JP5703744B2 - 誘導機器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導機器に関するものである。

特許文献１に記載のトランスにおいては、プリント基板の表面に導電パターンからなるコイルが形成されるとともに、このプリント基板のコイル領域の上にサブ基板が配置されている。サブ基板の表面に導電パターンからなるコイルが形成され、このコイルの領域においてコアがプリント基板とサブ基板を挟持して両面から対向するようにプリント基板に取り付けられている。

実開平６−９１１１号公報

コアをプリント基板に直接取り付けるため、コアとプリント基板の線膨張係数の違いによる応力がコアおよびプリント基板に加わり破壊される虞がある。
本発明の目的は、コアとコイル保持具の線膨張係数の違いによる応力がコアおよびコイル保持具に加わりにくい誘導機器を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、筐体と、前記筐体内に配置され、コイル保持具により保持されたコイルと、前記筐体内に配置され、前記コイルが巻回される磁脚を有するコアと、
を備え、前記コイル保持具に前記磁脚よりも大きい貫通孔を形成するとともに、当該貫通孔に前記磁脚を貫通させ、前記コイル保持具及び前記コイルが前記コア及び前記筐体から空隙を介して離間するように、前記コア及び前記コイル保持具を配置するとともに、前記コイル保持具を前記コアとは別にネジ止めで筐体に固定したことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、筐体内において、コイル保持具により保持されたコイルと、コイルが巻回される磁脚を有するコアとが配置されている。ここで、コアとコイル保持具とが別々に筐体に固定されている。これにより、コアとコイル保持具とが直接取り付けられていないため、コアとコイル保持具の線膨張係数の違いによる応力がコアおよびコイル保持具に加わりにくい。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の誘導機器において、前記コイル保持具は基板であり、当該基板の少なくとも一方の面に前記コイルが保持されている構成とすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の誘導機器において、前記コイルと前記コアとの間に熱伝導部材を介在させたことを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、コイルに発生した熱を、熱伝導部材を介してコアに容易に逃がすことができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導機器において、前記コイルと前記筐体との間に熱伝導部材を介在させたことを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、コイルに発生した熱を、熱伝導部材を介して筐体に容易に逃がすことができる。

本発明によれば、コアとコイル保持具の線膨張係数の違いによる応力がコアおよびコイル保持具に加わりにくい誘導機器を提供することができる。

（ａ）は第１の実施形態におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は第１の実施形態の変形例におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は第２の実施形態におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）は第２の実施形態の変形例におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明をトランスに具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、誘導機器としてのトランス１０は、筐体２０と、一次コイルＣ１と二次コイルＣ２と、コア４０を備えている。筐体２０は、上面が開口した箱型をなしている。

筐体２０内には、厚銅基板３０とコア４０が配置されている。ここで、厚銅基板３０を用いて一次コイルＣ１と二次コイルＣ２を構成しており、厚銅基板３０の銅板３１により一次コイルＣ１が、銅板３２により二次コイルＣ２が構成されている。そして、コア４０に一次コイルＣ１と二次コイルＣ２が巻かれている。

厚銅基板３０は、第１の銅板３１と第２の銅板３２と絶縁性基板３３とからなる。絶縁性基板３３の一方の面である上面には第１の銅板３１が接着されている。この第１の銅板３１には、一次コイルＣ１がパターニングされている。また、絶縁性基板３３は、例えば、ガラス・エポキシ樹脂よりなる。

絶縁性基板３３の他方の面である下面には第２の銅板３２が接着されている。この第２の銅板３２には、二次コイルＣ２がパターニングされている。このように、一次コイルＣ１と二次コイルＣ２は、コイル保持具としての絶縁性基板３３により保持されている。

コア４０としてＥ−Ｉ型コアを用いており、Ｅ−Ｉ型コアはＥ型コア４１とＩ型コア４２により構成されている。Ｅ型コア４１は、長方形の板状をなし水平方向に延設された本体部４１ａと、本体部４１ａの一方の面（下面）の中央部から突出する中央磁脚４１ｂと、本体部４１ａの一方の面（下面）の端部から突設する両側磁脚４１ｃ，４１ｄとからなる。中央磁脚４１ｂおよび両側磁脚４１ｃ，４１ｄはその断面が長方形をなしている。

