共模电感线圈的制作方法

本发明涉及电源电路或逆变器等交流设备中的整流电路、噪声防止电路、波形整形电路、谐振电路、各种开关电路等所装备的共模电感线圈，更具体的是涉及能够提高散热性来抑制温度上升的气冷式共模电感线圈。

背景技术：

在与环状的芯绝缘的状态下将线圈卷绕安装来构成装载于各种交流设备的电路的共模电感线圈。作为芯，提出了将氧化磁性材料在加压后烧结而成的铁氧体芯。芯被收容于树脂制的绕线筒，从绕线筒的外周卷绕安装线圈来形成共模电感线圈（例如专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-59754号公报。

技术实现要素：

发明要解决的课题

共模电感线圈在用于商用交流电源电路的情况下利用向线圈的通电而在线圈中产生焦耳热来进行发热。芯自身几乎不自己发热，但是，在将芯收容于绕线筒的共模电感线圈的情况下，由于由线圈造成的发热的传递、辐射、对流而升温。当芯升温而超过磁性材料的居里温度tc时，磁特性大幅度地降低，失去噪声抑制效果。因此，作为磁性材料，需要将居里温度tc高的材料采用为芯或者将为了抑制线圈的发热而施加的电流设定得低。

另一方面，对于芯，为了确保向宽频带的噪声抑制效果并谋求小型化、轻量化、低成本化而采用高的相对磁导率μs的磁性材料，由此，能够期待能够通过更少的卷次数的线圈得到电感值这样的效果。可是，通常地，高磁导率的磁性材料的居里温度tc低，因此，寻求能够抑制芯的升温的共模电感线圈。

本发明的目的在于提供一种能够提高散热特性来抑制温度上升的、具备绕线筒形状的气冷式共模电感线圈。

用于解决课题的方案

本发明的气冷式共模电感线圈是，一种共模电感线圈，将环状的芯收容于环状的绕线筒，在所述绕线筒的外周卷绕安装线圈而成，

在所述绕线筒与所述芯之间形成空气流能够流通的空气流路，

所述绕线筒具有与所述空气流路连通的1个或多个开口，在所述开口的周缘突出设置了凸缘。

能够在所述绕线筒的外周面形成了所述开口。

期望遍及所述绕线筒的外周面和其上下表面形成了所述开口。

期望所述凸缘以相对于所述开口朝向外周扩大的方式倾斜。

期望所述开口为一对，并且，在所述绕线筒的直径上对称地形成。

关于所述芯，纵剖面为矩形并且能够将角部与所述绕线筒的内表面抵接来支承。

在所述绕线筒的内表面突出设置突出部或肋条，

所述芯能够与所述突出部或所述肋条抵接来支承。

所述芯能够为铁氧体芯。

此外，本发明的安装有共模电感线圈的电气设备是在收容于壳体的内部的基板安装了上述记载的共模电感线圈的电气设备，

在所述壳体中具备吸气口和排气用风扇，

在所述共模电感线圈中，所述开口之一被朝向由所述吸气口和所述排气用风扇形成的空气流的上流侧。

发明效果

根据本发明的气冷式共模电感线圈，通过将空气流导入到在绕线筒形成的开口，从而能够将绕线筒内部的热从开口放出，能够尽可能地抑制由线圈的发热造成的芯的升温。由此，作为芯的磁性材料，能够采用居里温度低的高磁导率材料。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的气冷式共模电感线圈（commonmodechokecoil）的立体图。

图2是在芯的高度方向大致中央处将气冷式共模电感线圈切断后的剖面图。

图3是沿着图2的线iii-iii的剖面图。

图4是放大地示出在绕线筒（bobbin）与芯之间形成的空气流路的剖面图。

图5是示出在绕线筒的内表面形成有突出部（boss）的实施方式的放大剖面图。

图6是示出通过绕线筒的内部的空气流的说明图即在芯的上表面将共模电感线圈切断后的剖面图。

图7是在实施例中说明的实验装置的说明图。

图8是示出向发明例的线圈施加的直流电流与芯和线圈的温度上升的关系的图表。

图9是示出向比较例的线圈施加的直流电流与芯和线圈的温度上升的关系的图表。

图10是示出将本发明应用于三相用共模电感线圈的实施例的剖面图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的一个实施方式的气冷式共模电感线圈10进行说明。再有，关于共模电感线圈10，例示将一对线圈40、40卷绕后的单相用共模电感线圈。

图1是本发明的一个实施方式的共模电感线圈10的外观立体图，图2是在芯30的宽度方向中央处将共模电感线圈10切断后的横剖面图，图3是沿着图2的线iii-iii的剖面图，图4是共模电感线圈10的放大剖面图。如图所示那样，将环状的芯30收容于绕线筒20，在绕线筒20的周面卷绕安装一对线圈40、40来构成本发明的共模电感线圈10。在绕线筒20形成使外部的空气流流通到绕线筒20的内部的开口21、22。

