JP3619457B2

JP3619457B2 - 大電流平滑用の平滑コイル

Info

Publication number: JP3619457B2
Application number: JP2001004220A
Authority: JP
Inventors: 宏治川崎; 博松前; 利彦杉浦; 茂雄平島
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002208521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電流平滑用の平滑コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
車両用のＤＣ−ＤＣコンバータや整流回路は、収容スペースの制約が大きく、これら回路を構成するスイッチング素子とこれらスイッチング素子の断続電流を平滑化する平滑コイル（チョークコイル）とを高度に近接配置して、装置を小型化することが要請されている。
【０００３】
ところが、車両用のＤＣ−ＤＣコンバータではしばしば大電流を処理する必要があり、その結果、平滑コイルの発熱が近接配置されたスイッチング素子に熱的悪影響を及ぼすのを防止するために、回路信頼性を損なうという不具合が生じた。
【０００４】
また、平滑コイルに用いられる磁性コア（以下、コアと称する）は、その磁気飽和を防止するためにギャップを設けるのが通常であり、外部に電磁ノイズを放射するため、スイッチング素子や半導体素子を遠ざけてその誤動作を防止する必要があった。
【０００５】
しかしながら、車両用ＤＣ−ＤＣコンバータなどに用いられる大電流平滑用の平滑コイルでは、主要スペース上の制約から電子回路装置の小型化が要請されるため、上記した平滑コイルと近傍の半導体素子との間に十分な距離を確保することが容易ではなかった。
【０００６】
更に、周期的なコイル電流変化に伴うコアの磁気振動やコイルに作用する漏洩磁界の影響により、コアに嵌装したコイルが振動してコイルびびり騒音が生じる場合があった。モールド樹脂などでコイルをコアと一体化すればこのびびり騒音を防止することができるが、
コイル放熱性能の大幅な劣化によりコイルの過熱や樹脂劣化が問題となった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構成で電磁ノイズや熱による悪影響の増大を抑止しつつ高密度集積可能な大電流平滑用の平滑コイルを提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の大電流平滑用の平滑コイルは、高透磁率磁性材により形成された複数の部分コアの突き合わせにより構成された閉磁路を有するコアと、扁平な平角導体線を前記コアに巻装してなる平角導体線コイルと、前記平角導体線コイルの平坦な主表面に密着する平坦な伝熱吸熱面を有する金属製の放熱板と、前記コアを前記平角導体線コイルを介して前記放熱板の前記伝熱吸熱面に向けて押し付けることにより前記平角導体線コイルを前記放熱板の前記伝熱吸熱面に押し付ける固定部材とを備えることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明では、平角導体線コイルをコアと金属放熱板で挟圧されるので、大電流が流れるコイルの抵抗損失による発熱は、たとえ予め成形したコイルをコアに嵌装する場合でも、平角導体線コイルの平坦表面に熱伝達良好に密着する金属放熱板及びコアの両方により良好に伝熱冷却され、これら金属放熱板及びコアを通じて外部に良好に放熱される。
【００１０】
このため、コイルが高温となることがなく、その抵抗値も低減できる上、伝熱や対流、放射によりコイル近傍の半導体素子が熱的に悪影響を受けるのを抑止することができる。なお、放熱効果は、コアに比較して自己発熱がなくかつ熱伝導率が格段に良好な金属放熱板の方がコアよりも格段に高い。
【００１１】
また、コアに磁気飽和防止用に有ギャップコアを用いる場合でも、ギャップ近傍に延在する金属放熱板が電磁遮蔽効果を奏し、電磁ノイズを良好に低減することができる。これらの結果、大電流平滑用の平滑コイルを用いた場合でも、高密度実装が可能となり、装置収容スペースを縮小することができる。
【００１２】
更に、本発明では、コイルをコアと金属放熱板とで強く挟圧するので、成形コイルをコアに嵌装する場合でも、コイルをコアに樹脂固定することなくそのびびり騒音をほぼ完全に防止することができる。
【００１３】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて更に、前記平角導体線コイルが、予め成形されて前記コアに嵌装された成形コイルからなることを特徴としている。
【００１４】
本構成によれば、あらかじめ成形した成形コイルを簡単にコアの平板部に嵌着することができるので、実装作業を簡素化することができる。また、上記挟圧
により成形コイルに生じやすい放熱低下やビビリ騒音を良好に低減することができる。
【００１５】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて更に、前記成形コイルが、予め螺旋状に成形されて、すべてのターン部が前記放熱板の前記伝熱吸熱面に密着する単層巻きコイルからなることを特徴としている。
【００１６】
本構成によれば、成形コイルの冷却及びビビリ騒音の低減が一層良好になる。
【００１７】
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて更に、前記固定部材が、両端部が前記放熱板に固定され、中央部が前記コアを前記放熱板へ向けて付勢する略コ字形状の板バネ部材からなることを特徴としている。
【００１８】
本構成によれば、簡素な構成で上記挟圧を実現することができる。
【００１９】
請求項５記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて更に、前記固定部材が、両端部が前記放熱板に締結され、中央部が前記コアを前記放熱板へ向けて付勢する第二の放熱板からなることを特徴としている。
【００２０】