Ｉ型コア４２は、長方形の板状をなし、水平方向に延設されている。そして、Ｅ型コア４１の中央磁脚４１ｂの先端面とＩ型コア４２の上面とが突き合わされるとともに、Ｅ型コア４１の両側磁脚４１ｃ，４１ｄの先端面とＩ型コア４２の上面とが突き合わされる。これによりＥ−Ｉ型コアが構成され、閉磁路が形成される。

厚銅基板３０の絶縁性基板３３の中央部には、Ｅ型コア４１の中央磁脚４１ｂが通る貫通孔３４が形成されている。厚銅基板３０の第１の銅板３１による一次コイルＣ１は、絶縁性基板３３の貫通孔３４を中心として１本の導体による渦巻き形状をなし、これによりＥ型コア４１の中央磁脚４１ｂに複数ターン巻回される。同様に、厚銅基板３０の第２の銅板３２による二次コイルＣ２は、絶縁性基板３３の貫通孔３４を中心として１本の導体による渦巻き形状をなし、これによりＥ型コア４１の中央磁脚４１ｂに複数ターン巻回される。このようにコア４０は、一次コイルＣ１と二次コイルＣ２が巻回される部位としての中央磁脚４１ｂを有している。

また、厚銅基板３０の絶縁性基板３３には、Ｅ型コア４１の両側磁脚４１ｃが通る貫通孔３５、および、Ｅ型コア４１の両側磁脚４１ｄが通る貫通孔３６が形成されている。
なお、厚銅基板３０の絶縁性基板３３の貫通孔３４，３５，３６はＥ型コア４１の脚部（中央磁脚４１ｂ、両側磁脚４１ｃ，４１ｄ）よりも大きくなっている。

筐体２０は、上面が開口した箱型をなしており、アルミよりなる。筐体２０における内部底面にはＩ型コア４２が載置されている。筐体２０の内部底面には突起２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが形成され、突起２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによりＩ型コア４２が位置決めされている。詳しくは、Ｉ型コア４２の延設方向におけるＩ型コア４２の一端面側に突起２１ａ，２１ｂが配置され、Ｉ型コア４２の他端面側に突起２１ｃ，２１ｄが配置されており、Ｉ型コア４２の短辺側側面と一端面側の突起２１ａ，２１ｂおよび他端面側の突起２１ｃ，２１ｄとが接触することによりＩ型コア４２が位置決めされている。

筐体２０の内部底面におけるＩ型コア４２よりも外周側において厚銅基板固定用部材５０が配置されている。厚銅基板固定用部材５０は四角枠状をなし、筐体２０の内部底面にＩ型コア４２を囲む状態で固定されている。

厚銅基板固定用部材５０の上面に厚銅基板３０が載置されている。厚銅基板３０の絶縁性基板３３を貫通するネジ６０が厚銅基板固定用部材５０に螺入され、このネジ６０により厚銅基板３０が厚銅基板固定用部材５０に固定されている。このようにして厚銅基板３０はネジ止めされ、厚銅基板３０の絶縁性基板３３が筐体２０に固定されている。

このとき、Ｉ型コア４２よりも上方に離間した状態で厚銅基板３０が位置し、厚銅基板３０の絶縁性基板３３の貫通孔３４にＥ型コア４１の中央磁脚４１ｂが通される。また、厚銅基板３０の第１の銅板３１による一次コイルＣ１はＥ型コア４１の本体部４１ａの下面と空隙（空気層）を介して離間している。絶縁性基板３３の第２の銅板３２による二次コイルＣ２はＩ型コア４２の上面と空隙（空気層）を介して離間している。

図１（ｂ）に示すように、筐体２０における上面開口部には蓋材７０が開口部を塞ぐように取り付けられ、蓋材７０は自身のばね力Ｆ１によりＥ型コア４１を下方に付勢している。これにより、Ｅ型コア４１がＩ型コア４２の上に載置された状態を保持している。即ち、コア４０は上下から押さえることで筐体２０に固定されている。

