JP2010073745A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コアと巻線との間の熱の移動を防止し、コア及び巻線を効率よく冷却可能なコイル装置を提供する。
【解決手段】コイル装置は、柱状のコア本体を有する内部コア部と、巻線とこの巻線を覆う樹脂層とを備えコア本体の外周面と接触することなくコア本体を内部に収容可能な略筒形状のコイル部と、コイル部を冷却板に略垂直に固定するための脚部を有し、内部コア部が、コア本体の一端の一部分からフランジ状に突出する、内部コア部を冷却板に略垂直に固定するための内部コア固定部を有し、コア本体がコイル部に収容され且つ内部コア部及びコイル部が冷却板に固定されている状態において、脚部は、コア本体の一端側において内部コア固定部が設けられていない部分に位置し、且つ、内部コア固定部とコイル部の底面との間に間隙部が出来るようにコイル部を冷却板から持ち上げている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、柱状のコアに巻線を設けたコイル装置に関する。

電子回路において、電圧の平滑化やノイズ除去等の為にインダクタ（以下、「コイル装置」という。）が使用される。このような目的を満たすコイル装置としては、特許文献１や２に記載されているような、磁心（コア）に巻線を巻き付けたものがある。このようなコイル装置は、小型であり且つ高いインダクタンスを持つものが望まれる。
特開２００３−１７３９１５ 特開２００５−４５０９３

このようなコイル装置の巻線に電流を流すと、巻線の持つ電気抵抗により熱が発生して巻線の温度が上昇する。巻線の温度が上昇すると、コイル装置のインダクタンスが変化してしまうため、巻線の温度上昇を抑えることが望まれる。このため、コイル装置には巻線に発生した熱を外部に逃がすための放熱機構が使用される。

このようなコイル装置の放熱機構としては、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム等で形成された放熱ケースで巻線を覆い、巻線に発生した熱を逃がす構成が考えられる。この時、巻線と放熱ケースとの間で短絡が発生しないよう、巻線及びコアを金属ケースに収納した状態で熱伝導率の高い樹脂（エポキシ樹脂など）を金属ケースに充填し、巻線と金属ケース内周との間に樹脂を介在させる。金属ケースには冷却板が取りつけられ、コイルから発生した熱は樹脂及び金属ケースを経て冷却板に移動し、巻線が冷却される。

ここで、巻線に電流を流すとコアに渦電流が発生するため、コアの温度も上昇する。このため、従来のコイル装置においては、コアの熱を金属ケースに効率よく逃がせるようコアをボルト等によって確実に金属ケースに密着させている。また、コアの熱が巻線に移動しないように、或いは巻線の熱がコアに移動しないようにコイルを巻き付けるボビンの内径をコアの外径よりも一回り大きく形成し、コアとボビンとの間に空気層を設けて、コアからボビンへの熱の移動を抑制している。また、コアと巻線との短絡を防止するため、ボビンは樹脂などの絶縁性材料にて形成される。

上記の従来構成においては、樹脂を金属ケースに充填させる際に、コアとボビンとの間に樹脂が充填される可能性があり、この樹脂を介してコアから巻線への、或いは巻線からコアへの大きな熱の移動が発生する可能性があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、コアと巻線との間の熱の移動を防止し、巻線を効率よく冷却可能なコイル装置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、本発明のコイル装置は、柱状のコア本体を有する内部コア部と、巻線とこの巻線を覆う樹脂層とを備えコア本体の外周面と接触することなくコア本体を内部に収容可能な略筒形状のコイル部と、コイル部を冷却板に略垂直に固定するための脚部を有し、内部コア部が、コア本体の一端の一部分からフランジ状に突出する、内部コア部を冷却板に略垂直に固定するための内部コア固定部を有し、コア本体がコイル部に収容され且つ内部コア部及びコイル部が冷却板に固定されている状態において、脚部は、コア本体の一端側において内部コア固定部が設けられていない部分に位置し、且つ、内部コア固定部とコイル部の底面との間に間隙部が出来るようにコイル部を冷却板から持ち上げている。

