JP2013175565A - リアクトル、コンバータ、および電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コイル2と環状の磁性コア3との組合体10を備え、磁性コア3が、内側コア部31,31、および内側コア部31,31と閉磁路を形成する外側コア部32,32を有するリアクトルである。このリアクトルは、一つの内側コア部31と一つの外側コア部32との組物を被覆樹脂5Aにより一体化した第一コア部品4Aおよび第二コア部品4Bを備える。これら第一コア部品4Aおよび第二コア部品4Bを組み合わせることで、両コア部品4A,4Bに備わる各コア部31,31,32,32が環状に配列されて磁性コア3が形成される。
【選択図】図3
Description
(1)上述のコア片とギャップ材とを積層して内側コア部を形成する。
(2)内側コア部の外周に筒状ボビンを配置する。
(3)筒状ボビンを備える内側コア部を二つ作製して、コイル素子にそれぞれ挿入する。
(4)コイル素子に配置されることで並列された二つの内側コア部を挟むように、枠状ボビン及び外側コア部を構成するコア片を配置し、内側コア部と外側コア部とを適宜接合などする。
図1〜4を参照して、実施形態1のリアクトル1を説明する。図1,2に示すリアクトル1は、一対のコイル素子2A,2Bを備えるコイル2と、コイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3(図3を参照。図1,2では磁性コア3は外観上、見えない)との組合体10を、放熱板6上に配置した構成を備える。このリアクトル1の特徴とするところは、磁性コア3が、一対のコア部品4A,4Bを組み合わせて構成されていることである。以下、本実施形態1のリアクトル1の各構成を詳細に説明する。
本実施形態の組合体10は、図3の分解斜視図に示すように、コイル2と、このコイル2に組付けられる磁性コア3と、を備える。
コイル2は、一対のコイル素子2A,2Bと、両コイル素子2A,2Bを連結するコイル素子連結部2rとを備える。各コイル素子2A,2Bは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、コイル素子連結部2rは、コイル2の他端側(図3において紙面右側)において両コイル素子2A,2Bを繋ぐU字状に屈曲された部分である。このコイル2は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各コイル素子2A,2Bを別々の巻線により作製し、各コイル素子2A,2Bの巻線の端部同士を半田付けや圧着などにより接合することで形成しても良い。
磁性コア3は、各コイル素子2A,2Bの内部に配置される一対の内側コア部31,31と、コイル2から露出されている一対の外側コア部32,32とを環状に組み合わせて形成される。ここで、本実施形態では、これらコア部は被覆樹脂により一体化されたコア部品4Aと第二コア部品4Bの形態で用いられている。これら第一コア部品4A,4Bは同形状の部材であり、第一コア部品4Aを水平方向に180°回転させれば、第二コア部品4Bになる。従って、第二コア部品4Bの各部には第一コア部品4Aと同一の符号を付し、以降は第一コア部品4Aを例にして説明する。
図3に示すように、第一コア部品4Aは、一つの内側コア部31と一つの外側コア部32との組物を被覆樹脂5Aで一体化した概略L字型の部材である(なお、図3に示すように、両コア部31,32は殆ど被覆樹脂5Aで覆われており、外観上から確認し難くなっている)。端的に言えば内側コア部31と、外側コア部32と、筒状ボビンと、枠状ボビンとが一体に形成された部材が第一コア部品4Aである。つまり、被覆樹脂5Aは、従来構成におけるボビンと同じ役割を果たすものと考えて良い。
上記内側コア部31と外側コア部32を構成する各コア片には、鉄などの鉄属金属やその合金などに代表される軟磁性粉末を用いた圧粉成形体や、軟磁性粉末を含む樹脂からなる成形硬化体、絶縁被膜を有する磁性薄板(例えば、電磁鋼板)を複数積層した積層体などが利用できる。
放熱板6は、組合体10を支持しつつ、組合体10から設置対象への放熱経路として機能する板状の部材であり、本実施形態では組合体10の設置対象側面よりも大きい。具体的には、図2に示すように、放熱板6の一面側(紙面上方側)が組合体10を搭載する搭載面であり、放熱板6の他面側(紙面下方側)がリアクトル1を冷却する設置対象(図示せず)への取り付け面である。
接合層7は、組合体10のうち放熱板6に対向する部分(即ち、コイル素子2A,2Bの下面、および外側コア部32の下面)と、放熱板6との間に形成され、組合体10と放熱板6と接合させる層である。
押え部材8は、図1,2に示すように、第一コア部品4Aを放熱板6に向かって押圧して、組合体10を放熱板6に強固に固定するための部材である。また、押え部材8には、コイル2の端部2a,2bに接続される端子部材9A,9Bが埋設されており、当該押え部材8は、リアクトル1のコイル2と、図示しない電源などの外部機器とを電気的に接続する際の端子台としての役割も兼ねる。
上記構成を備えるリアクトル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。この用途では、直流通電が0Aのときのインダクタンスが、10μH以上2mH以下、最大電流通電時のインダクタンスが、0Aのときのインダクタンスの10%以上を満たすものが好適に利用できると期待される。
