特開 2024-104515 コイル部品支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104515

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】コイル部品支持構造

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/06 20060101AFI20240729BHJP

   H01F 27/30 20060101ALI20240729BHJP

   H01F 37/00 20060101ALI20240729BHJP

   H01F 27/32 20060101ALI20240729BHJP

   H01F 41/12 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

H01F27/06

H01F27/30 160

H01F37/00 G

H01F27/32 140

H01F41/12 A

H01F37/00 J

H01F37/00 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008767

(22)【出願日】2023-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】清水 宣和

(72)【発明者】

【氏名】金子 浩二

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼尾 充良

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 訓

【テーマコード（参考）】

5E043

5E044

5E059

【Ｆターム（参考）】

5E043FA06

5E044BB01

5E044CA03

5E059BB18

5E059BB22

5E059LL12

(57)【要約】

【課題】コストを抑制しながら性能を向上できるコイル部品支持構造を提供する。
【解決手段】コイル部品支持構造１において、コイル部品２が容器３に収容され、樹脂層５が容器３内に充填されて、コイル部品２を覆う。コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間のうち、樹脂層５が配置されている隙間ＧＰ１は、当該樹脂層５によって絶縁性が高められている。一方、容器３内には、樹脂層５の上面５ａと上壁部１８と第２の周壁部１９とで空間ＳＰが形成される。そのため、コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間のうち、樹脂層５が配置されていない箇所は、第２の周壁部１９によって絶縁性が高められている。従って、コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間ＧＰ１，ＧＰ２は、樹脂層５が配置されている箇所にあわせた寸法にすることで樹脂量を抑制しつつ、樹脂層５が配置されていない隙間ＧＰ２でも絶縁性を確保することができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル部品と、
底壁部及び第１の周壁部を有し、前記コイル部品を収容する容器と、
前記容器内に充填されて、前記コイル部品を覆う樹脂層と、
前記コイル部品を上側から覆うキャップ部材と、を備え、
前記キャップ部材は、
前記コイル部品を介して前記底壁部と対向する上壁部と、
前記上壁部から前記底壁部へ向かって延び、前記第１の周壁部と前記コイル部品との間に配置される第２の周壁部と、を有し、
前記容器内には、前記樹脂層の上面と前記上壁部と前記第２の周壁部とで空間が形成される、コイル部品支持構造。

【請求項2】

前記容器の前記第１の周壁部と、前記キャップ部材の前記上壁部とが、互いに嵌合する嵌合構造を備える、請求項１に記載のコイル部品支持構造。

【請求項3】

前記キャップ部材には、前記空間から空気を抜く貫通部が形成されている、請求項１に記載のコイル部品支持構造。

【請求項4】

前記第２の周壁部は、少なくとも前記樹脂層の前記上面と接触する、請求項１に記載のコイル部品支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル部品支持構造に関する。

【背景技術】

【0002】

コイル部品を容器の内部で支持するコイル部品支持構造が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１において、容器の中には樹脂層が形成されている。これにより、容器の周壁部とコイル部品との間には、樹脂が充填されるような構造となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－９２２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような構成を有するコイル部品支持構造では、容器の周壁部とコイル部品との間の隙間に樹脂層が形成されている樹脂絶縁の領域と、樹脂層が形成されていない空間絶縁の領域を有する場合がある。当該構造に対し、空間絶縁の距離を確保できる寸法に設定すると、部品サイズが大型化する事に加えて、樹脂絶縁の領域での樹脂量が多くなりすぎ樹脂材料コストがかかる上に部品重量が重くなるという問題がある。一方、樹脂絶縁の寸法にあわせると、樹脂層が形成されていない空間絶縁の領域において空間絶縁の距離が短くなり、絶縁性能が低下するという問題がある。

