コア、トランス、チョークコイル及びスイッチング電源装置

【課題】発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供すること。
【解決手段】コア１０は、トランス又はチョークコイル等に用いられるフェライト焼結体のコアである。コア１０は、コイル１２が囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲Ｃａを通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０を複数に分割する複数のコア部材１０Ｂを備えている。そして、複数のコア部材１０Ｂ同士は少なくとも１箇所で接触している。また、複数のコア部材１０Ｂのうち、少なくとも２つは磁気抵抗的に並列となるように分割されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトランスやチョークコイルに用いるコアに関し、特に、発熱を低減し温度特性が改善されたコアに関する。また、本発明は、このようなコアを用いたトランスやチョークコイルに関する。また、本発明はこのようなトランスやチョークコイルを用いたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置などに用いられるトランスやチョークコイルは、動作時において発熱することから、発熱量が小さく放熱特性の優れたコアを採用することが望ましい。コアが高温にならないために考えられる手法は２つある。第１の手法としては、コア自体を発熱させないためにコアに低損失な磁性材料を使用する方法が挙げられる。また、コア自体を発熱させない第１の手法の別の方法として、コア形状を発熱しにくい形状にする方法が挙げられる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のＥ型コアは、中心脚部の断面積を外側脚部の断面積よりも大きくすることで蓄熱しやすい中心脚部の温度上昇を抑えることが可能になるとされている。また、コアを高温にしないための第２の手法としては、発熱してしまったコアから熱を効率良く放熱させる方法が挙げられる。例えば、コアに放熱用部材あるいは冷媒を接触させ伝熱により放熱させる方法が挙げられる。また、効率良く放熱する第２の手法の別の方法として、コアを放熱しやすい形状とする方法が挙げられる。
【０００４】
特許文献１に記載されたコアは、中心脚部に放熱用孔が設けられており、放熱用孔内の外気を介して放熱を行える。また、必要により前記放熱用孔に熱伝導率の高い放熱用部材を挿入して放熱特性を向上させることが可能になるとされている。特許文献２に記載されたコアは、上側梁部で発生する熱の放熱ルートを拡大することによって、コアの放熱特性を改善することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０３７２６号公報
【特許文献２】特開２００９−８８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１や特許文献２に記載された技術を用いても、特に発熱量の大きいトランスやチョークコイルにおいては、温度上昇の抑制が不十分となる問題があり、更なるコアの発熱低減のための改善が望まれている。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することである。また、本発明の他の目的は、このようなコアを用いたトランス及びチョークコイルを提供することである。また、本発明の他の目的は、このようなトランス及びチョークコイルを用いたスイッチング電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コイルが巻き回される焼結体のコアであって、前記コイルが囲む領域を前記コイルの軸線方向に拡張した範囲で、かつ前記コイルの軸線方向に沿って前記コアを複数に分割する複数のコア部材を備え、前記複数のコア部材同士は少なくとも１箇所で接触していることを特徴とするコアである。
【０００８】
このコアは、コイルの軸線方向に沿って発生した磁束が最も集中する、前記コイルが囲む領域を前記コイルの軸線方向に拡張した範囲内に位置する前記コアを、分割して構成する。このような構造により、このコアは、焼成時に発生した歪を低減することができる。その結果、コアの磁気損失が低減し、発熱量が低減するので、コアの温度上昇が抑えられる。
【０００９】
本発明において、前記複数のコア部材のうち、少なくとも２つは磁気抵抗的に並列となるように分割されていることが好ましい。このコアによれば、分割する方向を磁気抵抗的に並列とすることで、分割したことによる歪の低減と合わせて、コア内部に発生するうず電流による損失を低減することができる。その結果、コアの磁気損失が低減し、コアの温度上昇が抑えられる。
