特許 7320748 コア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-27

(45)【発行日】2023-08-04

(54)【発明の名称】コア

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/24 20060101AFI20230728BHJP

【ＦＩ】

H01F27/24 J

H01F27/24 P

H01F27/24 Q

H01F27/24 H

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019115485

(22)【出願日】2019-06-21

(65)【公開番号】P2021002585

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2022-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳本 舎那

(72)【発明者】

【氏名】望月 賢人

【審査官】井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５８６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８９８４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０３３３０９８０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開平０５－１５９９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７３９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５０５１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０３５９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２５２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８９７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４１９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３８７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４７２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１７０５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１９７１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線が巻回される巻回部と、
第１壁部と、前記第１壁部とは離間し、第１方向において前記第１壁部に対向して配置される第２壁部と、前記第１壁部に接触するように配置される第３壁部と、前記第３壁部とは離間し、前記第１方向とは異なる第２方向において前記第３壁部に対向して配置される第４壁部を有し、前記巻回部の周囲を囲む壁部と、
を備え、
前記第１壁部と前記第２壁部は別部材で構成され、前記第３壁部と前記第４壁部は別部材で構成され、
前記第２壁部は、外部の冷却部によって冷却され、
前記巻回部は、前記第１壁部、前記第３壁部および前記第４壁部とは離間しており、前記第２壁部と一体に構成され、
前記第２壁部は、前記第３壁部および前記第４壁部とは別部材で構成され、
前記第２壁部と前記第３壁部との接点、および、前記第２壁部と前記第４壁部との接点は、前記第１方向における前記巻回部の範囲内に位置され、
コアを冷却する前記冷却部と前記第１壁部との距離は、前記冷却部と前記第２壁部との距離よりも大きい、
コア。

【請求項2】

前記第１壁部、前記第２壁部、前記第３壁部、および、前記第４壁部は、前記壁部の熱膨張によって移動可能に構成されている、
請求項１に記載のコア。

【請求項3】

前記第３壁部は、前記第１壁部および前記第２壁部とは別部材で構成され、
前記第４壁部は、前記第１壁部および前記第２壁部とは別部材で構成されている、
請求項１または請求項２に記載のコア。

【請求項4】

前記巻回部は、前記壁部とは別部材で構成されている、
請求項１～３の何れか１項に記載のコア。

【請求項5】

前記巻回部および前記壁部は、ポッティング材によって固定されている、
請求項１～４の何れか１項に記載のコア。

【請求項6】

前記第１壁部と前記第３壁部とは一体に構成されている、
請求項１に記載のコア。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コアに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力変換装置等に設けられるトランスでは、Ｅ字状またはＵ字状のコアを２つ結合して用いられることが一般的に知られている。例えば、Ｅ字状のコアの場合、１つのコアは、所定方向に延びる本体部と、所定方向と直交する方向に本体部から延びる３つの脚部を有するが、トランスでは、２つのコアの脚部同士を対向配置させた状態で２つのコアが用いられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、Ｅ字状のコアとＩ字状のコアとが結合された構成が開示されている。この構成では、各構成部品が、それぞれの相対位置を維持するべく固着されている。また、トランスにおいて、各コアの脚部間にギャップが設けられる場合、ギャップ長を正確にするため、Ｅ字状のコアが用いられることが主流となっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１４３４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

これらのコアは、装置の動作中に発熱するため、装置内に設けられる冷却部によって冷却されるが、コアの全部分を均等に冷却することが困難であるので、冷却部に冷却される部分と、それ以外の部分とで温度勾配が発生する。その結果、コアにおける発熱に起因してコアに応力がかかり、ひいてはコアの損失が増大する。コアの損失が増大すると、その損失によって温度勾配がさらに大きくなり、コアの損失がさらに増大する。

【0006】

また、Ｅ字状のコア等、複数の脚部を有するコアである場合、温度勾配がさらに大きくなって脚部間にさらなる応力がかかると、当該応力によりコアが破損してしまうおそれがあった。特に、特許文献１に記載の構成のように、各構成部品が、それぞれの相対位置を維持するべく固着されている構成であると、各構成部品の接点部分が完全に固着された状態であるため、接点部分以外の部分が破損してしまうおそれがあった。

