JP6400277B2

JP6400277B2 - コイル及びリアクトル

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Publication number: JP6400277B2
Application number: JP2013130614A
Authority: JP
Inventors: 有希阿部; 山家　孝志; 孝志山家; 佐藤　浩文; 浩文佐藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: JP2015005651A

Description

本発明は、通電によるインダクタンスを活用するコイル及びリアクトルに関する。

金属シートと絶縁シートを重ねて巻き回したコイルは、主に変圧器等に用いられている。

図８は、特許文献１に記載された構成を備える従来技術のコイルを示す斜視図である。

図９は、特許文献１に記載された構成を備える従来技術のコイルを示す断面図であり、図８の構成におけるＢ面の断面を示している。

特許文献１では、図９のような、セラミック粒子１４を混入して成形した絶縁シート１５を、金属シート１００と重ねて巻き回したコイルとすることにより、絶縁シート１５の熱伝導率を増大させ、コイルの冷却性能を向上させる提案がなされている。

その一方、特許文献２では、平角線をエッジワイズ巻きし、表面が絶縁物で包囲されたたコイルを、軟磁性金属粉末と樹脂からなる磁芯に埋設した、主にリアクトルとして用いるのに好適なコイル部品の提案がなされている。

特開昭５８−７５８１８号公報特開２００６−４９５７号公報

特許文献２のようなコイル部品では、コイルに大電流が通電されるため、コイルからの放熱性を充分に高めておく必要がある。

そこで、特許文献１のような金属シート１００と絶縁シート１５を重ねて巻き回したコイルを特許文献２のコイルの構成に適用し、磁芯内部にコイルを埋設すると、金属シート１００と絶縁シート１５の間に図８に示すような隙間が生じることから、熱伝導が阻害されるという課題がある。

従って本発明は、磁芯内部に埋設しても放熱性の高いコイル、及びそのコイルを用いたリアクトルを提供することを目的とする。

上記課題を本発明は、シート状導体と、無機物よりなる絶縁粒子が配合された接着剤を備え、前記シート状導体は前記接着剤を巻き込みつつ巻き軸を中心に巻き回されるとともに、前記シート状導体の層間は前記接着剤により接着され、前記絶縁粒子により電気絶縁距離が保たれているコイルによって解決する。

また、前記シート状導体の幅方向端部、最内周面、及び最外周面が前記接着剤で覆われていることが望ましい。

また、前記絶縁粒子はアルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素のいずれかを含むことが望ましい。

また、前記絶縁粒子のＤ９０（累積重量分率が９０％に対応する粒子径）は１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。

また、前記シート状導体は、前記接着剤を含浸させた繊維状絶縁シートを巻き込みつつ巻き回されていることが望ましい。

また、上記コイルと、軟磁性金属粒子及び結合材を主に含有する複合磁性体を備え、前記複合磁性体に前記コイルが埋設されているリアクトルとすることが望ましい。

本発明によって、磁芯に埋設しても放熱性の高いコイル、及びそのコイルを用いたリアクトルを提供することができる。

本発明における実施形態１に係るコイルの斜視図である。本発明における実施形態１に係るコイルの断面図であり、図１におけるＡ面の断面図を示している。本発明における実施形態１に係るコイルの巻き回し工程時の状態を示す説明図である。本発明における実施形態２に係るコイルの巻き回し工程時の状態を示す説明図である。本発明における実施形態２に係るコイルの断面図であり、図２の変形例に対応する。本発明における実施形態３に係るリアクトルの斜視図である。本発明における実施形態３に係るリアクトルの断面図であり、図６におけるＡ’面の断面図を示している。従来技術のコイルを示す斜視図である。従来技術のコイルを示す断面図であり、図８におけるＢ面の断面を示している。

（実施形態１）
図１は、本発明における実施形態１に係るコイルの斜視図である。

表面が接着剤で覆われ、絶縁されたコイル１の内周面及び外周面へ、図示されないシート状導体へ通電するための端子２１、２２が接続されている。

図２は、本発明における実施形態１に係るコイルの断面図であり、図１におけるＡ面の断面図を示している。

シート状導体１０の間は、無機物よりなる絶縁粒子１１を含有する接着剤１２により接着されている。

ここで、シート状導体１０の間に、絶縁粒子１１を介さない部分があったとしても、シート状導体１０の剛性と、接着剤１２の未硬化時の粘性が充分であれば、周囲の絶縁粒子１１により充分な電気絶縁距離を確保することができる。

