JP2015050354A - Method of manufacturing reactor, reactor, converter, and power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用DC−DCコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、リアクトルの製造方法、リアクトルを備えるコンバータ、及びコンバータを備える電力変換装置に関する。特に、コイルと磁性コアとを覆う樹脂を均一的に硬化することができるリアクトルの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a reactor used for components of a power conversion device such as an in-vehicle DC-DC converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, a reactor manufacturing method, a converter including a reactor, and a power conversion device including a converter. About. In particular, the present invention relates to a reactor manufacturing method capable of uniformly curing a resin covering a coil and a magnetic core.
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。特許文献1は、ハイブリッド自動車などの車両に載置されるコンバータに利用されるリアクトルとして、巻線を螺旋状に巻回してなるコイルと、このコイルが配置される環状の磁性コアと、コイルと磁性コアとの組合体を収納するケースと、ケース内に充填されて上記組合体を覆う封止樹脂とを備えるものを開示している。上記巻線の端部には、端子部材(端子金具)が接続される。この端子金具を介して電源などの外部装置とコイルとが接続され、コイルに電力が供給される。 A reactor is one of the parts of a circuit that performs a voltage step-up operation or a voltage step-down operation. Patent Document 1 discloses a coil formed by winding a winding in a spiral shape as a reactor used in a converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, an annular magnetic core on which the coil is disposed, and a coil. A case is disclosed that includes a case that houses a combination with a magnetic core, and a sealing resin that fills the case and covers the combination. A terminal member (terminal fitting) is connected to the end of the winding. An external device such as a power source and the coil are connected via the terminal fitting, and power is supplied to the coil.
特許文献1では、端子金具における巻線との接続端から、外部装置との接続端との中間部までの領域をケースに収納して封止樹脂に埋設させて、端子金具を封止樹脂によってケースに固定する構成を開示している。 In Patent Document 1, the region from the connection end of the terminal fitting to the winding to the middle portion of the connection end with the external device is housed in a case and embedded in the sealing resin, and the terminal fitting is made of the sealing resin. The structure fixed to a case is disclosed.
コイルと磁性コアとの組合体を覆って封止材として機能する樹脂を備えるリアクトルに対して、上記樹脂に割れが生じないことが望まれる。 For a reactor including a resin that covers a combined body of a coil and a magnetic core and functions as a sealing material, it is desired that the resin does not crack.
上記樹脂を備えるリアクトルは、例えば、特許文献1に記載されるように、ケースに上記組合体を収納した後、未硬化の樹脂をケースに充填し、樹脂を硬化することで製造することができる。樹脂の硬化には、例えば、熱源とファンとを備える熱風型の硬化槽を利用できる。この硬化槽は、ファンによって、熱風や温風を槽内に満遍なく行き渡らせて、一定の温度を保持することができる。しかし、熱風型の硬化槽を用いた場合、硬化槽に対象を収納した後、所定の硬化温度に到達するまでの間に、未硬化の樹脂に局所的に温度が高い領域が生じることがある。そして、この温度が高い領域は、その他の領域よりも先に硬化温度又はその近くの温度に到達して、先に硬化し得る。その結果、樹脂全体が均一的に硬化・収縮ができない恐れがある。また、硬化後に熱衝撃などを受けた場合には、上記先に硬化した(と考えられる)部分を起点としてクラックが生じ易い傾向にある。即ち、上記先に硬化した(と考えられる)部分は、樹脂の寿命を決定する部分になり得るといえる。従って、特に熱風を用いて樹脂を硬化する場合に、対象の温度の斑を抑制して、未硬化の樹脂を均一的に昇温して、この樹脂全体を均一的に硬化できる方法の開発が望まれる。 For example, as described in Patent Document 1, the reactor including the resin can be manufactured by storing the combination in a case, filling the case with uncured resin, and curing the resin. . For curing the resin, for example, a hot-air type curing tank including a heat source and a fan can be used. This curing tank can maintain a constant temperature by spreading hot air and warm air uniformly in the tank by a fan. However, when a hot-air type curing tank is used, a region where the temperature is locally high may occur in the uncured resin after the object is stored in the curing tank and before reaching a predetermined curing temperature. . And the area | region where this temperature is high reaches | attains hardening temperature or the temperature of the vicinity before other area | regions, and can harden | cure first. As a result, the entire resin may not be uniformly cured / shrinked. Also, when subjected to thermal shock after curing, cracks tend to occur starting from the previously cured portion (considered). That is, it can be said that the above-mentioned hardened portion (considered) can be a portion that determines the life of the resin. Therefore, especially when the resin is cured using hot air, the development of a method capable of uniformly curing the entire resin by suppressing the uneven temperature of the target and raising the temperature of the uncured resin uniformly. desired.
そこで、本発明の目的の一つは、コイルと磁性コアとを備える組合体を覆う樹脂を均一的に硬化することができるリアクトルの製造方法を提供することにある。 Then, one of the objectives of this invention is providing the manufacturing method of the reactor which can harden | cure resin which covers the assembly provided with a coil and a magnetic core uniformly.
本発明の他の目的は、コイルと磁性コアとを備える組合体を覆う樹脂に割れなどが生じ難いリアクトルを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a reactor in which cracking or the like hardly occurs in a resin covering an assembly including a coil and a magnetic core.
本発明の他の目的は、上記リアクトルを備えるコンバータ、このコンバータを備える電力変換装置を提供することにある。 The other object of this invention is to provide a converter provided with the said reactor, and a power converter device provided with this converter.
本発明のリアクトルの製造方法は、以下の準備工程と、充填工程と、硬化工程とを備える。
準備工程 コイルと磁性コアとを備える組合体と、付属部材の一部とがケースに収納された組物を準備する工程。
充填工程 前記ケースに未硬化の樹脂を充填して、前記付属部材の一部が前記樹脂に浸漬され、前記付属部材の残部が前記樹脂から露出された樹脂充填物とする工程。
硬化工程 前記樹脂充填物に熱風を吹き付けて、前記未硬化の樹脂を硬化する工程。
前記硬化工程では、少なくとも前記付属部材における前記樹脂から露出する露出領域を、前記熱風を緩和する伝熱カバーで覆った状態で硬化を行う。
The manufacturing method of the reactor of this invention is equipped with the following preparatory processes, a filling process, and a hardening process.
Preparation process The process which prepares the assembly by which the assembly provided with a coil and a magnetic core, and a part of attachment member were accommodated in the case.
Filling step Filling the case with uncured resin, a part of the attachment member is immersed in the resin, and the remaining portion of the attachment member is a resin filling exposed from the resin.
Curing step A step of blowing the hot air to the resin filling to cure the uncured resin.
In the curing step, curing is performed in a state in which at least an exposed region of the attachment member exposed from the resin is covered with a heat transfer cover that relaxes the hot air.
本発明のリアクトルの製造方法は、コイルと磁性コアとを備える組合体を覆う樹脂を均一的に硬化することができる。 The method for manufacturing a reactor of the present invention can uniformly cure a resin that covers an assembly including a coil and a magnetic core.
[本発明の実施の形態の説明]
本発明者は、コイルと磁性コアとを備える組合体を覆う未硬化の樹脂を熱風で硬化するにあたり、種々の条件を検討した。その結果、リアクトルにおいて熱風を受け易い付属部材(例えば、端子金具など)を有しており、この付属部材の一部が未硬化の樹脂に接触又は浸漬され、残部が樹脂から露出されて熱風が直接当たる又は強く当たる場合などには、樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍の領域が局所的に高温になり易い、との知見を得た。また、硬化後、低温試験やヒートサイクル試験を行うと、上述の樹脂における高温になり易い領域を起点としてクラックが生じたり、この領域に熱ヒケなどの表面欠陥が生じたりし易い、との知見を得た。この理由は、以下のように考えられる。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
The present inventor examined various conditions in curing an uncured resin covering a combined body including a coil and a magnetic core with hot air. As a result, the reactor has an accessory member (for example, a terminal fitting) that is susceptible to hot air, and a part of the accessory member is contacted or immersed in the uncured resin, and the remaining part is exposed from the resin to generate hot air. In the case of direct contact or strong contact, it was found that the contact region of the resin with the accessory member and the region in the vicinity thereof are likely to be locally hot. In addition, when a low temperature test or a heat cycle test is performed after curing, the knowledge that cracks are likely to occur starting from a region that tends to be high temperature in the above resin, or surface defects such as heat sinks are likely to occur in this region. Got. The reason is considered as follows.
上述の樹脂における高温になり易い領域は、他の領域よりも昇温速度が速く、硬化温度又はそれに近い温度に先に到達して硬化開始が早められて、硬化し得る。先に硬化した部分は、後に未硬化部分が硬化するときの熱収縮に起因する応力を受け、内部応力が高くなり易い。従って、硬化後の樹脂の内部応力が不均一になり易い。硬化後の樹脂について、内部応力にばらつきがあり、局所的に内部応力が高い部位が存在することで、熱衝撃などを受けると、内部応力が高い部分が割れの起点となり易く、上記樹脂にクラックなどが生じる、と考えられる。 In the above-described resin, the region where the temperature tends to be high can be cured by increasing the rate of temperature rise compared to other regions, reaching the curing temperature or a temperature close thereto, and starting the curing earlier. The portion that has been hardened first receives stress due to thermal shrinkage when the uncured portion is hardened later, and the internal stress tends to increase. Therefore, the internal stress of the cured resin tends to be non-uniform. The cured resin has a variation in internal stress, and there are parts where the internal stress is locally high. It is thought that etc. occur.
そこで、上述の付属部材における樹脂からの露出領域に熱風が直接当たらず、かつ樹脂の硬化に必要な熱を良好に伝えられるような伝熱カバーによって、上記付属部材の露出領域を覆ったところ、硬化温度までの昇温状態を均一的にすることができる、との知見を得た。また、この結果、樹脂全体に亘って硬化開始時を同程度にすることができ、均一的に硬化を行える、との知見を得た。本発明は、上述の知見に基づくものである。 Therefore, when the exposed area of the attachment member is covered with a heat transfer cover that does not directly hit the exposed area from the resin in the attachment member and can transfer heat necessary for curing the resin well, The knowledge that the temperature rising state up to the curing temperature can be made uniform was obtained. Further, as a result, it was found that the start of curing can be made almost the same over the entire resin, and curing can be performed uniformly. The present invention is based on the above findings.
