JP2018186253A - リアクトル - Google Patents
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Abstract
Description
巻回部を有するコイルと、前記巻回部の内側に配置される内側コア部を有するコア片を含む磁性コアと、を備えるリアクトルであって、
前記コア片が磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体であり、
前記内側コア部の外周面から突出して一体成形され、前記巻回部の内周面に接して前記巻回部の径方向を位置決めする突起と、
前記巻回部の内周面と前記突起を除く前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備える。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
巻回部を有するコイルと、前記巻回部の内側に配置される内側コア部を有するコア片を含む磁性コアと、を備えるリアクトルであって、
前記コア片が磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体であり、
前記内側コア部の外周面から突出して一体成形され、前記巻回部の内周面に接して前記巻回部の径方向を位置決めする突起と、
前記巻回部の内周面と前記突起を除く前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備える。
本発明の実施形態に係る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。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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
<リアクトルの構成>
図1〜図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。実施形態1のリアクトル1は、図1〜図4に示すように、2つの巻回部2cを有するコイル2と、巻回部2cの内外に配置される磁性コア3(図3参照)との組合体10(図4参照)を備える。両巻回部2cは、互いに横並びに配置されている。磁性コア3は、磁性を有するコア片を含み、この例では、図3に示すように、2つのコア片3A、3Bを備える。各コア片3A、3Bは、図3〜図5に示すように、巻回部2cの内側に配置される2つの内側コア部31と、巻回部2cの外側に配置されて両内側コア部31同士を連結する外側コア部32とを有する。リアクトル1の特徴の1つは、内側コア部31を有するコア片3A、3Bにおいて、内側コア部31の外周面から突出して一体成形される突起311(図2、図3参照)と、巻回部2cの内周面と内側コア部31の外周面との間に充填される内側樹脂部41(図2参照)とを備える点にある。
コイル2は、図1、図4及び図5に示すように、2本の巻線2wをそれぞれ螺旋状に巻回してなる一対の巻回部2cを有し、両巻回部2cを形成するそれぞれの巻線2wの一方の端部同士が接合部20を介して接続されている。両巻回部2cは、互いの軸方向が平行するように横並びに(並列)に配置されている。接合部20は、各巻回部2cから引き出された巻線2wの一方の端部同士を溶接や半田付け、ロウ付けなどの接合方法によって接合することで形成されている。巻線2wの他方の端部はそれぞれ、各巻回部2cから適宜な方向(この例では上方)に引き出され、端子金具(図示せず)が適宜取り付けられて、電源などの外部装置(図示せず)に電気的に接続される。コイル2は、公知のものを利用でき、例えば、両巻回部2cが1本の連続する巻線で形成されたものでもよい。
両巻回部2cは、同じ仕様の巻線2wからなり、形状・大きさ・巻回方向・ターン数が同じであり、巻回部2cを形成する隣り合うターン同士が密着している。巻線2wは、例えば、導体(銅など)と、導体の外周に絶縁被覆(ポリアミドイミドなど)とを有する被覆線(いわゆるエナメル線)である。この例では、図5に示すように、各巻回部2cが被覆平角線の巻線2wをエッジワイズ巻きした四角筒状(具体的には、矩形筒状)のエッジワイズコイルである。各巻回部2cの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円筒状や楕円筒状、長円筒状(レーストラック形状)などであってもよい。巻線2wや巻回部2cの仕様は適宜変更できる。
磁性コア3は、図3〜図5に示すように、2つのU字状のコア片3A、3Bを備え、両コア片3A、3Bを組み合わせて環状に構成される。この例では、コア片3A、3Bは同一形状である。例えばコア片3Bを図3に示す状態から、水平方向に180°回転させると、コア片3Aに一致する。磁性コア3には、コイル2に通電することで磁束が流れ、閉磁路が形成される。
