JP6561460B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、環状のコイル及びその周囲に配されたコアを有するコイル部品に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられるチョークコイルやトランス等のコイル部品は、コイルとコアとを有する。特許文献１には、コイルの内側にコアの一部（以下において、適宜、磁心部という。）が形成されたコイル部品が開示されており、コアの磁心部とコイルの内周面との間には、絶縁性を確保するためのボビンが配されている。

特開２０１０−４５１８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のコイル部品は、磁心部とコイルとの間にボビンを介在させているため、コイル部品全体の大型化を招いてしまう。また、コアの磁心部、コイル、及びボビンの寸法公差、組付公差を考慮すると、磁心部に対してコイルの内径を充分に大きくする必要がある。これに伴い、コイルの外径も大きくなってしまい、ひいてはコイル部品全体の大型化を招いてしまう。

また、特許文献１に記載のコイル部品においては、コアの一対の磁心部同士の対向面積がインダクタンスに大きく影響するが、磁性材料の焼結体によって構成されるコアは、高い寸法精度を得ることが困難である。そのため、コイル部品のインダクタンスにばらつきが生じやすいという問題もある。

また、特許文献１に記載のコイル部品の組み立ては、コイルの内側に磁心部を挿入するようにして行うが、このとき、軸方向における磁心部の一端面上にコイルが配されないように注意が必要であり、生産性向上の観点から改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型化、インダクタンスのばらつきの抑制、生産性の向上を図ることができるコイル部品を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、環状のコイルと、該コイルの周囲に配されたコアとを備えたコイル部品であって、
上記コアは、上記コイルの軸方向の両側に配された一対の基体部と、上記コイルの外周側に配された脚部とを有し、
上記一対の基体部は、上記コイルの内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面をそれぞれ備え、
該一対の対向面は、軸方向において、上記コイルの一対の端面と同等又は外側の位置に形成されており、
上記コアは、径方向に開口した開口部を有し、該開口部から上記コイルを上記コアの内側に挿入配置することができるよう構成されており、
上記一対の基体部のうちの一方の上記基体部は、少なくとも上記対向面を含む領域に、その周囲よりも、他方の上記基体部側に突出した突出面を有し、
上記他方の基体部は、上記一方の基体部側の面が平坦に形成されており、
上記コアは、上記コイルの内周側には配されておらず、
上記一対の対向面の間の距離は、上記基体部の厚みよりも小さいことを特徴とするコイル部品にある。

上記コイル部品において、上記一対の対向面は、軸方向において、コイルの一対の端面と同等又は外側の位置に形成されている。すなわち、コイルの内周側には、コアの一部が配置されていない。それゆえ、コイルの内周面とコアとの間には、両者を絶縁するための絶縁部材を設ける必要がなくなる。これにより、コイルの内周側に絶縁部材の配置スペースを設ける必要がなくなり、コイル部品全体の小型化を図ることができる。さらに、コイルの内周側に配されていたコアの一部、及び、ボビンの寸法公差、組付公差を考慮して、コイルの内径を大きくする必要性もなくなるため、これによってもコイル部品全体の小型化を図ることができる。

また、上記コイル部品においては、コイルの内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面の間のギャップがインダクタンスに大きく影響することとなり、対向面の面積がインダクタンスに影響する。ここで、対向面の面積は、軸方向から見たコイルの内側領域の面積であり、この面積は管理しやすい。それゆえ、コイル部品のインダクタンスのばらつきを抑制することができる。

また、コイル部品を組み立てる際、コイルは一対の基体部の間であって、脚部の内側である空間に配置すればよく、コイルの内周側にコアの一部が挿入されるようにする必要がない。それゆえ、コイル部品の生産性を向上することができる。

以上のごとく、本発明によれば、小型化、インダクタンスのばらつきの抑制、生産性の向上を図ることができるコイル部品を提供することができる。

参考例における、コイル部品の斜視図。 参考例における、コイル部品の上面図。 図２のIII−III線矢視断面図。 参考例における、コアの斜視図。 参考例における、第１コア部材を第２コア部材側から見た斜視図。 参考例における、第２コア部材の斜視図。 参考例における、コイルの斜視図。 参考例における、絶縁シートの斜視図。 参考例における、絶縁シートを組み付けたコイルの斜視図。 実施例１における、コイル部品の断面図。 実施例１における、第１コア部材を第２コア部材側から見た斜視図。

