JP6379981B2 - 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。
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。
〔リアクトルの全体構成〕
図1〜4を参照して、実施形態1のリアクトル1Aを説明する。リアクトル1Aは、巻線2wを巻回してなる一対の巻回部2a,2bを有するコイル2と、コイル2の内外に配置される部分を有する磁性コア3と、コイル2の温度を測定する温度センサ7(図2)とを備える。リアクトル1Aの主たる特徴とするところは、上記温度を精度良く測定可能な特定のデッドスペースに温度センサ7を配置する点にある。具体的には、巻回部2a,2bの端面に対向する対向部材を備え、その対向部材と巻回部2a,2bの端面とで挟まれる空間に温度センサ7を配置する。以下、リアクトル1Aの主たる特徴部分及び関連する部分の構成、並びに主要な効果を順に説明し、その後、各構成を詳細に説明し、最後にリアクトル1Aの製造方法を説明する。ここでは、リアクトル1Aの設置対象側を設置側(下側)、その反対側を対向側(上側)とする。図中の同一符号は同一名称物を示す。
[コイル]
コイル2は、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対の巻回部2a,2bと、巻線2wの一部から形成されて両巻回部2a,2bを連結する連結部2rとを備える(図1,2,4)。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(所謂エナメル線)である。巻回部2a,2bは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルである。各巻回部2a,2bは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各巻回部2a,2bの端面形状は、矩形枠の角部を丸めた形状としている。各巻回部2a,2bの配置は、各軸方向が平行するように横並び(並列)した状態としている。
対向部材は、上述のように各巻回部2a,2bとの間に空間27Gを形成する。対向部材は、巻回部2a,2bの端面に対向する対向面を有する。この対向面は、平面で構成されていてもよいし、曲面で構成されていてもよい。対向面を平面で構成する場合、巻回部2a,2bの端面に平行に形成されていても良いし、巻回部2a,2bの軸方向に直交すように形成されていてもよい。ここでは、上記対向面は、巻回部2a,2bの軸方向に直交する平面で構成している。この対向部材は、詳しくは後述する磁性コア3のミドル樹脂モールド部310m(後述)に一連に形成されている枠部315で構成されている。この枠部315は、巻回部2a,2bの端面とコア片32m(後述)の内端面32eとの間に介在され、巻回部2a,2bの端面に対向すると共に、巻回部2a,2bの軸方向に直交する平面で形成される対向面315cを有する(図2,4)。枠部315におけるその他の構成は、後述する。なお、対向部材としては、磁性コア3の外側コア部(コア片32mやサイド樹脂モールド部320m)としたり、ミドル樹脂モールド部310mに一体化されていない枠体部材(例えば、後述の変形例3)としたりすることができる。
空間27Gは、温度センサ7が配置可能な空間である。空間27Gは、コイル2と磁性コア3(後述)とが組み合わされた状態では、巻回部2a,2bの端面と枠部315の対向面315cとを含む面で形成される。具体的には、空間27Gは、コイル2(巻回部2a,2b)の軸方向、及び巻回部2a,2bの並列方向の双方に直交する方向(図2紙面垂直方向、図3紙面上下方向)に延びる空間である。対向面315cが巻回部2a,2bの端面と平行な場合(特に端面と平行な平面で構成される場合)、この空間27Gは、一方の開口部(図2紙面手前、図3紙面上側)から他方の開口部(図2紙面奥側、図3紙面下側)に向かって略均一の厚さの空間である。対向面315cが巻回部2a,2bの軸方向と直交する場合(特に軸方向と直交する平面で構成される場合)、この空間27Gは、各巻回部2a,2bの端面(最終ターン)がつくる傾斜に対応している。即ち、上記一方の開口部から上記他方の開口部に向かって先細りする傾斜空間である。ここでは、空間27Gは上記傾斜空間である。
温度センサ7は、コイル2の温度を測定する。温度センサ7には、検知情報を外部装置に伝達する配線78が接続されている(図1,4)。図2、3では、説明の便宜上、配線を省略している。配線78の端部には、外部装置に接続するコネクタ部(図示せず)を設けると、外部装置との接続作業性に優れる。温度センサ7は、サーミスタ、熱電対、焦電素子といった感熱素子が挙げられる。