コア片3A、3Bはそれぞれ、図3〜図5に示すように、2つの内側コア部31と外側コア部32とを有し、これらが一体成形された成形体である。内側コア部31は、図4に示すように、巻回部2cに挿入され、巻回部2cの内側に配置される部分である。つまり、両内側コア部31は、巻回部2cと同様に、互いの軸方向が平行するように横並び(並列)に配置される。コア片3A、3Bの各内側コア部31の形状は、巻回部2cの内周面に対応した形状であり、この例では、図5に示すように、四角柱状(具体的には、矩形柱状)である(図2も参照)。また、コア片3A、3Bの各内側コア部31の軸方向の長さが同じである。内側コア部31の外周面には、突起311が一体成形されている。突起311の詳細は後述する。
突起311は、図2に示すように、内側コア部31の外周面から突出して一体成形され、巻回部2cの内周面に接して巻回部2cの径方向を位置決めする。また、突起311により、巻回部2cの内周面と内側コア部31の外周面との接触面積が減り、巻回部2cに内側コア部31を挿入する際の摩擦抵抗を低減できるといった効果も期待できる。この例では、内側コア部31は矩形柱状体であり、内側コア部31の外周面は4つの平面(上面、下面、及び左右の側面)と、4つの角部313を有する。突起311は、内側コア部31の外周面を構成する各面にそれぞれ形成され、内側コア部31の軸方向に直交する断面(横断面)において、外周面を構成する各面の中間部分(角部313を除く部分)から突出している。突起311の形状や数、位置については特に限定されない。この例では、突起311の断面形状が矩形状であるが、台形状や半円状などであってもよい。また、各面の中間位置に1つずつ突起311が形成されているが、各面に対して突起311は複数であってもよく、各面の中間部分に複数の突起311を形成してもよい。この突起311により、巻回部2cの内周面と突起311を除く内側コア部31の外周面との間にクリアランス34(図7参照)が形成される。このクリアランス34は、後述する内側樹脂部41(図2参照)を形成する樹脂を充填する際の樹脂の流路となり、クリアランス34に樹脂が充填されることで、内側樹脂部41が形成される。この例では、内側コア部31の外周面に4つの突起311が形成されており、内側コア部31の四隅にそれぞれクリアランス34が確保されている。
この例では、図2、図3に示すように、各突起311の外周面に絶縁層35が配置されている。絶縁層35は、巻回部2cの内周面と突起311の外周面との間に介在され、巻回部2cと内側コア部31との間の電気的絶縁を確保する。絶縁層35の厚さは、巻回部2cと内側コア部31との間の絶縁を確保できる厚さであればよく、例えば10μm以上500μm以下であることが挙げられる。絶縁層35の厚さが500μm以下であることで、巻回部2cと内側コア部31との間のクリアランス34(図7参照)を十分に小さくできる。絶縁層35の厚さが10μm以上であることで、巻回部2cと内側コア部31との間の絶縁を十分に確保できる。絶縁層35の厚さは、例えば20μm以上400μm以下であることがより好ましい。この例では、巻回部2cの内周面に近接する各突起311の外周面にのみ絶縁層35が配置されているが、絶縁層35は突起311の少なくとも外周面に配置されていればよく、突起311を取り囲むように配置してもよい。突起311の外周面に絶縁層35を配置する場合、突起311の高さと絶縁層35の厚さとを合わせた合計寸法は、例えば110μm以上1mm以下が好適である。
端面介在部材50は、図4、図5に示すように、巻回部2cの端面と外側コア部32の内端面32eとの間に介在され、巻回部2cと外側コア部32との間の電気的絶縁を確保する。端面介在部材50は、図5に示すように、コア片3A、3Bの各内側コア部31がそれぞれ挿入される2つの貫通孔51が形成された矩形状の枠状体である。各貫通孔51の開口形状は矩形状である。また、この例では、端面介在部材50の巻回部2c側(裏面側)には、巻回部2cの端部が収納される溝部52が形成されており、溝部52により端面介在部材50に対して巻回部2cを位置決めできる。
内側樹脂部41は、図2に示すように、巻回部2cの内周面と突起311を除く内側コア部31の外周面との間(図7に示すクリアランス34)に樹脂が充填されることで形成されている。これにより、巻回部2cの内側に内側コア部31を保持できる。内側樹脂部41は、巻回部2cの内周面及び内側コア部31の外周面に密着している。内側樹脂部41は、クリアランス34に樹脂を射出成形することで形成できる。
リアクトル1の製造方法の一例を説明する。リアクトルの製造方法は、大別すると、組合体組立工程と、樹脂充填工程とを備える。
組合体組立工程では、コイル2と磁性コア3との組合体10(図4参照)を組み立てる。
