JP2023102930A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱部材に対するコイル部品の接触面積を上げ、放熱性を上げるコイル部品を提供する。
【解決手段】弾性力を有する放熱部材４と当接するコイル部品１０であって、コア１と、コア１に装着されるコイル２と、コア１とコイル２の間に介在する樹脂部材３と、を備える。樹脂部材３は、コイル２が巻回される筒状の巻回部３１と、巻回部３１の両端部に設けられ、コイル２の周囲を囲うフランジ部３２と、を有する。フランジ部３２は、コイル２の外周面よりも放熱部材４に向かって突出する突出部３２１を有する。突出部３２１は、先端に向かうにつれて先細っており、コイル部品１０が放熱部材４と当接した状態のときに、放熱部材４の内部に侵入している。
【選択図】図４

Description

本発明は、弾性力を有する樹脂から成る放熱部材に当接するコイル部品に関する。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途にトランスやリアクトルといったコイル部品が用いられている。コイル部品は、磁性材から成る環状コアの外周にコイルを巻回して成る。また、コイルの内外周面は樹脂部材によって被覆されている。

コイル部品は、コイルに電流が流れることにより発熱する。コイル部品の温度が高くなると、コアの磁気特性が変化して、結果としてコイル部品の磁気特性が低下する虞がある。そのため、コイル部品から発生する熱は、コイル部品の外部に放出する必要がある。

特開２０１６－１３９６４４号公報

コイル部品の熱を外部に放出する手法として、弾性力を有する樹脂から成る放熱部材を用いることが知られている。図８は、従来のコイル部品を放熱部材に当接させた状態を示す図である。図８に示すように、コイル部品１００を放熱部材１０４に押し付けて、コイル１０２とコア１０１を放熱部材１０４に当接させて、コイル部品１００の熱を放熱部材１０４を介してコイル部品１００の外部に放出させる。

コイル１０２間やコイル１０２とコア１０１間には、絶縁距離を確保するため樹脂部材１０３が設けられている。樹脂部材１０３は、コイル１０２の端面やコア１０１の端面よりも突出したフランジ部１３２を有する。このフランジ部１３２は、根元から先端まで同一の厚みを有する板状の部材である。即ち、フランジ部１３２の先端は、矩形状の平坦面である。コイル部品１００は、コイル１０２やコア１０１が放熱部材と当接するように、このフランジ部１３２を放熱部材１０４に押し付ける。

放熱部材１０４は、弾力性を有する樹脂から成るので、フランジ部１３２が押し付けられると反発力で元の位置に戻ろうとする。しかし、フランジ部１３２の先端が矩形状の平坦面であると、図８の太い実線の丸で示すように、放熱部材１０４は、フランジ部１３２の根本近辺のところまで戻りきらず、コイル１０２又はコア１０１などコイル部品１００と当接していない場所が生じる。そのため、放熱部材１０４と接触してない箇所をなくし、放熱効率を上げることが望まれている。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、放熱部材に対するコイル部品の接触面積を上げ、放熱性を上げることができるコイル部品を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のコイル部品は、弾性力を有する放熱部材と当接するコイル部品であって、コアと、前記コアに装着されるコイルと、前記コアと前記コイルの間に介在する樹脂部材と、を備え、前記樹脂部材は、前記コイルが巻回される筒状の巻回部と、前記巻回部の両端部に設けられ、前記コイルの周囲を囲うフランジ部と、を有し、前記フランジ部は、前記コイルの外周面よりも前記放熱部材に向かって突出する突出部を有し、前記突出部は、先端に向かうにつれて先細っており、前記コイル部品が前記放熱部材と当接した状態のときに、前記放熱部材の内部に侵入していること、を特徴とする。

本発明によれば、放熱性を上げることができるコイル部品を得ることができる。

実施形態に係るコイル部品の全体構成を示す平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 樹脂部材の全体構成を示す斜視図である。 図１のＢ－Ｂ断面図であり、コイル部品を放熱部材の上に当接させた状態を示す図である。 他の実施形態におけるフランジ部の形状を示す図である。 他の実施形態に係るコイル部品を放熱部材の上に当接させた状態を示す図である。 他の実施形態に係るコイル部品を放熱部材の上に当接させた状態を示す図である。 従来のコイル部品を放熱部材に当接させた状態を示す図である。

（実施形態）
本実施形態に係るコイル部品の構成について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るコイル部品の全体構成を示す平面図である（放熱部材も破線で図示している。）。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。なお、本実施形態は、コイル部品１０をトランスとして説明するが、コイル部品１０はトランスに限定するものではない。