すなわち、接着剤１２中の絶縁粒子１１含有量、シート状導体１０の厚みや材質等による剛性、接着剤１２の粘性を調整することで、シート状導体１０間の電気絶縁距離を確保することが可能となる。

さらに、コイルの内周面１０１、外周面１０２、巻き軸方向の端面１０３、１０４が絶縁粒子１１を含有する接着剤１２により覆われているため、コイル表面の電気絶縁性及び放熱性が確保されている。

コイル表面を覆う接着剤１２の層の厚さは、充分な電気絶縁性を確保する上では１０μｍ以上であることが望ましく、充分な放熱性を確保する上では１ｍｍ以下であることが望ましい。

図３は、本発明における実施形態１に係るコイルの巻き回し工程時の状態を示す説明図である。

コイルの巻き回し工程は、分割可能な巻き芯３１にシート状導体１０の始端部を固定し、接着剤供給部３２よりシート状導体１０が巻き込まれる面に絶縁粒子１１を含有する未硬化の接着剤１２塗布しつつ巻き回すことによって行われる。

巻き回し工程時は、接着剤１２が未硬化であるため、接着剤１２の粘性によりシート状導体１０の巻きずれを抑制することができる。

接着剤１２としては、熱硬化性エポキシ樹脂などが例示される。

ここで、巻き回し工程終了後にコイルを外しやすくするため、巻き芯３１表面に潤滑剤を塗布しておくことが望ましい。

シート状導体１０がコイルとして巻き芯３１に巻き取られる際、シート状導体１０は幅方向両端部に至るまで絶縁粒子１１を含有する接着剤１２により全て覆われるように接着剤供給部３２からの供給量を調整する。これにより、シート状導体１０の層間を絶縁粒子１１及び接着剤１２を介して隙間無く接着することが可能となる。

すなわち本発明は、シート状導体１０と、無機物よりなる絶縁粒子１１が配合された接着剤１２を備え、シート状導体１０は絶縁粒子１１及び接着剤１２を巻き込みつつ巻き軸を中心に巻き回され、シート状導体１０の層間は接着剤１２により接着され、シート状導体１０の層間は絶縁粒子１１により電気絶縁距離が保たれているコイル１の実施形態を取り得る。

シート状導体１０間を接着することにより、シート状導体１０間に隙間が発生することを防ぐことができるため、シート状導体１０間の熱伝導率を高めることができる。

但し、単にシート状導体１０間を接着しただけではシート状導体１０間の充分な電気絶縁性を確保することが困難となるため、絶縁粒子１１を接着剤１２に予め配合しておくことで、シート状導体１０間の絶縁距離を確保することが可能となり、より確実な電気絶縁性を確保しつつ、絶縁粒子１１により熱伝導率をさらに高めるという相乗効果を得ることができる。

また、本発明は、シート状導体１０の幅方向の端面１０３、内周面１０１、及び外周面１０２が絶縁粒子１１の配合された接着剤１２で覆われているコイルの実施形態を取り得る。

シート状導体１０を巻き回す際、接着剤１２は液状、もしくは軟化しているため、シート状導体１０の幅方向端部よりはみ出す接着剤１２を利用し、必要に応じ内周面１０１、外周面１０２へ接着剤１２を塗布、浸漬等することにより、コイル１表面での絶縁性を確保することができる。

このように構成することで、コイル１表面を覆う接着剤１２とシート状導体１０の隙間が生じることを防ぎ、シート状導体１０からコイル１表面への放熱性が向上する。

また、絶縁粒子１１はアルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素のいずれを含むことが望ましい。

これらの絶縁粒子１１は熱伝導率が高いためである。

また、絶縁粒子１１のＤ９０（累積重量分率が９０％に対応する粒子径）は１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。

