JP2007180140A - Magnetic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟磁性コアにコイルを巻装してなる磁気部品に関する。ここで言う磁気部品とは、コイルを一種類としたリアクトル及びコイルを複数種類としたトランスフォーマーの両方を含む。ただし、リアクトルには磁気飽和防止のためのギャップが磁路に形成されるのが通常であるが、トランスではこのギャップの最小化が要求される。 The present invention relates to a magnetic component formed by winding a coil around a soft magnetic core. Here, the magnetic component includes both a reactor having one type of coil and a transformer having a plurality of types of coils. However, a reactor normally has a gap for preventing magnetic saturation in a magnetic path, but a transformer is required to minimize the gap.
たとえば下記の特許文献1に記載される車両用DCDCコンバータなどのパワー電子回路装置において、電流平滑や入出力電気絶縁などの用途にリアクトルやトランスなどの磁気部品が広く用いられている。軟磁性コアをもつチョークコイルは、リアクトルと同じである。DCDCコンバータは本質的に高速スイッチングを必要とし、入力電圧や出力電圧に高周波スイッチングノイズ電圧を重畳させる。けれども、車両用電源であるバッテリの電圧変動はその寿命に悪影響を与える。そこで、車両用DCDCコンバータでは、その入力電力又は出力電力を平滑する平滑リアクトルは必須部品である。この種のリアクトル(コア付きチョークコイルを含むものとする)を装備する車両用DCDCコンバータがたとえば本出願人の提案になる下記の特許文献1に記載されている。
For example, in a power electronic circuit device such as a vehicle DCDC converter described in
この種の車両用パワー電子回路装置に適用される電力範囲(数十W〜から数十kW)に用いられるリアクトルとしては油漬けしない乾式リアクトルが一般的である。この乾式リアクトルのうち最も一般的な形式は、互いに平行な二本の柱部と、これら柱部の端部をそれぞれ磁気接続する二本の梁部とをもつロ字形コアのこれら前記柱部にコイルを巻装してなる。他の変形形式として、ロ字形コアの二本の柱部と平行に更に一本の柱部を追加し、中央の柱部を共通磁路とした日字形コアも知られている。これらロ字形コアや日字形コアは角形のコア形状をもつため、以下、角形コアとも称する。その他、コイルが巻装された中央柱部の周囲に周壁状の柱部を設けた密閉型コアなどが知られている。このコアは、短円柱形状又は厚円盤形状をもつため以下、円盤形コアとも称する。円盤形コアももつ磁気部品は、角形コアをもつ磁気部品に比べてコイルが周壁状の柱部により囲まれるため電磁ノイズが小さくなるという利点、並びに、コイル長が短縮できるという利点をもつが、通常は、角形をなすパワー電子回路装置のケース内にて、アイドルスペースが大きいという不利をもつ。 As a reactor used in a power range (several tens of watts to several tens of kW) applied to this type of vehicle power electronic circuit device, a dry reactor that is not immersed in oil is common. The most common type of this dry reactor is the columnar core having two pillars parallel to each other and two beams that magnetically connect the ends of these pillars. Coiled. As another modified form, there is also known a Japanese character core in which one column portion is further added in parallel with the two column portions of the square core and the central column portion is a common magnetic path. Since these square-shaped cores and date-shaped cores have a square core shape, they are also referred to as square cores hereinafter. In addition, a sealed core having a peripheral wall-shaped column portion around a central column portion around which a coil is wound is known. Since this core has a short cylindrical shape or a thick disk shape, it is also referred to as a disk-shaped core hereinafter. A magnetic part having a disk-shaped core has the advantage that the electromagnetic noise is reduced because the coil is surrounded by the peripheral wall-shaped column part, and the coil length can be shortened, compared with the magnetic part having a square core. Usually, there is a disadvantage that the idle space is large in the case of the power electronic circuit device having a rectangular shape.
磁気部品において、コアには磁束方向へ伸縮力が作用することが知られている。すなわち、コイルが巻装されて平行に延在する複数の柱部と、柱部の両端を繋ぐ梁部とを有する角形コアでは、柱部及び梁部にはそれぞれの磁路方向へ磁束変化に応じて伸縮力言い換えれば振動力が作用して柱部や梁部が振動する。この振動は磁気振動として広く知られている。 In magnetic parts, it is known that a stretching force acts on the core in the direction of magnetic flux. In other words, in a rectangular core having a plurality of column portions that are wound around a coil and extending in parallel and a beam portion that connects both ends of the column portion, the magnetic flux changes in the respective magnetic path directions in the column portion and the beam portion. Accordingly, the expansion / contraction force, in other words, the vibration force acts to vibrate the column portion and the beam portion. This vibration is widely known as magnetic vibration.
磁気部品を金属製の角形ケースに収容することも広く行われている。この角形ケースは機械保護効果と電磁波ノイズ低減効果とを奏する。以下、角形ケースに内蔵された磁気部品をケース内蔵型磁気部品とも称する。ケース内蔵型磁気部品において、コアのコイルが巻装されない部位をケースのたとえば底板に締結するのが通常である。通常、コアが締結されるケースの底板は、コアの熱を放熱する放熱部材を兼ねている。 It is also widely practiced to house magnetic parts in a metal square case. This rectangular case has a mechanical protection effect and an electromagnetic noise reduction effect. Hereinafter, the magnetic component built in the rectangular case is also referred to as a case built-in magnetic component. In a case built-in type magnetic component, it is usual to fasten a portion where a core coil is not wound to, for example, a bottom plate of the case. Usually, the bottom plate of the case to which the core is fastened also serves as a heat radiating member that radiates the heat of the core.
