JP5370496B2 - リアクトルおよびリアクトルの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばモータ駆動装置の昇圧回路に使用されるリアクトルおよびリアクトルの製造方法に関するものである。
電気自動車やハイブリッド車のモータ駆動装置の昇圧回路に使用されるリアクトルが知られている。このリアクトルは、誘導リアクタンスを利用して電気の変圧を行うものであり、コアとコイルを備えて構成される。リアクトルは、スイッチング回路に組み込まれて使用され、オン・オフを繰り返すことにより、オン時にコイルに蓄えられたエネルギーを、オフ時に逆起電力として発生させて高電圧を取り出すようになっている。
ここで、特許文献1には、鉄粉を混入させた鉄粉混入樹脂によりコイルをモールドしているリアクトルの技術が開示されている。このリアクトルでは、コイルをモールドする鉄粉混入樹脂がコアとしての役割を有している。
特開2006−352021号公報
しかしながら、特許文献1の技術においては、鉄粉混入樹脂は鉄粉の含有率が低いので、コアの透磁率が低い。そのため、必要なインダクタンスを得るためにはコアの断面積を大きくするため、鉄粉混入樹脂の体積を大きくする必要がある。したがって、リアクトルの外形が大きくなってしまう。
また、インダクタンスを調整するために、コイルの巻き数や鉄粉混入樹脂の体積の大きさなどを調整することが考えられる。しかし、例えばモータ駆動装置の昇圧回路における限られた領域内にリアクトルを設ける場合などには、コイルの巻き数や鉄粉混入樹脂の体積の大きさに制限が課され、必要なインダクタンスを調整できないおそれがある。そのため、大きな電流変化にかかわらずインダクタンスの変化量が十分に小さくなるような特性、すなわち、使用電流範囲内でインダクタンスがほぼ一定の値(フラット)となるような直流重畳特性を安定して得ることができない。したがって、リアクトルの性能が低い。
また、鉄粉混入樹脂の材料費は高く、また、鉄粉混入樹脂の硬化時間は長い。そのため、充填する鉄粉混入樹脂の量が多い場合には、リアクトルの製造コストが高くなってしまう。
また、特許文献1の技術のようにケースの内部に鉄粉混入樹脂を充填するときにコイルを何らかの手段で拘束していないと、コイルが所定の位置から外れ易く、リアクトルの生産性が低下してしまう。
そこで、本出願人は、国際出願番号PCT/JP2010/060561の出願において、リアクトルの構造とリアクトルの製造方法に関する発明を提案した。しかしながら、この発明では、コイル成形体とボビンとを別々に組み付ける必要がある。そこで、さらに部品点数を削減でき、さらなる製造コストの低減を図ることができる発明を以下に提案する。
そこで、本発明は、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができるリアクトルおよびリアクトルの製造方法を提供すること、を課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、コイルが樹脂で覆われるようにして形成された筒状のコイル成形体を有し、鉄粉が混入された鉄粉混入樹脂によって前記コイル成形体を封止しているリアクトルであって、軸芯部と、単一または複数のリング状コア部材と、を有し、前記リング状コア部材は、当該リング状コア部材の内周面の内側に前記軸芯部が挿入されるようにして前記軸芯部の外周面の外側に設けられており、前記コイル成形体は、当該コイル成形体の内周面の内側に前記リング状コア部材が挿入されるようにして前記リング状コア部材の外周面の外側に設けられており、前記コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部が前記リング状コア部材の軸方向の端面に当接していること、を特徴とする。
この態様によれば、コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部がリング状コア部材の軸方向の端面に当接している。そのため、リング状コア部材とコイル成形体との軸方向の相対的な位置が決まる。したがって、リング状コア部材とコイル成形体との軸方向の相対的な位置を決めるための部品を別途使用しなくてもよい。ゆえに、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。
上記の態様においては、非磁性のリング状のギャップ板を有し、前記ギャップ板は、前記複数のリング状コア部材における隣り合う前記リング状コア部材の間に設けられていること、が好ましい。
この態様によれば、非磁性のギャップ板が隣り合うリング状コア部材の間に設けられているので、リング状コア部材同士の間隔を保つことができる。そのため、コイルに大電流が印加された際の磁束密度の飽和を抑止することができるので、磁気性能が向上する。そして、ギャップ板の厚みを調整することで容易にインダクタンスを調整することができる。
上記の態様においては、前記突出部は、前記複数のリング状コア部材における隣り合う前記リング状コア部材の間に設けられていること、が好ましい。
この態様によれば、リング状コア部材の間に設けるギャップ板などの非磁性の部品の数を減らすことができ、あるいは、ギャップ板などの非磁性の部品を廃止することができるので、製造コストを低減することができる。
上記の態様においては、端面部と前記端面部の縁から立ち上がるようにして設けられる側壁とを備える開口したケースを有し、前記軸芯部は、前記端面部の内面にて前記ケースと一体に形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、軸芯部はケースと一体に形成されている。そのため、リング状コア部材やコイル成形体とケースとの径方向の相対的な位置を調整することができる。
上記の態様においては、前記軸芯部は、前記突出部と一体に形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、軸芯部は突出部と一体に形成されているので、ケースのような軸芯部を支える部品が不要となり、製造コストを低減することができる。また、軸芯部は突出部と一体に形成されているので、軸芯部とコイル形成体との軸方向および径方向の相対的な位置が決まる。
