JP2016122760A - リアクトル - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性コアの温度を精度良く測定することができるリアクトルを提供する。
【解決手段】リアクトルは、巻回部２Ａ、２Ｂを有するコイル２と磁性コア３とを有する組合体１と、リアクトルの温度を測定する温度センサ５と、を備える。磁性コア３のうち、巻回部２Ａ、２Ｂの内部に挿入される内側コア部３１の外周面に形成され、巻回部２Ａ、２Ｂの内部に配置されるセンサ配置溝３１ｇを備える。温度センサ５は、センサ配置溝３１ｇの内部に設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】リアクトルは、巻回部２Ａ、２Ｂを有するコイル２と磁性コア３とを有する組合体１と、リアクトルの温度を測定する温度センサ５と、を備える。磁性コア３のうち、巻回部２Ａ、２Ｂの内部に挿入される内側コア部３１の外周面に形成され、巻回部２Ａ、２Ｂの内部に配置されるセンサ配置溝３１ｇを備える。温度センサ５は、センサ配置溝３１ｇの内部に設けられている。
【選択図】図２
Description
本発明は、ハイブリッド自動車などの電動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関する。
リアクトルやモータといった磁性部品が種々の分野で利用されている。そのような磁性部品として、例えば特許文献１には、ハイブリッド自動車のコンバータに利用されるリアクトルが開示されている。
特許文献１には、一対の巻回部を有するコイル、および一部が巻回部の内部に配置される磁性コアを組み合わせた組合体と、リアクトルに関する物理量を測定する温度センサ（代表的には、コイルの温度を測定する温度センサ）と、を備えるリアクトルが開示されている。このリアクトルでは、組合体の上方側で、かつ一対の巻回部の間の位置に、温度センサを固定している。その固定には、コイルと磁性コアとの間の絶縁を確保するインシュレータ（絶縁介在部材）を利用している。より具体的には、絶縁介在部材に、温度センサを配置する部分（収納部）を設け、その収納部に温度センサを配置することで、温度センサの位置を固定している。
リアクトルの安定的な動作のために、コイルの温度だけでなく磁性コアの温度も精度良く測定したいというニーズがある。特に、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料で磁性コアを構成する場合、複合材料の熱伝導率があまり高くないため、磁性コアの温度が高くなり易い傾向にある。磁性コアの温度が高くなり過ぎると、磁性コアの磁気特性が低下する恐れがあるため、磁性コアの温度を精度良く測定することが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、磁性コアの温度を精度良く測定することができるリアクトルを提供することにある。
本発明の一態様に係るリアクトルは、巻回部を有するコイルと磁性コアとを有する組合体と、リアクトルの温度を測定する温度センサと、を備えるリアクトルであって、前記磁性コアのうち、前記巻回部の内部に挿入される内側コア部の外周面に形成され、前記巻回部の内部に配置されるセンサ配置溝を備え、前記温度センサは、前記センサ配置溝に設けられている。
上記リアクトルによれば、動作中のリアクトルにおける磁性コアの温度を精度良く測定することができる。
・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。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
＜１＞実施形態のリアクトルは、巻回部を有するコイルと磁性コアとを有する組合体と、リアクトルの温度を測定する温度センサと、を備えるリアクトルであって、前記磁性コアのうち、前記巻回部の内部に挿入される内側コア部の外周面に形成され、前記巻回部の内部に配置されるセンサ配置溝を備え、前記温度センサは、前記センサ配置溝に設けられている。
上記構成によれば、動作中のリアクトルにおける磁性コアの温度を精度良く測定することができる。磁性コアの温度を精度よく監視することができれば、その監視結果に基づいてリアクトルの安定的な動作を確保することができる。
また、上記リアクトルは生産性に優れる。センサ配置溝に温度センサを配置するだけで、温度センサを磁性コアの所望の位置に配置することができため、磁性コアにおける温度センサの位置を決めるための特別な部材を用意する必要がないからである。
＜２＞実施形態のリアクトルとして、前記センサ配置溝は、前記巻回部の軸方向における中央側に向かって伸びている形態を挙げることができる。
特に、リアクトルの動作中、磁性コアのうちで高温となる部分は、コイルの巻回部に覆われる内側コア部のうち、巻回部の軸方向の中央に位置する部分である。この中央の位置に向かって温度センサを導くセンサ配置溝を備える上記リアクトルによれば、より一層、動作中のリアクトルにおける磁性コアの温度を精度よく監視することができ、その監視結果に基づいてリアクトルの安定的な動作を確保することができる。
