JP6561953B2 - 磁性コア、及びリアクトル - Google Patents
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Description
巻線が巻回されてなる筒状の巻回部を備え、
前記巻回部は、その内周面に囲まれる内側空間に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコイル凹部を備える。
コイルの巻回部の内周に配置される中脚部と、前記巻回部の外周に配置されて前記中脚部を挟む二つの側脚部と、前記中脚部及び両側脚部を挟み、これらを連結する二つの連結部とを備え、
前記中脚部は、
前記二つの側脚部に挟まれない張出箇所を含み、
前記中脚部の内部に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコア凹部を備え、
各側脚部は、
各コア凹部に向かって突出し、前記各コア凹部との間に所定の隙間を設けて配置される凸面を備える。
上記の本発明の一態様に係るコイルと、上記の本発明の一態様に係る磁性コアとを備え、
各コイル凹部が前記中脚部の各コア凹部と前記各側脚部の凸面間に配置され、
前記巻回部における前記コイル凹部以外の箇所が前記磁性コアに覆われずに露出される。
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
(1)本発明の一態様に係るコイルは、
巻線が巻回されてなる筒状の巻回部を備え、
前記巻回部は、その内周面に囲まれる内側空間に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコイル凹部を備える。
前記巻回部の端面を内包する長方形の短辺に対する長辺の比が1.5以上である形態が挙げられる。
前記二つのコイル凹部は、対向配置される形態が挙げられる。
前記コイルの外周の少なくとも一部を覆う樹脂モールド部を備える形態が挙げられる。
コイルの巻回部の内周に配置される中脚部と、前記巻回部の外周に配置されて前記中脚部を挟む二つの側脚部と、前記中脚部及び両側脚部を挟み、これらを連結する二つの連結部とを備え、
前記中脚部は、
前記二つの側脚部に挟まれない張出箇所を含み、
前記中脚部の内部に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコア凹部を備え、
各側脚部は、
各コア凹部に向かって突出し、前記各コア凹部との間に所定の隙間を設けて配置される凸面を備える。
前記中脚部の軸方向に直交する平面で前記磁性コアを切断した横断面を内包する長方形の短辺に対する長辺の比が1.5以上である形態が挙げられる。
前記二つのコア凹部が対向配置されると共に、前記二つの凸面が対向配置される形態が挙げられる。
磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体、及び磁性粉末を含む圧粉成形体の少なくとも一方を備える形態が挙げられる。
一対の分割コア片を組み合わせて構成され、
各分割コア片は、一方の前記連結部と、前記連結部から立設され、前記中脚部の一部を形成する中脚片及び前記各側脚部の一部を形成する二つの側脚片とを備える形態が挙げられる。
上記(1)から(4)のいずれか一つに記載のコイルと、上記(5)から(9)のいずれか一つに記載の磁性コアとを備え、
各コイル凹部が前記中脚部の各コア凹部と前記各側脚部の凸面間に配置され、
前記巻回部における前記コイル凹部以外の箇所が前記磁性コアに覆われずに露出される。
前記側脚部は、前記巻回部における前記磁性コアからの露出箇所の一部と面一な面を備える形態が挙げられる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態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。以下、図面に示すリアクトル、コイル、磁性コアについて、その下面を設置対象の載置面に配置される設置面とする場合を説明する。また、以下の説明では、リアクトルなどを設置対象に設置した状態において、コイルの巻回部の軸方向に沿った方向を長さ方向、巻回部の軸方向に直交する方向であって、設置対象の載置面に平行な方向を幅方向、載置面に直交する方向を高さ方向と呼ぶことがある。
図1から図5を参照して、実施形態1のリアクトル1A,コイル2A,磁性コア3Aを説明する。図2,図5は、リアクトル1Aをコイル2Aの軸方向に直交する平面で切断した横断面図である。
<概要>
