JP5510905B2

JP5510905B2 - リアクトル、及びコンバータ

Info

Publication number: JP5510905B2
Application number: JP2013137830A
Authority: JP
Inventors: 肇川口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: JP2013191892A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの電動車両用DC‐DCコンバータなどに用いられるリアクトルに関する。特に、組立性に優れるリアクトルに関する。

ハイブリッド自動車などの電動車両には、直流電圧の昇降圧を行うDC‐DCコンバータが搭載されており、このコンバータの部品の一つにリアクトルがある。従来、リアクトルとしては、環状コアにコイルを配置した組合体をケース内に収納し、このケース内にポッティング樹脂を充填して封止した構造のものが代表的である（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載のリアクトルは、直線部（中間コア）と曲線部（端部コア）とを有するトラック形状のコア（環状コア）と、このコアの直線部に配置されるコイルと、コアとコイルとの組合体を収納する中ケースと、全体を収納するケースとを備えている。このリアクトルは、コアの直線部が内側ボビン（筒状ボビン）によって覆われており、内側ボビンの外側にコイルが巻回された状態となっている。また、このリアクトルは、コイルの両端が外側ボビン（枠状ボビン）によって挟まれており、コアの曲線部が外側ボビンの開口を貫通して露出された状態となっている。さらに、このリアクトルは、コイルへの通電によってリアクトルで発生した熱を放熱するため、ケースをヒートシンクの上に設置して使用される。

特開２００８‐２８２９０号公報

しかし、上記した従来のリアクトルでは、組立性が悪いという問題がある。

一般的に、従来のリアクトルでは、コアを構成する部品同士（中間コア及び端部コア）を環状に組み立てる際に、部品同士の位置関係を保持する保持治具が用いられている。そして、コアの組立時に、保持治具を用いてコア構成部品をそれぞれ所定の位置に配置し、部品同士を接着剤で接合して固定している。また、筒状ボビン及び枠状ボビンは、中間コア及び端部コアの位置が決定されることにより、コアに対して位置決めされている。

コア構成部品同士が接着剤を用いて固定されている従来のリアクトルでは、接着剤の塗布作業及び接着剤の硬化作業が必要であることから、組立作業に多くの時間を要する。また、従来のリアクトルでは、接着剤の厚み分を考慮してギャップ長を設計している。しかし、接着剤の厚みは接着剤の塗布量で大凡決まるため、適正量で塗布することが求められ熟練を要する。例えば、塗布量が適正量より少ないと、ギャップ長が短くなったり、塗布量が適正量より多いと、ギャップ材と隣接するコア片との間から接着剤がはみ出すなどの問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、組立性に優れるリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルは、並列に配置されて互いに接続される一対のコイル素子と、各コイル素子が配置される一対の中間コアと両中間コアの端部同士を連結する一対の端部コアとを有する環状コアと、コイル素子を保持するボビンとを備える。また、ボビンは、中間コアの外周を覆う筒状ボビンと、コイル素子の端面に当接する枠状ボビンとを有する。そして、筒状ボビンの端面とこの面に対向する枠状ボビンの一方の面とのそれぞれには、互いに嵌合し合う嵌合部が設けられている。また、枠状ボビンの他方の面には、端部コアを位置決めするための凹部又は凸部の少なくとも一方が形成されている。さらに、筒状ボビンと枠状ボビンとの嵌合により、中間コアと端部コアとの位置関係が保持されていることを特徴とする。

この構成によれば、筒状ボビンと枠状ボビンとの嵌合により、中間コアと端部コアとの位置関係が決定され、かつ、中間コアと端部コアとの位置関係が保持されるので、組立性に優れる。また、枠状ボビンに対して端部コアの位置決めを容易に行うことができるので、従来必要不可欠であった保持治具が不要となる。

本発明のより好ましい形態は、筒状ボビンの側面には、軸方向の一端側が開口し、他端側が閉塞されたスリットが形成されている構成である。

コアの組立時に、筒状ボビンの軸方向を上下方向にし、筒状ボビンに中間コアを挿入して配置することがある。その際、上記構成によれば、中間コアの側面を把持手段で把持したまま把持手段をスリットの開口側からスリット内に進入させることができるので、中間コアの挿入作業が行い易い。また、筒状ボビンの一端側から中間コアを落下させることなく、中間コアの側面を把持した状態を維持しながら中間コアを挿入することができるので、落下による中間コアの損傷を防止することができる。

