JP2023070615A - 磁気コンポーネント及びその磁気ボディ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気コンポーネントを提供すること。【解決手段】磁気コンポーネントは、磁気ボディ及びコイルを備える。磁気ボディは、内部脚と、少なくとも１つの外部脚であって、第１下部部分と、第２下部部分とを有する。内部脚及び少なくとも１つの外部脚は、第１下部分及び第２下部部分から突出する。内部脚の断面積は少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい。コイルは内部脚に巻かれている。【選択図】図１

Description

発明の背景
１． 技術分野
本発明は、磁気コンポーネント及びその磁気ボディに関し、より詳細には、磁界分布を均一化し、熱バランスを改善することができる磁気コンポーネント及びその磁気ボディに関する。

２．関連技術の説明
磁気コンポーネントは、エネルギーを蓄え、エネルギーを変換し、電気を絶縁するために使用される重要な電気コンポーネントである。ほとんどの回路では、常に磁気コンポーネントが取り付けられている。一般に、磁気コンポーネントは、主にリアクタ、トランス及びインダクタから成る。通常、磁気コンポーネントは磁気ボディと、磁気ボディに配置されている少なくとも一つのコイルとを含む。磁気コンポーネントを搭載した電子デバイスが動作しているときには、磁気コンポーネントによって発生した熱が蓄積されて電子デバイスの温度が上昇し、電子デバイスの動作効率が低下したり、磁気体がひび割れたりすることがある。したがって、磁気コンポーネントの熱バランスを改善するための熱蓄積を回避する方法は、重要な設計課題となっている。

本発明は、上記の問題を解決するために、磁界分布を均一化し、熱バランスを改善することができる磁気コンポーネント及びその磁気ボディを提供する。

本発明の一実施形態によれば、磁気コンポーネントは、磁気ボディ及びコイルを備える。磁気ボディは、内部脚と、少なくとも１つの外部脚と、第１の底部と、第２の底部とを備える。内部脚及び少なくとも１つの外部脚は、第１下部分及び第２下部部分から突出する。内部脚の断面積（ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｅａ）は少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい。コイルは内部脚に巻かれている。

本発明の他の実施形態によれば、磁気ボディは、内部脚と、少なくとも１つの外部脚と、下部部分と、を備える。内部脚の断面積は少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい。内部脚及び少なくとも１つの外部脚は下部部分から突出している。

上述したように、本発明は、磁気コンポーネントの特性を改善するために、磁気ボディの内部脚及び少なくとも１つの外部脚の断面積を調整し、最適化する。具体的には、内部脚の断面積は少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい。磁気ボディの構造が上記の幾何学的基準に適合する場合、磁気ボディは、磁界分布を均一化し、そして、熱蓄積を回避して、磁気コンポーネントの熱バランスを改善することができる。

本発明のこれら及び他の目的は、種々の図面及び図面に示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、当業者には明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係る磁気コンポーネントを示す断面図である。

図１に示すコアを示す斜視図である。

図２に示すコアを示す平面図である。

図１に示す磁気コンポーネントを示す側面図である。

図２に示すコアを示す正面図である。

図５に示す内脚の体積の範囲を示す斜視図である。

は、図５に示す第１下部部分と第２下部部分の体積の範囲を示す斜視図である。

は、図５に示す２つの外部脚の体積の範囲を示す斜視図である。

本発明の別の実施形態に係る磁気ボディを示す斜視図である。

本発明の別の実施形態に係る磁気ボディを示す斜視図である。

図１～図６Ｃを参照すると、図１は、本発明の一実施形態による磁気コンポーネント１を示す断面図であり、図２は、図１に示すコア１０ａを示す斜視図であり、図３は、図２に示すコア１０ａを示す上面図であり、図４は、図１に示す磁気コンポーネント１を示す側面図であり、図５は、図２に示すコア１０ａを示す正面図であり、図６Ａは、図５に示す内部脚１００の体積Ｖ１の範囲を示す斜視図であり、図６Ｂは、図５に示す、第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６の体積Ｖ２＿１、Ｖ２＿２の範囲を示す斜視図であり、図６Ｃは、図５に示す２つの外部脚１０２の体積Ｖ３＿１、Ｖ３＿２の範囲を示す斜視図である。

