JP6565747B2

JP6565747B2 - コイル装置

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Publication number: JP6565747B2
Application number: JP2016048640A
Authority: JP
Inventors: 瞬芦澤; 友成　寿緒; 寿緒友成; 裕文麻生; 恵美伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017163099A; US20170263373A1; US10629363B2

Description

本発明は、巻芯部と一対の鍔部とから成る開磁路型のコア部材を有するコイル装置に関する。

インダクタンスなどの磁気特性を向上させるためには、たとえば下記の特許文献１の段落０００８にも示すように、磁性体の断面積を大きくすることが常識であった。たとえば巻芯部と一対の鍔部とから成る開磁路型のコア部材を有するコイル装置でも、巻芯部の横断面積を大きくすることで、インダクタンスなどの磁気特性が単純に大きくなると考えられていた。

特開２０１１−１９２７２９号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、従来とは異なる考え方でインダクタンスなどの磁気特性を向上させることが可能なコイル装置を提供することである。

本発明者等は、開磁路型のコイル装置について鋭意検討した結果、一対の鍔部の対向面の重複投影面積と巻芯部の断面積との間の比率を特定の比率に設定することで、インダクタンスなどの磁気特性を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係るコイル装置は、
ワイヤが巻回されてコイル部が形成してある巻芯部と、
前記巻芯部の軸芯方向の両側にそれぞれ形成してある開磁路型の第１鍔部および第２鍔部と、
前記コイル部の外周側で、前記軸芯方向に相互に向かい合う前記第１鍔部の第１対向面および前記第２鍔部の第２対向面と、を有するコイル装置であって、
前記軸芯方向から見て、前記巻芯部の最大横断面積をＳ１とし、
前記軸芯方向から見て、前記第１対向面と前記第２対向面とが重複する投影重複面積をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２が０．２〜１．０であることを特徴とする。

好ましくは、Ｓ１／Ｓ２が０．３〜１．０、さらに好ましくは０．３〜０．７である。このような範囲である時に、インダクタンスなどの磁気特性が向上する。このような範囲である場合に、インダクタンスなどの磁気特性が向上する理由は必ずしも明らかではないが、たとえば以下のように考えられる。

すなわち、従来とは異なり、巻芯部の断面積を小さくすることで、第１対向面と前記第２対向面とが重複する投影重複面積が相対的に大きくなり、相互に向き合っている対向面間で空間磁路が形成され、その影響が大きくなるためではないかと考えられる。上述したインダクタンスなどの磁気特性の向上は、特に、コイル装置が小さい場合に顕著に表れる。

好ましくは、前記巻芯部の軸芯方向の長さをＬ１とし、前記第１鍔部の軸芯方向の厚みＴ１とし、前記第２鍔部の軸芯方向の厚みＴ２とした場合に、前記コイル装置の全長Ｌ０＝Ｌ１＋Ｔ１＋Ｔ２が１０ｍｍ以下である。このような場合に、本発明の作用が顕著に表れる。

また好ましくは、前記第１鍔部の最大高さをＨ１とし、前記第２鍔部の最大高さをＨ２とし、前記第１鍔部の最大幅をＷ１とし、前記第２鍔部の最大幅をＷ２とした場合に、前記最大高さＨ１およびＨ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下であり、前記最大幅Ｗ１およびＷ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下である。このような場合に、本発明の作用が顕著に表れる。

図１は本発明の一実施形態に係るコイル装置の概略斜視図である。図２は図１に示すII−II線に沿うコイル装置の縦断面図である。図３は図２に示すIII−III線に沿うコイル装置の横断面図である。図４はコイル装置の巻芯部の面積Ｓ１と鍔部対向面相互間の投影面積Ｓ２との関係を示すグラフである。図５は本発明の他の実施形態に係るコイル装置の概略縦断面図である。図６は本発明のさらに他の実施形態に係るコイル装置の概略縦断面図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１に示す本発明の一実施形態に係るコイル装置２は、たとえばコモンモードフィルタなどの信号系コイル、あるいは電源系コイル、信号系ビーズなどとして用いられる。このコイル装置２は、Ｘ軸方向に軸芯を持つ巻芯部４と、巻芯部４のＸ軸方向の両側にそれぞれ形成してある開磁路型の第１鍔部６および第２鍔部８と、を有する。なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直である。

