JP2009088250A - コア及びこれを用いたトランス、並びに、スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上側梁部にて発生する熱の放熱ルートを拡大することによって、コアの放熱特性をよりいっそう改善する。
【解決手段】下側梁部１１、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４を含み、下側梁部１１の断面積をＳ_Ｌ、上側梁部１２の断面積をＳ_Ｕ、主脚部１３の断面積をＳ_Ｍとした場合、Ｓ_Ｌ≦Ｓ_Ｍ／２≦Ｓ_Ｕ 且つ、Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｕを満たしている。このように、上側梁部１２からの放熱ルートとなる主脚部１３の断面積を十分に確保していることから、ベースプレート上に載置した際、上側梁部１２にて発生した熱をベースプレートへ効果的に放熱することが可能となる。さらに、下側梁部１１の断面積が縮小されていることから、上側梁部１２とベースプレートとの距離が短縮され、上側梁部１２にて発生した熱をベースプレートへ効果的に放熱することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はトランスに用いるコアに関し、特に、放熱特性が改善されたコアに関する。また、本発明は、このようなコアを用いたトランスに関する。また、本発明はこのようなトランスを用いたスイッチング電源装置に関する。

スイッチング電源装置などに用いられるトランスは、動作時において発熱することから、放熱特性の高いコアを採用することが望ましい。放熱特性の改善されたコアとしては、特許文献１に記載されたコアが知られている。

特許文献１に記載されたコアは、ベースプレート側に位置させる下側梁部の厚さを薄くし、その分、上側梁部の厚さを増大させた構造を有している。かかる構造により、放熱性の高い下側梁部における発熱量が増大し、放熱性の低い上側梁部における発熱量が減少することから、コアの温度分布をほぼ一定とすることが可能となるとされている。
実開平２−１２９７１６号公報

しかしながら、単に上側梁部の厚さを厚くしても、上側梁部にて発生する熱の放熱ルートが十分に確保されないため、実際には上側梁部に熱が蓄積しやすい場合があった。また、巻線が巻回される主脚部の発熱についても考慮されていない。このため、特に発熱量の大きいトランスにおいては、特許文献１に記載のコアよりもさらに温度特性の優れたコアを用いることが望まれる。

したがって、本発明の目的は、上側梁部にて発生する熱の放熱ルートを拡大することによって、コアの放熱特性をよりいっそう改善することである。

また、本発明の他の目的は、主脚部の発熱を考慮することによって、コアの放熱特性をよりいっそう改善することである。

また、本発明のさらに他の目的は、このようなコアを用いたトランスを提供することである。

また、本発明のさらに他の目的は、このようなトランスを用いたスイッチング電源装置を提供することである。

本発明によるコアは、巻線が巻回される主脚部と、主脚部を介して互いに対向する位置に設けられた第１梁部及び第２梁部とを含むコアであって、第１梁部の単位磁束当たりの断面積をＳ_１、第２梁部の単位磁束当たりの断面積をＳ_２、主脚部の単位磁束当たりの断面積をＳ_３とした場合、
Ｓ_１≦Ｓ_３≦Ｓ_２ 且つ、
Ｓ_１＜Ｓ_２
を満たしていることを特徴とする。

本発明によれば、第１梁部、主脚部及び第２梁部における磁束密度をそれぞれＢ_１、Ｂ_３及びＢ_２とすると、
Ｂ_１≧Ｂ_３≧Ｂ_２ 且つ、
Ｂ_１＞Ｂ_２
となる。つまり、第１梁部がベースプレートなどの放熱体と直接的又は間接的に接するようにコアを載置すると、放熱性の低い部分ほど磁束密度が低くなることから、放熱性の低い部分ほど発熱量を小さくすることが可能となる。しかも、第２梁部からの放熱ルートとなる主脚部の断面積を十分に確保していることから、第２梁部にて発生した熱をベースプレート等の放熱体へ効果的に放熱することが可能となる。さらに、第１梁部の断面積が縮小されていることから、第２梁部及び主脚部とベースプレート等との距離が短縮され、第２梁部及び主脚部にて発生した熱をベースプレート等へ効果的に放熱することが可能となる。これらにより、コア全体として高い放熱特性を得ることが可能となる。ここで、「直接的又間接的に接する」とは、第１梁部と放熱体との間に、接着剤や取り付け部材などが介在するケースを含む意である。

