JP2012209328A - リアクトル構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも容易に製造することができるリアクトル構造体を提供する。
【解決手段】ケース4は、リアクトル10の周囲を囲む側壁部41と、その側壁部41からケース4内部に突出する第1押圧突起41aおよび第2押圧突起41bとを備える。第1押圧突起41aは、一方の外側コア部33に当接して、その一方の外側コア部33を第1縦方向に押圧する部材であって、一方の外側コア部33との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されている。第2押圧突起41bは、他方の外側コア部34に当接して、その他方の外側コア部34を第2縦方向に押圧する。これら押圧突起41a,41bで磁性コア3が縦方向から挟み込まれることによってケース4に対するリアクトル10の位置を決める。
【選択図】図3
【解決手段】ケース4は、リアクトル10の周囲を囲む側壁部41と、その側壁部41からケース4内部に突出する第1押圧突起41aおよび第2押圧突起41bとを備える。第1押圧突起41aは、一方の外側コア部33に当接して、その一方の外側コア部33を第1縦方向に押圧する部材であって、一方の外側コア部33との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されている。第2押圧突起41bは、他方の外側コア部34に当接して、その他方の外側コア部34を第2縦方向に押圧する。これら押圧突起41a,41bで磁性コア3が縦方向から挟み込まれることによってケース4に対するリアクトル10の位置を決める。
【選択図】図3
Description
本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用DC−DCコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用されるリアクトル構造体に関するものである。特に、小型で放熱性に優れるリアクトル構造体に関する。
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の1つに、リアクトル構造体がある。例えば、特許文献1は、ハイブリッド自動車などの車両に載置されるコンバータに利用されるリアクトル構造体を開示している。このリアクトル構造体は、並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材と、一対のコイルに嵌め込まれる環状の磁性コアとを組み合わせてなるリアクトルをケースに収納し、樹脂で封止した構成を備える。このような構成を備えるリアクトル構造体は通常、コイル端部に端子金具を接続して使用される。
さらに、この特許文献1のリアクトル構造体では、リアクトルの一部が係合する凹部をケースの底面に設けることで、ケースに対するリアクトルの位置を決めることができるように構成されている。ケースに対するリアクトルの位置を適正な位置とすることで、コイルと端子金具との接続作業を容易にできるし、ケースとリアクトルとの隙間を均一的にできて、当該隙間に充填する樹脂の厚さにムラが生じ難くできる。
ところで、上記リアクトル構造体に備わる環状の磁性コアは、各コイルの内部に配置される一対の内側コア部と、両内側コア部の一端同士を繋ぐ一方の外側コア部と、両内側コア部の他端同士を繋ぐ他方の外側コア部とを繋ぎ合わせて構成される。これらコア部は通常、接着剤や接着テープで環状に接合されている。しかし、これら接着剤や接着テープを用いたコア部の接合作業が煩雑であるという問題がある。
まず、接着剤を使用する場合、接着剤が硬化するまでの間、内側コア部と外側コア部とを所定の状態に保持しておく必要がある。これは、接着剤を介した内側コア部と外側コア部との距離によって磁性コアの磁気特性が変化するため、接着剤が硬化するまでの間、所望の磁気特性となるように、内側コア部と外側コア部とを保持しておく必要があるからである。一方、接着テープを使用する場合、精度良く内側コア部と外側コア部とを接合させるには、相当程度の慎重さを要求される。いずれにせよ、コア部の接合作業には相当程度の手間がかかるため、その手間を低減し、リアクトル構造体の製造性を向上させることが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、従来よりも容易に製造することができるリアクトル構造体を提供することにある。