コイルと鎖交する磁気閉回路を構成するコアは、コイル嵌め込みなどのために複数の部分コアを組み合わせて構成される。つまり、磁気部品のコアを分割コア構造を有している。このため、二つの部分コアの互いに対面する端面の間にギャップが生じる。磁気飽和防止のために、リアクトルではこのギャップの幅は積極的に増大される。このギャップには通常は非磁性のスペーサが挿入される。3個以上の部分コアを組み合わせて磁気部品のコアを構成することもしばしば行われる。このため、コアを構成する各部分コアをそれぞれケース(たとえばその底板)に締結、溶接などの方法で固定することが行われている。 The core constituting the magnetic closed circuit interlinking with the coil is configured by combining a plurality of partial cores for coil insertion or the like. That is, the core of the magnetic component has a split core structure. For this reason, a gap is generated between the end faces of the two partial cores facing each other. In order to prevent magnetic saturation, the width of the gap is positively increased in the reactor. A nonmagnetic spacer is usually inserted into this gap. Often, three or more partial cores are combined to form a magnetic component core. For this reason, fixing each partial core which comprises a core to a case (for example, the baseplate) by fastening, welding, etc. is performed, respectively.
部分コアをケースの底板にそれぞれ締結すると、ケースと異なる熱膨張率をもつコアの温度上昇により、上記ギャップ(間隔)が変化して磁気部品のインダクタンス値が変化したり、部分コアからケースへの磁気振動伝達性が向上して外部への磁気騒音の放出が増大したり、上記磁気振動や熱膨張により部分コアに強大な機械的ストレスが掛かるなどの問題が生じる。 When each partial core is fastened to the bottom plate of the case, the gap (interval) changes due to the temperature rise of the core having a coefficient of thermal expansion different from that of the case, and the inductance value of the magnetic component changes. Problems such as increased magnetic vibration transmission and increased release of magnetic noise to the outside, and strong mechanical stress on the partial core due to the magnetic vibration and thermal expansion occur.
この問題を改善するために、下記の特許文献2は、コアの柱部(コイル巻装部分)の両側の一対の梁部をそれぞれ、部分コアがケースの底板に対して底板の主面と平行な方向特にギャップ幅方向へ変位可能に支持する構造を提案している。この支持構造としては、たとえば、両端部がケースの底板に固定されたばね鋼製の押さえプレートによりコアの梁部の上面に梁部の磁路方向へ延設する方法などが提案されている。
しかしながら、上記した特許文献1のコア支持構造は、底板の面方向へのコアのケースの底板に対する相対移動を可能としつつコアをケースの底板に機械的に支持する作用を、コアをケースの底板に押しつける力により実現している。つまり、コアに対して掛かる力がケースの底板に対するコアの摩擦力より小さければ、コアはケースの底板に対して静止状態を維持し、コアに対して掛かる力がケースの底板に対するコアの摩擦力より大きければ、コアはケースの底板に対して変位する。したがって、コアをケースの底板に対して押しつける力の調整が難しかった。特に、このコアをケースの底板に対して押しつける力の調整をコアの柱部の両端の二本の梁部で行う必要があり、作業が複雑となった。
However, the above-described core support structure of
また、磁気部品がリアクトルである場合、コイルが巻装されたコアの柱部の両端をケースに締結する両端支持構造を採用すると、コアの柱部が磁束量変化により縮小方向に変位する際、柱部に介設された磁気飽和防止のための非磁性スペーサとコアの柱部の端面との間が剥離し、剥離後の交流通電により非磁性スペーサとコアの柱部の端面とが高速で衝接して大きな騒音を発生するという問題があった。 In addition, when the magnetic component is a reactor, adopting a both-end support structure that fastens both ends of the core pillar portion around which the coil is wound to the case, the core pillar portion is displaced in the reduction direction due to a change in the amount of magnetic flux. The nonmagnetic spacer for preventing magnetic saturation interposed between the pillars and the end face of the core pillar part peel off, and the AC current after peeling causes the nonmagnetic spacer and the end face of the core pillar part to move at high speed. There was a problem that a large noise was generated by collision.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な機構により、組み付け時やコアへの交流通電時にコアに掛かるストレスを緩和することにより振動を低減した磁気部品を提供することをその目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a magnetic component that reduces vibrations by reducing stress applied to the core during assembly or during AC energization to the core by a simple mechanism. It is said.
上記課題を解決するためになされた本発明の磁気部品は、互いに平行な少なくとも2本の柱部と、前記柱部の一端部同士を磁気接続する一端側の磁気連結部と、前記柱部の他端部同士を磁気的に接続する他端側の磁気連結部とを有して閉磁気回路を構成する軟磁性のコアと、前記柱部に巻装されたコイルと、前記コアが締結される底板部を有して前記コア及びコイルを収容する角箱状のケースとを備え、前記柱部は、前記コイルへの交流通電により前記柱部の磁路方向へ伸縮する磁気部品において、前記ケースに固定されて前記二つの磁気連結部の一方を前記柱部の磁路方向へ変位可能に保持するガイド部を有し、前記二つの磁気連結部の他方は、前記ケースに固定されることを特徴としている。このコアは好適には、略角形に形成されていわゆる角形コアをなすが、本明細書で言う角形コアとは、コイルが巻装される柱部が略平坦な外表面を有するコアを言う。もちろん、角形コアの二つの略平坦な外表面の境界部は、面取りされて湾曲していてもよい。 The magnetic component of the present invention made to solve the above problems includes at least two column portions parallel to each other, a magnetic coupling portion on one end side that magnetically connects one end portions of the column portions, and A soft magnetic core that forms a closed magnetic circuit having a magnetic coupling portion on the other end side that magnetically connects the other end portions, a coil wound around the column portion, and the core are fastened. A square box-like case that accommodates the core and the coil, and the column part is a magnetic component that expands and contracts in the magnetic path direction of the column part by alternating current conduction to the coil. A guide portion that is fixed to the case and holds one of the two magnetic coupling portions so as to be displaceable in the magnetic path direction of the column portion; the other of the two magnetic coupling portions is fixed to the case; It is characterized by. The core is preferably formed in a substantially square shape to form a so-called square core. The square core referred to in the present specification refers to a core having a substantially flat outer surface on which a column portion around which a coil is wound. Of course, the boundary between the two substantially flat outer surfaces of the square core may be chamfered and curved.
