JP2018160542A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を向上させることにより、コイル装置の大電流化に対応できるコイル装置を提供する。【解決手段】磁性コア４０と、ボビンと、ボビンに装着してあるコイルと、を有するコイル装置であって、ボビンの２つのボビン底部２１と、２つのボビン底部２１の内側に挟んで配置される磁性コア４０のコア底部と、に対向するように配置される放熱部材を有する。ボビン底部２１には、放熱部材との間に放熱経路を形成する凹凸形状が形成されており、放熱経路は、ボビン底部２１の外側側面から、コア底部まで連続している。【選択図】図３

Description

本発明は、たとえばＡＣ−ＤＣパワーサプライのようなスイッチング電源、たとえば車載バッテリーを充電するためのＡＣ−ＤＣパワーサプライに用いられるノイズフィルター等としても好適に用いることができるコイル装置に関する。

たとえばＥＶ用のバッテリー充電のためなどに用いられるトランスとして、下記の特許文献１が知られている。このように車載などに用いられるトランスには、高電流が印加され、放熱対策が必要となっている。

従来提案されているコイル装置は、ボビン及び磁性コアと放熱部材とを、ボビン設置部又はコア設置部で熱伝達可能に接続することにより、発熱するコイルが巻回してあるボビンの内部や磁性コアにたまっている熱を、ボビン設置部及びコア設置部で、ボビン及び磁性コアから放熱部材に良好に伝達し、放熱部材から熱を発散させることが可能である。

特開２０１６−１３９６９９号公報

車載バッテリーを充電するためのＡＣ−ＤＣパワーサプライに用いられるノイズフィルターの冷却では、車載用のトランスの冷却で採用される水冷システムではなく、自然冷却システムが採用される場合があるなど、コイル装置は、その用途によって、採用される冷却システムに違いがある。したがって、このような用途にも対応可能なコイル装置として、従来よりもさらに放熱特性を向上させたコイル装置が求められている。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、放熱性を向上させることにより、コイル装置の大電流化に対応できるコイル装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るコイル装置は、
磁性コアと、ボビンと、前記ボビンに装着してあるコイルと、を有するコイル装置であって、
前記ボビンの２つのボビン底部と、２つの前記ボビン底部の内側に挟んで配置される前記磁性コアのコア底部と、に対向するように配置される放熱部材を有し、
前記ボビン底部には、前記放熱部材との間に放熱経路を形成する凹凸形状が形成されており、
前記放熱経路は、前記ボビン底部の外側側面から、前記コア底部まで連続していることを特徴とする。

ボビン底部に放熱経路を形成する凹凸形状が形成されている本発明のコイル装置では、ボビンからの放熱特性が大きく改善されている。すなわち、凹凸形状が形成されることにより、放熱経路との接触面積が大きくなり、放熱特性が向上する。また、凹凸形状が形成されていることにより、ボビン底部を構成する樹脂の肉厚を薄くすることができるため、従来のボビンより放熱特性が向上する。たとえば、ボビンを構成する樹脂として熱伝導を向上させるフィラーを含む樹脂を採用している場合、フィラーの配向により、厚み方向への熱伝導率が十分に向上しないという問題点が生じる場合があるが、ボビン底部の肉厚が薄い本発明のコイル装置では、このような問題を防止できる。

さらに、放熱経路が、ボビンの外側側面からコア底部まで連続していることにより、コア底部周辺の熱が放熱経路を介して放熱されることにより、コア底部付近の磁性コアやコイルからの放熱特性が向上する。また、放熱部材を介した放熱だけでなく、ボビンの外側側面からの放熱が向上するため、放熱部材から集中的に熱を逃がす水冷システムだけでなく、放熱部材以外の部分からも放熱することが求められる自然冷却システムが採用される場合にも、本発明のコイル装置は、良好な放熱特性を奏する。

また、例えば、前記放熱経路の少なくとも一部は、ポッティング樹脂で満たされてもよい。

放熱経路が、空気よりも熱伝導率の高い樹脂で満たされることにより、このようなコイル装置では、特にボビン底部と放熱部材との間の熱交換が、ポッティング樹脂を介して効率的になる。また、放熱経路を介して、コア底部の熱をボビンの外側側面から放熱するシステムも、ポッティング樹脂を介してより効率的になると考えられる。したがって、このようなコイル装置は、良好な放熱特性を奏する。

