JP4855227B2 - Choke coil unit and power device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、数十A以上の大電流パワー機器に用いられるチョークコイル、およびこれを用いたパワー機器に関する。 The present invention relates to a choke coil used for a high-current power device of several tens of A or more, and a power device using the same.
一般に、数十A以上の大電流のパワー機器においては、電源平滑用やノイズフィルタ用等の用途にチョークコイルが使用されている。このチョークコイルとしては、従来、線径の大きい断面円形の電線や平角電線が用いられている。例えば、特許文献1記載の従来技術のチョークコイルでは、平角電線をめがね形に積層し巻回した構成のものが提案されている。
Generally, in a power device with a large current of several tens of A or more, a choke coil is used for applications such as power source smoothing and noise filter. As the choke coil, conventionally, a cross-section circular electric wire or a rectangular electric wire having a large wire diameter is used. For example, a choke coil according to the prior art described in
ところで、大電流を許容するために平角電線を巻回したチョークコイルは、大型かつ大重量である。そのため、輸送時等の振動により、チョークコイルと他部品を接続する端子部のゆるみが生じ易い。また、平角電線を積層して巻回しているため、平角電線の発熱を放熱するのが難しい。その対策として、チョークコイルの温度上昇を抑えるために断面積の大きい平角電線を用いると、さらに大型かつ大重量となってしまうという不具合がある。 By the way, a choke coil wound with a flat wire to allow a large current is large and heavy. For this reason, the terminal portion connecting the choke coil and other components is likely to be loosened due to vibration during transportation or the like. Moreover, since the flat electric wires are laminated and wound, it is difficult to dissipate heat generated by the flat electric wires. As a countermeasure, if a rectangular electric wire with a large cross-sectional area is used to suppress the temperature rise of the choke coil, there is a problem that it becomes larger and heavier.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、耐振動性が高く、かつ発熱の分散と放熱性に優れており、しかも線径の細い低コストな電線を用いることができるチョークコイルユニット、およびこれを用いたパワー機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and has a high vibration resistance, excellent heat dispersion and heat dissipation, and can use a low-cost electric wire with a thin wire diameter. It aims at providing a coil unit and a power apparatus using the same.
上記の目的を達成するために、第1の発明に係るチョークコイルユニットは、リング状の磁性体コアに電線を巻回してなる複数個のチョークコイルと、これらのチョークコイルが実装されるプリント基板と、上記各チョークコイルおよび上記プリント基板を覆う風路機構とを備え、上記各チョークコイルは、上記プリント基板上に三角格子状に配置されており、かつ、上記各チョークコイルと上記プリント基板は接着剤で接着固定され、上記接着剤で接着固定する位置は、上記チョークコイルと上記プリント基板の間を上記風路機構の入口から出口に向かって流れる風を上記チョークコイルの中心部方向へ導くように、上記風路機構の出口側としたことを特徴としている。
また、第2の発明に係るチョークコイルユニットは、リング状の磁性体コアに電線を巻回してなる複数個のチョークコイルと、これらのチョークコイルが実装されるプリント基板と、上記各チョークコイルおよび上記プリント基板を覆う風路機構とを備え、上記各チョークコイルは、上記プリント基板上に三角格子状に配置されており、かつ、上記各チョークコイルと上記プリント基板は接着剤で接着固定され、上記風路機構は風路ガイドケースからなり、この風路ガイドケースは上記プリント基板上に立設された複数の支柱により支持され、上記各支柱は、上記三角格子状に配置された隣り合う三つのチョークコイルの中心が形成する正三角形の重心になる位置に設けられていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a choke coil unit according to a first invention includes a plurality of choke coils formed by winding an electric wire around a ring-shaped magnetic core, and a printed circuit board on which these choke coils are mounted. And an air path mechanism that covers each of the choke coils and the printed circuit board, the choke coils are arranged in a triangular lattice pattern on the printed circuit board, and the choke coils and the printed circuit board are The position where the adhesive is fixed by adhesive and the adhesive is fixed by the adhesive guides the wind flowing between the choke coil and the printed circuit board from the inlet to the outlet of the air passage mechanism toward the center of the choke coil. As described above, the air passage mechanism is characterized by being on the exit side .
