JP6265031B2 - コア片及びリアクトル - Google Patents
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Description
最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。
(1) 本発明の一態様に係るコア片は、巻線を巻回してなるコイルの内外に配置される磁性コアを構成するコア片であって、上記コイルの磁束に直交すると共に、樹脂部が接合される端面を備え、上記端面は、複数の溝がループを形成することなく交差した交差溝を備える。
上記のコア片における樹脂部が接合される端面に複数の溝が設けられているため、このコア片と樹脂との接触面積が、溝が無い場合(特許文献1など)に比較して大きい。複数の溝があっても交差していない場合、例えば直線状の溝が並列している場合では、コア片に接合された樹脂部が溝の形成方向に沿って剥離する恐れがある。即ち、交差していない溝では、特定の方向の接合性に劣るといえる。一方、交差した溝では、各溝の形成方向が異なるため、ある溝の形成方向に沿った樹脂部の剥離を別の溝によって防止できる。従って、特定の交差溝を備えることで、上記のコア片とこのコア片の端部に接合される樹脂部とにおける任意の方向の接合強度を効果的に高められる。
例えば、格子溝のような交差部分を有する溝であれば、上述の樹脂部の剥離を防止できると期待される。しかし、格子溝では、4本の溝で囲まれる矩形枠がループとなる。コア片においてコイルの磁束に直交するように配置される一面に、このようなループを有する溝を備える場合、このループに沿って渦電流が生じ易くなる。ここで、コア片として、金属粒子間に絶縁材が介在する圧粉成形体を利用すると、金属粒子間が絶縁されるため、渦電流を低減できる。しかし、このような圧粉成形体を用いても、溝の形成時に絶縁材が除去されて隣り合う金属粒子同士が導通した状態になり得る。即ち、ループを有する溝では、ループに沿って導通可能になり、ループに応じた渦電流が発生し得る。上記のコア片は、ループを有しないという特定の交差溝をコイルの磁束に直交する端面に備えるため、リアクトルなどの磁気部品に用いられた場合に、溝に起因する渦電流を低減でき、低損失な磁気部品の提供に寄与する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るコア片及びリアクトルを具体的に説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
図1〜図6を参照して、実施形態1のコア片31m及びこのコア片31mを備えるリアクトル1を説明する。図1〜図6に示すコア片31mに備える交差溝35A〜35Eは、分かり易いように誇張して示し、実際の大きさとは異なる場合がある。また、図2では、一方(手前側)の内側コア部品310のミドル樹脂モールド部310mの一部を切欠いて、コア片31mの端面31eの一部が露出した状態を示す。
・全体構成
リアクトル1は、巻線2wを螺旋状に巻回してなるコイル2と、コイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3とを備える。磁性コア3は、複数の柱状のコア片31m,32mを備え、コイル2内に複数のコア片31mが配置される。コア片31mは、コイル2の軸方向に直交に配置される端面31eと、コイル2の軸方向に平行に配置される周面とを備える。コイル2が励磁されると、コイル2の磁束がコア片31mの端面31eに直交にするように通過する。このコア片31mの端面31eには、樹脂部(ここではミドル樹脂モールド部310m(図2)の一部)が接合される点、特定の形状の交差溝35Aを備える点を特徴の一つとする。以下、より詳細に説明する。
コイル2は、図1,図2に示すように1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回して形成された一対の筒状の巻回部2a,2bと、巻線2wの一部から形成されて両巻回部2a,2bを接続する連結部2rとを備える。各巻回部2a,2bは、各軸方向が平行するように並列(横並び)されている。この例では、巻線2wは、平角線の導体(銅など)と、この導体の外周を覆う絶縁被覆(ポリアミドイミドなど)とを備える被覆平角線(いわゆるエナメル線)であり、巻回部2a,2bはエッジワイズコイルである。巻線2wの両端部2e,2eはいずれも、巻回部2a,2bから適宜な方向に引き出されて、その先端の導体部分に端子金具8,8が接続される。コイル2は、端子金具8を介して電源などの外部装置(図示せず)に電気的に接続される。
磁性コア3は、コイル2(巻回部2a,2b)内に配置される部分と、コイル2が実質的に配置されず、コイル2から突出した部分とを備える。この例の磁性コア3は、磁路を構築する部分が樹脂で覆われたコア部品、具体的には2個の内側コア部品310,310と2個の外側コア部品320,320とを構成要素とする。図2に示すように、内側コア部品310は、磁路を構築するミドル本体部31と、ミドル樹脂モールド部310mとを備える。外側コア部品320は、磁路を構築するサイド本体部32と、サイド樹脂モールド部320mとを備える。磁性コア3は、横並びされた一対の内側コア部品310,310を繋ぐように一対の外側コア部品320,320が組み付けられて、ミドル本体部31,31、サイド本体部32,32が環状に配置され、コイル2を励磁したときに閉磁路を形成する。