また、例えば、前記凹凸形状は、前記ボビン底部の内側側面から前記外側側面へ向かって続いており前記放熱部材に向かって突出するフィン状突起を有してもよい。

凹凸形状がフィン状突起を有することにより、放熱経路を形成して放熱特性を向上させるとともに、ボビン自体からも、肉厚方向とは垂直方向への高い熱伝導率を生かした放熱を行うことができる。したがって、このようなコイル装置は、良好な放熱特性を奏する。

また、例えば、前記凹凸形状は、前記ボビン底部の内側側面から前記外側側面へ断続的に設けられており前記放熱部材に向かって突出する複数の柱状突起を有してもよい。

凹凸形状が複数の柱状突起を有することにより、放熱経路を形成して放熱特性を向上させるとともに、ボビン底部の表面積を効果的に広げ、ボビン底部と放熱経路との接触面積を拡大することができる。したがって、このようなコイル装置は、良好な放熱特性を奏する。

また、例えば、前記放熱経路は、２つの前記ボビン底部のうち一方の前記ボビン底部と前記放熱部材の間に設けられる第１放熱経路と、２つの前記ボビン底部のうち他方の前記ボビン底部と前記放熱部材の間に設けられる第２放熱経路とを有してもよく
前記ポッティング樹脂は、前記第１放熱経路と前記第２放熱経路とを接続してもよい。

ポッティング樹脂が第１放熱経路と第２放熱経路とを接続することにより、コイル装置の一部に局所的に熱が溜まる部分が生じる問題を効果的に防止することができる。また、第１放熱経路と第２放熱経路とを接続するポッティング樹脂がコア底部に接触することにより、このようなコイル装置は、磁性コアの放熱も効率的に行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るコイル装置の斜視図である。 図２は、図１に示すコイル装置の分解斜視図である。 図３は、図１に示すコイル装置におけるボビン底部及びコア底部を示す斜視図である。 図４は、図１に示すコイル装置における放熱経路及び放熱経路を満たすポッティング樹脂を表す断面図である。 図５は、実装面に垂直であって図１に示すV−V線に沿う断面によるコイル装置の断面斜視図である。 図６は、実装面に垂直であって図１に示すVI−VI線に沿う断面によるコイル装置の断面斜視図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係るコイル装置の断面図であり、図５に対応する断面図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

第１実施形態
図１および図２に示すように、本実施形態に係るコイル装置１０は、たとえばノイズフィルターなどとして、車載バッテリーを充電するためのＡＣ−ＤＣパワーサプライに用いられる。ただし、コイル装置１０の用途はこれに限定されず、ＰＨＶやＥＶのバッテリー充電のための車載用のトランス等として用いられてもよい。コイル装置１０は、図２に示すように、ボビン２０と、磁性コア４０と、放熱板８０とを有している。また、図２では図示していないが、コイル装置１０は、断面図である図５及び図６に示すように、コイルを構成する第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８と、ポッティング樹脂９０とを有する。なお、図２では、コイル装置１０における第１ワイヤ３７、第２ワイヤ３８、ポッティング樹脂９０は図示を省略している。

図２に示すように、ボビン２０は、巻回筒部２６と、巻回筒部２６の上方（Ｚ軸正方向側）に接続しており巻回筒部２６と一体である端部隔壁鍔２９及びリード線設置部２２と、巻回筒部２６の下方に接続しており巻回筒部２６と一体である端部隔壁鍔２８及びボビン底部２１とを有する。ボビン２０の上方には、Ｘ軸方向の両端部に備えられる２つのリード線設置部２２が備えられ、ボビン２０の下方には、Ｘ軸方向の両端部に２つのボビン底部２１が備えられる。リード線設置部２２には、後述する第１ワイヤ３７のリード部および第２ワイヤ３８のリード部が設置される。また、リード線設置部２２に設置された第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８のリード部は、ボビン２０に備えられるリード線絶縁カバー５４によってカバーされる。

図２に示すように、本実施形態では、磁性コア４０は、上部コア４０ａと、下部コア４０ｂとを有する。これらの上部コア４０ａ及び下部コア４０ｂは、それぞれ同じ形状を持つ２つの分割コア４２ａ、４２ａおよび４２ｂ、４２ｂに分離可能である。本実施形態では、各分割コア４２ａ、４２ａおよび４２ｂ、４２ｂは、全て同じ形状であり、Ｚ−Ｙ断面で断面コ字形状を有し、Ｕ型コアの一種である。

