JP5974832B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば車載用などの用途に用いられる比較的に大きなトランスなどとしても好適に用いることができるコイル装置に関する。

トランスなどとして用いられるコイル装置では、たとえば下記の特許文献１に示すように、コイル装置を樹脂封止することがある。

一方、車載用などの用途に用いられる比較的に大きなトランスなどに用いられるコイル装置のコアとして、小型化、ノイズ低減、低コスト化および作業性などの理由から、Ｅ型コアを用いることが検討されている。

しかしながら、Ｅ型コアを用いる場合には、コアの中脚とコアの外脚との間で放熱性が異なり温度差が生じることなどが原因による熱応力の集中などにより、Ｅ型コアにおける中脚とベースとの交差部でクラックが発生しやすいという課題があることが、本願発明者等により見出された。

特開２０１０−２６７９３２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、比較的に大きなトランスなどとして用いる場合に、コアにクラックなどを発生させることなく、しかも磁気特性に優れた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、
Ｅ型コアとボビンと前記ボビンの外周に装着してあるコイルとを有するコイル装置であって、
前記Ｅ型コアが、
相互に垂直な第１軸、第２軸および第３軸の内、前記第１軸および第２軸を含む平面に略平行なベースと、
前記第２軸方向に沿って前記ベースの両端から前記第３軸方向にそれぞれ突出する一対の側脚と、
前記一対の側脚の間で、前記ベースから前記第３軸方向に突出する中脚と、を有し、
一対の前記側脚が、分離された一対の分割コアのそれぞれに形成されるように、前記中脚およびベースは、前記分割コアの分割面で分離されており、
前記分割面の相互間には、所定の隙間が形成してあり、
分離された前記中脚が前記ボビンの貫通孔に差し込まれていることを特徴とする。

本発明者等の実験によれば、上述したような構成にすることで、従来のＥ型コアを用いる場合に比較して、中脚とベースとの交差部に発生する局所的な応力を、約１／２以下程度に半減できることが確認された。そのため、本発明に係るコイル装置では、コアに熱応力が発生してもクラックなどが発生することを効果的に抑制することができる。

また、Ｅ型コアにおける中脚およびベースは、分割コアの分割面で分離されており、分割面の相互間には所定の隙間が形成してあるために、放熱性も向上する。さらに、本発明では、Ｅ型コアを、それぞれが単純な形状を持つ一対の分割コアを組み合わせて構成することとなり、コアの製造も容易となり、製造コストの低減も図れる。しかも本発明に係る分割型のＥ型コアは、全体としては、Ｅ型コアと同様な磁力線を有することになるため、コアの磁気特性は、一般的なＥ型コアと同等である。

なお、本発明において、所定の隙間とは、好ましくは０．０５〜５ｍｍ、さらに好ましくは、０．１〜３ｍｍである。これらの所定の隙間は、分割コアの分割面の相互間において必ずしも全面に形成する必要はない。

好ましくは、前記コイル装置の前記第３軸方向に沿っての少なくとも下方部分が、ケース内に収容されて、放熱用樹脂に接触している。放熱用樹脂に接触させることで、中脚の放熱性がさらに向上する。

好ましくは、少なくとも前記中脚の突出先端に位置する分割面の相互間には、前記放熱用樹脂が充填してある。特に中脚の突出先端の部分において放熱用樹脂を介在させることで、その部分が効果的に放熱される。

本発明のコイル装置は、一対の前記Ｅ型コアを有しても良く、
前記ボビンの貫通孔には、一対の前記Ｅ型コアの分割された各中脚が、前記第３軸方向の相互に反対側から挿入され、
前記貫通孔の前記第３軸方向の途中において、分割された前記中脚の突出先端が、相互に向き合い、
前記ボビンの外側では、一対の前記Ｅ型コアの分離された側脚同士が、相互に突き合わされても良い。

このように一対のＥ型コアを用いた場合においても、本発明では、応力緩和特性および放熱性に優れ、しかも、製造コストの低減にも寄与する。

本発明のコイル装置は、前記Ｅ型コアと、Ｉ型コアとを有しても良く、
前記Ｉ型コアは、前記Ｅ型コアにおける前記ベースに対して、前記第３軸方向に沿って前記ベースと反対側に位置する前記ボビンの端部に、前記ベースと略平行に配置され、
前記貫通孔に挿入してある前記中脚の突出先端は、前記Ｉ型コアの中間部に向き合うように配置され、
前記Ｅ型コアの両端部に形成してある側脚の突出先端は、前記Ｉ型コアの前記第２軸方向の両端部に突き合わされていてもよい。

このようにＥ型コアとＩ型コアとを用いた場合においても、本発明では、応力緩和特性および放熱性に優れ、しかも、製造コストの低減にも寄与する。Ｉ型コアは、前記中間部において、所定の隙間で分離してあってもよい。

好ましくは、本発明に係るコイル装置は、
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する第１ワイヤが巻回される第１巻回部が外周に形成された第１ボビンと、
前記第１ボビンの外周に装着され、前記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第２ワイヤが巻回される第２巻回部が外周に形成された第２ボビンと、を有するコイル装置であって、
前記第１巻回部または第２巻回部の少なくともいずれかには、前記第１ワイヤまたは第２ワイヤの巻回軸に沿って相互に隣り合うワイヤ相互を分離する複数の隔壁が前記巻回軸に沿って所定間隔で形成してあり、
前記隔壁で分離される各区画における前記巻回軸に沿っての区画幅は、１本のみの前記ワイヤが入り込める幅に設定してあり、
前記隔壁の高さは、１本以上の前記ワイヤが入り込める高さに設定してあり、
それぞれの隔壁には、隣接する各区画相互を連絡する少なくともひとつの連絡溝が形成してあっても良い。

