JP2007194564A

JP2007194564A - ノイズ除去用チョークコイル

Info

Publication number: JP2007194564A
Application number: JP2006013840A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirashima; 茂雄平島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-23
Also published as: JP4674550B2

Abstract

【課題】チョークコイルは、発熱を抑えるためにコイルの線径を太くする必要があり、そのために体格が大きくなっていた。
【解決手段】ノイズ除去用チョークコイルは、発熱する電子部品１０が配置され貫通孔３４が形成された本体部３３と、本体部の一面に立設された複数のフィン３６とを含む放熱器３２と；貫通孔を覆うように取り付けられたコイル保持板５０と；フィンにより区画される空洞部４７内に配置されたコイル部４２と、コイル部の両端から延びコイル保持板に保持された一対の引出し部４５とを含むコイル４０と；から成る。放熱器のフィン間で区画される空洞部内にコイル部が配置されているので、フィン間を流通する流体によりコイル部が冷却される。このため、コイルの線径を小さくすることが可能となり、チョークコイルの体格が小さくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は電力変換器等で発生するノイズを除去するノイズ除去用チョークコイルに関する。

電源ライン等にスイッチング素子を含む機器（例えば電力変換器）が挿入されている場合、スイッチング時にノイズが発生する。このノイズは、伝導、放射により伝搬し、他の機器に悪影響を及ぼす。電源ライン等ではノイズを除去するために種々のノイズフィルタが使用されており、その一種にチョークコイルとコンデンサとを含むノイズフィルタがある。たとえば従来のコンバータ用平滑回路（特許文献１参照）は、二つのノイズ除去用チョークコイルと二つのコンデンサとを含む４次フィルタを採用している。

チョークコイルは通常コアとコイルとから成る。しかし、場合によってはコアを含まない空芯コイルを採用することがある（特許文献２参照）。たとえば、ノイズフィルタが二つのチョークコイルを直列に有する場合、低体格かつ低コストを実現するために、片方のチョークコイルを空芯コイルとすることがある。
特開２００１−２１８９４８号公報特開２００２−２８０８６０号公報

チョークコイルにおいて所定のインダクタンスを確保する場合、コアの断面積を大きくしたり、コイルの巻き数を多くする必要があるが、いずれの場合においてもコイルの配線長が長くなる。その場合、コイルの電気抵抗が増加するため、発熱が大きくなる。

これに対して、上記特許文献２の従来の空芯コイルから成るチョークコイルは密閉されたケース内にコイルが収容されており、放熱性が良いとは言えない。発熱量を抑えるためにはコイルの線径を太くして断面積を大きくしなければならず、その結果、チョークコイルの体格が大きくなる。

本願の発明者は、チョークコイルを機器の外部に配置すること、即ち電子部品等の発熱を放散する放熱器のフィン部周辺にチョークコイルを取り付けることで、フィンを冷却する流体によりコイル部も冷却できることを着目した。本発明によるノイズ除去用チョークコイルは、請求項１に記載したように、発熱する電子部品等が配置された本体部と、該本体部に立設されたフィン部とを含む放熱器と、該放熱器に貫通孔が施され、その空間に配置されたコイル部と、から成る。また、コイル部はコイルのみの空芯コイルが望ましいが、コアを含んで構成する場合もある。

請求項２のチョークコイルは、放熱器のフィンに流れる流体の流れる方向と、コイル部の巻き方向とが略同じである。

本発明にかかるノイズ除去用チョークコイルによれば、機器の外部に配置されたチョークコイルが放熱されることで温度が下がるので、発熱量を抑制できる。また発熱量が抑制されるので銅線を細くすることができる。また、コアを使用する場合にはコアの温度も下がるのでコア断面積を低減することが可能であり、それによりコイルの配線長を低減することができる。以上より、チョークコイルの体格を小さくできる。

請求項２のノイズ除去用チョークコイルによれば、放熱器のフィン間に介在する流体の流れを妨げないようにコイルが配置されている。このため、チョークコイルの挿入よる圧損の増加は少ないため、フィン部の放熱性を低減することも少ない。

＜ノイズ除去用チョークコイル＞
本発明のノイズ除去用チョークコイルは放熱器、保持板及びコイルにより構成する。スイッチング素子を含む機器（例えば電力変換器等）の近くに配置され、これらを流れる電流のリプルを除いて電流を平滑することにより、電力変換器等の外部へノイズが放出されることを防止する。

（イ）放熱器
放熱器は放熱性の良い材料から成り、発熱する電子部品（たとえばスイッチング素子）の発熱を放散するもので、本体部と、その一面に形成された多数のフィンとを含む。本体部は例えば矩形板状を持ち、その一部に貫通孔が形成されている。貫通孔の位置は本体部の中央でも中央から何れかの方向にずれていても良く、形状は矩形状でも円形状でも良い。本体部の貫通孔以外の部分即ち周辺部にフィンが立設されている。よって、本体部の一部に形成された貫通孔にフィンは形成されておらず、たとえば直方体形状の空洞部が区画されている。また、放熱する形態は自然空冷、強制空冷のどちらでも良い。

（ロ）コイル保持板
コイル保持板はチョークコイルの一対の引出し部を保持するものであり、例えば樹脂から成る。一対の引き出し部はコイル保持板の成形時に型内にセットすることもできる。電力変換器などの機器の内部を外部から密封する必要があれば、放熱板の上面又は下面に貫通孔を覆う状態で載置することもでき、貫通孔を覆うことができれば矩形状でも円形状でも良い。

