JP2011159854A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトル駆動時のコア材から伝達される振動やこれに起因する騒音を効果的に緩和することができ、コア材とギャップ板を接着剤層を介して接続する構造の場合における、該接着剤層の厚み管理を不要とでき、もって、所望する磁路長を精緻に確保することのできるリアクトルを提供する。
【解決手段】複数の磁性を有するコア材１，２と、隣接するコア材１，２の間に介装される、接着性材料が含浸されている発泡金属素材のギャップ層３と、からリアクトルコア１０が構成され、このリアクトルコア１０を具備するリアクトルである。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換回路を構成するリアクトルに関するものである。

電力変換回路のリアクトルは、一般に平面視が略横長環状のリアクトルコアの２つの長手部にコイルが形成された姿勢でたとえばハウジング内に収容されている。一般的なリアクトルコアは、複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる磁性のコア材から構成されており、各コア材間には非磁性素材のギャップ板が介装され、ギャップ板とコア材が接着剤にて接着固定されてリアクトルが形成されている。より具体的には、図４で示すように、平面視が略Ｕ型のコアａ（Ｕ型コア）と平面視が矩形のコアｂ（Ｉ型コア）とがギャップ板ｃを介して接着剤層ｄによって固定されており、その長手部に不図示のコイルが形成される。このような構成のリアクトルコアに関する従来の公開技術として、例えば特許文献１に開示のリアクトルコアを挙げることができる。

ところで、コア材とギャップ板が接着されている場合には、その接着性の劣化によってリアクトルの耐久性が低下することになる。さらに、コア材とギャップ板双方の製造公差や接着剤層の製造公差により、これらの部材が組付けられてなるリアクトルの平均磁路長が変化し、所望のインダクタンスが得られないといった製品不具合の問題が生じ得る。すなわち、従来のリアクトルにおいては、磁性のコア材とギャップ板とが接着剤層を介して接着固定される構造となっているが、この接着剤層の製造公差は他のコア材の製造公差に比してその解消が極めて困難であり、また、既述するように他の部材に比して接着剤層の劣化が顕著であることから、この接着剤層がリアクトルの耐久性を決定する主要因となっていた。なお、上記特許文献１のリアクトルでは、製造されたリアクトルに電流が印加されていない状態において、所定の磁路長を容易に確保するのが難しいことを付言する。

また、リアクトルがハイブリッド自動車等のエンジンルームに搭載される場合においては、その使用環境の変化によって−４０℃〜１５０℃程度の範囲内での冷熱サイクル環境下に置かれる可能性があるために、ギャップ板が介装されるリアクトルでは、コア材とギャップ板との接着部にて剥離が生じ易いという問題が生じ得る。これは、従来のコア材およびギャップ板の対向面がともに平坦に成形されており、その間の接着剤の厚みが必然的にどの部位においても同厚であること、リアクトルコアの外周部ほど冷熱サイクルの影響を受け易く、コア材、ギャップ板、接着剤層それぞれの線膨張係数が異なること、によって熱膨張差が外周部ほど大きくなり、この熱膨張差と繰り返しの熱応力によって接着剤層が剥離し易くなる、というのがその主たる要因である。

この接着剤層の剥離を効果的に防止するべく、コア材とギャップ板双方の対向面の少なくとも一方は、該対向面の中央または略中央が最も突出した突形状に成形され、これに応じて接着剤層の厚みが接着面の中央または略中央からその端部に向って厚くなっている構造のリアクトルが特許文献２に開示されている。この構造のリアクトルによれば、コア材、ギャップ板、接着剤層それぞれの線膨張係数が異なるために、熱応力の繰り返し載荷によって接着剤層が剥離し易くなるという課題は効果的に解消される。

一方、リアクトルの有する他の重要な解決されるべき課題として、上記する磁路長の確保や接着剤層の厚み管理、接着剤層の剥離といった問題のほかにも、駆動時に生じる振動やこれに起因する騒音を挙げることができる。リアクトル駆動時の騒音の主な原因は、駆動時にリアクトルを構成するコア材が磁気吸引力や磁歪等で振動し、この振動が該リアクトルを支持するケースに伝達される過程で騒音を生じさせたり、あるいは、コア材からの振動がギャップ板へ直接的に、もしくは接着剤層を介して間接的に伝達されて騒音を生じさせるものである。この振動や騒音の低減に関しては、上記する特許文献１，２で開示のリアクトルをもってしても十分な作用効果は期待できない。

特開２００４−２４１４７５号公報 特開２００８−１６００２０号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、リアクトル駆動時のコア材から伝達される振動やこれに起因する騒音を効果的に緩和することができ、コア材とギャップ板を接着剤層を介して接続する構造の場合における、該接着剤層の厚み管理を不要とでき、もって、所望する磁路長を精緻に確保することのできるリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルは、複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される、接着性材料が含浸されている発泡金属素材のギャップ層と、からなるものである。

