WO2019044835A1 - 放熱板付インダクタ - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an inductor with a heat sink used for large-sized electric equipment such as a power plant.
  • An object of the present invention is to provide an inductor with a heat sink which suppresses the heat generation of the heat sink due to the electromagnetic induction of the leakage flux and is excellent in the temperature lowering effect.
  • the inductor with a heat sink according to the present invention is a core, a coil wound around the core, and a heat sink which is in direct or indirect contact with the coil to release the heat of the core and the coil to the outside,
  • a heat dissipation plate made of a magnetic material is provided, and the heat dissipation plate has at least one opening communicating with the surface facing the coil side and the opposite surface to reduce heat generation due to electromagnetic induction of the heat dissipation plate.
  • the heat sink since the heat sink has at least one opening, the amount of heat generation of the electromagnetic induction generated when the leakage magnetic flux which has deviated from the magnetic circuit of the core flows through the heat sink is reduced. For this reason, the heat radiation from the heat sink is favorably performed, and the temperature rise of the inductor can be suppressed.
  • the at least one opening may be a plurality of slits arranged parallel to one another. If at least one opening is a slit, machining of the at least one opening is easy.
  • a thermally conductive resin may be interposed between the coil and the heat sink. Thereby, the insulation of the inductor can be improved without impairing the heat conduction from the coil to the heat sink.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inductor with a heat sink according to an embodiment of the present invention cut away in a longitudinal section
  • FIG. 2 is a plan view of the inductor with a heat sink.
  • This inductor with a heat sink is comprised of an inductor body 1 and a heat sink 5 for radiating the heat of the inductor body 1 to the outside.
  • the inductor body 1 has a core 2, a bobbin 3 and a coil 4.
  • the coil 4 is wound around the core 2 via the bobbin 3.
  • the core 2 of this embodiment is a UU-shaped core in which the respective tips of two U-shaped core segments 2A and 2B are joined to each other.
  • a magnetic circuit L consisting of a closed circuit is formed.
  • the bobbins 3 are assembled to the outer periphery of the central portion 2a of each of the core divided bodies 2A and 2B, and the coil 4 is wound around each bobbin 3.
  • the central portion 2a is cylindrical.
  • the core 2 may have other shapes.
  • Each core divided body 2A, 2B is a magnetic body formed of the same magnetic material.
  • sinterable pure iron or the like is applied as the magnetic substance.
  • it is not limited to sinterable pure iron.
  • a powder magnetic core material of amorphous type, pure iron type or the like can be used as another magnetic material.
  • the bobbin 3 is formed by joining two bobbin split bodies 3A and 3B of the same shape to each other.
  • the divided bodies 3A and 3B are each incorporated in the core 2 as shown in FIGS. 3 and 4, and the cylindrical portion 3a fitted to the central portion 2a of the core 2 And 3b.
  • the bobbin 3 is made of an insulating material.
  • a resin material such as polyphenylene sulfide (PPS) is applied.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the coil 4 may be directly wound around the core 2 without the bobbin 3.
  • the coil 4 is obtained by winding a conducting wire (not shown) around the outer periphery of the cylindrical portion 3a across the flange portions 3b and 3b on both sides of the bobbin 3.
  • the conducting wire is wound up to the outer diameter end of the flange 3b.
  • a copper enameled wire is used as the wire of the coil 4.
  • urethane wire UEW
  • formal wire PVF
  • PET polyester wire
  • EIW polyesterimide wire
  • AIW polyamideimide wire
  • PIW polyimide wire
  • a round wire or a square wire can be used as the cross-sectional shape of the copper enameled wire.
  • the heat sink 5 is made of a material having high thermal conductivity, such as a metal plate such as an iron plate. Therefore, the heat sink 5 is a magnetic body. As shown in FIG. 2, the heat sink 5 is disposed so as to surround the inductor body 1. In the case of the illustrated example, the heat sink 5 has a rectangular planar shape, and the upper and lower surfaces are open. Then, the coil 4 is in contact with a plurality of locations on the inner surface of the heat sink 5 via the heat conductive resin 6. The thermally conductive resin 6 is in surface contact with each of the coil 4 and the heat sink 5.
  • the thermally conductive resin 6 is a resin having an insulating property and a high thermal conductivity. The heat conductive resin 6 has a certain thickness so that the insulation between the coil 4 and the heat sink 5 is not impaired.
  • the heat sink 5 may be in contact with only a part of the outer periphery of the coil 4 as shown in FIG. 2 or the heat sink 5 may be in contact with the entire outer periphery of the coil 4.
  • the heat conductive resin 6 for example, a silicone resin such as silicone rubber, an acrylic resin, or the like is used.
  • the resin formed into a tape or sheet is cut into an appropriate shape and size for use.
