(57)【要約】  環状巻線１０を使用するコイル１またはトランス用のコア２０を、線状の磁性部材を用いて、当磁性部材を環状巻線１０の中央側の開口部１１と外側の周縁部１２を経由し、当周縁部１２の磁性部材の束の周方向の長さが、当開口部１１の磁性部材の束の径方向の長さより長くなるように形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線を環状に巻回してなる環状巻線に装着されるコアであって、
線状の磁性部材を使用し、前記磁性部材を前記環状巻線の中央側の開口部と外側の周縁部を経由するよう配策し、前記環状巻線の周縁部に沿って配策した当該磁性部材の束の周方向の長さを、前記環状巻線の開口部を貫通する当該磁性部材の束の径方向の長さより長くすることを特徴とするコア。
【請求項２】
前記コアは、予め前記磁性部材を前記環状巻線の開口部と周縁部を経由して配策する形状に形成した後、切断または一部を切開したものであることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項３】
前記コアは、複数に分割して形成されたものであることを特徴とする請求項２記載のコア。
【請求項４】
前記コアの切断または切開した断面同士を突き合わせる部位に、磁気的な間隙を設けることを特徴とする請求項２記載のコア。
【請求項５】
前記磁性部材の表面は、絶縁処理されていることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項６】
前記磁性部材の表面は、接着部材が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項７】
前記磁性部材は、鉄系の磁性材料であることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項８】
前記磁性部材は、非結晶の磁性材料であることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項９】
前記環状巻線の開口部を貫通する前記磁性部材の束に、固定具を挿入する間隙を設けることを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項１０】
車載用機器に使用するコイル、または車載用機器に使用するトランスに適用することを特徴とする請求項１記載のコア。
【請求項１１】
導線を環状に巻回してなる環状巻線と、
前記環状巻線に装着される請求項１記載のコアとを備えるコイル。
【請求項１２】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略円形の導線であることを特徴とする請求項１１記載のコイル。
【請求項１３】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略四角形の平角線を含む導線であることを特徴とする請求項１１記載のコイル。
【請求項１４】
導線を環状に巻回してなる１次巻線および２次巻線を有する環状巻線と、
前記環状巻線に装着される請求項１記載のコアとを備えるトランス。
【請求項１５】
前記２次巻線を複数層に分割し、当該複数層の２次巻線の間に前記１次巻線を挟んで、フォワード用のトランスを構成することを特徴とする請求項１４記載のトランス。
【請求項１６】
前記１次巻線を複数層に分割し、当該複数層の１次巻線の間に前記２次巻線を挟んで、フライバック用のトランスを構成することを特徴とする請求項１４記載のトランス。
【請求項１７】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略円形の導線であることを特徴とする請求項１４記載のトランス。
【請求項１８】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略四角形の平角線を含む導線であることを特徴とする請求項１４記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コア、およびこのコアを使用したコイルまたはトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化ガスの排出量を削減する風潮の中で、二酸化炭素排出量の少なさが受け入れられて、電気自動車の需要が増加し、普及し始めている。
この電気自動車には、高電圧が印加される回路、大電流が通電される回路などが搭載されており、随所に高電圧および大電流に対応するコイル（リアクトル）およびトランスが使用されている。
これまで、高電圧および大電流の回路は、交流の電力線から供給される電源に接続される回路が大多数であり、当電力線系の用途においては、コイルおよびトランスはそれなりに高効率化および小形化が実現されている。しかし、電気自動車用に搭載されるときには、更なる高効率化と小形化が要求される。【０００３】
従来、コイルおよびトランスを小形にするために、粉末にした磁性材料を固めた、高周波特性の良好なコア、および飽和磁束密度の高い磁性材料を薄板にして複数重ねたコアを使用している。
ただし、一般的には高周波特性が良好な材料は飽和磁束密度が低く、反対に、飽和磁束密度の高い材料は高周波特性が劣るため、目的の特性に合わせて材料および構成を選択する必要があった。
コイルおよびトランスの構成に関する従来技術は多々あり、以下に一部の特許文献１〜４を記す。【０００４】
特許文献１に係るトランス用カットコアは、アモルファス金属製の薄板を巻回したコアに関し、巻回した薄板の隙間に液体が侵入しないようにコア外面を液密性膜で密封し、形を保つ補強を施してから切断することを特徴としている。【０００５】
特許文献２に係るトロイダルトランスは、珪素鋼板等の磁性材料からなる薄帯を環状に巻回したコアを用いるものであり、残留磁束を少なくし、磁気飽和し難くするための切断または穿孔加工を施してもコアが変形しないように、コアの一部を加工せずに残すことを特徴としている。【０００６】
特許文献３に係るリアクトルおよびトランスは、圧粉磁性材料により形成された環状のコアを分割したカットコアを用いるものであり、従来の珪素鋼板を使用したコアに比べ、圧粉磁性材料の材料選択により磁気特性の制御を容易にしたものである。【０００７】
特許文献４に係るリアクトルは、珪素鋼板を巻回したコアまたはフェライト等を圧粉成型したコアを用いるものであり、放熱効果を高めるために、コイルに対して４方向にコアを配置することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２０６９０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０２４３号公報
【特許文献３】特開２００６−３４４８６８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１９２７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、コアの磁気特性としては飽和磁束密度が高いこと、高周波特性が良いこと等が求められるが、両特性は相反する関係であり、両特性を同時に満足し難いという課題があった。【００１０】
飽和磁束密度を高くするためには、鉄の塊（珪素鋼板など）のようなコアが飽和し難く好適であるが、金属の鉄は電気抵抗が低く、渦電流が流れやすいので高周波動作する部品としては使用し難い。そこで、鉄系の磁性材料をコアとして使用する場合は、高周波特性を向上すべく、渦電流の抑制対策として磁性材料の厚さを薄くすること、または幅を狭くすることが求められる。特許文献１〜４のような従来技術では、厚さを薄くした薄板状の磁性材料を重ねてコアを形成することにより、渦電流の抑制対策を行っているが、厚さだけでなく幅も狭めた線状の磁性材料を用いるような構成は開示がない。【００１１】
一方、高周波特性を良くするためには、電気抵抗が高い磁性材料の粉末を固めたコアが渦電流を流し難く良好であるが、粉末の磁性材料を固めたコアは非磁性物質の含有量が多く、飽和磁束密度が低い。そこで、粉末の磁性材料を固めてコアとして使用する場合は、十分な磁束を通すためにコアを大形にする必要があるが、そうするとコイルおよびトランスも大形化し電気自動車用には不向きになってしまう。また、粉末の磁性材料を固めたコアとして代表的なフェライトコアは脆いため、電気自動車に搭載し走行した時の振動や衝撃等により割れやすいという課題もあった。【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコアを得ると共に、このコアを用いて機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイルおよびトランスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るコアは、線状の磁性部材を使用し、当該磁性部材を環状巻線の中央側の開口部と外側の周縁部を経由するよう配策し、環状巻線の周縁部に沿って配策した当該磁性部材の束の周方向の長さが、環状巻線の開口部を貫通する当該磁性部材の束の径方向の長さより長くするように巻回して形成したものである。【００１４】
この発明に係るコイルは、導線を環状に巻回してなる環状巻線と、環状巻線に装着される上記コアとを備えるものである。【００１５】
この発明に係るトランスは、導線を環状に巻回してなる１次巻線および２次巻き線を有する環状巻線と、環状巻線に装着される上記コアとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、線状の磁性部材を配策してコアを構成することにより、強度の高いコアにできる。また、個々の磁性部材の断面積が小径になって高周波動作における損失を低減できると共に、当該磁性部材が環状巻線の広範囲を覆って磁束の漏洩を低減できるので、小形かつ良好な特性のコアを得ることができる。さらに、線状の磁性部材を分断しても特性の劣化が少ないので線状の磁性部材を複数に分けて環状巻線に巻回する、または予め巻回によって形成したコアを分割して環状巻線に装着する等の様々な工法により作製することができ、作製が容易にできる。【００１７】
また、この発明によれば、強度が高く、かつ、小形で良好な特性の上記コアを用いてコイルまたはトランスを構成するので、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイルまたはトランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るコイルの構成を示す外観斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るコイルにおいて、環状巻線に線状磁性部材を巻き始めた状態を示す外観斜視図である。
【図３】従来のトロイダルコイルの構成例を示す外観斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るコイルを図１のＡＡ線に沿って切断した断面図である。