実施形態1のリアクトル1Aは、図1に示すように巻線2wが巻回されてなる一つの筒状の巻回部20を備えるコイル2Aと、コイル2Aの内外に配置される磁性コア3Aとを備える。磁性コア3Aは、図2に示すようにコイル2Aの巻回部20の内周に配置される中脚部31と、巻回部20の外周に配置されて中脚部31を挟む二つの側脚部32,33と、中脚部31及び両側脚部32,33を挟み、これら中脚部31及び側脚部32,33を連結する二つの連結部34,35(図1、図4)とを備える。磁性コア3Aは、端的にいうと、一対のE字状の分割コアを変形させた組物である(図4)。この例のリアクトル1Aは、コンバータケースなどの設置対象(図示せず)の載置面に対して巻回部20の軸方向(又は中脚部31の軸方向)が平行するように設置される横置き形態で使用される。
<概要>
実施形態1のコイル2Aは、図3に示すように1本の巻線2wが螺旋状に巻回されてなる筒状の巻回部20を備える。巻回部20は、その内周面に囲まれる内側空間に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコイル凹部22,23を備える。この例では、二つのコイル凹部22,23が対向配置される。図2,図3では、コイル凹部22の凹み方向が下向き、コイル凹部23の凹み方向が上向きであり、巻回部20の幅方向(図2では左右方向)の同一位置において正反対の方向に凹んだ場合を示す。
この例の巻線2wは、銅などからなる導体線と、導体線の外周を覆うポリアミドイミドなどの絶縁材料からなる絶縁被覆とを備える被覆線であり、横断面形状が長方形状である平角線である。この例の巻回部20は、エッジワイズコイルである。巻線2wを丸線などの種々の形状の線材とすることができる。本例のように平角線のエッジワイズコイルとすると、丸線コイルに比較して、占積率を高めて小型化し易い(特に長さを短くし易い)上に、図3に示すように巻回部20の外周面を平滑な面にし易い。例えば、コイル凹部22,23は円弧状面で形成され、設置状態において下方に位置する設置面235,235と、上方に位置し、設置面235に対向する対向面225,225と、幅方向の両側に位置する側面とは平坦な平面で形成される(図2参照)。
この例のコイル凹部22,23はいずれも円弧状であるが(図2)、適宜変更できる。本例のように円弧状であれば、巻回部20における角張った部分を低減でき、コイル2Aを製造し易い。また、巻回部20に対応して磁性コア3Aも角張った部分を低減できて割れなどが生じ難く組み付け作業性に優れると期待される。
横長の巻回部20とは、定量的には、巻回部20の端面を内包する長方形を想定した場合に、この仮想の長方形の短辺に対する長辺の比(ここでは、幅W2/高さHに相当)が1を超えることをいう。特に上記比が1.5以上であると、リアクトル1Aの設置高さが相対的に小さくなり易い。上記比が大きいほど低背化し易く、1.8以上、更に2.0以上であることが好ましい(本例では2.0以上)。上記比が大き過ぎるとコイル2Aの製造性の低下などを招くことから、製造性を考慮すると、上記比を4.0以下程度とすることができる。短辺の長さ(高さH)の絶対値が小さければ、設置高さをより小さくできる。
コイル凹部22,23を備えるコイル2Aの製造方法としては、例えば、巻線2wを螺旋状に巻回してコイル凹部22,23を備える筒体を形成する方法、巻線2wを螺旋状に巻回して例えば四角筒体や円筒体を形成した後、筒体の所定の位置を押圧するなどしてコイル凹部22,23を形成する方法などが挙げられる。
コイル2Aは、巻回部20の外周の少なくとも一部を覆う樹脂モールド部6を備えることができる。図3では、巻回部20の内外の実質的に全体を覆う樹脂モールド部6を仮想線(二点鎖線)で示すが、巻回部20の内周面及び外周面並びに端面の少なくとも一部を覆わずに露出させた形態とすることもできる。例えば、巻回部20における磁性コア3Aからの露出箇所を樹脂モールド部6からも露出させると、放熱性を高め易い。又は、例えば、巻回部20の内周面の少なくとも一部及び巻回部20の端面の少なくとも一部を樹脂モールド部6で覆うと、コイル2Aと磁性コア3A間の電気絶縁性を高められる。樹脂モールド部6を備えていない場合でも、巻線2wとして上述の被覆線を利用すれば、コイル2Aと磁性コア3A間の電気絶縁性を高められる。
<概要>
