JP6954302B2 - 電子部品、電源装置およびコイルの製造方法 - Google Patents
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Description
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
ベースは、基部と、基部の延在方向に対して略直交する方向に延在する脚部とを有し、
基部はクランプ部を有し、
クランプ部の隣接領域の表面に、突部を含む第1樹脂部が設けられ、
クランプ部の表面に、第2の樹脂部が設けられ、
脚部の先端が、樹脂部が設けられていない端子部とされている
電子部品である。
上述した電子部品を有する電源装置でもよい。
導電性の金属板により構成されるベースが有するクランプ部を保持部材により保持しつつ、クランプ部の隣接領域に、少なくとも突部を含む第1樹脂部を形成し、
第1樹脂部の形成後、突部を金型に当接させつつ、クランプ部を含み、ベースが有する端子部を除く箇所をモールドする第2樹脂部を形成する
コイルの製造方法である。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.変形例>
<4.応用例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
また、以下の説明では、図示の方向等を基準として上下左右等の方向を規定する表現を使用する場合があるが、これは本開示の理解を容易とするためのものであり、本開示の内容が当該方向に限定されるものではない。また、本開示の理解を容易とするために、各部材の図示の方向を適宜、変更したり、図示の大きさを適宜、変更したりする場合がある。
本開示の実施形態では、電子部品の一例として絶縁型(各種の安全規格要求に基づき1次側と2次側とが絶縁された)トランス(変圧器)を挙げて説明する。本開示の実施形態の説明の前に、一般的なトランスについて説明する。例えば、一般的な巻線型のトランスは、電線を巻回するために設けられているボビンの1次巻線スペースに1次巻線としての3層絶縁リッツ電線が、2次巻線スペースに2次巻線としてのリッツ線と呼ばれる細いウレタン銅線を束ねた電線が巻回されている。1次、2次巻線の巻数比により必要な電圧変換が行われる。
「トランスの構成例」
本開示の第1の実施形態に係るトランス(トランス1)の構成例について説明する。図1はトランス1の外観例を示す斜視図であり、図2はトランス1の分解斜視図である。
<電流周波数による表皮深さ>
周波数 30kHz 片側深さ0.38mm (両側深さ0.76mm)
周波数 65kHz 片側深さ0.26mm (両側深さ0.52mm)
周波数 100kHz 片側深さ0.21mm (両側深さ0.42mm)
周波数 200kHz 片側深さ0.15mm (両側深さ0.30mm)
周波数 300kHz 片側深さ0.12mm (両側深さ0.24mm)
金属板の厚みを0.1〜数mmとすることにより、電源回路の駆動周波数が高くなる場合にも対応することが可能となる。但し、例えば、300kHzの場合に1mmの厚みの金属板を使用してもその導体面積を有効に活用できない可能性もあるので、このような場合には金属板の厚みをより薄く(例えば0.1〜0.2mm)とすることが好ましい。
次に、1次側、2次側コイルの配置例について説明する。図5に示すように、コア20a、20bの間に、2次側コイル40a(S(Secondary)−2)と2次側コイル40b(S−1)とが配されている。2次側コイル40a、40bの間に、1次側コイル30a(P(Primary)−2)、1次側コイル30b(P−1)が上方から下方に向かって順次、配されている。
2次側コイル40に巻線を使用していないため、巻線用のスペースを設ける必要が無い。したがってトランス1の小型化を図ることができる。また、巻線スペースを確保するためにコアの磁脚長を長くする必要もなく、コアの体積が増加することに伴う損失を防止できる。また、巻線を近接して重ねることで生じ得る近接効果がないため、近接効果による損失が生じることがない。
また、プレーナ基板を使用しないため、コスト的にも優位である。また、プレーナ基板間を半田で接続する必要がないため、半田接合箇所の抵抗値の増加による損失が大きくなってしまうことがない。
また、1次側コイル30には熱融着コイルを用いることで自動巻線化が可能となる。2次側コイル40にも薄い金属板を樹脂によりモールドした部品を使用することで、これまでリッツ線を用いたコンバータトランスの生産に必要不可欠であった熟練した巻線作業者による作業を必要とせず、生産数量や人件費変動等に左右されない安価な生産システムを構築することができる。また、作業者の熟練度に寄らない安定した製品品質を実現できる。さらに、2次側コイル40を例えば2つに分割することにより、ロボットアーム等による全自動組立も容易に可能となることにより、生産コストの更なる低減も可能となる。
次に、本開示の実施形態に係るコイルの製造方法について説明する。ここでは、2次側コイル40を例にして説明する。2次側コイル40を樹脂によりモールドする成形方法としては、例えば、射出成形が挙げられる。射出成形では、金型内に2次側コイル40が収納された状態で当該金型内に樹脂が充填される。なお、樹脂は、素材を加熱すると軟化して加工でき、冷やすと固化するいわゆる熱可塑性樹脂でもよいし、素材を加熱すると軟化して加工でき、一度硬化すると加熱しても再び軟化することがないいわゆる熱硬化性樹脂でもよいし、その他の樹脂でもよい。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、特に断らない限り、第1の実施形態で説明した事項は、第2の実施形態に適用することができる。また、第1の実施形態で説明した構成と同一の構成に対しては同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、簡略化または省略する。
・巻数比倍で1次側コイル巻数の増加が可能となり、1次側インダクタンス、他電気特性の調整が容易となる。
・フェライトコアの小型化が可能となる。
例えば巻数比が8(1次):1(2次)、インダクタンス400μH、電流3A、コア有効断面積250mm2のトランス((1)のトランス)と
2次側コイルの巻数を2ターン化し、巻数比を16(1次):2(2次)とし、その他の特性を同じにしたトランス((2)のトランス)とを比較する場合、