【図５】実施の形態１に係るコイルに用いるボビンの一例を示す外観斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るコイルを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図７】実施の形態２に係るコイルの変形例を示す図である。
【図８】実施の形態２に係るコイルを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図であり、スペーサの一例を示す。
【図９】この発明の実施の形態３に係るフォワードトランスを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図１０】実施の形態３に係るフライバックトランスを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るコイルまたはトランスを適用した電気自動車の電力系統の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態４に係るコイルに設けた貫通穴の一例を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示すように、コイル１は、導線を環状に巻回してなる環状巻線１０と、環状巻線１０の中央側の開口部１１と外側の周縁部１２を経由するよう配策した線状磁性部材で構成されたコア２０とからなる。本実施の形態１では、図２に示すように環状巻線１０に線状磁性部材を巻回し、図１に示すようなコア２０を形成する。図示例では線状磁性部材が乱巻き状態になっているが、巻き方は任意であり通過磁束に対応する断面積を確保できる巻き方であればよく、例えば、層状に整列した状態に巻いてあってもよい。
なお、以下ではコア２０を使用したコイル１を例に用いて説明するが、コア２０を使用したトランスであっても同様である。
【００２０】
本実施の形態１に係るコイル１は、外見上は、一般的なトロイダルコイルのコアと巻線の位置関係を入れ替えた構成に近い。
参考までに、図３に、１本の導線（巻線１２０）を環状コア１１０に複数回巻回して構成する一般的なトロイダルコイル１００を示す。トロイダルコイル１００に対して、本実施の形態１のコイル１は、コアと導線の位置関係を入れ替え、トロイダルコイル１００の環状コア１１０の位置に代わりに環状巻線１０を配置し、巻線１２０の位置に代わりに線状の磁性部材を巻回してコア２０を構成する。
なお、トロイダルコイル１００においては、電流を流すために導線（巻線１２０）は繋ぎ目のない１本を巻回する必要があるが、同じ位置にある本実施の形態１のコア２０は、磁束が磁性部材のみならず空間をも流通するために、コア２０の線状の磁性部材を特段の手段で磁気的に接続する必要はない。そのため、複数本の短い線状磁性部材をそれぞれ巻回して一式のコア２０にしても、互いの接続は不要であり、かつ、特性も劣化しない。また、詳細は下記実施の形態２で説明するが、コア２０を切断して分割しても特性は劣化しない。
【００２１】
トロイダルコイル１００の場合、磁束の漏洩が少なく良好な特性が得られるために、フェライト、圧粉、鉄系の薄板（または帯状）の磁性部材を巻回して形成する環状コア１１０を様々な大きさにし、各種用途に使用されている。巻線１２０は、環状コア１１０の中央に開口した開口部１１１と外側周縁の周縁部１１２を経由するよう巻回する構成のため、周縁部１１２側の磁束漏洩を軽減すべく巻線１２０を周縁部１１２側で互いに接するように整列させて巻回すれば、開口部１１１側が乱雑な密巻きになってしまう。そのため、開口部１１１側では巻線１２０を巻回しにくい。
その上、巻線１２０を巻回して構成する都合上、使用する導線には高い屈曲性が必要となり、太い線材は使用できない。さらに、占積率を増すために断面が四角形の導線を使用することも、困難である。また、巻線１２０は電気的な接続が必要なため、複数本の短い導線を途中で継ぎ足しながら１本の導線にして巻回することは、非効率的である。
従って、使用する導線に着目すればトロイダルコイル１００は大電力用には不向きである。
【００２２】
ところで、環状コア１１０の渦電流による損失は、鉄系の薄板（または帯状）の磁性材料を用いた場合に高く、フェライト（電気抵抗が高い磁性材料の粉末を固めたコア）を用いた場合に低い。また、飽和磁束密度は、鉄系の薄板（または帯状）を用いた場合に高く、フェライトを用いた場合に低い。また、圧粉成型したコア（電気抵抗が低い磁性材料の粉末を絶縁性の材料によって固めたコア）は鉄系とフェライトの中間的な特性を示す。
従って、一般的には、高周波動作用には、渦電流による損失を減らすためにフェライトを選択するが、このコアは飽和磁束密度が低いために大電力対応には環状コア１１０を大形化する必要がある。逆に、大電力に対応するためには、飽和磁束密度が高い鉄系の薄板（または帯状）の磁性材料を選択するが、このコアは渦電流が発生しやすいため、高周波動作用には板厚を薄くする必要がある。そのため、高周波かつ大電力に対応するコアとして、両者の中間的な特性を備えた圧粉成型のコアを選択することが多い。
なお、鉄系の帯状磁性材料の幅を狭めて線状にすれば、更なる高周波用に使用することも可能であるが、上述したような巻線１２０側の都合もあり、結果的には、トロイダルコイル１００は高周波大電力用として使用し難いことがある。
【００２３】
以上のように、一般的なトロイダルコイル１００においては、導線と磁性部材の選択肢が少なく、導線の巻き難さがネックとなって、高周波かつ大電力の用途に適切なコイル（またはトランス）を構成し難い。
【００２４】
そこで、本実施の形態１のコイル１は、導線（例えば絶縁被覆を施した銅線、以下、絶縁銅線と称す）を巻回してなる環状巻線１０に、線状の磁性部材を巻回してコア２０を形成する。トロイダルコイル１００のように巻線をコアに巻回する必要がないので、環状巻線１０を構成する導線として断面積が大きい導線を使用することができ、大電力用の巻線を容易に構成できる。また、巻線の形状を単純な円形とすることで導線の長さも最短にできるため、巻線抵抗を小さくでき、環状巻線１０での損失を少なくすることができる。
環状巻線１０の導線としては、断面形状が円形、四角形等の任意形状の導線を使用することができる。図１および図２の例では、導線として平角銅線を使用し、この平角銅線をエッジワイズ巻きにして環状巻線１０を形成している。これにより、巻線の占積率を高めることができ、小形のコイル１を実現できる。
他方、断面形状が円形の導線は安価なため、円形断面の導線を用いれば安価なコイル１を実現できる。
なお、環状巻線１０の巻き方および形状は任意であり、巻線の形状を円筒状や平板状にしてもよい。
【００２５】
コア２０を構成する線状の磁性部材として、細くしなやかな線材（ワイヤ）を使用することによって、環状巻線１０にコア２０を容易に密着させることができ、よって磁束の漏洩を軽減することができる。また、線材を細くすることによって、渦電流が発生し難くなるので、高周波特性が向上する。
線状磁性部材の磁性材料としては、鉄系の磁性材料、および非結晶の磁性材料を用いることができる。コア２０を、例えば飽和磁束密度が高い珪素を含む鉄系の線材によって形成すれば、コイル１を小形にできる。また例えば、鉄損の少ないアモルファス等の、非結晶の線材によって形成すれば、磁気特性が良好なため、良好な特性のコイル１が実現できる。鉄損の内訳としては、渦電流による電力の損失の他に、磁性材料中の磁極が反転するときに失われる電力の損失もあり、アモルファス系の線状磁性部材はこのうちの後者の損失の低減に効果がある。
【００２６】
さらに、線状磁性部材の表面を絶縁（電気抵抗を高くする）処理しておけば、巻回したときに線状磁性部材同士が接する部位において互いに絶縁され、線状磁性部材に流れる電流（渦電流）が隣接する線状磁性部材へ伝わらないので、高周波特性がさらに向上する。線状磁性部材の絶縁材料としては、例えば、珪素鋼板に使用する無機質の絶縁材料、あるいは、絶縁銅線に使用するポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリアミド樹脂等が使用できる。なお、磁性部材に樹脂系の絶縁材料を塗布するのであれば、一般的な絶縁銅線と同様な加工を施すことができ、磁性部材用に新たな技術を構築する必要がない。
【００２７】
以上のように、飽和磁束密度の高い磁性材料を線状（ワイヤ状）にしてコア２０を形成するので、コア内の磁束を高密度にすることができ、小さな断面積でも大磁束を通過させることができるため、コア２０を小形にできる。また、線状磁性部材の個々の断面積が小径なので、高周波動作における損失を低減でき、周波数特性を向上することができる。さらに、磁性部材が細くしなやかなため、脆いフェライトコアおよび圧粉成型コアより、コア２０の強度を高くできる。
そして、このコア２０を、太い導線を使用する大電力に対応させた環状巻線１０と組み合わせることにより、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイル１を構成することできる。
【００２８】
また、コア２０を構成する磁性部材として線状の材料を使用することにより、巻回しやすく、また何層にも重ねることが容易になるので、環状巻線１０の開口部１１を貫通するよう配策した線状磁性部材の束（以下、開口貫通部２１）の断面形状と、周縁部１２に沿って配策した線状磁性部材の束（以下、周縁配策部２２）の断面形状を異なる形状にすることができる。
【００２９】
そのため、例えば図１のように、環状巻線１０の開口部１１から周縁部１２へ略放射状に線状磁性部材を配策することができる。図１に示すコイル１をＡＡ線に沿って切断した断面図を、図４に示す。なお、図４の例では、環状巻線１０の外表面のうち、線状磁性部材を巻回する面を、樹脂等のボビン３０で覆う構成にし、環状巻線１０とコア２０の間に絶縁部材を配している。ボビン３０の詳細は後述する。
図４のように、開口貫通部２１の断面形状を略円形にし、他方の周縁配策部２２の断面形状を環状巻線１０の巻き始めと巻き終わりを引き出す部分を除いた略円環形状にする（即ち、開口貫通部２１と周縁配策部２２は同じ本数の線状磁性部材で構成されてはいるが、開口貫通部２１の径方向の長さｄより周縁配策部２２の周方向の長さｌが長くなるように配策し巻回する）ことにより、周縁部１２側の線状磁性部材の束が広範囲に広がって周縁部１２の大部分をコア２０で覆うことができる。
これにより、環状巻線１０から発する漏洩磁束を軽減でき、コイル１の特性をさらに良好にできる。なお、図示していないが、環状巻線１０の巻き始めと巻き終わりを引き出す部分にも線状磁性部材を配策して、コア２０が周縁部１２を略全て覆うように、即ち、周縁配策部２２の断面形状が略円環形状になるようにしてもよい。
【００３０】
なお、線状磁性部材に対し、従来のコイルに用いるような帯状の磁性部材では、図４のように放射状に巻回することができず、同じ位置で何層か重ねて巻回することになる。そのため、環状巻線１０の外表面は、上記特許文献４の形状のように帯状磁性部材のコアに覆われずに露出する部分が広くなり、環状巻線１０の発する磁束が漏洩しやすく、コイル１の特性が悪化する。また、線状磁性部材の断面積は、帯状磁性部材の断面積より狭くすることが可能であり、高周波にて動作する場合の渦電流の軽減に関しても線状磁性部材が有利である。