このようなコイル装置では、隔壁が形成してある巻回部にワイヤを一層以上に巻回する場合には、各区画において、一層以上に巻回した後に、隣の区画において、一層以上巻回し、順次、連絡溝を通して隣の区画にワイヤを移動させて一層以上に巻回する。そのため、各区画において重なるワイヤ相互の電圧差は少なく、しかも巻回軸方向に隣接するワイヤ相互は隔壁により絶縁され、コイル間の耐電圧特性が向上すると共に高周波特性が向上する。

しかも各区画においては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ワイヤを巻回するために、一層当たりのワイヤの巻回位置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Ｋを厳密に制御することが容易になり、本発明のコイル装置をリーケージトランスとして好適に用いることができる。

また、コイル装置は、実装基板面に対して、コイルの巻軸が垂直に配置される縦タイプのコイル装置として用いることができるので、第１ボビンの中空部に挿入されるコアを冷却しやすい。

好ましくは、内周側に配置される第１ワイヤが、
前記一次コイルに比較して高電圧が作用する前記二次コイルを構成し、
前記第１巻回部に、複数の隔壁が前記巻回軸に沿って形成してある。

この場合には、高電圧が作用する二次コイルを、比較的に低電圧が作用する一次コイルの内側に配置することで絶縁が容易になる。また、この場合には、前記第２巻回部では、第２ワイヤが通常の整列巻きしてあってもよい。

好ましくは、前記第２ボビンは、前記巻回軸に平行な分割ラインで分割可能である。このように構成することで、第１ボビンの外周に、第２ボビンを配置することが容易になる。

前記第１巻回部における前記巻回軸方向の第１全幅と、前記第２巻回部における前記巻回軸方向の第２全幅とは異なっていても良い。第１全幅と第２全幅とを異ならせることでも、リーケージ特性を調整することができる。第１巻回部と第２巻回部とで全幅を同じにして、巻回層数を異ならせることでも、リーケージ特性を調整することができる。

好ましくは前記隔壁にそれぞれ形成される前記連絡溝は、前記巻回軸方向に沿って直線状に連通するように配置してある。また、好ましくは、前記隔壁には、それぞれ２以上の前記連絡溝が形成してある。いずれか一つの連絡溝を、ワイヤにおける区画間の移動用通路として用い、他の一つは、ワイヤにおける巻始め端または巻き終わり端を、巻回軸の一端に形成してある端子に戻すための戻り通路として用いることができる。戻り通路が直線状であれば、ワイヤの端部を最短距離で端子に接続することができる。

前記隔壁の内の少なくとも一つは、前記第２ボビンの内周面に当接し、前記第１巻回部と前記第２巻回部とを略同芯状に位置決めするようになっていても良い。この場合には、第１ボビンと第２ボビンとの位置決めのための部材を別に設ける必要がなくなる。
なお、ワイヤの巻回部と、その上に巻回されるワイヤの巻回部との間には、絶縁テープが巻かれていても良い。

図１Ａは本発明の一実施形板に係るコイル装置の斜視図である。 図１Ｂは図１Ａに示すケースを取り除いたコイル装置の斜視図である。 図２は図１に示すコイル装置の分解斜視図である。 図３Ａは図１Ａに示すIIIA−IIIA線に沿う要部断面図である。 図３Ｂは図１Ａに示すIIIB−IIIB線に沿う要部断面図である。 図４は図１に示すコアのみの斜視図である。 図５は図１に示すコイル装置における一次コイルと二次コイルとの関係を示す概略図である。 図６は図５に示す隔壁の寸法関係を示す概略図である。 図７は本発明の他の実施形態に係るコイル装置における一次コイルと二次コイルとの関係を示す概略図である。 図８は図７に示す実施形態に係るコイル装置の全体斜視図である。 図９Ａは本発明のさらに他の実施形態に係るコイル装置における一次コイルと二次コイルとの関係を示す概略図である。 図９Ｂは本発明のさらに他の実施形態に係るコイル装置における一次コイルと二次コイルとの関係を示す概略図である。 図９Ｃは本発明のさらに他の実施形態に係るコイル装置における一次コイルと二次コイルとの関係を示す概略図である。 図１０は本発明の他の実施形態に係るコイル装置の要部断面図である。 図１１は本発明のさらに他の実施形態に係るコイル装置の斜視図である。 図１２は図１１のXII−XII線に沿う概略断面図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

第１実施形態
図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態に係るコイル装置１０は、一対のＥ型コア１２と、第１ボビン４０と、第２ボビン５０と、ケース９０とを有する。

一対のＥ型コア１２は、組み立てられて、後述するコイルにより発生する磁束を通過させる磁路を形成する。これらのコア１２は、対称な形状を有しており、第２ボビン５０および第１ボビン４０を上下方向（図１においてＺ軸方向）から挟むようにして互いに連結される。

図３Ａに示すように、各コア１２，１２は、それぞれ縦断面（Ｙ軸およびＺ軸を含む切断面）が略Ｅ字形状コアである。各コア１２，１２は、フェライトコアで構成され、Ｙ軸方向に延びる平板状のベース１３，１３と、各ベース１３，１３のＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出する一対の側脚１６，１６と、各ベース１３，１３のＹ軸方向の中間位置からＺ軸方向に突出する中脚１４，１４とを有する。

本実施形態では、各コア１２は、Ｙ軸方向の両端に配置された一対の側脚１６が、分離された一対の分割コア１２ａ，１２ａのそれぞれに形成されるように、中脚１４およびベース１３は、分割コア１２ａ，１２ａの分割面で分離されている。分割面１２ｂ，１２ｂの相互間には、所定の隙間１５が形成してあり、分離された中脚１４がボビン４０の第１貫通孔４４ａに差し込まれている。