リアクトル1Aによれば、温度センサ7を空間27Gに配置することで、温度センサ7の配置位置としてデッドスペースを有効利用できる。その上、温度センサ7をコイル2に近接配置できるため、コイル2の温度を精度よく測定できる。特に、温度センサ7の配置空間を巻回部2a,2bの互いに対向する側で、かつ連結部2r側の空間27G2とすることで、コイル2の温度が高くなり易い箇所の温度を精度良く測定でき、コイル2への電流の最適な制御を行い易い。
[磁性コア]
磁性コア3は、巻回部2a,2b内に配置される部分となる内側コア部と、コイル2が実質的に配置されず、巻回部2a,2b外に突出するように配置される部分となる外側コア部とを備える環状の部材であり、コイル2を励磁したときに閉磁路を形成する。
コア片31m,32mは、磁路を形成する。コア片31m,32mは、軟磁性材料を30体積%以上、更に50体積%超含むことが挙げられる。具体的には、鉄や鉄合金(Fe−Si合金、Fe−Ni合金など)といった軟磁性金属粉末や更に絶縁被覆を備える被覆粉末などを圧縮成形した圧粉成形体、軟磁性粉末と樹脂とを含み樹脂が固化(硬化)している複合材料(成形硬化体)などが利用できる。この例では、圧粉成形体としている。磁性コア3に備えるコア片の個数、形状、大きさ、組成などは適宜変更できる。
樹脂モールド部310m,320mは、コア片31m,32mの被覆、内側コア部の形成(複数のコア片31m同士の接合)、内側コア部と外側コア部との接合(コア片31m,32m同士の接合)、ギャップ部分310gなどの形成、といった種々の機能を有する。
リアクトル1Aは、コイル2と磁性コア3との組合体を放熱する放熱板8を備えることができる(図1)。放熱板8は、コイル2と磁性コア3とを含む組合体の設置面全面に接触可能な大きさを有する矩形板状の部材で構成している。そのため、リアクトル1Aは、コイル2と磁性コア3の熱を設置対象に効率良く伝えられる。上述した取付部325を備えない場合、放熱板8の四隅には、放熱板8を設置対象に固定するためのボルトなどを挿通させる貫通孔を有するフランジ部を設けるとよい(いずれも図示略)。放熱板8の厚さは、適宜選択でき、例えば2mm以上5mm以下程度が挙げられる。放熱板8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8と組合体との固定は、例えば、樹脂層9によって行える。
樹脂層9は、組合体の設置面のうち少なくともコイル2の設置面に接するように設けられることが挙げられる。樹脂層9を備えることで、設置対象又は上述の放熱板8を備える場合には放熱板8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、設置対象又は放熱板8への固定の安定性などを図ることができる。樹脂層9の大きさは、組合体の設置面全面に介在される程度としている。樹脂層9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、熱伝導率は、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。
リアクトル1Aは、例えば、以下の準備工程、コア部品310の作製工程、コイル2と磁性コア(コア部品310,コア片32m)との組み付け工程、サイド樹脂モールド部320mの形成工程、温度センサ7の配置工程を備えるリアクトルの製造方法によって製造できる。各工程の概略は以下の通りである。
図5を参照して、実施形態2のリアクトル1Bを説明する。リアクトル1Bは、上述の空間27Gで温度センサ7を固定するセンサ固定部4Bを備える点が実施形態1のリアクトル1Aと相違し、その他の点は実施形態1のリアクトル1Aと同様である。以下、この相違点を中心に説明し、その他の構成は説明を省略する。この点は実施形態3以降も同様である。
センサ固定部4Bは、接着剤41で構成する。接着剤41の塗布位置は、枠部315(対向部材)の対向面315cでもよいし、巻回部2aの端面でもよい。塗布位置がいずれの場合でも、コイル2とコア部品310とを組み合わせる前に予め接着剤41を塗布すると共に、温度センサ7を固定しておくとよい。ここでは、接着剤41を巻回部2aの端面に塗布して温度センサ7を接着させている。接着剤41の材質は、上述の樹脂層9の樹脂と同様の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂が挙げられる。