芯30为由磁性材料形成的环状体，剖面形状未限定，但是，图示的芯30的剖面为大致矩形。关于芯30，能够例示mn-zn类铁氧体芯（ferritecore）、ni-zn类铁氧体芯材料等加压成形之后烧结后的芯（以下称为“烧结芯”）。

在本发明中，特别优选应用于在烧结芯之中相对磁导率μs也高的铁氧体芯。关于铁氧体芯的相对磁导率μs，通常，包含mn-zn类、ni-zn类在内为500~5000左右，居里温度（curietemperature）tc为180℃~250℃，但是，另一方面，使mn-zn类为中心等的相对磁导率μs高的芯30的相对磁导率μs高到10000~18000，因此，即使为相同卷绕数，电感值也能够确保2~3倍，但是，越是该磁性材料的居里温度tc高到110℃~150℃的相对磁导率μs，越是处于变低的趋势。因此，关于芯30，需要在不升温到居里温度tc以上的情况下使用。

绕线筒20在内部收容芯30，确保与线圈40、40的电绝缘。绕线筒20能够由绝缘性的树脂外壳构成。在图示的实施方式中，绕线筒20能够装配于能够向基板等设置的线圈台50。

如图1至图4所示那样，绕线筒20为配合芯30的形状的环状形状，在中央具有沿上下贯通的贯通孔部25，在周面在1处或多处具有开口21、22。绕线筒20的内表面被形成为比芯30的剖面大，在将芯30收容于绕线筒20的状态下，在芯30与绕线筒20之间形成了能够进行空气的流通的空气流路a。

开口21、22被形成于绕线筒20的周面。例如，如图1和图2所示那样，开口21、22能够形成在绕线筒20的外周侧。关于开口21、22，由于成为空气流的出入口所以期望形成得大，但是，当开口21、22变大时，在能够卷绕于绕线筒20的线圈40、40的匝数或引线线径受到限制。因此，开口21、22优选采用卷绕于绕线筒20的线圈40、40的匝数或引线线径所对应的最大的开口宽度。在图示的实施方式中，为了较大地形成开口21、22，开口21、22构成为一部分覆盖在绕线筒20的上下表面。

开口21、22优选形成在绕线筒20的直径上的相向的位置，以使能够顺利地进行向空气流路a的空气的流入此外来自空气流路a的空气的流出。再有，关于开口21、22，最期望在绕线筒22形成2个，但是，即使在只有1个开口的情况下，空气流也能够侵入到绕线筒20内的空气流路a，因此，能够期待某种程度的气冷效果。

在开口21、22中，在周缘突出设置有凸缘23、24。开口21、22的左右的凸缘23谋求卷绕于芯30和绕线筒20的外周的线圈40、40间的电绝缘和线圈40、40彼此的电绝缘，确保根据安全规范的爬电距离和空间距离，以使它们不会电接触或者它们之间不会短路而产生火花（spark）等。因此，凸缘23采用形成在卷绕于凸缘23的附近的线圈40、40的高度以上来确保由安全规范规定的尺寸的设计。

为了使通过了开口21、22的空气流的流通增大，开口21、22的左右的凸缘23采用相对于开口21、22朝向外周扩大的倾斜形状，此外，为了增大向开口21、22的空气的流入量并且谋求圆滑的导入，开口21、22的上下的凸缘24期望采用在沿上下扩大的方向上倾斜的形状，特别是在由风扇等造成的强制气冷时是有效的。

绕线筒20的内表面如前述那样具有比芯30的剖面积大的剖面空间，在芯30与绕线筒20的内表面之间形成的缝隙成为空气流路a。而且，空气流路a与开口21、22连通。

绕线筒20期望保持为在内部芯30不会进行振动，以便抑制芯30由于机械的振动或冲击破损或者由于由负载电流产生的磁通量产生的磁致伸缩蜂鸣声。例如，如图3和图4所示那样，使绕线筒20的内表面为大致椭圆形状，使芯30的一部分、在图示中为角部与绕线筒20的内表面抵接，由此，将芯30保持于绕线筒20并在大致椭圆形状的内表面与芯30之间确保了空气流路a。

此外，在用手卷线圈40、40的情况下，将线圈40、40以膨胀为大致椭圆形状后的形状卷绕。配合该卷形状，绕线筒20自身的剖面也为大致椭圆形状，由此，即使在绕线筒20中确保空气流路a，也能够避免共模电感线圈10的大型化。

