JP6743681B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばリーケージトランスなどのトランスとして好適に利用可能なコイル装置に関する。

コイル装置は、様々の電気製品に、様々な用途で用いられている。たとえば、ＥＶ（Electric Vehicle：電動輸送機器）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle：プラグインハイブリッド自動車）あるいはコミュータ（車両）用の車載用充電器、あるいはＬＬＣ回路などにおいて、コイル装置が用いられ、リーケージトランスなどのトランスとして一般に用いられている。

コイル装置としては、たとえば下記に示す特許文献１に示すコイル装置が知られている。特許文献１に示すコイル装置では、リーケージ特性の調整が容易であり、大電流化を図りながら高周波化に対応できる。

しかしながら、特許文献１に示すコイル装置では、一次コイルと二次コイルとが巻回軸方向に隣り合って配列してあり、これらの巻き数比が異なる場合などには、これらのコイル間の結合が低くなり易く、リーケージ特性が安定しない場合があることが判明した。特に近年では、コイル装置に印加される電圧の高周波化に伴い、高周波帯におけるリーケージ特性の安定が課題となっている。

特開２０１５−６５４１３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、リーケージ特性が安定なコイル装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るコイル装置は、
第１コイル部と、
前記第１コイル部を構成するワイヤと同じ共通ワイヤで構成してあり、前記第１コイル部とは巻回軸に沿って離れて配置してある第２コイル部と、
前記巻回軸に沿って、前記第１コイル部と第２コイル部との間に位置し、前記共通ワイヤとは異なる中間ワイヤで構成してある中間コイル部とを有する。

本発明に係るコイル装置では、中間コイル部を、第１コイル部と第２コイル部とで挟む構造である。そのため、これらのコイル間の結合を高くすることができ、リーケージ特性の安定化を図ることが容易となる。また、高周波帯においても、安定したリーケージ特性を得ることができるコイル装置を実現することができる。

また、第１コイル部と第２コイル部とは、共通ワイヤで連続して形成してある。このような構成とすることにより、第１コイル部および第２コイル部のいずれか一方に、電流が偏って流れることが防止できる。電流が偏って流れることが防止されるため、いずれか一方のコイル部が異常発熱することを防止することができる。また、第１コイル部および第２コイル部を別々のワイヤで構成する場合に比較して、第１コイル部および第２コイル部を構成する共通ワイヤのワイヤ長を短くすることが可能になり、銅損を小さくすることができる。銅損を小さくできれば、効率が向上し、発熱も低減することができる。

好ましくは、前記共通ワイヤは、ボビンにα巻きされている。このような構成とすることで、単一の共通ワイヤを用いて、巻回軸方向に離れて配置される第１コイル部と第２コイル部とを容易に形成することができる。また、第１コイル部と第２コイル部とでコイルの巻き数を同じにすることも容易であり、また、巻き数を変化させることも容易である。

さらに、各第１および第２コイル部において、巻回軸方向に沿って単一のワイヤのみが存在するようにボビンの鍔部の間隔を調整することで、一層当たりのワイヤの巻回数のバラツキを防止することが容易になり、リーケージ特性の安定化に寄与する。すなわち、一次コイルと二次コイルとの結合係数を厳密に制御することが容易になる。

また、α巻きは、巻数を増大させても、巻軸方向の層数を少なくすることができるために、コイル装置の低背化、小型化に寄与する。さらにα巻きにすることで巻線中心部からのワイヤ引き出しがなくなるため、ワイヤが重ならないことからコイル装置の低背化に寄与する。

前記第１コイル部および前記第２コイル部における前記共通ワイヤの巻数と前記中間コイル部における前記中間ワイヤの巻数とが異なっていてもよい。本発明のコイル装置では、各コイル間の結合が高いため、上記構成とした場合であっても、リーケージ特性の安定化を図ることが容易である。すなわち、本願発明によれば、第１コイル部および第２コイル部における共通ワイヤの巻数と、中間コイル部における中間ワイヤの巻数との巻数比が大きい場合に顕著な効果が得られる。上記構成とした場合、第１コイル部および第２コイル部を複数ターンで構成し、中間コイル部を１ターンで構成してもよい。なお、従来のコイル装置では、一次コイルと二次コイルとの巻数比を大きくすると、各コイル間の結合が低くなり、リーケージ特性の安定化を図ることが困難となり得る。

好ましくは、前記共通ワイヤは、前記第１コイル部と前記第２コイル部との間を前記巻回軸方向に延びるコイル間接続部を有する。第１コイル部と第２コイル部とが共通ワイヤで連続して形成してあるため、共通ワイヤには、第１コイル部と第２コイル部との間を巻回軸方向に延びるコイル間接続部が形成される。

好ましくは、前記コイル間接続部は、前記中間コイル部の内側を通過している。その場合には、最初に共通ワイヤを用いて第１コイル部および第２コイル部を構成し、次いで中間ワイヤをボビンに巻回して、中間コイル部を構成することになる。この場合に、コイル間接続部が、中間コイル部の内側を通過することになる。

なお、最初に中間ワイヤを巻回して中間コイル部を構成し、次いで共通ワイヤを巻回して、第１コイル部および第２コイル部を構成する態様も考えられる。この場合、コイル間接続部は、中間コイル部の外側を通過することになる。

本発明のコイル装置は、前記コイル間接続部を前記中間コイル部から絶縁するための第１絶縁カバーを有していてもよい。コイル間接続部と中間コイル部とが隔離されるように、第１絶縁カバーを介在させることで、両者の絶縁を確実にすることができる。

前記中間ワイヤのリード部は、前記巻回軸方向に延びる立上部を有してもよい。好ましくは、前記立上部と前記第１コイル部との間には、第２絶縁カバーが介在してある。この立上部は、コイルの上方に向かって引き出される途中で、第１コイル部と隔離されるように、第２絶縁カバーを介在させることで、両者の絶縁を確実に図ることができる。