温度センサ7の厚さは、実施形態1に比較して小さくできる。温度センサ7を巻回部2a,2bの端面と枠部315の対向面315cで挟持させなくても、接着剤41による空間27G2内での温度センサ7の固定状態を良好に維持し易いからである。
リアクトル1Bの製造は、実施形態1で説明した製造方法において、コア部品の作製工程後、コイルと磁性コアとの組み付け工程前に、接着剤の塗布工程と、温度センサの接着工程とを経ることで行える。即ち、リアクトル1Bの製造方法は、準備工程、コア部品の作製工程、接着剤の塗布工程、温度センサの接着工程、コイルと磁性コアとの組み付け工程、サイド樹脂モールド部の形成工程を備えることができる。接着剤の塗布工程は、巻回部2aの端面に接着剤41を塗布する。温度センサの接着工程は、温度センサ7を接着剤41に押し付けて巻回部2aの端面に接着させる。その後、実施形態1で説明した温度センサ7の配置工程を除いて、実施形態1で説明したコイルと磁性コアとの組み付け工程以降の工程を行う。
図6を参照して、実施形態3のリアクトル1Cを説明する。リアクトル1Cは、センサ固定部4Cの構成部材が実施形態2のリアクトル1Bのセンサ固定部4Bと相違し、その他の点は実施形態1、2のリアクトル1A、1Bと同様である。
センサ固定部4Cは、体積膨張する発泡樹脂42で構成する。発泡樹脂42は、複数の気泡及びこれらの気泡を内包する樹脂である。発泡樹脂42は、樹脂を発泡させて体積膨張させることで、空間27G2に充填されて空間27G2を埋設する。この埋設により、空間27G2内に温度センサ7を固定する。
リアクトル1Cの製造は、実施形態1で説明した製造方法において、樹脂モールド部320mの形成工程後、温度センサの配置工程の代わりに、温度センサと未発泡の樹脂の配置工程と、発泡工程とを経ることで行える。即ち、リアクトルの製造方法は、準備工程、コア部品の作製工程、コイルと磁性コアとの組み付け工程、サイド樹脂モールド部の形成工程、温度センサと未発泡の樹脂の配置工程、発泡工程を備える。温度センサと未発泡の樹脂の配置工程では、温度センサ7と共に未発泡の樹脂を空間27G2に差し込む。そして、発泡工程では、未発泡の樹脂が発泡するのに必要な熱処理を施して、未発泡の樹脂を発泡させて発泡樹脂42を形成する。
図7を参照して、実施形態4のリアクトル1Dを説明する。リアクトル1Dは、センサ固定部4Dの構成が実施形態2,3のリアクトル1B、1Cのセンサ固定部4B、4Cと相違し、その他の点は実施形態1〜3のリアクトル1A〜1Cと同様である。
センサ固定部4Dは、接着剤41と発泡樹脂42の両方を有する。接着剤41と発泡樹脂42の位置関係は、温度センサ7を挟んで互いに反対の位置とすることが挙げられる。即ち、接着剤41の塗布位置を巻回部2aの端面とし、発泡樹脂42の配置位置を枠部315(対向部材)側とする場合や、接着剤41の塗布位置を枠部315の対向面315cとし、発泡樹脂42の配置位置を巻回部2aの端面側とする場合が挙げられる。いずれの場合でも、発泡樹脂42の体積膨張により温度センサ7を接着剤41に接触させ易いため、空間27G2内での温度センサ7の固定状態を良好に維持できる。特に、前者の場合には温度センサ7を巻回部2aの端面に密着させられ、巻回部2aとの接触状態を良好に維持し易い。ここでは、接着剤41の塗布位置を巻回部2aの端面とし、発泡樹脂42の配置位置を枠部315側とする。
リアクトル1Dの製造は、実施形態2で説明した製造方法において、サイド樹脂モールド部の形成工程後、実施形態3で説明した未発泡の樹脂の配置工程と発泡工程とを経ることで行える。即ち、リアクトルの製造方法は、準備工程、コア部品の作製工程、接着剤の塗布工程、温度センサの接着工程、コイルと磁性コアとの組み付け工程、サイド樹脂モールド部の形成工程、未発泡の樹脂の配置工程、発泡工程を備える。未発泡の樹脂の配置工程では、巻回部2aの端面に接着させた温度センサ7と枠部315の対向面315cとの間に未発泡の樹脂を介在させる。或いは、実施形態2で説明した製造方法において、温度センサの接着工程後のコイルと磁性コアとの組み付け工程の際、未発泡の樹脂の配置工程も併せて行う。そして、その後のサイド樹脂モールド部の形成工程と同時やその前後に実施形態3で説明した発泡工程を経ることで行える。
図8、9を参照して、実施形態5のリアクトル1Eを説明する。リアクトル1Eは、対向部材における巻回部の端面側(対向面)に溝部が形成されている点が主として実施形態1〜4のリアクトル1A〜1Dと相違する。
