する。ボビン２０は、例えば、樹脂成形などによって作製される。

その次、第１仕切り部３５の一方側の外周面３２ｂに第１巻線部５２が形成されている。例えば、第１巻線部５２の内巻層５２ａは、中空筒部３２の外周面３２ｂに巻回されている。その後、内巻層５２ａの上に、第１巻線部５２の他の層が引き続き巻回されている。

次いで、第１仕切り部３５の他方側の外周面３２ｃ、３２ｄに第２巻線部５４が形成されている。なお、第２巻線部５４は、第１仕切り部３５の一方側の外周面３２ａに第１巻線部５２が形成された後に、形成されていてもよい。第２巻線部５４の内巻層５４ａ、５４ｂは中空筒部３２の外周面３２ｃ、３２ｄに巻回されている。この場合、例えば、第１仕切り部３５から第２巻線部５４の任意ターン数の巻き５４ａを第２仕切り部３６の一方側に巻回させてから、第２巻線部５４の任意ターン数の巻き５４ｂを第２仕切り部３６の他方側に巻回させることにより、内巻層５４ａ、５４ｂの巻回を完成する。その後、内巻層５４ａ、５４ｂの上に第１巻線部５２の他の層を引き続き巻回させる。図５に示す例において、内巻層５４ａ、５４ｂは、外周面３２ｃ、３２ｄのそれぞれに１巻き（１ターン）巻回されているが、これに限定されず、コイリング及び外周面３２ｃ、３２ｄの幅により、複数巻き（複数ターン）巻回されてもよい。

また、上述の例において、第２仕切り部３６の両側の外周面３２ｃ、３２ｄのそれぞれに、先に内巻層５４ａ、５４ｂをそれぞれ巻回する巻回方法を説明したが、これに限定されない。第２仕切り部３６の一方側の外周面３２ｃに内巻層５４ａ及びそれ上の外巻層を巻回する。その後、第２仕切り部３６の他方側の外周面３２ｄに内巻層５４ｂ及びそれ上の外巻層を巻回する。このような方法によって、同様に第２巻線部５４が予定位置によって巻回され、各コイル装置１０の２次側コイルの差異による１次側と２次側との間の漏れインダクタンス生産誤差を効率的に制御又は低減する。なお、ここでの内巻層５４ａ、５４ｂは、外周面３２ｃ、３２ｄに複数巻き巻回されてもよい。

また、上記説明の例において、第２巻線部５４は、第１仕切り部３５から巻回され始めるが、これに限定されない。第２鍔部３４ｂから巻回され始めてもよい。

他の実施形態
本発明に係るコイル装置は、前記実施形態に限定されない。本発明の技術思想から離れない範囲内にさまざまな変更をすればよい。例えば、コア２０は、略対称する２つのコア部分２０ａ、２０ｂを接合するコアに限定されず、一方のコア部分も平板状であってもよく、中央ギャップ２８の位置は、Ｚ方向の任意位置に設定される可能である。なお、コイル本体５０に含まれる各部分の巻き数は、適切な変更が可能である。

１０コイル装置
２０コア
２２軸部
２８中央ギャップ
３０ボビン
３２中空筒部
３２ａ貫通孔
３８ａ〜３８ｈ端子部
５０コイル本体

Claims

第１鍔部と第２鍔部との間に位置する第１仕切り部と、前記第１仕切り部と第２鍔部との間に位置する第２仕切り部とを有する中空筒部と、中空筒部の両端に設けられた前記第１鍔部と第２鍔部を有するボビンと、
前記第１仕切り部と前記第１鍔部との間に設けられた前記中空筒部の外周面に巻回された第１巻線部と、
前記第１仕切り部と前記第２鍔部との間に設けられた前記中空筒部の外周面に巻回され、かつ予定位置によって前記第２仕切り部両側に巻回された第２巻線部と、を有する、ことを特徴とするコイル装置。
前記第２仕切り部は、前記第２巻線部を予定位置によって前記第２仕切り部の両側に巻回する開口部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
前記ボビンと前記第１及び第２巻線部とを挟んで対向する第１支持部材と第２支持部材とをさらに有し、
前記第１仕切り部は、キャップを介して前記中空筒部の外周面に設けられた第１仕切り部の第１壁と第１仕切り部の第２壁であり、
前記第１支持部材と前記第２支持部材は、前記第１仕切り部の第１壁と前記第１仕切り部の第２壁との間にあるキャップに挿入されて相互に配合することができる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル装置。
前記第１支持部材と前記第２支持部材は、前記コイル装置の実装面に向いた方向に、前記第１巻線部と前記第２巻線部の絶縁距離を延長する絶縁壁を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のコイル装置。
前記コイル装置の実装面から見れば、前記第１支持部材と前記第２支持部材は、相互に交差して配合したＬ字型構造を有する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のコイル装置。
前記第１支持部材と前記第２支持部材は、完全に同一の形状を呈している、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のコイル装置。
前記中空筒部に挿入可能な第１及び第２コア部分をさらに有し、
前記第１及び第２コア部分は、キャップを介して接合されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のコイル装置。
前記第２巻線部は、複数本で巻回されることを用いる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル装置。
外周面に第１仕切り部と第２仕切り部とを有するボビンを用意する工程と、
前記第１仕切り部の一方側の前記外周面に第１巻線部を形成する工程と、
前記第１仕切り部の他方側の前記外周面において、前記第２仕切り部の両側に、予定位置によって第２巻線部を形成する工程と、を有する、ことを特徴とするコイル装置の製造方法。
前記第２仕切り部の両側に、予定位置によって第２巻線部を形成する工程において、
前記第２巻線部を前記第２仕切り部の一方側と他方側に順じに巻回する、ことを特徴とする請求項９に記載のコイル装置の製造方法。