JP2013229406A - リアクトル - Google Patents

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Abstract

【課題】リアクトルの大型化や製造コストの増大を招来させることなく、充填材の流出を防止することができるリアクトルを提供する。
【解決手段】樹脂部材3の内部に各コア材が収容された環状のコア部10とコア部10に巻回されるコイル50とを備えたリアクトル本体1が、放熱用のケース2に収容されている。充填材はリアクトル本体1とケース2との間に充填される。コア部10には、ケース2の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部15が設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などの車両に使用されるリアクトルに関する。
車載用のリアクトルとして、インダクタンスの低下を防止するために、複数のコア材間に所定の幅を有する磁気的なギャップを持たせたものが知られている。この種のリアクトルでは、各コア材間のギャップ部分にセラミックス等のスペーサを挟みこみ、隣り合うコア材とスペーサとを接着剤を用いて接着し、一体化したコアを使用している。
このようにして形成されたコアに対してコイルを巻回することでリアクトルが構成される。コアとコイルとを絶縁するためには、コアを樹脂製のボビンに収容して、コイルをボビンの外周に装着する。あるいは、コア全体を樹脂でモールドしてモールドコアを形成し、コイルはモールド体の外周に装着する。このように構成されたリアクトルは、アルミ等の熱伝導率の高い金属からなる放熱用ケースに収納される。さらに、ケース内に酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の放熱用充填材を充填する。
近年では、車載用リアクトルに高い放熱性が要求されるため、密度の高い充填材を使用して十分な放熱性を確保することが求められている。しかしながら、密度の高い充填材は、充填してからケース内部にまで浸透するのに時間がかかるため、充填作業時に充填材がケースから溢れて流出し、製品の外観不良を引き起こすおそれがあった。
充填作業時にケース上部に筒状の覆いを乗せることによって、充填材の流出を防ぐことも考えられるが、充填材が浸透するまで覆いをケース上部に保持しておくことは生産効率に問題がある。また、覆いに充填材が付着することで、次第に充填精度が低下していくおそれもある。そのため、従来はケースの側面自体を高くして充填材の流出を防止していた。
特開2009−238907号公報
上述したように、リアクトルを収容するケースは、放熱の目的のためにアルミニウム等の熱伝導性の高い金属で構成され、金型を用いたダイカスト又は鋳造で製造されることが一般的である。そのため、金型の抜き勾配として、ケースの底部の幅を上部の幅よりも大きく形成する必要があった。充填材の流出防止のためにケースの側面を高くしようとすると、その分ケースの底部の幅をより大きく形成することとなり、リアクトルの大型化を招いていた。さらに、製造コストの面でも問題が生じていた。
本発明は、上述のような問題点を解決するために提案されたものである。すなわち、本発明は、簡単な構造で充填作業時の充填材の流出を防止することができるリアクトルを提供することを目的とする。
本発明のリアクトルは、次のような特徴を有する。
(1)樹脂部材の内部にコア材が収容された環状のコア部と、前記コア部に巻回されたコイルとを備えたリアクトル本体を有する。
(2)リアクトル本体は収容部に収容される。
(3)リアクトル本体と収容部との間に充填材が充填される。
(4)コア部には、収容部の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部が設けられている。
本発明に係るリアクトルによれば、リアクトル本体を構成する樹脂部材の内部にコア材が収容された環状のコア部に、収容部の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部を設けることによって、充填作業時の充填材流出を簡単な構造で防止し、リアクトルの小型化、製造コストの低減、及び生産効率の向上を達成することができる。