【0007】

本開示の目的は、自身にかかる応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することが可能なコアを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係るコアは、
巻線が巻回される巻回部と、
第１壁部と、前記第１壁部とは離間し、第１方向において前記第１壁部に対向して配置される第２壁部と、前記第１壁部に接触するように配置される第３壁部と、前記第３壁部とは離間し、前記第１方向とは異なる第２方向において前記第３壁部に対向して配置される第４壁部を有し、前記巻回部の周囲を囲む壁部と、
を備え、
前記第１壁部と前記第２壁部は別部材で構成され、前記第３壁部と前記第４壁部は別部材で構成され、
前記第２壁部は、外部の冷却部によって冷却され、
前記巻回部は、前記第１壁部、前記第３壁部および前記第４壁部とは離間しており、前記第２壁部と一体に構成され、
前記第２壁部は、前記第３壁部および前記第４壁部とは別部材で構成され、
前記第２壁部と前記第３壁部との接点、および、前記第２壁部と前記第４壁部との接点は、前記第１方向における前記巻回部の範囲内に位置され、
コアを冷却する外部の冷却部と前記第１壁部との距離は、前記冷却部と前記第２壁部との距離よりも大きい。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、自身にかかる応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施の形態に係るコアを示す図である。

【図2】コアにおけるポッティング材が充填された状態を示す図である。

【図3】コアにおける作用効果を説明するための図である。

【図4】Ｅ字状のコアにおいて発生する問題を説明するための図である。

【図5】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図6】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図7】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図8】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図9】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図10】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【図11】変形例にかかるコアの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係るコア１を示す図である。

【0012】

図１に示すように、コア１は、例えば電源装置等の電力変換装置に設けられるトランスに用いられる鉄心等の磁性体であり、巻回部２と、壁部３とを有する。巻回部２および壁部３は、互いに別部材で構成されている。

【0013】

巻回部２は、巻線（不図示）に巻回される部分であり、上下方向に延びている。上下方向は、本開示の「第１方向」に対応する。

【0014】

巻回部２の下端部の端面は、壁部３における後述する第２壁部３２の上面に接触している。巻回部２の上端部は、壁部３における後述する第１壁部３１の下面とは離間して配置されている。

【0015】

壁部３は、巻回部２を取り囲んでおり、矩形状に構成されている。壁部３は、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４を有する。第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４のそれぞれは、別部材である板状部材で構成されている。

【0016】

第１壁部３１および第２壁部３２は、左右方向に延びており、上下方向において巻回部２を挟むように配置されている。左右方向は、本開示の「第２方向」に対応する。

【0017】

第１壁部３１は、巻回部２の上端部側に配置されている。第２壁部３２は、巻回部２の下端部側に配置されている。

【0018】

第３壁部３３および第４壁部３４は、上下方向に延びており、左右方向において巻回部２を挟むように配置されている。第３壁部３３および第４壁部３４は、上下方向において第１壁部３１と第２壁部３２との間に配置されている。

【0019】

第３壁部３３は、巻回部２の右方に配置されており、第４壁部３４は、巻回部２の左方に配置されている。

【0020】

第３壁部３３の上端部の端面は、第１壁部３１の右端部における下面と接触している。第３壁部３３の下端部の端面は、第２壁部３２の右端部における上面と接触している。

【0021】

第４壁部３４の上端部の端面は、第１壁部３１の左端部における下面と接触している。第４壁部３４の下端部の端面は、第２壁部３２の左端部における上面と接触している。

【0022】

また、図２に示すように、巻回部２および壁部３は、ポッティング材４によって固定されている。ポッティング材４は、壁部３の内部に巻回部２および巻線とともに充填される。

【0023】

また、第２壁部３２は、電力変換装置等の外部の装置に設けられる冷却部と接触する部分である。別の言い方をすると、第２壁部３２は、外部の冷却部に冷却される被冷却部分である。また、巻回部２は、被冷却部分側の端部が壁部３に接触配置され、被冷却部分とは反対側の端部が壁部３と離間して配置されている。

【0024】

以上のように構成された本実施の形態に係るコア１の作用効果について説明する。

【0025】

コア１は、搭載される装置の動作中において発熱する。本実施の形態の場合、第２壁部３２が被冷却部分であるので、第２壁部３２の部分で冷却されることにより、コア１が冷却される。しかしながら、コア１における第２壁部３２以外の部分については、冷却部に接触していないので、コア１全体が均等に冷却されない。そのため、第２壁部３２と、それ以外の部分とで温度勾配が生じる。

【0026】

このような温度勾配が生じると、ポッティング材４の熱膨張により、コア１の各部に対して応力がかかる。また、壁部３自身の熱膨張によっても、コア１の各部に対して応力がかかる。例えば、図３に示すように、第３壁部３３や第４壁部３４の部分では、外側に広がろうとする応力Ｎが壁部３の内側からかかる。なお、図３では、一例として第３壁部３３および第４壁部３４の部分にかかる応力Ｎのみを示しており、第１壁部３１および第２壁部３２にかかる応力については図示を省略している。

【0027】

このような応力Ｎがかかると、巻線により発生している磁場に影響を与えてしまい、コア１における損失が増大する。コア１の損失が増大すると、その損失によって発熱量が増大して温度勾配がさらに大きくなり、応力がさらに増大し、ひいてはコア１の損失がさらに増大する。

