JP5008803B2 - コイル部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として電子機器の電源回路やインバーター等に適用される小型で高性能なコイル部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のコイル部品は、閉磁路の磁芯に巻線を巻回して構成されるが、一般に直流重畳時での巻線のインダクタンス値の低下を防ぐため、磁芯の磁路上に適当なギャップ(空隙)部を設けることによって磁気飽和を低減する対策が施されている。
【0003】
図8は、従来のトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。このトロイダル型コイル部品は、単一の幅W1のギャップ部31が設けられた磁芯となるギャップ付きコア11に対し、巻線21を一定の巻きピッチで放射状に所定回数ターンさせて巻回することにより、ギャップ付きコア11における巻線21の巻き幅Pが得られるように構成されている。
【0004】
このトロイダル型コイル部品の場合、規格としてギャップ付きコア11を透磁率μ=100の軟磁性体の金属系材料から成る外径φ27mm×内径φ14mm×高さ(厚さ)18mmの寸法でギャップ部31の幅W1=6mmのものとし、且つ巻線21を12ターン巻回してギャップ付きコア11における巻線21の巻き幅P=45mmとする場合を例示できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したトロイダル型コイル部品の場合、磁芯となるギャップ付きコアの磁路上にギャップ部を設ける構成であるため、透磁率μの実効値が下がる条件下で要求されるインダクタンス値を得るためには巻線の巻回数を上げる必要があるが、こうした構成であれば結果的として巻線の直流抵抗が増加して線材の劣化(銅損等)を来し易いという問題や、巻線の外形が大きくなることで全体の小型化,低損失化,省資源化,省エネルギー化を具現し難いという重大な問題がある。
【0006】
又、製造上においても、閉磁路のギャップ付きコアに巻線を巻回する場合、巻線の巻回が困難である上、機械巻きを実施するための仕様が限られているため、製造時の自動化作製の実施に支障を来し易く、工業的に不適切となってしまうという問題もある。
【0007】
更に、トロイダル型コイル部品の作製において、ギャップ付きコアのギャップ部から予め巻線が巻回されて形成された空芯巻線を挿入してコイル部品を作製することで機械巻きを可能とする技術も一部では実用化されているが、こうした構成によればギャップ付きコアのギャップ部において空芯巻線を挿入し得るだけのギャップ量の確保が必要な構造であるため、高インダクタンス値が要求される場合には不向きとなってしまうという問題がある。
【0008】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、直流重畳時での巻線のインダクタンス値の低下を十分に防止できると共に、小型化,低損失化,省資源化,省エネルギー化を具現でき、しかも製造時の自動化作製が容易なコイル部品を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ギャップ部が設けられた軟磁性体から成る磁芯と、予め巻線が巻回されて形成された上でギャップ部から挿入装着される空芯巻線とを有するコイル部品において、空芯巻線は、巻線を予め巻き幅が最小限となるように密に巻回して形成されると共に、ギャップ部に対して隔たった位置に組み込まれて成るコイル部品が得られる。
【0010】
又、本発明によれば、上記コイル部品において、ギャップ部には、少なくとも磁性体又は非磁性体を含んで成る充填材が充填されたコイル部品が得られる。
【0011】
更に、本発明によれば、上記何れかのコイル部品において、空芯巻線は、予め磁芯に挿入可能な孔を内側に有する巻枠の外側に巻線を巻回して成る巻枠付き構造であるコイル部品が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に幾つかの実施例を挙げ、本発明のコイル部品について、図面を参照して詳細に説明する。
【0013】
図1は、本発明の実施例1に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。このトロイダル型コイル部品は、単一の幅W1のギャップ部31が設けられた磁芯となるギャップ付きコア11に対し、巻線21aを予め巻き幅P1が最小限となるように密に所定回数ターンさせて巻回して形成された空芯巻線をギャップ部31に対して反対側の隔たった最も遠くの位置に組み込まれるようにギャップ部31から挿入装着して構成されている。
【0014】
このトロイダル型コイル部品の場合、図8に示した場合と同様な規格としてギャップ付きコア11を透磁率μ=100の軟磁性体の金属系材料から成る外径φ27mm×内径φ14mm×高さ(厚さ)18mmの寸法でギャップ部31の幅W1=6mmのものとし、且つ巻線21aを巻線21と同じ線材として12ターン巻回する構成とすれば、ギャップ付きコア11における巻線21aの巻き幅P1(P1<P)=15mmとなり、図8に示した従来のトロイダル型コイル部品と比べて巻き幅P1が巻き幅Pに対して1/3に圧縮された形態となる。