＜３＞実施形態のリアクトルとして、前記センサ配置溝は、前記内側コア部の外周面のうち、前記組合体が設置される設置対象から最も遠い面に形成されている形態を挙げることができる。
リアクトルは、冷却ベースなどの設置対象に取り付けられて使用される。動作時にリアクトルで発生した熱は設置対象に逃がされることで、リアクトルは冷却される。内側コア部における設置対象から最も遠い面は、設置対象までの熱伝導経路が長くなるため、その他の面よりも高温となる傾向にある。つまり、その遠い面における巻回部の軸方向の中央の位置の温度を監視することは、磁性コアの最高温度を測定することにほぼ等しいと考えて良い。そのため、当該遠い面に温度センサを設け、その遠い面の温度を監視することは、リアクトルの安定的な動作を確保するために好適である。
＜４＞実施形態のリアクトルとして、前記センサ配置溝が形成される前記内側コア部の外周面と前記巻回部の内周面との間に配置され、前記センサ配置溝に設けられる前記温度センサを覆うと共に、前記内側コア部と前記巻回部とを接着させる接着シートを備える形態を挙げることができる。
上記構成によれば、コイルと磁性コアとの相対的な位置を固定することができるので、振動などによるコイルと磁性コアとの相対的な位置がズレることを抑制することができる。また、接着シートを介して、磁性コアで発生した熱をコイルに逃がすことができるので、リアクトルの放熱性を向上させることができる。加えて、接着シートが、センサ配置溝に配置された温度センサを外部から覆うことになるので、センサ配置溝からの温度センサの脱落を防止することができる。
＜５＞実施形態のリアクトルとして、前記内側コア部は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料で構成される形態を挙げることができる。
複合材料は、樹脂に対する軟磁性粉末の量を調節することで、その磁気特性を容易に調節することができる。そのため、複合材料によれば、所望の磁気特性を有する内側コア部を容易に作製することができる。複合材料で構成される内側コア部は注型成型や射出成型などで形成されるため、内側コア部にセンサ配置溝を形成することは容易である。
＜６＞実施形態のリアクトルとして、前記内側コア部は、磁性体と、前記磁性体の表面に形成される内側樹脂モールド部と、を備え、前記内側樹脂モールド部に、前記センサ配置溝が形成されている形態を挙げることができる。
内側樹脂モールド部にセンサ配置溝を形成することで、内側コア部の磁気特性を決定する磁性体の磁路断面積が小さくなることがない。樹脂で構成される内側樹脂モールド部にセンサ配置溝を形成することは容易であるため、センサ配置溝の形成が内側コア部の生産性を大きく損なうことはない。
・本発明の実施形態の詳細
以下、本発明のリアクトルの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
以下、本発明のリアクトルの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
＜実施形態１＞
≪リアクトルの全体構成≫
図１〜３を参照して、実施形態１のリアクトル１αを説明する。図１はリアクトル１αの上方斜視図、図２はリアクトル１αに備わる組合体１の分解斜視図である。図３は、図２の組合体１に備わる分割コア３Ａ，３Ｂとは別分割コアの概略斜視図である。
≪リアクトルの全体構成≫
図１〜３を参照して、実施形態１のリアクトル１αを説明する。図１はリアクトル１αの上方斜視図、図２はリアクトル１αに備わる組合体１の分解斜視図である。図３は、図２の組合体１に備わる分割コア３Ａ，３Ｂとは別分割コアの概略斜視図である。
図１に示す本実施形態のリアクトル１αは、コイル２と磁性コア３とを有する組合体１を、載置板９上に接合層８で固定した構成を備える。この実施形態のリアクトル１αにおける従来のリアクトルとの主な相違点は、後述するように磁性コア３に、温度センサ５を配置するためのセンサ配置溝３１ｇ（図２参照）を形成したことにある。以下、リアクトル１αの各構成を詳細に説明する。
≪組合体≫
コイル２と磁性コア３とを機械的に組み合わせた組合体１の説明では主として図２の分解斜視図を参照する。
コイル２と磁性コア３とを機械的に組み合わせた組合体１の説明では主として図２の分解斜視図を参照する。
［コイル］
本実施形態におけるコイル２は、一対の巻回部２Ａ，２Ｂと、両巻回部２Ａ，２Ｂを連結する連結部２Ｒと、を備える。各巻回部２Ａ，２Ｂは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行になるように並列されている。また、連結部２Ｒは、両巻回部２Ａ，２Ｂを繋ぐＵ字状に屈曲された部分である。このコイル２は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各巻回部２Ａ，２Ｂを別々の巻線により作製し、各巻回部２Ａ，２Ｂの巻線の端部同士を溶接や圧着などにより接合することで形成しても良い。