本発明の効果をより高めるためには、Ｓ_１＜Ｓ_３を満たしていることが好ましく、Ｓ_３＜Ｓ_２を満たしていることもまた好ましい。特に、Ｓ_１＜Ｓ_３＜Ｓ_２を満たしていることが最も好ましい。

本発明においては、第１梁部の平面積が第２梁部の平面積よりも大きいことが好ましい。これによれば、ベースプレートとの接触面積が拡大されるとともに、第１梁部の厚さが薄くなることから、より高い放熱特性を得ることが可能となる。

本発明において、コアは、第１梁部の略端部及び第２梁部の略端部と接する少なくとも一つの側脚部をさらに含んでおり、側脚部の単位磁束当たりの断面積をＳ_４とした場合、
Ｓ_１≦Ｓ_４≦Ｓ_２ 且つ、
Ｓ_１＜Ｓ_２
を満たしていることが好ましい。これによれば、側脚部の発熱を抑制することができるとともに、側脚部を介した第２梁部の放熱特性を改善することが可能となる。少なくとも一つの側脚部は、第１及び第２梁部の一端と接する第１側脚部と、第１及び第２梁部の他端と接する第２側脚部とを含んでいることが好ましい。すなわち、本発明はいわゆるＥＥ型、ＥＩ型又は日の字型コアに適用することが好適である。

また、本発明によるトランスは、上記のコアと、コアの主脚部に巻回された巻線とを備えることを特徴とする。本発明によれば、放熱性の高いトランスが提供されることから、トランスが伝送する電力を増やしたり、トランスを小型化することが可能となる。

また、本発明によるスイッチング電源装置は、上記のトランスを備えることを特徴とする。これによれば、トランスにて発生する熱が効率よく排出されることから、信頼性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。

このように、本発明によるコアは、第１梁部が放熱体と直接的又は間接的に接するようにコアを載置した場合、第２梁部にて発生する熱の放熱ルートが拡大される。しかも、主脚部の発熱が考慮された構造を有していることから、従来に比べ、高い放熱特性を得ることが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。また、図２は、図１に示すコアを用いたトランスをベースプレートに載置した状態を示す模式的な断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるコア１０は、第１梁部である下側梁部１１、第２梁部である上側梁部１２、主脚部１３及び一対の側脚部１４を有している。下側梁部１１は、実装時において図２に示すベースプレート１００と直接的又は間接的に接する載置面１１ａを有する板状体である。上側梁部１２は、下側梁部１１と対向する板状体である。主脚部１３は、下側梁部１１の中央部及び上側梁部１２の中央部と接する柱状体である。側脚部１４は、下側梁部１１の端部及び上側梁部１２の端部と接する板状体である。側脚部１４は一対備えられており、下側梁部１１及び上側梁部１２の一端と接する第１側脚部と、下側梁部１１及び上側梁部１２の他端と接する第２側脚部とによって構成されている。これにより、コア１０の全体形状はＥＥ型、ＥＩ型又は日の字型である。

本実施形態によるコア１０は、下側梁部１１、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４の断面積をそれぞれＳ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓとした場合、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＝Ｓ_Ｕ
を満たしている。ここで「断面積」とは、図２に示すように、主脚部１３に巻線１９を巻回することによりトランスを構成した場合、磁束Ｍと直交する方向における面積を指す。主脚部１３の断面積Ｓ_Ｍを２で割っているのは、図２に示すように、この部分には他の部分の２倍の磁束が形成されるからである。したがって、下側梁部１１、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４の単位磁束当たりの断面積をそれぞれＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４とすると、
Ｓ_１＜Ｓ_２＝Ｓ_３＝Ｓ_４
となる。

