JP2008028287A - Reactor and reactor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として燃料電池車やハイブリッド車などに搭載されるリアクトルの製造コストの低減対策に関する。 The present invention mainly relates to measures for reducing the manufacturing cost of a reactor mounted on a fuel cell vehicle, a hybrid vehicle, or the like.
近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池車のような直流電源でモータを駆動する自動車が開発されている。燃料電池車やハイブリッド車などに配置される昇圧コンバータは、電圧を変換するリアクトルを備えている。 In recent years, automobiles that drive motors with a DC power source such as hybrid vehicles and fuel cell vehicles have been developed due to environmental problems. A boost converter disposed in a fuel cell vehicle or a hybrid vehicle includes a reactor that converts a voltage.
車に搭載されるリアクトルは、トラック形状のコアの直線部にコイルを装着して構成されるものである。従来のコアの周囲には、たとえば特許文献1に開示されているように、内側ボビンが取り付けられる。そして、内側ボビンの周囲にコイルを取り付けるように構成される。また、コアは、複数の部分コアに分割されており、各部分コア間に、ギャップスペーサが介在している。 A reactor mounted on a car is configured by attaching a coil to a straight portion of a track-shaped core. An inner bobbin is attached around the conventional core, for example, as disclosed in Patent Document 1. And it is comprised so that a coil may be attached to the circumference | surroundings of an inner side bobbin. The core is divided into a plurality of partial cores, and a gap spacer is interposed between the partial cores.
ギャップスペーサは、周波数に応じてインダクタンスを調整するために必要な部材である。コア全体として、設計上、必要なギャップスペーサの合計厚みが定まる。そして、1つのギャップスペーサの厚みが過大であると、過剰な漏れ電流が発生するので、それを防止するために、ギャップスペーサの数が定められている。 The gap spacer is a member necessary for adjusting the inductance according to the frequency. The total thickness of the required gap spacers is determined by design for the entire core. If the thickness of one gap spacer is excessive, an excessive leakage current is generated. In order to prevent this, the number of gap spacers is determined.
上記特許文献1の技術では、内側ボビンにより、コイルの筒状部分と中間部分コアとの接触を妨げるように構成されている。しかしながら、内側ボビンの性能と製造コストとを比較してみると、必要以上のコストを費やしているという不具合があった。 In the technique of Patent Document 1, the inner bobbin is configured to prevent contact between the cylindrical portion of the coil and the intermediate portion core. However, when the performance of the inner bobbin is compared with the manufacturing cost, there is a problem that an excessive cost is spent.
本発明の目的は、リアクトルにおける構成要素の機能を保持しつつ、構造の簡略化を図ることにより、製造コストの削減が可能なリアクトル装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the reactor apparatus which can reduce a manufacturing cost by aiming at simplification of a structure, maintaining the function of the component in a reactor.
本発明のリアクトルは、環状のコイルの内側に複数の部分コアに分割されたコアを配置したものにおいて、各部分コア間に介在するギャップスペーサとして、部分コアよりも外方に突出する突出部を設け、突出部によってコイルを支持するようにしたものである。 The reactor of the present invention has a core that is divided into a plurality of partial cores inside the annular coil, and has a protruding portion that protrudes outward from the partial core as a gap spacer interposed between the partial cores. The coil is provided and supported by the protruding portion.
これにより、従来必要としていた内側ボビンを不要とすることができ、製造コストの削減を図ることができる。 Thereby, the inner bobbin which has been conventionally required can be eliminated, and the manufacturing cost can be reduced.
ギャップスペーサは、部分コアの断面と同一の形状を有する中央部を有していてもよいし、部分コアの断面よりも小さい中央部と、中央部から複数の方向に分岐する分岐部とを有していてもよい。後者の構造の場合には、ギャップスペーサの材料の削減と、軽量化とを図ることができる。 The gap spacer may have a central portion having the same shape as the cross section of the partial core, a central portion smaller than the cross section of the partial core, and a branch portion that branches from the central portion in a plurality of directions. You may do it. In the case of the latter structure, the gap spacer material can be reduced and the weight can be reduced.
ギャップスペーサの突出部がフランジ状に形成されていることにより、部分コア間の接合が容易となるので、組み立て工程の簡素化による製造コストの低減を図ることができる。 Since the protrusion part of the gap spacer is formed in a flange shape, joining between the partial cores is facilitated, so that the manufacturing cost can be reduced by simplifying the assembly process.