本構成によれば、コア及びコイルの両側に一対の金属放熱板を配置するので、第二の放熱板が固定部材を兼ねることができ、部品点数の増加を抑止しつつ冷却性能を向上することができる。また、電磁シールド効果も一層向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の大電流平滑用の平滑コイルの好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１の大電流平滑用の平滑コイルを図１を参照して以下に説明する。図１はこの平滑コイルの側面図である。
【００２３】
この平滑コイルは、フェライト製のコア１と、コイル２と、放熱板３と、板ばね部材４と、熱伝導シート５とを有している。
【００２４】
コア１は、コ字形状のコ字形コア１１とＩ字形状のＩ字コア１２とからなる。コ字形コア１１は、平板状の中央板部と、中央板部の両端部から同一方向へ中央板部と直角に突出する一対の脚部とをもつ。Ｉ字コア１２は、コ字形コア１１の中央板部と平行に延在して両端部がコ字形コア１１の両脚部に密接する平板形状を有している。図示省略しているが、コ字形コア１１の両脚部の一方の先端面は一部切り欠かれて段差部をなし、残部がＩ字コア１２に密接している。この段差部とＩ字コア１２の表面との間のギャップが、コア１の磁気飽和防止用空隙をなしている。したがって、低電流ではコア１は飽和せず大インダクタンスをもち、電流が増加すると、上記段差部に隣接するコ字形コア１１の脚部の先端部分が磁気飽和して磁束がこの空隙を流れ、インダクタンスは低下するもののコアの磁気飽和が抑止される。
【００２５】
コイル２は、樹脂被覆扁平銅板からなる平角導体線を螺旋状に予め成形した単層巻きコイルであって、Ｉ字コア１２に嵌装されている。コイル２の各ターン部は、熱伝導シート（シリコン樹脂シート）５を介してＩ字コア１２の平坦表面及び放熱板３の平坦表面に密着している。熱伝導シート５の代わりに熱伝導グリスを採用してもよい。
【００２６】
放熱板３は、扁平なアルミ平板からなり、図示しない回路基板に締結あるいははんだ付けされている。その他、回路基板を収容する金属ケースが放熱板３を兼ねることもできる。
【００２７】
板ばね部材４は、板ばねを屈曲加工して形成され、両端が放熱板３に締結され、中央湾曲部がコ字形コア部１１、Ｉ字コア１２を通じてコイル２を放熱板３の表面に押し付けている。
【００２８】
上記説明したこの実施例の大電流平滑用の平滑コイルは、既に説明したコイル２の放熱、びびり防止及び電磁ノイズ放射の低減をなす。
【００２９】
（実施例２）
他の実施例を図２を参照して以下に説明する。
【００３０】
この平滑コイルは、実施例１において、コ字形コア１１とＩ字コア１２の組み合わせの代わりに、同一形状の一対のＬ字コア１３を組み合わせたロ字形状のコア１を採用したものである。これにより部品点数を減らすことができる。また、予め成形したコイル２を両方のＬ字コア１３に嵌装することができ、コア１を小型化することができる。
【００３１】
また、図１に用いた板ばね部材４の代わりに、第二の放熱板６を用いている。この第二の放熱板６は、アルミダイキャストにより略コ字形に形成され、両端部が金属ケースの底板部をなす放熱板３に締結されて、放熱板３とともにコア１及びコイル２を挟圧している。
６１は第二の放熱板６の上面に突設された冷却フィンである。
【００３２】
このようにすれば、上側のＬ字コア１３に嵌装されたコイル２の各ターンは第二の放熱板６に密着し、下側のＬ字コア１３に嵌装されたコイル２の各ターンは放熱板３に密着するので、良好なコイル放熱効果と電磁シールド効果とコイルびびり騒音低減効果を奏することができる。その他の詳細は実施例１と同じである。
熱伝導シート５は図示省略している。
【００３３】
（実施例３）
他の実施例を図３、図４を参照して以下に説明する。
【００３４】
この平滑コイルは、実施例１のコ字形コア１１の一対の脚部を延長し、これら脚部に予め成形したコイル２を嵌装したものである。
【００３５】
これにより部品点数を減らすことができる。また、コア１及びコイル２を挟んで放熱板３と第二の放熱板６とを配置し、放熱板３と第二の放熱板６とを金属製のスペーサ７を挟んで締結することにより、コイル２を放熱板３及び第二の放熱板６に押し付けている。これにより、コア１を小型化することができ、コイル放熱効果と電磁シールド効果とコイルびびり騒音低減効果を向上することができる。その他の詳細は実施例１と同じである。また、図１に用いた板ばね部材４を省略することができる。図２と同様に、スペーサ７を放熱板３又は第二の放熱板６と一体化してもよい。
【００３６】
（実施例４）
他の実施例を図５を参照して以下に説明する。
【００３７】
この平滑コイルは、図１に示す実施例１において図３、図４に示す第二の放熱板６及びスペーサ７を採用したものである。これにより、コイル放熱効果と電磁シールド効果とを向上することができる。
【００３８】
（実施例５）
他の実施例を図６を参照して以下に説明する。
【００３９】
この平滑コイルは、図３に示す実施例３において、コ字形コア１１の代わりに、Ｅ字状のＥ字コア１４を採用したものである。Ｅ字コア１４は中央板部１４０から同一方向へ直角に突設された３本の脚部１４１，１４２、１４３を有している。
【００４０】
コイル２は、コア１により形成される閉磁気回路中の並列磁路をなす両側の脚部１４１，１４３に嵌装されている。もちろん、中央の脚部１４２に嵌装してもよい。この実施例では、各脚部１４１〜１４３の磁路断面積は等しく図示されているが、実際には、中央の脚部１４２の磁路断面積は他の脚部の磁路断面積と略等しく形成されている。
【００４１】
以上説明した各実施例で説明した大電流平滑用の平滑コイルでは、従来よりコイル温度を低下できるので、その電気抵抗の増加を抑止して効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の平滑コイルの側断面図である。
【図２】実施例２の平滑コイルの側断面図である。
【図３】実施例３の平滑コイルのコア及びコイルの平面図である。
【図４】実施例３の平滑コイルの側断面図である。
【図５】実施例４の平滑コイルの側断面図である。
【図６】実施例５の平滑コイルの側断面図である。
【符号の説明】
１コア
２コイル
３放熱板
４板ばね部材（固定部材）
５熱伝導シート
６第二の放熱板（放熱板、固定部材）