本発明のリアクトルは、従来のリアクトルを構成する、リアクトルコア間に配された硬質なギャップ板や接着剤層を廃して、その代わりに、接着性材料が含浸されている発泡金属素材のギャップ層が各磁性コア材間に配されて、たとえばその全体が略環状に形成されたものである。

ここで、コア材は、Ｕ型コア、Ｉ型コアなどを指称するものであり、２つのＵ型コアから構成されるリアクトル形態、２つのＵ型コア間に、１以上のＩ型コアが介層されたリアクトル形態などが挙げられる。ここで、磁性を有するコア材は、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよく、軟磁性金属粉末または軟磁性金属粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成してもよい。なお、この軟磁性金属粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、軟磁性金属酸化物粉末としては、マンガン系、ニッケル系、マグネシウム系などのフェライトを用いることができる。

接着性材料が含浸されている発泡金属素材のギャップ層に関し、このギャップ層は、たとえば、溶融したアルミニウムやステンレス、チタン、銅などの非磁性の金属内にガスを吹き込んだり、中空のバルーンを混入したり、さらには、発泡剤を投入して発泡させて凝固させる、等の方法で製造でき、製造された発泡金属に、たとえば耐熱性に優れた接着剤であるエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤などを含浸させることでこのギャップ層が形成できる。なお、使用される接着剤は、常温硬化型の接着剤であってもよい。また、接着剤の含浸は、真空雰囲気下で実施されるのが好ましい。

ギャップ層が発泡金属から成形されていることで、以下の効果を奏することができる。

効果の一つは、従来のリアクトルのようにギャップ層が硬質なセラミックス等からなる場合に比して、発泡金属からなるギャップ層の内部に多数の気泡が介在することで、その硬度が低くなるとともにその振動吸収性、振動緩和性が高くなり、隣接するコア材から伝播される振動の吸収性が良好になるとともに、この振動に起因する騒音を効果的に低減できることである。

本発明者等の検証によれば、従来構造のリアクトル、すなわち、セラミックス素材のギャップ層が接着剤層を介してコア材に接着されてなるリアクトルに比して、およそ１割もの騒音低減効果が期待できることが実証されている。

また、効果の他の一つは、ギャップ層が発泡金属から成形されていることから、その表面が多数の気泡によって凹凸状を呈しており、ギャップ層内に含浸された接着剤の一部はこの凹溝内に収容されてギャップ層の表面の臨むことで、ギャップ層とコア材を加熱処理等した際に、凹溝内の接着剤によってギャップ層とコア材を高い接着強度で接続することができることである。

凹溝内に接着剤が介在することで、従来構造のリアクトルのように、所定厚の接着剤層は存在せず、したがって、接着剤層の厚み管理も不要となる。

接着剤層が廃されたことから、この接着剤層の厚み管理が不要となり、リアクトルの製造時間を格段に短縮できるとともに、精緻な厚み確保が困難な接着剤層が存在しないことで製造歩留まりも格段に向上する。さらには、接着剤層が存在しないことで、リアクトルの磁路長確保も容易となり、言い換えれば、品質に優れたリアクトルとなるものである。

なお、本発明のリアクトルは、ケース内にリアクトルコアが収容され、該リアクトルコアの外周に封止樹脂体が形成された構造のものであってもよいし、ケースレス構造であって、封止樹脂体のみがリアクトルコアの外周に形成された構造のものであってもよい。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、従来構造のリアクトルの有する接着剤層を廃し、接着性材料が含浸されている発泡金属素材からギャップ層を成形したことで、ギャップ層の振動吸収性もしくは振動緩和性が高められ、コア材から伝播される振動とこれに起因する騒音をこのギャップ層にて効果的に低減することができる。さらには、接着剤層の厚み管理が不要となることから、リアクトルの製造効率性が高められ、リアクトルの製造歩留まりも格段に向上するとともに、高品質なリアクトルとなるものである。

本発明のリアクトルを構成するリアクトルコアの実施の形態を示す斜視図である。 図１で示すリアクトルコアを構成するギャップ層の斜視図である。 コア材とギャップ層の接続構造を説明する縦断面図である。 従来のリアクトルを構成するリアクトルコアを示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、説明を容易とするべく、リアクトルを構成するリアクトルコアのみを示したものであり、リアクトルコアの周囲に形成されるコイル、リアクトルコアを囲繞する封止樹脂体等の図示を省略している。また、本発明のリアクトルを構成するリアクトルコアは図示例に限定されるものではなく、コア材として２つのＵ型コアのみからなる形態、Ｉ型コアが２つの形態、Ｉ型コアが６以上の形態であってもよいことは勿論のことである。

