JP6722523B2 - リアクトル - Google Patents

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Description

本発明は、コア部材と、コア部材の内部に埋設されたコイル本体部を有するコイル部材とを備えるリアクトルに関する。
特許文献1のリアクトルのコア部材は、互いに異なる比透磁率を有する2種類の部材を有している。
特許文献2のコイル部品は、磁性体粉末と結合剤(樹脂)との混合物を硬化してなる複合磁性体の磁芯の内部にコイル部材のコイル本体部を埋設した構造を有している。
特開2012−089899号公報 特開2006−4957号公報
特許文献2の複合磁性体の比透磁率は、圧粉磁芯の比透磁率よりも低い。従って、特許文献1のリアクトルにおいて、コア部材を複合磁性体と圧粉磁芯とで構成することも考えられる。
かかるリアクトルの用途としては、乗り物に搭載されるものがある。その場合におけるリアクトルの使用環境の特徴の一つは、温度変化が大きいことである。温度変化の大きい環境下においては、例えば、コイル部材の膨張によりコア部材に大きな応力がかかってしまう可能性もある。
そこで、本発明は、複合磁性体を含む低比透磁率部材と、圧粉磁芯のような高比透磁率部材とを備えるリアクトルであって、温度変化の大きい環境下で使用されたとしてもコア部材の破損を未然に防止することのできるリアクトルを提供することを目的とする。
本発明は、第1のリアクトルとして、
コイル部材と、コア部材とを備えるリアクトルであって、
前記コイル部材は、巻回された被覆導線と、前記被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えるものであり、
前記コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
前記低比透磁率部材は、1以上30以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでおり、
前記複合磁性体は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有しており、
前記高比透磁率部材は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
前記複合磁性体の弾性率は、前記絶縁コートの弾性率の100倍以上である
リアクトルを提供する。
また、本発明は、第2のリアクトルとして、第1のリアクトルであって、
前記絶縁コートは、0.1mm以上の厚さを有している
リアクトルを提供する。
また、本発明は、第3のリアクトルとして、第1又は第2のリアクトルであって、
前記低比透磁率部材の線膨張係数をx[ppm]とし、前記高比透磁率部材の線膨張係数をy[ppm]とするとき、前記低比透磁率部材及び前記高比透磁率部材は、
|x−y|≦12
を満たす
リアクトルを提供する。
また、本発明は、第4のリアクトルとして、第1から第3までのいずれかのリアクトルであって、
前記コイル部材は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部と、前記コイル本体部の両端から延びる2つの端部とを備えており、
前記高比透磁率部材は、前記コイル本体部の上側に位置する上側高比透磁率部材と、前記コイル本体部の下側に位置する下側高比透磁率部材とを備えており、
前記低比透磁率部材は、前記コイル本体部の内周の内側と、前記コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れており、
前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れている
リアクトルを提供する。
本発明の複合磁性体の弾性率は、絶縁コートの弾性率の100倍以上である。換言すると、絶縁コートの材料は、複合磁性体の弾性率の100分の1以下の弾性率を有するような柔らかいものから選択される。そのため、温度変化によりコイル部材の被覆導線が変形したとしても、それに合わせて絶縁コートが変形することから、絶縁コートを含めたコイル部材全体の変形を抑制することができる。従って、コイル部材からコア部材に伝達される応力を減らすことができ、コイル部材の破損を未然に防止することができる。
本発明の実施の形態によるリアクトルを示す斜視図である。 図1のリアクトルを示す斜視断面図である。 図1のリアクトルを示す他の斜視断面図である。 図1のリアクトルに含まれるケースを示す斜視図である。 図1のリアクトルに含まれるコイル部材を示す斜視図である。 図1のリアクトルに含まれるコア部材の上側高比透磁率部材及び下側高比透磁率部材を示す斜視図である。 シリコーンの厚さと実効弾性率との関係を示すグラフである。 コイル本体部の内周上の点と法線とを示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましくない位置関係を示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましい位置関係を示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましい位置関係を示す図である。 コイル本体部近傍に上側高透磁率部材が位置していない場合を示す図である。 図1のリアクトルの変形例を示す斜視図である。 図1のリアクトルの他の変形例を示す斜視図である。
