JP5402850B2 - リアクトル - Google Patents

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本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。
従来から、車両用のインバータ、DC−DCコンバータ等の電力変換装置等に用いられるリアクトルが知られている。
リアクトルとしては、例えば、図14、図15に示すごとく、通電により磁束Mを発生するコイル92と、絶縁樹脂931に磁性粉末932を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル92を内部に埋設してなるコア93とを備えたリアクトル91がある(特許文献1参照)。
図15に示すごとく、リアクトル91は、絶縁樹脂931に磁性粉末932を適度に分散させてコア93を構成している。このような構成とすることにより、分散した磁性粉末932間に磁気飽和を防止するための微小なギャップ940を形成している。そして、コア93における磁性粉末932の体積率(充填率)を変更することにより、磁性粉末932間のギャップ940の大きさを調整し、これによってコア93全体の磁気抵抗を調整している。
特開2008−198981号公報
しかしながら、図15に示すごとく、分散した磁性粉末932間に形成された微小なギャップ940は、すべてが有効なギャップとして機能しているわけではない。すなわち、磁束Mの方向に平行な方向のギャップ940aは、磁気回路として有効なギャップ(以下、有効ギャップという)であるが、磁束Mの方向に直交する方向のギャップ940bは、磁気回路として無効なギャップ(以下、無効ギャップという)である。そして、このような無効ギャップ940bは、磁気特性にほとんど寄与しない余分なスペースと言える。
そこで、この余分なスペースである無効ギャップ940bを小さくする方法として、例えば、コア93における磁性粉末932の体積率(充填率)を高くする方法が挙げられる。これにより、磁性粉末932を密に分散させ、磁性粉末932間の距離を小さくすることができる。そして、無効ギャップ940bを小さくすることができ、リアクトル91の小型化を図ることができる。
ところが、この場合には、無効ギャップ940bを小さくすることができるものの、有効ギャップ940aも小さくなってしまう。そのため、小型化を図ることができるが、ギャップによる磁気飽和防止効果が低下してしまうという問題があった。
よって、従来は、ギャップによる磁気飽和防止効果が十分に得られるように、有効ギャップ940aの大きさをある程度確保していた。そのため、余分なスペースである無効ギャップ940bを小さくすることができず、リアクトル91の小型化を阻害していた。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、磁気特性を維持しながら小型化を図ることができるリアクトルを提供しようとするものである。
本発明は、通電により磁束を発生する筒状のコイルと、絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなると共に上記コイルを内部に埋設してなるコアとを有するリアクトルであって、
上記コアには、上記磁束の方向に所定の幅を有する非磁性のギャップ部が設けられており、
該ギャップ部は、上記コイルの外周側に配置されており、上記コイルの表面から該表面に対して垂直な方向に形成され、かつ、上記コイルの表面から少なくとも上記コアの外表面まで形成されていることを特徴とするリアクトルにある(請求項1)。
本発明のリアクトルにおいて、上記コアには、上記磁束の方向に所定の幅を有する非磁性のギャップ部が設けられている。すなわち、通電によって上記コイルの周りに発生する上記磁束の磁路となる上記コアには、上記絶縁樹脂中に分散した上記磁性粉末間に形成される微小なギャップに加えて、所定のまとまった大きな幅を有する上記ギャップ部が設けられている。そのため、該ギャップ部を設けた分だけ上記コアの磁気抵抗を大きくすることができ、磁気飽和防止効果を高めることができる。
そして、上記ギャップ部を設けた効果を利用することにより、上記リアクトルの磁気特性を維持しながら小型化を図ることができる。以下、その理由について説明する。
例えば、上記コアにおける上記磁性粉末の体積率(充填率)を高くすれば、上記磁性粉末が密に分散され、該磁性粉末間の距離が小さくなる。これにより、従来余分なスペースであった上記磁束の方向に直交する方向の無効ギャップを小さくすることができ、上記磁束の方向に直交する方向の小型化を図ることができる。
一方、上記磁性粉末間の距離を小さくすると、上記磁束の方向に直交する方向だけでなく、上記磁束の方向に平行な方向の小型化も図られる。すなわち、上記磁束の方向に直交する方向の無効ギャップだけでなく、上記磁束の方向に平行な方向の有効ギャップも小さくなる。しかしながら、本発明では、有効ギャップが小さくなったことによって磁気飽和防止効果が低下した分を上記ギャップ部によって補うことができる。これにより、ギャップによる磁気飽和防止効果を維持することができる。