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。 First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
(1) 実施形態に係るリアクトルの製造方法は、以下の準備工程と、充填工程と、硬化工程とを備える。
準備工程 コイルと磁性コアとを備える組合体と、付属部材の一部とがケースに収納された組物を準備する工程。
充填工程 上記ケースに未硬化の樹脂を充填して、上記付属部材の一部が上記樹脂に浸漬され、上記付属部材の残部が上記樹脂から露出された樹脂充填物とする工程。
硬化工程 上記樹脂充填物に熱風を吹き付けて、上記未硬化の樹脂を硬化する工程。この工程では、少なくとも上記付属部材における上記樹脂から露出する露出領域を、上記熱風を緩和する伝熱カバーで覆った状態で硬化を行う。
(1) The manufacturing method of the reactor which concerns on embodiment is provided with the following preparatory processes, a filling process, and a hardening process.
Preparation process The process which prepares the assembly by which the assembly provided with a coil and a magnetic core, and a part of attachment member were accommodated in the case.
Filling step Filling the case with uncured resin, a part of the attachment member is immersed in the resin, and the remaining portion of the attachment member is a resin filling exposed from the resin.
Curing step A step of blowing the hot air to the resin filling to cure the uncured resin. In this step, curing is performed in a state where at least an exposed area of the attachment member exposed from the resin is covered with a heat transfer cover that relaxes the hot air.
上記付属部材とは、その一部がコイルと磁性コアとを備える組合体と共にケースに収納されて樹脂に埋設され、その残部が上記樹脂から露出されており、上記樹脂を介して上記組合体及び上記ケースと一体化されて利用されるリアクトル部品とする。特に、付属部材の構成材料は、上記樹脂の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料が挙げられる。具体的な付属部材には、端子金具、放熱部材、バスバー(後述する連結部材、図8)などが挙げられる。 A part of the accessory member is housed in a case together with a combined body including a coil and a magnetic core and embedded in a resin, and the remaining part is exposed from the resin. The reactor part is integrated with the case and used. In particular, the constituent material of the attachment member includes a material having a higher thermal conductivity than that of the resin. Specific attachment members include terminal fittings, heat dissipation members, bus bars (a connecting member described later, FIG. 8), and the like.
実施形態のリアクトルの製造方法は、伝熱カバーによって少なくとも付属部材の露出領域を覆うことで、上記露出領域に熱風が直接当たることを防止できる。そのため、所定の硬化温度に到達するまでの過程(硬化工程の初期)において、未硬化の樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍の領域が他の領域よりも高温になることを抑制できる。かつ、伝熱カバーは、伝熱カバー内への熱の伝導を許容するため、未硬化の樹脂において伝熱カバー内の部分と伝熱カバー外の部分とが同様に昇温できて、実質的に同時に硬化できる。従って、実施形態のリアクトルの製造方法は、コイルと磁性コアとを備える組合体を覆う樹脂を均一的に硬化することができる。また、実施形態のリアクトルの製造方法は、硬化工程における樹脂の温度のばらつきを抑制できるため、未硬化の樹脂において先に硬化する部分が生じ難い。従って、実施形態のリアクトルの製造方法は、内部応力が均一的に存在して、割れなどが生じ難いリアクトルを製造することができる。 The manufacturing method of the reactor of embodiment can prevent that a hot air hits the said exposure area | region directly by covering at least the exposure area | region of an attachment member with a heat-transfer cover. Therefore, in the process until reaching a predetermined curing temperature (the initial stage of the curing process), it is possible to suppress the contact area of the uncured resin with the attachment member and the area in the vicinity thereof from becoming higher than other areas. In addition, since the heat transfer cover allows heat to be transferred into the heat transfer cover, the temperature inside the heat transfer cover and the part outside the heat transfer cover can be raised in an uncured resin in the same manner. Can be cured simultaneously. Therefore, the method for manufacturing a reactor according to the embodiment can uniformly cure the resin covering the combined body including the coil and the magnetic core. Moreover, since the manufacturing method of the reactor of embodiment can suppress the dispersion | variation in the temperature of the resin in a hardening process, it is hard to produce the part hardened | cured previously in uncured resin. Therefore, the reactor manufacturing method according to the embodiment can manufacture a reactor in which internal stress is uniformly present and cracks are not easily generated.
(2) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記伝熱カバーが布で構成された形態が挙げられる。 (2) As an example of the manufacturing method of the reactor which concerns on embodiment, the form with which the said heat-transfer cover was comprised with the cloth is mentioned.
上記形態は、布自体の柔軟性によって、熱風を十分に緩和できる。かつ、布は、気孔を十分に有しており、この気孔を利用して、カバー内への熱の伝達を十分に行える。従って、上記形態は、金属箔や樹脂シートのように実質的に気孔を有さない材料からなるカバーを用いる場合と比較して、樹脂の硬化時間を過度に長くすることがなく実用的な時間にすることができ、リアクトルの工業的量産に適する。 The said form can fully relieve a hot air with the softness | flexibility of cloth itself. In addition, the cloth has sufficient pores, and heat can be sufficiently transferred into the cover using the pores. Therefore, the above-mentioned form is a practical time without excessively increasing the curing time of the resin as compared with the case of using a cover made of a material having substantially no pores such as a metal foil or a resin sheet. Suitable for industrial mass production of reactors.
(3) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記ケースの側壁部が樹脂で構成された形態が挙げられる。 (3) As an example of the manufacturing method of the reactor which concerns on embodiment, the form by which the side wall part of the said case was comprised with resin is mentioned.
上記形態は、リアクトルにおいて比較的広い面積を有するために熱風を受け易いケースの側壁部が、一般に熱伝導性に劣る樹脂によって形成されていることから、付属部材は相対的に熱伝導率が高いものになり得る。上記形態は、このような付属部材の露出領域を伝熱カバーによって覆うことで、未硬化の樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍の領域が高温になることを防止して、樹脂全体を均一的に昇温でき、均一的に硬化できる。 In the above form, since the side wall of the case that is susceptible to hot air is formed of a resin that is generally inferior in thermal conductivity because it has a relatively large area in the reactor, the attachment member has a relatively high thermal conductivity. Can be a thing. By covering the exposed area of such an attached member with a heat transfer cover, the above-mentioned form prevents the contact area with the attached member in uncured resin and the area in the vicinity thereof from becoming high temperature, and the entire resin The temperature can be increased uniformly and cured uniformly.
(4) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記付属部材が上記コイルを形成する巻線の端部に接続される端子金具である形態が挙げられる。 (4) As an example of the manufacturing method of the reactor which concerns on embodiment, the form which is a terminal metal fitting with which the said attachment member is connected to the edge part of the coil | winding which forms the said coil is mentioned.
端子金具は、代表的には銅や銅合金といった導電性に優れる材料によって構成される。銅や銅合金は熱伝導率も高いことから、このような端子金具を備える場合、未硬化の樹脂における端子金具との接触領域及びその近傍の領域は高温になり易いといえる。上記形態は、端子金具の露出領域を伝熱カバーで覆うことで、未硬化の樹脂における端子金具との接触領域及びその近傍の領域が高温になることを防止して、樹脂全体を均一的に昇温でき、均一的に硬化できる。 The terminal fitting is typically made of a material having excellent conductivity such as copper or a copper alloy. Since copper and copper alloys have high thermal conductivity, it can be said that when such a terminal fitting is provided, the contact area of the uncured resin with the terminal fitting and the area in the vicinity thereof are likely to become high temperature. By covering the exposed area of the terminal fitting with a heat transfer cover, the contact area of the uncured resin with the terminal fitting and the area in the vicinity thereof are prevented from becoming high temperature, and the entire resin is uniformly formed. The temperature can be raised and cured uniformly.
(5) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記付属部材における上記露出領域が上記コイルを形成する巻線の幅よりも広い部分(以下、広幅部分と呼ぶ)を有する形態が挙げられる。 (5) As an example of the manufacturing method of the reactor according to the embodiment, there is a form in which the exposed region of the attachment member has a portion wider than the width of the winding forming the coil (hereinafter referred to as a wide portion). .
上記形態は、付属部材が広幅部分を有することで、この付属部材の露出領域は熱風をより受け易い。上記露出領域が熱風を受けることで、未硬化の樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍が高温になり易くなる。上記形態は、このような露出領域を伝熱カバーによって覆うことで、未硬化の樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍の領域が高温になることを防止して、樹脂全体を均一的に昇温でき、均一的に硬化できる。 In the above-described embodiment, since the attached member has a wide portion, the exposed region of the attached member is more susceptible to hot air. By receiving the hot air in the exposed region, the contact region of the uncured resin with the attachment member and the vicinity thereof are likely to become high temperature. In the above embodiment, such an exposed region is covered with a heat transfer cover, so that the contact region of the uncured resin with the attachment member and the region in the vicinity thereof are prevented from becoming high temperature, and the entire resin is uniformly formed. The temperature can be raised and cured uniformly.
(6) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記硬化工程では、上記樹脂充填物の全体を上記伝熱カバーで覆った状態で硬化を行う形態が挙げられる。 (6) As an example of the method for manufacturing a reactor according to the embodiment, in the curing step, there is a mode in which curing is performed in a state where the entire resin filling is covered with the heat transfer cover.
上記形態は、樹脂充填物の一部にのみ伝熱カバーを配置する場合に比較して、伝熱カバーを容易に配置できて作業性に優れることから、ひいてはリアクトルの生産性の向上に寄与することができる。 Compared with the case where the heat transfer cover is disposed only on a part of the resin filling, the above-described form can easily arrange the heat transfer cover and has excellent workability, and thus contributes to the improvement of the reactor productivity. be able to.
(7) 実施形態に係るリアクトルの製造方法の一例として、上記付属部材が上記ケースの構成材料よりも熱伝導率が高い材料で構成された形態が挙げられる。 (7) As an example of the method for manufacturing the reactor according to the embodiment, a form in which the attachment member is made of a material having higher thermal conductivity than that of the constituent material of the case can be cited.