なお、図１（ｂ）に示す蓋材７０は、図１（ａ）においては省略している。
厚銅基板３０の絶縁性基板３３の貫通孔３６の一方の面がＥ型コア４１の両側磁脚４１ｄと接触している。これにより、Ｅ型コア４１の水平方向は厚銅基板３０の絶縁性基板３３と突き当てて位置決めされている。コア４０と厚銅基板３０（絶縁性基板３３）は別々に筐体２０に固定されている。即ち、コア４０は厚銅基板３０の絶縁性基板３３に直接取り付けられていない。一次コイルＣ１および二次コイルＣ２と、コア４０との間に形成された空隙（空気層）により、一次コイルＣ１および二次コイルＣ２とコア４０の間に断熱と絶縁が図られている。

次に、このように構成したトランス１０の作用を説明する。
トランス１０を組み立てる際には、筐体２０と、厚銅基板３０と、Ｅ型コア４１と、Ｉ型コア４２と、蓋材７０とを用意する。このとき、筐体２０には突起２１ａ〜２１ｄと厚銅基板固定用部材５０が固定されている。

そして、筐体２０の内部底面にＩ型コア４２を配置する。このとき、突起２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによりＩ型コア４２が位置決めされる。
続いて、筐体２０の内部における厚銅基板固定用部材５０の上に厚銅基板３０を載置し、ネジ６０により厚銅基板３０を厚銅基板固定用部材５０に固定する。

さらに、Ｉ型コア４２の上にＥ型コア４１を配置する。つまり、厚銅基板３０の貫通孔３４にＥ型コア４１の中央磁脚４１ｂが、厚銅基板３０の貫通孔３５に両側磁脚４１ｃが、厚銅基板３０の貫通孔３６に両側磁脚４１ｄが、それぞれ通る状態でＩ型コア４２の上にＥ型コア４１を配置する。

そして、筐体２０の上面開口部に蓋材７０を取り付ける。この蓋材７０によるばね力Ｆ１によりＥ型コア４１が下方に付勢され、Ｅ型コア４１がＩ型コア４２の上に載置された状態で保持される。

このようにしてトランス１０を組み立てた後、トランス１０の一次コイルＣ１、二次コイルＣ２に電流を流す。通電に伴い一次コイルＣ１（第１の銅板３１）、二次コイルＣ２（第２の銅板３２）が発熱する。この熱は大気に逃がされる。また、コア４０の熱については、Ｉ型コア４２から筐体２０に逃がされる。よって、一次コイルＣ１および二次コイルＣ２の放熱経路とコア４０の放熱経路が独立している。

また、コア４０の線膨張係数と絶縁性基板３３の線膨張係数は異なるが、コア４０と厚銅基板３０（絶縁性基板３３）とが別々に筐体２０に固定されているため、コア４０と絶縁性基板３３の線膨張係数の違いによる応力がコア４０および絶縁性基板３３に加わりにくい。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）コア４０と、コイル保持具としての絶縁性基板３３とを別々に筐体２０に固定したので、コア４０と絶縁性基板３３とが直接取り付けられていないため、コア４０と絶縁性基板３３の線膨張係数の違いによる応力がコア４０および絶縁性基板３３に加わりにくい。

（２）コイル保持具は基板（絶縁性基板３３）であり、基板（絶縁性基板３３）の少なくとも一方の面にコイルが保持されているので、コイルを保持する上で好ましい。つまり、基板を用いてコイルを容易に保持することができる。

本実施形態の変形例を説明する。
図２に示すように、二次コイルＣ２とＩ型コア４２との間に熱伝導部材８０，８１を介在させている。熱伝導部材８０，８１は、絶縁性を有するとともに熱抵抗の小さな材料よりなる。例えば、熱伝導部材８０，８１として、放熱シートやグリースを用いる。

このように、二次コイルＣ２とＩ型コア４２との間に熱伝導部材８０，８１を介在させることにより、二次コイルＣ２に発生した熱を、熱伝導部材８０，８１を介してＩ型コア４２に容易に逃がすことができる。

