JP2007180145A - 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。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. 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
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、コアに掛かるストレスを緩和可能な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 an object of the present invention is to provide a magnetic component that can relieve stress applied to the core by a simple mechanism.
上記課題を解決するためになされた第1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、端部同士を磁気接続する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、前記コアが収容されて固定される角箱状のケースとを備え、前記ケースが、前記柱部の磁路方向両側に配置されて前記コアの磁気連結部と略平行に延在する主側壁と、前記金属ケースの前記柱部に近接しつつ前記コアの柱部と略平行に延在する副側壁とを有し、前記柱部が、前記コイルへの交流通電により磁路方向へ伸縮する磁気部品において、前記主側壁が、前記副側壁よりも大きな厚さ方向への曲げ剛性を有して前記コアの磁気連結部に接触してい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 first invention made to solve the above-described problem has a soft magnetic circuit having a closed magnetic circuit having at least two pillar portions parallel to each other and a magnetic coupling portion for magnetically connecting the end portions. A magnetic core; a coil wound around the pillar; and a rectangular box-like case in which the core is accommodated and fixed; and the case is disposed on both sides of the pillar in the magnetic path direction. A main side wall extending substantially parallel to the magnetic coupling portion of the core; and a sub-side wall extending substantially parallel to the column portion of the core while being close to the column portion of the metal case, However, in the magnetic component that expands and contracts in the magnetic path direction by alternating current energization to the coil, the main side wall has a bending rigidity in the thickness direction larger than the sub side wall and contacts the magnetic coupling part of the core. It is characterized by having. 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、この発明の磁気部品は、ケースの側壁のうち、柱部の磁路方向両側の2つの主側壁の柱部の磁路方向(すなわち厚さ方向)への曲げ剛性を、副側壁の厚さ方向への曲げ剛性よりも大きくすることにより、ケースの重量、体格の増大を抑止しつつコアの柱部磁路方向への磁気振動特に伸張をケースにより低減することを特徴としている。 That is, the magnetic component according to the present invention has the bending rigidity in the magnetic path direction (that is, the thickness direction) of the column portions of the two main sidewalls on both sides in the magnetic path direction of the column portion of the side wall of the case, and the thickness of the sub-side wall. By making it larger than the bending rigidity in the vertical direction, the case is characterized in that the case reduces the magnetic vibration, particularly the extension, in the direction of the core magnetic path of the core while suppressing an increase in the weight and physique of the case.
ケースの主側壁は、単にコアの磁気連結部に接触するだけでもよく、なんらかの手段で機械的に結合させてもよい。前者の場合にはコアの柱部磁路方向への伸張を抑止でき、後者の場合にはコアの柱部磁路方向への伸縮を抑止することができる。つまり、上記特許文献1のようにコアとケースとの間の摩擦力の精密な調整を行うことなく、ケースの磁気振動を低減することができる。
The main side wall of the case may simply contact the magnetic coupling part of the core, or may be mechanically coupled by some means. In the former case, expansion of the core in the column magnetic path direction can be suppressed, and in the latter case, expansion and contraction of the core in the column magnetic path direction can be suppressed. In other words, the magnetic vibration of the case can be reduced without performing precise adjustment of the frictional force between the core and the case as in
好適な態様において、前記主側壁は、前記副側壁よりも厚肉とされている。このようにすれば、主側壁の上記剛性を簡単に強化することができる。 In a preferred aspect, the main side wall is thicker than the sub-side wall. If it does in this way, the above-mentioned rigidity of the main side wall can be strengthened easily.
好適な態様において、前記主側壁は、前記主側壁の両側の前記副側壁へ向けて延在する補強用のリブを有する。このようにすれば、主側壁の重量増大を抑止しつつ主側壁の上記剛性を強化することができる。 In a preferred aspect, the main side wall has reinforcing ribs extending toward the sub-side wall on both sides of the main side wall. If it does in this way, the above-mentioned rigidity of the main side wall can be strengthened, suppressing the weight increase of the main side wall.