【００３１】
一般的に、同定格のコイル（またはトランス）ならば、低周波動作用の巻線とコアより、高周波動作用の巻線とコアが小形にできる。高周波動作においては、線状磁性部材の磁気特性がフェライトコアの特性より劣り、発熱量が増加することは否めないが、本実施の形態１のコイル１はコア２０が外側に配置されるために、コア２０の発熱に対する放熱効果は、上記特許文献４が示すように、トロイダルコイル１００のような巻線１２０の内側に環状コア１１０が配置されるタイプのコアより優位である。
従って、高周波動作において、劣勢な磁気特性によってコア２０の発熱量は大きくはなるが、外側に配置したコア２０を機器のケースに直接当接するなどして発熱を外部に伝えやすくできる。よって、結果的には小形で扱いやすいコイル１を構成できる。
【００３２】
なお、形成後のコア２０の形状を保つためには、線状磁性部材が互いに固着していることが望ましい。そこで、例えば高温処理によって接着する接着剤を予め線状磁性部材に塗布し、巻回してコア２０を形成した後、加熱して隣接する線状磁性部材を互いに接着するようにしてもよい。なお、コイル用電線である絶縁銅線にも、同様な加工を行うための接着剤を塗布したものがあり、磁性部材用に新たな技術を構築する必要はない。
もちろん、線状磁性部材の接着あるいは固着に、上記接着剤の塗布と高温処理によって接着する方法以外の手段を用いてもよい。
【００３３】
また、図４に示すように、環状巻線１０の表面を絶縁部材であるボビン３０によって覆い、このボビン３０に線状磁性部材を巻回してコア２０を形成してもよい。図５にボビン３０の一例を示す。このボビン３０は円筒形状の樹脂部材をＣ字状に形成してなり、その一部（例えば、図５に一点鎖線で示すように円筒の軸方向に沿った部分）を切開して環状巻線１０に装着する。ボビン３０があることで、コア２０の線状磁性部材を巻回するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。さらに、環状巻線１０の導線とコア２０の間の絶縁性が高くなり、信頼性の高いコイル１を実現できる。
【００３４】
以上より、実施の形態１によれば、導線を環状に巻回してなる環状巻線１０に装着されるコア２０を、線状磁性部材を使用し、当磁性部材を環状巻線１０の中央側の開口部１１と外側の周縁部１２を経由するよう配策し、環状巻線の周縁部１２に沿って配策した周縁配策部２２の周方向の長さｌが、環状巻線の開口部１１を貫通する開口貫通部２１の径方向の長さｄより長くするように巻回して構成した。このため、強度の高いコア２０を得ることができる。また、個々の磁性部材の断面積が小径になって高周波動作における損失を低減できると共に、磁性部材が環状巻線１０の広範囲を覆って磁束の漏洩を低減できるので、小形かつ良好な特性のコア２０を得ることができる。さらに、線状磁性部材を分断しても特性の劣化が少ないので、複数本にはなるが短い線状磁性部材を使用でき、巻回作業を容易にできる。
そして、強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコア２０を環状巻線１０に装着してコイル１またはトランスを構成することで、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイル１またはトランスを実現できる。
【００３５】
また、実施の形態１によれば、線状磁性部材の表面を絶縁（電気抵抗を高くする）処理するようにしたので、隣接する線状磁性部材を伝わって流れる渦電流を抑制することができ、良好な特性のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３６】
また、実施の形態１によれば、線状磁性部材として、飽和磁束密度の高い鉄系の磁性材料を用いることで、小形のコイル１またはトランスが実現できる。
また、線状磁性部材として、磁気特性が良好な非結晶の磁性材料を用いることで、良好な特性のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３７】
また、実施の形態１によれば、コイル１は、環状巻線１０とコア２０の間に設けるボビン３０を備える構成にしたので、線状磁性部材を巻回するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。また、環状巻線１０とコア２０の間の絶縁性が高くなる。よって、信頼性の高いコイル１またはトランスが実現できる。
【００３８】
また、実施の形態１によれば、環状巻線１０に用いる導線を、断面が略円形の導線にすることで、安価なコイル１またはトランスが実現できる。
また、環状巻線１０に用いる導線を、断面が略四角形の平角線を含む導線にすることで、巻線の占積率を高くすることができ、小形のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係るコイル１を、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。図６において図１〜５と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
上記実施の形態１では、環状巻線１０に線状磁性部材を巻回してコア２０を形成したが、本実施の形態２では、予め線状磁性部材を巻回したコア２０を、カットコアのように切断して分割し、環状巻線１０に装着しやすくする。コア２０は、いわゆるＰＱ型コア、ＥＰ型コア、ポット型コアのような３次元的な形状になる。
【００４０】
例えば、円筒形状の樹脂部材をＣ字状に形成してなるコア巻回用ボビン４０を用意する。コア巻回用ボビン４０は、例えば図５に示すボビン３０と同様な形状であり、本実施の形態２では環状巻線１０のダミーとして用いる。このコア巻回用ボビン４０の、環状巻線１０の開口部１１に相当する部位と、周縁部１２に相当する部位とを経由するように線状磁性部材を巻回してコア２０を形成する。そして、コア巻回用ボビン４０もろともコア２０を周方向に（例えば図１に示すＡＡ線に沿って、あるいは、図５に示すボビン３０の一点鎖線に沿って）切断して２分割する。続いて、２分割したコア２０およびコア巻回用ボビン４０で環状巻線１０を間に挟み込み、分割した双方の切断部位を突き合わせて元の形状に戻し固定すれば、コア２０に環状巻線１０を挿入したコイル１を容易に作製できる。
【００４１】
よって、上記実施の形態１の図３で示すようなトロイダルコイル１００において実施される、巻き始めから巻き終わりに至るまで連続した１本の導線で構成される巻線１２０の巻回より容易にコイル１を作製できることになる。
なお、上記実施の形態１で説明したように、磁束は磁性部材のみならず空間をも流通するために、コア２０の線状磁性部材を特段の手段で磁気的に接続する必要はない。よって、分割したコア２０を用いても特性は劣化しない。
【００４２】
また、線状磁性部材は屈曲が可能なため、コア２０も曲げることができる。そこで、コア巻回用ボビン４０に対応する巻回冶具によってコア２０を形成してから、このコア２０の一部を切開する。例えば、略円形断面の開口貫通部２１を周方向に切開したり、反対に、略円環断面の周縁配策部２２を周方向に切開したりする。そして、コア２０を曲げるようにしてこの切開部位の断面同士を開き、隙間を開ければ、カットコアと同様に、このコア２０に環状巻線１０を挿入することができる。そして、コア２０の切開部位から環状巻線１０を挿入した後、この切開部位の双方の断面同士を突き合わせて元の形状に戻し固定すれば、コア２０に環状巻線１０を挿入したコイル１を容易に作製できる。
【００４３】
なお、切断または切開作業を容易にするために、コア２０を切断または切開する前に、少なくとも切断部位または切開部位を接着部材または樹脂部材等によって固着しておくことが望ましい。
【００４４】
また、Ｃ字状のコア巻回用ボビン４０のような巻回冶具を用いて線状磁性部材を巻回するにあたり、１本のノズル（線状磁性部材を供給する筒先）を使用して１本の線材によって継ぎ目なく連続的に巻回してコア２０を形成することが難しいときは、複数のノズルを使用して複数本の線材によって部分的なコアを形成し、それらを合わせて１個のコア２０を形成してもよい。このとき、複数本の磁性部材同士は繋ぎ合わせる必要はなく、また、巻回方向を同一方向に揃える必要もない。
【００４５】
ここで、図７を用いて、コイル１の変形例を説明する。図７（ａ）はコア２０の変形例を示し、このコア２０を環状巻線１０に装着した状態の断面図を図７（ｂ）に示す。
例えば、Ｃ字状のコア巻回用ボビン４０（図７では不図示）をＣの上下で２分割し、Ｃの上半分のコア巻回用ボビンに線材を巻回して部分コア２５を形成し、別の線材をＣの下半分のコア巻回用ボビンに巻回して部分コア２６を形成し、２つの部分コア２５，２６を合わせて１個のコア２０にする。さらに、部分コア２５，２６をそれぞれ切断して、分割部分コア２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂに分割してもよい。
この構成の場合、図７（ｂ）に示すように、開口貫通部２１は、複数の部分コア２５，２６を組み合わせて、断面形状が一つの略円形になるようにする。また、周縁配策部２２は、複数の部分コア２５，２６を組み合わせて、断面形状が略円環状（の一部）になるようにする。
環状巻線１０の開口部１１において、環状巻線１０の内径と開口貫通部２１との隙間を小さくすることで、環状巻線１０を小形（小径）にすることができる。また、環状巻線１０の周縁部１２において、線状磁性部材が均一の厚みで周縁部１２を覆い囲むことで、環状巻線１０の発する磁束の漏洩を少なくしながら、コイル１の外径（即ちコア２０の最外径）を小径にすることができる。よって、コイル１を小形、かつ、良好な特性にできる。
【００４６】
また、コア巻回用ボビン４０は、線状磁性部材を巻回するためだけに用いるようにして、コア２０を切断または切開した後に除去してしまってもよい。この構成の場合、図４に示したように、予め環状巻線１０の周囲に樹脂製のボビン３０を装着しておくようにしてもよい。これにより、環状巻線１０に切断または切開したコア２０を装着する際に、この環状巻線１０を傷付けることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。さらに、環状巻線１０の導線とコア２０の間の絶縁性が高くなり、信頼性の高いコイル１を実現できる。
【００４７】
さらに、コア２０の切断部分または切開部分に、磁気的な間隔を設けるための絶縁部材（スペーサ）を挟んでもよい。図８に、スペーサ５０の一例を示す。図８に示すコイル１は、図１に示すＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。２分割したコア２０の切断面２３，２４を突き合わせるときに、この切断面２３，２４の間に板状のスペーサ５０を挟む。このスペーサ５０が、インダクタンスを調整する磁気的な空隙（ギャップ）、または、コア２０が飽和することを回避するための磁気的な空隙（ギャップ）となる。
また、この環状巻線１０にも上述したボビン３０が装着されている。
【００４８】