対向部材は、枠部315で構成している。枠部315の対向面315cには、溝部315tが形成されている。この溝部315tに温度センサ7を配置する。溝部315tの幅(巻回部2a,2bの並列方向に沿った長さ)及び深さ(コイル2の軸方向に沿った長さ)は、温度センサ7を嵌め込める程度であればよい。ここでは、図8の一点鎖線円内に拡大して示すように、溝部315tの幅を温度センサ7よりも少し大きくし、溝部315tの深さを温度センサ7の厚さの半分程度としている。溝部315tの長さ(上下方向に沿った長さ)は、温度センサ7の所望の配置高さに応じて適宜選択できる。溝部315tの長さを枠部315の上部から途中までとして、閉鎖端を有する溝部315tとしてもよいし、溝部315tの長さを枠部315の上下の全長に亘る長さとして、閉鎖端の無い溝部315tとしてもよい。ここでは、図9に示すように、枠部315の上部から略中央まで(枠部315の略上半分)の長さとして、閉鎖端を有する溝部315tとしている。溝部315tが閉鎖端を有することで、空間27Gに温度センサ7を容易に配置できる。なお、図9では、説明の便宜上、コア部品310以外は省略して示している。溝部315tの形成は、ミドル樹脂モールド部310mの成形と同時に行ってもよいし、別途切削などの機械加工により行ってもよい。なお、溝部315tに代えて、枠部315の厚さ方向の表裏に抜けるスリットを形成してもよい。
空間27G2は、巻回部2aの端面と、枠部315の対向面315cと、溝部315tとで形成される。実施形態1〜4の空間27Gに比較して、溝部315tの分だけ空間27Gが広いため、空間27Gに温度センサ7を配置し易い。
温度センサ7は、溝部315tの閉鎖端に位置決めされている。温度センサ7は巻回部2aの端面と密着しないものの、巻回部2aの端面に対してある程度近づけて配置できるため、コイル2の温度を十分に精度良く測定できる。温度センサ7はセンサ固定部4Eにより固定されていることが好ましい。
センサ固定部4Eは、温度センサ7と巻回部2a,2bの端面の両方に接するように設けられていることが好ましい。そうすれば、センサ固定部4Eにより温度センサ7の溝部315tへの固定を行い易い上に、センサ固定部4Eを温度センサ7へのコイル2の温度の伝達経路に利用でき、コイル2の温度を精度よく測定し易い。センサ固定部4Eには、上述した接着剤や発泡樹脂のどちらかのみを用いてもよいし、接着剤と発泡樹脂の両方を用いてもよい。ここでは、接着剤と発泡樹脂の両方を用いる。具体的には、図8の一点鎖線円に囲まれた拡大図に示すように、接着剤41の塗布位置を溝部315t内とし、発泡樹脂42の配置位置を巻回部2aの端面側とすることが挙げられる。この場合、接着剤41による接着と、発泡樹脂42の体積膨張に伴う空間27G2の隙間の埋設とにより温度センサ7を溝部315t内に固定できる。その上、発泡樹脂42が巻回部2aの端面に接触することで、温度センサ7にコイル2の温度を伝達し易い。
リアクトル1Eの製造方法は、実施形態4で説明した製造方法の接着剤の塗布工程において塗布する対象が枠部315の溝部315tである点が相違し、それ以外は実施形態4で説明した製造方法と同様である。
実施形態1では、ミドル樹脂モールド部310mの形成時期とサイド樹脂モールド部320mの形成時期とが異なる構成を説明した。変形例1として、外側コア部も、内側コア部と同様に、コア片32mとサイド樹脂モールド部320mとを備えるコア部品とし、一対の(内側)コア部品310と、一対の(外側)コア部品との合計4個のコア部品を組み付ける形態とすることができる。この形態では、対向部材を上記外側コア部品(サイド樹脂モールド部)で構成することができる。この形態は、各コア部品をそれぞれ製造できる上に、被覆対象の形状が単純になり、組付部品の製造性に優れる。コア部品同士が相互に係合する係合部などを備えると、組み付け状態を強固に維持できる。
変形例1では、合計4個の柱状のコア部品を備える形態を説明した。変形例2では、一方の内側コア部を構成するコア片31mを含む積層物と一方のコア片32m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や、双方の内側コア部を構成する2個の積層物と一方のコア片32m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。