隙間１５のＸ軸方向の幅ｔ（図４参照）は、好ましくは０．０５〜５ｍｍ、さらに好ましくは、０．１〜３ｍｍである。幅ｔが小さすぎると、本発明の効果が小さく、幅ｔが大きすぎると、不必要にサイズが大きくなる傾向にある。なお、隙間１５を形成しても、Ｅ型コアとしての磁気特性はほとんど変化しない。全体として、磁力線の流れの変化が少ないからである。

また、所定の隙間１５は、分割コア１２ａ，１２ａの分割面１２ｂ，１２ｂの相互間において必ずしも全面に形成する必要はなく、分割面１２ｂ，１２ｂ相互間の全面積を１００％とした場合には、所定の隙間１５は、５０〜１００％、好ましくは８０〜１００％の割合で形成すれば良い。また、所定の隙間１５は、全面で均一である必要はなく、０〜５ｍｍの範囲、好ましくは０．１〜５ｍｍの範囲でばらついても良い。

なお、図面において、Ｚ軸は、コイル装置１０の高さ方向であり、コイル装置１０におけるＺ軸方向の高さが短くなるほど、コイル装置の低背化が可能となる。また、Ｙ軸とＸ軸は、相互に垂直であり、しかもＺ軸に垂直であり、この実施形態では、Ｘ軸がボビン４０，５０の長手方向に一致し、分割面１２ｂ，１２ｂと略平行になり、Ｙ軸が分割面１２ｂ，１２ｂに対して略垂直である。

ただし、本発明においては、分割面１２ｂ，１２ｂは、必ずしも平面である必要はなく、曲面であっても良い。また、分割面１２ｂ，１２ｂは、必ずしもＸ軸と平行である必要はなく、所定角度で傾斜しても良く、あるいは、Ｘ軸に沿ってジグザグ形状、あるいは波形形状であっても良い。いずれの場合でも、分割面１２ｂ，１２ｂ間の分割方向における隙間幅ｔは、前述した関係を有する。

図２に示すように、第１ボビン４０は、略矩形平板状の第１ボビン基板４２を有する。第１ボビン基板４２の略中央部には、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１中空筒部４４がＺ軸方向の上部に伸びるように一体成形してある。

図２に示すように、第１中空筒部４４のＺ軸方向上部には、第１ボビン上鍔部４８がＹ軸−Ｘ軸平面で第１中空筒部４４から径方向に突き出るように一体成形してある。第１ボビン上鍔部４８の４つの角部には、端子ブロック部４９が一体に成形してあり、それぞれ一対の第１端子７０および７２が着脱自在に装着可能になっている。もちろん、これらの端子７０および７２は、ボビン４０に一体成形してあっても良い。

これらの端子７０および７２は、たとえば金属端子で構成され、後述するように、第１端子７０には、二次コイルとなる内側コイル２０を構成する第１ワイヤ２２のリード部２２ａ（図１および図３Ｂ参照）がハンダ部２４を介して接続され、第２端子７２には、一次コイルとなる外側コイル３０を構成する第２ワイヤ３２のリード部３２ａ（図１参照）がハンダ部３４を介して接続される。

図２，図３および図５に示すように、第１ボビン上鍔部４８と第１ボビン基板４２との間に位置する第１中空筒部４４の外周には、第１巻回部４５が形成してある。第１巻回部４５では、第１ワイヤ２０の巻回軸（Ｚ軸）に沿って相互に隣り合うワイヤ相互を分離する複数の隔壁４６が巻回軸に沿って所定間隔で、第１ボビン上鍔部４８と平行に第１中空筒部４４と一体に形成してある。隔壁４６の詳細と第１ワイヤの巻回方法については後述する。

第１ボビン４０における第１ボビン基板４２、第１中空筒部４４、第１ボビン上鍔部４８、端子ブロック部４９および隔壁４６は、射出成形などにより一体成形してあることが好ましい。

第１ボビン基板４２における第１中空筒部４４の内部には、Ｚ軸方向に貫通する第１貫通孔４４ａが形成してある。第１貫通孔４４ａには、コア１２における分割された中脚１４が、Ｚ軸方向の上下から入り込み、貫通孔４４ａのＺ軸方向の略中央部において中脚１４の先端１８が突き合わされるようになっている。

図２に示すように、第２ボビン５０は、巻回軸（Ｚ軸）に平行な分割ライン５１で組み合わされており、２つに分割可能であり、第２巻回部５５が外周に形成してある。なお、図２では、コイル２０および３０の図示を省略してある。第２ボビン５０は、第１ボビン４０の第１巻回部に第１ワイヤ２２が巻回されて内側コイル２０が形成された後に、第１ボビン４０の外周に装着され、分割ライン５１で組み合わされる。

第２ボビン５０は、内側コイル２０を外側から覆う第２中空筒部５４を有し、第２中空筒部５４の外周部に、第２ボビン下鍔部５２と第２ボビン上鍔部５８とがＺ軸方向に所定間隔で周方向に沿って形成してある。下鍔部５２および上鍔部５８は、Ｘ−Ｙ軸の平面に平行に設けられ、設置面と平行に延在する。

これらの下鍔部５２と上鍔部５８との間が、第２巻回部５５となり、この第２巻回部５５に、図５に示すように、一次コイルとなる外側コイル３０を構成する第２ワイヤ３２（３２_１ 〜３２_ｎ ）が整列巻きされる。整列巻とは、一層目が巻かれてから二層目が巻かれる巻き方であり、一層目の巻始めのワイヤ３２_１ と二層目の巻き終わりのワイヤ３２_ｎ とが重なることになる。

本実施形態では、第２ボビン５０における第２中空筒部５４の外周に形成する上鍔部５２および下鍔部５８の形成位置と形成間隔とを変化させることで、図５に示すように、第１巻回部４５における巻回軸方向の第１全幅Ｌ１に比較して、第２巻回部５５における巻回軸方向の第２全幅Ｌ２を短くさせることができる。

