JP6081181B2 - トランス用コアおよびトランス - Google Patents

Description

本発明は、コア、および該コアを用いた磁性部品に関する。

従来、トランスの冷却は、強制風冷や油冷により、トランスを外側から冷却することが一般的であり、冷却効果を高めるための水冷トランスが種々開示されている。

例えば、特許文献１は、二次導体の内部に冷却水路を形成した水冷トランスを開示している。また、特許文献２は、出力コイルの導電板外面に冷却水路を付設したトランスを開示している。また、特許文献３は、冷却水を通すパイプでコイルを形成した水冷トランスを開示している。

特開平５―８２３５７号公報 特開２００７−１５７９９５号公報 特開２００７−２９４５３６号公報

しかしながら、トランス等の磁性部品においては、コイルだけでなくコアについてもその損失に応じて発熱するところ、上記特許文献１〜３の水冷トランスでは、コアを効率的に冷却することができないという課題がある。

また、近年、より高い周波数でトランスを動作させることが求められており、それに伴って発熱量が増える傾向にあり、従来の冷却方法では十分ではない。

そこで、本発明は、冷却効率の高いコア、および該コアを用いた磁性部品を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るコアは、
磁性材料を含有するコア本体部と、
外周面が前記コア本体部と接するように前記コア本体部の内部に設けられ、内部を冷却用流体が流れるように構成された冷却パイプと、
を備えることを特徴とする。

また、前記コアにおいて、
前記コア本体部には、前記冷却パイプの外周面の一部が露出する露出部が設けられ、
前記コア本体部のうちコイルが巻回されるコイル領域上に設けられた導体であって、前記導体の上にコイルが巻回されるようになっており、前記露出部に露出した前記冷却パイプに熱的に接続された、導体をさらに備えてもよい。

また、前記コアにおいて、
前記コア本体部内に生じる磁界によって前記磁界の周りを循環する環状電流が前記導体内に流れないように、前記導体はギャップを隔てて複数設けられているようにしてもよい。

また、前記コアにおいて、
前記露出部は前記コイル領域に設けられ、前記導体は、前記露出部に露出した前記冷却パイプにはんだ付けされているようにしてもよい。

また、前記コアにおいて、
前記冷却パイプは、前記コア本体部内に生じる磁界に沿うように設けられているようにしてもよい。

また、前記コアにおいて、
前記コア本体部は、一次コイルが巻回される第１の脚部と、二次コイルが巻回される第２の脚部とを有し、前記第１の脚部および前記第２の脚部を通る磁路を形成可能に構成されているようにしてもよい。

また、前記コアにおいて、
前記冷却パイプとして、前記第１の脚部の内部に設けられた棒状の第１の冷却パイプと、前記第２の脚部の内部に設けられた棒状の第２の冷却パイプと、を備えるようにしてもよい。

本発明の一態様に係る磁性部品は、
本発明に係るコアと、
前記コアに巻回されたコイルと、
を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るコアは、磁性材料を含有するコア本体部と、外周面が前記コア本体部と接するように前記コア本体部の内部に設けられ、内部を冷却用流体が流れるように構成された冷却パイプと、を備えている。このため、冷却パイプに冷却用流体を流した際に、コア本体部を内側から直接冷却することができる。その結果、従来よりも冷却効率を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るコアの斜視図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係るコアの斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るコアの、冷却パイプの中心軸と垂直な面による断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るコアの斜視図である。 （ａ）はコア本体部が円柱状の場合のコアを示し、（ｂ）はコア本体部がドーナツ状の場合のコアを示す。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係るコアおよび該コアを用いた磁性部品について説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るコアについて図１を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態に係るコア１の斜視図を示している。コア１はトランス用のコアであり、コア１の脚部Ｆ１および脚部Ｆ２に一次コイルおよび二次コイルがそれぞれ巻回されてトランスを構成する。