本発明の磁気コンポーネント１は、リアクタ、トランス、インダクタ、又は他の磁気コンポーネントであることができる。図１に示すように、磁気コンポーネント１は、磁気ボディ１０とコイル１２とを備える。磁気ボディ１０は、内部脚１００と、少なくとも１つの外部脚１０２と、第１下部部分１０４と、第２下部部分１０６とを備える。好ましくは、第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６はプレート構造であることができ、磁気ボディ１０は対称構造であることができる。磁気ボディ１０は、一体的に形成されてもよく、複数のコアから構成されることができる。この実施形態では、磁気ボディ１０は、２つのＥコア１０ａ、１０ｂから構成されることができるが、本発明は、それに限定されない。磁気ボディ１０のコアの数及びタイプは、実際の用途にしたがって決定されることができる。例えば、磁気ボディ１０のコアは、Ｅコア、ＥＦＤコア、ＥＰＣコア、ＰＱコア、ＥＣコア、低プロファイルコア、ＰＯＴコア、ＥＴＤコア、ＥＰコア、ＲＭコア、ソリッドセンターポストＲＭコア等とすることができる。この実施形態では、コア１０ａ、１０ｂは、同一の構造を有し、図２及び図３は、説明のためのコア１０ａのみを示す。しかし、別の実施形態では、コア１０ａ、１０ｂは、異なる構造を有することができる。

この実施形態では、磁気ボディ１０は、複数の外部脚１０２を備えることができるが、本発明は、それに限定されない。図１に示すように、磁気ボディ１０は、２つの外部脚１０２を備え、内部脚１００は、２つの外部脚１０２の間に配置され、内部脚１００及び２つの外部脚１０２は、第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６から突出する。この実施形態では、コア１０ａは、内脚部１００の一部、２つの外脚部１０２の一部、及び第１下部部分１０４を含み、コア１０ｂは、内脚部１００の一部、２つの外脚部１０２の一部、及び第２下部部分１０６を含む。しかし、他の実施形態では、コア１０ａ、１０ｂは、実際の用途に応じて、１つの単一の外脚部１０２を有することができる。

この実施形態では、コイル１２は、内部脚１００の周囲に巻かれ、外部脚１０２の周囲にコイルは巻かれていない。内部脚１００の周りに巻かれたコイル１２によって生成された磁気フラックスＭＦは、内部脚１００、第１下部部分１０４、外部１０２脚及び第２下部部分を順に通過する。さらに、コア１０ａ、１０ｂの内部脚１００又は／又は外部脚１０２との間には、実際の用途に応じてギャップが存在することができる。

この実施形態では、内部脚１００の断面積は外部脚１０２の総断面積よりも大きい。図３に示すように、内部脚１００の断面積はＡ１であり、２つの外部脚１０２の断面積はＡ３＿１、Ａ３＿２である。したがって、内部脚１００及び２つの外部脚１０２の断面積は、以下の不等式に適合する：
Ａ１＞Ａ３＿１＋Ａ３＿２
上記の不等式（Ａ１＞Ａ３＿１＋Ａ３＿２）は、２つの外部脚１０２を有する磁気ボディ１０に適合することに留意されたい。磁気ボディ１０の構造が上記の幾何学的基準に適合する場合、磁気ボディ１０は、磁界分布を均一化し、次いで、熱蓄積を回避して、磁気コンポーネント１の熱バランスを改善することができる。

