JPH09306757A - 低背型コイル及び磁性製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 占積率が高く、導体抵抗が十分に低く、大電
流に対応できる低背型コイル、及び、それを用いた磁性
製品を提供する。 【解決手段】 平角線を軸方向に巻き上げ加工してなる
各３ターンの２個の第１，第２コイル１，２（第１コイ
ル１の外径＜第２コイル２の内径）を同心円状に並列的
に配置して、低背型コイル10を構成する。この低背型コ
イル10を軟磁性材のコアで挟み込んで磁性製品を作製す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高さが低い低背型
コイルに関し、特に、大電流に対応できる低背型コイル
及びそれを用いた磁性製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器，チョークコイル等の磁性製品に
おいて、大電流に対応するためには発熱が問題となる。
熱の放散を促進するためには、コア自体を偏平にして放
熱特性を良くすることが考えられ、使用するコイルは低
背型のものが適している。低背型のコイルとしては、多
数の細い導体線の集合体であるリッツ線と呼ばれる太い
導体線を必要なターン数だけ巻回したものが良く使用さ
れている。

【０００３】図９は、このような太い導体線を用いた３
ターンのコイルの例を示す。このコイル20は、線径が大
きいので軸方向に巻き上げることができず、スパイラル
状に巻いている。この種のコイル20は、巻きにくく、ま
た線間の隙間が大きいため占積率が低く、導体抵抗を十
分に下げることができない。ここで、占積率とは、図９
のＸ−Ｘ線の断面を示す図10において、コイル20の断面
を包含する最小の長方形の面積に対するコイル20の導体
の断面積の割合で定義する。スパイラル状に巻かざるを
得ないので、巻き始め（または巻き終り）の部分を外部
に引き出すための引出線21をスパイラル状のコイル20の
下側（または上側）より引き出す必要がある。この結
果、低背化には適さず、また占積率は更に低下する。

【０００４】ところで、断面が円状の線材を巻回するコ
イルとは異なるコイルの他の例として、偏平な銅製の平
角線を曲げ加工し、軸方向に巻き上げでなるコイルがあ
る。図11はこの種の３ターンのコイル30の斜視図を示
す。このようなコイルは、偏平な平角銅線を用いている
ので、銅線断面に対して銅線表面積が大きく、表皮効果
の低減が可能である、有効な占積率の向上を図れる等の
利点があるので、チョークコイル等の磁性製品に広く使
用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図11に示すこのような
コイルを、大電流に対応する磁性製品のコイルとして使
用する場合には、大電流に対応できるように平角線の幅
を広くすることが必要である。しかしながら、図11に示
すように平角線を軸方向に巻く場合に、平角線の幅と厚
みとの比は10：１が加工限界であり、幅を広くすると厚
みも厚くしなけらばならず、低背化を実現できない。ま
た、平角線の厚みを増して大電流に対応することも考え
られるが、コイルの高さに制限がある場合には適用でき
ない。

【０００６】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、占積率が高く、導体抵抗が十分に低く、大電流
に対応できる低背型コイル、及び、それを用いた磁性製
品を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る低背型コ
イルは、それぞれが平角線を軸方向に巻き上げてなり、
互いにその巻き上げ外径・内径が異なる複数のコイル
を、巻き上げ外径・内径が小さいコイルが内側になるよ
うに、同心円状に配置して構成したことを特徴とする。

【０００８】請求項２に係る低背型コイルは、請求項１
において、内側に配置されたコイルの巻き上げ外径が、
その外側に配置されたコイルの巻き上げ内径より小さい
ことを特徴とする。

【０００９】請求項３に係る低背型コイルは、請求項１
または２において、前記複数のコイルは互いの巻き上げ
高さが実質的に同じであることを特徴とする。

【００１０】請求項４に係る低背型コイルは、請求項１
〜３の何れかにおいて、前記複数のコイルはエッジワイ
ズ巻きしてなることを特徴とする。

【００１１】請求項５に係る低背型コイルは、請求項１
〜４の何れかにおいて、前記複数のコイルの幅が異なっ
ていることを特徴とする。

【００１２】請求項６に係る低背型コイルは、請求項５
において、内側に配置されたコイルの幅が外側に配置さ
れたコイルの幅より狭いことを特徴とする。

【００１３】請求項７に係る磁性製品は、請求項１〜６
の何れかに記載の低背型コイルと、該低背型コイルを挟
み込む軟磁性材のコアとを有することを特徴とする。

【００１４】請求項８に係る磁性製品は、請求項７にお
いて、低背型コイルの内径よりその外径が小さい柱状部
と、該柱状部に低背型コイルを挿通した状態で低背型コ
イルをその内部に収納する収納部とを備える絶縁性のボ
ビンを更に有することを特徴とする。

