(57)【要約】【課題】本願発明は、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することを課題とする。【解決手段】コイルが巻き回されるコアであって、複数のコア部材からなり、前記コア部材の少なくとも１つが放熱用部材に接触しており、前記放熱用部材に接触しているコア部材の磁気損失が最小となる温度が前記放熱用部材に接触している前記コア部材以外のコア部材の磁気損失が最小となる温度よりも低いことにより、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻き回されるコアであって、複数のコア部材からなり、前記コア部材の少なくとも１つが放熱用部材に接触しており、前記放熱用部材に接触しているコア部材の磁気損失が最小となる温度が前記放熱用部材に接触している前記コア部材以外のコア部材の磁気損失が最小となる温度よりも低いことを特徴とするコア。
【請求項２】
前記複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のコア。
【請求項３】
前記コアがフェライトからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のコア。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のコアを用いたことを特徴とするトランス。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載のコアを用いたことを特徴とするチョークコイル。
【請求項６】
請求項４に記載のトランスを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項７】
請求項５に記載のチョークコイルを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトランスやチョークコイルに用いるコアに関し、特に、発熱を低減し温度特性が改善されたコアに関する。また、本発明は、このようなコアを用いたトランスやチョークコイルに関する。また、本発明はこのようなトランスやチョークコイルを用いたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置などに用いられるトランスやチョークコイルは、動作時において発熱することから、発熱量が小さく放熱特性の優れたコアを採用することが望ましい。コアが高温にならないために考えられる手法は２つある。第１の手法としては、コア自体を発熱させないためにコアに低損失な磁性材料を使用する方法が挙げられる。また、コア自体を発熱させない第１の手法の別の方法として、コア形状を発熱しにくい形状にする方法が挙げられる。例えば、特許文献１に記載のＥ型コアは、中心脚部の断面積を外側脚部の断面積よりも大きくすることで蓄熱しやすい中心脚部の温度上昇を抑えることが可能になるとされている。
【０００３】
また、コアを高温にしないための第２の手法としては、発熱してしまったコアから熱を効率良く放熱させる方法が挙げられる。例えば、コアに放熱用部材あるいは冷媒を接触させ伝熱により放熱させる方法が挙げられる。例えば、特許文献２に記載のコアは、磁気ギャップ部を備えた準閉磁路構造をとり、その磁気ギャップ部に高分子部材が介在している。空気よりも熱伝導率が大きい前記高分子部材が介在することでコアの放熱効率が高くなり、コアの温度上昇を抑えることができる。
【０００４】
また、効率良く放熱する第２の手法の別の方法として、コアを放熱しやすい形状とする方法が挙げられる。例えば、特許文献１に記載されたコアは、中心脚部に放熱用孔が設けられており、放熱用孔内の外気を介して放熱を行える。また、必要により前記放熱用孔に熱伝導率の高い放熱用部材を挿入して放熱特性を向上させることが可能になるとされている。また、特許文献３に記載されたコアは、上側梁部で発生する熱の放熱ルートを拡大することによって、コアの放熱特性を改善することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０３７２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７７３０４号公報
【特許文献３】特開２００９−０８８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１から特許文献３に記載された技術を用いても、特に発熱量の大きいトランスやチョークコイルにおいては、温度上昇の抑制が不十分となる問題があり、更なるコアの発熱低減のための改善が望まれている。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することである。また、本発明の他の目的は、このようなコアを用いたトランス及びチョークコイルを提供することである。