JP7320181B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
コイルと磁性コアとを含む組合体と、
前記組合体が収納されるケースと、
前記ケース内に前記組合体と並んで収納される挿入部材と、
前記ケース内に充填される封止樹脂部とを備え、
前記ケースは、底部と、側壁部とを備え、
前記挿入部材は、前記底部に対して間隔をあけて配置される先端部を備え、
前記組合体及び前記挿入部材と前記ケースとがつくる空間は、前記底部と前記先端部との間に設けられる第一領域と、前記第一領域以外の第二領域とを備え、
前記封止樹脂部は、前記第一領域に充填される第一樹脂部と、前記第二領域の少なくとも一部に充填される第二樹脂部とを備え、
前記挿入部材の構成材料は、タイプAデュロメータ硬さが50以上の硬度を有する。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本開示の一態様に係るリアクトルは、
コイルと磁性コアとを含む組合体と、
前記組合体が収納されるケースと、
前記ケース内に前記組合体と並んで収納される挿入部材と、
前記ケース内に充填される封止樹脂部とを備え、
前記ケースは、底部と、側壁部とを備え、
前記挿入部材は、前記底部に対して間隔をあけて配置される先端部を備え、
前記組合体及び前記挿入部材と前記ケースとがつくる空間は、前記底部と前記先端部との間に設けられる第一領域と、前記第一領域以外の第二領域とを備え、
前記封止樹脂部は、前記第一領域に充填される第一樹脂部と、前記第二領域の少なくとも一部に充填される第二樹脂部とを備え、
前記挿入部材の構成材料は、タイプAデュロメータ硬さが50以上の硬度を有する。
詳しくは、ケース内に組合体が収納され、かつ挿入部材が収納されていない状態では、ケース内の空間は、挿入部材が配置可能な大きさを有する箇所と、組合体の周囲に設けられる狭い箇所とを有することができる。前者の箇所は、挿入部材の大きさに応じて、上記狭い箇所より大きく設定することができる。このような比較的大きな箇所に原料樹脂を充填すれば、上記狭い箇所に原料樹脂を充填する場合に比較して、充填時間が短くなり易い。また、上記比較的大きな箇所には、原料樹脂を充填するためのノズルを配置することができる。即ち、原料樹脂の充填にノズルを利用することができる。なお、上記比較的大きな箇所に充填された原料樹脂の少なくとも一部は、固化後、第一樹脂部を構成する。
押圧された原料樹脂は、ケース内において挿入部材側から組合体側に流動して、上述の狭い箇所に入り込む。このように挿入部材を原料樹脂の加圧部材として利用することで、組合体とケースとの間隔が狭い箇所、例えば1mm以下の箇所を有する場合でも、原料樹脂が上記狭い箇所に良好に流れ込み、組合体を覆うことができる。
前記構成材料は、樹脂又はゴムを含む形態が挙げられる。
前記先端部の構成材料は、前記ゴムであり、
前記先端部は、前記第一樹脂部に接する端面を備え、
前記先端部が弾性変形していない状態において前記端面の面積は、前記第一領域の最大の平面積以上である形態が挙げられる。
前記挿入部材における前記ケースの深さ方向に沿った長さは、前記ケースの深さの40%以上である形態が挙げられる。
前記封止樹脂部の構成材料は、樹脂と、非金属無機材料からなる粉末とを含む形態が挙げられる。
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態に係るリアクトルの具体例を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
図1から図5を参照して、実施形態1のリアクトルを説明する。
図2は、図1に示すリアクトル1をケース5の深さ方向に平行な平面で、ケース5及び封止樹脂部6を切断した部分断面図である。図2の組合体10及び挿入部材7は、断面ではなく、外観を示す。
実施形態1のリアクトル1は、図2に示すように、コイル2と磁性コア3とを含む組合体10と、ケース5と、封止樹脂部6と、挿入部材7とを備える。ケース5は、底部51と、側壁部52とを備え、組合体10及び挿入部材7を収納する容器である。封止樹脂部6は、ケース5内に充填される。
なお、ケース5の深さ方向は、図1,図4Bでは紙面に直交する方向であり、その他の図面では上下方向である。
ケース5の深さ方向に直交する方向は、図1から図5では例えば左右方向である。