本実施形態におけるコイル２は、一対の巻回部２Ａ，２Ｂと、両巻回部２Ａ，２Ｂを連結する連結部２Ｒと、を備える。各巻回部２Ａ，２Ｂは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行になるように並列されている。また、連結部２Ｒは、両巻回部２Ａ，２Ｂを繋ぐＵ字状に屈曲された部分である。このコイル２は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各巻回部２Ａ，２Ｂを別々の巻線により作製し、各巻回部２Ａ，２Ｂの巻線の端部同士を溶接や圧着などにより接合することで形成しても良い。
本実施形態の各巻回部２Ａ，２Ｂは角筒状に形成されている。角筒状の巻回部２Ａ，２Ｂとは、その端面形状が四角形状（正方形状を含む）の角を丸めた形状の巻回部のことである。もちろん、巻回部２Ａ，２Ｂは円筒状に形成しても構わない。円筒状の巻回部とは、その端面形状が閉曲面形状（楕円形状や真円形状、レーストラック形状など）の巻回部のことである。
巻回部２Ａ，２Ｂを含むコイル２は、銅やアルミニウム、マグネシウム、あるいはその合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線によって構成することができる。本実施形態では、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル（代表的にはポリアミドイミド）からなる被覆平角線をエッジワイズ巻きにすることで、各巻回部２Ａ，２Ｂを形成している。
コイル２の両端部２ａ，２ｂは、巻回部２Ａ，２Ｂから引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。この端子部材を介して、コイル２に電力供給を行なう電源などの外部装置が接続される。
［磁性コア］
本例における磁性コア３は、概略Ｕ字状の第一分割コア３Ａおよび第二分割コア３Ｂと、二枚のギャップ材３３と、を組み合わせて構成されている。第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂは同じ構成を備えている。これら分割コア３Ａ，３Ｂは、後述するセンサ配置溝３１ｇを有する点で従来と異なる。
本例における磁性コア３は、概略Ｕ字状の第一分割コア３Ａおよび第二分割コア３Ｂと、二枚のギャップ材３３と、を組み合わせて構成されている。第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂは同じ構成を備えている。これら分割コア３Ａ，３Ｂは、後述するセンサ配置溝３１ｇを有する点で従来と異なる。
第一分割コア３Ａの二股に分かれた突出部の先端と、第二分割コア３Ｂの二股に分かれた突出部の先端と、の間にギャップ材３３，３３を介在させて、両分割コア３Ａ，３Ｂを組み合わせてなる環状の磁性コア３は、便宜上、内側コア部３１，３１と、外側コア部３２，３２と、に分けることができる。
［［内側コア部］］
内側コア部３１は、磁性コア３のうち、コイル２の巻回部２Ａ（２Ｂ）の内部に配置される部分である。ここで、本例における内側コア部３１とは、磁性コア３のうち、コイル２の巻回部２Ａ，２Ｂの軸方向に沿った軸方向を有する部分を意味する。例えば、磁性コア３のうち、図１，２に示す破線よりも巻回部２Ａ，２Ｂ寄りの部分は、巻回部２Ａ，２Ｂの端面よりも巻回部２Ａ，２Ｂの外側に突出しているものの、内側コア部３１である。
内側コア部３１は、磁性コア３のうち、コイル２の巻回部２Ａ（２Ｂ）の内部に配置される部分である。ここで、本例における内側コア部３１とは、磁性コア３のうち、コイル２の巻回部２Ａ，２Ｂの軸方向に沿った軸方向を有する部分を意味する。例えば、磁性コア３のうち、図１，２に示す破線よりも巻回部２Ａ，２Ｂ寄りの部分は、巻回部２Ａ，２Ｂの端面よりも巻回部２Ａ，２Ｂの外側に突出しているものの、内側コア部３１である。
内側コア部３１の形状は、巻回部２Ａ（２Ｂ）の内部形状に沿った形状であって、本例の場合、略直方体状である。本例では、第一分割コア３Ａの一方の突出部と、第二分割コア３Ｂの一方の突出部と、これら突出部に挟まれたギャップ材３３と、で一つの内側コア部３１が形成されている。
本例の内側コア部３１は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料で構成されている。軟磁性粉末は、鉄などの鉄属金属やその合金（Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金など）などで構成される磁性粒子の集合体である。磁性粒子の表面には、リン酸塩などで構成される絶縁被覆が形成されていても良い。一方、樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン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、ナイロン６、ナイロン６６といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、あるいは低温硬化性樹脂を利用することができる。