上記コイル部品としては、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置に用いられるチョークコイルやトランス等とすることができる。
また、本明細書において、コイルの巻回軸の方向を軸方向という。また、コイルの巻回軸に直交する方向を径方向といい、軸方向及び径方向に直交する方向を周方向という。

（参考例）
コイル部品の参考例につき、図１〜図９を用いて説明する。
コイル部品１は、図２に示すごとく、環状のコイル２と、コイル２の周囲に配されたコア３とを備えている。図１、図３、図４に示すごとく、コア３は、コイル２の軸方向Ｚの両側に配された一対の基体部３１、３２と、コイル２の外周側に配された脚部３３とを有する。図３、図４に示すごとく、一対の基体部３１、３２は、コイル２の内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面３４、３５をそれぞれ備える。図３に示すごとく、一対の対向面３４、３５は、軸方向Ｚにおいて、コイル２の一対の端面２０１、２０２と同等又は外側の位置に形成されている。

本例のコイル部品１は、電流平滑化用のチョークコイルであって、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるものとすることができる。

図１、図４に示すごとく、本例において、コア３の外形は、略直方体形状を有する。一対の基体部３１、３２は、それぞれ矩形平板状に形成されており、互いの主面を軸方向Ｚにおいて対向させて配されている。図５、図６に示すごとく、本例において、一対の基体部３１、３２における互いに対向する基体内向面３１０、３２０は、それぞれの基体部３１、３２において面一に形成されている。なお、以下において、適宜、基体部３１、３２の長手方向を「横方向Ｘ」といい、横方向Ｘ及び軸方向Ｚに直交する方向を「縦方向Ｙ」という。

図１、図３、図４に示すごとく、一対の基体部３１、３２は、脚部３３によって互いに連結されている。本例において、脚部３３は、一対の基体部３１、３２の横方向Ｘの両端に位置する辺同士を、軸方向Ｚに連結している。すなわち、脚部３３は、横方向Ｘにおけるコア３の両端部に一対形成されている。図２、図５に示すごとく、各脚部３３は、一対の基体部３１、３２の縦方向Ｙの全体にわたって形成されている。また、各脚部３３は、縦方向Ｙを長手方向とした四角柱形状を有する。図５に示すごとく、一対の脚部３３は、互いに横方向Ｘに対向している。

図３、図４に示すごとく、コア３における一対の基体部３１、３２と一対の脚部３３との間には、内部空間５が形成されている。すなわち、内部空間５は、コア３を縦方向Ｙに貫通している。そして、コア３は、径方向に開口した開口部３０を有する。本例において、コア３は、縦方向Ｙの両側に向って開口した一対の開口部３０を有する。すなわち、内部空間５の開口部３０が、コア３の縦方向Ｙの両側面に設けられている。そして、開口部３０は、軸方向Ｚ及び横方向Ｘにおける寸法が、コイル２よりも大きくなっている。これにより、開口部３０からコイル２をコア３の内側に挿入配置することができるよう構成されている。

図１、図３、図４に示すごとく、本例において、コア３は、２つに分割されている。図４〜図６に示すごとく、コア３は、一方の基体部３１と一対の脚部３３とを一体的に形成してなる第１コア部材３６と、他方の基体部３２を構成する板状の第２コア部材３７とを軸方向Ｚに組み合わせてなる。縦方向Ｙから見たとき、第１コア部材３６は略Ｕ字状を呈しており、第２コア部材３７は略Ｉ字状を呈している。

図３に示すごとく、内部空間５にコイル２が挿入配置されている。コイル２は、その巻回軸方向を、一対の基体部３１、３２の並び方向にして配置されている。本例においては、基体部３１、３２における基体内向面３１０、３２０の一部が、コイル２の内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面３４、３５となっている。本例において、一対の対向面３４、３５の間の距離Ｄは、基体部３１、３２の厚みＴよりも小さい。すなわち、本例において、軸方向Ｚにおける一対の基体部３１、３２間の距離は、軸方向Ｚにおける基体部３１、３２の厚みＴよりも小さい。