組合体10は、コイル2と、磁性コア3とを備える。その他、組合体10は、コイル2と磁性コア3との間の電気絶縁性を高める部材等を備えてもよい。このような部材として、後述する保持部材4、樹脂モールド部8等が挙げられる。
コイル2は、巻線をらせん状に巻回してなる筒状の巻回部を備える。巻回部に連続する巻線の端部には、電源等の外部装置が接続される。巻線、巻線の端部、及び外部装置は、図示を省略する。
磁性コア3は、コイル2の巻回部21,22内に配置される部分と、巻回部21,22外に配置される部分とを有し、コイル2がつくる磁束が通過する閉磁路を構成する。
リアクトル1は、コイル2と磁性コア3との間に配置される保持部材4を備えてもよい。本例の保持部材4は、巻回部21,22、内側コア部31,32及び外側コア部33を支持して、巻回部21,22に対して内側コア部31,32、外側コア部33を位置決めする。図1から図5は保持部材4の概略を示し、詳細な図示を省略する。
リアクトル1は、磁性コア3の少なくとも一部を覆う樹脂モールド部8を備えてもよい。樹脂モールド部8は、コイル2又はリアクトル1の周囲部品と磁性コア3との間における電気絶縁性を向上する他、磁性コア3に対して外部環境から保護、機械的な保護等を行う。
本例の樹脂モールド部8は、内側樹脂部81,82と、外側樹脂部83とを備える。内側樹脂部81,82はそれぞれ、内側コア部31,32の少なくとも一部を覆う。外側樹脂部83は、各外側コア部33の少なくとも一部を覆う。本例では、内側樹脂部81,82と外側樹脂部83とは連続する一体成型物である。このような樹脂モールド部8は、複数のコア片を一体に保持して、磁性コア3の一体物としての強度、剛性を高める。
ケース5は、組合体10の実質的に全体を収納して、組合体10に対して外部環境からの保護、機械的な保護等を行う。本例のケース5は、金属から構成されており、組合体10の放熱経路としても機能する。
封止樹脂部6は、組合体10及び挿入部材7とケース5とがつくる空間の少なくとも一部に充填される。また、封止樹脂部6は、ケース5内の組合体10の少なくとも一部を覆うと共に、挿入部材7の少なくとも一部に接する。封止樹脂部6は、組合体10に対して外部環境からの保護、機械的な保護、組合体10とケース5との間の電気絶縁性の向上、組合体10とケース5との一体化、放熱性の向上等の機能を有する。
〈概要〉
挿入部材7は、組合体10、ケース5、及び封止樹脂部6とは独立した部材である。但し、挿入部材7は、組合体10と並んでケース5内に収納される。代表的には、挿入部材7は、ケース5の深さH5未満の長さH7を有する柱状又は棒状の部材であり、本例のように、ケース5の深さ方向に沿ってケース5内に収納される。
挿入部材7の構成材料は、タイプAデュロメータ硬さが50以上の硬度を有する。タイプAデュロメータ硬さが50以上であれば、リアクトル1の製造過程において、挿入部材7は上述の原料樹脂600が高粘度なものであっても、押圧可能な硬度を有するといえる。タイプAデュロメータ硬さが高いほど、挿入部材7は剛性に優れて、原料樹脂600を押圧し易い。この点から、タイプAデュロメータ硬さは60以上、70以上でもよい。
挿入部材7の構成材料は、上述の特定の硬度を満たせば、電気絶縁材料でも、導電材料でもよい。挿入部材7のうち、少なくとも、コイル2、磁性コア3、及びケース5に近接される箇所の表層の構成材料は、電気絶縁材料が好ましい。この理由は、挿入部材7と上述のコイル2等との間の電気絶縁性に優れるからである。
樹脂の具体例として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の具体例は、〈磁性コア〉の項において、複合材料の成形体の説明を参照するとよい。樹脂は、一般に、ゴムに比較して剛性に優れる。そのため、構成材料が樹脂である挿入部材7は、ゴムである場合に比較して、リアクトル1の製造過程において、原料樹脂600を押圧し易い。なお、樹脂は、タイプDデュロメータ硬さ又はビッカース硬さを有するものがある。
ゴムの具体例として、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。特に、タイプAデュロメータ硬さが90以下であるゴムは、弾性変形性に優れる。このような弾性変形性に優れるゴムからなる挿入部材7では、上述のように大きさの自由度が高い。なお、挿入部材7の構成材料は、タイプDデュロメータ硬さを有するゴムでもよい。
セラミックスの具体例は、上述の(封止樹脂部)の項を参照するとよい。なお、セラミックス、後述の金属、炭素系材料は、一般に、ビッカース硬さを有する。