上記の態様においては、前記突出部は、前記コイル成形体の軸方向の端部に形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、突出部はコイル成形体の軸方向の端部に形成されているので、確実にリング状コア部材とコイル成形体との軸方向の相対的な位置が決まる。
上記の態様においては、前記軸芯部は、中空であること、が好ましい。
この態様によれば、軸芯部の中空部分に冷却用の流体を流すことができるので、冷却性能が向上する。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、コイルが樹脂で覆われるようにして形成された筒状のコイル成形体を有し、鉄粉が混入された鉄粉混入樹脂によって前記コイル成形体を封止しているリアクトルの製造方法であって、前記リアクトルは、軸芯部と、単一または複数のリング状コア部材と、を有し、前記リング状コア部材を、当該リング状コア部材の内周面の内側に前記軸芯部が挿入されるようにして前記軸芯部の外周面の外側に設け、前記コイル成形体を、当該コイル成形体の内周面の内側に前記リング状コア部材が挿入されるようにして前記リング状コア部材の外周面の外側に設け、前記コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部を前記リング状コア部材の軸方向の端面に当接させること、を特徴とする。
この態様によれば、コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部をリング状コア部材の軸方向の端面に当接させる。そのため、リング状コア部材とコイル成形体との軸方向の相対的な位置が決まる。したがって、リング状コア部材とコイル成形体との軸方向の相対的な位置を決めるための専用の部品を使用しなくてもよい。ゆえに、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。
本発明に係るリアクトルおよびリアクトルの製造方法によれば、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。
本実施形態に係るリアクトルを含む駆動制御システムの構造の一例を概略的に示す図である。 図1中、PCUの主要部を示す回路図である。 実施例1と実施例2のリアクトルの外観斜視図である。 図3に示す実施例1のリアクトルのA−A断面図である。 実施例1のリアクトルを構成する各部品をケースに組み込む様子を示す図である。 実施例1のリアクトルを構成する各部品をケースに組み込んだ後であって鉄粉混入樹脂を充填する前の様子を示す図である。 圧粉コア部材の数とギャップ板の数とを変えた例を示す図である。 図3に示す実施例2のリアクトルのA−A断面図である。 実施例2のリアクトルを構成する各部品をケースに組み込む様子を示す図である。 実施例2のリアクトルにおいて圧粉コア部材を2個備える場合を示す図である。 実施例3のリアクトルの斜視図であり、一部が断面図である。 実施例3のリアクトルを構成するコイル成形体の斜視図であり、一部が断面図である。
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態に係るリアクトルは、ハイブリッド自動車の駆動制御システムにおいて、バッテリの電圧値から、モータジェネレータに印加する電圧値まで昇圧させる目的で搭載されている。
そこで、はじめに駆動制御システムの構成について説明した後、実施形態に係るリアクトルについて説明する。
まず、駆動制御システムについて、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係るリアクトルを含む駆動制御システムの構造の一例を概略的に示す図である。図2は、図1中、PCUの主要部を示す回路図である。
駆動制御システム1は、図1に示すように、PCU10(Power Control Unit)と、モータジェネレータ12と、バッテリ14と、端子台16と、ハウジング18と、減速機構20と、ディファレンシャル機構22と、ドライブシャフト受け部24等とから構成されている。
PCU10は、図2に示すように、コンバータ46と、インバータ48と、制御装置50と、コンデンサC1,C2と、出力ライン52U,52V,52Wとを含む。
コンバータ46は、バッテリ14とインバータ48との間に接続され、インバータ48と電気的に並列に接続されている。インバータ48は、出力ライン52U,52V,52Wを介してモータジェネレータ12と接続されている。
バッテリ14は、例えば、ニッケル水素、リチウムイオン電池等の二次電池であり、直流電流をコンバータ46に供給すると共に、コンバータ46から流れる直流電流によって充電される。
コンバータ46は、パワートランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、後に詳述するリアクトル101とからなる。パワートランジスタQ1,Q2は、電源ラインPL2,PL3間に直列に接続され、制御装置50の制御信号をベースに供給する。ダイオードD1,D2は、それぞれパワートランジスタQ1,Q2のエミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるよう、パワートランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間に接続されている。
リアクトル101は、その一端を、バッテリ14の正極と接続する電源ラインPL1に接続し、パワートランジスタQ1,Q2の接続点に他端を接続して配置されている。
コンバータ46は、リアクトル101によりバッテリ14の直流電圧を昇圧し、昇圧後の電圧で直流電圧を電源ラインPL2に供給する。また、コンバータ46は、インバータ48から受ける直流電圧を降圧してバッテリ14に充電する。