【００１０】
本発明において、前記焼結体はフェライトであることが好ましい。焼結体をフェライトとすることで、元々磁気損失の小さいフェライトの損失をさらに低減することが可能となる。その結果、コアの発熱量はさらに低減し、温度上昇がさらに抑えられる。
【００１１】
本発明において、前記複数のコア部材のうち少なくとも１つは放熱用部材又は冷媒に接して設けられていることが好ましい。このコアによれば、分割されたコア部材のうち少なくとも１つが放熱用部材又は冷媒に接して設けられていることで、分割したことによる歪の低減と合わせて、コアの放熱特性が向上する。その結果、コアの磁気損失の低減による発熱量の低減と合わせ、コアの放熱特性の改善との相乗効果により、温度上昇がさらに抑えられる。
【００１２】
本発明は、前記コアを用いたことを特徴とするトランスである。前記コアを用いることにより、発熱量の小さいトランスが提供されることから、トランスが伝送する電力を増やしたり、トランスを小型化したりすることが可能となる。
【００１３】
本発明は、前記コアを用いたことを特徴とするチョークコイルである。前記コアを用いることにより、発熱量の小さいチョークコイルが提供されることから、チョークコイルに蓄えられる電力を増やしたり、チョークコイルを小型化したりすることが可能となる。
【００１４】
本発明は、前記トランスを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置によれば、トランスの発生する熱量が低減されることから、信頼性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【００１５】
本発明は、前記チョークコイルを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置によれば、チョークコイルの発生する熱量が低減されることから、信頼性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、発熱量が小さく、温度特性の優れたコアを提供することができる。また、本発明は、このようなコアを用いたトランス及びチョークコイルを提供することができる。また、本発明は、このようなトランス及びチョークコイルを用いたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係るコアを示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るコアの平面図である。
【図３】図３は、従来のコアの一例を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３に示すコアの平面図である。
【図５】図５は、実施形態１の変形例に係るコアを示す斜視図である。
【図６】図６は、実施形態２に係るコアを示す斜視図である。
【図７】図７は、実施形態２の変形例に係るコアを示す斜視図である。
【図８】図８は、実施形態３に係るコアを示す斜視図である。
【図９】図９は、実施形態３に係るコアの平面図である。
【図１０】図１０は、実施形態４に係るコアを示す斜視図である。
【図１１】図１１は、実施形態４の変形例に係るコアを示す斜視図である。
【図１２】図１２は、比較例及び評価例の温度上昇の測定結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るコアを示す斜視図である。図２は、実施形態１に係るコアの平面図である。コア１０は、コイル１２が巻き回される焼結体のコアである。本実施形態において、コア１０は、フェライトの焼結体であるが、コア１０の材料はこれに限定されるものではない。
【００２０】
コア１０は、１つのＥ型コアを複数に分割した複数のコア部材１０Ｂを有し、これらを組み合わせたものである。それぞれのコア部材１０Ｂは、いずれもＥ型形状である。２つのコア部材１０Ｂが組み合わされて１つのＥ型コアとなる。２個の前記Ｅ型コアを一組として、それぞれの開口部を向き合わせてコア１０が組み立てられる。すなわち、コア１０は、４個のコア部材１０Ｂを有する。組み立てられたコア１０をトランス又はチョークコイルに使用する場合は、コア１０の主脚部１１にコイル１２を巻き回す。そして、コイル１２の軸線方向に沿って発生した磁束１３を梁部１４から側脚部１５へと周回させ磁気回路を形成する。
【００２１】