本実施形態においては、下側梁部１１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部１２の平面積Ｐ_Ｕが一致している。このため、下側梁部１１の厚さＴ_Ｌは、上側梁部１２の厚さＴ_Ｕよりも薄い。ここで「平面積」とは、磁束Ｍと平行な方向における面積を指す。

かかる構成により、図２に示すように、下側梁部１１、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４における磁束密度をそれぞれＢ_Ｌ、Ｂ_Ｕ、Ｂ_Ｍ、Ｂ_Ｓとすると、本実施形態では、
Ｂ_Ｌ＞Ｂ_Ｍ＝Ｂ_Ｓ＝Ｂ_Ｕ
となる。つまり、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４の磁束密度が相対的に低くなることから、ベースプレート１００と接することにより放熱性の高い下側梁部１１と比べ、相対的に放熱性の低い部分の発熱が抑制される。しかも、主脚部１３の断面積Ｓ_Ｍが上側梁部１２の断面積Ｓ_Ｕの２倍に設定されていることから、上側梁部１２からの放熱ルートを十分に確保することが可能となる。つまり、特許文献１に記載されたコアのように主脚部１３の断面積Ｓ_Ｍが小さい場合、上側梁部１２における発熱を低減させたとしても、発生した熱を放出するルートが狭いため上側梁部１２に熱が溜まりやすくなる。これに対し、本実施形態によるコア１０では、主脚部１３の断面積Ｓ_Ｍが十分に確保されていることから、主脚部１３自体の発熱が抑制されるだけでなく、上側梁部１２の放熱特性を高めることが可能となる。

さらに、本実施形態では、下側梁部１１の厚さＴ_Ｌが低減されていることから、上側梁部１２、主脚部１３及び側脚部１４とベースプレート１００との距離が短縮される。その結果、これらの部分にて発生した熱をベースプレート１００へ効果的に放熱することが可能となる。

また、本実施形態では、下側梁部１１及び上側梁部１２の奥行きが主脚部１３と同等であり、これらの平面積Ｐ_Ｌ，Ｐ_Ｕが小さいことから、製造時において、コア１０又はその一部分を平面的に多数個並べて焼成する際、一度に焼成できる数を増やすことができる。このため、製造コストを削減することも可能となる。

図３は、本発明の好ましい第２の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。

図３に示すように、本実施形態によるコア２０は、下側梁部２１、上側梁部２２、主脚部２３及び一対の側脚部２４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓが
Ｓ_Ｌ＝Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしている。したがって、下側梁部２１、上側梁部２２、主脚部２３及び側脚部２４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＝Ｓ_３＝Ｓ_４＜Ｓ_２
となる。本実施形態においても、下側梁部２１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部２２の平面積Ｐ_Ｕが一致しており、このため、下側梁部２１の厚さＴ_Ｌが上側梁部２２の厚さＴ_Ｕよりも薄い。

かかる構成により、下側梁部２１、上側梁部２２、主脚部２３及び側脚部２４における磁束密度Ｂ_Ｌ、Ｂ_Ｕ、Ｂ_Ｍ、Ｂ_Ｓは、
Ｂ_Ｌ＝Ｂ_Ｍ＝Ｂ_Ｓ＞Ｂ_Ｕ
となる。これにより、上側梁部２２の磁束密度が相対的に低くなることから、上側梁部２２の発熱が抑制される。しかも、主脚部２３の断面積Ｓ_Ｍが下側梁部２１の断面積Ｓ_Ｌの２倍に設定されていることから、上側梁部２２からの放熱ルートを十分に確保することが可能となる。さらに、下側梁部２１の厚さＴ_Ｌが低減されていることから、上側梁部２２、主脚部２３及び側脚部２４とベースプレート１００との距離が短縮され、これらの部分にて発生した熱をベースプレート１００へ効果的に放熱することが可能となる。