よって、上記ギャップ部を設けた効果を利用すれば、上記リアクトルの磁気特性を維持しながら小型化を図ることができる。
このように、本発明は、磁気特性を維持しながら小型化を図ることができるリアクトルを提供しようとするものである。
実施例1における、リアクトルの構造を示す断面説明図。 実施例1における、コアの内部を示す拡大説明図。 実施例1における、成形型内にコイルを配置する工程を示す説明図。 実施例1における、成形型内に非磁性体板を配置する工程を示す説明図。 実施例1における、成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填する工程を示す説明図。 実施例1における、リアクトルの構造の別例を示す断面説明図。 実施例1における、リアクトルの構造の別例を示す断面説明図。 実施例1における、リアクトルの構造の別例を示す断面説明図。 実施例2における、リアクトルの構造を示す断面説明図。 実施例2における、成形型内にコイルを配置する工程を示す説明図。 実施例2における、成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填する工程を示す説明図。 実施例2における、リアクトルの構造の別例を示す断面説明図。 実施例2における、リアクトルの構造の別例を示す断面説明図。 従来における、リアクトルの構造を示す断面説明図。 従来における、コアの内部を示す拡大説明図。
本発明において、上記リアクトルは、例えば、車両用のインバータ、DC−DCコンバータ等の電力変換装置等に用いることができる。
また、上記コアを構成する上記磁性粉末混合樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂に鉄粉等の磁性粉末を混合して分散させたものを用いることができる。
また、上記ギャップ部は、上記コアに1又は複数設けることができる。上記ギャップ部の個数や配設位置等は、自由に設定することができる。
また、上記ギャップ部の幅は、上記リアクトルが所望の磁気特性となるように、具体的には上記コア全体の磁気抵抗が所望の磁気抵抗となるように、自由に設定することができる。
また、上述したように、上記リアクトルの小型化を図る方法として、上記コアにおける上記磁性粉末の体積率(充填率)を高くする方法がある。例えば、上記コアにおける上記磁性粉末の体積率は、60〜90体積%であることが好ましい。
この場合には、上記磁性粉末間の距離を小さくすることができ、上記リアクトルの小型化を十分に図ることができる。
一方、上記コアにおける上記磁性粉末の体積率が60体積%未満の場合には、上記磁性粉末間の距離を小さくし、上記リアクトルの小型化を十分に図ることができないおそれがある。
また、上記コアにおける上記磁性粉末の体積率が90体積%を超える場合には、上記磁性粉末の割合が高すぎて上記磁性粉末混合樹脂の流動性が低下し、上記コアの成形が困難になる等、製造上の問題が生じるおそれがある。
また、上記ギャップ部は、非磁性体材料からなることが好ましい(請求項2)。
この場合には、非磁性の上記ギャップ部を容易に形成することができる。また、上記非磁性体材料として加工、成形等が容易な材料を用いることにより、所望の形状の上記ギャップ部を容易に得ることができる。
なお、上記非磁性体材料としては、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)等を用いることができる。
また、上記ギャップ部は、上記磁束の方向に所定の幅を有する空間であるエアギャップであることが好ましい(請求項3)。
この場合には、非磁性の上記ギャップ部を容易に形成することができる。また、上記ギャップ部を空間によって形成するため、該ギャップ部を構成する材料や部品が必要ない。これにより、材料や部品の削減を図ることができる。
また、上記ギャップ部は、上記コイルの表面から該表面に対して垂直な方向に形成され、かつ、上記コイルの表面から少なくとも上記コアの外表面まで形成されている。
これにより、上記磁束が上記コイルの表面に対して平行な方向に形成されることから、上記磁束の方向に所定の幅を有する上記ギャップ部を容易に設けることができる。また、上記ギャップ部が上記コイルの表面から上記コアを貫通するように形成されるため、上記ギャップ部を設けることが製造上容易となる。特に、上記ギャップ部をエアギャップとした場合には、上記コアの外表面に開口する形状となるため、エアギャップ(空間)よりなる上記ギャップ部を容易に形成することができる。
(実施例1)
本発明の実施例にかかるリアクトルについて、図を用いて説明する。