本発明の第1の実施形態に係るリアクトルの組立状態を示し、(a)は斜視図、(b)平面図、(c)は正面図である。 図1のリアクトルの分解斜視図である。 第1の実施形態のコア部の製造態様を充填材流出防止部を省略して図示した断面模式図である。 図1(b)のA−A断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るリアクトルの組立状態を示す斜視図である。 図5のリアクトルの分解斜視図である。
[1.第1の実施形態]
[1−1.構成]
図1又は図2に示すとおり、本実施形態のリアクトルは、リアクトル本体1と、収容部としてリアクトル本体1を収容する矩形のケース2とから構成される。リアクトル本体1は、樹脂部材3の内部にコア材が収容された環状のコア部10と、コア部10に巻回されたコイル50とから構成される。図示されていないが、リアクトル本体1とケース2との隙間には充填材が充填されている。さらに、コア部10には、ケース2の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部15が設けられている。
コア部10は、平行に並んだ2本の脚部と、当該2本の脚部を両端で接続する2つのヨーク部11c,12cとを備えることにより環状に形成される。コア部10の各脚部は2つに分割されている。すなわち、図1(b)及び図2に示すように、コア部10は、2本の分割脚部と1つのヨーク部とをそれぞれに備えた、略U字形状の第1の分割コア11と第2の分割コア12とから構成されている。第1の分割コア11は平行に並んだ2本の分割脚部11a,11bと、これらを一端で連結する2本の略半円形状のヨーク部11cを備える。第2の分割コア12も、平行に並んだ分割脚部12a,12bと、これらを一端で連結する略半円形状のヨーク部12cを備えている。第1の分割コア11の分割脚部11a,11bには、後述する脚部側コア材41,42,43が収容されるため、第2の分割コア12の分割脚部12a,12bよりも長尺となっている。
図3に示すように、第1の分割コア11は、樹脂部材3の内部に略C字形状の第1のヨーク部側コア材21を収容している。これは第1のヨーク部側コア材21に樹脂をモールドすることにより形成されたものである。第1のヨーク部側コア材21はヨーク部11cの内部を貫通して、分割脚部11a,11bに一部が入り込んでいる。第1のヨーク部側コア材21は、分割脚部11a,11b内部で両端の端面21aが露出した状態となっている。
分割脚部11a,11bの、ヨーク部側コア材21の端面21aから先の部分には、筒形のコア装着部14a,14bが形成されている。この部分も、ヨーク部側コア材21に樹脂をモールドする際に、一体的に形成されるものである。この筒形のコア装着部14a,14b内には、I字形の脚部側コア材41,42,43が挿入されている。さらに、それぞれの脚部側コア材41,42,43の両隣にはスペーサ5が配置されている。すなわち、脚部側コア材41,42,43は、それぞれの間にスペーサ5を挟んで隣接配置されている。さらに脚部側コア材41は、分割脚部11a,11bの内部に端面21aが露出している第1のヨーク部側コア材21とも、スペーサ5を挟んで隣接配置されている。
第2の分割コア12も同様に、樹脂部材3の内部に略C字形状の第2のヨーク部側コア材22を収容している。これは第2のヨーク部側コア材22に樹脂をモールドすることにより形成されたものである。第2のヨーク部側コア材22はヨーク部12cの内部を貫通して、分割脚部12a,12bに一部が入り込んでいる。第2のヨーク部側コア材22は、分割脚部12a,12b内部で両端の端面22aが露出した状態となっている。
第1の分割コア11の分割脚部11a,11b及び第2の分割コア12の分割脚部12a,12bのそれぞれの先端には、第1の分割コア11と第2の分割コア12を突き合わせたとき、両者の位置決めを行う係止部材が設けられている。すなわち、第1の分割コア11の分割脚部11a,11b先端の上面と下面に凹部7が設けられ、第2の分割コア12の脚部12a,12b先端の上面と下面にこの凹部7に係合する舌片6が設けられている。なお、図3では、わかりやすいように凹部7と舌片6を側面に図示している。