The choke coil unit according to the second invention includes a plurality of choke coils formed by winding an electric wire around a ring-shaped magnetic core, a printed circuit board on which these choke coils are mounted, each of the choke coils, An air passage mechanism that covers the printed circuit board, the choke coils are arranged in a triangular lattice pattern on the printed circuit board, and the choke coils and the printed circuit board are bonded and fixed with an adhesive, The air path mechanism is composed of an air path guide case, and the air path guide case is supported by a plurality of pillars erected on the printed circuit board, and each of the pillars is arranged in three adjacent triangular lattices. It is characterized in that it is provided at a position that becomes the center of gravity of an equilateral triangle formed by the centers of two choke coils.
第1の発明によれば、チョークコイルを三角格子状に配置して実装したことによる重量の分散と振動防止部材としての接着剤の振動吸収効果により耐振動性が向上する。また、チョークコイルは、風路機構で覆われており、かつ、接着剤が壁の役目を果たすので、チョークコイルに風が当たる。これにより、発熱の分散と放熱性が向上するため、線径の細い電線を用いた低コストのチョークコイルユニットを提供することが可能となる。
また、第2の発明によれば、上記風路機構を構成する風路ガイドケースを支持する各支柱は、上記三角格子状に配置された隣り合う三つのチョークコイルの中心が形成する正三角形の重心になる位置に設けられているので、重量の分散と振動応力の吸収効果による耐振動性の向上が実現される。また、風の流れの淀みが無くなりさらに冷却性が向上する。
According to the first invention, the vibration resistance is improved by the dispersion of weight and the vibration absorbing effect of the adhesive as the vibration preventing member due to the arrangement of the choke coils arranged in a triangular lattice shape. In addition, the choke coil is covered with an air path mechanism, and the adhesive acts as a wall, so that the wind strikes the choke coil. Thereby, since dispersion | distribution of heat_generation | fever and heat dissipation improve, it becomes possible to provide the low-cost choke coil unit using an electric wire with a thin wire diameter.
Further, according to the second invention, each support column supporting the air path guide case constituting the air path mechanism is an equilateral triangle formed by the centers of three adjacent choke coils arranged in the triangular lattice shape. Since it is provided at the position where it becomes the center of gravity, it is possible to improve the vibration resistance by dispersing the weight and absorbing the vibration stress. Further, the stagnation of the wind flow is eliminated and the cooling performance is further improved.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1におけるチョークコイルユニットの一部を省略して示す平面図、図2は同チョークコイルユニットの一部を示す側面図、図3は同チョークコイルユニットの電気的な等価回路図である。
FIG. 1 is a plan view showing a portion of the choke coil unit omitted in