好適な態様において、前記主側壁は、前記コアの前記磁気連結部へ向けて突出して前記磁気連結部に接触する突部を有する。このようにすれば、この突部は、主側壁の上記剛性を強化するとともにコアの磁気連結部とケースの主側壁の好適部位との機械的係合たとえば接触を可能とする。 In a preferred aspect, the main side wall has a protrusion that protrudes toward the magnetic coupling portion of the core and contacts the magnetic coupling portion. In this way, this protrusion reinforces the rigidity of the main side wall and enables mechanical engagement, for example, contact between the magnetic coupling portion of the core and a suitable portion of the main side wall of the case.
上記課題を解決するためになされた第2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、端部同士を磁気接続する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、前記コアが収容されて固定される角箱状のケースとを備え、前記ケースが、前記柱部の磁路方向両側に配置されて前記コアの磁気連結部と略平行に延在する主側壁と、前記金属ケースの前記柱部に近接しつつ前記コアの柱部と略平行に延在する副側壁とを有し、前記柱部が、前記コイルへの交流通電により磁路方向へ伸縮する磁気部品において、前記主側壁に支持されて前記磁気連結部に当接乃至結合して前記前記柱部の磁路方向への前記コアの伸縮を規制する介設部材を有することを特徴としている。 The magnetic component of the second invention made to solve the above-mentioned problem is a soft component that forms a closed magnetic circuit having at least two column parts parallel to each other and a magnetic coupling part that magnetically connects the end parts. A magnetic core; a coil wound around the pillar; and a rectangular box-like case in which the core is accommodated and fixed; and the case is disposed on both sides of the pillar in the magnetic path direction. A main side wall extending substantially parallel to the magnetic coupling portion of the core; and a sub-side wall extending substantially parallel to the column portion of the core while being close to the column portion of the metal case, However, in the magnetic component that expands and contracts in the magnetic path direction due to the alternating current energization of the coil, the core is supported by the main side wall and abuts or is coupled to the magnetic coupling portion to move the core in the magnetic path direction of the column portion. It has an interposed member for restricting expansion and contraction.
すなわち、本発明は、コアの柱部磁路方向への振動を介設部材を通じてケースの主側壁に伝達するが、介設部材及び主側壁の柱部磁路方向への曲げ剛性により、コアの柱部磁路方向への振動は抑止される。介設部材とケースとは別部材とされるが、両者を機械的に結合することも可能である。また、介設部材とコアの磁気連結部とは別部材とされるが、両者を機械的に結合することも可能である。このような機械的結合は、介設部材単独のびびり低減に有効である。 That is, according to the present invention, vibration in the core magnetic path direction of the core is transmitted to the main side wall of the case through the interposed member, but due to the bending rigidity of the interposed member and the main side wall in the column magnetic path direction, Vibration in the direction of the column magnetic path is suppressed. The interposed member and the case are separate members, but it is also possible to mechanically couple them. Further, although the interposed member and the magnetic coupling portion of the core are separate members, it is also possible to mechanically couple them. Such mechanical coupling is effective in reducing chatter of the interposed member alone.
好適な態様において、前記介設部材は、前記主側壁と前記磁気連結部との間に位置して前記磁気連結部の磁路方向へ延在する。このようにすれば、介設部材の重量増大を抑止しつつ介設部材の曲げ剛性を強化することができる。 In a preferred aspect, the interposed member is located between the main side wall and the magnetic coupling portion and extends in a magnetic path direction of the magnetic coupling portion. If it does in this way, the bending rigidity of an interposed member can be strengthened, suppressing the weight increase of an interposed member.
