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(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】2023-03-13
(45)【発行日】2023-03-22
(54)【発明の名称】コイル素子
(51)【国際特許分類】
H01F 37/00 20060101AFI20230314BHJP
H01F 5/00 20060101ALI20230314BHJP
H01F 27/28 20060101ALI20230314BHJP
H01F 27/24 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
H01F37/00 C
H01F37/00 A
H01F5/00 G
H01F5/00 R
H01F27/28 M
H01F27/24 J
H01F27/24 E
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2022511220
(86)(22)【出願日】2021-05-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-28
(86)【国際出願番号】 EP2021061659
(87)【国際公開番号】W WO2021239403
(87)【国際公開日】2021-12-02
【審査請求日】2022-02-21
(31)【優先権主張番号】102020114516.0
(32)【優先日】2020-05-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】300002160
【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｓｅｎｈｅｉｍｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １４１ｅ， ８１６７１ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002664
【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所
(72)【発明者】
【氏名】シュリーヴェ， ヨルン
(72)【発明者】
【氏名】ヴェーバー， シュテファン
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１６００５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－１３５９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－８８５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－９８０４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１０２１６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１９２０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－３９３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３１８２６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２０４４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３０１９３３４（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ５／００－ ５／０６
Ｈ０１Ｆ １７／００－２１／１２
Ｈ０１Ｆ ２７／００
Ｈ０１Ｆ ２７／０２
Ｈ０１Ｆ ２７／０６
Ｈ０１Ｆ ２７／０８
Ｈ０１Ｆ ２７／２３－２７／３２
Ｈ０１Ｆ ２７／３６
Ｈ０１Ｆ ２７／４２
Ｈ０１Ｆ ３０／００－３８／１２
Ｈ０１Ｆ ３８／１６
Ｈ０１Ｆ ３８／４２
Ｈ０１Ｆ ４１／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイル素子（１００）であって、第１のコア要素（１）と、
前記第１のコア要素の巻線支持部（１１）の周りに配置された、巻線軸（２０）を有する第１の巻線体（２）と、
を有し、