すなわち、本発明は、コアの複数の柱部と略直角に配置されて、2つの柱部の同一側の端部同士を連結する一対の磁気連結部の一方だけをケースに固定しておき、一対の磁路方向の他方を本質的に自由端とする。ただし、自由端となる磁気連結部は、ケースに固定されたガイド部により柱部の磁路方向へ変位可能に保持される。 That is, the present invention is arranged at a substantially right angle with the plurality of pillar portions of the core, and only one of the pair of magnetic coupling portions that couple the end portions on the same side of the two pillar portions is fixed to the case, The other of the pair of magnetic path directions is essentially a free end. However, the magnetic coupling portion serving as a free end is held so as to be displaceable in the magnetic path direction of the column portion by a guide portion fixed to the case.
このようにすれば、既述した特許文献1に記載されるコア支持構造に比べて、コアの二つの磁気連結部とケースとの間の摩擦力の調整が本質的に不要となり、製造工程の簡素化が可能となる。また、合計4個の柱部と磁気連結部とで間の境界部をそれぞれケースに固定する場合に比べると、ケースとコアとの熱膨張率の差やコアの磁気振動などの機械力によりコアやケースに強い応力が掛かることがなく、この応力によるコアの磁気特性変化も防止することができる。また、コア組み付け作業も簡単となる。
In this way, adjustment of the frictional force between the two magnetic coupling portions of the core and the case is essentially unnecessary as compared with the core support structure described in
更に説明すると、コアの磁気振動は、コアの柱部磁路方向の一端部すなわち二つの磁気連結部の一方が自由端となるため、磁気部品の振動エネルギーはコアを包む外郭部材であるケースに伝達されることが少ない。したがって、受け取った振動エネルギーによりケースが振動するのを良好に軽減することができる。 More specifically, since the magnetic vibration of the core is one end in the magnetic path direction of the core, that is, one of the two magnetic coupling portions is a free end, the vibration energy of the magnetic component is applied to the case that is the outer member that wraps the core. It is rarely transmitted. Therefore, it is possible to satisfactorily reduce the vibration of the case due to the received vibration energy.
なお、柱部は、それぞれ単一部材でもよく、あるいは磁気連結部と一体の部材でもよく、あるいは複数の部分コアを柱部の磁路方向に組み合わせて構成してもよい。リアクトルにおいては、柱部に所定のギャップを設けるのが通常であるため、非磁性のスペーサを介して複数の部分コアを配して柱部を構成することが好適である。 Note that each of the pillar portions may be a single member, or a member integrated with the magnetic coupling portion, or may be configured by combining a plurality of partial cores in the magnetic path direction of the pillar portion. In a reactor, since it is usual to provide a predetermined gap in a pillar part, it is preferable to arrange a pillar part by arranging a plurality of partial cores via a nonmagnetic spacer.
好適な態様において、この磁気部品は、非磁性のスペーサが前記コアの磁路に介設されたリアクトルである。リアクトルの場合、既述したように、コアの柱部(又は柱部と磁気連結部との間に)磁気飽和防止のための非磁性スペーサが介設される。この場合、コイルへの通電により柱部がその磁路方向へ縮小する場合、非磁性スペーサと、この非磁性スペーサに接着されているコアの端面とが剥離し、その結果、その後の磁束量変化によりコアの端面と非磁性スペーサとが衝突を繰り返して大きな騒音を発生したり、非磁性スペーサなどに機械的ダメージを与えたりする。 In a preferred embodiment, the magnetic component is a reactor in which a nonmagnetic spacer is interposed in the magnetic path of the core. In the case of the reactor, as described above, a non-magnetic spacer for preventing magnetic saturation is interposed between the core pillars (or between the pillars and the magnetic coupling part). In this case, when the column portion is reduced in the magnetic path direction by energizing the coil, the non-magnetic spacer and the end face of the core bonded to the non-magnetic spacer are peeled off, and as a result, the amount of magnetic flux changes thereafter. As a result, the end face of the core and the nonmagnetic spacer repeatedly collide with each other to generate a loud noise or mechanically damage the nonmagnetic spacer.
これに対して、この発明では、柱部磁路方向におけるコアの一端部すなわち二つの磁気連結部の一方がこの柱部磁路方向の振動に対する自由端となるため、柱部がその磁路方向へ縮小変位する際に二つの磁気連結部の一方はこの動きに容易に追従することができ、その結果として非磁性スペーサがコア端面から剥離するのを良好に防止することができ、振動や騒音を低減することができる。 On the other hand, in the present invention, one end of the core in the column magnetic path direction, that is, one of the two magnetic coupling portions is a free end against vibration in the column magnetic path direction. One of the two magnetic coupling portions can easily follow this movement when being reduced and displaced, and as a result, the nonmagnetic spacer can be well prevented from peeling off from the core end face, and vibration and noise can be prevented. Can be reduced.
