巻線素子用コイルおよび巻線素子
【課題】本発明は、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁を実現しつつ、前記層間の厚さを低減し得る巻線素子用コイルおよびこれを用いた巻線素子を提供する。
【解決手段】本発明の巻線素子用コイル１Ａは、長尺な帯状の導体部材１１と、導体部材１１の一方側面全面を被覆する一方面被覆部１２ａと、一方面被覆部１２ａにおける幅方向の両端から延長され、導体部材１１の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１，１２ｂ−２と、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１，１２ｂ−２のそれぞれから延長され、導体部材１１における他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１，１２ｃ−２とを備える絶縁部材１２とを備え、絶縁部材１２によって被覆された導体部材１１は、幅方向がコイル１Ａの軸方向に沿うように巻回されている。
【解決手段】本発明の巻線素子用コイル１Ａは、長尺な帯状の導体部材１１と、導体部材１１の一方側面全面を被覆する一方面被覆部１２ａと、一方面被覆部１２ａにおける幅方向の両端から延長され、導体部材１１の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１，１２ｂ−２と、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１，１２ｂ−２のそれぞれから延長され、導体部材１１における他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１，１２ｃ−２とを備える絶縁部材１２とを備え、絶縁部材１２によって被覆された導体部材１１は、幅方向がコイル１Ａの軸方向に沿うように巻回されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺の導体部材を巻回した巻線素子に用いられる巻線素子用コイル、および、この巻線素子用コイルを用いた巻線素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺な導体部材を巻き回した巻線素子には、回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトル（コイル）や、電磁誘導を利用することによって複数の巻線（コイル）間でエネルギーの伝達を行うトランス（変成器、変圧器）等が知られている。このリアクトルは、例えば、力率改善回路における高調波電流の防止、電流型インバータやチョッパ制御における電流脈動の平滑化およびコンバータにおける直流電圧の昇圧等の様々な電気回路や電子回路等に用いられている。また、トランスは、電圧変換やインピーダンス整合や電流検出等を行うために、様々な電気回路や電子回路等に用いられている。
【０００３】
このようなリアクトルやトランス等の巻線素子に用いられる巻線素子用コイルには、例えば断面円形（○形）や断面矩形（□形）等の線材および長尺な帯状の部材等が用いられている。そして、この長尺な帯状の部材を用いた巻線素子用コイルには、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの径方向に沿うように巻回することによって構成されるエッジワイズ型コイルと、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成されるフラットワイズ型コイル（パンケーキ形コイル）とが知られている。このフラットワイズ型コイルは、磁束を通す一対のコア部材が帯状の導体部材における幅方向の両端に配置されている場合に、該コイルに通電した場合に生じる磁束の方向が前記幅方向に沿うため、エッジワイズ型コイルに較べて、渦電流損を低減することができるという利点を有している。
【０００４】
このようなフラットワイズ型コイルは、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。図１１は、従来のフラットワイズ型コイルの構造を示す図である。図１１（Ａ）は、特許文献１に開示のパンケーキ形コイルの構造を示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、特許文献２に開示のパンケーキ形コイルの構造を示す斜視図である。図１２は、従来のフラットワイズ型コイルに用いられる絶縁被覆した帯状の導体部材を示す図である。
【０００５】
この特許文献１に開示のコイル１０００は、図１１（Ａ）に示すように、導体１００１を多層に巻いて構成されるパンケーキ形コイル１０００であって、各層導体１００１間の層間絶縁１００２を、該層間絶縁１００２を挟む両側の導体１００１Ａ、１００１Ｂと接着すると共に、該層間絶縁１００２の片側の接着強度と、他方の接着強度とに差を付けたコイルである。なお、導体１００１の両端部は、コイル１０００を電気的に外部と接続するために、内側口出し部１００３および外側口出し部１００４とされている。
【０００６】
また、この特許文献２に開示のコイル１１００は、図１１（Ｂ）に示すように、複数の導体１１０１を冶金的接続部１１０３で冶金的に接続し、この導体１１０１を層間絶縁１１０２を施しながら所定数パンケーキ状に巻回し、そして、これら全体に対地絶縁１１０４を施すことによって構成されたコイルである。なお、導体１１０１の両端部は、コイル１１００を電気的に外部と接続するために、内側の端子１１０５および外側の端子１１０６とされている。
【０００７】
ところで、これら特許文献１および特許文献２に開示のコイル１０００、１１００では、帯状の導体１００１、１１０１における両側面のみに該導体１００１、１１０１の幅と同じ幅で層間絶縁１００２、１１０２が形成されているため、コイル１０００、１１００が巻締められると、導体１００１、１１０１の端部におけるいわゆるバリが層間絶縁１００２、１１０２に食い込み、あるいは、層間絶縁１００２、１１０２が幅方向にずれ、その結果、給電すると、互いに隣接する各層間において、帯状の導体１００１、１１０１における幅方向での端部で漏れ電流が生じてしまう場合がある。また、特許文献１に開示のコイル１０００では、導体１００１と層間絶縁１００２とは、互いに接着されているが、これらの膨張率が相違するため、経年によって結局剥がれてしまう場合がある。
【０００８】
そのため、図１２に示すように、帯状の導体部材１２０１に、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の絶縁テープ部材を、その一部が互いに重なるように螺旋状に巻回（ラップ巻き）すことによって、導体部材１２０１全体を絶縁テープ部材で被覆した後に、これをパンケーキ形に巻回すことによって構成されたコイルが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５５−０７６５９８号公報
【特許文献２】特開昭５６−０７８１０３号公報（特公昭６０−００８６１１号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、絶縁テープ部材を螺旋状に巻回した導体部材でフラットワイズ型コイルを構成した場合では、導体部材の一方側面において、絶縁テープ部材がその一部で重なって２層に積層されるため、巻回した導体部材における互いに隣接する層間では、絶縁テープ部材がこの積層箇所で４層に積層されることになる。このため、このような構成のコイルは、単層の絶縁テープ部材で前記層間を絶縁する場合に較べて、層間の厚さが４倍にもなってしまう。このため、このような構成のコイルは、径方向の大きさが大きくなり、大径化してしまう。そして、大径化するとインダクタンスが低下するため、所望のインダクタンスを得るために、巻数を増やす必要が生じ、コイルがさらに大径化してしまう。巻線素子用コイルでは、導体部材を複数、巻回すので、層間も複数となり、層間の厚さが厚くなることは、好ましくない。また、このコイルの大径化の問題は、特に、回路基板などの限られたスペース（空間）に巻線素子を配置する場合にも、重大となる。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁を実現しつつ、前記層間の厚さを低減することができる巻線素子用コイルおよびこの巻線素子用コイルを用いた巻線素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる巻線素子用コイルは、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていることを特徴とする。そして、好ましくは、この巻線素子用コイルにおいて、前記絶縁部材は、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の部材であり、前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されている。
【００１３】
このような構成の巻線素子用コイルでは、導体部材における幅方向の両端は、一対の第１および第２端部被覆部で被覆されているので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、一方面被覆部と他方面被覆部との絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００１４】
また、他の一態様では、上述の巻線素子用コイルにおいて、前記巻回されている前記導体部材を包む第２絶縁部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成の巻線素子用コイルでは、前記巻回された導体部材が第２絶縁部材によって包まれるので、外部との間の絶縁がより確実に実現される。
【００１６】
また、他の一態様では、上述の巻線素子用コイルにおいて、前記巻回されている前記導体部材における幅方向の両端を覆う一対の上部絶縁部材および下部絶縁部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の巻線素子用コイルでは、前記巻回された導体部材における幅方向の両端が上部絶縁部材および下部絶縁部材によってそれぞれ覆われるので、前記両端での外部との間の絶縁がより確実に実現される。
【００１８】
また、他の一態様にかかる巻線素子は、これら上述のいずれかの巻線素子用コイルと、前記巻線素子用コイルによって生じた磁束を通すコア部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成の巻線素子では、前記導体部材における幅方向の両側部は、折り返された前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されているので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、前記絶縁部材における幅方向の両側部が折り返されるだけであるので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００２０】
また、他の一態様では、上述の巻線素子において、前記コア部は、前記巻線素子用コイルにおける軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材を備えることを特徴とする。
【００２１】
このような構成の巻線素子では、前記巻回された導体部材における幅方向の一方端と前記上部コア部材との間の絶縁、および、前記巻回された導体部材における幅方向の他方端と前記下部コア部材との間の絶縁がより確実に実現される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる巻線素子用コイルおよび巻線素子は、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁を実現しつつ、前記層間の厚さを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１ないし第３実施形態のうちのいずれかの実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルの構成を示す図である。
