JP2012253319A - リアクトル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リアクトル1は、コイル2と、コイル2が配置される磁性コア3と、コイル2と磁性コア3との組合体10を収納するケース4とを具える。ケース4は、底板部と、組合体10の周囲を囲む側壁部41Aとを具え、側壁部41Aは絶縁性樹脂により構成されている。側壁部41Aには、温度センサなどのリアクトル1の物理量を測定するセンサ7に連結される配線71を掛止する掛止部43aが側壁部41Aの構成樹脂により一体に成形されている。掛止部43aに配線71を掛止して固定することで、配線71が引っ張られるなどしてセンサ7の位置がずれたり、脱落したりすることを防止でき、センサ7を適切な位置に維持できる。
【選択図】図1
Description
以下、図1〜図4を参照して、実施形態1のリアクトルを説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、以下の説明では、リアクトルを設置したときに設置側を下側、その対向側を上側として説明する。
リアクトル1は、コイル2と、コイル2が配置される磁性コア3と、コイル2と磁性コア3との組合体10を収納するケース4とを具える。ケース4は、底板部40(図2)と、底板部40から立設する側壁部41Aとを具え、底板部40と対向する側が開口した箱体である。リアクトル1の最も特徴とするところは、ケース4の側壁部41Aが樹脂により構成されている点、及びリアクトル1の物理量を測定するセンサ7に連結される配線71を掛止する掛止部43aが、側壁部41Aの構成樹脂により側壁部41Aに一体に成形されている点にある。以下、各構成をより詳細に説明する。
ここでは、センサ7は温度センサであり、図4(B)に示すようにサーミスタといった感熱素子7aと、感熱素子7aを保護する保護部7bとを具えた棒状体が挙げられる。保護部7bは、樹脂などのチューブなどが挙げられる。センサ7には、感知した情報を制御装置といった外部装置に伝達するための配線71(図1,図4(B))が連結される。
コイル2は、図2,図3を主に参照して説明する。コイル2は、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bと、両コイル素子2a,2bを連結するコイル連結部2rとを具える。各コイル素子2a,2bは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列(横並び)され、コイル2の他端側(図3では右側)において巻線2wの一部がU字状に屈曲されてコイル連結部2rが形成されている。この構成により、両コイル素子2a,2bの巻回方向は同一となっている。
磁性コア3の説明は、図3を参照して行う。磁性コア3は、各コイル素子2a,2bに覆われる一対の内側コア部31と、コイル2が配置されず、コイル2から露出されている一対の外側コア部32とを有する。各内側コア部31はそれぞれ、各コイル素子2a,2bの内周形状に沿った外形を有する柱状体(ここでは、直方体の角部を丸めた形状)であり、各外側コア部32はそれぞれ、一対の台形状面を有する柱状体である。磁性コア3は、離間して配置される内側コア部31を挟むように外側コア部32が配置され、各内側コア部31の端面31eと外側コア部32の内端面32eとを接触させて環状に形成される。これら内側コア部31及び外側コア部32により、コイル2を励磁したとき、閉磁路を形成する。
この例に示すリアクトル1は、コイル2と磁性コア3との間に介在されるインシュレータ5Aを更に具える。インシュレータ5Aの説明は、図3,図4を参照して行う。インシュレータ5Aは、コイル2の軸方向に分割可能な一対の分割片50a,50bを組み合わせて一体にされる形態であり、内側コア部31を収納する筒状部51と、各コイル素子2a,2bの端面と外側コア部32の内端面32eとの間に介在される一対の枠板部52とを具える。筒状部51は、コイル素子2a,2bと内側コア部31とを絶縁し、枠板部52は、コイル素子2a,2bの端面と外側コア部32の内端面32eとを絶縁する。このインシュレータ5Aは、センサ7の収納部を具えることを特徴の一つとする。
ケース4の説明は、図2を参照して行う。ケース4は、コイル2と磁性コア3との組合体10が載置される平板状の底板部40と、底板部40に立設する枠状の側壁部41Aとを具える。このケース4は、底板部40と側壁部41Aとが一体に成形されておらず、それぞれ独立した部材であり、固定材により一体化されることを特徴の一つとする。また、底板部40は、その一面(内面)に接合層42を具え、この接合層42によってコイル2を底板部40に固定する。そして、リアクトル1は、側壁部41Aが絶縁性樹脂により成形されている点、この側壁部41Aにセンサ7(図1)の配線71(図1)の掛止部43aが一体に成形されている点を最大の特徴とする。
