特許 7178480 誘導素子を製造するための方法及び誘導素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-16

(45)【発行日】2022-11-25

(54)【発明の名称】誘導素子を製造するための方法及び誘導素子

(51)【国際特許分類】

   H01F 41/04 20060101AFI20221117BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20221117BHJP

   H01F 17/04 20060101ALI20221117BHJP

   H01F 5/00 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

H01F41/04 B

H01F27/28 K

H01F17/04 A

H01F5/00 F

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021504805

(86)(22)【出願日】2019-07-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-25

(86)【国際出願番号】 EP2019070252

(87)【国際公開番号】W WO2020025500

(87)【国際公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-01-28

(31)【優先権主張番号】102018118551.0

(32)【優先日】2018-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518379278

【氏名又は名称】テーデーカー エレクトロニクス アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ロッテネル，ミハエル

(72)【発明者】

【氏名】ウェブナー，シュテファン

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１３０１０２２８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】独国実用新案第２０２００７００３７４７（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】特開２０１７－９８５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０７０８３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４９４９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１７５５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５５９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ４１／００－４１／１２

Ｈ０１Ｆ２７／２８－２７／３２

Ｈ０１Ｆ１７／０４－１７／０８

Ｈ０１Ｆ５／００－５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導素子を製造するための方法であって、
上下に重なり合って延在する複数のターンを有し、前記複数のターンは螺旋形状の巻線になるように連結されている、少なくとも１つの巻線を形成する導電性材料と、
前記少なくとも１つの巻線のための支持体を形成する絶縁性材料と、
が加算的生産方法において成形される、方法。

【請求項2】

前記導電性材料及び前記絶縁性材料は、同一のプロセスステップの中で適用される、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記導電性材料は、銅を含むか又は銅である、
請求項１又は２いずれか１項記載の方法。

【請求項4】

前記絶縁性材料は、セラミック材料を含むか又はセラミック材料である、
請求項１乃至３いずれか１項記載の方法。

【請求項5】

前記誘導素子は、貫通コンタクトを有さない、
請求項１乃至４いずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記誘導素子は、平面トランス又は平面コイルである、
請求項１乃至５いずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの巻線を加算的生産方法において成形した後に、前記少なくとも１つの巻線によって磁気コアが取り囲まれるように、前記磁気コアを配置する、
請求項１乃至６いずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記導電性材料は、２つの接続面を形成し、
前記２つの接続面は前記誘導素子の下面に配置される、
請求項１乃至７いずれか１項記載の方法。

【請求項9】

導電性材料製の、少なくとも１つの螺旋形状の巻線であって、前記巻線は、上下に重なり合って延在する複数のターンを有し、前記複数のターンは前記螺旋形状の巻線になるように連結されている巻線と、
前記螺旋形状の巻線が一体化されている、絶縁性材料製の支持体と、
を有する、誘導素子。

【請求項10】

前記少なくとも１つの螺旋形状の巻線は、伸長部及び圧縮部を有さない、
請求項９記載の誘導素子。

【請求項11】

前記少なくとも１つの螺旋形状の巻線は貫通コンタクトを有さない、
請求項９又は１０記載の誘導素子。

【請求項12】

前記誘導素子は、平面トランス又は平面コイルである、
請求項９乃至１１いずれか１項記載の誘導素子。

【請求項13】

前記導電性材料は、銅を含むか又は銅である、
請求項９乃至１２いずれか１項記載の誘導素子。

【請求項14】

前記絶縁性材料は、セラミック材料を含むか又はセラミック材料である、
請求項９乃至１３いずれか１項記載の誘導素子。

【請求項15】

前記導電性材料及び前記絶縁性材料は、加算的生産方法において成形されたものである、
請求項９乃至１４いずれか１項記載の誘導素子。

【請求項16】

前記導電性材料は２つの接続面を形成し、
前記２つの接続面は前記誘導素子の下面に配置されている、
請求項９乃至１５いずれか１項記載の誘導素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導素子を製造するための方法及び誘導素子に関する。

【0002】

ＥＰ１０８５５３５Ｂ１からは、薄いプリント回路基板が上下に積層され、プリント回路基板上にターンが形成され、ターンが貫通コンタクトを介して巻線を形成するように連結されている平面トランスが知られている。その際、プリント回路基板は、ターン間の必要な絶縁を確実にする。