この実施の形態1のチョークコイルユニットは、複数個(本例では6個)のチョークコイル1と、これらのチョークコイル1が実装されるプリント基板2と、各チョークコイル1およびプリント基板2を覆う風路機構としての風路ガイドケース3とを備える。
The choke coil unit according to the first embodiment covers a plurality of (six in this example)
上記の各チョークコイル1は、リング状の磁性体コア5に断面が円形で線径の細い銅線等からなる電線6を巻回して構成されており、これらの各チョークコイル1が、プリント基板2上に磁性体コア5の軸心が当該基板2と直交した状態で、かつ平面視で三角格子状に分散して配置されている。そして、各磁性体コア5に巻回された電線6の両端部がプリント基板2上に形成された銅箔の配線パターン7に半田8で固着されて電気的に接続されている。
Each
この場合の各チョークコイル1の電気的な接続は、図3に示すように、配線パターン7によって一対のチョークコイル1が互いに並列接続されるとともに、これら一対のチョークコイル1が互いに直列に接続されている。
In this case, as shown in FIG. 3, the
これにより、複数の磁性体コア5に電線6が分割して巻回されるので、各チョークコイル1に流れる電流が分散することで各チョークコイル1から発生する発熱を抑えることができる。また、各チョークコイル1が複数に分散されて平面配置されているため、従来のように単一のチョークコイル1を用いる場合よりもチョークコイル1の一つずつの重さが軽くなって耐振動性が向上する。
Thereby, since the
しかも、配線パターン7は、プリント基板2上に平面的に形成されているため、各チョークコイル1を電気的に接続をする役目を果たすだけでなく、チョークコイル1の発熱を分散させる役目も果たす。さらに、一般的にチョークコイル1は他の部品等が発生する漏洩磁束の影響を受けるとノイズ除去能力が低下するという問題があるが、上記のようにプリント基板2上に配線パターン7を形成することで、配線パターン7が電磁シールド板の役目を果たし、漏洩磁束を遮蔽することができる。
Moreover, since the
なお、各チョークコイル1をプリント基板2へ半田8で固定する方法としては、フロー半田付け等を適用することで複数のチョークコイル1をプリント基板2に一度に半田付けできるため、チョークコイル1が複数個あっても組み立て性の低下は生じない。
As a method of fixing each
風路ガイドケース3は、金属製または樹脂製のもので、プリント基板2上に立設された複数の支柱9により支持されてプリント基板2と平行に配置されている。特に、風路ガイドケース3を金属製とした場合には、これが電磁シールド板となり、チョークコイル1への漏洩磁束を遮蔽することができる利点がある。
The
また、各支柱9は、金属製または樹脂製のもので、プリント基板2や風路ガイドケース3との間はネジ止めや半田付けにより固定されている。支柱9とプリント基板2との間を半田付けする場合には、支柱9は半田付け可能な金属製のもの、あるいは、半田付けできる金属でメッキすることで対処可能である。なお、風路ガイドケース3と支柱9が共に導電性の場合には、両者3,9の接続部間に絶縁材を介在させることで、配線パターン7の上に支柱9を立設した場合でも、支柱9と風路ガイドケース3との間を電気的に絶縁できるため、支柱9と風路ガイドケース3を介してショートすることを防ぐことができる。
Each
そして、プリント基板2と風路ガイドケース3の間に風を流してチョークコイル1を冷却する。この場合、冷却風は冷却ファンを用いた強制対流とするのが好ましいが、その他、プリント基板2を地面と垂直に配置して両者2,3の間に上昇気流を自然発生させるようにしてもよい。
The
上記のようにプリント基板2と風路ガイドケース3の間に風を流す場合、この実施の形態1のように各チョークコイル1を三角格子状に配置しておくことで、冷却風は、図4に破線で示すように各チョークコイル1の外周面に沿って流れるため、チョークコイル1の外周面を均一に冷却することができる。しかも、プリント基板2は風路ガイドとしての役目を同時に果たすので、この冷却風によって冷却されることになる。そのため、チョークコイル1の発熱が伝導した配線パターン7も同時に冷却される。
When air is passed between the printed
この実施の形態1において、各チョークコイル1が直並列に分散されて冷却される構成のため、上述したように局部的な発熱は生じにくいが、半田8で固定した部分には局部的な発熱や振動等による応力が発生し易く、そのため半田クラックが発生し易くなる。特に、半田付け部への応力は振動等によって生じるプリント基板2とチョークコイル1の変位の大きさに比例して大きくなる。
In the first embodiment, since the
そこで、この実施の形態1では、チョークコイル1をプリント基板2に半田付けするのに加えて、シリコン接着剤11を用いて、チョークコイル1とプリント基板2とを固定接着している。この場合、図5に示すように、チョークコイル1の中心部へ風を効率良く導くことができるように、各チョークコイル1とプリント基板2を接着固定する位置は各チョークコイル1の風下側が望ましい。
Therefore, in the first embodiment, in addition to soldering the
これによって、シリコン接着剤11はプリント基板2とチョークコイル1の変位を小さくして振動等による応力を吸収するとともに、冷却風をチョークコイル1の中心部に導く作用も果たすため、チョークコイル1の冷却性がさらに向上する。
As a result, the