少なくとも１つの外部脚１０２の数は、Ｎ（Ｎは正の整数）に等しくてもよく、内部脚１００の断面積及びＮ個の外部脚１０２の断面積は、Ａ３＿１、…、Ａ３＿Ｎとして定義されてもよいことに留意されたい。したがって、Ｎ個の外部脚１０２は、Ａ１＞Ａ３＿１＋．．．＋Ａ３＿Ｎの不等式に適合する。別の実施形態では、少なくとも１つの外脚部１０２の数が１に等しい場合、内脚部１００及び外脚部１０２の断面積は、以下の不等式に適合する：
Ａ１＞Ａ３＿１
別の実施形態では、少なくとも１つの外脚部１０２の数が４に等しい場合、内脚部１００及び４つの外脚部１０２の断面積は、以下の不等式に適合する：
Ａ１＞Ａ３＿１＋Ａ３＿２＋Ａ３＿３＋Ａ３＿４

この実施形態では、内部脚１００の断面積は、２つの外部脚１０２の総断面積より大きい。好ましくは、図３に示す観察角度から、内部脚１００の長さ対幅比Ｌ１／Ｗ１は１～１０であり、外部脚１０２の長さ対幅比Ｌ２／Ｗ２は１～１０である。別の実施形態では、内部脚１００の長さ対幅比Ｌ１／Ｗ１は、１から８の間であってもよく、外部脚１０２の長さ対幅比Ｌ２／Ｗ２は、１から８の間であってもよい。この実施形態では、磁気ボディ１０の高さは、２２ｍｍと１５２ｍｍとの間（すなわち、２つのコア１０ａ、１０ｂのそれぞれの高さは、１１ｍｍ～７６ｍｍ）であってもよい。したがって、本発明の効果は、より顕著であり得る。

別の実施形態では、内部脚１００の断面積は、磁気ボディ１０の有効断面積よりさらに大きい場合がある。少なくとも１つの外部脚１０２の数がＮに等しい場合（Ｎは正の整数である）、磁気ボディ１０の有効断面積は、
Ａｅｆｆ＝（Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＿１＊Ｖ２＿１＋Ａ２＿２＊Ｖ２＿２＋Ａ３＿１＊Ｖ３＿１＋…＋Ａ３＿Ｎ＊Ｖ３＿Ｎ）／（（Ｖ１＊Ｎ＋Ｖ２＿１＋Ｖ２＿２＋Ｖ３＿１＋…＋Ｖ３＿Ｎ）／Ｎ）
によって得られ、Ａｅｆｆは有効断面積を表し、Ａ１は内脚１００の断面積を表し（図３に示す）、Ａ２＿１は第１下部部分１０４の断面積を表し（図４に示す）、Ａ２＿２は第２下部部分１０６の断面積を表し（図４に示す）、Ａ３＿ＮはＮ個の外脚部１０２のうちＮ番目の外部脚の断面積を表し（図３に示す）、Ｖ１は（以下に示すように）内脚部１００の体積を表し（図５及び６Ａに示す）、Ｖ２＿１は第１下部部分１０４の体積を表し（図５及び６Ｂに示す）、Ｖ２＿２は第２下部部分１０６の体積を表し（図５及び６Ｂに示す）、Ｖ３＿ＮはＮ個の外部脚１０２のうちＮ番目の外部脚の体積を表す（図５及び６Ｃに示す）。この実施形態では、少なくとも１つの外部脚１０２の数は２（すなわち、Ｎ＝２）に等しいので、
Ａｅｆｆ＝（Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＿１＊Ｖ２＿１＋Ａ２＿２＊Ｖ２＿２＋Ａ３＿１＊Ｖ３＿１＋Ａ３＿２＊Ｖ３＿２）／（（Ｖ１＊２＋Ｖ２＿１＋Ｖ２＿２＋Ｖ３＿１＋Ｖ３＿２）／２）
である。別の実施形態では、少なくとも１つの外部脚１０２の数が１に等しい場合（すなわち、Ｎ＝１）、
Ａｅｆｆ＝（Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＿１＊Ｖ２＿１＋Ａ２＿２＊Ｖ２＿２＋Ａ３＿１＊Ｖ３＿１）／（（Ｖ１＊１＋Ｖ２＿１＋Ｖ２＿２＋Ｖ３＿１）／１）
である。別の実施形態では、少なくとも１つの外部脚１０２の数が４に等しい場合（すなわち、Ｎ＝４）、
Ａｅｆｆ＝（Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＿１＊Ｖ２＿１＋Ａ２＿２＊Ｖ２＿２＋Ａ３＿１＊Ｖ３＿１＋Ａ３＿２＊Ｖ３＿２＋Ａ３＿３＊Ｖ３＿３＋Ａ３＿４＊Ｖ３＿４）／（（Ｖ１＊４＋Ｖ２＿１＋Ｖ２＿２＋Ｖ３＿１＋Ｖ３＿２＋Ｖ３＿３＋Ｖ３＿４）／４）
である。

