JP2015188019A - Gap member, magnetic core and reactor - 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コンバータや電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトルにおいて、磁性コアを構成するコア片とコア片との間に介在されるギャップ部材に関する。特に、接着剤を使用することなく、コア片同士を連結できるギャップ部材に関する。 The present invention is interposed between a core piece and a core piece constituting a magnetic core in a reactor used for a component such as an in-vehicle DC-DC converter or a power conversion device mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle. The present invention relates to a gap member. It is related with the gap member which can connect core pieces especially, without using an adhesive agent.
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。例えば特許文献1には、ハイブリッド自動車などの車両に配置される昇圧コンバータに備えるリアクトルとして、複数の部分コアに分割されたコアと、複数の部分コア同士の間に介在する複数のギャップスペーサと、部分コア及びギャップスペーサの周囲に設けられた環状のコイルとを有するリアクトルが開示されている。特許文献1には、ギャップスペーサが部分コアよりも外方に突出した突出部を有しており、この突出部によりコイルを支持することが記載されている。
A reactor is one of the parts of a circuit that performs a voltage step-up operation or a voltage step-down operation. For example, in
一般に、リアクトルを構成する磁性コアは、複数のコア片を連結して構成され、インダクタンスを調整するためにコア片間にギャップ板が介在されている。一般に、従来の磁性コアは、コア片とギャップ板とを接着剤で接合し、複数のコア片をギャップ板を介して連結した構造である。 Generally, a magnetic core constituting a reactor is configured by connecting a plurality of core pieces, and a gap plate is interposed between the core pieces in order to adjust inductance. In general, a conventional magnetic core has a structure in which a core piece and a gap plate are joined with an adhesive, and a plurality of core pieces are connected via a gap plate.
しかしながら、コア片とギャップ板とを接着剤で接合する構成では、接着剤を塗布したり、接着剤を硬化させる接着作業が必要であることから、磁性コア(リアクトル)の組立作業に時間がかかる。また、磁性コアを組み立て後、熱が加えられると、接着剤に内部ひずみが発生するなど接着剤が劣化することがあり、接着剤を使用した場合、接着剤の剥離など不具合の発生原因となり得る。したがって、磁性コア(リアクトル)の組立作業性を改善したり、接着剤の使用による不具合を解消する観点から、接着剤を使用することなく、コア片をギャップ板に固定する技術が望まれる。 However, in the configuration in which the core piece and the gap plate are joined with an adhesive, it takes time to assemble the magnetic core (reactor) because an adhesive work is required to apply the adhesive or harden the adhesive. . In addition, if heat is applied after the magnetic core is assembled, the adhesive may deteriorate, such as internal strain in the adhesive, and using the adhesive may cause problems such as peeling of the adhesive. . Therefore, a technique for fixing the core piece to the gap plate without using an adhesive is desired from the viewpoint of improving the assembling workability of the magnetic core (reactor) and eliminating problems caused by the use of the adhesive.
そこで、本発明の目的の一つは、接着剤を使用することなく、コア片同士を連結できるギャップ部材を提供することにある。本発明の別の目的は、上記ギャップ部材を有する磁性コア、及びこの磁性コアを備えるリアクトルを提供することにある。 Then, one of the objectives of this invention is providing the gap member which can connect core pieces, without using an adhesive agent. Another object of the present invention is to provide a magnetic core having the gap member and a reactor including the magnetic core.
本発明のギャップ部材は、コア片とコア片との間に介在されるギャップ部材である。本発明のギャップ部材は、両側に前記両コア片が配置され、前記両コア片の互いに対向する端面間に介在されるギャップ板部と、前記ギャップ板部の周面から前記両コア片の端面よりも外方に突出する突出部と、前記突出部の両側から前記ギャップ板部の厚み方向に延出し、前記各コア片の端部の周面を囲む壁部と、前記壁部の内周面から内方に突出して、前記各コア片の周面を押圧する突起部と、を有する。 The gap member of the present invention is a gap member interposed between the core pieces. In the gap member of the present invention, both the core pieces are disposed on both sides, the gap plate portion is interposed between the opposing end surfaces of the both core pieces, and the end surfaces of the both core pieces from the peripheral surface of the gap plate portion A projecting portion projecting outward, a wall portion extending from both sides of the projecting portion in the thickness direction of the gap plate portion, surrounding a peripheral surface of an end portion of each core piece, and an inner circumference of the wall portion And a protrusion that protrudes inward from the surface and presses the peripheral surface of each core piece.
本発明の磁性コアは、複数のコア片を連結してなる磁性コアである。本発明の磁性コアは、少なくとも2つの前記コア片がギャップ部材を介して連結されており、前記ギャップ部材が上記本発明のギャップ部材である。 The magnetic core of the present invention is a magnetic core formed by connecting a plurality of core pieces. In the magnetic core of the present invention, at least two of the core pieces are connected via a gap member, and the gap member is the gap member of the present invention.
本発明のリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、前記コイルが配置されて閉磁路を形成する磁性コアと、を備えるリアクトルである。本発明のリアクトルは、磁性コアが上記本発明の磁性コアである。 The reactor of this invention is a reactor provided with the coil formed by winding a coil | winding, and the magnetic core in which the said coil is arrange | positioned and forms a closed magnetic circuit. In the reactor of the present invention, the magnetic core is the magnetic core of the present invention.