Ｚ軸方向の上部に配置される一対の分割コア４２ａ、４２ａが組み合わされることにより、Ｚ−Ｙ断面で断面Ｅ字形状を有し、いわゆるＥ型コアである上部コア４０ａを構成する。Ｚ軸方向の下部に配置される他の一対の分割コア４２ｂ、４２ｂも、組み合わされることにより、Ｚ−Ｙ断面で断面Ｅ字形状を有し、いわゆるＥ型コアである下部コア４０ｂを構成する。

Ｚ軸方向の上側に配置される各分割コア４２ａは、Ｙ軸方向に延びる上ベース部４４ａと、上ベース部４４ａのＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出している一対の中脚部４６ａおよび側脚部４８ａとを有する。Ｚ軸方向の下側に配置される各分割コア４２ｂは、Ｙ軸方向に延びるコア底部としての下ベース部４４ｂと、下ベース部４４ｂのＹ軸方向の両端からＺ軸方向に突出している一対の中脚部４６ｂおよび側脚部４８ｂとを有する。

図２に示すように、一対の中脚部４６ａは、ボビン２０の巻回筒部２６を貫通するコア脚用貫通孔２６ａの内部にＺ軸方向の上方から挿入されるようになっている。同様に、一対の中脚部４６ｂは、ボビン２０のコア脚用貫通孔２６ａの内部にＺ軸方向の下方から挿入され、コア脚用貫通孔２６ａの内部において、それらの先端は、中脚部４６ａの先端に接触または所定のギャップで向き合うように構成してある。

コア脚用貫通孔２６ａの内部には、コア脚用貫通孔２６ａを中央部でＹ軸方向に区切るように、Ｘ軸方向に沿って、分離用板部２７（図２参照）または凸部がＺ軸方向に沿って形成してあってもよい。分離用板部２７（凸部も同様）は、一対の中脚部４６ａ、４６ａの間に介在されると共に、中脚部４６ｂ、４６ｂの間に介在され、これらの中脚部４６ａ、４６ａまたは中脚部４６ｂ、４６ｂの相互が、コア脚用貫通孔２６ａの内部において、所定の隙間で向き合い、接触しないように構成してある。所定の隙間は、分離用板部２７のＹ軸方向の厚みにより調整することができる。

中脚部４６ａ、４６ａまたは中脚部４６ｂ、４６ｂは、それぞれ組み合わされた状態で、コア脚用貫通孔２６ａの内周面形状に一致するように、Ｘ軸方向に長い楕円柱形状を有しているが、その形状は、特に限定されず、コア脚用貫通孔２６ａの形状に合わせて変化させても良い。また、側脚部４８ａ、４８ｂは、巻回筒部２６の外周面形状に合わせた内側凹曲面形状を有し、その外面は、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面を有している。本実施形態では、各分割コア４２ａ、４２ｂの材質は、金属、フェライト等の軟磁性材料が挙げられるが、特に限定されない。

なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直であり、Ｚ軸は、後述する第１ワイヤ３７および第２ワイヤ３８の巻軸と一致し、コイル装置１０の高さ（厚み）に対応する。本実施形態では、コイル装置１０のＺ軸方向の下方が、コイル装置１０の放熱板８０（コイル装置１０の設置面）となる。また、Ｙ軸は、一対の分割コア４２ａ、４２ａまたは一対の分割コア４２ｂ、４２ｂが分割される方向に一致する。さらに、Ｘ軸は、中脚部４６ａ、４６ｂの長手方向（楕円柱における楕円の長軸方向）に一致するようになっている。

図２、図５及び図６に示すように、本実施形態のコイル装置１０におけるボビン２０の巻回筒部２６のＺ軸方向の両端には、端部隔壁鍔２８、２９が接続している。端部隔壁鍔２８、２９は、巻回筒部２６から半径方向の外方に延びるように、Ｘ−Ｙ平面に略平行に成形してある。端部隔壁鍔２８、２９のＺ軸方向の間に位置する巻回筒部２６の外周面には、巻回隔壁鍔２３〜２５が径方向外方に突出するように、Ｚ軸方向に所定間隔で形成してある。なお、断面図５及び図６で示される断面は、図４に示すようにコイル装置１０の中心から離れた位置を通過する断面であるため、図５及び図６には、磁性コア４０の中脚部４６ａ、４６ｂは現れない。

端部隔壁鍔２８、２９と、端部隔壁鍔２８、２９の間に形成された巻回隔壁鍔２３〜２５により、これらの端部隔壁鍔２９、２９及び巻回隔壁鍔２３〜２５の間には、図５に示すように、Ｚ軸方向の下から順に、４つの巻回区画Ｓ１〜Ｓ４が形成される。なお、巻回隔壁鍔２３〜２５および巻回区画Ｓ１〜Ｓ４の数は、特に限定されない。