【００１５】本発明の低背型コイルは、平角線を加工し
て軸方向に巻き上げてなる図11に示すようなコイルを複
数個、外径・内径が小さい順に内側から順次同心円状に
配置した構成をなす。本発明の低背型コイルでは、第１
コイルの外径よりもその外側にある第２コイルの内径が
大きく、また第２コイルの外径よりもその外側にある第
３コイルの内径が大きいといったように、平角線を加工
して軸方向に巻き上げてなる複数の各コイルの外径・内
径を適切に設定することにより、占積率を落とすことな
くこれらの複数のコイルを同心円状に並列に配置するこ
とができる。その結果、低背型コイル全体の高さを高く
することなく、導体抵抗を下げることができ、大電流に
対応することができる。また、これらの複数のコイルの
巻き上げ高さがばらつかないようにする、及び／また
は、これらの複数のコイルをエッジワイズ巻きとするこ
とにより、より一層の低背化を実現できる。

【００１６】また、本発明の低背型コイルでは、同心円
状に配置する各コイルの線幅を異ならせる。平角線を巻
き上げてなる複数のコイルを同心円状に配置する場合、
内側に位置するコイルは外側に位置するコイルに比べて
導体長が短くなるので、内側に位置するコイルの線幅を
外側に位置するコイルの線幅より狭くして、各コイルの
導体抵抗を等しくし、それぞれのコイルに流れる電流を
均一にして、導体損失を最小にする。また、これとは逆
に、熱が最もこもり易い最内側に位置するコイルの線幅
を他のコイルの線幅より広くして、その最内側のコイル
での発熱を抑える。

【００１７】また、このような本発明の低背型コイルを
軟磁性材のコアで挟むことにより、インダクタンスをあ
げて、大電流に対応できる変圧器，チョークコイル等の
磁性製品を作製できる。更に、本発明の低背型コイルと
軟磁性材のコアとからなる磁性製品にあって、各コイル
とコアとの絶縁を確保するために、絶縁性のボビンに本
発明の低背型コイルを収納して軟磁性材のコアに組み込
むようにすると、各コイルとコアとは完全に絶縁され
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。

【００１９】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態の低背型コイルを示す図である。図１に示
す低背型コイル10は、平角線を軸方向に巻き上げ加工し
てなる図11に示すような各３ターンの２個の第１，第２
コイル１，２を同心円状に並列的に配置した構成をな
す。各第１，第２コイル１，２に加工する平角線の材質
は同じであり、偏平な銅板に絶縁樹脂（ポリウレタン）
を被覆したものである。また、その平角線の幅及び厚さ
も同じであって、それぞれ６ｍｍ及び 0.8ｍｍである。
但し、第２コイル２に加工する平角線の長さは、第１コ
イル１に加工する平角線の長さよりも長く、図示してい
るように、第１コイル１の外径が第２コイル２の内径よ
りも小さくなるように各平角線を加工する。このように
すると、２個の第１，第２コイル１，２を、互いに重な
り合うことなく、同心円状に配置することができる。そ
して、第１コイル１の一方の端部1aと第２コイル２の一
方の端部2a、第１コイル１の他方の端部1bと第２コイル
２の他方の端部2bとを、それぞれ短絡することにより、
占積率を低下させることなく、低背型コイル10の導体抵
抗を低減することができる。

【００２０】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２
の実施の形態の低背型コイルを示す図である。図２に示
す低背型コイル10は、平角線を軸方向に巻き上げ加工し
てなる図11に示すような２個の第１，第２コイル１，２
を同心円状に並列的に配置した構成をなす。この例で
は、第１，第２コイル１，２の厚さは同じであるが、そ
の幅は第２コイル２が第１コイル１よりも広く設定され
ている。外側に配される第２コイル２の導体長は、内側
に配される第１コイル１の導体長よりも必然的に長くな
る。そこで、第２コイル２の導体幅を第１コイル１の導
体幅よりも適当に広くすることにより、第１，第２コイ
ル１，２の導体抵抗を等しくし、通過電流がそれぞれの
コイルを均等に流れるようにすることができる。こうす
ることで導体抵抗による損失を最小限に抑えることがで
きる。

【００２１】ここで、第１，第２コイル１，２の導体抵
抗を等しくする場合の具体例について説明する。なお、
以下の例では、第１，第２コイル１，２の線間のギャッ
プは導体幅に比べて十分に小さくて無視できるものとす
る。厚さが一定の平角線を図３のように加工した場合
（内径ｒ_i ，外径ｒ₀ ）、１ターン当たりの導体抵抗Ｒ
は、導体の長さπ（ｒ₀ ＋ｒ_i ）に比例し、導体幅（ｒ
₀ −ｒ_i ）に反比例するので、下記の式（１）のように
示される。 Ｒ＝ｋ×｛（ｒ₀ ＋ｒ_i ）／（ｒ₀ −ｒ_i ）｝ …（１） 但し、ｋ：導体温度，導体厚さによって決まる定数