前記共通ワイヤは、一次コイルまたは二次コイルの内のいずれか一方を構成し、前記中間ワイヤは、一次コイルまたは二次コイルの内のいずれか他方を構成してもよい。このように構成することで、第１コイル部と第２コイル部とを一次コイルとし、中間コイル部を二次コイルとすること、または、中間コイル部を一次コイルとし、第１コイル部と第２コイル部とを二次コイルとすることができる。

図１は本発明の一実施形態に係るコイル装置としてのトランスの斜視図である。 図２は図１に示すトランスの分解斜視図である。 図３は図１に示すトランスからケースを取り外したときの斜視図である。 図４は図３に示すトランスからコアを取り外したときの斜視図である。 図５は図１に示すV−V線に沿うトランスの要部断面図である。 図６Ａは図１に示すVI−VI線に沿うトランスの要部断面図である。 図６Ｂは図１に示すVI−VI線に沿うボビンの要部断面図である。 図７Ａは図１に示すトランスにおけるボビン等の斜視図である。 図７Ｂは図７Ａに示すボビン等を別角度から見たときの斜視図である。 図７Ｃは図６Ａに示す絶縁カバー等の斜視図である。 図７Ｄは図６Ａに示す他の絶縁カバーの斜視図である。 図８Ａは図７Ａに示すボビンに巻回される共通ワイヤおよび中間ワイヤの一例を示す斜視図である。 図８Ｂは図８Ａに示す共通ワイヤおよび中間ワイヤと図７Ｃおよび図７Ｄに示す絶縁カバーの位置関係を示す斜視図である。 図８Ｃは図８Ｂに示す共通ワイヤ等を別の角度から見たときの斜視図である。 図９は図８Ａに示す共通ワイヤおよび中間ワイヤの側面図である。 図１０は図８Ａに示す共通ワイヤおよび中間ワイヤの分解斜視図である。 図１１は図１に示すトランスの等価回路を示す回路図である。

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に示す本実施形態に係るコイル装置としてのトランス１０は、たとえばＥＶ（Electric Vehicle：電動輸送機器）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle：プラグインハイブリッド自動車）、あるいはコミュータ（車両）用の車載用充電器などに用いられ、たとえばＬＬＣ回路の一部を構成するために用いられる。

図２に示すように、このトランス１０は、ボビン２０と、磁性コア４０ａおよび４０ｂと、カバー５０と、引出ワイヤカバー６０と、台座７０と、これらを内部に収容するケース９０と、底板９２とを有する。なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直であり、Ｚ軸は、トランス１０の高さ（厚み）に対応する。本実施形態では、トランス１０のＺ軸方向の下方が、トランスの設置面となる。また、Ｙ軸は、磁性コア４０ａ，４０ｂにおけるベース部４４ａ，４４ｂの長手方向に一致する。さらに、Ｘ軸は、ボビン２０の長手方向に一致するようになっている。

本実施形態では、底板９２がケース９０の底部開口部に、カシメや接着などの手段で取り付けられて、上部が開放してあるケース９０が構成される。底板９２は、放熱性に優れたアルミニウム銅、鉄などの金属で構成してあることが好ましいが、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴなどで構成しても良い。底板９２には、後述する磁性コア４０のＺ軸方向の下端面が接触することから、底板９２は、放熱性に優れた材質で構成されることが好ましい。ケース９０の下方には、底板９２を介して、あるいは、直接に冷却パイプ、冷却フィンなどの冷却装置を装着しても良い。

ケース９０の四隅におけるＺ軸方向の中間部付近には、ボス部９１が形成してある。ボス部９１には、たとえばボルト孔が形成してある。ケース９０自体は、金属で構成されるが、合成樹脂などで構成されてもよい。なお、底板９２とケース９０とをアルミニウムのダイキャスト成形などにより一体成形しても良い。ケース全体を金属で構成することにより、放熱性がさらに高められる。

ケース９０の内部には、放熱用樹脂が充填してあってもよい。放熱用樹脂としては、特に限定されないが、たとえば熱伝導率が０．５〜５、好ましくは１〜３Ｗ／ｍ・Ｋである放熱性に優れた樹脂が好ましい。放熱性に優れた樹脂としては、たとえばシリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂などがあるが、中でも、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂が好ましい。また、放熱性を高めるために、樹脂中には、熱伝導性の高いフィラーを充填させても良い。

また、本実施形態の放熱用樹脂は、ショアＡ硬度が１００以下、好ましくは６０以下であることが好ましい。磁性コア４０ａ，４０ｂやボビン２０が熱により変形したとしても、その変形を吸収し、磁性コア４０ａ，４０ｂに過大な応力を発生させないようにするためである。このような樹脂としては、ポッティング樹脂が例示される。

図５および図６Ａに示すように、ボビン２０のボビン本体２１回りに巻回してあるコイル３００は、コイル３００の巻回軸（Ｚ軸と略平行）に沿って、第１コイル部３０１と、第２コイル部３０２と、これらの第１コイル部３０１と第２コイル部３０２との間に位置する中間コイル部３０３とを有する。すなわち、本実施形態では、コイル３００の巻回軸（Ｚ軸方向）に沿って、中間コイル部３０３が第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とで挟まれている。

中間コイル部３０３は、中間ワイヤ３７で構成してあり、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２は、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とを形成するための共通ワイヤ３８で構成してある。

本実施形態では、共通ワイヤ３８は一次コイルを構成し、中間ワイヤ３７は二次コイルを構成する。すなわち、図１１に示すように、共通ワイヤ３８で構成される第１コイル部３０１および第２コイル部３０２が１次側巻線、中間ワイヤ３７で構成される中間コイル部３０３が二次側巻線となることにより、両者間でトランスが形成される。