ギャップスペーサの突出部の表面は、弾性体材料によって覆われていることにより、コイルの内面の損傷を確実に防止することができる。 Since the surface of the protrusion of the gap spacer is covered with the elastic material, damage to the inner surface of the coil can be reliably prevented.
本発明のリアクトル装置は、上記本発明のリアクトルを収納するケースをさらに備えており、リアクトルの部分コア間に介在するギャップスペーサとして、部分コアよりも外方に突出する突出部を設け、突出部によりコイルを支持するようにしたものである。 The reactor device of the present invention further includes a case for housing the reactor of the present invention, and as a gap spacer interposed between the partial cores of the reactor, a protruding portion that protrudes outward from the partial core is provided. The coil is supported by the above.
これにより、従来必要としていた内側ボビンを不要とすることができるので、リアクトル装置全体としても、製造コストの削減を図ることができる。 Thereby, since the inner bobbin which was conventionally required can be made unnecessary, the manufacturing cost can be reduced even for the reactor device as a whole.
リアクトル装置においても、上記リアクトルの場合と同様の選択的構成とすることができ、同様の効果を発揮することができる。 Also in the reactor device, the same selective configuration as in the case of the reactor can be adopted, and the same effect can be exhibited.
本発明のリアクトルまたはリアクトル装置によると、ギャップスペーサに突出部を設けることにより、製造コストの削減を図ることができる。 According to the reactor or the reactor apparatus of the present invention, the manufacturing cost can be reduced by providing the gap spacer with the protruding portion.
(実施の形態1)
−リアクトル装置の構造−
図1は、実施の形態1におけるリアクトルBの概略構成を示す斜視図である。図2は、コア1のみを抜き出して示す斜視図である。図1および図2に示すように、本実施の形態のリアクトルBは、コア1と、コア1の周囲を環状に取り巻くコイル2とを備えている。コア1は、平面形状がほぼ長円形をしていて、2つの直線部Raと、2つの直線部Raの両端部において直線部Ra同士を接続する曲線部Rbとを有している。また、コア1は、2つの直線部Raの各端部および曲線部Rbに亘るサイド部分コア12と、各直線部Raにおいてサイド部分コア12間に交互に配置される中間部分コア10およびギャップスペーサ11とを備えている。図1の右下に示すように、ギャップスペーサ11はほぼ矩形板状の構造を有しており、中間部分コア10やサイド部分コア12の断面に相当する中央部11aと、中間部分コア10やサイド部分コア12よりも外方に突出して突出部11bとを有している。この実施形態では、突出部11bは、中央部11aを全体的に取り囲む環状の領域となっているが、必ずしも全体的に突出している必要はない。
(Embodiment 1)
-Structure of the reactor device-
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of reactor B in the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing only the core 1 extracted. As shown in FIGS. 1 and 2, the reactor B of the present embodiment includes a core 1 and a
一方、コイル2は、角柱状の空間を囲むように螺旋状に巻かれて積層された2つの環状部分21と、環状部分21を接続する接続部分22と、上方に突出する両端の端子23とによって構成されている。コイル2は、ほぼ全体が絶縁性膜で覆われており、1対の端子23のみが絶縁性膜から露出している。このように、コイル2は、コア1の各直線部Raを覆う2つの環状部分21が接続部22で接続されて一体化されており、通電時には、一方の端子23から、順次2つの環状部分22を経て、他方の端子23に交流電流が流れる。そして、コイル2の各環状部分21は、複数のギャップスペーサ11の突出部11bのいずれかの部位と接触していて、突出部11bによりコイル2の環状部分21を支持するように、言い換えるとコイル2を位置決めするように構成されている。ただし、接触部に接着剤層などが介在していてもよい。
On the other hand, the
すなわち、本実施の形態のコア1は、大電流かつ高周波領域における交流−直流間の変換の際の負荷を緩和するためのリアクトルに適した構造であり、ハイブリッド車などに搭載されるものである。 That is, the core 1 of the present embodiment has a structure suitable for a reactor for reducing a load during conversion between AC and DC in a large current and high frequency region, and is mounted on a hybrid vehicle or the like. .