本発明のコイル装置によれば、内部コア部とコイル部とが互いに非接触な状態で冷却板に固定されるため、内部コア部とコイル部との間での熱の移動が抑えられ、コイル部の巻線及び内部コア部に発生する熱を効率よく冷却板に逃がすことができる。また、内部コア固定部とコイル部の底面との間に間隙ができるため、この間隙に冷却風を通すことにより、巻線及びコア本体をより効率よく冷却可能である。

さらに、本発明のコイル装置においては、ボビンを使用せず、また冷却板に内部コア部を直接固定するため、従来のコイル装置よりも部品点数及び工数を少なくすることが可能であり、コイル装置の製造コストを低減することが可能である。さらに、本発明のコイル装置は、従来のものと比べて部品点数が少ないため、コイル装置全体の累積誤差を小さく抑えることができる。このため、コイル装置を小型化する、或いはコイル装置を大型化することなく内部コア部を大きくしてインダクタンスを大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル装置１０１の斜視図である。また、図２は、設置面に垂直な一面で切断されたコイル装置１０１の斜視図である。図３は、本実施形態のコイル装置１０１の分解図である。図３に示されるように、本実施形態のコイル装置１０１は、内部コア部１１０とコイル部１２０とを有する。

図３に示されるように、内部コア部１１０は、円柱形状のコア本体１１１と、コア本体１１１の一端（図中下側）からフランジ状に突出するコア固定部１１２とを有する。コア固定部１１２は、コア本体１１１の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている。

また、図２に示されるように、コイル部１２０は、インサート成形によって巻線であるコイル本体１２１を樹脂層１２２に埋め込むことによって形成されている。樹脂層１２２に使用される樹脂としては、ウレタン、エポキシ、シリコーン等の絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いものが使用される。コイル部１２０は、図２および３に示されるように、軸方向に伸びる中空部１２５が中心に形成された円筒形状となっており、コイル本体１２１の巻線の一端１２１ａは、コイル部１２０の上端から、また、他端１２１ｂはコイル部１２０の円筒面の下部から、夫々突出している。

コイル部１２０の一端（図中下側）からは、脚部１２３が突出している。図３に示されるように、脚部１２３は、コイル部１２０の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている。また、図２に示されるように、脚部１２３は、コイル部１２０の底面１２４からその軸方向（図中下向き）に突出し、次いで、コイル部１２０の半径方向外側に向かって突出する。このため、脚部１２３を下にしてコイル部１２０を水平面上に置くと、底面１２４は、水平面から所定高さｈ_１だけ浮いた状態となる。

図１〜３に示されるように、コイル装置１０１は、コイル部１２０の中空部１２５に内部コア部１１０のコア本体１１１を下から差し込むことによって形成される。コイル部１２０の脚部１２３は、内部コア部１１０の隣接するコア固定部１１２間に形成されている切欠部１１３に収まり、脚部１２３とコア固定部１１２の底面が同一面上に位置するよう、両者は互い違いに配置される。この時脚部１２３とコア固定部１１２とは接触していない。コア固定部１１２及び脚部１２３には、その底面に垂直な方向にボルト穴１１２ａ及び１２３ａが穿孔されており、このボルト穴１１２ａ、１２３ａにボルトを通して冷却面（すなわちコイル装置１０１の取付面）に内部コア部１１０及びコイル部１２０を固定するようになっている。

冷却面上にコイル装置１０１を取りつけた状態では、図２に示されるように、冷却面からコイル部１２０の底面１２４までの高さｈ_１が内部コア部１１０のコア固定部１１２の厚さ（すなわち、冷却面からコア固定部１１２の上面１１２ｂまでの高さ）ｈ_２よりも高いため、コイル部１２０の底面１２４は内部コア部１１０に接触しない。

