(57)【要約】【課題】本発明はコアの発熱をより効率的に放熱することが可能なコイル装置および電力変換装置の提供を目的とする。【解決手段】コイル装置１００において、コア１０が固定された支持体４０と、支持体４０に固定された少なくとも１つの伝熱部材５０と、を備え、コア１０は、第１の外脚部１１と、第２の外脚部１２と、第１の外脚部１１と第２の外脚部１２の間に配置された少なくとも１つの中脚部１３と、を備え、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２又は少なくとも１つの中脚部１３に巻回されたコイル部材２０をさらに備え、少なくとも１つの伝熱部材５０は、少なくとも１つの中脚部１３の内部に配置される。【選択図】図１
2018093009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を含むコアと、
前記コアが固定された支持体と、
前記支持体に固定された少なくとも１つの伝熱部材と、
を備え、
前記コアは、
第１の外脚部と、
第２の外脚部と、
前記第１の外脚部と前記第２の外脚部の間に配置された少なくとも１つの中脚部と、
を備え、
前記第１の外脚部、前記第２の外脚部又は前記少なくとも１つの中脚部に巻回されたコイル部材をさらに備え、
前記少なくとも１つの伝熱部材は、前記少なくとも１つの中脚部の内部に配置される、
コイル装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの中脚部は分割されていて、
前記少なくとも１つの伝熱部材は、前記少なくとも１つの中脚部の分割された部分に挟まれるように配置される、
請求項１に記載のコイル装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの伝熱部材の材質は前記支持体の材質と同じであり、
前記少なくとも１つの伝熱部材と前記支持体は一体化している、
請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。
【請求項４】
前記コアは前記支持体に直接固定されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項５】
前記支持体に固定された壁部材をさらに備え、
前記壁部材は平面視で前記コアを囲むように配置され、
前記壁部材の内側には高放熱性樹脂が充填される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項６】
前記コイル部材は絶縁性部材に覆われていて、
前記コアと前記コイル部材は前記絶縁性部材を介して接触している、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの中脚部の内部に配置された前記伝熱部材は、前記コアの前記支持体に固定された面以外の面のうちのいずれかを貫通して、前記コイル部材に直接又は間接に接触する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項８】
前記コアの前記支持体に固定された面以外の面のうちのいずれかに配置された放熱用部材をさらに備え、
前記少なくとも１つの中脚部の内部に配置された前記伝熱部材は、前記コアの前記支持体に固定された面以外の面のうちのいずれかにに延在して、前記放熱用部材に接触する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの伝熱部材は、前記少なくとも１つの中脚部の内部に高放熱性樹脂を介して接触し、
前記高放熱性樹脂の熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの伝熱部材の比透磁率は、前記コアの比透磁率よりも小さく、
前記少なくとも１つの伝熱部材の熱伝導率は、前記コアの熱伝導率以上である、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの中脚部は複数であり、
前記少なくとも１つの伝熱部材は複数であり、
複数の前記伝熱部材のそれぞれは、複数の前記中脚部のそれぞれの内部に配置される、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のコイル装置。
【請求項１２】
入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備え、
前記主変換回路は、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のコイル装置を少なくとも１つ備える、
電力変換装置。
【請求項１３】
前記主変換回路において、前記コイル装置は電圧を平滑化する平滑コイルである、
請求項１２に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記主変換回路において、前記コイル装置は交流の電圧を変換するトランスである、
請求項１２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル装置および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＤＣ／ＤＣ変換装置等の電力変換装置には、平滑コイル、トランス等のコイル装置が搭載されている。電力変換装置が動作する際、コイル装置が発熱する。コイル装置の温度が上昇すると電力損失が増大するため、コイル装置には放熱構造が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、コアの中脚部が分割されており、分割された隙間に放熱用樹脂を充填して放熱の効率化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電力変換装置に搭載されるスイッチング素子にＳｉＣ、ＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体が適用されており、スイッチング素子は、例えば２００℃以上の高温動作が可能となっている。これに伴い、電力変換装置に搭載されるコイル装置に対しても、高温動作に対応するためにさらなる放熱性の向上が求められている。