Claims

高透磁率磁性材により形成された複数の部分コアの突き合わせにより構成された閉磁路を有するコアと、
扁平な平角導体線を前記コアに巻装してなる平角導体線コイルと、
前記平角導体線コイルの平坦な主表面に密着する平坦な伝熱吸熱面を有する金属製の放熱板と、
前記コアを前記平角導体線コイルを介して前記放熱板の前記伝熱吸熱面に向けて押し付けることにより前記平角導体線コイルを前記放熱板の前記伝熱吸熱面に押し付ける固定部材と、
を備えることを特徴とする大電流平滑用の平滑コイル。
請求項１記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて、
前記平角導体線コイルは、予め成形されて前記コアに嵌装された成形コイルからなることを特徴とする大電流平滑用の平滑コイル。
請求項２記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて、
前記成形コイルは、予め螺旋状に成形されて、すべてのターン部が前記放熱板の前記伝熱吸熱面に密着するた単層巻きコイルからなることを特徴とする大電流平滑用の平滑コイル。
請求項１乃至４のいずれか記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて、
前記固定部材は、両端部が前記放熱板に固定され、中央部が前記コアを前記放熱板へ向けて付勢する略コ字形状の板バネ部材からなることを特徴とする大電流平滑用の平滑コイル。
請求項１乃至４のいずれか記載の大電流平滑用の平滑コイルにおいて、
前記固定部材は、両端部が前記放熱板に締結され、中央部が前記コアを前記放熱板へ向けて付勢する第二の放熱板からなることを特徴とする大電流平滑用の平滑コイル。