(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、
前記複数のコイルは、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる２つの凹凸板状コイルを備え、一方の前記凹凸板状コイルの凹部に他方の前記凹凸板状コイルの凸部が入り込み、前記一方の板状コイルの凸部が前記他方の板状コイルの凹部に入り込みながら積層されていることを特徴とする電磁誘導機器。
【請求項２】
コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、
前記複数のコイルは、導電線からなる線状コイルと、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる凹凸板状コイルを備え、
前記凹凸板状コイルの凹部は渦巻き形状に形成され、この凹部に入り込んだ前記線状コイルが複数ターン形状に巻回されているとともに、
前記凹凸板状コイルは、板厚方向の一方の表面のみに前記凹凸部が形成されており、２つの前記凹凸板状コイルを、前記板厚方向の他方の表面の平坦面同士を対向させて上下に積層し、上層の前記凹凸板状コイルの上方を向く渦巻き形状の前記凹部に線状コイルを複数ターン形状に巻回し、下層の前記凹凸板状コイルの下方を向く渦巻き形状の前記凹部に他の線状コイルを複数ターン形状に巻回したことを特徴とする電磁誘導機器。
【請求項３】
コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、
前記複数のコイルは、導電線からなる線状コイルと、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる凹凸板状コイルを備え、
前記凹凸板状コイルの凹部は渦巻き形状に形成され、この凹部に入り込んだ前記線状コイルが複数ターン形状に巻回されているとともに、
前記凹凸板状コイルは、板厚方向の一方の表面のみに前記凹凸部が形成されており、２つの前記凹凸板状コイルを、互いの前記凹凸部が対向するように上下に積層し、これら２つの前記凹凸板状コイルの互いに対峙した渦巻き形状の前記凹部に、線状コイルを複数ターン形状に巻回し、且つ積層して配置したことを特徴とする電磁誘導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波トランスやリアクトル等の電磁誘導機器に係り、特に、コア内部に複数のコイルを積層して収容した構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スイッチング電源をはじめとする電力変換装置では高周波化が進み、部品の小型化・低コスト化が図られている。
スイッチング電源には、高周波トランスやリアクトルなどの電磁誘導機器が組み込まれており、これら電磁誘導機器は、コア内部に複数のコイルを積層して収納することで小型軽量化を図っている。
【０００３】
図４は、一般的なトランスの結線図を示すものであり、このトランスは、一次コイル２と、互いに直列に接続した二次コイル３及び三次コイル４とを備えている。
図４のトランスの具体的な構造として、図５及び図６に示すものが知られている。
図５に示すトランス１は、一対のコア分割体５ａ，５ｂからなるコア５にリング状のコイル収容空間６が形成されており、このコイル収容空間６に、一次コイル２、表面が平坦な銅板（導電板）からなる１ターンに巻回した（以下、１ターン形状と称する）二次コイル３、銅板からなる１ターン形状の三次コイル４が互いに絶縁された状態で積層されている。
【０００４】
一次コイル２は、互いに並列または直列接続された銅線（導電線）からなる第１の一次コイル２ａと第２の一次コイル２ｂとで構成されており、第１の一次コイル２ａは、銅線を放射方向に徐々に拡径しつつ複数に巻回した（以下、複数ターン形状と称する）コイル２ａ１，２ａ２が直列に接続され、第２の一次コイル２ｂも、銅線を複数ターン形状に配置したコイル２ｂ１，２ｂ２が直列に接続された構造とされている。
【０００５】
そして、二次コイル３の上層に第１の一次コイル２ａが配置され、三次コイル４の下層に第２の一次コイル２ｂが配置され、各層のコイル間を絶縁する絶縁材７が、コイル収容空間６に充填されている。
また、図６に示すトランス１１は、表面が平坦な銅板からなる二次コイル３、三次コイル４を用いているとともに、銅線からなる第１の一次コイル２ａ及び第２の一次コイル２ｂを、コイル収容空間６に配置した絶縁体からなるボビン１３に複数ターン形状で巻回されたものであって、第１の一次コイル２ａ及び第２の一次コイル２ｂの巻回作業を容易にしたトランスである。