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、コアの熱をより効率的に放熱することが可能なコイル装置および電力変換装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るコイル装置は、磁性体を含むコアと、コアが固定された支持体と、支持体に固定された少なくとも１つの伝熱部材と、を備え、コアは、第１の外脚部と、第２の外脚部と、第１の外脚部と第２の外脚部の間に配置された少なくとも１つの中脚部と、を備え、第１の外脚部、第２の外脚部又は少なくとも１つの中脚部に巻回されたコイル部材をさらに備え、少なくとも１つの伝熱部材は、少なくとも１つの中脚部の内部に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るコイル装置においては、伝熱部材がコアの中脚部の内部に配置される。これにより、コアの熱を、中脚部から伝熱部材を介して支持体へ効率的に放熱することが可能となる。さらに、コアの中脚部の内部に伝熱部材を配置することにより、コアの上面と下面の温度差を小さくすることが可能である。また、コアから支持体への放熱経路が増えることから、コアの温度上昇を抑制することが可能である。従って、高温で動作する電力変換装置等にコイル装置を搭載することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るコイル装置の斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るコイル装置の断面図である。
【図５】実施の形態１に係るコイル装置の上面図である。
【図６】実施の形態１の第１の変形例に係るコイル装置の断面図である。
【図７】実施の形態１の第２の変形例に係るコイル装置の断面図である。
【図８】実施の形態２に係るコイル装置の斜視図である。
【図９】実施の形態２に係るコイル装置の上面図である。
【図１０】実施の形態３に係るコイル装置の断面図である。
【図１１】実施の形態３の変形例に係るコイル装置の上面図である。
【図１２】実施の形態３の変形例に係るコイル装置の断面図である。
【図１３】実施の形態４に係るコイル装置の断面図である。
【図１４】実施の形態４の変形例に係るコイル装置の側面図である。
【図１５】実施の形態５に係るコイル装置の斜視図である。
【図１６】実施の形態５に係るコイル装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１における電力変換装置の回路構成図である。また、図２は、電力変換装置の斜視図である。なお、図２では、制御回路５および配線等の一部の部品については図示していない。本実施の形態１において、電力変換装置は例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００１１】
図１に示すように、電力変換装置は、主変換回路と制御回路５を備える。主変換回路は、入力される直流電圧Ｖｉｎを直流電圧Ｖｏｕｔに変換して出力する。制御回路５は、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する。主変換回路は、インバータ回路１、トランス回路２、整流回路３、および平滑回路４を備える。
【００１２】
図１に示すように、インバータ回路１は、スイッチング素子９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄを備える。スイッチング素子９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄのそれぞれは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。スイッチング素子９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄのそれぞれは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどを材料として形成されている。
【００１３】
また、トランス回路２は、トランスとしてコイル装置１０１を備える。コイル装置１０１は、インバータ回路１と接続している一次側コイル導体（高電圧側巻線）と、一次側コイル導体と磁気的に結合し、整流回路３と接続している二次側コイル導体（低電圧側巻線）を備える。
【００１４】
また、整流回路３はダイオード９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｈを備える。ダイオード９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｈのそれぞれは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどを材料として形成されている。
【００１５】
また、平滑回路４は、平滑コイルとしてのコイル装置１００と、コンデンサ６０を備える。また、インバータ回路１の前段には共振コイルとしてのコイル装置１０２およびコンデンサ６１が接続されている。また、インバータ回路１とトランス回路２との間には、フィルタコイルとしてのコイル装置１０３が接続されている。
【００１６】
図２に示すように、高電圧の直流電力が入力される入力端子７０、平坦な直流電圧を取り出す出力端子７１、スイッチング素子９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ、ダイオード９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｈ、コンデンサ６０，６１等は、プリント基板８０に搭載されている。プリント基板８０は支持体４０に取り付けられている。支持体４０は、電力変換装置の筐体である。筐体は金属製であり、冷却器としての役割も有する。なお、電力変換回路のグラウンド電位は支持体４０に接続されている。
【００１７】
また、図２に示すように、各コイル装置１００，１０１のコアはプリント基板８０を貫通して支持体４０に取り付けられている。なお、図２においてコンデンサ６１、コイル装置１０２，１０３は記載を省略している。また、プリント基板８０には、電力変換装置に加えて他の電子部品を搭載してもよい。