前記第１の巻線体は第１の箔導体要素（２１）を有し、前記第１の箔導体要素は、積層方向（Ｓ）に沿って上下に積み重ねられ、互いに電気的に絶縁して配置された複数の導体箔（２２）を有し、
前記積層方向は、前記巻線軸に対して平行であり、
前記第１の巻線体は、前記巻線軸の周りに、前記第１の箔導体要素の複数の巻線を、螺旋状に有する、コイル素子（１００）。
【請求項2】
積層方向において、前記導体箔の間に電気絶縁材料（２３）が配置されており、当該電気絶縁材料は、前記積層方向に沿って前記導体箔より小さな厚さを有する、請求項１に記載のコイル素子。
【請求項3】
前記導体箔の各々は、金属バンドによって形成される、請求項１又は２に記載のコイル素子。
【請求項4】
前記第１の箔導体要素の積み重ねられた前記導体箔は、互いに並列に接続されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項5】
前記第１の巻線体の巻線の間に、磁性材料（３）が配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項6】
前記磁性材料は、前記第１のコア要素の透磁率以下の透磁率を有する、請求項５に記載のコイル素子。
【請求項7】
前記磁性材料は、１０以上１００以下の透磁率を有する、請求項５又は６に記載のコイル素子。
【請求項8】
前記磁性材料は、前記積層方向に沿って、前記積層方向に沿った前記第１の箔導体要素の高さよりも大きな高さを有する、請求項５～７のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項9】
前記磁性材料は、前記第１の箔導体要素と共に前記巻線支持部の周りに巻かれた、磁気バンド（３１）によって形成されている、請求項５～８のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項10】
前記第１の箔導体要素は、前記磁性材料内に埋め込まれている、請求項５～８のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項11】
前記第１の箔導体要素は、前記積層方向に対して平行な側面（２４）を有し、前記磁性材料は、前記第１の箔導体要素の前記側面の上に塗布されている、請求項１０に記載のコイル素子。
【請求項12】
前記第１のコア要素はウェブ状の部分（１４）を有し、当該ウェブ状の部分は、前記磁性材料を形成すると共に、前記第１の箔導体要素の前記巻線の間に配置されている、請求項５～８のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項13】
前記第１のコア要素は、ポットコア又はＥコアを有する、請求項１～１２のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項14】
第２のコア要素（１’）及び第２の巻線体（２’）を有し、前記第１及び第２の巻線体は、互いに直列に接続されている、請求項１～１３のいずれか１項に記載のコイル素子。
【請求項15】
前記第２の巻線体を伴う前記第２のコア要素は、前記第１の巻線体を伴う前記第１のコア要素の上に、鏡面対称に配置されている、請求項１４に記載のコイル素子。
【請求項16】
前記第１及び第２のコア要素は同様に設計されており、前記第１及び第２の巻線体は同様に設計されている、請求項１４又は１５に記載のコイル素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
コイル素子が提示される。
【背景技術】
【0002】
例えば電力変換器のコイル及びチョークにおいて、交流損失は、上昇するクロック周波数の故に、設計にとってますます決定的な要因となっている。交流巻線損失の故に、高い出力及び同時に高い周波数においては、最適化の可能性は限定されている。これまで、そのような用途には、大抵の場合、撚り線又は平角銅線が使用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、コイル素子を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この課題は、独立請求項による主題によって解決される。当該主題の有利な実施形態及び発展形態の特徴は、従属請求項において述べられ、更に以下の記載及び図面から明らかになる。
【0005】
少なくとも１つの実施形態によれば、コイル素子は、少なくとも１つのコア要素と、少なくとも１つの巻線体とを有する。特に、コイル素子は、少なくとも１つの第１のコア要素と、少なくとも１つの第１の巻線体とを有することができる。