再有，如图5所示那样，在绕线筒20的内表面突出设置突出部26或肋条（rib），由此，也能够在绕线筒20的内表面与芯30之间确保空气流路a并以突出部26等保持芯30。其中，在绕线筒20的内表面设置有突出部26等的情况下，由于它们而空气流路a变窄，此外，在空气流路a中存在产生乱流的情况。因此，在形成突出部26或肋条时，期望设计为能够在空气流路a中尽可能地减少压损。在图5中，利用上下的突出部26、26来保持芯30的上下，并且，通过将芯30的内周侧与绕线筒20的内表面抵接来保持左右方向。

上述结构的绕线筒20能够如图1、图3和放大图4所示那样由分割为上下的绕线筒半体20a、20b构成。由此，在一个绕线筒半体20a中收容了芯30之后，嵌合另一个绕线筒半体20b，由此，能够将芯30收容于绕线筒20。

绕线筒20如图1和图2所示那样能够装配于线圈台50来使用。在该情况下，在绕线筒20中具备用于与线圈台50卡合的卡合部27、27。在图示的实施方式中，卡合部27、27为将贯通孔部25的内表面沿上下方向延伸的槽条。

在收容有芯30的绕线筒20中，在开口21、22间的躯干部分别卷绕线圈40、40来形成了共模电感线圈10。作为用于线圈40、40的引线，能够例示外部被绝缘包覆后的铜线。当然，引线并不限定于此。

2个线圈40、40能够卷绕于分别在开口21、22间卷线方向为与负载电流的流动方向相同的方向即产生的各个磁通量互相消除的所谓共模卷。

上述结构的共模电感线圈10也能够直接配置于基板，能够如图1和图3所示那样装配于线圈台50。线圈台50能够采用包含载置共模电感线圈10的基台51和从基台51朝向上方突出设置的安装部52的结构。安装部52与绕线筒20的卡合部27、27卡合，将共模电感线圈10固定于线圈台50。关于安装部52，例如如图1和图2所示那样能够例示平板状的安装部52。安装部52能够嵌入在绕线筒20的贯通孔部25形成的槽条的卡合部27、27来将共模电感线圈10安装于线圈台50。在绕线筒20的贯通孔部25嵌入安装部52，由此，共模电感线圈10被装配于线圈台50，并且，安装部52起到相向的线圈40、40间的绝缘壁的作用。

在线圈台50中，能够形成用于将线圈40、40的引线端部41、41朝向下方引出的插通孔53、53。而且，在将线圈台50配置于未图示的布线基板时，引线端部41、41能够与基板电连接。

再有，在以下，适当包含线圈台50在内称为共模电感线圈10。

上述结构的共模电感线圈10能够安装于电气设备的布线基板。在电气设备的壳体具备用于对包含共模电感线圈10的其他的电子部件的升温进行抑制的吸气口和排气用风扇或者吸气用风扇和排气口，使电子设备内强制性地产生空气流。作为电子设备，能够例示电磁炉、ih电饭煲、微波炉、车载用等的dc-dc、ac-dc转换器等。

本发明的共模电感线圈10配置为开口21、22朝向其空气流的路径上。在共模电感线圈10中形成了2个开口21、22的情况下，配置为一个开口21朝向空气流的上流侧，另一个开口22朝向下流侧。在开口为1个的情况下，配置为该开口朝向空气流的上流侧。

由此，如图6所示那样，在共模电感线圈10中生成从开口21侵入、经由在绕线筒20的内表面与芯30之间形成的空气流路a、从另一个开口22排出的空气流b，从绕线筒20或芯30夺走热，能够抑制线圈40或芯30的升温。

更详细地，当向共模电感线圈10的线圈40、40供给电流时，线圈40、40利用电磁感应产生磁通量，但是，由于沿磁通量互相消除的方向进行卷线，所以磁饱和被抑制，针对共模噪声的通过利用由自感应作用得到的电感限制噪声的通过。此时，利用通电而在线圈40、40中产生焦耳热而进行发热。然后，将由线圈40、40产生的发热经由绕线筒20利用传导、辐射、对流向芯30传递，芯30进行升温，但是，在本发明的共模电感线圈10中，从开口21向空气流路a流入空气流b，并从其他的开口22排出，由此，发热的绕线筒20和芯30与空气流b热交换而被冷却。

因此，能够抑制芯30的升温，因此，能够采用居里温度tc低的铁氧体芯等高的相对磁导率μs的材料，此外，能够向线圈40、40施加高电流。对于芯30而能够采用高的相对磁导率μs的材料，由此，一边确保相同电感值一边能够减少线圈40、40的匝数或使引线线径变细，因此，谋求共模电感线圈10的小型化。此外，相反地，只要使共模电感线圈10为相同尺寸，则能够增加线圈40、40的卷绕数来将电感值设计得高，因此，也达成噪声的减少。

实施例

将在绕线筒20设置有2个开口21、22的本发明的共模电感线圈10以及使用0.5mm厚的芳纶纤维片材（商品名：nomex（注册商标））堵住这些开口21、22后的比较例的共模电感线圈配置于使空气流c强制性地产生的风洞筒60，测定了向线圈40、40施加的直流电流与线圈40和芯30的温度上升的关系。