以上説明した実施形態1のリアクトル1では、その組立の際に、従来の構成のように磁性コアにボビンを嵌め込む作業を必要とせず、コイル2とコア部品4A,4Bとを組み合わせるだけで、リアクトル1の組合体10を完成させることができる。そのため、リアクトル1は、従来構成に比べて組立作業性に優れる。
実施形態1では、接合層7として、絶縁シート7Aと接着シート7Bの二層構造とした(図2参照)。これに対して、絶縁性樹脂からなる一層構造の接合層を備えるリアクトル1としても良い。本構成を実施形態1の参照図面である図2を利用して説明する。
実施形態1のリアクトル1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、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用することができる。
10 組合体
2 コイル
2A,2B コイル素子 2a,2b 端部 2r コイル素子連結部
3 磁性コア
31 内側コア部 31m コア片 31g ギャップ材
32 外側コア部
4A 第一コア部品 4B 第二コア部品
5A 被覆樹脂
51A 基部 510 取付部 511 筒状体 519 仕切り部
52A 周面被覆部 523 ベース被覆部 527 係合部
53A 係合筒部
6 放熱板
61h コア部品取付孔(挿通孔) 6Ah,6Bh 押え部材取付穴
7 接合層 7A 絶縁シート 7B 接着シート
8 押え部材
81 脚部 81A,81B 張出部 8Ah,8Bh 挿通孔
82 押圧部 83 端子台部 83F 仕切り板
9A,9B 端子部材
10A,10B,10C 固定部材
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 (10)
- 並列した状態で連結される一対のコイル素子を有するコイルと、前記コイル素子の内部に挿通される環状の磁性コアとを備え、
前記磁性コアが、前記コイル素子の内部に配置される一対の内側コア部、および前記コイル素子から露出され、前記内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部を有するリアクトルであって、
一つの内側コア部と一つの外側コア部との組物を被覆樹脂により一体化したコア部品を一対、備え、
これら一対のコア部品を組み合わせることで、両コア部品に備わる各コア部が環状に配列されて前記磁性コアが形成されることを特徴とするリアクトル。 - 前記被覆樹脂は、前記外側コア部を覆う基部と、前記基部の一面側から突出し、前記内側コア部の周面を被覆する周面被覆部と、前記基部の一面側から突出し、前記周面被覆部に並列する係合筒部と、を備え、
前記周面被覆部は、前記基部から所定の長さに亘るベース被覆部と、前記ベース被覆部に連続し、前記ベース被覆部の外径よりも小さな外径を有する係合部と、を備え、
前記一対のコア部品を組み合わせたときに、一方のコア部品の前記係合部が他方のコア部品の前記係合筒部に嵌まり込み、他方のコア部品の前記係合部が一方のコア部品の前記係合筒部に嵌まり込むことを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。 - 前記基部は、前記周面被覆部と前記係合筒部の間で、前記基部から突出する仕切り部を備えることを特徴とする請求項2に記載のリアクトル。
- 前記外側コア部の下面は、前記基部から露出していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のリアクトル。
- 前記コア部品は、当該コア部品を他の部材に取り付けるための取付部を備え、
前記取付部は、
前記コア部品を構成する被覆樹脂と、
当該被覆樹脂により保持され、当該コア部品を他の部材に固定する固定部材を挿通させる筒状体と、
で構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリアクトル。 - 前記コイルと前記一対のコア部品との組合体が載置される非磁性金属の放熱板と、前記組合体と前記放熱板との間に配置され、両者を接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のリアクトル。
- 前記放熱板は、前記リアクトルを設置対象に固定する固定部材を挿通させる挿通孔を備えることを特徴とする請求項6に記載のリアクトル。
- 前記コイルと前記一対のコア部品との組合体が載置される非磁性金属の放熱板と、前記組合体と前記放熱板との間に配置され、両者を接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備え、
前記放熱板は、前記リアクトルを設置対象に固定する固定部材を挿通させる挿通孔を備え、
この挿通孔は、前記筒状体と重複し、前記コア部品と前記放熱板を一体に前記設置対象に固定できるように構成されていることを特徴とする請求項5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備え、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1〜8のいずれか一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備え、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9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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