B(飽和磁束密度)=L(インダクタンス)*I(電流)/Ae(コア有効断面積)*1次巻数により飽和磁束密度を導くと、下記の通りとなる
(1) 巻数比 8 (1次):1(2次)・・・・600mT
(2) 巻数比 16(1次):2(2次)・・・・300mT
一般的に使用されるフェライトコア材質の最大飽和磁束密度は100℃で400mT前後であるため、(1)ではトランスとして機能できないことが分かる。これ回避するためには、コア有効断面積を大きくするか巻数を増加させるかが必要となる。しかしながら、コア有効断面積を大きくすることは、小型化を阻害する要因となる。したがって、2次側コイルの巻数を複数化することによりコアの小型化が実現可能となることで、トランスの小型化にもつながる。
以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
(1)
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
前記ベースの表面が被覆され、前記端子部が露出する
電子部品。
(2)
前記ベースの表面が樹脂部により覆われている
(1)に記載の電子部品。
(3)
前記樹脂部は、突部を含む第1樹脂部と、少なくとも前記ベースにおける所定箇所をモールドする第2樹脂部とを有する
(2)に記載の電子部品。
(4)
前記所定箇所は、前記第1樹脂部を形成する際に保持部材により保持される箇所である
(3)に記載の電子部品。
(5)
前記樹脂部が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂により構成されている
(2)乃至(4)のいずれかに記載の電子部品。
(6)
前記ベースと前記端子部とが連続的に形成されている
(1)乃至(5)のいずれかに記載の電子部品。
(7)
前記コイル部が2次側のコイルである
(1)乃至(6)のいずれかに記載の電子部品。
(8)
前記2次側のコイルを複数有し、前記複数の2次側のコイル間に1次側のコイルが配されている
(7)に記載の電子部品。
(9)
前記1次側のコイルが、絶縁被覆がなされた巻線により構成されている
(8)に記載の電子部品。
(10)
コアを有する
(1)乃至(9)のいずれかに記載の電子部品。
(11)
(1)乃至(10)のいずれかに記載の電子部品を有する電源装置。
(12)
導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、前記ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
前記突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも前記所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法。
(13)
前記ベースの両面に前記突部を形成する
(12)に記載のコイルの製造方法。
(14)
前記ベースを樹脂によりモールドするとともに、組立部材を前記樹脂により形成する
(12)または(13)に記載のコイルの製造方法。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施形態に係るトランスを使用した電源ユニットが電源部等に接続された電源装置として、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図28を参照して説明する。図28に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図29を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
20、20a、20b・・・コア
30、30a、30b・・・1次側コイル
40、40a、40b・・・2次側コイル
401、405・・・ベース
402a、402b、406a、406b・・・端子部
420a・・・板状部
420b・・・支持部
430・・・クランプ部
435、436・・・樹脂部
435b、436b・・・リブ
440・・・樹脂部
Claims (12)
- 導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
前記ベースは、基部と、前記基部の延在方向に対して略直交する方向に延在する脚部とを有し、
前記基部はクランプ部を有し、
前記クランプ部の隣接領域の表面に、突部を含む第1樹脂部が設けられ、
前記クランプ部の表面に、第2の樹脂部が設けられ、
前記脚部の先端が、樹脂部が設けられていない前記端子部とされている
電子部品。 - 前記クランプ部は、前記第1樹脂部を形成する際に保持部材により保持される箇所である
請求項1に記載の電子部品。 - 前記第1樹脂部および前記第2樹脂部が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂により構成されている
請求項1または2に記載の電子部品。 - 前記ベースと前記端子部とが連続的に形成されている
請求項1から3までの何れかに記載の電子部品。 - 前記コイル部が2次側のコイルである
請求項1から4までの何れかに記載の電子部品。 - 前記2次側のコイルを複数有し、前記複数の2次側のコイル間に1次側のコイルが配されている
請求項5に記載の電子部品。 - 前記1次側のコイルが、絶縁被覆がなされた巻線により構成されている
請求項6に記載の電子部品。 - コアを有する
請求項1から7までの何れかに記載の電子部品。 - 請求項1から8までの何れかに記載の電子部品を有する電源装置。
- 導電性の金属板により構成されるベースが有するクランプ部を保持部材により保持しつつ、前記クランプ部の隣接領域に、少なくとも突部を含む第1樹脂部を形成し、
前記第1樹脂部の形成後、前記突部を金型に当接させつつ、前記クランプ部を含み、前記ベースが有する端子部を除く箇所をモールドする第2樹脂部を形成する
コイルの製造方法。 - 前記クランプ部の隣接領域の両面に前記突部を形成する
請求項10に記載のコイルの製造方法。 - 組立部材を前記第2樹脂部により形成する
請求項11に記載のコイルの製造方法。
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