JP2017228687A - 磁気回路部品 - Google Patents

Abstract

【課題】コアに応力が印加することによってコアの特性が劣化することを防止する。【解決手段】実施形態の磁気回路部品は、コア（２、１９）と、コア（２、１９）に磁束が流れるように巻回されたコイル（３、４、５、２４、２５）と、コア（２、１９）及びコイル（３、４、５、２４、２５）を収容する筐体（６）と、コア（２、１９）とコイル（３、４、５、２４、２５）の間の隙間を含む筐体（６）内に充填硬化された封止樹脂（７）と、コア（２、１９）の内部またはコア（２、１９）の表面に設けられ、ヤング率が前記コア（２、１９）のヤング率よりも低い低ヤング率部材（１０、１８）とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される磁気回路部品に関する。

例えばハイブリッド車に搭載されているリアクトルは、コアにボビンを介してコイルを巻回し、全体が樹脂で封止されている。このような構成のリアクトルでは、コイルの銅損やコアの鉄損が発生して発熱するため、リアクトルの下面に放熱板を設け、コイル及びコアで発生した熱をボビンと封止樹脂を介して放熱板へ放熱している。しかし、ボビンとコアの線膨張係数の相違からヒートショックにより封止樹脂やボビンにクラックが発生するという問題があった。

クラックの発生を防止する構成として、特許文献１に記載されたリアクトルが知られている。このリアクトルにおいては、ボビンレスの構成とすることにより、線膨張係数の差を低減し、また、フィラーが配合された封止樹脂でコイルとコアの隙間を封止している。この構成のリアクトルによれば、クラックを発生し難くすることができる。

特開２００９−９４３２８号公報

特許文献１記載の構成においては、コイルとコアとの間に所定の隙間を形成するために両者を位置決めする必要があり、コアは板ばねのばね力を利用して固定し、コイルは上面から加圧して固定している。

ところで、磁歪効果により、コアに応力が印加すると、コアの透磁率が低下したり、コアの損失が増加したりすることが知られている(例えばＳＥＩテクニカルレビュー２００８年７月「圧粉磁心の動作時印加応力環境下における磁気特性評価」参照)。このため、上記特許文献１の構成においては、板ばねのばね力による加圧や、封止樹脂が硬化するときの加圧によって、コアの特性が劣化する、即ち、損失が増加したり、透磁率が低下したりすることがあった。

本発明の目的は、コアに応力が印加することによってコアの特性が劣化することを防止できる磁気回路部品を提供することにある。

請求項１の発明は、コア（２、１９）と、前記コア（２、１９）に磁束が流れるように巻回されたコイル（３、４、５、２４、２５）と、前記コア（２、１９）及び前記コイル（３、４、５、２４、２５）を収容する筐体（６）と、前記コア（２、１９）と前記コイル（３、４、５、２４、２５）の間の隙間を含む前記筐体（６）内に充填硬化された封止樹脂（７）と、前記コア（２、１９）の内部または前記コア（２、１９）の表面に設けられ、ヤング率が前記コア（２、１９）のヤング率よりも低い低ヤング率部材（１０、１８）とを備えた磁気回路部品である。

第１実施形態を示すリアクトルの断面図 コアの斜視図 ヤング率と応力との関係を表にして示す図 ヤング率と応力との関係を示す特性図 各部材の材料特性を表にして示す図 低ヤング率部材の厚さと応力との関係を表にして示す図 低ヤング率部材の厚さと応力との関係を示す特性図 第２実施形態を示すリアクトルの断面図 第３実施形態を示すリアクトルの断面図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１ないし図７を参照して説明する。本実施形態のリアクトル１は、コア２と、コア２に巻回された３個のコイル３、４、５と、コア２及びコイル３、４、５を収容するケース６と、ケース６内に充填されるものであってコア２及びコイル３、４、５を封止する封止樹脂７とを備えて構成されている。

ケース６は、例えばアルミニウムで形成されており、例えば矩形箱状に構成されている。ケース６が筐体を構成している。封止樹脂７としては、例えばエポキシ樹脂が用いられており、熱伝導性を向上させるために、フィラー等を適宜混合することが好ましい。尚、封止樹脂７として、他の樹脂、例えば、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂等を用いても良い。また、フィラーとして、例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等を用いても良い。