図１は、本発明のリアクトルを構成するリアクトルコアの実施の形態を示す斜視図であり、図２は図１のリアクトルコアを構成するギャップ層の斜視図であり、図３は、コア材とギャップ層の接続構造を説明する縦断面図である。

このリアクトルコア１０は、所定の離間を置いて配設された磁性を有する２つのＵ型コア１，１の該離間に２つのＩ型コア２，２が配設され、Ｕ型コア１とＩ型コア２の間およびＩ型コア２，２間には所定幅のギャップ層３，…が介在してその全体が構成されている。なお、このギャップ層３の幅や各コア１，２の長さは、所望の磁路長およびインダクタンスから決定される。

Ｕ型コア１とＩ型コア２は、珪素鋼板を積層してなる積層体や、軟磁性金属粉末または軟磁性金属粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、などから形成される。

一方、ギャップ層３は、溶融したアルミニウムやステンレス、チタン、銅などの非磁性の金属内にガスを吹き込んだり、中空のバルーンを混入したり、発泡剤を投入して発泡させて凝固させる、等の方法で製造され、製造された発泡金属に対して耐熱性に優れた接着剤であるエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤などを含浸させることによって形成される。

形成されたギャップ層３は、図２で示すように、その構成素材が発泡金属からなることより、その表面および内部に多数の気泡溝３ａを有するものとなる。そのため、このギャップ層３は、従来のセラミックス等からなる密実なギャップ層に比して、その硬度もしくは剛性が格段に低くなるとともに、その変形性能が高められることからその振動吸収性、振動分散性も良好となる。したがって、隣接するＵ型コア１やＩ型コア２から伝播される振動をこのギャップ層３にて効果的に吸収もしくは緩和することができ、この振動に起因する騒音の低減効果も極めて高い。

また、ギャップ層３の形成過程で含浸された接着剤４は、その一部がギャップ層４の内部に浸透し、他の一部がギャップ層３の表面に形成された多数の気泡溝３ａ内に収容されることとなる。

したがって、Ｕ型コア１およびＩ型コア２とギャップ層３の接続構造を模式的に示す図３から明らかなように、ギャップ層３と各コア１，２とを加熱処理等することにより、ギャップ層３の表面に形成された多数の気泡溝３ａ内に存在する接着剤４の溶融硬化を経て、該ギャップ層３とコア１，２は相互に強固に接着される。

また、接着剤４が気泡溝３ａに収容されることから、従来構造のリアクトルコアのように、ギャップ層とコア材の間に所定幅を有する接着剤層が形成されることがない。この接着剤層の形成には精緻な厚み管理が要求されていたことに鑑みれば、この接着剤層が存在しない構造が適用されることで、リアクトルの製造歩留まりは格段に向上することとなる。

また、接着剤層が存在しないことで、リアクトルの磁路長は、各々別途に加工されるＵ型コア１とＩ型コア２、およびギャップ層３それぞれの磁路方向の幅（もしくは長さで、ギャップ層３の幅：ｔ）のみに依拠することとなる。そして、これらはいずれも、所定寸法のキャビティを有する成形型等で精緻に加工されることから、それらの寸法精度確保は接着剤層の厚み確保に比して格段に精度が高いものである。

図示するリアクトルコア１０が厚みの確保に不確定要素の高い接着剤層を具備しない構造を呈するものであることより、所望する磁路長を容易に確保することができ、もって高品質なリアクトルに供されるものである。

なお、本発明者等の検証によれば、従来構造のリアクトル、すなわち、セラミックス素材のギャップ層が接着剤層を介してコア材に接着されてなるリアクトルに比して、図示する本発明のリアクトルコアを備えたリアクトルでは、およそ１割程度の騒音低減効果が期待できることが実証されている。

上記する高品質な本発明のリアクトルは、例えば環境影響負荷が少なく、その生産が急増しているハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載されることで、高品質なハイブリッド自動車、電気自動車の量産に寄与できるものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…Ｕ型コア（磁性を有するコア材）、２…Ｉ型コア（磁性を有するコア材）、３…ギャップ層、３ａ…気泡溝、４…接着剤、１０…リアクトルコア

Claims (2)

1. 複数の磁性を有するコア材と、
   隣接するコア材の間に介装される、接着性材料が含浸されている発泡金属素材のギャップ層と、からなるリアクトル。
2. 前記ギャップ層の表面に形成された気泡内に前記接着性材料の一部が収容され、該接着性材料を介してギャップ層とコア材が接着されている請求項１に記載のリアクトル。

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