複数のコア部材１０Ｂは、図２に示すコイル１２がコア１０を囲む領域Ｃｃをコイル１２の軸線方向に拡張した範囲Ｃａ（図１参照）を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０を複数に分割したものである。複数のコア部材１０Ｂ同士は、少なくとも１箇所で接触している。複数のコア部材１０Ｂ同士の接触面積は可能な限り大きいことが好ましく、複数のコア部材１０Ｂ同士が隙間なく接触していることがより好ましい。このようにすれば、磁束の通路の分断が抑制されるので、コア１０の性能低下が抑制される。この場合、コア部材１０Ｂ同士が接触する面は、研磨されていることが好ましい。このようにすることで、コア部材１０Ｂ同士の接触面積をより大きくすることができるので、コア１０の性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２２】
本実施形態において、複数のコア部材１０Ｂのうち、少なくとも２つは磁気抵抗的に並列となるように分割されている。本実施形態では、コイル１２の軸線方向と直交し、かつコア１０に設けられてコイル１２が巻き回される２つの孔１６が貫通する方向に配列される２つのコア部材１０Ｂ、１０Ｂが、磁気抵抗的に並列となるように分割されている。このようにすることで、磁気の通路が分断される箇所を少なくすることができるので、コア１０の性能低下を抑制できる。少なくとも２つのコア部材が磁気抵抗的に並列となるように分割される点は、以下の変形例及び実施形態等においても同様である。
【００２３】
図３は、従来のコアの一例を示す斜視図である。図４は、図３に示すコアの平面図である。図３、図４に示すように、従来のコア１００は、主脚部１１１に巻き回されたコイル１２がコア１００を囲む領域Ｃｃをコイル１１２の軸線方向に拡張した領域Ｃａで、コイル１１２の軸線方向に沿って分割されていない。このため、従来のコア１００は、発熱が大きかった。
【００２４】
コア１０は、コイル１２が囲む領域Ｃｃをコイル１２の軸線方向に拡張した範囲Ｃａ内において、コイル１２の軸線方向に沿って発生した磁束が最も集中する。本実施形態のコア１０は、コイル１２が囲む領域Ｃｃをコイル１２の軸線方向に拡張した範囲Ｃａのコア１０を、複数のコア部材１０Ｂで分割している。このような構造により、焼成時に発生したコア１０の歪を低減することができる。その結果、コア１０の磁気損失が低減し、発熱量が低減するので、コア１０の温度上昇が抑えられる。
【００２５】
コア１０を用いたトランスは、発熱量が小さくなる。このため、コア１０を用いたトランスは、伝送可能な電力の増加、小型化が可能になる。コア１０を用いたチョークコイルは、発熱量が小さくなる。このため、コア１０を用いたチョークコイルは、蓄えられる電力の増加、小型化が可能になる。なお、コア１０は、主として１つのトランス又はチョークコイル等に用いられる。コア１０を用いたトランス又はコア１０を用いたチョークコイルが搭載されたスイッチング電源装置は、トランス又はチョークコイルの発生する熱量が低減されることから、信頼性が向上する。
【００２６】
図５は、実施形態１の変形例に係るコアを示す斜視図である。コア１０’は、上述したコア１０と同様であるが、分割数が異なる。すなわち、コア１０’は、Ｅ型形状をした複数のコア部材１０Ｊを有しており、３つのコア部材１０Ｊが組み合わされて１つのＥ型コアとなる。２個の前記Ｅ型コアを一組として、それぞれの開口部を向き合わせてコア１０’組み立てられる。すなわち、コア１０’は、６個のコア部材１０Ｊを有する。コア１０’も、上述したコア１０と同様の作用、効果を奏する。
【００２７】
本実施形態及びその変形例の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態及びその変形例と同様の構成を有するものは、本実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。
【００２８】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るコアを示す斜視図である。図７は、実施形態２の変形例に係るコアを示す斜視図である。コア１０ａは、Ｅ型の２つのコア部材１０Ｃと、Ｉ型の２つのコア部材１０Ｄとを有する。２つのＥ型のコア部材１０Ｃは、それぞれが重ね合わされる。また、２つのＩ型のコア部材１０Ｄは、それぞれが重ね合わされる。重ね合わされたコア部材１０Ｃは、開口部が重ね合わされたコア部材１０Ｄに向けて組み合わされる。このようにして、コア１０ａが組み立てられる。
【００２９】
図７に示すコア１０ｂは、Ｅ型の２つのコア部材１０Ｃと、Ｉ型の１つのコア部材１０Ｉとを有する。２つのＥ型のコア部材１０Ｃは、それぞれが重ね合わされて、開口部がコア部材１０Ｉに向けて組み合わされる。このようにして、コア１０ｂが組み立てられる。
【００３０】