コア２は、図１及び図２に示すように、部分コア８、９と、これら部分コア８、９の背面部８ａ、９ａの間に挟むように設けられた低ヤング率部材１０とを備えている。この場合、部分コア８、９の背面部８ａ、９ａ間に低ヤング率部材１０を挟むと共に、部分コア８の背面部８ａと低ヤング率部材１０との間及び部分コア９の背面部９ａと低ヤング率部材１０との間を例えば接着することにより、コア２を形成している。尚、部分コア８、９の背面部８ａ、９ａ間を接着する接着剤を低ヤング率部材とすることにより、部分コア８、９を接着する接着剤層を、低ヤング率部材１０とするように構成しても良い。

上記したように構成されたコア２は、３個のコイル巻回部１１、１２、１３を有しており、これらコイル巻回部１１、１２、１３にコイル３、４、５がそれぞれ巻回されている。尚、コイル巻回部１１、１２、１３とコイル３、４、５との間には、図示しないボビンを設けるように構成しても良いし、ボビンを設けないように構成しても良い。ボビンを設けない構成の場合には、特許文献１と同様にして、コイル巻回部１１、１２、１３とコイル３、４、５との間に、熱伝導性の高い封止樹脂７を設けることが好ましい。

部分コア８、９は、例えば圧粉鉄心、アモルファス鉄心、電磁純鉄鉄心または積層鉄心等で構成されている。部分コア８、９は、左右対称の形状である点以外は、具体的構成が同じであり、部分コア８について説明する。部分コア８は、例えば破線で示す分割線１４、１５で２つに分割された分割部分コア１６、１７を有する。分割部分コア１６の端部１６ａ、１６ｂと、分割部分コア１７の端部１７ａ、１７ｂを当接させて接合することにより、部分コア８を構成している。

そして、部分コア８、９の分割部分コア１６、１７を接合すると共に、部分コア８、９の背面部８ａ、９ａを接合するときに、コイル３、４、５をコイル巻回部１１、１２、１３に挿入（即ち、巻回）するように構成されている。尚、図１に示す分割線１４、１５の位置は、一例であり、コイル巻回部１１、１２、１３の図１中の上下方向の距離Ｈの間であれば、どこに分割線を配置しても良い。

また、分割部分コア１６の端部１６ａ、１６ｂと、分割部分コア１７の端部１７ａ、１７ｂを当接させて接合する際に、端部１６ａ、１６ｂと端部１７ａ、１７ｂの間に、図示しないギャップ板（即ち、磁気抵抗部材）を適宜配設するように構成しても良い。ギャップ板を配設することにより、リアクトル１の磁化特性を調整することが可能となる。

さて、本実施形態の場合、低ヤング率部材１０は、ヤング率が例えば０．３ＭＰａ程度のシリコーン樹脂で構成されている。尚、低ヤング率部材１０を、ヤング率が他の値、例えば２００ＭＰａ、２０００ＭＰａ、または、２００００ＭＰａ等を有する種々の部材（例えば樹脂）で構成することも好ましい。

ここで、リアクトル１の大きさ、即ち、各部材の寸法の一例について、説明する。図１及び図２に示すように、コア２の図１中の左右方向の寸法Ａ１は例えば１００ｍｍ程度、コア２の図１中の上下方向の寸法Ａ２は例えば８０ｍｍ程度、コア２の図２中の上下方向の寸法Ａ３は例えば２０ｍｍ程度に設定されている。また、図１中において、封止樹脂７のコア２の下部とケース６との間の部分の寸法Ｂ１は例えば３ｍｍ程度に設定され、ケース６の厚み寸法Ｂ２は例えば５ｍｍ程度に設定されている。低ヤング率部材１０の厚み寸法ｔは、例えば３ｍｍ程度に設定されている。

次に、上記構成のリアクトル１について、コア２に作用する応力（例えば封止樹脂７の硬化収縮による応力）を測定した結果について、以下説明する。まず、低ヤング率部材１０の厚み寸法ｔを例えば３ｍｍに固定し、低ヤング率部材１０のヤング率を、０．３ＭＰａ、２００ＭＰａ、２０００ＭＰａ、２００００ＭＰａと変化させた各構成のリアクトル１においてコア２に作用する応力、例えば、図２において、ＸＺ平面に垂直に作用する応力と、ＹＺ平面に垂直に作用する応力とを測定した。これら測定結果の表を図３に示し、測定結果のグラフを図４に示す。尚、図４において、菱形の点はＸＺ平面に垂直に作用する応力を示し、四角の点はＹＺ平面に垂直に作用する応力を示す。