【背景技術】

【0003】

平面トランスを製造するために、磁性材料用の切り欠きは、打ち抜かれるか又は削られ、切り欠かれた材料はそれ以上用いられることができない。さらに、貫通コンタクトは素子の性能適合性を制限する狭窄部（Engstellen）を形成する。さらに、平面トランスを通る巻線空間の利用可能なスペースは、最適に用いられることができない。

【発明の概要】

【0004】

したがって、本発明の課題は、改良された誘導素子及びその製造方法を提供することである。

【0005】

これらの課題は、請求項１による方法と、さらなる独立請求項による誘導素子とによって解決される。

【0006】

誘導素子を製造するための方法であって、少なくとも１つの巻線を形成する導電性材料と、少なくとも１つの巻線のための支持体を形成する絶縁性材料と、が加算的生産方法（additiven Fertigungsverfahren）において適用され又は堆積され（aufgetragen）る、方法が提案される。

【0007】

絶縁材料は、巻線の個々のターンの間に配置されることができる。したがって、絶縁材料は、個々の巻線を互いに絶縁し、巻線を機械的に安定化させる支持体を形成することができる。

【0008】

加算的生産方法は、生成的な生産方法とも称される。加算的生産方法は、データモデルに基づいて、形態のない（formlosen）又は形態中立な（formneutralen）材料から、化学的及び／又は物理的プロセスを使用して生産が実行される方法であることができる。形態のない材料は、例えば、ゲル、ペースト又は粉末であることができる。形態中立な材料は、例えば、帯状、ワイヤー状又は葉状であり得る

【0009】

加算的生産方法は、３Ｄ印刷であることができる。３Ｄ印刷は、材料が層毎に次々に（Schicht fuer Schicht）適用又は堆積され、したがって三次元の物品が生成される方法である。その際、層状の構築は、コンピュータ制御されて、１つ以上の流体状又は固体状の素材から、所定の寸法及び形態で実行される。構築の際には、物理的及び／又は化学的な硬化及び／又は溶融プロセスが行われる。

【0010】

あるいは、加算的生産方法は、ディスペンサ印刷方法であることができる。その際、ペースト又はゲル状の材料は、ノズル又はスプレーを用いて層状に適用または堆積され、層ごとに次々に１つの三次元物品へと組み立てられる。

【0011】

加算的生産方法は、誘導素子の生産に際して多くの利点を提供する。加算的生産方法は、高精度を有する素子を生産することを可能にする。加算的生産方法の使用によって、巻線の個別のターンの接続のための貫通コンタクト（Durchkontaktierungen）を有さない巻線の生産を可能にすることができる。したがって、ＥＰ１０８５５３５Ｂ１の平面トランスの欠点を克服することができる。巻線は貫通コンタクトを有さないことができるので、誘導素子の性能適合性（Leistungsvertraeglichkeit）は貫通コンタクトによって制限されない。巻線の凹部を打ち抜いたり（ausgestanzt）又は削ったり（gefraest）する必要がないので、加算的生産方法の際には材料が無駄にならない。さらに、加算的生産方法は、利用可能なスペースを最適に使用することができるように素子を構築することを可能にする。

【0012】

加算的生産方法において生産された巻線は、圧縮部又は伸長部（Stauchungen oder Dehnungen）を有さない。相応に巻線は材料的な弱い点（Materialschwachstellen）を有さない。それによって寿命と性能適合性を向上させることができる。

【0013】

加算的生産方法は、少なくとも１つの巻線のターンを非常に平坦に構成することを可能にする。それによって、高周波用途における使用に最適な構造が得られる。

【0014】

導電性材料及び絶縁性材料は同一のプロセスステップにおいて適用又は堆積されることができる。相応に両材料は同時に適用又は堆積されることができる。例えば、両材料は、３Ｄプリンタの異なるノズルによって同時に適用又は堆積されることができる。同一プロセスステップ中での絶縁性材料及び導電性材料の適用又は堆積によって、迅速に実行されることができる方法が提供されることができる。それによって、素子の、短い生産時間を達成することができる。

【0015】

少なくとも１つの巻線は、螺旋形状であることができる。少なくとも１つの巻線は、異なる直径、断面積及びピッチ角（Steigungswinkeln）を有する螺旋の形態で、加算的生産方法において製造されることができる。加算的生産方法は、相応に、常に、少なくとも１つの巻線が所望の使用目的に最適に適合することを可能にする。