また、内部コア部１１０のコア本体１１１の径は、コイル部１２０の中空部１２５の径よりも小さく、コア本体１１１の外周面と中空部１２５の内周面が接触しないように、内部コア部１１０とコイル部１２０とは冷却面に取りつけられる。

以上のように、本実施形態のコイル装置１０１は、内部コア部１１０とコイル部１２０とが直接接触しないため、コア本体１１１に発生した熱のコイル部１２０への移動、或いはコイル部１２０に発生した熱の内部コア部１１０への移動を極力抑えることができ、内部コア部１１０並びにコイル部１２０及びその内部のコイル本体１２１の温度上昇を抑えることができる。また、コイル部１２０の底面１２４とコア固定部１１２の上面１１２ｂとの間の間隙部Ｇ１（図２）に冷却風を吹き込ませることにより、内部コア部１１０及びコイル部１２０の温度をより低下させることができる。

また、本実施形態のコイル装置１０１は、コイル及びコアを覆う金属ケースを用いないため、コイルの両端とケースとの接触による短絡を考慮せずに、コイルの両端の導線を自由に引き回すことができる。

なお、本実施形態のコア本体１１１には、純鉄、フェライト、或いはパーマロイ等を材料とする圧粉磁心又は焼結磁心等が使用可能である。

以上説明した本発明の第１の実施形態においては、金属ケースを使用していないが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。金属ケース内にコア及びコイルを収納するタイプのコイル装置を、本発明の第２の実施形態として以下に説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態によるコイル装置２０１の斜視図である。また、図５は、取付面に垂直な一面で切断されたコイル装置２０１の斜視図である。図６は、本実施形態のコイル装置２０１の分解図である。図５に示されるように、本実施形態のコイル装置２０１は、内部コア部２１０、コイル部２２０及びケース２３０を有する。

図６に示されるように、内部コア部２１０は、円柱形状のコア本体２１１と、コア本体２１１の一端（図中下側）からフランジ状に突出するコア固定部２１２とを有する。コア固定部２１２は、コア本体２１１の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている。

また、図５に示されるように、コイル部２２０は、インサート成形によって巻線であるコイル本体２２１を樹脂層２２２に埋め込むことによって形成されている。樹脂層２２２に使用される樹脂としては、ウレタン、エポキシ、シリコーン等の絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いものが使用される。コイル部２２０は、図５に示されるように、軸方向に伸びる中空部２２５が中心に形成された円筒形状となっており、コイル本体２２１の巻線の一端２２１ａ及び他端２２１ｂは、コイル部２２０の下端から、夫々突出している。

ケース２３０は、図５に示されるように、下部が開となっている中空の部材であり、コイル本体と共にインサート成形することにより、その内周面２３１においてコイル部２２０と結合している。ケース２３０は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料をダイカスト等によって加工することによって形成される。

ケース２３０の下端からは、脚部２３２が突出している。図６に示されるように、脚部２３２は、コイル部２２０の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている。また、図５に示されるように、脚部２３２は、コイル部２２０の底面２２４よりも低い位置に形成されている。このため、脚部２３２を下にしてコイル部２２０及びケース２３０を水平面上に置くと、コイル部２２０の底面２２４は、水平面から所定高さｈ_３だけ浮いた状態となる。

図５、６に示されるように、コイル装置２０１は、ケース２３０と一体となったコイル部２２０の中空部２２５に内部コア部２１０のコア本体２１１を下から差し込むことによって形成される。ケース２３０の脚部２３２は、内部コア部２１０の隣接するコア固定部２１２間に形成されている切欠部２１３に収まり、脚部２３２とコア固定部２１２の底面が同一面上となるよう、両者が互い違いに配置される。この時、脚部２３２とコア固定部２１２とは接触しない。コア固定部２１２及び脚部２３２には、その底面に垂直な方向にボルト穴２１２ａ及び２３２ａが穿孔されており、このボルト穴２１２ａ、２３２ａにボルトを通して冷却面に内部コア部２１０、コイル部２２０及びケース２３０を固定するようになっている。

