JP2016100538A - チョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁を確保することができるチョークコイルを提供する。【解決手段】一端と他端に開口部を有する筒状の磁性体で構成され、その内部空間が直方体状に形成された外コア２と、柱状の磁性体で構成され、その一端面３Ｌと他端面３Ｒとがそれぞれ、外コア２の内周面のうちの対向する二つの平面に対向して配置される内コア３と、巻線を巻回することで構成され、内コア３の外周に配置される巻回部４０を有するコイル４と、を備え、設置対象物上に、外コア２の一端側の開口端面２Ｄ，２Ｕを向けた状態で載置されるチョークコイル１αであって、一端側の開口端面２Ｄにおける開口部全体を塞ぎ、開口端面２Ｄに及ぶ電気絶縁層６を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、主として電源回路の昇圧用、力率改善用又は電流平滑用として用いられるチョークコイルに関する。

チョークコイルは、例えば、電源回路の昇圧用、力率改善用又は電流平滑用として用いられている。例えば、Ｅ字型の一対の分割コアを組み合わせてなるチョークコイルなどが知られている。このチョークコイルでは、分割コアのＥ字の中央の脚片に巻線を巻回したコイルが配置される。しかし、このチョークコイルの分割コアには屈曲部分が多く形成されており、その屈曲部分に応力が集中し易いため、分割コアを扱う際に分割コアが損傷する可能性がある。

上記問題点に鑑み、特許文献１のチョークコイルが提案されている。当該チョークコイルは、内部空間が直方体状に形成された筒状の外コアと、外コアの内部に配置される柱状の内コアと、で磁性コアを構成したチョークコイルである。内コアの一端面と他端面とはそれぞれ、外コアの内周面のうちの対向する二平面に対向して配置されており、その内コアの外周にボビンを介してコイルが設けられている。このチョークコイルは、外コアの一方の開口端面を設置対象物（特許文献１では放熱部材と表記されている）に接触させた状態で固定される。また、このチョークコイルでは、外コアの内部における巻回部と設置対象物との間に、放熱シートやモールド樹脂で構成される放熱層を形成しており、チョークコイルで発生した熱を放熱層を介して設置対象物に逃がす構成を採用している。上記構成のチョークコイルの外コアと内コアは、非常に単純な形状をしており、作製し易い上、応力が集中し易い部分がなく、扱い易い。

特開２０１３−５１４０２号公報

近年、発展が目覚ましいハイブリッド自動車や電気自動車などに利用されるチョークコイルには、大電流が流されるので、巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁をより確実にすることが求められる。

このような要請に対して、特許文献１のチョークコイルでは、巻回部と設置対象物との間には放熱層が設けられるのみであるため、巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁性能を向上させることが求められる。

そこで、上記事情に鑑みて、巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁を確保することができるチョークコイルを提供する。

本発明の一態様に係るチョークコイルは、一端と他端に開口部を有する筒状の磁性体で構成され、その内部空間が直方体状に形成された外コアと、柱状の磁性体で構成され、その一端面と他端面とがそれぞれ、前記外コアの内周面のうちの対向する二つの平面に対向して配置される内コアと、巻線を巻回することで構成され、前記内コアの外周に配置される巻回部を有するコイルと、を備え、設置対象物上に、前記外コアの一端側の開口端面を向けた状態で載置されるチョークコイルであって、前記一端側の開口端面における前記開口部全体を塞ぎ、前記開口端面に及ぶ電気絶縁層を備える。

上記チョークコイルによれば、チョークコイルに備わるコイルの巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁を確保することができる。

実施形態１のチョークコイルの概略斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２の部分拡大図である。 実施形態１のチョークコイルの製造方法における工程αの説明図である。 実施形態１のチョークコイルの製造方法における工程βの説明図である。 実施形態１のチョークコイルの製造方法における工程γの説明図である。 実施形態２のチョークコイルの縦断面図である。

・本発明の実施形態の説明
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

＜１＞実施形態のチョークコイルは、一端と他端に開口部を有する筒状の磁性体で構成され、その内部空間が直方体状に形成された外コアと、柱状の磁性体で構成され、その一端面と他端面とがそれぞれ、前記外コアの内周面のうちの対向する二つの平面に対向して配置される内コアと、巻線を巻回することで構成され、前記内コアの外周に配置される巻回部を有するコイルと、を備え、設置対象物上に、前記外コアの一端側の開口端面を向けた状態で載置されるチョークコイルであって、前記一端側の開口端面における前記開口部全体を塞ぎ、前記開口端面に及ぶ電気絶縁層を備える。

