(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波電流駆動時に、コイルの浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させるとともに、発熱を抑制することが可能な高周波用コイル及びコイル装置を提供する。【解決手段】１本の線材Ｗを渦巻き状に連続的に巻回させてなる巻層体１０５の複数を軸方向Ｘに並べた多列巻層部１１０を有し、高周波電流で駆動されるものである。巻層体の各層間に、円周状に連続する空隙又は間欠的な空隙であって、絶縁樹脂Ｒが浸透可能な空隙寸法に設定された径方向Ｙの第１の間隙Ｋ１が設けられる。多列巻層部の各巻層体間に、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向Ｘの第２の間隙Ｋ２が設けられ、第１及び第２の間隙に絶縁樹脂が含浸されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の線材を渦巻き状に連続的に巻回させてなる巻層体の複数を軸方向に並べた多列巻層部を有し、高周波電流で駆動される高周波用コイルであって、
前記巻層体の各層間に、円周状に連続する空隙または間欠的な空隙であって、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された径方向の第１の間隙が設けられ、前記多列巻層部の各巻層体間に、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向の第２の間隙が設けられて、
前記第１および第２の間隙に前記絶縁樹脂が含浸されている高周波用コイル。
【請求項２】
請求項１において、前記絶縁樹脂は、熱伝導性が高いフィラーを含有する、高周波用コイル。
【請求項３】
請求項１において、円周状に連続する空隙を形成する場合、第１の間隙は、線材のバックテンションを含んで形成される、高周波用コイル装置。
【請求項４】
請求項１において、部分的な間隙を形成する場合、第１の間隙は、線材のバックテンションを含むとともに、線材が間欠的に屈曲されたうえで巻回して形成される、高周波用コイル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の高周波用コイル装置であって、
1個または一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入されている、高周波用コイル装置。
【請求項６】
請求項５において、
一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入され、当該一対の多列巻層部が直列または並列接続されている、高周波用コイル装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記多列巻層部および磁性体全体が絶縁樹脂で含浸されている、高周波用コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電流で駆動される高周波用コイルおよびコイル装置に関し、特に高周波特性の向上および発熱の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば各種インバータ等に搭載されて、高周波電流駆動に伴うスイッチングノイズを低減する等、高周波特性を向上させる高周波用コイル装置が知られている。図１０に示すように、従来の高周波用コイル装置２００は、１本の線材Ｗを巻回した一対のコイル２０５、２０５の中空部に例えば一対のコの字状の磁性体Ｃ、Ｃを挿入してロの字状に形成したもので、所定のインダクタンスおよび直流抵抗値を確保するため、当該一対のコイル２０５、２０５の直列配線や並列配線等が行われている（配線は略）。一対の磁性体Ｃ、Ｃ間には、磁気飽和を防止するギャップＧ（図示せず）が設けられている。
【０００３】
図１１は、従来におけるボビンＢに整列積層巻きされたコイル２０５を示すもので、図中の（１）−（３６）の番号は、線材Ｗの巻順を示す。引き出し線Ｗａが巻き始めで最内周の（１）から軸方向Ｘに（２）、（３）…と整列巻きされ、端部（１２）から層方向Ｙにその上部（１３）へ巻き返し、以下、番号通りに巻回されている。駆動時のコイル騒音を防止するため、通常、線材Ｗ間は絶縁樹脂で含浸されている。