冷却面上にコイル装置２０１を取りつけた状態では、図５に示されるように、冷却面からコイル部２２０の底面２２４までの高さｈ_３が、内部コア部２１０のコア固定部２１２の厚さ（すなわち、冷却面からコア固定部２１２の上面２１２ｂまでの高さ）ｈ_４よりも高いため、コイル部２２０の底面２２４は内部コア部２１０に接触しない。

また、内部コア部２１０のコア本体２１１の径は、コイル部２２０の中空部２２５の径よりも小さく、コア本体２１１の外周面と中空部２２５の内周面が接触しないように、内部コア部２１０、コイル部２２０及びケース２３０は冷却面に取りつけられる。

以上のように、本実施形態のコイル装置２０１は、コイル部２２０やケース２３０と内部コア部２１０とが直接接触しないため、コア本体２１１に発生した熱のコイル部２２０への移動、或いはコイル部２２０に発生した熱の内部コア部２１０への移動を極力抑えることができ、内部コア部２１０並びにコイル部２２０及びその内部のコイル本体２２１の温度上昇を抑えることができる。また、コイル部２２０の底面２２４とコア固定部２１２の上面２１２ｂとの間の間隙部Ｇ１（図５）に冷却風を吹き込ませることにより、内部コア部２１０及びコイル部２２０の温度をより低下させることができる。さらに、本実施形態のコイル装置２０１においては、コイル部２２０が樹脂層２２２を介してケース２３０に接合されているため、コイル本体２２１に発生した熱をケース２３０に逃がすことにより、より効率よくコイル部２２０を冷却することができる。この際、ケース２３０の外面に放熱性シート等を設けることによってコイル部２２０の冷却効率をさらに上げることができる。

また、本実施形態においては、コイル部２２０とケース２３０との間に樹脂層２２２が介在しているため、コイル部２２０とケース２３０とを確実に絶縁することができる。

なお、本実施形態のコア本体２１１には、純鉄、フェライト、或いはパーマロイ等を材料とする圧粉磁心又は焼結磁心等が使用可能である。

以上説明した本発明の第２の実施形態においては、金属ケースによってコア及びコイルを覆う構成としてるが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。金属ケースの代わりに、コア材によってコイルの略全体が覆われるタイプのコイル装置を、本発明の第３の実施形態として以下に説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態によるコイル装置３０１の斜視図である。また、図８は、取付面に垂直な一面で切断されたコイル装置３０１の斜視図である。図９は、本実施形態のコイル装置３０１の分解図である。図８及び９に示されるように、本実施形態のコイル装置３０１は、内部コア部３１０、コイル部３２０及び外部コア部３３０を有する。

図９に示されるように、内部コア部３１０は、円柱形状のコア本体３１１と、コア本体３１１の一端（図中下側）からフランジ状に突出するコア固定部３１２とを有する。コア固定部３１２は、コア本体３１１の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている。

また、図８に示されるように、コイル部３２０は、インサート成形によって巻線であるコイル本体３２１を樹脂層３２２に埋め込むことによって形成されている。樹脂層３２２に使用される樹脂としては、ウレタン、エポキシ、シリコーン等の絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いものが使用される。コイル部３２０は、図８及び９に示されるように、軸方向に伸びる中空部３２５が中心に形成された円筒形状となっている。また、図７及び９に示されるように、コイル本体３２１の巻線の一端３２１ａは、コイル部３２０の円筒面の上部から、また、他端３２１ｂはコイル部３２０の円筒面の下部から、夫々突出している。

コイル部３２０の一端（図中下側）からは、脚部３２３が突出している。図７、９に示されるように、脚部３２３は、コイル３２０の中心軸周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている（図中には２つのみ表示）。また、図９に示されるように、脚部３２３は、コイル部３２０の底面３２４からその軸方向（図中下向き）に突出し、次いで、コイル部３２０の半径方向外側に向かって突出する。このため、図８に示されるように、脚部３２３を下にしてコイル部３２０を水平面上に置くと、底面３２４は、水平面から所定高さｈ_５だけ浮いた状態となる。

