JP2006019418A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 角型コアのサイズは維持しつつ表面積を広くして放熱性の改善を図ることを目的とする。
【解決手段】 平角線２よりなるコイル３と、このコイル３の中心を埋めると共にコイル３の周囲を包囲する角型コア１０とを有する。４つの側面の全部に三角柱形状の凹凸１１が形成してあり、表面積をかせいでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明はコイル装置に係り、特に、コイルと、磁性材料によってこのコイルを包囲するように成形されたコアとを有する構成であって、パソコン等の電源回路に使用されるパワーチョークコイル装置に関する。

パソコンの電源回路の一部を構成するパワーチョークコイル装置は高い電流が供給されるので、該装置自体の電気抵抗により温度上昇が生じ発熱し易く電源回路を構成する装置の中では高温装置である。一方、コアの磁性材料として通常はフェライトが使用されており、キュリー点に達して特性が劣化しないよう、温度上昇を抑えることが求められている。この温度上昇を抑える手段として、コア損失の小さいコア材料の使用やコイルの低抵抗化を図るために断面積の大きなワイヤ等の使用によって温度上昇を抑制している。

また、パワーチョークコイル装置は、他のコイル装置と同じく小型化及び低背化が求められている。この小型化及び低背化のために、従来のパワーチョークコイル装置は、エナメル被覆の扁平ワイヤによるコイルと、磁性材料と樹脂等を混合した成形部材によってコイルを包囲するように成形された直方体形状のコアとよりなる構成である（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１２０９２６号公報

従来のパワーチョークコイル装置は、コア損失の小さいコア材料の使用やコイルの低抵抗化を図るために断面積の大きなワイヤ等の使用によって発熱量を抑えるようにしてある。

しかし、放熱についての工夫は十分では無く、例えば、電源回路を構成し熱に影響を受け易い半導体ＩＣの近傍に上記コイル装置を配置するためには該装置伝体の温度を規定の温度にするため、上記コアの厚さや表面積等が規定され、市場における小型化及び低背化の要求を満たせなかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決したコイル装置を提供することを目的とする。

本発明は、コイルと、磁性材料によって該コイルを包囲するように成形されたコアとを有するコイル装置において、
表面に凹凸（１１）を設けて表面積を広くした構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、表面積が増えた分小型化及び低背化が可能となる。

また、サイズを同じとした場合には、表面の温度が従来よりも低くなって、周囲への影響が軽減される。また、電子部品をコイル装置により近づけて配置することも可能となり、実装密度の向上を図ることも出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例１になるパワーチョークコイル装置１を示す。同図（Ａ）は上面側から見て示し、同図（Ｂ）は下面側から見て示す。このパワーチョークコイル装置１は、図２に示すように、同図（Ａ）に示すエナメル被覆の平角線２を巻いて同図（Ｂ）に示す端子予定部４，５付きのコイル３を形成し、次いで、同図（Ｃ）に示すように、このコイル３を成形金型（図示せず）にセットして、例えばフェライト系の磁性粉末成形材料でコイル３の中心を埋め且つコイル３の周りを包むようにして角型のコア１０を成形し、最後に、同図（Ｄ）に示すように、端子予定部４，５を折り曲げ加工して角型コア１０の底面に沿うようにして端子４ａ，５ａを形成することによって製造されたものである。

よって、パワーチョークコイル装置１は、平角線２よりなるコイル３と、このコイル３の中心を埋めると共にコイル３の周囲を包囲する角型コア１０とよりなり、角型コア１０の底面に端子４ａ，５ａを有している構成であり、表面実装型（ＳＭＤ）である。コイル３の素材は抵抗値が低い平角線２が使用されており、発熱が抑えられている。

パワーチョークコイル装置１がプリント基板上に実装され、パソコンの電源回路が動作され、コイル３が電流によって発熱した場合に、熱は、角型コア１０内を熱伝導して、角型コア１０の表面から空気中に放熱される。