本発明のギャップ部材は、接着剤を使用することなく、コア片同士を連結できる。本発明の磁性コア及びリアクトルは、上記本発明のギャップ材を利用することで、組立作業性に優れる。 The gap member of this invention can connect core pieces, without using an adhesive agent. The magnetic core and the reactor of the present invention are excellent in assembling workability by using the gap material of the present invention.
《本発明の実施形態の説明》
最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。
<< Description of Embodiments of the Present Invention >>
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1)実施形態に係るギャップ部材は、コア片とコア片との間に介在されるギャップ部材である。ギャップ部材は、両側に両コア片が配置され、両コア片の互いに対向する端面間に介在されるギャップ板部と、ギャップ板部の周面から両コア片の端面よりも外方に突出する突出部と、を有する。ギャップ部材は、突出部の両側からギャップ板部の厚み方向に延出し、各コア片の端部の周面を囲む壁部と、壁部の内周面から内方に突出して、各コア片の周面を押圧する突起部と、を有する。 (1) The gap member which concerns on embodiment is a gap member interposed between a core piece and a core piece. The gap member has both core pieces disposed on both sides, and a gap plate portion interposed between the opposite end surfaces of the both core pieces, and the outer surface of the gap plate portion protrudes outward from the end surfaces of both core pieces. And a protrusion. The gap member extends from both sides of the protruding portion in the thickness direction of the gap plate portion, and surrounds the peripheral surface of the end portion of each core piece, and protrudes inward from the inner peripheral surface of the wall portion. And a protruding portion that presses the peripheral surface.
上記ギャップ部材は、その両側に各コア片の端部の周面を囲む壁部を有することで、ギャップ部材に対して両コア片を位置決めして配置することができる。加えて、上記ギャップ部材は、壁部の内周面に突起部を有することで、壁部に囲まれる各コア片の周面を突起部で押圧して両コア片を機械的に固定できる。したがって、上記ギャップ部材は、接着剤を使用することなく、コア片同士を連結できる。 The said gap member has a wall part surrounding the peripheral surface of the edge part of each core piece on the both sides, and can position and arrange | position both core pieces with respect to a gap member. In addition, since the gap member has the protrusion on the inner peripheral surface of the wall portion, both the core pieces can be mechanically fixed by pressing the peripheral surface of each core piece surrounded by the wall portion with the protrusion. Therefore, the said gap member can connect core pieces, without using an adhesive agent.
また、上記ギャップ部材は、両コア片の互いに対向する端面間に介在されるギャップ板部を有することで、ギャップ板部の厚さによってコア片間のギャップ距離を確保できる。特に、ギャップ板部が両コア片の互いに対向する端面に接触することで、コア片間のギャップ距離が規定され維持することができる。更に、上記ギャップ部材は、コア片の端面よりも外方に突出する突出部からコア片端部の周面を囲むように壁部が形成されることから、少なくとも一方のコア片がコイルの内側に配置される場合、突出部及び壁部によってコア片とコイルとの接触を防止でき、コア片とコイルとの間の電気絶縁を確保できる。よって、従来、コア片とコイルとの接触を防止するためにコア片とコイルとの間に配置される筒状のボビンを不要とすることができ、製造コストの削減も可能である。 In addition, the gap member has a gap plate portion interposed between the opposing end surfaces of both core pieces, so that the gap distance between the core pieces can be secured by the thickness of the gap plate portion. In particular, the gap distance between the core pieces can be defined and maintained by the gap plate portion coming into contact with the opposing end surfaces of the two core pieces. Further, since the gap member is formed with a wall portion so as to surround the peripheral surface of the end portion of the core piece from the protruding portion protruding outward from the end surface of the core piece, at least one of the core pieces is disposed inside the coil. When arrange | positioning, a contact with a core piece and a coil can be prevented with a protrusion part and a wall part, and the electrical insulation between a core piece and a coil can be ensured. Therefore, conventionally, a cylindrical bobbin disposed between the core piece and the coil in order to prevent the contact between the core piece and the coil can be eliminated, and the manufacturing cost can be reduced.
(2)上記ギャップ部材の一形態としては、少なくともコア片の端面の形状が矩形状であり、突起部が、コア片の周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられていることが挙げられる。 (2) As one form of the gap member, at least the shape of the end face of the core piece is rectangular, and the protrusions are provided at positions facing the four sides of the peripheral face of the core piece. .
上記形態によれば、突起部によってコア片の周面の四辺をそれぞれ押圧してコア片を把持することができ、コア片を安定して固定できる。 According to the said form, the core piece can be hold | gripped by pressing the four sides of the surrounding surface of a core piece with a projection part, respectively, and a core piece can be fixed stably.