本実施形態では、一次コイルには、二次コイルに比較して高電圧が作用し、二次コイルには比較的に低電圧が作用する。ここで、図１１に示すＬａは漏れインダクタンスである。

ワイヤ３７，３８は、それぞれ単線で構成されてもよく、あるいはそれぞれ撚り線で構成されてもよく、あるいは一方が単線で他方が撚り線であってもよい。各ワイヤ３７，３８は、同じ材質で構成されていても異なっていても良い。ワイヤ３７，３８の外径は、特に限定されないが、好ましくは１．０〜４．０ｍｍの範囲である。本実施形態では、二次コイルに流れる電流が大きくなるために、中間ワイヤ３７の外径が、共通ワイヤ３８の外径よりも大きく、たとえば３．０〜４．０ｍｍが好ましい。また、各ワイヤ３７，３８には、絶縁被膜が形成してあることが好ましい。

図１に示す第１リード部３７ａ，３７ｂは、図５および図６Ａに示す中間ワイヤ３７の両端部であり、図１に示す第２リード部３８ａ，３８ｂは、図５および図６Ａに示す共通ワイヤ３８の両端部である。図１に示すように、第１リード部３７ａ，３７ｂおよび第２リード部３８ａ，３８ｂの各端部には、たとえば金属端子で構成された端子９４がハンダ付けなどで接続され、それぞれのワイヤ３７および３８の両端が端子９４に電気的に接続してある。

本実施形態では、中間コイル部３０３を構成する中間ワイヤ３７の巻数をｎ２とした場合に、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２における共通ワイヤ３８の合計巻数ｎ１は、好ましくは巻き数ｎ２の２倍以上、３倍以上でもよく、５倍以上、６倍以上でもよい。本実施形態では、これらの巻き数の比率（ｎ１／ｎ２）が大きい場合でも、結合係数を比較的に大きくすることが可能であり、リーケージ特性の安定化に寄与する。

第１コイル部３０１および第２コイル部３０２における共通ワイヤ３８の合計巻数ｎ１は、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２に略均等に分けられることが好ましいが、多少異なっていても良い。すなわち、第１コイル部３０１における共通ワイヤ３８の巻き数は、（０．３〜０．７）×ｎ１であることが好ましく、第２コイル部３０２における共通ワイヤ３８の巻き数は、（０．７〜０．３）×ｎ１であることが好ましい。一次コイルと二次コイルとの結合係数を向上させるためである。

図９に示すように、共通ワイヤ３８は、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２との間を巻回軸（Ｚ軸）方向に延びるコイル間接続部３８０を有する。本実施形態では、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とが共通ワイヤ３８で連続して形成してあるため、共通ワイヤ３８には、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２の間を巻回軸方向に延びるコイル間接続部３８０が形成されることになる。

図６Ａおよび図９に示すように、コイル間接続部３８０は、中間コイル部３０３の内側を通過している。詳細については後述するが、本実施形態では、最初に共通ワイヤ３８をボビン２０に巻回して、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を構成し、次いで中間ワイヤ３７をボビン２０に巻回して、中間コイル部３０３を構成している。

このような態様でコイル３００をボビン２０に装着した場合、コイル間接続部３８０は、中間コイル部３０３の内側を通過することになる。この場合、図６Ａに示すように、コイル間接続部３８０を中間コイル部３０３から絶縁するために、第１絶縁カバー８１が、ボビン２０に装着してある。第１絶縁カバー８１については、後で詳細に説明する。

図６Ａに示すように、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２からは１対の第１リード部３８ａ，３８ｂが引き出されている。また、中間コイル部３０３からは１対の第１リード部３７ａ，３７ｂが引き出されている。

より詳細には、図８Ａに示すように、中間ワイヤ３７の両端に形成してある第１リード部３７ａ，３７ｂは、コイル３００の巻回軸（Ｚ軸）方向に延びる立上部３７１ａ，３７１ｂと、１対の第１リード部３７ａ，３７ｂ同士の間隔が狭まる方向に向かう方向変化部３７２ａ，３７２ｂと、コイル３００から遠ざかる方向（Ｘ軸）に延びる引出本体部３７３ａ，３７３ｂとを有する。

なお、立上部３７１ａ，３７１ｂは、Ｚ軸に対して必ずしも平行ではなく傾斜していてもよい。また、引出本体部３７３ａ，３７３ｂもＸ軸に対して必ずしも平行ではなく、Ｙ軸および／またはＺ軸方向に傾斜していてもよい。また、方向変化部３７２ａ，３７２ｂは、立上部３７１ａ，３７１ｂの向かう方向を引出本体部３７３ａ，３７３ｂの向かう方向に変換する部分であり、直線状でも曲線状でもよい。

本実施形態では、引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士の間隔が、立上部３７１ａ，３７１ｂ同士の隙間間隔よりも狭くなるように構成されている。より詳細には、引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士の隙間間隔Ｗ１は、好ましくは０〜１ｍｍである。また、引出本体部３７３ａ，３７３ｂのＸ軸方向の長さＬ１は、好ましくは２０〜１００ｍｍである。隙間間隔Ｗ１を小さくするほど、二次側コイルのリーケージを小さくすることができる。また、引出本体部３７３ａ，３７３ｂのＸ軸方向の長さＬ１は、長くなるほどリーケージが大きくなる傾向にあるために、必要最小限が好ましい。

また、図８Ａに示すように、共通ワイヤ３８の両端に形成してある第２リード部３８ａ，３８ｂは、コイル３００の巻回軸（Ｚ軸）方向に延びる立上部３８１ａ，３８１ｂと、１対の第２リード部３８ａ，３８ｂ同士の間隔が広がる方向に向かう方向変化部３８２ａ，３８２ｂと、コイル３００から遠ざかる方向（Ｙ軸）に延びる引出本体部３８３ａ，３８３ｂとを有する。