本実施形態では、図５及び図６に示すように、巻回区画Ｓ１、Ｓ２に、第１ワイヤ３７が連続して巻回してあり、巻回区画Ｓ３〜Ｓ４に、第２ワイヤ３８が連続して巻回してある。本実施形態では、第１ワイヤ３７が一次コイルを構成し、第２ワイヤ３８が二次コイルを構成するが、逆であっても良い。なお、図５及び図６では、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８は簡略化して表示されているが、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８は、巻回筒部２６の周りに、所定の巻き数で渦巻き状に巻かれている。

また、本実施形態では、図５に示す巻回隔壁鍔２３には、上下に隣接する巻回区画Ｓ１と巻回区画Ｓ２相互を連絡する連絡溝が形成してある。連絡溝を通して、巻回区画Ｓ１に巻回してある第１ワイヤ３７が巻回区画Ｓ２に通され、第１ワイヤ３７は、巻回区画Ｓ１、Ｓ２でボビン２０の巻回筒部２６の外周に巻回可能になっている。

これと同様に、図５に示す巻回隔壁鍔２５には、上下に隣接する巻回区画Ｓ３と巻回区画Ｓ４とを相互に連絡する連絡溝が形成してある。連絡溝を通して、巻回区画Ｓ３に巻回してある第２ワイヤ３８が巻回区画Ｓ４に通され、第２ワイヤ３８は、巻回区画Ｓ３、Ｓ４でボビン２０の巻回筒部２６の外周に巻回可能になっている。

巻回隔壁鍔２４に関しては、第１ワイヤ３７と第２ワイヤ３８とを絶縁するために、これらと同様な連絡溝は形成する必要がない。第１ワイヤ３７のための連絡溝と、第２ワイヤ３８のための連絡溝とは、Ｘ軸方向の相互に反対側に形成してあることが好ましいが、特に限定されない。なお、図２に示すように、ボビン２０の側方には、巻回区画Ｓ１〜Ｓ４に巻回された第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８と、磁性コア４０の側脚部４８ａ、４８ｂとを絶縁するための側方絶縁カバー５０が取り付けられている。

図５に示すように、第１ワイヤ３７が巻回される各巻回区画Ｓ１、Ｓ２におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ１は、Ｚ軸方向に１本のみの第１ワイヤ３７が入り込める幅に設定してある。ただし、区画幅Ｔ１を、二本以上の第１ワイヤ３７が入り込める幅に設定してもよい。また、本実施形態では、区画幅Ｔ１は、全て同じであることが好ましいが、多少異なっていても良い。

また、第２ワイヤ３８が巻回される各巻回区画Ｓ３、Ｓ４におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ２は、Ｚ軸方向に１本のみの第２ワイヤ３８が入り込める幅に設定してあり、各巻回区画Ｓ３、Ｓ４毎に、ワイヤ巻回部分相互を分離可能になっている。本実施形態では、各巻回区画Ｓ３、Ｓ４におけるＺ軸に沿っての区画幅Ｔ２は、第２ワイヤ３８の線径に合わせて、区画幅Ｔ１と同じでも異なっていても良い。

また、端部隔壁鍔２８、２９及び巻回隔壁鍔２３〜２５の高さ（巻回筒部２６から半径方向の長さ）は、１本（１層以上）以上の第１ワイヤ３７または第２ワイヤ３８が入り込める高さに設定してあり、本実施形態では、好ましくは２〜８層のワイヤが巻回できる高さに設定してある。端部隔壁鍔２８、２９及び巻回隔壁鍔２３〜２５の高さは、全て同じであることが好ましいが、異なっていても良い。本実施形態では、巻回区画Ｓ１〜Ｓ４に巻回される第１ワイヤ３７または第２ワイヤ３８の巻回方法は、特に限定されず、通常巻でもα巻でも良い。

第１ワイヤ３７および第２ワイヤ３８は、単線で構成されても良く、あるいは撚り線で構成されても良く、絶縁被覆導線で構成されることが好ましい。第１ワイヤ３７および第２ワイヤ３８の外径は、特に限定されないが、大電流を流す場合には、たとえばφ１．０〜φ３．０ｍｍが好ましい。第２ワイヤ３８は、第１ワイヤ３７と同じであっても良いが、異なっていても良い。