(3)上記ギャップ部材の両側に配置される両コア片のうち、一方のコア片が、コイルの内側に配置され、並列に配置される一対のミドルコア片であり、他方のコア片が、コイルの外側に配置され、ミドルコア片の各端面に対向する内端面を有するサイドコア片である場合、上記ギャップ部材の一形態としては、一方側にミドルコア片の各端部の周面を囲む2つの壁部と、他方側にサイドコア片の端部の周面を囲む1つの壁部とを有することが挙げられる。 (3) Of the core pieces arranged on both sides of the gap member, one core piece is a pair of middle core pieces arranged in parallel inside the coil, and the other core piece is a coil. In the case of a side core piece having an inner end face opposed to each end face of the middle core piece, as one form of the gap member, two walls surrounding the peripheral surface of each end part of the middle core piece on one side And one wall portion surrounding the peripheral surface of the end portion of the side core piece on the other side.
上記形態によれば、1つのギャップ部材で一対のミドルコア片と1つのサイドコア片とを連結することができ、部品点数を減らして製造コストを削減できる。 According to the said form, a pair of middle core piece and one side core piece can be connected with one gap member, a number of parts can be reduced and manufacturing cost can be reduced.
(4)実施形態に係る磁性コアは、複数のコア片を連結してなる磁性コアである。そして、少なくとも2つのコア片がギャップ部材を介して連結されており、ギャップ部材が上述した(1)〜(3)のいずれか1つに記載の実施形態のギャップ部材である。 (4) The magnetic core according to the embodiment is a magnetic core formed by connecting a plurality of core pieces. And at least 2 core piece is connected via the gap member, The gap member is a gap member of embodiment described in any one of (1)-(3) mentioned above.
上記磁性コアは、コア片同士が上記ギャップ部材によって連結されることから、接着剤が不要であり、組立作業性に優れる。また、従来のようにコア片とギャップ部材との接合に接着剤を使用する必要がないので、接着剤の剥離など、接着剤の使用による不具合も防止できる。 Since the core pieces are connected to each other by the gap member, the magnetic core does not require an adhesive and has excellent assembly workability. Moreover, since it is not necessary to use an adhesive for joining the core piece and the gap member as in the prior art, problems due to the use of the adhesive such as peeling of the adhesive can be prevented.
(5)実施形態に係るリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、コイルが配置されて閉磁路を形成する磁性コアと、を備えるリアクトルである。そして、磁性コアが上述した(4)に記載の実施形態の磁性コアである。 (5) The reactor which concerns on embodiment is a reactor provided with the coil formed by winding a coil | winding, and the magnetic core in which a coil is arrange | positioned and forms a closed magnetic circuit. The magnetic core is the magnetic core according to the embodiment described in (4) above.
上記リアクトルは、磁性コアを構成するコア片同士が上記ギャップ部材によって連結されることから、接着剤が不要であり、組立作業性に優れる。また、従来のようにコア片とギャップ部材との接合に接着剤を使用する必要がないので、接着剤の剥離など、接着剤の使用による不具合も防止できる。 Since the core pieces constituting the magnetic core are connected by the gap member, the reactor does not require an adhesive and is excellent in assembling workability. Moreover, since it is not necessary to use an adhesive for joining the core piece and the gap member as in the prior art, problems due to the use of the adhesive such as peeling of the adhesive can be prevented.
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態に係るギャップ部材、磁性コア及びリアクトルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。以下では、まず、リアクトルの基本構成であるコイル及び磁性コアについて説明し、次いで、磁性コアを構成するコア片間に介在されるギャップ部材について説明する。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 Embodiment of the Present Invention >>