つまり、Ｉ型コア４２とコイルＣ２との間が確実に確保される構成であり、放熱性シート等の熱伝導部材８０，８１を使用して、Ｉ型コア４２に積極的に熱を逃がすことができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明をトランスに具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。

図３に示す本実施形態のトランス１００も、筐体１１０を放熱部材として用いており、トランスに発生した熱を筐体１１０に逃がすようにしている。特に、本実施形態では、長尺状のコア１３０の長辺側側面の外側で、コイル保持具としての絶縁性基板１２３を筐体１１０に固定している。

以下、詳しく説明する。
図３において、コア１３０としてＥ−Ｉ型コアを用いており、コア１３０はＥ型コア１３１とＩ型コア１３２からなる。Ｉ型コア１３２を図３（ｂ），（ｃ）に二点鎖線で示し、図３（ａ）では省略している。

厚銅基板１２０は、第１の銅板１２１と第２の銅板１２２と絶縁性基板１２３とからなる。絶縁性基板１２３の一方の面である上面には第１の銅板１２１が接着され、第１の銅板１２１に一次コイルＣ１０がパターニングされている。絶縁性基板１２３の他方の面である下面には第２の銅板１２２が接着され、第２の銅板１２２に二次コイルＣ１１がパターニングされている。

筐体１１０は、上面が開口した箱型をなしている。筐体１１０の内面底部にＥ型コア１３１が配置されている。Ｅ型コア１３１は、長方形の板状をなし水平方向に延設された本体部１３１ａと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の中央部から突出する中央磁脚１３１ｂと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の端部から突設する両側磁脚１３１ｃ，１３１ｄとからなる。また、中央磁脚１３１ｂは円柱状をなしている。Ｉ型コア１３２も、Ｅ型コア１３１の本体部１３１ａと同様に、長方形の板状をなし水平方向に延設されている。

筐体１１０はアルミよりなる。筐体１１０の内部底面において厚銅基板載置部１１１，１１２が突設されている。厚銅基板載置部１１１，１１２は、Ｅ型コア１３１の本体部１３１ａの延設方向に対して直交する方向においてＥ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂを挟んだ位置に形成され、厚銅基板載置部１１１，１１２は円弧状をなしている。厚銅基板載置部１１１の上面１１１ａおよび厚銅基板載置部１１２の上面１１２ａは、平坦、且つ高さが同一である。

筐体１１０の厚銅基板載置部１１１，１１２の上面１１１ａ，１１２ａには厚銅基板１２０が載置されている。厚銅基板１２０の絶縁性基板１２３は図示しないネジにより筐体１１０の厚銅基板載置部１１１，１１２に固定されている（ネジ止めされている）。

厚銅基板１２０の絶縁性基板１２３の中央部には、Ｅ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂが通る貫通孔１２４が形成されている。厚銅基板１２０の第１の銅板１２１による一次コイルＣ１は、絶縁性基板１２３の貫通孔１２４を中心として１本の導体による渦巻き形状をなし、これによりＥ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂに複数ターン巻回される。同様に、厚銅基板１２０の第２の銅板１２２による二次コイルＣ２は、絶縁性基板１２３の貫通孔１２４を中心として１本の導体による渦巻き形状をなし、これによりＥ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂに複数ターン巻回される。

筐体１１０の内部底面には突起１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄが形成され、突起１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄによりＥ型コア１３１が位置決めされている。詳しくは、Ｅ型コア１３１の本体部１３１ａの延設方向におけるＥ型コア１３１の本体部１３１ａの一端面側に突起１１３ａ，１１３ｂが配置され、Ｅ型コア１３１の本体部１３１ａの他端面側に突起１１３ｃ，１１３ｄが配置されており、Ｅ型コア１３１の本体部１３１ａの短辺側側面と一端面側の突起１１３ａ，１１３ｂおよび他端面側の突起１１３ｃ，１１３ｄとが接触することによりＥ型コア１３１が位置決めされている。

