JP2012253264A

JP2012253264A - 磁性コア

Info

Publication number: JP2012253264A
Application number: JP2011126333A
Authority: JP
Inventors: Serguei Moisseev; セルゲイモイセエフ
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-06
Also published as: JP5333521B2; DE102012209269A1; US20120306605A1; CN102820125A; US9041500B2

Abstract

【課題】直流重畳特性を確保しつつ放熱しやすくすることができる磁性コアを提供すること。
【解決手段】フェライトからなるＥ型コア１５、及びＥ型コア１５と同じフェライトからなりＥ型コア１５と共に閉磁路を形成するＩ型コア１２を有し、Ｉ型コア１２は放熱板１１により放熱されるとともに、Ｅ型コア１５の第２脚部１５ｃにはコイル１６が巻回される磁性コア１０において、Ｅ型コア１５とＩ型コア１２との間にはＥ型コア１５よりも透磁率が低い圧粉コア１３が介在されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性コアに関する。

従来、誘導機器の一種であるリアクトルでは、透磁率が高いフェライトによりコアを形成するとともに、透磁率が低い合成樹脂からなる非磁性膜をコア間に介在させることにより直流重畳特性を確保することが行われている（例えば特許文献１）。

特開２００１−１０２２１７号公報

ところで、誘導機器では、コイルに通電した電流が変化した場合、コイルだけでなくコア自身も発熱することが知られている。しかしながら、特許文献１のような誘導機器では、コアの間に熱伝導率が低い合成樹脂を介在させていることから、一方のコアから他方のコアへ熱が伝わり難くなっている。このため、例えば冷却器を設けるなどして一方のコアから放熱させる構成とした場合には、合成樹脂によって他方のコアからの熱の伝達が阻害されることにより、他方のコアに熱が蓄積しやすくなる。このような問題は、合成樹脂を介在させることに代えて、コアの間に空気ギャップを設ける構成とした場合にも同様に発生する。

その一方で、合成樹脂や空気ギャップを省略してフェライトコア同士を接触させることにより熱を伝達しやすくすることも考えられるが、このような構成では直流重畳特性を確保できないという問題が生じる。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、直流重畳特性を確保しつつ放熱しやすくすることができる磁性コアを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１のコア、及び前記第１のコアと同一材料からなり前記第１のコアと共に閉磁路を形成する第２のコアを有し、前記第２のコアは放熱手段により放熱されるとともに、前記第１のコア及び前記第２のコアのうち少なくとも一方はコイルが巻回される磁性コアであって、前記第１のコアと前記第２のコアとの間には前記第１のコアよりも透磁率が低い第３のコアが介在されていることいることを要旨とする。

これによれば、第１のコア、及び第１のコアと同一材料からなる第２のコアの間には、第１のコアよりも透磁率が低い第３のコアを介在させているため、直流重畳特性を確保することができる。そして、コイルに通電される電流が変化することにより第１のコアで発生する熱は、第３のコアを介して第２のコアに伝達されるとともに放熱手段により放熱される。したがって、直流重畳特性を確保しつつ放熱しやすくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁性コアにおいて、前記第１のコア及び前記第２のコアのうち少なくとも一方のコアには、他方のコアに向かう磁路、又は前記他方のコアから離れる方向に向かう磁路を形成するための磁路形成部が複数設けられており、前記第３のコアは、少なくとも前記磁路形成部のうち２以上の磁路形成部と前記他方のコアとの間に介在させる単一の部材からなることを要旨とする。

これによれば、第３のコアは、少なくとも磁路形成部のうち２以上の磁路形成部と他方のコアとの間に介在させる単一の部材からなる。このため、磁路形成部毎に独立した第３のコアを設ける構成と比較して部材点数を削減し、簡便に製造することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の磁性コアにおいて、前記第３のコアは平板状をなす単一の部材からなり、全ての前記磁路形成部と前記他方のコアとの間に介在されていることを要旨とする。