Specific examples of the gap member, the magnetic core, and the reactor according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals in the figure indicate the same names. Below, the coil and magnetic core which are the basic structures of a reactor are demonstrated first, and then the gap member interposed between the core pieces which comprise a magnetic core is demonstrated. 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]
〈リアクトルの基本構成〉
図1〜7を参照して、実施形態1に係るリアクトル1を説明する。リアクトル1は、巻線2wを巻回してなるコイル2と、コイル2が配置されて閉磁路を形成する磁性コア3とを備える。なお、以下では、説明の便宜上、リアクトルを冷却ベースやケースの底板といった設置対象に設置した際、設置対象側を下側、その反対側を上側として説明する。
[Embodiment 1]
<Basic structure of the reactor>
With reference to FIGS. 1-7, the
(コイル)
コイル2は、図1に示すように、巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bと、両コイル素子2a,2bを連結する連結部2rとを有する。両コイル素子2a,2bは、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各コイル素子2a,2bの軸方向が平行となるように並列(横並び)に配置されている。この例では、各コイル素子2a,2bが四角筒状に形成され、各コイル素子2a,2bの軸方向端面が角部が丸められた矩形環状である。巻線2wは、銅やアルミニウム、又はそれらの合金からなる平角線の導体表面に、ポリアミドイミド樹脂などの絶縁被覆を有する被覆平角線である。コイル2(コイル素子2a,2b)は、被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルである。この例では、巻線2wの導体に平角線を用いているが、丸線などの種々の形状のものを利用できる。
(coil)
As shown in FIG. 1, the
コイル2の巻線端部2eは、コイル2のターン形成部分から適宜な方向に引き出されている。この例では、コイル2の両巻線端部2eがターン形成面(コイル上面)から上方に引き出されている。コイル2の両巻線端部2eにおける末端は、絶縁被覆が剥がされて導体が露出され、この導体露出箇所には、電源などの外部装置(図示せず)に接続するための端子金具(図示せず)が取り付けられる。
The winding
図1に例示するコイル2は、連続する1本の巻線2wによって形成されている。具体的には、一方のコイル素子2aを一端側から他端側に向かって形成した後、他端側から引き出した巻線2wをU字状に屈曲させて連結部2rを形成し、引き続き、他方のコイル素子2bを他端側から一端側に向かって形成して作製している。その他、コイル2は、各コイル素子2a,2bを別々の巻線によって形成し、各コイル素子2a,2bの他端側の巻線端部同士を溶接や半田付け、圧接などによって直接接合したり、別途用意した導電性材料からなる連結部材(例えば、板材)を介して接合したりすることで作製することも可能である。この例では、各コイル素子2a,2bの軸方向端面が矩形環状であるが、円環状など、適宜変更することが可能である。
The
(磁性コア)
磁性コア3は、図1〜3に示すように、コイル2(コイル素子2a,2b)の内側に配置される一対の柱状のミドルコア部31と、コイル2(コイル素子2a,2b)の外側に配置され、ミドルコア部31に連結される一対のブロック状のサイドコア部32とを有する。ミドルコア部31は、並列に配置された各コイル素子2a,2bの内側に位置し、コイル2が配置される部分であり、この例では、3つのミドルコア片31mを連結して構成されている。一方、サイドコア部32は、各コイル素子2a,2bの外側に位置し、コイル2が実質的に配置されない(即ち、コイル2から突出する)部分であり、この例では、コイル2の片端側に1つのサイドコア片32mで構成されている。磁性コア3は、並列に配置された一対のミドルコア部31を両端から挟むように一対のサイドコア部32が配置され、ミドルコア部31(両端のミドルコア片31m)の端面31eがサイドコア部32(サイドコア片32m)の内端面32eにそれぞれ連結されることによって環状に形成されており、コイル2を励磁したときに閉磁路を形成する。
(Magnetic core)
As shown in FIGS. 1 to 3, the
(コア片:ミドルコア片,サイドコア片)
図2,3に示すように、ミドルコア部31は、ミドルコア片31mとギャップ部材4(ミドルギャップ部材41)とが交互に配置され、ミドルコア片31m同士がミドルギャップ部材41を介して連結されている。この例では、ミドルコア片31mの端面31eの形状が矩形状であり、ミドルコア部31は各コイル素子2a,2bの内周形状に合わせて四角柱状に形成されている。一方、サイドコア部32(サイドコア片32m)は、並列に配置される一対のミドルコア部31(ミドルコア片31m)の各端面31eに対向する内端面32eを有する。そして、一対のミドルコア片31mとサイドコア片32mとがギャップ部材4(サイドギャップ部材42)を介して連結されている。この例では、サイドコア片32mは、内端面32eが1つの平面で構成され、内端面32eの形状が矩形状であり、上面及び下面が略台形(内端面32eから外方に向かって断面積が小さくなる異形台形)のブロック状に形成されている。ミドルコア片31m及びサイドコア片32mの形状は適宜変更することが可能であり、例えばミドルコア片31mの端面形状を円形状に変更して、ミドルコア部31の形状を円柱状にしてもよい。
(Core piece: Middle core piece, side core piece)
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
磁性コア3を組み立てた状態において、ミドルコア片31mの上面とサイドコア片32mの上面とは略面一である。一方、サイドコア片32mの下面は、ミドルコア片31mの下面よりも突出しており、磁性コア3にコイル2を配置した状態では、サイドコア片32mの下面とコイル2(コイル素子2a,2b)の下面とが略面一である。
