JP2021044365A - リアクトル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルとバスバーの接続を容易に行うことができるリアクトル及びその製造方法を提供する。【解決手段】リアクトル１００において、コアと、コアを樹脂で被覆した第１の樹脂部材２と、第１の樹脂部材２に装着されるコイル３と、コイル３と接続するバスバー４１と、バスバー４１の下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材４２と、第１の樹脂部材２で被覆されたコア、コイル３、バスバー４１及び金属部材４２を樹脂で一体に被覆した第２の樹脂部材６と、を備える。第１の樹脂部材２は、金属部材４２を収容する収容部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、コイルとバスバーを備えるリアクトル及びその製造方法に関する。

リアクトルは、ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車の駆動システム等をはじめ、種々の用途で使用されている。例えば、車載用の昇圧回路に用いられるリアクトルとして、環状コアの周囲を樹脂によるモールド成型等によって被覆し、その外周にコイルを装着したものが知られている。

この種のリアクトルは、コイルと外部機器を接続させるため、板状の導電性部材であるバスバーを有する端子台を備える。端子台のバスバーの下方には、ナット等の筒状の金属部材が設けられており、この金属部材に外部機器の端子がボルト等で固定される。バスバーは、一方端部をコイルの端部と、他方端部を外部機器の端子と、接続される。このように、リアクトルと外部機器は、バスバーを介して電気的に接続される。

特許第６４２６７９８号公報

バスバーの一方端部とコイルの端部の接続は、溶接によって接続されることが多い。溶接不具合を生じさせないためには、バスバーとコイルの溶接箇所の端面の位置合わせを精度良く行う必要がある。一方、端子台は、通常、金型内にバスバーや金属部材等を配置して、樹脂を注入することで製造される。即ち、端子台は、コイルが巻回された成形品とは別体として成形され、ボルト等によってこの成形品に固定されている。そのため、端子台を成形品に固定する際に、コイルとバスバーの溶接箇所の端面の位置を合わせる必要がある。しかし、コイルとバスバーの端面の位置を合わせて端子台を固定することは困難であった。

また、コイルとバスバーの溶接箇所の端面の位置が合っていない状態で端子台が固定された場合、位置合わせをする作業が別途必要となる。この作業では、位置合わせした状態でコイル及びバスバーを固定するため、治具の配置位置の複雑化を生じさせ、溶接作業の非効率化を招く虞があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コイルとバスバーの接続を容易に行うことができるリアクトル及びその製造方法を提供することにある。

本発明のリアクトルは、コアと、前記コアを樹脂で被覆した第１の樹脂部材と、前記第１の樹脂部材に装着されるコイルと、前記コイルと接続するバスバーと、前記バスバーの下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材と、前記第１の樹脂部材で被覆された前記コア、前記コイル、前記バスバー及び前記金属部材を樹脂で一体に形成した第２の樹脂部材と、を備え、前記第１の樹脂部材は、前記金属部材を収容する収容部を有すること、を特徴とする。

また、本発明のリアクトルの製造方法は、コアと、前記コアに巻回するコイルと、前記コイルと接続するバスバーと、前記バスバーの下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材と、を備えるリアクトルの製造方法であって、前記コアを樹脂で被覆し、前記金属部材を収容する収容部を成形する第１のモールド工程と、前記第１のモールド工程によって成形された前記収容部に収容した前記金属部材を前記バスバー及び前記コイルとともに一体成形する第２のモールド工程と、前記バスバーと前記コイルを接続する接続工程と、を備え、前記収容部は、前記金属部材の外形に倣った内部空間を画成する側壁及び底部を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、コイルとバスバーの接続を容易に行うことができるリアクトル及びその製造方法を提供することができる。

実施形態に係るリアクトルの全体構成を示す斜視図である。 第１の樹脂部材で被覆されたコアを示す分解斜視図である。 金属部材を収容部に収容した状態の樹脂体の断面図である。 他の実施形態に係る金属部材を収容部に収容した状態の樹脂体の断面図である。

（第１の実施形態）
本実施形態のリアクトルについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態のリアクトルの全体構成を示す斜視図である。図２は、コアを第１の樹脂部材で被覆した斜視図である。

（概略構成）
リアクトル１００は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、電圧の昇降圧等に使用される。本実施形態のリアクトル１００は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等で使用されるリアクトルである。