巻芯部４の外周には、単一または複数のワイヤ１０が一層または多層に巻回してある。図示する実施形態では、巻芯部４の外周には、単一のワイヤ１０がらせん状に一層で巻回してありコイル部１２を構成しているが、これに限定されない。ワイヤ１２の第１端１０ａは、第１鍔部６の外面に形成してある第１端子電極７に電気的に接続して固定してある。ワイヤ１０の第１端１０ａとは反対側に位置する第２端１０ｂは、第２鍔部８の外面に形成してある第２端子電極９に電気的に接続して固定してある。

ワイヤ１０としては、特に限定されず、樹脂被覆ワイヤなどを用いることができる。また、ワイヤ１０の線径は、特に限定されないが、０．０１〜０．１ｍｍが好ましい。

巻芯部４と一対の鍔部とは、ドラムコアとして一体に成形してあり、たとえばフェライト、金属磁性体などの磁性体、あるいは、アルミナなどの非磁性体で構成しても良い。ドラムコアは、好ましくは、比透磁率μが５０以上、さらに好ましくは１００以上、特に好ましくは２００以上の磁性体材料で構成されることが好ましい。

また、本実施形態において、コイル装置２のサイズは、特に限定されないが、特にサイズが小さい場合に有効である。たとえば図２に示すように、巻芯部４のＸ軸方向の長さをＬ１とし、第１鍔部６のＸ軸方向の厚みＴ１とし、第２鍔部８のＸ軸方向の厚みＴ２とした場合に、コイル装置２の全長Ｌ０＝Ｌ１＋Ｔ１＋Ｔ２が１０ｍｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、全長Ｌ０は、０．４〜１０．０ｍｍである。このような場合に、後述する作用効果が顕著に表れる。

また好ましくは、図２に示すように、第１鍔部６の最大高さ（Ｚ軸方向）をＨ１とし、第２鍔部８の最大高さをＨ２とし、図１に示すように、第１鍔部６の最大幅（Ｙ軸方向）をＷ１とし、第２鍔部８の最大幅をＷ２とした場合に、最大高さＨ１およびＨ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下であり、最大幅Ｗ１およびＷ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下である。

本実施形態では、図３に示すように、巻芯部４の横断面積に比較して、第１鍔部６のＹ軸およびＺ軸方向のサイズが大きく、コイル部１２の外周側の第１鍔部の内面（巻芯部側）には、比較的に大きな面積の第１対向面２０が形成される。図３では、第１対向面２０のみが図示してあるが、図１および図２に示す第２鍔部８においても、第１対向面２０に対してＸ軸方向に対向する第２対向面３０が、第２鍔部８の内面に同様にして形成してある。

本実施形態においては、第１対向面２０と第２対向面３０の各面積は、同じであるが、図５に示すコイル装置２Ａに示すように、一方の第１鍔部６ＡのＹ軸方向および／またはＺ軸方向のサイズを大きくして、第１対向面２０Ａの面積を第２対向面３０よりも大きくしても良い。あるいは、逆に第２対向面の面積を第１対向面の面積よりも大きくしても良い。

また、たとえば図６に示すコイル装置２Ｂに示すように、第１鍔部６Ｂの第１対向面２０Ｂおよび第２鍔部８Ｂの第２対向面３０Ｂの少なくとも一方には、Ｚ軸およびＹ軸に平行な平面に対して傾斜する面取り部４０、またはその他の傾斜面、あるいは、Ｒ部などの曲面が形成してあっても良い。

さらに、本実施形態では、巻芯部４の横断面形状は、略四角形状であるが、特に限定されず、その他の多角形、あるいは円形、楕円形、その他の形状であっても良い。また、鍔部６，８の横断面形状も、四角に限定されず、その他の多角形、あるいは円形、楕円形、その他の形状であっても良い。

図２に示す第１鍔部６のＸ軸方向厚みＴ１と第２鍔部８のＸ軸方向厚みＴ２とは、同じでも異なっていても良く、強度が維持できる程度の厚みがあれば良い。また、巻芯部４は、本実施形態では、Ｘ軸方向に沿って横断面の面積が変化しないが、たとえばＸ軸方向の中央部において最も横断面積が大きくなるなどのように変化していても良い。

いずれにしても、本実施形態では、Ｘ軸方向から見て、巻芯部４の最大横断面積をＳ１とし、Ｘ軸方向から見て、コイル部１２の外周側で、Ｘ軸方向に相互に向き合う第１対向面２０と第２対向面３０とが重複する投影重複面積をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２が０．２〜１．０、好ましくは、Ｓ１／Ｓ２が０．３〜１．０、さらに好ましくは０．３〜０．７である。