【０００４】
この場合、下層巻層（１−１２）、中間巻層（１３−２４）および上層巻層（２５−３６）の各対向面同士で浮遊容量成分Ｃｓが形成され、巻長が長くなると大きな浮遊容量となって高周波特性を低下させる場合がある。この対策として、図１２に示すような分割整列積層巻きとすることで電位差および浮遊容量の低減が図られることは知られているが、分割ボビンの層間鍔により巻線の線積率が大きく損なわれ、小型化が図れない。
【０００５】
巻線の線積（占積）率を向上させるコイルの一例として、１本の巻線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり（α巻き）、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部が押し込まれているコイル装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１は、従来の整列積層巻きのように引き込み線Ｗａが最内周から巻回されない分、巻線の線積（占積）率が高くなる。
【０００６】
また、螺旋状に周回するように変形された１本の連続する線材を部分的に渦巻き状に重ね合わせて形成された複数の巻層部を、厚さ方向に密着させて、曲線部分において線材が内周側から外周側に向かって順次曲率を小さくなるように形成されて線材が全周にわたって密着するように重ね合わされていることも知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−８６４３８号公報
【特許文献２】特開２０１４−９３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来における図１０の整列積層巻きされたコイルと特許文献１のコイルとを比べて、巻層間の対向面積が、図１０の整列積層巻きでは連続する巻層（１−１２）に対して巻層（１３−２４）と距離が長いため大きいのに対して、特許文献１のα巻きでは、連続する単位コイル部で形成されて、その単位コイル部同士の距離が短いため小さい。したがって、特許文献１は、従来の整列積層巻に比べて、巻線の線積（占積）率が高く浮遊容量Ｃｓも小さい。
【０００９】
しかし、高周波用としては、さらなる浮遊容量Ｃｓの低容量化が要求されている。また、特許文献２では、巻層間が密着されており、巻線の線積（占積）率が高いものの、浮遊容量Ｃｓが大きく、やはり高周波用コイルとして十分な性能を有していない。
【００１０】
しかも、高周波用コイル装置の高周波電流駆動時におけるコイル騒音や発熱を防止するために、巻線内へフィラーを含む絶縁樹脂を充填する場合、従来の整列積層巻きでは巻線内へ絶縁樹脂のフィラーが浸透し難い問題があり、また、上記特許文献１、２でも同様に浸透し難く、高周波電流に伴う発熱に対する対策が不十分であった。
【００１１】
本発明の目的は、前記の問題点を解決して、高周波電流駆動時に、コイルの浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させるとともに、発熱を抑制することが可能な高周波用コイルおよびコイル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の一構成に係る高周波用コイルは、１本の線材を渦巻き状に連続的に巻回させてなる巻層体の複数を軸方向に並べた多列巻層部を有し、高周波電流で駆動されるものであって、前記巻層体の各層間に、円周状に連続する空隙または間欠的な空隙であって、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された径方向の第１の間隙が設けられ、前記多列巻層部の各巻層体間に、絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向の第２の間隙が設けられて、前記第１および第２の間隙に前記絶縁樹脂が含浸されている。
【００１３】