図３、図７に示すごとく、コイル２は、長手方向に直交する断面形状が長方形状を有する平角導線２００からなり、金属板を打ち抜いて形成されている。コイル２は、巻回方向に直交する平面による断面形状において、径方向の長さＷよりも軸方向Ｚの長さＨの方が短い。つまり、平角導線２００の径方向の長さよりも、軸方向Ｚにおけるコイル２の一対の端面２０１、２０２間の距離の方が小さい。

コイル２は、２つの円環部２１、２２を有する。図２、図７に示すごとく、各円環部２１、２２は、略円環状に形成されており、周方向の一箇所が切り欠かれている。図３、図７に示すごとく、２つの円環部２１、２２は、間に隙間を介在させつつ、軸方向Ｚに積層配置されている。一方の円環部２１の巻回方向の一端部と、他方の円環部２２の巻回方向の他端部とは、軸方向Ｚに重なって配置されており、これらは、接続部２３によって接続されている。これによって、コイル２は、２回巻回されると共に軸方向Ｚに積層された形状を有する。コイル２の両端からは、外部と電気的に接続するための一対の端子２４が、コイル２の外側に向って形成されている。

図３に示すごとく、コイル２は、軸方向Ｚにおいて、基体部３２に、絶縁部材を介して当接している。本例において、絶縁部材は、可撓性を有する絶縁シート４（絶縁紙）からなる。コイル２は、軸方向Ｚにおいて、第２コア部材３７の基体部３２に、絶縁シート４を介して当接している。なお、コイル２と第１コア部材３６の基体部３１との間には、空隙が形成されている。コイル２は、軸方向Ｚに隣り合う導体部同士の間に、可撓性を有する絶縁シート４が介在している。すなわち、円環部２１と円環部２２との間に、絶縁シート４が配されている。なお、図２においては、絶縁シート４の図示を省略している。

図３、図８に示すごとく、本例において、コイル２の一対の円環部２１、２２の間に介設される絶縁シート４の部位４２と、コイル２とコア３の一対の基体部３１、３２との間にそれぞれ介設される絶縁シート４の部位４１、４３とは、一枚の絶縁シート４を折り畳んだ状態とすることにより構成することができる。絶縁シート４の厚みは、例えば２５〜１００μｍとすることができる。

本例において、コイル２は、第２コア部材３７の基体部３２に、絶縁シート４（部位４３）を介して当接している。これにより、第２コア部材３７の対向面３５は、軸方向Ｚにおいて、第２コア部材３７側のコイル２の端面２０２と同等の位置に形成されている。また、第１コア部材３６の対向面３４は、コイル２の端面２０１よりも、軸方向Ｚにおけるコア３の基体部３２側と反対側の位置に形成されている。

次に、本例のコイル部品１の組立方法について説明する。
図４に示すごとく、軸方向Ｚにおける第２コア部材３７の一方側に、第１コア部材３６を脚部３３側から載置して、一対の基体部３１、３２と一対の脚部３３とを有するコア３を形成する。

そして、図９に示すごとく絶縁シート４を組み付けたコイル２を、縦方向Ｙにおける端子２４の突出側と反対側から、図４に示すコア３の開口部３０から内部空間５へ挿入し、コア３に組み付ける。以上によって、本例のコイル部品１を組み立てる。

次に、本例の作用効果について説明する。
上記コイル部品１において、上記一対の対向面３４、３５は、軸方向Ｚにおいて、コイル２の一対の端面２０１、２０２と同等又は外側の位置に形成されている。すなわち、コイル２の内周側には、コア３の一部が配置されていない。それゆえ、コイル２の内周面とコア３との間には、両者を絶縁するための絶縁部材を設ける必要がなくなる。これにより、コイル２の内周側に絶縁部材の配置スペースを設ける必要がなくなり、コイル部品１全体の小型化を図ることができる。さらに、コイル２の内周側に配されていたコア３の一部、及び、ボビンの寸法公差、組付公差を考慮して、コイル２の内径を大きくする必要性もなくなるため、これによってもコイル部品１全体の小型化を図ることができる。