【図２】図１に示すリアクトルにおけるコア部材の構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示すリアクトルにおいて、第１実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の巻線素子用コイルに用いられる導体部材および第１絶縁部材を示す図である。
【図５】図１に示すリアクトルにおいて、第２実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図６】図１に示すリアクトルにおいて、第３実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図７】第１実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルを製造するための製造方法を示す図である。
【図８】実施例および比較例における各諸元および各結果を示す図である。
【図９】Ｑ値を測定するための測定系を示す図である。
【図１０】絶縁耐圧試験を行うための測定系を示す図である。
【図１１】従来のフラットワイズ型コイルの構造を示す図である。
【図１２】従来のフラットワイズ型コイルに用いられる絶縁被覆した帯状の導体部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２５】
本実施形態にかかる巻線素子用コイルは、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材とを備え、前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端部が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されているものである。このような巻線素子用コイルは、回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトルに用いられ、あるいは、電磁誘導を利用することによって複数の巻線（コイル）間でエネルギーの伝達を行うトランス（変成器、変圧器）に用いられる。例えばリアクトルでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を巻回すことで形成された１個のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。また例えば多相のリアクトルでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を複数さらに重ねて巻回すことで形成された複数のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。また例えばトランスでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を複数さらに重ねて巻回すことで形成された複数のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。
【００２６】
ここでは、リアクトル用の巻線素子用コイルおよびこれを用いたリアクトルを例示するが、多相のリアクトル用やトランス用の巻線素子用コイルおよびこれを用いた装置（デバイス）も同様に構成することが可能である。
【００２７】
（実施形態のリアクトル）
本実施形態におけるリアクトルについて説明する。図１は、第１ないし第３実施形態のうちのいずれかの実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルの構成を示す図である。図１における断面は、軸芯Ｏを含む平面で切断した面である。図２は、図１に示すリアクトルにおけるコア部材の構成を示す斜視図である。
【００２８】
この実施形態におけるリアクトルＤ（ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ）では、後述の第１ないし第３実施形態における巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちのいずれかの巻線素子用コイル１が用いられる。すなわち、図１は、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを備えるリアクトルＤＡ、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂを備えるリアクトルＤＢおよび第３実施形態の巻線素子用コイル１Ｃを備えるリアクトルＤＣをまとめて示している。
【００２９】
図１において、リアクトルＤ（ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ）は、フラットワイズ巻線構造を有する巻線素子用コイル１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）と、該巻線素子用コイル１を覆うコア部２とを備えている。
【００３０】
巻線素子用コイル１は、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されているフラットワイズ型コイル（パンケーキ形コイル）である。そして、前記導体部材の両端のそれぞれには、外部の回路と該巻線素子用コイル１（前記導体部材）とを電気的に接続するための第１および第２引出配線（口出配線）５−１、５−２が接続されている。巻線素子用コイル１の詳細は、後述する。
【００３１】
コア部２は、巻線素子用コイル１に通電した場合に巻線素子用コイル１に生じる磁場による磁束を通す部材であり、磁気的に（例えば透磁率が）等方性を有している。コア部２は、例えば、図１および図２に示すように、第１および第２引出配線５−１、５−２を通す第１および第２引出配線用貫通孔３ｅ−１、３ｅ−２が一方のコア部材に設けられている点を除き同一の構成を有する第１および第２コア部材３、４を備える。第１および第２コア部材３，４は、それぞれ、例えば円板形状を有する円板部３ａ、４ａの板面に、該円板部３ａ、４ａと同径の外周面を有する円筒部３ｂ、４ｂが連続して成る。図１に示す例では、第１コア部材３の円板部３ａに、該円板部３ａを軸方向に貫通するように第１および第２引出配線用貫通孔３ｅ−１、３ｅ−２が形成されている。コア部２は、このような構成を有する第１および第２コア部材３、４が互いに前記各円筒部３ｂ、４ｂの端面同士で重ね合わせられることにより巻線素子用コイル１を内部に収容するための空間を備えている。
【００３２】
そして、図１および図２に示す例では、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合にコア部２における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む突起部が形成されている。より具体的には、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合に第１コア部材３の内側底面における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第１突起部３ｆが形成されており、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合に第２コア部材４の内側底面における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第２突起部４ｆが形成されている。このような第１および第２突起部３ｆ、４ｆを形成することにより、リアクトルＤのインダクタンスをさらに向上させることができる。また、各突起部３ｆ、４ｆ間におけるギャップ長を調整することにより、リアクトルＤのインダクタンス値を調整することができる。また、第１および第２突起部３ｆ、４ｆは、インダクタンス特性を制御するために任意の形状とすることが可能であり、円錐台形状に限定されるものではなく、例えば、円柱状であってもよい。
【００３３】
第１および第２コア部材３、４には、前記互いに重ね合わされる円筒部３ｂ、４ｂの各端面に、位置決めを行うための凸部３ｃ、４ｃが設けられ、この凸部３ｃ、４ｃに応じた凹部３ｄ、４ｄが設けられている。なお、このような凸部３ｃ、４ｃおよび凹部３ｄ、４ｄは、無くてもよい。例えば、図２に示すように、第１および第２コア部材３、４における円筒部３ｂ、４ｂの各端面には、略円柱形状の第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられ、このような略円柱形状の第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２がはまり込むような略円柱形状の第１および第２凹部３ｄ−１、３ｄ−２；４ｄ−１、４ｄ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられている。そして、これら第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２ならびに第１および第２凹部３ｄ−１、３ｄ−２；４ｄ−１、４ｄ−２は、それぞれ、９０゜間隔で設けられている。なお、図２に示す例では、第１および第２コア部材３、４は、互いに同形上であり、図２には、突起部３ｆ、４ｆを備えた第１および第２コア部材３、４の一方が示されている。このような位置決めの凸部３ｃ、４ｃを円筒部３ｂ、４ｂの各端面にさらに備えることによって第１および第２コア部材３、４をより確実に突き合わせることができる。
【００３４】
第１および第２コア部材３、４は、所定の磁気特性を有する。第１および第２コア部材３、４は、低コスト化の観点から、同一材料であることが好ましい。ここで、第１および第２コア部材３，４は、所望の磁気特性（比較的高い透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を成形したものであることが好ましい。
【００３５】
この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属材料であることが好ましい。このような第１および第２コア部材３、４は、例えば、公知の常套手段を用いて軟磁性粉末を圧粉成形することによって形成することができる。
【００３６】
このような本実施形態におけるリアクトルＤは、例えば、電鉄車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、無停電電源、太陽光発電等の産業用インバータ用、あるいは、エアコン、冷蔵庫、洗濯機等の大出力家電用インバータ用として好適に利用することができる。
【００３７】
なお、上述のリアクトルＤでは、巻線素子用コイル１およびコア部２が外形円柱状の形状を基本形状としているが、これに限定されるものではなく、多角柱形状の形状を基本形状としてもよい。前記多角柱形状は、例えば、四角柱形状、六角柱形状および八角柱形状等である。また、円柱形状および多角柱形状の各形状を基本形状としてもよい。例えば、巻線素子用コイル１が円柱形状の形状とされ、コア部２が多角柱形状の形状とされてよく、また例えば、巻線素子用コイル１が多角柱形状の形状とされ、コア部２が円柱形状の形状とされてよい。
【００３８】
また、上述の実施形態において、絶縁性および放熱性の向上の観点から、巻線素子用コイル１の上端面とそれに対向するコア部２の第１コア部材３の内壁面との間や、巻線素子用コイル１の下端面とそれに対向するコア部２の第２コア部材４との間に、例えばＢＮ（チッ化ボロン）セラミック等の絶縁材を充填してもよい。絶縁材としては、例えば絶縁性および良熱伝導性の樹脂シートが想定され、その厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましい。なお、前記絶縁材は、コンパウンドが充填されて成るものでもよい。