【0005】

本発明の一態様は、樹脂量を抑制する事で樹脂材料コスト及び部品重量を抑制しながら、部品サイズのダウンサイジングと絶縁性能の向上を可能とするコイル部品支持構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一つの態様におけるコイル部品支持構造は、コイル部品と、底壁部及び第１の周壁部を有し、コイル部品を収容する容器と、容器内に充填されて、コイル部品を覆う樹脂層と、コイル部品を上側から覆うキャップ部材と、を備え、キャップ部材は、コイル部品を介して底壁部と対向する上壁部と、上壁部から底壁部へ向かって延び、第１の周壁部とコイル部品との間に配置される第２の周壁部と、を有し、容器内には、樹脂層の上面と上壁部と第２の周壁部とで空間が形成される。

【0007】

コイル部品支持構造において、コイル部品が容器に収容され、樹脂層が容器内に充填されて、コイル部品を覆う。コイル部品と第１の周壁部との間の隙間のうち、樹脂層が配置されている箇所は、当該樹脂層によって絶縁性が高められている。一方、容器内には、樹脂層の上面と上壁部と第２の周壁部とで空間が形成される。そのため、コイル部品と第１の周壁部との間の隙間のうち、樹脂層が配置されていない箇所は、第２の周壁部によって絶縁性が高められている。従って、コイル部品と第１の周壁部との間の隙間は、樹脂層が配置されている箇所にあわせた寸法にすることで樹脂量を抑制しつつ、樹脂層が配置されていない箇所でも絶縁性を確保することができる。以上より、樹脂材料コスト及び部品重量を抑制しながらコイル部品支持構造のダウンサイジングと絶縁性能を向上できる。

【0008】

コイル部品支持構造は、容器の第１の周壁部と、キャップ部材の上壁部とが、互いに嵌合する嵌合構造を備えてよい。この場合、コイル部品と容器とを容易に位置決めすることができる。

【0009】

キャップ部材には、空間から空気を抜く貫通部が形成されていてよい。この場合、組立時に容器内の空気を容易に貫通部から抜くことができる。

【0010】

第２の周壁部は、少なくとも樹脂層の上面と接触してよい。この場合、樹脂層が形成されている部分に第２の周壁部が存在しないため、コイル部品と第１の周壁部との間の熱伝導性を向上できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、樹脂量を抑えて、樹脂材料コスト及び部品重量を抑制しながら、ダウンサイジングと絶縁性能を向上できるコイル部品支持構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態におけるコイル部品支持構造１の斜視図である。

【図2】図１のコイル部品支持構造１の展開斜視図である。

【図3】コイル部品及びキャップ部材を下方から見た斜視図である。

【図4】コイル部品支持構造の断面図である。

【図5】変形例に係るコイル部品支持構造の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0014】

まず、図１～図３を参照して、本実施形態におけるコイル部品支持構造１の概略構成を説明する。図１は、本実施形態におけるコイル部品支持構造１の斜視図である。図２は、図１のコイル部品支持構造１の展開斜視図である。図３は、コイル部品及びキャップ部材を下方から見た斜視図である。コイル部品支持構造１の中心線ＣＬを設定する。中心線ＣＬが延びる方向を上下方向とする。なお、ここでの「上」「下」は、説明のために便宜的に設定したものである。コイル部品支持構造１の流通時や使用時においては、コイル部品支持構造１の姿勢は本明細書における「上」「下」に限定されない。例えば、中心線ＣＬが水平になるような姿勢でコイル部品支持構造１が使用されてもよい。

【0015】

コイル部品支持構造１は、コイル部品２と、容器３と、キャップ部材４と、を備える。

【0016】

図３に示すように、コイル部品２は、コア部１１と、コイル部１２Ａ，１２Ｂと、を備える。コア部１１は、中空円柱状のコア部材をボビンで覆うことによって構成される。コア部１１のボビン内部にあるコア部材は、例えば透磁率の高いフェライト、ナノ結晶磁性材料などの金属で形成されている。表面のボビンは、ＰＢＴ（PolyButylene Terephthalate）などの電気絶縁性に優れた絶縁性樹脂材料で形成されている。コア部１１のボビンは、コアを覆う中空円柱状の円環部１１ａと、コイル部１２Ａ，１２Ｂを分離して絶縁を確保する絶縁壁１１ｂと、を備える。