より確実な電気絶縁性を確保するには、Ｄ９０が１０μｍ以上あることが望ましく、シート状導体１０間の熱伝導率を充分に高めるには、Ｄ９０が１００μｍ以下であることが望ましいからである。

シート状導体１０としては、厚さ１００μｍ未満の銅箔を用いても良いが、大電流通電に耐え、充分な放熱性が得られるよう、厚さが１００μｍ以上、１ｍｍ以下の銅板を用いるのが望ましい。

また、コイルより充分な放熱を行う上では、シート状導体１０の幅／厚み比が１４以上であることが望ましく、５０以上であれば、より望ましい。

同様の理由により、接着剤１２の層における熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上が望ましく、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、より望ましい。

（実施形態２）
図４は、本発明における実施形態２に係るコイルの巻き回し工程時の状態を示す説明図である。

実施形態１における図３とは、シート状導体１０上に繊維状絶縁シート１３を重ね、繊維状絶縁シート１３上に接着剤供給部３２より絶縁粒子１１を含有する接着剤１２を塗布する点が相違する。

繊維状絶縁シート１３は、絶縁粒子１１及び接着剤１２が透過するほど粗であるため、繊維状絶縁シート１３は絶縁粒子１１及び接着剤１２に含浸された状態でシート状導体１０に挟まれ接着される。

図５は、本発明における実施形態２に係るコイルの断面図であり、図２の変形例に対応する。

本実施形態の巻き回し工程により作成したコイルは、シート状導体１０間に繊維状絶縁シート１３を介在しつつ接着されている。

従って、繊維状絶縁シート１３によりシート状導体１０の層間距離が、実施形態１よりも確実に確保できるため、層間の電気絶縁性を、より確実に確保することができる。

（実施形態３）
図６は、本発明における実施形態３に係るリアクトルの斜視図である。

実施形態１や実施形態２で述べたコイル１を、磁芯となる複合磁性体４の中に埋設して、リアクトルを構成している。

複合磁性体４は、軟磁性粉を結合材に添加したものであり、未硬化の状態で液状か、もしくは軟化している。

軟磁性粉としては、飽和磁化の高い、Ｆｅ−Ｓｉ系等の金属磁性粉が望ましい。

結合材は、熱硬化性エポキシ樹脂等が例示される。

図７は、本発明における実施形態３に係るリアクトルの断面図であり、図６におけるＡ’面の断面図を示している。

コイル１による磁束Ｂは複合磁性体４中にある。図中矢印は磁束Ｂの経路を示している。コイル１表面が絶縁粒子を配合した接着剤で覆われているため、複合磁性体４へコイル１を埋設しても、複合磁性体４とコイル１の電気絶縁性を確実なものとしつつ、コイル１内部のシート状導体から複合磁性体４への放熱性を高めることができる。

ここで、コイル１から複合磁性体４への充分な放熱性を確保する上では、複合磁性体の熱伝導率は、４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。

１コイル
４複合磁性体
１０シート状導体
１１絶縁粒子
１２接着剤
１３繊維状絶縁シート
１４セラミック粒子
１５絶縁シート
２１、２２端子
３１芯
３２接着剤供給部
１００金属シート
１０１内周面
１０２外周面
１０３、１０４端面
Ｂ磁束

Claims

シート状導体と、
無機物よりなる絶縁粒子が配合された接着剤を備え、
前記絶縁粒子のＤ９０（累積重量分率が９０％に対応する粒子径）は１０μｍ以上、１００μｍ以下であり、
前記シート状導体は前記接着剤を巻き込みつつ巻き軸を中心に巻き回され、
前記シート状導体の層間は前記接着剤により接着され、
前記シート状導体の幅方向端部、最内周面、及び最外周面が前記接着剤で覆われるとともに、
前記絶縁粒子により電気絶縁距離が保たれていることを特徴とするコイル。
前記絶縁粒子はアルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載のコイル。
前記シート状導体は、前記接着剤を含浸させた繊維状絶縁シートを巻き込みつつ巻き回されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルと、
軟磁性金属粒子及び結合材を主に含有する複合磁性体を備え、
前記複合磁性体に前記コイルが埋設されていることを特徴とするリアクトル。