ケースよりも熱伝導率が高い付属部材を備える場合、樹脂におけるこの付属部材近傍の領域が高温になり易いといえる。上記形態は、このような付属部材を備えるものの、伝熱カバーを利用することで、均一的な硬化を行える。この形態において上記付属部材の熱伝導率とは、上記ケースにおける上記樹脂に接する部分の主たる構成材料のうち最も熱伝導率が高い材料よりも高い、とする。この関係を満たす付属部材とケースの構成材料との組み合わせとして、例えば、以下が挙げられる。(付属部材、ケース)=(金属、樹脂)、(銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金)、(高熱伝導性のセラミックス、樹脂)など。 When an attachment member having a higher thermal conductivity than the case is provided, it can be said that the region in the vicinity of the attachment member in the resin is likely to become high temperature. Although the said form is equipped with such an attachment member, uniform hardening can be performed by utilizing a heat-transfer cover. In this embodiment, the thermal conductivity of the attachment member is higher than the material having the highest thermal conductivity among the main constituent materials of the portion in contact with the resin in the case. Examples of the combination of the attachment member and the constituent material of the case that satisfy this relationship include the following. (Attachment member, case) = (metal, resin), (copper or copper alloy, aluminum or aluminum alloy), (high thermal conductive ceramics, resin), etc.
(8) 実施形態に係るリアクトルは、上記実施形態(1)〜(7)のいずれか1つに記載されるリアクトルの製造方法によって製造されたものである。 (8) The reactor which concerns on embodiment is manufactured by the manufacturing method of the reactor described in any one of the said embodiment (1)-(7).
実施形態のリアクトルは、実施形態のリアクトルの製造方法によって製造されることで、樹脂が均一的に硬化されており、樹脂全体に亘って内部応力のばらつきが小さく、内部応力が均一的に存在する。従って、実施形態のリアクトルは、樹脂に割れが生じ難い、好ましくは実質的に割れが生じない。特に、実施形態のリアクトルは、樹脂における付属部材との接触領域及びその近傍が割れの起点となってクラックが生じることを低減できる。そのため、実施形態のリアクトルは、熱衝撃などを受けても、上述のクラックが生じ難く、長寿命化を図ることができると期待される。また、実施形態のリアクトルは、樹脂が均一的に硬化されることで熱ヒケ、特に上述の付属部材との接触領域及びその近傍に生じ得る熱ヒケを低減でき、表面性状や外観にも優れる。 The reactor of the embodiment is manufactured by the manufacturing method of the reactor of the embodiment, so that the resin is uniformly cured, the variation of internal stress is small over the entire resin, and the internal stress exists uniformly. . Therefore, the reactor of the embodiment hardly causes cracking in the resin, and preferably does not substantially crack. In particular, the reactor according to the embodiment can reduce the occurrence of cracks due to the contact region of the resin with the attachment member and the vicinity thereof as the starting point of the crack. Therefore, it is expected that the reactor according to the embodiment is less likely to cause the above-described crack even when subjected to a thermal shock or the like, and can achieve a long life. In addition, the reactor of the embodiment can reduce heat sinks, particularly heat sinks that can occur in the contact region with the above-mentioned accessory member and the vicinity thereof, as the resin is uniformly cured, and is excellent in surface properties and appearance.
(9) 実施形態に係るコンバータは、上記実施形態に係るリアクトルを備える。 (9) The converter which concerns on embodiment is provided with the reactor which concerns on the said embodiment.
実施形態のコンバータは、樹脂に割れが生じ難い実施形態のリアクトルを備えることで、樹脂の割れに起因する短命化を抑制できる。 The converter of the embodiment can suppress shortening of life due to the cracking of the resin by including the reactor of the embodiment in which the resin is hardly cracked.
(10) 実施形態に係る電力変換装置は、上記実施形態に係るコンバータを備える。 (10) The power converter device which concerns on embodiment is provided with the converter which concerns on the said embodiment.
実施形態の電力変換装置は、樹脂に割れが生じ難い実施形態のリアクトルを備えることで、樹脂の割れに起因する短命化を抑制できる。 The power converter device of embodiment can suppress the shortening of life resulting from the crack of resin by providing the reactor of embodiment which is hard to produce a crack in resin.
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態に係るリアクトル、及びその製造方法をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, the reactor according to the embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof will be described more specifically. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.
[実施形態1]
図1〜図5を参照して、実施形態1のリアクトル1Aを説明する。以下、図面において、同一符号は同一名称物を示す。
[Embodiment 1]
With reference to FIGS. 1-5, the
(リアクトルの全体構成)
リアクトル1Aは、図1に示すように、巻線2wを螺旋状に巻回してなるコイル2Aと、コイル2Aの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3と、コイル2Aと磁性コア3とを備える組合体10を収納するケース4Aと、ケース4A内に充填されて組合体10を封止する樹脂100とを備える。この例に示すリアクトル1Aは、更に、巻線2wの各端部にそれぞれ接続される端子金具8,8を備える。端子金具8,8は、その一部(巻線2wとの接合部81に繋がる連結部812(図2,図3))が樹脂100に埋設され、残部(主として、ケース4Aに固定される固定領域及び外部装置(図示せず)との接続側領域)が樹脂100から露出されている。リアクトル1Aは、このように樹脂100を介して組合体10に一体化される付属部材(ここでは端子金具8)を備える形態である。このようなリアクトル1Aは、代表的には、冷却ベース(図示せず)といった設置対象に取り付けられて利用される。なお、図2では樹脂100を省略している。
(Reactor overall configuration)
As shown in FIG. 1, the reactor 1 </ b> A includes a coil 2 </ b> A formed by spirally winding a winding 2 w, a
そして、リアクトル1Aは、例えば、以下の特定の製造方法によって製造することができる。以下、リアクトル1Aの基本的構成の概要、製造方法、この製造方法に基づく主要な効果をまず説明する。
And
・組合体
コイル2Aは、ここでは、図1〜図4に示すように、接続部のない連続する1本の巻線2wにより形成される一対のコイル素子2a,2bと、両コイル素子2a,2bを接続する連結部2rとを備える。巻線2wは、平角線を導体とする被覆線材である。各コイル素子2a,2bは、角部を丸めた矩形筒状のエッジワイズコイルであり、各軸方向が平行するように並列(横並び)されている。各コイル素子2a,2bは互いに同一の巻数であり、両コイル素子2a,2bは電気的に直列に接続される。連結部2rは、コイル素子2a,2bを形成する巻線2wの一部がU字状に屈曲されて形成されている。ここでは、コイル素子2a,2bのターン形成面の一部(図3,図4では上面)と、連結部2rとが実質的に面一となるように、連結部2rが設けられている。一方、端子金具8が接続される巻線2wの両端部は、コイル素子2a,2bのターン形成面の一部(図3,図4では上面)から、軸方向に対して直交方向に突出するように設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the combined coil 2 </ b> A includes a pair of
磁性コア3は、ここでは、図4に示すように一対の柱状の内側コア部31,31と、一対の柱状の外側コア部32,32とを備える。各内側コア部31,31はそれぞれ、横並びされたコイル素子2a,2b内に挿通配置されて、コイル2Aの配置部分として利用される。外側コア部32,32は、コイル2Aが実質的に配置されずにコイル2Aから露出された部分である。横並びされた両内側コア部31,31を繋ぐように外側コア部32,32が配置され、環状の磁性コア3を形成する。内側コア部31と外側コア部32とを適宜、接着剤や粘着テープなどで接合することで環状に組み付けた状態を維持し易い。
Here, as shown in FIG. 4, the