コイル部品１０は、電磁誘導作用を利用して電圧の高さを変換する機器であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータなどに用いられる。本実施形態のコイル部品１０は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの小型部品である。コイル部品１０は、図１及び図２に示すように、コア１、コイル２及び樹脂部材３を備える。コイル２は、コア１に装着される。樹脂部材３は、コア１とコイル２の間に介在し、コア１とコイル２を絶縁している。コイル部品１０は、コイル部品１０の熱を外部に放出するため、放熱部材４の上に載置される。

コア１は、磁性体から成り、例えば、圧粉磁心、フェライト磁心、メタルコンポジットコア又は積層鋼板等が挙げられる。圧粉磁心は、磁性粉末を押し固めた圧粉成形体を焼鈍したものである。磁性粉末は、鉄を主成分とし、純鉄粉、鉄を主成分とするパーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）、Ｓｉ含有鉄合金（Ｆｅ－Ｓｉ合金）、センダスト合金（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金）、アモルファス合金、ナノ結晶合金粉末、又はこれら２種以上の粉末の混合粉などが挙げられる。メタルコンポジットコアは、磁性粉末と樹脂とが混練され硬化して成るコアである。

コア１は、一対のＥ字型コアによって構成される。Ｅ字型コアは、コイルが装着される中脚と、中脚の両隣に配置される一対の外脚と、中脚及び一対の外脚を繋ぐヨーク部により構成される。コア１は、このＥ字型コアの端部を接合することで、環状形状となっており、コイル２が発生させた磁束を通す閉磁路となる。なお、本実施形態では、コア１は一対のＥ字型コアにより構成されているが、これに限定されず、例えば、Ｕ字型コア、Ｉ字型コアなど種々の形状のコアを用いることができる。

コイル２は、エナメルなどで絶縁被覆した１本の導電性部材により構成される。本実施形態では、コイル２は、丸線を多層に巻かれている（図４参照）が、板状の線材をエッジワイズ巻き又はフラットワイズ巻きでもよい。コイル２の外形は、図２に示すように、４つの平坦面と、４つの湾曲面を交互に繋ぎ合わせた形状となっている。コイル２は、２つ設けられ、一方が一次側コイル、他方が二次側コイルとなる。この２つのコイル２は、コア１の中脚に樹脂部材３を間に挟んで設けられている。

コイル２の周囲の少なくとも一部は、樹脂部材３によって囲われている。本実施形態では、コイル２は、周囲を樹脂部材３によって囲われていない露出面２１を有する（図４参照）。露出面２１は、コイル２の外周面であり、放熱部材４に当接する面である。即ち、露出面２１は、樹脂部材３を介すことなく、直接、放熱部材４に当接している。露出面２１は、コイル２の外形の平坦面に形成される。この露出面２１と、放熱部材４と対向するコア１の外周面（ヨーク部の外周面）とは同一平面に位置している。

樹脂部材３を構成する樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。特に、熱伝導性の高い樹脂を用いることが望ましい。熱伝導性の高い樹脂でコイル２を被覆することで、より効率良くコイル２の熱を放熱部材４に伝達することができる。

図３は、樹脂部材３の全体構成を示す斜視図である。図４は、図１のＢ－Ｂ断面図であり、コイル部品を放熱部材４の上に載置させた状態を示す図である。樹脂部材３は、コイル２が巻回される。即ち、樹脂部材３とコイル２はモールド成型によって一体に設けられていない。

樹脂部材３は、巻回部３１及びフランジ部３２を有する。巻回部３１は、コイル２が巻回される部分である。巻回部３１は、筒状に形成されており、内部にはコア１の中脚が設けられている。巻回部３１は、コイル２の内周面とコア１の中脚の間に介在している。コイル２の内周面は、コア１の中脚が挿入されるコイル２の面である。巻回部３１は２つ設けられており、各巻回部３１は、コア１の中脚が挿入される孔の中心軸が同軸になるように配置される。

フランジ部３２は、巻回部３１の外形よりも大きい板状の部材である。フランジ部３２は、コア１の中脚が挿入される孔を有し、この孔の中心軸は、巻回部３１の孔の中心軸と同軸となるように配置されている。フランジ部３２は、巻回部３１と一体に成形されている。フランジ３２は、３つ設けられ、巻回部３１の間、巻回部３１とコア１のヨーク部の間にそれぞれ設けられている。フランジ部３２は、コイル２の側面を囲うように設けられている。巻回部３１及びフランジ部３２によって断面コの字形状に画成される。この画成されたスペースのコイル２が巻回され、コイルの収容部となる。