図1から図3までに示されるように、本発明の実施の形態によるリアクトル1は、コイル部材10と、コア部材20と、ケース70とを備えている。
図5に示されるように、本実施の形態のコイル部材10は、被覆導線16を巻回したものに対してディッピングにより絶縁コート18を形成したものである。換言すると、本実施の形態のコイル部材10は、巻回された被覆導線16と、被覆導線16を少なくとも部分的に覆う絶縁コート18とを備えている。より具体的には、本実施の形態の被覆導線16は、平角導線であり、エッジワイズ巻きされている。
詳しくは、コイル部材10は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部12と、コイル本体部12の両端から延びる2つの端部14とを備えている。本実施の形態において、上下方向はZ方向である。また、上方向が+Z方向であり、下方向が−Z方向である。本実施の形態においてディッピングは、端部14を持ち、コイル本体部12を樹脂槽に漬けることにより行われる。従って、上述した絶縁コート18は、コイル本体部12の全体と、端部14の一部(コイル本体部12に近い部分)とを覆っている。
本実施の形態の絶縁コート18は、0.5GPa以下の弾性率を有するものである。具体的には、本実施の形態の絶縁コート18は、シリコーンからなる。
コイル本体部12は、巻軸の周りを周回している。具体的には、本実施の形態のコイル本体部12は、螺旋状の形状を有している。コイル本体部12は、渦巻状であってもよく、また、螺旋状と渦巻状の組み合わせであってもよい。また、本実施の形態のコイル本体部12は、上下方向と直交する水平面内において、角丸四角形の形状を有している。本実施の形態において、水平面はXY平面である。コイル本体部12は、角丸四角形の形状以外の形状、例えば、円形形状を有していてもよい。また、本実施の形態のコイル部材10は、1つのコイル本体部12のみを有しているが、2つのコイル本体部12を有するメガネコイルであってもよい。本実施の形態において、端部14は、コイル部材10の端子として機能するが、コイル部材10がメガネコイルである場合、一方の端部14は端子として機能し、他方の端部14は他のコイル本体部12との連結部として機能してもよい。
図2及び図3に示されるように、コイル本体部12は、コア部材20内に埋設されている。端部14は、コア部材20の上方まで引き出されている。図2、図3及び図5から理解されるように、上下方向と直交する横方向において、コア部材20とコイル部材10のコイル本体部12とは、2つの磁気回路を構成している。具体的には、図2において、一方の磁気回路は、コア部材20のうち、コイル本体部12の左側の断面の周囲に配置された部分により構成されており、他方の磁気回路は、コア部材20のうちコイル本体部12の右側の断面の周囲に配置された部分により構成されている。本実施の形態において、横方向はY方向である。
図4に示されるように、ケース70は、上方において開口しており、収容部76を有している。図2から図4までから理解されるように、ケース70の収容部76には、コイル部材10のコイル本体部12とコア部材20とが収容されている。
図2、図3及び図6に示されるように、コア部材20は、上側高比透磁率部材30及び下側高比透磁率部材40を有する高比透磁率部材25と、低比透磁率部材50とを備えている。
図2を参照して、低比透磁率部材50は、1以上30以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体60を含んでいる。複合磁性体60は、硬化した結合剤62と、結合剤62内部に分散配置された磁性体粉末64とを有している。図2及び図5から理解されるように、本実施の形態の低比透磁率部材50は、コイル本体部12の内周12i(図8参照)の内側と、コイル本体部12の外周12o(図8参照)の外側とに配置されていると共に、コイル本体部12の上下にも部分的に配置されている。図2に示されるように、本実施の形態の複合磁性体60は、樹脂からなる結合剤62に対して磁性体粉末64を混錬して混合物(磁性スラリー)を作成し、その磁性スラリーを硬化して得られるものである。但し、複合磁性体60の具体的な製造方法は、これには限られない。結果物として、硬化した結合剤62内部に磁性体粉末64が分散配置された構造を複合磁性体60が有している限り、複合磁性体60は他の方法によって製造されたものであってもよい。
本実施の形態の複合磁性体60は、絶縁コート18の弾性率の100倍以上の弾性率を有している。具体的には、本実施の形態の結合剤62は、エポキシ樹脂である。このように、絶縁コート18を複合磁性体60に比べて十分に柔らかいものとすることにより、コイル部材10の熱膨張による変形を絶縁コート18内において分散させることができ、コイル部材10の変形が低比透磁率部材50(複合磁性体60)に及ぼす影響を軽減することができる。
