JP2013030624A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】振動の低減を図り、放熱性能を向上させることができるリアクトルを提供すること。
【解決手段】リアクトル１は、通電により磁束を発生する筒状のコイル２と、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなり、コイル２を内部に埋設してなるコア３と、コイル２の内周側においてコイル２の軸線方向Ｘに配設され、少なくとも一部がコア３の内部に埋設された柱状の中芯部４とを備えている。中芯部４の軸線方向Ｘの両端部には、中芯部４を軸線方向Ｘの両側から挟持して固定する固定部材に当接する当接面４０１、４０２が形成されている。中芯部４におけるコア３に接触する接触面４０３の表面粗度Ｒｚは、当接面４０１、４０２の表面粗度Ｒｚよりも大きい。中芯部４には、表面粗度Ｒｚが接触面４０３よりも小さく、当接面４０１、４０２よりも大きい中間面４０４が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。

従来、車両用のインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置等に用いられるリアクトルとして、様々な構造のものが知られている（特許文献１等参照）。
上記リアクトルとしては、例えば、通電により磁束を発生する筒状のコイルと、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂に鉄粉等の磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなり、コイルを内部に埋設してなるコアとを備えたものがある。また、コイルへの通電によってコイル及びコアが発熱することから、放熱性を向上させるために、コイルの内周側に柱状の中芯部を配置しているものがある。この中芯部は、その一部がコイルと共にコアの内部に埋設されている。

特開２０１０−１９９２５７号公報

上記リアクトルにおいて、中芯部は、例えば、ダイカスト鋳造により成形される。しかしながら、成形された中芯部の表面には、型の表面に塗布されていたシリコン等の離型剤が残留していることがある。そのため、中芯部をコアの内部に埋設した場合、中芯部の表面に残留しているシリコン等の離型剤とコアを構成するエポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂との相性が良くないことから、中芯部とコアとの密着性が不十分となることがある。このように、中芯部とコアとの密着性が不十分であると、コアから中芯部への放熱性が低下してしまうおそれがある。

また、リアクトルは、導体線を巻回してなるコイルに通電した際、隣り合う導体線同士の間に電気的な反発力が生じ、この反発力がコイルに通電される電流の大きさに応じて変化することにより、コイルに振動が生じる。そして、この振動が周囲のコアや中芯部等に伝達され、リアクトル全体に振動が生じる。したがって、上述したように、中芯部とコアとの密着性が不十分であると、リアクトル全体としての剛性が低下し、この振動がより一層大きくなってしまうおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、振動の低減を図り、放熱性能を向上させることができるリアクトルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、通電により磁束を発生する筒状のコイルと、
樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなり、上記コイルを内部に埋設してなるコアと、
上記コイルの内周側において該コイルの軸線方向に配設され、少なくとも一部が上記コアの内部に埋設された柱状の中芯部とを備え、
該中芯部の上記軸線方向の両端部には、上記中芯部を上記軸線方向の両側から挟持して固定する固定部材に当接する当接面が形成されており、
上記中芯部における上記コアに接触する接触面の表面粗度Ｒｚは、上記当接面の表面粗度Ｒｚよりも大きく、
上記中芯部には、表面粗度Ｒｚが上記接触面よりも小さく、上記当接面よりも大きい中間面が形成されていることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

上記リアクトルにおいて、中芯部におけるコアに接触する接触面の表面粗度Ｒｚは、固定部材に当接する当接面の表面粗度Ｒｚよりも大きい。すなわち、コアとの密着性が要求される接触面は、表面を粗く（表面粗度を大きく）する。一方、中芯部を挟持して固定する固定部材との当接度合いが要求される当接面は、表面を滑らかに（表面粗度を小さく）する。