【0017】

コイル部１２Ａ，１２Ｂは、コア部１１のボビンの円環部１１ａに、例えばエナメル被覆処理が施された銅線などの導体を、導体を流れる電流によって生じる磁束がコアを鎖交する様に配置することによって形成される。コイル部１２Ａとコイル部１２Ｂとは、絶縁壁１１ｂによって仕切られている。２つのコイル部１２Ａ，１２Ｂの巻方向は、互いのコイルに流れる電流によって発生する磁束が打ち消される様に互いに反対方向になっている。両コイル部１２Ａ，１２Ｂに通電することで、大きなインダクタンスが得られる。通電により、コイル部１２Ａ，１２Ｂからは、ジュール熱が発生する。各コイル部１２Ａ，１２Ｂへの通電用に４本の端子部１３が設けられている（図１及び図２参照）。例えば二本の端子部１２がコイル部１２Ａへの通電用であり、他の二本の端子部１２がコイル部１２Ｂへの通電用である。

【0018】

図１及び図２に示すように、容器３は、コイル部品２を収容する部材である。容器３の材質は特に限定されないが、例えばアルミダイカストで成形されたアルミ系金属製であってよい。またはコイルが実装される装置自体の外囲を形成するベースプレートの様な構造体上に一体として設けられても良い。容器３は、コイル部品２に発生した熱量の除去に用いられる。容器３は、底壁部１６と、第１の周壁部１７と、を有する。底壁部１６は、コイル部品２の下方において、中心線ＣＬと直交するように平面状に広がる部分である。第１の周壁部１７は、底壁部１６から上方へ延び、中心線ＣＬを中心軸とした円筒状の部分である。第１の周壁部１７は、コイル部品２を外周側から取り囲むように配置される。これにより、コイル部品２は、容器内において、第１の周壁部１７の内周面と底壁部１６の上面によって形成される空間内に収容される。

【0019】

キャップ部材４は、コイル部品２を上側から覆う部材である。キャップ部材４の材質は特に限定されないが、例えばＰＢＴなどの電気絶縁性樹脂材を用いた射出成形により作製されてよい。キャップ部材４は、上壁部１８と、第２の周壁部１９と、を備える。上壁部１８は、コイル部品２を介して底壁部１６と対向する部分である。第２の周壁部１９は、上壁部１８から底壁部１６へ向かって延び、第１の周壁部１７とコイル部品２との間に配置される部分である。上壁部１８は、コイル部品２の上方において、中心線ＣＬと直交するように平面状に広がる円板状の部分である。上壁部１８は、第１の周壁部１７の上端で支持される。コイル部品２の端子部１３は、上壁部１８を貫通して上方へ延びる。第２の周壁部１９は、上壁部１８から下方へ延び、中心線ＣＬを中心軸とした円筒状の部分である。第２の周壁部１９は、コイル部品２を外周側から取り囲むように配置される。これにより、コイル部品２は、第２の周壁部１９の内周面と上壁部１８の下面によって形成される空間内にてキャップ部材４で覆われる。

【0020】

コイル部品支持構造１は、容器３の第１の周壁部１７と、キャップ部材４の上壁部１８とが、互いに嵌合する嵌合構造２０を備える。嵌合構造２０は、突起部２１と、突起部２１が嵌合する溝部２２と、を有する。本実施形態では、突起部２１は、上壁部１８の外周縁部から下方へ突出するように設けられる。溝部２２は、第１の周壁部１７の上端部に設けられる。なお、本実施形態では、１８０°のピッチで二つの嵌合構造２０が設けられているが、一つであっても三つ以上であってもよい。

