JP4905828B2

JP4905828B2 - インダクタンス素子

Info

Publication number: JP4905828B2
Application number: JP2006194003A
Authority: JP
Inventors: 浩一崎田; 洋光武藤; 佳和田原
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: JP2008021906A

Description

本発明は、コアに導体を巻装してなるインダクタンス素子に関する。

インダクタンス素子は、例えばスイッチング電源の出力平滑回路用チョークコイルなどとして使用される。図８に一般的なスイッチング電源の回路構成を示すブロック図を示す。同図において、例えば商用電源などの入力101は、１次側スイッチング回路102を介してトランス103の１次巻線103ａに接続される。トランス103の２次巻線103ｂ側は、インダクタンス素子としての出力チョークコイル108を備えた２次側整流平滑回路104になっている。以下、２次側整流平滑回路104の構成について具体的に説明する。トランス103の２次巻線103ｂの両端はダイオード105，106のアノードにそれぞれ接続され、ダイオード105，106の各カソードはコンデンサ107の一端（＋側）に接続される。出力チョークコイル108は、その一端が、２次巻線103ｂのセンタータップに接続され、その他端がコンデンサ107の他端（ＧＮＤ側）に接続される。そして、コンデンサ107の両端から出力端子109，109が引き出され、この出力端子109，109間に出力負荷110が接続される。

１次側スイッチング回路102のスイッチング動作により入力101から電力が取り出され、トランス103の１次巻線103ａへ断続的に電力供給されることにより、トランス103の２次巻線103ｂに電圧が誘起され、当該誘起電圧が２次側整流平滑回路104により整流平滑されることで、出力端子109，109を通じて出力負荷110へ電源供給がなされる。

このような出力チョークコイル108の一般的な構成としては、特許文献１に開示されるように、トロイダルコアに巻線を巻回したものがある。図９及び図10を参照しながら、出力チョークコイル108の構成について説明する。図９及び図10は、チョークコイル108の縦横方向の断面図をそれぞれ示したものである。出力チョークコイル108は、断面矩形環状の磁性体からなるトロイダルコア115に、例えば銅線などの巻線116を螺旋状に数ターン（同図では６ターン）巻き回して構成される。従って、巻線116は、トロイダルコア115の内径−外径間を放射状に横断するように配線される。
特開平０８−３０６５６０号公報

しかし、従来のインダクタンス素子に相当するチョークコイル108では、トロイダルコア115に巻線116を施して、大電流チョークコイルを製作するには、図９に示すようにトロイダルコア115の内径と外径の差により、巻線116の有効面積が、内径に左右され、無駄なスペースができる。また、トロイダルコア115の中心孔内では、巻線116が密になるため放熱が難しく、大電流コイルを製作することが困難である。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、電流による銅損を最小にすると共に、放熱性能に優れたインダクタンス素子を提供することを目的とする。

本発明における請求項１のインダクタンス素子では、貫通孔が設けられた磁性材料からなるコアと、前記貫通孔に挿入された第１の導電部材と、前記貫通孔に挿入され、前記第１の導電部材と絶縁されている第２の導電部材と、前記コアを取り囲む第３の導電部材とを備え、前記第１の導電部材は、前記第３の導電部材と前記貫通孔の一方の端部側で電気的に接続され、前記第２の導電部材は、前記第３の導電部材と前記貫通孔の他方の端部側で電気的に接続され、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材は、前記第３の導電部材の保持片を短絡することにより、２つの電気的な経路で接続されることを特徴とする。

このようにすると、コアに巻装されるべき巻線を、コアの外面を覆う表面積の広い第３の導電部材と、コアの貫通穴に挿入された第１および第２の導電部材とから構成することで、大電流によって発熱する巻線自体に冷却効果を生ずる放熱器の機能を持たせることができる。また、第３の導電部材を幅広としてその断面積を大きくすることができるので、抵抗による損失を最小にすることができる。さらに、巻線の曲げ工程が必要ないので、組立が容易である。

