JP2014078665A

JP2014078665A - インダクタンス部品

Info

Publication number: JP2014078665A
Application number: JP2012226965A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Nishikawa; 幸廣西川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-05-01

Abstract

【課題】部品全体の大型化を招くことなく、コア及び巻線部の熱を効率よく放熱するようにしたインダクタンス部品を提供する。
【解決手段】エアギャップを有するコア３１Ａ，３１Ｂ、ボビン３２Ａ，３２Ｂ及び巻線部３３Ａ，３３Ｂを有する内鉄形のインダクタンス部品本体３０と、この本体３０に密着して配置された放熱用のヒートシンク４０と、を備えたインダクタンス部品において、ヒートシンク４０の表面に、巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面の一部を受容する座ぐり部４１を形成し、コア３１Ａ，３１Ｂがヒートシンク４０の表面に密着した状態で巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面の一部が絶縁性の放熱シート４２を介して座ぐり部４１に密着するようにインダクタンス部品本体３０を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクによる放熱構造を備えたインダクタンス部品に関するものである。

半導体電力変換装置には、絶縁トランスやチョークコイル等のインダクタンス部品が多用されている。一方、この種の半導体電力変換装置は、密閉された筺体に内部回路を収納することによって防水・防塵効果を高めており、内部のインダクタンス部品を空冷することが難しい。このため、インダクタンス部品を水冷式のヒートシンクに接触させて放熱し、筺体内部の温度上昇を防いでいる。

ここで、図３は、ヒートシンクを備えた従来のインダクタンス部品の構成図である。
図３において、１０は絶縁トランス等のインダクタンス部品本体、２０は放熱用のヒートシンクである。
インダクタンス部品本体１０は、一対のフェライトコア１Ａ，１Ｂと、そのセンターコア部１ａ，１ｂを中心として配置されたボビン３と、このボビン３に互いに絶縁材６を介して素線が巻回された巻線部２，５と、を備えている。なお、１ｃはセンターコア部１ａ，１ｂの間に形成されたエアギャップであり、インダクタンス値を調整するために設けられている。
インダクタンス部品本体１０はヒートシンク２０の上面に密着して固定されており、ヒートシンク２０によりフェライトコア１Ｂ等を冷却して放熱する構造となっている。

上記構成において、ヒートシンク２０から遠い位置にあるフェライトコア１Ａのセンターコア部１ａは、エアギャップ１ｃにより断熱されているため温度上昇が著しくなる。通常のフェライトコアでは、コア温度が１００℃を超えると温度に伴って鉄損が増加し、熱暴走する危険性がある。

上記のような問題に対し、特許文献１には、一対のセンターコア部の間に形成されたエアギャップにシリコーン系樹脂接着剤等の高分子部材を充填し、ヒートシンクから遠い位置にあるセンターコア部の熱を、高分子部材を介してヒートシンク側のセンターコア部に伝導させることにより放熱させるインダクタンス部品が記載されている。
また、特許文献２には、コアの一部に厚みを持たせ、平板状のヒートシンク等にコアの一部と巻線部とを接触させることにより、コアの鉄損による熱と巻線部の銅損による熱とを同時に放熱するようにしたリアクトル用部品が記載されている。

特開２０１１−７７３０４号公報（段落[００１３]〜[００１８]、図１，図２等）特開２０１０−２２６１３８号公報（段落[００８０]，［００９８］、図５，図９等）

一般的なフェライトを構成するＭｎ−Ｚｎ系の材質では、熱伝導率が約１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり、アルミニウムの熱伝導率である約２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］に対して約１／２０である。つまり、フェライトコアは本来的に熱が伝わりにくいため、特許文献１のような構造を採ったとしても、十分な放熱効果を得ることは難しい。

また、図３のようにセンターコア部の周囲にボビンを介して巻線を施す場合、ボビンの熱伝導率はフェライトよりも更に低く、特にボビンとセンターコア部との間に空気の層が存在すると、巻線部の放熱が困難になって過熱状態となり、銅損が増加する。これを防止するためには、巻線の径を太くしたり、細径の巻線の並列数を増やす等の対策をとって銅損を低減する必要があり、結果として部品全体が大型化するという問題があった。

更に、特許文献２に記載されている放熱構造によれば、コア及び巻線部の熱を同時に放熱することは可能であるが、コアの磁束分布は肉厚が薄くて最短距離となる部分に集中するのに対し、コアの肉厚部分は磁束密度が低く、その分、鉄損による発熱量も少ないため、肉厚部分からの放熱はそれほど見込むことができない。また、前述したようにコアにフェライトを使用した時の熱伝導率は比較的低いため、もともとコアからの放熱を余り期待できないという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、部品全体の大型化を招くこともなく、コア及び巻線部の熱を効率よく放熱するようにしたインダクタンス部品を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、エアギャップを有するコアと前記コアに絶縁性のボビンを介して素線が巻回された巻線部とを有する内鉄形のインダクタンス部品本体と、
前記インダクタンス部品本体に密着して配置され、前記コア及び前記巻線部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、
を備えたインダクタンス部品において、
前記ヒートシンクの表面に、前記巻線部の外周面の一部を受容する座ぐり部を形成し、
前記コアが前記ヒートシンクの表面に密着した状態で前記巻線部の外周面の一部が絶縁材料を介して前記座ぐり部に密着するように、前記インダクタンス部品本体を配置したものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載したインダクタンス部品において、前記巻線部の外径を前記ボビンのフランジ部の外径よりも大きくしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載したインダクタンス部品において、前記巻線の外周面の一部が、低硬度かつ絶縁性の放熱シートを介して前記座ぐり部に密着しているものである。