コア１０ａも、実施形態１のコア１０と同様に、コイル１２がコア１０ａを囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ａを複数に分割する複数のコア部材１０Ｃ、１０Ｄを備えている。また、コア１０ｂも、コイル１２がコア１０ｂを囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ｂを複数に分割する複数のコア部材１０Ｃ、１０Ｉを備えている。このため、コア１０ａ、１０ｂは、焼成時に発生したコア１０ａ、１０ｂの歪を低減することができる。その結果、コア１０ａ、１０ｂの磁気損失が低減し、発熱量が低減するので、コア１０ａ、１０ｂの温度上昇が抑えられる。
【００３１】
複数のコア部材１０Ｃ、１０Ｄ同士又はコア部材１０Ｃ、１０Ｉ同士が少なくとも１箇所で接触していこと、複数のコア部材１０Ｃ、１０Ｄ同士又はコア部材１０Ｃ、１０Ｄ同士の接触面積は可能な限り大きいことが好ましいこと、複数のコア部材１０Ｃ、１０Ｄ同士又はコア部材１０Ｃ、１０Ｄ同士が隙間なく接触していることがより好ましいことは、実施形態１と同様である。
【００３２】
本実施形態の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【００３３】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るコアを示す斜視図である。図９は、実施形態３に係るコアの平面図である。図８に示すように、本実施形態のコア１０ｃは、１つのＥ型コアを２つに分割したＵ型のコア部材１０Ｅを複数有しており、これらを組み合わせたものである。それぞれのコア部材１０Ｅは、いずれもＵ型形状である。複数のコア部材１０Ｅは、図９に示すコイル１２がコア１０ｃを囲む領域Ｃｃをコイル１２の軸線方向に拡張した範囲Ｃａ（図８参照）を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ｃを複数に分割したものである。
【００３４】
２つのコア部材１０Ｅが組み合わされて１つのＥ型コアとなる。２個の前記Ｅ型コアを一組として、それぞれの開口部を向き合わせてコア１０ｃが組み立てられる。このように、コア１０ｃは、４個のコア部材１０Ｅを有する。複数のコア部材１０Ｅ同士が少なくとも１箇所で接触していこと、複数のコア部材１０Ｅ同士の接触面積は可能な限り大きいことが好ましく、複数のコア部材１０Ｅ同士が隙間なく接触していることがより好ましいことは、実施形態１、２と同様である。組み立てられたコア１０ｃをトランス又はチョークコイルに使用する場合は、コア１０ｃの主脚部１１ｃにコイル１２を巻き回す。
【００３５】
本実施形態のコア１０ｃも、上述したコア１０、１０ａ等と同様に、コイル１２がコア１０ｃを囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ｃを複数に分割する複数のコア部材１０Ｅを備えている。このため、コア１０ｃも、上述したコア１０、１０ａ等と同様の作用、効果を奏する。
【００３６】
本実施形態の構成は、以下においても適宜適用することができる。また、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【００３７】
（実施形態４）
図１０は、実施形態４に係るコアを示す斜視図である。本実施形態のコア１０ｄは、１つのＥ型コアを２つに分割したＵ型のコア部材１０Ｆと、それぞれのコア部材１０Ｆの開口部と組み合わされる複数のＩ型形状のコア部材１０Ｇとを有しており、これらを組み合わせたものである。すなわち、コア１０ｄは、コア部材１０Ｆの開口部をコア部材１０Ｇに向けて組み合わせて１つのコアとし、これらを２つ組み合わせることによって組み立てられる。複数のコア部材１０Ｅ、１０Ｇは、コイル１２がコア１０ｄを囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ｄを複数に分割している。
【００３８】
コア１０ｄは、複数のコア部材１０Ｆ、１０Ｇ同士が少なくとも１箇所で接触していこと、複数のコア部材１０Ｆ、１０Ｇ同士の接触面積は可能な限り大きいことが好ましく、複数のコア部材１０Ｆ、１０Ｇ同士が隙間なく接触していることがより好ましいことは、実施形態１から３と同様である。この点は、後述する変形例でも同様である。組み立てられたコア１０ｄをトランス又はチョークコイルに使用する場合は、コア１０ｄの主脚部１１ｃにコイル１２を巻き回す。
【００３９】
本実施形態のコア１０ｄも、上述したコア１０、１０ａ等と同様に、コイル１２がコア１０ｄを囲む領域をコイル１２の軸線方向に拡張した範囲を通り、かつコイル１２の軸線方向に沿ってコア１０ｄを複数に分割する複数のコア部材１０Ｆ、１０Ｇを備えている。このため、コア１０ｄも、上述したコア１０、１０ａ等と同様の作用、効果を奏する。