上記構成のように開口部全体を電気絶縁層で塞ぐことで、コイルの巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁を確保することができる。特に、電気絶縁層が外コアの一端側の開口端面に及んでいると、コイルの巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁をより確実にすることができる。

＜２＞実施形態のチョークコイルとして、前記電気絶縁層は、前記開口端面に配置され、前記開口部に加えて前記開口端面全体を覆う大きさを有する絶縁シートである形態を挙げることができる。

絶縁シートで開口端面全体を覆うことで、コイルの巻回部と設置対象物との間の電気的な絶縁をより確実に行うことができる。また、上記構成によれば、絶縁シートを開口端面に配置するだけで電気絶縁層を形成することができるため、チョークコイルの生産性を向上させることができる。

＜３＞実施形態のチョークコイルとして、前記電気絶縁層と前記巻回部の外周面との間に、前記電気絶縁層および前記巻回部の両方に接触する放熱層を備え、前記放熱層の熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である形態を挙げることができる。

電気絶縁層とは別に放熱層を形成することで、チョークコイルの使用時にチョークコイルで発生した熱を効率的に設置対象物に逃がすことができる。その結果、熱によるチョークコイルへの悪影響を抑制することができる。

＜４＞前記放熱層を備える実施形態のチョークコイルとして、前記巻回部における前記電気絶縁層側の外端と、前記電気絶縁層と、の距離が７ｍｍ以下である形態を挙げることができる。

上記距離は、巻回部と電気絶縁層との最短距離である。この最短距離の部分の放熱層の厚さを７ｍｍ以下とすることで、放熱層が厚くなり過ぎることがなく、放熱層を介した巻回部から設置対象物への放熱を効果的に行うことができる。

＜５＞前記放熱層を備える実施形態のチョークコイルとして、前記放熱層は、前記電気絶縁層と前記巻回部の外周面との間で圧縮された放熱シートであり、前記放熱シートのうち、圧縮されていない部分の厚さをｔ１、最も圧縮されている部分の厚さをｔ２としたとき、ｔ１−ｔ２≦０．７×ｔ１を満たす形態を挙げることができる。

放熱層を放熱シートで構成することで、放熱層の形成を容易にすることができる。放熱シートを電気絶縁層の上に貼り付けるだけで放熱層を形成することができるからである。ここで、ｔ１−ｔ２は、放熱シートの放熱層の最大圧縮量である。この最大圧縮量が０．７×ｔ１以下であれば、圧縮前の放熱シートの特性が圧縮によって損なわれることがない。

＜６＞前記放熱層が放熱シートである実施形態のチョークコイルとして、前記巻線が丸線であり、前記丸線の断面の直径をｄとしたとき、０．５×ｄ≦ｔ１−ｔ２を満たす形態を挙げることができる。

放熱シートの圧縮量であるｔ１−ｔ２は、巻回部が放熱層に埋まっている深さと捉えることもできる。この深さ（ｔ１−ｔ２）が丸線の半径（ｄ／２）以上であれば、巻回部と放熱層の接触面積が十分に大きくなり、放熱層を介した巻回部から設置対象物への放熱量を向上させることができる。また、当該接触面積が大きいことで、巻回部と放熱層との接合が強固になり、振動などによって両者の間に隙間が形成されることを抑制することができる。

＜７＞前記放熱層が放熱シートである実施形態のチョークコイルとして、前記放熱シートの圧縮された部分のアスカーＣ硬度が８０以下である形態を挙げることができる。

アスカーＣ硬度が８０以下であることで、圧縮時に巻回部の凹凸表面との密着が十分に確保される。放熱シートは圧縮されることで硬くなる傾向にある。圧縮前の放熱シートのアスカーＣ硬度は４０以下であることが好ましい。その理由については後述する実施形態１で説明する。

＜８＞実施形態のチョークコイルとして、前記電気絶縁層の厚みが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である形態を挙げることができる。

電気絶縁層を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることで、電気絶縁層に過不足のない電気絶縁性を持たせることができる。

＜９＞実施形態のチョークコイルとして、前記内コアの外周面と前記巻回部の内周面との間に介在され、前記内コアと前記コイルとの間の電気的な絶縁を確保する筒状部と、前記外コアの内周面と前記巻回部の端面との間に介在され、前記外コアと前記コイルとの間の電気的な絶縁を確保する鍔状部と、を有するボビンを備える形態を挙げることができる。