【0028】

ここで、例えば、図４に示すように、本体部Ａ１と、本体部Ａ１の異なる部位から上下方向に延びる３つの脚部Ａ２，Ａ３，Ａ４を有するようなＥ字状のコアＡを含む構成の場合、本体部Ａ１と各脚部間や、異なる２つの脚部間で応力Ｎがかかり合うこととなる。

【0029】

このような構成の場合、発熱量、応力、損失が増大し続けていき、最終的にはコアＡが破損するという問題が生じる。

【0030】

それに対し、図３に示すように、本実施の形態では、壁部３における各部が別部材である。言い換えると、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４が、壁部３の熱膨張によって移動可能に構成されている。

【0031】

そのため、各部が自身にかかる応力の方向に沿ってスライドするので（矢印Ｘ１，Ｘ２参照）、各部が互いにかかる応力を逃がすことができる。その結果、応力の影響を低減することができるので、当該応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【0032】

また、巻回部２が壁部３と別部材で構成されているので、巻回部２と壁部３の各部が、それぞれにかかる応力の方向にスライドすることで、当該応力を逃がすことができる。その結果、応力の影響を低減することができ、ひいては応力に起因したさらなる発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【0033】

また、発熱量の増大および損失の増大を低減することにより、これらに起因した応力の増大を抑制することができるので、当該応力の増大によってコア１が破損することを抑制することができる。

【0034】

また、第２壁部３２が被冷却部分であるので、巻回部２と第１壁部３１との間隔が冷却部とは反対側に位置することとなる。巻回部２と第１壁部３１とが接触していると、巻回部２で発生した熱が第１壁部３１に伝わる。第１壁部３１は、被冷却部分である第２壁部３２とは反対側に位置することから、冷却されにくいので、巻回部２と接触していると、コア１全体の冷却効率が悪化する。

【0035】

しかし、本実施の形態では、巻回部２と第１壁部３１との間隔によって、巻回部２で発生した熱が第１壁部３１に伝わり難くなる。その結果、コア１全体の冷却効率が悪化することを抑制することができ、ひいてはコア１における冷却性能を向上させることができる。

【0036】

また、ポッティング材４により、巻回部２および壁部３が固定されているので、巻回部２と壁部３とを容易に固定することができる。また、ポッティング材４により、巻線も固定するので、例えばボビンなどを設ける必要がなくなる。その結果、コア１における部品点数を削減することができる。

【0037】

なお、上記実施の形態では、第３壁部３３が第１壁部３１の下面および第２壁部３２の上面に接触していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、第３壁部３３が第１壁部３１の右端部の端面および第２壁部３２の右端部の端面に接触していても良い。

【0038】

また、上記実施の形態では、第４壁部３４が第１壁部３１の下面および第２壁部３２の上面に接触していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、第４壁部３４が第１壁部３１の左端部の端面および第２壁部３２の左端部の端面に接触していても良い。

【0039】

また、上記実施の形態では、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４の各側面形状が矩形状であったが、本開示はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４の各側面形状が台形状であっても良い。

【0040】

また、上記実施の形態では、壁部３が第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４の４つに分割されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、壁部が第５壁部５および第６壁部６を有する構成であっても良い。

【0041】

第５壁部５は、第１延出部５１と、第２延出部５２とを有する。第１延出部５１は、左右方向に延びており、巻回部２の上方に配置される。第２延出部５２は、第１延出部５１の右端部から下方向に延びており、巻回部２の右方に配置される。第１延出部５１は、本開示の「第１壁部」に対応する。第２延出部５２は、本開示の「第３壁部」に対応する。

【0042】

第６壁部６は、第５壁部５と同様に、第１延出部６１と、第２延出部６２とを有する。第１延出部６１は、左右方向に延びており、巻回部２の下方に配置される。第２延出部６２は、第１延出部６１の左端部から上方向に延びており、巻回部２の左方に配置される。第１延出部６１は、本開示の「第２壁部」に対応する。第２延出部６２は、本開示の「第４壁部」に対応する。つまり、上記実施の形態において、第１壁部３１と第３壁部３３、および、第２壁部３２と第４壁部３４をそれぞれ一体に構成しＬ字型に形成してもよい。コアをＬ字型にすることで、自身にかかる応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【0043】

詳述すると、第５壁部５の第２延出部５２は、第６壁部６の第１延出部６１の右端部の上面に接触する。第６壁部６の第２延出部６２は、第５壁部５の第１延出部５１の左端部の下面に接触する。巻回部２は、第６壁部６の第１延出部６１の上面に配置される。第５壁部５と第６壁部６とで囲まれた空間にポッティング材４が充填される。

