(57)【要約】【課題】コアおよび巻線の両方を十分に冷却可能なコイル部品の放熱構造およびそれに用いられるコイル部品を提供する。【解決手段】磁気回路を形成するとともに、複数の脚を有するコア１１と、前記脚から選択された少なくとも１つの被巻装脚に巻装され、端面に略平坦部分を有する巻線１２とを備えるコイル部品１０の放熱構造であって、コア１１の少なくとも一面と、巻線１２の前記略平坦部分の少なくとも一部とが、熱伝導性材料Ｔを介して放熱体Ｓへ接触している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路を形成するとともに、複数の脚を有するコアと、
前記脚から選択された少なくとも１つの被巻装脚に巻装され、端面に略平坦部分を有する巻線と
を備えるコイル部品の放熱構造であって、
前記コアの少なくとも一面と、前記巻線の前記略平坦部分の少なくとも一部とが、熱伝導性材料を介して放熱体へ接触していることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項２】
請求項１に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記巻線が前記コアの外側にはみ出すように前記被巻装脚に巻装されることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記巻線の前記略平坦部分と前記放熱体とが平行に配置されることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記巻線の両端面のうち少なくとも一方が前記熱伝導性材料を介して前記放熱体へ接触していることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記コイル部品は、前記被巻装脚を覆うスペーサーをさらに備え、
前記巻線は、前記スペーサーの外側に巻装されていることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項６】
請求項５に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記スペーサーの断面が矩形状又は角丸長方形状であることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記被巻装脚は、前記コアの外脚又は中脚であることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記巻線が複数であって、少なくともその１つに３層絶縁線を用いていることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記巻線が複数であって、少なくともその１つに３層絶縁リッツ線を用いていることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造において、
前記放熱体は、金属製筐体であることを特徴とする、コイル部品の放熱構造。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコイル部品の放熱構造に用いられるコイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の構成部品などに用いられるリアクトル、トランス、チョークコイルなどのコイル部品に関し、特に、これらのコイル部品に適用される放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアクトル、トランス、チョークコイルなどのコイル部品は、コア材と巻線とで構成される。これらのコイル部品は、コア損失および巻線の導通損失などによって発熱するので、コアや巻線を冷却する必要がある。
【０００３】
リアクトルやトランスなどを冷却する方法として、コアと巻線の一部をシャーシに接触させて冷却する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、巻線の露出面積を増やしたり、平坦にしたりすることで巻線を冷却する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０３９０９９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７６８８６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、特許文献１に記載の方法では、巻線の接触面積が小さく、十分に巻線を冷やすことができない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の方法では、コアの接触面積が小さいため、十分にコアを冷却することができない。