本実施形態によるコア２０は、第１の実施形態によるコア１０の下側梁部１１及び上側梁部１２の厚さＴ_Ｌ，Ｔ_Ｕを増大させた構造と考えることができる。これにより、コア１０と比べると、上側梁部２２、主脚部２３及び側脚部２４とベースプレート１００との距離が長くなるが、磁束密度が全体的に低くなる。その結果、第１の実施形態によるコア１０よりも温度上昇率を低く抑えることが可能となる。本実施形態においても、下側梁部２１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部２２の平面積Ｐ_Ｕが小さいことから、製造コストを削減することが可能となる。

図４は、本発明の好ましい第３の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。

図４に示すように、本実施形態によるコア３０は、下側梁部３１、上側梁部３２、主脚部３３及び一対の側脚部３４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓが
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしている。したがって、下側梁部３１、上側梁部３２、主脚部３３及び側脚部３４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＜Ｓ_３＝Ｓ_４＜Ｓ_２
となる。本実施形態においても、下側梁部３１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部３２の平面積Ｐ_Ｕが一致しており、このため、下側梁部３１の厚さＴ_Ｌが上側梁部３２の厚さＴ_Ｕよりも薄い。

かかる構成により、下側梁部３１、上側梁部３２、主脚部３３及び側脚部３４における磁束密度Ｂ_Ｌ、Ｂ_Ｕ、Ｂ_Ｍ、Ｂ_Ｓは、
Ｂ_Ｌ＞Ｂ_Ｍ＝Ｂ_Ｓ＞Ｂ_Ｕ
となる。これにより、ベースプレート１００から離れるほど磁束密度が低くなり、発熱の少ない構造を得ることが可能となる。しかも、主脚部３３の断面積Ｓ_Ｍが下側梁部３１の断面積Ｓ_Ｌの２倍以上に設定されていることから、上側梁部３２からの放熱ルートを十分に確保することが可能となる。さらに、下側梁部３１の厚さＴ_Ｌが低減されていることから、上側梁部３２、主脚部３３及び側脚部３４とベースプレート１００との距離が短縮され、これらの部分にて発生した熱をベースプレート１００へ効果的に放熱することが可能となる。

本実施形態によるコア３０は、第１の実施形態によるコア１０の上側梁部１２の厚さＴ_Ｕを増大させた構造と考えることができる。これにより、上側梁部３２、主脚部３３及び側脚部３４とベースプレート１００との距離をコア１０と同程度としつつ、上側梁部３２の磁束密度Ｂ_Ｕをさらに低くすることができる。その結果、コア１０，２０よりも温度上昇率を低く抑えることが可能となる。しかも、コア２０よりも全体的なサイズが小さいという利点がある。また、本実施形態においても、下側梁部３１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部３２の平面積Ｐ_Ｕが小さいことから、製造コストを削減することが可能となる。

図５は、本発明の好ましい第４の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。

図５に示すように、本実施形態によるコア４０は、下側梁部４１、上側梁部４２、主脚部４３及び一対の側脚部４４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓは、コア１０と同様、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＝Ｓ_Ｕ
を満たしている。したがって、下側梁部４１、上側梁部４２、主脚部４３及び側脚部４４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＜Ｓ_２＝Ｓ_３＝Ｓ_４
となる。しかしながら、本実施形態においては、下側梁部４１の平面積Ｐ_Ｌが上側梁部４２の平面積Ｐ_Ｕよりも大きく、このため、下側梁部４１の厚さＴ_Ｌはコア１０における下側梁部１１の厚さＴ_Ｌよりも薄くされている。

かかる構成により、コア１０により得られる効果に加え、上側梁部４２、主脚部４３及び側脚部４４とベースプレート１００との距離がさらに短縮されることから、ベースプレート１００への放熱をより効果的に行うことが可能となる。