インバータ48は、U相アーム54U、V相アーム54V及びW相アーム54Wからなる。各相アーム54U,54V,54Wは、電源ラインPL2,PL3間に並列に接続される。U相アーム54Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4からなり、V相アーム54Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6からなり、W相アーム54Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8からなる。ダイオードD3〜D8は、それぞれパワートランジスタQ3〜Q8のエミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるよう、パワートランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続されている。各相アーム54U,54V,54Wにおいて各パワートランジスタQ3〜Q8の接続点は、出力ライン52U,52V,52Wを介してモータジェネレータ12の各U相,V相,W相の反中性点側にそれぞれ接続されている。
このインバータ48は、制御装置50の制御信号に基づいて、電源ラインPL2に流れる直流電流を交流電流に変換してモータジェネレータ12に出力する。また、インバータ48は、モータジェネレータ12で発電された交流電流を整流して直流電流に変換し、変換した直流電流を電源ラインPL2に供給する。
コンデンサC1は、電源ラインPL1,PL3間に接続され、電源ラインPL1における電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサC2は、電源ラインPL2,PL3間に接続され、電源ラインPL2における電圧レベルを平滑化する。
制御装置50は、モータジェネレータ12の回転子の回転角度、モータトルク指令値、モータジェネレータ12のU相、V相及びW相における電流値、インバータ48の入力電圧に基づいて、モータジェネレータ12のU相、V相及びW相におけるコイル電圧を演算する。また、制御装置50は、その演算結果に基づいて、パワートランジスタQ3〜Q8をオン/オフするPWM(Pulse Width Modulation)を生成して、インバータ48へ出力する。
また、制御装置50は、インバータ48の入力電圧を最適にするため、パワートランジスタQ1,Q2のデューティ比を、上述したモータトルク指令値、及びモータ回転数に基づいて演算し、その演算結果に基づいて、パワートランジスタQ1,Q2のオン/オフを行うPWM信号を生成してコンバータ46へ出力する。
さらに、制御装置50は、モータジェネレータ12で発電された交流電流を直流電流に変換してバッテリ14に充電させるため、コンバータ46及びインバータ48においてパワートランジスタQ1〜Q8のスイッチング動作を制御する。
上記構成を有するPCU10では、コンバータ46は、制御装置50の制御信号に基づいて、バッテリ14の電圧を昇圧させ、昇圧後の電圧を電源ラインPL2に印加する。コンデンサC1は、電源ラインPL2にかかる電圧を平滑化し、インバータ48は、コンデンサC1により平滑化された直流電圧を、交流電圧に変換してモータジェネレータ12に出力する。
その一方で、インバータ48は、モータジェネレータ12の回生で発電された交流電圧を、直流電圧に変換して電源ラインPL2に出力する。コンデンサC2は、電源ラインPL2にかかる電圧を平滑化し、コンバータ46は、コンデンサC2により平滑化された直流電圧を降圧してバッテリ14に充電する。
〔実施例1〕
次に、本実施形態に係るリアクトルについて、説明する。
<リアクトルの構造の説明>
図3は、実施例1のリアクトル101の外観斜視図である。図4は、図3のA−A断面図である。図5は、本実施例のリアクトル101を構成する各部品をケース110に組み込む様子を示す図である。なお、以下の説明において、「径方向」とは図4におけるX方向を意味し、「軸方向」とは図4におけるY方向を意味するものとする。
後述する実施例2のリアクトル102の外観は、図3に示すように、本実施例のリアクトル101の外観と同じである。図3と図4とに示すように、本実施例のリアクトル101は、ケース110、圧粉コア部材112、ギャップ板114、コイル成形体118、樹脂コア120などを有する。
ケース110は、材質がアルミニウムであり、鋳造品である。ケース110は、円形状の底面部122と、この底面部122の縁から立ち上がるようにして設けられる側壁124とを備える開口した箱形状に形成されている。そして、底面部122の内面123における中央部分に、座部128を介して中実円筒状の軸芯部126が設けられている。このように、軸芯部126はケース110と一体に形成されており、軸芯部126の根元部分には座部128が設けられている。そして、座部128における軸芯部126が設けられる側の面である上面130の径は、軸芯部126の径よりも大きく形成されている。そして、図4に示すように、圧粉コア部材112Aの軸方向の下側(ケース110の底面部122側)の端面129が座部128に当接している。
圧粉コア部材112は、磁性粉末を高密度に加圧成形した圧粉磁心(HDMC)であり、円形のリング状に形成されている。圧粉コア部材112は、その内周面131の径方向の内側に、軸方向に貫通する貫通孔132を備えている。そして、圧粉コア部材112は、貫通孔132に軸芯部126が挿入されるようにして、軸芯部126の外周面133の径方向の外側に設けられている。また、圧粉コア部材112は、樹脂コア120を形成する鉄粉混入樹脂により封止されている。本実施例では、圧粉コア部材112が4つ設けられ、図中、圧粉コア部材112A〜Dと示している。そして、隣り合う圧粉コア部材112は、その間にギャップ板114が挟まれていることにより、軸方向に互いに所定の間隔を保つように設けられている。なお、圧粉コア部材112A〜Dは、本発明の「リング状コア部材」の一例である。
ギャップ板114は、非磁性素材により形成された板であり、円形のリング状に形成されている。ギャップ板114は、その内周面135の径方向の内側に、軸方向に貫通する貫通孔134が形成されている。ギャップ板114の材質としては、例えばアルミナセラミックスなどが考えられる。本実施例では、ギャップ板114が3つ設けられ、図中、ギャップ板114A,114B,114Cと示している。なお、ギャップ板114A〜Cの厚みを調整することにより、リアクトル101のインダクタンスを調整することができる。また、圧粉コア部材112の数とギャップ板114の数によって、リアクトル101のインダクタンスを調整することができる。