【００１８】
本実施の形態１の電力変換装置において、入力端子７０には例えば、約１００Ｖから約６００Ｖの直流電圧が入力される。また、出力端子７１からは約１２Ｖから約１６Ｖの直流電圧が出力される。具体的には、入力端子７０に入力された直流の高電圧は、インバータ回路１によって第１の交流電圧に変換される。第１の交流電圧は、トランス回路２によって、第１の交流電圧よりも低い第２の交流電圧に変換される。第２の交流電圧は、整流回路３によって整流される。平滑コイルとしてのコイル装置１００を含む平滑回路４は、整流回路３から出力された電圧を平滑して、低い直流電圧を出力端子７１に出力する。
【００１９】
＜コイル装置の構成＞
図３は、平滑コイルとしてのコイル装置１００の斜視図である。また、図４は、図３における線分Ａ−Ａに沿ったコイル装置１００の断面図である。また、図５は、コイル装置１００の上面図である。
【００２０】
図３から図４に示すように、コイル装置１００は、磁性体を含むコア１０と、コイル部材２０と、支持体４０と、伝熱部材５０を備える。コア１０は、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２および中脚部１３を備える。中脚部１３は、第１の外脚部１１と第２の外脚部１２の間に配置されている。また、コア１０はＥＩ型のコアであり、Ｅ型コア部１０ＥとＩ型コア部１０Ｉとに分割されている。なお、また、コア１０はＥＩ型に限定されず、例えば、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＥＲ型などであってもよい。
【００２１】
コイル部材２０は、中脚部１３に１ターン分巻き回されている。コイル部材２０はプリント基板８０に配線として形成されている。なお、図３から図５において図の見易さのためにコイル部材２０以外のプリント基板８０の記載を省略している。
【００２２】
なお、コイル部材２０の配置および形状は図３から図５に限定されるものではなく、コイル部材２０は、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２又は中脚部１３のいずれかに巻回されていればよい。
【００２３】
本実施の形態１において、コア１０の中脚部１３は分割されている。つまり、図３から図５に示すように、Ｅ型コア部１０Ｅは中脚部１３において、第１Ｅ型コア部１０１Ｅと第２Ｅ型コア部１０２Ｅとに分割されている。また、Ｉ型コア部１０Ｉは中脚部１３と対向する部分において、第１Ｉ型コア部１０１Ｉと第２Ｉ型コア部１０２Ｉとに分割されている。なお、第１Ｅ型コア部１０１Ｅと第１Ｉ型コア部１０１Ｉとは一体に形成されていてもよい。同様に、第２Ｅ型コア部１０２Ｅと第２Ｉ型コア部１０２Ｉとは一体に形成されていてもよい。
【００２４】
本実施の形態１において、伝熱部材５０はコア１０の中脚部１３の内部に配置される。つまり、伝熱部材５０は、コア１０の中脚部１３の分割された部分に挟まれるように配置されている。Ｅ型コア部１０Ｅにおいて、伝熱部材５０は分割された第１Ｅ型コア部１０１Ｅと第２Ｅ型コア部１０２Ｅとの間に挟まれるように配置されている。また、Ｉ型コア部１０Ｉにおいて、伝熱部材５０は分割された第１Ｉ型コア部１０１Ｉと第２Ｉ型コア部１０２Ｉとの間に挟まれるように配置されている。
【００２５】
磁性体を含むコア１０は、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライトもしくはＮｉ−Ｚｎ系フェライトのようなフェライトコアである。また、コア１０はアモルファスコアまたはアイアンダストコアであってもよい。
【００２６】
コイル部材２０は、例えば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）合金、ニッケル（Ｎｉ）合金、金（Ａｕ）合金、銀（Ａｇ）合金などの導電性の金属によって形成される。コイル部材２０は、プリント基板８０に配線パターンとして形成されている。配線パターンの厚みは例えば１００μｍである。また、コイル部材２０は、配線パターンではなく、巻線であってもよい。コイル部材２０の一端は整流回路３に接続され、他端はコンデンサ６０および出力端子７１に接続されている。
【００２７】
コア１０は、剛性のある材料にて形成されている支持体４０に固定されている。コア１０が固定されている支持体４０は、電力変換装置の筐体である。つまり、コア１０の下面、即ち、Ｉ型コア部１０ＩのＥ型コア部１０Ｅと反対側の面は、支持体４０に固定されている。
【００２８】
伝熱部材５０は、冷却器である支持体４０と一体となって形成されている。伝熱部材５０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ＳＵＳ３０４等の鉄（Ｆｅ）合金、りん青銅等の銅（Ｃｕ）合金、ＡＤＣ１２等のアルミニウム（Ａｌ）合金などの金属材料で形成される。
【００２９】
また、伝熱部材５０は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成されてもよい。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。
【００３０】
伝熱部材５０の熱伝導率は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、好ましくは１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、さらに好ましくは１０Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上が望ましい。また、伝熱部材５０は非磁性体にて構成されていることが好ましい。伝熱部材５０と支持体４０は例えば切削、ダイキャスト、鍛造、成型などによって一体に形成される。
【００３１】
伝熱部材５０は、コア１０の分割された中脚部１３の内部に接触するように配置される。つまり、伝熱部材５０は、第１Ｅ型コア部１０１Ｅと第２Ｅ型コア部１０２Ｅとの間の分割面に接触していて、第１Ｅ型コア部１０１Ｅと第２Ｅ型コア部１０２Ｅとを熱的に接続している。また、伝熱部材５０は、第１Ｉ型コア部１０１Ｉと第２Ｉ型コア部１０２Ｉとの間の分割面に接触していて、第１Ｉ型コア部１０１Ｉと第２Ｉ型コア部１０２Ｉとを熱的に接続している。