【０００６】
しかし、図６のトランス１１は、二次コイル３及び三次コイル４に大電流が流れるが、ボビン１３を配置したことでコア５の窓枠（コイル収容空間６の横断面）面積に対する導電体の占有率が減少するので、銅損（電力損失）の低減化の面で問題がある。
これに対して、図５のトランス１は、コイル収容空間６にボビンが存在せず、導通損失が低減する銅板の二次コイル３及び三次コイル４を用いているので、コア５の窓枠面積に対する導電体の占有率が増加し、二次コイル３及び三次コイル４の抵抗値を下げて銅損を低減することができる。
【０００７】
ところで、図５に示すトランス１は、二次コイル３及び三次コイル４に銅板を用いることで断面積が大きくなり低周波領域では抵抗値が低くなるが、高周波領域における銅板の抵抗値は、表皮効果（銅板表面の限られた範囲にしか電流が流れず、電流路の断面積が実効的に減少してしまう現象）によって低減させることが困難である。
そこで、図７に示すトランス１２のように、二次コイル３及び三次コイル４のそれぞれを複数層の銅板のコイル３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃで構成すると、二次コイル３及び三次コイル４の表面積が増大し、高周波領域での表皮効果の影響を少なくし、抵抗値の低減を図ることができる。なお、銅板のコイル３ａ，３ｂ，３ｃは互いに並列接続され、銅板のコイル４ａ，４ｂ，４ｃも互いに並列接続されている。
【０００８】
また、例えば特許文献１に記載されているトランスは、コア内部に積層した一次コイル〜三次コイルの全てを表面が平坦な導電板で構成し、しかも、各コイルを複数のターン形状に配置している。これにより、一次コイル〜三次コイルの表面積が増大するので、高周波領域での表皮効果の影響を少なくし、抵抗値の低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図７に示すトランス１２は、複数層の銅板からなるコイル３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃの間に絶縁材７が介在する絶縁スペースが必要となって絶縁スペースが増大するので、コア５の窓枠面積に対する導電体の占有率が低下し、銅損を効果的に低減することができない。同様に、特許文献１に記載されているトランスも、導電板からなる一次コイル〜三次コイルを複数のターン形状としたことで絶縁スペースが増大するので、コアの窓枠面積に対する導電体の占有率が低下して電力損失（銅損）を効果的に低減することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、コア内に積層状態に配置した複数のコイルの表皮効果による高周波領域での抵抗値の増加を抑制し、同時にコアの窓枠面積に対する導電体の占有率を増大して電力損失（導電体が銅製の場合には銅損）を低減することができる電磁誘導機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る電磁誘導機器は、コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、前記複数のコイルは、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる２つの凹凸板状コイルを備え、一方の前記凹凸板状コイルの凹部に他方の前記凹凸板状コイルの凸部が入り込み、前記一方の板状コイルの凸部が前記他方の板状コイルの凹部に入り込みながら積層されている。
【００１３】
また、凹凸板状コイルが１ターン形状（１ターンに巻回した形状）の導電板であり、コア収容空間に絶縁材を充填するための無駄な絶縁スペースが存在しないので、コアの窓枠（コイル収容空間の横断面）面積に対する導電体の占有率が増大し、電力損失が効果的に低減される。
【００１４】
さらに、この発明によると、上記の作用に加えて、２つの凹凸板状コイルは、それらの凹部に凸部が入り込んだ状態で積層されているので、さらに絶縁材を充填するための絶縁スペースが減少し、コアの窓枠面積に対する銅の占有率が増大する。