【００４０】
図１１は、実施形態４の変形例に係るコアを示す斜視図である。本変形例のコア１０ｅは、１つのＥ型コアを２つに分割したＵ型のコア部材１０Ｆを有する点は実施形態４のコア１０ｄと同様であるが、それぞれのコア部材１０Ｆの開口部とは、１つのＩ型形状のコア部材１０Ｉが組み合わされる点が異なる。他の点は、コア１０ｄと同様である。このため、コア１０ｅも、コア１０ｄと同様の作用、効果を奏する。
【００４１】
本実施形態及びその変形例と同様の構成を有するものは、本実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。
【００４２】
上述した各実施形態においては、コア単体の形状の改善による温度上昇低減を例に説明したが、コアに放熱用部材又は冷媒を接触させ、コアから冷媒への伝熱により放熱させる手法を併用してもよい。このようにすると、コアがより冷却されるのでコアの温度上昇をより低減させることができる。
【００４３】
（評価例）
上述した実施形態のコアを評価した。まず、比較例として、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの材質Ａ及びＭｎ−Ｚｎ−Ｔｉ系フェライトの材質Ｂを用いて、図３、図４に示す従来のコア１００の温度上昇を測定した。温度上昇は、次の方法で測定した。まず、コアの初期温度を１００℃とし、前記初期温度が安定した後、コア１００の主脚部１１１において最大磁束密度２３０ｍＴを発生させ、周波数１００ｋＨｚで連続してコア１００を励磁してコア１００の温度が安定したところで、熱電対でコア１００の温度を測定した。これにより、コア１００の温度上昇を測定した。
【００４４】
次に、評価例として、比較例と同様に材質Ａ及び材質Ｂを用いて、図５に示すコア１０’の温度上昇を測定した。コア１０’の温度上昇は、比較例と同様の方法で測定した。測定結果は温度上昇率ΔＴで示す。比較例、評価例の温度上昇率ΔＴは、コア１００、１０’の材質ごとに、それぞれ比較例の温度上昇を１としたときの比率で表した。
【００４５】
図１２は、比較例及び評価例の温度上昇の測定結果を示す図表である。図１２に示すとおり、材質Ａにおいて、評価例は、比較例に対して温度上昇率ΔＴが０．４３であり、コアの温度上昇を著しく低減できた。また、材質Ｂにおいても、評価例は、比較例に対して温度上昇率ΔＴが０．７８であり、コアの温度上昇を低減できた。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１０’、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１００コア
１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｉ、１０Ｊ、１００Ａコア部材
１１、１１ｃ、１１ｄ、１１１主脚部
１２、１１２コイル
１３磁束
１４梁部
１５側脚部
１６孔

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻き回される焼結体のコアであって、
前記コイルが囲む領域を前記コイルの軸線方向に拡張した範囲で、かつ前記コイルの軸線方向に沿って前記コアを複数に分割する複数のコア部材を備え、
前記複数のコア部材同士は少なくとも１箇所で接触していることを特徴とするコア。
【請求項２】
前記複数のコア部材のうち、少なくとも２つは磁気抵抗的に並列となるように分割されていることを特徴とする請求項１に記載のコア。
【請求項３】
前記焼結体はフェライトであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコア。
【請求項４】
前記複数のコア部材のうち少なくとも１つは放熱用部材又は冷媒に接して設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコア。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のコアを用いたことを特徴とするトランス。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のコアを用いたことを特徴とするチョークコイル。
【請求項７】
請求項５に記載のトランスを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項８】
請求項６に記載のチョークコイルを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。

【図１】