上記図４から、低ヤング率部材１０のヤング率が小さくなるほど、コア２に作用する応力を小さくできることがわかる。但し、低ヤング率部材１０のヤング率を２００ＭＰａ程度まで小さくすると、それ以降は、ヤング率を小さくしても、応力がそれほど低下しないことがわかる。尚、リアクトル１を構成する各部材の材料特性を一覧表にしたものを、図５に示す。

次に、低ヤング率部材１０のヤング率を２００ＭＰａに固定し、低ヤング率部材１０の厚み寸法ｔを、３ｍｍ、１．５ｍｍ、０ｍｍ（即ち、低ヤング率部材１０無し）と変化させた各構成のリアクトル１においてコア２に作用する応力、例えば、図２において、ＸＺ平面に垂直に作用する応力と、ＹＺ平面に垂直に作用する応力とを測定した。これら測定結果の表を図６に示し、測定結果のグラフを図７に示す。図７において、菱形の点はＸＺ平面に垂直に作用する応力を示し、四角の点はＹＺ平面に垂直に作用する応力を示す。

上記図７から、低ヤング率部材１０の厚み寸法が厚くなるほど、コア２に作用する応力を小さくできることがわかる。但し、低ヤング率部材１０の厚み寸法を１．５ｍｍ程度まで厚くすると、それ以降は、低ヤング率部材１０の厚み寸法を厚くしても、応力がそれほど低下しないことがわかる。以上のことから、各部材の寸法や材料に合わせて、低ヤング率部材のヤング率、厚さを決めることが重要である。

尚、図１において、矢印は、コア２に流れる磁束を示している。本実施形態の場合、部分コア８、９は、それぞれ閉ループの磁路を有し、部分コア８、９の接合部の両側において、２つの磁路が部分コア８、９の接合部に沿う方向に延びるように配置される構成となっている。

上記した構成の本実施形態においては、コア２と、コア２に磁束が流れるように巻回されたコイル３、４、５と、コア２及びコイル３、４、５を収容するケース６と、コア２とコイル３、４、５の間の隙間を含むケース６内に充填硬化された封止樹脂７と、コア２の内部に設けられヤング率がコア２のヤング率よりも低い低ヤング率部材１０とを備えた。この構成によれば、封止樹脂７の硬化等によりコア２に応力が印加することによってコア２の特性が劣化することを極力防止できる。

特に、本実施形態のようなリアクトル１の構成の場合、封止樹脂７において、コア２とコイル３、４、５の放熱経路を確保する必要がある。そのため、封止樹脂７は、高熱伝導率を有することが望ましい。しかし、一般的に、樹脂を高熱伝導率化すると、樹脂の硬化後のヤング率が高くなる傾向があるため、樹脂の硬化時に発生する応力によってコア２の特性劣化がより一層ひどくなるおそれがある。これに対して、上記実施形態によれば、ヤング率がコア２のヤング率よりも低い低ヤング率部材１０を、コア２の内部に設けるように構成したので、樹脂の硬化時に発生する応力によってコア２の特性が劣化することを抑制できる。

また、コア２を、アモルファス鉄心で構成する場合、応力による影響が大きくなり、コア２の特性劣化がひどくなるおそれがある。このため、本実施形態のように構成することによって、より一層有効な効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第２実施形態においては、低ヤング率部材１８に、リアクトル１の磁化特性を調整するギャップ板としての機能を持たせるように構成した。

具体的には、コア１９を、図８に示すように、断面形状がほぼＯ字型をなすコアで構成している。コア１９は、低ヤング率部材１８、１８で２つに分割された分割コア２０、２１を有する。この構成の場合、分割コア２０の端部２０ａと分割コア２１の端部２１ａとの間に、及び、分割コア２０の２０ｂと分割コア２１の端部２１ｂとの間に低ヤング率部材１８を挟む。更に、分割コア２０の端部２０ａと低ヤング率部材１８との間、分割コア２１の端部２１ａと低ヤング率部材１８との間、分割コア２０の端部２０ｂと低ヤング率部材１８との間、及び、分割コア２１の端部２１ｂと低ヤング率部材１８との間を、例えば接着することにより、コア１９を構成している。尚、分割コア２０の端部２０ａと分割コア２１の端部２１ａとを接着する接着剤層、並びに、分割コア２０の端部２０ｂと分割コア２１の端部２１ｂとを接着する接着剤層を、低ヤング率部材１８とするように構成しても良い。