【００３２】
支持体４０は、高熱伝導性を持つ材料で形成される。高熱伝導性を持つ材料とは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ＳＵＳ３０４等の鉄（Ｆｅ）合金、りん青銅等の銅（Ｃｕ）合金、ＡＤＣ１２等のアルミニウム（Ａｌ）合金などの金属材料である。
【００３３】
また、支持体４０は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成されてもよい。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。支持体４０の熱伝導率は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、好ましくは１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、さらに好ましくは１０Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上が望ましい。
【００３４】
＜コイル装置の放熱＞
コイル部材２０に電流が流れ、コイル装置１００が動作する際には、コア１０においてエネルギー損失から発熱が生じる。Ｅ型コア部１０Ｅの発熱は、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２および中脚部１３を介して、Ｉ型コア部１０Ｉに伝わる。そして、Ｉ型コア部１０Ｉの熱は、支持体４０へ放熱される。
【００３５】
さらに、本実施の形態１においては、伝熱部材５０がコア１０の中脚部１３の内部に配置される。これにより、コア１０の熱を、中脚部１３から伝熱部材５０を介して支持体４０へ放熱することが可能となる。特に、本実施の形態１においては、伝熱部材５０がコア１０の中脚部１３の分割された部分に挟まれるように配置される。これにより、コア１０の熱を、コア１０の分割面から伝熱部材５０を介して支持体４０へ放熱することが可能となる。また、本実施の形態１において、伝熱部材５０と支持体４０とは一体に形成されているため、接触熱抵抗を減少させることが可能となり、コア１０の放熱性がより向上する。
【００３６】
本実施の形態１においては、伝熱部材５０を配置することにより、コア１０の上面と下面の温度差、即ち、Ｅ型コア部１０Ｅの上面と、Ｉ型コア部１０Ｉの支持体４０との接触面の温度差を小さくすることができる。また、コア１０から支持体４０への放熱経路が増えることから、コア１０の温度上昇を抑制することができる。
【００３７】
伝熱部材５０の熱伝導率が、コア１０の熱伝導率と同程度以上の場合を想定する。伝熱部材５０の熱伝導率は、例えば３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上であるとする。この場合、コア１０の上面から支持体４０までの熱抵抗は、伝熱部材５０の断面積に比例して低減する。コア１０が中脚部１３において分割されず、伝熱部材５０を備えないコイル装置と比較して、本実施の形態１におけるコイル装置１００は、コア１０の上面から支持体４０までの熱抵抗を５％以上低減させることが可能である。
【００３８】
コイル部材２０に電流が流れ、コイル装置１００が動作する際には、コア１０の内部に磁束が発生する。一般に磁束が導体を貫通する際には導体に渦電流が発生し、渦電流によって導体がジュール発熱する。しかし、伝熱部材５０の比透磁率がコア１０よりも小さい場合、例えば伝熱部材５０の比透磁率が１、コア１０の比透磁率が１５００から４０００程度の場合、コア１０の内部に発生した磁束はコア１０の内部を流れるが、伝熱部材５０を貫通することはない。よって、伝熱部材５０が渦電流によって発熱することはなく、発熱するコア１０よりも伝熱部材５０の温度が低くなる。よって、伝熱部材５０はコア１０の伝熱部材として放熱に寄与することができる。
【００３９】
コア１０と支持体４０とが接触する面およびコア１０と伝熱部材５０が接触する面のそれぞれが、例えばフライス加工によって表面粗さ１００μ以下となっている場合、接触熱抵抗が低減され、コア１０の放熱効果がさらに向上する。
【００４０】
以上で述べたように、本実施の形態１におけるコイル装置１００においては、コア１０の放熱性が向上することにより、コア１０の温度上昇を抑制することが可能である。つまり、コイル装置１００においては、中脚部１３が分割されていないコイル装置と比較して、コア１０の放熱性を同程度に維持したまま、コア１０を小型化することが可能である。平滑コイルとしてのコイル装置１００が小型化されることにより、電力変換装置の小型化が可能である。
【００４１】
コア１０から支持体４０へ効率的に放熱が行われることにより、コア１０から周囲の空気へ放熱される熱量が減る。さらに、支持体４０の下面が冷却される場合、コイル装置１００周辺の空気の温度を下げる効果があり、コイル装置１００の周囲に配置される他の電子部品の温度上昇を抑制することが可能である。
【００４２】
例えばコイル部材２０がプリント基板８０上に構成されたパターンであり、コイル装置１００を支持体４０に直接組み込む場合、第１Ｅ型コア部１０１Ｅ、第２Ｅ型コア部１０２Ｅ、第１Ｉ型コア部１０１Ｉ、第２Ｉ型コア部１０２Ｉおよびコイル部材２０を個別に支持体４０に組み込むことができる。よって、コイル装置１００を支持体４０に取り付ける前に予め組み立てておく必要がないため、製造コストを削減できる。また、本実施の形態１においては、コイル装置１００を支持体４０に直接組み込むことが可能であるため、コイル装置１００自体の筐体が不要となり、コイル装置１００の小型化が可能である。
【００４３】
さらに、本実施の形態１においては、コア１０が、第１Ｅ型コア部１０１Ｅ、第２Ｅ型コア部１０２Ｅ、第１Ｉ型コア部１０１Ｉ、第２Ｉ型コア部１０２Ｉの４つに分割されるため、１つ１つのコア部が小さくなる。各コア部を、金型によって圧粉した後に焼成して形成する場合、各コア部の熱容量が小さくなるため、焼成に必要な時間が短縮される。また、各コア部の金型が小さくなるため、複数のコア部を同時に焼成することが可能となる。従って、コア１０の製造コストを削減することが可能である。さらに、各コア部が小型化されることにより、寸法精度が高くなる。