フランジ部３２は、コイル部品１０が放熱部材４の上に載置された状態のときに、コイル２の露出面２１よりも外側に突出する突出部３２１を有する。突出部３２１は、コイル部品１０が放熱部材４の上に載置された状態のときに、放熱部材４の内部に侵入している。フランジ部３２が放熱部材４の内部に侵入するとは、フランジ部３２全体が放熱部材４の内部に侵入している場合のみではなく、その一部が侵入している場合も含む。また、内部に侵入とは、放熱部材４の上面（露出面２１と当接する面）よりも内部に入り込んでいる状態を指す。

突出部３２１は、先端に向かうにつれて先細り形状となっている。即ち、突出部３２１は、先端に向かうにつれて窄んでいる。本実施形態では、巻軸方向の突出部３２１の幅が先端に向かうにつれて徐々に小さくなっており、突出部３２１は、断面二等辺三角形形状となっている。断面二等辺三角形形状の突出部３２１の底辺がフランジ部３２の先細り形状の起点になる。なお、突出部３２１は、図４に示すように、鋭角となっているが、樹脂が流れ込みやすいように丸みを設けてもよい。即ち、金型に樹脂を注入し、樹脂を金型の細部に亘って充填し、固化させることで、巻回部３１、フランジ部３２、突出部３２１が形成される。そのため、突出部３２１を鋭角に構成するよりも丸みを設けた方が、金型に注入された樹脂が突出部３２１の先端に流れ込みやすくなる。

突出部３２１の先細りの起点は、放熱部材４の上面に位置している。コイル２の露出面２１と放熱部材４と対向するコア１の外周面は同一の高さに位置し、二等辺三角形状に先細っている突出部３２１の底辺と、コイル２の露出面２１及びコア１の外周面が同一平面上に位置している。フランジ部３２を全体的に見ると、フランジ部３２の先細り形状の起点は、露出面２１及びコア１の外周面と同一平面上に位置している。

なお、突出部３２１は、隣接するコイル２、又はコア１とコイル２を絶縁する機能を有する。この突出部３２１の２本の辺の距離が沿面距離となる。そのため、２本の辺の長さを調整することで、隣接するコイル２、又はコア１とコイル２を絶縁できる。

放熱部材４は、コイル部品１０と当接し、コイル部品１０の熱を外部に放出する。放熱部材４は、弾性力を有する樹脂から成る。樹脂の種類としては、高い熱伝導率を有する材料を用いることが好ましい。放熱部材４としては、放熱シートなどのシート状のものや容器に充填され、弾力がある状態に固められた充填材などを用いることができる。本実施形態では、放熱部材４は１枚のシートで形成された放熱シートである。

放熱部材４は、矩形状に形成され、コイル２の露出面２１の全面とコア１のヨーク部の一部と当接している。即ち、放熱部材４は、コイル２の露出面２１の全面とコア１のヨーク部の一部と当接する大きさである。放熱部材４と当接するコイル２の露出面２１及びコア１のヨーク部の一部が当接面２２、１１となる（図４参照）。コイル部品１０は、コイル２の露出面とコア１のヨーク部の一部が放熱部材４と当接した状態で不図示の固定部によって固定されている。なお、放熱部材４は、コイル部品１０の構成部材としてコイル部品１０が備えていてもよいし、コイル部品１０が設置される設置対象物に配置されていてもよい。

次に、本実施形態におけるコイル部品１０を放熱部材４に載置する場合について説明する。放熱部材４は、コイル部品１０の設置場所に既に設けられている。まず、コイル部品１０の突出部３２１が放熱部材４と対向するように持ち、その状態でコイル部品１０が放熱部材４に接触するように近づける。

コイル部品１０の突出部３２１が放熱部材４に接触したら、コイル部品１０を放熱部材４に押し付ける。突出部３２１は、先端から放熱部材４の内部に侵入していく。この時、突出部３２１は、先端に向かうにつれて断面二等辺三角形状に窄んでいるので、先端が矩形状の平坦である場合に比べて（図８参照）、弾性力を有する樹脂から成る放熱部材４は、突出部３２１の根元（二等辺三角形状の突出部３２１の底辺）まで戻りやすい。