但し、シリコーンのような柔らかい材料であっても、厚みが薄すぎると弾性を十分に発揮することができず、実効弾性率が高くなってしまう場合がある。ここで、実効弾性率とは、部材を厚さ方向に圧縮した場合におけるその部材の厚さ方向の実質的な弾性率であり、次の式で示される。
=F/A/{−t /t}/1000
なお、E:実効弾性率(GPa)
F:圧縮力(N)
A:圧縮面積(mm
:圧縮前の部材の厚さ(mm)
:圧縮後の部材の厚さ(mm)
有限要素法(FEM)により求めたシリコーンの実効弾性率Eを図7に示す。コイル部材10の変形を吸収するためには、実効弾性率が0.3(GPa)以下であることが望ましい。図7から理解されるように、絶縁コート18がシリコーンからなる場合、絶縁コート18は、0.1mm以上の厚みを有していることが望ましい。
高比透磁率部材25(即ち、上側高比透磁率部材30及び下側高比透磁率部材40)は、低比透磁率部材50よりも高い比透磁率を有している。図6に示されるように、本実施の形態の高比透磁率部材25は、圧粉磁芯であり、50以上の比透磁率を有している。
本実施の形態において、低比透磁率部材50の線膨張係数をx[ppm]とし、高比透磁率部材25の線膨張係数をy[ppm]とするとき、低比透磁率部材50及び高比透磁率部材25は、|x−y|≦12を満たしている。このように、高比透磁率部材25と低比透磁率部材50の線膨張係数の差を小さくすることにより、高比透磁率部材25に加わる応力を低減することができ、高比透磁率部材25の破損を未然に防止することができる。
図1に示されるように、本実施の形態の上側高比透磁率部材30は、低比透磁率部材50に埋没している。詳しくは、図6に示されるように、本実施の形態の上側高比透磁率部材30は、複数の上側磁性部材32からなる。本実施の形態において、上側磁性部材32の数は2であり、横方向において互いに離れて位置している。図2から理解されるように、上側磁性部材32は、2つの磁気回路に影響を与えない領域において離間配置されている。図6に示されるように、本実施の形態による上側磁性部材32は、互いに同一形状を有している。具体的には、本実施の形態の上側磁性部材32は、略L字状の形状を有している。また、図1に示されるように、上側磁性部材32は、横方向と直交する垂直平面であって横方向における中心を通る垂直平面に対して鏡像配置されている。
図6に示されるように、下側高比透磁率部材40は、上側高比透磁率部材30と同一形状を有している。図2及び図6から理解されるように、下側高比透磁率部材40は、上側高比透磁率部材30と同様に配置されている。
図6に示されるように、下側高比透磁率部材40は、複数の下側磁性部材42からなる。本実施の形態において、下側磁性部材42の数は2であり、横方向において互いに離れて位置している。図6から理解されるように、本実施の形態による下側磁性部材42は、互いに同一形状を有している。換言すると、本実施の形態による上側高比透磁率部材30及び下側高比透磁率部材40は、4つの同一形状の磁性部材(2つの上側磁性部材32及び2つの下側磁性部材42)から構成されている。従って、磁性部材(2つの上側磁性部材32及び2つの下側磁性部材42)を作成する際には単一の型を用いることができることから、製造コスト面で利点がある。なお、下側磁性部材42も、図1に示される上側磁性部材32と同様に、横方向と直交する垂直平面であって横方向における中心を通る垂直平面に対して鏡像配置されている。
ここで、コイル本体部12と高比透磁率部材25との更に好ましい位置関係について図8から図12を用いて説明する。まず、図8に示されるように、コイル本体部12を上下方向に沿って見た場合に、コイル本体部12の内周12i上の点を通る法線を想定する。例えば、点Paにおいては法線Naであり、点Pbにおいては法線Nbである。次に、図9から図12に示されるように、想定された法線(N)と上下方向(Z)とで規定される断面(NZ平面)において、コイル本体部12と高比透磁率部材25との関係を見る。なお、前述のように、コイル本体部12はコア部材20に埋設されていることから、図9〜図12において何も描かれていない領域には低比透磁率部材50が存在している(各図においては参照符号のみを示す)。
絶縁コート18の弾性率が低比透磁率部材50の弾性率の100分の1以下であることから、コイル本体部12の内周12iや外周12oのように広い面においては、当該面と直交する方向(即ち、法線方向(N))において低比透磁率部材50がある程度自由に変形できる。一方、低比透磁率部材50は高透磁率部材25との境界においては基本的に変形できず固定されている。即ち、コイル本体部12の内周12iや外周12oと低比透磁率部材50との境界面は自由変形面となっており、他方、低比透磁率部材50と高比透磁率部材25との境界面は固定面となっている。このため、図9に示されるように、NZ断面において、コイル本体部12の内周12i又は外周12oと高比透磁率部材25の端部とが近接しているが重なってはいない場合、即ち、コイル本体部12と高比透磁率部材25との間に狭窄部55が形成されている場合に、狭窄部55の低比透磁率部材50にコイル部材10の熱膨張や収縮等による応力が集中する可能性がある。