上記構成によれば、コイルと、内コアおよび外コアと、の間の絶縁をより確実に確保することができ、チョークコイルの動作を安定化させることができる。

＜１０＞前記ボビンを備える実施形態のチョークコイルとして、前記内コアは、前記ボビンにインサート成形されている形態を挙げることができる。

上記構成によれば、チョークコイルの生産性を向上させることができる。内コアをボビンにインサート成形しておけば、チョークコイルの作製の際、ボビンの筒状部に内コアを挿入する手間、筒状部における適正な位置に内コアを配置する手間を低減することができるからである。

＜１１＞前記ボビンを備える実施形態のチョークコイルとして、前記ボビンは、前記外コアの他端側の開口端面に係合することで前記外コアに対する前記ボビンの位置を決める位置決め部を備える形態を挙げることができる。

上記構成によれば、外コアとボビンの相対的な位置が精度良く決まるので、外コアと、ボビンの筒状部の内部に配置される内コアと、の相対的な位置も精度良く決まる。

・本発明の実施形態の詳細
以下、本発明のチョークコイルの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。

＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１〜７を参照し、実施形態１のチョークコイル１αを説明する。図１はチョークコイル１αの概略斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図３はＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は図２の部分拡大図である。また、図５〜図７は、チョークコイルの製造方法の手順を示す説明図である。

図１〜３に示すチョークコイル１αは、特許文献１のチョークコイルと同様に、外コア２と内コア３（図２，３参照）とコイル４とを備えており、冷却ベースなどの設置対象物９上に載置された状態で使用される。本実施形態のチョークコイル１αはさらに、コイル４とコア２，３との間の絶縁を確保するボビン５を備える。この本実施形態のチョークコイル１αの従来との主な相違点は、外コア２における設置対象物９に対向する開口端面２Ｄの開口部を塞ぐ電気絶縁層６を備えることである。以下、チョークコイル１αに備わる各構成を詳細に説明する。

≪外コア≫
外コア２は、一端側（紙面下側）と他端側（紙面上側）に開口部を有する筒状の磁性体であり、その内部空間が直方体状に形成された部材である。つまり、外コア２の内周面は、枠状に配置される四つの平面から構成されている。このような内周面に対して、筒状の磁性体の外周面の形状は特に限定されず、例えば円筒状であっても良いし、内周面と同様に直方体状であっても良い。本実施形態の外コア２は、内周面と同様、外周面も直方体状に形成された部材、即ち角筒状の部材となっている。

図２，３に示すように、外コア２における開口部を有する開口端面２Ｕ，２Ｄは、平坦に形成されている。本実施形態では、開口端面２Ｄが設置対象物９に対向するように、チョークコイル１αが設置対象物９上に載置される。

外コア２としては、鉄などの鉄属金属やその合金（例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）などに代表される軟磁性粉末（軟磁性粒子の集合体）を圧縮成形した圧粉成形体が利用できる。軟磁性粒子の表面には、リン酸塩やシリコーンなどの絶縁被覆が形成されており、その絶縁被覆によって圧粉成形体の渦電流損を低減することができる。上記外コア２として、軟磁性粉末を含む樹脂を成形型で成形した複合材料を利用することもできる。

≪内コア≫
内コア３は、図２に示すように、一端面３Ｌと他端面３Ｒを有する柱状体の磁性体であり、一端面３Ｌと他端面３Ｒとがそれぞれ、外コア２の内周面のうちの対向する二平面に対向して配置される部材である。内コア３の形状は特に限定されず、円柱状であっても良いし、楕円柱状であっても良いし、角柱状であっても良い。本実施形態の内コア３は、後述するチョークコイルの製造方法の説明図である図５に示すように、角柱の外周面（端面を除く面）の角部をＲ面取りした部材となっている。

内コア３としては、外コア２と同様に、圧粉成形体や複合材料を利用することができる。内コア３は、図示するように一本の柱状の磁性体で構成されていても良いが、圧粉成形体や複合材料のコア片と、コア片よりも低透磁率の板状のギャップ材と、を交互に連結させた積層柱状体であっても良い。ギャップ材には、アルミナなどの非磁性材を利用することができる。この内コア３の磁気特性（比透磁率や飽和磁束密度など）と、上述した外コア２の磁気特性と、を異ならせても良く、そうすることでチョークコイル１αの性能を向上させることができる場合がある。