本発明によれば、コア及び巻線部をヒートシンクに同時に密着させることにより、巻線の径を太くして銅損を減らす等の方法を採らずに、コア及び巻線部の放熱効果に優れた小型のインダクタンス部品を実現することができる。

本発明の実施形態に係るインダクタンス部品の全体構成図である。図１における主要部の平面図である。ヒートシンクを備えた従来のインダクタンス部品の構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係るインダクタンス部品の全体構成を示す外観図である。図１において、３０は外鉄形の絶縁トランス等のインダクタンス部品本体、４０は放熱用のヒートシンクであり、ヒートシンク４０の上面にインダクタンス部品本体３０を密着させて固定することで、本実施形態のインダクタンス部品が構成される。

インダクタンス部品本体３０は、ほぼコ字形のコア３１Ａ，３１Ｂを、図示されていないエアギャップを介して対向させると共に、これらのエアギャップをそれぞれ包囲するボビン３２Ａ，３２Ｂを介して、素線を巻回した巻線部３３Ａ，３３Ｂが配置されている。
また、ヒートシンク４０は熱伝導率の大きい金属からなり、巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面の一部に対向する部分には座ぐり部４１が形成されている。そして、この座ぐり部４１の上面と巻線部３３Ａ，３３Ｂとの間には、絶縁性の放熱シート４２が密接して配置されている。

すなわち、巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面の一部は、放熱シート４２を介して座ぐり部４１に受容されるように配置されており、巻線部３３Ａ，３３Ｂの熱が放熱シート４２を介してヒートシンク４０の座ぐり部４１に伝導されるようになっている。
更に、コア３１Ａ，３１Ｂの下面も、座ぐり部４１を除いたヒートシンク４０の上面に接触しており、コア３１Ａ，３１Ｂの熱がヒートシンク４０に直接、伝導されるようになっている。

図２は、図１の主要部を示しており、ボビン３２Ａのフランジ部及び巻線部３３Ａの寸法関係を説明するための図である。なお、他方のボビン３２Ｂのフランジ部及び巻線部３３Ｂの寸法関係についても、図２と同様である。
図２から明らかなように、巻線部３３Ａ（巻線部３３Ｂ）の外径Ｌ_１はボビン３２Ａ（ボビン３２Ｂ）のフランジ部の外径Ｌ_２よりも大きくなっている。このため、ヒートシンク４０の上面にインダクタンス部品本体３０を載置すると、ボビン３２Ａ，３２Ｂのフランジ部が邪魔になることなく巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面が放熱シート４２に密着し、巻線部３３Ａ，３３Ｂを好適に放熱させることができる。

なお、コア３１Ａ，３１Ｂの下面とヒートシンク４０の上面との接触面、及び、巻線部３３Ａ，３３Ｂの外周面と放熱シート４２との接触面には、熱伝導を良くするために空気の層が存在しないことが望ましい。言い換えれば、コア３１Ａ，３１Ｂ及び巻線部３３Ａ，３３Ｂとヒートシンク４０とを密着させる必要がある。しかしながら、コア３１Ａ，３１Ｂとボビン３２Ａ，３２Ｂとの間の隙間に起因して、特に巻線部３３Ａ，３３Ｂと放熱シート４２または座ぐり部４１との間に若干のガタつきを生じる場合がある。

そこで、絶縁性の放熱シート４２として低硬度の材料からなるシートを用いれば、巻線部３３Ａ，３３Ｂとヒートシンク４０との重なり方向（図１における矢印Ｘ方向）の隙間やズレを吸収することができ、巻線部３３Ａ，３３Ｂを放熱シート４２に密着させると共に、コア３１Ａ，３１Ｂの下面とヒートシンク４０の上面との密着性向上にも寄与し、放熱効果を一層高めることができる。

本発明は、絶縁トランスやチョークコイル、鉄芯リアクトル等の各種のインダクタンス部品に利用することができる。

３０：インダクタンス部品本体
３１Ａ，３１Ｂ：コア
３２Ａ，３２Ｂ：ボビン
３３Ａ，３３Ｂ：巻線部
４０：ヒートシンク
４１：座ぐり部
４２：放熱シート

Claims

エアギャップを有するコアと、前記コアに絶縁性のボビンを介して素線が巻回された巻線部とを有する内鉄形のインダクタンス部品本体と、
前記インダクタンス部品本体に密着して配置され、前記コア及び前記巻線部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、
を備えたインダクタンス部品において、
前記ヒートシンクの表面に、前記巻線部の外周面の一部を受容する座ぐり部を形成し、
前記コアが前記ヒートシンクの表面に密着した状態で前記巻線の外周面の一部が絶縁材料を介して前記座ぐり部に密着するように、前記インダクタンス部品本体を配置したことを特徴とするインダクタンス部品。
請求項１に記載したインダクタンス部品において、
前記巻線部の外径を前記ボビンのフランジ部の外径よりも大きくしたことを特徴とするインダクタンス部品。
請求項１または２に記載したインダクタンス部品において、
前記巻線の外周面の一部が、低硬度かつ絶縁性の放熱シートを介して前記座ぐり部に密着していることを特徴とするインダクタンス部品。