本発明リアクトル構造体は、並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材、環状の磁性コア、コイル部材と磁性コアとの組合体であるリアクトルを収納するケース、およびリアクトルとケースとの隙間に充填される封止樹脂を備える。磁性コアは、各コイルの内部に配置される一対の内側コア部と、両内側コア部の一端同士を繋ぐ一方の外側コア部と、両内側コア部の他端同士を繋ぐ他方の外側コア部とで形成される。この本発明リアクトル構造体のケースは、リアクトルの周囲を囲む側壁部と、その側壁部からケース内部に突出する第1押圧突起および第2押圧突起とを備える。第1押圧突起は、一方の外側コア部に当接して、その一方の外側コア部を第1縦方向に押圧する部材であり、第2押圧突起は、側壁部からケース内部に突出し、他方の外側コア部に当接して、その他方の外側コア部を第2縦方向に押圧する部材である。そして、それら2つの押圧突起のうちの少なくとも第1押圧突起は、一方の外側コア部よりも低弾性率で、一方の外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されている。
ここで、縦方向とは、コイルの軸方向に沿った方向であって、その縦方向のうち、一方の外側コア部から他方の外側コア部に向かう方向を第1縦方向、第1縦方向と反対の方向を第2縦方向とする。
ここで、縦方向とは、コイルの軸方向に沿った方向であって、その縦方向のうち、一方の外側コア部から他方の外側コア部に向かう方向を第1縦方向、第1縦方向と反対の方向を第2縦方向とする。
本発明リアクトル構造体の構成によれば、2つの押圧突起のうち、第1押圧突起が一方の外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されるため、ケース内にリアクトルを配置する際、2つの押圧突起により磁性コアを縦方向(コイル軸方向に沿った方向)から締め付けることができる。その結果、磁性コアを構成する複数のコア部を接着剤レスで接続できるので、本発明リアクトル構造体は、従来よりも簡単に短時間で作製することができる。
また、本発明リアクトル構造体に備わる2つの押圧突起は、ケースにおけるリアクトルの位置を決める機能も備える。2つの押圧突起により磁性コアが縦方向から締め付けられることで、ケース内における磁性コアの縦方向(コイル軸方向に沿った方向)の位置が決まると共に、磁性コアの横方向(一対のコイルの並列方向)の位置もほぼ決まるからである。リアクトルは、一対のコイルと磁性コアとが一体となった部材であるので、ケースにおける磁性コアの位置を決めれば、ケース内におけるリアクトルの位置も決まる。このように、2つの押圧突起は、ケースにおけるリアクトルの位置決めの手間をも低減することができる。この点からも本発明リアクトル構造体は、従来よりも簡単かつ短時間で作製することができる。
本発明リアクトル構造体の一形態として、一方の外側コア部は、第1押圧突起が係合する第1係合凹部を有する構成としても良い。
上記第1係合凹部がない構成であっても、ケースにおけるリアクトルの横方向(一対のコイルの並列方向)へのズレを抑制することができるが、その横方向へのリアクトルのズレの防止は、外側コア部と押圧突起との摩擦に依存する。そこで、第1押圧突起に機械的に係合する第1係合凹部を形成することにより、ケースにおけるリアクトルの横方向の位置を正確に決めることができるし、リアクトルの横ズレ(コイル軸方向と交差する方向のズレ)を効果的に防止することもできる。
本発明リアクトル構造体の一形態として、第2押圧突起も、他方の外側コア部よりも低弾性率で、他方の外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されることが好ましい。
上記構成によれば、ケース内にリアクトルを配置する際、第1押圧突起だけでなく第2押圧突起も弾性変形するため、第2押圧突起で他方の外側コア部を損傷する可能性を低減できる。