図１に示すように、コア１は、磁性材料を含有するコア本体部２と、棒状の冷却パイプ３，４と、冷却パイプ３と冷却パイプ４とを接続する接続パイプ５とを備えている。

コア本体部２は、例えばフェライトコアである。コア本体部２は、図１に示すように、いずれも略コの字状のコア部材２ａおよび２ｂを組み合わせた略口の字状のものとして構成されている。

図１に示すように、コア本体部２の脚部Ｆ１，Ｆ２の側面には、溝部２ｃが形成されている。この溝部２ｃは、冷却パイプ３，４の外周とできるだけ広い面積で接触するように形成されている。例えば、冷却パイプ３，４の横断面が円形の場合、溝部２ｃは円弧を有する形状に形成されている。

コア本体部２は、一次コイルが巻回される脚部Ｆ１と、二次コイルが巻回される脚部Ｆ２とを有し、一次コイルに交流電圧が印加されることで、脚部Ｆ１および脚部Ｆ２を通る磁路を形成することが可能なように構成されている。

なお、図１中のコイル領域Ａおよびコイル領域Ｂは、コア本体部２のうち、それぞれ一次コイルおよび二次コイルが巻回される領域を示している。本実施形態におけるコア本体部２の場合、コイル領域ＡおよびＢは脚部Ｆ１およびＦ２にそれぞれ対応する。

冷却パイプ３，４は、内部を冷却用流体（水、油など）が流れるように構成された管状の部材であり、コア本体部２の脚部Ｆ１，Ｆ２の内部に設けられている。より具体的には、図１に示すように、冷却パイプ３，４がコア本体部２の溝部２ｃ内に設けられている。

図１に示すように、冷却パイプ３の端部３ａおよび冷却パイプ４の端部４ａは、それぞれ吸水口および排水口として、コア本体部２の外部に突出している。

なお、冷却パイプ３，４の外周面の全てがコア本体部２を接する必要はなく、図１に示すように、一部の外周面が外部に露出していてもよい。

また、冷却パイプ３，４は、図１に示すように、コア本体部内２に生じる磁界に沿うように、脚部Ｆ１，Ｆ２に対して平行に設けられることが好ましい。

また、冷却パイプ３，４は、例えば真鍮や銅などの熱伝導率の高い導体からなるが、絶縁体で構成されていてもよい。

接続パイプ５は、ゴム等の弾性体からなる管状の部材であり、冷却パイプ３の端部３ｂと冷却パイプ４の端部４ｂとを繋ぐものである。

冷却パイプ３の端部３ａから注入された冷却用流体は、脚部Ｆ１を内部から冷却した後、端部３ｂから排出され、その後、接続パイプ５を通って冷却パイプ４の端部４ｂから注入され、脚部Ｆ２を内部から冷却した後、端部４ａから排出される。

なお、冷却パイプは、例えばＵ字状のパイプを用いて、一つの部材で構成してもよい。

また、冷却パイプ３と冷却パイプ４とを接続パイプ５で接続せずに、冷却パイプ３および冷却パイプ４に対し、それぞれ独立に冷却用流体を流してもよい。

上記のように、本実施形態のコア１では、冷却パイプ３，４をコア本体部２の内部に設けることで、冷却パイプ３，４に冷却用流体を流した際に、コア本体部２を内側から直接冷却することができる。その結果、従来よりも冷却効率を高めることができる。

なお、図２に示すように、コア本体部２に貫通孔を設け、冷却パイプ３，４を該貫通孔に挿通させるようにして冷却パイプ３，４を設けてもよい。この場合、コア本体部２は、例えば、脚部Ｆ１，Ｆ２の長手方向に延びる溝部が内面に形成された２つのコア部材２ｅ，２ｆを、互いの内面が対向するように組み合わせたものとして構成される。コア部材２ｅ，２ｆの溝部が組み合わさることにより、冷却パイプ３，４を挿通させるための貫通孔が形成される。

このように、冷却パイプ３，４は、コア本体部２（２ａ，２ｂ）の溝部２ｃに嵌め込まれていてもよいし、コア本体部２（２ｅ，２ｆ）の貫通孔に挿通されてもよい。一般的には、冷却パイプ３，４は、外周面がコア本体部２と接するようにコア本体部２の内部に設けられていればよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るコアについて図３を参照しつつ説明する。図３は、第２の実施形態に係るコアの、冷却パイプ３，４の中心軸と垂直な面による断面図を示している。