また、電流は第１の導電部材から流入し、第１の導電部材を通じて第３の導電部材へ流れ、第２の導電部材へ流入するが、第３の導電部材の保持片間を短絡することにより、第１の導電部材を通じて第３の導電部材の保持片を電流が流れ、第２の導電部材へ流入する。第２の導電部材に流入した電流は、第２の導電部材を通じて最終的に外部回路へ流出する。このとき、コアを周回する２つの閉回路が並列に形成されており、第１の導電部材から流入した電流は、コアの中心軸方向に実質的に２ターン以上周回することとなる。

また、本発明における請求項２のインダクタンス素子では、前記第１および前記第２の導電部材とを、絶縁シートを介して重ね合わせて形成したことを特徴とする。

このようにすると、第１および第２の導電部材が、絶縁シートを介して重ね合わされる。

本発明における請求項３のインダクタンス素子では、前記第１および前記第２の導電部材はバスバーであることを特徴とする。

このようにすると、インダクタンス素子の入出力部分となる第１および前記第２の導電部材がバスバーからなるため、外部配線と直接接続可能なので、プリント基板や圧着端子などを介しての間接的な接続に比べて接触抵抗を少なくでき、接続損失が小さくなる。

本発明における請求項４のインダクタンス素子では、前記第３の導電部材に放熱フィンを設けたことを特徴とする。

このようにすると、放熱器として作用する第３の導電部材の冷却効果を高めることができる。

本発明の請求項１によると、電流による銅損を最小にすると共に、放熱性能に優れ、しかも電流がコアの中心軸方向に実質的に２ターン以上周回するインダクタンス素子を提供することができる。

本発明の請求項２によると、第１および第２の導電部材が、絶縁シートを介して重ね合わされる。

本発明の請求項３によると、電流による銅損をより少なくすることができる。

本発明の請求項４によると、放熱性能を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明におけるインダクタンス素子の好ましい実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

図１は、本実施例におけるインダクタンス素子としてのチョークコイル１の分解斜視図であり、図２乃至図６はチョークコイル１の完成状態の外形図である。チョークコイル１は、主に、導電被覆体としての外周用薄板銅板２と、トロイダルコア３と、導電部材としての内周用厚板銅板４，５とから構成される。

トロイダルコア３は、磁性材料を焼結してなる一般的な形状のトロイダルコアを、絶縁のための例えば樹脂などからなる中空環状のコアケースに収納し、それらの中心孔22が連通するように３個分同軸上に結合して筒状にしたものである。

外周用薄板銅板２は、トロイダルコア３の外周を部分的に被覆する形状に薄板銅板を加工してなる。より詳細には、外周用薄板銅板２は、トロイダルコア３の各環状端面と略相似形を成す環板状の挟持部12，13と、トロイダルコア３の外周の一部分を被覆し挟持部12，13間を繋ぐ矩形扁平板状の架橋部10と、トロイダルコア３の外周円に対して接面を成すように架橋部10の一側から延出してなる矩形扁平板状の放熱フィンとしてのフィン部11とを備えて構成される。フィン部11は、放熱性能を向上させるものであればよく、例えばヒートシンクなどの放熱器に適用される種々の放熱フィン形状が適用可能である。

挟持部12，13は、架橋部10の両端から略直角に折り曲げ成形され、互いに対向する。挟持部12の中央には、トロイダルコア３の中心孔22と連通する貫通孔16が形成されており、この貫通孔16に上方から臨んで幅狭な接続片14が外方へ突設されている。これと同様に、挟持部13の中央には、トロイダルコア３の中心孔22と連通する貫通孔17が形成されており、この貫通孔17に下方から臨んで幅広な接続片15が外方へ突設されている。従って、接続片14，15は、上下に互い違いに設けられ、互いに反対方向へ突出している。

また、挟持部12，13における架橋部10と結合する反対側の端部には、架橋部10と対向するように、垂下する逆Ｌ字状の保持片18，19が内側へ略直角にそれぞれ折り曲げ成形されている。他方、架橋部10の下方両隅には、据付片20，21がそれぞれ突設されている。例えばプリント基板やバー部材などにチョークコイル１を固定する際には、対向する保持片19と据付片21の下端にそれぞれ形成された係合爪19ａ，21ａをプリント基板等の被係合部に係合させ、対向する保持片18と据付片20の下端にそれぞれ形成された係合突起18ａ，20ａを例えば半田付けなどすることにより据付固定される。