なお、立上部３８１ａ，３８１ｂは、Ｚ軸に対して必ずしも平行ではなく傾斜していてもよい。また、引出本体部３８３ａ，３８３ｂもＸ軸に対して必ずしも平行ではなく、Ｙ軸および／またはＺ軸方向に傾斜していてもよい。また、方向変化部３８２ａ，３８２ｂは、方向変化部３７２ａ，３７２ｂと同様であり、直線状でも曲線状でもよい。

本実施形態では、引出本体部３８３ａ，３８３ｂ同士の間隔が、立上部３８１ａ，３８１ｂ同士の隙間間隔よりも広くなるように構成されている。より詳細には、引出本体部３８３ａ，３８３ｂ同士の隙間間隔Ｗ２は、引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士の隙間間隔Ｗ１よりも広く、好ましくは１〜５ｍｍである。また、引出本体部３８３ａ，３８３ｂのＸ軸方向の長さＬ２は、引出本体部３７３ａ，３７３ｂのＸ軸方向の長さＬ１と略同等である。

なお、本実施形態では、引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士の間隔、および引出本体部３８３ａ，３８３ｂ同士の間隔が、その長手方向各部において一定となっているが、異なっていてもよい。すなわち、引出本体部３７３ａ，３７３ｂあるいは引出本体部３８３ａ，３８３ｂは、必ずしも平行に延びていなくてもよい。ただし、トランス１０のリーケージ特性を良好にする観点では、引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士の隙間間隔Ｗ１を小さくし、隙間間隔Ｗ１が長手方向に沿って一定であることが好ましい。

図７Ａに示すように、ボビン２０は、ボビン本体２１と、ボビン本体２１のＸ軸方向の両端上部に一体に成形してある端子台２２，２３とを有する。ボビン２０は、たとえばＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＬＣＰ、ナイロンなどのプラスチックで構成してあるが、その他の絶縁部材で構成されても良い。ただし、本実施形態では、ボビン２０としては、たとえば１Ｗ／ｍ・Ｋ以上に熱伝導率が高いプラスチックで構成することが好ましく、たとえばＰＰＳ、ナイロンなどで構成してある。

端子台２２，２３は、側壁部２２１，２３１と、それぞれＸ軸方向の両端に形成してある一対の係止部２２２，２３２と、を有する。側壁部２２１，２３１は、第１リード部３７ａ，３７ｂおよび第２リード部３８ａ，３８ｂが引き出される側を除き、端子台２２，２３の周縁を包囲するように形成してある。側壁部２２１，２３１のＹ軸方向の両外端壁には、係合突起部２２４および２３４がそれぞれ形成してある。係合突起部２２４，２３４の機能について後述する。端子台２２では、一対の係止部２２２のＹ軸方向の中間位置に分離凸部２２３が形成してある。

図７Ｂに示すように、一対の係止部２２２には、立上部３７１ａ，３７１ｂでＺ軸方向に立ち上げられた第１リード部３７ａ，３７ｂが、方向変化部３７２ａ，３７２ｂの部分でＹ軸方向の外側から内側に巻き付けられ、引出本体部３７３ａ，３７３ｂとして相互間の隙間が小さくなった状態でＸ軸方向の外側に案内される。

分離凸部２２３は、Ｚ軸から見て、略五角形の形状を持ち、Ｘ軸方向にボビン２０から離れる方向に向けて先細になる先端部を有する。分離凸部２２３は、方向変化部３７２ａ，３７２ｂ同士、または引出本体部３７３ａ，３７３ｂ同士が接触しないように分離するための部材である。なお、分離凸部２２３の形状は図示の形状に限定されるものではなく、楕円形やその他の多角形などに適宜変更してもよい。

第１リード部３７ａ，３７ｂの方向変化部３７２ａ，３７２ｂを一対の係止部２２２に係止することにより、図８Ａに示す第１リード部３７ａ，３７ｂの中間に位置する中間ワイヤ３７で構成される中間コイル部３０３の巻き解しが防止される。その状態で、第１リード部３７ａ，３７ｂをコイル３００から遠ざかる方向に引き出すことが可能となる。すなわち、本実施形態では、図７Ｂに示すように、端子台２２には、側壁部２２１と１対の係止部２２２と分離凸部２２３とにより区画された（あるいは、挟まれた）通路が形成してあり、これらの通路を通して、第１リード部３７ａ，３７ｂをボビン２０から遠ざかる方向に引き出すことが可能となる。

また、図４に示すように、一対の係止部２３２では、立上部３８１ａ，３８１ｂでＺ軸方向に立ち上げられた第２リード部３８ａ，３８ｂが、方向変化部３８２ａ，３８２ｂの部分でＹ軸方向の内側から外側に巻き付けられ、引出本体部３８３ａ，３８３ｂとして相互間の隙間が大きくなった状態でＸ軸方向の外側に案内される。端子台２３には、端子台２２に設けられた分離凸部２２３と同様な部材は具備させる必要がない。

第２リード部３８ａ，３８ｂの方向変化部３８２ａ，３８２ｂを一対の係止部２３２に係止することにより、図８Ａに示す第２リード部３８ａ，３８ｂの中間に位置する共通ワイヤ３８で構成される第１コイル部３０１および第２コイル部３０２の巻き解しが防止された状態で、第２リード部３８ａ，３８ｂをコイル３００から遠ざかる方向に引き出すことが可能となる。すなわち、本実施形態では、図７Ａに示すように、端子台２３には、側壁部２３１と１対の係止部２３２とにより区画された（あるいは、挟まれた）通路が形成してあり、これらの通路を通して、第２リード部３８ａ，３８ｂをボビン２０から遠ざかる方向に引き出すことが可能となる。

図２に示すように、端子台２２，２３のＺ軸方向の上方には、引出ワイヤカバー６０が覆い被さるように装着される。より詳細には、引出ワイヤカバー６０のＹ軸方向両端の側面には、孔６１が形成してあり、この孔６１を端子台２２，２３に形成してある係合突起部２２４,２３４に係合させることにより、引出ワイヤカバー６０を端子台２２，２３に装着することができる。これにより、第１リード部３７ａ，３７ｂおよび第２リード部３８ａ，３８ｂが端子台２２，２３の上方に不要にはみ出すことを防止することができる。