ミドル本体部31は、図2の破線円内に示すように、軟磁性材料によって構成された複数のコア片31m,…と、コア片31mよりも比透磁率が小さい材料(例えば、アルミナなどの非磁性材)からなるギャップ材31gとが交互に積層されて柱状(この例では角部を丸めた直方体状)に形成されている。この例では、コア片31mとギャップ材31gとは接着剤370によって接合されている。このミドル本体部31の外形に沿って、その外周全体を覆うようにミドル樹脂モールド部310mが設けられている。樹脂モールド部310mの一部、具体的にはミドル本体部31の各端面(ここではコア片31mの端面31e)を覆う平板状の樹脂層372は、樹脂層372が接合されたミドル本体部31のコア片31mと、このコア片31mに隣り合うサイド本体部32のコア片32mとの間に介在されて、ギャップとして機能する。即ち、この例のリアクトル1は、異なる材料から構成された複数のギャップ(ギャップ材31g及び樹脂層372)を備える。また、コア片31mの端面31eはギャップを形成する面といえる。コア片31m、ギャップ材31gの個数は適宜変更できる。
サイド本体部32は、軟磁性材料によって構成されたコア片32mである。この例に示すコア片32mは、一対の内側コア部品310,310が接続される内端面32eが平面であり、上面及び下面が内端面32eから外方に向かって断面積が小さくなるドーム状(変形台形状)である。コア片32mの内端面32eも、コイル2の磁束に直交する端面である。内端面32eのうち、内側コア部品310,310が接続される領域を除いて、サイド本体部32の外形に沿ってサイド本体部32の外周を覆うようにサイド樹脂モールド部320mが設けられている。
この例では、コア片31m,32mはいずれも、金属粒子と、金属粒子間に介在する絶縁材とによって実質的に構成される圧粉成形体である。ミドル樹脂モールド部310m,サイド樹脂モールド部320mの構成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂である。その他、上記構成樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン10T、ナイロン9T、ナイロン6T、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
コイル2内に配置されるミドル本体部31に備える各コア片31mの各端面31e,31eにそれぞれ、複数の交差溝35Aを備える。交差溝35Aは、複数の溝がループを形成することなく交差している。この例では、各交差溝35Aはいずれも同一形状であり、同一長さの2本の直線状の溝が直交した+形状である。溝の交差角度は直交に限らず、適宜変更でき、鈍角(鋭角)にすることができる。交差角度に関する点は、後述の交差溝35B〜35Eなどについても同様である。
図3〜図6を参照して、その他の交差溝の形状を具体的に説明する。
図3に示す交差溝35Bは、同一長さの3本の直線状の溝が等しい交差角度で交差した*形状である(交差角度:60°)。このように1個の交差溝をつくる溝の個数を3個以上とすることができる。
交差溝35Aなどを構成する各溝(第一溝、第二溝、…)の深さ、幅、長さは適宜選択できる。図3に例示するように、溝の幅wとは、コア片31mの端面31eを平面視したときに溝の外形をつくる輪郭線のうち、溝の端部をつくる線の長さとし、溝の長さLとは、上記輪郭線のうち、交差角をつくる線の長さとする。各溝の深さが深いほど、又は溝の幅wや長さLが大きいほど、樹脂部37との接触面積が多く、樹脂部37との接合強度を高められると考えられる。但し、深過ぎたり、幅wや長さLが大き過ぎたりすると、磁性成分が減少したり、溝加工時間が長くなってコア片31mの生産性の低下、引いてはリアクトル1の生産性の低下を招いたりする。この点から、各溝の深さは、10μm以上200μm以下、更に30μm以上150μm以下が好ましいと考えられる。この例では、各溝の深さは、50μm以上120μm以下である。溝の幅wや長さLは、コア片31mの端面31eの大きさや、溝の形状などによって選択するとよい。
コア片31mの一つの端面31eを平面視したときに複数の交差溝35Aの合計面積が端面31eの面積に占める割合(以下、占有率と呼ぶ)は、適宜選択できる。占有率が高いほど、端面31eと樹脂部37との接合強度を高められることから、10%以上、15%以上、更に20%以上が好ましいと考えられる。上述の磁気特性と生産性とを考慮すると、占有率は80%以下、70%以下、更に50%以下が好ましいと考えられる。