【0006】
更なる実施形態によれば、第１の巻線体は、第１の箔導体要素を有する。第１の箔導体要素は、上下に積み重ねられた複数の導体箔を有する。第１の箔導体要素は、特に、少なくとも１０個の、又は好ましくは少なくとも２０個の、又は特に好ましくは少なくとも５０個の、導体箔を有することができる。例えば、第１箔導体要素は、１００個の積み重ねられた導体箔を有する。重なり合う導体箔の配置方向は、積層方向とも呼ぶことができる。したがって、第１の箔導体要素の導体箔は、積層方向に沿って重なり合って配置されている。導体箔の各々は、帯状に形成することができ、長さ、幅及び厚さを有することができる。長さは、特に好ましくは幅よりも大きく、幅は、特に好ましくは厚さよりも大きい。積層方向は、長さ及び幅に対して垂直に、かつ、厚さの方向に対して平行に向けられており、その結果、第１の箔導体要素は、少なくとも全ての導体箔の厚さの合計に相当する、積層方向における高さを有する。特に好ましくは、導体箔の各々は、特に好ましくは銅を含むか又はそれから成る金属バンドを有するか又はそれから形成されている。
【0007】
更なる実施形態によれば、第１のコア要素は巻線支持部を有する。第１の巻線体は、巻線支持部の周りに配置されており、巻線軸を有する。換言すれば、第１の箔導体要素は、第１のコア要素の巻線支持部の周りに巻かれており、それにより、巻線軸が確定される。巻線軸に沿った方向は、ここ及び以下において、垂直軸と呼ぶこともできる。巻線軸に対して垂直な方向は、水平方向と呼ぶこともできる。第１の巻線体は、特に、巻線軸の周りに、第１の箔導体要素の複数の巻線と共に、螺旋状に配置されている。換言すれば、第１の巻線体は、巻線軸の周りに、第１の箔導体要素の複数の巻線を、螺旋状に有する。巻線支持部の周りの第１の箔導体要素の各回転が、ここでは１つの巻線を形成することができる。
【0008】
更なる実施形態によれば、積層方向は、巻線軸に対して平行である。換言すれば、導体箔は、巻線軸の方向に沿って、したがって垂直方向に、重なり合って配置されている。したがって、導体箔の厚さによって定められる方向は、巻線軸に対して平行である。導体箔は、導体箔の長さ及び幅に対して平行な水平面内で、巻線軸の周りを螺旋状に延びている。すなわち、箔導体の長手方向、したがって第１の箔導体要素の長手方向は、巻線軸の周りに、したがって巻線支持部の周りに、螺旋状に延びている。第１の箔導体要素の記載された構成及び配置により、第１の巻線体のために第１のコア要素内に設けられた巻線チャンバの角部に至るまで、第１の箔導体要素を配置することができる。巻線支持部は、螺旋状に巻かれた第１の箔導体要素の中心に配置されており、コア要素のいわゆる芯と呼ぶこともできる。
【0009】
特に好ましくは、巻線支持部は、垂直方向において、すなわち巻線軸に対して平行な方向において、第１の箔導体要素よりも大きな高さを有する。更に、巻線支持部は、垂直方向において、空隙に隣接することができる。第２のコア要素及び第２の巻線体を有する、以下で記載される鏡面対称な配置においては中央領域とも呼ばれ得る、空隙に隣接する領域を、空いたままにすることにより、空隙における漂遊磁界を低減するか又は回避することさえできる。
【0010】
更に、第１の箔導体要素の導体箔は、互いに電気的に絶縁されている。このために、電気絶縁材料を導体箔の間に配置することができる。特に好ましくは、電気絶縁材料は、導体箔よりも小さな厚さ、例えば１０倍以上小さい厚さを有する。電気絶縁材料は、例えば、導体箔と交互に重なり合って配置された電気絶縁プラスチック箔帯によって形成することができる。更に、電気絶縁プラスチック材料を有する導体箔は、幅方向及び厚さ方向において、部分的に又は完全に変形させることができる。このために、導体箔は、例えば電気絶縁性合成塗料でコーティングすることができる。第１の箔導体要素の積み重ねられた導体箔は、好ましくは、互いに並列に接続されている。
【0011】
更なる実施形態によれば、第１の巻線体の巻線間に、磁性材料が配置されている。特に好ましくは、直に隣接する巻線の間に、磁性材料が配置されている。好ましくは、磁性材料は、第１のコア要素の透磁率以下の透磁率を有する。特に好ましくは、磁性材料は、１０以上１００以下の透磁率を有する。
【0012】