【0015】
即ち、この実施例1に係るトロイダル型コイル部品は、巻線21aの巻き幅P1が従来の場合の巻線21の巻き幅Pよりもずっと小さくなっているため、直流重畳時での巻線のインダクタンス値の低下を十分に防止できる(直流重畳特性を大幅に改善できる)と共に、小型化,低損失化,省資源化,省エネルギー化を具現でき、しかも自動化作製が容易となる。
【0016】
図2は、このトロイダル型コイル部品における電流(A)に対するインダクタンス(μH)の関係で得られる直流重畳特性の実測データを図8に示す従来のトロイダル型コイル部品のものと比較して示したものである。図2からは、実施例1のトロイダル型コイル部品の場合、従来構成のものと比べて電流が0〜100Aの範囲でインダクタンス値が約15〜20%高くなっていることが判る。このことは、実施例1のトロイダル型コイル部品では、従来構成の場合と同一な単一のギャップ部31を有するギャップ付きコア11を用いているにも拘らずインダクタンス値が高くなることにより、その分、巻線21aの巻回数を減らすことが可能となることを示しているので、こうした構成とすれば特にコイル部品の小型化や直流抵抗(銅損等)の低減による省エネルギー化に有効となる。
【0017】
図3は、本発明の実施例2に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。このトロイダル型コイル部品の場合、実施例1のものと比べて基本構成はほぼ同様であり、単一の幅W3(幅W1とほぼ同じであるとする)のギャップ部31aが設けられた磁芯となるギャップ付きコア11aに対し、巻線21aを予め巻き幅P1が最小限となるように密に所定回数ターンさせて巻回して形成された空芯巻線をギャップ部31aに対して反対側の最も遠くの位置に組み込まれるようにギャップ部31aから挿入装着して構成されている他、ここでは更にギャップ部31aには幅W3の隙間より僅かに小さい幅W2(W2<W3)を持つ磁性体40を埋め戻した構造となっている。
【0018】
因みに、ここでギャップ部31aに充填される磁性体40の代わりに非磁性体を埋め戻すような構造にしても良く、一般的には磁性体40や非磁性体を含んで成る充填材が充填される形態であれば良い。
【0019】
この実施例2に係るトロイダル型コイル部品の場合、ギャップ部31aに磁性体40を埋め戻した構造であるため、実施例1のものと比較すれば直流重畳特性上においてインダクタンス値が低電流のときに上昇し、高電流のときに降下する傾向になるが、巻線21aを密にした空芯巻線を具備する効果は同様に得られることが確認された。
【0020】
図4は、本発明の実施例3に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。このトロイダル型コイル部品の場合、実施例1のものと比べて単一の幅W6(W1<W6とする)のギャップ部31bが内径の中心点Oを通るY軸よりも外側にズレ量△Wの分だけズレた形状のギャップ付きコア11bを用いている点が相違しており、このギャップ付きコア11bに対して実施例1と同様に巻線21aを予め巻き幅P1が最小限となるように密に所定回数ターンさせて巻回して形成された空芯巻線をギャップ部31bに対して反対側の隔たった位置に組み込まれるようにギャップ部31bから挿入装着して構成されている。
【0021】
図5は、この実施例3に係るトロイダル型コイル部品で空芯巻線をギャップ付きコア11bに挿入装着する様子を説明するために示した側面図である。ここでは、巻線21aを密に巻回して成る空芯巻線の空芯部分をギャップ部31b近傍のY軸から隔てられてY軸方向に切り立ったギャップ付きコア11bの片部におけるギャップ部31bを形成する内壁面からおおよそ幅W7(但し、W7<W6)のクリアランスを持たせて挿入し、その後に空芯巻線をギャップ付きコア11bのY軸方向に切り立った片部に沿わせて回動させるように組み込む様子を示している。
【0022】
この実施例3に係るトロイダル型コイル部品の場合、ギャップ付きコア11bのギャップ部31bの幅W6を実施例1や従来構成の場合の幅W1と比べて大きくすること(即ち、W1<W6とすること)が可能なため、従来では特性上の理由によりギャップ部の幅を大きく確保することができず、ギャップ付きコアのギャップ部から予め自動巻回された空芯巻線を挿入してコイル部品を作製することができずに巻線の巻回作業を手巻きに頼らざるを得なかったような場合にも、ギャップ部31bの幅W6を十分大きく確保していることにより、自動化作製の実施が容易になる。又、巻線21aの巻回数を同じにした条件下では実施例1の構成の場合よりも一層自動化作製の実施が容易になる。
【0023】
図6は、本発明の実施例4に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。このトロイダル型コイル部品の場合、実施例1のものと比べて基本構成はほぼ同様であり、単一の幅W4(但し、W4<W1とする)のギャップ部31cが設けられた磁芯となるギャップ付きコア11cに対し、予めギャップ付きコア11cに挿入可能な孔を内側に有する巻枠51の外側に巻線21bを密に所定回数ターンさせて巻回して形成された幅W5(但し、W5<W4とする)の巻枠付き構造の空芯巻線をギャップ部31cに対して反対側の最も遠くの位置に組み込まれるようにギャップ部31cから挿入装着して構成されている。