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 EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a reactor adopting the present 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つ。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。
(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の反スペーサ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 U-shaped core 4 and 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と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内にてコンバータ筐体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
(金属ケース21の振動低減構造)
次に、図10に示す金属ケース21の振動低減構造について説明する。この金属ケース21は、既述したようにコンバータ筐体31と一体に形成され、略角枠状の金属ケース21の4枚の側壁21a〜21dは、外側のコンバータ筐体31の側壁31a〜31dと平行に形成されている。金属ケース21の底板21eは、コンバータ筐体31の底板31eが兼ねている。また、金属ケース21の外側面には梁部411〜414がこの外側面から略直角に突出している。梁部411はコンバータ筐体31の側壁及び底板31eと一体化され、梁部412〜414はコンバータ筐体31の底板31eと一体化されている。その他にも金属ケース21の側壁21dの外側面とコンバータ筐体31の底板31eとを連ねる梁部が存在するが、図10では図示されていない。ただし、金属ケース21の側壁21aには梁部は形成されない。これにより、側壁21aを液冷型インバータ装置の液冷フィン27に密着させて金属ケース21を通じて金属ケース21内部のリアクトル1の放熱性を向上することができる。
(Vibration reduction structure of metal case 21)
Next, the vibration reduction structure of the
この実施形態では、金属ケース21がコンバータ筐体31と一体に形成されているため、金属ケース21の側壁21a〜21dを薄くしても金属ケース21の厚さ方向への曲げ剛性は向上している。そのうえ、上記梁部41〜44が金属ケース21の側壁21a〜21dの曲げ剛性を格段に向上していることがわかる。
In this embodiment, since the
特に、梁部412は、リアクトル1の角形柱部5の柱部磁路方向への振動により、側壁21bがその厚さ方向へ振動するのを良好に低減することができる。また、梁部411、413、414は、金属ケース21の側壁角部からこの側壁角部に対して直角に突設されているため、リアクトル1の柱部磁路方向の振動及び磁気連結部磁路方向の振動の両方により、金属ケース21の側壁21a〜21dが振動するのを良好に低減することができる。また、これら側壁21a〜21dの振動低減は、リアクトル1自体の振動低減も実現する。更に、上記梁部411〜414は、金属ケース21からコンバータ筐体31への放熱を改善する。
In particular, the beam portion 412 can satisfactorily reduce the vibration of the
この実施形態では更に、リアクトル1の柱部磁路方向両側の側壁21b、21dは、リアクトル1の磁気連結部磁路方向両側の側壁21a、21cよりも厚く形成されている。これにより、磁気連結部磁路方向への振動よりも大きな柱部磁路方向へのリアクトル1の振動による側壁21b、21dの大きな振動を良好に低減することができる。なお、側壁21b、21dは、本発明で言う主側壁をなし、側壁21a、21cは本発明で言う副側壁をなす。
Further, in this embodiment, the
(第2実施形態)
リアクトル1及び金属ケース21の柱部磁路方向への振動を低減する他の実施形態を図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正面図、図14はリアクトル装置の模式断面図である。
(Second Embodiment)
Another embodiment for reducing the vibration in the direction of the magnetic pole of the
実施形態1と同じく、角箱形状の金属ケース21は、側壁21a〜21dと底板21eとをもち、底板21eは磁気連結部6を載置するための段差面21f、21gを有している。磁気連結部6は段差面21f、21gに締結されてもよく、締結せず、モールド樹脂22で固定するのみでもよい。
As in the first embodiment, the rectangular box-shaped
この実施形態でも、柱部磁路方向両側の側壁21b、21dは、磁気連結部磁路方向両側の側壁21a、21cよりも肉厚に形成されてその曲げ剛性を強化されている。このため、リアクトル1の柱部磁路方向の大きな振動を良好に抑止することができる。なお、図13、図14では、側壁21b、21dの内側面と磁気連結部6との間にモールド樹脂22が介設されているが、直接密着させたり、あるいは後で所定厚さのスペーサを圧入した後、モールドを行ってもよい。
Also in this embodiment, the
(第3実施形態)
リアクトル1及び金属ケース21の柱部磁路方向への振動を低減する他の実施形態を図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断面図、図16はリアクトル装置の模式部分正面図である。
(Third embodiment)
Another embodiment for reducing the vibration in the column magnetic path direction of the
この実施形態では、金属ケース21の柱部磁路方向両側の側壁21b、21dの内側面に磁気連結部6へ向けて突出して磁気連結部6の外端面に接する梁板部(本発明で言う補強用のリブ)211を設けている。梁板部211は主側壁である側壁21b、21dと一体に形成しても良く、あるいは別体に形成した後、締結などにより側壁21b、21dと一体化してもよい。