例えば、磁性材料は、磁気テープとも呼ぶことができる磁気バンドによって形成され、当該磁気バンドは、第１の箔導体要素と共に、巻線支持部の周りに巻かれている。磁気バンドは、例えば、支持材料を形成するプラスチック材料を含むことができ、当該支持材料の内部及び／又は上には、フェライト系及び／又は鉄系の粒子、粉末粒子及び／又はナノ微結晶が、配置されている。更に、第１の箔導体要素は、磁性材料内に埋め込むことができる。一例として、例えばフェライト系及び／又は鉄系の粒子、粉末粒子及び／又はナノ微結晶が含まれているプラスチック材料によって形成された磁気塗料を、このために使用することができる。第１の箔導体要素は、積層方向に対して平行な、特に幅方向に対して垂直な側面を有することができ、当該側面上には磁性材料が塗布されている。代替的に又は付加的に、第１のコア要素はウェブ状の部分を有することができ、当該ウェブ状の部分は、磁性材料を形成すると共に、第１の箔導体要素の巻線の間に配置されている。換言すれば、第１のコア要素は、巻線支持部の周りを螺旋状に延びるチャネルを有することができ、当該チャネル内には、第１の箔導体要素が、好ましくは完全に埋没して、配置されている。
【0013】
更なる実施形態によれば、磁性材料は、積層方向に沿って、したがって垂直方向において、第１の箔導体要素の高さ以上の高さを有する。特に好ましくは、磁性材料は、垂直方向における第１の箔導体要素の高さよりも大きな、垂直方向における高さを有する。換言すれば、磁性材料は、垂直方向において第１の箔導体要素よりも高く、したがって垂直方向において第１の箔導体要素を超えることができる。
【0014】
更なる実施形態によれば、第１のコア要素は磁性コア材料を有する。例えば、第１のコア要素は、フェライト系磁性材料を含む。代替的に又は付加的に、コア要素は、Ｎｉ-Ｆｅ-Ｍｏ、Ｎｉ-Ｆｅ、Ｆｅ-Ｓｉ-Ａｌ及びＦｅ-Ｓｉから選択される１つ以上の材料をベースとする磁性材料を含むか又はそれから成ることができる。例えば、コア要素は、Ｆｅ：Ｓｉ：Ａｌの混合比が８５：９：６であるＦｅ-Ｓｉ-Ａｌを、含むか又はそれから成る。センダストという名称でも知られているそのような材料は、高い透磁率、小さな磁気損失及び良好な温度安定性を有する、軟磁性の材料である。更に、コア要素は、６.５％のＳｉ混合物を含有するＦｅ-Ｓｉ含むことができる。Ｍｅｇａ Ｆｌｕｘという名称でも知られているそのような材料は、とりわけ、他の材料と比較して高い磁束密度及び高い温度安定性を特徴とする。第１のコア要素用の磁性材料は、例えば粉末形態で製造することができ、焼結によってコア要素のための所望の形状にすることができる。
【0015】
第１のコア要素は、例えば、ポットコア又はＥコアを有することができるか、又はそれらであることができる。更に、他の又は類似のコア形状、例えば平面コア又はＥＲコアも可能である。更に、コイル素子は、例えば、更なるコア要素を有することができ、当該更なるコア要素は、例えばＩコアとして又はディスク状に形成されており、第１のコア要素と共に磁気回路を形成することができるよう、第１のコア要素の上に配置することができる。
【0016】
特に好ましくは、コイル素子は、第１のコア要素及び第１の巻線体に加えて、第２のコア要素及び第２の巻線体を有する。第１のコア要素１及び第１の巻線体についての上述した実施形態及び特徴は、第２のコア要素及び第２の巻線体に、同様に当てはまる。したがって、第２の巻線体は、特に、第２の箔導体要素を有することができ、当該第２の箔導体要素は、第１の箔導体要素について記載した特徴のうちの１つ以上を有する。更に、第２の巻線体の巻線間に磁性材料を配置することができ、当該磁性材料は、第１のコア要素及び第１の巻線体に関連して記載した磁性材料の１つ以上の特徴を有することができる。特に好ましくは、第１及び第２のコア要素は、同様の設計とすることができる。更に、特に好ましくは、第１及び第２の巻線体は、同様の設計とすることができる。第１及び第２の巻線体は、好ましくは、互いに直列に接続されている。
【0017】
第２の巻線体を伴う第２のコア要素は、第１の巻線体を伴う第１のコア要素の上に配置することができる。特に、２つのコア要素は、第１及び第２の巻線体が互いに向き合って配置されるように、重なり合って配置することができる。特に好ましくは、第２の巻線体を伴う第２のコア要素は、第１の巻線体を伴う第１のコア要素の上に、鏡面対称に配置することができる。
【0018】