ここでは、各内側コア部31はいずれも、軟磁性材料の成形体(この例では圧粉成形体)からなる複数のコア片31mと、コア片31mよりも比透磁率が低い材料からなる複数のギャップ材31gとを交互に積層された積層物である(図4の一点鎖線円内)。更に、ここでは、上記積層物の外周面を絶縁性樹脂で被覆したコア部品5A,5Bを利用している。コア部品5A,5Bは図4に示す状態において水平方向に180°回転させると一致する同一形状物である。コア部品5A,5Bはそれぞれ、コア片31mとギャップ材31gとの積層物(内側コア部31)と、この積層物の外周を覆う周面被覆部51oと、周面被覆部51oに一体に成形され、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枠板部52とを備える(詳細は後述する)。コア部品5A,5Bを構成要素とすることで、周面被覆部51o及び枠板部52によって、コイル2Aと磁性コア3との間の絶縁性を高めたり、両者の位置決めの確実性を高めたりすることができる。各外側コア部32はいずれも、軟磁性材料の成形体(この例では圧粉成形体)である。
Here, each
・ケース
ケース4Aは、コイル2Aと磁性コア3との組合体10が載置される底板部40と、底板部40から立設する側壁部41とを備え、底板部40と対向する側(図1では上側)が開口した箱体である。この例に示すケース4Aは、図3に示すように、リアクトル1Aの製造過程では、ケース4Aの底部を構成する平板状の底板部40と、ケース4Aの壁部を構成する枠状の側壁部41とが独立した部材である。リアクトル1Aの完成状態では、図1に示すように、底板部40と側壁部41とが固定部材(後述)によって一体に固定されて箱状に形成される。
Case The
ここでは、底板部40と側壁部41とは、異種の材料で構成されている。具体的には、底板部40は、アルミニウム合金といった金属製であり、コイル2Aの熱を外部に伝える放熱部材(放熱経路)として機能する。特に、リアクトル1Aでは、コイル2Aと磁性コア3との組合体10と底板部40とを接合層42によって接合しており、コイル2Aの熱を底板部40に良好に伝達でき、放熱性に優れる。また、ケース4Aの構成材料の少なくとも一部をアルミニウムやその合金などの軽金属とすることで、リアクトル1Aの軽量化に寄与することができる。ここでは、底板部40は矩形板状であり、矩形板の4つの角部にはそれぞれ、外方に突出する突片が一体に成形され、各突片は、側壁部41との取付箇所(ここでは連結ボルト4b(図2)が取り付けられる連結孔40h)、及び設置対象への取付箇所となる取付部400を構成する。
Here, the
側壁部41は、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂といった樹脂製であり、比較的硬いことで、ケース4Aの剛性を高められる。このような硬い側壁部41と樹脂100とが、コイル2Aと磁性コア3との組合体10の周囲を囲むように環状に存在することで、リアクトル1Aは、振動や振動に起因する騒音などを抑制することができる。また、側壁部41が樹脂製であることで、コイル2Aとケース4Aとの間の電気絶縁性を高められる。そのため、コイル2Aと側壁部41とを近接配置することで(例えば、コイル2Aと側壁部41の内面との間の距離が0mm〜1.0mm程度)、リアクトル1Aの小型化を図ることができる。更に、側壁部41が樹脂製であることで、リアクトル1Aの軽量化に寄与することができる。加えて、この例に示す側壁部41は、矩形枠状であって、ケース4Aに収納された組合体10の外側コア部32,32の上端面をそれぞれ覆うように一対の庇部410,410を備える。一方の庇部410は、端子金具8が固定される締付台部415を備えており、端子台に利用される。また、矩形枠の4つの角部にはそれぞれ、外方に突出する突片が一体に成形され、各突片は、底板部40との取付箇所(ここでは連結ボルト4b(図2)が取り付けられる連結孔41h)、及び設置対象への取付箇所となる取付部411を構成する。側壁部41は、このような複雑な立体形状であっても、構成材料を樹脂とすることで射出成形などによって容易に成形でき、製造性に優れる。但し、側壁部41は、樹脂製であることで、金属製の底板部40よりも熱伝導率が低い(側壁部41の熱伝導率:0.2W/m・K以上0.8W/m・K以下程度)。
The
・樹脂(封止材)
樹脂100は、ケース4A内に充填されて、コイル2Aと磁性コア3との組合体10を一体に固定する機能、振動を吸収して騒音を抑制する機能、組合体10における被覆部分(埋設部分)の機械的保護及び環境からの保護を行う機能、放熱経路としての機能、組合体10とその周囲部品とを離隔して絶縁性を高める機能など、多数の機能を有する。
・ Resin (encapsulant)
The
具体的な樹脂100は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。特に絶縁性樹脂が好ましい。樹脂100として、磁歪による振動などを吸収可能な弾性を有するものを利用したり、磁歪による振動などを吸収可能な厚さにしたりすると、振動・騒音を良好に抑えられる。エポキシ樹脂のように比較的硬い樹脂であると、振動・騒音の抑制機能を良好に得られて好ましい。
Specific examples of the
樹脂100は、窒化珪素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ほう素(BN)、炭化珪素(SiC)、ムライトなどのセラミックスからなるフィラーを含有することができる。少なくとも1種の上記セラミックスからなるフィラーを含有することで、樹脂100の放熱性や絶縁性などを更に高められる。フィラーの材質によっては、振動・騒音抑制効果も期待できる。
The
樹脂100の熱伝導率は、1W/m・K以下程度である。具体的には、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂では0.1W/m・K以上1.0W/m・K以下程度、概ね0.6W/m・K以下程度、ウレタン樹脂では0.1W/m・K以上0.6W/m・K以下程度である。フィラーを含有する場合には、フィラーの材質、含有量によって熱伝導率が変化する。例えば、フィラー入りエポキシ樹脂では、0.5W/m・K以上、更に1W/m・K以上、特に2W/m・K以上20W/m・K以下程度である。フィラー入りシリコーン樹脂では0.7W/m・K以上0.9W/m・K以下程度である。フィラー入りウレタン樹脂では、0.2W/m・K以上0.7W/m・K以下程度である。
The thermal conductivity of the
ケース4Aに対する樹脂100の充填領域は、適宜選択することができる。この例では、図1に示すように巻線2wにおいて端子金具8が接続される端部を除き、コイル2Aと磁性コア3との組合体10の全体が実質的に埋設されている。こうすることで、組合体10の外部環境からの保護、組合体10とケース4Aと樹脂100とを備える一体物としての剛性の向上、樹脂100を放熱経路とする場合に放熱性の向上、といった効果が期待できる。巻線2wの両端部を樹脂100から露出させることで、樹脂100の有無に係わらず、巻線2wと端子金具8との接続作業(例えば、U字状の接合部81をかしめた後にTIG(Tungsten Inert Gas)溶接などの溶接、圧着、半田付けなど)を容易に、かつ任意のときに行えて、作業性に優れる。巻線2wの端部と端子金具8とを接合した後、未硬化の樹脂を充填して、この接合箇所が樹脂100に埋設された形態とすることができる。
The filling area | region of the
コイル2Aの一部(例えば、図1においてコイル素子2a,2bの上面)、磁性コア3の一部(例えば、外側コア部32の一部)が樹脂100から露出された形態とすることができる。また、コイル2Aの連結部2rをコイル素子2a,2bの上面よりも引き上げて突出させた形態では、この連結部が樹脂100から露出された形態とすることができる。これらの形態では、樹脂100から露出された領域(ここでは銅製の巻線2wなど)がケース4A(ここでは特に樹脂製の側壁部41)よりも熱伝導率が高いことが考えられる。すると、樹脂100におけるこの露出された領域の近傍は、後述する付属部材(ここでは端子金具8)と同様に、熱風を用いて樹脂の硬化を行うときに高温になり易い領域といえる。そのため、この形態の製造には、後述する特定の製造方法を好適に利用できると考えられる。
A part of the
・端子金具
端子金具8は、ここでは帯板材から形成された導電部材である。端子金具8の構成材料は、銅(398W/m・K)、銅合金、アルミニウム(237W・m/K)、アルミニウム合金などの導電性材料が挙げられる。この例に示す端子金具8は、錫めっき銅製であり、樹脂100よりも、高い熱伝導率を有する付属部材といえる。更には、この端子金具8は、ケース4Aの構成材料、少なくとも側壁部41の主たる構成材料(ここではPPS樹脂)の熱伝導率よりも、高い熱伝導率を有する付属部材といえる。更に、この例に示す端子金具8は、底板部40を構成するアルミニウム合金を含めてケース4Aの全体よりも熱伝導率が高い付属部材といえる。即ち、この例に示す端子金具8は、ケース4Aにおける樹脂100に接し得る部分(ここでは底板部40及び側壁部41)の主たる構成材料のうち最も熱伝導率が高い材料(ここではアルミニウム合金)よりも、熱伝導率が高い付属部材である。
-Terminal metal fitting The
端子金具8の形状は、適宜選択することができる。この例に示す端子金具8は、素材板を所望の形状に打ち抜き、所望の形状に折り曲げて形成されている。概略を述べると、端子金具8は、図3に示すように帯板材の長手方向の一端側に巻線2wの端部が接合されるU字状の接合部81を有し、他端側に、電源などの外部装置を接続するための連結部材(代表的にはボルト)が嵌め込まれる貫通孔を有し、中間部に側壁部41(ここでは締付台部415)に固定される固定領域を有する。固定領域には、締結部材(ここではボルト419)が挿通される固定孔85を備える。
The shape of the
また、この例に示す端子金具8は、上記貫通孔を有する外部装置との接続側領域が巻線2wとの接合部81及び固定領域よりも低い位置(側壁部41に端子金具8が固定された場合に底板部40に近づく位置)となるように滑り台状に形成されている。固定領域と接合部81との間を連結する連結部812も、接合部81及び固定領域の双方よりも低い位置となるように設けられている。この連結部812は、端子金具8において樹脂100に埋設される箇所であり、端子金具8の残部(接合部81、固定領域から外部装置との接続側領域に至る領域)は、樹脂100で覆われず樹脂100から露出された露出領域である(図1)。なお、図3の一点鎖線円内の端子金具8は、一点鎖線円外の端子金具8(図3において左側に示されるもの)を水平方向に180°回転させた状態を示し、実際に巻線2wの端部に取り付けられる端子金具8は合計2つである。
Further, in the
その他、端子金具8は、例えば、特許文献1のように、巻線2wとの接続側領域と、外部装置との接続側領域との段差が小さく又は実質的に無く、中間部に側壁部41に支持される支持領域を有し、かつ巻線2wとの接続側領域が樹脂100に埋設される形態とすることができる。また、接合部81がU字状ではなく平板状などとすることができる。
In addition, the
特に、この例に示す端子金具8は、固定領域から外部装置との接続側領域(他端側領域)に至る領域は、一様な幅を有する長方形状の領域であり、連結部812から固定領域に至るまでの領域を形成する帯板材の幅と比較して広い。具体的には、上記長方形状の領域の幅は、巻線2wの幅(ここでは被覆平角線の幅)よりも十分に広く、ここでは被覆平角線の幅の2倍以上である。即ち、端子金具8は、巻線2wの幅よりも広い広幅部分として、上記直方体状の領域を有する。広幅部分の大きさ(幅)は、例えば、巻線の幅の1.5倍以上、更に2倍以上、とりわけ2.5倍以上とすることができる。
In particular, in the
(リアクトルの製造方法)
リアクトル1Aは、例えば、以下の(1)〜(3)の工程を経て製造することができる。以下、図3及び図5を適宜参照して説明する。
(Reactor manufacturing method)
(1) 準備工程
この工程では、コイル2Aと磁性コア3との組合体10と、付属部材(ここでは端子金具8)の一部とがケース4Aに収納された組物を準備する。
(1) Preparatory process In this process, the
ここでは、組合体10と、ケース4Aの構成部品である底板部40及び側壁部41と、端子金具8とを用意する。底板部40の一面(組合体10が載置される搭載面(内面))に接合層42となる両面接着シートを配置したり、接着剤を塗布したり、スクリーン印刷したりする。この例では、上述のように底板部40と側壁部41とが独立していることから、側壁部41を取り外した状態で底板部40に接着シートの配置や接着剤の塗布などを行うと、作業性に優れる。
Here, the assembled
