JP2008140801A - チョークコイルユニット、およびこれを用いたパワー機器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐振動性が高く、かつ発熱の分散と放熱性に優れており、しかも線径の細い低コストの電線を用いることができるチョークコイルユニットを提供する。
【解決手段】リング状の磁性体コア５に電線６を巻回してなる複数個のチョークコイル１と、これらのチョークコイル１が実装されるプリント基板２と、各チョークコイル１およびプリント基板２を覆う風路ガイドケース３とを備え、各チョークコイル１は、プリント基板２上に三角格子状に配置されており、各チョークコイル１とプリント基板２は接着剤１１で接着固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、数十Ａ以上の大電流パワー機器に用いられるチョークコイル、およびこれを用いたパワー機器に関する。

一般に、数十Ａ以上の大電流のパワー機器においては、電源平滑用やノイズフィルタ用等の用途にチョークコイルが使用されている。このチョークコイルとしては、従来、線径の大きい断面円形の電線や平角電線が用いられている。例えば、特許文献１記載の従来技術のチョークコイルでは、平角電線をめがね形に積層し巻回した構成のものが提案されている。

特開平０７−１３０５６０号公報

ところで、大電流を許容するために平角電線を巻回したチョークコイルは、大型かつ大重量である。そのため、輸送時等の振動により、チョークコイルと他部品を接続する端子部のゆるみが生じ易い。また、平角電線を積層して巻回しているため、平角電線の発熱を放熱するのが難しい。その対策として、チョークコイルの温度上昇を抑えるために断面積の大きい平角電線を用いると、さらに大型かつ大重量となってしまうという不具合がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、耐振動性が高く、かつ発熱の分散と放熱性に優れており、しかも線径の細い低コストな電線を用いることができるチョークコイルユニット、およびこれを用いたパワー機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、次の構成を採用している。
すなわち、本発明のチョークコイルユニットは、リング状の磁性体コアに電線を巻回してなる複数個のチョークコイルと、これらのチョークコイルが実装されるプリント基板と、各チョークコイルおよびプリント基板を覆う風路機構とを備え、各チョークコイルは、プリント基板上に三角格子状に配置されており、各チョークコイルとプリント基板が接着剤で接着固定されていることを特徴としている。
なお、各チョークコイルとプリント基板を接着固定する位置は各チョークコイルの風下側が望ましい。

本発明によれば、チョークコイルを三角格子状に配置して実装したことによる重量の分散と振動防止部材としての接着剤の振動吸収効果により耐振動性が向上する。また、チョークコイルは、風路機構で覆われており、かつ、接着剤が壁の役目を果たすので、チョークコイルに風が当たる。これにより、発熱の分散と放熱性が向上するため、線径の細い電線を用いた低コストのチョークコイルユニットを提供することが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるチョークコイルユニットの一部を省略して示す平面図、図２は同チョークコイルユニットの一部を示す側面図、図３は同チョークコイルユニットの電気的な等価回路図である。

この実施の形態１のチョークコイルユニットは、複数個（本例では６個）のチョークコイル１と、これらのチョークコイル１が実装されるプリント基板２と、各チョークコイル１およびプリント基板２を覆う風路機構としての風路ガイドケース３とを備える。

上記の各チョークコイル１は、リング状の磁性体コア５に断面が円形で線径の細い銅線等からなる電線６を巻回して構成されており、これらの各チョークコイル１が、プリント基板２上に磁性体コア５の軸心が当該基板２と直交した状態で、かつ平面視で三角格子状に分散して配置されている。そして、各磁性体コア５に巻回された電線６の両端部がプリント基板２上に形成された銅箔の配線パターン７に半田８で固着されて電気的に接続されている。

この場合の各チョークコイル１の電気的な接続は、図３に示すように、配線パターン７によって一対のチョークコイル１が互いに並列接続されるとともに、これら一対のチョークコイル１が互いに直列に接続されている。

これにより、複数の磁性体コア５に電線６が分割して巻回されるので、各チョークコイル１に流れる電流が分散することで各チョークコイル１から発生する発熱を抑えることができる。また、各チョークコイル１が複数に分散されて平面配置されているため、従来のように単一のチョークコイル１を用いる場合よりもチョークコイル１の一つずつの重さが軽くなって耐振動性が向上する。