【０００８】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、コアおよび巻線の両方を十分に冷却可能なコイル部品の放熱構造およびそれに用いられるコイル部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のコイル部品の放熱構造は、磁気回路を形成するとともに、複数の脚を有するコアと、前記脚から選択された少なくとも１つの被巻装脚に巻装され、端面に略平坦部分を有する巻線とを備えるコイル部品の放熱構造であって、前記コアの少なくとも一面と、前記巻線の前記略平坦部分の少なくとも一部とが、熱伝導性材料を介して放熱体へ接触していることを特徴とする。
【００１０】
ここで、コイル部品としては、例えば、リアクトル、トランス、チョークコイルが挙げられるが、これらに限らない。放熱体としては、金属製筐体（シャーシ）が挙げられるが、これに限らない。熱伝導性材料としては、熱伝導性樹脂などが挙げられるが、これに限らない。例えば、巻線の両端面に略平坦部分をそれぞれ有している場合、「略平坦部分の少なくとも一部」とは、一端面の略平坦部分であってもよいし、両端面の各略平坦部分であってもよい。前記巻線の両端面のうち少なくとも一方が前記熱伝導性材料を介して前記放熱体へ接触していてもよい。
【００１１】
また、前記巻線が前記コアの外側にはみ出す（できるだけ多く）ように前記被巻装脚に巻装されることが好ましい。前記巻線の前記略平坦部分と前記放熱体とが平行に配置されることが好ましい。
【００１２】
このような構成のコイル部品の放熱構造によれば、コアおよび巻線の両方から発生した熱が効率よくシャーシなどの放熱体に伝達され、コイル部品の十分な冷却が可能となる。
【００１３】
本発明のコイル部品の放熱構造において、前記コイル部品は、前記被巻装脚を覆うスペーサーをさらに備え、前記巻線は、前記スペーサーの外側に巻装されていてもよい。前記スペーサーの断面が矩形状又は角丸長方形状であってもよい。
【００１４】
このような構成のコイル部品の放熱構造によれば、巻線の端面がコアの外側にはみ出す部分の面積を拡大でき、巻線をより十分に冷却することが可能となる。
【００１５】
本発明のコイル部品の放熱構造において、前記被巻装脚は、前記コアの外脚又は中脚であってもよい。
【００１６】
このような構成のコイル部品の放熱構造のうち、特に前記コアの外脚を前記被巻装脚にしたものによれば、巻線の各端面の大部分がコアの外側にはみ出すので、大きな冷却面積を確保することができ、巻線を十分に冷却することが可能となる。
【００１７】
本発明のコイル部品の放熱構造において、前記巻線が複数であって、少なくともその１つに３層絶縁線または３層絶縁リッツ線を用いてもよい。
【００１８】
このような構成のコイル部品の放熱構造は、特に変圧器（トランス）に好適であり、コアおよび巻線の両方を十分に冷却できるだけでなく、結合容量が低下してノイズなどが低減するとともに、疎結合になって漏れインダクタンスが増大する。あるいは、特性を維持したままで小型化が可能となる。３層絶縁リッツ線を用いたものは、特に高周波用途に好適である。
【００１９】
上述したようなコイル部品の放熱構造に用いられるコイル部品も本発明の範疇である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のコイル部品の放熱構造によれば、コアおよび巻線の両方から発生した熱が効率よくシャーシなどの放熱体に伝達され、コイル部品の十分な冷却が可能となる。
【００２１】
また、本発明のコイル部品は、そのような放熱構造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るリアクトル１０の放熱構造の基本概念を示す断面図であり、（ｂ）はそのリアクトル１０の平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はリアクトル１０の放熱構造の他の構成例である。
【図３】（ａ）はリアクトル１０に用いられるコア１１の横断面図であり、（ｂ）は巻線１２の冷却面積が比較的小さいリアクトル１０Ａの横断面図であり、（ｃ）は巻線１２の冷却面積が中程度のリアクトル１０Ｂの横断面図であり、（ｄ）は巻線１２の冷却面積が比較的大きいリアクトル１０Ｃの横断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はコア１１を実現するための組み合わせを例示する側面図である。