本例とは異なり、内側コア部３１は、磁性体とその表面に形成される外側樹脂モールド部とを備える構成とすることもできる。磁性体としては、上記軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧形成してなる圧粉成形体や、磁性鋼板を積層した積層体などを挙げることができる。内側樹脂モールド部を構成する樹脂としては、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といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂を利用することができる。その他、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を利用することも可能である。これらの樹脂にアルミナやシリカなどのセラミックスフィラーを含有させて、樹脂モールド部の放熱性を向上させても良い。
ここで、ギャップ材３３としては、アルミナなどのセラミックスやポリプロピレンなどの樹脂といった非磁性材を利用することができる。その他、両分割コア３Ａ，３Ｂの二股に分かれた突出部分を接着する接着剤によってギャップ材３３を構成することも可能である。
［［外側コア部］］
外側コア部３２は、一対の内側コア部３１，３１の端部を繋ぐ形状を備える。本例では、台形柱状の外側コア部３２としている。外側コア部３２における巻回部２Ａ，２Ｂの並列方向における中央部は、その他の部分よりも突出している。その中央部の磁路断面積と、上述した内側コア部３１の磁路断面積と、がほぼ同じとなっている。また、外側コア部３２のうち、載置板９（図１参照）の面は、コイル２の巻回部２Ａ，２Ｂの載置板９側の面と面一になっている。そのため、外側コア部３２は、後述する接合層８を介して載置板９に接触するようになっている。
外側コア部３２は、一対の内側コア部３１，３１の端部を繋ぐ形状を備える。本例では、台形柱状の外側コア部３２としている。外側コア部３２における巻回部２Ａ，２Ｂの並列方向における中央部は、その他の部分よりも突出している。その中央部の磁路断面積と、上述した内側コア部３１の磁路断面積と、がほぼ同じとなっている。また、外側コア部３２のうち、載置板９（図１参照）の面は、コイル２の巻回部２Ａ，２Ｂの載置板９側の面と面一になっている。そのため、外側コア部３２は、後述する接合層８を介して載置板９に接触するようになっている。
外側コア部３２も、内側コア部３１と同様に、複合材料の成形体で構成しても良いし、外側樹脂モールド部を備える磁性体で構成しても良い。内側コア部３１と外側コア部３２を共に、複合材料あるいは磁性体で構成しても良いし、内側コア部３１を複合材料、外側コア部３２を磁性体で構成する、あるいはその逆とすることもできる。但し、本例のように、外側コア部３２と一対の内側コア部３１，３１の一部とで構成される分割コア３Ａ，３Ｂの場合、内側コア部３１と外側コア部３２とは同一の材料で構成する。
［［センサ配置溝］］
第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂはそれぞれ、紙面手前側に外側コア部３２を向けたときに紙面左側に配置される突出部の位置に、センサ配置溝３１ｇを備える。本例では、各分割コア３Ａ，３Ｂに形成される二つのセンサ配置溝３１ｇのうち、第一分割コア３Ａに形成されるセンサ配置溝３１ｇのみを使用する。もちろん、第二分割コア３Ｂのセンサ配置溝３１ｇも合わせて利用しても良い。両分割コア３Ａ，３Ｂがそれぞれセンサ配置溝３１ｇを有するのは、生産性向上のために同一の金型で両分割コア３Ａ，３Ｂを作製したからである。
第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂはそれぞれ、紙面手前側に外側コア部３２を向けたときに紙面左側に配置される突出部の位置に、センサ配置溝３１ｇを備える。本例では、各分割コア３Ａ，３Ｂに形成される二つのセンサ配置溝３１ｇのうち、第一分割コア３Ａに形成されるセンサ配置溝３１ｇのみを使用する。もちろん、第二分割コア３Ｂのセンサ配置溝３１ｇも合わせて利用しても良い。両分割コア３Ａ，３Ｂがそれぞれセンサ配置溝３１ｇを有するのは、生産性向上のために同一の金型で両分割コア３Ａ，３Ｂを作製したからである。
センサ配置溝３１ｇは、第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂとをコイル２に組み付けたときに、巻回部２Ａ（２Ｂ）の端面の位置から巻回部２Ａ（２Ｂ）の軸方向における中央側に向って伸びていれば良い。センサ配置溝３１ｇの延伸方向は、巻回部２Ａ（２Ｂ）の軸方向に沿っていることが好ましいが、軸方向に対して斜めになっていても構わない。本例のセンサ配置溝３１ｇは、第一分割コア３Ａのうち、内側コア部３１となる突出部の上面に、突出部の軸方向（内側コア部３１の軸方向）に沿った方向に伸び、かつ突出部の全長にわたって形成されている。本例では、第二分割片３Ｂの突出部と、これらの突出部で挟まれるギャップ材３３と、で内側コア部３１が形成されているため、センサ配置溝３１ｇは、内側コア部３１と外側コア部３２との境界付近から内側コア部３１の軸方向の中央（巻回部２Ａの軸方向の中央）に至る。