また、ここでは、側壁部41に端子金具8を固定しておく。具体的には、側壁部41に一体に成形され、一方の庇部410から突出する一対の締付台部415,415にそれぞれ端子金具8,8の固定領域を配置する。各締付台部415にはそれぞれ、一対の位置決め突起417,417が設けられている。各端子金具8にはそれぞれ、一方の位置決め突起417を挿通する位置決め孔87hと、他方の位置決め突起417を係止する位置決め切欠87とを備える。更に、端子金具8は突片状の掛止部86を備え、庇部410の表面に直交するように立設する壁部413の端面には掛止部86が挿入される挿入孔416が設けられている。位置決め突起417,417にそれぞれ、位置決め孔87hを挿通したり、位置決め切欠87を係止したり、掛止部86を挿入孔416に挿入したりすることで、端子金具8を側壁部41の所定の位置(締付台部415)に容易に、かつ精度よく配置できる。端子金具8の配置後、ボルト419を締め付けて端子金具8を締付台部415(側壁部41)に固定する。このとき、端子金具8は、位置決め突起417,417と位置決め孔87h、位置決め切欠87との係合、掛止部86と挿入孔416との係合によって、自立可能な程度に締付台部415に支持されると共に、回転不可能に支持されるため、締付作業を行い易い。ボルト419の締め付けにより、端子金具8を備える側壁部41とすることができる。なお、未硬化の樹脂100A(図5)をケース4Aに充填する前までの間に端子金具8を側壁部41に固定すればよい。例えば、端子金具8の側壁部41への固定は、ケース4Aを組み立てた後でもよい。
Here, the
底板部40に設けた接着シートや接着剤の塗布層などの上に組合体10を載置し、この組合体10の上方から側壁部41を被せて、底板部40の上に側壁部41を配置し、組合体10の外周面を側壁部41で囲む。そして、底板部40の取付部400に設けられた連結孔40hと側壁部41の取付部411に設けられた連結孔41hに連結ボルト4b(図2)を締め付けて、底板部40と側壁部41とを固定する。
The combined
ここでは、巻線2wの端部に端子金具8のU字状の接合部81を嵌め込むようにして、底板部40に側壁部41を配置することができる。つまり、巻線2wの端部やU字状の接合部81をガイドや、底板部40に対する側壁部41の位置決めにも利用できる。また、U字状の接合部81における巻線2wの挿入側に、接合部81から延びる傾斜片(誘導部)810を備える(図3)。側壁部41を組合体10の上方から被せると、巻線2wの端部は、傾斜片810に当たってU字状部分に容易に挿入でき、巻線2wの端部の挿入性に優れる。更に、ここでは、側壁部41は、取付部411の底面から突出する突起(図示せず)を備え、底板部40は、取付部400にこの突起が挿入される孔を備える。これらの突起及び孔も、底板部40と側壁部41とを組み付けるときのガイド、及び位置決めとして機能する。
Here, the
連結ボルト4bを締め付けた後、接着シートや接着剤の材質に応じた温度にして適宜硬化して、接合層42とし、この接合層42によって組合体10と底板部40とを接合する。ここでは、接合層42によって、底板部40と側壁部41とも接合されるように、接合層42の大きさを調整している。また、ここでは、接合層42の硬化工程と、底板部40及び側壁部41を接合する接着剤の硬化工程とを同時に行えることから、硬化工程を低減でき、リアクトル1Aの製造性に優れる。このリアクトル1Aでは、底板部40と側壁部41との固定部材として、接合層42と上述の連結ボルト4bとを併用している。
After the connecting
上記工程により、コイル2Aと磁性コア3との組合体10、及び端子金具8の一部(連結部812)がケース4Aに収納された組物が得られる。
Through the above-described steps, an
(2) 充填工程
この工程では、図5に示すようにコイル2Aと磁性コア3との組合体10を収納したケース4Aに未硬化(液状)の樹脂100Aを充填して樹脂充填物10Aを得る。特に、付属部材の一部(ここでは端子金具8の連結部812)が樹脂100Aに浸漬され、付属部材の残部(ここでは、主として端子金具8の接合部81、及び固定領域から外部装置との接続側領域に至る領域であり、以下、露出領域と呼ぶ)が樹脂100Aから露出されるように、未硬化の樹脂100Aを充填する。
(2) Filling Step In this step, as shown in FIG. 5, the
ここでは、コイル2Aと磁性コア3との組合体10の全体が底板部40の載置面に設けられた接合層42(図3)によって予め固定されているため、未硬化の樹脂100Aの充填時、組合体10におけるケース4A内の位置がずれることがなく、充填作業性に優れる。
Here, since the
(3) 硬化工程
この工程では、樹脂充填物10Aに熱風を吹き付けて、未硬化の樹脂100Aを硬化して、樹脂100とする。未硬化の樹脂100Aの硬化には、例えば、熱風型の硬化槽(恒温槽)を好適に利用することができる。
(3) Curing Step In this step, hot air is blown onto the
熱風型の硬化槽の一例を図5に示す。硬化槽90は、断熱機能を有する容器本体91と、容器本体91内に設置されるヒータなどの熱源92と、熱源92による熱を容器本体91内に熱風として送り出すファン93と、ファン93からの熱風を容器本体91内に拡散させるパンチングメタルや金網などの当て板94とを備える。熱源92への通電電流やファン93による風量などの制御条件を適宜調整することで、硬化槽90内を所望の温度にすることができ、かつ一定の温度に保持することができる。従って、使用する樹脂100の硬化温度に応じて、上記制御条件を適宜調整する。
An example of a hot air type curing tank is shown in FIG. The curing
そして、実施形態のリアクトルの製造方法では、付属部材の一部が樹脂100に埋設され、残部が樹脂100から露出しているリアクトル1Aを製造するにあたり、少なくとも樹脂充填物10Aにおける付属部材の露出領域を伝熱カバー95で覆って、未硬化の樹脂100Aを硬化する。この図5では、樹脂充填物10Aの全体を伝熱カバー95で覆った状態を示す。ここでは、付属部材は、樹脂100及びケース4Aの構成材料よりも熱伝導率が高い端子金具8であり、付属部材の露出領域は、端子金具8の露出領域である。
And in the manufacturing method of the reactor of embodiment, when manufacturing the
伝熱カバー95は、樹脂100Aの硬化温度で発火、軟化や溶融しない材料から構成され、ファン93から送り出される熱風を緩和し、かつカバー95内への熱の伝導をある程度許容可能な形態のものが利用できる。伝熱カバー95は、少なくともカバー95内の温度を所定の硬化温度にすることが可能な熱伝導性を有し、好ましくは、所定の硬化温度に到達するまでの所要時間が過度に長くないものが利用できる。
The
伝熱カバー95の構成材料は、気孔を有するものが好ましい。気孔を有する材料として、例えば、繊維から構成される織布又は不織布が挙げられる。織布や不織布の繊維の太さ、材質(綿や毛、合成繊維などの有機物、金属などの無機物)は、適宜選択することができる。また、織布の場合には目開きや織り方など、不織布の場合には目付け量などは、適宜選択することができる。織布や不織布は、柔軟性に富むことから、熱風を受けるとそれ自体が変形して、布内に伝わる熱風を緩和できる。かつ、織布や不織布は、気孔を有するため、実質的に気孔を有していない金属箔などと比較して、熱風の熱をある程度直接的に布内に伝えられる。その結果、布内の温度が所定の硬化温度に到達するまでの所要時間が長くならない、又は伝熱カバー95を有しない場合と実質的に同等の所要時間とすることができる。そのため、工業的な製造を考慮すると、伝熱カバー95には、繊維から構成される織布などが好適に利用できる。より具体的な構成材料として、綿からなる平織り布であって、繊維径(線径)が1μm以上60μm以下程度のものが挙げられる。
The constituent material of the
伝熱カバー95は、少なくとも付属部材の露出領域(ここでは端子金具8の露出領域)を覆うことができる大きさとする。図5に示すように樹脂充填物10Aの全体を伝熱カバー95で覆うと、伝熱カバー95の配置が容易であり、作業性に優れる。従って、伝熱カバー95は、樹脂充填物10Aの全体を覆うことが可能な大きさを有するものとすることができる。また、樹脂充填物10Aの全体を伝熱カバー95で覆うことで、樹脂充填物10A全体の昇温状態を均一的にし易く、未硬化の樹脂100Aをより均一的に硬化できると考えられる。
The
なお、硬化槽90に配置する当て板94について、金網の場合には、金属線の線径、目開きやメッシュ、パンチングメタルの場合には、孔径や孔の個数などを変えることで、即ち、目の細かい金網や孔径が小さい又は孔数が少ないパンチングメタルにすることで、ファン93からの熱風をある程度緩和する効果がある。しかし、伝熱カバー95によって樹脂充填物10Aの特定の箇所(付属部材の露出領域)を直接覆う方が、ファン93からの熱風をより効果的に緩和できると考えられる。
In addition, about the
伝熱カバー95によって樹脂充填物10Aの少なくとも一部を覆ってから、熱風型の硬化槽90に収納し、所定の硬化温度で所定の時間保持して、未硬化の樹脂100Aを硬化することで、リアクトル1Aが得られる。
By covering at least a part of the resin filling 10A with the
(用途)
リアクトル1A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。
(Use)
(主要な効果)
リアクトル1Aは、実施形態のリアクトルの製造方法によって製造されることで、樹脂100の全体に亘って内部応力のばらつきが小さい。そのため、リアクトル1Aは、長期に亘り使用した場合にも、樹脂100に割れが生じ難く、割れが生じ難いことで、長寿命であると期待される。特に、リアクトル1Aは、長期に亘り使用した場合にも、樹脂100における付属部材との接触領域及びその近傍の領域を起点としたクラックが生じ難い、又は実質的に生じない。また、リアクトル1Aは、熱ヒケ、特に樹脂100における付属部材との接触領域及びその近傍の領域に熱ヒケが少なく又は実質的に生じず、外観にも優れる。
(Main effect)
Reactor 1 </ b> A is manufactured by the method for manufacturing a reactor according to the embodiment, so that variation in internal stress is small throughout
実施形態のリアクトルの製造方法は、樹脂の硬化工程において、所定の硬化温度に昇温する過程で、局所的に温度が高くなる領域が存在することを低減又は実質的に無くすことができる。従って、未硬化の樹脂100Aの昇温状態を均一的にすることができ、樹脂100Aの全体に亘って硬化温度への到達時間を等しくし易い。その結果、実施形態のリアクトルの製造方法は、樹脂100Aの全体に亘って均一的に硬化することができる。得られたリアクトル1Aは、上述のように長期に亘り、樹脂100に割れが生じ難いと期待される。
The manufacturing method of the reactor of the embodiment can reduce or substantially eliminate the presence of a region where the temperature is locally increased in the process of raising the temperature to a predetermined curing temperature in the resin curing step. Therefore, the temperature rise state of the
[試験例1]
コイルと磁性コアとを備える組合体をケースに収納して、未硬化の樹脂を充填し、熱風型の硬化槽を用いて上記樹脂の硬化を行ったときの樹脂の温度変化を調べた。
[Test Example 1]
A combination comprising a coil and a magnetic core was housed in a case, filled with uncured resin, and the temperature change of the resin was examined when the resin was cured using a hot-air type curing tank.