【図５】（ａ）はコア１１とは異なる形状のコア２１の横断面図であり、（ｂ）はそのコア２１を用いたリアクトル２０の横断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はコア２１を実現するための組み合わせを例示する側面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るトランス３０の放熱構造を示す断面図であり、（ｂ）はその変形例であるトランス３０Ａの放熱構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第３実施形態に係るトランス４０の放熱構造を示す断面図であり、（ｂ）はその変形例であるトランス４０Ａの放熱構造を示す断面図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るリアクトル１０の放熱構造による効果確認用の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
１．１  基本概念および構成例
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係るリアクトル１０の放熱構造の基本概念を示す断面図であり、図１（ｂ）はそのリアクトル１０の平面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）はリアクトル１０の放熱構造の他の構成例である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、水平方向に伸びる板状金属製のシャーシＳの下方で、磁気回路を形成する直方体状のコア１１と、このコア１１に巻装された巻線１２とを有するリアクトル１０が基板Ｂ上に搭載されている。
【００２６】
リアクトル１０は、コイル部品の一例であって、他にもトランスやチョークコイルなどが挙げられるが、これらに限るわけではない。
【００２７】
巻線１２は、図１（ｂ）に示すようにコア１１の外側に大きくはみ出すとともに、その両端面１２ａ、１２ｂがいずれも略平坦となるように巻装されている。なお、巻線１２に使用される電線（例えばエナメル線）はその断面が通常は円形であり、巨視的には平坦となるように密着させて並べたとしても、微視的には完全な平坦とは言えないので、ここでは「略平坦」という表現を用いている。
【００２８】
そして、コア１１の少なくとも一面（具体的には上面１１ａ）と、巻線１２の略平坦な部分の少なくとも一部（具体的には上端面１２ａ）とが、平行に配置されるとともに、熱伝導性材料（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）の一例としての熱伝導性樹脂Ｔを介して冷却器（放熱体）となり得る上方のシャーシＳへ接触している。これにより、コア１１の上面１１ａと巻線１２の上端面１２ａとが、熱伝導性樹脂Ｔを介してシャーシＳと熱的に接続されるので、コア１１および巻線１２の両方から発生した熱が効率よくシャーシＳに伝達され、リアクトル１０の十分な冷却が可能となる。
【００２９】
例えば、図２（ａ）に示すように、リアクトル１０の下方にシャーシＳが存在する場合には、コア１１の下面１１ｂと巻線１２の下端面１２ｂとを熱伝導性樹脂Ｔを介して下方のシャーシＳへ接触させればよい。なお、リアクトル１０と基板Ｂとの電気的接続は、電線（不図示）などによって行うことができる。
【００３０】
また、図２（ｂ）に示すように、リアクトル１０の上方および下方にシャーシＳが存在する場合には、コア１１の上面１１ａと巻線１２の上端面１２ａとを熱伝導性樹脂Ｔを介して上方のシャーシＳへ接触させるとともに、コア１１の下面１１ｂと巻線１２の下端面１２ｂとを熱伝導性樹脂Ｔを介して下方のシャーシＳへ接触させればよい。なお、リアクトル１０と基板Ｂとの電気的接続は、図２（ａ）の場合と同様に、リード線（不図示）などによって行うことができる。
【００３１】
このような構成によれば、コア１１および巻線１２の両方から発生した熱が上方および下方のシャーシＳにそれぞれ効率よく伝達されるので、リアクトル１０の一層十分な冷却が可能となる。
【００３２】
ただし、コア１１および巻線１２から発生した熱を伝達する先は、必ずしも上方や下方のシャーシＳに限らず、例えば、放熱板やヒートシンクなどでもよい。
【００３３】
１．２  巻線の形状、巻き方、およびコアの組み合わせ
図３（ａ）はリアクトル１０に用いられるコア１１の横断面図であり、図３（ｂ）は巻線１２の冷却面積が比較的小さいリアクトル１０Ａの横断面図であり、図３（ｃ）は巻線１２の冷却面積が中程度のリアクトル１０Ｂの横断面図であり、図３（ｄ）は巻線１２の冷却面積が比較的大きいリアクトル１０Ｃの横断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はコア１１を実現するための組み合わせを例示する側面図である。
【００３４】
リアクトル１０に用いられるコア１１が、図３（ａ）に示すように、中央部に角丸長方形（２つの等しい長さの平行線と２つの半円形からなり、陸上競技場に多い形）状の中脚１１ｃを有している場合、この中脚１１ｃに電線を直接巻き付けて巻線１２を形成すると、図３（ｂ）に示すように、巻線１２の端面がコア１１の外側にはみ出す部分の面積、すなわち冷却面積が比較的小さくなることがある。そうすると、巻線１２の十分な冷却が行えない可能性がある。
【００３５】