ここに記載されるコイル素子において、特に好ましい実施形態によれば、特に少なくとも１つの箔導体要素がコア要素に関連して使用され（すなわち、厚さ方向において電気的に絶縁された状態で互いに組み合わされた複数の導体箔を有する少なくとも１つの積層体）、導体箔は、特に好ましくは、互いに並列に接続されることができる。箔導体要素は、積層方向に対して平行な巻線軸の周りで、コア要素の巻線支持部の周りに巻かれている。そのような導体要素は、この構成においては、巻線チャンバの角部に至るまで、コア要素内に配置することができる。例えば、箔導体要素と並行して巻線支持部の周りに巻かれる磁気テープのような磁性材料を、上述のように付加的に使用することにより、磁界ガイド（Feldfuehrung）を改善することができる。上述したように、磁気テープに代えて、箔導体要素は、磁性材料内に埋め込むことができ、又は、例えば、コア要素の螺旋状のウェブによって形成することができる別個の磁性材料を、磁界ガイドとして巻線の間に配置することができる。更なる特に好ましい特徴は、上述したように、空隙における漂遊磁界を低減又は回避するために、空隙において中央領域を空いたままにしておくこと、及び、例えばポットコア又はＥコアのようなコア要素形状を使用する可能性であり得る。
【0019】
特に好ましくは、少なくともいくつかの実施形態によるコイル素子によって、実質的に同じ寸法を有する従来のコイル設計と比較して、適度な技術的労力で、損失を低減することが可能であり得る。ここに記載されたコイル素子の場合、特に好ましくは、交流損失を、従来のコイル技術と比較して著しく低減することができる。それにより、既知のコイルの場合よりも高い周波数での使用も、可能にすることができる。
【0020】
更なる利点，有利な実施形態及び発展形態が、以下において図面と関連して記載される実施例から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1A】一実施例によるコイル素子の概略図である。
【図1B】一実施例によるコイル素子の概略図である。
【図1C】一実施例によるコイル素子の概略図である。
【図2】更なる実施例によるコイル素子の概略図である。
【図3A】更なる実施例によるコイル素子の概略図である。
【図3B】更なる実施例によるコイル素子の概略図である。
【図4A】更なる実施例によるコイル素子の概略図である。
【図4B】更なる実施例によるコイル素子の概略図である。
【図5】更なる実施例によるコイル素子の箔導体要素の一部の概略図である。
【図6】更なる実施例によるコイル素子の一部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
実施例及び図面において、同一の、同様の、又は、同等に機能する要素には、それぞれ同一の参照符号が付されている可能性がある。図示された要素及びそれらの互いの大きさの比率は縮尺どおりではなく、むしろ、例えば層、部品、部材及び領域のような個々の要素は、より良好な図示の可能性及び／又はより良好な理解のために、誇張して大きく示されている可能性がある。
【0023】
図１Ａ～１Ｃと関連して、コア要素１及び巻線体２を備えるコイル素子１００が示されている。以下の実施例を考慮して、コア要素１及び巻線体２は、第１のコア要素１及び第１の巻線体２と呼ばれる。図１Ａには、コイル素子１００の概略断面図が示されている。第１の巻線体２は、第１の箔導体要素２１を有する。図１Ｂには、第１の箔導体要素２１の一部分の概略図が示されている。図１Ｃには、代替的な実施例よる第１の箔導体要素２１の一部分の概略図が示されている。特に断らない限り、以下の説明は、図１Ａ～１Ｃに同様に適用される。
【0024】
第１の箔導体要素２１は、図１Ｂ及び１Ｃにおいて認識し得るように、上下に積み重ねられた複数の導体箔２２を有する。第１の箔導体要素２１は、特に、少なくとも１０個の、又は好ましくは少なくとも２０個の、又は特に好ましくは少なくとも５０個の、導体箔２２を有することができる。特に好ましい実施例では、第１の箔導体要素２１は、例えば１００個の積み重ねられた導体箔２２を有する。導体箔が重なり合って配置される方向は、積層方向Ｓと呼ばれ、図１Ａ～１Ｃにそれぞれ示されている。
【0025】
第１の箔導体要素２１の導体箔２２の各々は、帯状に形成されており、図１Ｂに示されているように、積層方向Ｓに対して垂直な幅Ｂと、積層方向Ｓに対して平行な厚さＤとを有する。更に、導体箔２２の各々は、幅Ｂ及び厚さＤに対して垂直な長手方向に沿った長さを有し、当該長さは、それぞれ導体箔２２の最大の広がりを特徴付ける。したがって、長さは幅Ｂよりも大きく、幅Ｂは厚さＤよりも大きい。図示された実施例では、導体箔２２の各々は、銅帯によって形成されている。代替的に、他の金属材料も可能である。
【0026】