これによれば、平板状をなす単一の部材からなる第３のコアが、全ての磁路形成部と他方のコアとの間に介在されている。このため、部材点数を削減し、より簡便に製造することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の磁性コアにおいて、前記磁路形成部は前記第１のコアに形成されており、前記第２のコアは平板状に形成されているとともに、前記放熱手段に固定されることを要旨とする。

これによれば、平板状をなす第２のコアが放熱手段に固定される一方で、第１のコアに磁路形成部が設けられている。このため、放熱手段に固定される第２のコアに磁路形成部を設けた構成と比較して、第２のコアを放熱手段に固定しやすくすることができる。

本発明によれば、直流重畳特性を確保しつつ放熱しやすくすることができる。

（ａ）は、磁性コア及びリアクトルの模式正面図、（ｂ）は、磁性コア及びリアクトルの模式平面図、（ｃ）は、磁性コア及びリアクトルの模式側面図。別の実施形態における磁性コア及びリアクトルの模式正面図。別の実施形態における磁性コア及びリアクトルの模式正面図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１にしたがって説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、アルミニウムからなる放熱手段（放熱器）としての放熱板１１上には、平面視で長方形平板状をなす第２のコアとしてのＩ型コア１２が接着されている。すなわち、放熱板１１には、Ｉ型コア１２が密着するように固定されている。Ｉ型コア１２は、例えばＭｎＺｎ系材料やＮｉＭｎ系材料などのフェライトからなるフェライトコアとされている。

Ｉ型コア１２において、放熱板１１との接着面とは反対側の面には、平面視でＩ型コア１２と同一形状に形成された圧粉コア部材１３ａが平面視でＩ型コア１２に整合一致させた状態で接着されている。すなわち、Ｉ型コア１２には、圧粉コア部材１３ａが密着するように固定されている。本実施形態では、平板状をなす単一の圧粉コア部材１３ａにより第３のコアとしての圧粉コア１３が形成されている。

圧粉コア１３（圧粉コア部材１３ａ）は、表面を絶縁性の樹脂材料で被覆（コーティング）した例えばＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系材料などの磁性材粉末であるダスト材を加圧成形して形成されたダストコアとされている。ここで、圧粉コア１３は、フェライトコアより透磁率が低く、且つ飽和磁束密度が高い。また、圧粉コア１３の熱伝導率は、好ましくは８〜１０［Ｗ／ｍＫ］に設定されており、空気や、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）といった樹脂材料の熱伝導率より高くなっている。

また、圧粉コア１３において、Ｉ型コア１２との接着面とは反対側の面には、正面視で横倒しＥ字型をなす第１のコアとしてのＥ型コア１５が配設されている。Ｅ型コア１５は、Ｉ型コア１２と同一材料からなり、例えばＭｎＺｎ系材料やＮｉＭｎ系材料などのフェライトからなるフェライトコアとされている。

Ｅ型コア１５は、平面視で各コア１２，１３と同一形状に形成され略平板状をなす平板部１５ａと、平板部１５ａの両端からＩ型コア１２に向かって延びる柱状をなす一対の第１脚部１５ｂと、平板部１５ａの中央からＩ型コア１２へ向かって延びる柱状をなす第２脚部１５ｃとから形成されている。各第１脚部１５ｂ及び第２脚部１５ｃの先端面は、Ｅ型コア１５をＩ型コア１２及び圧粉コア１３に組み付けた状態において、圧粉コア１３に接触（密着）されている。また、Ｉ型コア１２、圧粉コア１３、及びＥ型コア１５の平板部１５ａは、相互に平行となるように配置されている。また、本実施形態のＥ型コア１５は、Ｉ型コア１２のように放熱板１１に固定されておらず、放熱手段に非接触とされている。

Ｅ型コア１５の第２脚部１５ｃには、コイル１６が巻回されている。本実施形態のコイル１６は、銅板を四角環状に打ち抜いて形成された平面コイルとされており、第２脚部１５ｃに対してＩ型コア１２及び圧粉コア１３と平行となるように巻回されている。なお、本実施形態においてコイル１６は、例えば図示しない回路基板の表面（主面）に固定されている。