第1の分割コア11と第2の分割コア12が突き合わされてコア部10が形成されると、第1の分割コア11のコア装着部14a,14bに装着されていた脚部側コア材43は、第2のコア12の分割脚部12a,12bの内部に端面22aが露出していた第2のヨーク部側コア材22と、スペーサ5を挟んで隣接配置された状態となる。すなわち、コア部10の樹脂部材3の内部には、各コア材がスペーサ5を挟んで隙間なく並んで環状のコアを形成している。
第1の分割コア11のヨーク部11cと分割脚部11a,11bとの境界部分には、幅方向外方に突出する鍔部11dが設けられている。第2の分割コア12にも同様に、ヨーク部12cと分割脚部12a,12bとの境界部分に、幅方向外方に突出する鍔部12dが設けられている。これらの鍔部11d,12dには、コア部10の脚部に装着されるコイル50の両端が当接して係止される。
図2に示すように、第1と第2の分割コア11,12のヨーク部11c,12cには、コイル50を巻回したコア部10をケース2に固定するための固定金具8が一体に設けられている。この固定金具8の基部は、ヨーク部側コア材21,22と共に樹脂でモールドされている。固定金具8にはボルト孔が開口しており、このボルト孔内にボルト9を挿入し、そのボルトの先端をケース2に設けたネジ穴2aにねじ込むことにより、コア部1はケース2に固定されている。
充填材流出防止部15は、第1の分割コア11に形成された肩部15aと、肩部15aの両端から延びる2本の腕部15b,15cと、第2の分割コア12に形成された肩部15dとから構成される。これらの部分は、各分割コアのヨーク部及び分割脚部と同様に、樹脂部材3によって一体的に成形される。
第1の分割コア11の肩部15aは、ヨーク部11cの上方に延設されている。詳細には、肩部15aはヨーク部11cから拡幅した薄板部材が上方に延びた形状であり、その上端は装着されたコイル50よりも高い位置になるように設定されている。2本の腕部15b,15cは、肩部15aの左右両端から直角に屈曲し、脚部11a,11bと平行に延びる。図1(a)および(c)に示すように、腕部15b,15cの下端はケース2の開口端の近傍まで延び、その先端はケース2の内部方向に折れ曲がっている。すなわち、腕部15b,15cは、その下端がケース2の開口端に近接することによって、充填材流出防止部15として、ケース2の側面の高さを延長する機能を持つ。ここで、腕部15b,15cの下端がケース2の開口端に「近接」するとは、実際にケース2の開口端に物理的に接触する場合と、若干の隙間を介して近傍に位置する場合の両方を含む。ケース2に注入される充填材は粘性を有し、さらに腕部15b,15cの先端はケース2の内部方向に折れ曲がっているため、若干の隙間があっても充填材がそこから漏れ出すことはない。なお、腕部15b,15cの上端は装着されたコイル50よりも高い位置になるように設定されている。
第2の分割コア12の肩部15dも同様に、ヨーク部12cの上方に延設されている。詳細には、肩部15dはヨーク部12cから拡幅した薄板部材が上方に延びた形状であり、その上端は装着されたコイル50よりも高い位置になるように設定されている。肩部15dの上端にはコイル50の引出端子51を通すための切り欠き15eが2箇所設けられている。
図1(a)に示すように、第1の分割コア11と第2の分割コア12が突き合わされて一体化された状態では、第1の分割コア11の腕部15b,15cの先端と、第2の分割コア12の肩部15dの両端が当接している。言い換えれば、第1の分割コアの肩部15a及び腕部15b,15c並びに第2の分割コアの肩部15dの組み合わせにより、ケース2上部にリアクトル本体1の周囲を取り囲む矩形の覆いが形成される。これにより、充填材流出防止部15として、ケース2の側面のみならず正面及び背面の高さも延長する機能を果たしている。
ケース2は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属で構成され、上端が開口した矩形の金属ケースである。図2に示すように、ケース2の底部はコア部10とコア部10に巻回されたコイル50が嵌るような形に成型されている。図4の断面図に示すように、ケース2の底部の幅は上部の幅よりも広く、その壁面は底部に近づくにしたがって肉厚となっている。これは、金型を用いたダイカスト又は鋳造でケース2を製造した場合に、金型の抜き勾配を設ける必要があるためである。