第１の箔導体要素２１の導体箔２２は、互いに電気的に絶縁されて配置されている。このために、特に好ましくは導体箔２２の厚さＤよりも小さな厚さｄを有する、電気絶縁材料２３が、導体箔２２の間に配置されている。例えば、Ｄ／ｄ≦１０である。電気絶縁材料２３は、例えば、導体箔２２と交互に重なり合って配置された電気絶縁プラスチック箔帯によって形成することができる。
【0027】
第１の箔導体要素２１を製造するために、例えば、銅箔とプラスチック箔を交互に上下に積み重ね、固定又は積層し、必要に応じて所望の形状に切断することができる。更に、例えば、所望の層数に相当する巻数で銅箔及びプラスチック箔をローラに巻き付け、固定し、ローラから取り外す際に平坦な積層体が製造され得るよう切断することも、可能である。更に、３次元印刷法も考えられる。図１Ｃに示されているように、導体箔２２を、それぞれ電気絶縁材料２３としての例えば電気絶縁合成塗料で被覆し、上下に積み重ねることもできる。
【0028】
第１の箔導体要素２１は、図１Ａに示された高さＨを有し、当該高さＨは、少なくとも全ての導体箔２２の厚さＤの合計に、特に導体箔２２及びその間の電気絶縁材料２３の厚さＤ及びｄの合計に、相当する。例えば、電気絶縁材料２３としての電気絶縁塗料の場合、電気絶縁材料の厚さｄは、導体箔２２の厚さＤと比較して無視可能でさえある。第１の箔導体要素２１の幅Ｂは、実質的に導体箔２２の幅Ｂに相当する。図１Ｂ及び１Ｃに示されているように、第１の箔導体要素２１は、幅方向において側面２４によって境界付けられ、当該側面２４は、製造方法に応じて、図１Ｃに示されているように、電気絶縁材料２３で覆われることができる。
【0029】
例えば、第１の箔導体要素２１のために１００個の導体箔２２を使用することができ、それらは、第１の箔導体要素２１において、それぞれ１５０μｍの厚さ及び１～２ｍｍの範囲の幅を有し、その結果、第１の箔導体要素２１は、この場合、例えば約１５ｍｍの高さ及び前述の幅を有することができる。これに代えて、用途に応じて、より大きな寸法及びより小さな寸法も可能である。特に、記載されたコイル素子は、個々の構成要素の寸法が容易にスケーリング可能であり、特定のサイズに限定されないことを、特徴とすることができる。
【0030】
第１の箔導体要素２１の積み重ねられた導体箔２２は、長手方向の始めと終わりにおいて、互いに並列に接続されているが、そのような配線及び電気接続は、明瞭性のために示されていない。
【0031】
第１のコア要素１は、例えば、ポットコア又はＥコアを有することができるか、又はそれらであることができる。それに代えて、他の又は類似のコア形状、例えば平面コア又はＥＲコアも可能である。更に、コイル素子１００は、例えば、更なるコア要素を有することができ、当該更なるコア要素は、例えばＩコアとして又はディスク状に形成されており、第１のコア要素１と共に磁気回路を形成し得るよう、第１のコア要素１の上に配置することができる。
【0032】
例えば、第１のコア要素１は、フェライト系磁性材料を含む。更に、他の材料、例えば、Ｎｉ-Ｆｅ-Ｍｏ、Ｎｉ-Ｆｅ、Ｆｅ-Ｓｉ-Ａｌ及びＦｅ-Ｓｉから選択される１つ以上をベースとする材料も可能である。例えば、コア要素１は、一般的な部分に記載された材料センダスト又はＭｅｇａ Ｆｌｕｘを含むか又はそれらから成る。
【0033】
第１のコア要素１は、巻線支持部１１を有する。第１の巻線体２は、巻線支持部１１の周りに配置されており、図１Ａに示された巻線軸２０を有する。第１の箔導体要素２１は、第１のコア要素１の巻線支持部１１の周りに螺旋状に巻かれており、それにより、巻線軸２０が確定される。したがって、巻線支持部１１は、螺旋状に巻かれた第１の箔導体要素２１の中心に配置されており、コア要素１のいわゆる芯と呼ぶこともできる。巻線軸２０に沿った方向は、垂直軸と呼ぶこともできる。巻線軸２０に対して垂直な方向は、水平方向と呼ぶこともできる。したがって、第１の巻線体２を貫く水平断面に対応する断面では、第１の巻線体２が、第１の箔導体要素２１の複数の巻線を伴って螺旋状に、巻線軸２０の周りに配置されていることが、認識され得るであろう。それに応じて、第１の巻線体２は、巻線軸２０の周りに、第１の箔導体要素２１の複数の巻線を有する。巻線支持部１１の周りの第１の箔導体要素２１の各回転が、ここでは１つの巻線を形成する。図１Ａの断面図において、隣接する巻線は、明瞭性のために間隔を空けて示されている。これに代えて、巻線を互いに直に隣接して配置することもできる。これは、特に、第１の箔導体要素２１の側面２４が電気絶縁材料で覆われている場合に、可能であり得る。これに代えて、隣接する巻線が電気絶縁箔によって電気的に互いに分離されるよう、電気絶縁箔を第１の箔導体要素２１と共に巻線支持部１１の周りに巻き付けることも、可能であり得る。