In the assembled state of the
ミドルコア片31m及びサイドコア片32mは、軟磁性材料を主成分として含有する。軟磁性材料としては、例えば、鉄や鉄合金、フェライトなどが挙げられる。ミドルコア片31m及びサイドコア片32mは、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で形成されている。上記成形体としては、圧粉成形体(圧粉磁心)、焼結体、軟磁性粉末と樹脂とを含む混合物を成形した複合材料などが挙げられる。複合材料におけるバインダとなる樹脂には、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂などの熱可塑性樹脂を利用できる。複合材料には、アルミナやシリカなどのセラミックスのフィラーを混合してもよい。この例では、ミドルコア片31m及びサイドコア片32mが圧粉成形体で形成されている。
The
(ギャップ部材:ミドルギャップ部材,サイドギャップ部材)
ミドルギャップ部材41は、図2,3に示すように、ミドルコア片31m間に介在されるギャップ部材であり、両側にミドルコア片31mが配置される。ミドルギャップ部材41は、ミドルコア片31m間のギャップ距離を確保する機能と、ミドルコア片31m同士を連結する機能とを有する。
(Gap member: Middle gap member, Side gap member)
2 and 3, the
図4,5も参照して説明すると、ミドルギャップ部材41は、その両側に配置されるミドルコア片31mの互いに対向する端面間に介在されるギャップ板部4gを有する。したがって、ミドルギャップ部材41は、ギャップ板部4gを有することで、ギャップ板部4gの厚さによってミドルコア片31m間のギャップ距離を確保できる。この例では、ミドルギャップ部材41は、両ミドルコア片31mの互いに対向する端面にギャップ板部4gが接触しており、ギャップ板部4gの厚さによってミドルコア片31m間のギャップ距離を規定し維持できる。また、ギャップ板部4gがミドルコア片31mの端面形状に合わせて矩形平板状に形成され、ギャップ板部4gの厚さ(ギャップ板部4gにおける一方のミドルコア片31mの端面に対向する一端面から他方のミドルコア片31mの端面に対向する他端面までの距離)が一様である。ギャップ板部4gの厚さは、磁性コア3の磁気飽和を防止して、所定のインダクタンスが得られるように適宜設定すればよい。
4 and 5, the
ミドルギャップ部材41は、ギャップ板部4gの周面からミドルコア片31mの端面よりも外方に突出する突出部4eと、突出部4eの両側からギャップ板部4gの厚み方向に延出して各ミドルコア片31mの端部の周面を囲む壁部4fと、壁部4fの内周面から内方に突出する突起部4pとを有する。したがって、ミドルギャップ部材41は、両側に壁部4fを有することで、ミドルギャップ部材41に対して両ミドルコア片31mを位置決めして配置することができる。加えて、ミドルギャップ部材41は、壁部4fの内周面に突起部4pを有することで、壁部4fに囲まれる各ミドルコア片31mの周面を押圧してミドルコア片31m同士を機械的に固定して連結できる。なお、ギャップ板部4gの厚み方向は、磁性コア3が閉磁路を形成したときの磁力線(磁束)の方向と基本的に一致する。
The
この例では、突出部4eがギャップ板部4gの全周に亘って形成され、壁部4fがそれぞれ各ミドルコア片31mの端部全周面を囲むように矩形枠状に形成されている(図4参照)。壁部4fは、ギャップ板部4gの各端面に対して垂直に形成されている。また、突起部4pは、ミドルコア片31mの周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられ、壁部4fを形成する各辺の中間位置にそれぞれ1つずつ設けられている。各突起部4pは、壁部4fの開口側から見て断面形状が三角形状であり、ミドルコア片31mの周面に接触する頂点の角が丸められている。各突起部4pは、壁部4fの開口側からギャップ板部4gに向かって高さが一様に形成されている(図5参照)。突起部4pの高さ(壁部4fの内周面から頂点までの距離)は、ミドルコア片31mの周面を押圧して、ミドルコア片31mを把持できるように適宜設定すればよい。
In this example, the protruding
その他、ミドルギャップ部材41の壁部4fは、ミドルコア片31mの外周面とコイル2(コイル素子2a,2b)の内周面との間に配置されるため、ミドルコア片31mとコイル2との接触を防止して、ミドルコア片31mとコイル2との間の電気絶縁を確保できる。
In addition, since the
サイドギャップ部材42は、図2,3に示すように、ミドルコア片31mとサイドコア片32mとの間に介在されるギャップ部材であり、一方側に一対のミドルコア片31mが配置され、他方側にサイドコア片32mが配置される。サイドギャップ部材42は、ミドルコア片31mとサイドコア片32mとの間のギャップ距離を確保する機能と、ミドルコア片31mとサイドコア片32mとを連結する機能を有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
サイドギャップ部材42は、ギャップ板部と、突出部と、壁部と、突起部とを有する点で、ミドルギャップ部材41と基本的な構成は同じである。図6,7も参照して説明すると、サイドギャップ部材42は、その両側に配置される一対のミドルコア片31m及びサイドコア片32mの互いに対向する端面間に介在される2つのギャップ板部4gを有する。したがって、サイドギャップ部材42は、ギャップ板部4gを有することで、ギャップ板部4gの厚さによって各ミドルコア片31mとサイドコア片32mとの間のギャップ距離を確保できる。この例では、サイドギャップ部材42は、ミドルコア片31m及びサイドコア片32mの互いに対向する端面にギャップ板部4gが接触しており、ギャップ板部4gの厚さによってミドルコア片31mとサイドコア片32mとの間のギャップ距離を規定し維持できる。また、ギャップ板部4gがミドルコア片31mの端面形状に合わせて矩形平板状に形成され、ギャップ板部4gの厚さ(ギャップ板部4gにおけるミドルコア片31mの端面に対向する一端面からサイドコア片32mの端面に対向する他端面までの距離)が一様である。ギャップ板部4gの厚さは、磁性コア3の磁気飽和を防止して、所定のインダクタンスが得られるように適宜設定すればよい。
The