そして、フランジ部３２の先細りの起点位置まで突出部３２１を放熱部材４内に侵入させたら、コイル部品１０を放熱部材４に押し付けることをやめる。このとき、図４に示すように、放熱部材４は、コイル２の露出面２１の全面及びコア１の外周面と当接している。換言すれば、コイル部品１０と放熱部材４の間に空間が生じず、密着している。この状態でコイル部品１０を固定部（不図示）で固定する。

（作用効果）
以上のように、本実施形態のコイル部品１０は、コア１と、コア１に装着されるコイル２と、コア１とコイル２を絶縁する樹脂部材３と、を備える。樹脂部材３は、樹脂部材は、フランジ部３２を有し、フランジ部３２は、コイル２の外周面よりも放熱部材４に向かって突出する突出部３２１を有する。そして、突出部３２１は、先端に向かうにつれて先細っている。

これにより、コイル部品１０を放熱部材４の上に押し付けて載置したときに、コイル部品１０と放熱部材４の間に空間が生じることなく、密着させることができる。そのため、図８に示す従来形状のフランジ部１３２を有するコイル部品１００と比べて、コイル部品１０は熱を効率良く放熱部材４に伝達させることができ、コイル部品１０の放熱性が上がる。また、コイル部品１０の放熱性が上がることで、コイル２を構成する巻線の線径を小さくすることができるので、コイル２を小型化することができ、その結果、コイル部品１０を小型化することができる。

特に、コイル２は、樹脂部材３に囲われていない露出面２１を有し、放熱部材４は、露出面２１と当接している。コイル２は発熱源となるので、コイル２に露出面２１を設け、この露出面２１に放熱部材４を直接当接させることで、コイル部品１０の放熱性が更に上がる。さらに、突出部３２１は、先端に向かうにつれて断面二等辺三角形状に窄んでおり、先端が鋭角になっている。そのため、突出部３２１を放熱部材４に押し付けるときに抵抗が少なくなり、コイル部品１０と放熱部材４の間に空間が生じず、コイル部品１０と放熱部材４を密着させやすい。

突出部３２１の起点は、コイル２の露出面２１と同一平面上に位置する。これにより、この起点までコイル部品１０を放熱部材４に押し付けることで、コイル２の露出面２１と放熱部材４の間に空間が生じることなく、密着性をより向上させることができる。また、コイル部品１０を放熱部材４に押し付ける時に、押し付け過ぎることを防止することができる。コイル部品１０を過度に放熱部材４に押し付けると、コイル部品１０が損傷する虞がある。しかし、本実施形態のように、突出部３２１の起点を露出面２１と同一平面上にすることで、この起点部分を押し付け具合の目印にすることができる。即ち、この起点部分が放熱部材４の上面に位置するまで押し付ければ、露出面２１と放熱部材４は密着することになる。そのため、放熱性を上げるのみではなく、作業効率も向上する。

放熱部材４は、１枚の放熱シートであり、コア１及びコイル２は、放熱部材４と当接する外周面をそれぞれ有する。これにより、放熱部材４は、コイル２のみではなくコア１とも当接するので、コイル部品１０の熱をより効率良く外部に放出できる。

また、例えば、放熱部材４が複数の放熱シートで構成された場合、材料点数が増え、また、取付工数も増えてしまう。特に、本実施形態のように小型のコイル部品１０のような場合、各放熱シートの大きさは非常に小さくなり、細かい作業を要することになる。また、各放熱シートがずれた場合に、放熱シートとコイル２の露出面２１やコア１の外周面とが当接していない部分が生じ、放熱効率が悪化する虞もある。しかし、放熱部材４を１枚の放熱シートで構成させることで、材料点数の削減や作業性の向上を図ることができる。また、放熱部材４を１枚の放熱シートで構成することで、放熱部材４が多少ずれたとしても、コイル２の露出面２１の全面やコア１の外周面と、放熱部材４とを当接させることができる。

特に、放熱部材４と当接するコア１の外周面及びコイル２の露出面２１は、同一平面上に位置している。これにより、放熱部材４がコア１の外周面又はコイル２の露出面２１の一方のみにしか当接しないことを防止できる。

さらに、本実施形態では、突出部３２１の起点の位置が、コイル２の露出面２１及びコア１の外周面と同一の高さとなっている。そのため、この起点の位置が放熱部材４の上面に位置するように、コイル部品１０を放熱部材４の上に載置すれば、放熱部材４とコイル２の露出面２１及びコア１の外周面を密着させることができる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記実施形態では、突出部３２１の先細り形状は、断面二等辺三角形状であったが、形状はこれに限定されない。突出部３２１の先細り形状は、例えば、図５（ａ）に示すように、同一形状の２つの円弧を組み合わせた形状であってもよい。この場合であっても、突出部３２１を放熱部材４に押し付けるときに抵抗が少なくなり、コイル部品１０と放熱部材４を密着させやすい。