この例では、図4、図5に示すように、各コア片3A、3Bの両内側コア部31を端面介在部材50の貫通孔51に挿入し、各コア片3A、3Bにそれぞれ端面介在部材50を配置する。コイル2の両巻回部2cの両側から各コア片3A、3Bの両内側コア部31を両巻回部2cにそれぞれ挿入し、各コア片3A、3Bの両内側コア部31の端面同士を互いに付き合わせる。これにより、コア片3A、3Bを環状に組み付けて、環状の磁性コア3(図3参照)を構成する。以上のようにして、コイル2と磁性コア3と端面介在部材50とを備える組合体10を組み立てる。
樹脂充填工程では、巻回部2cと内側コア部31との間のクリアランス34(図7参照)に樹脂を充填して内側樹脂部41(図2参照)を形成する。
この例では、組合体10を図示しない成形型にセットして、成形型に両コア片3A、3B及び端面介在部材50を固定する。その状態で、組合体10の外側コア部32側から樹脂を射出して、端面介在部材50の樹脂充填孔54を通してクリアランス34に樹脂を導入し、クリアランス34の長さ方向に充填する(図7を参照)。その後、クリアランス34に充填した樹脂を固化させることで、内側樹脂部41を形成する(図2を参照)。また、この例では、内側樹脂部41の形成と同時に、外側コア部32も樹脂で覆うように外側樹脂部42を形成して、内側樹脂部41と外側樹脂部42とを一体成形する。これにより、内側樹脂部41と外側樹脂部42とでモールド樹脂部4を構成し、コア片3A、3Bを一体化する。
実施形態1のリアクトル1は、次の作用効果を奏する。
磁性コア3を構成するコア片3A、3Bが複合材料の成形体であることで、磁性コア3(内側コア部31)に漏れ磁束が発生し難く、巻回部2cと内側コア部31の間のクリアランス34を小さくすることが可能である。また、内側コア部31の外周面から突出して一体成形される突起311により巻回部2cの径方向を位置決めすることで、従来使用されていた内側介在部材を省略することができ、巻回部2cと内側コア部31との間のクリアランス34の狭小化と、巻回部2cと内側コア部31との位置決めが可能である。したがって、リアクトル1は、簡易な構成で巻回部2cと内側コア部31とを位置決めできながら、巻回部2cと内側コア部31との間のクリアランス34を小さくでき、小型化を達成できる。
実施形態1のリアクトル1は、例えば、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可能である。
上述した実施形態1のリアクトル1では、図3を参照して、磁性コア3を構成するコア片3A、3Bの各内側コア部31の軸方向の長さ(外側コア部32の内端面32eからの突出長さ)が同じである形態を説明した。これに限らず、コア片3A、3Bの各内側コア部31の長さが異なってもよい。例えば、図8に示すように、コア片3A、3Bのそれぞれの両内側コア部31の長さが互い違いに異なる形態や、図9に示すように、コア片3A、3Bのうち、一方の両内側コア部31の長さが短く、他方の両内側コア部31の長さが長い形態が挙げられる。図8、図9にそれぞれ示すコア片3A、3Bの場合、磁性コア3を構成したとき、互いの両内側コア部31の端面同士の突き合わせ位置が磁性コア3の長さ方向の中間位置からずれることになる。
10 組合体
2 コイル
2w 巻線
2c 巻回部
20 接合部
3 磁性コア
3A、3B コア片
31 内側コア部
311 突起
313 角部
32 外側コア部
321 下側突出部
32e 内端面
34 クリアランス
35 絶縁層
4 モールド樹脂部
41 内側樹脂部
42 外側樹脂部
50 端面介在部材
51 貫通孔
52 溝部
54 樹脂充填孔
Claims (6)
- 巻回部を有するコイルと、前記巻回部の内側に配置される内側コア部を有するコア片を含む磁性コアと、を備えるリアクトルであって、
前記コア片が磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体であり、
前記内側コア部の外周面から突出して一体成形され、前記巻回部の内周面に接して前記巻回部の径方向を位置決めする突起と、
前記巻回部の内周面と前記突起を除く前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備えるリアクトル。 - 前記突起の高さが1mm以下である請求項1に記載のリアクトル。
- 前記内側コア部の角部が面取りされている請求項1又は請求項2に記載のリアクトル。
- 前記突起が前記内側コア部の軸方向に沿って全長に亘って一連に形成されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記突起の外周面に配置され、前記巻回部の内周面と前記突起の外周面との間に介在される絶縁層を備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記絶縁層の厚さが500μm以下である請求項5に記載のリアクトル。
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