挿入部材7の構成材料が導電材料を含む場合、金属や炭素系材料は、一般に、樹脂やゴムより熱伝導性に優れる。そのため、構成材料が金属や炭素系材料等である挿入部材7は、組合体10からの熱をケース5に良好に伝えられて、放熱性の向上に寄与する。
挿入部材7の構成材料は、単一の材料でもよいし、複数の材料を含んでもよい。即ち、挿入部材7は、異なる材料からなる部材の組物でもよい。本例のように単一の材料からなる挿入部材7は、成形し易いため、製造性に優れる。上記組物である挿入部材7は、各材料に応じた特性を有する。具体例として、後述する変形例1(1)に示すように、ゴムからなる先端部70と樹脂からなる軸部75とを備える形態(後述の図6)が挙げられる。又は、図示しないが、金属からなる芯部と電気絶縁材料からなる表層とを備える形態等が挙げられる。
本例の挿入部材7は、一体成型物である。この場合、挿入部材7は製造性に優れる。その他、挿入部材7は、後述する変形例1(1)に示すように、複数の部材の組物でもよい。
本例の挿入部材7は、ケース5内に組合体10が収納され、挿入部材7が収納されていない状態において、ケース5内における上述の長辺方向の一端側に設けられる柱状の空間560(図1,図3)の形状に概ね対応した形状を有する。詳しくは、端面71,72の平面形状は、空間560の平面形状に概ね相似な形状であり、長方形の四つの角部のうち、二つの角部が丸められた長方形状である(図1)。なお、本例のように、挿入部材7の構成材料が弾性変形性に優れる材料であれば、端面71,72の平面形状は、空間560の平面形状とは非相似な形状、ここでは完全な長方形や円形等でもよい。
挿入部材7は、上述のケース5内の一端側の空間560の大きさに対応した大きさを有することが好ましい。この理由の一つは、挿入部材7の体積が大きくなり易く、封止樹脂部6の充填量、即ち原料樹脂600の充填量が少なくなり易い上に、挿入部材7が原料樹脂600を確実に押圧できるからである。別の理由は、挿入部材7によって、ケース5内における組合体10の位置ずれを防止できるからである。
本例では、組合体10は、巻回部21,22の軸方向がケース5の深さ方向に平行するようにケース5内に収納される。挿入部材7は、挿入部材7の軸方向がケース5の深さ方向に平行するようにケース5内に収納される。また、組合体10及び挿入部材7は、ケース5の上述の長辺方向に並んで収納される。いわば、組合体10は、上記長手方向の一端側、図2では右側に寄っている。挿入部材7は、上記長手方向の他端側、図2では左側に寄っている。
封止樹脂部6は、第一樹脂部61と、第二樹脂部62とを備える。第一樹脂部61と、第二樹脂部62とは、連続する一体物である。
実施形態のリアクトル1は、例えば、以下の工程を備えるリアクトルの製造方法によって製造することができる。
(第一工程)組合体10とケース5と挿入部材7とを用意する。
(第二工程)組合体10をケース5内に収納する。
(第三工程)ケース5内に封止樹脂部6の原料樹脂600を充填する。
(第四工程)挿入部材7によって、ケース5内の原料樹脂600を押圧しつつ、挿入部材7をケース5内に収納する。
図3に示すケース5、図4A及び図5に示すケース5及び原料樹脂600は、ケース5の深さ方向に平行な平面で切断した断面図である。
図4Aの組合体10及びノズル9、図5の組合体10及び挿入部材7は、断面ではなく外観を示す。
実施形態1のリアクトル1は、電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品に利用できる。例えば、リアクトル1は、種々のコンバータや電力変換装置の構成部品等に利用できる。コンバータの一例として、車載用コンバータ、空調機のコンバータ等が挙げられる。車載用コンバータは、代表的にはDC-DCコンバータである。コンバータが搭載される車両の一例として、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、燃料電池自動車等が挙げられる。
実施形態1のリアクトル1は、挿入部材7を備えるため、挿入部材7を備えていない場合に比較して、封止樹脂部6の充填量が少ない。また、実施形態1のリアクトル1は、封止樹脂部6、特に第二樹脂部62によって、組合体10の熱をケース5に伝えられるため、放熱性に優れる。
(a)巻回部21,22においてケース5の内周面520に対向する領域が後述する変形例3の収納形態に比較して大きい。
(b)巻回部21,22とケース5の内周面520との間に第二樹脂部62が充填されており、第二樹脂部62によって、巻回部21,22の熱をケース5に良好に伝えられる。