底板部40は、矩形状板であり、リアクトル1が設置対象に設置されるときに設置対象に接して固定される。図2に示す例では、底板部40が下方となる設置状態を示すが、底板部40が上方、或いは側方となる設置状態も有り得る。底板部40の外形は適宜選択することができる。ここでは、底板部40は、四隅のそれぞれから突出した取付部400を有する。後述する側壁部41Aも取付部411を有しており、底板部40と側壁部41Aとを組み合わせてケース4を形成した場合、この取付部400は、側壁部41Aの取付部411と重なる。各取付部400,411にはそれぞれ、設置対象にケース4を固定するボルト(図示せず)が挿通されるボルト孔400h,411hが設けられている。ボルト孔400hは、後述する側壁部41Aのボルト孔411hに連続するように設けられている。ボルト孔400h,411hは、ネジ加工が成されていない貫通孔、ネジ加工がされたネジ孔のいずれも利用でき、個数なども適宜選択することができる。
側壁部41Aは、矩形枠状体であり、一方の開口部を底板部40により塞いでケース4を組み立てたとき、上記組合体10の周囲を囲むように配置され、他方の開口部が開放される。ここでは、側壁部41Aは、リアクトル1を設置対象に設置したときに設置側となる領域(底板部40側の領域)の外形が上記底板部40の外形に沿った矩形状であり、開放された開口側の領域がコイル2と磁性コア3との組合体10の外周面に沿った曲面形状である。
側壁部41Aは、一方(図2において奥側)の外側コア部32を覆う上記庇状部の縁部の中央部に、センサ7(図1)に連結される配線71(図1)を掛止する掛止部43aを具える。
側壁部41Aの設置側の領域は、底板部40と同様に、四隅のそれぞれから突出する取付部411を具え、各取付部411には、ボルト孔411hが設けられて、取付箇所を構成している。ボルト孔411hは、側壁部41Aの構成材料のみにより形成してもよいし、別材料からなる筒体を配置させて形成してもよい。例えば、上記筒体として、真鍮、鋼、ステンレス鋼などの金属からなる金属管を利用すると強度に優れ、樹脂のみから構成される場合に比較してクリープ変形を抑制できる。ここでは、金属管を配置してボルト孔411hを形成している。
上記側壁部41Aの開口側の領域において、他方(図2において手前側)の外側コア部32の上方を覆う箇所に設けられた端子台410には、巻線2wの各端部2eがそれぞれ接続される一対の端子金具8が固定される。
端子台410は、図2に示すように端子金具8の中央部分が配置される凹溝410cが形成され、凹溝410cには、端子金具8を位置決めする位置決め突起410pが設けられている。端子金具8にはこの突起410pが嵌め込まれる位置決め孔83を具える。端子金具8が位置決め可能であれば、位置決め突起410p及び位置決め孔83の形状、個数、配置位置は特に問わない。位置決め突起410p及び位置決め孔83を有しない形態としてもよいし、端子金具に突起、端子台に孔を有する形態でもよい。
底板部40と側壁部41Aとを一体に接続するには、種々の固定材を利用できる。固定材は、例えば、接着剤やボルトといった締結部材が挙げられる。ここでは、底板部40及び側壁部41Aにボルト孔(図示せず)を設け、固定材にボルト(図示せず)を利用し、このボルトをねじ込むことで、両者を一体化している。
底板部40は、ケース4を組み立てたとき、内側に配置される一面において、少なくともコイル2の設置側の面が接触する箇所に接合層42を具える。
その他、一方の外側コア部32の背面をケース4の側壁部41Aに接触させ、他方の外側コア部32の背面と側壁部41Aとの間に、他方の外側コア部32を一方の外側コア部32側に押圧する部材(例えば、板ばね)を挿入した構成とすると、振動や衝撃などの外的要因によってギャップ長が変化することを防止できる。上記押圧部材を利用する形態では、ギャップ材31gとして、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料で構成された弾性ギャップ材とすると、ギャップ材31gが変形することでギャップ長を調整したり、ある程度の寸法誤差を吸収可能である。
ケース4内に絶縁性樹脂からなる封止樹脂(図示せず)を充填した形態とすることができる。この場合、巻線の端部2eは、封止樹脂から露出させ、巻線の端部2eと端子金具8とを溶接や半田などで接合できるようにする。或いは、上記溶接などの後、巻線の端部2eと端子金具8とを埋設するように封止樹脂を充填してもよい。封止樹脂の充填量は、適宜選択することができる。コイル2の上面の全面が封止樹脂により埋設された形態としてもよいし、上面を封止樹脂から露出させた形態としてもよい。