図１及び図２に示すように、本実施形態のリアクトル１００は、コア１、第１の樹脂部材２、コイル３、端子部４、センサ５及び第２の樹脂部材６を備える。コア１は、圧粉磁心等の磁性体から成る。コア１は、２つの略Ｕ字型形状のコアの端部を接合することで、環状形状を有する。コイル３は、２つあり、各コイル３はコア１に巻回される。２つのコイル３は、巻軸方向が平行になるように、隙間を介して横並びに配置される。コア１の外周は第１の樹脂部材２によって被覆される。第１の樹脂部材２は、コア１とコイル３の間に介在し、コア１とコイル３の絶縁を図る。

第１の樹脂部材２を構成する樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。

端子部４は、コイル３の端部３１と接続するバスバー４１と、バスバー４１の下部に設けられ、外部機器の配線を固定する金属部材４２を有する。バスバー４１と金属部材４２は接触している。これによって、金属部材４２に外部機器の端子を接続することで、バスバー４１及び金属部材４２を介して、コイル３と外部機器が電気的に接続される。外部機器から電力供給されると、コイル３に電流が流れ、磁束が発生し、コア１内に閉じた磁気回路が形成される。

センサ５はリアクトル１００の状態を検出する。本実施形態では、センサ５は、温度センサであり、リアクトル１００の温度を検出する。センサ５は、コイル３間に配置される。以上のリアクトル１００を構成する第１の樹脂部材２に被覆されたコア１と、コイル３と、端子部４が有するバスバー４１及び金属部材４２と、センサ５は、第２の樹脂部材６によって一体に成形されている。なお、第２の樹脂部材６を構成する樹脂の種類としては、第１の樹脂部材２と同様の種類が挙げられ、第１の樹脂部材２と同一の樹脂を用いてもよいし、異なる樹脂を用いてもよい。

（詳細構成）
第１の樹脂部材２は、図２に示すように、２分割で構成され、２つの樹脂体２１、２２を有する。樹脂体２１、２２は、概略Ｕ字型形状のコア１をそれぞれ被覆している。即ち、樹脂体２１、２２は、一対の直線部２３と、直線部を繋ぐ連結部２４を有し、概略Ｕ字型形状となっている。この概略Ｕ字型形状の樹脂体２１、２２の端部を向かい合わせて、接合することで第１の樹脂部材２が形成される。なお、この直線部２３が、コイルが巻回される箇所である。

樹脂体２１、２２の連結部２４の上面には、金属部材４２が収容される収容部２５が設けられている。換言すれば、収容部２５は、コア１の上部に設けられている。なお、本実施形態では、収容部２５の数は、各樹脂体２１、２２の連結部２４にそれぞれ２つずつ合計４つ設けられているが、収容部２５は１つであってもよい。例えば、収容部２５は、樹脂体２２には設けず、樹脂体２１の連結部２４に１つ設けるだけでもよい。

収容部２５は、上面開口及び有底の筒形形状を有する。即ち、収容部２５は、底部２５１と、底部２５１の縁から延びる側壁２５２を有し、上面が開口している。この開口から、金属部材４２を収容する。このように、収容部２５を有することで、収容部２５に金属部材４２を挿入するだけで金属部材４２の位置決めができる。

収容部２５の内周面は、金属部材４２の外形形状に倣った形状を有する。即ち、底部２５１及び側壁２５２は、金属部材４２の外形に倣った内部空間を画成する。そのため、金属部材４２を収容部２５に収容すると、金属部材４２の外表面と収容部４２の側壁２５２の内周面は接する。これは、第２の樹脂部材６でモールド成形する際に、樹脂の射出圧によって金属部材４２が動くことを側壁２５２によって抑制できるためである。なお、ここでいう収容部２５の内周面が金属部材４２の外形形状に倣った形状とは、収容部２５の全ての内周面が金属部材４２の外形に倣っている必要はなく、一部分が倣っていればよい。例えば、収容部２５の上部及び下部のみ金属部材４２の外形に倣い、金属部材４２と側壁２５２の上部及び下部が接触していればよい。