【００３９】
この絶縁材により、巻線素子用コイル１の上端面とそれに対向するコア部２の第１コア部材３の内壁面との間の絶縁や、巻線素子用コイル１の下端面とそれに対向するコア部２の第２コア部材４との間の絶縁が向上する。そして、この絶縁材により、巻線素子用コイル１によって軸方向（上下方向）の熱伝導性が向上するとともに、巻線素子用コイル１に発生するジュール熱が前記絶縁材を介してコア部２に熱伝導し、この結果、このような構成のリアクトルＤは、効率良く外部に廃熱することが可能となる。また、このため、外部から、より具体的にはコア部２を冷却することによって、リアクトルＤの内部が高熱になるのを防止することができる。
【００４０】
次に、このようなリアクトルＤに用いられる第１ないし第３実施形態の巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃについて順に説明する。
【００４１】
（第１実施形態の巻線素子用コイル）
図３は、図１に示すリアクトルにおいて、第１実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図３（Ａ）は、巻線素子用コイルの上面図であり、図３（Ｂ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。図４は、第１実施形態の巻線素子用コイルに用いられる導体部材および第１絶縁部材を示す図である。
【００４２】
この第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａは、中心（軸芯）Ｏに所定の径を有する円柱状の空芯部Ｓを設けて、所定の第１厚さを有する長尺な帯状（テープ状、リボン状）の導体部材１１を、所定の第２厚さを有する長尺な帯状の絶縁部材１２を挟み込みながら所定数パンケーキ状に巻回すことによって成るコイルであり、そして、導体部材１１の幅方向（軸方向）の両端も絶縁部材１２によって被覆されている。また、導体部材１１の長尺方向の両端のそれぞれに第１および第２引出配線５−１、５−２が電気的に導通可能に接続される。ここで、帯状とは、部材の幅Ｗに対する該部材の厚さｔの比ｔ／Ｗが１より小さくなる矩形断面を有することをいう。フラットワイズ型コイルを形成した場合に、前記部材の幅Ｗは、軸方向の長さとなり、前記部材の厚さｔは、径方向の長さとなる。
【００４３】
より具体的には、前記絶縁部材１２は、図３に示すように、導体部材１１の一方側面全面を被覆する一方面被覆部１２ａと、一方面被覆部１２ａにおける幅方向の両端から延長され、導体部材１１の幅方向の両端を被覆する一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２のそれぞれから延長され、導体部材１１における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２とを備える。なお、図３に示す例では、一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって、導体部材１１の他方側面の一部が被覆されているが、一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２における各端が重ならずに互いに当接することによって、導体部材１１の他方側面全面が被覆されてもよい。
【００４４】
このような絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１は、例えば、次のように作成される。図４において、まず、導体部材１１が該導体部材１１の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材１２と重ねられ、これによって一方面被覆部１２ａが形成される。続いて、絶縁部材１２における幅方向の両側部１２ｄ−１、１２ｄ−２を折り返すことによって絶縁部材１２における幅方向の両端および他方面における幅方向の両側部が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆され、これによって一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２ならびに一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２が形成される。図４に示す例では、このように１枚の長尺な帯状の絶縁部材１２から、一方面被覆部１２ａ、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２ならびに一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２が形成されている。導体部材１１には、例えば、銅等の金属（合金を含む）が用いられ、絶縁部材１２には、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００４５】
そして、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＡが構成される。
【００４６】
なお、導体部材１１の厚みをいわゆる表皮厚みδより厚くすると、導体部材１１内部に発生する渦電流損が増加することになるので、渦電流を低減する観点から、導体部材１１の厚さｔは、表皮厚みδ以下であることが好ましい。以下の実施形態も同様である。この表皮厚みδは、角周波数をωとし、透磁率をμとし、電気伝導率をσとする場合に、次式によって与えられる。
δ=（２／ωμσ）１／２
【００４７】
このような第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡでは、導体部材１１における幅方向の両端が、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２で被覆されているので、帯状の導体部材１１を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、帯状の導体部材１１を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、一方面被覆部１２ａと他方面被覆部１２ｃとの絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００４８】
また、このような第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを用いたリアクトルＤＡでは、導体部材１１における幅方向の両端が、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２で被覆されているので、巻線素子用コイル１Ａにおける幅方向の一方端と第１コア部材３の円板部３ａ（第２コア部材４の円板部４ａ）との間の絶縁、および、巻線素子用コイル１Ａにおける幅方向の他方端と第２コア部材４の円板部４ａ（第１コア部材３の円板部３ａ）との間の絶縁がより確実に実現される。
【００４９】
なお、第１コア部材３の円板部３ａ（第２コア部材４の円板部４ａ）は、上部コア部材の一例に対応し、第２コア部材４の円板部４ａ（第１コア部材３の円板部３ａ）は、下部コア部材の一例に対応する。また、図１に示す例では、コア部２は、円筒部３ｂ、４ｂをさらに備えており、図１に示すリアクトルＤは、巻線素子用コイル１Ａをコア部２内に収納する、いわゆるポット型のリアクトルである。言い換えれば、ポット型のリアクトルＤは、巻線素子用コイル１における軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材と、前記一対の上部コア部材および下部コア部材をこれらの外周縁部で互いに連結する筒状の外周コア部材を備えるコア部内に、巻線素子用コイル１を収納するものである。上述の構成は、このようなポット型のリアクトルＤに対し好適である。
【００５０】
（第２実施形態の巻線素子用コイル）
図５は、図１に示すリアクトルにおいて、第２実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図５（Ａ）は、巻線素子用コイルの上面図であり、図５（Ｂ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。
【００５１】
第２実施形態における巻線素子用コイル１Ｂは、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１を包む第２絶縁部材１３をさらに備えている。より具体的には、この巻線素子用コイル１Ｂは、例えば、図５に示すように、絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１を、その幅方向がコイル１Ｂの軸方向に沿うように巻回すことによって形成された環状体（リング状体、ドーナツ形状体）を、例えばシート状の第２絶縁部材１３でさらに包み込むことによって形成される。言い換えれば、この巻線素子用コイル１Ｂは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを、例えばシート状の第２絶縁部材１３でさらに包み込むことによって形成される。前記環状体（第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａ）を包み込むことによって、前記シート状の第２絶縁部材１３は、管状（チューブ状）となる。第２絶縁部材１３には、第１絶縁部材１２と同様に、例えば、ＰＥＮやＰＰＳ等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００５２】
そして、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＢが構成される。
【００５３】
このような第２実施形態における巻線素子用コイル１Ｂおよびこれを用いたリアクトルＤＢは、上述の第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡの作用効果に加えて、第２絶縁部材１３をさらに備えることによって、巻線素子用コイル１Ｂとコア部２との間における絶縁がより確実に実現され、絶縁耐圧をより向上することができる。
【００５４】
（第３実施形態の巻線素子用コイル）
図６は、図１に示すリアクトルにおいて、第３実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図６（Ａ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図６（Ｂ）は、図５（Ａ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。
【００５５】
第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃは、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１における幅方向の両端を覆う第３絶縁部材１４をさらに備えている。より具体的には、第３絶縁部材１４は、例えば、図６に示すように、絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１を、その幅方向が巻線素子用コイル１Ｃの軸方向に沿うように巻回すことによって形成された環状体における軸方向の一方端の端面を被覆する環状板体である上部絶縁部材１４−１と、前記環状体における軸方向の他方端の端面を被覆する環状板体である下部絶縁部材１４−２とを備えている。言い換えれば、この巻線素子用コイル１Ｃは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａにおける軸方向の一方端の端面（上端面）が環状板体の上部絶縁部材１４−１によって被覆されるともに、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａにおける軸方向の他方端の端面（下端面）が環状板体の下部絶縁部材１４−２によって被覆される。このような第３絶縁部材１４には、第１および第２絶縁部材１２、１３と同様に、例えば、ＰＥＮやＰＰＳ等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００５６】