コイル装置１０から放熱板８０、ケース８８及びポッティング樹脂９０を取り除き、斜め下方（Ｚ軸負方向側の斜め方向）から観察した図３に示すように、磁性コア４０のコア底部である下ベース部４４ｂは、２つのボビン底部２１の内側にＸ軸方向の両側を挟まれて配置されている。断面図である図５に示すように、２つのボビン底部２１と、ボビン底部２１の間に配置される下ベース部４４ｂとは、放熱部材としての放熱板８０に対向している。

図３に示すように、ボビン底部２１には、凹凸形状２１ａが形成されている。凹凸形状２１ａは、Ｘ軸方向に沿って互いに平行に延びる複数のフィン状突起２１ａａを有している。図５に示すように、フィン状突起２１ａａは、ボビン底部２１において下ベース部４４ｂを挟む内側側面２１ｃから、Ｘ軸方向の両端部である外側側面２１ｂへ向かって続いている。また、フィン状突起２１ａａは、端部隔壁鍔２８から放熱板８０に向かってＺ軸負方向へ突出しており、図６に示すように、複数のフィン状突起２１ａａは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて配列されている。

図１に示すコイル装置１０を、Ｚ軸に直交する断面で観察した図４に示すように、ボビン底部２１の凹凸形状２１ａは、下方（Ｚ軸正方向）に対向する放熱板８０との間に、放熱経路９２を形成している。図４に示すように、放熱経路９２は、ポッティング樹脂９０で満たされている。図４及び図６に示すように、放熱経路９２は、凹凸形状２１ａにおける凹部、すなわち隣接する２つのフィン状突起２１ａａの間に形成されている。図４に示すように、フィン状突起２１ａａがＸ軸に平行に形成されているため、放熱経路９２は、ボビン底部２１の外側側面２１ｂから、下ベース部４４ｂまで連続している。

図４に示すように、放熱経路９２は、２つのボビン底部２１のうちＸ軸負方向側に配置される一方のボビン底部２１と放熱板８０との間に設けられる第１放熱経路９２ａと、２つのボビン底部２１のうちＸ軸正方向側に配置される他方のボビン底部２１と放熱板８０との間に設けられる第２放熱経路９２ｂとを有する。第１放熱経路９２ａおよび第２放熱経路９２ｂは、いずれもポッティング樹脂９０で満たされており、ポッティング樹脂９０は、第１放熱経路９２ａと第２放熱経路９２ｂとを接続している。本実施形態では、ポッティング樹脂９０は、下ベース部４４ｂの外周で第１放熱経路９２ａと第２放熱経路９２ｂとを接続しているだけでなく、分割された下ベース部４４ｂの隙間を介して、下ベース部４４ｂの中央でも第１放熱経路９２ａと第２放熱経路９２ｂとを接続している。

図５に示すように、フィン状突起２１ａａの先端は、放熱板８０との間にポッティング樹脂９０の層が形成されるように、放熱板８０に対して僅かな隙間を空けて配置されることが好ましい。例えば、フィン状突起２１ａａのＺ方向の突出長さを、ボビン底部２１の間に挟まれる下ベース部４４ｂのＺ方向長さ（厚み）より僅かに短くすることにより、フィン状突起２１ａａの先端と放熱板８０との間に、ポッティング樹脂９０の層を形成することができる。また、フィン状突起２１ａａのＺ方向の突出長さを、下ベース部４４ｂのＺ方向長さより短くすることにより、磁性コア４０を構成する各分割コア４２ａ、４２ｂの製造誤差や、ボビンの製造誤差があったとしても、磁性コア４０とボビン２０との密着性が良好になり、伝熱特性が向上する。また、磁性コア４０の下ベース部４４ｂは、放熱板８０に直接に接触してもよく、ポッティング樹脂９０を介して接続していてもよい。

ポッティング樹脂９０としては、シリコン系やエポキシ系の一般的なポッティング樹脂を採用することができるが、ポッティング樹脂９０の種類は特に限定されない。また、ポッティング樹脂９０は、図４に示すように、ボビン底部２１の凹凸形状２１ａによって形成される放熱経路９２を全て満たしていても良いが、放熱経路９２の一部がポッティング樹脂９０で満たされており、放熱経路９２の他の一部は、空気で満たされていてもよい。ポッティング樹脂９０は、磁性コア４０、ボビン２０、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８の熱を放熱させるための伝熱材料として機能する他、磁性コア４０やボビン２０と放熱板８０とを連結する連結部材としても機能する。