実施形態1の磁性コア3Aは、図4に示すように側脚部32,33間に中脚部31が介在され、これらは、側脚部32,中脚部31,側脚部33という順に重ねた状態で、対向配置される二つの連結部34,35間に挟まれる。中脚部31は、その内部に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコア凹部312,313を備え、各側脚部32,33は、各コア凹部312,313に向かって突出し、各コア凹部312,313との間に所定の隙間を設けて配置される凸面320,330を備える。この例では、図2に示すように二つのコア凹部312,313が対向配置されると共に、二つの凸面320,330が対向配置される。図2では、コア凹部312の凹み方向及び凸面320の突出方向が下向き、コア凹部313の凹み方向及び凸面330の突出方向が上向きであり、磁性コア3Aの横断面における幅方向の同一位置において正反対の方向にコア凹部312,313が凹み、凸面320,330が突出した場合を示す。その他、この例の磁性コア3Aは横長な直方体に内包されるような横長の外観を有する(図1)。
磁性コア3Aは、磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体を備えることができる。磁性粉末の粒子は、軟磁性金属や軟磁性非金属から構成される粒子、軟磁性金属粒子の外周にリン酸塩などで構成される絶縁被覆を備える被覆粒子などが挙げられる。軟磁性金属は純鉄などの鉄族金属や鉄基合金(Fe−Si合金、Fe−Ni合金など)など、軟磁性非金属はフェライトなどが挙げられる。
磁性コア3Aは、一体成形物とすることができる。この場合、上述のように複合材料の成形体とすると容易に製造できる。また、この場合、樹脂モールド部6を備えるコイル2Aなどとすると、コイル2Aの形状を維持し易い。図4は、一体成形物である磁性コア3Aを中脚部31の軸方向に直交する平面で切断して、切断片を離して配置した状態に類似する。
この例の中脚部31は、図4に示すように横長な直方体における長辺側の領域がそれぞれ内側に向かって凹み、幅方向の中央部から離れるにつれて高さが大きくなるリボン状の柱状体である。凹み部分がコア凹部312,313である。中脚部31は、コア凹部312,313を形成する円弧状の面と、幅方向の両側に配置され、直方形状の平面で構成される側面とを備える。各円弧状の面は、同一形状、同一の大きさである。
この例のコア凹部312,313及び凸面320,330は円弧状であるが、適宜変更できる。コア凹部312,313及び凸面320,330の形状、大きさは、代表的には、磁性コア3Aに組み付けるコイル2Aの形状、特にコイル凹部22,23に応じた形状、大きさとする。磁性コア3Aを一体成形物とする場合には、コイル2Aに沿って磁性コア3Aを製造すれば、コイル凹部22,23に応じたコア凹部312,313及び凸面320,330を備える磁性コア3Aとすることができる。磁性コア3Aを複数の分割コア片の組物とする場合には、コア凹部312と凸面320間、コア凹部313と凸面330間にコイル凹部22,23を収納可能な大きさの隙間(例えば、巻線2wの幅よりも若干大きな隙間)が形成されるように、中脚部31及び側脚部32,33の形状、大きさ、配置位置などを調整するとよい。分割コア片の組物とする場合、本例のようにコア凹部312,313及び凸面320,330が円弧状であれば、角張った部分を低減できて、コイル2Aとの組み付け時に割れなどが生じ難く、組み付け作業性に優れると期待される。
この例の中脚部31は、図2に示すようにその幅W3が側脚部32,33の幅よりも長い。中脚部31における幅方向の中央部(介在箇所31d)は、図2において上下に位置する側脚部32,33に挟まれる。中脚部31における幅方向の両端部(張出箇所31p)は側脚部32,33に挟まれず、側脚部32,33よりも幅方向に突出している。ここでの介在箇所31dとは、側脚部32の対向面325(又は側脚部33の設置面335)に対して直交方向に投影した場合に中脚部31における両側脚部32,33と重複する箇所とし、重複しない箇所を張出箇所31pとする。この例の介在箇所31dは、側脚部32,33の対向面325、設置面335に直交し、側脚部32,33の幅方向の各端部を通る直線(図2では二点鎖線で示す)で挟まれる領域である。介在箇所31dや張出箇所31pにおける幅方向の形成長さは適宜選択できる。介在箇所31dの上記形成長さが大きいほど、漏れ磁束に起因する損失の増大を低減し易い。張出箇所31pの上記形成箇所が大きいほど、巻回部20における張出箇所31pに沿って配置される領域を大きくして露出箇所を確保し易く、放熱性を高め易い。介在箇所31dの上記形成長さは、例えば、中脚部31の幅W3の1%以上80%以下程度、張出箇所31pの上記形成長さ(2か所の合計長さ)は、例えば、中脚部31の幅W3の20%以上80%以下程度とすることができる。