そこで、例えば、図３（ｃ）に示すように、コア１１の中脚１１ｃの外側を一定の厚さで覆う角丸長方形状のスペーサー１３Ｂを中脚１１ｃにはめ込み、このスペーサー１３Ｂに電線を巻き付けて巻線１２を形成してもよい。これにより、巻線１２の端面がコア１１の外側にはみ出す部分の面積を拡大でき、巻線１２を十分に冷却することが可能となる。
【００３６】
なお、コア１１の中脚１１ｃ自体を太くしても同様の効果は得られるが、コア１１の材料（例えばフェライト）よりもスペーサー１３Ｂの材料（例えば樹脂）が安価なので、スペーサー１３Ｂを用いる方がコスト面で有利である。
【００３７】
また、例えば、図３（ｄ）に示すように、コア１１の中脚１１ｃの外側を覆うとともに断面が横長矩形状のスペーサー１３Ｃを中脚１１ｃにはめ込み、このスペーサー１３Ｃに電線を巻き付けて巻線１２を全体外形が矩形状となるように形成してもよい。これにより、巻線１２の端面がコア１１の外側にはみ出す部分の面積を同様に拡大でき、巻線１２を十分に冷却することが可能となる。
【００３８】
コア１１は、例えば、図４（ａ）に示すようなＥＥコア１１Ａ、または、図４（ｂ）に示すようなＥＩコア１１Ｂによって実現することができる。ただし、コア１１の外脚や中脚の形状などはこれらの例に限らない。
【００３９】
１．３  リアクトルの変形例
図５（ａ）はコア１１とは異なる形状のコア２１の横断面図であり、図５（ｂ）はそのコア２１を用いたリアクトル２０の横断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）はコア２１を実現するための組み合わせを例示する側面図である。
【００４０】
上述したリアクトル１０とは異なり、例えば、図５（ａ）に示すような中脚を有さないコア２１を用いて、図５（ｂ）に示すように、２つの外脚２１ａ、２１ｂにそれぞれ巻線２２ａ、２２ｂを形成したリアクトル２０も考えられる。
【００４１】
このようなリアクトル２０では、巻線２２ａ、２２ｂの各端面の大部分がコア２１の外側にはみ出しているので、大きな冷却面積を確保することができ、巻線２２ａ、２２ｂをそれぞれ十分に冷却することが可能となる。
【００４２】
コア２１は、例えば、図６（ａ）に示すようなＵＵコア２１Ａ、または、図６（ｂ）に示すようなＵＩコア２１Ｂによって実現することができる。ただし、コア２１の外脚の形状などはこれらの例に限らない。また、図４（ａ）に示したＥＥコア１１Ａや、図４（ｂ）に示したＥＩコア１１Ｂの外脚だけを用いて実現することもできる。
【００４３】
＜第２実施形態およびその変形例＞
図７（ａ）は本発明の第２実施形態に係るトランス３０の放熱構造を示す断面図であり、図７（ｂ）はその変形例であるトランス３０Ａの放熱構造を示す断面図である。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、上方および下方でそれぞれ水平方向に伸びる板状金属製のシャーシＳの間に、磁気回路を形成する直方体状のコア３１と、このコア３１に巻装された１次巻線３２（上側）および２次巻線３３（下側）とを有するトランス３０が配置されている。なお、このトランス３０もコイル部品の一例である。
【００４５】
１次巻線３２および２次巻線３３には通常の電線が用いられており、いずれも、第１実施形態の巻線１２と同様に、コア３１の外側に大きくはみ出すとともに、その両端面がいずれも略平坦となるように巻装されている。
【００４６】
そして、コア３１の上面と１次巻線３２の上端面とが熱伝導性樹脂Ｔを介して上方のシャーシＳへ接触するとともに、コア３１の下面と２次巻線３３の下端面とが熱伝導性樹脂Ｔを介して下方のシャーシＳへ接触している。これにより、コア３１、１次巻線３２および２次巻線３３から発生した熱が上方および下方のシャーシＳにそれぞれ効率よく伝達されるので、トランス３０の十分な冷却が可能となる。
【００４７】
なお、熱伝導性樹脂Ｔは絶縁材料でもあるので、コア３１とシャーシＳは絶縁されている。また、下方のシャーシＳに搭載されている基板Ｂとトランス３０との電気的接続は、電線（不図示）などによって行うことができる。
【００４８】
このトランス３０では、コア３１の電位を１次と２次の中間電位としている。このため、１次巻線３２と上方のシャーシＳとの距離ｄ１と、２次巻線３３と下方のシャーシＳとの距離ｄ２とは、いずれも中程度の距離を確保する必要がある。さらに、１次巻線３２と２次巻線３３との間にも適切な絶縁距離を確保する必要がある。
【００４９】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、コア３１の電位を１次の電位としたトランス３０Ａでは、コア３１と１次巻線３２との隙間が不要となるため、１次巻線３２と上方のシャーシＳとの距離ｄ１は小さくできるから、熱伝導性樹脂Ｔを薄くでき、コア３１の上部および１次巻線３２の放熱性が向上する。しかし、２次巻線３３と下方のシャーシＳとの距離ｄ２を大きくする必要があるため、コア３１の下部および２次巻線３３の放熱性は低下してしまう。