≪コイル≫
コイル４は、巻線を巻回してなる巻回部４０を備える。本実施形態の巻回部４０は、巻線を多層に巻回することで形成されており、後述するボビン５の筒状部５０の外形に沿った角筒状となっている。角筒状の巻回部４０とは、その端面形状が略四角形状（正方形状を含む）の角を丸めた形状の巻回部のことである（特に図３を参照）。もちろん、巻回部４０は円筒状に形成しても構わない。円筒状の巻回部とは、その端面形状が閉曲面形状（楕円形状や真円形状、レーストラック形状など）の巻回部のことである。

コイル４を構成する巻線は、銅やアルミニウム、マグネシウム、あるいはその合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線によって構成することができる。本実施形態では、銅製の丸線の外周をエナメル（代表的にはポリアミドイミド）で被覆した被覆丸線を利用している。その他、断面が矩形の平角線の外周をエナメルで被覆した被覆平角線を利用することもできる。その場合、巻回部４０は、被覆平角線をエッジワイズ巻きにすること形成することができる。

コイル４の両端部４Ａ，４Ｂは、巻回部４０から引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。この端子部材を介して、コイル４に電力供給を行なう電源などの外部装置が接続される。端部４Ａ，４Ｂの引き出し方向は特に限定されないが、本実施形態では、外コア２の筒軸方向（開口部の中心を繋いだ方向）に端部４Ａ，４Ｂが引き出されている。

≪ボビン≫
ボビン５は、筒状部５０と、筒状部５０の両端部にそれぞれ形成される鍔状部５１Ａ，５１Ｂと、を備える（特に、図２、合わせて図５も参照）。筒状部５０の内部には上述した内コア３が収納され、筒状部５０の外周には上述したコイル４の巻回部４０が配置される。即ち、筒状部５０は、内コア３の外周面と巻回部４０の内周面との間に介在され、内コア３とコイル４との電気的な絶縁を確保するためのものである。

ここで、筒状部５０内への内コア３の配置は、本実施形態に示すように筒状部５０に内コア３を挿入することで行っても良いし、筒状部５０に内コア３をインサート成形で一体化させることで行っても良い。前者の場合、筒状部５０における内コア３の固定は接着剤などで行うことができる。

一方、鍔状部５１Ａ，５１Ｂは、外コア２の内周面と巻回部４０の端面との間に介在され、外コア２とコイル４との間の電気的な絶縁を確保するためのものである。鍔状部５１Ａ，５１Ｂには、筒状部５０にフランジ状に繋がっており、上記筒状部５０の内部に内コア３を挿入できるようになっている。

ここで、筒状部５０の内部空間が一方の鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）に開口し、他方の鍔状部５１Ｂ（５１Ａ）には開口しない形態、即ち他方の鍔状部５１Ｂ（５１Ａ）が筒状部５０の他端を封止する形態とすることもできる。その場合、鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）の孔から筒状部５０に内コア３を挿入したときに、内コア３の端面が鍔状部５１Ｂ（５１Ａ）に当て止めされ、筒状部５０における内コア３の位置を精度良く決定することができる。

本実施形態のボビン５はさらに、外コア２に対するボビン５の位置を決める位置決め部５２Ａ，５２Ｂと、ボビン５を後述する取付板７に固定する固定部５３Ａ，５３Ｂを備える。位置決め部５２Ａ（５２Ｂ）は、鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）の上端に形成され、筒状部５０の外方側に伸びる。つまり、鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）と位置決め部５２Ａ（５２Ｂ）とが概略Ｌ字型に繋がっている。この位置決め部５２Ａ，５２Ｂは、外コア２の上端の開口端面２Ｕに係合し、外コア２内でのボビン５の筒状部５０の位置、即ち外コア２内での内コア３の位置を決定する。

一方、固定部５３Ａ（５３Ｂ）は、位置決め部５２Ａ（５２Ｂ）の外方側に繋がる壁部と、壁部の下端に繋がる脚部と、で構成されている。壁部は鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）に略平行に形成されており、脚部は外コア２の開口端面２Ｄに略平行に形成されており、固定部５３Ａ（５３Ｂ）の全体形状は、概略Ｌ字型となっている。壁部には、鍔状部５１Ａ（５１Ｂ）に対応する位置に孔が形成されており、筒状部５０に内コア３を挿入し易くなっている。脚部には、カラー（図２参照）が埋設されており、そのカラーによってチョークコイル１αを設置対象物９にネジ止めするボルト９Ｂのためのネジ孔５ｈ（図５参照）が形成されている。固定部５３Ａ，５３Ｂは、後段のチョークコイルの製造方法の説明で詳しく述べるように、取付板７に接着されており、ボビン５と取付板７とを一体化させる。その結果、ボビン５と取付板７との相対的な位置、即ちボビン５の筒状部５０の内部に配置される内コア３と取付板７に一体化された外コア２との相対的な位置を精度良く決定することができる。