第２の実施形態では、コア本体部２の構成は第１の実施形態と同じであるが、図３に示すように、導体６がコア本体部２のコイル領域Ａ，Ｂ上に設けられている。この導体６の上に一次コイルまたは二次コイルが巻回される。導体６は、例えば、銅またはアルミニウム等からなる金属板を脚部Ｆ１，Ｆ２の曲面に沿って曲げたものである。

また、導体６は、コア本体部２の溝部２ｃに露出した冷却パイプ３，４に熱的に接続されている。熱的接続は、例えば、図３に示すように、脚部Ｆ１，Ｆ２に巻き付けられた導体６を、溝部２ｃに露出した冷却パイプ３，４にはんだ７により固定することにより行う。このように、第２の実施形態において、溝部２ｃは、冷却パイプ３，４の外周面の一部を露出させる露出部となる。

上記のように、第２の実施形態では、冷却パイプ３，４に熱的に接続された導体６をコイル領域に設ける。これにより、コイル領域Ａ，Ｂに巻回された一次コイルおよび二次コイルから発せられる熱は、導体６を介して冷却パイプ３，４内を流れる冷却用流体により除去される。

よって、第２の実施形態によれば、コア本体部２を内側から直接冷却することができるのに加えて、一次コイルおよび二次コイルを内側から冷却することができ、冷却効率をさらに向上させることができる。

なお、導体６は、ギャップＧを隔てて複数設けられていることが好ましい。本実施形態では、図３に示すように、２枚の導体６，６を、ギャップＧを隔ててコイル領域に設けている。このギャップＧは、コア本体部２内に発生する磁界の向きに対して略平行に設けられ、より具体的には、脚部Ｆ１，Ｆ２の長手方向に沿って設けられている。これにより、コア本体部２内に生じる磁界によって該磁界の周りを循環する環状電流が導体６内に流れないようにし、該環状電流による損失の発生を回避することができる。

また、第１の実施形態で図２を参照して説明したように冷却パイプ３，４がコア本体部２に設けられた貫通孔に挿通されている場合には、導体６を冷却パイプ３，４に熱的に接続するため、例えば、図４に示すように、該貫通孔に連通する開口部２ｄを設ける。図４は、第２の実施形態の変形例に係るコア１Ｂの斜視図を示している。但し、図４では、導体６は図示していない。

図４に示すように、コア部材２ｅはコア部材２ｅ１および２ｅ２を組み合わせたものであり、コア部材２ｆはコア部材２ｆ１および２ｆ２を組み合わせたものである。このように、コア本体部２は、４つのコア部材２ｅ１，２ｅ２，２ｆ１，２ｆ２から構成される。

コア部材２ｅ１およびコア部材２ｅ２の互いの接続面には切り欠き部が設けられており、この切り欠き部が組み合わさることにより、開口部２ｄが形成される。なお、切り欠き部は、コア部材２ｅ１およびコア部材２ｅ２のいずれか一方にのみ設けられてもよい。

本変形例では、開口部２ｄが冷却パイプ３，４の外周面の一部を露出させる露出部となっており、開口部２ｄに露出した冷却パイプ３，４に導体６をはんだ等により熱的に接続する。これにより、コイル領域Ａ，Ｂに巻回された一次コイルおよび二次コイルから発せられる熱は、導体６を介して冷却パイプ３，４内を流れる冷却用流体により除去される。

（磁性部品）
本発明に係るコアは、トランス以外にも、チョークコイルやトロイダルコアなど、多様な磁性部品に適用可能である。

チョークコイルの場合、図５（ａ）に示すように、コア本体部２は円柱状に構成される。そして、冷却パイプ３は、好ましくはコア本体部２の中心軸に沿うように、コア本体部２の内部に設けられる。コイル（図示せず）は、円柱状のコア本体部２の側面に巻回される。

