(57)【要約】      （修正有）【課題】１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタとして、リッツ線を用いた新しい巻線構造のトロイダルコイルを提供する。【解決手段】内周面、上面、下面及び外周面で少なくとも構成されたトロイダルコア１と、そのトロイダルコア１に巻き回された導体２とを有する。導体２がリッツ線であり、そのリッツ線は上面及び下面を平面視したときに内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状になっており、さらに、隣り合うリッツ線同士は、少なくとも外周面で隙間を有している。このトロイダルコイル１０において、トロイダルコア１の上面及び下面のうちリッツ線２で覆われていない露出面積が５０％未満であることが好ましく、隙間が１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面、上面、下面及び外周面で少なくとも構成されたトロイダルコアと、該トロイダルコアに巻き回された導体とを有するトロイダルコイルであって、
前記導体がリッツ線であり、前記リッツ線は前記上面及び前記下面を平面視したときに前記内周面側から前記外周面側に向かって広がる扇形状であり、隣り合う前記リッツ線同士は少なくとも前記外周面で隙間を有している、ことを特徴とするトロイダルコイル。
【請求項２】
前記トロイダルコアの上面及び下面のうち前記リッツ線で覆われていない露出面積が、５０％未満である、請求項１に記載のトロイダルコイル。
【請求項３】
前記隙間が、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内である、請求項１又は２に記載のトロイダルコイル。
【請求項４】
前記上面及び前記下面における前記リッツ線の高さが、前記内周面側から前記外周面側に向かって小さくなっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトロイダルコイル。
【請求項５】
前記リッツ線が絶縁チューブで覆われている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトロイダルコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロイダルコアにリッツ線を巻いてなるトロイダルコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
コアに導線を巻回したコイルは、トランスを始めとする各種の用途に用いられている。なかでも、ドーナツ型のコア（トロイダルコアという。）に導線を巻回したトロイダルコイルは、閉磁路構造のコイルであり、漏れ磁束が少なく、周辺部品への影響が小さいことから、例えば大電流の平滑化やノイズのフィルタリングに使用されるチョークコイル等に応用されている。
【０００３】
トロイダルコイルにおいて、トロイダルコアに巻き回す導線（例えば銅線）の断面積が小さいと、導線の電気抵抗が大きくなって銅損が増加してしまう。銅損は、巻線する導線の電気抵抗によって失われる電気エネルギーであり、失われた電気エネルギーは、ジュール熱となる。この銅損は、鉄損とともにコイルの特性を低下させる。したがって、銅損はできるだけ小さいことが望ましく、銅損を小さくするためには、導線の電気抵抗を小さくすればよいが、そのためには、導線の断面積を増加させる必要がある。しかし、トロイダルコイルの構造上の特質もあり、中心穴の大きさや導線の直径や巻線数の制約を受けることになる。
【０００４】
銅線の断面積を増加させるための手段として、内径の大きいトロイダルコアを使うことも考えられるが、トロイダルコアの外径を変えずに内径を大きくすると、磁束が貫通するためのトロイダルコアの実効断面積が減少し、磁気飽和や鉄損の増加、コアの温度上昇などを招いてしまうことがある。したがって、トロイダルコアの内径を大きくする場合には、同時に外径も大きくする必要があるが、この場合にはトロイダルコアが大型化してトロイダルコイルも大きくなってしまい、近年の小型軽量化の要請に逆行するという難点があった。
【０００５】
上記問題に対し、特許文献１では、トロイダルコアの内径を大きくすることなく巻線の導線の断面積を増加させて導線の抵抗値を下げ、銅損を低減させることを目的としたインダクタが提案されている。このインダクタにおいて、トロイダルコアに巻く導線は、幅（断面積）が大きい部分と、幅（断面積）が小さい部分と、幅（断面積）が徐々に変化する部分とから構成され、その小さい部分は、トロイダルコアの穴（内周）に対応し、大きい部分はトロイダルコアの外周に対応するようにしてその導線をトロイダルコアに巻回している。しかしながら、そのトロイダルコイルは、極めて特殊な導体を用いているとともに、断面積の小さい部分の抵抗が大きく、温度上昇による損失の原因になるおそれがある。