図３は、金属部材４２を収容部２５に収容した状態の樹脂体２２の断面図である。収容部２５の底部２５１は、図３に示すように、コア１と金属部材４２の間に介在する。底部２５１は、膨出部２５１ａを有する。膨出部２５１ａは、コア１の上面を被覆する第１の樹脂部材２の表面より膨出した部分、即ち、底部２５１の上面から突出した部分のことである。底部２５１の上面とは、図３の破線で示す部分であり、コア１の上面を被覆する樹脂部材２の表面と略同一平面上に位置する。膨出部２５１ａは、底部２５１の上面から側壁２５２の延び方向と同じ方向に膨出している。金属部材４２を収容部２５に収容した際に、膨出部２５１ａが金属部材４２の下面と接触する。

膨出部２５１ａは、側壁２５２に囲われた領域内に設けられているが、側壁２５２とは接触していない。即ち、膨出部２５１ａの周囲と側壁２５２の間には隙間２５３がある。つまり、膨出部２５１ａの外径は、底部２５１の内径よりも小さい。また、膨出部２５１ａの上面は平坦である方が好ましい。なお、本実施形態では、膨出部２５１ａと側壁２５２の間に隙間２５３を設けているが、隙間２５３を設けず、膨出部２５１ａは側壁２５２と接触していてもよい。

側壁２５２の上端は、収容部２５に収容した状態の金属部材４２の上面より低く、金属部材４２の中央部より高いことが好ましい。金属部材４２の中央部とは、金属部材４２を収容部２５に収容した状態における金属部材４２の上面から下面までの長さの半分の地点を指す。側壁２５２の上端が、金属部材４２の上面と同一であると、後述するように、金型で金属部材４２を押さえ込むことができず、モールド成型時の射出圧によって、金属部材４２やバスバー４１が、斜めに固定される虞がある。一方、中央部よりも低いと、金属部材４２を側壁２５２によって支えづらくなるためである。

バスバー４１は、例えば、銅などの導電性部材である。バスバー６は、板状形状を有する。バスバー６の一方端部４１１には、孔があり、この孔が金属部材４２の上面に配置され、第２の樹脂部材６によって固定されている。バスバー４１は、一方端部４１１からコイル３の端部３１に向かって延び、他方端部４１２は、コイル３の端部３１と溶接により接合されている。なお、金属部材４２としては、汎用の六角ナット等既知のものを用いることができる。

（リアクトルの製造方法）
本実施形態に係るリアクトルの製造方法について説明する。本実施形態のリアクトルの製造方法は、（１）第１のモールド工程、（２）組立工程、（３）第２のモールド工程、（４）接続工程を備える。

（１）第１のモールド工程
第１のモールド工程は、コア１を第１の樹脂部材２で被覆し、収容部を成形する工程である。この時、図３に示す収容部２５の膨出部２５１ａの厚みＴ１が、１ｍｍ以上４ｍｍ以下となるように成形することが好ましい。膨出部２５１ａの厚みＴ１とは、底部２５１の上面から金属部材４２を収容部２５に収容した時に金属部材４２と接触する第１の樹脂部材２の端面の距離のことを指す。つまり、本実施形態における底部２５１の厚みＴ１は、底部２５１の上面から膨出部２５１ａの上面までの距離である。１ｍｍより薄いと、樹脂が流れ込みにくく、膨出部２５１ａを形成することができない虞がある。一方、４ｍｍより厚いと、樹脂のヒケが発生し、金属部材４２の載置面に凹凸が生じることがあり、金属部材４２が傾いて収容部２５に収容される虞がある。換言すれば、１ｍｍ以上４ｍｍ以下にすることで、膨出部２５１ａの上面が平坦に形成され、金属部材４２が傾くことなく、収容部２５に収容することができる。

（２）組立工程
組立工程は、第２のモールド工程によって固定する構成部材を組立て、金型にセットする工程である。金属部材４２は、収容部２５に収容し、金属部材４２の上部にバスバー４１を配置し、バスバー４１及び金属部材４２を金型で押さえ込む。この金型で押さえ込んだ状態で、バスバー４１の他方端部４１２の端面とコイル３の端部３１の端面が面一になるようにする。

金属部材４２の下面は、樹脂から成る第１の樹脂部材と接触している。そのため、金属部材４２を金型で押さえ込んだとしても、金属部材４２が変形するよりも先に樹脂が変形するため、金属部材４２の変形を抑制することができる。