【００４４】
また、本実施の形態１において、伝熱部材５０と支持体４０が一体化されている。よって、コイル装置１００の製造工程において、第１Ｅ型コア部１０１Ｅ、第２Ｅ型コア部１０２Ｅ、第１Ｉ型コア部１０１Ｉ、第２Ｉ型コア部１０２Ｉを支持体４０に対して容易に位置決めすることが可能となり、組み立てが容易になる。
【００４５】
なお、以上ではコイル装置１００の構成について説明したが、電力変換装置に備わるコイル装置１０１，１０２，１０３においても、コイル装置１００と同様の構成としてもよい。
【００４６】
＜効果＞
本実施の形態１におけるコイル装置１００において、コア１０が固定された支持体４０と、支持体４０に固定された少なくとも１つの伝熱部材５０と、を備え、コア１０は、第１の外脚部１１と、第２の外脚部１２と、第１の外脚部１１と第２の外脚部１２の間に配置された少なくとも１つの中脚部１３と、を備え、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２又は少なくとも１つの中脚部１３に巻回されたコイル部材２０をさらに備え、少なくとも１つの伝熱部材５０は、少なくとも１つの中脚部１３の内部に配置される。
【００４７】
本実施の形態１のコイル装置１００においては、伝熱部材５０がコア１０の中脚部１３の内部に配置される。これにより、コア１０の熱を、中脚部１３から伝熱部材５０を介して支持体４０へ効率的に放熱することが可能となる。さらに、伝熱部材５０を配置することにより、コア１０の上面と下面の温度差を小さくすることが可能である。また、コア１０から支持体４０への放熱経路が増えることから、コア１０の温度上昇を抑制することが可能である。従って、高温で動作する電力変換装置等において、コイル装置１００を搭載することが可能となる。
【００４８】
また、本実施の形態１におけるコイル装置１００において、少なくとも１つの中脚部１３は分割されていて、少なくとも１つの伝熱部材５０は、少なくとも１つの中脚部１３の分割された部分に挟まれるように配置される。
【００４９】
従って、コア１０の分割された中脚部１３の間に伝熱部材５０を挟むことにより、コア１０の熱を、中脚部１３から伝熱部材５０を介して支持体４０へより効率的に放熱することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態１におけるコイル装置１００において、伝熱部材５０の材質は支持体４０の材質と同じであり、伝熱部材５０と支持体４０は一体化している。これにより、伝熱部材５０と支持体４０との接触熱抵抗を低減することが可能である。よって、コア１０の熱を、中脚部１３から伝熱部材５０を介して支持体４０へさらに効率的に放熱することが可能となる。
【００５１】
また、本実施の形態１におけるコイル装置１００において、コア１０は支持体４０に直接固定されている。従って、コア１０と支持体４０との間に他の部材が介在する場合と比較して、コア１０と支持体４０との間の熱抵抗を低減させることが可能である。
【００５２】
また、本実施の形態１におけるコイル装置１００において、少なくとも１つの伝熱部材５０の比透磁率は、コア１０の比透磁率よりも小さく、少なくとも１つの伝熱部材５０の熱伝導率は、コア１０の熱伝導率以上である。従って、伝熱部材５０の比透磁率が、コア１０の比透磁率よりも小さいことにより、伝熱部材５０のジュール発熱を抑制することが可能である。また、伝熱部材５０の熱伝導率が、コア１０の熱伝導率以上であることにより、コア１０の熱を効率的に放熱することが可能である。
【００５３】
また、本実施の形態１における電力変換装置において、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する制御回路５と、を備え、主変換回路は、コイル装置１００を少なくとも１つ備える。本実施の形態１において、コイル装置１００の熱を効率的に放熱することが可能である。よって、コイル装置１００が搭載される電力変換装置が、例えば２００℃以上で高温動作する場合においてもコイル装置１００の温度上昇を抑制することが可能である。
【００５４】
また、本実施の形態１における電力変換装置の主変換回路において、コイル装置１００は電圧を平滑化する平滑コイルである。従って、コイル装置１００を主変換回路の平滑回路４に適用することが可能である。
【００５５】
また、本実施の形態１における電力変換装置の主変換回路において、コイル装置１００は交流の電圧を変換するトランスであってもよい。従って、コイル装置１００を主変換回路のトランス回路２に適用することが可能である。
【００５６】
＜実施の形態１の第１の変形例＞
図６は、実施の形態１の第１の変形例におけるコイル装置１００Ａの断面図である。実施の形態１におけるコイル装置１００においては、伝熱部材５０と支持体４０とが一体に形成されているとした。一方、本変形例におけるコイル装置１００Ａにおいては、伝熱部材５０は支持体４０とは別部材として形成された後で、支持体４０に固定される。
【００５７】
図６に示すように、コイル装置１００Ａにおいて、支持体４０には凹部４０ａが形成されている。この凹部４０ａに伝熱部材５０の一端が嵌合して固定されている。なお、図６に示した、伝熱部材５０を支持体４０に固定する方法は一例であり、例えば、接着又は溶接により伝熱部材５０を支持体４０に固定してもよい。また、伝熱部材５０をかしめることにより、支持体４０に固定してもよい。この場合、例えば伝熱部材５０の一部が支持体４０を貫通し、貫通した部分をつぶすことにより、伝熱部材５０が支持体４０に固定される。
【００５８】
伝熱部材５１と支持体４０を別部材とすることにより、伝熱部材５０の形状の変更に伴って支持体４０を再び設計、製造する必要がなくなるため、伝熱部材５０の形状を抵抗コストで変更することが可能となる。
【００５９】
＜実施の形態１の第２の変形例＞