そのため、上記中芯部の接触面については、表面を粗くしてコアとの接触面積を大きくすることができる。これにより、中芯部の接触面とコアとの密着性を高めることができる。その結果、リアクトル全体としての剛性及び共振周波数を高めることができ、リアクトルが動作する周波数の領域において、振動の低減を図ることができる。また、中芯部の接触面とコアとの密着性を高めることができるため、コアから中芯部への伝熱性を高めることができ、リアクトルの放熱性能を向上させることができる。

また、上記中芯部の当接面については、表面を滑らかにして固定部材との当接度合いを高めることができる。これにより、固定部材によって中芯部を十分に挟持して固定することができる。その結果、リアクトル全体としての剛性及び共振周波数を高めることができ、リアクトルが動作する周波数の領域において、振動の低減を図ることができる。また、中芯部の当接面と固定部材との当接度合いを高めることができるため、中芯部から固定部材への伝熱性を高めることができ、リアクトルの放熱性能を向上させることができる。

また、上記中芯部には、表面粗度Ｒｚが接触面よりも小さく、当接面よりも大きい中間面が形成されている。そのため、例えば、中芯部をダイカスト等の鋳造によって成形した後、コアとの密着性が要求される部分に表面を粗くする加工等を施して接触面を形成し、固定部材との当接度合いが要求される部分に表面を滑らかにする加工等を施して当接面を形成し、それ以外の加工を施していない鋳肌面を中間面とすることができる。これにより、上述した効果を発揮することができる中芯部を容易に製造することができる。

このように、振動の低減を図り、放熱性能を向上させることができるリアクトルを提供することができる。

実施例における、リアクトルの構造を示す断面説明図。 実施例における、中芯部の構造を示す断面説明図。 実施例における、中芯部を示す説明図。 実施例における、中芯部を第２当接面側から見た説明図。 実施例における、中芯部の第１当接面側から見た説明図。 実施例における、コア成形型内にコイル及び中芯部を配置する工程を示す説明図。 実施例における、コア成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填する工程を示す説明図。 実施例における、コア成形型から中間品を取り出す工程を示す説明図。 実施例における、ケースに中間品及び蓋部を組み付ける工程を示す説明図。 実施例における、ケースにボルトを螺合させる工程を示す説明図。

上記リアクトルにおいて、上記固定部材は、上記軸線方向の一方側を開口させてなり、上記コイル、上記コア及び上記中芯部を収容する有底箱型形状のケースと、該ケースの開口部を塞ぐ蓋部とからなる構成とすることができる（請求項２）。
この場合には、固定部材となるケースと蓋部とによって中芯部を上記軸線方向の両側からしっかりと挟持して固定することができる。

また、上記中芯部の上記接触面の表面粗度Ｒｚは、１６μｍ以上とすることができる（請求項３）。
この場合には、中芯部の接触面とコアとの密着性を十分に高めることができる。これにより、振動の低減を図り、放熱性能を向上させるという上述の効果を十分に発揮することができる。

また、上記中芯部の上記接触面の表面粗度Ｒｚは、中芯部の接触面とコアとの密着性をより一層高めるために、２５μｍ以上とすることができる。
また、上記中芯部の上記接触面の表面粗度Ｒｚは、所望の表面粗度にするための加工（例えば、後述するショットブラスト加工等）やその加工時間、加工精度等を考慮し、例えば、３０μｍ以下とすることができる。

また、上記中芯部の上記当接面の表面粗度Ｒｚは、１２．５μｍ以下とすることができる（請求項４）。
この場合には、中芯部の当接面と固定部材との当接度合いを十分に高めることができる。これにより、振動の低減を図り、放熱性能を向上させるという上述の効果を十分に発揮することができる。

また、上記中芯部の上記当接面の表面粗度Ｒｚは、所望の表面粗度にするための加工（例えば、後述する切削加工等）やその加工時間、加工精度等を考慮し、例えば、６．３μｍ以上とすることができる。