図3は、本実施の形態のリアクトル装置の斜視図である。図4は、その概略的な構造を示す断面図である。ただし、図4において、中ケース4など主要部材でない部材の図示は省略されている。図3に示すように、リアクトル装置Aは、上述の構造を有するリアクトル1を収納する中ケース4と、中ケース4に組み込まれた全体構造が収納されるケース3とを備えている。そして、図4に示すように、ケース3の内面の底面には、リアクトルBのコイル2が入り込むための凹部が設けられており、リアクトルBのコア1(サイド部分コア12)がケース3の内面の底面と接触して支持されている。図示されていないが、ケース3はヒートシンクの上に設置されていて、コア1とケース3とが接触していることにより、リアクトルBで発生した熱がケース3からヒートシンクに効率よく放熱される。
FIG. 3 is a perspective view of the reactor device of the present embodiment. FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure thereof. However, in FIG. 4, illustration of members that are not main members such as the middle case 4 is omitted. As shown in FIG. 3, the reactor device A includes a middle case 4 that houses the reactor 1 having the above-described structure, and a
図5は、本実施の形態におけるリアクトルBの組立手順の一部を示す斜視図である。組立は、以下の手順による。まず、中間部分コア10とギャップスペーサ11とを貼り合わせてから、コイル2の各環状部分21によって囲まれる空間内に、ギャップスペーサ11と中間部分コア10との結合体を嵌合させる。このとき、ギャップスペーサ11の突出部のいずれかの部位がコイル2の環状部分21の内面と接触して、両者の相対位置が定まる。また、両端のギャップスペーサ11が、コイル2の環状部分21内で空間に露出した状態となっている。次に、2つのサイド部分コア12を、上記集合体の両端で露出しているギャップスペーサ11に跨るように、取り付ける。これにより、図5の中央部に示す組立体が組み立てられる。また、閉環状のコア1ができあがる。以上の手順により、リアクトルBが形成される。
FIG. 5 is a perspective view showing a part of the assembly procedure of reactor B in the present embodiment. Assembly is performed according to the following procedure. First, the intermediate
その後、サイド部分コア12とコイル2とを相互に固定する外側ボビン15を取り付け、その全体を中ケース4に収納し、中ケース4に収納されたリアクトルBをケース3に収納する。なお、一般的な工程では、その後、加熱を伴うポッティングにより、ケース3全体の空隙を樹脂によって満たす。このとき、リアクトルAのうち端子23およびこれに近接する部分を除くほぼ全体は樹脂中にほぼ封止される。
Thereafter, the
−リアクトル装置の各部の材質−
上記コア1の各サイド部分コア12および中間部分コア10は、高透磁率材料ともいわれる軟磁性材料によって構成されている。軟磁性材料の例としては、純鉄、軟鉄、磁性鋼、珪素鋼、パーマロイ、センダスト、フェライト、磁性合金のアモルファス材料、などがある。ハイブリッド車のエンジン駆動用など、高周波かつ大電力を要求されるリアクトルには、1kHz以上の周波数領域における鉄損が小さいことが求められる。また、振動を抑制するためには、コア1の磁歪が小さいことが好ましい。かかる条件に適合する軟磁性材料として、無方向性珪素鋼板のうちでも、珪素が約6%の無歪み珪素鋼板が、磁歪が0に近いことから、多用されている。ただし、この無歪み珪素鋼板は、製造コストが高くつくために、高価であることが難点である。
-Material of each part of reactor device-
Each of the side
また、焼結軟磁性材料として、アトマイズ法で作製した鉄系軟磁性粉末を、リン酸塩絶縁被膜および樹脂バインダで表面被覆し、その表面被覆粉末をプレス成形後、高温で焼結したものを用いてもよい。この材料は、低保持力特性を有するとともに、無歪み珪素鋼板よりも安価である。 In addition, as a sintered soft magnetic material, iron-based soft magnetic powder produced by the atomization method is surface-coated with a phosphate insulating coating and a resin binder, and the surface-coated powder is press-molded and then sintered at a high temperature. It may be used. This material has low holding power characteristics and is less expensive than unstrained silicon steel sheets.