この構成によれば、巻層体の各層間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第１の間隙と、多列巻層部の各巻層体間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第２の間隙とが設けられているので、多列巻層部の浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させることができ、また、第１および第２の間隙に絶縁樹脂が含浸されているので、多列巻層部の発熱を抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明では、前記絶縁樹脂は、熱伝導性が高いフィラーを含有するのが好ましい。この場合、絶縁樹脂内のフィラーによって多列巻層部の発熱をより抑制することができる。
【００１５】
本発明では、円周状に連続する空隙を形成する場合、第１の間隙は、線材のバックテンションを含んで形成されてもよい。また、部分的な間隙を形成する場合、第１の間隙は、線材のバックテンションを含むとともに、線材が間欠的に屈曲されたうえで巻回して形成されてもよい。この場合、確実に第１の間隙を形成することができる。
【００１６】
本発明の他の構成に係る高周波用コイル装置は、上記高周波用コイルであって、1個または一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入されている。したがって、コイルの浮遊容量を低下させて高周波特性を向上させるとともに、発熱を抑制することが可能な高周波用コイル装置が得られる。
【００１７】
好ましくは、一対の前記多列巻層部の中空部に磁性体が挿入され、当該一対の多列巻層部が直列または並列接続されている。また好ましくは、前記多列巻層部および磁性体全体が絶縁樹脂で含浸されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、巻層体の各層間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第１の間隙と、多列巻層部の各巻層体間に絶縁樹脂が浸透可能な空隙寸法に設定された第２の間隙とが設けられているので、多列巻層部の浮遊容量の低容量化により高周波特性を向上させることができ、また、第１および第２の間隙に絶縁樹脂が含浸されているので、発熱を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高周波コイル装置を示す断面図である。
【図２】図１の高周波コイル装置の一巻層体を示す側面図である。
【図３】図１の高周波コイル装置の多列巻層部を示す正面図である。
【図４】図１の高周波コイル装置の多列巻層部を示す模式図である。
【図５】図１の高周波コイル装置の動作を示す特性図である。
【図６】変形例に係る多列巻層部を示す正面図である。
【図７】変形例に係る多列巻層部を示す正面図である。
【図８】第２実施形態に係る高周波コイル装置の一巻層体を示す側面図である。
【図９】図８の高周波コイル装置の多列巻層部を示す正面図である。
【図１０】従来の高周波コイル装置を示す断面図である。
【図１１】従来のコイルを示す模式図である。
【図１２】従来のコイルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる高周波用コイル装置の巻層体（コイル）を示す側面図である。
この高周波用コイル装置１００は、高周波電流で駆動されるもので、巻層体１０５が、１本の線材ＷをボビンＢの外周に渦巻き状に連続的に巻回させてなり、つまり径方向Ｙに層積され、この巻層体１０５の複数を軸方向Ｘに並べた多列巻層部（高周波用コイル）１１０が設けられている。１本の線材Ｗにおける巻き始めが引き出し線Ｗａで、巻き終わりが引き出し線Ｗｂである。ボビンＢは例えば合成樹脂等の絶縁材料からなる中空筒状の形状を有しているが、必要に応じて省略してもよい。
【００２１】
多列巻層部１１０には、巻層体１０５の各層間に、円周状に連続する空隙であって、絶縁樹脂Ｒが浸透可能な空隙寸法に設定された軸方向Ｘの第１の間隙Ｋ１が設けられ、多列巻層部１１０の各巻層体１０５間に、絶縁樹脂Ｒが浸透可能な空隙寸法に設定された径方向Ｙの第２の間隙Ｋ２が設けられている。これら第１および第２の間隙Ｋ１、Ｋ２に絶縁樹脂Ｒが含浸されている。多列巻層部１１０の中空部には磁気飽和を防止する複数のギャップＧを有する磁性体Ｃが挿入され、この磁性体Ｃ全体は絶縁樹脂に含浸されている。なお、コイル装置の要求性能や磁性体の種類などに応じて、ギャップＧが省略される場合もある。また、この例では、ロ字状の磁性体Ｃの両脚部に一対の多列巻層部１１０が巻回されているが（内鉄型）、例えばＥＩ型やＥＥ型などの磁性体を使用して、磁性体の中脚部に１つの多列巻層部を巻回するようにしてもよい（外鉄型）。