そして、ケース110と一体の軸芯部126が圧粉コア部材112A〜Dの貫通孔132とギャップ板114A〜Cの貫通孔134とに挿入されるように、圧粉コア部材112とギャップ板114とが軸芯部126の外周面133の径方向の外側において軸方向に交互に設けられている。具体的には、ケース110の底面部122側から、圧粉コア部材112A、ギャップ板114A、圧粉コア部材112B、ギャップ板114B、圧粉コア部材112C、ギャップ板114C、圧粉コア部材112Dの順に設けられている。なお、ケース110の底面部122に最も近い位置にある圧粉コア部材112Aは、座部128の上面130に配置されている。このように、ギャップ板114A〜Cを挟みながら複数の圧粉コア部材112A〜Dを積み重ねた筒状の中芯部136が、座部128の上面130に配置されている。
コイル成形体118は、円筒形状に形成されており、エッジワイズコイル152と樹脂膜154と渡り部155とを備えている。エッジワイズコイル152は、電極端子となる端部156と端部158とを除いて樹脂膜154により覆われている。これにより、エッジワイズコイル152は、端部156と端部158とを除いて外部と絶縁されている。なお、樹脂膜154を形成する樹脂としては、耐熱性が高い熱硬化性の樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂などが考えられる。なお、樹脂コア120を形成する鉄粉混入樹脂により、コイル成形体118を封止している。このようなコイル成形体118は、内周面148の径方向の内側に圧粉コア部材112A〜Dが挿入されるようにして、圧粉コア部材112A〜Dの外周面150の径方向の外側に設けられている。
渡り部155は、コイル成形体118の内周面148から径方向の内側に突出するように形成されている。そして、渡り部155は、コイル成形体118の軸方向の端部において当該端部を閉じるように形成されている。渡り部155は、樹脂膜154と一体に形成されており、樹脂膜154と同じく耐熱性が高い熱硬化性の樹脂(例えば、エポキシ樹脂など)により形成されている。なお、渡り部155は、本発明の「突出部」の一例である。
このように形成されたコイル成形体118は、圧粉コア部材112A〜Dの軸方向の端面144側から中芯部136を覆うように設けられている。そして、コイル成形体118の渡り部155の内側の面146は、中芯部136の最も上にある圧粉コア部材112Dの端面144に当接している。これにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。また、コイル成形体118の渡り部155の内側の面146における径は圧粉コア部材112A〜Dの径よりも大きく形成されており、コイル成形体118の内周面148における内径は圧粉コア部材112A〜Dの径よりも大きく形成されている。これにより、コイル成形体118の内周面148と中芯部136の圧粉コア部材112A〜Dの外周面150との間には隙間が設けられ、この隙間に鉄粉混入樹脂が充填されている。
コイル成形体118は、内周面148の径方向の内側に圧粉コア部材112A〜Dが挿入されるようにして、圧粉コア部材112A〜Dの外周面150の径方向の外側に設けられている。これにより、ケース110の内部に鉄粉混入樹脂を充填する前において、圧粉コア部材112A〜Dとコイル成形体118との径方向の相対的な位置を、圧粉コア部材112A〜Dの外周面150とコイル成形体118の内周面148との間に設けられた隙間の大きさの範囲内で調整することができる。そのため、コイル成形体118と圧粉コア部材112A〜Dとを同軸に配置するように調整しやすくなる。ここで、コイル成形体118と圧粉コア部材112A〜Dとを同軸に配置するとは、コイル成形体118の中心軸と圧粉コア部材112A〜Dとの中心軸とを同じ位置に配置することをいう。
樹脂コア120は、ケース110内に充填された鉄粉混入樹脂が硬化して形成されたものであり、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118とを封止している。そして、樹脂コア120は、コイル成形体118の内周面148と圧粉コア部材112A〜Dの外周面150との間に設けられた隙間にも形成されている。なお、鉄粉混入樹脂としては、耐熱性が高い熱硬化性を有し、かつ熱伝導性の高い樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂に鉄粉を混入させたものなどが考えられる。
本実施例のリアクトル101によれば、ケース110の内部に鉄粉混入樹脂を充填させて形成された樹脂コア120とともに、中芯部136にて高い透磁率を有する圧粉コア部材112A〜Dを備える。そのため、本実施例のリアクトル101は、外形設計の自由度が高い樹脂コア120の特徴を維持しながら、磁気特性が向上するので、樹脂コア120の体積が小さくても大きなインダクタンスを得ることができる。したがって、本実施例のリアクトル101は、その外形を小さくすることができる。
また、非磁性のギャップ板114が隣り合う圧粉コア部材112の間に設けられているので、隣り合う圧粉コア部材112同士の間隔を保つことができる。そのため、コイルに大電流が印加された際の磁束密度の飽和を抑止することができるので、磁気性能が向上する。
また、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cの厚みや数を調整することによりインダクタンスを容易に調整できるので、使用電流範囲内でインダクタンスがほぼ一定の値(フラット)となるような直流重畳特性を安定して得ることができ、リアクトル101の性能が向上する。
また、コイル成形体118の渡り部155は、中芯部136の最も上にある圧粉コア部材112Dの端面144に当接している。これにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。そのため、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置を決めるための専用の部品を使用しなくてもよい。したがって、部品点数を削減して製造コストの低減を図ることができる。また、部品の組み付け性の向上を図ることができる。