また、上記コイル部品１においては、コイル２の内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面３４、３５の間のギャップがインダクタンスに大きく影響することとなり、対向面３４、３５の面積がインダクタンスに影響する。ここで、対向面３４、３５の面積は、軸方向Ｚから見たコイル２の内側領域の面積であり、この面積は管理しやすい。本例においては、プレス加工によってコイル２を形成しており、焼結で形成されるコア３よりも寸法精度が高い。それゆえ、コイル部品１のインダクタンスのばらつきを抑制することができる。

また、コア３は、径方向に開口した開口部３０を有し、開口部３０からコイル２をコア３の内側に挿入配置することができるよう構成されている。それゆえ、コア３へのコイル２の配置を容易にすることができ、コイル部品１の生産性を向上させることができる。

また、コイル２は、軸方向Ｚにおいて、基体部３２に、絶縁部材を介して当接している。それゆえ、コイル２とコア３の基体部３２との絶縁を図ることができる。
また、絶縁部材は、可撓性を有する絶縁シート４からなる。それゆえ、絶縁部材がコア３の表面の形状に追従して変形することができるため、軸方向Ｚにおいてコイル部品１が大型化することを防ぐことができる。

また、コイル２は、軸方向Ｚに隣り合う導体部（円環部２１、２２）同士の間に、可撓性を有する絶縁シート４が介在している。それゆえ、軸方向Ｚにおけるコイル部品１の大型化を抑制しつつ、軸方向Ｚに隣り合う導体部間の絶縁を図ることができる。

また、一対の対向面３４、３５の間の距離Ｄは、基体部３１、３２の厚みＴよりも小さいため、軸方向Ｚにおけるコイル部品１の小型化を図ることができる。

また、コイル２は、巻回方向に直交する平面による断面形状において、径方向の長さＷよりも軸方向Ｚの長さＨの方が短い。それゆえ、軸方向Ｚにおけるコイル部品１の大型化を抑制しつつ、コイル２の断面積を稼ぐことができ、インダクタンスを向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、小型化、インダクタンスのばらつきの抑制、生産性の向上を図ることができるコイル部品を提供することができる。

（実施例１）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、第１コア部材３６が、基体部３１における第２コア部材３７に対向する面のうち少なくとも対向面３４を含む領域に、その周囲よりも第２コア部材３７側に突出した突出面３８を有する例である。

第１コア部材３６の基体部３１は、第２コア部材３７に向って突出した突出部３８０を有する。図１１に示すごとく、本例において、突出部３８０は略円柱形状を有する。突出部３８０の第２コア部材３７側の面が突出面３８である。突出面３８は、軸方向Ｚから見た形状が略円形状を呈している。

突出面３８は、軸方向Ｚからみたとき、一対の脚部３３の間であって、基体部３１の略中央に配されている。また、図１０に示すごとく、突出面３８は、軸方向Ｚから見たとき、コイル２の内周輪郭を覆うように形成されている。また、本例において、軸方向Ｚから見たとき、突出面３８の輪郭は、コイル２の外周輪郭の内側に位置している。径方向において、突出面３８における、コイル２の内周側の領域が、基体部３１の対向面３４である。

脚部３３における第２コア部材３７側の端面３３１は、突出面３８よりも、基体部３１から突出している。突出面３８と、脚部３３における第２コア部材３７側の端面３３１とは、研磨加工された研磨面３９である。突出面３８と脚部３３の端面３３１とは、軸方向Ｚに直交する方向に平坦な面となるように研磨加工されている。

その他は、参考例と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、インダクタンスに影響を及ぼす一対の対向面３４、３５間の間隔を管理しやすい。すなわち、対向面３４は、突出面３８の一部であるため、研磨のための砥石等が脚部３３に干渉しないように対向面３４の全体を研磨することができる。また、対向面３５は、平板状の基体部３２の主面の一部であるので、研磨しやすい。また、第１コア部材３６と第２コア部材３７とを組み合わせたときに当接する、端面３３１と基体部３２の主面の部位とも、研磨しやすい。それゆえ、一対の対向面３４、３５間の間隔を管理しやすい。これに伴い、コイル部品１のインダクタンスの調整を正確かつ容易に行うことができる。
その他、参考例と同様の作用効果を有する。