図６は、本発明の好ましい第５の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。

図６に示すように、本実施形態によるコア５０は、下側梁部５１、上側梁部５２、主脚部５３及び一対の側脚部５４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓは、コア２０と同様、
Ｓ_Ｌ＝Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしている。したがって、下側梁部５１、上側梁部５２、主脚部５３及び側脚部５４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＜Ｓ_４
となる。しかしながら、本実施形態においては、下側梁部５１の平面積Ｐ_Ｌが上側梁部５２の平面積Ｐ_Ｕよりも大きく、このため、下側梁部５１の厚さＴ_Ｌはコア２０における下側梁部２１の厚さＴ_Ｌよりも薄くされている。下側梁部５１の厚さＴ_Ｌは、コア１０における下側梁部１１の厚さＴ_Ｌと同程度とすることができ、このため、下側梁部５１の機械的強度を十分に確保することが可能である。

かかる構成により、コア２０により得られる効果に加え、上側梁部５２、主脚部５３及び側脚部５４とベースプレート１００との距離がさらに短縮されることから、ベースプレート１００への放熱をより効果的に行うことが可能となる。

図７は、本発明の好ましい第６の実施形態によるコアの構造を示す略斜視図である。

図６に示すように、本実施形態によるコア６０は、下側梁部６１、上側梁部６２、主脚部６３及び一対の側脚部６４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓは、コア３０と同様、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしている。したがって、下側梁部６１、上側梁部６２、主脚部６３及び側脚部６４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＜Ｓ_３＝Ｓ_４＜Ｓ_２
となる。しかしながら、本実施形態においては、下側梁部６１の平面積Ｐ_Ｌが上側梁部６２の平面積Ｐ_Ｕよりも大きく、このため、下側梁部６１の厚さＴ_Ｌはコア３０における下側梁部３１の厚さＴ_Ｌよりも薄くされている。

かかる構成により、コア３０により得られる効果に加え、上側梁部６２、主脚部６３及び側脚部６４とベースプレート１００との距離がさらに短縮されることから、ベースプレート１００への放熱をより効果的に行うことが可能となる。しかも、コア５０よりも全体的なサイズが小さいという利点がある。

本発明によるコアを用いたトランスは、スイッチング電源装置に用いることが可能である。

図８は、スイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。

図８に示すスイッチング電源装置２００は、直流入力電圧Ｖｉｎを直流出力電圧Ｖｏｕｔに変換するための装置（ＤＣ／ＤＣコンバーター）であり、直流出力電圧Ｖｉｎに含まれるノイズ成分を除去する入力フィルタ２０１と、入力フィルタ２０１の出力を交流に変換するスイッチング回路２０２と、スイッチング回路２０２の出力を変圧するトランス２０３と、トランス２０３の出力を直流に変換する整流回路２０４と、整流回路の出力を平滑化する平滑回路２０５とを備えている。このような構成を有するスイッチング電源装置２００において、トランス２０３のコアとして本発明によるコアを用いれば、トランス２０３にて発生する熱が効率よく排出されることから、スイッチング電源装置２００の信頼性を高めることが可能となる。

図８に示したスイッチング電源装置２００は、特に自動車用のスイッチング電源装置として利用することが好適である。

図９は、スイッチング電源装置２００を備えた自動車の主要部分を概略的に示すブロック図である。

図９に示すように、スイッチング電源装置２００を自動車用に用いた場合、スイッチング電源装置２００は、高圧バッテリー２１０と電気機器２２０及び低圧バッテリー２３０との間に設けられ、高圧バッテリー２１０より供給される約１４４Ｖや約２８８Ｖの高電圧を約１４Ｖに降圧してこれを電気機器２２０に供給するとともに、低圧バッテリー２３０を充電する役割を果たす。電気機器２２０としては、自動車に備えられるエアコンやオーディオ等が挙げられる。