上記したように構成されたコア１９は、２個のコイル巻回部２２、２３を有しており、これらコイル巻回部２２、２３にコイル２４、２５がそれぞれ巻回されている。尚、コイル巻回部２２、２３とコイル２４、２５との間には、図示しないボビンを設けるように構成しても良いし、ボビンを設けないように構成しても良い。ボビンを設けない構成の場合には、特許文献１と同様にして、コイル巻回部２２、２３とコイル２４、２５との間に、熱伝導性の高い封止樹脂７を設けることが好ましい。

尚、図８において、矢印は、コア１９に流れる磁束を示している。第２実施形態の場合、分割コア２０、２１の接合部は、コア１９に流れる磁束に鎖交するように設けられている。

また、上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２実施形態によれば、低ヤング率部材１８に、リアクトル１の磁化特性を調整するギャップ板としての機能を持たせるように構成したので、部品点数を低減することができる。

また、上記第２実施形態では、コア１９を２つに分割する位置を、図８に示す位置に設定したが、これに限られるものではなく、コア１９を２つに分割する位置、即ち、低ヤング率部材１８を配設する位置を他の位置に設定しても良い。

例えば、図９に示す第３の実施形態のように、コア１９におけるコイル２４、２５が巻回されていない部分で、２つに分割し、２つに分割された分割コア２６、２７を備えるように構成する。そして、分割コア２６の端部２６ａと分割コア２７の端部２７ａとの間に、及び、分割コア２６の端部２６ｂと分割コア２７の端部２７ｂとの間に、低ヤング率部材１８を挟む構成とした。

尚、上述した以外の第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第３実施形態においても、第２実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、低ヤング率部材１０、１８を例えばシリコン樹脂等の非磁性材で構成したが、これに限られるものではなく、例えば低ヤング率の磁性材で構成しても良い。また、上記各実施形態では、低ヤング率部材１０、１８を、部分コア８、９の背面部の当接部分や、分割コア２０、２１、２６、２７の端部の当接部分に挟んで設けるように構成したが、これに限られるものではなく、コア２、１９の外表面の全面に、または、コア２、１９の外表面の一部分に、低ヤング率部材を例えば塗布して配設することが好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はリアクトル、２はコア、３、４、５はコイル、６はケース、７は封止樹脂、８、９は部分コア、１０は低ヤング率部材、１１、１２、１３はコイル巻回部、１４、１５は分割線、１６、１７は分割部分コア、１８は低ヤング率部材、１９はコア、２０、２１は分割コア、２２、２３はコイル巻回部、２４、２５はコイル、２６、２７は分割コアである。

Claims (6)

1. コア（２、１９）と、
   前記コア（２、１９）に磁束が流れるように巻回されたコイル（３、４、５、２４、２５）と、
   前記コア（２、１９）及び前記コイル（３、４、５、２４、２５）を収容する筐体（６）と、
   前記コア（２、１９）と前記コイル（３、４、５、２４、２５）の間の隙間を含む前記筐体（６）内に充填硬化された封止樹脂（７）と、
   前記コア（２、１９）の内部または前記コア（２、１９）の表面に設けられ、ヤング率が前記コア（２、１９）のヤング率よりも低い低ヤング率部材（１０、１８）と、
   を備えた磁気回路部品。
2. 前記低ヤング率部材（１０、１８）は、前記封止樹脂（７）のヤング率よりも低いヤング率を有することを特徴とする請求項１記載の磁気回路部品。
3. 前記コア（２、１９）を、２つ以上の部分コア（８、９、２０、２１）で構成し、
   前記部分コア（８、９、２０、２１）の接合部に、前記低ヤング率部材（１０、１８）を挟むように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の磁気回路部品。
4. 前記部分コア（２０、２１）の接合部は、前記コア（１９）に流れる磁束に鎖交するように設けられ、
   前記低ヤング率部材（１８）は、非磁性材であることを特徴とする請求項３記載の磁気回路部品。
5. 前記部分コア（８、９）は、それぞれ閉ループの磁路を有し、
   前記部分コア（８、９）の接合部の両側において、２つの磁路が前記部分コア（８、９）の接合部に沿う方向に延びるように配置されていることを特徴とする請求項３記載の磁気回路部品。
6. 前記コア（２、１９）は、アモルファス鉄心で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の磁気回路部品。

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