磁性コア４０ａ，４０ｂは、本実施形態では、同じ形状であり、Ｚ−Ｙ断面で断面Ｅ字形状を有し、いわゆるＥ型コアを構成する。なお、磁性コア４０ａ，４０ｂの態様は図２に示す態様に限定されるものではなく、磁性コア４０ａ，４０ｂを図中一点鎖線（Ｙ軸方向の略中央位置）に沿ってＸＺ平面に平行に切断してなる分割コアであってもよい。

Ｚ軸方向の上側に配置される磁性コア４０ａは、Ｙ軸方向に延びるベース部４４ａと、ベース部４４ａのＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出している一対の側脚部４８ａと、これらの側脚部４８ａの間でＹ軸方向の中央からＺ軸方向に突出する中脚部４６ａとを有する。Ｚ軸方向の下側に配置される磁性コア４０ｂは、Ｙ軸方向に延びるベース部４４ｂと、ベース部４４ｂのＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出している一対の側脚部４８ｂと、これらの側脚部４８ｂの間でＹ軸方向の中央からＺ軸方向に突出する中脚部４６ｂとを有する。

中脚部４６ａは、ボビン２０のコア脚用貫通孔２１ａの内部にＺ軸方向の上方から挿入されるようになっている。同様に、中脚部４６ｂは、ボビン２０のコア脚用貫通孔２１ａの内部にＺ軸方向の下方から挿入され、コア脚用貫通孔２１ａの内部において、それらの先端は、所定のギャップＧ（図５および図６Ａ参照）を挟んで向き合うように構成してある。

このように、ギャップＧを形成することにより、ギャップＧの幅に応じてリーケージ特性を調整することができる。なお、ギャップＧを形成することなく、中脚部４６ｂの先端が、コア脚用貫通孔２１ａの内部において、中脚部４６ａの先端に接触するように構成してもよい。

中脚部４６ａおよび中脚部４６ｂは、コア脚用貫通孔２１ａの内周面形状に一致するように、略楕円柱形状を有しているが、その形状は、特に限定されず、コア脚用貫通孔２１ａの形状に合わせて変化させても良い。また、側脚部４８ａ，４８ｂは、ボビン本体２１の外周面形状に合わせた内側凹曲面形状を有し、その外面は、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面を有している。本実施形態では、各コア４０ａ，４０ｂの材質は、金属、フェライト等の軟磁性材料が挙げられるが、特に限定されない。

側脚部４８ａ，４８ｂの内周面とボビン本体２１の外周面との間には、それぞれカバー５０が配置してある。カバー５０のカバー本体５２は、ボビン２０における端子台２２および２３の間に位置するボビン本体２１の外周を覆うような形状を有する。カバー本体５２のＺ軸方向の両端には、カバー本体５２からボビン本体２１に向けて略垂直方向に折り曲げられている係止片５４が一体成形してある。カバー本体５２のＺ軸方向の両側に形成してある一対の係止片５４は、図４に示すように、ボビン本体２１のＺ軸方向の上下面を挟み込むように取り付けられる。

また、カバー本体５２のＸ軸方向の両端外面には、それぞれＺ軸方向に延びる側脚ガイド片５６が一体に成形してある。一対の側脚ガイド片５６の間に位置するカバー本体５２の外面には、側脚部４８ａ，４８ｂの内面が接触し、側脚部４８ａ，４８ｂのＸ軸方向の移動が、一対の側脚ガイド片５６により制限されるようになっている。これらのカバー５０は、ボビン２０と同様なプラスチックなどの絶縁部材あるいは金属で構成してある。

図５に示すように、ボビン２０のボビン本体２１を構成する巻回筒部２８のＺ軸方向の両端には、端部隔壁鍔２４および２５が半径方向の外方に延びるように、ＸＹ平面に略平行に一体成形してある。端部隔壁鍔２４および２５のＺ軸方向の間に位置する巻回筒部２８の外周面には、巻回隔壁鍔２６および２７が径方向外方に突出するように、Ｚ軸方向に所定間隔で形成してある。これらの端部隔壁鍔２４および２５の間に形成された巻回隔壁鍔２６および２７により、これらの隔壁鍔の間には、Ｚ軸方向の下から順に、区画Ｓ１〜Ｓ３が形成される。なお、巻回隔壁鍔２６，２７および区画Ｓ１〜Ｓ３の数は、特に限定されない。

本実施形態では、区画Ｓ１，Ｓ３には、共通ワイヤ３８が連続して６ターンずつ巻回されて、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２が構成され、区画Ｓ２には中間ワイヤ３７が１ターンで巻回され、第３コイル部３０３が構成される。本実施形態では、巻回隔壁鍔２６が、第１コイル部３０１と中間コイル部３０３とをＺ軸方向に仕切る役割を果たし、巻回隔壁鍔２７が、第２コイル部３０２と中間コイル部３０３とをＺ軸方向に仕切る役割を果たす。

図５に示すように、第１コイル部３０１を構成する共通ワイヤ３８が巻回される区画Ｓ１，Ｓ３におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ１は、Ｚ軸方向に１本の共通ワイヤ３８が入り込める幅に設定してある。ただし、区画幅Ｔ１は、Ｚ軸方向に２本以上の共通ワイヤ３８が入り込める幅に設定してもよい。また、本実施形態では、区画幅Ｔ１は、全て同じであることが好ましいが、多少異なっていても良い。