センサ配置溝３１ｇは、上記突出部の軸方向長さよりも短くても構わないが、その先端は、第一分割コア３Ａの突出部の端部に達するようにすることが好ましい。そうすることで、後述する温度センサ５における実際に温度を測定する部分を、内側コア部３１の軸方向の中央に導くことができる。ここで、図３に示す分割コアのように、センサ配置溝３１ｇの先端が、分割コアの突出部の端部にまで到達していない構成とすることもできる。図３の構成においても、センサ配置溝３１ｇの先端の位置を突出部の端部に近い位置とすれば、センサ配置溝３１ｇに配置する温度センサ３１の先端を、内側コア部３１の軸方向の中央近傍に導くことができる。
上記センサ配置溝３１ｇの断面形状やその大きさは、センサ配置溝３１ｇに配置する温度センサ５の大きさに応じて適宜選択することができる。センサ配置溝３１ｇの大きさは、温度センサ５を内部に収納できる大きさとしても良いし、センサ配置溝３１ｇに配置した温度センサ５が若干センサ配置溝３１ｇから突出する程度の大きさとしても良い。いずれの大きさのセンサ配置溝３１ｇであっても、内側コア部３１における温度センサ５の位置を決めることができる。
既に述べたように、本例のセンサ配置溝３１ｇは、内側コア部３１における上面（図２の紙面上側の面）に形成されているが、側面や下面に設けても良い。但し、センサ配置溝３１ｇは、内側コア部３１を構成する複数の面のうち、リアクトル１αの設置対象から最も遠い面（本例においては上面）に形成することが好ましい。リアクトル１αで発生した熱は設置対象に逃がされるため、リアクトル１αにおける設置対象側の温度は、その反対側の温度に比べて低くなる傾向にある。つまり、内側コア部３１のうち、放熱経路である設置対象から最も遠い面（本例の上面）が、その他の面よりも高温となり易い。この最も高温となる可能性のある部分の温度を測定することができれば、リアクトル１α（図１）全体が所定温度以上とならないようにリアクトル１αの動作を管理することができる。
内側コア部３１の上面にセンサ配置溝３１ｇを形成する場合、実際に温度センサ５を配置するために使用するセンサ配置溝３１ｇは、温度センサ５の配線部５１が引き出し易い位置にあるセンサ配置溝３１ｇを利用する。本例でいれば、コイル２の連結部２Ｒ側のうち、巻線の屈曲部が配置される巻回部２Ａ側の位置は、配線部５１を引き出し難い位置である。そのため、本例では、第一分割コア３Ａにおける巻回部２Ａ側のセンサ配置溝３１ｇに温度センサ５を配置している。もちろん、第二分割コア３Ｂにおける巻回部２Ｂ側のセンサ配置溝３１ｇを利用することもできる。
≪温度センサ≫
温度センサ５は、例えばサーミスタといった感熱素子の外周を保護体などで覆ったセンサ本体５０と、測定した温度の情報を制御装置といった外部装置に伝達するための配線部５１と、を備える。この温度センサ５の測定情報に基づいてリアクトル１αが制御される。例えば、温度センサ５で測定した値が所定値以上となった場合、リアクトル１αが壊れる恐れがあるので、その場合にはリアクトル１αの動作を停止するといった制御を行う。
温度センサ５は、例えばサーミスタといった感熱素子の外周を保護体などで覆ったセンサ本体５０と、測定した温度の情報を制御装置といった外部装置に伝達するための配線部５１と、を備える。この温度センサ５の測定情報に基づいてリアクトル１αが制御される。例えば、温度センサ５で測定した値が所定値以上となった場合、リアクトル１αが壊れる恐れがあるので、その場合にはリアクトル１αの動作を停止するといった制御を行う。
温度センサ５は、磁性コア３のうち、内側コア部３１に形成されるセンサ配置溝３１ｇに配置される。センサ本体５０の先端（即ち実際に温度を測定する部分）は、センサ配置溝３１ｇにおけるギャップ材３３側の端部（即ち内側コア部３１の軸方向の中央）に配置されている。当該部分は、既に述べたように、最も温度が高くなる可能性のある部分である。
≪その他の構成≫
上記構成の他、本実施形態１のリアクトル１αは、図２に示す接着シート４や、図１に示す載置板９、接合層８などを備える。
上記構成の他、本実施形態１のリアクトル１αは、図２に示す接着シート４や、図１に示す載置板９、接合層８などを備える。
［接着シート］
接着シート４は、図２に示すように、内側コア部３１の外周面と巻回部２Ａ，２Ｂの内周面との間に配置され、内側コア部３１と巻回部２Ａ，２Ｂとを接着させる部材である。接着シート４によって、コイル２と磁性コア３との相対的な位置を固定することができるので、振動などによるコイル２と磁性コア３との相対的な位置がズレることを抑制することができる。ここで、図示する例では、各分割コア３Ａ，３Ｂに備わる突出部の上面に設けられている。図示しないが、突出部の側面や下面にも接着シートを配置しても構わない。
接着シート４は、図２に示すように、内側コア部３１の外周面と巻回部２Ａ，２Ｂの内周面との間に配置され、内側コア部３１と巻回部２Ａ，２Ｂとを接着させる部材である。接着シート４によって、コイル２と磁性コア３との相対的な位置を固定することができるので、振動などによるコイル２と磁性コア３との相対的な位置がズレることを抑制することができる。ここで、図示する例では、各分割コア３Ａ，３Ｂに備わる突出部の上面に設けられている。図示しないが、突出部の側面や下面にも接着シートを配置しても構わない。
図示する４枚の接着シート４のうち、温度センサ５が配置される部分に取り付けられる接着シート４は、センサ配置溝３１ｇに配置された温度センサ５を外部から覆うことになる。そのため、接着シート４によってセンサ配置溝３１ｇからの温度センサ５の脱落を防止することができる。