図６に示す例では、上部絶縁部材１４−１は、その環状板体の内周縁および外周縁のそれぞれから延長されて垂設された短高の内周円筒部および外周円筒部を備えており、下部絶縁部材１４−２は、その環状板体の内周縁および外周縁のそれぞれから延長されて垂設された短高の内周円筒部および外周円筒部を備えている。
【００５７】
そして、第３実施形態の巻線素子用コイル１Ｃは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＣが構成される。
【００５８】
このような第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃおよびこれを用いたリアクトルＤＣは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡの作用効果に加えて、第３絶縁部材１４をさらに備えることによって、前記両端での巻線素子用コイル１Ｃとコア部２との間における絶縁がより確実に実現され、絶縁耐力をより向上することができる。
【００５９】
なお、上述において、第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃは、より確実に絶縁して絶縁耐力を向上するために、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１の最内周内側周側面を被覆する第４絶縁部材（不図示）をさらに備えてもよく、さらに、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１の最外周外側周側面を被覆する第５絶縁部材（不図示）をさらに備えてもよい。
【００６０】
（リアクトルの製造方法）
次に、これら第１ないし第３巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いたリアクトルＤＡ、ＤＢ、ＤＣの製造方法について説明する。ここでは、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａを用いたリアクトルＤＡを製造するための製造方法について説明するが、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａに代え、第２巻線素子用コイル１Ｂを用いることによって、同様に、リアクトルＤＢを製造することができ、また、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａに代え、第３巻線素子用コイル１Ｃを用いることによって、同様に、リアクトルＤＣを製造することができる。
【００６１】
図７は、第１実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルを製造するための製造方法を示す図である。
【００６２】
図７において、まず、図７（Ａ）に示すように、長尺な帯状の導体部材１１が該導体部材１１の幅よりも長い（広い）幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材１２上に重ねられる。続いて、図７（Ｂ）に示すように、絶縁部材１２における幅方向の両側部１２ｄ−１、１２ｄ−２を折り返すことによって絶縁部材１２における幅方向の両端および他方面における幅方向の両側部が絶縁部材１２における幅方向の両側部で被覆される。
【００６３】
続いて、図７（Ｃ）に示すように、この絶縁部材１２を伴う導体部材１１が、中心（軸芯）Ｏから所定の径だけ離間した位置から所定回数だけ巻き回される。これにより、中心に所定の径を有する円柱状の空芯部Ｓを備えたパンケーキ構造の巻線素子用コイル１Ａが形成される。
【００６４】
続いて、図７（Ｄ）に示すように、第１および第２コア部材３，４が、巻線素子用コイル１Ａを挟み込むように各円筒部３ｂ，４ｂの端面同士で重ね合わされる。これにより、図７（Ｅ）に示すような例えば円板状のリアクトルＤＡが生成される。
【００６５】
次に、実施例および比較例について説明する。
（実施例および比較例）
図８は、実施例および比較例における各諸元および各結果を示す図である。図９は、Ｑ値を測定するための測定系を示す図である。図１０は、絶縁耐圧試験を行うための測定系を示す図である。
【００６６】
図８に示すように、実施例１ないし実施例６、比較例１および比較例２における各巻線素子用コイルは、導体部材および巻数が共通であって、絶縁部材および第２絶縁部材の有無が異なっている。共通に用いられる導体部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．３ｍｍの純銅であり、共通な巻数は、３０ターンである。
【００６７】
実施例１ないし実施例３（試料Ｎｏ．３ないし試料Ｎｏ．５）の巻線素子用コイルは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを具体的に構成したものである。実施例１（試料Ｎｏ．３）では、絶縁部材１２は、幅２６ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ３ｍｍである。実施例２（試料Ｎｏ．４）では、絶縁部材１２は、幅３０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ５ｍｍである。実施例３（試料Ｎｏ．５）では、絶縁部材１２は、幅３４ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ７ｍｍである。
【００６８】
また、実施例４ないし実施例６（試料Ｎｏ．６ないし試料Ｎｏ．８）のリアクトルは、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂを具体的に構成したものである。第２絶縁部材１３は、実施例４ないし実施例６において共通であり、厚さ０．０５ｍｍの絶縁フィルムである。実施例４（試料Ｎｏ．６）では、絶縁部材１２は、幅２６ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ３ｍｍである。実施例５（試料Ｎｏ．７）では、絶縁部材１２は、幅３０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ５ｍｍである。実施例６（試料Ｎｏ．８）では、絶縁部材１２は、幅３４ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ７ｍｍである。
【００６９】
これらに対し、比較例１および比較例２（試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２）の各巻線素子用コイルは、上述の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２および第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２に相当する絶縁部材が無く、単純に導体部材と絶縁部材とを重ねて巻回したコイルを用いたものである。比較例１（試料Ｎｏ．１）のコイルは、例えば特許文献２に開示のパンケーキ形コイルに対応する。そして、比較例２（試料Ｎｏ．２）は、このようなコイル全体をさらに絶縁フィルムで包み込んだものである。比較例１（試料Ｎｏ．１）では、絶縁部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）である。比較例２（試料Ｎｏ．２）では、絶縁部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、コイル全体を包み込む前記絶縁フィルムは、厚さ０．０５ｍｍである。
【００７０】
これら実施例１ないし実施例６、比較例１および比較例２の各リアクトルに対し、Ｑ値の測定および絶縁耐圧試験が行われた。Ｑ値は、交流損失（渦電流損）を反映する指標であり、Ｑ値が高い方（大きい方）が交流損失（渦電流損）は、小さい。このため、Ｑ値は、大きい方が効率が高く望ましい。
【００７１】
Ｑ値の測定では、図９に示すように、円板状の上下一対のコア部材間に、測定対象のコイルＯｂが挟み込まれ、測定対象のコイルＯｂの引出配線にＬＣＲメータ２３が接続された。このような測定系において、測定対象のコイルＯｂに電圧１Ｖの周波数１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚである交流電力が給電され、ＬＣＲメータ２３によってＱ値が測定された。
【００７２】
また、絶縁耐圧試験では、図１０に示すように、例えばアルミニウム製の導体板３１上に、測定対象のコイルＯｂが載置され、測定対象のコイルＯｂにおける一方の引出配線に交流電源３２が接続された。このような測定系において、測定対象のコイルＯｂに商用周波数５０Ｈｚの交流電力が給電され、１分間で０Ｖから２．０ｋＶまで昇圧することによって絶縁耐圧が試験された。絶縁耐圧の評価は、昇圧後、２．０ｋＶを印加した状態で、１分間、漏れ電流０．５ｍＡ未満である場合に、合格と判定され、一方、昇圧開始後に、０．５ｍＡ以上の漏れ電流が流れた場合に、不合格と判定される。この０．５ｍＡ以上の漏れ電流が流れた時点の印加電圧が耐電圧とされる。
【００７３】
このようなＱ値の測定結果および絶縁耐圧試験が１つの測定対象のコイルＯｂに対し、複数回実行され、Ｑ値は、その平均値とされた。これらの結果は、図８に示す通りである。
【００７４】
絶縁耐圧試験では、実施例１ないし実施例６および比較例２は、耐電圧が２．０ｋＶ以上であって、絶縁耐圧試験に合格であったが、比較例１は、耐電圧が０．９６〜１．１１ｋＶ程度であって、絶縁耐圧試験に不合格であった。
【００７５】
また、Ｑ値の測定では、実施例１の測定値（平均のＱ値）を１００とした場合に、実施例２のＱ値は、１０７であり、実施例３のＱ値は、１０５であり、実施例４のＱ値は、９８であり、実施例５のＱ値は、１０１であり、そして、実施例６のＱ値は、１０３であった。一方、比較例１のＱ値は、１３であり（測定結果範囲２ないし３５の平均値）、そして、比較例２のＱ値は、１７であった（測定結果範囲３ないし４５の平均値）。この結果、比較例１および比較例２では、交流電力を給電すると、測定対象のコイルＯｂの各層間で電流が漏れ流れる漏れ電流の存在（これを微短絡と称する）により、コイルＯｂで発生する渦電流損の増大が推測され、このため、Ｑ値が低いものとなったと、本件発明者は、推察している。これに対し、実施例１ないし実施例６は、このような微短絡が無いと推察され、Ｑ値は、良好であった。
【００７６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００７７】
ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ リアクトル
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 巻線素子用コイル
１１ 導体部材
１２ 絶縁部材
１３ 第２絶縁部材
１４ 第３絶縁部材
１４−１ 上部絶縁部材
１４−２ 下部絶縁部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺の導体部材を巻回した巻線素子に用いられる巻線素子用コイル、および、この巻線素子用コイルを用いた巻線素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺な導体部材を巻き回した巻線素子には、回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトル（コイル）や、電磁誘導を利用することによって複数の巻線（コイル）間でエネルギーの伝達を行うトランス（変成器、変圧器）等が知られている。このリアクトルは、例えば、力率改善回路における高調波電流の防止、電流型インバータやチョッパ制御における電流脈動の平滑化およびコンバータにおける直流電圧の昇圧等の様々な電気回路や電子回路等に用いられている。また、トランスは、電圧変換やインピーダンス整合や電流検出等を行うために、様々な電気回路や電子回路等に用いられている。