この試験では、図1に示すリアクトル1Aと同様な構成のものを作製した。即ち、被覆平角線をエッジワイズ巻きした一対のコイル素子を備えるコイルと、軟磁性材料からなるコア片を主体とする環状の磁性コアと、コイルと磁性コアとの組合体を収納するケースと、ケースに充填された樹脂と、一部がケースに固定され、別の一部が樹脂に埋設された錫めっき銅製の端子金具とを備えるリアクトルを作製した。ケースは、組合体が載置されるアルミニウム合金製の底板部と、底板部から立設するPPS樹脂製の側壁部とを備えるものを利用した。
In this test, the thing of the structure similar to the
上述のように、組合体と端子金具の一部とがケースに収納された組物を用意して、ケースに未硬化の樹脂を充填し、端子金具の一部が未硬化の樹脂に浸漬され、残部がこの樹脂から露出された樹脂充填物を作製した。ケースに充填する樹脂は、硬化温度が80℃〜160℃程度であるエポキシ樹脂を用いた。 As described above, prepare an assembly in which the assembly and a part of the terminal fitting are housed in the case, fill the case with uncured resin, and part of the terminal fitting is immersed in the uncured resin. Then, a resin filling was prepared in which the remainder was exposed from this resin. As the resin to be filled in the case, an epoxy resin having a curing temperature of about 80 ° C. to 160 ° C. was used.
試料No.1では、樹脂充填物の全体を綿の織布からなる伝熱カバーで覆った後(図5)、熱風型の硬化槽に収納して、樹脂の硬化を行った。熱風型の硬化槽は、市販品や公知の構成のものを利用できる。 Sample No. In No. 1, the entire resin filling was covered with a heat transfer cover made of cotton woven fabric (FIG. 5), and then stored in a hot air type curing tank to cure the resin. As the hot-air type curing tank, a commercially available product or a known one can be used.
試料No.100では、上記伝熱カバーで覆うことなく、樹脂充填物をそのまま熱風型の硬化槽に収納して、樹脂の硬化を行った。硬化槽は、試料No.1と同じものを用いた。 Sample No. In 100, without covering with the heat transfer cover, the resin filling was directly stored in a hot air type curing tank to cure the resin. The curing tank is a sample no. The same as 1 was used.
硬化槽の設定温度を120℃とし、試料No.1,No.100の樹脂充填物をそれぞれ硬化槽に収納してから、3時間保持した。樹脂充填物に備える樹脂について複数の地点を測定対象として、上記の保持時間:0分〜180分の間における温度変化を調べた。図6は、試料No.1の温度変化のグラフであり、横軸が経過時間(分)、縦軸が温度(℃)を示す。図7は、試料No.100の温度変化のグラフであり、横軸が経過時間(分)、縦軸が温度(℃)を示す。図6,図7のグラフでは、0分〜170分までの温度変化を示す。 The set temperature of the curing tank is 120 ° C. 1, No. 1 Each of the 100 resin fillings was stored in a curing tank and held for 3 hours. With respect to the resin provided in the resin filling, a plurality of points were measured, and the change in temperature during the above holding time: 0 minutes to 180 minutes was examined. FIG. 1 is a graph of the temperature change of No. 1, the horizontal axis indicates elapsed time (minutes), and the vertical axis indicates temperature (° C.). FIG. It is a graph of 100 temperature changes, an abscissa indicates elapsed time (minutes), and an ordinate indicates temperature (° C.). In the graphs of FIGS. 6 and 7, the temperature change from 0 minutes to 170 minutes is shown.
ここでは、試料No.1,No.100の樹脂充填物について、樹脂における異なる複数の地点の温度が測定できるように、予め温度センサを各地点にそれぞれ配置した。図2の平面図に示すように、左側に取り付けられた端子金具8の連結部812の上側の地点P1、この地点P1からみて底板部寄りの下側の地点(図示せず)、コイル素子2a,2b間の中間の地点P2、一方のコイル素子2a上の地点P3、両端子金具8,8間の中間の地点P4、ケース4Aの矩形状の開口部における四隅のうち、端子金具8から離れた三つの地点P5,P6,P7という合計8点の温度と、試料No.1では伝熱カバー内の温度、試料No.100では、硬化槽内の温度とを測定した。図6では、地点P1〜P3の温度と伝熱カバー内の雰囲気温度Pとを示す。図7では、地点P1〜P3の温度と、硬化槽内の雰囲気温度P0とを示す。
Here, Sample No. 1, No. 1 For 100 resin fillings, temperature sensors were previously arranged at each point so that the temperature at a plurality of different points in the resin could be measured. As shown in the plan view of FIG. 2, a point P1 on the upper side of the connecting
図7に示すように、硬化槽内の温度P0は、保持時間の開始後すぐに、設定温度である約120℃に達し、その後、一定に保持されていることが分かる。また、三つの地点P1〜P3では、概ね120分後に硬化槽内と同等の温度、即ち約120℃に達していることが分かる。しかし、地点P1〜P3では、この到達温度(設定温度)になるまでの間の昇温状態が異なる。具体的には、コイルの近くである地点P2,P3はほぼ同様の昇温状態となっている(図7では地点P2,P3のグラフが重なり合っている)。例えば、100℃に到達するまでの所要時間は、地点P2,P3のいずれも40分程度である。図示していないが、その他の地点P4〜P7なども、地点P2,P3と概ね同じ軌跡(グラフ)を描いている。しかし、端子金具8の連結部812近傍の地点P1では、地点P2などと比較して、昇温速度が速い。具体的には、地点P1では、100℃に到達するまでの所要時間が約30分である。即ち、地点P1では、所定の硬化温度になるまでの昇温過程において、その他の部分と比較して温度が高くなっている、といえる。また、地点P1では、その他の部分と比較して硬化温度により短時間で到達しており、硬化開始が早められている、といえる。実際、硬化後に得られた試料No.100のリアクトルでは、樹脂における端子金具8の連結部812近傍の領域に、その他の領域に比較して熱ヒケが多くみられた。このことは、樹脂における連結部812近傍の領域がその他の領域よりも先に硬化したことを裏付けていると考えられる。
As shown in FIG. 7, it can be seen that the temperature P0 in the curing tank reaches the set temperature of about 120 ° C. immediately after the start of the holding time, and thereafter is kept constant. In addition, at three points P1 to P3, it can be seen that after about 120 minutes, the temperature reached the same level as that in the curing tank, that is, about 120 ° C. However, in the points P1 to P3, the temperature rise state until reaching this reached temperature (set temperature) is different. Specifically, the points P2 and P3 near the coil are in substantially the same temperature rising state (in FIG. 7, the graphs of the points P2 and P3 overlap). For example, the time required to reach 100 ° C. is about 40 minutes at both points P2 and P3. Although not shown, other points P4 to P7 and the like also draw almost the same locus (graph) as the points P2 and P3. However, at the point P1 in the vicinity of the connecting
一方、図6に示すように、伝熱カバーを用いた場合には、伝熱カバー内の温度Pは、硬化槽内の温度よりも若干低いものの、約120分後に120℃弱に達し、その後、一定に保持されていることが分かる。また、三つの地点P1〜P3も、概ね120分後に伝熱カバー内の温度と同等の温度、即ち120℃弱に達していることが分かる。そして、地点P1〜P3について、この到達温度(設定温度)になるまでの間の昇温状態が概ね等しいことが分かる。具体的には、コイルの近くである地点P2,P3では、例えば、100℃に到達するまでの所要時間が約60分であり、図示しないその他の地点P4〜P7なども、地点P2,P3と概ね同じ軌跡(グラフ)を描いている。かつ、端子金具8の連結部812近傍の地点P1では、100℃に到達するまでの所要時間が60分弱であり、地点P2などと比較して、昇温速度の差が小さいことが分かる。即ち、試料No.1では、未硬化の樹脂の各部において、所定の硬化温度になるまでの昇温過程が実質的に等しい、といえる。また、未硬化の樹脂の全体に亘って、硬化開始が同様に行われている、といえる。実際、硬化後に得られた試料No.1のリアクトルでは、試料No.100と異なり、樹脂100における端子金具8の連結部812近傍の領域に、その他の領域に比較して熱ヒケが多いということは無く、樹脂100の全体に亘って一様な外観を有していた。このことは、未硬化の樹脂100Aを均一的に硬化できたことを裏付けていると考えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the heat transfer cover is used, the temperature P in the heat transfer cover is slightly lower than the temperature in the curing tank, but reaches about 120 ° C. after about 120 minutes, and thereafter It can be seen that it is held constant. In addition, it can be seen that the three points P1 to P3 also reach a temperature equivalent to the temperature in the heat transfer cover, that is, a little less than 120 ° C., approximately 120 minutes later. And about the points P1-P3, it turns out that the temperature rising state until it becomes this ultimate temperature (setting temperature) is substantially equal. Specifically, at points P2 and P3 near the coil, for example, the time required to reach 100 ° C. is about 60 minutes, and other points P4 to P7 not shown are also points P2 and P3. Draw roughly the same trajectory (graph). In addition, at the point P1 in the vicinity of the connecting
また、この試験結果から、伝熱カバーは、綿などの繊維の織布といった熱風を緩和すると共に熱の伝導をある程度許容するものが好ましいことが分かる。 Further, it can be seen from the test results that the heat transfer cover preferably relaxes hot air such as a woven fabric of fibers such as cotton and allows heat conduction to some extent.