角型コア１０は、扁平な直方体形状であり、４つの側面の全部に三角柱形状の凹凸１１が形成してあり、表面積をかせいでいる。凹凸１１はピッチｐが１．０ｍｍ程度、深さｄが０．５ｍｍ程度であり、比較的粗く、角型コア１０の表面積の増加が積極的になされている。よって、パワーチョークコイル装置１は放熱性の改善がなされている。なお、角型コア１０は、Ａ×Ｂ×Ｈが例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍのサイズであり、表面積Ｓは４２０ｍｍ^２である。上記の凹凸１１が形成されていない場合には角型コアの表面積は４００ｍｍ^２であるので、周側面に凹凸１１を形成したことによって表面積は５％増加している。また、凹凸１１は成形金型での成形時に形成される。

上記のパワーチョークコイル装置１は以下の何れかのように設計される。

第１には、表面積が増加した分、角型コア１０のサイズを小さくした構成である。この場合には、パワーチョークコイル装置１は従来と同じ放熱の効率を維持して、従来に比べて小型と及び低背となる。即ち、図１（Ａ）中、寸法Ａ及び寸法Ｂを若干短くすることによって、パワーチョークコイル装置１は従来に比べて小型となる。また、図１（Ａ）中、高さ寸法Ｈを若干短くすることによって、パワーチョークコイル装置１は従来に比べて低背となる。

第２には、角型コア１０のサイズを従来と同じとした構成である。この場合には、パワーチョークコイル装置１は従来に比較して放熱の効率が向上したものとなる。このパワーチョークコイル装置１の場合には、従来に比べて角型コア１０の表面の温度が若干低くなり、周囲への影響が軽減され、また、電子部品をパワーチョークコイル装置１により近づけて配置することも可能となり、実装密度の向上を図ることが可能となる。

図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２になるパワーチョークコイル装置１Ａを示す。このパワーチョークコイル装置１Ａは、図１に示すパワーチョークコイル装置１とは、角型コア１０Ａが相違する。角型コア１０Ａは、４つの側面の凹凸１１に加えて、上面にも凹凸１２が形成してある構成である。実施例１に比べて、角型コア１０Ａの表面積の増加が更に図られている。

図４（Ａ），（Ｂ）及び図５は本発明の実施例３になるパワーチョークコイル装置１Ｂを示す。このパワーチョークコイル装置１Ｂは、図１に示すパワーチョークコイル装置１とは、角型コア１０Ｂが相違する。角型コア１０Ｂは、二回に分けた成形によって形成された構造であり、コイル３の中心を埋めると共にコイル３の周囲を包囲する例えばフェライト系の磁性粉末成形材料製のコア部１０Ｂ１と、このコア部１０Ｂ１を包み込む放熱部１０Ｂ２とよりなる二重構造である。放熱部１０Ｂ２の磁性粉末成形材料は、例えばＦｅ−Ａｌ系であり、コア部１０Ｂ１の磁性粉末成形材料に比べて熱伝導率の高い材料である。また、放熱部１０Ｂ２の表面、即ち、コア１０Ｂの表面には、４つの側面の全部に三角柱形状の凹凸１１が形成してある。

表面積の増加が図られていることに加えて、コイル３で発生した熱がコア１０Ｂの表面に到るまでの経路の熱抵抗が図１に示すパワーチョークコイル装置１に比較して低くなっている。よって、パワーチョークコイル装置１Ｂでは、コイル３で発生した熱は、図１に示すパワーチョークコイル装置１に比較して角型コア１０Ｂ内を効率良く伝導して角型コア１０Ｂの表面に到り、角型コア１０Ｂの表面からは、図１に示すパワーチョークコイル装置１と同様に効率良く外部に放熱される。

また、角型コア１０Ｂが、フェライト系の磁性粉末成形材料製のコア部１０Ｂ１とＦｅ−Ａｌ系の磁性粉末成形材料製の放熱部１０Ｂ２との組合わせであることによって、透磁率、磁束密度、保持力、コア損失等が改善され、パワーチョークコイル装置１Ｂは図１に示すパワーチョークコイル装置１に比較して特性が向上する。

また、コア部１０Ｂ１をフェライト系の磁性粉末成形材料で成形し、放熱部１０Ｂ２もコア部１０Ｂ１と同じ材料であるが粒径が異なる材料で成形することも出来る。この場合には、密度バランスが良くなり、成形圧が安定して、成形性が良くなり、成形密度が高くなり、磁束密度等の特性が向上する。最終的には、パワーチョークコイル装置１Ｂの特性が向上する。