このように、本実施形態では、Ｉ型コア１２、圧粉コア１３、及びＥ型コア１５により磁性コア１０が形成されている。また、本実施形態では、Ｉ型コア１２、圧粉コア１３、Ｅ型コア１５、及びコイル１６により誘導機器としてのリアクトル２０が構成されている。

本実施形態のリアクトル２０では、図１（ａ）における矢印Ｙ１に示すように、コイル１６への通電に伴って第２脚部１５ｃ→平板部１５ａ→各第１脚部１５ｂ→圧粉コア１３→Ｉ型コア１２→圧粉コア１３→第２脚部１５ｃ…のように、又はその逆方向に磁束が流れる閉磁路が形成されることになる。このように、本実施形態の各脚部１５ｂ，１５ｃは、Ｉ型コア１２へ向かう方向、又はその逆方向（Ｉ型コア１２から離れる方向）へ磁束が向かう磁路を形成するための磁路形成部（磁脚）となる。そして、本実施形態では、圧粉コア１３がＩ型コア１２とＥ型コア１５との間に介在される。より具体的には、単一の圧粉コア部材１３ａからなる圧粉コア１３が全ての脚部１５ｂ，１５ｃとＩ型コア１２との間に介在されている。

次に、磁性コア１０、及びリアクトル２０の形成方法（製造方法）について説明する。
最初に、Ｉ型コア１２と圧粉コア１３を接着して固定するとともに、圧粉コア１３を接着したＩ型コア１２を放熱板１１に接着して固定する。次に、Ｉ型コア１２及び圧粉コア１３に対してコイル１６を配設する。

続けて、Ｉ型コア１２、圧粉コア１３、及びコイル１６に対してＥ型コア１５を組み付けることにより、磁性コア１０及びリアクトル２０が完成される。具体的に言えば、Ｅ型コア１５は、第２脚部１５ｃをコイル１６に挿通させつつ、且つ第１脚部１５ｂや第２脚部１５ｃがコイル１６に接触しないようにその位置を調整しつつ組み付けられる。

次に、磁性コア１０、及びリアクトル２０の作用について説明する。
Ｉ型コア１２、及びＥ型コア１５では、コイル１６への電流が変化することによって磁束が変化し、これに伴って発熱する。Ｉ型コア１２で発生した熱は、Ｉ型コア１２からこのＩ型コア１２に密着された放熱板１１へ伝達され、放熱される。すなわち、Ｉ型コア１２と放熱板１１とは、熱的に接続されている。

一方、本実施形態のＥ型コア１５は、放熱板１１などの放熱手段に接していない。このため、Ｅ型コア１５で発生した熱は、Ｉ型コア１２で発生した熱のように放熱板１１などの放熱手段に直接、伝達して放熱することができない。しかしながら、本実施形態では、Ｉ型コア１２とＥ型コア１５との間に圧粉コア１３が介在されている。このため、Ｅ型コア１５で発生した熱は、図１（ａ）における矢印Ｙ２に示すように、圧粉コア１３を介してＩ型コア１２へ伝達され、さらに放熱板１１へ伝達されることにより、容易に放熱される。すなわち、本実施形態では、Ｅ型コア１５（各脚部１５ｂ，１５ｃ）とＩ型コア１２とが、圧粉コア１３を介して熱的に接続される。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）フェライトからなるＩ型コア１２及びＥ型コア１５の間には、フェライトよりも透磁率が低い圧粉コア１３を介在させているため、直流重畳特性を確保することができる。そして、コイル１６へ通電される電流が変化することによりＥ型コア１５で発生する熱は、圧粉コア１３を介してＩ型コア１２に伝達されるとともに放熱板１１により放熱される。したがって、直流重畳特性を確保しつつ放熱しやすくすることができる。

（２）平板状をなす単一の圧粉コア部材１３ａからなる圧粉コア１３が、全ての脚部１５ｂ，１５ｃとＩ型コア１２との間に介在されている。したがって、脚部１５ｂ，１５ｃ毎に独立した圧粉コア１３を設ける構成と比較して部品点数を削減し、簡便に製造することができる。