この実施形態では、例えば、Ａ１が５３０ｍｍ２、Ａ２＿１が２６２ｍｍ２、Ａ２＿２が２２０ｍｍ２、Ａ３＿１が２６０ｍｍ２、Ａ３＿２が２２０ｍｍ２、Ｖ１が１４８６１ｍｍ３、Ｖ２＿１が６０６４ｍｍ３、Ｖ２＿２が５０９１．９ｍｍ３、Ｖ３＿１が４９７４ｍｍ３、Ｖ３＿２が４２０８．８ｍｍ３、Ａｅｆｆが５１１．５６ｍｍ２であるとする。磁気ボディ１０の構造がさらに前述の幾何学的基準に適合する場合、磁気ボディ１０はまた、磁界分布を均一化し、そして熱蓄積を回避して、磁気コンポーネント１の熱バランスを改善することができる。上記不等式において、Ａ２＿１がＡ２＿２に等しい、及び／又はＡ３＿１がＡ３＿２である場合、熱応力はさらに小さくなる。

別の実施形態では、内部脚１００の断面積は第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６の総断面積よりもさらに大きくてもよい。図３に示すように、内部脚１００の断面積は、Ａ１として定義される。図４に示すように、第１下部部分１０４の断面積はＡ２＿１であり、第２下部部分１０６の断面積はＡ２＿２である。したがって、内部脚１００、第１下部部分部分１０４、及び第２下部部分部分１０６の断面積は、以下の不等式に適合する：
Ａ１＞Ａ２＿１＋Ａ２＿２
なお、内脚１００の断面積は、第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６の総断面積に等しくてもよいが（すなわち、Ａ１＝Ａ２＿１＋Ａ２＿２）、Ａ１＞Ａ２＿１＋Ａ２＿２を用いることが好ましい。さらに、第１下部部分１０４及び第２下部部分１０６が同一の断面積を有する場合、内部脚１００の断面積は、第１下部部分１０４又は第２下部部分１０６の断面積の２倍（すなわち、Ａ１＞２×Ａ２＿１又はＡ１＞２×Ａ２＿２）よりも大きくなる。磁気ボディ１０の構造が上記の幾何学的基準に適合する場合、磁気ボディ１０は、磁界分布を均一化し、次いで、熱蓄積を回避して、磁気コンポーネント１の熱バランスを改善することができる。

以下の表１及び表２を参照すると、表１及び表２は、本発明の元の構造と改良された構造との間のいくつかの効果の比較を示す。表２において、ΔＢは、差分磁気分布を表し、ΔＴは、差分温度を表し、ΔＢは、内脚１００の磁界密度Ｂ１と外脚１０２の磁界密度Ｂ３との差である。表１及び表２に示されるように、本発明は、磁界分布を均一化し、そして、熱蓄積を回避し、磁気コンポーネント１の熱バランスを改善することができることは明らかである。

表２において、ΔＢは、内脚１００の磁界密度Ｂ１と外脚１０２の磁界密度Ｂ３との差である。ΔＢ （すなわち｜ΔＢ｜）の絶対値が減少するか、Ｂ１がＢ３より小さくなると、温度差ΔＴと熱応力は対応して減少する。