図７は、実施の形態１の第２の変形例におけるコイル装置１００Ｂの断面図である。実施の形態１におけるコイル装置１００においては、伝熱部材５０はコア１０と直接接触していた。一方、本変形例におけるコイル装置１００Ｂにおいては、伝熱部材５０は高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂのそれぞれを介してコア１０と接触している。高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂは、熱伝導性フィラーを含有した樹脂である。ここで樹脂はシリコーン、ウレタン、エポキシ等である。高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂは、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率を有することが好ましい。
【００６０】
一般に、伝熱部材５０およびコアの表面は均一に平坦ではなく凹凸がある。そのため、接触界面には接触熱抵抗が存在する。本変形例では、伝熱部材５０とコア１０の接触している界面の凹凸を高放熱性樹脂３１ａ、３１ｂが埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
【００６１】
さらに、製造工程において、高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂが接着剤として作用することにより、伝熱部材５０に対してコア１０を取り付ける際に位置決めが容易になる。
【００６２】
なお、本変形例において、コア１０を、高放熱性樹脂を介して支持体４０と接触させてもよい。コア１０と支持体４０の接触界面における凹凸を高放熱性樹脂が埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
【００６３】
＜効果＞
実施の形態１の第２の変形例におけるコイル装置１００Ｂにおいて、少なくとも１つの伝熱部材５０は、少なくとも１つの中脚部１３の内部に高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂを介して接触し、高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂの熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。従って、伝熱部材５０とコア１０の中脚部１３の接触している界面の凹凸を高放熱性樹脂３１ａ、３１ｂが埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
【００６４】
＜実施の形態２＞
図８は、本実施の形態２におけるコイル装置２００の斜視図である。また、図９は、コイル装置２００の上面図である。本実施の形態２におけるコイル装置２００は、実施の形態１におけるコイル装置１００に対して、壁部材４１と高放熱性樹脂３０をさらに備える。その他の構成はコイル装置１００と同じため、説明を省略する。
【００６５】
図８に示すように、コイル装置２００において、支持体４０には壁部材４１が接合されている。壁部材４１は平面視でコア１０を囲むように配置されている。壁部材４１の材質は支持体４０と同じとする。壁部材４１は支持体４０と一体に形成されていてもよい。
【００６６】
壁部材４１の内側には高放熱性樹脂３０が充填されている。高放熱性樹脂３０は、熱伝導性フィラーを含有した樹脂である。ここで樹脂はシリコーン、ウレタン、エポキシ等である。高放熱性樹脂３０は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率を有することが好ましい。
【００６７】
なお、図８に示すように、壁部材４１が、プリント基板８０（図示せず）に形成されたコイル部材２０と干渉しないように、壁部材４１の高さはＩ型コア部１０Ｉの高さと同程度としている。コイル部材２０が巻線で形成されているなど、プリント基板８０とコイル部材２０の干渉が問題にならない場合は、壁部材４１をより高くして、コア１０と同程度の高さとしてもよい。
【００６８】
＜効果＞
本実施の形態２におけるコイル装置２００は、支持体４０に固定された壁部材４１をさらに備え、壁部材４１は平面視でコア１０を囲むように配置され、壁部材４１の内側には高放熱性樹脂３０が充填される。
【００６９】
本変形例においては、コア１０およびコイル部材２０の熱を、高放熱性樹脂３０を介して壁部材４１および支持体４０に放熱することが可能である。従って、コア１０の放熱経路が増えるため、コア１０の熱をより効率的に放熱することが可能となる。
【００７０】
また、高放熱性樹脂３０が剛性を有する場合、支持体４０に加えて高放熱性樹脂３０によってもコア１０が保持されるため、コイル装置２００の耐振性が向上する。また、製造工程において、例えば支持体４０と壁部材４１を一体成型した後に、壁部材４１の内側にコア１０を配置することにより、コア１０の位置決めが容易になる。
【００７１】
＜実施の形態３＞
図１０は、本実施の形態３におけるコイル装置３００の断面図である。本実施の形態３におけるコイル装置３００は、実施の形態１におけるコイル装置１００に対して、コイル部材２０が絶縁性部材２２で覆われている。その他の構成はコイル装置１００と同じため、説明を省略する。
【００７２】
図１０に示すように、絶縁性部材２２で覆われたコイル部材２０は、絶縁性部材２２を介してコア１０と接触している。絶縁性部材２２は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成される。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。また、絶縁性部材２２は、シリコーン、ウレタンなどのゴム材料であってもよい。さらに、絶縁性部材２２は、エナメルやソルダーレジストなどの、塗料や薄膜でも良い。絶縁性部材２２の熱伝導率は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、好ましくは１Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上、さらに好ましくは１０Ｗ／（ｍ・Ｋ)以上が望ましい。
【００７３】