図２および図３Ａに示すように、外側コイル３０が装着してある第２ボビン５０の第２巻回部５５の外周には、Ｙ軸方向の両側から一対の絶縁カバー部材６０が装着される。絶縁カバー部材６０は、たとえば合成樹脂で構成され、その外周面は、コア１２における側脚１６を案内する案内面となり、その内周面には、外側コイル３０が位置する。

図２に示すように、第２ボビン５０における上鍔部５８の周方向の２カ所位置には、第２端子７２に対応する位置で、リード挿通用切り欠き５８ａが形成してある。図１Ｂに示すように、切り欠き５８ａには、第２ワイヤ３２の巻始め端と巻き終わり端であるリード部３２ａが通され、それぞれのハンダ部３４において、第２端子７２に接続される。

図２に示すように、鍔部５２，５８と第２中空筒部５４ととからなる二分割型の第２ボビン５０は、それぞれ射出成形などにより一体成形される。また、カバー部材６０も射出成形などにより形成することができる。

図５および図６に示すように、本実施形態では、隔壁４６で分離される各区画４７における巻回軸（Ｚ軸）に沿っての区画幅ｗ１は、１本のみのワイヤ２２（２２_１ 〜２２_ｎ ）が入り込める幅に設定してある。すなわち、区画幅ｗ１は、ワイヤ２２の線径ｄ１に対して、ｗ１＜（２×ｄ１）の関係にあることが好ましい。線径ｄ１に対して区画幅ｗ１が広すぎると、各区画４７に対して巻回軸方向に１本のみの巻回が困難になるおそれがある。

各隔壁４６の高さｈ１は、各区画４７に巻回される予定の総数をｍとすると、隔壁４６の高さｈ１は、ｍ×ｄ１よりも大きいことが好ましい。その場合には、隔壁４６の頂部を、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２ボビン５０の内周面に当接させ、第１巻回部４５と第２巻回部５５とを略同芯状に位置決めすることができ、第１ボビン４０と第２ボビン５０との位置決めのための部材を別に設ける必要がなくなる。

なお、全ての隔壁４６の頂部を第２ボビン５０の内周面に当接させる必要はなく、いずれか一つ、好ましくは巻回軸方向に離れた２つ以上の隔壁の長さを、他の隔壁よりも長く設定し、それらの隔壁の頂部のみを、第２ボビン５０の内周面に当接させるようにして位置決めしても良い。あるいは、第１ボビン４０と第２ボビン５０との位置決めは、隔壁４６以外の部材で行っても良い。

このような場合において、図６の点線に示すように、隔壁４６の高さｈ１は、ｍ×ｄ１よりも小さくしても良い。ただし、ワイヤ２２が隣の区画４７に移動しないように、はみ出し部の長さΔｈ（＝ｍ×ｄ１−ｈ１）は、ｄ１／２よりも小さいことが好ましい。また、第１ボビン基板４２および鍔部４８の飛び出し高さは、隔壁４６の高さよりも高いことが好ましい。

第１ワイヤ２２は、単線で構成されても良く、あるいは撚り線で構成されても良く、絶縁被覆導線で構成されることが好ましい。ワイヤ２２の外径ｄ１は、特に限定されないが、大電流を流す場合には、たとえばφ１．０〜φ３．０ｍｍが好ましい。第２ワイヤ３２は、第１ワイヤ２２と同じであっても良いが、異なっていても良い。

この実施形態では、第１ワイヤ２２は、トランスの二次コイルを構成するために、高電圧が印加されることから、第２ワイヤ３２に比較して線径を太くしてあるが、線径は、特に限定されず、線径を同じにしても良いし、逆に異ならせても良い。また、第１ワイヤ２２および第２ワイヤ３２の材質に関しても同一でも異なっていても良い。

図５に示すように、本実施形態では、第１ボビン４０では、第１ワイヤ２２（２２_１ 〜２２_ｎ ）が、たとえばＺ軸方向の最下部に位置する区画４７から２巻（２２_１ と２２_２ ）で巻回され、その次に、その上に位置する区画４７に、３巻目のワイヤ２２_３ が巻回される。以下、同様にして、第１ワイヤ２２の巻き終わり２２_ｎ は、巻始めのワイヤ２２_１ から最も離れたＺ軸方向の最上部に位置する区画４７に位置することになる。

これに対して、前述したように、第２ボビン５０では、その第２巻回部５５に、一次コイルとなる外側コイル３０を構成する第２ワイヤ３２（３２_１ 〜３２_ｎ ）が整列巻きされる。整列巻とは、一層目が巻かれてから二層目が巻かれる巻き方であり、一層目の巻始めのワイヤ３２_１ と二層目の巻き終わりのワイヤ３２_ｎ とが重なることになる。

図１および図２に示すように、第１ボビン４０においては、周方向に連続する各隔壁４６のＸ軸方向の両側には、Ｚ軸方向に直線状に伸びる一対の連絡溝４６ａが形成してある。一対の連絡溝４６ａの内の一つは、図３Ｂに示すように、隣接する区画４７の間をワイヤ２２を移動させるために用いられる。また、一対の連絡溝４６ａの内の他の一つは、巻始めあるいは巻き終わり端であるワイヤ２２のリード部２２ａを、端子７０のハンダ部２４方向に案内するために用いられる。

本実施形態に係るコイル装置１０は、図２に示す各部材を組み立てると共に、第１ボビン４０および第２ボビン５０にワイヤを巻回することによって製造され、図１Ａ，図３Ａおよび図３Ｂに示すように、端子７０および７２を含むＺ軸方向の上方部分が露出するように、ケース９０の内部に収容される。ケース９０の内部には、放熱用樹脂９２が充填してある。放熱用樹脂９２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９２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。コア１２が熱により変形したとしても、その変形を吸収し、コア１２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。