好適な態様において、前記二つの磁気連結部の他方は、前記ケースに締結される。このようにすれば、コアの磁気連結部のケースへの固定が容易となる。 In a preferred aspect, the other of the two magnetic coupling portions is fastened to the case. If it does in this way, fixation to the case of the magnetic connection part of a core will become easy.
好適な態様において、前記ガイド部は、前記二つの磁気連結部の一方に対面する前記ケースの側壁から前記二つの磁気連結部の他方に向けて突出する突壁部からなる。このようにすれば、この突壁部をアルミダイキャスト法などにより容易に製造できるとともに、柱部磁路方向と異なる方向への自由端側の磁気連結部の変位を良好に防止できる。好適には、この突壁部は、磁気連結部が収まるロ字状に形成される。このようにすれば、自由端側の磁気連結部の柱部磁路方向と直角なすべての向きへの変位を規制することができる。 In a preferred aspect, the guide portion includes a projecting wall portion projecting from the side wall of the case facing one of the two magnetic coupling portions toward the other of the two magnetic coupling portions. In this way, the protruding wall portion can be easily manufactured by an aluminum die casting method or the like, and displacement of the free end side magnetic coupling portion in a direction different from the column magnetic path direction can be well prevented. Preferably, the projecting wall portion is formed in a square shape in which the magnetic coupling portion is accommodated. If it does in this way, the displacement to all the directions at right angles to the column part magnetic path direction of the magnetic connection part by the side of a free end can be controlled.
好適な態様において、前記ガイド部は、前記ケースに充填された封止樹脂体からなる。好適には、ガイド部は、コアの柱部磁路方向への変位を許容する封止樹脂体のキャビティからなる。このようにすれば、簡素な工程、構造により、自由端型の磁気連結部及び柱部の柱部磁路方向への変位を確保しつつそれ以外への方向を規制することができるとともに、封止樹脂体の上記キャビティは、磁気連結部や柱部の柱部磁路方向への変位すなわち伸縮により生じるスペースを良好に囲んで異物の侵入を防止することができ、更にキャビティ内に残留する空気は、磁気連結部や柱部の柱部磁路方向への伸縮に伴い圧縮、膨張を行うため、上記伸縮を妨げる機能を果たすことができる。なお、コアの自由端側の部分と封止樹脂体との接着性はこの自注端側の部分の柱部磁路方向への変位を阻害するとともに、封止樹脂体にも力学的に悪影響を与えるため、コアの少なくとも自由端側の部分を予め樹脂シートや樹脂筒部により覆った状態にて樹脂封止することが好適である。 In a preferred aspect, the guide portion is made of a sealing resin body filled in the case. Suitably, a guide part consists of the cavity of the sealing resin body which accept | permits the displacement to the pillar part magnetic path direction of a core. In this way, with a simple process and structure, it is possible to regulate the other direction while securing the displacement of the free end type magnetic coupling portion and the column portion in the column magnetic path direction, and sealing. The cavity of the stop resin body can well surround a space generated by displacement, that is, expansion and contraction of the magnetic coupling portion and the column portion in the column portion magnetic path direction to prevent foreign matter from entering, and air remaining in the cavity. Can perform the function of preventing the expansion and contraction because it compresses and expands along with expansion and contraction in the magnetic path direction of the magnetic coupling portion and the column portion. Note that the adhesiveness between the free end side portion of the core and the sealing resin body inhibits the displacement of the self-end side portion in the direction of the column magnetic path, and also has a mechanical adverse effect on the sealing resin body. Therefore, it is preferable to perform resin sealing in a state where at least a portion on the free end side of the core is previously covered with a resin sheet or a resin cylinder portion.
好適な態様において、前記ガイド部は、前記ケースに支持されて前記二つの磁気連結部の一方を前記柱部の磁路方向へ変位可能に弾性支持する弾性部材を有する。このようにすれば、この弾性部材は、コアの自由端側の部分すなわち二つの磁気連結部の一方を柱部磁路方向への変位可能に支持乃至保持することができるとともに、この二つの磁気連結部の一方に元の位置への復帰のための弾性力を与えるため好都合である。 In a preferred aspect, the guide portion includes an elastic member that is supported by the case and elastically supports one of the two magnetic coupling portions so as to be displaceable in the magnetic path direction of the column portion. In this way, the elastic member can support or hold the free end portion of the core, that is, one of the two magnetic coupling portions so as to be displaceable in the direction of the column magnetic path. This is advantageous because one of the connecting portions is given an elastic force for returning to the original position.
以下、本発明を採用したリアクトルの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。このリアクトルは、車両用DCDCインバータの電流平滑用途に採用されるものである。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術などを利用して本発明の技術思想を実現してよいことはもちろんである。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a reactor adopting the invention will be described with reference to the drawings. This reactor is used for current smoothing of a DCDC inverter for vehicles. However, the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments, and it goes without saying that the technical idea of the present invention may be realized using other known techniques.
