JP2013236051A - 放熱ボビンを有する磁性部材 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性部材の内部における放熱不良を改善し、磁性部材の動作温度を低減させることができる磁性部材を提供する。
【解決手段】磁性部材２は、巻線領域２０１を有する放熱ボビン２０と、巻線領域に設けられているコイル２１と、一部が放熱ボビン２０の挿通チャンネル中に設けられる磁気コアアセンブリ２２を含む。放熱ボビン２０はコイル２１と磁気コアアセンブリ２２に対し放熱を行う。放熱ボビン２０は、金属材質であって非シームレス環状板材により構成され、若しくは、非金属材質または金属と非金属との複合材質であってシームレス環状板材又は非シームレス環状板材により構成される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、磁性部材に関し、特に、放熱ボビンを有する磁性部材に関する。

一般的に電気機器において、トランス、インダクタンス等のような多くの磁性部材が設置されており、電気機器の小型化に伴い、電気機器の全体の体積を小さくすると共に回路基板の空間占有率を上げるため、磁性部材およびその内部を小型化することが要求されている。それ以外に、磁性部材を小型化する際に、磁性部材の内部における放熱不良が発生することにより、磁性部材の動作効率不良、信頼性低下、製品寿命の短縮などの問題が生じる。

図１は、従来の磁性部材の構造を示す。図１に示すように、磁性部材１は、ボビン１０、コイル１１、磁気コアアセンブリ１２および冷却フィン１３を備え、ここで、コイル１１がボビン１０上に巻装され、かつ磁気コアアセンブリ１２の一部がボビン１０内に設けられた後、コイル１１を巻回したボビン１０の両側に冷却フィン１３を介装して磁気コアアセンブリ１２の一部を覆うことで、磁性部材１の組み立て作業を完了する。

しかしながら、磁性部材１が作動するとき、コイル１１および磁気コアアセンブリ１２のいずれも熱エネルギーを放出し、該熱エネルギーが磁性部材１の内部に蓄積されやすいため、磁性部材１の動作温度を上昇させる。また、従来の冷却フィン１３は、コイル１１および磁気コアアセンブリ１２の外表面上のみに付いているため、コイル１１および磁気コアアセンブリ１２の外表面のみに対して放熱を行い、ボビン１０に巻装される内側コイル１１および磁気コアアセンブリ１２の内部に対して放熱を行うことが不可能であり、従って、磁性部材１内部に蓄積された熱エネルギーが放出できなくなり、動作温度が上昇する。さらに、磁性部材１の動作温度の上昇に伴い、磁気コアアセンブリ１２の飽和磁束密度（Bｓ）も低下し、更には磁性部材１が属する電源回路の動作性能および電気安全に影響を及ぼし、しかも磁性部材１における効率の低下、信頼性の低下および使用寿命短縮などの欠点があった。そのため、従来の磁性部材１の動作温度の上昇に起因する動作性能の低下を回避するため、大きな寸法の磁気コアアセンブリ１２を使用することにより、磁性部材１が要求される動作性能に達するが、このような実施形態で磁性部材１の全体の体積を増加させるので、小型化の目的を達成できなくなる。

上述のことに鑑み、放熱ボビンを有する磁性部材により、上述した従来の技術に存在する欠点を改善することが求められている。

従って、本発明の目的は、放熱ボビンを有する磁性部材を提供し、主に放熱機能を有する放熱ボビンでコイルの内部に対して直接に放熱を行うことにより、磁性部材の動作温度を低減させてその効率を向上させ、更には磁性部材の全体を小型にすることによって、従来の磁性部材の放熱不良により内部温度が過度に高くなること、および小型に達成しない欠点を解決することである。

上記目的を達成するために、本発明の好ましい実施形態では、少なくとも、巻線領域を有する放熱ボビンと、前記巻線領域に設けられているコイルと、を含み、前記放熱ボビンは前記コイルに対し放熱を行う磁性部材を提供する。

本発明による磁性部材は、一部が放熱ボビンの挿通チャンネル中に設けられる磁気コアアセンブリをさらに含む。

本発明によれば、放熱ボビンは、金属材質であって非シームレス（non-seamless）環状板材により構成され、若しくは、非金属材質または金属と非金属との複合材質であってシームレス環状板材又は非シームレス環状板材により構成される。

本発明による磁性部材は、放熱ボビンの１つの表面上に形成され、および/または放熱ボビンとコイルとの間に設けられ、および/またはコイルの表面に被着される絶縁媒体をさらに含む。