また、本発明に係る電磁誘導機器は、コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、前記複数のコイルは、導電線からなる線状コイルと、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる凹凸板状コイルを備え、前記凹凸板状コイルの凹部は渦巻き形状に形成され、この凹部に入り込んだ前記線状コイルが複数ターン形状に巻回されているとともに、前記凹凸板状コイルは、板厚方向の一方の表面のみに前記凹凸部が形成されており、２つの前記凹凸板状コイルを、前記板厚方向の他方の表面の平坦面同士を対向させて上下に積層し、上層の前記凹凸板状コイルの上方を向く渦巻き形状の前記凹部に線状コイルを複数ターン形状に巻回し、下層の前記凹凸板状コイルの下方を向く渦巻き形状の前記凹部に他の線状コイルを複数ターン形状に巻回した。
【００１５】
この発明によると、凹凸板状コイルの凹部を渦巻き形状に形成し、この凹部に入り込んだ線状コイルが複数ターン形状に巻回されているので、さらに絶縁材を充填するための絶縁スペースが減少し、コアの窓枠面積に対する銅の占有率が増大する。
【００１６】
また、この発明によると、絶縁材を充填するための絶縁スペースが減少することでコアの窓枠面積に対する銅の占有率が増大するとともに、積層方向の厚さが減少するので、小型化を促進することができる。
さらに、本発明に係る電磁誘導機器は、コアに形成したリング状のコイル収容空間に複数のコイルを積層して収容した電磁誘導機器において、前記複数のコイルは、導電線からなる線状コイルと、表面に凹凸部が形成され、１ターン形状の導電板からなる凹凸板状コイルを備え、前記凹凸板状コイルの凹部は渦巻き形状に形成され、この凹部に入り込んだ前記線状コイルが複数ターン形状に巻回されているとともに、前記凹凸板状コイルは、板厚方向の一方の表面のみに前記凹凸部が形成されており、２つの前記凹凸板状コイルを、互いの前記凹凸部が対向するように上下に積層し、これら２つの前記凹凸板状コイルの互いに対峙した渦巻き形状の前記凹部に、線状コイルを複数ターン形状に巻回し、且つ積層して配置した。
【００１７】
この発明によると、絶縁材を充填するための絶縁スペースが減少することでコアの窓枠面積に対する導電体の占有率が増大し、積層方向の厚さが減少するので小型化を促進することができるとともに、凹凸板状コイルの互いに対峙した渦巻き形状の凹部が、線状コイルを複数ターンに巻回して積層するボビンとして機能するので、線状コイルの巻回作業を容易に行なうことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る電磁誘導機器によると、表皮効果による高周波領域での抵抗値の低減を図ることができるとともに、コアの窓枠（コイル収容空間の横断面）面積に対する導電体の占有率が増大し、電力損失を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電磁誘導機器である第１実施形態のトランスの構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る電磁誘導機器である第２実施形態のトランスの構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る電磁誘導機器である第３実施形態のトランスの構造を示す断面図である。
【図４】電磁誘導機器であるトランスの一般的な結線図を示すものである。
【図５】コイルとして導電板を使用した従来のトランスの構造を示す図である。
【図６】コイルとして導電板を使用し、電導線をボビンに巻回した従来のトランスの構造を示す図である。
【図７】コイルを複数の電導板で構成した従来のトランスの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図４及び図５で示した構成と同一構成部分には同一符号を付す。
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る第１実施形態のトランス２０を示すものである。このトランス２０は、図４と同様の結線構造とした一次コイルと、互いに直列に接続した二次コイル２２及び三次コイル２３とを備えている。
【００２１】
本実施形態のトランス２０は、一対のコア分割体５ａ，５ｂからなるコア５にリング状のコイル収容空間６が形成されており、このコイル収容空間６に、一次コイル、二次コイル２２、三次コイル２３が互いに絶縁された状態で積層されている。
一次コイルは、互いに並列または直列接続された銅線からなる第１の一次コイル２１ａと第２の一次コイル２１ｂとで構成されており、第１の一次コイル２１ａは、複数ターン形状（銅線を放射方向に徐々に拡径しつつ複数に巻回した形状）のコイル２１ａ１，２１ａ２が直列に接続され、第２の一次コイル２１ｂも、銅線を複数ターン形状に配置したコイル２１ｂ１，２１ｂ２が直列に接続された構造とされている。