交差溝35A〜35Eなどの形成には、例えば、レーザ光の照射といったレーザ加工を利用できる。照射条件は、溝の大きさが所望の値となるように適宜選択できる。この例ではレーザ加工を利用している。その他の溝の形成方法として、切削工具による切削加工などが挙げられる。ここで、上述の圧粉成形体の一面にレーザ加工などで溝を設けると、金属粒子間に介在する絶縁材が除去され得る。従って、上述の押圧面に溝を形成した場合、溝部分は導通し得る。しかし、ループを有さない特定の交差溝35Aなどでは、交差する各溝がループをつくらず途切れているため、溝に沿ったループ状の渦電流が流れない。そのため、上記押圧面をコア片31mにおけるコイル2の磁束に直交するように配置される面とし、この面(ここでは端面31e)に交差溝35Aなどを備えることで、コイル2の励磁時、端面31eにコイル2の磁束が通過しても、交差溝35Aなどに沿ってループ状に渦電流が流れることを防止できる。
図2を主に参照して、リアクトル1の製造方法の一例を説明する。
まず、コア片31mの各端面31e,31eにそれぞれ、複数の交差溝35Aを設ける。交差溝35Aを備えるコア片31mの端面31eとギャップ材31gとを接着剤370によって接合し、ミドル本体部31を形成する。図2では、接着剤370として、シート材を示すが、端面31e又はギャップ材31gの一面に接着剤370を塗布してもよい。
実施形態1のコア片31mは、その端面31eに特定の形状の交差溝35A(35B〜35Eなど)を複数備えることで、この端面31eに樹脂部37が接合された場合に強固に接合できる。また、このコア片31mの端面31eがコイル2の磁束に直交するように配置された場合に、渦電流の発生を低減できる。実施形態1のリアクトル1は、磁性コア3に備える複数のコア片31m,32mのうち、コイル2の磁束に直交する端面31eに特定の形状の交差溝35A(35B〜35Eなど)が複数設けられたコア片31mを備えることで、コア片31mと樹脂部37との強固な接合と、渦電流の発生の低減とを両立できる。
実施形態1では、コア片31mの両端面31e,31eに交差溝35Aなどを備える形態を説明した。コア片31mの一方の端面31eに樹脂部37が接合されない場合には、他方の端面31eにのみ交差溝35Aなどを備えることができる。
実施形態1では、ミドル本体部31に含むコア片31m,…の全てが、交差溝35Aなどを備える形態を説明した。ミドル本体部31に含む複数のコア片31m,…のうち、一部のコア片が交差溝35Aなどを備えていない形態とすることができる。この場合、例えば、交差溝35Aなどを備えていないコア片の両側に、このコア片を挟むように交差溝35Aなどを備えるコア片31m,31mを備えると、交差溝35Aなどを備えるコア片31m,31mが樹脂部37を強固に保持できる。そのため、複数のコア片31m,…の一体性をある程度高められると期待される。
実施形態1では、樹脂部37が接着剤370及びミドル樹脂モールド部310mの一部(樹脂層372)で構成される形態を説明した。ギャップ材31g及び接着剤370を省略して、樹脂部が樹脂モールド部310mの一部で構成される形態とすることができる。即ち、コア片31m,31m間のギャップ、コア片31m,32m間のギャップを全て樹脂モールド部310mの一部によって構成することができる。この場合、例えば、樹脂モールド部310mの形成にあたり、成形型に、交差溝35Aなどを設けたコア片31mを、所定の間隔をあけて配置して、隣り合うコア片31m,31m間に樹脂が充填されるようにすることで、樹脂ギャップを容易に形成できる。この場合に、コア片31mの両端面31e,31eに交差溝35Aなどを備えると、コア片31m,31m間に介在される樹脂部を強固に接合できて好ましい。また、この場合、コア片31m,31m間に介在される樹脂部は、上述のギャップに加えて、コア片31m,31m同士を接合する接着剤(接合材)としても機能する。この樹脂モールド部310mによってコア片31m,31m同士が強固に接合されるため、ミドル本体部31の一体化を十分に高められて、リアクトルの使用時に振動や騒音を低減し易いと期待される。
実施形態1では、コイル2内に配置されるコア片31mにのみ交差溝35Aなどを備える形態を説明した。コイル2が配置されないコア片32mにも交差溝35Aなどを備えることができる。この場合、コア片32mの内端面32eに交差溝35Aなどを備えるとよい。そして、内端面32eと内側コア部品310の端面310eとの接合に上述のように接着剤を用いると、この接着剤が、コア片32mにおけるコイル2の磁束に直交する内端面32eに接合された樹脂部の一部となる。
実施形態1では、複数のコア片31mとギャップ材31gとを積層したミドル本体部31をミドル樹脂モールド部310mで一体に覆った形態を説明した。その他、コア片31mごとに樹脂モールド部を形成した被覆コア片を複数備える形態とすることができる。各被覆コア片はそれぞれ、コア片31mの両端面31e,31eに交差溝35Aなどを備えると共に、樹脂モールド部の一部(平板状の樹脂層)が接合されている。これらの被覆コア片を組み付けた場合、隣り合う被覆コア片間には、各被覆コア片のコア片31mの一方の端面31eに接合された樹脂モールド部の一部、即ち二つの樹脂層が介在されて一つのギャップになる。従って、この形態は、ギャップ材31gを省略でき、部品点数を低減できる。