また、軸芯部126はケース110と一体に形成されているので、圧粉コア部材112A〜Dやコイル成形体118とケース110との径方向の相対的な位置を調整することができる。
なお、渡り部155をコイル成形体118の軸方向における下側(ケース110の底面部122側)の端部に形成する例も考えられる。この例においては、渡り部155に軸芯部126が挿入できる貫通孔を設けておき、渡り部155の貫通孔に軸芯部126を挿入して、渡り部155を座部128に配置する。そして、渡り部155の上に圧粉コア部材112Aを配置して、さらに、その上に圧粉コア部材112B,Cやギャップ板114A〜Cを配置する。この例によれば、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118の軸方向の相対的な位置が決まる。
また、堅牢な樹脂コア120で圧粉コア部材112A〜Dを完全に封止しているため、圧粉コア部材112A〜Dの防錆や割れ防止を図ることができる。
また、圧粉コア部材112A〜Dの貫通孔132やギャップ板114A〜Cの貫通孔134に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとを軸芯部126の外周面133の径方向の外側に配置することにより、容易に中芯部136を形成できる。そのため、リアクトル101の生産性が向上する。
また、本実施例のリアクトル101は、樹脂コア120の体積を圧粉コア部材112A〜Dの体積分減らすことができるので、樹脂コア120を形成する鉄粉混入樹脂の充填時間と硬化時間とを短縮することができる。また、鉄粉混入樹脂の使用量を減らすことができるので、材料費を減らすことができる。そのため、製造コストを低減させることができる。
また、軸芯部126を、その上面(図4における上側の面)が塞がれた状態で中空とする例も考えられる。この例によれば、軸芯部126の中空部分に冷却用の流体を流すことができるので、冷却性能が向上する。
また、渡り部155に軸芯部126が挿入できる貫通孔を設け、かつ、軸芯部126の上端(図4における上側の端部)をケース110の上端(図4における上側の端部)以上まで設け、さらに、軸芯部126に軸方向に貫通する貫通孔を設ける例も考えられる。この例によれば、軸芯部126の貫通孔に冷却用の流体を流すことができるので、冷却性能が向上する。
<リアクトルの製造方法の説明>
前記のように、図5は、本実施例のリアクトル101を構成する各部品をケース110に組み込む様子を示す図である。図6は、本実施例のリアクトル101を構成する各部品をケース110に組み込んだ後であって鉄粉混入樹脂を充填する前の様子を示す図である。
本実施例のリアクトル101は、以下のように製造される。まず、図5に示すように、圧粉コア部材112A〜Dの貫通孔132やギャップ板114A〜Cの貫通孔134にケース110と一体の軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとを交互に配置する。具体的には、ケース110の底面部122側から、圧粉コア部材112A、ギャップ板114A、圧粉コア部材112B、ギャップ板114B、圧粉コア部材112C、ギャップ板114C、圧粉コア部材112Dの順に配置する。
これにより、ギャップ板114A〜Cを挟みながら複数の圧粉コア部材112A〜Dを積み重ねた筒状の中芯部136を形成する。
このとき、中芯部136を座部128の上面130に配置する。詳しくは、中芯部136を構成する圧粉コア部材112A〜Dのうちケース110の底面部122に最も近くに配置される圧粉コア部材112Aを座部128の上面130に配置して、座部128の上面130に圧粉コア部材112Aの端面144を当接させる。なお、ケース110の底面部122に最も近くに配置される圧粉コア部材112Aの内周面131の内径は、座部128の上面130の外径よりも小さく形成しておく。これにより、確実に、圧粉コア部材112Aを座部128の上面130に配置することができる。
このように中芯部136を構成する圧粉コア部材112A〜Dのうちケース110の底面部122に最も近くに配置される圧粉コア部材112Aを座部128の上面130に配置することにより、中芯部136を構成する圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとの軸方向の位置が決まる。また、ケース110と圧粉コア部材112A〜Dとの径方向の相対的な位置を、軸芯部126の外周面133と圧粉コア部材112A〜Dの内周面131との間の隙間の大きさの範囲内で調整することができる。また、ケース110とギャップ板114A〜Cとの径方向の相対的な位置を、軸芯部126の外周面133とギャップ板114A〜Cの内周面135との間の隙間の大きさの範囲内で調整することができる。このように、ケース110と一体の軸芯部126や座部128を利用することにより、部品点数を増やすことなく、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとを所定の位置に配置することができる。
次に、図5に示すように、コイル成形体118の内周面148と圧粉コア部材112A〜Dの外周面150との間に隙間を設けながら、コイル成形体118の内周面148の径方向の内側に中芯部136を挿入するようにして、中芯部136にコイル成形体118を被せる。このとき、コイル成形体118の渡り部155を中芯部136の最も上にある圧粉コア部材112Dの端面144に当接させる。これにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。
また、圧粉コア部材112A〜Dとコイル成形体118との径方向の相対的な位置を、圧粉コア部材112A〜Dの外周面150とコイル成形体118の内周面148との間に設けられた隙間の大きさの範囲内で調整することができる。
次に、ケース110の内部に溶融状態の鉄粉混入樹脂を充填し、ケース110を不図示の加熱炉に設置して、所定の温度にて所定の時間加熱することにより、鉄粉混入樹脂を固化させて樹脂コア120を形成する。これにより、中芯部136とコイル成形体118とが樹脂コア120により封止される。