本実施形態では、2本のコイル50がコア部10の2本の脚部の外周にそれぞれ装着されている。各コイル50の巻始め及び巻終りの部分からは引出端子51が延びている。第2の分割コア12側の各コイル50の引出端子51は、肩部15dに形成された切り欠き15eから外部に引き出されている。第1の分割コア11側の各コイル50の引出端子51は相互に接続されている。これによって、2つのコイル50は直列に接続され、一方が一次側、他方が二次側のコイルとなっている。
充填材としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化亜鉛、マグネシア等の酸化物や、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム等の窒化物の微粒子を含むものが用いられる。近年では車載用リアクトルに高い放熱性が要求されることから、例えば2.5〜3kg/cmという高密度のものが使用されることが多い。
[1−2.作用]
本実施形態のリアクトルは、上述のような構成を有するものであって、このリアクトルを製造する方法は、次の通りである。
(1)分割脚部11a,11b、ヨーク部11c、鍔部11d、肩部15a、及び腕部15bを形成することのできる金型内に、U字形状の第1のヨーク部側コア材21と固定金具8をセットする。金型内に樹脂を充填して固化した後、作製された樹脂部材3を金型から取り出す。分割脚部11a,11bのコア装着部14a,14b内にスペーサ5とI字形の脚部側コア材41,42,43を挿入する。この場合、各コア材とスペーサとは単にコア装着部14a,14b内に挿入しても良く、又は各部材間を接着剤によって接合しても良い。このようにして、第1の分割コア11が作製される。
(2)分割脚部12a,12b、ヨーク部12c、鍔部12d、及び肩部15dを形成することのできる金型内に、U字形状の第2のヨーク部側コア材22と固定金具8をセットする。金型内に樹脂を充填して固化した後、作製された樹脂部材3を金型から取り出す。このようにして、第2の分割コア12が作製される。
(3)2本のコイル50の内周に第1の分割コア11の分割脚部11a,11bを挿通する。第1の分割コア11の分割脚部11a,11bに第2の分割コア12の分割脚部12a,12bを突き合わせる。具体的には、第1の分割コア11のコア装着部14a,14b内で、最も先端側に配置されたスペーサ5と、第2の分割コア12の第2のヨーク部側コア材22の端面22aが接触するように突き合わせる。この際、位置決めは第1の分割コア11の分割脚部11a,11bに形成された凹部7に、第2の分割コア12に形成された舌片6を嵌めることにより行う。これによって樹脂部材3の内部にコア材が収容された環状のコア部10が形成され、同時にコア部10にコイル50を巻回したリアクトル本体1が形成される。さらに、第1の分割コア11の腕部15b,15cの先端が、第2の分割コア12の肩部15dの両端に当接されて、充填材流出防止部15が形成される。
(4)リアクトル本体1をケース2内に収納し、ボルト9と固定金具8を利用してリアクトル本体1をケース2に固定する。図4に示すように、ケース2の上部から、リアクトル本体1とケース2との隙間に充填材を注入する。充填材の注入量は必要とされる放熱性により決定されるが、例えば、ケース2の半分程度の高さまで注入される。充填材がケース2の底部に浸透するまでの間は、充填材流出防止部15によってケース2開口端からの充填材の流出が防止される。上述したように、ケース2の上端と腕部15b,15cとの間には若干の隙間がある場合もあるが、ケース2に注入される充填材は粘性を有し、さらに腕部15b,15cの先端がケース2の内部方向に折れ曲がっているため、充填材がその隙間から漏れ出すことはない。
[1−3.効果]
本実施形態のリアクトルは、次のような効果を奏する。
(1)本実施形態において、樹脂部材3の内部に各コア材が収容された環状のコア部10とコア部10に巻回されるコイル50とを備えたリアクトル本体1が、放熱用のケース2に収容されることによりリアクトルが構成される。充填材はリアクトル本体1とケース2との間に充填される。コア部10には、ケース2の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部15が設けられている。