高圧バッテリー２１０への充電は、発電装置２４０より供給される電力によって行われる。また、高圧バッテリー２１０の出力はモータ２５０にも供給され、モータ２５０は、高圧バッテリー２１０より供給される高電圧（約１４４Ｖや約２８８Ｖ）に基づいて駆動系２６０を駆動する。尚、燃料電池車においては燃料電池本体が発電装置２４０となり、ハイブリッド車においてはモータ２５０が発電装置２４０を兼ねることになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記の各実施形態においては、主脚部の断面積Ｓ_Ｍと側脚部の断面積Ｓ_Ｓとの関係が全てＳ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓに設定されているが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、Ｓ_Ｍ／２＞Ｓ_Ｓに設定しても構わないし、Ｓ_Ｍ／２＜Ｓ_Ｓに設定しても構わない。但し、側脚部は、ベースプレートからの距離が主脚部と等しく、且つ、主脚部と同様に上側梁部からの放熱ルートとなることから、下側梁部の断面積Ｓ_Ｌと上側梁部の断面積Ｓ_Ｕとの関係においては、側脚部の断面積Ｓ_Ｓを主脚部の断面積Ｓ_Ｍの１／２と同程度に設定することが望ましい。すなわち、
Ｓ_Ｌ≦Ｓ_Ｓ≦Ｓ_Ｕ 且つ、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｕ
に設定することが望ましい。

また、主脚部は周囲が巻線に囲まれるため、側脚部よりも巻線の損失の影響が大きくなり、温度が高くなりやすい。したがって、より好ましくは、上記条件に加え、さらに
Ｓ_Ｍ＞Ｓ_Ｓ
を満たすことで、巻線から受ける熱をより効果的にベースプレートに放熱し、コアの温度上昇を抑えることができる。

さらに、上記の各実施形態においては、１つの主脚部と２つの側脚部を有するいわゆる日の字型コア、ＥＥ型コア又はＥＩ型コアを例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、本発明をロの字型コア、ＵＵ字コア、ＵＩ字コアなどに適用することも可能である。ＵＵ字コアとはＵ字型のコアを２つ用いたコアであり、ＵＩ字コアとはＵ字型のコアとＩ字型のコアを用いたコアである。これらロの字型コア、ＵＵ字コア、ＵＩ字コアは、巻線が巻回される主脚部と、主脚部と略平行に配置された１つの側脚部と、主脚部及び側脚部の一端同士を接続する第１梁部と、主脚部及び側脚部の他端同士を接続する第２梁部とを有する環状体である。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。

まず、比較例サンプルとして、図１０に示すコア７０についてシミュレータを用いて温度上昇の解析を行った。図１０に示すコア７０は、下側梁部７１、上側梁部７２、主脚部７３及び一対の側脚部７４を有しており、これらの断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓは、図１１に示すとおりに設定した。すなわち、
Ｓ_Ｌ＝Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＝Ｓ_Ｕ
に設定されている。したがって、下側梁部７１、上側梁部７２、主脚部７３及び側脚部７４の単位磁束当たりの断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、
Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＝Ｓ_４
である。

また、下側梁部７１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部７２の平面積Ｐ_Ｕについても図１１に示されている。このように、下側梁部７１の平面積Ｐ_Ｌと上側梁部７２の平面積Ｐ_Ｕが一致しており、下側梁部７１の厚さＴ_Ｌも上側梁部７２の厚さＴ_Ｕと一致している。

このようなコア７０の下側梁部７１をアルミニウムベースプレートに密着させて放熱特性をシミュレーションした。そして、コアの各部において磁束密度に相当する損失を与えたときの、アルミニウムベースプレートに対する温度上昇を計算した。与えた損失は、Ｍｎ−Ｚｎ系低損失フェライト材料で、同等形状のサンプルを作製して、１００℃において周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度２００ｍＴの正弦波で磁束が変化したときの鉄損を測定した結果から、単位体積あたりの鉄損を計算した値を用いた。また、この測定と同時に、１００ｋＨｚ、１００℃時に最大磁束密度を変化させて鉄損を測定し、鉄損と磁束密度との関係式を求めている。これによれば、鉄損は磁束密度の２．７乗に比例するという結果が得られている。

次に、図１、図３〜図７に示したコア１０〜６０について、上記で測定した鉄損の磁束密度特性を基に、主脚部に最大磁束密度２００ｍＴが発生した時の各部の磁束密度を計算し、鉄損に換算して各部の断面積に相当する鉄損を与えたときの温度上昇率ΔＴを計算した。これらサンプルの断面積などについても図１１に示した。温度上昇率ΔＴは、比較例サンプルであるコア７０における温度上昇を１として比率で表したものである。