ケース９０の下方には、金属プレートなどを介して、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。

以下に、コイル装置１０の製造方法の一例を、図２などを用いて説明する。コイル装置１０の作製においては、まず、第１端子７０および第２端子７２を取り付けた第１ボビン４０を準備する。第１ボビン４０の材質は特に限定されないが、第１ボビン４０は、樹脂等の絶縁材料によって形成される。

次に、第１ボビン４０の第１中空筒部４４の外周に第１ワイヤ２２を巻回し、内側コイル２０を形成する。内側コイル２０の形成に使用される第１ワイヤ２２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、内側コイル２０を形成する際の第１ワイヤ２２の末端部であるリード部２２ａは、第１端子７０の一部に絡げられてハンダ付けされて接続される。

次に、内側コイル２０が形成された第１ボビン４０に対して、第２ボビン５０を取り付ける。第２ボビン５０における第２中空筒部５４の外周には、外側コイル３０を構成する第２ワイヤ３２を巻回する。

その後に、カバー６０を第２ボビン５０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、それぞれ分割コア１２ａ、１２ａからなるコア１２を取り付ける。すなわち、コア１２の分割された中脚１４，１４の先端１８同士、側脚１６，１６の先端１９同士を突き合わせる。なお、中脚１４，１４の先端１８同士の間には、ギャップを持たせても良い。

各コア１２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。コア１２は、接着材を用いて接着されるか、または外周をテープ状部材８０で巻かれることによって、第２ボビン５０および第１ボビン４０に固定される。ただし、図４に示す分割面１２ｂ，１２ｂ相互間の隙間幅ｔは、所定の範囲に維持されるように、分割されたコア１２ａ，１２ａは、第２ボビン５０および第１ボビン４０に固定される。

本実施形態では、一連の組み立て工程の後に、コイル装置１０に対してワニス含浸処理が施されても良い。以上のような工程により、本実施形態に係るコイル装置１０を製造することができる。

その後に、コイル装置１０は、図１Ａ，図３Ａおよび図３Ｂに示すように、端子７０および７２を含むＺ軸方向の上方部分が露出するように、放熱用樹脂９２が充填されたケース９０の内部に収容される。樹脂９２の充填は、コイル装置１０をケース９０の内部に収容する前でも後でも良い。いずれにしても、樹脂９２は、分割面１２ｂ相互間の隙間１５の少なくとも一部にも充填され、好ましくは、中脚１４，１４の先端１８同士および側脚１６，１６の先端１９同士よりもＺ軸方向の上部位置まで、隙間１５が樹脂９２で充填される。

特に、中脚１４，１４の先端１８同士の位置では、熱が籠もりやすく、その部分に隙間１５があり、その部分に放熱用樹脂が存在することで、中脚１４の内部の熱を、Ｚ軸方向の下方に伝熱させ、ケース９０を通して、放熱させやくなる。ケース９０は、放熱性に優れた金属などで構成しても良く、あるいは樹脂で構成し、Ｚ軸方向の下方に装着する冷却手段で冷却しても良い。

本実施形態のコイル装置１０では、一対の側脚１６が、分離された一対の分割コア１２ａ，１２ａのそれぞれに形成されるように、中脚１４およびベース１３は、分割コア１２ａ，１２ａの分割面１２ｂ，１２ｂで分離されている。しかも分割面１２ａ，１２ａの相互間には、所定の隙間１５が形成してあり、分離された中脚１４がボビン４０の貫通孔４４ａに差し込まれている。

本実施形態では、上述したような構成にすることで、従来のＥ型コアを用いる場合に比較して、中脚１４とベース１３との交差部に発生する局所的な応力を、約１／２以下程度に半減できる。そのため、本実施形態に係るコイル装置１０では、コア１２，１２に熱応力が発生してもクラックなどが発生することを効果的に抑制することができる。

特に、図４に示すように、一対のＥ型コア１２を組み合わせた場合において、そのＹ軸方向の長さＬｙが５０ｍｍ以上、Ｘ軸方向の長さＬｘが２０ｍｍ以上、Ｚ軸方向の長さＬｚが１０ｍｍ以上の大型コアの使用が検討されている。従来では、このような大型コアにおいては、特に熱応力が大きくなりクラックが発生することから使用することが困難であったが、本実施形態では、隙間１５を設けることで、中脚１４とベース１３との交差部に発生する局所的な応力を従来の約１／２以下程度に半減できることから使用が可能になった。

また、Ｅ型コアにおける中脚１４およびベース１３は、分割コア１２ａ，１２ａの分割面１２ｂ，１２ｂで分離されており、分割面１２ａ，１２ａの相互間には所定の隙間１５が形成してあるために、放熱性も向上する。さらに、本実施形態では、Ｅ型コア１２，１２を、それぞれが単純な形状を持つ一対の分割コア１２ａ，１２ａを組み合わせて構成することとなり、コア１２，１２の製造も容易となり、製造コストの低減も図れる。各分割コア１２ａは、断面がコ字形状を有し、その成形が容易である。しかも本実施形態に係る分割型のＥ型コア１２，１２は、全体としては、Ｅ型コアと同様な磁力線を有することになるため、コア１２，１２の磁気特性は、一般的なＥ型コアと同等である。

なお、本実施形態では、コイル装置１０のＺ軸方向に沿っての少なくとも下方部分が、ケース９０内に収容されて、放熱用樹脂９２に接触している。放熱用樹脂９２に接触させることで、放熱性がさらに向上する。

しかも、本実施形態では、中脚１４の突出先端１８に位置する分割面１２ｂ，１２ｂの相互間には、放熱用樹脂３２が充填してある。特に中脚１４の突出先端１８の部分において、熱がこもりやすいため、その部分に放熱用樹脂９２を介在させることで、その部分が効果的に放熱される。