【００５０】
＜第３実施形態およびその変形例＞
図８（ａ）は本発明の第３実施形態に係るトランス４０の放熱構造を示す断面図であり、図８（ｂ）はその変形例であるトランス４０Ａの放熱構造を示す断面図である。
【００５１】
上述した第２実施形態およびその変形例の１次巻線３２および２次巻線３３には通常の電線が用いられていたが、第３実施形態およびその変形例の１次巻線４２および２次巻線４３には少なくとも一方に３層絶縁線が用いられることに特徴がある。
【００５２】
図８（ａ）に示したトランス４０では、図７（ｂ）に示した第２実施形態の変形例のトランス３０Ａと同様に、コア３１の電位を１次の電位としている。１次巻線４２には通常の電線を用いてもかまわない。２次巻線４３に３層絶縁線を用いると、この２次巻線４３自体で絶縁が確保されるから、コア３１と２次巻線４３との隙間が不要となる。２次巻線３３と下方のシャーシＳとの距離ｄ２も小さくできるから、熱伝導性樹脂Ｔを薄くでき、コア３１の下部および２次巻線４３の放熱性も向上する。
【００５３】
また、図７（ｂ）に示したトランス３０Ａと対比するとわかるように、１次巻線４２および２次巻線４３の間隔が拡大することになる。これにより、結合容量が低下してノイズなどが低減するとともに、疎結合になって漏れインダクタンスが増大する。
【００５４】
これに対して、図８（ｂ）に示すように、１次巻線４２および２次巻線４３の間隔を、図７（ｂ）に示した第２実施形態の変形例のトランス３０Ａと同一としてトランス４０では、特性を維持したままで小型化が可能となる。
【００５５】
また、３層絶縁線の中心導体をリッツ線に代えた３層絶縁リッツ線を用いてもよい。リッツ線とは、エナメル線を撚り合わせたものであり、高周波特有の表皮効果および近接効果による交流抵抗の増大を抑制し、巻線の温度上昇を防ぐことができる。したがって、トランス４０やトランス４０Ａにおいて、１次巻線４２および２次巻線４３の少なくとも一方に３層絶縁リッツ線を用いたものは、高周波用途に特に好適である。
【実施例】
【００５６】
図９（ａ）および図９（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るリアクトル１０の放熱構造による効果確認用の実施例を示す断面図である。
【００５７】
図９（ｂ）は第１実施形態と同一構成であり、コア１１の上面１１ａと巻線１２の上端面１２ａとが熱伝導性樹脂Ｔを介してその上方のシャーシＳへ接触しているので、コア１１および巻線１２の両方から発生した熱が効率よくシャーシＳに伝達される。
【００５８】
これに対して、図９（ａ）の構成では、巻線１２の上端面１２ａが熱伝導性樹脂Ｔを介してその上方のシャーシＳへ接触していない点のみが異なっている。コア１１から発生した熱は効率よくシャーシＳに伝達されるが、巻線１２から発生した熱はシャーシＳにはほとんど伝達されない。
【００５９】
これらの各リアクトル１０を同一条件で動作させたところ、図９（ａ）の構成では１２０．１℃まで上昇したのに対して、図９（ｂ）の構成では１１１．５℃までの上昇に留まった。すなわち、温度上昇を８．６℃も抑制することができた。
【００６０】
以上で説明した各実施形態およびその変形例などの各構成は、阻害要因などが特に無い限り、相互に組み合わせてもよい。
【００６１】
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の各実施形態や各実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００６２】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、２０    リアクトル（コイル部品）
１１、２１、３１                      コア
１２、２２ａ、２２ｂ                  巻線
１３Ｂ、１３Ｃ                        スペーサー
３０、３０Ａ、４０、４０Ａ            トランス（コイル部品）
３２、４２                            １次巻線
３３、４３                            ２次巻線
Ｂ                                    基板
Ｓ                                    シャーシ（放熱体）
Ｔ                                    熱伝導性樹脂
【図１】
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【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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