（３）平板状をなすＩ型コア１２が放熱板１１に固定される一方で、Ｅ型コア１５に各脚部１５ｂ，１５ｃが設けられている。このため、Ｉ型コア１２に代えて、Ｅ型コア１５へ向かって延びる柱状の磁路形成部を有するＥ型コアやＬ型コアを採用した場合と比較して、コアを放熱板１１に固定しやすくできる。

（４）特に、本実施形態では、放熱板１１に固定されるＩ型コア１２を平板状に形成しているため、例えばＩ型コア１２に代えてＥ型コアなどを採用した場合のように、コイル１６の配設位置が放熱板１１に固定したコアによって特定位置に規制されることがない。したがって、コイル１６を容易に配設することができる。そして、コイル１６を配設した後に、各脚部１５ｂ，１５ｃを有するＥ型コア１５を配設することが可能であり、コイル１６とＥ型コア１５とが接触しないように、Ｅ型コア１５を容易に組み付けることができる。

（５）また、ダスト材ではなく、透磁率が高いフェライトからなるＥ型コア１５（第２脚部１５ｃ）にコイル１６を巻回した。したがって、コイル１６を巻回するコアをダスト材で形成する場合と比較して、コイル１６の巻回数を少なくすることが可能であり、磁性コア１０やリアクトル２０が大型化することを好適に抑制できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 図２に示すように、圧粉コア１３は、第２脚部１５ｃ及び一方の第１脚部１５ｂとＩ型コア１２との間に介在される圧粉コア部材１３ａから形成されていてもよい。すなわち、圧粉コア１３は、複数の脚部１５ｂ，１５ｃのうち２以上の脚部とＩ型コア１２との間に介在させる単一の部材から形成されていてもよい。この場合には、さらに他方の第１脚部１５ｂとＩ型コア１２との間に介在される圧粉コア部材１３ｂを設けてもよい。すなわち、圧粉コア１３は、複数の脚部１５ｂ，１５ｃのうち２以上の脚部とＩ型コア１２との間に介在させる単一の部材を含んで形成されていてもよい。このような構成によれば、脚部１５ｂ，１５ｃ毎に圧粉コア部材を設ける構成と比較して部材点数を削減し、簡便に製造することができる。

○ 圧粉コア１３は、脚部１５ｂ，１５ｃ毎に独立した複数の圧粉コア部材から構成されていてもよい。換言すれば、脚部１５ｂ，１５ｃ毎に、個別に圧粉コア１３を設け、各脚部１５ｂ，１５ｃとＩ型コア１２との間にそれぞれ介在させればよい。

○ Ｉ型コア１２及び圧粉コア１３は、平面視においてＥ型コア１５とは異なる大きさや形状に形成してもよい。例えば、図３に示すように、平面視において、圧粉コア１３をＥ型コア１５より大きく、Ｉ型コア１２を圧粉コア１３より大きく形成してもよい。このような構成によれば、コイル１６に対する位置を調整しつつＥ型コア１５を配設する際に、各脚部１５ｂ，１５ｃの先端面の一部が圧粉コア１３に接触しなくなることを抑制できる。また、Ｉ型コア１２及び圧粉コア１３は、平面視においてＥ型コア１５より大きく形成し、且つＩ型コア１２と圧粉コア１３の大きさ及び形状を同一としてもよい。

○ 放熱板１１上に複数のリアクトル２０を配置した電子機器を形成してもよい。例えば、放熱板１１に対して特定個（但し複数個）のリアクトル２０を形成する場合には、まず、圧粉コア１３を接着したＩ型コア１２を特定個、放熱板１１に接着する。続けて、少なくとも特定個のコイル１６を設けた単一の回路基板を、各Ｉ型コア１２（圧粉コア１３）に対して各コイル１６がそれぞれ対応されるように配設する。その後、コイル１６毎にＥ型コア１５を順次組み付けることで、各リアクトル２０が完成される。このような構成によれば、Ｉ型コア１２に代えてＥ型コアなどを放熱板１１に固定する構成と比較して、単一の回路基板上に設けられたコイル１６を容易に配設し、複数個のリアクトル２０を効率的に形成することができる。なお、複数個のリアクトルのうち一部又は全部を複数のコイル１６を備えたトランスとして構成してもよい。