以上より、実施の形態２によれば、線状磁性部材を、環状巻線１０の開口部１１と周縁部１２を経由して配策する形状に予め巻回したものを、切断または一部を切開してコア２０を形成するようにした。このため、コア２０を分割することで、環状巻線１０をコア２０内に挿入する作業が容易になり、小形で良好な特性のコイル１またはトランスを容易に作製できる。
また、線状磁性部材によって予め巻回した複数の部分コア２５，２６を用いて一式のコア２０を構成するようにしてもよく、コア２０の巻回作業が容易になる。
【００４９】
また、実施の形態２によれば、コア２０の切断または切開した切断面２３，２４同士を付き合わせる部位に、磁気的な間隔を設定するスペーサ５０を設けるようにしたので、インダクタンスの調整が容易で、磁気飽和し難いコイル１またはトランスが実現できる。
【００５０】
また、実施の形態２によれば、線状磁性部材の表面を接着部材で覆うようにしたので、線状磁性材料同士を互いに固着することができ、コア２０の切断または切開作業および曲げ加工が容易になり、コイル１またはトランスの製作が容易になる。
【００５１】
また、実施の形態２によれば、環状巻線１０とコア２０の間に設けるボビン３０を備える構成にしたので、分割したコア２０を装着するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、上記実施の形態１と同様に、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができ、環状巻線１０とコア２０の間の絶縁性を高くできるので、信頼性の高いコイル１またはトランスが実現できる。
【００５２】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１，２に示す環状巻線１０とコア２０を用いて、フォワード用またはフライバック用のトランスを構成する場合を説明する。
【００５３】
先ず、フォワード用のトランスを説明する。
図９は、実施の形態３に係るフォワードトランス１ａを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。なお、図９において、図１〜図８と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
このフォワードトランス１ａは、１次巻線１３と、この１次巻線１３を間に挟んだ２つの２次巻線１４とで環状巻線１０を構成し、この環状巻線１０にコア２０を装着してなる。
このコア２０は、上記実施の形態１，２に係るコア２０と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。また、１次巻線１３および２次巻線１４を構成する導線（例えば、絶縁銅線）としては、上記実施の形態１，２と同様に、断面形状が略円形の導線を用いてもよいし、略四角形の導線を用いてもよい。また、１次巻線１３および２次巻線１４をそれぞれ、図８に示したような絶縁性のボビン３０で覆って、１次巻線１３および２次巻線１４の間の絶縁性を高めてもよい。
【００５４】
下記（１）〜（４）は、フォワードトランス１ａの１次巻線１３に流れる電流と発生する磁束および２次巻線１４に流れる電流の概要である。
（１）１次巻線１３に電流を通電する
（２）１次巻線１３の通電に対応して１次巻線１３の近傍に磁界が発生する
（３）１次巻線１３が発する磁束を打ち消す磁束を発する方向の電流が２次巻線１４に通電する
（４）１次巻線１３の発する磁束は２次巻線１４が発する磁束と均衡する
従って、１次巻線１３に流れる電流の大きさは、２次巻線１４に流れる電流の大きさによって決定される。
【００５５】
上記（３）のように、フォワードトランス１ａにおいては１次巻線１３と２次巻線１４の発する磁束は互いに相殺し合うため、１次巻線１３の発する大きな磁束は外部に波及しない。そのため、コア２０にも大きな磁束が届かないので、コア２０は磁気飽和し難い。よって、断面積の小さなコア２０が使用できる。
【００５６】
従って、フォワードトランス１ａとして使用する場合は、１次巻線１３および２次巻線１４が発する磁界を介して１次巻線１３から２次巻線１４に電気エネルギを伝達するため、図９に示すように、両者の磁束を阻害しないように１次巻線１３の表裏に２つの２次巻線１４を配置し、さらにそれら２つ１組の２次巻線１４の表裏を覆うようにコア２０を配策する構成が好ましい。
【００５７】
これに対し、１次巻線１３と２次巻線１４の位置を入れ替えた場合（後述する図１０のフライバックトランス１ｂの構成）、１次巻線１３がコア２０側に発する磁束が、２次巻線１４が発する磁束によって相殺され難くなる。そのため、１次巻線１３がコア２０側に発する磁束がこのコア２０を通過する。従って、この部分において磁気飽和が発生しないように、フォワードトランス１ａとしては不相応に大きなコア２０を使用しなければならない。
【００５８】
次に、フライバック用のトランスを説明する。
図１０は、実施の形態３に係るフライバックトランス１ｂを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。なお、図１０において、図１〜図９と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
このフライバックトランス１ｂは、２次巻線１４と、この２次巻線１４を間に挟んだ２つの１次巻線１３とで環状巻線１０を構成し、この環状巻線１０にコア２０を装着してなる。このコア２０は、上記実施の形態１，２に係るコア２０と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。また、１次巻線１３および２次巻線１４を構成する導線（例えば、絶縁銅線）としては、上記実施の形態１，２と同様に、断面形状が略円形の導線を用いてもよいし、略四角形の導線を用いてもよい。また、１次巻線１３および２次巻線１４をそれぞれ、図８に示したような絶縁性のボビン３０で覆って、１次巻線１３および２次巻線１４の間の絶縁性を高めてもよい。
【００５９】
下記（１）〜（５）は、フライバックトランス１ｂの１次巻線１３に流れる電流と発生する磁束および２次巻線１４に流れる電流の概要である。
（１）１次巻線１３に電流を通電する
（２）１次巻線１３の通電に対応して１次巻線１３の近傍に磁界が発生する
（３）１次巻線１３が発する磁束を磁気エネルギとしてコア２０に貯える
（４）１次巻線１３の通電を停止する
（５）コア２０に貯えた磁気エネルギが１次巻線１３と２次巻線１４に電気エネルギとなって出現する
フライバックトランス１ｂでは、上記（５）で出現した電気エネルギを取り出すことでエネルギ（電力）の伝達が行われる。
【００６０】
上記（３）のように、１次巻線１３に流入した電気エネルギを一旦磁気エネルギとしてコア２０に貯えるため、コア２０には当磁気エネルギを保持できるだけの十分な断面積が必要となる。
また、コア２０と１次巻線１３との隙間を狭めれば、１次巻線１３が発する磁束をコア２０に流入させやすくなって効率よく貯えることができ、フライバックトランス１ｂの特性が向上する。
【００６１】
これに対し、図９（フォワードトランス１ａの構成）に示すように１次巻線１３と２次巻線１４の位置を入れ替えた場合、浮遊容量を介して流れる２次巻線１４のフォワード電流によって、１次巻線１３が発する磁束の一部が相殺され、一部の磁束がコア２０に届かず磁気エネルギとして貯えられない。従って、フライバックトランス１ｂとして相応な断面積のコア２０を使用しても、１次巻線１３から２次巻線１４に十分な電力伝達ができない。
【００６２】
以上より、実施の形態３によれば、導線を巻回してなる１次巻線１３および２次巻線１４を有する環状巻線１０と、この環状巻線１０に装着されるコア２０とを備えるトランスにおいて、特に２次巻線１４を２層に分割し、当該２層の２次巻線１４の間に１次巻線１３を挟んでフォワードトランス１ａを構成するようにした。このため、１次巻線１３が周囲に発する磁束を２次巻線１４が相殺して減らすようにしたので、コア２０を小形にすることができる。よって、小形のフォワードトランス１ａが実現できる。
【００６３】
また、実施の形態３によれば、１次巻線１３を２層に分割し、当該２層の１次巻線１３の間に２次巻線１４を挟んでフライバックトランス１ｂを構成するようにしてもよい。この構成の場合、１次巻線１３がコア２０の近傍に配置されるので、１次巻線１３が発する磁束をコア２０に貯えやすくなり、良好な特性のフライバックトランス１ｂが実現できる。
【００６４】
実施の形態４．
図１１は、電気自動車２００の電力系統の構成を示すブロック図である。主バッテリ２０２とモータ２０４とを備える電気自動車２００は、交流電源から主バッテリ２０２に電力を供給する充電器２０１と、主バッテリ２０２からモータ２０４に電力を供給するインバータ２０３と、主バッテリ２０２から副バッテリ２０６を充電して車載電装品２０７に電力を供給する降圧コンバータ２０５とを備える。
【００６５】
上記実施の形態１〜３で示したコイル１またはトランスは、小形かつ剛性が高いので、交流電源と主バッテリ２０２の間に設けて交流電源と電気自動車２００の直流電源を絶縁するＡＣ／ＤＣコンバータ（充電器２０１）、主バッテリ２０２と副バッテリ２０６の間に設けて両バッテリを絶縁するＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧コンバータ２０５）などの車載用部品として用いるのに適している。
【００６６】
なお、コイル１またはトランスを機器側の固定位置に取り付けるために、例えばボルト（固定具）を挿通する貫通穴をコア２０の開口貫通部２１に設けてもよい。貫通穴を形成するコア２０は、線状磁性部材で構成されているので剛性が強く、ボルト等を用いて直接固定することが可能である。
図１２に、貫通穴の一例を示す。図１２の例では、コア２０の開口貫通部２１に円筒形状のスリーブ６０を貫通させて貫通穴を構成している。このスリーブ６０にボルトを挿通して機器側に締め付ければ、コイル１を固定することができ、コイル１の組み付け作業が容易になる。
【００６７】
上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、この発明に係るコアは、線状の磁性部材を巻回して構成することによって機械的な強度を増しながら小形化でき、また、高電圧かつ大電力に対応できるので、車載用のコイルまたはトランスなどに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１  コイル、１ａ  フォワードトランス、１ｂ  フライバックトランス、１０  環状巻線、１１  開口部、１２  周縁部、１３  １次巻線、１４  ２次巻線、２０  コア、２１  開口貫通部、２２  周縁配策部、２３，２４  切断面、２５，２６  部分コア、２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ  分割部分コア、３０  ボビン、４０  コア巻回用ボビン、５０  スペーサ、６０  スリーブ、１００  トロイダルコイル、１１０  環状コア、１１１  開口部、１１２  周縁部、１２０  巻線、２００  電気自動車、２０１  充電器、２０２  主バッテリ、２０３  インバータ、２０４  モータ、２０５  降圧コンバータ、２０６  副バッテリ、２０７  車載電装品。