本発明によれば、放熱ボビンは、放熱ボビンから延設されることにより、放熱ボビンをシステムに固定させる固定構造をさらに備える。

本発明によれば、放熱ボビンの熱伝導率は10W/m*K以上である。

上記目的を達成するために、本発明の他の好ましい実施形態では、少なくとも、第1挿通チャンネルを含む第１放熱ボビンと、第１放熱ボビン上に設けられる第１コイルと、第２挿通チャンネルを含む第２放熱ボビンと、第２放熱ボビン上に設けられる第２コイルとを含む磁性部材を提供する。

本発明による磁性部材は、磁気コアアセンブリを有し、かつ第２放熱ボビンが第１放熱ボビンの第１挿通チャンネル内に設けられることで、磁気コアアセンブリの一部が第２放熱ボビンの第２挿通チャンネル内に設けられる。

本発明による磁性部材は、磁気コアアセンブリを有し、かつ第１放熱ボビンおよび第２放熱ボビンが相互に並設されることで、磁気コアアセンブリの一部が第１放熱ボビンの第１挿通チャンネル内に設けられると同時に、一部が第２放熱ボビンの第２挿通チャンネル内に設けられる。

図１は従来の磁性部材の構造を示す図である。 図２Ａは本発明の第１の好適な実施例に係る磁性部材の分解構造を示す図である。 図２Ｂは図２Ａに示す磁性部材の組立を完成した構造を示す図である。 図２Ｃは図２Ａに示す放熱ボビンに絶縁媒体を含む際の構造を示す図である。 図２Ｄは図２Ａに示す放熱ボビンに設けられる固定構造体の構造を示す図である。 図３は本発明の第２の好適な実施例に係る磁性部材の放熱ボビンの構造を示す図である。 図４は本発明の第３の好適な実施例に係る磁性部材の断面構造を示す図である。 図５は本発明の第４の好適な実施例に係る磁性部材の断面構造を示す図である。

以下、本発明の特徴とメリットを表す典型的な実施例について詳細に説明する。ここで理解すべきことは、本発明が異なる態様において様々な変更を含み、これらはいずれも本願発明の範囲を逸脱することではなく、しかも明細書および図面が、本願発明に対する制限ではなく、本質的には本願発明を説明するものである。

以下、本発明について、図２Ａと図２Ｂを参照しながら説明する。図２Ａは本発明の第１の好適な実施例に係る磁性部材の分解構造を示す図である。図２Ｂは図２Ａに示す磁性部材の組立を完成した構造を示す図である。図２A、２Bに示すように、本発明の磁性部材２は、トランス、インダクタンスおよびフィルタなどであってもよいがそれに限定されない。磁性部材２は、主に放熱ボビン２０、コイル２１および磁気コアアセンブリ２２を含み、放熱ボビン２０が巻線領域２０１および挿通チャンネル２０２を有し、コイル２１が該巻線領域２０１に設けられ、磁気コアアセンブリ２２の一部が挿通チャンネル２０２内に設けられ、これによって放熱ボビン２０がコイル２１および磁気コアアセンブリ２２に対して放熱を行う。本実施例において、放熱ボビン２０は一体成形構造であってもよいがそれに限定されない。

ここで、放熱効率を向上させる目的を達成するため、放熱ボビン２０は、熱伝導材質により構成され、しかもその熱伝導率が10W/m*K以上であることが好ましいが、それに限定されない。一部の実施例において、放熱ボビン２０の材質は、銅、アルミニウム、鉄などのような金属材質であってもよいがそれに限定されなく、放熱ボビン２０の材質は、金属材質である場合、非シームレス環状板材に構成され、放熱ボビン２０が金属材料から製造されることで、磁性部材２を支持する機械的強度を増加させることができるため、放熱ボビン２０が、さらに磁性部材２を支持する機能を有する。他の一部の実施例において、放熱ボビン２０は、炭素繊維材料、複合材料、セラミック材料などのような非金属材質または金属と非金属との複合材質に構成されてもよいがそれに限定されなく、放熱ボビン２０の材質は、非金属材質または金属と非金属との複合材質である場合、シームレス環状板材に構成されてもよいがそれに限定されない。