また、上記中芯部の上記中間面の表面粗度Ｒｚは、接触面の表面粗度Ｒｚよりも小さく、当接面の表面粗度Ｒｚよりも大きい。
また、上記中芯部の上記中間面の表面粗度Ｒｚは、例えば、１２．５〜１６μｍとすることができる。

また、上記中芯部は、ダイカスト鋳造により成形されたものであり、該中芯部の上記中間面は、ダイカスト鋳造による鋳肌面とすることができる（請求項５）。
この場合には、鋳肌面である中間面を基準として、加工が必要な部位にその要求に応じた加工を施し、接触面及び当接面を有する中芯部を容易に製造することができる。

また、上記中芯部の上記接触面は、ショットブラスト加工が施された加工面とすることができる（請求項６）。
この場合には、ショットブラスト加工により、中芯部の接触面の表面を粗くしてコアとの接触面積を大きくすることができる。また、例えば、中芯部をダイカスト鋳造により成形した場合には、ショットブラスト加工によって表面に残留している離型剤を削り取って除去することができ、中芯部の接触面とコアとの密着性をより一層高めることができる。

また、上記ショットブラスト加工の加工方式としては、ノズルから投射材を噴射して加工を行うノズル方式を採用することができる。この場合には、加工対象物（ワーク）ごとに加工部位を狙って投射材を噴射することができるため、安定的な研削加工を行うことができる。
また、上記ショットブラスト加工の投射材としては、例えば、コランダム質研磨剤、アルミナ、ステンレス、亜鉛、ガラス、樹脂、植物種子等を用いることができる。

また、上記中芯部の上記当接面は、切削加工が施された加工面とすることができる（請求項７）。
この場合には、切削加工により、中芯部の当接面の表面を滑らかにして固定部材との当接度合いを高めることができる。また、例えば、中芯部をダイカスト鋳造により成形した場合には、切削加工によって表面に残留している離型剤を削り取って除去することができ、中芯部の当接面と固定部材との当接度合いをより一層高めることができる。

また、上記中芯部の接触面、当接面及び中間面における表面粗度としては、十点平均粗さ（Ｒｚ）を用いている。

リアクトルにかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１〜図５に示すごとく、通電により磁束を発生する筒状のコイル２と、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなり、コイル２を内部に埋設してなるコア３と、コイル２の内周側においてコイル２の軸線方向Ｘに配設され、少なくとも一部がコア３の内部に埋設された柱状の中芯部４とを備えている。

中芯部４の軸線方向Ｘの両端部には、中芯部４を軸線方向Ｘの両側から挟持して固定する固定部材（ケース５、蓋部６）に当接する当接面４０１、４０２が形成されている。
中芯部４におけるコア３に接触する接触面４０３の表面粗度Ｒｚは、当接面４０１、４０２の表面粗度Ｒｚよりも大きい。
中芯部４には、表面粗度Ｒｚが接触面４０３よりも小さく、当接面４０１、４０２よりも大きい中間面４０４が形成されている。
以下、これを詳説する。

図１に示すごとく、リアクトル１は、例えば、車両用のインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置に用いられるものである。
リアクトル１は、通電により磁束を発生するコイル２と、コイル２への通電によって発生した磁束の磁路を構成するコア３と、コイル２及びコア３に発生した熱を伝達して放熱するための中芯部４と、コイル２、コア３及び中芯部４を収容するケース５とを備えている。

コイル２は、銅線からなる導体線（図示略）を螺旋状に巻回して円筒状に形成されている。コイル２は、コア３の内部に埋設されている。
コア３は、絶縁樹脂であるエポキシ樹脂に磁性粉末である鉄粉を混合した磁性粉末混合樹脂からなる。コア３は、コイル２全体を覆うように配設されている。また、コア３は、コイル２と共にケース５内に収容されている。