【0021】

キャップ部材４には、空間ＳＰ（図４参照）から空気を抜く貫通部２３が形成されている。貫通部２３は、上壁部１８の中央位置付近において、上下方向に貫通している。これにより、貫通部２３は、キャップ部材４内の空間ＳＰと外部とを連通させることができる。

【0022】

次に、図４を参照して、コイル部品支持構造１の各部品の位置関係についてより詳細に説明する。

【0023】

図４に示すように、コイル部品２のコイル部１２Ａ，１２Ｂの下端部は、底壁部１６の上面から寸法Ｈ１だけ上方へ離間した位置に配置されている。コイル部品２のコイル部１２Ａ，１２Ｂの上端部は、第１の周壁部１７の上端よりも高い位置に配置されている。なお、第１の周壁部１７の高さは寸法Ｈ３である。第２の周壁部１９の下端部１９ａは、底壁部１６の上面から寸法Ｈ２だけ上方へ離間した位置に配置されている。また、第２の周壁部１９の下端部１９ａは、第１の周壁部１７の上端部よりも低い位置に配置されている。各寸法は特に限定されないが、コイル部品２及び容器３及びキャップ部材４の各部品寸法及び組付けバラツキと、必要とされる絶縁耐量から決定される絶縁距離と、後述の放熱のために必要な樹脂充填量（高さ）と、その樹脂充填量（高さ）のバラツキを考慮して決定される。例えば寸法Ｈ１はコイル部品の高さ寸法に対して１０％程度であってよく、寸法Ｈ２は５０％程度であってよく、寸法Ｈ３は１００％程度であってよい。

【0024】

コイル部品支持構造１は、容器３内に充填されて、コイル部品２を覆う樹脂層５を備える。樹脂層５は、ポッティングした樹脂の充填材が硬化することで形成されたものであってよい。例えば容器３内に樹脂層５となる充填材を注入し、充填材が硬化する前に、容器３内に図３に示すモジュールを挿入する。それにより、容器３内の空隙部、つまりコイル部品２、及びキャップ部材４の何れも存在しない空間に樹脂層５となる充填材が充填される。この結果、コイル部品２及びキャップ部材４によるモジュールは、樹脂層５により固定されると共に、コイル部品２から容器３へ、樹脂層５を介した熱伝達が可能となる。樹脂層５となる充填材としては、例えば流動性、絶縁性、及び熱伝導性に優れたシリコーン系のポッティング樹脂材が挙げられる。樹脂層５の上面５ａと上壁部１８とが上下方向に離間することで、容器３内に空間ＳＰが形成される。なお、図４において、樹脂層５の上面５ａは、ポッティング充填量の公差の範囲の上下限における下限位置に配置されている。下限値においては、第２の周壁部１９は、少なくとも樹脂層５の上面５ａと接触している（又は埋設している）ことが必要である。上限位置ＵＬを仮想線で示す。

【0025】

上述のような構成により、第１の周壁部１７の内周側の領域は、樹脂層５が充填された第１の領域Ｅ１と、樹脂層５の上面５ａの上側の第２の領域Ｅ２と、を有する。第２の領域Ｅ２は、空間ＳＰの一部を含む。空間ＳＰの下面と第２の領域Ｅ２の下面（第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２の境界面）は一致する。本実施形態では、第１の周壁部１７の内周面は上下方向に真っ直ぐに延びる面である。コイル部品２のコイル部１２Ａ、１２Ｂの外周面も上下方向に真っ直ぐに延びる面である。従って、第１の領域Ｅ１におけるコイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間ＧＰ１の寸法Ｌ１と、第２の領域Ｅ２におけるコイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間ＧＰ２の寸法Ｌ２とは、同じになる。第１の領域Ｅ１における隙間ＧＰ１には樹脂層５が存在する。第２の領域Ｅ２における隙間ＧＰ２には樹脂層が存在しない。これらの寸法Ｌ１，Ｌ２が、各隙間ＧＰ１，ＧＰ２における絶縁距離となる。なお、絶縁距離には、空間距離、及び沿面距離が存在する。電気的絶縁を確保するためには、空間距離、及び沿面距離を共に確保する必要がある。ここでは、特に断らない限り、絶縁距離とは、空間距離、及び沿面距離のなかで電気的絶縁の確保にとってより重要となる方を指す意味で用いる。寸法Ｌ１，Ｌ２は特に限定されず、例えばＭｉｎ．１．５ｍｍ等の最小値で規定されてよい。