【０００６】
一方、近年、モバイル機器の小型化、軽量化及び高性能化を図るため、スイッチング電源の駆動周波数の高周波数化が進んでいる。それに伴い、モバイル機器に内蔵されるチョークコイルやインダクタ等の磁性素子の駆動周波数も高周波数化への対応が要求されている。こうした要求に対し、特許文献２では、非晶質合金からなるトロイダル形状の圧粉磁心が提案され、その圧粉磁心に導線を巻き回したチョークコイルが提案されている。非晶質合金からなる圧粉磁心は、飽和磁束密度が高い軟磁性材料であり、粒子自体の電気抵抗値が高くなるため渦電流損失を抑制でき、その結果、１ＭＨｚ域の高周波数下でも渦電流損失を低減でき、低鉄損を実現できるという利点があるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１５４２１号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４１６２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、近年、インバーターやコンバーター等の電力変換器に用いられるＳｉＣパワーデバイスが、電気自動車、ハイブリッド自動車、エアコン等のインバーター制御用途や、各種汎用モーター用途等で期待されている。最近、パワーデバイスの高周波化の要求があり、半導体素子の開発を含む多方面での研究開発が行われている。パワーデバイスの高周波化においては、スイッチング素子だけでなく、インダクタやキャパシタも高周波化する必要がある。スイッチング周波数を例えば１０倍にできれば、インダクタやキャパシタを１０分の１にすることができ、小型軽量化を実現でき、特に車両用のパワーデバイス等として期待できる。
【０００９】
高周波対応のパワーデバイスにおいて、スイッチング周波数を高くすると、インダクタ等の部品も高周波対応部品として追従させなければならないが、現在、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタは存在していない。
【００１０】
本発明の目的は、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタの開発要請に応えるものであって、リッツ線を用いた新しい巻線構造のトロイダルコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係るトロイダルコイルは、内周面、上面、下面及び外周面で少なくとも構成されたトロイダルコアと、該トロイダルコアに巻き回された導体とを有するトロイダルコイルであって、前記導体がリッツ線であり、前記リッツ線は前記上面及び前記下面を平面視したときに前記内周面側から前記外周面側に向かって広がる扇形状であり、隣り合う前記リッツ線同士は少なくとも前記外周面で隙間を有している、ことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、トロイダルコアに巻き回す導体としてリッツ線を用いるので、単線を用いる場合に比べて導体の表面積を著しく大きくすることができる。その結果、特に高周波帯域で使用する場合に増加する抵抗損失の影響（表皮効果）を低減でき、コイル特性を向上させることができる。また、上面及び下面を平面視したときのリッツ線の形状が内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状であるので、単線の場合に比べてトロイダルコアの表面の多くを覆うことができるので、コイル特性を高めることができる。また、隣り合うリッツ線同士は、トロイダルコアの少なくとも外周面で隙間を有しているので、その外周面での接触や重なりなく巻き回されている。その結果、導体の重なりや接触に起因する寄生容量や導体間の近接効果の影響を低減でき、コイル性能の低下や変動を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るトロイダルコアにおいて、前記トロイダルコアの上面及び下面のうち前記リッツ線で覆われていない露出面積が、５０％未満であることが好ましい。この発明によれば、単線の場合に比べて露出面積を小さくすることができ、コイル特性を高めることができる。
【００１４】
本発明に係るトロイダルコアにおいて、前記隙間が、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内であるように構成できる。この発明によれば、上記範囲内の隙間を有することにより、トロイダルコイルのコイル特性をより高めることができる。
【００１５】
本発明に係るトロイダルコアにおいて、前記上面及び前記下面における前記リッツ線の高さが、前記内周面側から前記外周面側に向かって小さくなっているように構成できる。この発明によれば、リッツ線は多数本で構成されているので、外周面に側に向かうにしたがってほぐして巻くことができ、内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状とすることが容易となる。