【００２２】
線材Ｗは好ましくは、丸形状または平角、四角状などの絶縁線材が使用される。絶縁樹脂としては、ワニスの他にエポキシ樹脂、シリコン樹脂等が、フィラーとしては、例えば熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上に高い酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の無機粒子が挙げられる。
【００２３】
図２は、高周波コイル装置１００の一巻層体を示す側面図、図３は多列巻層部１１０を示す正面図、図４は、多列巻層部１１０を示す模式図である。図２のように、まず、巻き始めの引き出し線Ｗａ側の１番目の巻層体１０５は、最外周の巻層（１）が、外周側から内周側に向かって（２）、（３）と順次巻回され、最内周の巻層（３）における線材Ｗが、１番目に隣接する２番目の巻層体１０５の最内周の巻層（４）の線材Ｗと連続し（内側移層線Ｗｃ）、図４のように２番目の巻層体１０５が、内周側から外周側に向かって（５）、（６）と順次巻回される。つぎに、その最外周の巻層（６）における線材Ｗが、２番目に隣接する３番目の巻層体１０５の最外周の巻層（７）の線材Ｗと連続して（図示しない外側移層線）、３番目の巻層体１０５が、外周側から内周側に向かって（８）、（９）と順次巻回される。以下、これらの巻回が繰り返される。
【００２４】
この場合、図２のように、１番目の巻層体１０５では、最外周の巻層（１）の内周円ａを示す半径から、線材Ｗの線径と第１の間隙Ｋ１の間隙寸法を差し引いた半径に基づいて内周円ａの内側に巻回して巻層（２）の内周円ｂを形成し、さらに同線径と同間隙寸法を差し引いた半径に基づいて内周円ｂの内側に巻回して巻層（３）の内周円ｃを形成する。この第１の間隙Ｋ１の間隙寸法は、線材Ｗの持つバックテンションにより径方向に拡がるので、これを考慮して実際の間隙寸法よりも少し小さく設定する。これにより、１番目の巻層体１０５において絶縁樹脂Ｒが浸透可能な第２の間隙Ｋ１が形成される。第１の間隙Ｋ１は、絶縁樹脂Ｒが浸透する最小限の間隙に設定される。
【００２５】
図３のように、１番目の巻層体１０５と２番目の巻層体１０５との間には、絶縁樹脂Ｒが浸透可能な第２の間隙Ｋ２が形成される。第２の間隙Ｋ２は、絶縁樹脂Ｒが浸透する最小限の間隙に設定される。第１および第２の間隙Ｋ１、Ｋ２は、例えば線材Ｗの線径２ｍｍのとき、１０μｍから１００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２６】
２番目の巻層体１０５では、最内周の巻層（４）の外周円を示す半径に、線材Ｗの線径と第１の間隙Ｋ１の間隙寸法を足した半径に基づいてその外側に巻回して巻層（５）の外周円を形成し、さらに同線径と同間隙寸法を足した半径に基づいてその外側に巻回して巻層（６）の外周円を形成する。この第１の間隙Ｋ１の間隙寸法は、線材Ｗの持つバックテンションにより径方向に拡がるので、これを考慮して実際の間隙寸法よりも少し小さく設定する。これにより、２番目の巻層体１０５において絶縁樹脂Ｒが浸透する最小限の浸透間隙である第１の間隙Ｋ１に設定することができる。２番目の巻層体１０５と３番目の巻層体１０５との間には、絶縁樹脂Ｒが浸透する最小限の浸透間隙である第２の間隙Ｋ２が形成され、以下、同様に、３番目、４番目、ｎ番目の巻層体１０５が形成される。
【００２７】
図５は、高周波用コイル装置におけるインピーダンスの周波数特性（ｆ−Ｚ特性）を示す。２つの山のうち、左方の図示Ｂが従来の高周波用コイル装置で共振点が周波数ｆ２、右方の図示Ａが本発明に係る高周波用コイル装置１００で共振点がｆ１であり、ｆ２＜ｆ１と高くなっている一例を表す。本発明に係る高周波用コイル装置１００は、従来の高周波用コイル装置と比べて、インダクタンスが同値で、インピーダンス共振点がｆ２＜ｆ１と高くなっていることから、高周波領域において浮遊容量Ｃｓの低容量化が認められる。また、層線間の電位も従来よりも低電位化が図られ、安全性も向上させることができる。