サイドギャップ部材42は、ギャップ板部4gの周面からミドルコア片31mの端面よりも外方に突出する突出部4eを有している。そして、サイドギャップ部材42の一方側(ミドルコア片31m側(図3参照))に、突出部4eからギャップ板部4gの厚み方向に延出して一対のミドルコア片31mの各端部の周面を囲む2つの壁部4fmと、他方側(サイドコア片32m側(図3参照))に、突出部4eからギャップ板部4gの厚み方向に延出してサイドコア片32mの端部の周面を囲む1つの壁部4fsとを有する。更に、サイドギャップ部材42は、壁部4fm,4fsの内周面から内方に突出する突起部4pを有する。したがって、サイドギャップ部材42は、一方側に2つの壁部4fmを有し、他方側に壁部4fsを有することで、サイドギャップ部材42に対して一対のミドルコア片31m及びサイドコア片32mを位置決めして配置することができる。加えて、サイドギャップ部材42は、壁部4fm,4fsの内周面に突起部4pを有することで、壁部4fm,4fsに囲まれる各ミドルコア片31m及びサイドコア片32mの周面を押圧して各ミドルコア片31m及びサイドコア片32mを機械的に固定して連結できる。
The
この例では、壁部4fmがミドルコア片31mの端部全周面を囲むように矩形枠状に形成され、壁部4fsがサイドコア片32mの端部全周面を囲むように矩形枠状に形成されている(図6,7参照)。壁部4fm,4fsは、ギャップ板部4gの各端面に対して垂直に形成されている。また、壁部4fmの突起部4pは、ミドルコア片31mの周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられ、壁部4fmを形成する各辺の中間位置にそれぞれ1つずつ設けられている。一方、壁部4fsの突起部4pは、サイドコア片32mの周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられ、壁部4fsを形成する各辺のうち、上辺及び下辺の中間位置にそれぞれ2つずつ、両側辺の中間位置にそれぞれ1つずつ設けられている。各突起部4pは、ミドルギャップ部材41と同様に、壁部4fm,4fsの開口側から見て断面形状が三角形状であり、コア片31m,32mの周面に接触する頂点の角が丸められていると共に、壁部4fm,4fsの開口側からギャップ板部4gに向かって一様に形成されている。突起部4pの高さ(壁部4fの内周面から頂点までの距離)は、コア片31m,32mの周面を押圧して、コア片31m,32mを把持できるように適宜設定すればよい。2つのギャップ板部4gは壁部4fsによって繋がっており、両ギャップ板部4gの間には貫通する矩形孔が形成されている(図2,6,7参照)。
In this example, the wall portion 4fm is formed in a rectangular frame shape so as to surround the entire end surface of the
その他、サイドギャップ部材42の壁部4fmは、ミドルギャップ部材41の壁部4fと同様に、ミドルコア片31mの外周面とコイル2(コイル素子2a,2b)の内周面との間に配置される。そのため、ミドルコア片31mとコイル2との接触を防止して、ミドルコア片31mとコイル2との間の電気絶縁を確保できる。また、サイドギャップ部材42の壁部4fmが設けられた一方側において、突出部4eの面はコイル2(コイル素子2a,2b)の端面に対向する(図6参照)。つまり、この突出部4eは、サイドコア片32mの内端面32eとコイル2(コイル素子2a,2b)の端面との間に配置されるため、サイドコア片32mとコイル2との接触を防止して、サイドコア片32mとコイル2との間の電気絶縁を確保できる。
In addition, the wall portion 4fm of the
ギャップ部材4(ミドルギャップ部材41及びサイドギャップ部材42)は、電気絶縁性を有し、磁性コア3を構成するコア片31m,32mよりも比透磁率の小さい材料で形成されている。ギャップ部材4の具体的な形成材料としては、例えば、樹脂やアルミナなどのセラミックスなどが挙げられる。樹脂としては、例えば、PPS樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン(ABS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリアミド(PA)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂などが挙げられ、又は、これらの樹脂に繊維を複合した繊維強化樹脂(FRP)でもよい。ギャップ部材4は樹脂で形成する方が、成形性や加工性、コストなどの点で有利である。この例では、ギャップ部材4がPPS樹脂で形成されており、ギャップ板部と、突出部と、壁部と、突起部とが一体に成形されている。
The gap member 4 (the
〈リアクトルの製造方法〉
次に、図3を主に参照して、リアクトル1の製造方法の一例を説明する。
<Reactor manufacturing method>
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、3つのミドルコア片31mをミドルギャップ部材41を介して連結して、ミドルコア部31を組み立てる。具体的には、3つのミドルコア片31mのコア片間にミドルギャップ部材31を配置する。ミドルギャップ部材41の壁部4f内に両側に配置されるミドルコア片31mを圧入し、両ミドルコア片31mの互いの対向する端面31eがギャップ板部4gに接触するように、各ミドルコア片31mの端部を壁部4f内に嵌め込む。そして、一対のミドルコア部31を作製する。
First, the
一方のサイドコア片32mと一対のミドルコア部31とをサイドギャップ部材42を介して連結して、磁性コア3のうち、一方のサイドコア片32mと一対のミドルコア部31とで形成されるU字状の部分を組み立てる。具体的には、一対のミドルコア部31(ミドルコア片31m)の一端側の端面31eと一方のサイドコア片32mの内端面32eとが対向するように、一対のミドルコア部31と一方のサイドコア片32mとの間にサイドギャップ部材42を配置する。サイドギャップ部材42の壁部4fm内に各ミドルコア部31の一端のミドルコア片31mを圧入すると共に、壁部4fs内にサイドコア片32mを圧入する。そして、ミドルコア片31mの各端面31eとサイドコア片32mの内端面32eとがギャップ板部4gに接触するように、ミドルコア片31mの各端部を壁部4fm内に嵌め込むと共に、サイドコア片32mの端部を壁部4fs内に嵌め込む。
One
次に、コイル2の各コイル素子2a,2b(図1参照)に一対のミドルコア部31を挿入して、コイル2をミドルコア部31に配置する。その後、もう一方のサイドコア片32mと一対のミドルコア部31とをサイドギャップ部材42を介して連結して、環状の磁性コア3(図2参照)を組み立てる。具体的には、一対のミドルコア部31(ミドルコア片31m)の他端側の端面31eともう一方のサイドコア片32mの内端面32eとが対向するように、一対のミドルコア部31とサイドコア片32mとの間にサイドギャップ部材42を配置する。サイドギャップ部材42の壁部4fm内に各ミドルコア部31の一端のミドルコア片31mを圧入すると共に、壁部4fs内にサイドコア片32mを圧入する。そして、ミドルコア片31mの各端面31eとサイドコア片32mの内端面32eとがギャップ板部4gに接触するように、ミドルコア片31mの各端部を壁部4fm内に嵌め込むと共に、サイドコア片32mの端部を壁部4fs内に嵌め込む。