また、中間コイル部３０３を構成する中間ワイヤ３７が巻回される区画Ｓ２におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ２は、Ｚ軸方向に１本の中間ワイヤ３７が入り込める幅に設定してある。ただし、区画幅Ｔ２は、Ｚ軸方向に２本以上の中間ワイヤ３７が入り込める幅に設定してもよい。また、本実施形態では、区画Ｓ２におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ２は、共通ワイヤ３８の線径に合わせて、区画幅Ｔ１と異なっていることが好ましいが、同じであってもよい。

また、隔壁鍔２４〜２７の高さ（巻軸に対して半径方向の長さ）Ｈ１は、１本以上（１層以上）のワイヤ３７または３８が入り込める高さに設定してあり、本実施形態では、好ましくは３〜８層のワイヤが巻回できる高さに設定してある。各隔壁鍔２４〜２７の高さＨ１は、全て同じであることが好ましいが、異なっていても良い。

本実施形態では、区画Ｓ１およびＳ３に巻回される共通ワイヤ３８の巻回方法はα巻であり、図９に示すコイル間接続部３８０から、図５に示す各区画Ｓ１およびＳ３に共通ワイヤ３８が通されて巻始められ、図８Ａに示す各リード部３８ａ，３８ｂに引き出される。図５に示す区画Ｓ２に巻回される中間ワイヤ３７の巻回方法は、特に限定されず、通常巻きでもα巻きでもよい。

ここで、α巻きについて説明する。たとえば図６Ａおよび図６Ｂに示すボビン２０に、共通ワイヤ３８をα巻きするには、まず、巻回隔壁鍔２６および２７の周方向一部が切り欠かれている部分に、共通ワイヤ３８のコイル間接続部３８０を通して、図５に示す区画Ｓ１と区画Ｓ３とを連絡する。そして、リード部３８ａに近い側の共通ワイヤ３８の一部は、区画Ｓ３の内部で、たとえば右回りに巻回筒部２８の外周に複数層（本実施形態では、６層）で巻回する。同時に、リード部３８ｂに近い側の共通ワイヤ３８の他の一部は、区画Ｓ１の内部で、区画Ｓ１における巻き方とは逆の方向（または同一方向でもよい）に、巻回筒部２８の外周に複数層で巻回する。なお、これらの作業は、自動巻機を用いて行っても良い。

図５に示す区画Ｓ２に巻回される中間ワイヤ３７は、図６Ａに示すように、巻回隔壁鍔２６および２７の周方向一部が切り欠かれている部分に、共通ワイヤ３８のコイル間接続部３８０を配置した後、第１絶縁カバー８１が装着され、その後に、図５に示すように、巻回隔壁鍔２６および２７の間で一巻き以上に巻回される。

図６Ａおよび図７Ａに示すように、Ｚ軸方向の最下部に位置する端部隔壁鍔２５のＸ軸方向の両端には、それぞれボビン脚部２９が一体に成形してある。各ボビン脚部２９は、端部隔壁鍔２５のＸ軸方向の両端から、Ｚ軸方向の下方に突出して形成してある。各ボビン脚部２９には、図２に示す各台座７０が収容される。各台座７０のＺ軸方向の高さは、各台座７０を各ボビン脚部２９に収容したときに、各台座７０の底面がコア部材４０ｂの底面と略面一となるように調整してある。すなわち、台座７０は高さ調整機構としての機能も有する。

図７Ａに示すように、巻回隔壁鍔２６，２７の端子台２３側には、図７Ｃに示す第１絶縁カバー８１のＹ軸方向幅よりも狭い幅で、切欠部２６４，２７４が形成してある。また、巻回隔壁鍔２６のＺ軸方向の下側表面には、切欠部２６４が形成されている周方向位置で、Ｚ軸方向に貫通しないザグリ面２６１が形成してある。また、巻回隔壁鍔２７のＺ軸方向の上側表面には、切欠部２７４が形成されている周方向位置で、Ｚ軸方向に貫通しないザグリ面２７１が形成してある。

ザグリ面２６１および２７１に沿って、図７Ｃに示す第１絶縁カバー８１が巻回隔壁鍔２６および２７の間に取り付けられ、切欠部２６４，２７４を閉じるようになっている。図７Ｃに示すように、第１絶縁カバー８１は、コイル間接続部３８０を中間コイル部３０３から絶縁するためのものである。なお、図７Ａに示すように、ザグリ面２７１には、リード係止溝２７２が形成してある。リード係止溝２７２は、第２リード部３８ｂの立上部３８１ｂの基端が係止し、立上部３８１ｂを形成しやすくしている。

図７Ｃに示すように、第１絶縁カバー８１は、円筒の一部を構成する中間部分筒８１３と、そのＺ軸方向の両端にＸ−Ｙ軸平面で平行に形成してある部分鍔８１１および８１２とを有する。中間部分筒８１３は、中間コイル部３０３を構成する中間ワイヤ３７の周方向一部が巻回される。図６Ａに示すように、中間部分筒８１３の内周面は、コイル間接続部３８０を挟んで、ボビン２０の巻回筒部２８の外周面と対向する。

第１絶縁カバー８１は、一方の部分鍔８１１が巻回隔壁部２６のザグリ面２６１に当接し、他方の部分鍔８１２が巻回隔壁部２７のザグリ面２７１に当接して、スライド挿入可能に、ボビン２０に固定される。図９に示すように、本実施形態では、コイル間接続部３８０は、中間コイル部３０３の内側を通過するが、図７Ｃに示すように、コイル間接続部３８０と中間コイル部３０３とが中間部分筒８１３を介して絶縁される。

図６Ａに示すように、端部隔壁鍔２４および巻回隔壁鍔２６の端子台２２側には、図７Ｄに示す第２絶縁カバー８２が取り付けられるように、切欠部２４４，２６４が形成してある。図８Ｂに示すように、第２絶縁カバー８２は、第１リード部３７ａ，３７ｂの立上部３７１ａ，３７１ｂと方向変化部３７２ａ，３７２ｂとを、第１コイル部３０１から絶縁するためのものである。