このような構成により、充填作業時に充填材がケース2から溢れて流出することを防ぐため、ケース2自体を高くする必要がない。そのため、ケース2の抜き勾配を大きくとる必要がなく、リアクトルの小型化や製造コストの低減を図ることができる。また、充填作業時にのみにケース2に充填材流出防止用の覆いを設置する必要もなく、生産効率の向上を図ることができる。
(2)コア部10は、平行に並んだ2本の脚部11a,11b,12a,12bと、当該2本の脚部を両端で接続する2つのヨーク部11c,12cとを備えることにより環状に形成されている。コイル50はこの2本の脚部11a,11b,12a,12bの外周に配置されている。充填材流出防止部15は、ヨーク部11cから立ち上がって2本の脚部11a,11b,12a,12bと平行に延び、下端がケース2の開口端に近接する腕部15b,15cを備える。
このような構成により、充填材流出防止部15の腕部15b,15cは、脚部11a,11b,12a,12bに装着されたコイル50に沿って、ケース2の高さを延長することができる。そのため、ケース2とコイル50との間に注入される充填材がケース2から溢れて流出することを確実に防止することができる。
(3)充填材流出防止部15は、前記ヨーク部11c,12cの上方に延設された肩部15a,15dを有し、前記腕部15b,15cは肩部15a,15dの両端から前記2本の脚部11a,11b,12a,12bと平行に延びる。このような構成により、充填材流出防止部15はケース2の上方でリアクトル本体1を取り囲むように配置されることとなり、充填材の流出をより確実に防止することができる。
(4)コア部10は、第1の分割コア11と第2の分割コア12から構成され、それぞれには脚部を分割した2本の分割脚部11a,11b,12a,12bと、当該2本の分割脚部同士を一端で接続する1つのヨーク部11c,12cとを備えている。充填材流出防止部15の腕部15b,15cは、前記第1の分割コアに設けられた肩部15aから延び、前記第2の分割コアの肩部15dに当接するように構成されている。
このように、コア部10を第1の分割コア11と第2の分割コア12とで構成した場合も、腕部15b,15cは一方の分割コア11に形成しておけば、分割コアを組み立てると同時に充填材流出防止部15を完成させることができ、容易に組み立てすることが可能である。
[2.第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。なお、第1の実施形態の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し詳細な説明を省略する。
本実施形態においては、充填材流出防止部15の腕部は2つに分割され、分割腕部として、第1の分割コア11と第2の分割コア12のそれぞれに設けられている。具体的には、図5に示すように、第1の分割コア11には分割腕部151,152が設けられている。第2の分割コア12には分割腕部153,154が設けられている。第1の分割コア11と第2の分割コア12が突き合わされてコア部10が構成されると、図5に示すように、分割腕部151は分割腕部153と係合し、分割腕部152は分割腕部154と係合する。図6に示すように、分割腕部151,152は内側が切り欠かれ、分割腕部153,154は外側が切り欠かれ、それぞれに係合部155が形成されている。それぞれの分割腕部の先端がこの切り欠かれた部分に差し込まれることで、分割腕部は一体化されて充填材流出防止部15の腕部が形成される。
このように、本実施形態では、充填材流出防止部15の腕部を分割し、第1の分割コア11に分割腕部151,152を設け、第2の分割コア12に分割腕部153,154を形成した。長尺の腕部を分割して短尺の分割腕部とすることで、腕部を構成する樹脂部材3に反りが生じることを防ぐことができる。
[3.その他の実施形態]
(1)上述の実施形態では、リアクトル本体1を放熱用のケース2に収容していたが、ケース2をリアクトル本体1の底部に敷く底板に代え、腕部の下端をこの底板に当接するまで延長しても良い。この場合は、充填材は底板と腕部により形成される空間に充填することができる。アルミニウム製のケース2を面積の小さい底板に代えることができるため、リアクトルをより小型化することができる。さらに使用するアルミニウムの量も減らすことができるため、製造コストをより低減することができる。