本発明リアクトル構造体の一形態として、他方の外側コア部は、第2押圧突起が係合する第2係合凹部を有する構成としても良い。
第1押圧突起に対応する第1係合凹部と同様に、第2押圧突起に対応する第2係合凹部を形成することで、ケースにおけるリアクトルの横ズレをより効果的に防止することができる。
本発明リアクトル構造体の一形態として、リアクトル構造体に備わるケースは、側壁部からケース内部に突出し、一対の外側コア部の少なくとも1つを横方向から挟み込んで、ケースに対するリアクトルの位置を決めるコア位置決め突起を備えることが好ましい。コア位置決め突起は、一方の外側コア部の位置を決めるために一対、他方の外側コア部の位置を決めるために一対、合計二対設けることがより好ましい。
コア位置決め突起を形成することで、ケースに対するリアクトルの横位置を正確に決めることができるし、リアクトルの横ズレを効果的に防止することも出来る。なお、コア位置決め突起は、外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成しても良い。
本発明リアクトル構造体の一形態として、リアクトル構造体に備わるリアクトルは、コイルの端面と外側コア部との間に介在される一対の枠状ボビンを備える構成とすることができる。その場合、ケースは、側壁部からケース内部に突出し、一対のボビンの少なくとも1つを横方向から挟み込んで、ケースに対するリアクトルの位置を決めるボビン位置決め突起を備えることが好ましい。ボビン位置決め突起は、一方の枠状ボビンの位置を決めるために一対、他方の枠状ボビンの位置を決めるために一対、合計二対設けることがより好ましい。
ボビン位置決め突起を形成することで、ケースに対するリアクトルの横位置を正確に決めることができるし、リアクトルの横ズレを効果的に防止することも出来る。なお、ボビン位置決め突起は、外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成しても良い。
本発明リアクトル構造体の一形態として、リアクトル構造体に備わるケースは、側壁部とは別部材の底板部と、その底板部の内面側に形成され、当該底板部とコイルとの間に介在される放熱層と、を備える構成としても良い。その場合、側壁部は、第1押圧部材を構成する樹脂材料と同じ樹脂材料で形成され、かつ、放熱層は、側壁部よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。
側壁部を樹脂材料で構成すると、側壁部と第1押圧突起(および第2押圧突起)を一体に成形することができる。ここで、ケースは、リアクトルを保護するだけでなく、リアクトルで発生した熱を外部に放熱する役割も担うため、樹脂材料で構成されていると放熱性が低下する恐れがある。これに対して、側壁部と底板部とを別部材として、底板部の放熱性を高くしておけば、仮に側壁部が低熱伝導性の樹脂材料からなっていても、ケース全体の放熱性を確保することができる。
本発明リアクトル構造体の構成によれば、簡単かつ短時間で作製できるリアクトル構造体とすることができる。
以下、本発明の実施の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。
<実施形態1>
≪全体構成≫
図1,3に示すように、リアクトル構造体1は、コイル部材2と磁性コア3との組合体であるリアクトル10と、リアクトル10を収納するケース4と、を備える。ケース4は一面が開口した箱体であり、このケース4内に配置されたリアクトル10は、コイル部材2を形成する巻線2wの端部を除いて封止樹脂(図示せず)に埋設される。このリアクトル構造体1の最も特徴とするところは、ケース4内におけるリアクトル10が、ケース10の側壁部41に設けられる第1押圧突起41aと第2押圧突起41bとにより挟まれていることである。ここで、上記押圧突起41a,41bにリアクトル10を挟み込ませる役割を持たせるには、押圧突起41a,41bをケース4のどの位置に設けるかが重要である。従って、以下の各構成部材の説明にあたり、リアクトル10の説明が終わった時点で、押圧突起41a,41bを設ける位置の基準となる『方向の定義』について説明する。
≪全体構成≫