(第1実施形態)
このリアクトルの全体構成を図1及び図2に図示する。リアクトル1は、軟磁性のロ字形コア2、及び、このロ字形コア2に巻装されたコイル3を有している。
(First embodiment)
The whole structure of this reactor is shown in FIG.1 and FIG.2. The
(コア)
ロ字形コア2は、互いに同形の2つのコ字形コア4を突き合わせてなる。コ字形コア4を図3、図4を参照して説明する。コ字形コア4は、それぞれ軟磁性粉末を成形してなる2つの角形柱部5及び一つの磁気連結部6とを有し、全体としてコ字形に形成されている。もちろん軟磁性粉末成形コアの代わりに積層鋼板コアでもよい。
(core)
The
角形柱部5は、磁束が出入りする端面(以下、磁路端面とも称する)を二つ有し、これら二つの磁路端面は背向して平行配置されている。磁気連結部6は、互いに平行に配置される二つの角形柱部5を磁気的に連結する部材であって、角形柱部5に連なる僅かな柱部を有している。磁気連結部6の各角部にはボルト締結孔7が磁路直角方向へ貫孔されている。磁気連結部6は、二つの磁路端面を同一面上に有し、磁気連結部6の一つの磁路端面と一つの角形柱部5の一つの磁路端面との間には磁路ギャップを形成するための非磁性かつ電気絶縁性のスペーサ8が介設されている。図3、図4に示すコ字形コア4において、二つの角形柱部5のスペーサ8側の磁路端面は露出している。この二つの角形柱部5の露出する磁路端面を露出磁路端面9とも称する。2つのコ字形コア4のそれぞれ二つの露出磁路端面9を個別に突き合わせることにより、ロ字形コア2が構成される。なお、互いに突き合わせられる二つの露出磁路端面9の間には、後述するようにスペーサ8と同様のスペーサが介設される。互いに突き合わせられる二つの角形柱部5はコイル3内にほぼ収容されて本発明で言う柱部をなす。したがって、ロ字形コア2は2つの柱部と2つの磁気連結部6とからなる。以下、2つの柱部を第1柱部、第2柱部と称することもあるものとする。
The
(コイル)
コイル3を図5に示す。コイル3は、ロ字形コア2の第1柱部に巻装される第1コイル部10と、ロ字形コア2の第2柱部に巻装される第2コイル部11とを直列接続してなる。第1柱部及び第2柱部を構成する合計4個の角形柱部5がそれぞれ角柱形状をもつため、第1コイル部10及び第2コイル部11はそれぞれ角形筒状のコイル形状をもつ。第1コイル部10及び第2コイル部11は、表面が絶縁皮膜により被着された厚板状の平角線をその幅方向へ屈曲加工して構成されている。コイル3は平角線を一層巻きして構成され、平角線の厚さ方向は角形柱部5の磁路方向と平行となっている。
(coil)
The
図5を参照してコイル3を更に詳しく説明する。
The
12〜15は第1コイル部10及び第2コイル部11の端部(端子部とも言う)であって、その先端部の絶縁皮膜は所定寸法だけ剥離されている。第1コイル部10の始端部12は第1コイル部10の下端左辺から前方向へ突出し、第1コイル部10の終端部13は第1コイル部10の上端右辺から前方向へ突出している。第2コイル部11の終端部14は第2コイル部11の上端左辺から前方向へ突出し、第2コイル部11の始端部15は第2コイル部11の上端左辺から前方向へ突出している。また、第1コイル部10の終端部13及び第2コイル部11の始端部15は、図5における上下方向すなわち角形柱部5の磁路方向(柱部磁路方向)に重ねられて溶接されている。
(ハーフコア)
上記したコ字形コア4及びスペーサ8は、樹脂インサート成形により一体化されて図6に示すコ字形ハーフコア16を構成している。すなわち、コ字形ハーフコア16は、コ字形コア4及びスペーサ8と、それらを被覆する樹脂被覆部17とからなる。樹脂被覆部17は、図6に示すように、二つのコ字形ハーフコア16の噛み合わせ嵌合のための凹凸を有している。この実施例では、2つの角形柱部5の露出磁路端面9は樹脂被覆部17から露出しているが、樹脂被覆部17により略一定厚さに覆われていてもよい。この場合には、露出磁路端面9を覆う樹脂被覆部17の部分がスペーサを構成することになる。
(Half core)
The
樹脂被覆部17は、互いに平行配置された二つの角形柱部5(実際には樹脂被覆部17に覆われている)の左右方向中央部に位置して前後方向へ延在するセンサ保持スぺーサ18を一体に有している。なお、センサ保持スぺーサ18は樹脂被覆部17と別体に製造してもよい。センサ保持スぺーサ18は、樹脂板であって非磁性かつ電気絶縁性を有している。結局、このリアクトル1のロ字形コア2は、合計6個の磁気ギャップを有している。センサ保持スぺーサ18は前方側かつ上側の角部が面取りされて、後述する温度センサを挿入するための溝部を区画するための直線テーパ面19を構成している。
The
(リアクトル1の組み立て)
二つのコ字形ハーフコア16とコイル3との組み立てを図7を参照して説明する。2つのコ字形ハーフコア16の露出磁路端面9の間にはスペーサ20が配置されている。スペーサ20は、たとえば樹脂又はガラス又はセラミック等の板材とされるが、接着剤によりコア端面に固定される。このようにして形成されたリアクトル1は、図8に示すように前端開口のアルミ合金製の金属ケース21に収容され、金属ケース21内にはモールド樹脂22が封入されてリアクトル1が封止されている。
(Assembly of reactor 1)
The assembly of the two
金属ケース21は、図8に示すように後端側の底面23の上下方向中央部には段差突部23aが後方に突出している。金属ケース21には、二つのコ字形コア4のどちらかに設けられた2つのボルト締結孔7にそれぞれ連通するケース孔24(図9参照)を有しているが、図8ではこのケース孔24は見えていない。
As shown in FIG. 8, the