接着シート４は、粘着性を有する絶縁性樹脂、例えば、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などの熱可塑性樹脂で構成することができる。これら絶縁性樹脂に、上述したセラミックスフィラーなどを含有させることで、接着シート４の熱伝導性を向上させても良い。接着シート４の熱伝導性を向上させれば、磁性コア３からコイル２への放熱経路として接着シート４を有効に利用することができる。接着シート４の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、更に１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。
接着シート４を発泡樹脂で構成することもできる。発泡樹脂製の接着シート４であれば、各分割コア３Ａ，３Ｂに接着シート４を貼り付けた後、分割コア３Ａ，３Ｂの突出部を巻回部２Ａ，２Ｂに挿入し易い。突出部を巻回部２Ａ，２Ｂに挿入した後、発泡樹脂を発泡させれば、コイル２と磁性コア３とを固定することができる。
［載置板］
載置板９（図１）は、リアクトル１αを冷却ベースなどの設置対象に固定する際の台座として機能する部材である。そのため、載置板９は、機械的強度に優れることが求められる。また、載置板９には、リアクトル１αの使用時に組合体１で発生した熱を設置対象に逃がす役割が求められる。そのため、載置板９は、機械的強度に加えて、放熱性に優れることが求められる。このような要請に応えるため、載置板９は金属で構成する。例えば、載置板９の構成材料として、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金を利用することができる。これらの金属（合金）は、機械的強度と熱伝導性に優れ、かつ軽量で非磁性であるという利点を有する。
載置板９（図１）は、リアクトル１αを冷却ベースなどの設置対象に固定する際の台座として機能する部材である。そのため、載置板９は、機械的強度に優れることが求められる。また、載置板９には、リアクトル１αの使用時に組合体１で発生した熱を設置対象に逃がす役割が求められる。そのため、載置板９は、機械的強度に加えて、放熱性に優れることが求められる。このような要請に応えるため、載置板９は金属で構成する。例えば、載置板９の構成材料として、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金を利用することができる。これらの金属（合金）は、機械的強度と熱伝導性に優れ、かつ軽量で非磁性であるという利点を有する。
［接合層］
上記載置板９と組合体１との間には、両者１，９を接合させる接合層８が形成されている。この接合層８は、リアクトル１αの使用時に組合体１で発生した熱を載置板９に伝導する機能も持つ。
上記載置板９と組合体１との間には、両者１，９を接合させる接合層８が形成されている。この接合層８は、リアクトル１αの使用時に組合体１で発生した熱を載置板９に伝導する機能も持つ。
接合層８の構成材料は、絶縁性を有するものとする。例えば、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などの熱可塑性樹脂が挙げられる。これら絶縁性樹脂に、上述したセラミックスフィラーなどを含有させることで、接合層８の放熱性を向上させても良い。接合層８の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、更に１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。
接合層８は、載置板９上に絶縁性樹脂（セラミックスフィラー含有樹脂でも可）を塗布することによって形成しても良いし、載置板９上に絶縁性樹脂のシート材を貼り付けることで形成しても良い。接合層８としてシート状のものを用いると、載置板９上に接合層８を形成し易いため、好ましい。
≪リアクトルの効果≫
以上説明したリアクトル１αは、その動作中に磁性コア３の温度を精度良く測定することができる。本例では、磁性コア３のうちで最も温度が高くなる可能性のある部分の温度を温度センサ５が監視しているため、リアクトル１αの磁気特性が低下するほどに磁性コア３の温度が上昇する前に、リアクトル１αの動作を停止させるといった対応を行うことができる。
以上説明したリアクトル１αは、その動作中に磁性コア３の温度を精度良く測定することができる。本例では、磁性コア３のうちで最も温度が高くなる可能性のある部分の温度を温度センサ５が監視しているため、リアクトル１αの磁気特性が低下するほどに磁性コア３の温度が上昇する前に、リアクトル１αの動作を停止させるといった対応を行うことができる。
＜実施形態２＞
実施形態２では、巻回部２Ｃを一つだけ有するコイル２を備えるリアクトル１βを図４，５に基づいて説明する。
実施形態２では、巻回部２Ｃを一つだけ有するコイル２を備えるリアクトル１βを図４，５に基づいて説明する。