図1,3に示すように、リアクトル構造体1は、コイル部材2と磁性コア3との組合体であるリアクトル10と、リアクトル10を収納するケース4と、を備える。ケース4は一面が開口した箱体であり、このケース4内に配置されたリアクトル10は、コイル部材2を形成する巻線2wの端部を除いて封止樹脂(図示せず)に埋設される。このリアクトル構造体1の最も特徴とするところは、ケース4内におけるリアクトル10が、ケース10の側壁部41に設けられる第1押圧突起41aと第2押圧突起41bとにより挟まれていることである。ここで、上記押圧突起41a,41bにリアクトル10を挟み込ませる役割を持たせるには、押圧突起41a,41bをケース4のどの位置に設けるかが重要である。従って、以下の各構成部材の説明にあたり、リアクトル10の説明が終わった時点で、押圧突起41a,41bを設ける位置の基準となる『方向の定義』について説明する。
≪リアクトル≫
[コイル部材]
コイル部材2は、図1〜3を適宜参照して説明する。コイル部材2は、一対のコイル2a,2bと、両コイル2a,2bを連結するコイル連結部2rとを備える。各コイル2a,2bは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で、中空の角筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、連結部2rは、コイル部材2の他端側(図1では紙面奥側)において両コイル2a,2bを繋ぐU字状に屈曲された部分である。
[コイル部材]
コイル部材2は、図1〜3を適宜参照して説明する。コイル部材2は、一対のコイル2a,2bと、両コイル2a,2bを連結するコイル連結部2rとを備える。各コイル2a,2bは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で、中空の角筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、連結部2rは、コイル部材2の他端側(図1では紙面奥側)において両コイル2a,2bを繋ぐU字状に屈曲された部分である。
本実施形態におけるコイル部材2は、銅やアルミニウムなどの平角導体の外周に絶縁被覆(代表的にポリイミドアミド)を備える1本の巻線2wからなっており、コイル2a,2bの部分は巻線2wを螺旋状にエッジワイズ巻きすることで角筒状に形成されている。もちろん、巻線2wの断面は平角状に限定されるわけではなく、円形状や、楕円形状、多角形状などであっても良いし、巻回形状も楕円筒状であっても良い。なお、各コイル2a,2bを別々の巻線により作製し、各コイル2a,2bを形成する巻線の端部を溶接などにより接合することでコイル部材を作製しても良い。
コイル部材2を形成する巻線2wの両端部は、コイル部材2の一端側(図1において紙面手前側)においてターン形成部分から適宜引き延ばされてケース4の外部に引き出される。引き出された巻線2wの両端部では絶縁被覆が剥がされ、その絶縁被覆から露出した導体部分には、導電性の端子金具が接続される。この端子金具を介して、コイル部材2に電力供給を行う電源などの外部装置(図示せず)が接続される。
[磁性コア]
磁性コア3の説明は、図2を参照して行う。磁性コア3は、各コイル2a,2bの内部に配置される一対の内側コア部31,32と、コイル部材2から露出されている一対の外側コア部33,34とを有する。各内側コア部31,32はそれぞれ直方体状であり、各外側コア部33,34はドーム状面を有する柱状体である。離隔して配置される内側コア部31,32の一端(紙面左側)同士は、一方の外側コア部33を介して繋がり、コア部31,32の他端(紙面右側)同士は、他方の外側コア部34を介して繋がっている。その結果、内側コア部31,32と外側コア部33,34とで環状の磁性コア3が形成される。
磁性コア3の説明は、図2を参照して行う。磁性コア3は、各コイル2a,2bの内部に配置される一対の内側コア部31,32と、コイル部材2から露出されている一対の外側コア部33,34とを有する。各内側コア部31,32はそれぞれ直方体状であり、各外側コア部33,34はドーム状面を有する柱状体である。離隔して配置される内側コア部31,32の一端(紙面左側)同士は、一方の外側コア部33を介して繋がり、コア部31,32の他端(紙面右側)同士は、他方の外側コア部34を介して繋がっている。その結果、内側コア部31,32と外側コア部33,34とで環状の磁性コア3が形成される。