尚、上述した放熱部１０Ｂ２に磁性材料を用いたが、非磁性材料で高熱伝導率材料の例えば、Ｃｕ等を用いても良く、コア部１０Ｂ１でコア損失の小さなＦｅ−Ａｌ系やＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系等材料を用い発熱量を抑制し、放熱部１０Ｂ２で高熱伝導率材料を用いることで、コイル等から発生した熱を効率的に放熱し、コイル装置全体の温度を低く（規定温度以下）抑えることができる。

図６（Ａ），（Ｂ）及び図７は本発明の実施例４になるパワーチョークコイル装置１Ｃを示す。このパワーチョークコイル装置１Ｃは、図４及び図５に示すパワーチョークコイル装置１Ｂとは、角型コア１０Ｃが相違する。コア１０Ｃは、上記のコア部１０Ｂ１に相当するコア部１０Ｃ１と上記の放熱部１０Ｂ２に相当する放熱部１０Ｃ２とからなる。コア部１０Ｃ１の上面と下面には四角形状の凹凸１３が形成してあり、コア部１０Ｃ１と放熱部１０Ｃ２との接触面積をかせいでいる。また、角型コア１０Ｃには、４つの側面の全部に三角柱形状の凹凸１１が形成してある。

コア部１０Ｃ１と放熱部１０Ｃ２との接触面積が図４及び図５に示すパワーチョークコイル装置１Ｂの場合よりも広くなっている分、コア部１０Ｃ１と放熱部１０Ｃ２との境面における熱抵抗が低くなり、コイル３で発生した熱が角型コア１０Ｃの表面に到るまでの経路の熱抵抗が図４及び図５に示すパワーチョークコイル装置１Ｂに比較して低くなっている。

よって、パワーチョークコイル装置１Ｃでは、コイル３で発生した熱は、図４及び図５に示すパワーチョークコイル装置１Ｂに比較して角型コア１０Ｃ内を効率良く伝導して角型コア１０Ｃの表面に到り、角型コア１０Ｃの表面からは、図４及び図５に示すパワーチョークコイル装置１Ｂと同様に効率よく外部に放熱される。

本発明において、コアの形状は角型には限定されない。また、コイルの用途及び種類はパワーチョークコイルに限定されない。

本発明の実施例１になるパワーチョークコイル装置の斜視図である。 図１のパワーチョークコイル装置の製造工程を示す図である。 本発明の実施例２になるパワーチョークコイル装置の斜視図である。 本発明の実施例３になるパワーチョークコイル装置の斜視図である。 図４（Ａ）中、V-V線に沿う断面図である。 本発明の実施例４になるパワーチョークコイル装置の斜視図である。 図６（Ａ）中、VII-VII線に沿う断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ パワーチョークコイル装置
３ コイル
４ａ，５ａ 端子
１０，１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 角型コア
１０Ｂ１，１０Ｃ１ コア部
１０Ｂ２，１０Ｃ２ 放熱部
１１，１２，１３ 凹凸

Claims (5)

1. コイルと、
   磁性材料によって該コイルを包囲するように成形されたコアとを有するコイル装置において、
   表面に凹凸を設けて表面積を広くした構成としたことを特徴とするコイル装置。
2. 請求項１に記載のコイル装置において、
   該コアは、直方体形状であり、
   凹凸が、周面、或いは、周面と上面とに設けてある構成としたことを特徴とするコイル装置。
3. コイルと、
   磁性材料によって該コイルを包囲するように成形されたコア部と、
   上記磁性材料よりも熱伝導率が高い材料によって上記コア部を包囲するように成形された放熱部とよりなる構成としたことを特徴とするコイル装置。
4. 請求項３に記載のコイル装置において、
   該放熱部は、外形が直方体形状であり、表面に凹凸を設けて表面積を広くした構成としたことを特徴とするコイル装置。
5. 請求項３に記載のコイル装置において、
   上記コア部は、表面に凹凸を有し、上記コア部と該放熱部との接触面積を広くした構成としたことを特徴とするコイル装置。

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