なお、ギャップスペーサ11は、セラミックス,ガラス,ガラスエポキシ基板等の非磁性かつ絶縁性材料によって構成されている。ギャップスペーサ11は、周波数に応じてインダクタンスを調整するために必要な部材である。また、コア1全体として、設計上、必要なギャップスペーサ11の合計厚みが定まるので、1つのギャップスペーサ11の厚みが過剰な漏れ電流の発生を生じることがないように、ギャップスペーサ11の数が定められている。本実施の形態においては、ギャップスペーサ11の厚みは約1.31μm、接着剤層の厚みは約0.02μmであって、各ギャップの寸法が1.35μmに設定されている。
The
また、ケース3は、CuまたはCu合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性が良好な材料によって構成されており、リアクトルBで発生した熱をケース3から外方に逃すように構成されている。
The
本実施の形態のリアクトル装置AまたはリアクトルBによると、ギャップスペーサ11の平面寸法が中間部分コア10やサイド部分コア12の断面寸法よりも大きく、突出部11bが中間部分コア10やサイド部分コア12よりも外側に突出している。そして、ギャップスペーサ11の突出部11bにより、コイル2の環状部分21が支持されている。すなわち、従来のリアクトルのような内側ボビンは設けられていない。したがって、部材を削減することによる部品コストの低減を図ることができる。また、ギャップスペーサ11の構造によっては、組み立て工程の簡素化による製造コストの低減を図ることができる。なお、コイル2の環状部分21の環内において、中間部分コア10やサイド部分コア12の断面形状が均一でない場合には、ギャップスペーサ11の突出部11bが中間部分コア10やサイド部分コア12の外端部よりも外側に突出していればよい。
According to the reactor device A or the reactor B of the present embodiment, the planar dimension of the
(実施の形態2)
図6は、実施の形態2におけるギャップスペーサ11の構造を示す平面図である。同図に示すように、本実施の形態においては、ギャップスペーサ11は、矩形板状ではなく、十字状の平面形状を有している。そして、中央部11aから四方に延びる分岐部11cの先端に、中間部分コア10やサイド部分コア12から突出する突出部11bが設けられている。他の部材の構造は、実施の形態1と同じであるので、図示および説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a plan view showing the structure of the
本実施の形態においても、ギャップスペーサ11の突出部11bが中間部分コア10やサイド部分コア12よりも外側に突出している。そして、ギャップスペーサ11の突出部11bにより、コイル2の環状部分21が支持されているので、従来のリアクトルのような内側ボビンを削減することができる。したがって、部材を削減することによる部品コストの低減を図ることができる。また、ギャップスペーサ11の構造によっては、組み立て工程の簡素化による製造コストの低減を図ることができる。加えて、本実施の形態によると、ギャップスペーサの材料費削減によるコスト低減と、リアクトルの軽量化とを図ることができる。
Also in the present embodiment, the protruding
(実施の形態3)
図7(a),(b)は、実施の形態3におけるギャップスペーサ11の構造を示す平面図および断面図である。同図に示すように、本実施の形態においては、ギャップスペーサ11は、矩形板状の中央部11bと、中央部11bを囲むフランジ状の突出部11cとを有している。そして、本実施の形態では、突出部11cの内周面が中間部分コア10やサイド部分コア12の外面と嵌合している。したがって、突出部11bが中間部分コア10やサイド部分コア12の外側に突出して、突出部11bにより、コイル2を支持するように構成されている。なお、フランジ状の突出部11bは、全周に亘って形成されている必要はなく、各辺または各コーナーに1カ所だけでも形成されていればよい。他の部材の構造は、実施の形態1と同じであるので、図示および説明を省略する。
(Embodiment 3)
7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of the
本実施の形態においても、ギャップスペーサ11のフランジ状の突出部11bが中間部分コア10やサイド部分コア12よりも外側に突出している。そして、ギャップスペーサ11の突出部11bにより、コイル2の環状部分21が支持されているので、従来のリアクトルのような内側ボビンを削減することができる。したがって、部材を削減することによる部品コストの低減を図ることができる。特に、このようなフランジ状の突出部11bを備えていることにより、部分コア10,12間の接合が容易となり、組み立て工程の簡素化による製造コストの低減を図ることができる。
Also in the present embodiment, the flange-shaped protruding
(その他の実施の形態)
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
(Other embodiments)
The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
図7(a),(b)に示すフランジ状の突出部11bと同様に、実施の形態2における十字状に分岐した部分の突出部11bをフランジ状にしてもよい。その場合にも、従来のリアクトルのような内側ボビンを削減することができる。したがって、部材を削減することによる部品コストの低減を図ることができる。特に、このようなフランジ状の突出部11bを備えていることにより、組み立て工程の簡素化による製造コストの低減を図ることができる。
Similarly to the flange-shaped protruding
上記実施の形態2では、四方に分岐する十字状の平面形状を有するギャップスペーサ11を設けたが、三方に分岐するギャップスペーサを設けてもよい。
In the second embodiment, the
また、上記実施の形態1,2において、必ずしもすべてのギャップスペーサ11に突出部が設けられていなくてもよく、すべてのギャップスペーサ11のうちの複数のギャップスペーサ11(少なくとも2つのギャップスペーサ)に突出部11bが存在すればよい。そして、当該複数のギャップスペーサと、コイル2の環状部分21との間で、3点以上の接触部(すべての接触部が同じ平面状にある場合を除く)が存在すればよい。また、直接接触していなくても、接着剤層などが介在していて、コア1の本体部分とコイル2の環状部分21とのすきまを確保することができればよい。さらに、たとえば中間部分コア10とサイド部分コア12との間に介在するギャップスペーサ11だけに突出部11bが設けられていて、各中間部分コア10同士の間に介在するギャップスペーサ11には突出部が設けられていない構造であってもよい。
In the first and second embodiments, all the
上記各実施の形態におけるギャップスペーサ11の突出部11bの表面を樹脂等の弾性材料の皮膜で覆ってもよい。その場合には、コイル2の環状部分21の内面の損傷を確実に防止することができる。
You may cover the surface of the
本発明のリアクトルおよびリアクトル装置は、ハイブリッド車、燃料電池車や、工場・家庭用電力供給システムにおいて、たとえば昇圧コンバータなどの一部品として利用することができる。 The reactor and the reactor device of the present invention can be used as a component such as a boost converter in a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and a factory / household power supply system.