以上説明したボビン５の構成材料には、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ナイロン６、ナイロン６６といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂を利用することができる。その他、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を利用することも可能である。上記樹脂にセラミックスフィラーを含有させて、ボビン５の熱伝導率を向上させても良い。セラミックスフィラーとしては、例えば、アルミナやシリカなどの非磁性粉末を利用することができる。

≪電気絶縁層≫
電気絶縁層６は、電気絶縁性に優れる材質で構成され、外コア２の開口端面２Ｄにおける開口部を塞ぐ層であって、巻回部４０と設置対象物９との間の電気的な絶縁を確保するための層である。本実施形態の電気絶縁層６は、開口部を含む開口端面２Ｄ全体を覆う大きさに形成され、外コア２の開口端面２Ｄに取り付けられている。電気絶縁性の指標としては、２．５ｋＶ／５０μｍ以上の絶縁破壊電圧を有することが挙げられる。

ここで、本実施形態の電気絶縁層６は、外コア２と後述する取付板７とを一体化させる粘着性を有している。この取付板７と外コア２とを一体化させるという機能を考慮すれば、電気絶縁層６の形成範囲は、外コア２の開口端面２Ｄと同じかそれ以上とすることが好ましい。既に述べたように、本実施形態の電気絶縁層６の形成範囲は、外コア２の開口端面２Ｄとほぼ同じとなっており、そのため外コア２の開口端面２Ｄ全体が電気絶縁層６によって取付板７に接合される。

電気絶縁層６の厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。この厚さであれば、過不足のない電気絶縁性を電気絶縁層６に持たせることができる。当該厚さは、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることがより好ましく、最も好ましくは０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。

電気絶縁性や上記粘着性を満たす電気絶縁層６の構成材料としては、例えばシリコーン樹脂や、ポリイミド樹脂などを利用することができる。電気絶縁層６に上述した非磁性・電気絶縁性のセラミックスフィラーを含有させ、電気絶縁層６の熱伝導率を向上させても良い。この電気絶縁層６は両面粘着シートで構成しても良く、その場合、取付板７に両面粘着シートを貼り付けるだけで取付板７の上に電気絶縁層６を形成することができる。例えば、電気絶縁性に優れる材料からなる基材の両面に粘着性の層を形成した両面粘着シートであれば、取付板７と外コア２とを一体化させる機能に加えて、取付板７とコイル４との間の電気的な絶縁を確保する機能を持った電気絶縁層６とすることができる。具体的には、ポリイミドの基材の両面にシリコーン樹脂で粘着性の層を形成した両面粘着シートを利用することができる。

≪その他≫
［放熱層］
本実施形態のチョークコイル１αはさらに、図２，３に示すように、電気絶縁層６と巻回部４０の外周面との間に、電気絶縁層６および巻回部４０の両方に接触する放熱層８を備える。放熱層８は、コイル４の熱を効率的に取付板７側に逃がすための放熱経路として機能する。そのため、放熱層８は、優れた熱伝導率、具体的には０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することが好ましく、熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましく、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上がさらに好ましく、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上が最も好ましい。

また、この放熱層８は、巻回部４０を備えるコイル４、外コア２、および電気絶縁層６が形成された取付板７を強固に一体化させる機能を持つ。その結果、外コア２と、巻回部４０の内部に配置される内コア３と、の相対的な位置を精度良く決めることができる。放熱層８にこの機能を発揮させるには、巻回部４０の巻線が放熱層８に埋まっていることが好ましい。

放熱層８は、熱伝導性に優れる放熱シートによって形成することが好ましい。チョークコイル１αを製造する際、電気絶縁層６上に放熱シートを貼り付けるだけで放熱層８を形成することができるからである。その場合、放熱シートの大きさは、図２，３に示すように、外コア２の開口部よりも小さくすることが好ましい。後述するチョークコイルの製造方法に示すように取付板７に外コア２を取り付ける際、放熱シートが邪魔にならないからである。

放熱層８を放熱シートで構成する場合、電気絶縁層６と巻回部４０の外周面との間で放熱シートが圧縮されるようにすることが好ましい。そうすることで、放熱層８と巻回部４０との接触面積が増し、放熱層８による放熱効率の向上、および放熱層８と巻回部４０との接合強度の向上を図ることができる。