【図１】
2012093419.tif 000003
【図２】
2012093419.tif 000004
【図３】
2012093419.tif 000005
【図４】
2012093419.tif 000006
【図５】
2012093419.tif 000007
【図６】
2012093419.tif 000008
【図７】
2012093419.tif 000009
【図８】
2012093419.tif 000010
【図９】
2012093419.tif 000011
【図１０】
2012093419.tif 000012
【図１１】
2012093419.tif 000013
【図１２】
2012093419.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月28日(2012.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載機器用のコア、およびこのコアを使用した車載機器用のコイルまたは車載機器用のトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化ガスの排出量を削減する風潮の中で、二酸化炭素排出量の少なさが受け入れられて、電気自動車の需要が増加し、普及し始めている。
この電気自動車には、高電圧が印加される回路、大電流が通電される回路などが搭載されており、随所に高電圧および大電流に対応するコイル（リアクトル）およびトランスが使用されている。
これまで、高電圧および大電流の回路は、交流の電力線から供給される電源に接続される回路が大多数であり、当電力線系の用途においては、コイルおよびトランスはそれなりに高効率化および小形化が実現されている。しかし、電気自動車用に搭載されるときには、更なる高効率化と小形化が要求される。
【０００３】
従来、コイルおよびトランスを小形にするために、粉末にした磁性材料を固めた、高周波特性の良好なコア、および飽和磁束密度の高い磁性材料を薄板にして複数重ねたコアを使用している。
ただし、一般的には高周波特性が良好な材料は飽和磁束密度が低く、反対に、飽和磁束密度の高い材料は高周波特性が劣るため、目的の特性に合わせて材料および構成を選択する必要があった。
コイルおよびトランスの構成に関する従来技術は多々あり、以下に一部の特許文献１〜４を記す。
【０００４】
特許文献１に係るトランス用カットコアは、アモルファス金属製の薄板を巻回したコアに関し、巻回した薄板の隙間に液体が侵入しないようにコア外面を液密性膜で密封し、形を保つ補強を施してから切断することを特徴としている。
【０００５】
特許文献２に係るトロイダルトランスは、珪素鋼板等の磁性材料からなる薄帯を環状に巻回したコアを用いるものであり、残留磁束を少なくし、磁気飽和し難くするための切断または穿孔加工を施してもコアが変形しないように、コアの一部を加工せずに残すことを特徴としている。
【０００６】
特許文献３に係るリアクトルおよびトランスは、圧粉磁性材料により形成された環状のコアを分割したカットコアを用いるものであり、従来の珪素鋼板を使用したコアに比べ、圧粉磁性材料の材料選択により磁気特性の制御を容易にしたものである。
【０００７】
特許文献４に係るリアクトルは、珪素鋼板を巻回したコアまたはフェライト等を圧粉成型したコアを用いるものであり、放熱効果を高めるために、コイルに対して４方向にコアを配置することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２０６９０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０２４３号公報
【特許文献３】特開２００６−３４４８６８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１９２７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、コアの磁気特性としては飽和磁束密度が高いこと、高周波特性が良いこと等が求められるが、両特性は相反する関係であり、両特性を同時に満足し難いという課題があった。
【００１０】
飽和磁束密度を高くするためには、鉄の塊（珪素鋼板など）のようなコアが飽和し難く好適であるが、金属の鉄は電気抵抗が低く、渦電流が流れやすいので高周波動作する部品としては使用し難い。そこで、鉄系の磁性材料をコアとして使用する場合は、高周波特性を向上すべく、渦電流の抑制対策として磁性材料の厚さを薄くすること、または幅を狭くすることが求められる。特許文献１〜４のような従来技術では、厚さを薄くした薄板状の磁性材料を重ねてコアを形成することにより、渦電流の抑制対策を行っているが、厚さだけでなく幅も狭めた線状の磁性材料を用いるような構成は開示がない。
【００１１】
一方、高周波特性を良くするためには、電気抵抗が高い磁性材料の粉末を固めたコアが渦電流を流し難く良好であるが、粉末の磁性材料を固めたコアは非磁性物質の含有量が多く、飽和磁束密度が低い。そこで、粉末の磁性材料を固めてコアとして使用する場合は、十分な磁束を通すためにコアを大形にする必要があるが、そうするとコイルおよびトランスも大形化し電気自動車用には不向きになってしまう。また、粉末の磁性材料を固めたコアとして代表的なフェライトコアは脆いため、電気自動車に搭載し走行した時の振動や衝撃等により割れやすいという課題もあった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコアを得ると共に、このコアを用いて機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイルおよびトランスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る車載機器用のコアは、表面が絶縁処理された線状の磁性部材を使用し、当該磁性部材を環状巻線の中央側の開口部と外側の周縁部を経由するよう配策し、環状巻線に対して複数回巻回し、環状巻線の周縁部に沿って配策した当該磁性部材の束の周方向の長さが、環状巻線の開口部を貫通する当該磁性部材の束の径方向の長さより長くするように巻回して形成したものである。
【００１４】
この発明に係る車載機器用のコイルは、導線を環状に巻回してなる環状巻線と、環状巻線に装着される上記コアとを備えるものである。
【００１５】
この発明に係る車載機器用のトランスは、導線を環状に巻回してなる１次巻線および２次巻き線を有する環状巻線と、環状巻線に装着される上記コアとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、線状の磁性部材を配策してコアを構成することにより、強度の高いコアにできる。また、個々の磁性部材の断面積が小径になって高周波動作における損失を低減できると共に、当該磁性部材が環状巻線の広範囲を覆って磁束の漏洩を低減できるので、小形かつ良好な特性のコアを得ることができる。さらに、線状の磁性部材を分断しても特性の劣化が少ないので線状の磁性部材を複数に分けて環状巻線に巻回する、または予め巻回によって形成したコアを分割して環状巻線に装着する等の様々な工法により作製することができ、作製が容易にできる。
【００１７】
また、この発明によれば、強度が高く、かつ、小形で良好な特性の上記コアを用いてコイルまたはトランスを構成するので、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイルまたはトランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るコイルの構成を示す外観斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るコイルにおいて、環状巻線に線状磁性部材を巻き始めた状態を示す外観斜視図である。
【図３】従来のトロイダルコイルの構成例を示す外観斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るコイルを図１のＡＡ線に沿って切断した断面図である。
【図５】実施の形態１に係るコイルに用いるボビンの一例を示す外観斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るコイルを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図７】実施の形態２に係るコイルの変形例を示す図である。
【図８】実施の形態２に係るコイルを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図であり、スペーサの一例を示す。
【図９】この発明の実施の形態３に係るフォワードトランスを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図１０】実施の形態３に係るフライバックトランスを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るコイルまたはトランスを適用した電気自動車の電力系統の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態４に係るコイルに設けた貫通穴の一例を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示すように、コイル１は、導線を環状に巻回してなる環状巻線１０と、環状巻線１０の中央側の開口部１１と外側の周縁部１２を経由するよう配策した線状磁性部材で構成されたコア２０とからなる。本実施の形態１では、図２に示すように環状巻線１０に線状磁性部材を巻回し、図１に示すようなコア２０を形成する。図示例では線状磁性部材が乱巻き状態になっているが、巻き方は任意であり通過磁束に対応する断面積を確保できる巻き方であればよく、例えば、層状に整列した状態に巻いてあってもよい。
なお、以下ではコア２０を使用したコイル１を例に用いて説明するが、コア２０を使用したトランスであっても同様である。
【００２０】
本実施の形態１に係るコイル１は、外見上は、一般的なトロイダルコイルのコアと巻線の位置関係を入れ替えた構成に近い。
参考までに、図３に、１本の導線（巻線１２０）を環状コア１１０に複数回巻回して構成する一般的なトロイダルコイル１００を示す。トロイダルコイル１００に対して、本実施の形態１のコイル１は、コアと導線の位置関係を入れ替え、トロイダルコイル１００の環状コア１１０の位置に代わりに環状巻線１０を配置し、巻線１２０の位置に代わりに線状の磁性部材を巻回してコア２０を構成する。
なお、トロイダルコイル１００においては、電流を流すために導線（巻線１２０）は繋ぎ目のない１本を巻回する必要があるが、同じ位置にある本実施の形態１のコア２０は、磁束が磁性部材のみならず空間をも流通するために、コア２０の線状の磁性部材を特段の手段で磁気的に接続する必要はない。そのため、複数本の短い線状磁性部材をそれぞれ巻回して一式のコア２０にしても、互いの接続は不要であり、かつ、特性も劣化しない。また、詳細は下記実施の形態２で説明するが、コア２０を切断して分割しても特性は劣化しない。