次いで、外部コア部３３０について説明する。外部コア部３３０は、図７〜９に示されるように、上部プレート３３１と、上部プレート３３１の縁部から下向きに伸びる側壁部３３２と、側壁部３３２の下端よりコイル装置３０１の中心軸Ａ（図８）から離れる方向に伸びるコア固定部３３３とを有する。図７及び９に示されるように、コア固定部３３３は、中心軸Ａ（上部プレート３３１の中心を通過する垂線）周りに１２０°おきに１つずつ（すなわち計３つ）形成されている（図中には２つのみ表示）。

図８、９に示されるように、コイル装置３０１は、コイル部３２０の中空部３２５に内部コア部３１０のコア本体３１１を下から差し込み、次いでコイル部３２０を外部コア３３０で覆うことによって形成される。コイル部３２０の脚部３２３は、内部コア部３１０の隣接するコア固定部３１２間に形成されている切欠部３１３（図９）に収まり、脚部３２３とコア固定部３１２の底面が同一面上に位置するよう両者が互い違いに配置される。この時、脚部３２３とコア固定部３１２とは接触していない。また、外部コア部３３０のコア固定部３３３は、内部コア部３１０のコア固定部３１２の上に配置される。図９に示されるように、内部及び外部コア部３１０、３３０のコア固定部３１２、３３３、及びコイル部３２０の脚部３２３には、その底面に垂直な方向にボルト穴３１２ａ、３３３ａ及び３２３ａが穿孔されており、このボルト穴３１２ａ、３３３ａ及び３２３ａにボルトを通して冷却面に内部コア部３１０、コイル部３２０及び外部コア部３３０を固定するようになっている。

冷却面上にコイル装置３０１を取りつけた状態では、図８に示されるように、冷却面からコイル部３２０の底面３２４までの高さｈ_５が、内部コア部３１０のコア固定部３１２の厚さ（すなわち、冷却面からコア固定部３１２の上面３１２ｂまでの高さ）ｈ_６よりも高いため、コイル部３２０の底面３２４は内部コア部３１０に接触しない。

また、内部コア部３１０のコア本体３１１の径は、コイル部３２０の中空部３２５の径よりも小さく、コア本体３１１の外周面と中空部３２５の内周面が接触しないように、内部コア部３１０、コイル部３２０及びケース３３０は冷却面に取りつけられる。

また、外部コア部３３０を内部コア部３１０に載せたときの外部コア部３３０の上部プレート３３１の下面３３１ａの高さｈ_７、及び上部プレート３３１の中心を通過する垂線Ａから側壁部３３２の内周面３３２ａまでの距離ｄは、夫々コイル部３２０の高さｈ_８及びコイル部２２０の円筒部分の半径ｒよりも大きいため、コイル部３２０の上面３２７及び円筒部外周面３２８は外部コア部３３０に接触しない。

以上のように、本実施形態のコイル装置３０１は、コイル部３２０と内部及び外部コア部３１０、３３０とが直接接触しないため、内部コア部３１０及び外部コア部３３０に発生した熱のコイル部３２０への移動、或いはコイル部３２０に発生した熱の内部及び外部コア部３１０，３３０への移動を極力抑えることができ、内部及び外部コア部３１０、３３０並びにコイル部３２０及びその内部のコイル本体３２１の温度上昇を抑えることができる。また、コイル部３２０の底面３２４と内部コア部３１０のコア固定部３１２の上面３１２ｂとの間の間隙部Ｇ１、及びコイル部３２０の上面３２７と外部コア部３３０の上部プレート３３１の下面３３１ａとの間の間隙部Ｇ２（図８）に冷却風を吹き込ませることにより、内部及び外部コア部３１０、３３０及びコイル部３２０の温度をより低下させることができる。この際、外部コア部３３０の外面に放熱性シート等を設けることによってコイル部３２０の冷却効率をさらに上げることができる。