内周用厚板銅板４は、棒状の厚板銅板（所謂バスバー）からなり、その一端が幅広部４ａになっている。内周用厚板銅板５は、棒状のバスバーからなり、その一端に直交方向に二手に分かれた分岐部５ａが形成されることにより全体としてＴ字状になっている。これら内周用厚板銅板４，５は、チョークコイル１の組立時に重ね合わされるため、両者の絶縁を確保するために、その間に３枚の絶縁シート26〜28が挟み込まれる。

絶縁シート26は、内周用厚板銅板４の底面に密着するシート状の絶縁体であり、内周用厚板銅板４の側面に密着して保護する側面保護部30，31が長手方向両側に沿って立設されている。絶縁シート28は、内周用厚板銅板５の上面に密着するシート状の絶縁体であり、内周用厚板銅板５の側面に密着して保護する側面保護部34，35が長手方向両側に沿って立設されている（図１では垂下している）。絶縁シート27は、絶縁シート26，28間に挿入され、絶縁シート26，28と共に内周用厚板銅板４，５間の絶縁を補強するシート状の絶縁体であり、上側となる内周用厚板銅板４の側面側を保護する側面保護部32と、下側となる内周用厚板銅板５の側面側を保護する側面保護部33とが、長手方向両側に沿って上下に互い違いに立設されている。

次に、チョークコイル１の組み立て工程について説明する。

内周用厚板銅板４を絶縁シート26の側面保護部30，31間に挿入して、絶縁シート26を内周用厚板銅板４の底面に装着する。同様に、内周用厚板銅板５を絶縁シート28の側面保護部34，35間に挿入して、絶縁シート28を内周用厚板銅板５の上面に装着する。そして、絶縁シート26，28間に絶縁シート27を挟みこんだ状態で、内周用厚板銅板４，５を上下に重ね合わせて内周用厚板銅板組立体36を構成する。このとき内周用厚板銅板４，５は、下側となる内周用厚板銅板５に比べて上側となる内周用厚板銅板４がやや短いため、内周用厚板銅板５の分岐部５ａに対して反対側の端部が突出することにより、段部が形成される。なお、内周用厚板銅板４，５を長手方向に若干ずらした状態で重ね合わせて、内周用厚板銅板組立体36の両端部において内周用厚板銅板４の幅広部４ａと内周用厚板銅板５の分岐部５ａに対して反対側の端部とがそれぞれ突出することにより、上下に互い違いに段部が形成されるよう構成してもよい。この段部を形成することにより、外部回路との接続が容易になる。

トロイダルコア３に外周用薄板銅板２を被装する。具体的には、外周用薄板銅板２の内側にトロイダルコア３を挿入し、トロイダルコア３の両環状端面に各挟持部12，13が、トロイダルコア３の外周面に架橋部10が、対応するように、トロイダルコア３に外周用薄板銅板２を被せる。これにより、トロイダルコア３は外周用薄板銅板２の各部と密着状態で保持される。

続いて、外周用薄板銅板２を構成する挟持部12，13の貫通孔16，17及びトロイダルコア３の中心孔22に内周用厚板銅板組立体36を挿通し、内周用厚板銅板組立体36を外周用薄板銅板２の挟持部12，13にそれぞれ固着する。当該固着の具体的態様としては、内周用厚板銅板４の幅広部４ａと反対側の端部を、挟持部12の接続片14に例えば螺子締結などで接続固定する一方、内周用厚板銅板５の分岐部５ａを、挟持部13の接続片15に例えば螺子締結などで接続固定する。

このような製造工程を経て、図２に示すチョークコイル１が完成する。なお、内周用厚板銅板組立体36から突出した内周用厚板銅板４，５の各端部が、外部回路との接続用端子となる。