内側コア部31,32は、磁性材料からなるコア片31mと、アルミナやガラスエポキシ樹脂、不飽和ポリエステルといった非磁性材料からなるギャップ材31gとを交互に積層して構成された積層体であり、外側コア部33,34は、磁性材料からなるコア片である。各コア片は、磁性粉末を用いた成形体や、絶縁被膜を有する磁性薄板(例えば、電磁鋼板)を複数積層した積層体が利用できる。なお、内側コア部31,32を構成するコア片と、外側コア部33,34とは、使用する磁性材料を異ならせることで、磁気特性を異ならせても良い。
上記成形体は、例えば、Fe,Co,Niといった鉄族金属、Fe−Si,Fe−Ni,Fe−Al,Fe−Co,Fe−Cr,Fe−Si−AlなどのFe基合金、希土類金属やアモルファス磁性体といった軟磁性材料からなる粉末を用いた圧粉成形体、上記粉末をプレス成形後に焼結した焼結体、上記粉末と樹脂との混合体を射出成形や注型成型などした成形硬化体が挙げられる。その他、コア片は、金属酸化物の焼結体であるフェライトコアなどが挙げられる。成形体は、種々の立体形状の磁性コアを容易に形成することができる。
[ボビン]
本実施形態のリアクトル10は、コイル部材2と磁性コア3との間の絶縁性を高めるためのボビン5を備えている。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの絶縁性材料が利用できる。ボビン5は、内側コア部31(32)の外周に配置される内側ボビン51(52)と、コイル部材2の端面(コイルのターンが環状に見える面)に当接される一対の枠状ボビン53,54とを備えた構成が挙げられる。
本実施形態のリアクトル10は、コイル部材2と磁性コア3との間の絶縁性を高めるためのボビン5を備えている。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの絶縁性材料が利用できる。ボビン5は、内側コア部31(32)の外周に配置される内側ボビン51(52)と、コイル部材2の端面(コイルのターンが環状に見える面)に当接される一対の枠状ボビン53,54とを備えた構成が挙げられる。
内側ボビン51は、断面]状の絶縁材料から構成される一対のボビン片51a,51bからなる(内側ボビン52も同様の構成)。ボビン片51a(51b)は、内側コア部31の上面全体(下面全体)と、左面および右面の一部を覆う構成である。そのため、内側コア部31に取り付けた両ボビン片51a,51bは互いに接触しないようになっている。このような構成とすることで、内側ボビン51(52)の材料を低減できるし、内側コア部31(32)と封止樹脂との接触面積を大きくできる。なお、内側ボビン51は、内側コア部31に取り付けたときに、内側コア部31の外周面の全周に沿って配置される筒状体としても良い。
枠状ボビン53,54は、平板状で、各内側コア部31,32がそれぞれ挿通される一対の開口部を有しており、内側コア部31,32を導入し易いように、内側コア部31,32の側に突出する短い筒状部を備える。また、枠状ボビン54には、コイル連結部2rが載置され、コイル連結部2rと外側コア部32との間を絶縁するためのフランジ部54fを備える。
≪方向の定義≫
以上説明したリアクトル10の構成を踏まえ、ケース4内にリアクトル10を配置した状態で、コイル2a,2bの軸方向に沿った方向を縦方向、コイル2a,2bの並列方向を横方向とする。また、縦方向のうち、一方の外側コア部33から他方の外側コア部34に向かう方向(図3、および後述する実施形態2の図4においては紙面下方向)を第1縦方向、その反対方向(図3および後述する実施形態2の図4において紙面上方向)を第2縦方向とする。
以上説明したリアクトル10の構成を踏まえ、ケース4内にリアクトル10を配置した状態で、コイル2a,2bの軸方向に沿った方向を縦方向、コイル2a,2bの並列方向を横方向とする。また、縦方向のうち、一方の外側コア部33から他方の外側コア部34に向かう方向(図3、および後述する実施形態2の図4においては紙面下方向)を第1縦方向、その反対方向(図3および後述する実施形態2の図4において紙面上方向)を第2縦方向とする。