【0044】

このような構成では、例えば、第５壁部５の内側から、右方向に向かう応力がかかった場合、第５壁部５が、その応力に沿って右側にスライドする。また、例えば、第６壁部６の内側から、左方向に向かう応力がかかった場合、第６壁部６が、その応力に沿って左側にスライドする。

【0045】

すなわち、このような構成であっても、応力の影響を低減することができ、ひいては応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【0046】

また、第５壁部５および第６壁部６の何れか一方が壁部に含まれていても良い。例えば、図８に示すように、壁部が、図１等に示す構成における第１壁部３１および第３壁部３３と、図７に示す第６壁部６とを有する構成であっても良い。つまり、上記実施の形態において、第１壁部３１と第３壁部３３、または、第２壁部３２と第４壁部３４を一体に構成しどちらか一方をＬ字型に形成してもよい。図８には、第２壁部３２と第４壁部３４を一体に構成したコアが示されている。

【0047】

ただし、第５壁部５または第６壁部６は、第１延出部と第２延出部とが接続された構成であるので、第１延出部と第２延出部との間で応力がかかり合う場合がある。そのため、可能な限り、図１等に示す構成のように、壁部の辺毎に分割された構成であることが好ましい。

【0048】

また、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４の少なくとも１つが、さらに複数に分割された構成であっても良い。この場合、第１壁部３１、第２壁部３２、第３壁部３３および第４壁部３４における複数に分割された部分が、直線形状でなくても良い。

【0049】

また、上記実施の形態では、巻回部２と、壁部３とが別部材で構成されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、巻回部と壁部とが一体に構成されていても良い。

【0050】

この構成における壁部３の第２壁部３２は、巻回部３２Ａを有する。巻回部３２Ａは、第２壁部３２の上面における左右方向の中央部から上方向に延びている。巻回部３２Ａの上端部は、第１壁部３１と離間している。

【0051】

このような構成であっても、応力の影響を低減することができ、ひいては応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することができる。

【0052】

ところで、この構成では、巻回部３２Ａが第２壁部３２と一体に構成されているので、ポッティング材４の膨張に基づく応力が巻回部３２Ａにもかかる。そのため、巻回部３２Ａと、第３壁部３３および第４壁部３４とで挟まれた範囲において、可能な限りコア１全体にかかる応力を逃がすことが可能な構成であることが好ましい。

【0053】

具体的には、第２壁部３２と、第３壁部３３および第４壁部３４との各接点が、上下方向における巻回部３２Ａの範囲内に位置することが好ましく、当該接点が、巻回部３２Ａの基端部と上下方向において同じ位置であることがさらに好ましい。図９に示す構成の場合巻回部３２Ａの基端部は、巻回部３２Ａの下端部であり、第２壁部３２と、第３壁部３３および第４壁部３４との各接点と、上下方向において同じ位置である。

【0054】

これにより、巻回部３２Ａと、第３壁部３３および第４壁部３４とで挟まれた範囲において、第３壁部３３および第４壁部３４が移動可能となるので、応力を逃がしやすくすることができる。

【0055】

また、図１０に示すように、第１壁部３１が巻回部３１Ａを有していても良い。この構成では、第１壁部３１が巻回部３１Ａを有し、第２壁部３２が巻回部３２Ａを有する。巻回部３１Ａは、第１壁部３１の下面から下方向に延びており、第２壁部３２の巻回部３２Ａと対向している。第２壁部３２の巻回部３２Ａは、図９に示す構成よりも、長さが短くなっている。

【0056】

また、上記実施の形態では、巻回部と壁部とがポッティング材により固定されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、各部の接点が接着剤７によって固着されることで、各部が固定されていても良い。

【0057】

ただし、コア１が、装置の動作中に発熱した際、接着剤７自身が軟化することにより固着状態が解除されるような融点（軟化点）を有する接着剤である必要がある。そうでないと、各部に応力がかかって壁部３が熱膨張した際、各部が移動可能とならないので、応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減できなくなるからである。

【0058】

また、トランスが搭載される装置がポッティング材や接着剤等によってコアを固着する必要がないものである場合、クリップ等の固定部材によって壁部の各部が固定されていても良い。ただし、壁部が熱膨張した際、各部が移動可能となる程度の固定力である固定部材である必要がある。

【0059】

また、上記実施の形態では、壁部３が矩形状であったが、本開示はこれに限定されず、矩形状以外の形状であっても良い。

【0060】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本開示のコアは、自身にかかる応力に起因した発熱量の増大および損失の増大を低減することが可能なコアとして有用である。

【符号の説明】

【0062】

１ コア
２ 巻回部
３ 壁部
４ ポッティング材
３１ 第１壁部
３２ 第２壁部
３３ 第３壁部
３４ 第４壁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】