図２Ａに示すように、本発明の磁性部材２は、一部が放熱ボビン２０の挿通チャンネル２０２内に設けられ、主に磁性部材２を順調に動作させるように磁束をガイドする磁気コアアセンブリ２２をさらに含む。本実施例において、ＥＥ型磁気コアを例として説明を行う。ここで、該ＥＥ型磁気コアアセンブリ２２は、中央壁部２２０および２つの側壁２２１を含み、該２つの側壁２２１がそれぞれ中央壁部２２０の両側に設置される。それ以外に、一部の実施例において、コイル２１は、巻回された電線群構造であるとともに、巻線領域２０１に直接に嵌設されてもよいがそれに限定されない。磁性部材２を組み立てる時に、まず、コイル２１を放熱ボビン２０の巻線領域２０１に巻回し、コイル２１と放熱ボビン２０とを組み立てた後、磁気コアアセンブリ２２の中央壁部２２０を放熱ボビン２０の挿通チャンネル２０２内に穿設することで、磁性部材２の組立作業を完成させる（図２Ｂを参照）。当然ながら、磁気コアアセンブリ２２は、本実施例に示したＥＥ型の磁気コアアセンブリに限定されなく、一部を挿通チャンネル２０２に設置可能な磁気コアアセンブリ２２であれば、いずれも本願発明の保護範囲に属し、しかもその実施形態が実際の実施状況に応じて変更可能である。

図２Ａと図２Ｃを合わせて参照する。図２Ｃは、図２Ａに示す放熱ボビンが絶縁媒体を含む際の構造を示す図である。図２Ｃに示すように、本発明の磁性部材２は、絶縁媒体２０３をさらに含んでもよいがそれに限定されない。本実施例において、絶縁媒体２０３は、放熱ボビン２０とコイル２１との間に絶縁媒体２０３を設置するように、塗布方式により放熱ボビン２０の表面に形成され、これによって放熱ボビン２０とコイル２１との間が互いに絶縁される効果を有する。該絶縁媒体２０３が放熱ボビン２０の表面に設置される形態について、上述した塗布方式以外に、他の実施態様でもよい。例えば、放熱ボビン２０上において、射出成型方式により絶縁媒体２０３で放熱ボビン２０の表面を直接に被着してもよいがそれに限定されない。また、一部の実施例において、さらに絶縁媒体２０３は、放熱ボビン２０の表面を完全に被着することではなく、放熱ボビン２０の巻線領域２０１の表面上のみに設けられ、つまり、絶縁媒体２０３は、放熱ボビン２０の１つの表面上に形成され、および/または放熱ボビン２０とコイル２１との間に設けられ、これによって、上記と同様に絶縁媒体２０３で放熱ボビン２０とコイル２１との間を互いに絶縁させる効果を有する。さらに、他の実施例において、絶縁媒体２０３でコイル２１を被着するように、コイル２１の表面上に絶縁媒体２０３を直接設けることが可能であり、これにより、絶縁媒体２０３を有するコイル２１を放熱ボビン２０の巻線領域２０１に設けた場合、放熱ボビン２０とコイル２１との間が互いに絶縁される効果を有する。

図２Ａと図２Ｄを合わせて参照する。図２Ｄは、図２Ａに示す放熱ボビンに設けられる固定構造体の構造を示す図である。図２Ｄに示すように、一部の実施例において、放熱ボビン２０は、固定構造体をさらに含んでもよいがそれに限定されない。該固定構造体２３は、放熱ボビン２０の底部から延設され、かつ、放熱ボビン２０と互いに垂直になるがそれに限定されない。これにより、組合せ完成の磁性部材２をシステム（未図示）に固定させる。本実施例において、磁性部材２が固定構造体２３によりシステムに固定され、ここで、固定構造体２３とシステムとの間の接続形態としては、係止、ロック、嵌合および溶接などの形態であってもよいがそれに限定されない。

こうすることで、磁性部材２は、放熱機能を有する放熱ボビン２０により、磁性部材２の内部コイル２１および磁気コアアセンブリ２２に対して直接に放熱を行うため、更に優れた放熱効果を有する。また、本発明の放熱ボビン２０は、放熱効率の向上、コイルの設置および磁性部材の支持などの機能を有する。つまり、放熱ボビン２０は、磁性部材２に対する放熱効果を達成する以外に、従来技術のボビンおよび固定部材を省き、更には材料コストを低減させる。また、磁性部材２の動作温度が大幅に低下するため、磁性部材２の製品の信頼性および耐用年数を向上させる。磁性部材２の動作温度が低下することにより、磁気コアアセンブリ２２の磁気特性を向上させる。そのため、同レベルの効果を達する場合、磁気コアアセンブリ２２の小型化を図ることが可能であり、磁性部材２の全体の寸法を小さくし、小型化および材料コストの削減の目的を達成することができる。