【００２８】
これにより、高周波用コイル装置１００は、従来の整列積層巻きに比べてα巻きであるので、連続する巻層間の対向面積が小さく、これに比例して浮遊容量Ｃｓが小さくなり、しかも、絶縁樹脂Ｒが巻層体１０５の各層間を浸透可能な空隙寸法に設定された第１の間隙Ｋ１が設けられているので、この空隙寸法の大きさに比例して層間の浮遊容量Ｃｓが小さくなるから、この第１の間隙分、従来のα巻きに比べ浮遊容量Ｃｓの低容量化が実現される。また、絶縁樹脂Ｒが多列巻層部１１０の各巻層体１０５間を浸透可能な空隙寸法に設定された第２の間隙Ｋ２が設けられているので、全体として浮遊容量Ｃｓはさらに低容量化される。さらに、絶縁樹脂Ｒ内のフィラーにより、多列巻層部１１０全体を一体化させ放熱性を高めることができる。
【００２９】
また、第１および第２の間隙Ｋ１、Ｋ２が設けられていることにより、絶縁樹脂Ｒを含浸させやすくなり、真空含浸装置などを必要とすることなく多列巻層部１１０内にワニス等の絶縁樹脂のフィラーを浸透させることができ、製造の低コスト化が図られる。また、従来のようにボビンＢを分割して分割巻きにする必要がなく、生産性の向上も図ることができる。
【００３０】
この高周波用コイル装置１００が例えばインバータ回路に使用された場合、その駆動時には磁性体Ｃに交流のリップル電位が誘起する場合があるが、この誘起電位を接地側に流すと浮遊容量Ｃｓを通して機器側へノイズの影響が出ることから、磁性体Ｃ全体を絶縁樹脂Ｒで含浸させることにより、磁性体Ｃを接地させることなくフローティング状態に置くことが好ましい。そして、このインバータ回路を有し、太陽電池の直流電力を商用の交流電力に変換して、系統に交流電力を供給するパワーコンディショナでは、対地接地漏れ電流も小さくできることから、系統接続時の誤動作を防止することもできる。
【００３１】
図６、７は、図１の多列巻層部１１０の変形例を示す。図６の多列巻層部１１０Ａは、巻層体と巻層体との間の第２の間隙Ｋ２を、１個または２個の巻層体ごとに間欠的に設けている。具体的には、引き出し線Ｗａ、Ｗｂ側の最外端部が１個の巻層体ごとに第２の間隙Ｋ２が設けられ、他の巻層体は２個の巻層体ごとに第２の間隙Ｋ２が設けられている。図７の多列巻層部１１０Ｂは、全体に２個の巻層体ごとに間欠的に設けたものである。なお、３個以上の巻層体ごとに設けてもよい。
【００３２】
図８は、第２実施形態に係る高周波コイル装置の一巻層体を示す側面図、図９はその多列巻層部を示す正面図である。図８のように、第２実施形態にかかる高周波用コイル装置の巻層体１０５Ｃは、第１の間隙Ｋ１を確実に確保するため、線材Ｗに屈曲Ｆを設けている。この屈曲Ｆは円周方向に間欠的に多数設けてもよい。また、図９のように、この屈曲Ｆにより、第２の間隙Ｋ２も間隙状態が変化する場合がある。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００３３】
なお、この実施形態では、巻層体を３層巻きの多層巻きとしているが、２層巻きでも４層以上の巻きでもよく、これに何ら限定されるものではない。また、巻き形状も、丸、四角、楕円、多角形状を問わない。
【００３４】
なお、この実施形態では、ロ字状の磁性体Ｃの両脚部に一対の多列巻層部１１０が巻回されているが（内鉄型）、この場合、一対の多列巻層部は直列接続されていてもよいし、並列接続されていてもよい。これによって、所定のインダクタンスおよび直流抵抗値が確保される。また、一対の多列巻層部１１０をロ字状の磁性体Ｃの両脚部に巻回する（内鉄型）のに代えて、例えばＥＩ型やＥＥ型などの磁性体を使用して、磁性体の中脚部に１つの多列巻層部を巻回するようにしてもよい（外鉄型）。
【００３５】
以上のとおり図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【符号の説明】
【００３６】
１００：高周波用コイル装置
１０５：巻層体
１１０：多列巻層部
Ｋ１：第１の間隙
Ｋ２：第２の間隙
Ｒ：絶縁樹脂
Ｗ：線材
Ｘ：軸方向
Ｙ：径方向
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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