トロイダルコイルの場合、図５（ｂ）に示すように、コア本体部２はドーナツ状に構成される。そして、冷却パイプ３は、好ましくはコア本体部２の円形の中心線に沿うように、コア本体部２の内部に設けられる。コイル（図示せず）は、コア本体部２に巻回される。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ コア
２ コア本体部
２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｆ，２ｅ１，２ｅ２，２ｆ１，２ｆ２ コア部材
２ｃ 溝部
２ｄ 開口部
３，４ 冷却パイプ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ 端部
５ 接続パイプ
６ 導体
７ はんだ
Ａ，Ｂ コイル領域
Ｆ１，Ｆ２ （コア本体部の）脚部
Ｇ ギャップ

Claims (8)

1. 磁性材料を含有するコア本体部と、
   外周面が前記コア本体部と接するように前記コア本体部の内部に設けられ、内部を冷却用流体が流れるように構成された第１および第２の冷却パイプと、
   前記第１の冷却パイプと前記第２の冷却パイプとを接続する接続パイプと、を備え、
   前記コア本体部は、一次コイルが巻回される第１の脚部と、二次コイルが巻回される第２の脚部とを有し、前記第１の脚部および前記第２の脚部を通る磁路を形成可能に構成され、
   前記第１の冷却パイプは、前記第１の脚部の内部に設けられ、一端部および他端部を有し、前記第２の冷却パイプは、前記第２の脚部の内部に設けられ、一端部および他端部を有し、前記第１の冷却パイプの前記一端部と前記第２の冷却パイプの前記一端部は、前記コア本体部の同じ側に配置され、前記接続パイプは、前記第１の冷却パイプの前記他端部と前記第２の冷却パイプの前記他端部とを接続し、
   前記第１の脚部には、前記第１の冷却パイプの外周面の一部が露出する第１の露出部が設けられ、前記第２の脚部には、前記第２の冷却パイプの外周面の一部が露出する第２の露出部が設けられ、
   前記第１の脚部のうち前記一次コイルが巻回される第１のコイル領域上に設けられた第１の導体であって、前記第１の導体の上に前記一次コイルが巻回されるようになっており、前記第１の露出部に露出した前記第１の冷却パイプに熱的に接続された、第１の導体と、
   前記第２の脚部のうち前記二次コイルが巻回される第２のコイル領域上に設けられた第２の導体であって、前記第２の導体の上に前記二次コイルが巻回されるようになっており、前記第２の露出部に露出した前記第２の冷却パイプに熱的に接続された、第２の導体と、
   をさらに備えることを特徴とするトランス用コア。
2. 前記第１の冷却パイプの前記一端部から注入された冷却用流体は、前記第１の脚部を内部から冷却した後、前記第１の冷却パイプの前記他端部から排出され、その後、前記接続パイプを通って前記第２の冷却パイプの前記他端部から注入され、前記第２の脚部を内部から冷却した後、前記第２の冷却パイプの前記一端部から排出されることを特徴とする請求項１に記載のトランス用コア。
3. 前記接続パイプは弾性体からなることを特徴とする請求項１または２に記載のトランス用コア。
4. 前記第１の露出部は前記第１のコイル領域に設けられ、前記第１の導体は、前記第１の露出部に露出した前記第１の冷却パイプにはんだ付けされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトランス用コア。
5. 前記コア本体部内に生じる磁界によって前記磁界の周りを循環する環状電流が前記第１および第２の導体内に流れないように、前記第１および第２の導体はギャップを隔ててそれぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトランス用コア。
6. 前記第２の露出部は前記第２のコイル領域に設けられ、前記第２の導体は、前記第２の露出部に露出した前記第２の冷却パイプにはんだ付けされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトランス用コア。
7. 前記第１および第２の冷却パイプは、前記コア本体部内に生じる磁界に沿うように設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のトランス用コア。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のトランス用コアと、
   前記第１の脚部に巻回された一次コイルと、
   前記第２の脚部に巻回された二次コイルと、
   を備えることを特徴とするトランス。

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