In this embodiment, the beam plate portion protruding from the inner side surfaces of the
梁板部211は、磁気連結部6のH方向中央部に配置される。これにより、磁気連結部6の柱部磁路方向への伸縮力が磁気連結部6に好ましくない応力を発生させることがなく、磁気連結部6の割れなどの問題を低減することができる。梁板部211の両端は、側壁21a、21cと一体化されているが、これは必須ではない。側壁21b、21dは、実質的に側壁21b、21dと一体化されているため、側壁21b、21dの厚さ方向曲げ剛性は格段に改善される。また、梁板部211は磁気連結部6から金属ケース21への放熱経路を構成することができる。
The
(第4実施形態)
リアクトル1及び金属ケース21の柱部磁路方向への振動を低減する他の実施形態を図17、図18を参照して説明する。図17はリアクトル装置の模式部分断面図、図18はリアクトル装置の模式部分正面図である。
(Fourth embodiment)
Another embodiment for reducing vibration in the direction of the magnetic pole of the
この実施形態は、第3実施形態の梁板部211の先端に磁気連結部6の外端面に接触しつつ側壁21b、21dと平行に延在する鍔板部212を設けて、側壁21b、梁板部211及び鍔板部212を全体としてレール形状としたものである。このようにすれば、磁気連結部6と梁板部211との間の振動力の授受を円滑とすることができ、磁気連結部6内の応力を低減でき、磁気連結部6から梁板部211への熱伝達を改善することができる。もちろん、この場合でも、梁板部211及び鍔板部212は別体に形成してもよく、それらを機械的に結合乃至接合してもよい。
In this embodiment, the end plate of the
(第5実施形態)
リアクトル1及び金属ケース21の柱部磁路方向への振動を低減する他の実施形態を図19、図20を参照して説明する。図19はリアクトル装置の模式部分断面図、図20はリアクトル装置の模式部分正面図である。
(Fifth embodiment)
Another embodiment for reducing vibration in the direction of the magnetic pole of the
この実施形態は、第4実施形態の梁板部211を側壁21b、21dと別体とするとともに、梁板部211の側壁側の端部にも鍔板部213を設けたものである。鍔板部213は鍔板部212と平行に形成されている。この全体としてレール形状の梁板部211(本発明で言う介設部材)は、側壁21a、21cに両端支持されてそれ自体が磁気連結部6の柱部磁路方向への伸縮に対して良好な曲げ剛性をもつため、側壁21b、21dの曲げ剛性を低減することができる。また、梁板部211と側壁21b、21dとの熱伝導性能を確保しつつ金属ケース21の製造を容易化することができる。なお、レール形状の梁板部211は、側壁21b、21dと磁気連結部6の間に圧入することが簡単である。ただし、その後、モールド樹脂を注入することが好ましい。
In this embodiment, the
(第6実施形態)
リアクトル1及び金属ケース21の柱部磁路方向への振動を低減する他の実施形態を図21、図22を参照して説明する。図21はリアクトル装置の模式部分断面図、図22はリアクトル装置の模式部分正面図である。
(Sixth embodiment)
Another embodiment for reducing vibration in the direction of the magnetic pole of the
この実施形態は、側壁21b、21dの内側に梁板部211を設ける代わりに、側壁21b、21dの外側にこの梁板部211と同様の梁板部221を合計6枚配置したものである。このようにすれば上記と同様に側壁21b、21dの厚さ方向曲げ剛性を強化して、リアクトル1の柱部磁路方向への振動を抑止できるとともに、各梁板部221を放熱フィンとして機能させることができる。
In this embodiment, instead of providing 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
21a〜21d 金属ケースの側壁
21e 金属ケースの底板
31a〜31d コンバータ筐体の側壁
31e コンバータ筐体の底板
21f、21g 金属ケースの段差面
211 梁板部(リブ)
212,213 鍔板部
221 梁板部
DESCRIPTION OF
212,213
Claims (7)
前記柱部に巻装されたコイルと、
前記コアが収容されて固定される角箱状のケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記柱部の磁路方向両側に配置されて前記コアの磁気連結部と略平行に延在する主側壁と、
前記金属ケースの前記柱部に近接しつつ前記コアの柱部と略平行に延在する副側壁と、
を有し、
前記柱部は、
前記コイルへの交流通電により磁路方向へ伸縮する磁気部品において、
前記主側壁は、前記副側壁よりも大きな厚さ方向への曲げ剛性を有して前記コアの磁気連結部に接触していることを特徴とする磁気部品。 A soft magnetic core having at least two column parts parallel to each other and a magnetic coupling part magnetically connecting the end parts to form a closed magnetic circuit;
A coil wound around the column;
A rectangular box-like case in which the core is accommodated and fixed;
With
The case is
A main sidewall that is disposed on both sides of the column portion in the magnetic path direction and extends substantially parallel to the magnetic coupling portion of the core;
A sub-side wall extending substantially parallel to the core column while being close to the column of the metal case;
Have