本発明のより好ましい形態は、中間コアが、コア片とギャップ材から構成されており、コア片とギャップ材との位置関係が保持されている構成である。

上記構成とする場合、コア片とギャップ材の一方を複数としてもよい。例えば、コア片の両端部にそれぞれギャップ材を配置する構成や、２つのコア片の間にギャップ材を介在させる構成が挙げられる。後者の場合、中間コアと端部コアとの間にはギャップ材が介在しない。また、コア片とギャップ材の両方を複数としてもよい。例えば、２つのコア片を用いて、ギャップ材‐コア片‐ギャップ材‐コア片‐ギャップ材の順に配置する構成や、３つのコア片を用いて、コア片‐ギャップ材‐コア片‐ギャップ材‐コア片の順に配置する構成が挙げられる。複数のギャップ材を用いて中間コアを構成することで、個々のギャップ長を小さくし、各ギャップにおける漏れ磁束を少なくすることができる。

本発明のリアクトルは、筒状ボビンと枠状ボビンとの嵌合により、中間コアと端部コアとの位置関係が決定され、かつ、中間コアと端部コアとの位置関係が保持されるので、組立性に優れる。

実施の形態１に係るリアクトルの概略斜視図である。実施の形態１に係るリアクトルに備えるコイル素子を説明するための概略斜視図である。実施の形態１に係るリアクトルに備えるコアとボビンとを説明するための概略図であり、(A)はコアにボビンを装着した状態を示す斜視図であり、(B)はボビンを示す斜視図である。実施の形態１に係るリアクトルに備える筒状ボビンと枠状ボビンとを説明するための概略図であり、(A)は筒状ボビンの斜視図であり、(B)は枠状ボビンの斜視図である。実施の形態１に係るリアクトルの組立方法を説明するための概略斜視図である。実施の形態１に係るリアクトルの使用方法を説明するための概略図であり、(A)はリアクトルをケースに収納した状態を示す上面図であり、(B)はリアクトルをケースに収納する際に使用した板ばねの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。また、図中において同一部材には同一符号を付している。

（実施の形態１）
図１〜５を参照して、実施の形態１に係るリアクトルR1を説明する。リアクトルR1は、一対のコイル素子1と、各コイル素子1が配置される一対の中間コア2mと両中間コア2mの端部同士を連結する一対の端部コア2sとを有する環状コア2と、コイル素子1を保持するボビン3とを備える。また、ボビン3は、中間コア2mの外周を覆う筒状ボビン3mと、コイル素子1の端面に当接する枠状ボビン3sとを有する。以下、各構成をより詳しく説明する。

各コイル素子1は、平角巻線をエッジワイズ巻きすることで形成されている。また、両コイル素子1は、並列に配置されて互いに接続されており、ここでは、図２に示すように、両コイル素子1を1本の巻線で形成することで実現している。具体的には、コイル素子1の軸方向の一端側に巻線の始端1sと終端1eとが位置するように、コイル素子1の軸方向の他端側において巻線をU状に屈曲させて屈曲部1uを設けることで、両コイル素子1を一本の巻線で形成している。

環状コア2は、図３(A)、図５に示すように、各コイル素子が配置される一対の中間コア2mの端部同士を連結するように、両中間コア2mの端部にそれぞれ端部コア2sを配置することで、環状に構成されている。中間コア2mは、３つのコア片20と２つのギャップ材gとを順に配置して構成した直方体状のコア構成部品である（図５を参照）。一方、端部コア2sは、両中間コア2mのそれぞれの端面が接触して接続される面（以下、この面のことを「コア接続面」という）を有し、この面とは反対側の面（以下、この面のことを「背面」という）に向かうにつれて幅が狭まる断面台形状のコア構成部品である。

また、コア片20及び端部コア2sは、磁性材料からなり、例えば、ケイ素鋼板を積層した積層体や、鉄粉などの軟磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉成形体で構成することができる。ギャップ材gは、非磁性材料からなり、例えば、ガラスエポキシ樹脂やアルミナなどのセラミックスの板材、或いはシリコーンゴムなどのゴムの板材で構成することができる。シリコーンゴムなどの弾性材料でギャップ材を構成した場合、ギャップ材を両側から圧縮してギャップ長を調整することができ、ギャップ材にある程度の寸法誤差があっても、誤差を吸収することができる。