実施形態1では、磁性コア3がコア片31m,32mを覆う樹脂モールド部310m,320mを備える構成を説明した。その他、樹脂モールド部を備えていない形態、樹脂モールド部に代えて、介在絶縁部材を備える形態とすることができる。介在絶縁部材は、例えば、巻回部2a,2bと複数のコア片31mを含む内側コア部との間に介在される筒状部材と、巻回部2a,2bの端面とコア片32mの内端面32eとの間に介在される枠体部材とを備えるものが挙げられる。枠体部材は、枠部315のような平板状であり、一対の内側コア部が挿通される一対の貫通孔が設けられる。この場合、巻回部2a,2bの端面とで空間27Gを形成する対向部材は、上記枠体部材で構成される。即ち、枠体部材は、巻回部2a,2bの端面に対向すると共に、巻回部2a,2bの軸方向に直交する平面で構成される対向面を有する。これらの形態では、コイル2と磁性コア3とを含む組合体を収納する個別ケースを備える形態とすることができる。又は、個別ケースと、個別ケース内に充填される封止樹脂とを備える形態とすることができる。そうすれば、リアクトル1Aの機械的保護、外部環境からの保護を図ることができる。
2 コイル
2a、2b 巻回部 2r 連結部 2w 巻線 2e 端部
27G、27G1、27G2、27G3、27G4 空間
3 磁性コア
31m、32m コア片 32e 内端面
310 コア部品
310m ミドル樹脂モールド部 310g ギャップ部分
315 枠部 315c 対向面 315h 貫通孔 315t 溝部
316 突条 317 突出部 318 係止部 319 仕切り板
320m サイド樹脂モールド部
325 取付部 325h ボルト孔
4B、4C、4D、4E センサ固定部
41 接着剤 42 発泡樹脂
7 温度センサ 72 保護部材 78 配線
8 放熱板
9 樹脂層
Claims (9)
- 巻線を螺旋状に巻回してなる巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内外に配置される部分を有する磁性コアと、
前記コイルの温度を測定する温度センサと、
前記巻回部の端面に対向する対向面を有する対向部材とを備え、
前記温度センサは、前記巻回部の端面と、前記対向部材とで挟まれる空間に配置され、
前記空間が、前記巻回部の端面と、前記対向部材の前記対向面とを含む面で形成されて前記巻回部の端面がつくる傾斜に対応した傾斜空間であるリアクトル。 - 巻線を巻回してなる巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内外に配置される部分を有する磁性コアと、
前記コイルの温度を測定する温度センサと、
前記巻回部の端面に対向する対向部材とを備え、
前記コイルは、互いの軸が平行となるように横並びに配置される一対の前記巻回部と、軸方向一端側で前記一対の巻回部を連結する連結部とを備え、
前記温度センサは、前記巻回部の端面と、前記対向部材とで挟まれる空間のうち、前記一対の巻回部が互いに対向する側、かつ前記連結部側に位置する前記空間に配置されるリアクトル。 - 前記コイルは、互いの軸が平行となるように横並びに配置される一対の前記巻回部と、軸方向一端側で前記一対の巻回部を連結する連結部とを備え、
前記温度センサは、前記一対の巻回部が互いに対向する側に位置する前記空間に配置される請求項1に記載のリアクトル。 - 前記温度センサは、前記連結部側に位置する前記空間に配置される請求項3に記載のリアクトル。
- 前記空間内に前記温度センサを固定するセンサ固定部を備え、
前記センサ固定部は、体積膨張する発泡樹脂を有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記センサ固定部は、前記温度センサに対して前記対向部材側に配置される前記発泡樹脂と前記巻回部側に配置される接着剤とを有し、
前記温度センサは、前記発泡樹脂の体積膨張によって前記接着剤に接触している請求項5に記載のリアクトル。 - 前記対向部材における前記巻回部の端面側には、溝部が形成され、
前記温度センサが、前記溝部に配置されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記対向部材が、前記磁性コアのうち前記巻回部の外に配置されるコア片の一部で構成される請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記対向部材が、前記磁性コアのうち前記巻回部の外に配置されるコア片の表面を覆う樹脂モールド部で構成される請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のリアクトル。
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