本実施形態のコイル装置１０は、一対のＥ型コア１２，１２を有しており、ボビン４０の貫通孔４４ａには、一対のＥ型コア１２，１２の分割された各中脚１４が、Ｚ軸方向の相互に反対側から挿入される。しかも貫通孔４４ａのＺ軸方向の途中において、分割された中脚１４の突出先端１８が、相互に向き合い、ボビン５０の外側では、一対のＥ型コア１２の分離された側脚１６同士が、相互に突き合わされている。このように一対のＥ型コア１２，１２を用いた場合においても、本実施形態では、応力緩和特性および放熱性に優れ、しかも、製造コストの低減にも寄与する。

また、本実施形態のコイル装置１０は、中脚１４のＺ軸方向（磁束が流れる方向）が設置面（ケース９０の下面）に対して垂直な縦型である。縦型であるコイル装置１０は、コイル２０，３０のＺ軸上下方向にコア１２のベース１３，１３が配置され、これらのベース１３，１３が上下方向への漏れ磁束を抑制する効果を奏する。したがって、コイル装置１０は、コイルの上下方向がコアによってほとんど遮蔽されない横型に比べて、コイル装置１０の上下方向への漏れ磁束を有効に抑制することができる。

なお、テープ状部材８０は、主としてコア１２を固定するために用いられる。テープ状部材８０は、たとえばポリエステル、ポリイミド、紙などの材料などで構成される。テープ状部材８０に放熱性をも持たせる場合には、テープ状部材８０は、コア１２よりも熱導電性に優れる材料で構成されることが好ましく、具体的には、たとえばアルミニウム、銅などの金属、あるいはこれらの合金などの熱導電性に優れる材料などにより構成される。もちろん、テープ状部材８０としては、上述した各種材料から成るテープ状部材を組み合わせて使用しても良い。

また本実施形態では、コア１２のそれぞれのベース１３，１３および側脚１６，１６とで、第１ボビン４０および第２ボビン５０の組み合わせを外側から覆っている。このような構造にすることで、漏洩磁束の防止を図ることができる。コア１２の中脚１４，１４におけるＸ軸方向に沿った長さに対して、ベース１２，１２および側脚１６，１６のＸ軸方向に沿った幅は、同一でも異なっていても良いが、略同一にすることで、リーケージ特性の調整が容易である。

本実施形態に係るコイル装置１０では、図５に示すように、隔壁４６が形成してある第１巻回部４５に第１ワイヤ２２を一層以上に巻回する場合に、各区画４７において、一層以上に巻回した後に、隣の区画４７において、一層以上巻回する。そして、図２に示すように、順次、連絡溝４６ａを通して隣の区画４７にワイヤ２２を移動させて一層以上に巻回する。そのため、図５に示すように、各区画４７において重なる第１ワイヤ２２の巻順が近く、これらの電圧差は少なく、しかも巻回軸（Ｚ軸）方向に隣接するワイヤ相互は隔壁４６により絶縁され、耐電圧特性が向上すると共に高周波特性が向上する。

しかも各区画４７においては巻回軸方向に沿って単一のワイヤ２２_１ 〜２２_ｎ のみが存在するようにワイヤ２２を巻回するために、一層当たりのワイヤ２２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、一次コイルを構成する外側コイル３０と二次コイルを構成する内側コイル２０との結合係数Ｋを厳密に制御することが容易になり、本実施形態のコイル装置１０をリーケージトランスとしても好適に用いることができる。

また、本実施形態のコイル装置１０は、実装基板面（ケース９０の下面）に対して、コイルの巻軸が垂直に配置される縦タイプのコイル装置として用いることができるので、第１ボビン４０の中空部に挿入されるコア１２を冷却しやすい。

しかも本実施形態では、内周側に配置される第１ワイヤ２０が、トランスの一次コイルに比較して高電圧が作用する二次コイル（内側コイル２０）を構成してある。このため、高電圧が作用する二次コイル（内側コイル２０）を、比較的に低電圧が作用する一次コイル（外側コイル３０）の内側に配置することで絶縁が容易になる。また、第２巻回部５５では、第２ワイヤ３２が通常の整列巻きしてあるが、第２ワイヤ３２は、比較的に低電圧が印加される一次コイルとなる外側コイル３０であるため問題は無い。

さらに本実施形態では、第２ボビン５０は、図２に示すように、巻回軸に平行な分割ライン５１で分割可能であるため、第１ボビン４０の外周に、第２ボビン５０を容易に配置することができる。

また本実施形態では、図５に示すように、第１巻回部４５における巻回軸方向の第１全幅Ｌ１と、第２巻回部５５における巻回軸方向の第２全幅Ｌ２とを異ならせることで、リーケージ特性を容易且つ正確に調整することができる。

さらに本発明では、隔壁４６にそれぞれ形成される連絡溝４６ａは、巻回軸方向に沿って必ずしも直線上に配置する必要はないが、好ましくは、図２に示すように、直線状に連通するように配置してある。特にリード部２２ａの戻り通路となる連絡溝４６ａがＺ軸方向に直線状であれば、ワイヤ２２のリード部２２ａの端部を最短距離で端子７０に接続することができる。また、ワイヤ２２を各区画４７から隣の区画４７に移動させるための連絡溝４６ａを周方向に同じ位置で各隔壁４６に形成することで、ワイヤ２２の巻線工程が容易になる。

第２実施形態
図７および図８に示す第２実施形態に係るコイル装置１０ａは、図１〜図６に示す第１実施形態に係るコイル装置に比較して、第２ボビン５０ａの構造が異なるのみであり、その他は同様であり、以下、相違する部分について説明する。

このコイル装置１０ａでは、第２ボビンの巻回軸方向の途中に、１つ以上の隔壁５６が形成してあり、巻回軸方向に沿って第２巻回部５５を２つ以上の区画５７に分割してある。各区画５７には、第２ワイヤ３２_１ 〜３２_ｋ および３２_ｋ+１ 〜３２_ｎ ）が整列巻きしてある。隔壁５６には、周方向に沿って１以上の連絡溝５６ａが形成してある。連絡溝５６ａは、連絡溝４６ａと同様な機能を有する。