Next, the pair of
以上により、図1に示すリアクトル1が完成する。
Thus, the
(主な効果)
ミドルギャップ部材41は、両側の壁部4fによって、隣り合うミドルコア片31mをミドルギャップ部材41に対して位置決めして配置できると共に、壁部4fの突起部4pによって、各ミドルコア片31mを機械的に固定できる。サイドギャップ部材42は、一方側の2つの壁部4fmによって、一対のミドルコア片31mをサイドギャップ部材42に対して位置決めして配置できると共に、壁部4fmの突起部4pによって、各ミドルコア片31mを機械的に固定できる。また、サイドギャップ部材42は、他方側の壁部4fsによって、サイドコア片32mをサイドギャップ部材42に対して位置決めして配置できると共に、壁部4fsの突起部4pによって、サイドコア片32mを機械的に固定できる。したがって、ギャップ部材41,42を利用することで、接着剤を使用することなく、コア片同士(ミドルコア片31m同士や、ミドルコア片31mとサイドコア片32m)を連結できるので、磁性コア3、延いてはリアクトル1の組立作業性を改善する他、接着剤の使用による不具合も防止できる。ギャップ部材41,42は、ギャップ板部4gによってコア片間(ミドルコア片31m間や、ミドルコア片31mとサイドコア片32mとの間)のギャップ距離を確保できる。特に、コア片の端面をギャップ板部4gに接触させると、ギャップ板部4gの厚さによってギャップ距離を規定でき、好ましい。
(Main effect)
In the
ミドルギャップ部材41及びサイドギャップ部材42は、壁部4f及び壁部4fmによってミドルコア片31mの外周面とコイル2の内周面との接触を防止して、絶縁を確保できる。更に、サイドギャップ部材42は、突出部4eによって、サイドコア片32mの内端面32eとコイル2の内周面との接触を防止して、サイドコア片32mとコイル2との間の電気絶縁を確保できる。
The
[変形例1]
上述した実施形態1では、ギャップ部材4(ミドルギャップ部材41及びサイドギャップ部材42)の突起部4pの断面形状が三角形状である形態(図4参照)を説明したが、突起部4pの断面形状は、これに限定されるものではなく、半円状、矩形状、台形状など種々の形状を採用できる。例えば図8に示すように、突起部4pの断面形状が台形状など、コア片(ミドルコア片31mやサイドコア片32m)の周面に面接触する頂面を有する場合、突起部4pとコア片周面との接触面積が増え、コア片をより強固に固定できる。
[Modification 1]
In
[変形例2]
ギャップ部材4の突起部4pの数や位置も適宜変更することが可能である。実施形態1では、ミドルギャップ部材41及びサイドギャップ部材42において、壁部4f及び壁部4fmを形成する各辺にそれぞれ1つずつ突起部4pが設けられている形態(図4参照)を説明したが、壁部4f及び壁部4fmを形成する各辺に複数の突起部4pを設けてもよい。また、実施形態1では、突起部4pがコア片の周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられている形態(図4参照)を説明したが、例えば図9に示すように、突起部4pをコア片の周面の4つ角部に対向する位置にそれぞれ設けてもよい。図9に例示する突起部4pはそれぞれ、断面形状が円弧状であり、コア片の周面の角部を押圧するように形成されている。なお、突起部4pは、壁部の開口側から見て、上下及び左右の対称位置に設けることが好ましい。
[Modification 2]
The number and position of the
[変形例3]
実施形態1では、ギャップ部材4の突起部4pの高さが壁部4fの開口側からギャップ板部4gに向かって一定である形態(図5参照)を説明したが、突起部4pは、壁部の開口側からギャップ板部4gに向かって傾斜していてもよい。例えば図10に示すように、壁部4fの開口側からギャップ板部4gに向かって高さが増加するように突起部4pを形成した場合、壁部内にコア片を圧入し易い。
[Modification 3]
In the first embodiment, the mode in which the height of the protruding
[変形例4]
実施形態1では、例えばミドルギャップ部材41において、突出部4eがギャップ板部4gの全周に亘って形成され、壁部4fがミドルコア片31mの端部全周面を囲むように枠状に形成されている形態(図4参照)を説明した。これに変えて、突出部4eをギャップ板部4gの各辺又は各角部にのみ形成し、ミドルコア片31mの周面の各辺又は各角部のみを囲むように壁部4fを形成してもよい。また、実施形態1では、ギャップ板部4gがミドルコア片31mの端面形状に合わせて矩形板状に形成されているが、ギャップ板部4gの形状は、これに限定されるものではなく、多角形状や十字板状、円板状など、コア片31mの端面形状とは異なる異形形状であってもよい。ギャップ板部4gがコア片(ミドルコア片31mやサイドコア片32m)の端面に接触する場合、コア片の端面の少なくとも一部がギャップ板部4gに接触すればよく、ギャップ板部4gには貫通孔や凹部が形成されていてもよい。
[Modification 4]
In the first embodiment, for example, in the
[実施形態2]
上述した実施形態のリアクトルは、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できる。
[Embodiment 2]
The reactor according to the embodiment described above is used in applications where the energization conditions are, for example, maximum current (direct current): about 100 A to 1000 A, average voltage: about 100 V to 1000 V, operating frequency: about 5 kHz to 100 kHz, typically an electric vehicle, The present invention can be used as a component part of a converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or a component part of a power conversion device including this converter.
ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両1200は、図11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。図11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。
As shown in FIG. 11, 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12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、実施形態のリアクトルを備える。特に、コンバータ1110内に液体冷媒が流通するケースを備える場合、このケース内にリアクトルLを収納することで、リアクトルを効果的に冷却することができる。
As shown in FIG. 12, the
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。なお、給電装置用コンバータ1150の中には、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、実施形態のリアクトル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、実施形態のリアクトルを利用することも可能である。
In addition to
本発明のギャップ部材は、複数のコア片を連結してなる磁性コアに利用できる。本発明の磁性コアは、リアクトルに備える磁性コアに利用できる。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、並びに電力変換装置の構成部品に好適に利用できる。 The gap member of the present invention can be used for a magnetic core formed by connecting a plurality of core pieces. The magnetic core of this invention can be utilized for the magnetic core with which a reactor is equipped. The reactor of the present invention includes various on-vehicle converters (typically DC-DC converters) mounted on vehicles such as hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles, and converters for air conditioners. It can utilize suitably for the component of a converter and a power converter.
1 リアクトル
2 コイル
2a,2b コイル素子
2r 連結部 2w 巻線 2e 巻線端部
3 磁性コア
31 ミドルコア部
31m ミドルコア片 31e 端面
32 サイドコア部
32m サイドコア片 32e 内端面
4 ギャップ部材
41 ミドルギャップ部材 42 サイドギャップ部材
4g ギャップ板部 4e 突出部
4f,4fm,4fs 壁部 4p 突起部
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
DESCRIPTION OF
Claims (5)
両側に前記両コア片が配置され、前記両コア片の互いに対向する端面間に介在されるギャップ板部と、
前記ギャップ板部の周面から前記両コア片の端面よりも外方に突出する突出部と、
前記突出部の両側から前記ギャップ板部の厚み方向に延出し、前記各コア片の端部の周面を囲む壁部と、
前記壁部の内周面から内方に突出して、前記各コア片の周面を押圧する突起部と、を有するギャップ部材。 A gap member interposed between the core piece and the core piece,
The both core pieces are disposed on both sides, and a gap plate portion interposed between the opposing end surfaces of the both core pieces;
A protruding portion that protrudes outward from the peripheral surface of the gap plate portion than the end surfaces of the core pieces;
A wall portion extending from both sides of the protruding portion in the thickness direction of the gap plate portion and surrounding a peripheral surface of an end portion of each core piece;
A gap member that protrudes inward from the inner peripheral surface of the wall portion and presses the peripheral surface of each core piece.
前記突起部が、コア片の周面の四辺に対向する位置にそれぞれ設けられている請求項1に記載のギャップ部材。 The shape of the end face of at least one of the core pieces is rectangular,
The gap member according to claim 1, wherein the protrusions are provided at positions facing the four sides of the peripheral surface of the core piece.
一方の前記コア片が、コイルの内側に配置され、並列に配置される一対のミドルコア片であり、
他方の前記コア片が、前記コイルの外側に配置され、前記ミドルコア片の各端面に対向する内端面を有するサイドコア片であり、
一方側に前記ミドルコア片の各端部の周面を囲む2つの前記壁部と、他方側に前記サイドコア片の端部の周面を囲む1つの前記壁部とを有する請求項1又は請求項2に記載のギャップ部材。 Of both the core pieces,
One of the core pieces is disposed inside the coil and is a pair of middle core pieces arranged in parallel.
The other core piece is a side core piece that is disposed outside the coil and has an inner end face that faces each end face of the middle core piece,
2. The two wall portions surrounding the peripheral surface of each end portion of the middle core piece on one side and the one wall portion surrounding the peripheral surface of the end portion of the side core piece on the other side. 3. The gap member according to 2.
少なくとも2つの前記コア片がギャップ部材を介して連結されており、
前記ギャップ部材が請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のギャップ部材である磁性コア。 A magnetic core formed by connecting a plurality of core pieces,
At least two of the core pieces are connected via a gap member;
The magnetic core whose said gap member is a gap member of any one of Claims 1-3.
前記磁性コアが請求項4に記載の磁性コアであるリアクトル。 A reactor comprising a coil formed by winding a winding, and a magnetic core in which the coil is arranged to form a closed magnetic path,
A reactor, wherein the magnetic core is the magnetic core according to claim 4.
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