図４に示すように、本例のリアクトル１βは、概略直方体状に形成される組合体１を、接合層８を介して載置板９上に配置した構成を備える。リアクトル１βにおける実施形態１のリアクトル１αとの相違点は、組合体１を構成するコイル２および磁性コア３の形状である。以下、実施形態１との相違点を中心に、リアクトル１βの各構成を説明する。
図５に示すように、組合体１に備わるコイル２は、一つの巻回部２Ｃを備えている。コイル２の端部２ｂは、端部２ａ側に取り回されて、端部２ａと同じ方向に引き出されている。
一方、組合体１に備わる磁性コア３は、概略Ｅ字型の第一分割コア３Ｃと第二分割コア３Ｄとを、ギャップ材３３を挟んで組み合わせることで構成されている。この場合、Ｅ字型の真ん中の突出部が内側コア部３１となり、それ以外の部分が外側コア部３２となる。
本例においても両分割コア３Ｃ，３Ｄにおける内側コア部３１となる部分の上面にセンサ配置溝３１ｇが形成されている。センサ配置溝３１ｇは、図示する例とは異なり、内側コア部３１となる部分の端部に至らない長さとしても良い。二つのセンサ配置溝３１ｇのうち、第一分割コア３Ｃに設けられるセンサ配置溝３１ｇには、温度センサ５が配置されている。センサ配置溝３１ｇが形成される上面は、リアクトル１βを設置する設置対象から最も遠い面である。また、両分割コア３Ｃ，３Ｄにおけるセンサ配置溝３１ｇが形成される上面には、接着シート４が取り付けられており、巻回部２Ｃの内周面と内側コア部３１の外周面とが接着されている。
上記構成を備えるリアクトル１βにおいても、磁性コア３のうち、最も温度が高くなる可能性のある部分の温度を監視することができる。
＜変形例＞
実施形態１，２では、二つの分割コアを組み合わせることで磁性コアを構成しているが、三つ以上の分割コアを組み合わせて磁性コアを構成しても構わない。例えば、実施形態１のリアクトル１αにおいて、各内側コア部３１となる一対の柱状コア片と、各外側コア部３２となる一対のブロック状コア片と、で磁性コア３を構成しても良い（分割数は４つ）。また、実施形態２のリアクトル１βにおいて、内側コア部３１となる柱状コア片と、各外側コア部３２となる一対のＣ字状コア片と、で磁性コア３を構成しても良い（分割数は３つ）。いずれの場合であっても、内側コア部３１となるコア片にセンサ配置溝３１ｇを形成する。
実施形態１，２では、二つの分割コアを組み合わせることで磁性コアを構成しているが、三つ以上の分割コアを組み合わせて磁性コアを構成しても構わない。例えば、実施形態１のリアクトル１αにおいて、各内側コア部３１となる一対の柱状コア片と、各外側コア部３２となる一対のブロック状コア片と、で磁性コア３を構成しても良い（分割数は４つ）。また、実施形態２のリアクトル１βにおいて、内側コア部３１となる柱状コア片と、各外側コア部３２となる一対のＣ字状コア片と、で磁性コア３を構成しても良い（分割数は３つ）。いずれの場合であっても、内側コア部３１となるコア片にセンサ配置溝３１ｇを形成する。
＜実施形態３＞
実施形態１，２では、平板状の載置板９の上に組合体１を載置してなるリアクトル１α，１βを説明した。これに対して、図示を省略するが、実施形態１で説明した組合体１をケースに収納してなるリアクトルとすることもできる。
実施形態１，２では、平板状の載置板９の上に組合体１を載置してなるリアクトル１α，１βを説明した。これに対して、図示を省略するが、実施形態１で説明した組合体１をケースに収納してなるリアクトルとすることもできる。
ケースは、底板部と側壁部とを備える有底筒状の部材である。この場合、ケースの底板部が、組合体を載置する載置板を兼ねる。組合体を収納するケースとして、コンバータケースを利用することもできる。
ケースを構成する底板部と側壁部とは一体の部材であっても良いし、別個に用意された底板部と側壁部とを後から接合した部材であっても良い。後者の場合、底板部と側壁部とを異なる材料で構成することができる。例えば、底板部をアルミニウムやその合金で構成し、側壁部をＰＰＳなどの樹脂で構成することが挙げられる。
ケース内に組合体を収納した後、ケース内にポッティング樹脂を充填し、組合体がポッティング樹脂に埋設された状態としても良い。ポッティング樹脂によって、組合体１を外部環境から物理的に保護することができる。ポッティング樹脂としては、例えばエポキシ樹脂や、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。ポッティング樹脂にセラミックスフィラーを含有させ、ポッティング樹脂の放熱性を向上させても良い。
以上説明した実施形態に係るリアクトルは、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載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。この用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが、１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが、０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。