上記構成を具えるリアクトル1は、代表的には、組合体の準備,側壁部の準備,底板部の準備⇒コイルの固定⇒側壁部の配置⇒ケースの組立⇒端子金具と巻線との接合⇒センサの配置及び配線の掛止⇒封止樹脂の充填という工程により製造することができる。
まず、コイル2と磁性コア3との組合体10の作製手順を説明する。具体的には、図3に示すようにコア片31mやギャップ材31gを積層した内側コア部31とインシュレータ5Aの一方の分割片50aとを各コイル素子2a,2bに挿入する。ここでは、コア片31mとギャップ材31gとの積層体の外周面を接着テープにより連結して内側コア部31を柱状に作製している。次に、コイル素子2a,2bの他方の端面に、インシュレータ5Aの他方の分割片50bを挿入する。このとき、分割片50bの支持部51bをガイドとして利用することができる。なお、コア片31mとギャップ材31gとを接着テープや接着剤などで一体化せず、ばらばらの状態としてもよい。この場合、一部のコア片31m及びギャップ材31gを一方の分割片50aで支持し、他部のコア片31m及びギャップ材31gを他方の分割片50bで支持して、各コイル素子2a,2bに挿入するとよい。両分割片50a,50bの支持部51a,51bの凹凸を係合することで、両分割片50a,50bを相互に位置決めする。
射出成形などにより所定の形状に構成した側壁部41Aの凹溝410cに、図2に示すように、端子金具8、端子固定部材9を順に配置してボルト91を締め付け、端子金具8が固定された側壁部41Aを用意する。上述のように、端子金具8が側壁部に一体に成形されたものを用意してもよい。
図2に示すようにアルミニウム合金板を所定の形状に打ち抜いて底板部40を形成し、一面に所定の形状の接合層42をスクリーン印刷により形成して、接合層42を具える底板部40を用意する。そして、この接合層42の上に、組み立てた組合体10を載置し、その後、接合層42を適宜硬化して組合体10を底板部40に固定する。
端子金具8を具える側壁部41Aを、上記組合体10の外周面を囲むように組合体10の上方から被せ、底板部40の上に配置する。このとき、巻線の端部2eがU字状の接合部81a,81bに介在されるように側壁部41Aを配置する。こうすることで、端子金具8の接合部81a,81bをガイドとして利用できる。上述のように側壁部41Aを組合体10の上方から被せると、側壁部41Aの端子台410及び上述した庇状部は、組合体10の各外側コア部32において上方側に配置された台形状面をそれぞれ覆う。これら端子台410や庇状部は、外側コア部32を覆うことで当たり止めとなる。即ち、端子台410や上記庇状部は、組合体10に対する側壁部41Aの位置決めとして機能する。側壁部41Aを組合体10の周囲に配置してから、端子金具8を側壁部41Aに固定してもよい。
ここでは、別途用意したボルト(図示せず)により、底板部40と側壁部41Aとを一体化する。この工程により、図1に示すように箱状のケース4が組み立てられると共に、ケース4内に組合体10が収納された状態とすることができる。また、端子金具8の接合部81a,81bに巻線の端部2eが介在された状態とすることができる。更に、コイル素子2a,2b間の上方に側壁部41Aに具える掛止部43a、インシュレータ5Aの掛止部55が配置された状態にすることができる。上記工程により、センサ7を具えていないリアクトル1が形成される。
巻線の端部2eと端子金具8の接合部81a,81bとを溶接や半田、圧着などにより接合して、両者を電気的に接続する。なお、端子金具8と巻線2wとの接合と、後述するセンサ7の配置及び配線の掛止とは、いずれを先に行ってもよい。
センサ7をインシュレータ5Aの両分割片50a,50bの収納形成部54a,54b(図4)がつくる空間(収納部)に挿入配置する。このとき、図4(B)に示すようにインシュレータ5Aの他方の分割片50bの仕切り部53bの端面を当て止めとしてセンサ7を差し入れる。収納部に挿入されたセンサ7は、上述のように両コイル素子2a,2bの横並び方向、及び軸方向の双方に直交する方向(図4において上下方向)に対して、仕切り部53a,53bの収納形成部54a,54bの傾斜に応じた傾斜を持って配置される。
ケース4内に封止樹脂(図示せず)を充填して硬化することで、封止樹脂を具えるリアクトル1を形成することができる。この形態では、センサ7や配線71も封止樹脂で固定できる。このとき、配線71は上述のように掛止部55,43aに掛止されているため、樹脂の充填の際に配線71が邪魔になることがない。なお、この形態では、接合部81a,81bと巻線の端部2eとの接合を封止樹脂の充填後に行ってもよい。