放熱シートの圧縮に当たっては、図４に示すように、放熱シートの圧縮されていない部分の厚さをｔ１、最も圧縮されている部分の厚さをｔ２、巻回部４０の巻線（被覆丸線）の直径をｄとしたとき、次の規定を満たすことが好ましい。
・ｔ２≦７ｍｍ
・ｔ１−ｔ２≦０．７×ｔ１
・０．５×ｄ≦ｔ１−ｔ２

上記ｔ２は、巻回部４０と電気絶縁層６との間の最短距離である。その最短距離の部分の放熱層８の厚さｔ２を７ｍｍ以下とすることで、放熱層８が厚くなり過ぎることがなく、放熱層８を介した巻回部４０から設置対象物９への放熱を効果的に行うことができる。

また、上記ｔ１−ｔ２は放熱シートの放熱層の最大圧縮量である。このｔ１−ｔ２が０．７×ｔ１以下であれば、圧縮前の放熱シートの特性が損なわれることがない。

放熱シートの圧縮量であるｔ１−ｔ２は、巻回部４０が放熱層８に埋まっている深さと捉えることもできる。この深さ（ｔ１−ｔ２）が丸線の半径（ｄ／２）以上であれば、巻回部４０と放熱層８の接触面積が十分に大きくなり、放熱層８を介した巻回部４０から設置対象物９への放熱量を向上させることができる。また、当該接触面積が大きいことで、巻回部４０と放熱層８との接合が強固になり、振動などによって両者４０，８の間に隙間が形成されることを抑制することができる。

ここで、巻線が被覆平角線の場合、ｔ１−ｔ２は、被覆平角線の断面の角Ｒ以上とすることが好ましい。つまり、被覆平角線が放熱層８に埋設され、放熱層８が被覆平角線の平面部に及んでいる状態が好ましい。

放熱層８の構成材料としては、例えばシリコーン樹脂や、アクリル樹脂などを利用することができる。放熱層８に上述した非磁性・電気絶縁性のセラミックスフィラーを含有させ、放熱層８の熱伝導率を向上させても良い。

［取付板］
本実施形態のチョークコイル１αはさらに、チョークコイル１αを設置対象物９に固定する際の台座となる取付板７を備える。取付板７は、その上面に外コア２が載置される部材であって、チョークコイル１αを移動させる際のトレイの役割も持っている。

取付板７は、台座としての機能を発揮するために、少なくとも外コア２の開口端面２Ｄと同じ大きさを有する。チョークコイル１αのハンドリング性を高める意味で、取付板７は、開口端面２Ｄよりも大きいことが好ましく、本実施形態では、内コア３の軸方向に取付板７の長さが外コア２よりも長くなっている。一方で、内コア３の軸方向と直交する方向における取付板７の長さは外コア２とほぼ同じとなっている。内コア３の軸方向に取付板７が長くなっている部分には、チョークコイル１αを設置対象物９にネジ止めするためのボルト９Ｂが挿通されるネジ孔７ｈ（図６）が形成されている。

取付板７に求められる特性としては、取付板７は、外コア２などの重みによって取付板７が屈曲したり破損したりすることがないように、強度に優れることである。また、取付板７は、優れた熱伝導性、具体的には１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することが好ましく、取付板７の熱伝導率は高ければ高い方が好ましい。高い熱伝導率を有する取付板７とすることで、チョークコイル１αの使用時に発生した熱を効率的に設置対象物９に逃がすことができ、チョークコイル１αの動作を安定させることができる。以上の特性を満たす取付板７の材料として、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、マグネシウムやマグネシウム合金などを挙げることができる。

≪チョークコイルの作製手順≫
以上説明した構成を備えるチョークコイル１αは、概略以下の工程α〜工程γを備えるチョークコイルの製造方法により作製することができる。
［工程α］…内コア３とコイル４とが一体になった第一組物Ｃ１を作製する。本実施形態では、内コア３とコイル４に加えてボビン５を一体化させた第一組物Ｃ１を作製する。
［工程β］…外コア２と取付板７とが一体になった第二組物Ｃ２を作製する。
［工程γ］…第一組物Ｃ１と第二組物Ｃ２とを組み合わせる。
以下、チョークコイルの製造方法に備わる各工程を図５〜図７に基づいて説明する。なお、工程αと工程βの順番は入れ換えることが可能である。