(c)封止樹脂部6が非金属無機材料からなる粉末を含み、熱伝導性に優れる。
(d)組合体10の外周面100とケース5の内周面520との間隔が狭い箇所、ここでは主として厚さt6を有する箇所が多い。具体的には、組合体10の周長の80%以上の領域は、上記狭い箇所に相当する。
(A)原料樹脂600の充填量が挿入部材7の体積分だけ少なくてよい。
(B)原料樹脂600を充填する箇所が比較的大きな空間560である。
(C)挿入部材7によって、空間560に充填された原料樹脂600を押圧することができる。
・ 挿入部材7が製造性に優れる。この理由は、挿入部材7は単一の材料から構成される一体成型物である上に、断面形状及び断面積が挿入部材7の軸方向に一様な単純形状であることが挙げられる。代表的には、長尺な柱状材又は棒状材を所定の長さに切断すれば、挿入部材7が製造される。
・ 挿入部材7がケース5内における組合体10の位置ずれを防止する。そのため、原料樹脂600を充填する際や固化する際等、組合体10の位置決めを行う部材を別途配置する必要がない。
・ ケース5が製造性に優れる。特許文献1に記載されるケースでは、ケース自体に原料樹脂の導入路を加工する必要がある。本例のリアクトル1では、上記ケースの加工が不要である。
・ 第二領域562における組合体10とケース5との間隔を例えば1mm以下にすることができる。この点で、ケース5が小さくなり易い。
・ 挿入部材7が配置される空間560がケース5の上述の長辺方向の一端側にのみ設けられている。このようなケース5では、挿入部材7の配置箇所が例えば上記長辺方向の両側に設けられる場合に比較して、ケース5の長さL5が短くなり易い。また、本例のケース5では、挿入部材7の配置箇所が例えば上記短辺方向の一端側又は両側に設けられる場合に比較して、短辺方向の長さが短い。これらの点で、ケース5が小さくなり易い。
・ 組合体10におけるケース5の上述の短辺方向に沿った長さ<組合体10の長さL10<高さH10である。そのため、ケース5の底部51の面積が後述する変形例3の収納形態に比較して小さい。なお、底部51の面積は、概ね、上記短辺方向に沿った長さと組合体10の長さL10との積である。
例えば、実施形態1のリアクトル1に対して、以下の少なくとも一つの変更が可能である。
(1) 以下、図6を参照して、挿入部材7の変形例を説明する。
変形例1(1)の挿入部材7は、先端部70と軸部75とを備える。先端部70及び軸部75の構成材料は、タイプAデュロメータ硬さが50以上の硬度を有する。
このような挿入部材7の一例として、変形例1(1)のように局所的に断面積が異なる部分を有するものが挙げられる。別例として、ケース5の開口側に配置される端面72から、ケース5の底部51側に配置される端面71に向かって、連続的に又は段階的に断面積が減少する先細り形状の柱状又は棒状の部材が挙げられる。
この場合、各挿入部材7の構成材料は同じでも、異なってもよい。例えば、電気絶縁材料からなる挿入部材7と、導電材料からなる挿入部材7とを含んでもよい。
また、この場合、組合体10に並んでいれば各挿入部材7の配置位置は問わない。例えば、複数の挿入部材7がケース5の上述の長辺方向の一端側に位置し、上述の短辺方向に沿って配置されることが挙げられる。又は、複数の挿入部材7が上記長辺方向の両側に分かれて配置されることが挙げられる。又は、ケース5の上記長辺方向の一端側に配置される挿入部材7と、上記短辺方向の一端側に配置される挿入部材7とが存在してもよい。この具体例として、前者の挿入部材7は、実施形態1で説明した挿入部材7であり、後者の挿入部材7は、例えばケース5の第三面523に沿って配置される板状の挿入部材7であることが挙げられる。実施形態1で説明した挿入部材7と、上記板状の挿入部材7とは、ケース5内にL字状に配置される。各挿入部材7の大きさは、端部が干渉しないように調整する。
変形例2は、封止樹脂部6の充填量を更に少なくできる上に、充填時間を短くできる。例えば、組合体10の一部が封止樹脂部6から露出される場合、第二樹脂部62は、少なくとも、巻回部21,22の外周面とケース5の内周面520との間に充填されて、巻回部21,22の外周面を覆うと、放熱性、絶縁性に優れて好ましい。
(1)組合体10がケース5内に収納された状態において、巻回部21,22の軸方向がケース5の深さ方向に直交し、かつ巻回部21,22の軸が上記深さ方向の同じ位置に配置される。この収納状態は、特許文献1に記載される収納状態である。