横長の磁性コア3Aとは、定量的には、中脚部31の軸方向に直交する面で磁性コア3Aを切断した横断面を内包する長方形を想定した場合に、この仮想の長方形の短辺に対する長辺の比(ここでは幅W3/高さHに相当)が1を超えることをいう。特に上記比が1.5以上であると、リアクトル1Aの設置高さが相対的に小さくなり易い。上記比が大きいほど低背化し易く、1.6以上、更に1.8以上であることが好ましい(本例では1.8以上)。上記比が大き過ぎると磁性コア3Aの製造性の低下などを招くことから、製造性を考慮すると、上記比を4.0以下程度とすることができる。短辺の長さ(高さH)の絶対値が小さければ、設置高さをより小さくできる。
実施形態1のリアクトル1Aは、上述の実施形態1のコイル2Aと、実施形態1の磁性コア3Aとを備える。特に、実施形態1のリアクトル1Aは、コイル2Aの巻回部20における各コイル凹部22,23が、中脚部31の各コア凹部312,313と各側脚部32,33の凸面320,330間に設けられる円弧状の隙間にそれぞれ配置され(図2)、コイル凹部22,23以外の箇所が磁性コア3Aに覆われずに露出される(図1)。
実施形態1のリアクトル1Aは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータ(代表的にはDC−DCコンバータ)や空調機のコンバータなどの種々のコンバータ、電力変換装置の構成部品に利用できる。特に、実施形態1のリアクトル1Aは、大電流用途(100A以上、更に150A以上)であり、放熱性に優れることが要求される上に低背化が望まれる場合に好適に利用できる。実施形態1のコイル2A、実施形態1の磁性コア3Aは、リアクトル1Aなどの構成要素に利用できる。
実施形態1のリアクトル1Aは、横長な外観を有しており、横置き形態とする場合に設置高さを低くできる。特に、実施形態1のリアクトル1Aは、コイル凹部22,23を備える実施形態1のコイル2Aと、コア凹部312,313及び凸面320,330を備える実施形態1の磁性コア3Aとを備えることで、以下の理由(1)から(3)により、設置高さがより低い上に、低損失で放熱性にも優れる。
(1)磁性コア3Aにおける中脚部31のコア凹部312,313と側脚部32,33の凸面320,330間に巻回部20のコイル凹部22,23を配置して、高さ方向にみたときに巻回部20の一部と磁性コア3Aの一部とを重複配置することで、低背化を図れる。
(2)磁性コア3Aの中脚部31に張出箇所31pを備えて、巻回部20における張出箇所31pを囲む箇所を磁性コア3Aに覆われない露出箇所とし、この露出箇所をコイル2Aの放熱箇所に利用できる。
(3)磁性コア3Aにおける中脚部31は張出箇所31pと側脚部32,33との介在箇所31dとを含むため、磁路面積を確保できると共に漏れ磁束を低減できる。その結果、巻回部20に鎖交する磁束を低減できる。
(a)巻回部20の露出箇所の一部と側脚部32,33の一部とが面一であるため、高さHを小さくし易く、設置高さをより低くできる。
(b)巻回部20の露出箇所が、設置面235、対向面225、側面の三方向の面を含むため、各面を放熱面とすることができ、放熱性をより高められる。
(c)コイル2Aはコイル凹部22,23が対向配置されて対称形状であり、磁性コア3Aはコア凹部312,313及び凸面320,330が対向配置されて対称形状であるため、コイル2Aや磁性コア3Aの製造性に優れる上に、電磁気的なバランスにも優れる。
図6を参照して、実施形態2のリアクトル1Bを説明する。図6は、リアクトル1Bをコイル2Bの軸方向に直交する平面で切断した横断面図である。
上述の実施形態1,2に対して、以下の少なくとも一つの変更や追加が可能である。
(1)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の物理量を測定するセンサ(図示せず)を備える。
(2)巻回部20の露出箇所(例えば巻回部20の側面など)に放熱板を備える。
(3)樹脂モールド部6に代えて、ボビンなどの絶縁介在部材を備える。
(4)樹脂モールド部6に代えて、又は樹脂モールド部6の具備に加えて、巻回部20を構成する隣り合うターン同士を接合する熱融着樹脂部(図示せず)を備える。
(5)ケース4内にコイル2Aと磁性コア3Aとを含む組物を封止する封止樹脂を備える。
例えば、横置き形態以外の設置形態とすることができる。例えば、巻回部20の軸方向が設置対象の設置面に直交する設置形態、図2に示す状態から右方又は左方に90°回転させて、巻回部20の短辺側の側面が設置面となる設置形態などが挙げられる。これらの形態は、低損失なリアクトルなどとすることができる。また、これらの形態は、冷却機構の配置状態などによっては、放熱性にも優れると期待される。