The column portion is
In the magnetic component that expands and contracts in the magnetic path direction by alternating current energization to the coil,
The magnetic component according to claim 1, wherein the main side wall has a bending rigidity in the thickness direction larger than that of the sub side wall and is in contact with the magnetic coupling portion of the core.
前記主側壁は、
前記副側壁よりも厚肉とされていることを特徴とする磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
The main sidewall is
A magnetic component characterized in that it is thicker than the sub-side wall.
前記主側壁は、
前記主側壁の両側の前記副側壁へ向けて延在する補強用のリブを有することを特徴とする磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
The main sidewall is
A magnetic component comprising reinforcing ribs extending toward the sub-side wall on both sides of the main side wall.
前記主側壁は、
前記コアの前記磁気連結部へ向けて突出して前記磁気連結部に接触する突部を有することを特徴とする磁気部品。 The magnetic component according to claim 1,
The main sidewall is
A magnetic component comprising a protrusion protruding toward the magnetic coupling portion of the core and contacting the magnetic coupling portion.
前記柱部に巻装されたコイルと、
前記コアが収容されて固定される角箱状のケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記柱部の磁路方向両側に配置されて前記コアの磁気連結部と略平行に延在する主側壁と、
前記金属ケースの前記柱部に近接しつつ前記コアの柱部と略平行に延在する副側壁と、
を有し、
前記柱部は、
前記コイルへの交流通電により磁路方向へ伸縮する磁気部品において、
前記主側壁に支持されて前記磁気連結部に当接乃至結合して前記前記柱部の磁路方向への前記コアの伸縮を規制する介設部材を有することを特徴とする磁気部品。 A soft magnetic core having at least two column parts parallel to each other and a magnetic coupling part magnetically connecting the end parts to form a closed magnetic circuit;
A coil wound around the column;
A rectangular box-like case in which the core is accommodated and fixed;
With
The case is
A main sidewall that is disposed on both sides of the column portion in the magnetic path direction and extends substantially parallel to the magnetic coupling portion of the core;
A sub-side wall extending substantially parallel to the core column while being close to the column of the metal case;
Have
The column portion is
In the magnetic component that expands and contracts in the magnetic path direction by alternating current energization to the coil,
A magnetic component comprising an interposed member that is supported by the main side wall and that contacts or couples to the magnetic coupling portion to restrict expansion and contraction of the core in the magnetic path direction of the column portion.
前記介設部材は、前記主側壁及び前記磁気連結部の少なくとも一方に固定されている磁気部品。 The magnetic component according to claim 5, wherein
The interposed member is a magnetic component fixed to at least one of the main side wall and the magnetic coupling portion.
前記介設部材は、前記主側壁と前記磁気連結部との間に位置して前記磁気連結部の磁路方向へ延在する磁気部品。 The magnetic component according to claim 5, wherein
The interposed member is a magnetic component that is located between the main side wall and the magnetic coupling portion and extends in a magnetic path direction of the magnetic coupling portion.
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