【0034】
図１Ａにおいて認識し得るように、積層方向Ｓは、巻線軸２０に対して平行に延びている。換言すれば、導体箔２２は、巻線軸２０の方向に沿って、したがって垂直方向に、重なり合って配置されている。したがって、導体箔２２の厚さＤによって設定される方向は、巻線軸２０に対して平行である。導体箔２２は、導体箔２２の長さ及び幅に対して平行な水平面内で、巻線軸２０の周りを螺旋状に延びている。
【0035】
第１のコア要素１は、更に、巻線支持部１１と共に巻線チャンバ１３を規定する縁部１２を有し、当該巻線チャンバ１３内に第１の巻線体２が配置されている。例えばポットコア又はＥコアとしての第１のコア要素１の設計に応じて、縁部１２は、第１の巻線体２を、水平面内で完全に又は少なくとも部分的に取り囲むことができる。第１の箔導体要素２１の記載された構成及び配置により、第１の巻線体２のために第１のコア要素１内に設けられた巻線チャンバ１３の角部に至るまで、第１の箔導体要素２１を配置することができる。
【0036】
図１Ａに更に示されているように、巻線支持部１１は、垂直方向、すなわち巻線軸２０に対して平行な方向において、第１の箔導体要素２１よりも、したがって第１の巻線体２よりも、大きな高さを有することができる。更に、巻線支持部１１は、垂直方向において、縁部１２よりも小さな高さを有することができる。したがって、第１のコア要素１が更なるコア要素によって覆われる場合、巻線支持部１１の上方に垂直方向の空隙が形成され得る。巻線支持部１１のうち空隙に隣接する領域を空いたままにすることにより、幾何学的形状に応じて、空隙における漂遊磁界を低減すること又は回避することさえもが、可能であり得る。
【0037】
図２には、第１のコア要素１及び第１の巻線体２に加えて、第２のコア要素１'及び第２の巻線体２'を有するコイル素子１００の更なる実施例が、示されている。第１のコア要素１及び第１の巻線体２について上述した特徴は、第２のコア要素１’及び第２の巻線体２’に、同様に当てはまる。特に好ましくは、第１及び第２のコア要素１、１’は、図示されているように、同様に設計され得る。したがって、第２の巻線体２’は、第１の箔導体要素２１と同様に設計された第２の箔導体要素２１’を有する。第１及び第２の巻線体２、２’、したがって第１及び第２の箔導体要素２１、２１’は、好ましくは、互いに直列に接続されている。
【0038】
第２の巻線体２’を伴う第２のコア要素１’は、第１の巻線体２を伴う第１のコア要素１の上に、第１及び第２の巻線体２、２’が互いに対向して配置されるよう、配置されている。容易に認識し得るように、第２の巻線体２’を伴う第２のコア要素１’は、第１の巻線体２を伴う第１のコア要素１の上に、積層方向Ｓに沿って鏡面対称に配置されており、第１及び第２のコア要素１、１’の縁部１２、１２’は、互いに支持し合うことができる。
【0039】
第１及び第２のコア要素１、１’の巻線支持部１１、１１’の間には、それぞれの縁部１２、１２’と比較して小さな巻線支持部１１、１１’の高さに起因して、空隙４が形成されている。巻線体２、２’が、更に、巻線支持部１１、１１’よりも小さな高さを有することにより、各巻線支持部１１、１’は、空いたままの領域を有する。前の実施例に関連して説明したように、中央領域とも呼ばれ得る、巻線支持部１１、１１’のうち空隙４にそれぞれ隣接する領域を、空いたままにすることにより、空隙４における漂遊磁界を低減し又は回避することさえできる。
【0040】
図３Ａ及び３Ｂ並びに図４Ａ及び４Ｂには、それぞれ、断面図及び３次元図で（図４Ｂでは、より良好に理解し得るよう切り開かれている）、図１Ａ～１Ｃ及び図２と関連して示された実施例の変形例である、コイル素子１００の更なる実施例が示されている。純然たる例示として、図３Ａ～４Ｂのコア要素は、ポットコアとして形成されている。これに代えて、上述したように、他のコア形状も可能である。
【0041】
前の実施例と比較して、図３Ａ及び３Ｂ並びに図４Ａ及び４Ｂに示された実施例では、第１の巻線体２又は第１及び第２の巻線体２、２’の巻線の間に、それぞれ磁性材料３が配置されている。特に好ましくは、図示されているように、直に隣接する巻線の間に、磁性材料３が配置されている。好ましくは、磁性材料３は、第１のコア要素１又は第１及び第２のコア要素１、１’の透磁率以下の透磁率を有する。特に好ましくは、磁性材料３は、１０以上１００以下の透磁率を有する。
【0042】