【0026】

これに対し、容器３内には、樹脂層５の上面５ａと上壁部１８と第２の周壁部１９とで空間ＳＰが形成される。また、第２の周壁部１９は、第２の領域Ｅ２において、コイル部品２と第１の周壁部１７との間に介在するように配置される。第２の周壁部１９は、少なくとも樹脂層５の上面５ａと接触する。すなわち、第２の周壁部１９の下端部１９ａは、樹脂層５内に埋設されるか、上面５ａと同位置に配置される。本実施形態では、第２の周壁部１９の下端部１９ａは、上面５ａと同位置に配置される。これにより、第２の領域Ｅ２では、隙間ＧＰ２の上下方向における全域に、第２の周壁部１９が配置される。

【0027】

次に、本実施形態に係るコイル部品支持構造１の作用・効果について説明する。

【0028】

まず、比較例に係るコイル部品支持構造について説明する。比較例１として、図４の構造から第２の周壁部１９を省略した構造を挙げる。当該構造では、樹脂層５が配置されていない第２の領域Ｅ２における絶縁性を確保するために寸法Ｌ１，Ｌ２を大きくする（例えば２．５ｍｍ）必要がある。この場合、容器３のサイズが大きくなり、樹脂層５の樹脂の厚みが増えるため熱抵抗が大きくなり、同時に樹脂量も増えるためコストアップ及び部品重量も増大する。

【0029】

比較例２として、図４の構造から第２の周壁部１９を省略し、第２の領域Ｅ２における第１の周壁部１７を部分的に省略した構造を挙げる。当該構造では、第２の領域Ｅ２においてコイル部品２と第１の周壁部１７が対向しないため、寸法Ｌ１を樹脂層５が配置されている箇所に合わせた寸法（例えば１．５ｍｍ）にすることができる。しかし、当該構造では、製造時に樹脂層５の充填材が第１の周壁部１７からあふれ出てしまうという問題がある。また、この場合、樹脂層５の上面５ａの幅が絶縁距離（＝空間距離≒沿面距離）となる。よって比較例１と同様に絶縁性を確保するために寸法Ｌ１，Ｌ２を大きくする（例えば２．５ｍｍ）必要がある。

【0030】

比較例３として、図４の構造から第２の周壁部１９を省略し、第１の領域Ｅ１の寸法Ｌ１を狭くして（例えば１．５ｍｍ）、第２の領域Ｅ２の寸法Ｌ２を広くする（例えば２．５ｍｍ）構造を挙げる。当該構造では、容器３のサイズを大きい方の寸法Ｌ２に合わせて大きく設計する必要があるため、部品が大型化するという問題がある。

【0031】

比較例４として、比較例１として、図４の構造から第２の周壁部１９を省略し、コイル部品２を絶縁テープで巻いた構造を挙げる。当該構造では、寸法Ｌ１，Ｌ２を狭くする（例えば１．５ｍｍ）ことができるが、絶縁テープの熱抵抗が大きいため放熱の効果が低下する、結果としてコイルの温度が十分に下げる事が出来ない問題があり、また、絶縁テープの材料コスト及び絶縁テープを巻いて固定する作業コストがアップするという問題がある。