ボビン3は、図３の(A)及び(B)に示すように、筒状ボビン3mと枠状ボビン3sとが互いに嵌合することで構成されている。筒状ボビン3mの内周には中間コア2mが保持され、筒状ボビン3mの外周にはコイル素子が装着される。また、筒状ボビン3mは、図４(A)に示すように、角筒状であり、両端面の角部にそれぞれ嵌合凹部31が設けられている。さらに、筒状ボビン3mの側面には、軸方向の一端側が開口し、他端側が閉塞されたスリット35が形成されている。

一方、枠状ボビン3sは、図４(B)に示すように、筒状ボビン3mの端面と対向する面に、筒状ボビン端面の嵌合凹部31に対応する嵌合凸部32が設けられている。枠状ボビン3sは、外形が略平板状で、かつ、各中間コアの端部が貫通する２つの開口34を有する。また、端部コア2sが配置される面には、枠状ボビン3sに対して端部コア2sを位置決めするための凸枠33が形成されている（図３(A)を参照）。この凸枠33は、端部コア2sのコア接続面の外周縁の３辺を囲むように]状に形成されている。そして、筒状ボビン3mと枠状ボビン3sとは、それぞれに設けられた嵌合凹部31と嵌合凸部32とが嵌合し合うことで、互いの位置関係を保持することができる。

また、筒状ボビン3m及び枠状ボビン3sは、絶縁材料からなり、例えばポリフェニレンサルファイド（PPS）、液晶ポリマー（LCP）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などの樹脂で構成することができる。

リアクトルR1の組立方法の具体例を図５に基づいて説明する。まず、一方の枠状ボビン3s（図中下側）に一方の端部コア2sを取り付ける。具体的には、端部コア2sのコア接続面を上に向けた状態で、凸枠33の開口する側から枠状ボビン3sをスライドさせて凸枠33に端部コア2sを嵌め込むことで取り付ける。このとき、一方の枠状ボビン3sに対して一方の端部コア2sが位置決めされることになる。

次いで、一方の枠状ボビン3sに筒状ボビン3mを取り付ける。具体的には、筒状ボビン3mの軸方向を上下方向にし、かつ、スリット35の開口する側を上に向けて、枠状ボビン3sの嵌合凸部32に筒状ボビン3mの嵌合凹部31を嵌め込むことで取り付ける。このとき、一方の枠状ボビン3sと筒状ボビン3mとの嵌合により、一方の枠状ボビン3sと筒状ボビン3mとの位置関係が保持されることになる。

次いで、筒状ボビン3mの内周に中間コア2mを挿入する。具体的には、筒状ボビン3mの内周にコア片20とギャップ材gとを順に挿入して積み重ねていく。このとき、コア片20とギャップ材gとは接着剤で接合せず、中間コア2m（コア片20及びギャップ材g）が筒状ボビン3mの内周に保持されることになる。また、中間コア2mの下端部が一方の枠状ボビン3sの開口を貫通し、中間コア2mの下端面が一方の端部コア2sのコア接続面に直接接触することになる。さらに、筒状ボビン2mのスリット35が上方向に開口しているため、中間コア2mの側面を把持したまま中間コア2mを挿入することが可能であり、中間コア2mの挿入作業を安全かつ容易に行うことができる。

次いで、コイル素子（図示せず）の屈曲部側を下にして、コイル素子を筒状ボビン3mの外周に装着する。

最後に、筒状ボビン3mに他方の枠状ボビン3sを取り付け、他方の枠状ボビン3sに他方の端部コア2sを取り付ける。他方の枠状ボビンの具体的な取り付け方法は、一方の枠状ボビンの場合と同様であるので省略する。このとき、他方の枠状ボビン3sと筒状ボビン3mとの嵌合により、他方の枠状ボビン3sと筒状ボビン3mとの位置関係が保持されることになる。また、中間コア2mの上端部が他方の枠状ボビン3sの開口を貫通し、中間コア2mの上端面が他方の端部コア2sのコア接続面に直接接触することになる。さらに、他方の枠状ボビン3sに対して他方の端部コア2sが位置決めされることになる。

