JP7089672B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
並列された第一巻回部及び第二巻回部を有するコイルと、環状の閉磁路を形成する磁性コアとを備え、
前記磁性コアは、第一内側コア部、第二内側コア部、第一外側コア部、及び第二外側コア部を備え、
前記第一内側コア部は、前記第一巻回部の内部に配置され、
前記第二内側コア部は、前記第二巻回部の内部に配置され、
前記第一外側コア部は、前記第一内側コア部の一端と前記第二内側コア部の一端とを繋ぎ、
前記第二外側コア部は、前記第一内側コア部の他端と前記第二内側コア部の他端とを繋ぐリアクトルであって、
前記第一巻回部と前記第二巻回部の内部に充填された内側樹脂部と、
前記内側樹脂部に繋がり、前記第一外側コア部と前記第二外側コア部の少なくとも一部を覆う外側樹脂部とを備え、
前記第一外側コア部は、
前記コイルに対向する第一内方面と、
前記第一内方面とは反対側の第一外方面と、
前記第一外方面から突出する外方突出部とを備え、
前記第一外方面の側から見たときに、前記外方突出部の外周輪郭線が前記第一外方面の外周輪郭線の内側にあり、
前記外方突出部の端面が前記外側樹脂部から露出し、前記外側樹脂部の表面と面一になっている。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
並列された第一巻回部及び第二巻回部を有するコイルと、環状の閉磁路を形成する磁性コアとを備え、
前記磁性コアは、第一内側コア部、第二内側コア部、第一外側コア部、及び第二外側コア部を備え、
前記第一内側コア部は、前記第一巻回部の内部に配置され、
前記第二内側コア部は、前記第二巻回部の内部に配置され、
前記第一外側コア部は、前記第一内側コア部の一端と前記第二内側コア部の一端とを繋ぎ、
前記第二外側コア部は、前記第一内側コア部の他端と前記第二内側コア部の他端とを繋ぐリアクトルであって、
前記第一巻回部と前記第二巻回部の内部に充填された内側樹脂部と、
前記内側樹脂部に繋がり、前記第一外側コア部と前記第二外側コア部の少なくとも一部を覆う外側樹脂部とを備え、
前記第一外側コア部は、
前記コイルに対向する第一内方面と、
前記第一内方面とは反対側の第一外方面と、
前記第一外方面から突出する外方突出部とを備え、
前記第一外方面の側から見たときに、前記外方突出部の外周輪郭線が前記第一外方面の外周輪郭線の内側にあり、
前記外方突出部の端面が前記外側樹脂部から露出し、前記外側樹脂部の表面と面一になっている。
前記第二外側コア部は、
前記コイルに対向する第二内方面と、
前記第二内方面とは反端側の第二外方面とを備え、
前記第二外方面が前記外側樹脂部で覆われており、前記第二外方面を覆う部分に前記外側樹脂部のゲート痕を有する形態を挙げることができる。
前記コイルは、前記第一巻回部の軸方向の一端側で前記第一巻回部から引き出される第一巻線端部と、前記第一巻線端部と同じ側で前記第二巻回部から引き出される第二巻線端部とを備え、
前記第一外側コア部は、前記第一巻線端部及び前記第二巻線端部が配置される側に設けられる形態を挙げることができる。
前記第一外方面からの前記外方突出部の突出長さは0.1mm以上2.0mm以下である形態を挙げることができる。
前記コイルの端面と前記第一外側コア部との間に介在され、前記コイルと前記第一外側コア部を保持する第一保持部材と、
前記コイルの端面と前記第二外側コア部との間に介在され、前記コイルと前記第二外側コア部を保持する第二保持部材とを備え、
前記内側樹脂部と前記外側樹脂部とが、前記第一保持部材及び前記第二保持部材の内部で繋がっている形態を挙げることができる。
前記第一内方面に設けられ、前記第一巻回部と前記第二巻回部の間に突出する内方突出部を備える形態を挙げることができる。
前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部の比透磁率は、5以上50以下で、
前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部の比透磁率は、前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部の比透磁率よりも高い形態を挙げることができる。
前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部の比透磁率は、50以上500以下である形態を挙げることができる。
前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体で構成される形態を挙げることができる。
前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部は、軟磁性粉末の圧粉成形体で構成される形態を挙げることができる。
前記外側コア部は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体で構成される形態を挙げることができる。