しかも、配線パターン７は、プリント基板２上に平面的に形成されているため、各チョークコイル１を電気的に接続をする役目を果たすだけでなく、チョークコイル１の発熱を分散させる役目も果たす。さらに、一般的にチョークコイル１は他の部品等が発生する漏洩磁束の影響を受けるとノイズ除去能力が低下するという問題があるが、上記のようにプリント基板２上に配線パターン７を形成することで、配線パターン７が電磁シールド板の役目を果たし、漏洩磁束を遮蔽することができる。

なお、各チョークコイル１をプリント基板２へ半田８で固定する方法としては、フロー半田付け等を適用することで複数のチョークコイル１をプリント基板２に一度に半田付けできるため、チョークコイル１が複数個あっても組み立て性の低下は生じない。

風路ガイドケース３は、金属製または樹脂製のもので、プリント基板２上に立設された複数の支柱９により支持されてプリント基板２と平行に配置されている。特に、風路ガイドケース３を金属製とした場合には、これが電磁シールド板となり、チョークコイル１への漏洩磁束を遮蔽することができる利点がある。

また、各支柱９は、金属製または樹脂製のもので、プリント基板２や風路ガイドケース３との間はネジ止めや半田付けにより固定されている。支柱９とプリント基板２との間を半田付けする場合には、支柱９は半田付け可能な金属製のもの、あるいは、半田付けできる金属でメッキすることで対処可能である。なお、風路ガイドケース３と支柱９が共に導電性の場合には、両者３，９の接続部間に絶縁材を介在させることで、配線パターン７の上に支柱９を立設した場合でも、支柱９と風路ガイドケース３との間を電気的に絶縁できるため、支柱９と風路ガイドケース３を介してショートすることを防ぐことができる。

そして、プリント基板２と風路ガイドケース３の間に風を流してチョークコイル１を冷却する。この場合、冷却風は冷却ファンを用いた強制対流とするのが好ましいが、その他、プリント基板２を地面と垂直に配置して両者２，３の間に上昇気流を自然発生させるようにしてもよい。

上記のようにプリント基板２と風路ガイドケース３の間に風を流す場合、この実施の形態１のように各チョークコイル１を三角格子状に配置しておくことで、冷却風は、図４に破線で示すように各チョークコイル１の外周面に沿って流れるため、チョークコイル１の外周面を均一に冷却することができる。しかも、プリント基板２は風路ガイドとしての役目を同時に果たすので、この冷却風によって冷却されることになる。そのため、チョークコイル１の発熱が伝導した配線パターン７も同時に冷却される。

この実施の形態１において、各チョークコイル１が直並列に分散されて冷却される構成のため、上述したように局部的な発熱は生じにくいが、半田８で固定した部分には局部的な発熱や振動等による応力が発生し易く、そのため半田クラックが発生し易くなる。特に、半田付け部への応力は振動等によって生じるプリント基板２とチョークコイル１の変位の大きさに比例して大きくなる。

そこで、この実施の形態１では、チョークコイル１をプリント基板２に半田付けするのに加えて、シリコン接着剤１１を用いて、チョークコイル１とプリント基板２とを固定接着している。この場合、図５に示すように、チョークコイル１の中心部へ風を効率良く導くことができるように、各チョークコイル１とプリント基板２を接着固定する位置は各チョークコイル１の風下側が望ましい。

これによって、シリコン接着剤１１はプリント基板２とチョークコイル１の変位を小さくして振動等による応力を吸収するとともに、冷却風をチョークコイル１の中心部に導く作用も果たすため、チョークコイル１の冷却性がさらに向上する。

以上のように、この実施の形態では、重量の分散とシリコン接着剤１１の振動応力吸収効果による耐振動性の向上が実現される。また、冷却されにくいチョークコイル１の中心部にも風が流れてチョークコイル１の冷却性が向上するため、線径の細い電線６を用いた低コストなチョークコイル１を使用してチョークコイルユニットを構成することができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２におけるチョークコイルユニットの一部を示す側面図、図７は風路ガイドケース３を支持する支柱９の配置位置を模式的に示す説明図である。