［工程α］
工程αを行うにあたり、図５の上図に示すように、まずボビン５を用意する。次いで、図５の下図に示すように、ボビン５の筒状部５０の外周に巻線を巻回することでコイル４の巻回部４０を形成すると共に、筒状部５０の内部に内コア３を挿入し、内コア３とボビン５とコイル４とが一体になった第一組物Ｃ１を作製する。その際、内コア３の周面に接着剤を塗布しておき、筒状部５０内での内コア３の位置が固定されるようにする。

上述した構成とは異なり、インサート成形などで内コア３を一体化したボビン５を作製し、その一体化物にコイル４を形成しても構わない。そうすることで、ボビン５の筒状部５０内に内コア３を挿入する手間、筒状部５０における内コア３の位置決めの手間を低減することができる。

［工程β］
工程βを行うにあたり、図６に示すように、まず取付板７を用意する。次いで、その取付板７の上面に電気絶縁層６を形成する。電気絶縁層６として、両面粘着シートを利用すれば、電気絶縁層６の形成が容易である。両面粘着シートとしては、ポリイミドの基材の両面にシリコーン樹脂の電気絶縁層を形成したものを挙げることができる。

さらに、電気絶縁層６の上に、外コア２の開口部よりも小さい放熱シートを貼り付け、放熱層８を形成する。放熱シートは、変形性に優れるシリコーン樹脂などで構成する。放熱シートのアスカーＣ硬度は４０以下とすることが好ましい。アスカーＣ硬度が４０以下の柔らかい放熱シートは、後述するように放熱シートに巻回部４０を押し付けたときに変形し易い。

最後に、電気絶縁層６の輪郭線と外コア２の開口端面２Ｄの輪郭線を合わせて、電気絶縁層６を形成した取付板７に外コア２を取り付ける。その結果、取付板７上に外コア２が一体化された第二組物Ｃ２が形成される。

［工程γ］
工程γでは、図７に示すように、第一組物Ｃ１の内コア３の一端面と他端面とがそれぞれ、第二組物Ｃ２の外コア２の内周面のうちの対向する二つの平面に対向して配置されるように外コア２の内部に第一組物Ｃ１の巻回部４０を挿入し、第一組物Ｃ１と第二組物Ｃ２とを組み合わせる。本実施形態では、外コア２の上方側の開口端面２Ｕにおけるボビン５の位置決め部５２Ａ，５２Ｂに対応する部分、および取付板７におけるボビン５の固定部５３Ａ，５３Ｂに対応する部分に、予め接着部材２ｂを形成している。接着部材２ｂを形成しておくことで、位置決め部５２Ａ，５２Ｂが外コア２の上方側の開口端面２Ｕに固定され、固定部５３Ａ，５３Ｂが取付板７に固定される。なお、両組物Ｃ１，Ｃ２の組み合わせの際、ボビン５のネジ孔５ｈと、取付板７のネジ孔７ｈと、を位置合わせしておく。

ここで、両組物Ｃ１，Ｃ２を組み合わせる際、第一組物Ｃ１の巻回部４０が第二組物Ｃ２の放熱層８（放熱シート）に押し付けられる。放熱シートのアスカーＣ硬度は４０以下であると放熱シートが変形し易く、そのため巻回部４０が放熱シートに押し付けられても、巻回部４０が損傷することがなく、巻回部４０の下端側の部分が放熱層８に埋設された状態になる。放熱シートにおける圧縮された部分の硬度は圧縮前よりも若干高くなるが、当該部分のアスカーＣ硬度は８０以下程度である。

最後に、両組物Ｃ１，Ｃ２を組み合わせたものを熱処理し、放熱層８と接着部材２ｂを硬化させ、両組物Ｃ１，Ｃ２を確実に係合させ、チョークコイル１αを完成させる。チョークコイル１αを、図１に示すように設置対象物９上に取り付ける場合、取付板７ごとチョークコイル１αを設置対象物９上の所定位置に配置し、ボルト９Ｂでネジ止めすれば良い。

≪効果≫
以上説明した本実施形態のチョークコイル１αでは、図２，３に示すように、外コア２の開口端面２Ｄの開口部が電気絶縁層６で塞がれている。その結果、チョークコイル１αのコイル４の巻回部４０から取付板７までの沿面距離が十分に長くなるため、巻回部４０と、取付板７が載置される設置対象物９と、の間の電気的な絶縁が十分に確保されている。従って、本実施形態のチョークコイル１αは、動作時の安定性に優れる。

また、本実施形態のチョークコイル１αには取付板７が備わっており、チョークコイル１αの構成部材全てが一体に形成されるため、扱い易い。そのため、従来に比べて設置対象物９へのチョークコイル１αの設置が容易で、チョークコイル１αを備える製品の生産性を向上させることができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、電気絶縁層６の形成状態が実施形態１とは異なるチョークコイル１βを図８に基づいて説明する。

