JP2014107430A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタンスにより直流電力の昇圧、降圧を行う機器に用いるリアクトルに関する。 The present invention relates to a reactor used in a device that boosts or lowers DC power using an inductance.
コイルに大電流を通電するリアクトルでは、コイルや軟磁性コアの発熱によりインダクタンス等の特性が低下する可能性があるため、放熱性を向上するための工夫が行われている。 In a reactor in which a large current is passed through a coil, characteristics such as inductance may be deteriorated due to heat generated by the coil or the soft magnetic core.
例えば特許文献1には、熱伝導率の高いコイルと伝熱部材が接することにより放熱性を向上させる提案がされている。
For example,
大電力用途では特許文献1の提案によっても放熱性が充分ではない場合があり、また、伝熱部材が導体である場合には、渦電流損失によってインダクタンスを充分高くできないという課題がある。
In high power applications, the heat dissipation may not be sufficient even with the proposal of
すなわち、本発明の目的は、放熱性と高いインダクタンスを両立させたリアクトルを提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide a reactor that achieves both heat dissipation and high inductance.
本発明は、ケースと、コイルと、金属磁性粉と絶縁性の結合材を主に含有する複合磁性体を備え、前記コイルは前記複合磁性体に埋設され、前記コイルの巻軸は前記ケースにおける底面に対して直交し、前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に前記金属磁性粉が露出し、前記ケースと露出した前記金属磁性粉は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触しているリアクトルにより上記課題を解決する。 The present invention includes a case, a coil, and a composite magnetic body mainly containing metal magnetic powder and an insulating binder, the coil being embedded in the composite magnetic body, and a winding axis of the coil in the case The metal magnetic powder is exposed on the surface of the composite magnetic body orthogonal to the bottom surface and facing the case, and the case and the exposed metal magnetic powder are in contact directly or through a heat conducting member. The above problems are solved by the reactor.
また、前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に露出しているのは、前記金属磁性粉の断面であることが望ましい。 Further, it is preferable that the cross section of the metal magnetic powder is exposed on the surface of the composite magnetic body facing the case.
また、前記ケースの内壁面と前記コイル外周面の一部のみが近接していることが望ましい。 Moreover, it is desirable that only the inner wall surface of the case and a part of the outer peripheral surface of the coil are close to each other.
また、前記ケースにおける内壁面より突出し、前記コイルの近傍で前記コイルの外周面に沿って拡面された形状の伝熱部をさらに備えることが望ましい。 Moreover, it is desirable to further include a heat transfer portion having a shape protruding from the inner wall surface of the case and expanding along the outer peripheral surface of the coil in the vicinity of the coil.
また、前記コイルの表面より、前記ケースに覆われていない前記複合磁性体の外表面まで応力緩衝部が設けられていることが望ましい。 Further, it is desirable that a stress buffering portion is provided from the surface of the coil to the outer surface of the composite magnetic body not covered with the case.
また、前記ケースにおける側壁の一部に、前記ケースの内側へ湾曲した湾曲部を有し、前記ケース底面に対する垂直方向に沿った前記ケースの断面における前記湾曲部の近傍が曲線となることが望ましい。 In addition, it is preferable that a part of the side wall of the case has a curved portion that curves to the inside of the case, and the vicinity of the curved portion in the cross section of the case along a direction perpendicular to the bottom surface of the case is a curve. .
本発明により、放熱性と高いインダクタンスを両立させたリアクトルを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a reactor that achieves both heat dissipation and high inductance.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a front view of a reactor according to
コイル1は、複合磁性体2に埋設され、いずれもケース3に収容されている。
The
ここでA−A線はコイル1の巻き軸と湾曲部311の一部を含む平面を示している。
Here, the AA line indicates a plane including the winding axis of the
図2は、本発明の実施形態1におけるリアクトルの断面図であり、図1におけるA−A線の断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the reactor according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
ケース3の側壁31には、内側に湾曲した湾曲部311を有している。
The
複合磁性体2はコイル1を包囲する内表面21と、ケース3の内壁面と対向する外表面22を有する。
The composite
ここで、本実施形態におけるリアクトルは、例えば次の方法で作成することができる。 Here, the reactor in the present embodiment can be created, for example, by the following method.