○ Ｅ型コア１５は、第２脚部１５ｃを省略したＵ型コアとしてもよい。この場合には、第１脚部１５ｂにコイル１６を巻回すればよい。
○ 放熱板１１とＩ型コア１２、Ｉ型コア１２と圧粉コア１３は、接着以外の方法により固定されていてもよい。例えば、Ｅ型コア１５を放熱板１１へ向かって付勢するホルダを用いて固定されていてもよい。

○ Ｉ型コア１２に代えて、Ｅ型コア１５に向かって延びる３本の柱状の磁路形成部を有するＥ型コアや、２本の磁路形成部を有するＵ型コア、又は１本の磁路形成部を有するＬ型コアを放熱板１１に固定してもよい。この場合、Ｅ型コア１５に代えて、脚部を有しない平板状のＩ型コアや、１本の脚部を有するＬ型コアとしてもよい。但し、製造を容易にする観点からは上記実施形態のように構成することが好ましい。

○ Ｅ型コア１５を放熱板１１に接着するとともに、このＥ型コア１５に対して圧粉コア１３、及びＩ型コア１２の順に組み付けた構成としてもよい。すなわち、Ｅ型コア１５を放熱板１１により放熱させる構成としてもよい。

○ コイル１６は、Ｅ型コア１５の第１脚部１５ｂや、平板部１５ａに巻回した構成としてもよく、またＥ型コア１５に加えて又は代えてＩ型コア１２に巻回した構成としてもよい。

○ Ｉ型コア１２は、放熱板１１とは異なる放熱手段により放熱させてもよい。例えば、磁性コア１０、及びリアクトル２０を収容するケースに対してＩ型コア１２を密着させることにより、ケースを放熱手段として機能させてもよく、冷媒をＩ型コア１２に吹き付ける構成としてもよい。

○ Ｉ型コア１２、及びＥ型コア１５は、フェライトに代えてＳｉ鋼板などの金属リボンにより構成してもよい。なお、金属リボンからなるコアは、圧粉コア１３よりも透磁率が高い。

○ 圧粉コア１３（圧粉コア部材）は、表面を絶縁性の樹脂材料で被覆（コーティング）した金属ガラスの粉末を加圧成形して形成してもよい。
○ 磁性コア１０は、複数のコイル１６を備えた誘導機器としてのトランスに適用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（ａ）請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性コアと、コイルと、を備えた誘導機器。

１０…磁性コア、１１…放熱板（放熱手段）、１２…Ｉ型コア（第２のコア）、１３…圧粉コア（第３のコア）、１３ａ，１３ｂ…圧粉コア部材、１５…Ｅ型コア（第１のコア）、１５ｂ…第１脚部（磁路形成部）、１５ｃ…第２脚部（磁路形成部）、１６…コイル、２０…リアクトル（誘導機器）。

Claims

第１のコア、及び前記第１のコアと同一材料からなり前記第１のコアと共に閉磁路を形成する第２のコアを有し、前記第２のコアは放熱手段により放熱されるとともに、前記第１のコア及び前記第２のコアのうち少なくとも一方はコイルが巻回される磁性コアであって、
前記第１のコアと前記第２のコアとの間には前記第１のコアよりも透磁率が低い第３のコアが介在されていることを特徴とする磁性コア。
前記第１のコア及び前記第２のコアのうち少なくとも一方のコアには、他方のコアに向かう磁路、又は前記他方のコアから離れる方向に向かう磁路を形成するための磁路形成部が複数設けられており、
前記第３のコアは、少なくとも前記磁路形成部のうち２以上の磁路形成部と前記他方のコアとの間に介在させる単一の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の磁性コア。
前記第３のコアは平板状をなす単一の部材からなり、全ての前記磁路形成部と前記他方のコアとの間に介在されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性コア。
前記磁路形成部は前記第１のコアに形成されており、
前記第２のコアは平板状に形成されているとともに、前記放熱手段に固定されることを特徴とする請求項２または３に記載の磁性コア。