【００２１】
トロイダルコイル１００の場合、磁束の漏洩が少なく良好な特性が得られるために、フェライト、圧粉、鉄系の薄板（または帯状）の磁性部材を巻回して形成する環状コア１１０を様々な大きさにし、各種用途に使用されている。巻線１２０は、環状コア１１０の中央に開口した開口部１１１と外側周縁の周縁部１１２を経由するよう巻回する構成のため、周縁部１１２側の磁束漏洩を軽減すべく巻線１２０を周縁部１１２側で互いに接するように整列させて巻回すれば、開口部１１１側が乱雑な密巻きになってしまう。そのため、開口部１１１側では巻線１２０を巻回しにくい。
その上、巻線１２０を巻回して構成する都合上、使用する導線には高い屈曲性が必要となり、太い線材は使用できない。さらに、占積率を増すために断面が四角形の導線を使用することも、困難である。また、巻線１２０は電気的な接続が必要なため、複数本の短い導線を途中で継ぎ足しながら１本の導線にして巻回することは、非効率的である。
従って、使用する導線に着目すればトロイダルコイル１００は大電力用には不向きである。
【００２２】
ところで、環状コア１１０の渦電流による損失は、鉄系の薄板（または帯状）の磁性材料を用いた場合に高く、フェライト（電気抵抗が高い磁性材料の粉末を固めたコア）を用いた場合に低い。また、飽和磁束密度は、鉄系の薄板（または帯状）を用いた場合に高く、フェライトを用いた場合に低い。また、圧粉成型したコア（電気抵抗が低い磁性材料の粉末を絶縁性の材料によって固めたコア）は鉄系とフェライトの中間的な特性を示す。
従って、一般的には、高周波動作用には、渦電流による損失を減らすためにフェライトを選択するが、このコアは飽和磁束密度が低いために大電力対応には環状コア１１０を大形化する必要がある。逆に、大電力に対応するためには、飽和磁束密度が高い鉄系の薄板（または帯状）の磁性材料を選択するが、このコアは渦電流が発生しやすいため、高周波動作用には板厚を薄くする必要がある。そのため、高周波かつ大電力に対応するコアとして、両者の中間的な特性を備えた圧粉成型のコアを選択することが多い。
なお、鉄系の帯状磁性材料の幅を狭めて線状にすれば、更なる高周波用に使用することも可能であるが、上述したような巻線１２０側の都合もあり、結果的には、トロイダルコイル１００は高周波大電力用として使用し難いことがある。
【００２３】
以上のように、一般的なトロイダルコイル１００においては、導線と磁性部材の選択肢が少なく、導線の巻き難さがネックとなって、高周波かつ大電力の用途に適切なコイル（またはトランス）を構成し難い。
【００２４】
そこで、本実施の形態１のコイル１は、導線（例えば絶縁被覆を施した銅線、以下、絶縁銅線と称す）を巻回してなる環状巻線１０に、線状の磁性部材を巻回してコア２０を形成する。トロイダルコイル１００のように巻線をコアに巻回する必要がないので、環状巻線１０を構成する導線として断面積が大きい導線を使用することができ、大電力用の巻線を容易に構成できる。また、巻線の形状を単純な円形とすることで導線の長さも最短にできるため、巻線抵抗を小さくでき、環状巻線１０での損失を少なくすることができる。
環状巻線１０の導線としては、断面形状が円形、四角形等の任意形状の導線を使用することができる。図１および図２の例では、導線として平角銅線を使用し、この平角銅線をエッジワイズ巻きにして環状巻線１０を形成している。これにより、巻線の占積率を高めることができ、小形のコイル１を実現できる。
他方、断面形状が円形の導線は安価なため、円形断面の導線を用いれば安価なコイル１を実現できる。
なお、環状巻線１０の巻き方および形状は任意であり、巻線の形状を円筒状や平板状にしてもよい。
【００２５】
コア２０を構成する線状の磁性部材として、細くしなやかな線材（ワイヤ）を使用することによって、環状巻線１０にコア２０を容易に密着させることができ、よって磁束の漏洩を軽減することができる。また、線材を細くすることによって、渦電流が発生し難くなるので、高周波特性が向上する。
線状磁性部材の磁性材料としては、鉄系の磁性材料、および非結晶の磁性材料を用いることができる。コア２０を、例えば飽和磁束密度が高い珪素を含む鉄系の線材によって形成すれば、コイル１を小形にできる。また例えば、鉄損の少ないアモルファス等の、非結晶の線材によって形成すれば、磁気特性が良好なため、良好な特性のコイル１が実現できる。鉄損の内訳としては、渦電流による電力の損失の他に、磁性材料中の磁極が反転するときに失われる電力の損失もあり、アモルファス系の線状磁性部材はこのうちの後者の損失の低減に効果がある。
【００２６】
さらに、線状磁性部材の表面を絶縁（電気抵抗を高くする）処理しておけば、巻回したときに線状磁性部材同士が接する部位において互いに絶縁され、線状磁性部材に流れる電流（渦電流）が隣接する線状磁性部材へ伝わらないので、高周波特性がさらに向上する。線状磁性部材の絶縁材料としては、例えば、珪素鋼板に使用する無機質の絶縁材料、あるいは、絶縁銅線に使用するポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリアミド樹脂等が使用できる。なお、磁性部材に樹脂系の絶縁材料を塗布するのであれば、一般的な絶縁銅線と同様な加工を施すことができ、磁性部材用に新たな技術を構築する必要がない。
【００２７】
以上のように、飽和磁束密度の高い磁性材料を線状（ワイヤ状）にしてコア２０を形成するので、コア内の磁束を高密度にすることができ、小さな断面積でも大磁束を通過させることができるため、コア２０を小形にできる。また、線状磁性部材の個々の断面積が小径なので、高周波動作における損失を低減でき、周波数特性を向上することができる。さらに、磁性部材が細くしなやかなため、脆いフェライトコアおよび圧粉成型コアより、コア２０の強度を高くできる。
そして、このコア２０を、太い導線を使用する大電力に対応させた環状巻線１０と組み合わせることにより、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイル１を構成することできる。
【００２８】
また、コア２０を構成する磁性部材として線状の材料を使用することにより、巻回しやすく、また何層にも重ねることが容易になるので、環状巻線１０の開口部１１を貫通するよう配策した線状磁性部材の束（以下、開口貫通部２１）の断面形状と、周縁部１２に沿って配策した線状磁性部材の束（以下、周縁配策部２２）の断面形状を異なる形状にすることができる。
【００２９】
そのため、例えば図１のように、環状巻線１０の開口部１１から周縁部１２へ略放射状に線状磁性部材を配策することができる。図１に示すコイル１をＡＡ線に沿って切断した断面図を、図４に示す。なお、図４の例では、環状巻線１０の外表面のうち、線状磁性部材を巻回する面を、樹脂等のボビン３０で覆う構成にし、環状巻線１０とコア２０の間に絶縁部材を配している。ボビン３０の詳細は後述する。
図４のように、開口貫通部２１の断面形状を略円形にし、他方の周縁配策部２２の断面形状を環状巻線１０の巻き始めと巻き終わりを引き出す部分を除いた略円環形状にする（即ち、開口貫通部２１と周縁配策部２２は同じ本数の線状磁性部材で構成されてはいるが、開口貫通部２１の径方向の長さｄより周縁配策部２２の周方向の長さｌが長くなるように配策し巻回する）ことにより、周縁部１２側の線状磁性部材の束が広範囲に広がって周縁部１２の大部分をコア２０で覆うことができる。
これにより、環状巻線１０から発する漏洩磁束を軽減でき、コイル１の特性をさらに良好にできる。なお、図示していないが、環状巻線１０の巻き始めと巻き終わりを引き出す部分にも線状磁性部材を配策して、コア２０が周縁部１２を略全て覆うように、即ち、周縁配策部２２の断面形状が略円環形状になるようにしてもよい。
【００３０】
なお、線状磁性部材に対し、従来のコイルに用いるような帯状の磁性部材では、図４のように放射状に巻回することができず、同じ位置で何層か重ねて巻回することになる。そのため、環状巻線１０の外表面は、上記特許文献４の形状のように帯状磁性部材のコアに覆われずに露出する部分が広くなり、環状巻線１０の発する磁束が漏洩しやすく、コイル１の特性が悪化する。また、線状磁性部材の断面積は、帯状磁性部材の断面積より狭くすることが可能であり、高周波にて動作する場合の渦電流の軽減に関しても線状磁性部材が有利である。
【００３１】
一般的に、同定格のコイル（またはトランス）ならば、低周波動作用の巻線とコアより、高周波動作用の巻線とコアが小形にできる。高周波動作においては、線状磁性部材の磁気特性がフェライトコアの特性より劣り、発熱量が増加することは否めないが、本実施の形態１のコイル１はコア２０が外側に配置されるために、コア２０の発熱に対する放熱効果は、上記特許文献４が示すように、トロイダルコイル１００のような巻線１２０の内側に環状コア１１０が配置されるタイプのコアより優位である。
従って、高周波動作において、劣勢な磁気特性によってコア２０の発熱量は大きくはなるが、外側に配置したコア２０を機器のケースに直接当接するなどして発熱を外部に伝えやすくできる。よって、結果的には小形で扱いやすいコイル１を構成できる。
【００３２】
なお、形成後のコア２０の形状を保つためには、線状磁性部材が互いに固着していることが望ましい。そこで、例えば高温処理によって接着する接着剤を予め線状磁性部材に塗布し、巻回してコア２０を形成した後、加熱して隣接する線状磁性部材を互いに接着するようにしてもよい。なお、コイル用電線である絶縁銅線にも、同様な加工を行うための接着剤を塗布したものがあり、磁性部材用に新たな技術を構築する必要はない。
もちろん、線状磁性部材の接着あるいは固着に、上記接着剤の塗布と高温処理によって接着する方法以外の手段を用いてもよい。
【００３３】
また、図４に示すように、環状巻線１０の表面を絶縁部材であるボビン３０によって覆い、このボビン３０に線状磁性部材を巻回してコア２０を形成してもよい。図５にボビン３０の一例を示す。このボビン３０は円筒形状の樹脂部材をＣ字状に形成してなり、その一部（例えば、図５に一点鎖線で示すように円筒の軸方向に沿った部分）を切開して環状巻線１０に装着する。ボビン３０があることで、コア２０の線状磁性部材を巻回するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。さらに、環状巻線１０の導線とコア２０の間の絶縁性が高くなり、信頼性の高いコイル１を実現できる。
【００３４】
以上より、実施の形態１によれば、導線を環状に巻回してなる環状巻線１０に装着されるコア２０を、線状磁性部材を使用し、当磁性部材を環状巻線１０の中央側の開口部１１と外側の周縁部１２を経由するよう配策し、環状巻線の周縁部１２に沿って配策した周縁配策部２２の周方向の長さｌが、環状巻線の開口部１１を貫通する開口貫通部２１の径方向の長さｄより長くするように巻回して構成した。このため、強度の高いコア２０を得ることができる。また、個々の磁性部材の断面積が小径になって高周波動作における損失を低減できると共に、磁性部材が環状巻線１０の広範囲を覆って磁束の漏洩を低減できるので、小形かつ良好な特性のコア２０を得ることができる。さらに、線状磁性部材を分断しても特性の劣化が少ないので、複数本にはなるが短い線状磁性部材を使用でき、巻回作業を容易にできる。