【０００３】
このようなリアクトルやトランス等の巻線素子に用いられる巻線素子用コイルには、例えば断面円形（○形）や断面矩形（□形）等の線材および長尺な帯状の部材等が用いられている。そして、この長尺な帯状の部材を用いた巻線素子用コイルには、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの径方向に沿うように巻回することによって構成されるエッジワイズ型コイルと、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成されるフラットワイズ型コイル（パンケーキ形コイル）とが知られている。このフラットワイズ型コイルは、磁束を通す一対のコア部材が帯状の導体部材における幅方向の両端に配置されている場合に、該コイルに通電した場合に生じる磁束の方向が前記幅方向に沿うため、エッジワイズ型コイルに較べて、渦電流損を低減することができるという利点を有している。
【０００４】
このようなフラットワイズ型コイルは、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。図１１は、従来のフラットワイズ型コイルの構造を示す図である。図１１（Ａ）は、特許文献１に開示のパンケーキ形コイルの構造を示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、特許文献２に開示のパンケーキ形コイルの構造を示す斜視図である。図１２は、従来のフラットワイズ型コイルに用いられる絶縁被覆した帯状の導体部材を示す図である。
【０００５】
この特許文献１に開示のコイル１０００は、図１１（Ａ）に示すように、導体１００１を多層に巻いて構成されるパンケーキ形コイル１０００であって、各層導体１００１間の層間絶縁１００２を、該層間絶縁１００２を挟む両側の導体１００１Ａ、１００１Ｂと接着すると共に、該層間絶縁１００２の片側の接着強度と、他方の接着強度とに差を付けたコイルである。なお、導体１００１の両端部は、コイル１０００を電気的に外部と接続するために、内側口出し部１００３および外側口出し部１００４とされている。
【０００６】
また、この特許文献２に開示のコイル１１００は、図１１（Ｂ）に示すように、複数の導体１１０１を冶金的接続部１１０３で冶金的に接続し、この導体１１０１を層間絶縁１１０２を施しながら所定数パンケーキ状に巻回し、そして、これら全体に対地絶縁１１０４を施すことによって構成されたコイルである。なお、導体１１０１の両端部は、コイル１１００を電気的に外部と接続するために、内側の端子１１０５および外側の端子１１０６とされている。
【０００７】
ところで、これら特許文献１および特許文献２に開示のコイル１０００、１１００では、帯状の導体１００１、１１０１における両側面のみに該導体１００１、１１０１の幅と同じ幅で層間絶縁１００２、１１０２が形成されているため、コイル１０００、１１００が巻締められると、導体１００１、１１０１の端部におけるいわゆるバリが層間絶縁１００２、１１０２に食い込み、あるいは、層間絶縁１００２、１１０２が幅方向にずれ、その結果、給電すると、互いに隣接する各層間において、帯状の導体１００１、１１０１における幅方向での端部で漏れ電流が生じてしまう場合がある。また、特許文献１に開示のコイル１０００では、導体１００１と層間絶縁１００２とは、互いに接着されているが、これらの膨張率が相違するため、経年によって結局剥がれてしまう場合がある。
【０００８】
そのため、図１２に示すように、帯状の導体部材１２０１に、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の絶縁テープ部材を、その一部が互いに重なるように螺旋状に巻回（ラップ巻き）すことによって、導体部材１２０１全体を絶縁テープ部材で被覆した後に、これをパンケーキ形に巻回すことによって構成されたコイルが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５５−０７６５９８号公報
【特許文献２】特開昭５６−０７８１０３号公報（特公昭６０−００８６１１号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、絶縁テープ部材を螺旋状に巻回した導体部材でフラットワイズ型コイルを構成した場合では、導体部材の一方側面において、絶縁テープ部材がその一部で重なって２層に積層されるため、巻回した導体部材における互いに隣接する層間では、絶縁テープ部材がこの積層箇所で４層に積層されることになる。このため、このような構成のコイルは、単層の絶縁テープ部材で前記層間を絶縁する場合に較べて、層間の厚さが４倍にもなってしまう。このため、このような構成のコイルは、径方向の大きさが大きくなり、大径化してしまう。そして、大径化するとインダクタンスが低下するため、所望のインダクタンスを得るために、巻数を増やす必要が生じ、コイルがさらに大径化してしまう。巻線素子用コイルでは、導体部材を複数、巻回すので、層間も複数となり、層間の厚さが厚くなることは、好ましくない。また、このコイルの大径化の問題は、特に、回路基板などの限られたスペース（空間）に巻線素子を配置する場合にも、重大となる。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁を実現しつつ、前記層間の厚さを低減することができる巻線素子用コイルおよびこの巻線素子用コイルを用いた巻線素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる巻線素子用コイルは、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていることを特徴とする。そして、好ましくは、この巻線素子用コイルにおいて、前記絶縁部材は、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の部材であり、前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されている。
【００１３】
このような構成の巻線素子用コイルでは、導体部材における幅方向の両端は、一対の第１および第２端部被覆部で被覆されているので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、一方面被覆部と他方面被覆部との絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００１４】
また、他の一態様では、上述の巻線素子用コイルにおいて、前記巻回されている前記導体部材を包む第２絶縁部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成の巻線素子用コイルでは、前記巻回された導体部材が第２絶縁部材によって包まれるので、外部との間の絶縁がより確実に実現される。
【００１６】
また、他の一態様では、上述の巻線素子用コイルにおいて、前記巻回されている前記導体部材における幅方向の両端を覆う一対の上部絶縁部材および下部絶縁部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の巻線素子用コイルでは、前記巻回された導体部材における幅方向の両端が上部絶縁部材および下部絶縁部材によってそれぞれ覆われるので、前記両端での外部との間の絶縁がより確実に実現される。
【００１８】
また、他の一態様にかかる巻線素子は、これら上述のいずれかの巻線素子用コイルと、前記巻線素子用コイルによって生じた磁束を通すコア部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成の巻線素子では、前記導体部材における幅方向の両側部は、折り返された前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されているので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、前記絶縁部材における幅方向の両側部が折り返されるだけであるので、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００２０】
また、他の一態様では、上述の巻線素子において、前記コア部は、前記巻線素子用コイルにおける軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材を備えることを特徴とする。
【００２１】
このような構成の巻線素子では、前記巻回された導体部材における幅方向の一方端と前記上部コア部材との間の絶縁、および、前記巻回された導体部材における幅方向の他方端と前記下部コア部材との間の絶縁がより確実に実現される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる巻線素子用コイルおよび巻線素子は、帯状の導体部材を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁を実現しつつ、前記層間の厚さを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１ないし第３実施形態のうちのいずれかの実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルの構成を示す図である。
【図２】図１に示すリアクトルにおけるコア部材の構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示すリアクトルにおいて、第１実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の巻線素子用コイルに用いられる導体部材および第１絶縁部材を示す図である。
【図５】図１に示すリアクトルにおいて、第２実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図６】図１に示すリアクトルにおいて、第３実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。
【図７】第１実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルを製造するための製造方法を示す図である。
【図８】実施例および比較例における各諸元および各結果を示す図である。
【図９】Ｑ値を測定するための測定系を示す図である。
【図１０】絶縁耐圧試験を行うための測定系を示す図である。
【図１１】従来のフラットワイズ型コイルの構造を示す図である。
【図１２】従来のフラットワイズ型コイルに用いられる絶縁被覆した帯状の導体部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２５】
本実施形態にかかる巻線素子用コイルは、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材とを備え、前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端部が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されているものである。このような巻線素子用コイルは、回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトルに用いられ、あるいは、電磁誘導を利用することによって複数の巻線（コイル）間でエネルギーの伝達を行うトランス（変成器、変圧器）に用いられる。例えばリアクトルでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を巻回すことで形成された１個のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。また例えば多相のリアクトルでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を複数さらに重ねて巻回すことで形成された複数のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。また例えばトランスでは、上述のように前記絶縁部材と重ねられた前記導体部材を複数さらに重ねて巻回すことで形成された複数のコイルから成る巻線素子用コイルが用いられる。