この実施形態のコイル装置１０ａでは、一次コイルを構成する外側コイル３０を分割して配置することができる。なお、各区画５７毎に分割して配置された一次コイルは、それぞれ異なるワイヤで構成してある分離独立したコイルであっても良い。

第３実施形態
第１実施形態では、図５に示すように、第１巻回部４５における巻回軸方向の中心に対して、第２巻回部５５における巻回軸方向の中心位置を合わせてあるが、それのみでなく、図９Ａに示すように構成しても良い。この実施形態に係るコイル装置１０ｂでは、第１巻回部４５における巻回軸方向の下端位置に対して、第２巻回部５５の下端を位置合わせするようにしても良い。

このようにすることで、コイル２０および３０からの放熱効果を高めることが期待できる。なぜなら、放熱部をコイル装置１０ｂの下端部に設けることで、コイル２０のみでなく、コイル３０からの伝熱特性も向上するからである。なお、図９Ａに示す実施形態では、巻回軸の上端から第１ワイヤ２２（２２_１ 〜２２_ｎ ）を巻始めているが、逆でも良い。その他の構成および作用効果は、第１実施形態に係るコイル装置と同様である。

また、図９Ｂに示すコイル装置１０ｃのように、第１巻回部４５と第２巻回部５５とで全幅を同じにして、巻回層数を異ならせることでも、リーケージ特性を調整しても良い。図９Ｂに示すコイル装置１０ｃは、図１〜図６に示す第１実施形態に係るコイル装置に比較して、第２ボビン５０ｃの巻回軸方向の長さが異なり、第２ワイヤ３２の巻回層数が異なるのみであり、その他は同様である。

また図９Ｃに示すコイル装置１０ｄでは、第１ボビン４０ａには、隔壁４６を形成することなく、第１ワイヤ２２（２２_１ 〜２２_ｎ ）を整列巻として、第１巻回部４５に形成される内側コイル２０ａを、トランスにおける一次コイルとしてもよい。その場合には、第２ボビン５０ｄの第２巻回部５５に、第１実施形態における隔壁４６と同様な隔壁５６ｄを形成し、外側コイル３０ｄを構成する第２ワイヤ３２（３２_１ 〜３２_ｎ ）を、第１実施形態における第１ワイヤ２２と同様な巻回方法を採用する。この実施形態では、外側コイル３０ｄがトランスの二次コイルを構成する。その他の構成および作用効果は、第１実施形態と同様である。

また、上述した実施形態において、外側コイル３０と内側コイル２０とは、同芯状に位置決めする必要はなく、リーケージ特性を調整するために、ずらしても良い。

第４実施形態
図１０に示すように、この実施形態のコイル装置１０ｅは、Ｅ型コア１２Ａと、Ｉ型コア１７とを有している。Ｅ型コア１２Ａは、縦断面（Ｙ軸およびＺ軸を含む切断面）が略Ｅ字形状コアである。コア１２Ａは、Ｙ軸方向に延びる平板状のベース１３ａと、ベース１３ａのＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出する一対の側脚１６ａ，１６ａと、ベース１３ａのＹ軸方向の中間位置からＺ軸方向に突出する中脚１４ａとを有する。

本実施形態では、コア１２Ａは、Ｙ軸方向の両端に配置された一対の側脚１６ａ，１６ａが、分離された一対の分割コア１２ａ１，１２ａ１のそれぞれに形成されるように、中脚１４ａおよびベース１３ａは、分割コア１２ａ１，１２ａ１の分割面１２ｂ，１２ｂで分離されている。分割面１２ｂ，１２ｂの相互間には、所定の隙間１５が形成してあり、分離された中脚１４がボビン４０の第１貫通孔４４ａに差し込まれている。

Ｙ軸方向に直線状に伸びるＩ型コア１７は、そのＹ軸方向の略中央部に形成された分割面１７ｂ，１７ｂで二分割された分割コア１７ａ，１７ａで構成してある。分割面１７ｂ，１７ｂは、分割面１２ｂ，１２ｂとＹ軸方向の略同じ位置に形成してあり、第１実施形態と同様な隙間幅を有している。

Ｉ型コア１７は、Ｅ型コア１２Ａにおけるベース１３ａに対して、Ｚ軸方向に沿ってベース１３ａと反対側に位置するボビン４０の端部に、ベース１３ａと略平行に配置してある。ボビン４０の貫通孔４４ａに挿入してある中脚１４ａの突出先端１８ａは、貫通孔４４ａのＺ軸方向の下端面と面一にまで伸び、そこで、Ｉ型コア１７の中間部（分割面１７ｂの近く）に向き合うように配置してある。また、Ｅ型コア１２Ａの両端部に形成してある側脚１６ａの突出先端１９ａは、Ｉ型コア１７のＹ軸方向の両端部に突き合わされている。

このようにＥ型コア１２ＡとＩ型コア１７とを用いた場合においても、本実施形態では、応力緩和特性および放熱性に優れ、しかも、製造コストの低減にも寄与する。Ｉ型コア１７は、図１０に示すように、Ｙ軸方向の中間部において、所定の隙間で分離してあってもよいが、分離せずに、Ｙ軸方向に伸びる単一のＩ型コアであっても良い。

なお、Ｉ型コアは、コイル装置１０ｅにおけるＺ軸方向の下方に配置されることが好ましい。このように配置することで、Ｅ型コア１２Ａにおける中脚１４ａにおける突出先端１８ａがケース９０のＺ軸方向の下部側に配置される。そのため、温度が上昇しやすい部分が、ケース９０の下側に配置されると共に、隙間１５には確実に放熱用樹脂が充填され、さらに放熱性が向上する。ケース９０の下方に冷却手段が装着されるからである。その他の構成および作用効果は、第１実施形態に係るコイル装置と同様である。