【0024】
図7は、この実施例4に係るトロイダル型コイル部品で空芯巻線をギャップ付きコア11cに挿入装着する様子を説明するために示した側面図である。ここでは、巻枠51の外側に巻線21bが巻回された巻枠付き構造の空芯巻線の空芯部分をギャップ部31c近傍のギャップ付きコア11cの一方の片部におけるギャップ部31cを形成する内壁面からクリアランスを持たせて挿入し、その後に巻枠付き構造の空芯巻線をギャップ付きコア11cの一方の片部に沿わせて回動させるように組み込む様子を示している。
【0025】
この実施例4に係るトロイダル型コイル部品の場合、ギャップ付きコア11cのギャップ部31cの幅W4を実施例1や従来構成の場合の幅W1と比べて小さく(即ち、W4<W1)すると共に、巻枠付き構造の空芯巻線の幅W5をギャップ付きコア11cのギャップ部31cの幅W4よりも小さく(即ち、W5<W4)しているため、巻線21bの巻回数を同じにした条件下では実施例1の構成の場合よりも一層小形化した上で自動化作製の実施が容易になる。
【0026】
尚、上述した各実施例のトロイダル型コイル部品の場合、磁芯(ギャップ付きコア11,11a,11b,11c)の材質としては、ダスト系,積層銅板系,フェライト系等の何れの軟磁性材料を適用しても良い。又、各実施例のトロイダル型コイル部品では、単一の磁芯(ギャップ付きコア11,11a,11b,11c)を有する構造として説明したが、本願発明の巻枠付き構造を含む空芯巻線は、他の形態の磁芯を用いたコイル部品の全般に対しても適用できるので、各実施例で開示したものに限定されない。
【0027】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明のコイル部品によれば、ギャップ部を有する軟磁性体から成る磁芯に対し、巻線を予め巻き幅が最小限となるように密に巻回して形成された空芯巻線(巻枠付き構造を含む)をギャップ部から挿入装着してギャップ部に対して隔たった位置に組み込んだ構造とすることにより、直流重畳時での巻線のインダクタンス値の低下を十分に防止できるようになる(直流重畳特性を大幅に改善できる)と共に、所望の電流定格に対するインダクタンスを得るに当たって電子機器の使命である小型化,低損失化,省資源化,省エネルギー化を具現し得るようになり、しかも製造時の自動化作製が容易となるため、結果として工業的,経済的に極めて有益となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。
【図2】図1に示すトロイダル型コイル部品における電流に対するインダクタンスの関係で得られる直流重畳特性の実測データを図8に示す従来のトロイダル型コイル部品のものと比較して示したものである。
【図3】本発明の実施例2に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。
【図4】本発明の実施例3に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。
【図5】図4に示すトロイダル型コイル部品で空芯巻線をギャップ付きコアに挿入装着する様子を説明するために示した側面図である。
【図6】本発明の実施例4に係るトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。
【図7】図6に示すトロイダル型コイル部品で空芯巻線をギャップ付きコアに挿入装着する様子を説明するために示した側面図である。
【図8】従来のトロイダル型コイル部品の基本構成を示した側面図である。
【符号の説明】
11,11a,11b,11c ギャップ付きコア
21,21a,21b 巻線
31,31a,31b ギャップ部
40 磁性体
51 巻き枠
Claims (3)
- ギャップ部が設けられた軟磁性体から成る平坦で円環状を呈する磁芯と、予め巻線が巻回されて形成された上で前記ギャップ部から挿入装着される空芯巻線とを有するコイル部品において、
前記磁芯は、その内径の中心点を通るY軸よりも外側に前記ギャップ部がズレた形状を呈し、かつ、前記ギャップ部から始まり前記Y軸方向に真っ直ぐ切り立った片部を有し、
前記ギャップ部は、コイルとギャップ部を形成する内壁面からのクリアランスよりも大きいギャップ寸法を有し、
前記空芯巻線は、前記巻線を予め巻き幅が最小限となるように密に巻回して形成されると共に、前記ギャップ部に対して略反対側の隔たった位置に組み込まれて成ることを特徴とするコイル部品。 - 請求項1記載のコイル部品において、前記ギャップ部には、少なくとも磁性体又は非磁性体を含んで成る充填材が充填されたことを特徴とするコイル部品。
- 請求項1又は2記載のコイル部品において、前記空芯巻線は、予め前記磁芯に挿入可能な孔を内側に有する巻枠の外側に前記巻線を巻回して成る巻枠付き構造であることを特徴とするコイル部品。
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