特に、本実施形態では、底面２５１の上面から膨出した膨出部２５１ａを有する。この膨出部２５１ａを有することで、金属部材４２の上端に対する側壁２５２の上端の位置合わせを容易に行うことができる。例えば、作製した金型によって金属部材４２の上端と側壁２５２の上端が所望の位置に合っていない場合、側壁２５２の高さを変更する、又は、底部２５１の厚みを変更する、即ち、コア１の上面を被覆する第１の樹脂部材２全体の厚みを変更するために金型を再度作製する必要がある。つまり、大掛かりな金型の修正を行う必要がある。

一方、膨出部２５１ａを設けることで、膨出部２５１ａの厚みによって、金属部材４２の上端と側壁２５２の上端の位置合わせを調整することができる。そのため、膨出部２５１ａの寸法に対応する部分の金型のみを修正すればよいので、大掛かりな金型の修正が不要となり、金属部材４２の上端と側壁２５２の上端の位置合わせを容易に行うことができる。

なお、組立工程を経た後の底部２５１の厚みＴ１は、第１のモールド工程によって成形した厚みよりも、膨出部２５１ａが金属部材４２により押され、潰れた分薄くなる。即ち、本工程を経ると、第１のモールド工程によって成形した底部２５１の厚みよりも薄くなる。

（３）第２のモールド工程
第２のモールド工程は、組立工程を経た金型内に第２の樹脂部材６となる樹脂を注入し、リアクトル１００を構成する部材を固定する工程である。第２のモールド工程を経ることによって、第１の樹脂部材２に被覆されたコア１、コイル３、バスバー４１、金属部材４２及びセンサ５が一体成形され、各部材は固定される。

この時、金属部材４２は側壁２５２に支持され、かつ、金型によって押さえ込まれているため、樹脂を金型内に注入した射出圧による金属部材４２の移動が抑制される。そのため、金属部材４２の上面に配置されるバスバー４１も移動することなく、一体成形される。よって、組立工程を経た状態、即ち、バスバー４１の他方端部４１２の端面とコイル３の端部３１の端面が面一の状態で一体成形される。

（４）接続工程
接続工程は、コイル３の端部３１とバスバー４１の他方端部４１２を溶接によって接続する工程である。この溶接は、コイル３の端部３１の端面とバスバー４１の他方端部４１２の端面にのみ行われる。そのため、この接続工程では、コイル３の端部３１の端面とバスバー４１の他方端部４１２の端面が面一になるようにクランプする必要がある。

本実施形態では、第２のモールド工程を経た成形品は、バスバー４１の他方端部４１２の端面とコイル３の端部の端面が面一の状態で一体成形されているため、よって、クランプ作業を容易に行うことができ、溶接工程の作業効率が向上する。

また、従来のように、別体でバスバーを固定した端子台を成形品にボルト等によって固定する場合にように、端子台を成形する工程、端子台を固定する工程を省くことができ、作業工程を削減することができる。

（効果）
本実施形態に係るリアクトル１００は、コア１と、コア１を樹脂で被覆した第１の樹脂部材２と、第１の樹脂部材２に装着されたコイル３と、コイル３と接続するバスバー４１と、バスバー４１の下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材４２と、第１の樹脂部材２で被覆されたコア１、コイル３、バスバー４１及び金属部材４２を樹脂で一体に形成した第２の樹脂部材６と、を備え、第１の樹脂部材２は、金属部材４２を収容する収容部２５を有する。

これにより、金属部材４２の位置決めを容易に行うことができ、作業性が向上する。また、第２の樹脂部材６によって一体に成形する際に、コイル３とバスバー４１を位置決めできる。そのため、コイル３とバスバー４１を溶接によって接続する溶接面が面一になるように位置合わせした状態で一体成形できる。よって、クランプ作業を容易に行うことができ、バスバー４１の他方端部４１２とコイル３の端部３１を容易に溶接することができ、作業性が向上する。さらに、別途端子台を成形し、端子台を固定する作業を行う必要もなくなるので、作業工程を削減することができる。

収容部２５は、コア１の上部に設けられている。例えば、収容部２５をコイル３の巻軸方向と直交する連結部２４の端面の外側に設けた場合、リアクトルの巻軸方向の長さが長くなり、大型化を招く。しかし、本実施形態では、収容部２５は、コア１の上面に設けられている。これにより、リアクトル１００の小型化を維持しつつ、収容部２５を設けることができる。