そして、強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコア２０を環状巻線１０に装着してコイル１またはトランスを構成することで、機械的な強度が高く、かつ、小形で良好な特性のコイル１またはトランスを実現できる。
【００３５】
また、実施の形態１によれば、線状磁性部材の表面を絶縁（電気抵抗を高くする）処理するようにしたので、隣接する線状磁性部材を伝わって流れる渦電流を抑制することができ、良好な特性のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３６】
また、実施の形態１によれば、線状磁性部材として、飽和磁束密度の高い鉄系の磁性材料を用いることで、小形のコイル１またはトランスが実現できる。
また、線状磁性部材として、磁気特性が良好な非結晶の磁性材料を用いることで、良好な特性のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３７】
また、実施の形態１によれば、コイル１は、環状巻線１０とコア２０の間に設けるボビン３０を備える構成にしたので、線状磁性部材を巻回するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。また、環状巻線１０とコア２０の間の絶縁性が高くなる。よって、信頼性の高いコイル１またはトランスが実現できる。
【００３８】
また、実施の形態１によれば、環状巻線１０に用いる導線を、断面が略円形の導線にすることで、安価なコイル１またはトランスが実現できる。
また、環状巻線１０に用いる導線を、断面が略四角形の平角線を含む導線にすることで、巻線の占積率を高くすることができ、小形のコイル１またはトランスが実現できる。
【００３９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係るコイル１を、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。図６において図１〜５と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
上記実施の形態１では、環状巻線１０に線状磁性部材を巻回してコア２０を形成したが、本実施の形態２では、予め線状磁性部材を巻回したコア２０を、カットコアのように切断して分割し、環状巻線１０に装着しやすくする。コア２０は、いわゆるＰＱ型コア、ＥＰ型コア、ポット型コアのような３次元的な形状になる。
【００４０】
例えば、円筒形状の樹脂部材をＣ字状に形成してなるコア巻回用ボビン４０を用意する。コア巻回用ボビン４０は、例えば図５に示すボビン３０と同様な形状であり、本実施の形態２では環状巻線１０のダミーとして用いる。このコア巻回用ボビン４０の、環状巻線１０の開口部１１に相当する部位と、周縁部１２に相当する部位とを経由するように線状磁性部材を巻回してコア２０を形成する。そして、コア巻回用ボビン４０もろともコア２０を周方向に（例えば図１に示すＡＡ線に沿って、あるいは、図５に示すボビン３０の一点鎖線に沿って）切断して２分割する。続いて、２分割したコア２０およびコア巻回用ボビン４０で環状巻線１０を間に挟み込み、分割した双方の切断部位を突き合わせて元の形状に戻し固定すれば、コア２０に環状巻線１０を挿入したコイル１を容易に作製できる。
【００４１】
よって、上記実施の形態１の図３で示すようなトロイダルコイル１００において実施される、巻き始めから巻き終わりに至るまで連続した１本の導線で構成される巻線１２０の巻回より容易にコイル１を作製できることになる。
なお、上記実施の形態１で説明したように、磁束は磁性部材のみならず空間をも流通するために、コア２０の線状磁性部材を特段の手段で磁気的に接続する必要はない。よって、分割したコア２０を用いても特性は劣化しない。
【００４２】
また、線状磁性部材は屈曲が可能なため、コア２０も曲げることができる。そこで、コア巻回用ボビン４０に対応する巻回冶具によってコア２０を形成してから、このコア２０の一部を切開する。例えば、略円形断面の開口貫通部２１を周方向に切開したり、反対に、略円環断面の周縁配策部２２を周方向に切開したりする。そして、コア２０を曲げるようにしてこの切開部位の断面同士を開き、隙間を開ければ、カットコアと同様に、このコア２０に環状巻線１０を挿入することができる。そして、コア２０の切開部位から環状巻線１０を挿入した後、この切開部位の双方の断面同士を突き合わせて元の形状に戻し固定すれば、コア２０に環状巻線１０を挿入したコイル１を容易に作製できる。
【００４３】
なお、切断または切開作業を容易にするために、コア２０を切断または切開する前に、少なくとも切断部位または切開部位を接着部材または樹脂部材等によって固着しておくことが望ましい。
【００４４】
また、Ｃ字状のコア巻回用ボビン４０のような巻回冶具を用いて線状磁性部材を巻回するにあたり、１本のノズル（線状磁性部材を供給する筒先）を使用して１本の線材によって継ぎ目なく連続的に巻回してコア２０を形成することが難しいときは、複数のノズルを使用して複数本の線材によって部分的なコアを形成し、それらを合わせて１個のコア２０を形成してもよい。このとき、複数本の磁性部材同士は繋ぎ合わせる必要はなく、また、巻回方向を同一方向に揃える必要もない。
【００４５】
ここで、図７を用いて、コイル１の変形例を説明する。図７（ａ）はコア２０の変形例を示し、このコア２０を環状巻線１０に装着した状態の断面図を図７（ｂ）に示す。
例えば、Ｃ字状のコア巻回用ボビン４０（図７では不図示）をＣの上下で２分割し、Ｃの上半分のコア巻回用ボビンに線材を巻回して部分コア２５を形成し、別の線材をＣの下半分のコア巻回用ボビンに巻回して部分コア２６を形成し、２つの部分コア２５，２６を合わせて１個のコア２０にする。さらに、部分コア２５，２６をそれぞれ切断して、分割部分コア２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂに分割してもよい。
この構成の場合、図７（ｂ）に示すように、開口貫通部２１は、複数の部分コア２５，２６を組み合わせて、断面形状が一つの略円形になるようにする。また、周縁配策部２２は、複数の部分コア２５，２６を組み合わせて、断面形状が略円環状（の一部）になるようにする。
環状巻線１０の開口部１１において、環状巻線１０の内径と開口貫通部２１との隙間を小さくすることで、環状巻線１０を小形（小径）にすることができる。また、環状巻線１０の周縁部１２において、線状磁性部材が均一の厚みで周縁部１２を覆い囲むことで、環状巻線１０の発する磁束の漏洩を少なくしながら、コイル１の外径（即ちコア２０の最外径）を小径にすることができる。よって、コイル１を小形、かつ、良好な特性にできる。
【００４６】
また、コア巻回用ボビン４０は、線状磁性部材を巻回するためだけに用いるようにして、コア２０を切断または切開した後に除去してしまってもよい。この構成の場合、図４に示したように、予め環状巻線１０の周囲に樹脂製のボビン３０を装着しておくようにしてもよい。これにより、環状巻線１０に切断または切開したコア２０を装着する際に、この環状巻線１０を傷付けることがない。また、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができる。さらに、環状巻線１０の導線とコア２０の間の絶縁性が高くなり、信頼性の高いコイル１を実現できる。
【００４７】
さらに、コア２０の切断部分または切開部分に、磁気的な間隔を設けるための絶縁部材（スペーサ）を挟んでもよい。図８に、スペーサ５０の一例を示す。図８に示すコイル１は、図１に示すＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。２分割したコア２０の切断面２３，２４を突き合わせるときに、この切断面２３，２４の間に板状のスペーサ５０を挟む。このスペーサ５０が、インダクタンスを調整する磁気的な空隙（ギャップ）、または、コア２０が飽和することを回避するための磁気的な空隙（ギャップ）となる。
また、この環状巻線１０にも上述したボビン３０が装着されている。
【００４８】
以上より、実施の形態２によれば、線状磁性部材を、環状巻線１０の開口部１１と周縁部１２を経由して配策する形状に予め巻回したものを、切断または一部を切開してコア２０を形成するようにした。このため、コア２０を分割することで、環状巻線１０をコア２０内に挿入する作業が容易になり、小形で良好な特性のコイル１またはトランスを容易に作製できる。
また、線状磁性部材によって予め巻回した複数の部分コア２５，２６を用いて一式のコア２０を構成するようにしてもよく、コア２０の巻回作業が容易になる。
【００４９】
また、実施の形態２によれば、コア２０の切断または切開した切断面２３，２４同士を付き合わせる部位に、磁気的な間隔を設定するスペーサ５０を設けるようにしたので、インダクタンスの調整が容易で、磁気飽和し難いコイル１またはトランスが実現できる。
【００５０】
また、実施の形態２によれば、線状磁性部材の表面を接着部材で覆うようにしたので、線状磁性材料同士を互いに固着することができ、コア２０の切断または切開作業および曲げ加工が容易になり、コイル１またはトランスの製作が容易になる。
【００５１】
また、実施の形態２によれば、環状巻線１０とコア２０の間に設けるボビン３０を備える構成にしたので、分割したコア２０を装着するときに環状巻線１０を傷つけることがない。また、上記実施の形態１と同様に、環状巻線１０とコア２０の短絡を防ぐことができ、環状巻線１０とコア２０の間の絶縁性を高くできるので、信頼性の高いコイル１またはトランスが実現できる。
【００５２】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１，２に示す環状巻線１０とコア２０を用いて、フォワード用またはフライバック用のトランスを構成する場合を説明する。
【００５３】
先ず、フォワード用のトランスを説明する。
図９は、実施の形態３に係るフォワードトランス１ａを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。なお、図９において、図１〜図８と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
このフォワードトランス１ａは、１次巻線１３と、この１次巻線１３を間に挟んだ２つの２次巻線１４とで環状巻線１０を構成し、この環状巻線１０にコア２０を装着してなる。
このコア２０は、上記実施の形態１，２に係るコア２０と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。また、１次巻線１３および２次巻線１４を構成する導線（例えば、絶縁銅線）としては、上記実施の形態１，２と同様に、断面形状が略円形の導線を用いてもよいし、略四角形の導線を用いてもよい。また、１次巻線１３および２次巻線１４をそれぞれ、図８に示したような絶縁性のボビン３０で覆って、１次巻線１３および２次巻線１４の間の絶縁性を高めてもよい。
【００５４】