別の実施形態では、第１下部部分１０４又は第２下部部分１０６は、放熱のための放熱モジュール（図示せず）と接触するために放熱表面（ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）を含むことができる。第１下部部分１０４放熱表面が放熱のための放熱モジュールと接触している場合、第１下部部分１０４の断面積は、第２下部部分１０６の断面積よりも小さくてもよい。あるいは、第２下部部分１０６の放熱表面が放熱のための放熱モジュール（図示せず）と接触している場合、第２下部部分１０６の断面積は、第１下部部分１０４の断面積よりも小さくてもよい。

図７及び図８を参照すると、図７は、本発明の別の実施形態による磁気ボディ１０’を示す斜視図であり、図８は、本発明の別の実施形態による磁気ボディ１０”を示す斜視図である。

図７に示すように、磁気ボディ１０’は、１つの外脚１０２を備える。図８に示すように、磁気ボディ１０”は、４つの外部脚１０２を備える。磁気ボディ１０、１０’、１０”に対応する熱応力は、それぞれ５０％、３０％、５５％だけ低減することができる。図８に示す磁気ボディ１０”については、内部脚１００の断面積は、４つの外部脚１０２の総断面積よりも大きいことに留意されたい。さらに、内部脚１００の断面積と外部脚１０２の総断面積との比は、１．０１～１．６の間であり、これにより、熱応力がさらに低減される。

一実施形態では、内部脚１００の断面積は、内部脚１００の高さ方向（すなわち、図１に示すＨの方向）に沿って最小値とすることができ、２つの外部脚１０２の総断面積は、２つの外部脚１０２の高さ方向（すなわち、図１に示すＨの方向）に沿って最小値とすることができる。

別の実施形態では、内部脚１００の断面積は、内部脚１００の高さ方向（すなわち、図１に示されるＨの方向）に沿って同一とすることができ、２つの外部脚１０２の総断面積は、２つの外部脚１０２の高さ方向（すなわち、図１に示されるＨの方向）に沿って同一とすることができ、その結果、製造コストを低減することができる。

上述したように、本発明は、磁気ボディの内部脚及び少なくとも１つの外部脚の断面積を調整し、最適化して、磁気コンポーネントの特性を改善することができる。具体的には、内部脚の断面積は前少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい。磁気ボディの構造が上記の幾何学的基準に適合する場合、磁気ボディは、磁界分布を均一化し、次いで、熱蓄積を回避して、磁気コンポーネントの熱バランスを改善することができる。