ケース５は、板状の底面部５１と、その底面部５１の外周部から立設された筒状の側面部５２とを有し、軸線方向Ｘの一方側を開口させた有底箱型形状である。
ケース５には、底面部５１からケース５の内側に向けて軸線方向Ｘに突出してなる突出部５３が設けられている。突出部５３は、後述する中芯部４の嵌合凹部４１に嵌合されている。また、突出部５３には、ボルト１１を螺合させる螺合穴５３１が形成されている。

ケース５（底面部５１、側面部５２、突出部５３）は、アルミニウム合金からなり、ダイカスト鋳造により一体的に成形されている。
ケース５の開口部５９は、板状の蓋部６によって閉塞されている。蓋部６には、ボルト１１を挿通させる挿通孔６１が設けられている。

図１、図２に示すごとく、中芯部４は、コイル２の内周側を貫通するように、コイル２の軸線方向Ｘに配設されている。中芯部４には、ケース５の突出部５３に嵌合させる嵌合凹部４１が形成されている。また、中芯部４には、軸線方向Ｘの一方の端面から嵌合凹部４１まで貫通してなると共に、ボルト１１を挿通させる貫通孔４２が設けられている。貫通孔４２は、ケース５の突出部５３の螺合穴５３１及び蓋部６の挿通孔６１にそれぞれ連通している。

図３〜図５に示すごとく、中芯部４の軸線方向Ｘの一方の端部には、ケース５の底面部５１と当接する当接面（第１当接面）４０１が形成されている。また、他方の端部には、蓋部６と当接する当接面（第２当接面）４０２が形成されている。
図１に示すごとく、中芯部４は、少なくとも第１当接面４０１及び第２当接面４０２をコア３の外側に露出させた状態で、コア３の内部に埋設されている。

また、図１に示すごとく、中芯部４は、ボルト１１によりケース５に対して締結固定されている。具体的には、中芯部４の嵌合凹部４１にケース５の突出部５３を嵌合させた状態で、ボルト１１を蓋部６の挿通孔６１、中芯部４の貫通孔４２に挿通させ、ケース５の突出部５３の螺合穴５３１に螺合させている。
また、中芯部４は、第１当接面４０１をケース５の底面部５１に当接させ、第２当接面４０２を蓋部６に当接させた状態で、ケース５の底面部５１と蓋部６とによって軸線方向Ｘの両側から挟持されている。

また、図１〜図５に示すごとく、中芯部４は、アルミニウム合金からなり、ダイカスト鋳造により成形されている。中芯部４の表面４０のうち、コア３に接触する接触面４０３には、ショットブラスト加工が施されている。また、中芯部４の表面４０のうち、ケース５の底面部５１に当接する第１当接面４０１及び蓋部６に当接する第２当接面４０２には、切削加工が施されている。

また、中芯部４の表面４０には、例えば中芯部４の内周面等、ショットブラスト加工や切削加工が施されていない中間面４０４が形成されている。中芯部４の中間面４０４は、ダイカスト鋳造による鋳肌面であり、表面粗度Ｒｚが接触面４０３よりも小さく、当接面４０１、４０２よりも大きい。
本例では、中芯部４の接触面４０３の表面粗度Ｒｚは、１６μｍである。また、中芯部４の当接面４０１、４０２の表面粗度Ｒｚは、６．３μｍである。また、中芯部４の中間面４０４の表面粗度Ｒｚは、１２．５μｍである。

次に、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。
本例のリアクトル１を製造するに当たっては、図２〜図５に示すごとく、中芯部４をダイカスト鋳造により成形する。そして、中芯部４の表面４０のうち、コア３と接触する接触面４０３には、ショットブラスト加工を施す。また、ケース５の底面部５１及び蓋部６に当接する当接面４０１、４０２には、切削加工を施す。また、それ以外の表面４０は、加工を施さず、中間面４０４とする。

ここで、ショットブラスト加工について説明する。
本例では、まず、加工対象物となる中芯部４を回転台にセットする。次いで、中芯部４を回転させながら、首振り可能なノズルを用いて投射材を加工面となる中芯部４の接触面４０３に対して噴射し、中芯部４の加工を行う。そして、加工後、エアにより粉塵を除去する。