以上により、リアクトル101が製造される。
本実施例のリアクトル101の製造方法によれば、コイル成形体118の渡り部155を圧粉コア部材112Dの軸方向の端面144に当接させるので、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。そのため、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置を決めるための専用の部品を使用しなくてもよい。したがって、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。
また、コイル成形体118の内周面148から径方向の内側に突出する渡り部155を圧粉コア部材112Dの端面144に当接させるので、コイル成形体118の自重が圧粉コア部材112A〜Dに作用する。したがって、ケース110に鉄粉混入樹脂を充填して当該鉄粉混入樹脂が硬化するまでの間において、圧粉コア部材112A〜Dが浮き上がったり、移動したりすることを防止することができる。ゆえに、リアクトル101の生産性が向上する。
また、ケース110の内部に各部品を配置した後に充填する溶融状態の鉄粉混入樹脂は、各部品の接着剤としての役割も兼ねるので、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとを接着材で接着する工程を省略することができる。
なお、圧粉コア部材112の数とギャップ板114の数は特に限定されるものではなく、図7に示すように、圧粉コア部材112を2個、ギャップ板114を1個設けた実施例も考えられる。
また、渡り部155に開口部を形成した例も考えられる。これにより、開口部から溶融状態の鉄粉混入樹脂が流れ込むので、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとの接着を確実に行うことができる。
また、ギャップ板114A〜Cの軸方向の端面159に、内周面135の位置と外周面157の位置との間にわたって放射状に形成された溝を形成した例も考えられる。これにより、溝を介して圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとの間に流れ込んだ鉄粉混入樹脂を固化させることにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとをより確実に接着させることができる。
〔実施例2〕
実施例2のリアクトル102の外観は、前記の図3に示すように、実施例1の外観と同じである。図8は、図3に示す実施例2のリアクトル102のA−A断面図である。また、図9は、実施例2のリアクトル102を構成する各部品をケース110に組み込む様子を示す図である。なお、以下の説明において、「径方向」とは図8におけるX方向を意味し、「軸方向」とは図8におけるY方向を意味するものとする。また、以下の説明では、実施例1と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。
<リアクトルの構造の説明>
実施例2のリアクトル102は、実施例1のリアクトル101と異なる点として、コイル成形体118は渡り部155を備えないが、コイル成形体118の軸方向についての中央部分に仕切り部162を備えている。仕切り部162は、内周面148から径方向の内側に突出するように形成され、円環状に形成されている。仕切り部162の内周側には、コイル成形体118の軸方向に貫通した貫通孔164が形成されている。そして、ケース110の底面部122側から数えて2番目に設けられた圧粉コア部材112Bの端面144に、仕切り部162を配置している。このように、仕切り部162は隣り合う圧粉コア部材112Bと圧粉コア部材112Cとの間に設けられている。なお、仕切り部162は、本発明の「突出部」の一例である。
実施例2のリアクトル102によれば、仕切り部162の厚みを調整することにより、インダクタンスを調整することができる。このように、コイル成形体118の仕切り部162は、ギャップ板114と同じ役割を備えている。そのため、ギャップ板114を一枚減らすことができ、部品点数の削減を図ることができ、製造コストを低減することができる。特に、図10に示すような圧粉コア部材112を2個備える実施例においては、ギャップ板114を廃止することができる。
<リアクトルの製造方法の説明>
本実施例のリアクトル102は、以下のように製造される。まず、圧粉コア部材112Aの貫通孔132に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112Aを軸芯部126の座部128に配置する。
次に、ギャップ板114Aの貫通孔134に軸芯部126を挿入しながら、ギャップ板114Aを圧粉コア部材112Aの上に配置する。
次に、圧粉コア部材112Bの貫通孔132に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112Bをギャップ板114Aの上に配置する。
次に、仕切り部162の貫通孔164に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112Bの上に仕切り部162を配置して、仕切り部162を圧粉コア部材112Bの端面144に当接させる。
次に、圧粉コア部材112Cの貫通孔132に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112Cを仕切り部162の上に配置する。
次に、ギャップ板114Bの貫通孔134に軸芯部126を挿入しながら、ギャップ板114Bを圧粉コア部材112Cの上に配置する。
次に、圧粉コア部材112Dの貫通孔132に軸芯部126を挿入しながら、圧粉コア部材112Dをギャップ板114Bの上に配置する。
このようにして、ギャップ板114A,Bと仕切り部162とを挟みながら複数の圧粉コア部材112A〜Dを積み重ねる。なお、コイル成形体118の内周面148と圧粉コア部材112A〜Dの外周面150との間に、隙間を設けておく。