【００２６】
ここでは、リアクトル用の巻線素子用コイルおよびこれを用いたリアクトルを例示するが、多相のリアクトル用やトランス用の巻線素子用コイルおよびこれを用いた装置（デバイス）も同様に構成することが可能である。
【００２７】
（実施形態のリアクトル）
本実施形態におけるリアクトルについて説明する。図１は、第１ないし第３実施形態のうちのいずれかの実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルの構成を示す図である。図１における断面は、軸芯Ｏを含む平面で切断した面である。図２は、図１に示すリアクトルにおけるコア部材の構成を示す斜視図である。
【００２８】
この実施形態におけるリアクトルＤ（ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ）では、後述の第１ないし第３実施形態における巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちのいずれかの巻線素子用コイル１が用いられる。すなわち、図１は、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを備えるリアクトルＤＡ、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂを備えるリアクトルＤＢおよび第３実施形態の巻線素子用コイル１Ｃを備えるリアクトルＤＣをまとめて示している。
【００２９】
図１において、リアクトルＤ（ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ）は、フラットワイズ巻線構造を有する巻線素子用コイル１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）と、該巻線素子用コイル１を覆うコア部２とを備えている。
【００３０】
巻線素子用コイル１は、長尺な帯状の導体部材と、前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されているフラットワイズ型コイル（パンケーキ形コイル）である。そして、前記導体部材の両端のそれぞれには、外部の回路と該巻線素子用コイル１（前記導体部材）とを電気的に接続するための第１および第２引出配線（口出配線）５−１、５−２が接続されている。巻線素子用コイル１の詳細は、後述する。
【００３１】
コア部２は、巻線素子用コイル１に通電した場合に巻線素子用コイル１に生じる磁場による磁束を通す部材であり、磁気的に（例えば透磁率が）等方性を有している。コア部２は、例えば、図１および図２に示すように、第１および第２引出配線５−１、５−２を通す第１および第２引出配線用貫通孔３ｅ−１、３ｅ−２が一方のコア部材に設けられている点を除き同一の構成を有する第１および第２コア部材３、４を備える。第１および第２コア部材３，４は、それぞれ、例えば円板形状を有する円板部３ａ、４ａの板面に、該円板部３ａ、４ａと同径の外周面を有する円筒部３ｂ、４ｂが連続して成る。図１に示す例では、第１コア部材３の円板部３ａに、該円板部３ａを軸方向に貫通するように第１および第２引出配線用貫通孔３ｅ−１、３ｅ−２が形成されている。コア部２は、このような構成を有する第１および第２コア部材３、４が互いに前記各円筒部３ｂ、４ｂの端面同士で重ね合わせられることにより巻線素子用コイル１を内部に収容するための空間を備えている。
【００３２】
そして、図１および図２に示す例では、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合にコア部２における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む突起部が形成されている。より具体的には、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合に第１コア部材３の内側底面における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第１突起部３ｆが形成されており、巻線素子用コイル１をコア部２内に収容した場合に第２コア部材４の内側底面における巻線素子用コイル１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第２突起部４ｆが形成されている。このような第１および第２突起部３ｆ、４ｆを形成することにより、リアクトルＤのインダクタンスをさらに向上させることができる。また、各突起部３ｆ、４ｆ間におけるギャップ長を調整することにより、リアクトルＤのインダクタンス値を調整することができる。また、第１および第２突起部３ｆ、４ｆは、インダクタンス特性を制御するために任意の形状とすることが可能であり、円錐台形状に限定されるものではなく、例えば、円柱状であってもよい。
【００３３】
第１および第２コア部材３、４には、前記互いに重ね合わされる円筒部３ｂ、４ｂの各端面に、位置決めを行うための凸部３ｃ、４ｃが設けられ、この凸部３ｃ、４ｃに応じた凹部３ｄ、４ｄが設けられている。なお、このような凸部３ｃ、４ｃおよび凹部３ｄ、４ｄは、無くてもよい。例えば、図２に示すように、第１および第２コア部材３、４における円筒部３ｂ、４ｂの各端面には、略円柱形状の第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられ、このような略円柱形状の第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２がはまり込むような略円柱形状の第１および第２凹部３ｄ−１、３ｄ−２；４ｄ−１、４ｄ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられている。そして、これら第１および第２凸部３ｃ−１、３ｃ−２；４ｃ−１、４ｃ−２ならびに第１および第２凹部３ｄ−１、３ｄ−２；４ｄ−１、４ｄ−２は、それぞれ、９０゜間隔で設けられている。なお、図２に示す例では、第１および第２コア部材３、４は、互いに同形上であり、図２には、突起部３ｆ、４ｆを備えた第１および第２コア部材３、４の一方が示されている。このような位置決めの凸部３ｃ、４ｃを円筒部３ｂ、４ｂの各端面にさらに備えることによって第１および第２コア部材３、４をより確実に突き合わせることができる。
【００３４】
第１および第２コア部材３、４は、所定の磁気特性を有する。第１および第２コア部材３、４は、低コスト化の観点から、同一材料であることが好ましい。ここで、第１および第２コア部材３，４は、所望の磁気特性（比較的高い透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を成形したものであることが好ましい。
【００３５】
この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属材料であることが好ましい。このような第１および第２コア部材３、４は、例えば、公知の常套手段を用いて軟磁性粉末を圧粉成形することによって形成することができる。
【００３６】
このような本実施形態におけるリアクトルＤは、例えば、電鉄車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、無停電電源、太陽光発電等の産業用インバータ用、あるいは、エアコン、冷蔵庫、洗濯機等の大出力家電用インバータ用として好適に利用することができる。
【００３７】
なお、上述のリアクトルＤでは、巻線素子用コイル１およびコア部２が外形円柱状の形状を基本形状としているが、これに限定されるものではなく、多角柱形状の形状を基本形状としてもよい。前記多角柱形状は、例えば、四角柱形状、六角柱形状および八角柱形状等である。また、円柱形状および多角柱形状の各形状を基本形状としてもよい。例えば、巻線素子用コイル１が円柱形状の形状とされ、コア部２が多角柱形状の形状とされてよく、また例えば、巻線素子用コイル１が多角柱形状の形状とされ、コア部２が円柱形状の形状とされてよい。
【００３８】
また、上述の実施形態において、絶縁性および放熱性の向上の観点から、巻線素子用コイル１の上端面とそれに対向するコア部２の第１コア部材３の内壁面との間や、巻線素子用コイル１の下端面とそれに対向するコア部２の第２コア部材４との間に、例えばＢＮ（チッ化ボロン）セラミック等の絶縁材を充填してもよい。絶縁材としては、例えば絶縁性および良熱伝導性の樹脂シートが想定され、その厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましい。なお、前記絶縁材は、コンパウンドが充填されて成るものでもよい。
【００３９】
この絶縁材により、巻線素子用コイル１の上端面とそれに対向するコア部２の第１コア部材３の内壁面との間の絶縁や、巻線素子用コイル１の下端面とそれに対向するコア部２の第２コア部材４との間の絶縁が向上する。そして、この絶縁材により、巻線素子用コイル１によって軸方向（上下方向）の熱伝導性が向上するとともに、巻線素子用コイル１に発生するジュール熱が前記絶縁材を介してコア部２に熱伝導し、この結果、このような構成のリアクトルＤは、効率良く外部に廃熱することが可能となる。また、このため、外部から、より具体的にはコア部２を冷却することによって、リアクトルＤの内部が高熱になるのを防止することができる。
【００４０】
次に、このようなリアクトルＤに用いられる第１ないし第３実施形態の巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃについて順に説明する。
【００４１】
（第１実施形態の巻線素子用コイル）
図３は、図１に示すリアクトルにおいて、第１実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図３（Ａ）は、巻線素子用コイルの上面図であり、図３（Ｂ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。図４は、第１実施形態の巻線素子用コイルに用いられる導体部材および第１絶縁部材を示す図である。
【００４２】
この第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａは、中心（軸芯）Ｏに所定の径を有する円柱状の空芯部Ｓを設けて、所定の第１厚さを有する長尺な帯状（テープ状、リボン状）の導体部材１１を、所定の第２厚さを有する長尺な帯状の絶縁部材１２を挟み込みながら所定数パンケーキ状に巻回すことによって成るコイルであり、そして、導体部材１１の幅方向（軸方向）の両端も絶縁部材１２によって被覆されている。また、導体部材１１の長尺方向の両端のそれぞれに第１および第２引出配線５−１、５−２が電気的に導通可能に接続される。ここで、帯状とは、部材の幅Ｗに対する該部材の厚さｔの比ｔ／Ｗが１より小さくなる矩形断面を有することをいう。フラットワイズ型コイルを形成した場合に、前記部材の幅Ｗは、軸方向の長さとなり、前記部材の厚さｔは、径方向の長さとなる。
【００４３】
より具体的には、前記絶縁部材１２は、図３に示すように、導体部材１１の一方側面全面を被覆する一方面被覆部１２ａと、一方面被覆部１２ａにおける幅方向の両端から延長され、導体部材１１の幅方向の両端を被覆する一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２のそれぞれから延長され、導体部材１１における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２とを備える。なお、図３に示す例では、一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって、導体部材１１の他方側面の一部が被覆されているが、一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２における各端が重ならずに互いに当接することによって、導体部材１１の他方側面全面が被覆されてもよい。