また、本発明の他の目的は、このようなトランス及びチョークコイルを用いたスイッチング電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係るコアは、コイルが巻き回されるコアであって、複数のコア部材からなり、前記コア部材の少なくとも１つが放熱用部材に接触しており、前記放熱用部材に接触しているコア部材の磁気損失が最小となる温度が、前記放熱用部材に接触している前記コア部材以外のコア部材の磁気損失が最小となる温度よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載のコアによれば、複数のコア部材の内、放熱用部材に接触しているコア部材の磁気損失が最小となる温度を、前記放熱用部材に接触しているコア部材以外のコア部材の磁気損失が最小となる温度よりも低くすることで、放熱用部材を用いたために発生したコアの温度分布に対して、より適切な温度特性を持ったコア部材を適用することができる。特に放熱用部材に接したコア部材の温度特性を適切に選択することによって、複数のコア部材を組み合わせたコア全体の磁気損失を低減することが可能となる。その結果、温度上昇が抑えられる。
【０００９】
また、本発明では、前記複数のコア部材のそれぞれの磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上５０℃以下であることが好ましい。複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が大きすぎると、任意のコア部材の損失が最小となる温度とその他のコア部材の損失が最小となる温度の間の温度域において磁気損失が増大してしまう。そのため、磁気損失が最小となる温度の差は５０℃以下が好ましく、また、複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が小さすぎると磁気損失低減の効果は小さくなる。そのため、磁気損失が最小となる温度の差は５℃以上が好ましい。
【００１０】
また、本発明では、複数のコア部材がフェライトからなることが好ましい。コア部材がフェライトからなることで、熱伝導率が低く、比較的大きな温度分布が生じるフェライトコア部材に対して、使用温度に適したコア部材を選択することになり、元々磁気損失の小さいフェライトの損失をさらに低減することが可能となる。その結果、複数のコア部材を組み合わせたコア全体の発熱量は低減し、温度上昇が抑えられる。
【００１１】
本発明は、上述のコアを用いたことを特徴とするトランスである。前記コアを用いることにより発熱量の小さいトランスが提供されることから、トランスが伝送する電力を増やしたり、トランスを小型化したりすることが可能となる。
【００１２】
本発明は、上述のコアを用いたことを特徴とするチョークコイルである。前記コアを用いることにより発熱量の小さいチョークコイルが提供されることから、チョークコイルに蓄えられる電力を増やしたり、チョークコイルを小型化することが可能となる。
【００１３】
本発明は、前記トランスを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置によれば、トランスの発生する熱量が低減されることから、信頼性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【００１４】
本発明は、前記チョークコイルを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置によれば、チョークコイルの発生する熱量が低減されることから、信頼性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することができる。また、本発明は、このようなコアを用いたトランス及びチョークコイルを提供することができる。また、本発明は、このようなトランス及びチョークコイルを用いたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は実施形態１に係るコア１０を示す斜視図である。
【図２】図２はコア部材１０Ａとコア部材１０Ｂの磁気損失の温度特性を示す図である。
【図３】図３は実施形態１の変形例に係るコアを示す斜視図である。
【図４】図４は実施形態２に係るコアを示す斜視図である。
【図５】図５はコア部材２０Ａとコア部材２０Ｂの磁気損失の温度特性を示す図である。
【図６】図６は実施形態２の変形例に係るコアを示す斜視図である。
【図７】図７は実施形態３に係るコアを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１８】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係るコアを示す斜視図である。コア１０はいずれもＥ型形状であるコア部材１０Ａとコア部材１０Ｂの開口部を向き合わせて組み立てられる。コア部材１０Ｂの下面には放熱用部材１０Cが接している。なお、接触面の密着性を高め放熱性を高めるためにコア部材１０Bと放熱用部材１０Cの間に放熱用のシートやグリースや接着剤を用いてもよい。図２にコア部材１０Ａとコア部材１０Ｂの磁気損失の温度特性を示す。コア部材１０Ａの磁気損失が最小となる温度T１はコア部材１０Ｂの損失が最小となる温度T２よりも高い。組み立てられたコア１０をトランス又はチョークコイルに使用する場合はコア１０の主脚部１１にコイル１２を巻き回す。なお、本実施形態において、コア１０は、フェライトの焼結体であるが、コア１０の材料はこれに限定されるものではない。