図８は、実施形態２のチョークコイル１βの縦断面図である。このチョークコイル１βでは、電気絶縁層６が開口部を含む開口端面２Ｄ全体を覆う大きさを有し、かつ巻回部４０に接触している。つまり、このチョークコイル１βは、実施形態１のチョークコイル１αの電気絶縁層６と放熱層８とが一体となったような構成を備える。

このような構成を実現するには、取付板７の上に絶縁シートを形成し、外コア２の開口端面２Ｄと巻回部４０とでその絶縁シートを圧縮すれば良い。ここで、絶縁シートを熱伝導率に優れる材質で構成すれば、電気絶縁層６に放熱層としての機能を持たせることもできる。

実施形態２の構成においても、電気絶縁層６によって巻回部４０から取付板７に至る沿面距離が十分に長くなっているため、巻回部４０と設置対象物９との間の電気的な絶縁を確保することができる。

本発明のチョークコイルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった電動車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。

１α，１β チョークコイル Ｃ１ 第一組物 Ｃ２ 第二組物
２ 外コア ２Ｄ，２Ｕ 開口端面 ２ｂ 接着部材
３ 内コア ３Ｌ 一端面 ３Ｒ 他端面
４ コイル ４０ 巻回部 ４Ａ，４Ｂ 端部
５ ボビン
５０ 筒状部 ５１Ａ，５１Ｂ 鍔状部 ５２Ａ，５２Ｂ 位置決め部
５３Ａ，５３Ｂ 固定部 ５ｈ ネジ孔
６ 電気絶縁層
７ 取付板 ７ｈ ネジ孔
８ 放熱層
９ 設置対象物 ９Ｂ ボルト

Claims (11)

1. 一端と他端に開口部を有する筒状の磁性体で構成され、その内部空間が直方体状に形成された外コアと、
   柱状の磁性体で構成され、その一端面と他端面とがそれぞれ、前記外コアの内周面のうちの対向する二つの平面に対向して配置される内コアと、
   巻線を巻回することで構成され、前記内コアの外周に配置される巻回部を有するコイルと、を備え、
   設置対象物上に、前記外コアの一端側の開口端面を向けた状態で載置されるチョークコイルであって、
   前記一端側の開口端面における前記開口部全体を塞ぎ、前記開口端面に及ぶ電気絶縁層を備えるチョークコイル。
2. 前記電気絶縁層は、前記開口端面に配置され、前記開口部に加えて前記開口端面全体を覆う大きさを有する絶縁シートである請求項１に記載のチョークコイル。
3. 前記電気絶縁層と前記巻回部の外周面との間に、前記電気絶縁層および前記巻回部の両方に接触する放熱層を備え、
   前記放熱層の熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１または請求項２に記載のチョークコイル。
4. 前記巻回部における前記電気絶縁層側の外端と、前記電気絶縁層と、の距離が７ｍｍ以下である請求項３に記載のチョークコイル。
5. 前記放熱層は、前記電気絶縁層と前記巻回部の外周面との間で圧縮された放熱シートであり、
   前記放熱シートのうち、圧縮されていない部分の厚さをｔ１、最も圧縮されている部分の厚さをｔ２としたとき、ｔ１−ｔ２≦０．７×ｔ１を満たす請求項３または請求項４に記載のチョークコイル。
6. 前記巻線が丸線であり、
   前記丸線の断面の直径をｄとしたとき、０．５×ｄ≦ｔ１−ｔ２を満たす請求項５に記載のチョークコイル。
7. 前記放熱シートの圧縮された部分のアスカーＣ硬度が８０以下である請求項５または請求項６に記載のチョークコイル。
8. 前記電気絶縁層の厚みが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のチョークコイル。
9. 前記内コアの外周面と前記巻回部の内周面との間に介在され、前記内コアと前記コイルとの間の電気的な絶縁を確保する筒状部と、
   前記外コアの内周面と前記巻回部の端面との間に介在され、前記外コアと前記コイルとの間の電気的な絶縁を確保する鍔状部と、
   を有するボビンを備える請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のチョークコイル。
10. 前記内コアは、前記ボビンにインサート成形されている請求項９に記載のチョークコイル。
11. 前記ボビンは、前記外コアの他端側の開口端面に係合することで前記外コアに対する前記ボビンの位置を決める位置決め部を備える請求項９または請求項１０に記載のチョークコイル。

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