また、図５（ｂ）に示すように、湾曲した形状であってもよいし、図５（ｃ）に示すように、階段状に先細っていてもよい。この場合には、突出部３２１の先端が尖っていないので、放熱部材４の破断や亀裂の発生を抑制することができる。

また、突出部３２１の先細りの起点は、放熱部材４の上面としたが、起点の位置はこれに限定されない。突出部３２１の先細りの起点となる位置は、例えば、図６に示すように、放熱部材４の上面より低い位置、即ち、放熱部材４内であってもよい。つまり、突出部３２１は、同一幅の平坦部３３と、先端に向かい先細る先細り部３４によって構成させてもよい。もっとも、平坦部３３の長さ（フランジ部３２の延び方向の長さ）は、先細り部３４よりも短い方が望ましい。このように構成することで、フランジ部３２の根本近辺まで放熱部材４を形成させることができる。

また、上記実施形態及び図４に示した突出部３２１の形状は二等辺三角形のように左右対称であったが左右対称に限定されない。例えば、図７に示すように、放熱部材４と対向するコア１の端面の高さが、放熱部材４と対向するコイル２の端面の高さよりも高い場合、突出部３２１の先細り形状は、一方はコア１の端面の高さを起点にし、他方はコイル２の端面の高さを起点にして、先細っていてもよい。

上記実施形態では、コイル２は、放熱部材４と当接する部分が樹脂部材３に囲われていない露出面２１としたが、樹脂部材３に被覆されていた状態で放熱部材４と当接していてもよい。この場合であっても、突出部３２１の根本付近の樹脂部材３が放熱部材４と当接するので、コイル２の熱を樹脂部材３を介して効率良く放熱部材４に伝達させることができ、コイル部品１０の放熱性が上がる。

また、上記実施形態では、樹脂部材３は、コイル２とは別体で、樹脂部材３にコイル２を巻回させていたが、これに限定されない。コイル２を樹脂部材３でモールド成型した所謂モールドコイルであってもよい。この場合、モールド成型の際にフランジ部３２に突出部３２１を形成させればよい。

上記実施形態では、２つのコイル２の各露出面２１が放熱部材４と対向するコア１の外周面（ヨーク部の外周面）とは同一平面に位置していたが、少なくともどちらか一方の露出面２１がコア１の外周面（ヨーク部の外周面）と同一平面上に位置していればよい。

１０ コイル部品
１ コア
１１ 当接面
２ コイル
２１ 露出面
２２ 当接面
３ 樹脂部材
３１ 巻回部
３２ フランジ部
３２１ 突出部
３３ 平坦部
３４ 先細り部
４ 放熱部材
１００ コイル部品
１０１ コア
１０２ コイル
１２１ 露出面
１０３ 樹脂部材
１３２ フランジ部
１０４ 放熱部材

Claims (5)

1. 弾性力を有する放熱部材と当接するコイル部品であって、
   コアと、
   前記コアに装着されるコイルと、
   前記コアと前記コイルの間に介在する樹脂部材と、
   を備え、
   前記樹脂部材は、
   前記コイルが巻回される筒状の巻回部と、
   前記巻回部の両端部に設けられ、前記コイルの周囲を囲うフランジ部と、
   を有し、
   前記フランジ部は、前記コイルの外周面よりも前記放熱部材に向かって突出する突出部を有し、
   前記突出部は、先端に向かうにつれて先細っており、前記コイル部品が前記放熱部材と当接した状態のときに、前記放熱部材の内部に侵入していること、
   を特徴とするコイル部品。
2. 前記放熱部材と対向する前記コイルの外周面は、前記樹脂部材が設けられていない露出面であり、
   前記放熱部材は、前記露出面と当接していること、
   を特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記露出面は、平坦面であり、
   前記突出部の先細り起点は、前記露出面と同一平面上に位置していること、
   を特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
4. 前記コア及び前記コイルは、前記放熱部材と当接する当接面をそれぞれ有し、
   前記放熱部材は、前記コアの当接面及び前記コイルの当接面に拡がる１枚の放熱シートであること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のコイル部品。
5. 前記コアの当接面及び前記コイルの当接面は、平坦面であり、
   前記コアの当接面と前記コイルの当接面は、同一平面上に位置していること、
   を特徴とする請求項４に記載のコイル部品。

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