【００２２】図４に示すように、２個の第１，第２コイ
ル１，２を、第１コイル１が内側に第２コイル２が外側
になるように、同心円状に並列的に配置して低背型コイ
ル10を作製した場合、第１コイル１の内径ｒ_1i，外径ｒ
_1oは下記の式（２），（３）、第２コイル２の内径
ｒ_2i，外径ｒ_2oは下記の式（４），（５）のようにそれ
ぞれ示される。 ｒ_1i＝ｒ₁ …（２） ｒ_1o＝ｒ₁ ＋ｗ₁ …（３） ｒ_2i＝ｒ₁ ＋ｗ₁ …（４） ｒ_2o＝ｒ₁ ＋ｗ₁ ＋ｗ₂ ＝ｒ₂ …（５） 但し、 ｒ₁ ：低背型コイル10の内径 ｒ₂ ：低背型コイル10の外径 ｗ₁ ：第１コイル１の導体幅 ｗ₂ ：第２コイル２の導体幅

【００２３】式（２），（３）を上記式（１）に代入し
て求められる第１コイル１の導体抵抗と、式（４），
（５）を上記式（１）に代入して求められる第２コイル
２の導体抵抗とを等しくすれば良いので、下記の式
（６）の関係が得られる。（２ｒ₁ ＋ｗ₁ ）／ｗ₁ ＝
（ｒ₁ ＋ｒ₂ ＋ｗ₁ ）／（ｒ₂ −ｒ₁ −ｗ₁ ）…（６）
従って、式（６）をｗ₁ について解くと、その解は下記
の式（７）にて求められ、求めたｗ₁ の値を上記式
（５）に代入してｗ₂ は下記の式（８）にて求められ
る。 ｗ₁ ＝（ｒ₁ ｒ₂ ）^1/2 −ｒ₁ …（７） ｗ₂ ＝ｒ₂ −（ｒ₁ ｒ₂ ）^1/2 …（８）

【００２４】よって、式（７），（８）に示す値に第
１，第２コイル１，２の導体幅を設定すれば、両コイル
の導体抵抗を等しくできる。例えば、ｒ₁ ＝６ｍｍ，ｒ
₂ ＝18ｍｍのスペースに第１，第２コイル１，２を並列
に配置する場合、上記式（７），（８）から、ｗ₁ ＝4.
39ｍｍ，ｗ₂ ＝7.61ｍｍにすれば良い。

【００２５】なお、上記式（７），（８）は２線間のギ
ャップを無視した場合を示すが、そのギャップを考慮す
ればその導体幅ｗ₁ ，ｗ₂ の理論値の精度は向上する。
また、２個のコイルの例について説明したが、３個以上
のコイルを並列的に配置する場合にも、２個の場合と同
様に、各コイルの導体抵抗を等しくするように各コイル
の導体幅を設定することが可能である。

【００２６】ところで、逆に熱がこもりやすい内側の第
１コイルでの損失を少なくするために、図２に示す例と
は逆に、第１コイル１の導体幅を第２コイル２の導体幅
より広くしても良い。

【００２７】（第３の実施の形態）上述したような低背
型コイルを、Ｅ型のコア及びＩ型のコアで挟めば、変圧
器，チョークコイル等の磁性製品を構成できる。図５は
このような磁性製品の一例を示す図、図６はＥ型コア３
及びＩ型コア４を示す図、図７は図５からＩ型コア４を
取り外した図である。

【００２８】Ｅ型コア３は、図６（ａ）に示すように、
その長手方向の両端部に幅方向全域にわたる凸部3a, 3a
を設けた直方体状をなし、また、その中央には円柱状の
中央脚3bが形成されている。これらの凸部3a, 3a及び中
央脚3bの高さは等しい。また、磁気回路にギャップを設
ける場合には、中央脚3bの高さを凸部3a, 3aよりも低く
すればよい。一方、Ｉ型コア４は、図６（ｂ）に示すよ
うに、Ｅ型コア３と同形の底面を有する偏平な直方体状
をなす。Ｅ型コア３の中央脚3bに図１または図２の低背
型コイル10を挿入し（図７参照）、Ｉ型コア４がＥ型コ
ア３の凸部3a,3a及び中央脚3bの上面に当接するように
Ｉ型コア４を被せて、Ｅ型コア３及びＩ型コア４にて低
背型コイル10を挟むように、これらを一体化させて磁気
回路を構成する（図５参照）。なお、図５に示すよう
に、第１コイル１，第２コイル２の各端部1a，1b，2a，
2bは、Ｅ型コア３の開口部から引き出された状態であ
る。