本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった電動車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換装置の構成部品に利用することができる。
１α，１β リアクトル
１ 組合体
２ コイル
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 巻回部 ２Ｒ 連結部 ２ａ，２ｂ 端部
３ 磁性コア
３Ａ，３Ｃ 第一分割コア ３Ｂ，３Ｄ 第二分割コア
３１ 内側コア部 ３２ 外側コア部 ３３ ギャップ材 ３１ｇ センサ配置溝
４ 接着シート
５ 温度センサ
５０ センサ本体 ５１ 配線部
８ 接合層
９ 載置板
１ 組合体
２ コイル
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 巻回部 ２Ｒ 連結部 ２ａ，２ｂ 端部
３ 磁性コア
３Ａ，３Ｃ 第一分割コア ３Ｂ，３Ｄ 第二分割コア
３１ 内側コア部 ３２ 外側コア部 ３３ ギャップ材 ３１ｇ センサ配置溝
４ 接着シート
５ 温度センサ
５０ センサ本体 ５１ 配線部
８ 接合層
９ 載置板
本例とは異なり、内側コア部３１は、磁性体とその表面に形成される内側樹脂モールド部とを備える構成とすることもできる。磁性体としては、上記軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧形成してなる圧粉成形体や、磁性鋼板を積層した積層体などを挙げることができる。内側樹脂モールド部を構成する樹脂としては、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といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂を利用することができる。その他、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を利用することも可能である。これらの樹脂にアルミナやシリカなどのセラミックスフィラーを含有させて、樹脂モールド部の放熱性を向上させても良い。
センサ配置溝３１ｇは、上記突出部の軸方向長さよりも短くても構わないが、その先端は、第一分割コア３Ａの突出部の端部に達するようにすることが好ましい。そうすることで、後述する温度センサ５における実際に温度を測定する部分を、内側コア部３１の軸方向の中央に導くことができる。ここで、図３に示す分割コアのように、センサ配置溝３１ｇの先端が、分割コアの突出部の端部にまで到達していない構成とすることもできる。図３の構成においても、センサ配置溝３１ｇの先端の位置を突出部の端部に近い位置とすれば、センサ配置溝３１ｇに配置する温度センサ５の先端を、内側コア部３１の軸方向の中央近傍に導くことができる。
内側コア部３１の上面にセンサ配置溝３１ｇを形成する場合、実際に温度センサ５を配置するために使用するセンサ配置溝３１ｇは、温度センサ５の配線部５１が引き出し易い位置にあるセンサ配置溝３１ｇを利用する。本例でいえば、コイル２の連結部２Ｒ側のうち、巻線の屈曲部が配置される巻回部２Ａ側の位置は、配線部５１を引き出し難い位置である。そのため、本例では、第一分割コア３Ａにおける巻回部２Ａ側のセンサ配置溝３１ｇに温度センサ５を配置している。もちろん、第二分割コア３Ｂにおける巻回部２Ｂ側のセンサ配置溝３１ｇを利用することもできる。
Claims (6)
- 巻回部を有するコイルと磁性コアとを有する組合体と、リアクトルの温度を測定する温度センサと、を備えるリアクトルであって、
前記磁性コアのうち、前記巻回部の内部に挿入される内側コア部の外周面に形成され、前記巻回部の内部に配置されるセンサ配置溝を備え、
前記温度センサは、前記センサ配置溝に設けられているリアクトル。 - 前記センサ配置溝は、前記巻回部の軸方向における中央側に向かって伸びている請求項１に記載のリアクトル。
- 前記センサ配置溝は、前記内側コア部の外周面のうち、前記組合体が設置される設置対象から最も遠い面に形成されている請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
- 前記センサ配置溝が形成される前記内側コア部の外周面と前記巻回部の内周面との間に配置され、前記センサ配置溝に設けられる前記温度センサを覆うと共に、前記内側コア部と前記巻回部とを接着させる接着シートを備える請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
- 前記内側コア部は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料で構成される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。
- 前記内側コア部は、磁性体と、前記磁性体の表面に形成される内側樹脂モールド部と、を備え、
前記内側樹脂モールド部に、前記センサ配置溝が形成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。
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