【００１９】
従来は、コア部材１０Ａとコア部材１０Ｂは磁気損失が最小となる温度が同じコア部材の組合せで組み立てられている。コアの温度上昇が小さい場合には放熱用部材１０Cを使用しない。しかしながら、コアの温度上昇が大きい場合には、コアの熱暴走を防ぐため、コアの温度を下げる必要があり、放熱用部材１０Cを用いた温度低減が行なわれている。すなわち、温度上昇が大きいコアで放熱用部材を使用する場合は、放熱用部材１０Cに接触しているコア部材１０Ｂは温度が低くなり、放熱用部材に接触せず蓄熱しやすいコア部材１０Ａは温度が高くなるといった温度分布が生じていた。このような結果、従来のコアは、温度に適したコア部材を使用することが出来ておらず、発熱が大きかった。一方、実施形態１に係るコア１０においては、放熱用部材１０Cに接触し冷却されているコア部材１０Ｂの磁気損失が最小となる温度が、放熱されないコア部材１０Ａの磁気損失が最小となる温度よりも低い。その結果、それぞれに適したコア部材を使用することになり、コア全体、すなわち、コア１０の磁気損失が低減し温度上昇が低減する。
【００２０】
前記コア部材１０Ａとコア部材１０Ｂの磁気損失が最小となる温度の差は、５℃以上５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは、コア部材の磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上３０℃以下とする。また、更に好ましくは、複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上１５℃以下である。複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が大きすぎると、任意のコア部材の損失が最小となる温度とその他のコア部材の損失が最小となる温度の間の温度域において磁気損失が増大してしまうからである。
【００２１】
コア１０を用いたトランスは、発熱量が小さくなる。このため、コア１０を用いたトランスは伝送可能な電力の増加、小型化が可能になる。コア１０を用いたチョークコイルは、発熱量が小さくなる。このため、コア１０を用いたチョークコイルは、蓄えられる電力の増加、小型化が可能になる。コア１０を用いたトランス又はコア１０を用いたチョークコイルが搭載されたスイッチング電源装置は、トランス又はチョークコイルの発生する熱量が低減されることから、信頼性が向上する。なお、本実施形態におけるコア部材１０Ｂが、図３  に示すように、Iコアで形成される場合においても、本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００２２】
また、本実施形態におけるコア１０を構成するコア部材１０Ａの固定については特に言及していないが、一般に、コア部材１０Ｂとの接触面で接着剤を用いて接着しているか、もしくは、コア部材１０Ａの上面を金具で押さえている。この場合、金具も放熱用部材とみなすことができるが、本発明における本質は、温度分布をもつコアに対して使用温度に適したコア部材を適用することにある。すなわち、複数のコア部材が放熱用部材に接触していたとしても、主として、放熱経路となり、温度が比較的低くなるコア部材に対して、磁気損失が最小となる温度が比較的低いコア部材を適用し、放熱用部材に接触していたとしても、主な放熱経路となりえず、温度が比較的高くなるコア部材に対しては、磁気損失が最小となる温度が比較的高めのコア部材を適用することにある。
【００２３】
本実施形態及びその変形例の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態及びその変形例と同様の構成を有するものは、本実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。
【００２４】
（実施形態２）
図４は実施形態２に係るコアを示す斜視図である。コア２０はいずれもＥ型形状であるコア部材２０Ａとコア部材２０Ｂの開口部を向き合わせて組み立てられる。コア部材２０Ｂの下面には放熱用部材２０Cが接している。なお、接触面の密着性を高め放熱性を高めるためにコア部材２０Bと放熱用部材２０Cの間に放熱用のシートやグリースや接着剤を用いてもよい。図５にコア部材２０Ａとコア部材２０Ｂの磁気損失の温度特性を示す。コア部材２０Ａの磁気損失が最小となる温度T３はコア部材２０Ｂの損失が最小となる温度T４よりも高い。組み立てられたコア２０をトランス又はチョークコイルに使用する場合はコア２０の主脚部２１にコイル２２を巻き回す。
【００２５】
本実施形態によるコア２０は、コア２０を構成するコア部材２０Ｂの厚さを、放熱用部材面からの厚さｈを１０ｍｍと構成したものである。本実施形態のコア２０のように、コア部材２０Ｂの放熱用部材２０Cとの接触面からの厚さｈを１０ｍｍ以下とすることで、放熱用部材２０Cに接しているコア部材２０Ｂの温度分布を更に小さくすることができる。そのため、コア部材２０Ｂに対して、より最適な温度特性を持ったコア部材を適用することになり、その結果、コア全体の発熱量は低減し、温度上昇が抑えられる。なお、本実施形態におけるコア部材２０Ｂ  が、図６  に示すように、Iコアで形成される場合においても、本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００２６】