このような応力集中を抑制するためには、上述した狭窄部55を形成しないようにすればよい。具体的には、コイル本体部12と高比透磁率部材25とが以下に掲げる状態1〜状態3(図10〜図12)のいずれかを満たすように配置されていればよい。なお、図10から図12おいては、高比透磁率部材25のうち上側高比透磁率部材30のみを描写してあるが、下側高透磁率部材40についても同じである。
(状態1)
図10に示されるように、NZ平面において、高比透磁率部材25(上側高比透磁率部材30)は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部12の内周12iのみと重なっている。逆に、高比透磁率部材25(上側高比透磁率部材30)は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部12の外周12oのみと重なっていてもよい。
(状態2)
図11に示されるように、NZ平面において、高比透磁率部材25(上側高比透磁率部材30)は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部12の内周12i及び外周12oの双方と重なっている。
(状態3)
図12に示されるように、NZ平面において、高比透磁率部材25(上側高比透磁率部材30)が上下方向に沿って見た場合にコイル本体部12の内周12i及び外周12oのいずれとも重なっていないとき、法線方向(N)において、内周12iと外周12oの差である所定距離Dpの1/2以上(即ち、0.5Dp以上)、内周12iからも外周12oからも離れている。即ち、外周12oから距離0.5Dpだけ外側の位置と内周12iから距離0.5Dpだけ内側の位置との間には、高比透磁率部材25は存在しない。これは、例えば、上述した実施の形態おいては、2つの上側磁性部材32に挟まれた領域において満たされる。
コイル本体部12の内周12i上のすべての点を通る法線に関して、上述した状態1〜状態3のいずれかの関係を充足していると、図9に示されるような狭窄部55が存在しないことから、応力集中の可能性を低減することができる。
以上、本発明について実施の形態を掲げて具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、様々な変形が可能である。
上述した実施の形態において、上側高透磁率部材30の上側磁性部材32は、略L字状の形状を有していたが、本発明はこれに限定されるわけではない。四角形形状のような単純な形状を有していてもよい。下側高比透磁率部材40についても同様である。
上述した実施の形態において、上側磁性部材32は、横方向において離間配置されていたが、本発明はこれに限定されるわけではない。上下方向及び横方向の双方と直交する前後方向において、複数の磁性部材を離間配置することとしてもよい。なお、ここまで例示された図においては、前後方向は、X方向である。
上述した実施の形態において、上側高透磁率部材30は低比透磁率部材50内に埋没していたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図13に示されるリアクトル1Aのように、上側高透磁率部材30を低比透磁率部材50Aから露出させてもよい。
上述した実施の形態において、上側高比透磁率部材30は2つの上側磁性部材32で構成されていたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図14に示されるリアクトル1Bのように、高比透磁率部材25Bが1つの磁性部材からなる上側高透磁率部材30Bを備えていてもよい。図示された上側高透磁率部材30Bは、低比透磁率部材50Bに埋没しているが、部分的に露出していてもよい。同様に、下側高透磁率部材を1つの磁性部材で構成してもよい。
上述した実施の形態において、低比透磁率部材50は、複合磁性体60のみからなるものであったが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、低比透磁率部材50は、非磁性部材からなるギャップ材を更に備えていてもよい。
更に、上述した実施の形態において、複合磁性体60は、樹脂からなる結合剤62内に磁性体粉末64が分散配置されたものであったが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、結合剤62内に磁性体粉末64と非磁性フィラーとが分散配置されたものであってもよい。
以上説明した本発明によるリアクトルは、特に車載用リアクトルとして適している。
1,1A,1B リアクトル
10 コイル部材
12 コイル本体部
12i 内周
12o 外周
14 端部
16 被覆導線
18 絶縁コート
20 コア部材
25,25B 高比透磁率部材
30,30B 上側高比透磁率部材
32 上側磁性部材