以下、上記構成の作用について説明する。

図７は、チョークコイル１における電流の流れを模式的に示した概略断面図であり、都合上図２乃至図６の断面には対応していない。同図において、電流は内周用厚板銅板４の幅広部４ａから流入し、内周用厚板銅板４を通じて挟持部12の接続片14から外周用薄板銅板２へ流れる。外周用薄板銅板２では、電流は挟持部12から架橋部10を経て挟持部13に到達し、接続部15を通じて分岐部５ａから内周用厚板銅板５へ流入する。また、チョークコイル１の据付時において、保持片18，19間を例えばプリント基板の回路パターンやバスバーなどの導電部材40で短絡することにより、内周用厚板銅板４を通じて挟持部12の接続片14から保持片18、導電部材40、保持片19、挟持部13を電流が流れ、接続部15を通じて分岐部５ａから内周用厚板銅板５へ流入する。内周用厚板銅板５に流入した電流は、内周用厚板銅板５を通じて最終的に外部回路へ流出する。このとき、図７に示すように、チョークコイル１の内部にはトロイダルコア３を周回する２つの閉回路が並列に形成されており、内周用厚板銅板４から流入した電流は、トロイダルコア３の中心軸方向に実質的に２ターン以上周回することとなる。

このようにして、トロイダルコア３に２枚の内周用厚板銅板４，５と外周用薄板銅板２とを組み付けることにより、トロイダルコアにて大電流を流せる２ターン以上のチョークコイルを構成することができる。トロイダルコア３に巻装されるべき巻線を、トロイダルコア３の外周面を覆う表面積の広い銅の薄板と、トロイダルコア３の中心孔22を貫く銅の厚板とから構成することで、大電流によって発熱する巻線自体に冷却効果を生ずる放熱器の機能を持たせることができ、その結果、チョークコイル１の温度上昇を小さくすることができる。また、チョークコイル１の入出力部分となる内周用厚板銅板４，５が金属板からなるため、例えばバスバーなどの外部配線と直接接続可能なので、プリント基板や圧着端子などを介しての間接的な接続に比べて接触抵抗を少なくでき、接続損失が小さくなる。

チョークコイル１では、従来の丸銅線，角銅線等を巻線としたコイルに比べ、コイルの有効窓面積を最大限利用して、外周用薄板銅板２を幅広としてその断面積を大きくすることができるので、銅の抵抗による損失を最小にすることができる。また、厚板と薄板を組合わせる巻線構造としたことで、占有体積を最小にすることができると共に、巻線の曲げ工程が必要ないので、組立が容易である。

以上のように本実施例のインダクタンス素子としてのチョークコイル１では、貫通孔である中心孔22が設けられた磁性材料からなるトロイダルコア３と、中心孔22に挿入された第１の導電部材としての内周用厚板銅板４と、中心孔22に挿入され、内周用厚板銅板４と絶縁されている第２の導電部材としての内周用厚板銅板５と、トロイダルコア３を取り囲む第３の導電部材としての外周用薄板銅板２とを備え、内周用厚板銅板４は、外周用薄板銅板２と中心孔22の他方の端部側で電気的に接続され、内周用厚板銅板５は、外周用薄板銅板２と中心孔22の他方の端部側で電気的に接続され、内周用厚板銅板４と内周用厚板銅板５は、外周用薄板銅板２の保持片18，19を短絡することにより、２つの電気的な経路で接続されることを特徴とする。

このようにすると、トロイダルコア３に巻装されるべき巻線を、トロイダルコア３の外面を覆う表面積の広い薄板の外周用薄板銅板２と、トロイダルコア３を貫く厚板の内周用厚板銅板４，５とから構成することで、大電流によって発熱する巻線自体に冷却効果を生ずる放熱器の機能を持たせることができる。また、外周用薄板銅板２を幅広としてその断面積を大きくすることができるので、抵抗による損失を最小にすることができる。さらに、巻線の曲げ工程が必要ないので、組立が容易である。以上により、電流による銅損を最小にすると共に、放熱性能に優れたインダクタンス素子を提供することができる。