（ハ）コイル
コイルはエッジワイズ状のコイル部とその両端から引き出された一対の引出部を含み、上記フィンが区画する空洞部に配置され、引出し部は保持板により保持されている。コイルとフィン間が同一直線上に整列していること、及びコイル部の巻き線方向とフィンの方向とが同じ向きでありフィン間を流れる流体が妨げられないように構成されることが望ましい（請求項２）。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。これは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側に配置されたノイズフィルタのチョークコイルに本発明が適用された場合である。

（構成）
図１のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、トランス１０の１次コイル１１と直列にスイッチング素子（トランジスタ）１５が接続され、このスイッチング素子１５は制御回路（不図示）により所定の周波数でオンオフされる。トランス１０の２次コイル１２には整流用第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８が接続され、その下流にノイズフィルタ（平滑回路）２０が配置されている。ノイズフィルタ２０は高位ライン２１に挿入された上流側のノイズ除去用第１チョークコイル２４及び下流側の第２チョークコイル３０と、高位ライン２１と低位ライン２２との間に挿入された第１コンデンサ２６及び第２コンデンサ２７とを含む。

図２及び図３に下流側の第２チョークコイル３０の詳細を示す。この第２チョークコイル３０はフィン付きの放熱プレート３２、コイル保持板５０及び空芯コイル４０から成る。放熱プレート３２は電子部品（不図示）の発熱を放散するもので、矩形板状の本体部３３と、その下面に形成された多数のフィン３６とを含む。

図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）並びに図３（ａ）（ｂ）から分かるように、本体部３３は中央に矩形状の貫通孔３４を備えており、フィン３６は本体部３３の下面の周辺部に形成されている。より詳しくは、本体部３３の一端（左端）３３ａ及び他端（右端）３３ｂに全幅に形成されたフィン部３７ａ及び３７ｂと、貫通孔３４の両側３３ｃに形成されたフィン部３７ｃとを含む。

空芯コイル４０は環形状のコイル部４２と、その両端から延びた一対の引出し部４５とを含む。フィン３６で区画される直方体形状の空洞部４７内にコイル部４２が収容され、その周囲をフィン３６が包囲している。コイル部４２も、フィン３６と同様に外部に露出して配置されている。両側のフィン部３７ｃの延在方向（図３（ａ）で上下方向）と、コイル部４２の巻き方向とはほぼ一致し、かつ、フィン３７ｃ間のピッチとコイル部４２のピッチが同一もしくは整数倍である。放熱プレート３２の本体部３３の貫通孔３４を貫通して上方に延びた一対の引出し部４５が樹脂製のコイル保持板５０に保持されている。コイル保持板５０は本体部３３の貫通孔３４よりも大きい矩形状を持ち、貫通孔３４を覆いその周縁に載置されている。なお、引出し部は４５はコイル保持板５０の成形時にこれに保持されたものである。

（作用）
このＤＣ−ＤＣコンバータにおいてトランジスタ１５がオンしている期間は、トランス１０の１次コイル１１に入力電圧が印加され、２次コイル１２に電圧が誘起される。この誘起電圧は第１ダイオード１７の順方向電圧となり、負荷（不図示）に電流が流れ、第１及び第２チョークコイル２４及び３０にエネルギが蓄えられる。トランジスタ１５がオフすると、１次コイル１１への電力供給が停止し、第１、第２チョークコイル２４，３０に蓄えられたエネルギが第２ダイオード１８を通して負荷に流れる。

ＤＣ−ＤＣコンバータの動作時にトランジスタ１５等で発生する熱は放熱プレート３２のフィン３６を介して外気に放熱される。また、空芯コイル４０で発生する熱はコイル部４２を介して外気に放熱される。

（効果）
このノイズ除去用第２チョークコイル３０によれば、以下の効果が得られる。第１に、空芯コイル４０のコイル部４２が積極的に冷却（空冷）される。その理由は、放熱プレート３２のフィン３６と同様、空芯コイル４０のコイル部４２をＤＣ−ＤＣコンバータの外部に露出させて空気に接触可能としたためである。その結果、空冷により空芯コイル４０の温度上昇が抑制されるので、線径を太くすることが不要となり、体格の小型化が可能である。また、空芯コイル４０のコイル部４２の回りを空気が流れ易くし、冷却効率を良くしたことにより、フィンの冷却能力を損なわないことである。これは、空芯コイル４０のコイル部４２の巻き線方向と放熱プレート３２のフィン３６のフィン部３７ｃとが同じ方向を向き、外気は図３（ｂ）に矢印で示す方向に流れやすいためである。また、更にコイルを冷却させる場合には、フィン部３７ｃ間のすきま３７ｄに、コイル部４２の端部が配置すれば、コイルの冷却効率も上昇する。

本発明のノイズ除去用チョークコイルを含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路説明図である。（ａ）は本発明の実施例を示す正面図、（ｂ）は同じく平面図、（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１０：トランス１５：トランジスタ
２０：ノイズフィルタ２４，３０：チョークコイル
３２：放熱器３３：本体部
３４：貫通孔３６：フィン
４０：空芯コイル４２：コイル部
４５：引出し部４７：空洞部
５０：コイル保持板

Claims

発熱する電子部品等が配置された本体部と、該本体部に立設されたフィン部とを含む放熱器と、
該放熱器に貫通孔が施され、その空間に配置されたコイル部と、から成り、
該放熱器のフィンを冷却する流体により該コイル部も冷却することを特徴とするチョークコイル。
該放熱器のフィンに流れる該流体の流れ方向と、該コイル部の巻き方向とが略同じである請求項１に記載のチョークコイル。