  • the heat dissipating plate 5 is provided with an opening for communicating the surface facing the coil side with the surface on the opposite side. This opening is provided to reduce the heat generation of the electromagnetic induction due to the leakage flux.
  • the openings are, for example, a plurality of slits 7 and 8 arranged in parallel with each other as shown in FIGS. 7 and 8, respectively.
  • the slits 7 are arranged in parallel to a plane perpendicular to the axis O of the coil.
  • the slits 8 are arranged in parallel with the axis O of the coil.
  • the slits 7 and 8 are provided substantially in the entire area of the surface 5 a that constitutes the long side of the rectangular shape of the heat sink 5.
  • the openings may be circular or rectangular through holes other than the slits 7 and 8.
  • the inductor body 1 When the inductor body 1 is energized, heat is generated due to copper loss and iron loss. This heat is conducted to the heat sink 5 through the heat conductive resin 6 and is released from the heat sink 5 to the atmosphere.
  • the insulation of the inductor main body 1 can be improved without impairing the heat conduction from the coil 4 to the heat dissipation plate 5.
  • the heat sink 5 When the leakage magnetic flux which deviated from the magnetic circuit L flows through the heat sink 5 which is a magnetic body, the heat sink 5 generates heat by electromagnetic induction. Specifically, in the case of the heat sink 5 having no opening, magnetic flux flows as shown in FIG. 9 to FIG. That is, the density of the magnetic flux is high at the portions A, B, C, and D adjacent to the coil 4, and the amount of heat generation is large.
  • the amount of heat generation due to electromagnetic induction is reduced by providing the opening composed of the plurality of slits 7 (or 8) as shown in FIG. 7 or FIG. .
  • the heat radiation from the heat sink 5 is favorably performed, and the temperature rise of the inductor main body 1 can be suppressed.
  • Table 1 shows the calorific value and temperature of each part when the inductor body of the model is energized under certain conditions. The description of the specifications of the inductor body, the detailed shape and dimensions of the heat sink, the calculation conditions, and the like will be omitted.
  • the heat dissipation plate having the vertical slits has a smaller amount of heat generation than the heat dissipation plate having the horizontal slits. As the reason for this, it is considered that the heat dissipation plate having the vertical slits has a smaller cross-sectional area through which the leakage magnetic flux passes than the heat dissipation plate having the horizontal slits, so that the occurrence of the eddy loss is affected.