なお、参考例、実施例１においては、コイル部品をチョークコイルとしたが、本発明は、これに限られず、例えばトランス等のコイル部品に適用することもできる。

また、コイルは、導線を螺旋状に巻回された例を示したが、例えば、導線を渦巻状に巻回してもよい。
また、コイルは、金属板を打ち抜いて形成する例を示したが、例えば、プリント基板や厚銅基板に、環状の導体パターンを形成したものとすることもできる。

また、コアは、縦方向から見たとき、第１コア部材は略Ｕ字状を呈したもの、第２コア部材は略Ｉ字状を呈したものを用いたが、これに限られない。例えば、縦方向から見たとき、第１コア部材、第２コア部材が、それぞれ略Ｕ字状を呈するものを用いてもよい。

１ コイル部品
２ コイル
２０１、２０２ 端面
３ コア
３１、３２ 基体部
３３ 脚部
３４、３５ 対向面
Ｘ 軸方向

Claims (7)

1. 環状のコイル（２）と、該コイル（２）の周囲に配されたコア（３）とを備えたコイル部品（１）であって、
   上記コア（３）は、上記コイル（２）の軸方向（Ｚ）の両側に配された一対の基体部（３１、３２）と、上記コイル（２）の外周側に配された脚部（３３）とを有し、
   上記一対の基体部（３１、３２）は、上記コイル（２）の内周側の空間を介して互いに対向する一対の対向面（３４、３５）をそれぞれ備え、
   該一対の対向面（３４、３５）は、軸方向（Ｚ）において、上記コイル（２）の一対の端面（２０１、２０２）と同等又は外側の位置に形成されており、
   上記コア（３）は、径方向に開口した開口部（３０）を有し、該開口部（３０）から上記コイル（２）を上記コア（３）の内側に挿入配置することができるよう構成されており、
   上記一対の基体部（３１、３２）のうちの一方の上記基体部（３１）は、少なくとも上記対向面（３４）を含む領域に、その周囲よりも、他方の上記基体部（３２）側に突出した突出面（３８）を有し、
   上記他方の基体部（３２）は、上記一方の基体部（３１）側の面が平坦に形成されており、
   上記コア（３）は、上記コイル（２）の内周側には配されておらず、
   上記一対の対向面（３４、３５）の間の距離（Ｄ）は、上記基体部（３１、３２）の厚み（Ｔ）よりも小さいことを特徴とするコイル部品（１）。
2. 上記突出面（３８）は、上記コイル（２）に軸方向（Ｚ）に重なるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品（１）。
3. 上記コイル（２）は、軸方向（Ｚ）において、上記基体部（３１、３２）に、絶縁部材を介して当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品（１）。
4. 上記絶縁部材は、可撓性を有する絶縁シート（４）からなることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品（１）。
5. 上記コイル（２）は、複数回巻回されると共に軸方向（Ｚ）に積層された形状を有し、軸方向（Ｚ）に隣り合う導体部同士の間に、可撓性を有する絶縁シート（４）が介在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル部品（１）。
6. 上記コイル（２）は、巻回方向に直交する平面による断面形状において、径方向の長さ（Ｗ）よりも軸方向（Ｚ）の長さ（Ｈ）の方が短いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコイル部品（１）。
7. 上記コア（３）は、上記一方の基体部（３１）と上記脚部（３３）とを備えた第１コア部材（３６）と、上記他方の基体部（３２）を構成する板状の第２コア部材（３７）とを、軸方向（Ｚ）に組み合わせてなり、上記第１コア部材（３６）は、上記基体部（３１）に上記突出面（３８）を有し、該突出面（３８）と、上記脚部（３３）における上記第２コア部材（３７）側の端面（３３１）とは、研磨加工された研磨面（３９）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイル部品（１）。

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