また、電流は内周用厚板銅板４から流入し、内周用厚板銅板４を通じて外周用薄板銅板２へ流れ、内周用厚板銅板５へ流入するが、外周用薄板銅板２の保持片18，19間を短絡することにより、内周用厚板銅板４を通じて外周用薄板銅板２の保持片18，19を電流が流れ、内周用厚板銅板５へ流入する。内周用厚板銅板５に流入した電流は、内周用厚板銅板５を通じて最終的に外部回路へ流出する。このとき、トロイダルコア３を周回する２つの閉回路が並列に形成されており、内周用厚板銅板４から流入した電流は、トロイダルコア３の中心軸方向に実質的に２ターン以上周回することとなる。

また、本実施例のチョークコイル１では、内周用厚板銅板４，５を絶縁体としての絶縁シート26，27，28を介して重ね合わせている。

このようにすると、内周用厚板銅板４，５が、絶縁シート26，27，28を介して重ね合わされる。

さらに本実施例のチョークコイル１では、内周用厚板銅板４，５はバスバーであることを特徴とする。

このようにすると、チョークコイル１の入出力部分となる内周用厚板銅板４，５がバスバーからなるため、外部配線と直接接続可能なので、プリント基板や圧着端子などを介しての間接的な接続に比べて接触抵抗を少なくでき、接続損失が小さくなる。従って、電流による銅損をより少なくすることができる。

また本実施例のチョークコイル１では、外周用薄板銅板２に放熱フィンとしてのフィン部11を設けたことを特徴とする。

このようにすると、放熱器として作用する外周用薄板銅板２の冷却効果を高めることができる。従って、放熱性能を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明は、トロイダルコアに限らず、これと同様に内径で巻線が密になる例えば四角，三角などの連続形状のコアであればどのようなものにでも適用可能である。外周用薄板銅板２と内周用厚板銅板４，５との組み合わせからなる巻線構造に関しても、種々の変形実施が可能である。例えば、内周用厚板銅板を１枚のみとして、外周用薄板銅板２の保持片18，19や据付片20，21の何れかを端子としたりすることもできる。また、チョークコイル以外にも、様々なインダクタンス素子に適用可能である。

本発明の実施例におけるインダクタンス素子の各構成部品を示す分解斜視図である。同上、インダクタンス素子の完成状態を示す斜視図である。同上、インダクタンス素子の完成状態を示す正面図である。同上、インダクタンス素子の完成状態を示す背面図である。同上、インダクタンス素子の完成状態を示す平面図である。同上、インダクタンス素子の完成状態を示す右側面図である。同上、インダクタンス素子の電流の流れを模式的に示す概略断面図である。インダクタンス素子が使用されるスイッチング電源回路のブロック図である。従来のインダクタンス素子としての一般的なチョークコイルの縦断面図である。同上、一般的なチョークコイルの横断面図である。

１チョークコイル（インダクタンス素子）
２外周用薄板銅板（第３の導電部材）
３トロイダルコア（コア）
４内周用厚板銅板（第１の導電部材）
５内周用厚板銅板（第２の導電部材）
11 フィン部（放熱フィン）
18，19 保持片
26，27，28 絶縁シート

Claims

貫通孔が設けられた磁性材料からなるコアと、
前記貫通孔に挿入された第１の導電部材と、
前記貫通孔に挿入され、前記第１の導電部材と絶縁されている第２の導電部材と、
前記コアを取り囲む第３の導電部材とを備え、
前記第１の導電部材は、前記第３の導電部材と前記貫通孔の一方の端部側で電気的に接続され、
前記第２の導電部材は、前記第３の導電部材と前記貫通孔の他方の端部側で電気的に接続され、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材は、前記第３の導電部材の保持片を短絡することにより、２つの電気的な経路で接続されることを特徴とするインダクタンス素子。
前記第１および前記第２の導電部材とを、絶縁シートを介して重ね合わせて形成したことを特徴とする請求項１記載のインダクタンス素子。
前記第１および前記第２の導電部材はバスバーであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインダクタンス素子。
前記第３の導電部材に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のインダクタンス素子。