  • the heat dissipating plate having the horizontal slits has a heat dissipating effect higher than the heat dissipating plate having the vertical slits, because the heat is easily transmitted to the corner portion (bent portion) which is a portion farther from the heat source.

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Abstract

漏れ磁束の電磁誘導による放熱板の発熱を抑えて、温度低下効果に優れた放熱板付インダクタを提供する。放熱板付インダクタは、コア(2)と、このコア(2)に巻回されたコイル(4)と、このコイル(4)に直接または間接的に接触してコア(2)およびコイル(4)の熱を外部に放出する放熱板(5)であって、磁性体からなる放熱板(5)とを備える。放熱板(5)は、コイル側を向く面とその反対側の面とに連通しこの放熱板(5)の電磁誘導による発熱を低減させる少なくとも１つの開口を有する。

Description

放熱板付インダクタ 関連出願
　本出願は、２０１７年９月４日出願の特願２０１７－１６９１０１の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、発電所等の大型の電気設備に用いられる放熱板付インダクタに関する。
　インダクタでは、通電によるコイルの発熱（銅損）およびコアの発熱（鉄損）が発生する。このような発熱によってインダクタが過度に温度上昇することを避けるために、放熱板を取り付けて放熱性を高めること（例えば特許文献１，２）や、空冷や水冷により強制的に冷却することが行われている。
特開２０１６－１３９６９９号公報 特開２００２－２０８５２１号公報
　インダクタに通電すると、磁気回路を流れる主磁束とは別に、磁気回路から外れた漏れ磁束が生じる。インダクタに放熱板が取り付けてある場合、前記漏れ磁束が放熱板を流れることにより、放熱板が電磁誘導を起こして自己発熱する。その結果、放熱板を設けたことによるインダクタの温度低下効果が低減する。特に、発電所等の大型の電気設備に用いられるインダクタの場合、磁気回路中にギャップが設けられるため、漏れ磁束が多く、放熱板の電磁誘導現象が強くなる。
　この発明の目的は、漏れ磁束の電磁誘導による放熱板の発熱を抑えて、温度低下効果に優れた放熱板付インダクタを提供することである。
　この発明の放熱板付インダクタは、コアと、このコアに巻回されたコイルと、このコイルに直接または間接的に接触して前記コアおよび前記コイルの熱を外部に放出する放熱板であって、磁性体からなる放熱板とを備え、前記放熱板は、前記コイル側を向く面とその反対側の面とに連通しこの放熱板の電磁誘導による発熱を低減させる少なくとも１つの開口を有する。
　この構成によると、放熱板が少なくとも１つの開口を有するため、コアの磁気回路から外れた漏れ磁束が放熱板を流れることで生じる電磁誘導の発熱量が低減される。このため、放熱板からの放熱が良好に行われ、インダクタの温度上昇を抑えることができる。
　前記少なくとも１つの開口は、互いに平行に並ぶ複数のスリットであってもよい。少なくとも１つの開口がスリットであると、少なくとも１つの開口の加工が容易である。
　前記コイルと前記放熱板との間に熱伝導性樹脂が介在していてもよい。これにより、コイルから放熱板への熱伝導を損なうことなく、インダクタの絶縁性を向上させることができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る放熱板付インダクタを縦断面で破断した斜視図である。 図１の放熱板付インダクタの平面図である。 図１の放熱板付インダクタのインダクタ本体の外観斜視図である。 図３のインダクタ本体を縦断面で破断した斜視図である。 図３のインダクタ本体のコアの分解斜視図である。 図３のインダクタ本体のボビンの分解斜視図である。 図１の放熱板付インダクタの放熱板の第１の例の一部の斜視図である。 図１の放熱板付インダクタの放熱板の第２の例の一部の斜視図である。 開口を有しない放熱板を流れる磁束を示す放熱板の斜視図である。 図９の放熱板を流れる磁束を示す放熱板の正面図である。 図９の放熱板を流れる磁束を示す放熱板の側面図である。
　この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１はこの発明の一実施形態に係る放熱板付インダクタを縦断面で破断した斜視図、図２はその放熱板付インダクタの平面図である。この放熱板付インダクタは、インダクタ本体１と、このインダクタ本体１の熱を外部に放出する放熱板５とからなる。インダクタ本体１のみを示す図３、図４に示すように、インダクタ本体１は、コア２、ボビン３およびコイル４を有する。コア２に、ボビン３を介してコイル４が巻回されている。
　図５に示すように、この実施形態のコア２は、Ｕ字状をした２つのコア分割体２Ａ，２Ｂの各先端同士を互いに接合したＵＵ形コアである。図１のように２つのコア分割体２Ａ，２Ｂを接合した状態において、閉回路からなる磁気回路Ｌが形成される。各コア分割体２Ａ，２Ｂの中央部２ａの外周にそれぞれボビン３が組み付けられ、各ボビン３にコイル４が巻回される。前記中央部２ａは円柱状である。コア２は他の形状であってもよい。
　各コア分割体２Ａ，２Ｂは、同一の磁性材料から形成された磁性体である。前記磁性体としては、例えば、焼結性純鉄等が適用される。但し、焼結性純鉄に限定されるものではない。他の磁性体として、アモルファス系、純鉄系等の圧粉磁心材が使用可能である。
　図６に示すように、ボビン３は、同一形状の２つボビン分割体３Ａ，３Ｂを互いに接合して形成されている。分割体３Ａ，３Ｂはそれぞれ、図３、図４のようにコア２に組み込んだ状態で、コア２の中央部２ａに嵌合する筒部３ａと、この筒部３ａの両側の位置するつば部３ｂとを有する。ボビン３は、絶縁性の材料からなる。絶縁性の材料として、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料が適用される。なお、ボビン３を有さず、コア２にコイル４が直接巻回されていてもよい。
　コイル４は、ボビン３の両側のつば部３ｂ，３ｂ間に亘って、筒部３ａの外周に導線（図示せず）を巻回したものである。導線は、つば部３ｂの外径端まで巻回されている。