共模电感线圈10为以下的结构。

芯30

磁性材料：jfe铁氧体股份有限公司制的铁氧体芯ma120a（相对磁导率μs12000）

内径/外径：18.5mm/31.5mm

高度：13.4mm

剖面积/剖面形状：87.1mm²/矩形

居里温度tc：120℃。

绕线筒20

材质：聚碳酸脂树脂

内径/外径：17.0mm/33.0mm

高度：14.6mm

剖面积/剖面形状：104.0mm²/椭圆形

开口面积：各135.1mm²（在直径上2处）

空气流路a的剖面积：16.9mm²（绕线筒剖面积-芯剖面积）。

线圈40

引线材质：聚酯铜线（pew）

引线线径：1.8mm

匝数：各13t

直流电阻：5.2mω×2。

风洞筒60如图7所示那样在内部配置热传递系数小的木台61，在从木台61起向上方分离35mm的位置配置有共模电感线圈10（参照图1），以使开口21为空气流c的上流侧，开口22为空气流c的下流侧。此外，在从共模电感线圈10起下流侧100mm的位置配置了排气用风扇62。芯30和线圈40的温度由热电偶63、64分别测定，基于在从共模电感线圈10的中央起50mm的位置配置的风量计65的测定值，调整排气用风扇62的输出，由此，设定了风洞筒60内的风速。

实验上，在25℃环境中配置风洞筒60来进行，将风速从无风（排气用风扇停止状态）改变到风速1.2m/秒，使施加的直流电流为0a、10a、20a、30a（其中仅无风考虑了绕线筒材料的耐热性0a、10a、20a）。

分别在表1、表2中示出发明例、比较例的实测数据。再有，在表1和表2中，最上段为施加的直流电流值（a），左栏为风速和测定处，其他的数值为来自环境（25℃）的上升温度（℃）。在表中未示出，但是，施加的直流电流为0a下的芯30和线圈40的温度为与环境相同的25℃，上升温度为0℃。

[表1]

。

[表2]

。

在图8中示出由上述表1和表2得到的发明例的芯30和线圈40的测定结果的图表，在图9中示出比较例的测定结果的图表。

当参照图8、图9时，已知：发明例与比较例相比抑制了在无风至风速1.2m/秒的全部风速条件下施加相同的直流电流时的温度上升。特别是，当比较图8和图9时，已知：发明例的相同的测定条件下的芯30与线圈40的温度差与比较例相比较大，能够抑制芯30的温度上升。

这是因为：在发明例的共模电感线圈10中，如图6所示那些形成从上流侧的开口21通过空气流路a而从下流侧的开口22排出的空气流b，由此，芯30被气冷，并且，也从内侧将绕线筒20气冷。特别是对芯30显著地表现出该气冷效果。线圈40的温度降低将绕线筒20冷却，由此，从绕线筒20受到冷却。

另一方面，在比较例的共模电感线圈中，由于堵住开口，所以将线圈的发热经过绕线筒向芯传递，在绕线筒内充满热，因此，已知芯也与线圈同样地进行温度上升。

如上述那样，根据本发明的共模电感线圈10，已知：通过在绕线筒20形成了开口21、22和与芯30之间的空气流路a，从而抑制芯30和线圈40、40的温度上升特别是芯30的温度上升。由此，即使在作为芯30而采用了居里温度比较低的磁性材料的情况下，也能够施加较大的电流，能够提高共模电感线圈10的特性。

上述说明用于说明本发明，并且，并不应该解释为限定权利要求书所记载的发明或者缩小范围。此外，本发明的各部结构并不限于上述实施例，当然能够在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，示出了在电气设备的壳体中具备吸气口和排气用风扇的事例，但是，从表1、表2的结果可知，在本发明中显然即使为无风状态也存在效果。

进而，在上述中对单相用共模电感线圈10进行了说明，但是，如图10所示那样，本发明也能够应用于在绕线筒20卷绕了3个线圈40、40、40后的三相用共模电感线圈10’等。在该情况下，关于开口，能够采用在各线圈40、40、49间由附图标记21、22、22’示出的3个，例如将开口21朝向空气流的上流侧，由此，在绕线筒20内形成从开口21通过空气流路a从开口22、22’排出的空气流b，能够得到气冷效果。再有，在开口22、22’间，利用从开口22、22’流出的空气流的空气流路a’为负压，形成从绕线筒20的内周侧的空气流路a’’经由空气流路a’朝向开口22、22’的空气流b’，能够同样地得到气冷效果。

附图标记的说明

10共模电感线圈

20绕线筒

21开口

22开口

23凸缘

24凸缘

30芯

40线圈

a空气流路

b空气流。