【0032】

これに対し、本実施形態に係るコイル部品支持構造１において、コイル部品２が容器３に収容され、樹脂層５が容器３内に充填されて、コイル部品２を覆う。コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間のうち、樹脂層５が配置されている隙間ＧＰ１は、当該樹脂層５によって絶縁性が高められている。一方、容器３内には、樹脂層５の上面５ａと上壁部１８と第２の周壁部１９とで空間ＳＰが形成される。そのため、コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間のうち、樹脂層５が配置されていない箇所は、第２の周壁部１９によって絶縁性が高められている。従って、コイル部品２と第１の周壁部１７との間の隙間ＧＰ１，ＧＰ２は、樹脂層５が配置されている箇所にあわせた寸法にすることで樹脂量を抑制しつつ、樹脂層５が配置されていない隙間ＧＰ２でも絶縁性を確保することができる。以上より、必要な放熱効果を確保可能な範囲で樹脂量を抑えて、樹脂材料コスト及び部品重量を抑制しながらコイル部品支持構造１のダウンサイジングと絶縁性能を向上できる。

【0033】

コイル部品支持構造１は、容器３の第１の周壁部１７と、キャップ部材４の上壁部１８とが、互いに嵌合する嵌合構造２０を備えてよい。この場合、コイル部品２と容器３とを容易に位置決めすることができる。

【0034】

キャップ部材４には、空間ＳＰから空気を抜く貫通部２３が形成されていてよい。この場合、組立時に容器３内の空気を容易に貫通部２３から抜くことができる。

【0035】

第２の周壁部１９は、少なくとも樹脂層５の上面５ａと接触してよい。この場合、樹脂層５が形成されている部分に第２の周壁部１９が存在しないため、コイル部品２と第１の周壁部１７との間の熱伝導性を向上できる。

【0036】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0037】

例えば、コイル部品支持構造の各部品の形状や大きさは特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、コイル部品の形状は適宜変更してよいし、容器の形状は円形に限定されず多角形の形状を含めて適宜変更してよい。

【0038】

例えば、図５に示すように、第２の周壁部１９の下端部１９ａと樹脂層５の上面５ａとの間には重なり部ＯＶがある条件で、上下方向の僅かな隙間が形成されてもよい。例えば、下端部１９ａ及び上面５ａに製造上避けられない凹凸や気泡や表面張力などが生じた場合、隙間が生じることもある。なお、図５（ａ）に示すように、下端部１９ａが上面５ａの一部と接触してもよいし、図５（ｂ）に示すように、重なり部ＯＶがある条件で下端部１９ａが上面５ａとが非接触となっていてもよい。

【0039】

［形態１］
コイル部品と、
底壁部及び第１の周壁部を有し、前記コイル部品を収容する容器と、
前記容器内に充填されて、前記コイル部品を覆う樹脂層と、
前記コイル部品を上側から覆うキャップ部材と、を備え、
前記キャップ部材は、
前記コイル部品を介して前記底壁部と対向する上壁部と、
前記上壁部から底壁部へ向かって延び、前記第１の周壁部と前記コイル部品との間に配置される第２の周壁部と、を有し、
前記容器内には、前記樹脂層の上面と前記上壁部と前記第２の周壁部とで空間が形成される、コイル部品支持構造。
［形態２］
前記容器の前記第１の周壁部と、前記キャップ部材の前記上壁部とが、互いに嵌合する嵌合構造を備える、形態１に記載のコイル部品支持構造。
［形態３］
前記キャップ部材には、前記空間から空気を抜く貫通部が形成されている、形態１又は２に記載のコイル部品支持構造。
［形態４］
前記第２の周壁部は、少なくとも前記樹脂層の前記上面と接触する、形態１～３の何れか一項に記載のコイル部品支持構造。

【符号の説明】

【0040】

１…コイル部品支持構造、２…コイル部品、３…容器、４…キャップ部材、５…樹脂層、１６…底壁部、１７…第１の周壁部、１８…上壁部、１９…第２の周壁部、２０…嵌合構造、２３…貫通部、ＳＰ…空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】