当業者は、本発明の教示を保持しつつ、装置及び方法の多くの変更及び置換を行うことができることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 磁気コンポーネントであって、
   磁気ボディであり、内部脚と、少なくとも１つの外部脚と、第１下部部分と、第２下部部分とを有し、前記内部脚及び前記少なくとも１つの外部脚は、前記第１下部部分及び前記第２下部部分から突出し、前記内部脚の断面積は前記少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい、磁気ボディと、
   前記内部脚に巻かれたコイルと
   を備える磁気コンポーネント。
2. 前記内部脚の断面積は、前記磁気ボディの有効断面積より大きく、
   前記少なくとも１つの外部脚の数はＮに等しく、Ｎは正の整数であり、
   前記有効断面積は、Ａｅｆｆ＝（Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＿１＊Ｖ２＿１＋Ａ２＿２＊Ｖ２＿２＋Ａ３＿１＊Ｖ３＿１＋…＋Ａ３＿Ｎ＊Ｖ３＿Ｎ）／（（Ｖ１＊Ｎ＋Ｖ２＿１＋Ｖ２＿２＋Ｖ３＿１＋…＋Ｖ３＿Ｎ）／Ｎ）によって得られ、
   ここで、Ａｅｆｆは、前記有効断面積を表し、Ａ１は、前記内部脚の断面積を表し、Ａ２＿１は、前記第１下部部分の断面積を表し、Ａ２＿２は、前記第２下部部分の断面積を表し、Ａ３＿Ｎは、前記少なくとも１つの外部脚のうちのＮ番目の外部脚の断面積を表し、Ｖ１は、前記内部脚の体積を表し、Ｖ２＿１は、前記第１下部部分の体積を表し、Ｖ２＿２は、前記第２下部部分の体積を表し、Ｖ３＿Ｎは、少なくとも１つの外部脚ののうちのＮ番目の外部脚の体積を表す、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
3. 前記内部脚の断面積は前記第１下部部分及び前記第２下部部分の総断面積よりも大きい、磁気ボディと、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
4. 前記第１下部部分は、熱放散のための放熱モジュールと接触する放熱表面を備え、
   前記第１下部部分の断面積は、前記第２下部部分の断面積より小さい、
   請求項３記載の磁気コンポーネント。
5. 前記磁気ボディの高さは、２２ｍｍと１５２ｍｍとの間にある、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
6. 前記内部脚の断面積と前記少なくとも１つの外部脚の総断面積間の比は、１．０１と１．６との間である。
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
7. 前記内部脚の周りに巻かれた前記コイルによって生成された磁気フラックスは、前記内部脚、前記第１下部部分、前記少なくとも１つの外部脚及び前記第２下部部分を順に通過する、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
8. 前記磁気ボディは、複数の前記外部脚を備え、
   前記内部脚は、前記外部脚の間に配置されており、
   前記内部脚の断面積は、前記外部脚の総断面積より大きい、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
9. 前記内部脚の幅に対する長さの比は、１と１０との間であり、
   前記少なくとも１つの外部脚の幅対長さ比は、１と１０との間である、
   請求項１記載の磁気コンポーネント。
10. 前記内部脚の断面積は、前記内部脚の高さ方向に沿って最小値であり、
    前記少なくとも１つの外部脚の総断面積は、前記少なくとも１つの外部脚の高さ方向に沿った最小値である、
    請求項１記載の磁気コンポーネント。
11. 前記内部脚の断面積は、前記内部脚の高さ方向に沿って同一であり、
    前記少なくとも１つの外部脚の総断面積は、前記少なくとも１つの外部脚の高さ方向に沿って同一である、
    請求項１記載の磁気コンポーネント。
12. 前記少なくとも１つの外部脚の周りにはコイルが巻かれていない、
    請求項１記載の磁気コンポーネント。
13. 磁気ボディであって、
    内部脚と、
    少なくとも１つの外部脚であって、前記内部脚の断面積は前記少なくとも１つの外部脚の総断面積よりも大きい、外部脚と、
    下部部分であって、前記内部脚及び前記少なくとも１つの外部脚は前記下部部分から突出している、下部部分と、
    を備える、磁気ボディ。
14. 前記内部脚の断面積は、前記磁気ボディの有効断面積より大きく、
    請求項１３記載の磁気ボディ。
15. 前記内部脚の断面積は、前記下部部分の断面積の２倍より大きい、
    請求項１３記載の磁気ボディ。
16. 前記磁気ボディの高さは、１１ｍｍと７６ｍｍとの間にある、
    請求項１３記載の磁気ボディ。
17. 前記磁気ボディのコアは複数の外部脚を有し、
    前記内部脚は、前記外部脚の間に配置されており、
    前記内部脚の断面積は、前記外部脚の総断面積以上である、
    請求項１３記載の磁気ボディ。
18. 前記内部脚の幅に対する長さの比は、１と１０との間であり、
    前記少なくとも１つの外部脚の幅対長さ比は、１と１０との間である、
    請求項１３記載の磁気ボディ。
19. 前記内部脚の断面積と前記少なくとも１つの外部脚の総断面積間の比は、１．０１と１．６との間である。
    請求項１３記載の磁気ボディ。
20. 前記内部脚の断面積は、前記内部脚の高さ方向に沿って同一であり、
    前記少なくとも１つの外部脚の総断面積は、前記少なくとも１つの外部脚の高さ方向に沿って同一である、
    請求項１３記載の磁気ボディ。

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