なお、投射材としては、硬度がＨｖ２１００〜２３００、粒径が１８０〜２００μｍである鋭角形状のコランダム質研磨剤を用いた。
また、加工条件としては、中芯部の回転数：３６ｒｐｍ、ノズル本数：３本、ノズル首振り周波数：５０Ｈｚ、投射（噴射）圧：０．３ＭＰａ、投射（噴射）時間：１５秒とした。

次いで、図６に示すごとく、ケース５と同一形状のコア成形型８１に中芯部４を組み付け、さらにコア成形型８１内にコイル２を配置する。
次いで、図７に示すごとく、コア成形型８１内に磁性粉末混合樹脂３０を充填し、コイル２を磁性粉末混合樹脂３０内に埋設させる。そして、磁性粉末混合樹脂３０に対して熱処理を施し、磁性粉末混合樹脂３０を硬化させてコア３とする。
次いで、図８に示すごとく、一体となったコイル２、コア３及び中芯部４からなる中間品１０をコア成形型８１から取り出す。

次いで、図９に示すごとく、中間品１０をケース５に組み付ける。このとき、中芯部４の嵌合凹部４１にケース５の突出部５３を嵌合させる。また、中芯部４の第１当接面４０１にケース５の底面部５１を当接させる。
次いで、同図に示すごとく、ケース５の開口部５９を蓋部６によって塞ぐ。このとき、中芯部４の第２当接面４０２に蓋部６を当接させる。
次いで、図１０に示すごとく、ボルト１１を蓋部６の挿通孔６１、中芯部４の貫通孔４２に挿通させ、ケース５の突出部５３の螺合穴５３１に螺合させる。
以上により、図１のリアクトル１を得る。

次に、本例のリアクトル１における作用効果について説明する。
本例のリアクトル１は、中芯部４におけるコア３に接触する接触面４０３の表面粗度Ｒｚは、固定部材（ケース５、蓋部６）に当接する当接面４０１、４０２の表面粗度Ｒｚよりも大きい。
すなわち、コア３との密着性が要求される接触面４０３は、表面を粗く（表面粗度を大きく）する。一方、中芯部４を挟持して固定する固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いが要求される当接面４０１、４０２は、表面を滑らかに（表面粗度を小さく）する。

そのため、中芯部４の接触面４０３については、表面を粗くしてコア３との接触面積を大きくすることができる。これにより、中芯部４の接触面４０３とコア３との密着性を高めることができる。その結果、リアクトル１全体としての剛性及び共振周波数を高めることができ、リアクトル１が動作する周波数の領域において、振動の低減を図ることができる。また、中芯部４の接触面４０３とコア３との密着性を高めることができるため、コア３から中芯部４への伝熱性を高めることができ、リアクトル１の放熱性能を向上させることができる。

また、中芯部４の当接面４０１、４０２については、表面を滑らかにして固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いを高めることができる。これにより、固定部材（ケース５、蓋部６）によって中芯部４をしっかりと挟持して固定することができる。その結果、リアクトル１全体としての剛性及び共振周波数を高めることができ、リアクトル１が動作する周波数の領域において、振動の低減を図ることができる。また、中芯部４の当接面４０１、４０２と固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いを高めることができるため、中芯部４から固定部材（ケース５、蓋部６）への伝熱性を高めることができ、リアクトル１の放熱性能を向上させることができる。

また、中芯部４には、表面粗度Ｒｚが接触面４０３よりも小さく、当接面４０１、４０１よりも大きい中間面４０４が形成されている。そのため、例えば、本例のように、中芯部４をダイカスト鋳造によって成形した後、コア３との密着性が要求される部分に表面を粗くするショットブラスト加工を施して接触面４０３を形成し、固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いが要求される部分に表面を滑らかにする切削加工を施して当接面を形成し、それ以外の加工を施していない鋳肌面を中間面４０４とすることができる。これにより、上述した効果を発揮することができる中芯部４を容易に製造することができる。