以下、本開示のリアクトルの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
実施形態1では、図1~図7に基づいてリアクトル1の構成を説明する。図1に示すリアクトル1は、コイル2と磁性コア3と保持部材4C,4Dとを組み合わせて構成される。リアクトル1は更に、コイル2に備わる第一巻回部2Aと第二巻回部2Bの内部に配置される内側樹脂部5(図2参照)と、磁性コア3を構成する外側コア部3C,3D(図2参照)の少なくとも一部を覆う外側樹脂部6と、を備える。このリアクトル1の特徴の一つとして、外側コア部3Cに外方突出部39が形成されていることが挙げられる。以下、リアクトル1に備わる各構成を詳細に説明する。
本実施形態のコイル2は、図1に示すように、並列される第一巻回部2A及び第二巻回部2Bと、両巻回部2A,2Bを連結する連結部2Rと、を備える。各巻回部2A,2Bは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行になるように並列されている。本例では、一本の巻線2wでコイル2を製造している。
・X1方向…X軸方向のうち、巻線端部2a,2bに向う方向
・X2方向…X軸方向のうち、連結部2Rに向う方向
・Y1方向…Y軸方向のうち、第一巻回部2Aに向う方向
・Y2方向…Y軸方向のうち、第二巻回部2Bに向う方向
・Z1方向…Z軸方向のうち、連結部2Rが配置される側に向う方向
・Z2方向…Z軸方向のうち、Z1方向の反対に向う方向
磁性コア3は、図2に示すように、第一内側コア部3A、第二内側コア部3B、第一外側コア部3C、及び第二外側コア部3Dを備える。第一内側コア部3Aは、第一巻回部2Aの内部に配置される。第二内側コア部3Bは、第二巻回部2Bの内部に配置される。第一外側コア部3Cは、第一内側コア部3Aの一端(X1方向の端部)と、第二内側コア部3Bの一端とを繋ぐ。第二外側コア部3Dは、第一内側コア部3Aの他端(X2方向の端部)と、第二内側コア部3Bの他端とを繋ぐ。これらコア部3A,3B,3C,3Dが環状に繋がることで閉磁路が形成される。
内側コア部3A(3B)は、コイル2の巻回部2A(2B)の軸方向、即ちX軸方向に沿った部分である。本例では、磁性コア3のうち、巻回部2A,2Bの軸方向に沿った部分の両端部が巻回部2A,2Bの端面から突出している(内側コア部3A,3Bの端面300の位置を参照)。その突出する部分も内側コア部3A,3Bの一部である。
外側コア部3C(3D)は、磁性コア3のうち、巻回部2A,2Bの外部に配置される部分である。外側コア部3C(3D)の形状は、一対の内側コア部3A(3B)の端部を繋ぐ形状であれば特に限定されない。本例の外側コア部3C(3D)は、略直方体状である(図3,4を参照)。
内方突出部31は、図2に示すように、第一外側コア部3Cの第一内方面310に設けられ、第一巻回部2Aと第二巻回部2Bとの間に向って突出する。つまり、内方突出部31は、X2方向に向って突出している。本例の内方突出部31は、本体部30に一体に設けられている。
外方突出部39は、第一外方面319から突出する。外方突出部39は、本体部30に一体に設けられている。外方突出部39のX1方向の端面は平坦面となっている。この平坦面は、後述する外側樹脂部6の表面と面一になっており、外側樹脂部6から外部に露出している。外方突出部39が外側樹脂部6から突出しないので、リアクトル1を取り扱う際、外方突出部39が損傷し難い。
内側コア部3A,3Bの比透磁率は5以上50以下で、外側コア部3C,3Dの比透磁率は内側コア部3A,3Bの比透磁率よりも高いことが好ましい。内側コア部3A,3Bの比透磁率は、更に10以上45以下、15以上40以下、20以上35以下とすることができる。一方、外側コア部3C,3Dの比透磁率は、50以上500以下であることが好ましい。外側コア部3C,3Dの比透磁率は、80以上、100以上、150以上、180以上とすることができる。外側コア部3C,3Dの比透磁率を内側コア部3A,3Bの比透磁率よりも高くすることで、内側コア部3A,3Bと第一外側コア部3Cとの間、及び内側コア部3A,3Bと第二外側コア部3Dとの間における漏れ磁束を低減できる。特に、内側コア部3A,3Bと外側コア部3C,3Dとの比透磁率の差を大きくする、例えば外側コア部3C,3Dの比透磁率を内側コア部3A,3Bの比透磁率の2倍以上とすることで、漏れ磁束をより低減できる。また、内側コア部3A,3Bの比透磁率が外側コア部3C,3Dの比透磁率に比べて低いため、磁性コア3全体の比透磁率が高くなり過ぎることを抑制できる。その結果、ギャップレス構造の磁性コア3とすることができる。
図1に示す本例のリアクトル1は更に、第一保持部材4Cと第二保持部材4Dとを備える。図2に示すように、第一保持部材4Cは、コイル2の巻回部2A,2BのX1方向の端面と、磁性コア3の第一外側コア部3Cの第一内方面310と、の間に介在され、これらを保持する部材である。第二保持部材4Dは、コイル2の巻回部2A,2BのX2方向の端面と、磁性コア3の第二外側コア部3Dの第二内方面320との間に介在され、これらを保持する部材である。保持部材4C,4Dは、代表的にはポリフェニレンスルフィド樹脂などの絶縁材料で構成される。保持部材4C,4Dは、コイル2と磁性コア3との間の絶縁部材や、巻回部2A,2Bに対する内側コア部3A,3B、外側コア部3C,3Dの位置決め部材として機能する。