ボビン２０は、たとえばＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＬＣＰ、ナイロンなどのプラスチックで構成してあるが、その他の絶縁部材で構成されても良い。ただし、本実施形態では、ボビン２０としては、たとえば１Ｗ／ｍ・Ｋ以上に熱伝導率が高いプラスチックで構成することが好ましく、たとえばＰＰＳ、ナイロンなどで構成してある。また、ボビン２０を構成する材料には、プラスチックに加えて、熱伝導性を高めるためのフィラーが含まれていることが好ましい。

図５に示すように、放熱部材としての放熱板８０は、コイル装置１０における底面に位置しており、２つのボビン底部２１と、ボビン底部２１の内側に挟まれる下ベース部４４ｂに対向するように配置されている。放熱板８０のＺ軸正方向側には、枠状のケース８８が取り付けられており、放熱板８０とケース８８に囲まれた略直方体状のスペースに、磁性コア４０、ボビン２０、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８等が配置される。放熱板８０及びケース８８と、内部に収納される磁性コア４０、ボビン２０等との間に形成される隙間は、ポッティング樹脂９０で満たされている。

図２に示す放熱板８０は、金属等のような熱伝導性が高い部材で構成してある。また、ケース８８の材質は特に限定されないが、樹脂や金属等で構成することが可能であり、たとえばケース８８を放熱板８０と同様に金属で構成することにより、コイル装置１０の外周側面からの放熱特性を向上させることができる。

本実施形態では、図５に示すように、Ｘ軸方向の両側から磁性コア４０の下ベース部４４ｂを挟むボビン底部２１が、放熱板８０に熱伝達可能に接続している。このため、発熱するコイル状の第１ワイヤ３７または第２ワイヤ３８が巻回してあるボビン２０の内部にたまっている熱が、ボビン底部２１を介してボビン２０から放熱板８０に良好に伝達され、コイル装置１０の過度な温度上昇を防ぐことができる。

また、磁性コア４０が、放熱板８０に対して熱伝達可能に接続している。このため、発熱するコイル状の第１ワイヤ３７または第２ワイヤ３８が巻回してあるボビン２０の内部にたまっている熱は、ボビン２０から磁性コア４０に伝達し、磁性コア４０から放熱板８０に良好に伝達され、コイル装置１０の熱が発散される。

また、本実施形態のコイル装置１０におけるボビン底部２１には、図４に示すような放熱経路９２を形成する凹凸形状２１ａが形成されているため、ボビン２０や磁性コア４０からの放熱特性が優れている。すなわち、コイル装置１０では、凹凸形状２１ａが形成されることにより、放熱経路９２との接触面積が大きくなり、放熱特性が向上する。また、ボビン２０の材料として導電性のフィラーを含有するプラスチックを採用している場合、凹凸形状２１ａを形成してボビン底部２１を構成する樹脂の肉厚を薄くすることにより、ボビン底部２１の放熱特性を向上させることができる。なぜなら、仮に放熱板８０とボビンとの距離を近づけるために、ボビン底部を単純な肉厚形状としても、ボビンを構成する樹脂に含まれるフィラーの配向により、ボビン底部の厚み方向（Ｚ軸正方向）への熱伝導率が十分に向上しないという問題点が生じる場合があるが、コイル装置１０は、ボビン底部２１の肉厚が薄く、ボビン底部２１での放熱特性が良好である。

さらに、図４に示すように、放熱経路９２が、ボビン底部２１の外側側面２１ｂからコア底部である下ベース部４４ｂまで連続していることにより、下ベース部４４ｂ周辺の熱が放熱経路９２を介して放熱されるため、下ベース部４４ｂ付近の磁性コア４４や、コイルを構成する第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８からの放熱特性が向上する。また、放熱板８０を介した放熱だけでなく、ボビン２０の外側側面からの放熱特性が向上するため、放熱板８０から集中的に熱を逃がす水冷システムだけでなく、放熱板８０以外の部分からも放熱することが求められる自然冷却システムが採用される場合にも、コイル装置１０は、良好な放熱特性を奏する。

また、コイル装置１０では、凹凸形状２１ａがフィン状突起２１ａａを有することにより、フィン状突起２１ａａの間に放熱経路９２を形成して放熱特性を向上させるとともに、ボビン２０自体からも、肉厚方向とは垂直方向への高い熱伝導率を生かした放熱を行うことができる。