設置高さが低く、低損失で、放熱性にも優れるリアクトルとして、例えば、以下の構成とすることができる。
[付記1]
巻線が巻回されて筒状の巻回部を備えるコイルと、
前記巻回部の内周に配置される中脚部と、前記巻回部の外周に配置されて前記中脚部を挟む二つの側脚部と、前記中脚部及び両側脚部を挟み、これらを連結する二つの連結部とを備える磁性コアとを備え、
前記巻回部は、
その内周面に囲まれる内側空間に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられ、前記中脚部と前記側脚部とで挟まれる二つのコイル凹部と、
前記磁性コアに覆われずに露出される露出箇所とを備え、
前記中脚部は、
前記二つの側脚部に挟まれない張出箇所と、
前記コイル凹部に沿って設けられ、前記中脚部の内部に向かって凹む二つのコア凹部とを備え、
各側脚部は、
各コア凹部に向かって突出し、前記コア凹部と共にコイル凹部を挟む凸面を備えるリアクトル。
2A,2B コイル
20 巻回部 22,23 コイル凹部 225 対向面 235 設置面
2w 巻線
3A,3B 磁性コア
31 中脚部 31d 介在箇所 31p 張出箇所 312,313 コア凹部
32,33 側脚部 320,330 凸面 325 対向面(面一な面)
335 設置面(面一な面)
34,35 連結部
3a,3b 分割コア片 31a,31b 中脚片
32a,32b,33a,33b 側脚片
4 ケース
40 底部 41 壁部
6 樹脂モールド部
9 放熱層
Claims (10)
- コイルの巻回部の内周に配置される中脚部と、前記巻回部の外周に配置されて前記中脚部を挟む二つの側脚部と、前記中脚部及び両側脚部を挟み、これらを連結する二つの連結部とを備え、
前記中脚部は、
前記二つの側脚部に挟まれない張出箇所を含み、
前記中脚部の内部に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコア凹部を備え、
各側脚部は、
各コア凹部に向かって突出し、前記各コア凹部との間に所定の隙間を設けて配置される凸面を備える磁性コア。 - 前記中脚部の軸方向に直交する平面で前記磁性コアを切断した横断面を内包する長方形の短辺に対する長辺の比が1.5以上である請求項1に記載の磁性コア。
- 前記二つのコア凹部が対向配置されると共に、前記二つの凸面が対向配置される請求項1又は請求項2に記載の磁性コア。
- 磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体、及び磁性粉末を含む圧粉成形体の少なくとも一方を備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の磁性コア。
- 一対の分割コア片を組み合わせて構成され、
各分割コア片は、一方の前記連結部と、前記連結部から立設され、前記中脚部の一部を形成する中脚片及び前記各側脚部の一部を形成する二つの側脚片とを備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁性コア。 - コイルと、磁性コアとを備え、
前記コイルは、
巻線が巻回されてなる筒状の巻回部を備え、
前記巻回部は、その内周面に囲まれる内側空間に向かって、凹み方向が互いに逆向きになるように設けられた二つのコイル凹部を備え、
前記磁性コアは、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁性コアであり、
各コイル凹部が前記中脚部の各コア凹部と前記各側脚部の凸面間に配置され、
前記巻回部における前記コイル凹部以外の箇所が前記磁性コアに覆われずに露出されるリアクトル。 - 前記側脚部は、前記巻回部における前記磁性コアからの露出箇所の一部と面一な面を備える請求項6に記載のリアクトル。
- 前記巻回部の端面を内包する長方形の短辺に対する長辺の比が1.5以上である請求項6又は請求項7に記載のリアクトル。
- 前記二つのコイル凹部は、対向配置される請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記巻回部の外周の少なくとも一部を覆う樹脂モールド部を備える請求項6から請求項9のいずれか1項に記載のリアクトル。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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