当然ながら、本発明の放熱ボビンに係る実施形態は、上述した実施例に限定されない。図３は、本発明の他の好適な実施例に係る磁性部材の放熱ボビンの構造を示す図である。図３に示すように、本実施例において、放熱ボビン３０は、放熱板材３１、巻線領域３０１および挿通チャンネル３０２を含み、巻線領域３０１と挿通チャンネル３０２は、上述した実施例と類似するように設置されるため、ここでその説明を省略する。本実施例において、放熱ボビン３０は、放熱ボビン３０の１つの内側表面に固定される放熱板材３１をさらに含む。本実施例において、本実施例の放熱板材３１は、２個であるため、挿通チャンネル３０２の周囲に巻装されることにより、コイル３２および磁気コアアセンブリ（未図示）に対して放熱を行い、しかも一体成型で放熱板材３１を形成してもよく、または、必要に応じて放熱板材３１の数（例えば、形状が対応する２個以上の構造体の組合せにより形成される）を調整してもよいがそれに限定されない。

上述したこれらの実施例によれば、本発明の磁性部材は、放熱機能を有する放熱ボビンであるため、磁性部材の全体放熱効率を向上させることができ、しかも、磁性部材の外部に放熱構造を設置する必要がなくなり、磁性部材の全体の体積を減少させることができ、同じ体積の条件で、本発明の磁性部材は、巻線におけるコイルのターン数を増加させることができ、磁性部材の性能を向上させる。

それ以外に、放熱ボビンの数を増やすと、より一層、磁性部材の効率を向上させることが可能である。図４は、本発明の他の好適な実施例に係る磁性部材の断面構造を示す図である。図４に示すように、磁性部材４は、第１放熱ボビン４０、第２放熱ボビン４１、第１コイル４２、第２コイル４３および磁気コアアセンブリ４４を含み、第１コイル４２および第２コイル４３は、上述した実施例と類似するように設置されるため、ここでその説明を省略する。本実施例における第１放熱ボビン４０は、第１挿通チャンネル４０１を含み、第２放熱ボビン４１は、第２挿通チャンネル４１０を含み、しかも第１コイル４２および第２コイル４３は、それぞれ第１放熱ボビン４０および第２放熱ボビン４１上に設けられる。本実施例において、第２放熱ボビン４１が第２コイル４３と組み合わせられた後の幅は、第１挿通チャンネル４０１の幅に等しいがそれに限定されない。これにより、第２コイル４３の第２放熱ボビン４１は、第１放熱ボビン４０の第１挿通チャンネル４０１中に設けられることが好ましい。また、本実施例の磁気コアアセンブリ４４は、中央壁部４４０を有し、第１放熱ボビン４０と第２放熱ボビン４１とを組み立てた後、磁気コアアセンブリ４４の中央壁部４４０を第２放熱ボビン４１の第２挿通チャンネル４１０内に設置して、磁気コアアセンブリ４４の一部が第２放熱ボビン４１の第２挿通チャンネル４１０内に位置するようになり、磁性部材４の組立作業を完成する。当然ながら、磁気コアアセンブリ４４の態様は、ＥＥ型の磁気コアに限定されるのではなく、実際の実施状況に応じて変更可能である。

こうすることにより、第１放熱ボビン４０は、第１コイル４２以外に、第２コイル４３の周辺に対しても放熱を行うと同時に、第２放熱ボビン４１も第２コイル４３の内部に対して放熱を行うため、２重に嵌設された第１放熱ボビン４０および第２放熱ボビン４１により、磁性部材４の放熱効率および動作性能を効果的に向上させる。

図５は、上述した実施例以外に、更に複数の放熱ボビンを設ける場合を示す。図５は、本発明の他の好適な実施例に係る磁性部材の断面構造を示す図である。図５に示すように、磁性部材５は、第１放熱ボビン５０、第２放熱ボビン５１および第１コイル５２、第２コイル５３、磁気コアアセンブリ５４、第１挿通チャンネル５０１、第２挿通チャンネル５１０などの構造を有し、第１放熱ボビン５０、第２放熱ボビン５１、第１コイル５２および第２コイル５３は、上述した実施例と類似しているため、ここでその説明を省略する。本実施例において、第１放熱ボビン５０および第２放熱ボビン５１は並設される。さらに、磁気コアアセンブリ５４は、第１磁気コアユニット５４1および第２磁気コアユニット５４２を有し、第１磁気コアユニット５４１および第２磁気コアユニット５４２は、それぞれ２つの磁気コア部５４１ａ、５４１ｂおよび５４２ａ、５４２ｂを有し、磁性部材５を組み立てる時、第１コイル５２および第２コイル５３は、それぞれ第１放熱ボビン５０および第２放熱ボビン５１上に設けられ、その後、磁気コアアセンブリ５４の磁気コア部５４１ａ、５４１ｂおよび５４２ａ、５４２ｂは、それぞれ同時に第１挿通チャンネル５０１および第２挿通チャンネル５１０中に対応させて設けられ、これにより、並設される複数の放熱ボビンを有する磁性部材５の組立作業を完了し、磁性部材５の放熱効率および動作効率を向上させる。このように、本発明の磁性部材は、１つまたは複数の放熱ボビンを有することが可能であり、例えば、３つ、４つまたは５つなどの放熱ボビンを有することが可能であり、その数は、限定されず設置態様および磁気コアアセンブリの種類によって変更可能であり、上述した実施例に限定されない。