下記（１）〜（４）は、フォワードトランス１ａの１次巻線１３に流れる電流と発生する磁束および２次巻線１４に流れる電流の概要である。
（１）１次巻線１３に電流を通電する
（２）１次巻線１３の通電に対応して１次巻線１３の近傍に磁界が発生する
（３）１次巻線１３が発する磁束を打ち消す磁束を発する方向の電流が２次巻線１４に通電する
（４）１次巻線１３の発する磁束は２次巻線１４が発する磁束と均衡する
従って、１次巻線１３に流れる電流の大きさは、２次巻線１４に流れる電流の大きさによって決定される。
【００５５】
上記（３）のように、フォワードトランス１ａにおいては１次巻線１３と２次巻線１４の発する磁束は互いに相殺し合うため、１次巻線１３の発する大きな磁束は外部に波及しない。そのため、コア２０にも大きな磁束が届かないので、コア２０は磁気飽和し難い。よって、断面積の小さなコア２０が使用できる。
【００５６】
従って、フォワードトランス１ａとして使用する場合は、１次巻線１３および２次巻線１４が発する磁界を介して１次巻線１３から２次巻線１４に電気エネルギを伝達するため、図９に示すように、両者の磁束を阻害しないように１次巻線１３の表裏に２つの２次巻線１４を配置し、さらにそれら２つ１組の２次巻線１４の表裏を覆うようにコア２０を配策する構成が好ましい。
【００５７】
これに対し、１次巻線１３と２次巻線１４の位置を入れ替えた場合（後述する図１０のフライバックトランス１ｂの構成）、１次巻線１３がコア２０側に発する磁束が、２次巻線１４が発する磁束によって相殺され難くなる。そのため、１次巻線１３がコア２０側に発する磁束がこのコア２０を通過する。従って、この部分において磁気飽和が発生しないように、フォワードトランス１ａとしては不相応に大きなコア２０を使用しなければならない。
【００５８】
次に、フライバック用のトランスを説明する。
図１０は、実施の形態３に係るフライバックトランス１ｂを、図１のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。なお、図１０において、図１〜図９と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
このフライバックトランス１ｂは、２次巻線１４と、この２次巻線１４を間に挟んだ２つの１次巻線１３とで環状巻線１０を構成し、この環状巻線１０にコア２０を装着してなる。このコア２０は、上記実施の形態１，２に係るコア２０と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。また、１次巻線１３および２次巻線１４を構成する導線（例えば、絶縁銅線）としては、上記実施の形態１，２と同様に、断面形状が略円形の導線を用いてもよいし、略四角形の導線を用いてもよい。また、１次巻線１３および２次巻線１４をそれぞれ、図８に示したような絶縁性のボビン３０で覆って、１次巻線１３および２次巻線１４の間の絶縁性を高めてもよい。
【００５９】
下記（１）〜（５）は、フライバックトランス１ｂの１次巻線１３に流れる電流と発生する磁束および２次巻線１４に流れる電流の概要である。
（１）１次巻線１３に電流を通電する
（２）１次巻線１３の通電に対応して１次巻線１３の近傍に磁界が発生する
（３）１次巻線１３が発する磁束を磁気エネルギとしてコア２０に貯える
（４）１次巻線１３の通電を停止する
（５）コア２０に貯えた磁気エネルギが１次巻線１３と２次巻線１４に電気エネルギとなって出現する
フライバックトランス１ｂでは、上記（５）で出現した電気エネルギを取り出すことでエネルギ（電力）の伝達が行われる。
【００６０】
上記（３）のように、１次巻線１３に流入した電気エネルギを一旦磁気エネルギとしてコア２０に貯えるため、コア２０には当磁気エネルギを保持できるだけの十分な断面積が必要となる。
また、コア２０と１次巻線１３との隙間を狭めれば、１次巻線１３が発する磁束をコア２０に流入させやすくなって効率よく貯えることができ、フライバックトランス１ｂの特性が向上する。
【００６１】
これに対し、図９（フォワードトランス１ａの構成）に示すように１次巻線１３と２次巻線１４の位置を入れ替えた場合、浮遊容量を介して流れる２次巻線１４のフォワード電流によって、１次巻線１３が発する磁束の一部が相殺され、一部の磁束がコア２０に届かず磁気エネルギとして貯えられない。従って、フライバックトランス１ｂとして相応な断面積のコア２０を使用しても、１次巻線１３から２次巻線１４に十分な電力伝達ができない。
【００６２】
以上より、実施の形態３によれば、導線を巻回してなる１次巻線１３および２次巻線１４を有する環状巻線１０と、この環状巻線１０に装着されるコア２０とを備えるトランスにおいて、特に２次巻線１４を２層に分割し、当該２層の２次巻線１４の間に１次巻線１３を挟んでフォワードトランス１ａを構成するようにした。このため、１次巻線１３が周囲に発する磁束を２次巻線１４が相殺して減らすようにしたので、コア２０を小形にすることができる。よって、小形のフォワードトランス１ａが実現できる。
【００６３】
また、実施の形態３によれば、１次巻線１３を２層に分割し、当該２層の１次巻線１３の間に２次巻線１４を挟んでフライバックトランス１ｂを構成するようにしてもよい。この構成の場合、１次巻線１３がコア２０の近傍に配置されるので、１次巻線１３が発する磁束をコア２０に貯えやすくなり、良好な特性のフライバックトランス１ｂが実現できる。
【００６４】
実施の形態４．
図１１は、電気自動車２００の電力系統の構成を示すブロック図である。主バッテリ２０２とモータ２０４とを備える電気自動車２００は、交流電源から主バッテリ２０２に電力を供給する充電器２０１と、主バッテリ２０２からモータ２０４に電力を供給するインバータ２０３と、主バッテリ２０２から副バッテリ２０６を充電して車載電装品２０７に電力を供給する降圧コンバータ２０５とを備える。
【００６５】
上記実施の形態１〜３で示したコイル１またはトランスは、小形かつ剛性が高いので、交流電源と主バッテリ２０２の間に設けて交流電源と電気自動車２００の直流電源を絶縁するＡＣ／ＤＣコンバータ（充電器２０１）、主バッテリ２０２と副バッテリ２０６の間に設けて両バッテリを絶縁するＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧コンバータ２０５）などの車載用部品として用いるのに適している。
【００６６】
なお、コイル１またはトランスを機器側の固定位置に取り付けるために、例えばボルト（固定具）を挿通する貫通穴をコア２０の開口貫通部２１に設けてもよい。貫通穴を形成するコア２０は、線状磁性部材で構成されているので剛性が強く、ボルト等を用いて直接固定することが可能である。
図１２に、貫通穴の一例を示す。図１２の例では、コア２０の開口貫通部２１に円筒形状のスリーブ６０を貫通させて貫通穴を構成している。このスリーブ６０にボルトを挿通して機器側に締め付ければ、コイル１を固定することができ、コイル１の組み付け作業が容易になる。
【００６７】
上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  コイル、１ａ  フォワードトランス、１ｂ  フライバックトランス、１０  環状巻線、１１  開口部、１２  周縁部、１３  １次巻線、１４  ２次巻線、２０  コア、２１  開口貫通部、２２  周縁配策部、２３，２４  切断面、２５，２６  部分コア、２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ  分割部分コア、３０  ボビン、４０  コア巻回用ボビン、５０  スペーサ、６０  スリーブ、１００  トロイダルコイル、１１０  環状コア、１１１  開口部、１１２  周縁部、１２０  巻線、２００  電気自動車、２０１  充電器、２０２  主バッテリ、２０３  インバータ、２０４  モータ、２０５  降圧コンバータ、２０６  副バッテリ、２０７  車載電装品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線を環状に巻回してなる環状巻線に装着される車載機器用のコアであって、
表面が絶縁処理された線状の磁性部材を使用し、前記磁性部材を前記環状巻線の中央側の開口部と外側の周縁部を経由するよう配策し、前記環状巻線に対して複数回巻回し、前記環状巻線の周縁部に沿って配策した当該磁性部材の束の周方向の長さを、前記環状巻線の開口部を貫通する当該磁性部材の束の径方向の長さより長くする
ことを特徴とする車載機器用のコア。
【請求項２】
予め前記磁性部材を前記環状巻線の開口部と周縁部あるいは相当部を経由して配策し、複数回巻回して形成した後、切断または一部を切開したものであることを特徴とする請求項１記載の車載機器用のコア。
【請求項３】
複数に分割して形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の車載機器用のコア。
【請求項４】
前記磁性部材の表面は、接着部材が塗布されていることを特徴とする請求項１記載の車載機器用のコア。
【請求項５】
前記磁性部材は、鉄系の磁性材料であることを特徴とする請求項１記載の車載機器用のコア。
【請求項６】
前記磁性部材は、非結晶の磁性材料であることを特徴とする請求項１記載の車載機器用のコア。
【請求項７】
前記環状巻線の開口部を貫通する前記磁性部材の束に、固定具を挿入する間隙を設けることを特徴とする請求項１記載の車載機器用のコア。
【請求項８】
導線を環状に巻回してなる環状巻線と、
前記環状巻線に装着される請求項１記載の車載機器用のコア
とを備える車載機器用のコイル。
【請求項９】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略円形の導線であることを特徴とする請求項８記載の車載機器用のコイル。
【請求項１０】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略四角形の平角線を含む導線であることを特徴とする請求項８記載の車載機器用のコイル。
【請求項１１】
導線を環状に巻回してなる１次巻線および２次巻線を有する環状巻線と、
前記環状巻線に装着される請求項１記載の車載機器用のコア
とを備える車載機器用のトランス。
【請求項１２】
前記２次巻線を複数層に分割し、当該複数層の２次巻線の間に前記１次巻線を挟んで、フォワード用のトランスを構成することを特徴とする請求項１１記載の車載機器用のトランス。
【請求項１３】
前記１次巻線を複数層に分割し、当該複数層の１次巻線の間に前記２次巻線を挟んで、フライバック用のトランスを構成することを特徴とする請求項１１記載の車載機器用のトランス。
【請求項１４】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略円形の導線であることを特徴とする請求項１１記載の車載機器用のトランス。
【請求項１５】
前記環状巻線に用いる導線は、断面が略四角形の平角線を含む導線であることを特徴とする請求項１１記載の車載機器用のトランス。
【国際調査報告】
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