【００１６】
本発明に係るトロイダルコアにおいて、前記リッツ線が絶縁チューブで覆われているように構成できる。この発明によれば、リッツ線を絶縁チューブに通した状態のものを、トロイダルコアに巻き回すので、径の小さい内周面から径の大きい外周面に向かって絶縁チューブの平面視形状が広がるように巻き回すことができる。また、特に内周面側においても、リッツ線同士の重なりや接触も抑制できるので、導体の重なりや接触に起因する寄生容量や導体間の近接効果の影響を低減でき、コイル性能の低下や変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、リッツ線を用いた新しい巻線構造のトロイダルコイルを提供することができ、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタの開発要請に応えることができる。その結果、スイッチング周波数を高くした場合でも追従可能なパワーインダクタを提供できるので、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーデバイスの小型軽量化の実現に寄与でき、特に車両用のパワーデバイス等として期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るトロイダルコイルの実施例の構造形態であり、（Ａ）は内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状の幅を小さくして、外周面でのリッツ線同士の隙間が大きい場合であり、（Ｂ）は扇形状の幅を大きくして、外周面でのリッツ線同士の隙間が小さい場合である。
【図２】トロイダルコイルの比較例の構造形態であり、（Ａ）は従来の単線導体を巻き回した場合であり、（Ｂ）は内周面側から外周面側に向かって広がらないようにしたリッツ線を用いた場合であり、（Ｃ）はリッツ線を拡げて巻いてトロイダルコアの表面全てを覆った場合である。
【図３】リッツ線同士の隙間と扇形状と露出面積についての構造形態の説明図である。
【図４】上面でのリッツ線の高さについての構造形態の説明図である。
【図５】リッツ線ガイドの例を示す模式図であり、（Ａ）はトロイダルコアの内周面に設けた例であり、（Ｂ）はトロイダルコアの上面と下面に設けた例であり、（Ｃ）はトロイダルコアの外周面に設けた例である。
【図６】実施例と比較例のトロイダルコイルを用いたときの周波数と抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】実施例と比較例のトロイダルコイルを用いたときの周波数とＱ特性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るトロイダルコイルについて図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
［トロイダルコイル］
本発明に係るトロイダルコイル１０は、図１に示すように、内周面１１、上面１２、下面１３及び外周面１４で少なくとも構成されたトロイダルコア１と、そのトロイダルコア１に巻き回された導体２とを有している。このトロイダルコイル１０において、導体２がリッツ線（符号２を用いる。）であり、そのリッツ線２は上面１２及び下面１３を平面視したときに内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状になっている。さらに、隣り合うリッツ線同士２，２は、少なくとも外周面１４で隙間Ｇ２を有している。
【００２１】
トロイダルコイル１０は、トロイダルコア１に巻き回す導体としてリッツ線２を用いるので、単線を用いる場合に比べて導体の表面積を著しく大きくすることができ、その結果、特に高周波帯域で使用する場合に増加する抵抗損失の影響（表皮効果）を低減でき、コイル特性を向上させることができる。また、上面１２及び下面１３を平面視したときのリッツ線２の形状が内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状であるので、単線の場合に比べてトロイダルコア１の表面の多くを覆うことができ、その結果、コイル特性を高めることができる。また、隣り合うリッツ線同士２，２は、トロイダルコア１の少なくとも外周面１４で隙間Ｇを有しているので、その外周面１４での接触や重なりなく巻き回されており、その結果、導体の重なりや接触に起因する寄生容量や導体間の近接効果の影響を低減でき、コイル性能の低下や変動を抑制することができる。
【００２２】
以下、各構成要素を詳しく説明する。
【００２３】
（トロイダルコア）