また、本例では、固定部材は、軸線方向Ｘの一方側を開口させてなり、コイル２、コア３及び中芯部４を収容する有底箱型形状のケース５と、ケース５の開口部５９を塞ぐ蓋部６とからなる。そのため、ケース５と蓋部６とによって中芯部４を軸線方向Ｘの両側からしっかりと挟持して固定することができる。

また、中芯部４は、ダイカスト鋳造により成形されたものであり、中芯部４の中間面４０４は、ダイカスト鋳造による鋳肌面である。そのため、鋳肌面である中間面４０４を基準として、加工が必要な部位にその要求に応じた加工（ショットブラスト加工、切削加工）を施し、接触面４０３及び当接面４０１、４０１を有する中芯部４を容易に製造することができる。

また、中芯部４の接触面４０３は、ショットブラスト加工が施された加工面である。そのため、ショットブラスト加工により、中芯部４の接触面４０３の表面を粗くしてコア３との接触面積を大きくすることができる。また、例えば、本例のように、中芯部４をダイカスト鋳造により成形した場合には、ショットブラスト加工によって表面に残留している離型剤を削り取って除去することができ、中芯部４の接触面４０３とコア３との密着性をより一層高めることができる。

また、中芯部４の当接面４０１、４０２は、切削加工が施された加工面である。そのため、切削加工により、中芯部４の当接面４０１、４０２の表面を滑らかにして固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いを高めることができる。また、例えば、本例のように、中芯部４をダイカスト鋳造により成形した場合には、切削加工によって表面に残留している離型剤を削り取って除去することができ、中芯部４の当接面４０１、４０２と固定部材（ケース５、蓋部６）との当接度合いをより一層高めることができる。

このように、本例によれば、振動の低減を図り、放熱性能を向上させることができるリアクトル１を提供することができる。

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
４ 中芯部
４０１、４０２ 当接面
４０３ 接触面
４０４ 中間面
Ｘ 軸線方向（コイルの軸線方向）

Claims (7)

1. 通電により磁束を発生する筒状のコイルと、
   樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなり、上記コイルを内部に埋設してなるコアと、
   上記コイルの内周側において該コイルの軸線方向に配設され、少なくとも一部が上記コアの内部に埋設された柱状の中芯部とを備え、
   該中芯部の上記軸線方向の両端部には、上記中芯部を上記軸線方向の両側から挟持して固定する固定部材に当接する当接面が形成されており、
   上記中芯部における上記コアに接触する接触面の表面粗度Ｒｚは、上記当接面の表面粗度Ｒｚよりも大きく、
   上記中芯部には、表面粗度Ｒｚが上記接触面よりも小さく、上記当接面よりも大きい中間面が形成されていることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１に記載のリアクトルにおいて、上記固定部材は、上記軸線方向の一方側を開口させてなり、上記コイル、上記コア及び上記中芯部を収容する有底箱型形状のケースと、該ケースの開口部を塞ぐ蓋部とからなることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は２に記載のリアクトルにおいて、上記中芯部の上記接触面の表面粗度Ｒｚは、１６μｍ以上であることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトルにおいて、上記中芯部の上記当接面の表面粗度Ｒｚは、１２．５μｍ以下であることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のリアクトルにおいて、上記中芯部は、ダイカスト鋳造により成形されたものであり、該中芯部の上記中間面は、ダイカスト鋳造による鋳肌面であることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のリアクトルにおいて、上記中芯部の上記接触面は、ショットブラスト加工が施された加工面であることを特徴とするリアクトル。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のリアクトルにおいて、上記中芯部の上記当接面は、切削加工が施された加工面であることを特徴とするリアクトル。

Images