図７Ｄに示すように、第２絶縁カバー８２は、そのＺ軸方向の両端にＸ−Ｙ軸平面で平行に形成してある部分鍔８２１および８２２と、壁部８２３と、一対の側部８２４とを有する。側部８２４のＹ軸方向の外面には、それぞれ凸部８２５が形成してある。図６Ａに示すように、第２絶縁カバー８２は、一方の部分鍔８２１を端部隔壁部２４に形成してある溝部にはめ込み、他方の部分鍔８２２を巻回隔壁部２６のザグリ面に当接させてスライド挿入することにより、ボビン２０に固定される。

その際に、図７Ｂに示すように、第２絶縁カバー８２に形成してある凸部８２５が、巻回隔壁鍔２６のＹ軸方向端部と端部隔壁部２４のＹ軸方向端部（側壁部２２１の下端）との間に係合し、第２絶縁カバー８２がボビン２０に安定して固定される。図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、第１リード部３７ａ，３７ｂの立上部３７１ａ，３７１ｂと、第１コイル部３０１とが、第２絶縁カバー８２を介して良好に絶縁される。なお、図７Ｂに示すように、巻回隔壁鍔２７が、Ｘ軸方向の外側（ボビン２０の巻回軸から離れる方向）に張り出している張り出し部を有するため、図８Ｂおよび図８Ｃに示す中間ワイヤ３７およびその第１リード部３７ａおよび３７ｂと、第２コイル部３０２との絶縁も良好に保たれている。

これらの絶縁カバー８１，８２は、ボビン２０と同様または異なるプラスチックなどの絶縁部材で構成してある。絶縁カバー８１，８２は、ボビン２０とは別に成形されて、ボビン２０の周方向の一部に取り付けられる。

本実施形態に係るトランス１０は、図２に示す各部材を組み立てると共に、ボビン２０に中間ワイヤ３７および共通ワイヤ３８を巻回することによって製造される。以下に、トランス１０の製造方法の一例を、図２などを用いて説明する。トランス１０の作製においては、まず、ボビン２０を準備する。ボビン２０の材質は特に限定されないが、ボビン２０は、樹脂等の絶縁材料によって形成される。

次に、ボビン２０の巻回筒部２８の外周に共通ワイヤ３８をα巻により巻回し、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を形成する。第１コイル部３０１および第２コイル部３０２の形成に使用される共通ワイヤ３８としては、特に限定されないが、リッツ線等が好適に使用される。また、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を形成する際の共通ワイヤ３８の末端部である第２リード部３８ａ，３８ｂは、たとえば端子９４にハンダ付けされて接続される。

次に、共通ワイヤ３８が巻回されたボビン２０に第１絶縁カバー８１および第２絶縁カバー８２を装着する。なお、第２絶縁カバー８２は、後でボビン２０に装着してもよく、ボビン２０には、少なくとも第１絶縁カバー８１が取り付けられればよい。

次に、ボビン２０の巻回筒部２８の外周に中間ワイヤ３７を巻回し、中間コイル部３０３を形成する。中間コイル部３０３の形成に使用される中間ワイヤ３８としては、共通ワイヤ３８と同じでもよいし、異なっていてもよい。また、中間コイル部３０３を形成する際の中間ワイヤ３７の末端部である第１リード部３７ａ，３７ｂは、たとえば端子９４にハンダ付けされて接続される。

次に、中間コイル部３０３から第１リード部３７ａ，３７ｂを巻回軸上方に引き出し、係止部２２２に係止させつつ、コイル３００から遠ざかる方向に引き出す。その際には、予めボビン２０には、第２絶縁カバー８２が取り付けられている。

また、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２から第２リード部３８ａ，３８ｂを巻回軸上方に引き出し、係止部２２２，２３２に係止させつつ、コイル３００から遠ざかる方向に引き出す。そして、端子台２２，２３の上方に、引出ワイヤカバー６０を装着する。

次に、カバー５０をボビン２０におけるＹ軸方向の両側に取り付け、その後に、Ｚ軸方向の上下方向から磁性コア４０ａ，４０ｂを取り付ける。すなわち、磁性コア４０ａ，４０ｂの中脚４６ａ，４６ｂの先端同士の間にギャップＧを持たせつつ、側脚４８ａ，４８ｂの先端同士を接合する。磁性コア４０ａ，４０ｂの材質としては、金属、フェライト等の軟磁性材料が挙げられるが、特に限定されない。なお、ギャップＧは０であっても良い。

次に、台座７０をボビン脚部２９の内部に収容する。なお、ボビン脚部２９には、予め台座７０が装着してあってもよい。その後、底板９２をケース９０の底部開口部に接着し、上部が開放してあるケース９０に上記組立体を収納するとともに、ケース９０の内部に放熱用樹脂を充填する。以上のような工程により、本実施形態に係るトランス１０を製造することができる。

本実施形態に係るトランス１０では、中間コイル部３０３を、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とで挟む構造（サンドイッチ構造）である。そのため、これらのコイル部間の結合を高くすることができ、リーケージ特性の安定化を図ることが容易となる。また、高周波帯においても、安定したリーケージ特性を得ることができる高結合なトランス１０を実現することができる。

また、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とは、共通ワイヤ３８で連続して形成してある。このような構成とすることにより、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２のいずれか一方に、電流が偏って流れることが防止できる。電流が偏って流れることが防止されるため、いずれか一方のコイル部３０１または３０２が異常発熱することを防止することができる。また、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を別々のワイヤで構成する場合に比較して、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を構成する共通ワイヤ３８のワイヤ長を短くすることが可能になり、銅損を小さくすることができる。銅損を小さくできれば、効率が向上し、発熱も低減することができる。