以下、リアクトル1Aの各構成要素について、その他の利用可能な構成を列挙する。
Hereinafter, other usable configurations are listed for each component of the
・コイル
コイル2Aを形成する巻線2wは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体の外周に、絶縁材(代表的にはポリアミドイミド)からなる絶縁被覆を備える被覆線を好適に利用できる(図3,図4)。導体は、平角線の他、丸線が代表的である。この例のように、巻線2wに(被覆)平角線を用いてエッジワイズコイルとすると、丸線を用いた場合よりも占積率が高いコイルを形成し易いため、小型にし易い。また、両コイル素子2a,2bがエッジワイズコイルであると、コイル2Aにおける底板部40に近接配置される領域を広く確保し易く、放熱性をより高め易い。コイル素子2a,2bの端面形状は、上述の角筒状などの他、円環状など、適宜変更することができる。
Coil The winding 2w forming the
・磁性コア
磁性コア3を構成する各コア片やギャップ材31gの形状、個数は適宜選択することができる(図4)。実施形態1では、内側コア部31を直方体状、外側コア部32を、その端面が凸形状(ドーム形状)の異形柱状体としているが、例えば、内側コア部31を円柱状など、外側コア部32を直方体状(後述する図8)などとすることができる。コア片の主成分である軟磁性材料には、鉄や鉄合金、希土類元素を含む合金といった金属、フェライトといった非金属などが挙げられる。コア片は、上記軟磁性材料からなる軟磁性粉末を用いた成形体や、絶縁被膜を有する磁性薄板(例えば、ケイ素鋼板に代表される電磁鋼板)を複数積層した積層体を利用できる。上記成形体は、圧粉成形体(圧粉磁心)の他、焼結体、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料などが挙げられる。複合材料は、射出成形などを利用することで、複雑な立体形状であっても、容易に成形できる。磁性コア3は、ギャップ材31gを備えていない形態やエアギャップを備える形態とすることができる。
-Magnetic core The shape and number of each core piece and the
特に、リアクトル1Aでは、磁性コア3の外側コア部32,32における底板部40側の面(図3では下面)がコイル2Aにおける底板部40側の面(図3では下面)と面一であることで、外側コア部32,32も接合層42によって底板部40に接合される。そのため、磁性コア3の熱も、底板部40に良好に伝達でき、リアクトル1Aは、放熱性に優れる。
In particular, in the
・コア部品
図4を参照して、コア部品5A,5Bをより詳細に説明する。枠板部52は、一方の内側コア部31の一方の端面31eの一部を覆う端面被覆部51eと、他方の内側コア部31が挿通される貫通孔53A(53B)とを備える。一方のコア部品5Aの周面被覆部51oの端部517Aを他方のコア部品5Bの貫通孔53Bに挿通し、他方のコア部品5Bの周面被覆部51oの端部517Bを一方のコア部品5Aの貫通孔53Aに挿通することで、両コア部品5A,5Bは、枠板部52,52によって連結された一体の組物とすることができる。端面被覆部51eに設けられた貫通孔に接着剤を充填することで、内側コア部31の一方の端面31eと外側コア部32の内端面32eとを接合できる。この端面被覆部51eや接着剤はギャップとして機能する。貫通孔53A,53Bからは内側コア部31の他方の端面31eが露出して、外側コア部32の内端面32eと接触することができる。
Core parts The
その他、コア部品5A,5Bでは、枠板部52におけるコイル2A側の面に立設され、コイル素子2a、2b間に挿入されて両コイル素子2a、2b間を絶縁する仕切り56と、枠板部52における外側コア部32側の面から外方に向かって(外側コア部32側に向かって)延び、コイル2Aの連結部2rと外側コア部32の上端面との間に介在される台座54と、外側コア部32側の面から突出して外側コア部32の位置決めを行う突起58とを備える。
In addition, in the
・インシュレータ
コア部品5A,5Bではなく、別途、インシュレータ(図示せず)を備える形態とすることができる。この形態も、コイル2Aと磁性コア3との間の絶縁性を高めたり、両者の位置決めの確実性を高めたりすることができる。インシュレータは、例えば、内側コア部31の外周に配置される周壁部と、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とを備える形態が挙げられる。周壁部は、筒状体である形態、断面]状の部材を組み合わせて内側コア部31の外周に配置する形態などが挙げられる。周壁部の少なくとも一部と一つの枠板とが一体に成形体された形態とすることもできる。枠板は、両内側コア部31,31が挿通される二つの貫通孔を備えるB字状の板材が挙げられる。後述する図8は、インシュレータを備える形態を示す。
-Insulator It can be set as the form provided with an insulator (not shown) separately instead of the
コア部品5A,5Bの絶縁性樹脂、及びインシュレータの構成材料は、例えば、PPS樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ナイロン6、ナイロン66、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。なお、組合体10は、上記絶縁性樹脂やインシュレータを備えていない形態とすることができる。
The insulating resin of the
・ケース
ケース4Aの構成材料には、金属や、樹脂といった非金属が挙げられる。具体的な金属は、アルミニウムやその合金、マグネシウム(156W・m/K)やその合金、鉄(80.3W/m・K)やオーステナイト系ステンレス鋼などが挙げられる。これらの金属は、端子金具8を構成する銅などに比較して、熱伝導率が低いものが多い。アルミニウムやその合金は、軽量で放熱性に優れるケース4Aとすることができる。マグネシウムやその合金は、軽量で制振性に優れるケース4Aとすることができる。ステンレス鋼は、機械的強度に優れるケース4Aとすることができる。特に、金属は、樹脂に比較して、強度、剛性に優れる傾向にあり、振動や騒音を抑制、低減し易く、放熱性にも優れるリアクトル1Aを構築できる。その他、金属製のケース4Aはシールド効果も期待できる。放熱性、及びコイル2Aと磁性コア3との組合体10の載置に対する強度を考慮すると、底板部40は金属製が好ましく、その厚さは2mm以上5mm以下程度が挙げられる。
-Case Non-metals, such as a metal and resin, are mentioned as a constituent material of
一方、ケース4Aの構成材料となる樹脂は、PPS樹脂、PBT樹脂、ウレタン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂などが挙げられる。樹脂は、軽量で、電気絶縁性に優れるケース4Aとすることができる。
On the other hand, examples of the resin constituting the
実施形態1のケース4Aのように底板部40と側壁部41とが分解可能な形態では、両者を同種の材料、異種の材料のいずれでも構成することができる。後述する実施形態2のケース4Bのように底部と壁部とが一体に成形された形態とすることができる。この場合、ケース4Bは、その全体が一様な材質の材料で構成されて、一様な熱伝導性を有する。
In the form in which the
底板部40、側壁部41の外形は適宜選択することができる。上述のようにここでは、底板部40は取付部400、側壁部41は取付部411を有しており、ケース4Aを組み立てた場合、これら取付部400,411が重なるように底板部40及び側壁部41が形成されている(図1〜図3)。取付部400,411にはそれぞれ、設置対象に固定するための締付部材(ボルト、図示せず)が挿通されるボルト孔400h,411hが連通するように設けられている。取付部400,411の形状、個数などは適宜選択することができる。例えば、取付部400,411のいずれか一方を省略することができる。側壁部41が樹脂製である場合、ボルト孔411hを金属管によって構成すると強度に優れる。
The external shape of the
底板部40と側壁部41との連結は、ここではボルト4bと接着剤とを併用しているが、いずれか一方のみとすることができる。底板部40と側壁部41とを接着剤によって一体化する場合、この接着剤によって両者間を密閉して未硬化の樹脂100Aの漏洩を防止でき、パッキンなどのシール材を省略できる。ボルト4bのみによって底板部40と側壁部41とを一体化する場合、底板部40と側壁部41との間にパッキン(図示せず)を備えると、未硬化の樹脂100Aの充填にあたり、底板部40と側壁部41との隙間から未硬化の樹脂100Aが漏れることを防止できる。
Here, the connection between the
接合層42は、代表的には、リアクトル1Aの使用時における最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を有する樹脂が好適に利用できる。特に、底板部40が金属製である場合、コイル2Aとの絶縁性を高めるために、接合層42の構成材料は絶縁性樹脂が好ましい。具体的な樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、PPS樹脂、LCPなどの熱可塑性の絶縁性樹脂が接合層42に好適に利用できる。この絶縁性樹脂に、上述のセラミックスフィラーが含有された形態とすると、放熱性を向上させることができる。接合層42の熱伝導率は、0.1W/m・K以上、更に0.15W/m・K以上、0.5W/m・K以上、1W/m・K以上、特に2.0W/m・K以上であると、熱伝導性に優れて好ましい。例えば、アルミナからなるフィラーを含有するエポキシ系接着剤を利用すると、熱伝導率が3W/m・K以上の接合層42とすることができる。接合層42の厚さ(硬化後)は、例えば、1mm以下、更に0.5mm以下が挙げられる。
As the
・その他の部品
リアクトル1Aは、ケース4Aの開口部を覆う蓋(図示せず)を備える形態とすることができる。蓋を有することで、樹脂100に対しても外部環境からの保護を図ることができる上に、騒音をより低減できると期待される。
-
リアクトル1Aは、リアクトルの物理量を測定するセンサを備える形態とすることができる。センサは、例えば、温度センサ、電流センサ、電圧センサ、磁束センサ、リアクトルの振動を測定可能な加速度センサなどが挙げられる。
[実施形態2]
実施形態1のリアクトル1Aでは、付属部材が、コイル2Aを形成する巻線2wの端部に接続される端子金具8である形態を説明した。その他の付属部材として、例えば、放熱部材が挙げられる。以下、放熱部材を備える形態を説明する。
[Embodiment 2]
In the
図8に示す実施形態2のリアクトル1Bは、基本的な構成は実施形態1と同様であり、コイル2Bと、磁性コア3と、コイル2Bと磁性コア3との組合体10を収納するケース4Bと、ケース4B内に充填されて組合体10を封止する樹脂100とを備え、端子金具は備えていない。特に、リアクトル1Bでは、コイル2Bに備えるコイル素子2a,2bがそれぞれ異なる巻線2wa,2wbによって形成されており、各巻線2wa,2wbの一端部同士を電気的に接続する連結部材2Rを備える。この例に示す連結部材2Rは、放熱部材としても機能する。
The
連結部材2Rは、銅やその合金といった導電性に優れる材料から構成されている。具体的には、平帯状の本体を備え、本体の一端側領域が巻線2waの一端部との接続領域、他端側領域が巻線2wbの一端部との接続領域である。巻線2wa,2wbと連結部材2Rとの接続には、TIG溶接などの溶接や圧着、半田付けなどが利用できる。
The connecting
連結部材2Rの本体の中間部には、複数の平板片が並列に立設されている。これらの平板片がフィン部2fを構成する。ここでは、図8に示すようにフィン部2fの一部(平帯状の本体との接続側領域)が樹脂100に埋設され、残部が樹脂100から露出される。
A plurality of flat plate pieces are erected in parallel at an intermediate portion of the main body of the connecting
フィン部2fは、放熱性の向上、及び樹脂100との接触領域の増大という目的から、表面積ができるだけ大きくなるように設けること、例えば、広幅の板材、より具体的には巻線2wa,2wbの幅よりも広幅の板材とすることが好ましい。しかし、この場合、熱風を利用して未硬化の樹脂を硬化すると、広幅のフィン部2fが熱風を受け易くなって、未硬化の樹脂におけるフィン部2fとの接触領域及びその近傍の領域が高温になり易くなる。特に、フィン部2fが銅といった熱伝導性に優れる材料、具体的には樹脂100やケース4Bの構成材料(例えば、アルミニウム合金)よりも熱伝導性に優れる材料で構成されることで、未硬化の樹脂におけるフィン部2fとの接触領域及びその近傍の領域がより高温になり易くなる。そこで、実施形態1で説明したように、伝熱カバー95(図5)によって、少なくともフィン部2f及びその近傍を覆った状態で硬化を行う。こうすることで、実施形態2のリアクトル1Bにおいても、未硬化の樹脂を均一的に硬化することができる。また、得られたリアクトル1Bは、樹脂100の内部応力のばらつきが小さく割れ難く、熱ヒケなどの表面欠陥も少ない。
For the purpose of improving the heat dissipation and increasing the contact area with the