(車両用DCDCコンバータ)
次に、このリアクトル1を車両用DCDCコンバータに組み付ける動作を図9を参照して以下に説明する。図9は、車両用DCDCコンバータの要部を示す図である。
(Vehicle DCDC converter)
Next, the operation of assembling the
25は、車両用DCDCコンバータの液冷型インバータ装置であり、このインバータ装置25は、それぞれ半導体素子が内蔵された合計12個の両面に主電極が露出する半導体カードモジュール26を有し、各半導体カードモジュール26は合計13個の液冷フィン27と交互に積層されている。なお、この積層に際して電気絶縁のために半導体カードモジュール26と液冷フィン27との間に電気絶縁性のフィルム又はシートが介設されている。なお、合計12個の半導体カードモジュール26は三相各アームのスイッチング素子又はフライホイールダイオードを構成している。液冷フィン27は、二枚の同形アルミ板を重ねてそれらの外周端縁をろう付けしてなり、内部に液体流路が上下方向に形成されている。なお、各液冷フィン27のうち図9にて上下に延在する黒い太線はろう付けされた液冷フィン27の外周端縁を示す。各液冷フィン27の上端部はそれぞれ液体流路が左右方向に形成されるようにろう付けされて、いわゆる流入ヘッダを構成している。同じく、各液冷フィン27の下端部はそれぞれ液体流路が左右方向に形成されるようにろう付けされて、いわゆる流出ヘッダを構成している。図9にて最右端側の液冷フィン27には冷却液流入管29と、冷却液流出管30とがろう付けされている。もちろん、冷却液流入管29は流入ヘッダの右端部に、冷却液流出管30は流出ヘッダの右端部に連通している。
25 is a liquid-cooled inverter device for a DC-DC converter for a vehicle, and this
31は、車両用DCDCコンバータを収容するアルミ合金製のコンバータ筐体(本発明で言うケース)であり、一端開口の角箱形状にダイキャスト形成されている。コンバータ筐体31には、既述した液冷型インバータ装置25が上記したそのSPS構造の液冷装置とともに固定されている。
また、液冷型インバータ装置25の右端に隣接して、リアクトル1がそのボルト締結孔7及びケース孔24を貫通してコンバータ筐体31に締結されたボルト(図示せず)により固定されている。リアクトル1の上端側の磁気連結部6のボルト締結孔7だけが締結されるが、リアクトル1の下端側の磁気連結部6のボルト締結孔7はフリーとなっている。すなわち、リアクトル1を収容する金属ケース21は、リアクトル1の下端側の磁気連結部6のボルト締結孔7に連通するケース孔24をもたず、その結果として、リアクトル1はコンバータ筐体31に柱部磁路方向(図9において上下方向)において一端支持され、リアクトル1の下端側の磁気連結部6は金属ケース21及びコンバータ筐体31に対して自由端となっている。
Adjacent to the right end of the liquid-cooled
リアクトル1を収容する金属ケース21の左端側の側壁21aは、液冷型インバータ装置25の右端面をなす最右側の液冷フィン27の右側の主面に密着して配置されている。なお、金属ケース21の左端側の側壁21aと最右側の液冷フィン27とを密着性を向上するために熱伝導グリスを塗布したり、あるいは両者を種々の方法で接合したりしてもよい。
A
金属ケース21内の第1コイル部10と第2コイル部11とのうち、第1コイル部10の外周面は、金属ケース21内のモールド樹脂及び金属ケース21の側壁21aを介してこの最右側の液冷フィン27から冷却される。つまり、液冷型インバータ装置25の各液冷フィン27のうち、最外側の液冷フィン27の外側主面は半導体モジュール冷却に用いられず遊んでいるため、この実施例ではこの最外側の液冷フィン27の外側主面をリアクトル1の伝熱冷却に用いている。
Of the
この実施形態では、金属ケース21の側壁及びモールド樹脂を介して最外側の液冷フィン27を第1コイル部10の外周面に対面させている。これにより、コアよりも優先して冷却が必要なコイル3は良好に冷却されることになる。なお、第2コイル部11は第1コイル部10を構成する平角線の優れた熱伝導率を通じて良好に冷却される。なお、最外側の液冷フィン27に対面して第1コイル部10の外周面と第2コイル部11の外周面とを両方とも対面するように、リアクトル1の配置を変更しても良い。
In this embodiment, the outermost
更に、冷却液流入管29と冷却液流出管30との間に介設されるため、金属ケース21と冷却液流入管29及び冷却液流出管30とを接触させることにより、金属ケース21に収容されたリアクトル1は三つの側面から良好に冷却されることができる。
Further, since the cooling
(変形態様)
上記実施形態では、金属ケース21とコンバータ筐体31とは別体に構成して締結したが、図10に示すように、リアクトル1を収容する金属ケース21とコンバータ筐体31とを一体にダイキャスト成形して一体ケースとしてもよい。この場合には、この一体ケースの金属ケース21に相当する角形の4つの側壁部のうちの一つである側壁21aが最外側の液冷フィン27に当接することになる。
(Modification)
In the above embodiment, the
金属ケース21の4つの側壁は、第1コイル部10の外周面に対面する側壁21aと、第2コイル部11の外周面に対面する側壁と、磁気連結部6に対面する二つの側壁からなる。ここで、第1コイル部10(又は第2コイル部11の外周面)に対面する金属ケース21の側壁21aを最外側の液冷フィン27に密接した場合(コイルを冷却器に近づける場合)aと、ロ字形コア2の磁気連結部6に対面する金属ケース21の側壁を最外側の液冷フィン27に密接した場合(コアを冷却器に近づける場合)bとで、後述する温度センサ32により、リアクトル1の中心温度を測定した。測定結果を図11に示す。図11において、コイルに一定電流を流した状態にて時間の経過とともに、aの場合には100℃を僅かに超えた程度であったが、bの場合には120℃に近い値となった。