内側樹脂部5は、図2に示すように、巻回部2A,2Bの内部に配置される。第一巻回部2Aの内部にある内側樹脂部5は、第一巻回部2Aの内周面と第一内側コア部3Aの外周面を接合する。第二巻回部2Bの内部にある内側樹脂部5は、第二巻回部2Bの内周面と第二内側コア部3Bの外周面とを接合する。内側樹脂部5は、巻回部2A(2B)の内周面と外周面との間に跨がることなく、巻回部2A(2B)の内部に留まっている。つまり、巻回部2A,2Bの外周面は、図1に示すように、樹脂に覆われることなく外部に露出している。
外側樹脂部6は、図1,2に示すように、外側コア部3C(3D)における保持部材4C(4D)から露出する部分を覆うように配置される。外側樹脂部6によって、外側コア部3C(3D)が保持部材4C(4D)に固定されると共に、外側コア部3C,3Dが外部環境から保護される。本例の外側樹脂部6は内側樹脂部5に繋がっている。つまり、外側樹脂部6と内側樹脂部5とは同じ樹脂で一度に形成されたものである。両樹脂部5,6によって、コイル2と磁性コア3と保持部材4C,4Dとが一体化される。そのため、本例のリアクトル1は、図1に示す状態で車両などに搭載することができる。
本例のリアクトル1は、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった電動車両に搭載される双方向DC-DCコンバータなどの電力変換装置の構成部材に利用することができる。本例のリアクトル1は、液体冷媒に浸漬された状態で使用することができる。液体冷媒は特に限定されないが、ハイブリッド自動車でリアクトル1を利用する場合、ATF(Automatic Transmission Fluid)などを液体冷媒として利用できる。その他、フロリナート(登録商標)などのフッ素系不活性液体、HCFC-123やHFC-134aなどのフロン系冷媒、メタノールやアルコールなどのアルコール系冷媒、アセトンなどのケトン系冷媒などを液体冷媒として利用することもできる。本例のリアクトル1では、巻回部2A,2Bの外部に露出しているため、リアクトル1を液体冷媒等の冷却媒体で冷却する場合には、巻回部2A,2Bを冷却媒体に直接接触させられるので、本例のリアクトル1は放熱性に優れる。
本例のリアクトル1では、外方突出部39を基準にしてリアクトル1における巻線端部2a,2bの位置が精度良く決められている。そのため、外方突出部39を基準にしてリアクトル1を設置対象に設置することで、設置対象における所望の位置に巻線端部2a,2bを精度良く配置できる。その結果、リアクトル1の巻線端部2a,2bを外部機器に接続し易くなるので、リアクトル1を含むコンバータなどを容易に作製できる。
次に、実施形態1に係るリアクトル1を製造するためのリアクトルの製造方法の一例を図7に基づいて説明する。リアクトルの製造方法は、大略、次の工程を備える。
・コイル2と磁性コア3と保持部材4C,4Dとを組み合わせる工程(工程I)
・巻回部の内部に樹脂を充填する工程(工程II)
・樹脂を固化させる工程(工程III)
この工程では、コイル2と磁性コア3と保持部材4C,4Dとを組み合わせる。例えば、巻回部2A,2Bの内部に内側コア部3A,3Bを配置し、一対の保持部材4C,4Dをそれぞれ巻回部2A,2Bの一端面と他端面に当接させた第一組物を作製する。そして、その第一組物を一対の外側コア部3C,3Dで挟み込んだ第二組物を作製する。内側コア部3A,3Bの端面300と第一外側コア部3Cの第一内方面310との間、及び内側コア部3A,3Bの端面300と第二外側コア部3Dの第二内方面320との間は、接着剤などで接合することができる。
工程IIでは、第二組物における巻回部2A,2Bの内部に樹脂を充填する。本例では、第二組物を金型7内に配置し、金型7内に樹脂を注入する射出成形を行なう。金型7内の第二組物はX1方向に押圧される。具体的には、第二外側コア部3Dの第二外方面329が支持材71,71で押圧される。その結果、第二組物の外方突出部39の端面は、金型7の内周面に当接される。
工程IIIでは、熱処理などで樹脂を固化させる。固化した樹脂のうち、巻回部2A,2Bの内部にあるものは図2に示すように内側樹脂部5となり、外側コア部3C,3Dを覆うものは外側樹脂部6となる。内側樹脂部5と外側樹脂部6とは、保持部材4C,4Dの内部で繋がっている。
以上説明したリアクトルの製造方法によれば、図1に示すリアクトル1を製造することができる。また、本例のリアクトルの製造方法では、内側樹脂部5と外側樹脂部6とを一体に形成しており、樹脂を充填する工程と、樹脂を硬化させる工程が1回ずつで済むので、生産性良くリアクトル1を製造することができる。
