JP2011199265A - リアクトルおよびリアクトルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コイルと、コアと、コアを収容するケースとを備え、コアが、コイルの内側に配置される内側コア部、及びコイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、ケースを構成する壁面のうち、コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、コアの軸中心から冷却面の方向に向かって大きくなる分布であるように構成した。
【選択図】図2
Description
コア204がコイル201と接触する箇所には、両者間の絶縁性をより高めるために絶縁物を介在させることが好ましい。例えばコイル201の内・外周面に絶縁性テープを貼り付けたり、絶縁紙や絶縁シートを配置したりする。内側コア部202の外周に絶縁性材料からなるボビンを配置してもよい。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が好適に利用できる。
ρ=(ρw×Wair−ρair×Ww)/(Wair−Ww)
となる。ここで、ρw:水の密度、ρair:空気の密度、Ww:水中での重さ、Wair:空気中での重さである。
近似的には、ρw>>ρairなので
ρ≒ρw×Wair/(Wair−Ww)
とできる。
以下、冷却面を底面とすることを想定し、硬化前の磁性材料の底面側への沈降による密集度差の形成を前提として形成例を説明する。よって、冷却面が底面、冷却面側とは異なる面で最も密集度の低い面である比較面が上面となる。磁性材料の密集度差は、硬化条件、磁性材料の充填量、粒径、硬化剤の種類などの諸条件により所望の値とすることができる。表1に形成例を示す。磁性材料として市販の純鉄粉を用い、フィラー等他の充填材を用いずにエポキシ樹脂(三菱化学(旧ジャパンエポキシレジン)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂 JER828)と表に示す硬化剤を混合した。硬化条件は全て同一であり、80℃2時間、120℃2時間、150℃5時間の順で加熱した。80℃での保持時間2時間は磁性材料の沈殿がほぼ飽和する時間であり、底面側と上面側の密集度が十分についている状態である。より短時間にすれば差を小さくすることができる。120℃での硬化中にも若干の沈殿は進行するが、本例の場合は80℃での充分な時間を採っていることから密集度差への影響はほとんど無いと考えられる。
次に、密度差による内部温度の違い、放熱効果をシミュレーションにより確認した結果を示す。図6にシミュレーションしたリアクトルの構造を示す。円筒状の内側コア部602、その外周に巻かれたコイル601、それら全体を覆う外側コア部603、全体を収納するケース604から構成される。内側コア部602は密度7.27g/cm3で均一な圧粉成形体コアであり、寸法は直径29.8×高さ61mmとした。また、コイル601の寸法は内径33.8mmで厚さ0.8mm×幅9.0mmの線材を51ターン巻線している。ケース604外形は91.2×74.2×60mmである。
次に、外側コア部の密度差の違いによる冷却効果の違いをより詳しく見るために、密度差を変えて詳しくシミュレーションした結果を示す。シミュレーション対象として設定したリアクトルの外形寸法条件は上記シミュレーション1と同じである。外側コア部として、底面側と上面側の間を10段階の密度に設定し、密度差を0%、2%、3%、5%、10%、15%、20%と変化させて解析例1から解析例7とし、それぞれの場合の断面温度分布を求め、各部の最高温度を求めることで冷却の効果を確認した。表3にシミュレーション条件として各解析例で設定した密度(g/cm3)を、表4に熱伝導率(W/mK)を、表5に比透磁率を、表6に鉄損(磁束密度振幅Bm=0.1T)(kW/m3)をそれぞれ示す。
(付記1)コイルと、コアと、前記コイル及び前記コアを収容するケースとを備え、前記コアが、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、前記外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、樹脂硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物中に直径300μm以上の気泡が存在しない、ことを特徴とするリアクトル。硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物内に気泡が少ないことで、熱伝導性に優れた外側コアとすることができる。さらに、気泡が少ないことで、設計した磁気特性分布からのずれは小さくなり、所望の特性を実現しやすくなる。
(付記2)前記ケースを構成する壁面のうち、前記コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、前記外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、前記コイルの軸から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布であることを特徴とする、付記1に記載のリアクトル。
(付記3)コイルと、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイルを前記ケース内に収納する収納工程と、前記冷却面が底面となる状態で磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、前記充填工程と前記硬化工程の間に、前記混合物の粘度が略最小になる温度で保持する工程を有する、リアクトルの製造方法。
102 コンバータケース
103 リアクトルのケース
201 コイル
201w 巻線
202 内側コア部
203 外側コア部
204 コア
205 コイルの軸方向
206 ケースの側壁に沿った方向
301、401 ケースの内壁面
402 コイルの外周面
501 コイルの両端部分
502 支持部
503 ケースの内底面
601 コイル
602 内側コア部
603 外側コア部
604 ケース
701、801、901 内側コア
702、802、902 コイル
703、803、903 混合物
704、804、904 ケース
710 永久磁石
810 回転台
Claims (9)
- コイルと、コアと、前記コイル及び前記コアを収容するケースとを備え、前記コアが、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、前記外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、
前記ケースを構成する壁面のうち、前記コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、
前記外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、前記コイルの軸から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布であることを特徴とするリアクトル。 - 前記冷却面は前記ケースの底面以外の面である請求項1に記載のリアクトル。
- 前記密集度の差は、冷却面側を基準として0%超45%以下である、請求項1または請求項2に記載のリアクトル。
- 前記密集度の差が3%以上である、請求項3に記載のリアクトル。
- 前記コイルが前記冷却面と接するように配置されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記コイルの外周面の一部が前記外側コア部から露出する請求項1〜5のいずれか1項に記載のリアクトル。
- コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
前記冷却面が底面となる状態で磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程と前記硬化工程の間に、前記混合物の粘度が略最小になる温度で保持する工程を有する、リアクトルの製造方法。 - コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動するように外部磁場を印加する、リアクトルの製造方法。 - コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動する方向の遠心力が生じるように前記ケースを回転させる、リアクトルの製造方法。
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