図３（ｂ）に示すように、筐体１１０における上面開口部には蓋材１４０が開口部を塞ぐように取り付けられ、蓋材１４０は自身のばね力Ｆ１０によりＩ型コア１３２を下方に付勢している。これにより、Ｉ型コア１３２がＥ型コア１３１の上に載置された状態を保持している。即ち、コア１３０は上下から押さえることで固定されている。なお、図３（ｂ）に示す蓋材１４０は図３（ａ），（ｃ）では省略している。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
絶縁性基板１２３を筐体１１０に固定する際に、長尺状のコア１３０の長辺側側面の外側において絶縁性基板１２３を筐体１１０に固定することができる。

本実施形態の変形例を説明する。
図４（ａ），（ｃ）に示すように、二次コイルＣ１１と筐体１１０との間に熱伝導部材１５０，１５１を介在させている。熱伝導部材１５０，１５１は、絶縁性を有するとともに熱抵抗の小さな材料よりなる。例えば、熱伝導部材１５０，１５１として、放熱シートやグリースを用いる。なお、二次コイルＣ１１と筐体１１０との距離を短くするために、筐体１１０の底部における二次コイルＣ１１と対向する部位を二次コイルＣ１１に近づくように厚肉にしている。

このようにすると、二次コイルＣ１１に発生した熱を、熱伝導部材１５０，１５１を介して筐体１１０に容易に逃がすことができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・第１の実施形態でも、第２の実施形態のように筐体とコイルとの間に熱伝導部材を設けてもよい。
・第１の実施形態、第２の実施形態とも、コアとコイルの間、および、筐体とコイルの間に熱伝導部材を設けてもよい。

・上記実施形態では基板（厚銅基板３０，１２０）の両面にコイルを配置したが、一方の面にのみコイルを配置してもよい。
・上記実施形態では絶縁性基板の表面に銅板を接着した厚銅基板３０，１２０を用いたが、これに限るものではなく、銅の板に代わりアルミの板を絶縁性基板の表面に接着したものを用いてもよい。また、厚銅基板に代わりプリント基板を用いてもよい。

・厚銅基板（やプリント基板）に代わり、コイルを樹脂で成形したものを用いてもよい。つまり、コイル保持具として樹脂を用いて、樹脂によりコイルを保持してもよい。
・基板の固定のためにネジ止めとしたが、ネジ止め以外のやり方で基板を固定してもよい。

・誘導機器としてトランスに適用したが、リアクトルに適用してもよい。具体的には、例えば、絶縁性基板の一方の面に第１のコイルを、また、絶縁性基板の他方の面に第２のコイルを配置し、さらに、第１のコイルと第２のコイルを電気的に接続してリアクトルを構成する。

１０…トランス、２０…筐体、３０…厚銅基板、３１…第１の銅板、３２…第２の銅板、３３…絶縁性基板、４０…コア、４１…Ｅ型コア、４２…Ｉ型コア、５０…厚銅基板固定部材、７０…蓋体、８０…熱伝導部材、８１…熱伝導部材、１００…トランス、１１０…筐体、１１１…厚銅基板載置部、１１２…厚銅基板載置部、１２０…厚銅基板、１２１…第１の銅板、１２２…第２の銅板、１２３…絶縁性基板、１３０…コア、１３１…Ｅ型コア、１３２…Ｉ型コア、１５０…熱伝導部材、１５１…熱伝導部材、Ｃ１…一次コイル、Ｃ２…二次コイル、Ｃ１０…一次コイル、Ｃ１１…二次コイル。

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体内に配置され、コイル保持具により保持されたコイルと、
   前記筐体内に配置され、前記コイルが巻回される磁脚を有するコアと、
   を備え、
   前記コイル保持具に前記磁脚よりも大きい貫通孔を形成するとともに、当該貫通孔に前記磁脚を貫通させ、
   前記コイル保持具及び前記コイルが前記コア及び前記筐体から空隙を介して離間するように、前記コア及び前記コイル保持具を配置するとともに、前記コイル保持具を前記コアとは別にネジ止めで筐体に固定した
   ことを特徴とする誘導機器。
2. 前記コイル保持具は基板であり、当該基板の少なくとも一方の面に前記コイルが保持されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。
3. 前記コイルと前記コアとの間に熱伝導部材を介在させたことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導機器。
4. 前記コイルと前記筐体との間に熱伝導部材を介在させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導機器。

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