実施形態1に示す内方突出部31を有するリアクトル1と、内方突出部31を有さない参考品のリアクトルについて、シミュレーションによってインダクタンスと合計損失を測定した。両リアクトルの内側コア部3A,3Bの比透磁率は20、外側コア部3C,3Dの比透磁率は200とした。また、実施形態1のリアクトル1の内方突出部31の突出長さは1.2mmとした。インダクタンス及び合計損失のシミュレーションには、市販のソフトウェア(例、株式会社JSOL製 JMAG-Designer)を用いた。
・参考品のリアクトル…85.5μH(100A)、45.3μH(200A)
・参考品のリアクトル…84.9W
2 コイル 2w 巻線
2A 第一巻回部 2B 第二巻回部 2R 連結部
2a 第一巻線端部 2b 第二巻線端部
3 磁性コア
3A 第一内側コア部 3B 第二内側コア部
3C 第一外側コア部 3D 第二外側コア部
30 本体部 31 内方突出部 39 外方突出部
300 端面
310 第一内方面 319 第一外方面
320 第二内方面 329 第二外方面
4C 第一保持部材 4D 第二保持部材
40 貫通孔 41 コイル収納部 42 コア収納部
43 仕切り部 44 突起収納部 45 切欠き部
5 内側樹脂部
6 外側樹脂部
60 ゲート痕 61 孔部
7 金型
70 樹脂充填孔 71 支持材
Claims (9)
- 並列された第一巻回部及び第二巻回部を有するコイルと、環状の閉磁路を形成する磁性コアとを備え、
前記磁性コアは、第一内側コア部、第二内側コア部、第一外側コア部、及び第二外側コア部を備え、
前記第一内側コア部は、前記第一巻回部の内部に配置され、
前記第二内側コア部は、前記第二巻回部の内部に配置され、
前記第一外側コア部は、前記第一内側コア部の一端と前記第二内側コア部の一端とを繋ぎ、
前記第二外側コア部は、前記第一内側コア部の他端と前記第二内側コア部の他端とを繋ぐリアクトルであって、
前記第一巻回部と前記第二巻回部の内部に充填された内側樹脂部と、
前記内側樹脂部に繋がり、前記第一外側コア部と前記第二外側コア部の少なくとも一部を覆う外側樹脂部とを備え、
前記第一外側コア部は、
前記コイルに対向する第一内方面と、
前記第一内方面とは反対側の第一外方面と、
前記第一外方面から突出する外方突出部とを備え、
前記第一外方面の側から見たときに、前記外方突出部の外周輪郭線が前記第一外方面の外周輪郭線の内側にあり、
前記外方突出部の端面が前記外側樹脂部から露出し、前記外側樹脂部の表面と面一になっており、
前記第二外側コア部は、
前記コイルに対向する第二内方面と、
前記第二内方面とは反端側の第二外方面とを備え、
前記第二外方面が前記外側樹脂部で覆われており、前記第二外方面を覆う部分に前記外側樹脂部のゲート痕を有する、
リアクトル。 - 前記コイルは、前記第一巻回部の軸方向の一端側で前記第一巻回部から引き出される第一巻線端部と、前記第一巻線端部と同じ側で前記第二巻回部から引き出される第二巻線端部とを備え、
前記第一外側コア部は、前記第一巻線端部及び前記第二巻線端部が配置される側に設けられる請求項1に記載のリアクトル。 - 前記第一外方面からの前記外方突出部の突出長さは0.1mm以上2.0mm以下である請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記コイルの端面と前記第一外側コア部との間に介在され、前記コイルと前記第一外側コア部を保持する第一保持部材と、
前記コイルの端面と前記第二外側コア部との間に介在され、前記コイルと前記第二外側コア部を保持する第二保持部材とを備え、
前記内側樹脂部と前記外側樹脂部とが、前記第一保持部材及び前記第二保持部材の内部で繋がっている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記第一内方面に設けられ、前記第一巻回部と前記第二巻回部の間に突出する内方突出部を備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部の比透磁率は、5以上50以下で、
前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部の比透磁率は、前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部の比透磁率よりも高い請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリ
アクトル。 - 前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部の比透磁率は、50以上500以下である請求項6に記載のリアクトル。
- 前記第一内側コア部及び前記第二内側コア部は、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体で構成される請求項6又は請求項7に記載のリアクトル。
- 前記第一外側コア部及び前記第二外側コア部は、軟磁性粉末の圧粉成形体で構成される請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のリアクトル。
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