コイル部材２０に電流が流れ、コイル装置３００が動作する際には、コイル部材２０に電流が流れ、ジュール発熱によってコイル部材２０の温度が上昇する。コイル部材２０の両端部分のそれぞれは、外部の配線に接続されているため、コイル部材２０の熱は両端部分のそれぞれから外部の配線に放熱される。さらに、本実施の形態３では、コイル部材２０とコア１０が絶縁性部材２２を介して接触しているため、コイル部材２０の巻回部分の熱をコア１０に放熱することが可能となる。従って、コイル部材２０の放熱距離を短くすることができるため、コイル部材２０の温度上昇を抑制することが可能である。
【００７４】
コイル部材２０の温度がコア１０の温度よりも高い場合、コイル部材２０の熱が絶縁性部材２２を介してコア１０へ放熱され、コア１０の熱は伝熱部材５０を介して支持体４０へと放熱される。また、コイル部材２０の温度がコア１０の温度よりも低い場合、コア１０の熱が絶縁性部材２２を介してコイル部材２０へ放熱される。従って、コイル部材２０とコア１０が絶縁性部材２２を介して接触していることにより、コイル装置３００の温度上昇を抑制することが可能である。また、コイル装置３００全体で温度の均一化が可能である。
【００７５】
なお、本実施の形態３のコイル装置３００において、図７に示すように、伝熱部材５０が高放熱性樹脂３１ａ，３１ｂのそれぞれを介してコア１０と接触する構成としてもよい。
【００７６】
＜効果＞
本実施の形態３におけるコイル装置３００において、コイル部材２０は絶縁性部材２２に覆われていて、コア１０とコイル部材２０は絶縁性部材２２を介して接触している。従って、コイル部材２０の熱を、絶縁性部材２２を介してコア１０に放熱することが可能となるため、コイル部材２０の温度上昇を抑制することが可能である。
【００７７】
＜実施の形態３の変形例＞
図１１は、実施の形態３の変形例におけるコイル装置３００Ａの上面図である。また、図１２は、図１１の線分Ｂ−Ｂに沿ったコイル装置３００Ａの断面図である。本変形例におけるコイル装置３００Ａにおいて、実施の形態３のコイル装置３００に対して伝熱部材５０の形状が異なる。その他の構成はコイル装置３００と同じため、説明を省略する。
【００７８】
実施の形態３のコイル装置３００と同様、コイル装置３００Ａの伝熱部材５０は、コア１０の中脚部１３の分割された部分に挟まれるように配置されている。図１１および図１２に示すように、コイル装置３００Ａにおいて、伝熱部材５０は、コア１０のコイル部材２０が折り返されている側の面（即ち、コア１０の−ｘ方向側の面）を貫通した貫通部５０ａを備える。伝熱部材５０の貫通部５０ａは、コイル部材２０を覆う絶縁性部材２２に接触している。
【００７９】
本変形例においては、コイル部材２０の熱が、絶縁性部材２２を介してコア１０に放熱されることに加えて、絶縁性部材２２を介して貫通部５０ａに放熱される。従って、コイル部材２０の熱をさらに効率的に放熱することが可能となり、コイル部材２０の温度上昇を抑制することが可能である。貫通部５０ａはコア１０のｘ方向側の面に貫通し、コア１０のｘ方向側の面においてコイル部材２０、絶縁性部材２２と熱的に接続していても良い。
【００８０】
＜効果＞
本実施の形態３の変形例におけるコイル装置３００Ａにおいて、少なくとも１つの中脚部１３の内部に配置された伝熱部材５０は、コア１０の支持体４０に固定された面以外の面のうちのいずれかを貫通して、コイル部材２０に直接又は間接に接触する。従って、コイル部材２０の熱を伝熱部材５０に放熱することが可能となるため、コイル部材２０の温度上昇を抑制することが可能である。
【００８１】
＜実施の形態４＞
図１３は実施の形態４におけるコイル装置４００の断面図である。本実施の形態４におけるコイル装置４００は、実施の形態１におけるコイル装置１００に対して、放熱用部材５３をさらに備える。その他の構成はコイル装置１００と同じため、説明を省略する。
【００８２】
実施の形態１のコイル装置１００と同様、コイル装置４００の伝熱部材５０は、コア１０の中脚部１３の分割された部分に挟まれるように配置されている。図１３に示すように、コイル装置４００のコア１０の上面（即ち、コア１０の支持体４０に固定された面と反対側の面）には、放熱用部材５３が配置されている。
【００８３】
図１３に示すように、伝熱部材５０はコア１０の上面に延在して、放熱用部材５３に接触している。なお、放熱用部材５３とコア１０が高放熱性樹脂を介して接触していてもよい。同様に、放熱用部材５３と伝熱部材５０が高放熱性樹脂を介して接触していてもよい。
【００８４】
放熱用部材５３は伝熱部材５０と同じ材質であってもよい。また、放熱用部材５３は伝熱部材５０と一体に形成されていてもよい。また、放熱用部材５３の上面に、フィンなどを備えたヒートシンクが配置されてもよい。なお、放熱用部材５３自体がヒートシンクであってもよい。
【００８５】
また、実施の形態１で述べたように、支持体４０は電力変換装置の筐体である。放熱用部材５３は筐体の蓋として構成されてもよい。また、放熱用部材５３が電力変換装置の一部又は全を覆うように構成されていてもよい。筐体の蓋としての放熱用部材５３が、コア１０を支持体４０（即ち筐体）に対して押さえつけている場合、コア１０が放熱用部材５３と支持体４０との間で安定して保持されるため、コイル装置４００の耐振性が向上する。
【００８６】
放熱用部材５３は、コア１０の上面と接触しているため、コア１０の熱を放熱することが可能である。さらに、放熱用部材５３は伝熱部材５０と接触しているため、コア１０の熱を、中脚部１３から伝熱部材５０を介して放熱用部材５３へ効率的に放熱することが可能となる。従って、コア１０の温度上昇をより抑制することが可能である。また、コア１０の放熱経路が増えるため、コイル装置４００全体で温度の均一化が可能である。
【００８７】
＜効果＞
本実施の形態４におけるコイル装置４００は、コア１０の支持体４０に固定された面以外の面のうちのいずれかに配置された放熱用部材５３をさらに備え、少なくとも１つの中脚部１３の内部に配置された伝熱部材５０は、コア１０の支持体４０に固定された面以外の面のうちのいずれかにに延在して、放熱用部材５３に接触する。従って、支持体４０からの放熱に加えて、放熱用部材５３からコア１０の熱を放熱することが可能となるため、コア１０の温度上昇をより抑制することが可能である。
【００８８】
＜実施の形態４の変形例＞
図１４は、実施の形態４の変形例におけるコイル装置４００Ａの側面図である。実施の形態１から３においては、コイル部材２０が例えばプリント基板８０（図２を参照）に配線として形成されているとした。