【００４４】
このような絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１は、例えば、次のように作成される。図４において、まず、導体部材１１が該導体部材１１の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材１２と重ねられ、これによって一方面被覆部１２ａが形成される。続いて、絶縁部材１２における幅方向の両側部１２ｄ−１、１２ｄ−２を折り返すことによって絶縁部材１２における幅方向の両端および他方面における幅方向の両側部が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆され、これによって一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２ならびに一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２が形成される。図４に示す例では、このように１枚の長尺な帯状の絶縁部材１２から、一方面被覆部１２ａ、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２ならびに一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２が形成されている。導体部材１１には、例えば、銅等の金属（合金を含む）が用いられ、絶縁部材１２には、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００４５】
そして、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＡが構成される。
【００４６】
なお、導体部材１１の厚みをいわゆる表皮厚みδより厚くすると、導体部材１１内部に発生する渦電流損が増加することになるので、渦電流を低減する観点から、導体部材１１の厚さｔは、表皮厚みδ以下であることが好ましい。以下の実施形態も同様である。この表皮厚みδは、角周波数をωとし、透磁率をμとし、電気伝導率をσとする場合に、次式によって与えられる。
δ=（２／ωμσ）１／２
【００４７】
このような第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡでは、導体部材１１における幅方向の両端が、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２で被覆されているので、帯状の導体部材１１を巻回した場合に互いに隣接する層間における端部での絶縁が実現される。そして、帯状の導体部材１１を巻回した場合に互いに隣接する層間の厚さは、一方面被覆部１２ａと他方面被覆部１２ｃとの絶縁部材２層分の厚さとなり、前記層間の厚さは、従来に較べて半分に低減される。
【００４８】
また、このような第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを用いたリアクトルＤＡでは、導体部材１１における幅方向の両端が、一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２で被覆されているので、巻線素子用コイル１Ａにおける幅方向の一方端と第１コア部材３の円板部３ａ（第２コア部材４の円板部４ａ）との間の絶縁、および、巻線素子用コイル１Ａにおける幅方向の他方端と第２コア部材４の円板部４ａ（第１コア部材３の円板部３ａ）との間の絶縁がより確実に実現される。
【００４９】
なお、第１コア部材３の円板部３ａ（第２コア部材４の円板部４ａ）は、上部コア部材の一例に対応し、第２コア部材４の円板部４ａ（第１コア部材３の円板部３ａ）は、下部コア部材の一例に対応する。また、図１に示す例では、コア部２は、円筒部３ｂ、４ｂをさらに備えており、図１に示すリアクトルＤは、巻線素子用コイル１Ａをコア部２内に収納する、いわゆるポット型のリアクトルである。言い換えれば、ポット型のリアクトルＤは、巻線素子用コイル１における軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材と、前記一対の上部コア部材および下部コア部材をこれらの外周縁部で互いに連結する筒状の外周コア部材を備えるコア部内に、巻線素子用コイル１を収納するものである。上述の構成は、このようなポット型のリアクトルＤに対し好適である。
【００５０】
（第２実施形態の巻線素子用コイル）
図５は、図１に示すリアクトルにおいて、第２実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図５（Ａ）は、巻線素子用コイルの上面図であり、図５（Ｂ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。
【００５１】
第２実施形態における巻線素子用コイル１Ｂは、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１を包む第２絶縁部材１３をさらに備えている。より具体的には、この巻線素子用コイル１Ｂは、例えば、図５に示すように、絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１を、その幅方向がコイル１Ｂの軸方向に沿うように巻回すことによって形成された環状体（リング状体、ドーナツ形状体）を、例えばシート状の第２絶縁部材１３でさらに包み込むことによって形成される。言い換えれば、この巻線素子用コイル１Ｂは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを、例えばシート状の第２絶縁部材１３でさらに包み込むことによって形成される。前記環状体（第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａ）を包み込むことによって、前記シート状の第２絶縁部材１３は、管状（チューブ状）となる。第２絶縁部材１３には、第１絶縁部材１２と同様に、例えば、ＰＥＮやＰＰＳ等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００５２】
そして、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＢが構成される。
【００５３】
このような第２実施形態における巻線素子用コイル１Ｂおよびこれを用いたリアクトルＤＢは、上述の第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡの作用効果に加えて、第２絶縁部材１３をさらに備えることによって、巻線素子用コイル１Ｂとコア部２との間における絶縁がより確実に実現され、絶縁耐圧をより向上することができる。
【００５４】
（第３実施形態の巻線素子用コイル）
図６は、図１に示すリアクトルにおいて、第３実施形態の巻線素子用コイルの構成を示す図である。図６（Ａ）は、巻線素子用コイルの側面図であり、そして、図６（Ｂ）は、図５（Ａ）に破線の円形で示す箇所における一部断面拡大図である。
【００５５】
第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃは、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１における幅方向の両端を覆う第３絶縁部材１４をさらに備えている。より具体的には、第３絶縁部材１４は、例えば、図６に示すように、絶縁部材１２の一方面被覆部１２ａと一対の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２と一対の第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２によって被覆された導体部材１１を、その幅方向が巻線素子用コイル１Ｃの軸方向に沿うように巻回すことによって形成された環状体における軸方向の一方端の端面を被覆する環状板体である上部絶縁部材１４−１と、前記環状体における軸方向の他方端の端面を被覆する環状板体である下部絶縁部材１４−２とを備えている。言い換えれば、この巻線素子用コイル１Ｃは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａにおける軸方向の一方端の端面（上端面）が環状板体の上部絶縁部材１４−１によって被覆されるともに、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａにおける軸方向の他方端の端面（下端面）が環状板体の下部絶縁部材１４−２によって被覆される。このような第３絶縁部材１４には、第１および第２絶縁部材１２、１３と同様に、例えば、ＰＥＮやＰＰＳ等の耐熱性を有した樹脂が用いられる。
【００５６】
図６に示す例では、上部絶縁部材１４−１は、その環状板体の内周縁および外周縁のそれぞれから延長されて垂設された短高の内周円筒部および外周円筒部を備えており、下部絶縁部材１４−２は、その環状板体の内周縁および外周縁のそれぞれから延長されて垂設された短高の内周円筒部および外周円筒部を備えている。
【００５７】
そして、第３実施形態の巻線素子用コイル１Ｃは、例えば、第１および第２コア部材３、４の各内面によって形成された空間内に収容され、これによってリアクトルＤＣが構成される。
【００５８】
このような第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃおよびこれを用いたリアクトルＤＣは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａおよびこれを用いたリアクトルＤＡの作用効果に加えて、第３絶縁部材１４をさらに備えることによって、前記両端での巻線素子用コイル１Ｃとコア部２との間における絶縁がより確実に実現され、絶縁耐力をより向上することができる。
【００５９】
なお、上述において、第３実施形態における巻線素子用コイル１Ｃは、より確実に絶縁して絶縁耐力を向上するために、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１の最内周内側周側面を被覆する第４絶縁部材（不図示）をさらに備えてもよく、さらに、絶縁部材１２を伴って巻回されている導体部材１１の最外周外側周側面を被覆する第５絶縁部材（不図示）をさらに備えてもよい。
【００６０】
（リアクトルの製造方法）
次に、これら第１ないし第３巻線素子用コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いたリアクトルＤＡ、ＤＢ、ＤＣの製造方法について説明する。ここでは、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａを用いたリアクトルＤＡを製造するための製造方法について説明するが、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａに代え、第２巻線素子用コイル１Ｂを用いることによって、同様に、リアクトルＤＢを製造することができ、また、第１実施形態における巻線素子用コイル１Ａに代え、第３巻線素子用コイル１Ｃを用いることによって、同様に、リアクトルＤＣを製造することができる。
【００６１】
図７は、第１実施形態における巻線素子用コイルを用いたリアクトルを製造するための製造方法を示す図である。
【００６２】
図７において、まず、図７（Ａ）に示すように、長尺な帯状の導体部材１１が該導体部材１１の幅よりも長い（広い）幅を持つ長尺な帯状の絶縁部材１２上に重ねられる。続いて、図７（Ｂ）に示すように、絶縁部材１２における幅方向の両側部１２ｄ−１、１２ｄ−２を折り返すことによって絶縁部材１２における幅方向の両端および他方面における幅方向の両側部が絶縁部材１２における幅方向の両側部で被覆される。