次に、リアクトルR1の使用方法の具体例を図６に基づいて説明する。リアクトルR1を使用するときは、例えば図６(A)に示すようなケース50に収納し、ケース50の四隅に形成された挿通孔50hに固定金具（例えばボルト）を挿通して、例えばヒートシンクといった放熱機構に設置する。ここでは、一方の端部コア2sの背面をケース50に接触させ、他方の端部コア2sの背面とケース50との間に他方の端部コア2sを一方の端部コア2s側に押圧する押圧部材（板ばね51）を挿入している。この板ばね51は、図６(B)に示すように、略S状である。このように、板ばねなどの押圧部材を用いて端部コア同士が接近する方向に押圧力を付与しておくことで、振動や衝撃などの外的要因によってギャップ長が変化することを防止することができる。

また、ケース50内にポッティング樹脂を充填し、リアクトルR1をポッティング樹脂で封止した構造としてもよい。ポッティング樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。

以上説明したように、本発明のリアクトルでは、一方の枠状ボビンと筒状ボビンとが嵌合し、また、筒状ボビンと他方の枠状ボビンとが嵌合することで一体化され、これらボビンの位置関係が保持された状態となる。そのため、筒状ボビンと枠状ボビンの嵌合により、筒状ボビンに保持された中間コアと、枠状ボビンに取り付けられた端部コアとの位置関係が決定され、かつ、中間コアと端部コアとの位置関係が保持されることになる。また、中間コア（コア片及びギャップ材）は、その周囲が筒状ボビンに保持され、両側から端部コアに挟持された状態となる。そして、本発明のリアクトルは、コア構成部品同士の位置合わせが不要となるため、組立性に優れる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、筒状ボビン及び枠状ボビンに設ける嵌合部の形状や位置、数を適宜変更してもよい。また、枠状ボビンの端部コアを位置決めするための形状を適宜変更してもよく、凸部（凸枠）とする他、凹部（凹枠）としてよい。

本発明のリアクトルは、例えばハイブリッド自動車などの電動車両用DC‐DCコンバータなどに好適に利用できる。

R1 リアクトル
1 コイル素子
1s 始端 1e 終端 1u 屈曲部
2 コア 2m 中間コア 2s 端部コア
20 コア片 g ギャップ材
3 ボビン 3m 筒状ボビン 3s 枠状ボビン
31 嵌合凹部 32 嵌合凸部 33 凸枠
34 開口 35 スリット
50 ケース 50h 挿通孔 51 板ばね

Claims

並列に配置されて互いに接続される一対のコイル素子と、各コイル素子が配置される一対の中間コアと両中間コアの端部同士を連結する一対の端部コアとを有する環状コアと、前記コイル素子を保持するボビンと、を備えるリアクトルであって、
前記中間コアは、複数のコア片とギャップ材から構成され、
前記ボビンは、前記中間コアの外周を覆う筒状ボビンと、前記コイル素子の端面に当接する枠状ボビンとを有し、
前記筒状ボビン及び前記枠状ボビンは、絶縁材料で構成され、
前記筒状ボビンの端面とこの面に対向する前記枠状ボビンの一方の面とのそれぞれには、互いに嵌合し合う嵌合部が設けられ、
前記枠状ボビンの他方の面には、前記端部コアを位置決めするための凹部又は凸部の少なくとも一方が形成され、
前記筒状ボビンの側面の対向箇所には、軸方向の一端側が開口し、他端側が閉塞されたスリットが形成されており、
前記筒状ボビンと前記枠状ボビンとの嵌合により、前記中間コアと前記端部コアとの位置関係、及び前記コア片と前記ギャップ材との位置関係が保持されているリアクトル。
前記枠状ボビンは、一対有って前記コイル素子の両端面に当接し、
前記筒状ボビンの一端が、前記枠状ボビンの一方と嵌合し、前記筒状ボビンの他端が、前記枠状ボビンの他方と嵌合する請求項１に記載のリアクトル。
前記枠状ボビンは、前記枠状ボビンの他方の面に形成され、前記端部コアのコア接続面の外周縁の３辺を囲む凸枠を備える請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
前記筒状ボビンは、角筒状であり、
前記嵌合部は、
前記筒状ボビンの両端面の角部に設けられる嵌合凹部と、
前記枠状ボビンにおける前記筒状ボビンの前記嵌合凹部に対向する箇所に設けられ、前記嵌合凹部に対応する嵌合凸部とを備える請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
前記中間コアのコア片が、圧粉成形体で構成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。
請求項１に記載のリアクトルを備えるコンバータ。