【００８９】
図１４に示すように、本変形例において、コイル部材２０はプリント基板８０の外部に配置されている。また、プリント基板８０はコイル装置４００Ａの上部に配置されている。プリント基板８０は、図示していない領域において電力変換装置の筐体に固定されている。
【００９０】
図１４に示すように、コイル部材２０は１箇所以上の曲げ部を有している。曲げ部を有するコイル部材２０の端部は、プリント基板８０上の配線パターンと接続している。配線パターンには、スイッチング素子９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｈ、コンデンサ６０など搭載されている。
【００９１】
一般に、スイッチング素子、コンデンサなどの電子部品が、コイル装置から漏れた磁束にさらされると、誤動作を起こす可能性がある。本変形例においては、放熱用部材５３はコア１０の上面に、コア１０の上面を覆うように配置されている。放熱用部材５３がコア１０の上面を覆っていることによって、コア１０から漏れる磁束を減らすことが可能である。従って、コア１０の上部に配置されたプリント基板８０に搭載された電子部品が磁束の影響を受けることを抑制することが可能である。また、放熱用部材５３の面積をより大きくすることによって、磁束の漏れを防ぐ効果をより高めることが可能である。
【００９２】
＜実施の形態５＞
図１５は、本実施の形態５におけるコイル装置５００の斜視図である。また、図１６は、図１５の線分Ｃ−Ｃにおけるコイル装置５００の断面図である。図１５および図１６に示すように、コイル装置５００は、コア１０Ａと、複数のコイル部材２０，２１と、支持体４０と、複数の伝熱部材５０，５１，５２を備える。
【００９３】
コア１０Ａは、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２および３つの中脚部１３１，１３２，１３３を備える。３つの中脚部１３１，１３２，１３３は、第１の外脚部１１と第２の外脚部１２の間に配置されている。
【００９４】
コイル部材２０は、中脚部１３１に１ターン分巻き回されている。また、コイル部材２１は、中脚部１３３に１ターン分巻き回されている。コイル部材２０，２１のそれぞれはプリント基板８０に配線として形成されている。なお、図１５および図１６において図の見易さのためにコイル部材２０，２１以外のプリント基板８０の記載を省略している。
【００９５】
なお、コイル部材２０，２１の配置および形状は図１５および図１６に限定されるものではなく、コイル部材２０，２１のそれぞれは、第１の外脚部１１、第２の外脚部１２又は中脚部１３１，１３２，１３３のいずれかに巻回されていればよい。
【００９６】
本実施の形態５において、実施の形態１と同様、コア１０Ａの中脚部１３１は分割されている。伝熱部材５０は、コア１０Ａの中脚部１３１の分割された部分に挟まれるように配置されている。
【００９７】
また、コア１０Ａの中脚部１３２は分割されている。伝熱部材５１は、コア１０Ａの中脚部１３２の分割された部分に挟まれるように配置されている。また、コア１０Ａの中脚部１３３は分割されている。伝熱部材５２は、コア１０Ａの中脚部１３３の分割された部分に挟まれるように配置されている。
【００９８】
また、図１５および図１６に示すように、本実施の形態５におけるコイル装置５００は、支持体４０を共有するコイル装置１００を２つ並べて配置し、２つのコイル装置１００の間に伝熱部材５０を配置した構成と表現することができる。この場合、一方のコイル装置１００を平滑コイルとして利用し、他方のコイル装置１００を、トランス、共振コイル、フィルタコイルなどとして利用することができる。なお、コイル装置１００に代えてコイル装置１００Ａ，１００Ｂ，２００，３００，４００，４００Ａのいずれかを配置してもよい。
【００９９】
＜効果＞
本実施の形態５におけるコイル装置５００において、少なくとも１つの中脚部１３１，１３２，１３３は複数であり、少なくとも１つの伝熱部材５０，５１，５２は複数であり、複数の伝熱部材５０，５１，５２のそれぞれは、複数の中脚部１３１，１３２，１３３のそれぞれの内部に配置される。
【０１００】
従って、コイル装置５００のコア１０Ａが、複数の中脚部１３１，１３２，１３３を備える構成であっても、複数の中脚部１３１，１３２，１３３に伝熱部材５０，５１，５２をそれぞれ配置することにより、コア１０Ａの熱を中脚部１３１，１３２，１３３から伝熱部材５０，５１，５２を介して支持体４０へ効率的に放熱することが可能となる。
【０１０１】
また、例えば実施の形態１で説明したコイル装置１００を、伝熱部材５１を介して、２つ並べて配置してコイル装置５００を構成してもよい。この場合、２つのコイル装置１００の互いに隣接するコアの熱を伝熱部材５１を介して効率的に放熱することが可能となる。従って、コイル装置５００全体として温度上昇を抑制することが可能である。
【０１０２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  インバータ回路、２  トランス回路、３  整流回路、４  平滑回路、５  制御回路、１０，１０Ａ  コア、１１  第１の外脚部、１２  第２の外脚部、１３，１３１，１３２，１３３  中脚部、２０，２１  コイル部材、２２  絶縁性部材、３０，３１ａ，３１ｂ  高放熱性樹脂、４０  支持体、５０，５１，５２  伝熱部材、５３  放熱用部材、６０  コンデンサ、７０  入力端子、７１  出力端子、８０  プリント基板、９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ  スイッチング素子、９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｈ  ダイオード、１００，１００Ａ，１００Ｂ，２００，３００，４００，４００Ａ，５００  コイル装置。
【図１】
2018093009.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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