【００６３】
続いて、図７（Ｃ）に示すように、この絶縁部材１２を伴う導体部材１１が、中心（軸芯）Ｏから所定の径だけ離間した位置から所定回数だけ巻き回される。これにより、中心に所定の径を有する円柱状の空芯部Ｓを備えたパンケーキ構造の巻線素子用コイル１Ａが形成される。
【００６４】
続いて、図７（Ｄ）に示すように、第１および第２コア部材３，４が、巻線素子用コイル１Ａを挟み込むように各円筒部３ｂ，４ｂの端面同士で重ね合わされる。これにより、図７（Ｅ）に示すような例えば円板状のリアクトルＤＡが生成される。
【００６５】
次に、実施例および比較例について説明する。
（実施例および比較例）
図８は、実施例および比較例における各諸元および各結果を示す図である。図９は、Ｑ値を測定するための測定系を示す図である。図１０は、絶縁耐圧試験を行うための測定系を示す図である。
【００６６】
図８に示すように、実施例１ないし実施例６、比較例１および比較例２における各巻線素子用コイルは、導体部材および巻数が共通であって、絶縁部材および第２絶縁部材の有無が異なっている。共通に用いられる導体部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．３ｍｍの純銅であり、共通な巻数は、３０ターンである。
【００６７】
実施例１ないし実施例３（試料Ｎｏ．３ないし試料Ｎｏ．５）の巻線素子用コイルは、第１実施形態の巻線素子用コイル１Ａを具体的に構成したものである。実施例１（試料Ｎｏ．３）では、絶縁部材１２は、幅２６ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ３ｍｍである。実施例２（試料Ｎｏ．４）では、絶縁部材１２は、幅３０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ５ｍｍである。実施例３（試料Ｎｏ．５）では、絶縁部材１２は、幅３４ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ７ｍｍである。
【００６８】
また、実施例４ないし実施例６（試料Ｎｏ．６ないし試料Ｎｏ．８）のリアクトルは、第２実施形態の巻線素子用コイル１Ｂを具体的に構成したものである。第２絶縁部材１３は、実施例４ないし実施例６において共通であり、厚さ０．０５ｍｍの絶縁フィルムである。実施例４（試料Ｎｏ．６）では、絶縁部材１２は、幅２６ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ３ｍｍである。実施例５（試料Ｎｏ．７）では、絶縁部材１２は、幅３０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ５ｍｍである。実施例６（試料Ｎｏ．８）では、絶縁部材１２は、幅３４ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、折り返しの第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２のそれぞれは、長さ７ｍｍである。
【００６９】
これらに対し、比較例１および比較例２（試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２）の各巻線素子用コイルは、上述の第１および第２端部被覆部１２ｂ−１、１２ｂ−２および第１および第２他方面被覆部１２ｃ−１、１２ｃ−２に相当する絶縁部材が無く、単純に導体部材と絶縁部材とを重ねて巻回したコイルを用いたものである。比較例１（試料Ｎｏ．１）のコイルは、例えば特許文献２に開示のパンケーキ形コイルに対応する。そして、比較例２（試料Ｎｏ．２）は、このようなコイル全体をさらに絶縁フィルムで包み込んだものである。比較例１（試料Ｎｏ．１）では、絶縁部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）である。比較例２（試料Ｎｏ．２）では、絶縁部材は、幅２０ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍの樹脂テープ（ＰＥＮテープ）であり、コイル全体を包み込む前記絶縁フィルムは、厚さ０．０５ｍｍである。
【００７０】
これら実施例１ないし実施例６、比較例１および比較例２の各リアクトルに対し、Ｑ値の測定および絶縁耐圧試験が行われた。Ｑ値は、交流損失（渦電流損）を反映する指標であり、Ｑ値が高い方（大きい方）が交流損失（渦電流損）は、小さい。このため、Ｑ値は、大きい方が効率が高く望ましい。
【００７１】
Ｑ値の測定では、図９に示すように、円板状の上下一対のコア部材間に、測定対象のコイルＯｂが挟み込まれ、測定対象のコイルＯｂの引出配線にＬＣＲメータ２３が接続された。このような測定系において、測定対象のコイルＯｂに電圧１Ｖの周波数１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚである交流電力が給電され、ＬＣＲメータ２３によってＱ値が測定された。
【００７２】
また、絶縁耐圧試験では、図１０に示すように、例えばアルミニウム製の導体板３１上に、測定対象のコイルＯｂが載置され、測定対象のコイルＯｂにおける一方の引出配線に交流電源３２が接続された。このような測定系において、測定対象のコイルＯｂに商用周波数５０Ｈｚの交流電力が給電され、１分間で０Ｖから２．０ｋＶまで昇圧することによって絶縁耐圧が試験された。絶縁耐圧の評価は、昇圧後、２．０ｋＶを印加した状態で、１分間、漏れ電流０．５ｍＡ未満である場合に、合格と判定され、一方、昇圧開始後に、０．５ｍＡ以上の漏れ電流が流れた場合に、不合格と判定される。この０．５ｍＡ以上の漏れ電流が流れた時点の印加電圧が耐電圧とされる。
【００７３】
このようなＱ値の測定結果および絶縁耐圧試験が１つの測定対象のコイルＯｂに対し、複数回実行され、Ｑ値は、その平均値とされた。これらの結果は、図８に示す通りである。
【００７４】
絶縁耐圧試験では、実施例１ないし実施例６および比較例２は、耐電圧が２．０ｋＶ以上であって、絶縁耐圧試験に合格であったが、比較例１は、耐電圧が０．９６〜１．１１ｋＶ程度であって、絶縁耐圧試験に不合格であった。
【００７５】
また、Ｑ値の測定では、実施例１の測定値（平均のＱ値）を１００とした場合に、実施例２のＱ値は、１０７であり、実施例３のＱ値は、１０５であり、実施例４のＱ値は、９８であり、実施例５のＱ値は、１０１であり、そして、実施例６のＱ値は、１０３であった。一方、比較例１のＱ値は、１３であり（測定結果範囲２ないし３５の平均値）、そして、比較例２のＱ値は、１７であった（測定結果範囲３ないし４５の平均値）。この結果、比較例１および比較例２では、交流電力を給電すると、測定対象のコイルＯｂの各層間で電流が漏れ流れる漏れ電流の存在（これを微短絡と称する）により、コイルＯｂで発生する渦電流損の増大が推測され、このため、Ｑ値が低いものとなったと、本件発明者は、推察している。これに対し、実施例１ないし実施例６は、このような微短絡が無いと推察され、Ｑ値は、良好であった。
【００７６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００７７】
ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ リアクトル
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 巻線素子用コイル
１１ 導体部材
１２ 絶縁部材
１３ 第２絶縁部材
１４ 第３絶縁部材
１４−１ 上部絶縁部材
１４−２ 下部絶縁部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な帯状の導体部材と、
前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、
前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていること
を特徴とする巻線素子用コイル。
【請求項２】
前記絶縁部材は、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の部材であり、
前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていること
を特徴とする請求項１に記載の巻線素子用コイル。
【請求項３】
前記巻回されている前記導体部材を包む第２絶縁部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線素子用コイル。
【請求項４】
前記巻回されている前記導体部材における幅方向の両端を覆う一対の上部絶縁部材および下部絶縁部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線素子用コイル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の巻線素子用コイルと、
前記巻線素子用コイルによって生じた磁束を通すコア部とを備えること
を特徴とする巻線素子。
【請求項６】
前記コア部は、前記巻線素子用コイルにおける軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材を備えること
を特徴とする請求項５に記載の巻線素子。
【請求項１】
長尺な帯状の導体部材と、
前記導体部材の一方側面全面を被覆する一方面被覆部と、前記一方面被覆部における幅方向の両端から延長され、前記導体部材の幅方向の両端をそれぞれ被覆する一対の第１および第２端部被覆部と、前記一対の第１および第２端部被覆部のそれぞれから延長され、前記導体部材における前記一方側面に対向する他方側面の一部を被覆する一対の第１および第２他方面被覆部とを備える絶縁部材とを備え、
前記絶縁部材の前記一方面被覆部と前記一対の第１および第２端部被覆部と前記一対の第１および第２他方面被覆部によって被覆された前記導体部材は、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていること
を特徴とする巻線素子用コイル。
【請求項２】
前記絶縁部材は、前記導体部材の幅よりも長い幅を持つ長尺な帯状の部材であり、
前記導体部材は、前記絶縁部材と重ねられているとともに、前記絶縁部材における幅方向の両側部を折り返すことによって幅方向の両端が前記絶縁部材における幅方向の両側部で被覆されて、前記幅方向がコイルの軸方向に沿うように巻回されていること
を特徴とする請求項１に記載の巻線素子用コイル。
【請求項３】
前記巻回されている前記導体部材を包む第２絶縁部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線素子用コイル。
【請求項４】
前記巻回されている前記導体部材における幅方向の両端を覆う一対の上部絶縁部材および下部絶縁部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線素子用コイル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の巻線素子用コイルと、
前記巻線素子用コイルによって生じた磁束を通すコア部とを備えること
を特徴とする巻線素子。
【請求項６】
前記コア部は、前記巻線素子用コイルにおける軸方向の両端を覆う一対の上部コア部材および下部コア部材を備えること
を特徴とする請求項５に記載の巻線素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８９６５６（Ｐ２０１３−８９６５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６４６９（Ｐ２０１１−２２６４６９）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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