図１１に示すように、下側梁部と上側梁部の平面積Ｐ_Ｌ，Ｐ_Ｕが等しいタイプのコア１０，２０，３０の温度上昇率△Ｔは、それぞれ０．９５、０．７５、０．７２であり、いずれも比較例サンプルよりも温度上昇が少なかった。特に、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしているコア３０の温度上昇率△Ｔは、非常に小さかった。

また、図１１に示すように、下側梁部の平面積Ｐ_Ｌが広いタイプのコア４０，５０，６０の温度上昇率△Ｔは、それぞれ０．８７、０．６６、０．６４であり、いずれも比較例サンプルよりも温度上昇が少なかった。また、コア１０，２０，３０のうち断面積Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｍ、Ｓ_Ｓの関係が等しいものと比べた場合（すなわち、コア１０と４０、コア２０と５０、コア３０と６０を比べた場合）、下側梁部の平面積Ｐ_Ｌが広いタイプの方がより温度上昇が少なかった。特に、
Ｓ_Ｌ＜Ｓ_Ｍ／２＝Ｓ_Ｓ＜Ｓ_Ｕ
を満たしているコア６０の温度上昇率△Ｔは、非常に小さかった。

本発明の好ましい第１の実施形態によるコア１０の構造を示す略斜視図である。 図１に示すコア１０を用いたトランスをベースプレート１００に載置した状態を示す模式的な断面図である。 本発明の好ましい第２の実施形態によるコア２０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい第３の実施形態によるコア３０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい第４の実施形態によるコア４０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい第５の実施形態によるコア５０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい第６の実施形態によるコア６０の構造を示す略斜視図である。 スイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。 スイッチング電源装置２００を備えた自動車の主要部分を概略的に示すブロック図である。 比較例によるコア７０の構造を示す略斜視図である。 コア１０〜７０の形状と温度上昇率△Ｔとを示す表である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０ コア
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ 下側梁部
１１ａ 載置面
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２ 上側梁部
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３ 主脚部
１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４ 側脚部
１９ 巻線
１００ ベースプレート
２００ スイッチング電源装置
２０３ トランス
Ｂ 磁束密度
Ｍ 磁束
Ｐ 平面積
Ｓ 断面積

Claims (9)

1. 巻線が巻回される主脚部と、前記主脚部を介して互いに対向する位置に設けられた第１梁部及び第２梁部とを含むコアであって、
   前記第１梁部の単位磁束当たりの断面積をＳ_１、前記第２梁部の単位磁束当たりの断面積をＳ_２、前記主脚部の単位磁束当たりの断面積をＳ_３とした場合、
   Ｓ_１≦Ｓ_３≦Ｓ_２ 且つ、
   Ｓ_１＜Ｓ_２
   を満たしていることを特徴とするコア。
2. Ｓ_１＜Ｓ_３を満たしていることを特徴とする請求項１に記載のコア。
3. Ｓ_３＜Ｓ_２を満たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコア。
4. 前記第１梁部の厚さが前記第２梁部の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコア。
5. 前記第１梁部の略端部及び前記第２梁部の略端部と接する少なくとも一つの側脚部をさらに含んでおり、前記側脚部の単位磁束当たりの断面積をＳ_４とした場合、
   Ｓ_１≦Ｓ_４≦Ｓ_２
   を満たしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコア。
6. 前記少なくとも一つの側脚部は、前記第１及び第２梁部の一端と接する第１側脚部と、前記第１及び第２梁部の他端と接する第２側脚部とを含んでおり、これにより全体形状がＥＥ型、ＥＩ型又は日の字型であることを特徴とする請求項５に記載のコア。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコアと、前記コアの前記主脚部に巻回された巻線とを備えることを特徴とするトランス。
8. 前記コアの前記第１梁部が放熱体に接して設けられていることを特徴とする請求項７に記載のトランス。
9. 請求項７又は８に記載のトランスを備えたスイッチング電源装置。

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