予め金属磁性粉と未硬化で液状の結合材を混合して、硬化前の複合磁性体を作成しておく。 A composite magnetic body before curing is prepared by previously mixing metal magnetic powder and an uncured liquid binder.
ここで、結合材は熱硬化性エポキシ樹脂等を用いることができるが、これに限られない。 Here, although a thermosetting epoxy resin etc. can be used for a binder, it is not restricted to this.
次にケース3の底面32よりコイル1底面に当たる高さまで硬化前の複合磁性体を注ぎ込み、硬化させる。
Next, the composite magnetic body before curing is poured from the
さらにコイル1を硬化した複合磁性体の上に乗せ、残りの硬化前の複合磁性体を注ぎ込み硬化させることでコイル1が複合磁性体2に埋設されたリアクトルが完成する。
Further, the
ここで、湾曲部311を設けておくことにより、ケース3から複合磁性体2及び内包するコイル1が外れるのを防いでいる。湾曲部311の高さは、ケース3の塑性変形に限度があることから3mm以下とすることが望ましい。また、ケース3から複合磁性体2及び内包するコイル1が外れるのを確実に防ぐ上では湾曲部311の高さが0.1mm以上であることが望ましい。
Here, by providing the
なお、湾曲部311は、例えばケース3を外周面から凹ませるようポンチ等を押し当てて局部的に変形させることなどにより塑性変形させることで作成することができる。
Note that the
(実施形態2)
図3は、本発明のリアクトルの実施形態2における複合磁性体の断面を示している。図3(a)は複合磁性体の外表面を削る前、図3(a)は複合磁性体の外表面を削った後を示している。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a cross section of the composite magnetic body in the reactor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the state before the outer surface of the composite magnetic body is shaved, and FIG. 3A shows the state after the outer surface of the composite magnetic body is shaved.
まず実施形態1の図1におけるケース3を予め分割可能に構成しておくことで、ケース3から複合磁性体2及び内包するコイル1を取り外す。
First, the
すると図3(a)に示すように、硬化後の状態では複合磁性体2の外表面が結合材201により覆われている。すなわち、複合磁性体2より図示されないケースへの熱伝導は結合材201により阻害されている。
Then, as shown in FIG. 3A, the outer surface of the composite
そこで、複合磁性体2の外表面をやすり等による研磨やエッチング等により薄く削る。
Therefore, the outer surface of the composite
すると図3(b)に示すように、複合磁性体2の外表面にあった結合材201が除去され、金属磁性粉202が露出する。
Then, as shown in FIG. 3 (b), the
さらに一回り小さいケースを複合磁性体2の外表面に装着することで、外表面の結合材201による熱伝導の阻害がなくなり複合磁性体2からケースへの伝熱性が改善される。
Further, by attaching a slightly smaller case to the outer surface of the composite
なお、金属磁性粉202の粒径が大きいほど隣り合う金属磁性粉202の間に占める結合材201の体積の割合が多くなるため、外表面の結合材201による熱伝導の阻害を除去することによる伝熱性の改善効果がより大きくなる。
In addition, since the ratio of the volume of the
このような伝熱性の改善効果は、金属磁性粉202の平均粒子径D50が50μm以上となる場合に大きく改善し、平均粒子径D50が120μm以上となる場合に顕著である。
Such an effect of improving the heat conductivity is greatly improved when the average particle diameter D50 of the metal
なお、複合磁性体2の外表面とケースの内壁の間にわずかな隙間が生じる場合には、アルミナ粉等のフィラーを配合したグリース等の熱伝導部材を介在させることで伝熱性を確保することができる。
When a slight gap is generated between the outer surface of the composite
すなわち本発明は、ケース3と、コイル1と、金属磁性粉202と絶縁性の結合材201を主に含有する複合磁性体2を備え、コイル1は複合磁性体2に埋設され、コイル1の巻軸はケース3における底面32に対して直交し、ケース3と対面する複合磁性体2の表面に金属磁性粉202が露出し、ケース3と露出した金属磁性粉202は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触しているリアクトルの実施形態を取り得る。
That is, the present invention includes the
(実施形態3)
図4は、本発明の実施形態3におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図1の変形例を示している。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a front view of the reactor according to the third embodiment of the present invention as viewed from the exposed surface of the composite magnetic body, and shows a modification of FIG.