以上の説明により、本発明は、放熱ボビンが磁性部材のコイルの内部と磁気コアアセンブリとに対して直接に放熱を行うように、放熱機能を有する放熱ボビンでコイルの内部に対して直接に放熱を行い、それによって磁性部材の動作温度を大幅に低下させ、従来の磁性部材において外部に設置される放熱フィンのみでコイルに放熱を行うため、磁性部材の動作温度の高過ぎる問題、磁性部材の信頼性の低下、使用寿命短縮および全体の小型化ができない欠点を解決する磁性部材およびそれの放熱ボビンを提供する。本発明の放熱ボビンは、磁性部材の動作温度を低下させ、コイルのターン数を増加させることにより、動作性能を向上させ、さらに要求される小型化を達成し、システムの空間占有率を向上させる。それ以外に、放熱ボビンの放熱機能により、磁性部材に放熱フィンを付加に設置することなく、材料コストを削減させることができる。

本発明は当該技術を熟知する当業者によって各種の潤色を加えてもよいが、いずれも特許請求の範囲に保護される範囲から逸脱しない。

磁性部材：1、2、4、5
ボビン：10
コイル：11、21、32
磁気コアアセンブリ：12、22、44、54
放熱フィン：13
放熱ボビン：20、30
巻線領域：201、301
挿通チャンネル：202、302
絶縁媒体：203
中央壁部：220、440
側壁：221
固定構造体：23
第1放熱ボビン：40、50
第2放熱ボビン：41、51
第1コイル：42、52
第2コイル：43、53
第1挿通チャンネル：401、501
第2挿通チャンネル：410、510
第1磁気コアユニット：541
第2磁気コアユニット：542
磁気コア部：541a、541b、542a、542b

Claims (10)

1. 磁性部材であって、少なくとも、
   巻線領域を有する放熱ボビンと、
   前記巻線領域に設けられているコイルと、を含み、前記放熱ボビンは前記コイルに対し放熱を行うことを特徴とする磁性部材。
2. 一部が前記放熱ボビンの挿通チャンネル中に設けられる磁気コアアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
3. 前記放熱ボビンは、少なくとも１つの非シームレス環状構造体により構成され、若しくは、形状が対応する２個以上の構造体の組合せにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
4. 前記放熱ボビンは、前記放熱ボビンの内側表面に固定される放熱板材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
5. 前記放熱ボビンの表面上に形成され、および/または前記放熱ボビンと前記コイルとの間に設けられ、および/または前記コイルの表面に被着される絶縁媒体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
6. 前記放熱ボビンは、前記放熱ボビンから延設されることにより、前記放熱ボビンをシステムに固定させる固定構造体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
7. 前記放熱ボビンの熱伝導率は、10W/m*K以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
8. 磁性部材であって、少なくとも、
   第１挿通チャンネルを含む第１放熱ボビンと、
   前記第１放熱ボビン上に設けられている第１コイルと、
   第２挿通チャンネルを含む第２放熱ボビンと、
   前記第２放熱ボビン上に設けられている第２コイルと、を含むことを特徴とする磁性部材。
9. 前記磁性部材は、磁気コアアセンブリを有し、かつ前記第２放熱ボビンが、前記第１放熱ボビンの前記第１挿通チャンネル内に設けられ、前記磁気コアアセンブリの一部が前記第２放熱ボビンの前記第２挿通チャンネル内に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の磁性部材。
10. 前記磁性部材は、磁気コアアセンブリを有し、かつ、前記第１放熱ボビンおよび前記第２放熱ボビンが相互に並設され、前記磁気コアアセンブリの一部が前記第１放熱ボビンの前記第１挿通チャンネル内に設けられると同時に、一部が前記第２放熱ボビンの前記第２挿通チャンネル内に設けられることを特徴とする請求項８に記載の磁性部材。