なお、連結部材2Rがフィン部2fを有していない場合であっても、連結部材2Rの一部が樹脂100に埋設され、残部が100から露出された形態では、連結部材2Rが巻線の幅よりも広かったり、比較的大きかったりすることで熱風を受け易いことが考えられる。すると、未硬化の樹脂における連結部材2Rとの接触個所及びその近傍が高温になり易くなる。従って、この形態のリアクトルも、実施形態1で説明したように、伝熱カバー95(図5)によって、連結部材2Rの露出領域及びその近傍を覆った状態で硬化を行うことが好ましい。
Even when the connecting
別の放熱部材として、例えば、コイル素子2a,2b間に介在される部分を有する放熱板(図示せず)が挙げられる。この放熱板は、一端縁が底板部40に接し、他端縁側の領域が樹脂100から露出され、中間部がコイル素子2a,2b間に介在される領域となるように配置される。このような放熱板は、ボルトや接着剤などで底板部40に固定されて、底板部40からケース4Bの開口側に向かって立設された形態などが挙げられる。
As another heat radiating member, for example, a heat radiating plate (not shown) having a portion interposed between the
放熱板が、底板部40に対して着脱可能な独立した部材である場合には、底板部40とは異なる材質とすることができる。例えば、アルミニウム合金製のケースに対して、放熱板の構成材料は、銅やその合金、銀やその合金などといったより放熱性に優れる材料にすることができる。放熱板を金属製とする場合、コイル素子2a,2bとの絶縁性を高めるために、絶縁層などを形成することができる。又は、放熱板の構成材料は、例えば、上述のセラミックスフィラーの項で述べた種々の高熱伝導性のセラミックスが利用できる。セラミックス製の放熱板は、絶縁性に優れるものが多く、コイル素子2a、2b間の絶縁材として機能することができる。特に、ケースが樹脂製の場合には、このセラミックスは樹脂100やケースよりも熱伝導性に優れるため、セラミックス製の板材は放熱板として良好に機能することができる。
When the heat radiating plate is an independent member that can be attached to and detached from the
別の放熱部材として、例えば、磁性コア3の一部が放熱機能を有する形態が挙げられる。ここで、例えば、磁性コア3の外側コア部32を上述の複合材料とする場合、射出成形などによって複雑な立体形状であっても、容易に成形できることから、外側コア部32において、その上端面(ここではドーム形状の面)からケース4Bの開口側に向かって突出する突出部(フィン部、図示せず)を形成し、このフィン部の一部を樹脂100から露出させる形態が挙げられる。この形態では、フィン部は、主として軟磁性材料から構成されることから、樹脂100よりも熱伝導性に優れており、ケース4Bが例えば、PPS樹脂などの熱伝導性に劣る材料から構成されている場合には、放熱部材として良好に機能することができる。但し、樹脂100におけるフィン部との接触領域及びその近傍の領域は、フィン部が熱風を受け易いことで、硬化時に高温になり易い領域といえる。従って、この形態も、実施形態のリアクトルの製造方法を利用することで、未硬化の樹脂を均一的に硬化することができる。なお、この形態のケースは、フィン部における樹脂100からの露出領域が雰囲気に十分に接触できるように、図8に示すケース4Bのように、庇部を有さず、開口部が広いものが好ましい。また、フィン部における樹脂100からの露出領域に熱伝導性に優れる金属箔(銅箔やアルミニウム箔など)などを取り付けると、放熱性を更に高められる。
As another heat dissipation member, for example, a form in which a part of the
上述した樹脂100への埋設領域を有する放熱部材を備える形態では、端子金具は、樹脂100への埋設領域を有さない形態とすることができる。
In the embodiment including the heat dissipating member having the region embedded in the
[実施形態3]
実施形態1,2では、一対のコイル素子2a,2bを備える形態を説明した。その他、コイルは、コイル素子を一つのみ備える形態(図示せず)とすることができる。この形態では、磁性コア3は、筒状のコイル素子内に配置される柱状の内側コア部と、内側コア部の各端面、及びコイル素子の各端面の少なくとも一部を覆うように配置される部分と、内側コア部の両端面間を連結する部分とを有する外側コア部とを備えるとよい。
[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, the embodiment including the pair of
[実施形態4]
実施形態1〜3のリアクトル1A,1Bなどは、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。
[Embodiment 4]
The
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両1200は、図9に示すようにメインバッテリ1210と、メインバッテリ1210に接続される電力変換装置1100と、メインバッテリ1210からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ(負荷)1220とを備える。モータ1220は、代表的には、3相交流モータであり、走行時、車輪1250を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両1200は、モータ1220に加えてエンジンを備える。なお、図9では、車両1200の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態とすることができる。
For example, a
電力変換装置1100は、メインバッテリ1210に接続されるコンバータ1110と、コンバータ1110に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ1120とを有する。この例に示すコンバータ1110は、車両1200の走行時、200V〜300V程度のメインバッテリ1210の直流電圧(入力電圧)を400V〜700V程度にまで昇圧して、インバータ1120に給電する。また、コンバータ1110は、回生時、モータ1220からインバータ1120を介して出力される直流電圧(入力電圧)をメインバッテリ1210に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ1210に充電させている。インバータ1120は、車両1200の走行時、コンバータ1110で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ1220に給電し、回生時、モータ1220からの交流出力を直流に変換してコンバータ1110に出力している。
コンバータ1110は、図10に示すように複数のスイッチング素子1111と、スイッチング素子1111の動作を制御する駆動回路1112と、リアクトルLとを備え、ON/OFFの繰り返し(スイッチング動作)により入力電圧の変換(ここでは昇降圧)を行う。スイッチング素子1111には、電界効果トランジスタ(FET),絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などのパワーデバイスが利用される。リアクトルLは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルLとして、上記実施形態1〜3のリアクトルを備える。樹脂100が均一的に硬化されているリアクトル1Aなどを備えることで、電力変換装置1100やコンバータ1110は、経時的に樹脂100が割れ難く、長寿命である。
As shown in FIG. 10, the
なお、車両1200は、コンバータ1110の他、メインバッテリ1210に接続された給電装置用コンバータ1150や、補機類1240の電力源となるサブバッテリ1230とメインバッテリ1210とに接続され、メインバッテリ1210の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ1160を備える。コンバータ1110は、代表的には、DC−DC変換を行うが、給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160は、AC−DC変換を行う。給電装置用コンバータ1150のなかには、DC−DC変換を行うものもある。給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160のリアクトルに、上記実施形態1〜3のリアクトル1Aなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態1〜3のリアクトル1Aなどを利用することもできる。
本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータ(代表的にはDC−DCコンバータ)や空調機のコンバータなどの種々のコンバータ、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。本発明のリアクトルの製造方法は、上記リアクトルの製造に好適に利用することができる。 The reactor of the present invention includes various converters such as an in-vehicle converter (typically a DC-DC converter) and an air conditioner converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle. It can be suitably used as a component part of a power converter. The manufacturing method of the reactor of this invention can be utilized suitably for manufacture of the said reactor.
1A,1B リアクトル 10 組合体 10A 樹脂充填物
100 樹脂 100A 未硬化の樹脂
2A,2B コイル
2a,2b コイル素子 2r 連結部 2R 連結部材 2f フィン部
2w,2wa,2wb 巻線
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
4A,4B ケース
40 底板部 41 側壁部 42 接合層
40h,41h 連結孔 4b 連結ボルト
400,411 取付部 400h,411h ボルト孔
410 庇部 413 壁部 415 締付台部 416 挿入孔
417 位置決め突起 419 ボルト
5A,5B コア部品
51o 周面被覆部 51e 端面被覆部 517A,517B 端部
52 枠板部 53A,53B 貫通孔 54 台座 56 仕切り
58 突起
8 端子金具
81 接合部 810 傾斜片 812 連結部 85 固定孔
86 掛止部 87 位置決め切欠 87h 位置決め孔
90 硬化槽 91 容器本体 92 熱源 93 ファン 94 当て板
95 伝熱カバー
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
1A,
Claims (10)
前記ケースに未硬化の樹脂を充填して、前記付属部材の一部が前記樹脂に浸漬され、前記付属部材の残部が前記樹脂から露出された樹脂充填物とする充填工程と、
前記樹脂充填物に熱風を吹き付けて、前記未硬化の樹脂を硬化する硬化工程とを備え、
前記硬化工程では、少なくとも前記付属部材における前記樹脂から露出する露出領域を、前記熱風を緩和する伝熱カバーで覆った状態で硬化を行うリアクトルの製造方法。 A preparatory step of preparing a combination in which a combination including a coil and a magnetic core and a part of an attached member are housed in a case;
Filling the case with an uncured resin, a part of the attachment member is immersed in the resin, and a filling step in which the remainder of the attachment member is exposed from the resin;
And a curing step of curing the uncured resin by blowing hot air on the resin filling,
In the curing step, the reactor is cured in a state where at least an exposed area of the accessory member exposed from the resin is covered with a heat transfer cover that relaxes the hot air.
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JP2018206831A (en) * | 2017-05-31 | 2018-12-27 | 利昌工業株式会社 | Reactor and manufacturing method thereof |
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- 2013-09-02 JP JP2013181569A patent/JP2015050354A/en active Pending
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