コイル装置１０では、第１ワイヤ３７または第２ワイヤ３８が巻回してあるボビン２０の内部にたまっている熱は、放熱板８０、放熱経路９２、ポッティング樹脂９０及びケース８８等をたどってコイル装置１０の外部へ発散される。そのため、コイル装置１０の大電流化に対応が可能であり、放熱性が向上し、コイル部の過熱による磁気特性の劣化を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係るコイル装置１０では、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８の巻回軸（Ｚ軸）に沿って相互に隣り合うワイヤ巻回部分相互を分離する巻回隔壁鍔２３〜２５が形成してあることから、第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８の外径を太くしても絶縁化が容易であり、大電流化（高出力化）に対応しやすい。また、従来では、電圧の高周波化に伴い、相互に隣接するワイヤ相互が影響し合い、電流が流れ難くなると言う悪影響もあるが、本実施形態のコイル装置１０では、巻回隔壁鍔２３〜２５を有するために、このような悪影響を少なくすることができ、高周波特性も向上する。さらにまた、端部隔壁鍔２８、２９、巻回隔壁鍔２３〜２５は、放熱フィンとしても作用するために、コイル装置１０は優れた放熱特性を有する。

さらに本実施形態では、各区画Ｓ１〜Ｓ４においては巻回軸方向に沿って単一のワイヤのみが存在するように第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８を巻回するために、一層当たりの第１ワイヤ３７及び第２ワイヤ３８の巻回数のバラツキを防止することが容易になり、コイル特性の安定化に寄与する。すなわち、一次コイルと二次コイルとの結合係数を厳密に制御することができる。

さらに本実施形態では、ボビン２０のコア脚用貫通孔２６ａには、断面コ字形状に分割された分割コア４２ａ、４２ｂの分割された中脚部４６ａ、４６ｂが挿入される。本発明者等の実験によれば、このような構成にすることで、コアが大型になったとしても、従来のＥ型コアを用いる場合に比較して、中脚とベースとの交差部に発生する局所的な応力を、分散させることができる。そのため、本実施形態に係るコイル装置１０では、コアに熱応力が発生してもクラックなどが発生することを効果的に抑制することができる。

また、分割コア４２ａ，４２ｂが組み合わされて構成されるＥ型コアにおける中脚部４６ａ、４６ｂ、上ベース部４４ａ及び下ベース部４４ｂは、分割コア４２ａ、４２ｂの分割面で分離されており、分割面の相互間には所定の隙間を形成することが可能であり、放熱性も向上する。さらに、Ｅ型コアを、それぞれが単純な形状を持つ一対の分割コア４２ａ、４２ｂを組み合わせて構成することとなり、コアの製造も容易となり、製造コストの低減も図れる。しかも分割型のＥ型コアは、全体としては、Ｅ型コアと同様な磁力線を有することになるため、コアの磁気特性は、一般的なＥ型コアと同等である。

また、コイル装置１０では、放熱経路９２が、空気よりも熱伝導率の高い樹脂で満たされることにより、このようなコイル装置１０では、特にボビン底部２１と放熱板８０との間の熱交換が、ポッティング樹脂９０を介して効率的になる。また、放熱経路９２を介して、下ベース部４４ｂの熱をボビン底部２１の外側側面２１ｂから放熱する仕組みも、ポッティング樹脂９０を介してより効率的になると考えられる。したがって、このようなコイル装置１０は、良好な放熱特性を奏する。

また、コイル装置１０では、図４に示すように、ポッティング樹脂９０が第１放熱経路９２ａと第２放熱経路９２ｂとを接続することにより、コイル装置１０の一部に局所的に熱が溜まる部分が生じる問題を効果的に防止することができる。また、第１放熱経路９２ａと第２放熱経路９２ｂとを接続するポッティング樹脂９０が下ベース部４４ｂに接触することにより、このようなコイル装置１０は、磁性コア４０の放熱も効率的に行うことができる。

以上のように、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、多くの他の実施形態が本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、他の実施形態では、磁性コア４０の分割の態様を変化させてもよい。たとえば上述したコイル装置１０では、分割コア４２ａ、４２ｂであるＵコア−Ｕコアの組合せにより、磁性コア４０を構成したが、Ｕコア−Ｉコアの組合せにより、磁性コアを組み立てても良い。また、ボビン２０の形状や構造、第１ワイヤ３７および第２ワイヤ３８の巻回数や巻回方法なども、図示する実施形態に限定されず、種々に改変しても良い。

また、例えば、第１実施形態に係るコイル装置１０において、放熱経路９２はポッティング樹脂９０で満たされているが、放熱経路９２は他の材料または空気で満たされていてもよい。空気のような流体が放熱経路９２に存在する場合は、その流体が放熱経路９２を流動できる構成とすることにより、コイル装置１０の放熱性を高めることができる。