【００２２】
二次コイル２２は、１ターン形状（１ターンに巻回した形状）の銅板である。この二次コイル２２は、板厚方向の一方の表面に、複数のリング状の凹部２２ａ及び凸部２２ｂが径方向に同一間隔で形成されており、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
三次コイル２３も、１ターン形状の銅板であり、板厚方向の一方の表面に、複数のリング状の凹部２３ａ及び凸部２３ｂが径方向に同一間隔で形成されており、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
【００２３】
二次コイル２２及び三次コイル２３は、互いの凹部２２ａ，２３ａに凸部２２ｂ，２３ｂが入り込んだ状態で積層されている。
そして、二次コイル２２の上層に第１の一次コイル２１ａが配置され、三次コイル２３の下層に第２の一次コイル２１ｂが配置され、各層のコイル間を絶縁する絶縁材７が、コイル収容空間６に充填されている。
【００２４】
上記構成のトランス２０によると、表面が平坦な銅板をコイルとして使用した従来のトランスと比較して、二次コイル２２が、板厚方向の一方の表面に複数のリング状の凹部２２ａ及び凸部２２ｂが形成された銅板であり、三次コイル２３も、板厚方向の一方の表面に複数のリング状の凹部２３ａ及び凸部２３ｂが形成された銅板としており、二次コイル２２及び三次コイル２３の表面積が大幅に増大するので、表皮効果による影響を少なくし、高周波領域での抵抗値の低減を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態の二次コイル２２及び三次コイル２３は、多数の銅板を備えたもの、或いは銅板を複数ターンに巻回した従来のトランスと比較して、１ターン形状（１ターンに巻回した形状）の銅板であり、二次コイル２２及び三次コイル２３の凹部２２ａ，２３ａに凸部２２ｂ，２３ｂが入り込んだ状態で積層されているので、絶縁材７を充填するための無駄な絶縁スペースが存在せず、コア５の窓枠（コイル収容空間６の横断面）面積に対する銅の占有率が増大し、銅損を効果的に低減することができる。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、図２は、本発明に係る第２実施形態のトランス２５を示すものである。この実施形態において第１実施形態と同一構成の部分は、同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態のトランス２５は、コア５のリング形状のコイル収容空間６に、一次コイル（第１の一次コイル２１ａ，第２の一次コイル２１ｂ）、凹凸形状の表面を有する二次コイル２６及び三次コイル２７が互いに絶縁された状態で積層されている。
二次コイル２６は、１ターン形状の銅板であり、板厚方向の一方の表面に渦巻き形状の凹部２６ａが形成されているとともに、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
【００２７】
三次コイル２７も、１ターン形状の銅板であり、板厚方向の一方の表面に渦巻き形状の凹部２７ａが形成されているとともに、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
二次コイル２６及び三次コイル２７は、平坦面とした板厚方向の他方の表面同士を対向し、渦巻き形状の凹部２６ａが上方を向き、渦巻き形状の凹部２７ａが下方を向くように積層されている。
【００２８】
そして、二次コイル２６の凹部２６ａの内部に、第１の一次コイル２１ａを複数ターン形状に巻回して配置し、三次コイル２７の凹部２７ａの内部に、第２の一次コイル２１ｂを複数ターン形状に巻回して配置している。そして、各コイル間を絶縁する絶縁材７が、コイル収容空間６に充填されている。
上記構成のトランス２５によると、二次コイル２６が、板厚方向の一方の表面に螺旋状の凹部２６ａが形成された銅板であり、三次コイル２７も、板厚方向の一方の表面に螺旋状の凹部２７ａが形成された銅板としており、二次コイル２６及び三次コイル２７の表面積が大幅に増大するので、表皮効果による影響を少なくし、高周波領域での抵抗値の低減を図ることができる。
【００２９】
また、本実施形態のトランス２５は、二次コイル２６の螺旋状の凹部２６ａ、三次コイル２７の螺旋状の凹部２７ａに、第１の一次コイル２１ａ及び第２の一次コイル２１ｂが複数ターン形状で巻回されているので、さらにコア５の窓枠面積に対する銅の占有率が増大し、銅損を大幅に低減することができる。