上記構成を具えるリアクトル1は、通電条件が、例えば、最大電流(直流):100A〜1000A程度、平均電圧:100V〜1000V程度、使用周波数:5kHz〜100kHz程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。
上記構成を具えるリアクトル1は、センサ7の配線71をケース4の側壁部41Aに具える掛止部43aに掛止することで、配線71の移動を規制でき、配線71の引き回しによるセンサ7の位置ずれや脱落、損傷などを防止することができる。また、配線71が余長を有する場合でも配線71自体が乱雑に引き回されて絡まる恐れも低減できる。特に、リアクトル1は、ケース4だけでなく、インシュレータ5Aにも掛止部55を具えることで、複数の掛止部43a,55により配線71の移動を規制できることからも、センサ7の位置ずれや脱落を防止できる。従って、リアクトル1は、長期に亘りセンサ7を所定の位置に維持することができる。また、リアクトル1は、所定の位置に配置されたセンサ7により所望の物理量(ここではコイル2の温度)を適切に測定可能であり、測定した物理量に基づき、フィードバック制御などを良好に行うことができる。
上記実施形態1では、側壁部41Aに掛止部43aを一つ具える形態を説明した。その他、図5(A)に示す側壁部41αのように複数の掛止部43a,43b,43cを設けることができる。複数の掛止部43a,43b,43cを設けることで、例えば、掛止部43a,43bを温度センサの配線の掛止に利用し、掛止部43cを電流センサの配線の掛止に利用することができる。このようにケースに収納するセンサ数に応じて、掛止部の個数を変更することができる。また、一つのセンサの配線を掛止するに当たり、複数の掛止部を利用することで、配線を移動し難くすることができる。例えば、インシュレータによるセンサの収納部を有していない形態としても、複数の掛止部を具える側壁部とすることで、センサを所定の位置に配置した状態を維持することができる。また、側壁部41αのように複数の掛止部43a,43bにおいてC字やL字の開口方向を異ならせることでも、配線の掛止方法によって配線を移動し難くできる。例えば、インシュレータ5A(図1)の掛止部55(図1)の下方⇒掛止部43aの下方から上方⇒掛止部43bの下方から上方に配線を取り回して掛止することで、配線を強固に固定できる。
上記実施形態1,2では、側壁部41A,41αの庇状部の縁部や端子台の縁部に掛止部43a,43b,43cを具える形態を説明した。その他、図5(B)に示す側壁部41Bのように、開口部を構成する矩形状の周縁のうち、コイルの軸方向に平行な縁に掛止部43aを設けることができる。このように側壁部に設ける掛止部の配置位置もセンサの配置位置に応じて適宜変更することができる。
上記実施形態1〜3では、C字状やL字状といった帯片からなる掛止部を説明した。その他、図5(C)に示す側壁部41Cのように、側壁部41Cの適宜な位置に設けた貫通孔をセンサの配線の掛止部44a,44bに利用することができる。ここでは、掛止部44aは、側壁部41Cの庇状部自体に設けられた貫通孔、掛止部44bは、側壁部41Cの開口部を構成する周縁に、開口部から上方に向かって突出した舌片に設けられた貫通孔により構成されている。ケースの上方空間に突出する舌片を設けることで、配線の掛止作業が行い易い上に、封止樹脂を具える形態であっても、封止樹脂が貫通孔から漏れるといった不具合が生じない。
或いは、図5(D)に示す側壁部41Dのように、側壁部41Dの開口部から上方に突出した少なくとも一対の突起を掛止部45に利用することができる。突起間の大きさは、配線の太さに応じて選択すると良く、例えば、配線よりも若干小さく(細く)すると、配線を挟持することができて好ましい。三つ以上の突起を例えば並列させて設けることで、配線を蛇行させて掛止することができ、配線を強固に固定できる。また、ケースの上方空間に突出するように掛止部(上記突起)を設けることで、上述のように配線の掛止作業が行い易い。
上記実施形態1では、インシュレータ5Aにセンサ7の収納部を具える構成を説明した。その他、図6に示す側壁部41Eのように、側壁部41Eにセンサ7の収納部47を具える構成とすることができる。
上記実施形態1では、インシュレータ5Aにセンサ7の収納部を具え、センサ7がコイル2の軸方向に対して斜め(鋭角又は鈍角)に配置される構成を説明した。その他、図7に示すインシュレータ5Bのように、仕切り部53a,53bの形状を異ならせて、センサ7がコイルの軸方向及びコイル素子の横並び方向の双方に直交するように(ここでは、上下方向に沿って)配置される収納部としてもよい。