　コイル４の導線として、例えば銅エナメル線が用いられる。詳しくは、ウレタン線（ＵＥＷ）、ホルマール線（ＰＶＦ）、ポリエステル線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）、これらを組み合わせた二重被覆線、または自己融着線、リッツ線等を使用できる。銅エナメル線の断面形状としては、丸線または角線を使用可能である。
　放熱板５は、熱伝導率の高い材料、例えば鉄板等の金属板からなる。よって、放熱板５は磁性体である。図２に示すように、放熱板５はインダクタ本体１を囲むように配置されている。図の例の場合、放熱板５は、平面形状が長方形で、上下の面は開口している。そして、放熱板５の内面の複数箇所に、熱伝導性樹脂６を介してコイル４が接触している。熱伝導性樹脂６は、コイル４および放熱板５のそれぞれに面接触している。熱伝導性樹脂６は、絶縁性を有し、熱伝導率の高い樹脂である。コイル４と放熱板５との間の絶縁性が損なわれないように、熱伝導性樹脂６はある程度の厚みを有している。
　なお、図２のようにコイル４の外周の一部にだけ放熱板５が接触していてもよく、またコイル４の外周のすべてに放熱板５が接触していてもよい。
　前記熱伝導性樹脂６として、例えばシリコーンゴム等のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等が用いられる。これらの樹脂がテープ状やシート状に成形されたものを適正な形状および大きさに裁断して使用する。
　放熱板５には、コイル側を向く面とその反対側の面とを連通する開口が設けられている。この開口は、漏れ磁束による電磁誘導の発熱を低減させるために設けられる。開口は、例えば図７、図８にそれぞれ示すように、互いに平行に並ぶ複数のスリット７，８とされる。図７の例は、コイルの軸心Ｏに垂直な平面と平行に各スリット７が並んでいる。図８の例は、コイルの軸心Ｏと平行に各スリット８が並んでいる。図７、図８の例では、スリット７，８は、放熱板５における長方形の長辺部を構成する面５ａのほぼ全域に設けられている。開口は、スリット７，８以外に、円形や矩形等の貫通孔であってもよい。
　この放熱板付インダクタの作用について説明する。
　インダクタ本体１に通電すると、銅損および鉄損による発熱が生じる。この熱は、熱伝導性樹脂６を介して放熱板５に伝導され、放熱板５から大気中に放出される。コイル４と放熱板５との間に熱伝導性樹脂６を介在させたことにより、コイル４から放熱板５への熱伝導を損なうことなく、インダクタ本体１の絶縁性を向上させることができる。
　ところで、通電時には、磁気回路Ｌから外れた漏れ磁束が磁性体である放熱板５を流れることで、放熱板５が電磁誘導により発熱する。具体的には、開口を有しない放熱板５の場合、図９～図１１のように磁束が流れる。つまり、コイル４に近接する部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで磁束の密度が高く、発熱量が大きい。
　しかし、本実施形態に係るインダクタの放熱板５は、図７または図８のように複数のスリット７（または８）からなる開口が設けられていることにより、電磁誘導による発熱量が低減される。このため、放熱板５からの放熱が良好に行われ、インダクタ本体１の温度上昇を抑えることができる。
　図３に示すインダクタ本体１をモデルにして、放熱板による温度低下効果を計算により確かめた。ある条件下でモデルのインダクタ本体に通電したときの、各部の発熱量と温度を表１に示す。なお、インダクタ本体の仕様、放熱板の詳細な形状・寸法、計算条件等については記載を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［発熱量について］
　インダクタ本体に通電時におけるコイルの銅損は２２６．９、コアの鉄損は１０３．７、漏れ磁束の損失は１２３．２である。このインダクタ本体にスリットなしの放熱板を取り付けた場合の同放熱板の発熱量は１６９．７である。同様に、横スリットを有する放熱板（図７）を取り付けた場合の同放熱板の発熱量は７０．５、縦スリットを有する放熱板（図８）を取り付けた場合の同放熱板の発熱量は６３．６である。これらのことから、スリットを有すると放熱板の発熱量が著しく低下することが分かる。
　また、横スリットを有する放熱板よりも縦スリットを有する放熱板の方が、発熱量が少ないことが分かる。この理由として、縦スリットを有する放熱板は横スリットを有する放熱板よりも漏れ磁束の通過する断面積が小さいため、渦損失が発生し難くなることが影響していると考えられる。
［温度について］
　放熱板が取り付けられていないインダクタ本体のコイルの温度が１４０°程度であるのに対し、放熱板が取り付けられるとコイルの温度が１２０°前後まで低下するという効果が認められた。中でも、放熱板がスリットを有すると、スリットを有しないものに比べて、コイルの温度が３～４°程度低くなることが分かる。これは、スリットによって放熱板の発熱が抑えられ、その結果としてコイルの温度が下がったと考えられる。また、横スリットを有する放熱板と縦スリットを有する放熱板とを比較した場合、前者の方が後者よりも、発熱量が多いにもかかわらず温度は低くなっている。その理由として、横スリットを有する放熱板は、縦スリットを有する放熱板よりも、発熱源から遠い部分である隅部（屈曲部）へ熱が伝わりやすく、放熱効果が高いことが考えられる。
　以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１…インダクタ本体
２…コア
３…ボビン
４…コイル
５…放熱板
６…熱伝導性樹脂
７，８…スリット（開口）

Claims (3)

  1. 　コアと、このコアに巻回されたコイルと、このコイルに直接または間接的に接触して前記コアおよび前記コイルの熱を外部に放出する放熱板であって、磁性体からなる放熱板とを備え、前記放熱板は、前記コイル側を向く面とその反対側の面とに連通しこの放熱板の電磁誘導による発熱を低減させる少なくとも１つの開口を有する放熱板付インダクタ。
  2. 　請求項１に記載の放熱板付インダクタにおいて、前記少なくとも１つの開口は、互いに平行に並ぶ複数のスリットである放熱板付インダクタ。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の放熱板付インダクタにおいて、前記コイルと前記放熱板との間に熱伝導性樹脂が介在する放熱板付インダクタ。
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