本例のリアクトル1は、図1、図2に示すごとく、通電により磁束Mを発生する筒状のコイル2と、絶縁樹脂31に磁性粉末32を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル2を内部に埋設してなるコア3とを有する。コア3には、磁束Mの方向に所定の幅Wを有する非磁性のギャップ部41が設けられている。
以下、これを詳説する。
図1に示すごとく、リアクトル1は、例えば、車両用のインバータ、DC−DCコンバータ等の電力変換装置等に用いられるものである。
リアクトル1は、通電により磁束Mを発生するコイル2と、コイル2への通電により発生した磁束Mの磁路を構成するコア3と、コア3に設けられた非磁性のギャップ部41とを有する。
図1に示すごとく、コイル2は、導体線としての銅線を螺旋状に巻回して円筒状に形成されている。コイル2は、コア3の内部に埋設されている。
図1、図2に示すごとく、コア3は、絶縁樹脂31としてのエポキシ樹脂に磁性粉末32としての鉄粉を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなる。コア3は、コイル2の周りを全体的に覆うように形成されている。
図1に示すごとく、ギャップ部41は、非磁性材料である液晶ポリマー(LCP)からなる非磁性体板410により構成されている。ギャップ部41は、コイル2の外周側において全周にわたって円環板状に形成されている。具体的には、ギャップ部41は、コイル2の外周面202から外側に突出するように、その外周面202に対して垂直な方向に形成されている。また、ギャップ部41は、コイル2の外周面202からコア3の外周面302まで形成されている。また、ギャップ部41は、磁束Mの方向に所定の幅Wを有する。
同図に示すごとく、コイル2への通電を行った場合には、コイル2の周りに磁束Mが発生する。そして、磁束Mは、コア3の内部を通過するように形成される。このとき、磁束Mは、ギャップ部41に対して垂直に交わるように形成される。すなわち、磁束Mは、ギャップ部41内をギャップ部41の幅方向に通過する。
次に、本例のリアクトル1の製造方法について簡単に説明する。
本例のリアクトル1を製造するに当たっては、図3に示すごとく、コア成形用の成形型5内の所定の位置に、治具等を用いてコイル2を配置する。
次いで、図4に示すごとく、成形型5内のコイル2の外周側、具体的にはコイル2の外周面202と成形型5の内周面501との間に、最終的にギャップ部41となる円環板状の非磁性体板410を配置する。
次いで、図5に示すごとく、成形型5内に液状の磁性粉末混合樹脂30を充填し、コイル2及び非磁性体板410を磁性粉末混合樹脂30内に埋設させる。このとき、液状の磁性粉末混合樹脂30が成形型5内に容易に充填されるように、非磁性体板410に磁性粉末混合樹脂30を通過させるための貫通孔を設けておいてもよい。
次いで、同図に示すごとく、磁性粉末混合樹脂30を熱処理により硬化させ、コア3を成形する。その後、コア3から成形型5を取り外す。
以上により、図1のリアクトル1を得る。
次に、本例のリアクトル1における作用効果について説明する。
本例のリアクトル1において、コア3には、磁束Mの方向に所定の幅Wを有する非磁性のギャップ部41が設けられている。すなわち、通電によってコイル2の周りに発生する磁束Mの磁路となるコア3には、絶縁樹脂31中に分散した磁性粉末32間に形成される微小なギャップ40(図2参照)に加えて、所定のまとまった大きな幅を有するギャップ部41が設けられている。そのため、ギャップ部41を設けた分だけコア3の磁気抵抗を大きくすることができ、磁気飽和防止効果を高めることができる。
そして、ギャップ部41を設けた効果を利用することにより、リアクトル1の磁気特性を維持しながら小型化を図ることができる。以下、その理由について説明する。
例えば、コア3における磁性粉末32の体積率(充填率)を高くすれば(図15の状態から図2の状態へ)、磁性粉末32が密に分散され、磁性粉末32間の距離が小さくなる。これにより、従来余分なスペースであった磁束Mの方向に直交する方向の無効ギャップ40b(図2参照)を小さくすることができ、磁束Mの方向に直交する方向の小型化を図ることができる。
一方、磁性粉末32間の距離を小さくすると、磁束Mの方向に直交する方向だけでなく、磁束Mの方向に平行な方向の小型化も図られる。すなわち、磁束Mの方向に直交する方向の無効ギャップ40bだけでなく、磁束Mの方向に平行な方向の有効ギャップ40a(図2参照)も小さくなる。しかしながら、本例では、有効ギャップ40aが小さくなったことによって磁気飽和防止効果が低下した分をギャップ部41によって補うことができる。これにより、ギャップによる磁気飽和防止効果を維持することができる。
よって、ギャップ部41を設けた効果を利用すれば、リアクトル1の磁気特性を維持しながら小型化を図ることができる。
また、本例では、ギャップ部41は、非磁性体材料である液晶ポリマー(LCP)からなる。そのため、非磁性のギャップ部41を容易に形成することができる。また、非磁性体材料である液晶ポリマー(LCP)は、加工、成形等が容易であるため、所望の形状のギャップ部41を容易に得ることができる。