トロイダルコア１は、図１に示すように、内周面１１、上面１２、下面１３及び外周面１３で少なくとも構成されたドーナツ型の閉磁路構造の磁性部材である。閉磁路構造のトロイダルコア１は、漏れ磁束が少なく周辺部品への影響が小さいことから、本発明では好ましく用いられる。なお、トロイダルコア１は、その特性上、分割されたものを接着剤等で接合したものよりも、一体成形されたものであることが好ましい。「少なくとも構成された」とは、各面１１〜１４以外の部位が存在していてもよいことを意味し、トロイダルコア１の性能に影響のない範囲で、例えばコーナー部や加工部（例えば後述のリッツ線ガイド、穴、溝等）が存在していてもよい。
【００２４】
トロイダルコア１は１ＭＨｚ以上の高周波帯域で使用されるパワーインダクタであるトロイダルコイル１０の構成部材として用いられることから、その構成材料は、一般的にダストコアと呼ばれ、微細粉末の強磁性体を圧縮して固めた圧粉磁心が用いられる。特に低透磁率材料が好ましく用いられる。具体的には、例えば、フェライト系磁心、カルボニル鉄系磁心等が好ましく用いられる。なお、低透磁率のコア材料が本発明に係るトロイダルコイルの構成部材として好ましく用いられる理由は、後述のトロイダルコイルの構造形態の説明欄で詳しく説明する。
【００２５】
トロイダルコア１の寸法は特に限定されず、１ＭＨｚ以上の高周波帯域で使用されるパワーインダクタであるトロイダルコイル１０としてどの程度の大きさが要求され、その程度の特性が要求されるかで任意に設計される。一例としては、内周面１１での内径が３ｍｍ〜１０ｍｍ程度で、外周面１４での外径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度で、上面１２と下面１３との間の厚さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものを挙げることができる。なお、後述の実施例では、内径１０ｍｍ、外径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのトロイダルコア１を用いている。
【００２６】
トロイダルコア１には、コイル特性に影響を及ぼさない範囲内で、種々の加工を施してもよい。例えば、図５に示すように、トロイダルコア１にリッツ線ガイド２０を設けたり、加工したりしてもよい。リッツ線ガイド２０としては、図５（Ａ）に示すように、トロイダルコア１の内周面に凸状の稜線形状で設けたリッツ線ガイド２１、図５（Ｂ）に示すように、トロイダルコア１の上面１２に凸状の稜線形状で設けたリッツ線ガイド２２、図５（Ｃ）に示すように、トロイダルコア１の外周面１４に凸状の稜線形状で設けたリッツ線ガイド２４等を挙げることができる。なお、下面１３にもリッツ線ガイドを設けてもよいが、ここでは説明と図示を省略する。リッツ線ガイド２０の形状は、図５に示す例に限定されない。なお、このリッツ線ガイド２０については、後述のリッツ線の説明欄で詳しく説明する。
【００２７】
（導体／リッツ線）
導体２は、トロイダルコア１に巻き回される。本発明では、導体２として、複数の素線が撚り合わされたリッツ線（符号２で表す。）を用いている。導体としてリッツ線を用いることにより、単線を用いた場合に比べて導体の表面積を著しく大きくすることができる。その結果、特に高周波帯域で使用する場合に増加する抵抗損失の影響（表皮効果）を低減でき、コイル特性を向上させることができる。
【００２８】
リッツ線２としては、集合撚りでも同心撚りでも複合撚りでもよく、リッツ線と呼ばれるものであれば特に限定されない。リッツ線の構成は、トロイダルコイル１０の導体抵抗やコイル性能等を考慮して任意に設計される。リッツ線２の素線は、一般的なリッツ線の構成材料である銅線等を用いる。リッツ線２を構成する素線の直径としては、外径０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度のものを用いることができ、その素線を例えば１００本〜２５００本の範囲で撚ったものを用いることができる。なお、後述の実施例１，２では、比較例１の単線の断面積と同じになるように設計し、０．０５ｍｍの素線を１６本撚ったものを５本束ねて複合撚りし、さらにそれを５本束ねて複合撚りしたリッツ線２（合計４００本）を用いている。
【００２９】
このリッツ線２を構成する素線は、通常、それぞれに絶縁皮膜が設けられているものが用いられる。なお、素線に絶縁皮膜が設けられていないものであってもよいが、その場合は、リッツ線全体として、絶縁被覆されている必要があり、例えばリッツ線２が絶縁チューブ５等で被覆されていることが望ましい。この絶縁チューブ５は、素線に絶縁皮膜が設けられている場合にも好ましく適用できる。
【００３０】
素線表面に設けられる絶縁皮膜としては、一般的なコイル導体の絶縁皮膜を挙げることができ、例えば、ポリウレタン皮膜、ポリエステル皮膜、ポリエステルイミド皮膜、ポリアミドイミド皮膜等を挙げることができる。その絶縁皮膜の厚さも特に限定されず、一般的なコイル用導体の規格厚さの範囲内であればよい。なお、必要に応じて、はんだ付け可能材料、融着材料、滑性材料等を有していてもよいし、それらの層が設けられていてもよい。