また、本実施形態においては、コイル本体３２１に電流を流すことによって生じる磁束が、内部コア部３１０と外部コア部３３０の双方を通るため、コイルの巻き数に対する磁束密度の大きさを大きくすることができる。このため、本実施形態においては、第１及び第２実施例のコイル装置と同等の性能を有し、且つ、コイル本体の巻き数の少ない、すなわち全高の低いコイル装置を実現可能である。

なお、本実施形態の内部及び外部コア部３１０、３２０には、純鉄、フェライト、或いはパーマロイ等を材料とする圧粉磁心又は焼結磁心等が使用可能である。

本発明の第１の実施形態によるコイル装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態において、水平面に垂直な一面で切断したコイル装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるコイル装置の分解図である。 本発明の第２の実施形態によるコイル装置の斜視図である。 本発明の第２の実施形態において、水平面に垂直な一面で切断したコイル装置を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態によるコイル装置の分解図である。 本発明の第３の実施形態によるコイル装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態において、水平面に垂直な一面で切断したコイル装置を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるコイル装置の分解図である。

符号の説明

１０１ コイル装置
１１０ 内部コア部
１１１ コア本邸
１１２ コア固定部
１１３ 切欠部
１２０ コイル部
１２１ コイル本体
１２２ 樹脂層
１２３ 脚部
１２４ 底面
２０１ コイル装置
２１０ 内部コア部
２１１ コア本邸
２１２ コア固定部
２１３ 切欠部
２２０ コイル部
２２１ コイル本体
２２２ 樹脂層
２２４ 底面
２３０ ケース
２３２ 脚部
３０１ コイル装置
３１０ 内部コア部
３１１ コア本邸
３１２ コア固定部
３１３ 切欠部
３２０ コイル部
３２１ コイル本体
３２２ 樹脂層
３２３ 脚部
３２４ 底面
３３０ 外部コア部
３３３ コア固定部
Ｇ１ 間隙部
Ｇ２ 間隙部

Claims (6)

1. 柱状のコア本体を有する内部コア部と、
   巻線と、該巻線を覆う樹脂層とを備え、前記コア本体と接触することなく該コア本体を内部に収容可能な略筒形状のコイル部と、
   前記コイル部を冷却板に略垂直に固定するための脚部と、
   を有するコイル装置であって、
   前記内部コア部が、前記コア本体の一端の一部分からフランジ状に突出する、該内部コア部を冷却板に略垂直に固定するための内部コア固定部を有し、
   前記コア本体が前記コイル部に収容され且つ前記内部コア部及び前記コイル部が前記冷却板に固定されている状態において、前記脚部は、該コア本体の一端側において前記内部コア固定部が設けられていない部分に位置し、且つ、該内部コア固定部と該コイル部の底面との間に間隙部が出来るように該コイル部を該冷却板から持ち上げている
   ことを特徴とするコイル装置。
2. インサート成形によって前記巻線に前記樹脂層を被覆させていることを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記コイル部の少なくとも外周面を覆うように該コイル部と結合している金属製のケースをさらに有し、
   前記脚部は、前記ケースに取りつけられている
   ことを特徴とする請求項１及び２に記載のコイル装置。
4. インサート成形によって、前記巻線に前記樹脂層を被覆させると共に前記ケースと前記コイル部とを結合させていることを特徴とする請求項３に記載のコイル装置。
5. 前記コイル部及び前記脚部と接触しないように前記コイル部を収容しつつ前記冷却板に固定可能な外部コア部をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル装置。
6. 前記内部コア固定部及び前記脚部が夫々複数設けられており、前記冷却板に前記内部コア部及びコイル部が固定された状態では、前記内部コア固定部と前記脚部が互い違いに配置されることを特徴とする請求項１から５に記載のコイル装置。

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