また、ボビン底部２１に形成される凹凸形状２１ａは、ボビン底部２１の外側側面２１ｂから下ベース部４４ｂまで連続する放熱経路９２を形成するものであればよく、図３及び図５に示すフィン状突起２１ａａを有するもののみには限定されない。図７は、本発明の第２実施形態に係るコイル装置１１０の断面図であり、第１実施形態に係るコイル装置１０の図５に相当する。

図７に示すように、コイル装置１１０は、ボビン１２０のボビン底部１２１における凹凸形状１２１ａが、図５に示すようなフィン状突起２１ａａではなく、複数の柱状突起１２１ａａを有する点で相違するが、凹凸形状１２１ａ以外の部分は、第１実施形態に係るコイル装置１０と同様である。したがって、コイル装置１１０については、コイル装置１０との相違点のみを説明し、コイル装置１０との共通点については説明を省略する。

図７に示すように、コイル装置１１０のボビン底部１２１には、凹凸形状１２１ａが形成されており、凹凸形状１２１ａは、端部隔壁鍔２８から放熱板８０に向かって突出する複数の柱状突起１２１ａａを有する。柱状突起１２１ａａは、ボビン底部１２１の内側側面１２１ｃから外側側面１２１ｂへ断続的に設けられている。

コイル装置１１０においても、コイル装置１０と同様に、柱状突起１２１ａａの間に形成された凹部に放熱経路が形成されており、放熱経路は、図４に示す放熱経路９２と同様に、ボビン底部２１の外側側面２１ｂから、下ベース部４４ｂまで連続している。また、コイル装置１１０の放熱経路は、コイル装置１０と同様に、ポッティング樹脂９０で満たされている。このようなコイル装置１１０は、凹凸形状１２１ａが複数の柱状突起１２１ａａを有することにより、放熱経路を形成して放熱特性を向上させるとともに、ボビン底部１２１の表面積を効果的に拡大し、ボビン底部１２１と放熱経路との接触面積を拡大することができる。したがって、コイル装置１１０も、コイル装置１０と同様の効果を奏し、良好な放熱特性を有する。

１０、１１０…コイル装置
２０、１２０…ボビン
２１、１２１…ボビン底部
２１ａ、１２１ａ…凹凸形状
２１ａａ…フィン状突起
１２１ａａ…柱状突起
２１ｂ、１２１ｂ…外側側面
２１ｃ、１２１ｃ…内側側面
２８、２９…端部隔壁鍔
２２…リード線設置部
２３、２４、２５…巻回隔壁鍔
２６…巻回筒部
２６ａ…コア脚用貫通孔
２７…分離用板部
３７…第１ワイヤ
３８…第２ワイヤ
４０…磁性コア
４０ａ…上部コア
４０ｂ…下部コア
４２ａ…分割コア
４４ａ…上ベース部
４４ｂ…下ベース部
４６ａ、４６ｂ…中脚部
４８ａ、４８ｂ…側脚部
５０…側方絶縁カバー
５４…リード線絶縁カバー
８０…放熱板
８８…ケース
９０…ポッティング樹脂
９２…放熱経路
９２ａ…第１放熱経路
９２ｂ…第２放熱経路
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…巻回区画

Claims (5)

1. 磁性コアと、ボビンと、前記ボビンに装着してあるコイルと、を有するコイル装置であって、
   前記ボビンの２つのボビン底部と、２つの前記ボビン底部の内側に挟んで配置される前記磁性コアのコア底部と、に対向するように配置される放熱部材を有し、
   前記ボビン底部には、前記放熱部材との間に放熱経路を形成する凹凸形状が形成されており、
   前記放熱経路は、前記ボビン底部の外側側面から、前記コア底部まで連続していることを特徴とするコイル装置。
2. 前記放熱経路の少なくとも一部は、ポッティング樹脂で満たされていることを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記凹凸形状は、前記ボビン底部の内側側面から前記外側側面へ向かって続いており前記放熱部材に向かって突出するフィン状突起を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。
4. 前記凹凸形状は、前記ボビン底部の内側側面から前記外側側面へ断続的に設けられており前記放熱部材に向かって突出する複数の柱状突起を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。
5. 前記放熱経路は、２つの前記ボビン底部のうち一方の前記ボビン底部と前記放熱部材の間に設けられる第１放熱経路と、２つの前記ボビン底部のうち他方の前記ボビン底部と前記放熱部材の間に設けられる第２放熱経路とを有し、
   前記ポッティング樹脂は、前記第１放熱経路と前記第２放熱経路とを接続していることを特徴とする請求項２に記載のコイル装置。

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