さらに、二次コイル２６の螺旋状の凹部２６ａ、三次コイル２７の螺旋状の凹部２７ａの内部に、第１の一次コイル２１ａ及び第２の一次コイル２１ｂが配置されることでトランス２５の厚さが減少するので、小型化を促進することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
さらに、図３は、本発明に係る第３実施形態のトランス３０を示すものである。
本実施形態のトランス３０は、コア５のリング状のコイル収容空間６に、一次コイル３１、凹凸形状の表面を有する二次コイル３２及び三次コイル３３が互いに絶縁された状態で積層されている。
二次コイル３２は、１ターン形状の銅板であり、板厚方向の一方の表面に渦巻き形状の凹部３２ａが形成されているとともに、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
【００３１】
三次コイル３３も、１ターン形状の銅板であり、板厚方向の一方の表面に、二次コイル３２の凹部３２ａと同一ピッチで渦巻き形状の凹部３３ａが形成されているとともに、板厚方向の他方の表面は平坦面として形成されている。
二次コイル３２及び三次コイル３３は、互いの渦巻き形状の凹部３２ａ、３３ａを対向させながら上下に積層されている。
【００３２】
そして、二次コイル３２及び三次コイル３３の互いに対向した渦巻き形状の凹部３２ａ、３３ａの内部に、複数ターン形状に巻回されて複数層に積層された一次コイル３１が配置されている。そして、各コイル間を絶縁する絶縁材７が、コイル収容空間６に充填されている。
上記構成のトランス３０によると、二次コイル３２が、板厚方向の一方の表面に螺旋状の凹部３２ａが形成された銅板であり、三次コイル３３も、板厚方向の一方の表面に螺旋状の凹部３３ａが形成された銅板としており、二次コイル３２及び三次コイル３３の表面積が大幅に増大するので、表皮効果による影響を少なくし、高周波領域での抵抗値の低減を図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態のトランス３０は、互いに対向した渦巻き形状の凹部３２ａ、３３ａの内部に、複数ターン形状に巻回されて複数層に積層された一次コイル３１が配置されているので、コア５の窓枠面積に対する銅の占有率が増大し、銅損を大幅に低減することができる。
また、二次コイル３２の螺旋状の凹部３２ａ、三次コイル３３の螺旋状の凹部３３ａの内部に一次コイル３１が配置されることでトランス３０の厚さが減少するので、小型化を促進することができる。
【００３４】
さらに、二次コイル３２及び三次コイル３３の互いに対向した渦巻き形状の凹部３２ａ、３３ａが、一次コイル３１を複数ターンに巻回して積層するボビンとして機能するので、一次コイル３１の巻回作業を容易に行なうことができる。
なお、上記各実施形態ではトランスの構造について説明したが他の電磁誘導機器に適用してもよく、例えば、コア内部に凹凸形状の表面を有する銅板からなるコイルを積層した状態で収容した構造とし、高周波電流が通電するリアクトルに適用しても、表皮効果による高周波領域での抵抗値の低減を図ることができるとともに、コアの窓枠面積に対する導電体の占有率が増大し、電力損失（銅損）を大幅に低減することができる。
【符号の説明】
【００３５】
５…コア、５ａ，５ｂ…コア分割体、６…コイル収容空間、７…絶縁材、２０…トランス、２１ａ…第１の一次コイル、２１ａ１，２１ａ２…第１の一次コイルを構成する銅線（導電線）からなるコイル、２１ｂ…第２の一次コイル、２１ｂ１，２１ｂ２…第２の一次コイルを構成する銅線（導電線）からなるコイル、２２…銅板（導電板）からなる二次コイル、２２ａ…リング形状の凹部、２２ｂ…リング形状の凸部、２３…銅板（導電板）からなる三次コイル、２３ａ…リング形状の凹部、２３ｂ…リング形状の凸部、２５…トランス、２６…銅板（導電板）からなる二次コイル、２６ａ…渦巻き形状の凹部、２７…銅板（導電板）からなる三次コイル、２７ａ…渦巻き形状の凹部、３０…トランス、３１…銅線（導電線）からなる一次コイル、３２…銅板（導電板）からなる二次コイル、３２ａ…渦巻き形状の凹部、３３…銅板（導電板）からなる三次コイル、３３ａ…渦巻き形状の凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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