この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、風路ガイドケース３は、プリント基板２上に立設された複数の支柱９により支持されているが、この実施の形態２の特徴として、各支柱９は、隣り合う複数のチョークコイル１の中心からの距離が等しくなる位置、すなわち、隣り合う複数のチョークコイル１の重心位置に設けられていることである。なお、この場合の支柱９の形状は、図８（ａ）に示すような円柱、あるいは図８（ｂ）に示すような多角柱のいずれの形状であってもよい。

この重心位置に支柱９を設けてプリント基板２と風路ガイドケース３とを固定することで、振動等による応力がプリント基板２と風路ガイドケース３全体に均一に分散される。また、支柱９によって、半田クラックが生じやすいプリント基板２と垂直方向の振動応力が吸収される。

また、冷却風を流す場合、各チョークコイル１の重心付近が風の淀み点となり、この位置に冷却風が流れにくくなることがある。しかし、この実施の形態２では、この淀み点に支柱９を配置しているため、冷却風の淀み点を無くし、支柱９によって冷却風を導くことができる。これにより、各チョークコイル１の外周に沿った均一な冷却風を生じさせることができる。

そして、各チョークコイル１で生じた発熱を配線パターン７→支柱９→風路ガイドケース３という経路で分散することができる。特に、配線パターン７と支柱９とを半田付けとすると、この接続部の熱抵抗が小さくなるため、チョークコイル１で発生した熱の分散効果が高くなるので、発熱が分散されにくいプリント基板２の中央部において有効である。

このように、この実施の形態２では、重量の分散と振動応力の吸収効果による耐振動性の向上が実現される。また、風の流れの淀みが無くなり実施の形態１の場合よりもさらに冷却性が向上する。
その他の構成および作用効果は実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

なお、上記の実施の形態１，２において、プリント基板２には複数のチョークコイル１だけでなく、他の電気部品を同時に実装し、チョークコイル１と他の電気部品とを配線パターン７で互いに接続することでパワー機器を構成することもできる。このようすれば、製品組み立てが容易となるとともに、パワー機器全体をコンパクト化することができる。
また、上記の実施の形態１，２において、風路機構として風路ガイドケース３を使用しているが、チョークコイル１に効率良く風を流すことができれば必ずしもケース状になっている必要はない。

本発明の実施の形態１におけるチョークコイルユニットを一部省略して示す平面図である。 同チョークコイルユニットの一部を示す側面図である。 同チョークコイルユニットの電気的な等価回路図である。 本発明の実施の形態１においてチョークコイルの周りの風の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態１においてシリコン接着剤を固着させる位置を示す側面図である。 本発明の実施の形態２におけるチョークコイルユニットの一部を示す側面図である。 本発明の実施の形態２において風路ガイドケースを支持する支柱の配置位置を示す説明図である。 本発明の実施の形態２における支柱の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２において支柱の周りの風の流れを示す説明図である。

符号の説明

１ チョークコイル、２ プリント基板、３ 風路ガイドケース（風路機構）、
５ 磁性体コア、６ 電線、７ 配線パターン、８ 半田、９ 支柱、
１１ シリコン接着剤。

Claims (4)

1. リング状の磁性体コアに電線を巻回してなる複数個のチョークコイルと、これらのチョークコイルが実装されるプリント基板と、上記各チョークコイルおよび上記プリント基板を覆う風路機構とを備え、上記各チョークコイルは、上記プリント基板上に三角格子状に配置されており、かつ、上記各チョークコイルと上記プリント基板は接着剤で接着固定されていることを特徴とするチョークコイルユニット。
2. 上記各チョークコイルと上記プリント基板を上記接着剤で接着固定する位置は上記各チョークコイルの風下側としたことを特徴とする請求項１記載のチョークコイルユニット。
3. 上記風路機構は風路ガイドケースからなり、この風路ガイドケースは上記プリント基板上に立設された複数の支柱により支持され、上記各支柱は、隣り合う複数のチョークコイルの中心からの距離が略等しくなる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜２記載のチョークコイルユニット。
4. 請求項１または請求項２に記載のチョークコイルユニットを備えるとともに、上記プリント基板上には上記チョークコイルに加えて他の電気部品が実装されていることを特徴とする請求項１〜３に記載のパワー機器。

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