【００２９】（第４の実施の形態）上述したような低背
型コイルをボビンに収納した後に、Ｅ型コア３及びＩ型
コア４にて挟み込む実施の形態について説明する。図８
は使用するボビンを示す図であり、ボビンは、図８
（ａ）に示すような本体部5aと、図８（ｂ）に示すよう
な蓋部5bとから構成されている。これらの本体部5a及び
蓋部5bは絶縁性が高い樹脂からできている。本体部5a
は、断面視でコ字状の筐体をなし、その底面の中央には
円筒状の脚部5cが形成されており、その脚部5cの部分で
底面も開口している。この脚部5c及びこれに続く底面の
開口部の径は、Ｅ型コア３の中央脚3bよりは大きく、図
１または図２の低背型コイル10の内径よりは小さい。蓋
部5bは、本体部5aと同形の底面を有する薄板状をなし、
その中央に脚部5cと同径の孔5dが形成されている。

【００３０】ボビンの本体部5aに図１または図２の低背
型コイル10を、その脚部5cが低背型コイル10の中央の空
洞部を通るように、落とし込んだ後、蓋部5bを被せる。
そして、図６のＥ型コア３の中央脚3bが脚部5c及び孔5d
を挿通するように、低背型コイル10を収容したボビンを
Ｅ型コア３上に載置する。その後、第３の実施の形態と
同様に、Ｉ型コア４を被せて、これらの各部材を一体化
させて磁気回路を構成する。このようにすることによ
り、ボビンの介在によって、低背型コイル10と両コア
３，４とを完全に絶縁することができる。

【００３１】なお、上述した例では、２つのコイルを同
心円状に並列的に配置した構成の低背型コイル10につい
て説明したが、同心円状に配置するコイルの数は何個で
あっても良い。また、各コイルのターン数も任意であっ
て良い。また、各コイルの幅，厚さの数値は一例であ
り、記載した数値に限定されるものでないことは勿論で
ある。更に、説明した磁性製品におけるコア，ボビンは
その一例を提示しただけであり、その形状，材質に関し
て特に制限がないことは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の低背型コイルは、
平角線を軸方向に巻き上げてなる占積率が高い複数のコ
イルを同心円状に配置した構成をなしているので、占積
率を低下させることなく導体抵抗を低減して大電流にも
対応可能な低背型のコイル、及び、変圧器，チョークコ
イル等の磁性製品を提供することができる等、本発明は
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低背型コイルの一例を示す図である。

【図２】本発明の低背型コイルの他の例を示す図であ
る。

【図３】平角線を軸方向に巻き上げて構成されるコイル
の内径，外径の関係を示す図である。

【図４】本発明の低背型コイルの内径，外径及び各コイ
ルの幅の関係を示す図である。

【図５】本発明の磁性製品の一例を示す図である。

【図６】本発明の磁性製品に使用するコアの一例を示す
図である。

【図７】図５における磁性製品の内部を示す図である。

【図８】本発明の磁性製品に使用するボビンの一例を示
す図である。

【図９】従来の低背型コイルの例を示す図である。

【図１０】占積率を説明するための図である。

【図１１】平角線を加工して軸方向に巻き上げて構成さ
れるコイルを示す図である。

【符号の説明】

１ 第１コイル ２ 第２コイル ３ Ｅ型コア ４ Ｉ型コア 5a 本体部（ボビン） 5b 蓋部（ボビン） 10 低背型コイル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが平角線を軸方向に巻き上げて
   なり、互いにその巻き上げ外径・内径が異なる複数のコ
   イルを、巻き上げ外径・内径が小さいコイルが内側にな
   るように、同心円状に配置して構成したことを特徴とす
   る低背型コイル。
2. 【請求項２】 内側に配置されたコイルの巻き上げ外径
   が、その外側に配置されたコイルの巻き上げ内径より小
   さいことを特徴とする請求項１記載の低背型コイル。
3. 【請求項３】 前記複数のコイルは互いの巻き上げ高さ
   が実質的に同じであることを特徴とする請求項１または
   ２記載の低背型コイル。
4. 【請求項４】 前記複数のコイルはエッジワイズ巻きし
   てなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の
   低背型コイル。
5. 【請求項５】 前記複数のコイルの幅が異なっているこ
   とを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の低背型コ
   イル。
6. 【請求項６】 内側に配置されたコイルの幅が外側に配
   置されたコイルの幅より狭いことを特徴とする請求項５
   記載の低背型コイル。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかに記載の低背型コ
   イルと、該低背型コイルを挟み込む軟磁性材のコアとを
   有することを特徴とする磁性製品。
8. 【請求項８】 低背型コイルの内径よりその外径が小さ
   い柱状部と、該柱状部に低背型コイルを挿通した状態で
   低背型コイルをその内部に収納する収納部とを備える絶
   縁性のボビンを更に有することを特徴とする請求項７記
   載の磁性製品。