また、ギャップ部41は、コイル2の表面(外周面202)からその表面(外周面202)に対して垂直な方向に形成され、かつ、コイル2の表面(外周面202)からコア3の外表面(外周面302)まで形成されている。磁束Mがコイル2の表面(外周面202)に対して平行な方向に形成されることから、磁束Mの方向に所定の幅Wを有するギャップ部41を容易に設けることができる。また、ギャップ部41がコイル2の表面(外周面202)からコア3を貫通するように形成されるため、ギャップ部41を設けることが製造上容易となる。
このように、本例によれば、磁気特性を維持しながら小型化を図ることができるリアクトル1を提供することができる。
(実施例2)
本例は、図9に示すごとく、ギャップ部41の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、ギャップ部41は、磁束Mの方向に所定の幅Wを有する空間であるエアギャップである。具体的には、ギャップ部41は、コイル2の外周面202からその外周面202に対して垂直な方向に形成され、コア3の外周面302に開口している。すなわち、コア3の外周面302からコイル2の外周面202まで内側に切り込まれたように凹溝状に形成されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
次に、本例のリアクトル1の製造方法について説明する。
本例のリアクトル1を製造するに当たっては、図10に示すごとく、複数の型枠51を組み合わせて構成されたコア成形用の成形型5を準備する。成形型5には、ギャップ部41を形成するためのギャップ形成部52が設けられている。ギャップ形成部52は、成形型5の内周面501からコイル2の外周面202まで内側に突出するように円環板状に形成されている。
次いで、同図に示すごとく、成形型5内の所定の位置に、治具等を用いてコイル2を配置する。具体的には、成形型5のギャップ形成部52の内側にコイル2を配置する。
次いで、図11に示すごとく、成形型5内に液状の磁性粉末混合樹脂30を充填し、コイル2を磁性粉末混合樹脂30内に埋設させる。
次いで、同図に示すごとく、磁性粉末混合樹脂30を熱処理により硬化させ、コア3を成形する。その後、コア3から成形型5を取り外す。そして、ギャップ形成部52があった部分にエアギャップ(空間)よりなるギャップ部41が形成される。
これにより、図9のリアクトル1を得る。
次に、本例のリアクトル1における作用効果について説明する。
本例のリアクトル1において、ギャップ部41は、磁束Mの方向に所定の幅Wを有する空間であるエアギャップである。そのため、非磁性のギャップ部41を容易に形成することができる。また、ギャップ部41を空間によって形成するため、ギャップ部41を構成する材料や部品が必要ない。これにより、材料や部品の削減を図ることができる。
また、ギャップ部41は、コイル2の表面(外周面202)からその表面(外周面202)に対して垂直な方向に形成され、コア3の外表面(外周面302)に開口している。このようにギャップ部41をコア3の外周面302に開口する形状とすることにより、エアギャップ(空間)よりなるギャップ部41を容易に形成することができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、図9に示すごとく、エアギャップ(空間)よりなるギャップ部41は、コア3の外周面302からコイル2の外周面202まで内側に切り込まれたように凹溝状に形成されているが、例えば、図12に示すごとく、ギャップ部41は、コア3の上面303からコイル2の上面203まで下方に切り込まれたように凹溝状に形成されていてもよいし、図13に示すごとく、コア3の下面304からコイル2の下面204まで上方に切り込まれたように凹溝状に形成されていてもよい。
1 リアクトル
2 コイル
3 コア
41 ギャップ部

Claims (3)

  1. 通電により磁束を発生する筒状のコイルと、絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなると共に上記コイルを内部に埋設してなるコアとを有するリアクトルであって、
    上記コアには、上記磁束の方向に所定の幅を有する非磁性のギャップ部が設けられており、
    該ギャップ部は、上記コイルの外周側に配置されており、上記コイルの表面から該表面に対して垂直な方向に形成され、かつ、上記コイルの表面から少なくとも上記コアの外表面まで形成されていることを特徴とするリアクトル。
  2. 請求項1に記載のリアクトルにおいて、上記ギャップ部は、非磁性体材料からなることを特徴とするリアクトル。
  3. 請求項1に記載のリアクトルにおいて、上記ギャップ部は、上記磁束の方向に所定の幅を有する空間であるエアギャップであることを特徴とするリアクトル。
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