【００３１】
（絶縁チューブ）
絶縁チューブ５は、上記のように、リッツ線２が内部に挿入され、リッツ線２が絶縁チューブ５で覆われているように構成できる。リッツ線２が挿入された絶縁チューブ５は、トロイダルコア１に容易に巻き回すことができる点で製造上においても有利である。絶縁チューブ５の材質は特に限定されず、各種のものを用いることができる。例えば、シリコーン、フッ素系ポリマー（テトラヒドロフラン等）、ポリオレフィン、ポリエステル、熱可塑性エラストマー、エチレンプロピレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、塩化ビニル等の材質からなるチューブを挙げることができる。こうした絶縁チューブ５によって、隣り合うリッツ線同士２，２が導通しないということを実現できれば、その種類やチューブ厚さは特に限定されない。
【００３２】
絶縁チューブ５の内径や外径は、その中に挿入されるリッツ線２の外径によって任意に選択される。本発明では、リッツ線２の外径とほぼ同じ内径の絶縁チューブ５を用いる場合よりも、リッツ線２の外径よりも少し大きい内径の絶縁チューブ５を用いることが好ましい。絶縁チューブ５を用いることにより、リッツ線２が挿入された絶縁チューブ５をトロイダルコア１に巻き回すとき、図４に示すように、径の小さい内周面１１から径の大きい外周面１４に向かって絶縁チューブ５の平面視形状が広がるように巻き回すことができる。このとき、トロイダルコア１の上面１２及び下面１３におけるリッツ線２の高さＨが、内周面側から外周面側に向かって小さくなっている。リッツ線２は多数本で構成されているので、外周面１４に側に向かうにしたがって、内部に余裕のある絶縁チューブ５内でリッツ線２がほぐされて巻かれることになり、リッツ線２が内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状となる。
【００３３】
また、絶縁チューブ５を用いることにより、特に内周面側においても、リッツ線同士２，２の重なりや接触を抑制できるので、導体であるリッツ線同士２，２の重なりや接触に起因する寄生容量や導体間の近接効果の影響を低減でき、コイル性能の低下や変動を抑制することができる。
【００３４】
（トロイダルコイルの構造形態）
先ず、本発明に至る経緯と課題について説明する。パワーデバイスの高周波化の要求に応えるためには、スイッチング素子だけでなく、パワーインダクタとしてのトロイダルコイル１０も高周波対応とする必要があるが、１ＭＨｚ帯域以上の高周波帯域で使用できるトロイダルコイル１０の開発にあたっての問題は、高周波帯域で使用できるトロイダルコア１は存在するものの透磁率が小さいというトレードオフの関係になることにあった。
【００３５】
１００ｋＨｚ帯域程度では高い透磁率のトロイダルコアを使えばよく、その場合は、導体を密に巻いても粗く巻いても差がない。一方、１ＭＨｚ帯域以上の高周波帯域では、Ｍｎ−ＺｎやＮｉ−Ｚｎ等のトロイダルコア１を使用した場合でも難しく、低透磁率のトロイダルコア１を使用せざるを得ず、そうしたトロイダルコア１を使用しなければならない状況では、巻き線でなるべくコア表面を覆うように巻くことが望ましいと考えた。
【００３６】
しかしながら、トロイダルコア１への導体の巻き方を検討している過程で、その巻き方がコイル特性に大きく影響することを見出し、本発明が完成された。１ＭＨｚ帯域以上の高周波帯域でのパワーインダクタとして用いるトロイダルコイルは今までなかったが、本発明のように、低透磁率のトロイダルコア１を用いるパワーインダクタとするため、そのトロイダルコア１を巻く導体としてリッツ線２を用い、しかもそのリッツ線２の巻き方を本発明のようにすることにより、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタとして、リッツ線を用いた新しい巻線構造のトロイダルコイルを提供することができた。
【００３７】
図１及び図２は、トロイダルコイル１０の構造形態である。図１は本発明に係るトロイダルコイル１０あり、図１（Ａ）は、内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状の幅を小さくして、外周面１４でのリッツ線同士２，２の隙間Ｇ２が大きい場合であり、図１（Ｂ）は、扇形状の幅を大きくして、外周面１４でのリッツ線同士２，２の隙間Ｇ２が小さい場合である。一方、図２は本発明ではないトロイダルコイル１０の例であり、図２（Ａ）は、従来の単線導体を巻き回した場合であり、図２（Ｂ）は、内周面側から外周面側に向かって広がらないようにしたリッツ線２を用いた場合であり、図２（Ｃ）は、リッツ線２を拡げて巻いてトロイダルコア１０の表面全てを覆った場合である。なお、図１及び図２では、トロイダルコイルを構成するリッツ線や単線導体の２本の線端部については図示を省略している。