(2)筒状のコア装着部14a,14b内に装着する脚部側コア材及びスペーサの数は図示のものに限定されず、それ以上またはそれ以下の数でも良い。また、個々の脚部側コア材やスペーサの脚部軸方向の寸法(厚さ)を左右のコア装着部14a,14bで異なったものとしたり、同じコア装着部14a,14b内でも異なった寸法のものを使用することができる。
(3)第1の分割コア11に対する脚部側コア材やスペーサの装着と、コイルの装着は、いずれの作業を先に行っても良い。
(4)突き合わされた2つの分割コア11,12を、一体に固定する手段としては、モールドコアに設けた固定金具とケースとをボルト締めする以外に、他の手段を採用することができる。例えば、ベルト状の締結金具で2つの分割コア11,12を周囲から固定したり、環状のモールドコアとコイルの全体を更に樹脂でモールドしても良い。
(5)上述の実施形態では、充填材流出防止部15の肩部15a,15d及び腕部15b,15cは、コア部10を構成する樹脂部材3により一体的にモールド成形したが、別途成形した部材をコア部10に取り付けても良い。
1 リアクトル本体
2 ケース
2a ネジ孔
3 樹脂部材
10 コア部
11 第1の分割コア
12 第2の分割コア
11a,11b,12a,12b 脚部
11c,12c ヨーク部
11d,12d 鍔部
14a,14b コア装着部
5 スペーサ
6 舌片
7 凹部
8 固定金具
9 ボルト
15 充填材流出防止部
15a,15d 肩部
15b,15c 腕部
15e 切り欠き
21 第1のヨーク部側コア材
22 第2のヨーク部側コア材
41,42,43 脚部側コア材
50 コイル
51 引出端子
151,152,153,154 分割腕部

Claims (6)

  1. 樹脂部材の内部にコア材が収容された環状のコア部と、前記コア部に巻回されたコイルとを備えたリアクトル本体と、
    前記リアクトル本体を収容する収容部と、
    前記リアクトル本体と前記収容部との間に充填された充填材と、を有し、
    前記コア部には、前記収容部の開口端に近接して上方に延びる充填材流出防止部が設けられていることを特徴とするリアクトル。
  2. 前記コア部は、平行に並んだ2本の脚部と、当該2本の脚部を両端で接続する2つのヨーク部とを備えることにより環状に形成され、
    前記コイルは前記2本の脚部の外周に配置され、
    前記充填材流出防止部は、前記ヨーク部から立ち上がって前記2本の脚部と平行に延び、下端が前記収容部の開口端に近接する腕部を備えることを特徴とする請求項1記載のリアクトル。
  3. 前記充填材流出防止部は、前記ヨーク部の上方に延設された肩部を有し、前記腕部は前記肩部の両端から屈曲して前記2本の脚部と平行に延びることを特徴とする請求項2記載のリアクトル。
  4. 前記コア部は第1の分割コアと第2の分割コアとから構成され、当該第1の分割コアと第2の分割コアとは、前記2本の脚部を分割することにより形成された2本の分割脚部と、当該2本の分割脚部を一端で接続する1つのヨーク部とをそれぞれに備え、
    前記充填材流出防止部の腕部は前記第1の分割コアに設けられた肩部から延び、前記第2の分割コアの肩部に当接するように構成されていることを特徴とする請求項3記載のリアクトル。
  5. 前記コア部は第1の分割コアと第2の分割コアとから構成され、当該第1の分割コアと第2の分割コアとは、前記2本の脚部を分割することにより形成された2本の分割脚部と、当該2本の分割脚部を一端で接続する1つのヨーク部とをそれぞれに備え、
    前記第1の分割コア及び前記第2の分割コアのそれぞれの肩部からは2本の分割腕部が延び、各分割腕部の端部同士が係合して前記充填材流出防止部の腕部が形成されていることを特徴とする請求項3記載のリアクトル。
  6. 樹脂部材の内部にコア材が収容された環状のコア部と、前記コア部に巻回されたコイルとを備えたリアクトル本体と、
    前記リアクトル本体の底部に敷設された底板と、を有し、
    前記コア部には、前記ヨーク部から立ち上がって前記2本の脚部と平行に延び、下端が前記底板に当接する腕部を含む充填材流出防止部が設けられ、
    前記リアクトル本体と前記充填材流出防止部との間に充填材が充填されることを特徴とするリアクトル。
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