実施形態1における図1とは、ケース3が星型の壁面を有している点が異なる。
1 differs from FIG. 1 in
このように構成することで、複合磁性体2の外周面とケース3の接触面積が増え、実施形態2の工夫を取り入れることで複合磁性体2の外表面を除去すれば、伝熱性をより改善することができる。
By comprising in this way, the contact area of the outer peripheral surface of the composite
なお、図4のような構成に限らず、ケース3の壁面に凹凸を設ける構成であれば、図4の構成と同様に上記伝熱性の改善効果を得ることができる。
In addition, if it is the structure which provides an unevenness | corrugation in the wall surface of
(実施形態4)
図5は、本発明の実施形態4におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図1の変形例を示している。ここで、図5(b)、図5(c)、図5(d)、図5(e)は図5(a)の変形例である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a front view of a reactor according to
図5(a)では、巻き軸から見たコイル1の形状が楕円形であり、コイル1の長軸方向の端部11が円筒状のケース3の内壁面に近接している。従って、コイル1の端部11よりケース3への伝熱経路Tによりコイル1内部からの放熱性を高めることができる。
In FIG. 5A, the shape of the
例えば、コイル1を銅線で構成した場合は熱伝導率が約400W/m・K、ケース3の材質をアルミとした場合には熱伝導率が約92〜200W/m・Kとなるのに対し、複合磁性体2の熱伝導率は約2〜7W/m・Kとなるため、コイル1からケース3へ複合磁性体2を介さずに伝熱した方が放熱性が高いこととなる。
For example, when the
なお、ここでの近接とは、近傍にある場合と接触している場合をいずれも含むものとする。 Note that the term “proximity” as used herein includes both the case of being in the vicinity and the case of being in contact.
ここで、コイル1への通電により生じる磁路は、主にコイル1の短軸方向の外側にある複合磁性体2により確保することができる。
Here, the magnetic path generated by energizing the
図5(b)では、図5(a)とは逆にコイル1の形状が円筒状であり、ケース3が楕円形となっている。この場合ではケース3における短軸方向の端部でコイル1と近接しているため、同様にコイル1内部からの放熱性を高めることができる。
In FIG. 5 (b), the shape of the
図5(c)では、コイル1の形状が三角柱状であり、ケース3の形状が円筒状である。コイル1の外周面における三角柱の端部とケース3の内壁が近接しているため、同様にコイル1内部からの放熱性を高めることができる。
In FIG.5 (c), the shape of the
図5(d)は、コイル1及びケース3が共に角柱状である。コイル1外周での1面がケース3の内壁の1面と近接しているため、同様にコイル1内部からの放熱性を高めることができる。
In FIG. 5D, the
図5(e)も、図5(d)と同様にコイル1及びケース3が共に角柱状であるが、コイル1外周での2面がケース3の内壁の2面と近接している。この場合も同様にコイル1内部からの放熱性を高めることができる。
FIG. 5E also shows that the
(実施形態5)
図6は、本発明の実施形態5におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図1の変形例を示している。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a front view of the reactor according to the fifth embodiment of the present invention as viewed from the exposed surface of the composite magnetic body, and shows a modification of FIG.
実施形態1における図1とは、コイル1の近傍でコイル1の外周面に沿って拡面された形状の集熱部301、及び集熱部301とケース3における内壁面を接続する伝熱部302を設けている点が異なる。
FIG. 1 in the first embodiment is different from the
すなわち、本実施形態では、コイル1の近傍から集熱部301により熱を集めて伝熱部302を介してケース3に放熱する構成を設けている。
That is, in the present embodiment, a configuration is provided in which heat is collected by the
図7は、本発明の実施形態5におけるリアクトルのケース内壁に設けた集熱部及び伝熱部を示すケースの破断図である。集熱部301は、ケース3の底部との間及びケース3内壁面との伝熱部302以外の集熱部301とケース3の内壁面との間に隙間を設けていることで磁束Bの磁路を確保している。
FIG. 7 is a cutaway view of the case showing a heat collecting section and a heat transfer section provided on the case inner wall of the reactor according to the fifth embodiment of the present invention. The
従って、集熱部301を設けてもインダクタンスをあまり損なうことなく、コイル1からケース3への放熱性を高めることができる。
Therefore, even if the
なお、集熱部301及び伝熱部302は、硬化前の複合磁性体をケース3内に注ぎ込む際のコイル1の固定部材としての機能を兼ねることも可能である。
The
(実施形態6)
図8は、本発明の実施形態5におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図1の変形例を示している。
(Embodiment 6)
FIG. 8 is a front view of the reactor according to the fifth embodiment of the present invention viewed from the exposed surface of the composite magnetic body, and shows a modification of FIG.