A リアクトル装置
B リアクトル
1 コア
2 コイル
3 ケース
4 中ケース
10 中間部分コア
11 ギャップスペーサ
11a 中央部
11b 突出部
11c 分岐部
12 サイド部分コア
15 外側ボビン
21 環状部分
22 接続部分
23 端子
Ra 直線部
Rb 曲線部
Rp 平面部
A Reactor B Reactor 1
Claims (7)
前記複数の部分コア同士の間に介在する複数のギャップスペーサと、
前記部分コアおよびギャップスペーサの周囲に設けられた環状のコイルとを有するリアクトルであって、
前記複数のギャップスペーサのうち少なくとも2つのギャップスペーサは、前記部分コアよりも外方に突出した突出部を有しており、
前記環状のコイルは、前記ギャップスペーサの突出部により支持されている、リアクトル。 A core divided into a plurality of partial cores;
A plurality of gap spacers interposed between the plurality of partial cores;
A reactor having an annular coil provided around the partial core and the gap spacer,
At least two gap spacers of the plurality of gap spacers have a protruding portion protruding outward from the partial core,
The annular coil is a reactor supported by a protruding portion of the gap spacer.
前記複数のギャップスペーサと前記コイルの内周面とは、前記ギャップスペーサの突出部のいずれかの部位において接触している、リアクトル。 The reactor according to claim 1,
The reactor in which the plurality of gap spacers and the inner peripheral surface of the coil are in contact with each other at any part of the protruding portion of the gap spacer.
前記少なくとも2つのギャップスペーサは、前記部分コアの断面と同一の形状を有する中央部を有している、リアクトル。 In the reactor according to claim 1 or 2,
The reactor, wherein the at least two gap spacers have a central portion having the same shape as a cross section of the partial core.
前記少なくとも2つのギャップスペーサは、前記部分コアの断面よりも小さい中央部と、該中央部から複数の方向に分岐する分岐部とを有している、リアクトル。 In the reactor according to claim 1 or 2,
The reactor, wherein the at least two gap spacers include a central portion smaller than a cross-section of the partial core and a branching portion that branches in a plurality of directions from the central portion.
前記少なくとも2つのギャップスペーサの突出部は、フランジ状に形成されている、リアクトル。 In the reactor in any one of Claims 1-4,
The protrusion of the at least two gap spacers is a reactor formed in a flange shape.
前記少なくとも2つのギャップスペーサの突出部の表面は、弾性体材料によって覆われている、リアクトル。 In the reactor according to claims 1 to 5,
The surface of the protrusion part of the said at least 2 gap spacer is a reactor covered with the elastic material.
前記複数のギャップスペーサのうち少なくとも2つのギャップスペーサは、前記部分コアよりも外方に突出した突出部を有しており、
前記環状のコイルは、前記ギャップスペーサの突出部により支持されている、リアクトル。 A core divided into a plurality of partial cores, a plurality of gap spacers interposed between the plurality of partial cores, and a reactor having an annular coil provided around the partial cores and the gap spacer; and A reactor device including a case for storing,
At least two gap spacers of the plurality of gap spacers have a protruding portion protruding outward from the partial core,
The annular coil is a reactor supported by a protruding portion of the gap spacer.
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