図４に示すように、Ｓ１／Ｓ２が上述した範囲である時に、インダクタンスＬなどの磁気特性が向上する。なお、Ｓ１／Ｓ２が小さすぎると、巻芯部の横断面積が小さくなりすぎて、機械的強度が低下しすぎる傾向にある。なお、上述した範囲である場合に、インダクタンスなどの磁気特性が向上する理由は必ずしも明らかではないが、たとえば以下のように考えられる。

すなわち、従来とは異なり、巻芯部４の断面積を小さくすることで、第１対向面２０と第２対向面３０とが重複する投影重複面積が相対的に大きくなり、相互に向き合っている対向面２０，３０間で空間磁路が形成され、その影響が大きくなるためではないかと考えられる。上述したインダクタンスなどの磁気特性の向上は、特に、コイル装置２，２Ａ，２Ｂが小さい場合に顕著に表れる。

なお、図４は、以下の条件で行った結果である。すなわち、図１に示す鍔部６，８のＹ軸方向の幅Ｗ１＝Ｗ２＝０．３３ｍｍ、図２に示すＬ１＝０．４４ｍｍ、Ｔ１＝Ｔ２＝０．１３ｍｍ、Ｈ１＝Ｈ２＝０．４３ｍｍのドラムコアを準備した。

ワイヤ１０としては、線径がφ０．０１〜φ０．１ｍｍのポリウレタン銅製ワイヤを用いて、巻芯部４に一層で巻回した。巻芯部４の最大横断面積Ｓ１を変化させた以外は、同様なコイル装置のサンプルを作製し、各コイル装置のサンプルについて、インダクタンスＬを、インピーダンスアナライザを用いて測定した。その結果を図４に示す。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

２，２Ａ，２Ｂ… コイル装置
４… 巻芯部
６，６Ａ，６Ｂ… 第１鍔部
７… 第１端子電極
８，８Ｂ… 第２鍔部
９… 第２端子電極
１０… ワイヤ
１２… コイル部
２０，２０Ａ，２０Ｂ… 第１対向面
３０，３０Ｂ… 第２対向面
４０… 面取り部

Claims

ワイヤが巻回されてコイル部が形成してある巻芯部と、
前記巻芯部の軸芯方向の両側にそれぞれ形成してある第１鍔部および第２鍔部と、
前記コイル部の外周側で、前記軸芯方向に相互に向かい合う前記第１鍔部の第１対向面および前記第２鍔部の第２対向面と、を有する開磁路型のコイル装置であって、
前記軸芯方向から見て、前記巻芯部の最大横断面積をＳ１とし、
前記軸芯方向から見て、前記第１対向面と前記第２対向面とが重複する投影重複面積をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２が０．２〜１．０であり、
相互に向き合っている前記第１対向面と前記第２対向面との間で、空間磁路が形成されているコイル装置。
前記巻芯部の軸芯方向の長さをＬ１とし、前記第１鍔部の軸芯方向の厚みＴ１とし、前記第２鍔部の軸芯方向の厚みＴ２とした場合に、前記コイル装置の全長Ｌ０＝Ｌ１＋Ｔ１＋Ｔ２が１０ｍｍ以下である請求項１に記載のコイル装置。
前記第１鍔部の最大高さをＨ１とし、前記第２鍔部の最大高さをＨ２とし、前記第１鍔部の最大幅をＷ１とし、前記第２鍔部の最大幅をＷ２とした場合に、前記最大高さＨ１およびＨ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下であり、前記最大幅Ｗ１およびＷ２の内の小さい方の寸法が、５ｍｍ以下である請求項１または２に記載のコイル装置。
ワイヤが巻回されてコイル部が形成してある巻芯部と、
前記巻芯部の軸芯方向の両側にそれぞれ形成してある第１鍔部および第２鍔部と、
前記コイル部の外周側で、前記軸芯方向に相互に向かい合う前記第１鍔部の第１対向面および前記第２鍔部の第２対向面と、を有する開磁路型のコイル装置であって、
前記軸芯方向から見て、前記巻芯部の最大横断面積をＳ１とし、
前記軸芯方向から見て、前記第１対向面と前記第２対向面とが重複する投影重複面積をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２が０．３〜１．０であり、
相互に向き合っている前記第１対向面と前記第２対向面との間で、空間磁路が形成されているコイル装置。