また、本実施形態では、一次コイルと二次コイルとの結合係数が高いため、一次コイルの巻き数と二次コイルの巻き数とが大きく異なる場合であっても、リーケージ特性の安定化を図ることが容易である。すなわち、本実施形態によれば、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２における共通ワイヤ３８の巻数と、中間コイル部３０３における中間ワイヤ３７の巻数との巻数比が大きい場合でも効果が大きい。具体的には共通ワイヤ３８の合計巻数ｎ１と中間ワイヤ３７の巻数ｎ２との巻数比ｎ１／ｎ２が、２以上、３以上、５以上の場合でも、より顕著な効果が得られる。

また、本実施形態では、共通ワイヤ３８は、ボビン２０にα巻きされている。このような構成とすることで、単一の共通ワイヤ３８を用いて、巻回軸方向に離れて配置される第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とを容易に形成することができる。また、第１コイル部３０１と第２コイル部３０２とでコイルの巻き数を同じにすることも容易であり、また、巻き数を変化させることも容易である。

さらに、図５に示すように、各第１コイル部３０１および第２コイル部３０２において、巻回軸方向に沿って単一のワイヤ３８のみが存在するようにボビン２０の鍔部２４〜２７の間隔Ｔ１およびＴ２を調整することで、一層当たりのワイヤ３７および３８の巻回数のバラツキを防止することが容易になり、リーケージ特性の安定化に寄与する。すなわち、一次コイルと二次コイルとの結合係数を厳密に制御することが容易になる。

また、α巻きは、巻数を増大させても、巻軸方向の層数を少なくすることができるために、コイル装置１０の低背化、小型化に寄与する。さらにα巻きにすることで巻線中心部からのワイヤ引き出しがなくなるため、ワイヤが重ならないことからコイル装置１０の低背化に寄与する。

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。

たとえばボビン２０の外周にコイル３００を装着する他の態様としては、最初に中間ワイヤ３７をボビン２０に巻回して、中間コイル部３０３を構成し、次いで共通ワイヤ３８をボビン２０に巻回して、第１コイル部３０１および第２コイル部３０２を構成する態様も考えられる。このような態様でコイル３００をボビン２０に装着した場合、コイル間接続部３８０は、中間コイル部３０３の外側を通過することになる。

また、上述した一次コイルと二次コイルの関係は逆にしてもよい。すなわち、共通ワイヤ３８が二次コイルを構成し、中間ワイヤ３７は、一次コイルを構成してもよい。また、その場合には、各ワイヤの外径の大小関係は、上述した例と逆であってもよい。あるいは、これらのワイヤの外径は、同じであってもよい。

１０…トランス
２０…ボビン
２１…ボビン本体
２１ａ…コア脚用貫通孔
２２，２３…端子台
２２１，２３１…側壁部
２２２，２２２…係止部
２２３…分離凸部
２２４，２３４…係合突起部
２４，２５…端部隔壁鍔
２４４…切欠部
２６，２７…巻回隔壁鍔
２６１，２７１…ザグリ面
２７２…リード係止溝
２６４，２７４…切欠部
２８…巻回筒部
２９…ボビン脚部
３００…コイル部
３０１…第１コイル部
３０２…第２コイル部
３０３…中間コイル部
３７…中間ワイヤ
３７ａ，３７ｂ…第１リード部
３７１ａ，３７１ｂ…立上部
３７２ａ，３７２ｂ…方向変化部
３７３ａ，３７３ｂ…引出本体部
３８…共通ワイヤ
３８ａ，３８ｂ…第２リード部
３８１ａ，３８１ｂ…立上部
３８２ａ，３８２ｂ…方向変化部
３８３ａ，３８３ｂ…引出本体部
３８０…コイル間接続部
４０ａ，４０ｂ…磁性コア
４４ａ，４４ｂ…ベース部
４６ａ，４６ｂ…中脚部
４８ａ，４８ｂ…側脚部
５０…カバー
５２…カバー本体部
５４…係止片
５６…側脚ガイド片
６０…引出ワイヤカバー
７０…台座
８１…第１絶縁カバー
８１１，８１２…部分鍔
８１３…中間部分筒
８２…第２絶縁カバー
８２１，８２２…部分鍔
８２３…壁部
８２４…側部
８２５…凸部
９０…ケース
９１…ボス部
９２…底板
９４…端子

Claims (8)

1. 第１コイル部と、
   前記第１コイル部を構成するワイヤと同じ共通ワイヤで構成してあり、前記第１コイル部とは巻回軸に沿って離れて配置してある第２コイル部と、
   前記巻回軸に沿って、前記第１コイル部と第２コイル部との間に位置し、前記共通ワイヤとは異なる中間ワイヤで構成してある中間コイル部とを有し、
   前記第１コイル部および前記第２コイル部における前記共通ワイヤの合計巻数をｎ１としたとき、前記第１コイル部における前記共通ワイヤの巻数は（０．３〜０．７）×ｎ１であり、前記第２コイル部における前記共通ワイヤの巻数は（０．７〜０．３）×ｎ１であるコイル装置。
2. 前記共通ワイヤは、ボビンにα巻きされていることを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記第１コイル部および前記第２コイル部における前記共通ワイヤの巻数と、前記中間コイル部における前記中間ワイヤの巻数とが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル装置。
4. 前記共通ワイヤは、前記第１コイル部と前記第２コイル部との間を前記巻回軸方向に延びるコイル間接続部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコイル装置。
5. 前記コイル間接続部は、前記中間コイル部の内側を通過していることを特徴とする請求項４に記載のコイル装置。
6. 前記コイル間接続部を前記中間コイル部から絶縁するための第１絶縁カバーをさらに有する請求項４または５に記載のコイル装置。
7. 前記中間ワイヤのリード部は、前記巻回軸方向に延びる立上部を有し、
   前記立上部を前記第１コイル部から絶縁するための第２絶縁カバーをさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載のコイル装置。
8. 前記共通ワイヤは、一次コイルまたは二次コイルの内のいずれか一方を構成し、前記中間ワイヤは、一次コイルまたは二次コイルの内のいずれか他方を構成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のコイル装置。

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