次に、ケース110の内部に溶融状態の鉄粉混入樹脂を充填し、ケース110を不図示の加熱炉に設置して、所定の温度にて所定の時間加熱することにより、鉄粉混入樹脂を固化させて樹脂コア120が形成される。これにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A,Bとコイル成形体118とが樹脂コア120により封止される。以上により、リアクトル102が製造される。
本実施例のリアクトル102の製造方法によれば、コイル成形体118の仕切り部162を圧粉コア部材112Bの端面144に当接させるので、圧粉コア部材112A,112Bとギャップ板114Aとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。また、圧粉コア部材112Cを仕切り部162の上に配置して、さらに、ギャップ板114Bを圧粉コア部材112Cの上に配置し、圧粉コア部材112Dをギャップ板114Bの上に配置するので、圧粉コア部材112C,Dとギャップ板114Bとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置が決まる。そのため、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A,Bとコイル成形体118との軸方向の相対的な位置を決めるための専用の部品を使用しなくてもよい。したがって、部品点数を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。
また、コイル成形体118の仕切り部162を圧粉コア部材112Bの端面144に当接させるので、コイル成形体118の自重が圧粉コア部材112A,Bに作用する。したがって、ケース110に鉄粉混入樹脂を充填して当該鉄粉混入樹脂が硬化するまでの間において、圧粉コア部材112A,Bが浮き上がったり、移動したりすることを防止することができる。ゆえに、リアクトル102の生産性が向上する。
なお、圧粉コア部材112C,Dは、ケース110に鉄粉混入樹脂を充填して当該鉄粉混入樹脂が硬化するまでの間において、治具で固定しておくことが望ましい。
また、コイル成形体118の仕切り部162を圧粉コア部材112Bと圧粉コア部材112Cとの間に設けている。これにより、圧粉コア部材112Bと圧粉コア部材112Cとが間隔を保って、コイルに大電流が印加された際の磁束密度の飽和を抑止することができるので、磁気性能が向上する。このように、仕切り部162がギャップ板114と同様な作用を発揮するので、ギャップ板114を1枚省略できる。したがって、部品点数を削減できるので、製造コストの低減を図ることができる。また、部品の組み付け性が向上する。
なお、図8においては、ケース110の底面部122側から数えて2番目に設けられた圧粉コア部材112Bの上に仕切り部162を配置する例を挙げたが、これに限定されず、ケース110の底面部122から数えて1番目に設けられた圧粉コア部材112Aの上に仕切り部162を配置する例、または、ケース110の底面部122から数えて3番目に設けられた圧粉コア部材112Cの上に仕切り部162を配置する例も考えられる。
〔実施例3〕
図11は、実施例3のリアクトル103の斜視図であり、一部を断面図として表している。また、図12は、コイル成形体118の斜視図であり、一部を断面図として表している。なお、以下の説明において、「径方向」とは図11,12におけるX方向を意味し、「軸方向」とは図11,12におけるY方向を意味するものとする。また、以下の説明では、実施例2と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。
実施例3のリアクトル103は、実施例2のリアクトル102と異なる点として、ケース110を備えていない。また、ケース110と一体の軸芯部126を備えていないが、図11と図12に示すように、軸芯部166がコイル成形体118の仕切り部162と一体に形成されている。具体的には、軸芯部166は、コイル成形体118の仕切り部162の内周面168から軸方向に形成されている。この軸芯部166は、中空円筒状に形成されている。
実施例3のリアクトル103によれば、軸芯部166は中空であるので、冷却用の流体(例えば、ATFなど)を軸芯部166の内部に流すことができる。そのため、コイル成形体118のエッジワイズコイル152で発生した熱は、仕切り部162を介して軸芯部166まで伝達した後、冷却用の流体に吸収されて外部に排出される。このようにして、リアクトル103の冷却を行うことができる。
また、軸芯部166は仕切り部162と一体に形成されているので、ケース110のような軸芯部126を備える部品が不要となり、製造コストを低減することができる。また、軸芯部166とコイル成形体118との軸方向および径方向の相対的な位置が決まる。
なお、軸芯部166を中実に形成してもよい。
<リアクトルの製造方法の説明>
本実施例のリアクトル103は、以下のように製造される。まず、鉄粉混入樹脂で作られたリング状の樹脂部材170を用意する。そして、不図示の金型の内部に形成された支柱(以下、金型の支柱という)を樹脂部材170の貫通孔172に挿入するようにして、金型の底面に樹脂部材170を配置する。
次に、圧粉コア部材112Aの貫通孔132に金型の支柱を挿入しながら、圧粉コア部材112Aを樹脂部材170の上に配置する。
次に、ギャップ板114Aの貫通孔134に金型の支柱を挿入しながら、ギャップ板114Aを圧粉コア部材112Aの上に配置する。
次に、圧粉コア部材112Bの貫通孔132に金型の支柱を挿入しながら、圧粉コア部材112Bをギャップ板114Aの上に配置する。
次に、コイル成形体118の軸芯部166における内周面174の径方向の内側に設けられた中空部分に金型の支柱を挿入しながら、かつ、圧粉コア部材112A,Bの貫通孔132とギャップ板114Aの貫通孔134とにコイル成形体118の軸芯部166を挿入しながら、コイル成形体118の仕切り部162を圧粉コア部材112Bの端面144に配置する。このようにして、仕切り部162を圧粉コア部材112Bの端面144に当接させる。
次に、圧粉コア部材112Cの貫通孔132に軸芯部166を挿入しながら、圧粉コア部材112Cを仕切り部162の上に配置する。