【0016】

導電性材料は銅を含むことができる。あるいは導電性材料は銅であることができる。銅は、高い導電性を有し、コスト的都合が良い（kostenguenstig）ため、少なくとも１つの巻線のための好適な導電性材料として適している。

【0017】

絶縁性材料は、セラミック材料を含むか、又は、、セラミック材料から構成されていてもよい。導電性材料が銅含有材料である場合、銅は焼結工程を経て初めて所望の導電性を示すことになるため、誘導素子の焼結が必要となる場合がある。相応に、絶縁性材料にも同様に焼結可能な材料が選択されるべきである。この理由から、セラミック材料は、。焼結可能材料であるために、絶縁性材料として使用するのに適している。あるいは、プラスチック材料を絶縁性材料として使用することもできる。

【0018】

誘導素子は貫通コンタクトを有さない。貫通コンタクトは素子の導電性を制限する。加算的生産方法は、支持体及び少なくとも１つの巻線が所望の三次元形状で生産されることを可能にし、したがって貫通コンタクトを省略することができる。

【0019】

誘導素子は、例えば、平面トランス又は平面コイルであることができる。平面コイルは、例えば、ストレージチョーク（Speicherdrossel）とすることができる。平面トランスは、主に高伝送電力用のパワーエレクトロニクスで使用される。

【0020】

少なくとも１つの巻線及び支持体を付加的に製造した後、磁気コアが少なくとも１つの巻線によって取り囲まれるように磁気コアを配置することができる。コアはフェライト材料を含むことができる。

【0021】

さらなる態様によれば、本発明は、誘導素子置に関する。特に、上述の方法に従って生産された素子であることができる。したがって、方法に関連して開示された全ての構造的及び機能的特徴は、素子にも適用され得る。

【0022】

導電性材料製の少なくとも１つの螺旋形状の巻線と、螺旋形状の巻線が統合又は一体化されている、絶縁性材料製の支持体と、を有する、誘導素子が提案されている。その際、支持体の絶縁材料が巻線の個々のターンの間に配置され、それによってターンが互いに絶縁される場合、巻線は支持体に統合又は一体化されていると称される。

【0023】

加算的生産方法を使用することで、巻線を螺旋形状に形成することが可能になる。螺旋形状は、貫通コンタクトを省略できるという利点があり、部品の性能適合性が制限されない。加算的生産方法により、実質的に任意の断面、直径、及び巻き上げピッチ（Steigungswickeln）を有する少なくとも１つの巻線を製造することが可能になる。

【0024】

少なくとも１つの螺旋形状の巻線は、伸長部及び圧縮部を有さない。伸長部及び圧縮部は材料の弱体化を意味し、誘導素子の性能適合性が制限され、その寿命にわたって素子の損傷を招く虞がある。加算的生産方法を用いることで、伸長部及び圧縮部のない螺旋形状の巻線を生産することが可能になり得る。

【0025】

少なくとも１つの螺旋状の巻線は、貫通コンタクトを含まないものであることができる。加算的生産方法を使用することによって、さもなければ素子の性能適合性を制限し得る貫通コンタクトを省略することができる。

【0026】

誘導素子は、平面トランスであるか、又は、平面コイルであることができる。

【0027】

導電性材料は、銅であることができ、又は、銅を含有する材料であることができる。絶縁材料は、セラミック材料を含むか、又は、セラミック材料であることができる。

【0028】

導電性材料及び絶縁性材料は、加算的生産方法によって適用又は堆積されることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

以下では、図面を参照して本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。

【図1】誘導素子の巻線を斜視図で示す図である。

【図2】誘導素子を斜視図で示す図である。

【図3】さらなる誘導素子を斜視図で示す図である。

【図4】平面トランスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１は、誘導素子１の巻線２を斜視図で示したものである。誘導素子１は、平面コイルである。巻線２は、上下に重なり合って延在する（uebereinander verlaufende）複数のターン３を有する。それらのターン３は、螺旋形状の巻線２になるように連結されている（verbunden）。