(2)組合体10がケース5内に収納された状態において、巻回部21,22の軸方向がケース5の深さ方向に直交し、かつ巻回部21,22の軸が上記深さ方向に並ぶ。
いずれの収納形態も、ケース5の上述の長辺方向の両側に、組合体10の各外側コア部33が近接して配置される。代表的には、この外側コア部33に沿って、又は外側コア部33を覆う保持部材4に沿って、挿入部材7が配置されることが挙げられる。
(1)巻回部21,22がそれぞれ異なる巻線から構成される。
この場合、連結部は、巻線の端部のうち、外部装置が接続されない端部同士を溶接や圧着等によって直接接続させた形態でも、金具によって間接接続させた形態でもよい。
(2)巻線が被覆平角線以外の線材、例えば、断面形状が円形である被覆丸線である。
(3)巻回部21,22の形状が角筒以外の形状、例えば、円筒状等である。
(4)巻回部21,22同士において仕様が異なる。
(5)巻回部の個数が一つである。
(1)磁性コア3を構成するコア片の個数が一つ、二つ、三つ、又は五つ以上である。
(2)磁性コア3は、コイル2の巻回部内に配置される部分と巻回部外に配置される部分とを有するコア片を備える。このようなコア片として、例えば、U字状のコア片、L字状のコア片、E字状のコア片等が挙げられる。
(3)内側コア部31,32の少なくとも一方が一つのコア片ではなく、複数のコア片によって構成される。この場合、隣り合うコア片間に磁気ギャップがあってもよい。
(4)内側コア部31,32の外周形状が巻回部21,22の内周形状に非相似である。例えば、巻回部21が四角筒状であり、内側コア部31が円柱状であることが挙げられる。
(5)コア片の角部が面取りされている。面取りされたコア片は、角部が欠け難く、強度に優れる。
2 コイル、21,22 巻回部
3 磁性コア、31,32 内側コア部、33 外側コア部
4 保持部材、43 周壁
5 ケース、51 底部、52 側壁部
520 内周面、521 第一面、522 第二面
523 第三面、524 第四面
560 空間、561 第一領域、562 第二領域
6 封止樹脂部、61 第一樹脂部、62 第二樹脂部、600 原料樹脂
7 挿入部材、70 先端部、71,72 端面、701,705 側面
8 樹脂モールド部、81,82 内側樹脂部、83 外側樹脂部
9 ノズル
H5 深さ、H6,H10 高さ、H7,H70 長さ、t6 厚さ
L5,L7,L10 長さ
Claims (5)
- コイルと磁性コアとを含む組合体と、
前記組合体が収納されるケースと、
前記ケース内に前記組合体と並んで収納される挿入部材と、
前記ケース内に充填される封止樹脂部とを備え、
前記ケースは、底部と、側壁部とを備え、
前記挿入部材は、前記底部に対して間隔をあけて配置される先端部を備え、
前記組合体及び前記挿入部材と前記ケースとがつくる空間は、前記底部と前記先端部との間に設けられる第一領域と、前記第一領域以外の第二領域とを備え、
前記封止樹脂部は、前記第一領域に充填される第一樹脂部と、前記第二領域の少なくとも一部に充填される第二樹脂部とを備え、
前記挿入部材の構成材料は、タイプAデュロメータ硬さが50以上の硬度を有し、
前記挿入部材の形状は、柱状又は棒状であり、
前記先端部の構成材料は、ゴムであり、
前記先端部は、前記第一樹脂部に接する端面を備え、
前記先端部が弾性変形していない状態において前記端面の面積は、前記第一領域の最大の平面積以上である、
リアクトル。 - 前記ケース内における前記挿入部材が収納される前記組合体と前記ケースとの間の間隔が、前記第二領域における前記組合体の外周面と前記ケースの内周面との間隔より大きい請求項1に記載のリアクトル。
- 前記第二領域における前記組合体の外周面と前記ケースの内周面との間隔が1mm以下であり、
前記第二樹脂部において前記組合体の外周面を覆う部分の厚さが1mm以下である請求項1又は請求項2項に記載のリアクトル。 - 前記挿入部材における前記ケースの深さ方向に沿った長さは、前記ケースの深さの40%以上である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記封止樹脂部の構成材料は、樹脂と、非金属無機材料からなる粉末とを含む請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。
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