The four side walls of the
次に、上記温度検出に用いた温度センサ32の配置を図2、図8を参照して説明する。温度センサ32は、サーミスタを内蔵しており、第1コイル部10と第2コイル部11との中間の隙間におけるコイル3の柱部磁路方向の中央位置X(図2参照)に配置されている。また、第1コイル部10及び第2コイル部11の軸方向である前後方向中央部(図8参照)に配置されている。すなわち、温度センサ32は、リアクトル1の三次元的な中央位置Xに配置されている。この位置は両側の第1コイル部10及び第2コイル部11の発熱によりリアクトル1において最も高温となる部位であり、温度センサ32はリアクトル1の最高温度を検出する。リアクトル1の各部温度の測定結果を図12に示す。リアクトル1の中央位置Xの温度は、コイル温度(周辺部)及びコア温度(周辺部)よりもかなり高くなることがわかる。
Next, the arrangement of the
温度センサ32の配置を図8を参照して更に詳しく説明する。
The arrangement of the
二つのコ字形コア4の樹脂被覆部17と一体成形されたセンサ保持スぺーサ18は、上下方向に対面して間に温度センサ32が収容される溝部18Aを形成する。この溝部18Aは、二つのセンサ保持スぺーサ18の直線テーパ面19により区画されて前方へ向けて徐々に大きくなる開口を有している。直棒形状の温度センサ32はこの溝部18Aの開口から中央位置(図2参照)Xまで挿入されている。この温度センサ32の挿入後、金属ケース21内には液状又はゼリー状のモールド樹脂が注入されて固化され、これにより、リアクトル1及び温度センサ32は所定位置に固定される。センサ保持スぺーサ18は、このモールド樹脂注入に際して温度センサ32を挟持して位置変位を防ぐ。なお、2つのセンサ保持スぺーサ18を樹脂被覆部17と別に形成する場合には、2つのセンサ保持スぺーサ18は一つの溝付き樹脂板により代替することができる。
The
(リアクトル1の固定構造)
既述したように、この実施形態では、リアクトル1がそのボルト締結孔7を貫通してコンバータ筐体31に締結されたボルト(図示せず)により固定されている。ただし、この実施形態では、リアクトル1の上端側の磁気連結部6のボルト締結孔7だけが締結されるが、リアクトル1の下端側の磁気連結部6のボルト締結孔7はフリーとなっている。その結果として、リアクトル1は金属ケース21と一体のコンバータ筐体31に柱部磁路方向(図9において上下方向)において一端支持され、リアクトル1の下端側の磁気連結部6は金属ケース21及びコンバータ筐体31に対して自由端となっている。
(
As described above, in this embodiment, the
このように二つの磁気連結部6の一方を自由端としたために、角形柱部5とスペーサ8、20との接着部が剥離することがなく、剥離後にこの部位から生じる大きな騒音発生を良好に防止することができる。また、金属ケース21とリアクトル1との熱膨張率の差も良好に吸収することができる。
As described above, since one of the two
なお、モールド樹脂22は磁気連結部6などの表面に接着して上記した二つの磁気連結部6の一方(コアの柱部磁路方向における自由端)の柱部磁路方向への変位を阻害する。この問題を軽減するには、樹脂モールド工程の前にコア表面などに潤滑剤を塗布したり、あるいは少なくとも自由端側の磁気連結部6の表面にその柱部磁路方向への摺動変位を可能とする樹脂シートや樹脂筒をかぶせてから樹脂モールドするなどの手法を採用することができる。更に、この実施形態によれば、ロ字形コア2、特にその磁気連結部6から金属ケース21に伝達される柱部磁路方向における振動力が軽減されるため、金属ケース21の振動を低減できる。
The
(第2実施形態)
他の実施形態を図13、図14を参照して説明する。図13はリアクトル装置の模式部分正面図、図14はリアクトル装置の模式部分断面図である。
(Second Embodiment)
Another embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a schematic partial front view of the reactor device, and FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view of the reactor device.
角箱形状の金属ケース21の底板21eは磁気連結部6を載置するための段差面21fを有している。磁気連結部6は両端が段差面21fにねじ21gにより締結されたコ字状の帯板21hにより固定されている。22はモールド樹脂であるが省略可能である。
The
(第3実施形態)
他の実施形態を図15、図16を参照して説明する。図15はリアクトル装置の模式部分正面図、図16はリアクトル装置の模式部分断面図である。
(Third embodiment)
Another embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a schematic partial front view of the reactor device, and FIG. 16 is a schematic partial cross-sectional view of the reactor device.