実施形態1における図1とは、応力緩衝部4を設けている点が異なる。
1 differs from FIG. 1 in the first embodiment in that a
コイル1への通電により、コイル1の抵抗損失及び複合磁性体2のコアロスなどにより内部での発熱が起きた場合、主に金属からなるコイル1と、金属磁性粉と樹脂等の結合材を主に含有する複合磁性体2の熱膨張係数が相違することから、特にコイル1の径方向に内部応力が発生し、主に複合磁性体2の磁気特性や機械特性等に影響を与える可能性がある。
When internal heat is generated due to resistance loss of the
しかし、弾性を有する応力緩衝部4を設けているため、複合磁性体2が内部の発熱などにより熱応力が発生した場合には、弾力性を有する応力緩衝部4が露出面23から膨張してはみ出したり、収縮して凹んだりすることにより熱応力が緩和される。
However, since the
なお、熱応力はコイル1の径方向へ主に生じることから、応力緩衝部4はコイル1の内周面、もしくは外周面に沿った円筒もしくはコーン型の形状とするのが望ましい。
Since thermal stress is mainly generated in the radial direction of the
図9は、本発明の実施形態5におけるリアクトルの断面図であり、図8におけるB−B線の断面図である。図9(b)、図9(c)は、図9(a)の変形例である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the reactor in the fifth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 9B and FIG. 9C are modifications of FIG. 9A.
図9(a)、図9(b)に示されているように、応力緩衝部4は、コイル1における内周面の中央または中央付近よりケース3の底面及び複合磁性体2の露出面まで延長されているため、弾性を有する複合磁性体2の内部応力を応力緩衝部4を介して露出面23まで逃がすことができる。
9A and 9B, the
なお、図9(c)に示すように、応力緩衝部4を空隙によって構成してもよく、この場合、例えば未硬化で液状の複合磁性体をケース3に注ぎ込む際、応力緩衝部4に当たる部分にテフロン(登録商標)等の複合磁性体に含まれる結合材との接着性が低い部材を配しておき、硬化後に除去することにより作成することができる。
In addition, as shown in FIG.9 (c), you may comprise the
応力緩衝部4を空隙としても、複合磁性体2の熱応力による膨張もしくは収縮を吸収することができる。
Even if the
1 コイル
2 複合磁性体
3 ケース
4 応力緩衝部
11 端部
21 内表面
22 外表面
23 露出面
31 側壁
32 底面
201 結合材
202 金属磁性粉
301 集熱部
302 伝熱部
311 湾曲部
B 磁束
T 伝熱経路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
コイルと、
金属磁性粉と絶縁性の結合材を主に含有する複合磁性体を備え、
前記コイルは前記複合磁性体に埋設され、
前記コイルの巻軸は前記ケースにおける底面に対して直交し、
前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に前記金属磁性粉が露出し、
前記ケースと露出した前記金属磁性粉は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触していることを特徴とするリアクトル。 Case and
Coils,
A composite magnetic body mainly containing metallic magnetic powder and an insulating binder,
The coil is embedded in the composite magnetic body,
The winding axis of the coil is orthogonal to the bottom surface of the case,
The metal magnetic powder is exposed on the surface of the composite magnetic body facing the case,
The reactor, wherein the exposed metal magnetic powder is in direct contact with or through a heat conducting member.
前記ケース底面に対する垂直方向に沿った前記ケースの断面における前記湾曲部の近傍が曲線となることを特徴とする請求項5に記載のリアクトル。 A part of the side wall of the case has a curved portion that curves to the inside of the case,
The reactor according to claim 5, wherein a vicinity of the curved portion in a cross section of the case along a direction perpendicular to the case bottom surface is a curve.
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