第５実施形態
図１１および図１２に示すように、この実施形態のコイル装置１０ｆでは、貫通孔４４ａが形成してあるボビン４０の第１貫通孔４４ａを構成する第１中空筒部４４の内周壁に、そのＹ軸方向の両端で、Ｚ軸方向の両端位置の４箇所に、位置決め凸部４１が一体的に形成してある。位置決め凸部４１のＹ軸方向の厚みは、図４に示す隙間幅ｔと同じであり、凸部４１は、隙間幅ｔを確保するためのものである。

凸部４１をＹ軸方向から挟み込むように、分割コア１２ａの中脚１４を貫通孔４４ａにＺ軸方向の上下から差し込むことで、分割コア１２ａの分割面１２ｂは、相互に、凸部４１のＹ軸方向の厚みに対応する所定の隙間幅ｔで分離された状態を保持する。凸部４１は、ボビン４０の第１貫通孔４４ａを構成する第１中空筒部４４の内周壁に、Ｚ軸方向に断続的に複数形成しても良く、あるいは、Ｚ軸方向に連続的に形成しても良い。その他の構成および作用効果は、第１実施形態に係るコイル装置と同様である。

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、上述した実施形態では、第１ワイヤ２２または第２ワイヤ３２の巻回軸に沿って相互に隣り合うワイヤ相互を分離する複数の隔壁４６，５６，５６ｄが巻回軸に沿って所定間隔で形成してあるが、本発明では、隔壁は、必ずしも必要としない。すなわち、本発明では、第１ワイヤ２２および第２ワイヤ３２の巻回方法は、特に限定されず、両者共に隔壁を必要としない通常の巻き方であっても良い。

また、本発明に係るコイル装置では、放熱用樹脂９２が充填してあるケース９０は、必ずしも必要とはしない。

１０，１０ａ〜１０ｆ…コイル装置
１２，１２Ａ…Ｅ型コア
１２ａ…分割コア
１２ｂ…分割面
１３…ベース
１４…中脚
１５…隙間
１６…側脚
１７…Ｉ型コア
１７ａ…分割コア
１７ｂ…分割面
１８，１９，１８ａ，１９ａ…先端
２０，２０ａ…内側コイル
２２（２２_１ 〜２２_ｎ ）…第１ワイヤ
２２ａ…リード部
２４…ハンダ部
３０…外側コイル
３２（３２_１ 〜３２_ｋ ，３２_ｋ＋１ 〜３２_ｎ ）…第２ワイヤ
３２ａ…リード部
３４…ハンダ部
４０…第１ボビン
４２…第１ボビン基板
４４…第１中空筒部
４４ａ…第１貫通孔
４５…第１巻回部
４６…隔壁
４６ａ…連絡溝
４７…区画
４８…第１ボビン上鍔部
５０…第２ボビン
５２…第２ボビン下鍔部
５４…第２中空筒部
５５…第２巻回部
５６，５６ｄ…隔壁
５６ａ…連絡溝
５７ｄ…区画
５８…第２ボビン上鍔部
６０…カバー
７０…第１端子
７２…第２端子
８０…テープ状部材
９０…ケース
９２…放熱用樹脂

Claims (6)

1. Ｅ型コアとボビンと前記ボビンの外周に装着してあるコイルとを有するコイル装置であって、
   前記Ｅ型コアが、
   相互に垂直な第１軸、第２軸および第３軸の内、前記第１軸および第２軸を含む平面に略平行なベースと、
   前記第２軸方向に沿って前記ベースの両端から前記第３軸方向にそれぞれ突出する一対の側脚と、
   前記一対の側脚の間で、前記ベースから前記第３軸方向に突出する中脚と、を有し、
   一対の前記側脚が、分離された一対の分割コアのそれぞれに形成されるように、前記中脚およびベースは、前記分割コアの分割面で分離されており、
   前記分割面の相互間には、所定の隙間が形成してあり、
   分離された前記中脚が前記ボビンの貫通孔に差し込まれており、
   前記ボビンの貫通孔を構成する中空筒部の内周壁には、前記隙間の幅を確保するための位置決め凸部が形成されていることを特徴とするコイル装置。
2. 前記コイル装置の前記第３軸方向に沿っての少なくとも下方部分が、ケース内に収容されて、放熱用樹脂に接触している請求項１に記載のコイル装置。
3. 少なくとも前記中脚の突出先端に位置する分割面の相互間には、前記放熱用樹脂が充填してある請求項２に記載のコイル装置。
4. 一対の前記Ｅ型コアを有し、
   前記ボビンの貫通孔には、一対の前記Ｅ型コアの分割された各中脚が、前記第３軸方向の相互に反対側から挿入され、
   前記貫通孔の前記第３軸方向の途中において、分割された前記中脚の突出先端が、相互に向き合い、
   前記ボビンの外側では、一対の前記Ｅ型コアの分離された側脚同士が、相互に突き合わされる請求項１〜３のいずれかに記載のコイル装置。
5. 前記Ｅ型コアと、Ｉ型コアとを有し、
   前記Ｉ型コアは、前記Ｅ型コアにおける前記ベースに対して、前記第３軸方向に沿って前記ベースと反対側に位置する前記ボビンの端部に、前記ベースと略平行に配置され、
   前記貫通孔に挿入してある前記中脚の突出先端は、前記Ｉ型コアの中間部に向き合うように配置され、
   前記Ｅ型コアの両端部に形成してある側脚の突出先端は、前記Ｉ型コアの前記第２軸方向の両端部に突き合わされている請求項１〜３のいずれかに記載のコイル装置。
6. 前記Ｉ型コアは、前記中間部において、所定の隙間で分離してある請求項５に記載のコイル装置。

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