収容部２５は、金属部材４２の外形に倣った内部空間を画成する側壁２５２及び底部２５１を有する。これにより、第２の樹脂部材６で一体成形する際に、金属部材４２を金型で押さえ込んでも、金属部材４２とコア１の間に樹脂が介在しているので、金属部材４２が変形することを防止することができる。また、収容部２５の内部空間は金属部材４２の外形に倣った形状となっているので、側壁２５２によっても金属部材４２を固定できる。よって、金属部材４２を固定するための大掛かりな治具が不要となり、コスト削減を図るとともに、治具の配置も簡略化でき、作業性も向上する。

底部２５１は、側壁２５２の延び方向と同じ方向に膨出する膨出部２５１ａを有し、膨出部２５１ａは、側壁２５２と膨出部２５１ａの間に隙間を有し、側壁２５２と接触していない。これにより、膨出部２５１ａが潰れやすく、金属部材４２の変形をより抑制することができる。

また、本実施形態のリアクトルの製造方法は、第１のモールド工程において成形される収容部２５の膨出部２５１ａの厚みＴ１は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。これにより、膨出部２５１ａの上面は平坦に形成することができるので、金属部材４２が傾くことなく収容部２５に収容させることができる。。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

本実施形態では、底部２５１は膨出部２５１ａを有していたが、図４に示すように、膨出部２５１ａは必ずしも設ける必要はなく、底部２５１の厚みは、コア１の上面を被覆する第１の樹脂部材２と略同一の厚みであってもよい。

本実施形態では、図２に示すように、底部２５１の縁の全周囲から側壁２５２が立ち上がっていたが、側壁２５２は、金属部材４２を支えることができるのであれば、底部２５１の全周囲の縁から立ち上がっている必要はない。例えば、概略矩形状の底部２５１の角部の４箇所のみから立ち上がり、各側壁は接触せず、隙間を介して設けてもよい。

１００ リアクトル
１ コア
２ 第１の樹脂部材
２１ 樹脂体
２２ 樹脂体
２３ 直線部
２４ 連結部
２５ 収容部
２５１ 底部
２５１ａ 膨出部
２５２ 側壁
２５３ 隙間
３ コイル
３１ 端部
４ 端子部
４１ バスバー
４１１ 一方端部
４１２ 他方端部
４２ 金属部材
５ センサ
６ 第２の樹脂部材

Claims (6)

1. コアと、
   前記コアを樹脂で被覆した第１の樹脂部材と、
   前記第１の樹脂部材に装着されるコイルと、
   前記コイルと接続するバスバーと、
   前記バスバーの下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材と、
   前記第１の樹脂部材で被覆された前記コア、前記コイル、前記バスバー及び前記金属部材を樹脂で一体に被覆した第２の樹脂部材と、
   を備え、
   前記第１の樹脂部材は、前記金属部材を収容する収容部を有すること、
   を特徴とするリアクトル。
2. 前記収容部は、前記コアの上部に設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記収容部は、前記金属部材の外形に倣った内部空間を画成する側壁及び底部を有すること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。
4. 前記底部は、前記側壁の延び方向と同じ方向に膨出する膨出部を有し、
   前記金属部材は、前記膨出部の上面に設けられていること、
   を特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
5. コアと、前記コアに巻回するコイルと、前記コイルと接続するバスバーと、前記バスバーの下部に配置され、外部機器の配線を固定する金属部材と、を備えるリアクトルの製造方法であって、
   前記コアを樹脂で被覆し、前記金属部材を収容する収容部を成形する第１のモールド工程と、
   前記第１のモールド工程によって成形された前記収容部に収容した前記金属部材を前記バスバー及び前記コイルとともに一体成形する第２のモールド工程と、
   前記バスバーと前記コイルを接続する接続工程と、
   を備え、
   前記収容部は、前記金属部材の外形に倣った内部空間を画成する側壁及び底部を有すること、
   を特徴とするリアクトルの製造方法。
6. 前記第１のモールド工程によって成形された前記収容部は、前記金属部材の外形に倣った内部空間を画成する側壁及び底部を有し、
   前記底部は、前記側壁の延び方向と同じ方向に膨出する膨出部を有し、
   前記膨出部の厚さは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であること、
   を特徴とする請求項５に記載のリアクトルの製造方法。
   

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