【0031】

誘導素子１は第１接続面４と第２接続面５とを有する。螺旋形状の巻線２の第１端部は第１接続面４と連結されている。螺旋形状の巻線２の第２端部は第２接続面５と連結されている。両接続面４，５は素子１の下面６に配置されており、素子１の表面実装を可能にする。したがって、素子１は表面実装素子（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ＝ ＳＭＤ）である。

【0032】

図１に示される巻線２及び接続面４，５は、加算的生産方法によって製造される。加算的生産方法は例えば３Ｄ印刷である。加算的生産方法において、例えば銅などの導電性材料が適用又は堆積され、したがって、それぞれ導電性材料からなる巻線２及び接続面４，５が生成される。後述するように、巻線２及び接続面４，５は、その際、絶縁性の支持体と同時に生産される。

【0033】

図２は、誘導素子１を斜視図で示す。誘導素子１は、巻線２に加えて、絶縁性の支持体７を有する。

【0034】

巻線２は絶縁性支持体７と統合又は一体化されている。支持体７の材料は、螺旋形状の巻線２のターン３の間に配置されている。絶縁性の支持体７は、それによって、巻線２の機械的支持を形成する。支持体７はさらに、巻線２のターン３間の短絡を防止する絶縁体を形成する。素子１の下面上では、接続面４，５は絶縁性の支持体によって覆われていない。

【0035】

絶縁性の支持体７は、加算的生産方法において、絶縁性の材料から製造される。支持体及び巻線は、加算的生産方法の同一のプロセスにおいて製造される。その際、支持体を形成する絶縁性材料と、巻線を形成する導電性材料とは、同時に、層状に（schichtweise）、適用又は堆積される。

【0036】

図３は、加算的生産方法で製造された、さらなる誘導素子１の斜視図である。素子１は平面トランスである。素子１は、巻線と支持体７とを有する。特に、素子は、一次巻線８と、二次巻線９とを有する。一次巻線８は、螺旋形状の巻線を形成するターンを有する。二次巻線９は、同様に、螺旋形状の巻線を形成するターンを有する。

【0037】

さらに、誘導素子１は４つの接続面４，５，１０，１１を有する。第１及び第２接続面４，５は一次巻線８と連結されている。第３及び第４接続面１０，１１は二次巻線９と連結されている。４つの接続面４，５，１０，１１は、素子１の下面６に配置されており、素子１の下面６には支持体７がない（frei von dem Traeger 7）。接続面４，５，１０，１１は、それによって、素子１の表面実装を可能にする。

【0038】

素子１はさらに、絶縁性の支持体７を有し、その中で、一次巻線８及び二次巻線９が統合され又は一体化されている。絶縁性の支持体７と、一次巻線８と、二次巻線９と、は加算的生産方法において製造される。その際、支持体７及び巻線８，９は、巻線８，９のための支持体７を形成する絶縁性材料及び両巻線８，９を形成する導電性材料を加算的に堆積する単一のプロセスステップにおいて製造される。

【0039】

平面トランスは、図１及び２に示されるコイルとは、トランスにおいては、２つの巻線８，９が、素子１において、互いに電気的に（galvanisch）分離されて形成されている点で異なる。絶縁性材料で形成されている支持体７は、一次巻線８と二次巻線９との間の絶縁を提供するだけでなく、各巻線８，９の個別のターンの間の絶縁も提供する。その結果、素子１内の絶縁経路（Isolationsstrecken）に関する要件を正確に満たすことができる。巻き取りスペース（Wickelraum）における利用可能な空間を最適に活用することができる。

【0040】

図４は、平面トランスに磁気コア１２が取り付けられた平面トランスを斜視図で示す。磁気コア１２は例えばフェライト材料からなることができる。磁気コア１２は、一次巻線８及び二次巻線９によって取り囲まれるように配置されている。磁気コア１２は、例えば接着によって、互いに堅固に連結された２つの部分からなる。

【符号の説明】

【0041】

１ 誘導素子（induktives Bauelement）
２ 巻線（Wicklung）
３ ターン（Windung）
４ 第１接続面（erste Anschlussflaeche）
５ 第２接続面（zweite Anschlussflaeche）
６ 下面（Unterseite）
７ 支持体（Traeger）
８ 一次巻線（Primaerwicklung）
９ 二次巻線（Sekundaerwicklung）
１０ 第３接続面（dritte Anschlussflaeche）
１１ 第４接続面（vierte Anschlussflaeche）
１２ 磁気コア（magnetischer Kern）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】