次に、ギャップ板114Bの貫通孔134に軸芯部166を挿入しながら、ギャップ板114Bを圧粉コア部材112Cの上に配置する。
次に、圧粉コア部材112Dの貫通孔132に軸芯部166を挿入しながら、圧粉コア部材112Dをギャップ板114Bの上に配置する。
次に、金型の内部に溶融状態の鉄粉混入樹脂を充填し、金型を不図示の加熱炉に設置して、所定の温度にて所定の時間加熱することにより、鉄粉混入樹脂を固化させて樹脂コア120を形成する。これにより、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A,Bとコイル成形体118とが樹脂コア120により封止される。その後、金型からリアクトル103を取り外す。以上により、リアクトル103が製造される。
本実施例のリアクトル103の製造方法によれば、金型の底面に樹脂部材170を配置して、この樹脂部材170の上に圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A,Bとコイル成形体118の仕切り部162とを配置するので、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A,Bとコイル成形体118の軸方向の位置が決まる。
なお、仕切り部162をコイル成形体118の軸方向の端部(図12における下側の端部)に形成しておき、金型の底面に仕切り部162を配置して、仕切り部162の上に樹脂部材170を配置して、この樹脂部材170の上に圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとを配置する例も考えられる。この例によれば、圧粉コア部材112A〜Dとギャップ板114A〜Cとコイル成形体118の軸方向の位置が決まる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
上記の実施例では圧粉コア部材112が複数設けられた例を挙げたが、圧粉コア部材112が1つのみ設けれたリアクトルにも適用ができる。
1 駆動制御システム
10 PCU
12 モータジェネレータ
14 バッテリ
101 リアクトル
102 リアクトル
103 リアクトル
110 ケース
112 圧粉コア部材
114 ギャップ板
118 コイル成形体
120 樹脂コア
126 軸芯部
132 貫通孔
134 貫通孔
136 中芯部
148 内周面
155 渡り部
162 仕切り部
164 貫通孔
166 軸芯部
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ
Q1〜Q8 パワートランジスタ
D1〜D8 ダイオード
PL1〜PL3 電源ライン

Claims (8)

  1. コイルが樹脂で覆われるようにして形成された筒状のコイル成形体を有し、鉄粉が混入された鉄粉混入樹脂によって前記コイル成形体を封止しているリアクトルであって、
    軸芯部と、
    単一または複数のリング状コア部材と、を有し、
    前記リング状コア部材は、当該リング状コア部材の内周面の内側に前記軸芯部が挿入されるようにして前記軸芯部の外周面の外側に設けられており、
    前記コイル成形体は、当該コイル成形体の内周面の内側に前記リング状コア部材が挿入されるようにして前記リング状コア部材の外周面の外側に設けられており、
    前記コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部が前記リング状コア部材の軸方向の端面に当接していること、
    を特徴とするリアクトル。
  2. 請求項1に記載するリアクトルであって、
    非磁性のリング状のギャップ板を有し、
    前記ギャップ板は、前記複数のリング状コア部材における隣り合う前記リング状コア部材の間に設けられていること、
    を特徴とするリアクトル。
  3. 請求項1または2に記載するリアクトルであって、
    前記突出部は、前記複数のリング状コア部材における隣り合う前記リング状コア部材の間に設けられていること、
    を特徴とするリアクトル。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載するリアクトルであって、
    端面部と前記端面部の縁から立ち上がるようにして設けられる側壁とを備える開口したケースを有し、
    前記軸芯部は、前記端面部の内面にて前記ケースと一体に形成されていること、
    を特徴とするリアクトル。
  5. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載するリアクトルであって、
    前記軸芯部は、前記突出部と一体に形成されていること、
    を特徴とするリアクトル。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1つに記載するリアクトルであって、
    前記突出部は、前記コイル成形体の軸方向の端部に形成されていること、
    を特徴とするリアクトル。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1つに記載するリアクトルであって、
    前記軸芯部は、中空であること、
    を特徴とするリアクトル。
  8. コイルが樹脂で覆われるようにして形成された筒状のコイル成形体を有し、鉄粉が混入された鉄粉混入樹脂によって前記コイル成形体を封止しているリアクトルの製造方法であって、
    前記リアクトルは、軸芯部と、単一または複数のリング状コア部材と、を有し、
    前記リング状コア部材を、当該リング状コア部材の内周面の内側に前記軸芯部が挿入されるようにして前記軸芯部の外周面の外側に設け、
    前記コイル成形体を、当該コイル成形体の内周面の内側に前記リング状コア部材が挿入されるようにして前記リング状コア部材の外周面の外側に設け、
    前記コイル成形体の内周面から内側に突出する突出部を前記リング状コア部材の軸方向の端面に当接させること、
    を特徴とするリアクトルの製造方法。
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