40 下側高比透磁率部材
42 下側磁性部材
50,50A,50B 低比透磁率部材
55 狭窄部
60 複合磁性体
62 結合剤
64 磁性体粉末
70 ケース
76 収容部

Claims (4)

  1. コイル部材と、コア部材とを備えるリアクトルであって、
    前記コイル部材は、巻回された被覆導線と、前記被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えるものであり、
    前記コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
    前記低比透磁率部材は、1以上30以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでおり、
    前記複合磁性体は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有しており、
    前記高比透磁率部材は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
    前記複合磁性体の弾性率は、前記絶縁コートの弾性率の100倍以上であり、
    前記絶縁コートを厚さ方向に圧縮した場合における前記絶縁コートの前記厚さ方向の実質的な弾性率は、0.3GPa以下であり、
    前記コイル部材は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部と、前記コイル本体部の両端から延びる2つの端部とを備えており、
    前記高比透磁率部材は、前記コイル本体部の上側に位置する上側高比透磁率部材と、前記コイル本体部の下側に位置する下側高比透磁率部材とを備えており、
    前記低比透磁率部材は、前記コイル本体部の内周の内側と、前記コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
    前記コイル本体部の前記内周上のすべての点の夫々について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れており、
    前記コイル本体部の前記内周上のすべての点の夫々について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れている
    リアクトル。
  2. コイル部材と、コア部材とを備えるリアクトルであって、
    前記コイル部材は、巻回された被覆導線と、前記被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えるものであり、
    前記コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
    前記低比透磁率部材は、1以上30以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでおり、
    前記複合磁性体は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有しており、
    前記高比透磁率部材は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
    前記複合磁性体の弾性率は、前記絶縁コートの弾性率の100倍以上であり、
    前記コイル部材は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部と、前記コイル本体部の両端から延びる2つの端部とを備えており、
    前記高比透磁率部材は、前記コイル本体部の上側に位置する上側高比透磁率部材と、前記コイル本体部の下側に位置する下側高比透磁率部材とを備えており、
    前記低比透磁率部材は、前記コイル本体部の内周の内側と、前記コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
    前記コイル本体部の前記内周上のすべての点の夫々について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れており、
    前記コイル本体部の前記内周上のすべての点の夫々について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の1/2以上、前記内周からも前記外周からも離れている
    リアクトル。
  3. 請求項1又は請求項2記載のリアクトルであって、
    前記絶縁コートは、0.1mm以上の厚さを有している
    リアクトル。
  4. 請求項1から請求項までのいずれかに記載のリアクトルであって、
    前記低比透磁率部材の線膨張係数をx[ppm]とし、前記高比透磁率部材の線膨張係数をy[ppm]とするとき、前記低比透磁率部材及び前記高比透磁率部材は、
    |x−y|≦12
    を満たす
    リアクトル。
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