以上のように、この実施の形態では、重量の分散とシリコン接着剤11の振動応力吸収効果による耐振動性の向上が実現される。また、冷却されにくいチョークコイル1の中心部にも風が流れてチョークコイル1の冷却性が向上するため、線径の細い電線6を用いた低コストなチョークコイル1を使用してチョークコイルユニットを構成することができる。
As described above, in this embodiment, the vibration resistance is improved by the weight dispersion and the vibration stress absorption effect of the
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2におけるチョークコイルユニットの一部を示す側面図、図7は風路ガイドケース3を支持する支柱9の配置位置を模式的に示す説明図である。
FIG. 6 is a side view showing a part of the choke coil unit according to
この実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、風路ガイドケース3は、プリント基板2上に立設された複数の支柱9により支持されているが、この実施の形態2の特徴として、各支柱9は、隣り合う複数のチョークコイル1の中心からの距離が等しくなる位置、すなわち、隣り合う複数のチョークコイル1の重心位置に設けられていることである。なお、この場合の支柱9の形状は、図8(a)に示すような円柱、あるいは図8(b)に示すような多角柱のいずれの形状であってもよい。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the air
この重心位置に支柱9を設けてプリント基板2と風路ガイドケース3とを固定することで、振動等による応力がプリント基板2と風路ガイドケース3全体に均一に分散される。また、支柱9によって、半田クラックが生じやすいプリント基板2と垂直方向の振動応力が吸収される。
By providing the
また、冷却風を流す場合、各チョークコイル1の重心付近が風の淀み点となり、この位置に冷却風が流れにくくなることがある。しかし、この実施の形態2では、この淀み点に支柱9を配置しているため、冷却風の淀み点を無くし、支柱9によって冷却風を導くことができる。これにより、各チョークコイル1の外周に沿った均一な冷却風を生じさせることができる。
Further, when the cooling air is made to flow, the vicinity of the center of gravity of each
そして、各チョークコイル1で生じた発熱を配線パターン7→支柱9→風路ガイドケース3という経路で分散することができる。特に、配線パターン7と支柱9とを半田付けとすると、この接続部の熱抵抗が小さくなるため、チョークコイル1で発生した熱の分散効果が高くなるので、発熱が分散されにくいプリント基板2の中央部において有効である。
Then, the heat generated in each
このように、この実施の形態2では、重量の分散と振動応力の吸収効果による耐振動性の向上が実現される。また、風の流れの淀みが無くなり実施の形態1の場合よりもさらに冷却性が向上する。
その他の構成および作用効果は実施の形態1と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
As described above, in the second embodiment, the vibration resistance is improved by the weight dispersion and the absorption effect of the vibration stress. Further, the stagnation of the wind flow is eliminated, and the cooling performance is further improved as compared with the case of the first embodiment.
Since other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
なお、上記の実施の形態1,2において、プリント基板2には複数のチョークコイル1だけでなく、他の電気部品を同時に実装し、チョークコイル1と他の電気部品とを配線パターン7で互いに接続することでパワー機器を構成することもできる。このようすれば、製品組み立てが容易となるとともに、パワー機器全体をコンパクト化することができる。
また、上記の実施の形態1,2において、風路機構として風路ガイドケース3を使用しているが、チョークコイル1に効率良く風を流すことができれば必ずしもケース状になっている必要はない。
In the first and second embodiments, not only the plurality of
In the first and second embodiments, the air path guide
1 チョークコイル、2 プリント基板、3 風路ガイドケース(風路機構)、
5 磁性体コア、6 電線、7 配線パターン、8 半田、9 支柱、
11 シリコン接着剤。
1 choke coil, 2 printed circuit board, 3 airway guide case (airway mechanism),
5 magnetic core, 6 electric wire, 7 wiring pattern, 8 solder, 9 strut,
11 Silicone adhesive.
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