実施形態1では、磁性コア3が4個のコア部品(内側コア部品310,310,外側コア部品320,320)を備える形態を説明した。その他、一方のミドル本体部31と一方のサイド本体部32とがL状に組み付けられて樹脂モールド部に一体に保持されたL字コア部品を一組備える形態、2個のミドル本体部31,31と一方のサイド本体部32とがU状に組み付けられて樹脂モールド部に一体に保持されたU字コア部品と、1個の外側コア部品とを備える形態などとすることができる。
図1に示すリアクトル1では、ミドル樹脂モールド部310mやサイド樹脂モールド部320mで構成される以下の係合部、取付部325、仕切り部を備える。係合部、取付部325、及び仕切り部の少なくとも一つを省略できる。
この例では、ミドル樹脂モールド部310mは、ミドル本体部31の周面を覆う部分のうち、端面310e近傍に厚さが薄い領域を備える。サイド樹脂モールド部320mは、外側コア部品320の内端面から突出して設けられた2個の筒部を備える。上記薄い領域と筒部とが係合部として機能する。
・設置対象にリアクトル1を取り付ける取付部325(図1,図2)
この例では、サイド樹脂モールド部320mは、外方に突出する突片を有する。突片にはボルト孔325hが設けられており、この突片が取付部325に利用される。
・巻回部2a,2b間に介在される仕切り部
この例では、サイド樹脂モールド部320mは、外側コア部品320の内端面から突出し、かつ上記2個の筒部間に設けられた板片を備える。この板片が仕切り部として機能し、両巻回部2a,2b同士の絶縁を確保する。
温度センサ、電流センサ、電圧センサ、磁束センサなどのリアクトル1の物理量を測定するセンサ(図示せず)を備えることができる。
・・放熱板
コイル2の外周面の任意の箇所に放熱板(図示せず)を備えることができる。例えば、コイル2の設置面(ここでは下面)に放熱板を備えると、コンバーターケースなどの設置対象にコイル2の熱を、放熱板を介して良好に伝えられて放熱性を高められる。放熱板の構成材料は、アルミニウムやその合金といった金属や、アルミナなどの非金属などの熱伝導性に優れるものを利用できる。放熱板をリアクトル1の設置面(ここでは下面)全体に設けてもよい。放熱板は、例えば、後述の接合層によってコイル2と磁性コア3との組物に固定できる。
・・接合層
リアクトル1の設置面(ここでは下面)のうち、少なくともコイル2の設置面(ここでは下面)に接合層(図示せず)を備えることができる。接合層を備えることで、設置対象又は上述の放熱板を備える場合には放熱板にコイル2を強固に固定でき、コイル2の動きの規制、放熱性の向上、設置対象又は上記放熱板への固定の安定性などを図ることができる。接合層の構成材料は、絶縁性樹脂、特にセラミックスフィラーなどを含有して放熱性に優れるもの(例えば、熱伝導率が0.1W/m・K以上、更に1W/m・K以上、特に2W/m・K以上)が好ましい。具体的な樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、PPS樹脂、LCPなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
2 コイル 2a,2b 巻回部 2r 連結部 2w 巻線 2e 端部
3 磁性コア 310 内側コア部品 320 外側コア部品
310m ミドル樹脂モールド部 320m サイド樹脂モールド部
31 ミドル本体部 32 サイド本体部
31m,32m コア片 31g ギャップ材
31e,310e 端面 32e 内端面
35A,35B,35C,35D,35E 交差溝
37 樹脂部 370 接着剤 372 樹脂層
325 取付部 325h ボルト孔
8 端子金具
Claims (6)
- 巻線を巻回してなるコイルの内外に配置される磁性コアを構成するコア片であって、
前記コイルの磁束に直交すると共に、樹脂部が接合される端面を備え、
前記端面は、複数の溝がループを形成することなく交差した交差溝を備えるコア片。 - 金属粒子と前記金属粒子間に介在する絶縁材とを備える圧粉成形体である請求項1に記載のコア片。
- 前記磁性コアのうち、前記コイル内に配置される部分を構成する請求項1又は請求項2に記載のコア片。
- 巻線を巻回してなるコイルと、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のコア片を含む複数のコア片を備える磁性コアと、
前記交差溝を備えるコア片の前記端面に接合された樹脂部とを備えるリアクトル。 - 前記端面に接合された樹脂部は、隣り合う前記コア片間に介在されてギャップを形成する請求項4に記載のリアクトル。
- 前記複数のコア片のうち、少なくとも一つのコア片の外周を覆う樹脂モールド部を備え、
前記端面に接合された樹脂部は、前記樹脂モールド部の一部である請求項4又は請求項5に記載のリアクトル。
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