図３Ａ～４Ｂに示された実施例では、磁性材料３は、それぞれ、磁気テープとも呼ばれ得る磁気バンド３１によって形成され、当該磁気バンドは、それぞれの箔導体要素２１、２１’と共に、それぞれの巻線支持部１１、１１’の周りに巻かれている。磁気バンド３１は、例えば、プラスチック支持体を形成するプラスチック材料を含むことができ、当該プラスチック材料の内部及び／又は上には、フェライト系及び／又は鉄系の粒子、粉末粒子及び／又はナノ微結晶が、埋め込まれているか又は配置されている。
【0043】
磁性材料３は、垂直方向において、すなわち積層方向Ｓに沿って、それぞれの箔導体要素２１、２１’の高さ以上の高さを有する。特に好ましくは、磁性材料３は、垂直方向において、それぞれの箔導体要素２１、２１’の垂直方向の高さよりも大きな高さを有し、その結果、磁性材料３は、垂直方向において、それぞれの箔導体要素２１、２１’よりも高く、したがって、垂直方向において箔導体要素２１、２１’を超えている。
【0044】
それぞれの箔導体要素２１、２１’の巻線に対して平行な磁性材料３を使用することにより、磁界誘導が改善され得る。シミュレーションによって、例えば、図４に示されたコイル素子１００が、巻線間に磁性材料を使用することができない通常の撚り線ベースの巻線体が使用された、対応するコア要素及び寸法を有する従来のコイル設計と比較して、明らかに小さな交流巻線損失を有することを、示すことができる。
【0045】
図３Ｂ及び４Ｂに示されているように、それぞれのコア要素１、１’の開口を通じて外部に案内される箔導体要素２１、２１’の一部は、電気接続部を形成することができる。これに代えて、他の電気接続部を設けることもできる。
【0046】
磁性材料３としての磁気バンドに代えて、第１の箔導体要素２１又は第１及び第２の箔導体要素２１、２１’を、磁性材料３内にそれぞれ埋め込むことができる。第１の箔導体要素２１の一部に基づいて図５に例示的に示されているように、例えばフェライト系及び／又は鉄系の粒子、粉末粒子及び／又はナノ微結晶が含まれたプラスチック材料によって形成された磁気塗料３２を、このために使用することができる。このために、磁性材料３は、好ましくは、コア要素の巻線支持部に巻き付けられる前に、側面２４上に塗布されることができる。
【0047】
図６の第１の巻線体２を伴う第１のコア要素１の一部に示されているように、更なる実施例による第１のコア要素１は、磁性材料３を形成し、第１の箔導体要素２１の巻線間に配置されるウェブ状の部分１４を有することもできる。換言すれば、第１のコア要素１は、巻線支持部１１の周りを螺旋状に延びるチャネルを有することができ、当該チャネル内には、第１の箔導体要素２１が、好ましくは完全に埋没して配置されている。第２のコア要素１’を有するコイル素子１００の場合、図４Ａ及び４Ｂに示されているように、第２のコア要素１’は、対応するウェブ状の部分、したがって対応する螺旋状のチャネルを有することができ、当該チャネル内には第２の箔導体要素が配置されている。
【0048】
図面に関連して記載された特徴及び実施例は、全ての組み合わせが明示的に記載されていなくても、更なる実施例に従って互いに組み合わせることができる。更に、図面に関連して記載された実施例は、代替的に又は付加的に、一般的な部分の記載による更なる特徴を有することができる。
【0049】
本発明は、実施例を参照した記載によって、これらに限定されない。むしろ、本発明は、全ての新しい特徴、及び、特に特許請求の範囲における全ての特徴の組み合わせを含む全ての特徴の組み合わせを、たとえ当該特徴又は組み合わせ自体が特許請求の範囲又は実施例において明示的に提示されていない場合であっても、含む。
【符号の説明】
【0050】
１、１’ コア要素
２、２’ 巻線体
３ 磁性材料
４ 空隙
１１、１１’ 巻線支持部
１２、１２’ 縁部
１３ 巻線チャンバ
１４ ウェブ状の部分
２０ 巻線軸
２１、２１’ 箔導体要素
２２ 導体箔
２３ 電気絶縁材料
２４ 側面
３１ 磁気バンド
３２ 磁気塗料
１００ コイル素子
Ｂ 幅
ｄ 厚さ
Ｄ 厚さ
Ｈ 高さ
Ｓ 積層方向
２、２’ 巻線体
３ 磁性材料
４ 空隙
１１、１１’ 巻線支持部
１２、１２’ 縁部
１３ 巻線チャンバ
１４ ウェブ状の部分
２０ 巻線軸
２１、２１’ 箔導体要素
２２ 導体箔
２３ 電気絶縁材料
２４ 側面
３１ 磁気バンド
３２ 磁気塗料
１００ コイル素子
Ｂ 幅
ｄ 厚さ
Ｄ 厚さ
Ｈ 高さ
Ｓ 積層方向
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】