上記実施形態1では、センサ7がコイル2の軸方向に対して斜め(鋭角又は鈍角)に配置される構成、上記実施形態7では、センサ7がコイル2の軸方向に直交して配置される構成を説明した。その他、図8に示すインシュレータ5Cのように、仕切り部53a,53bの形状を異ならせて、センサ7がコイルの軸方向に沿って配置されるようにすることができる。
実施形態1〜8のリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを具える電力変換装置の構成部品に利用することができる。
2 コイル 2a,2b コイル素子 2r コイル連結部 2w 巻線
2e 巻線の端部
3 磁性コア 31 内側コア部 31e 端面 31m コア片 31g ギャップ材
32 外側コア部 32e 内端面
4 ケース 40 底板部 41A,41B,41C,41D,41E,41α 側壁部 42 接合層
43a,43b,43c,44a,44b,45 掛止部 46 縦穴 47 収納部 48 渡り部
400,411 取付部 400h,411h ボルト孔 410 端子台 410c 凹溝
410p 位置決め突起
5A,5B,5C インシュレータ 50a,50b 分割片 51 筒状部 51a,51b 支持部
52 枠板部 52p 台座 52n 切欠 53a,53b 仕切り部
54a,54b 収納形成部 55 掛止部 57 センサ押さえ 511,512 分割筒片
6 パッキン
7 センサ 7a 感熱素子 7b 保護部 71 配線
8 端子金具 81a,81b 接合部 82h 貫通孔 83 位置決め孔
9 端子固定部材 91 ボルト
1100 電力変換装置 1110 コンバータ 1111 スイッチング素子
1112 駆動回路 L リアクトル 1120 インバータ
1150 給電装置用コンバータ 1160 補機電源用コンバータ
1200 車両 1210 メインバッテリ 1220 モータ 1230 サブバッテリ
1240 補機類 1250 車輪
Claims (9)
- コイルと、前記コイルが配置される磁性コアと、前記コイルと前記磁性コアとの組合体を収納するケースとを具えるリアクトルであって、
前記ケースは、前記組合体が載置される底板部と、前記組合体の周囲を囲む側壁部とを具え、
前記側壁部の開口側の少なくとも一部が樹脂により構成されており、
前記リアクトルの物理量を測定するセンサに連結される配線を掛止する掛止部が前記樹脂により前記側壁部に一体に成形されていることを特徴とするリアクトル。 - 前記側壁部は、その全体が絶縁性樹脂により構成されており、かつ前記底板部とは独立した部材であり、固定材により当該底板部と一体化されることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
- 前記組合体は、前記コイルと前記磁性コアとの間に介在されるインシュレータを具え、
前記インシュレータは、一対の分割片を組み合わせて一体に構成され、これら両分割片を組み合わせることで構成される空間を前記センサの収納部として具えることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル。 - 前記コイルは、一対のコイル素子を具え、
これらの両コイル素子は、各コイル素子の軸が平行するように並列に配置されており、
前記インシュレータの各分割片には、前記両コイル素子間に配置される仕切り部が一体に成形されており、
前記センサの収納部は、前記両分割片を組み合わせたとき、両分割片の仕切り部により形成される空間であることを特徴とする請求項3に記載のリアクトル。 - 前記分割片は、互いに係合する係合部を有することを特徴とする請求項3又は4に記載のリアクトル。
- 前記センサの収納部が前記側壁部を構成する樹脂により当該側壁部に一体に成形されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル。
- 前記底板部は、金属材料により構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリアクトル。
- スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
前記リアクトルは、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。 - 入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
前記コンバータは、請求項8に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。
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