この実施形態は、第1実施形態同様にボルト21iにより、二つの磁気連結部の一方を磁気連結部6に貫設した貫通孔であるボルト締結孔7を貫通させた後、金属ケース21の段差面21fに設けられたケース孔(図示せず)に締結したものである。リアクトル1の重量は段差面21fに担持される。この実施形態においても第1、第2実施形態同様の効果を奏することができる。
In this embodiment, after the
(第4実施形態)
自由端をなす磁気連結部6の支持構造の他例を図17、図18を参照して説明する。第1実施形態では、モールド樹脂22自体を、自由端をなす磁気連結部6の支持構造とし、この磁気連結部6の表面に潤滑剤を予め塗布するなどとして磁気連結部6の柱部磁路方向への変位を可能としていた。
(Fourth embodiment)
Another example of the support structure of the
この実施形態では、金属ケース21の段差面21fを覆うように金属ケース21の側壁21dからコ字状の壁部21jを突出させ、この壁部21jと段差面21fとで角形孔21kを形成する。自由端側の磁気連結部6の先端部はこの角形孔21kに収容され、磁気連結部6と側壁21dとの間にギャップが確保される。このようにすれば、自由端側の磁気連結部6の柱部磁路方向への変位を可能としつつ、その他の方向への好ましくない変位を防止することができる。なお、この角形孔21kは、金属ケース21に内面に固定された樹脂各筒により構成しても良い。
In this embodiment, a
(第5実施形態)
自由端をなす磁気連結部6の支持構造の他例を図19、図20を参照して説明する。この実施形態は、第4実施形態の角形孔21kをたとえばゴムなどの弾性体を材料とする角筒21mにより構成した点をその特徴とする。この弾性体を材料とする角筒21mは金属ケース21の段差面21fの上に固定され、金属ケース21の側壁21dに接着されている。
(Fifth embodiment)
Another example of the support structure of the
このようにすれば、弾性体の制振力や振動エネルギー消散性を利用しつつ、自由端側の磁気連結部6の柱部磁路方向への変位を確保することができる。
In this way, it is possible to ensure the displacement of the
(変形態様)
なお、上記した第1〜第3実施形態では、リアクトル1をモールド樹脂22にて囲覆封止したが、金属ケース21を密閉構造とすることにより、モールド樹脂22を省略してもよい。
(Modification)
In the first to third embodiments described above, the
1 リアクトル
2 ロ字形コア
3 コイル
4 コ字形コア
5 角形柱部
6 磁気連結部
7 ボルト締結孔
8 スペーサ
9 露出磁路端面
10 コイル部
10a 左辺
10b 前辺
10c 右辺
11 コイル部
11b 前辺
11c 左辺
12 始端部
12a 先端部分
13 終端部
13a 先端部分
14 終端部
14a 先端部分
15 始端部
16 コ字形ハーフコア
17 樹脂被覆部
18 センサ保持スペーサ
18A 溝部
19 直線テーパ面
20 スペーサ
21 金属ケース
21a 側壁
22 モールド樹脂
23 底面
23a 段差突部
24 ケース孔
25 液冷型インバータ装置
26 半導体カードモジュール
27 液冷フィン
29 冷却液流入管
30 冷却液流出管
31 コンバータ筐体
32 温度センサ
21e 金属ケースの底板
21f 金属ケースの段差面
21g ねじ
21h コ字状の帯板
21i ボルト
21j コ字状の壁部
21k 角形孔
21m 角筒
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記柱部に巻装されたコイルと、
前記コアが締結される底板部を有して前記コア及びコイルを収容する角箱状のケースと、
を備え、
前記柱部は、前記コイルへの交流通電により前記柱部の磁路方向へ伸縮する磁気部品において、
前記ケースに固定されて前記二つの磁気連結部の一方を前記柱部の磁路方向へ変位可能に保持するガイド部を有し、
前記二つの磁気連結部の他方は、前記ケースの底板部に固定されることを特徴とする磁気部品。 At least two pillar parts parallel to each other, one end side magnetic coupling part magnetically connecting one end part of the pillar part, and the other end side magnetic coupling magnetically connecting the other end parts of the pillar part A soft magnetic core comprising a closed magnetic circuit
A coil wound around the column;
A square box-like case that has a bottom plate portion to which the core is fastened and accommodates the core and the coil;
With
In the magnetic part that the column part expands and contracts in the magnetic path direction of the column part by alternating current energization to the coil,
A guide portion fixed to the case and holding one of the two magnetic coupling portions so as to be displaceable in the magnetic path direction of the column portion;
The other of the two magnetic coupling portions is fixed to a bottom plate portion of the case.
非磁性のスペーサが前記コアの磁路に介設されたリアクトルである磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
A magnetic component which is a reactor in which a nonmagnetic spacer is interposed in the magnetic path of the core.
前記二つの磁気連結部の他方は、前記ケースに締結される磁気部品。 The magnetic component according to claim 2,
The other of the two magnetic coupling portions is a magnetic component fastened to the case.
前記ガイド部は、前記二つの磁気連結部の一方に対面する前記ケースの側壁から前記二つの磁気連結部の他方に向けて突出する突壁部からなる磁気部品。 The magnetic component according to claim 2,
The guide part is a magnetic component including a projecting wall part projecting from the side wall of the case facing one of the two magnetic coupling parts toward the other of the two magnetic coupling parts.
前記ガイド部は、前記ケースに充填された封止樹脂体からなる磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
The guide part is a magnetic component made of a sealing resin body filled in the case.
前記ガイド部は、前記ケースに支持されて前記二つの磁気連結部の一方を前記柱部の磁路方向へ変位可能に弾性支持する弾性部材を有する磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
The guide part is a magnetic component having an elastic member that is supported by the case and elastically supports one of the two magnetic coupling parts so as to be displaceable in the magnetic path direction of the column part.
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