【００３８】
本発明に係るトロイダルコイル１０は、図１及び図３に示すように、上面１２及び下面１３を平面視したときに、内周面側から外周面側に向かってリッツ線２が広がる扇形状になっている。扇形状になっていることにより、導体が単線の場合に比べてトロイダルコア１の表面の多くを覆うことができ、その結果、コイル特性を高めることができるという効果がある。
【００３９】
扇形状に広がったリッツ線２の幅Ｌは、上面１２及び下面１３で平面視したときに、内周面１１から外周面１４に向かって徐々に広がっているときの幅Ｌである。この幅Ｌについては、図３に示すように、上面１２と下面１３でのリッツ線２の線幅Ｌ１と、外周面１４でのリッツ線２の線幅Ｌ２として表すことができる。この線幅Ｌ１，Ｌ２については、内周面１１から外周面１４に向かって連続して拡大していることが好ましい。
【００４０】
さらに、隣り合うリッツ線同士２，２は、図１及び図３に示すように、少なくとも外周面１４で隙間Ｇ２を有している。隙間Ｇ２の存在により、図２（Ｃ）のようにリッツ線２でトロイダルコア１０の表面全てを覆う場合とは異なり、その外周面１４ではリッツ線同士２，２の接触や重なりなく巻き回されている。その結果、導体の重なりや接触に起因する寄生容量や導体間の近接効果の影響を低減でき、コイル性能の低下や変動を抑制することができる。このときの隙間Ｇ２は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内の隙間Ｇ２を有することにより、トロイダルコイルのコイル特性をより高めることができる。
【００４１】
なお、接触や重なりなく巻かれているとは、少なくとも外周面１４で隣り合うリッツ線同士２，２が現に重ならないこと、又は図２（Ｃ）に示すように密着するように隣接しないことを言うが、例えば、リッツ線同士２，２の隙間Ｇ２が上記した０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の好ましい範囲内の場合は、接触や重なりが生じることはない。隙間Ｇ２が０．５ｍｍ未満の場合は、リッツ線同士が近づいて近接効果が影響することがあり、コイル抵抗が大きくなって、コイル性能（Ｑ特性）も十分に高くならないことがある。一方、リッツ線同士２，２の隙間Ｇが５ｍｍを超える場合も同様、リッツ線２でトロイダルコア１を十分に覆うことができておらず、コイル抵抗が大きくなり、コイル性能（Ｑ特性）も十分に高くならないことがある。
【００４２】
隙間Ｇ２は、トロイダルコイル１０の外周全てで同じ寸法であることが好ましいが、上記範囲内であれば、一定でなくてもよい。また、リッツ線２はトロイダルコイル１０の上面１２及び下面１３で内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状になっているので、外周面１４での隙間Ｇ２は、上面１２及び下面１３での隙間Ｇ１よりも通常は大きくなっている。
【００４３】
次に、リッツ線２を巻いた後のトロイダルコア表面の露出面積について説明する。トロイダルコア１の上面１２及び下面１３のうちリッツ線２で覆われていない露出面積は、５０％未満であることが好ましい。本発明では、リッツ線２を用いて巻き回しているので、単線を用いた場合に比べて露出面積を小さくすることができ、コイル特性を高めることができる。露出面積が５０％未満の場合には、そのコイル特性が良好であるが、露出面積が５０％以上になってくると、トロイダルコア１の表面の導体（リッツ線２）の被覆割合が小さくなり、コイル性能が不十分になることがある。
【００４４】
露出面積のより好ましい範囲は、１０％以上、４０％以下の範囲内であり、この範囲内でトロイダルコア１を被覆することにより、より好ましいコイル性能発揮させることができる。露出面積が１０％未満では、隣り合うリッツ線同士２，２の間隔が狭くなり、それに伴う寄生容量の発生や近接効果の影響を受けてコイル性能が不十分になることがある。露出面積が４０％以下である場合は、上記した５０％未満の場合に比べてコイル性能が十分になる。
【００４５】
次に、上面１２及び下面１３におけるリッツ線２の高さについて説明する。リッツ線の高さＬは、図４に示すように、内周面側から外周面側に向かって小さくなっていることが好ましい。リッツ線２は多数本で構成されているので、外周面１４に側に向かうにしたがってほぐして巻くことができ、内周面側から外周面側に向かって広がる扇形状とすることが容易となる。
【００４６】
リッツ線２が絶縁チューブ５に挿入されている場合に、内周面１１の穴では、リッツ線２は絶縁チューブ５で明確に区分けされているので、その絶縁チューブ５を内周面１１に一列に並べることもできる。その場合には、絶縁チューブ５は、内周面１１の直角方向（法線方向）に立った態様となり、結果としてリッツ線の高さが高くなった態様で並べることができる。一方、上面１２や下面１３においては、絶縁チューブ５に挿入されたリッツ線２は、図４に示すように、内周面側では高さＨが高くなって立った態様であるが、外周面側に向かうにしたがってリッツ線２は扇形状に広がるので、高さＨが低くなった態様になる。