前記コア部材２０Ａとコア部材２０Ｂの磁気損失が最小となる温度の差は、５℃以上５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは、コア部材の磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上３０℃以下とする。また、更に好ましくは、複数のコア部材の磁気損失が最小となる温度の差が５℃以上１５℃以下であることは、実施形態１と同様である。
【００２７】
本実施形態の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【００２８】
（実施形態３）
図７は実施形態３に係るコアを示す斜視図である。コア３０は、いずれもＥ型形状であるコア部材３０Ａとコア部材３０Ｂの開口部を向き合わせ、間にI型形状のコア部材３０Ｃを挟んで組み立てられる。コア部材３０Ａの上面には放熱用部材３０Dが接している。コア部材３０Ｂの下面には放熱用部材３０Eが接している。なお、放熱用部材との接触面の密着性を高め放熱性を高めるため、コア部材３０Aと放熱用部材３０Dの間、あるいはコア部材３０Bと放熱用部材３０Eの間に放熱用のシートやグリースや接着剤を用いてもよい。コア部材３０Ａとコア部材３０Ｂの磁気損失が最小となる温度はコア部材３０Ｃの磁気損失が最小となる温度よりも低い。なお、コア部材３０Ａとコア部材３０Ｂの磁気損失の温度特性は違ってもよい。組み立てられたコア３０をトランス又はチョークコイルに使用する場合は、例えば、コア３０の主脚部３１A、３１Bにコイル３２A、３２Bを巻き回す。
【００２９】
実施形態３に係るコア３０においては、放熱用部材３０Dあるいは放熱用部材３０Eに接触し冷却されているコア部材３０Ａあるいはコア部材３０Ｂの磁気損失が最小となる温度が、放熱されないコア部材３０Ｃの磁気損失が最小となる温度よりも低い。その結果、それぞれのコア部材の使用温度に適したコア部材を使用することになり、コア全体、すなわち、コア３０の磁気損失が低減し温度上昇が低減する。
【００３０】
本実施形態の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
上述した実施形態１におけるコア１０を用いて評価を行った。コア部材には磁気損失の温度特性を変えたMn-Zn系フェライトを用いた。コアの温度上昇は次の方法で測定した。コア１０の主脚部１１において最大磁束密度２３０mＴを発生させ、周波数１００kＨｚで連続してコア１０を励磁した。一方、放熱用部材１０Cの温度を常に１００℃一定となるように冷却した。コア１０の温度が安定したところで、熱電対でコア部材１０Ａの上面の温度を測定した。温度上昇の測定結果を表１に示す。表１から分かるように、従来例のように上下のコアを磁気損失が最小となる温度が同じコアで構成したものより、実施例のようにコアの温度分布に合わせて適切な温度特性のコアを適応したもので、温度が低減することができた。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（実施例２）
上述した実施形態２におけるコア２０を用いて、放熱用部材面に接触しているコア部材の放熱用部材面からの厚さｈとコア温度上昇との関係についてのを評価を行なった。コア部材には磁気損失の温度特性を変えたMn-Zn系フェライトを用いた。コア部材２０Ａには磁気損失が最小となる温度が１１５℃のコアを用いた。コア部材２０Ｂには磁気損失が最小となる温度が１００℃のコアを用いた。コアの温度上昇は実施例１と同様な方法で測定した。温度上昇の測定結果を表２に示す。表２から分かるように、コア部材２０Ｂの放熱用部材２０Cとの接触面からの厚みを１３ｍｍとしたサンプルNo.9よりも厚みを１０ｍｍとしたサンプルNo.10でより温度を低減することができた。
【００３５】
【表２】
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【符号の説明】
【００３６】
１０、２０、３０  コア
１０Ａ、１０Ｂ  、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ  コア部材
１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ  放熱用部材
１１、２１、３１Ａ、３１Ｂ  主脚部
１２、２２、３２Ａ、３２Ｂ  コイル
【図１】
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【図２】
2013131540.tif 000006
【図３】
2013131540.tif 000007
【図４】
2013131540.tif 000008
【図５】
2013131540.tif 000009
【図６】
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【図７】
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