【００４７】
このときの高さＨの調整は、リッツ線２の外径と絶縁チューブ５の内径とを設定することにより行うことができる。例えば、リッツ線２の外径よりも大きい内径の絶縁チューブ５を用いた場合は、リッツ線２が挿入された絶縁チューブ５をトロイダルコア１に巻き回すことにより、図１（Ａ）に示すように、径の小さい内周面１１から径の大きい外周面１４に向かって絶縁チューブ５の平面視形状が広がるように巻き回すことができ、図１（Ａ）及び図４に示すように、トロイダルコア１の上面１２及び下面１３におけるリッツ線２の高さＨが、内周面側から外周面側に向かって小さくなるように巻くことができる。
【００４８】
一方、リッツ線２が絶縁チューブ５に挿入されていない場合は、内周面１１の穴では、リッツ線２は絶縁チューブ５で明確に区分けされていないので、リッツ線２を内周面１１に一列に並べ難いが、リッツ線２を捻りながら内周面１１に押し当てることにより、リッツ線２を内周面１１の直角方向（法線方向）に立った態様となり、結果としてリッツ線２の高さが高くなった態様で並べることも可能である。一方、上面１２や下面１３においては、リッツ線２は、図４に示すように、内周面側では高さＨが高くなって立った態様であるが、外周面側に向かうにしたがってリッツ線２は扇形状に広げることができ、高さＨを低くすることができる。
【００４９】
このときの高さＨの調整は、リッツ線２の撚りをほぐしながら巻くことにより行うことができる。その結果、図１（Ｂ）に示すように、径の小さい内周面１１から径の大きい外周面１４に向かってリッツ線２の平面視形状が広がるように巻き回すことができ、図１（Ｂ）及び図４に示すように、トロイダルコア１の上面１２及び下面１３におけるリッツ線２の高さＨを、内周面側から外周面側に向かって小さくなるように巻くことができる。
【００５０】
（リッツ線ガイド）
リッツ線ガイド５は、リッツ線同士２，２の重なりを防ぐためにトロイダルコア１に設けてもよい。リッツ線同士２，２の重なりを防ぐための手段としては、通常は、リッツ線２をトロイダルコア１に巻き回す際に、重ならないようにして巻き回せばよいが、図５に示すようなリッツ線ガイド２０を設けたり加工したりしてもよい。
【００５１】
図５（Ａ）のリッツ線ガイド２１は、トロイダルコア１の内周面１１に設けたものであり、内周面１１でのリッツ線同士２，２の重なりを極力無くすことができる。また、図５（Ｂ）のリッツ線ガイド２２は、トロイダルコア１の上面１２に設けたものであり、上面１２でのリッツ線同士２，２の重なりを無くすことができる。また、図５（Ｃ）のリッツ線ガイド２４は、トロイダルコア１の外周面１４に設けられたものであり、外周面１４でのリッツ線同士２，２の重なりを無くすことができる。リッツ線ガイド２０は、トロイダルコア１の圧縮成形型に設けておいて成形時に形成してもよいし、成形した後に切削加工して設けてもよい。その寸法は特に限定されないが、僅かな高さで設けられていればよい。
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、リッツ線２を用いた新しい巻線構造のトロイダルコイル１０を提供することができ、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーインダクタの開発要請に応えることができる。その結果、スイッチング周波数を高くした場合でも追従可能なパワーインダクタを提供できるので、１ＭＨｚ帯域以上の高周波で使用できるパワーデバイスの小型軽量化の実現に寄与でき、特に車両用のパワーデバイス等として期待できる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例により本発明をさらに詳しくて説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００５４】
［実施例１］
リッツ線２を構成する素線として、外径０．０５ｍｍのポリエステル被覆銅線を用いた。この素線を１６本撚ったものを５本束ねて複合撚りし、さらにそれを５本束ねて複合撚りしたリッツ線２（合計４００本）を用いた。こうした本数としたのは、比較例１のトロイダルコイルで用いた単線（外径１ｍｍの銅線。断面積０．７８５ｍｍ２）の断面積と同じにするためである。
【００５５】
このリッツ線２を、内径２．０ｍｍで外径２．４ｍｍの絶縁チューブ５内に挿入した後、トロイダルコア１に巻き回した。用いたトロイダルコア１は、カルボニル鉄粉をエポキシ樹脂に分散させ１４０℃で焼成し、内径１０ｍｍ、外径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍに加工した磁心である。巻き形態は、上面１２と下面１３での隙間Ｇ１が外側に向かって０〜４ｍｍに広がり、外周面１４での隙間Ｇ２が平均約４ｍｍであった。また、上面１２と下面１３でのリッツ線２の線幅Ｌ１は平均約３ｍｍで、外周面１４でのリッツ線の線幅Ｌ２は平均約３ｍｍであった。こうして、図１（Ａ）に示すトロイダルコイルを作製した。このトロイダルコイル１０は、上面１２と下面１３を平面視したとき、リッツ線で覆われていない露出面積は約４０％であった。
【００５６】
［実施例２］
実施例１のリッツ線２とトロイダルコア１を用いたが、絶縁チューブ５は用いなかった。リッツ線２を、トロイダルコア１に巻き回した。巻き形態は、上面１２と下面１３での隙間Ｇ１が外側に向かって０〜０．５ｍｍに広がり、外周面１４での隙間Ｇ２が平均約０．５ｍｍであった。また、上面１２と下面１３でのリッツ線の線幅Ｌ１は外側に向かって３〜６ｍｍに広がり、外周面１４でのリッツ線の線幅Ｌ２は平均約６ｍｍであった。こうして、図１（Ｂ）に示すトロイダルコイルを作製した。このトロイダルコイル１０は、上面１２と下面１３を平面視したとき、リッツ線で覆われていない露出面積は約１６％であった。
【００５７】
［比較例１］
素線の直径として、外径１ｍｍの単線のポリエステル被覆銅線（断面積０．７８５ｍｍ２）を用いた。この単線を、図２（Ａ）に示すように、実施例１と同じトロイダルコア１に巻き回した。巻き形態は、上面１２と下面１３での隙間Ｇ１が外側に向かって１〜６ｍｍ、外周面１４での隙間Ｇ２が平均約６ｍｍであった。また、単線であるため、上面１２と下面１３での線幅Ｌ１は１ｍｍで、外周面１４での線幅Ｌ２も１ｍｍであった。こうして、図２（Ａ）に示すトロイダルコイルを作製した。このトロイダルコイル１０は、上面１２と下面１３を平面視したとき、単線で覆われていない露出面積は約８０％であった。
【００５８】
［比較例２］
実施例１のリッツ線２とトロイダルコア１を用いた。このリッツ線２の外径は１．５ｍｍだったが、このリッツ線２を内径１．６ｍｍで外径２．０ｍｍの絶縁チューブ５内に挿入した後、トロイダルコア１に巻き回した。巻き形態は、上面１２と下面１３での隙間Ｇ１が外側に向かって０〜５ｍｍに広がり、外周面１４での隙間Ｇ２が平均約４ｍｍであった。また、上面１２と下面１３でのリッツ線の線幅Ｌ１は平均約２ｍｍで、外周面１４でのリッツ線の線幅Ｌ２は平均約２ｍｍであった。こうして、図２（Ｂ）に示すトロイダルコイルを作製した。このトロイダルコイル１０は、上面１２と下面１３を平面視したとき、リッツ線で覆われていない露出面積は約５５％であった。
【００５９】
［比較例３］
実施例１のリッツ線２とトロイダルコア１を用いたが、絶縁チューブ５は用いなかった。リッツ線２を、トロイダルコア１に巻き回した。巻き形態は、上面１２と下面１３での隙間Ｇ１が０ｍｍ、すなわち隣接するリッツ線同士２，２が密着するようにし、外周面１４での隙間Ｇ２も０ｍｍとした。また、上面１２と下面１３でのリッツ線の線幅Ｌ１もｍｍで、外周面１４でのリッツ線の線幅Ｌ２も０ｍｍとした。こうして、図２（Ｃ）に示すトロイダルコイルを作製した。このトロイダルコイル１０は、上面１２と下面１３を平面視したとき、リッツ線で覆われていない露出面積は０％であった。
【００６０】
［測定、結果］
図４は、実施例１，２と比較例１〜３のトロイダルコイルを用いたときの周波数と抵抗との関係を示すグラフである。また、図５は、実施例１，２と比較例１〜３のトロイダルコイルを用いたときの周波数とＱ特性との関係を示すグラフである。これらの測定は、インピーダンス／マテリアルアナライザ（型式：ＨＰ４２９４Ａ、ヒューレット・パッカード社製）で行った。なお、実施例１，２及び比較例１〜３において、露出面積は、トロイダルコイル１０を平面視で写真に撮って、露出しているトロイダルコア１の面積を、もとのトロイダルコア１の面積で除して算出した。
【００６１】
図４及び図５で得られた値を表１にまとめた。これらの結果より、実施例１，２の結果は、比較例１の単線を用いた場合よりも著しく好ましいインダクタ特性になった。また、実施例１，２の結果は、比較例２，３の結果よりも好ましいインダクタ特性を示した。
【００６２】
【表１】
2017147288.tif 000003
【符号の説明】
【００６３】
１  トロイダルコア
２  リッツ線（導体）
５  絶縁チューブ
１０  トロイダルコイル
１１  内周面
１２  上面
１３  下面
１４  外周面
２０  リッツ線ガイド
２１  内周面のリッツ線ガイド
２２  上面のリッツ線ガイド
２４  外周面のリッツ線ガイド
Ｌ  リッツ線の線幅
Ｌ１  上面と下面でのリッツ線の線幅
Ｌ２  外周面でのリッツ線の線幅
Ｇ  リッツ線同士の隙間
Ｇ１  上面と下面でのリッツ線同士の隙間
Ｇ２  外周面でのリッツ線同士の隙間
Ｈ  リッツ線の高さ
【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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