≪ケース≫
ケース4の説明は、図1,3を適宜参照して行う。上記リアクトル10が収納されるケース4は、平板状の底板部40と、底板部40に立設する枠状の側壁部41とを備え、底板部40と側壁部41とが取り外し可能になっている。
ケース4の説明は、図1,3を適宜参照して行う。上記リアクトル10が収納されるケース4は、平板状の底板部40と、底板部40に立設する枠状の側壁部41とを備え、底板部40と側壁部41とが取り外し可能になっている。
[底板部及び側壁部]
(底板部)
底板部40は、矩形板であり、リアクトル構造体1が固定対象に設置されるときに固定対象に固定される。この底板部40は、ケース4を組み立てたとき、内側に配置される一面に放熱層42が形成されている。また、底板部40は、四隅のそれぞれから突出したフランジ部400を有しており、各フランジ部400にはそれぞれ、固定対象にケース4を固定するボルト(図示せず)が挿通されるボルト孔400hが設けられている。ボルト孔400hは、後述する側壁部41のボルト孔411hに連続するように設けられている。ボルト孔400h,411hは、ネジ加工が成されていない貫通孔、ネジ加工がされたネジ孔のいずれも利用でき、個数なども適宜選択することができる。
(底板部)
底板部40は、矩形板であり、リアクトル構造体1が固定対象に設置されるときに固定対象に固定される。この底板部40は、ケース4を組み立てたとき、内側に配置される一面に放熱層42が形成されている。また、底板部40は、四隅のそれぞれから突出したフランジ部400を有しており、各フランジ部400にはそれぞれ、固定対象にケース4を固定するボルト(図示せず)が挿通されるボルト孔400hが設けられている。ボルト孔400hは、後述する側壁部41のボルト孔411hに連続するように設けられている。ボルト孔400h,411hは、ネジ加工が成されていない貫通孔、ネジ加工がされたネジ孔のいずれも利用でき、個数なども適宜選択することができる。
≪放熱層≫
底板部40において、コイル部材2のコイル設置面及び外側コア部33,34のコア設置面が接触する箇所には、放熱層42を備える。放熱層42は、熱伝導率が2W/m・K超の絶縁性材料により構成されている。放熱層42の熱伝導率は高いほど好ましい。放熱層42の具体的な構成材料は、例えば、金属元素又はSiの酸化物、炭化物、及び窒化物から選択される一種の材料といったセラミックスなどの非金属無機材料が挙げられる。例えば、窒化珪素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ほう素(BN)、炭化珪素(SiC)などを挙げられる。
底板部40において、コイル部材2のコイル設置面及び外側コア部33,34のコア設置面が接触する箇所には、放熱層42を備える。放熱層42は、熱伝導率が2W/m・K超の絶縁性材料により構成されている。放熱層42の熱伝導率は高いほど好ましい。放熱層42の具体的な構成材料は、例えば、金属元素又はSiの酸化物、炭化物、及び窒化物から選択される一種の材料といったセラミックスなどの非金属無機材料が挙げられる。例えば、窒化珪素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ほう素(BN)、炭化珪素(SiC)などを挙げられる。
(側壁部)
側壁部41は、概略矩形の枠状体であり、一方の開口部を底板部40により塞いでケース4を組み立てたとき、上記リアクトル10の周囲を囲むように配置され、他方の開口部が開放される。ここでは、側壁部41は、リアクトル構造体1を固定対象に設置したときに設置側となる領域が上記底板部40の外形に沿った矩形状であり、開放された開口側の領域がリアクトル10の外周面に沿った曲面形状である。ケース4を組み立てた状態において、リアクトル10の外周面と側壁部41の内周面とは、次述する押圧突起41a,41bや位置決め突起41c〜41fにより所定の間隔で保持されている。
側壁部41は、概略矩形の枠状体であり、一方の開口部を底板部40により塞いでケース4を組み立てたとき、上記リアクトル10の周囲を囲むように配置され、他方の開口部が開放される。ここでは、側壁部41は、リアクトル構造体1を固定対象に設置したときに設置側となる領域が上記底板部40の外形に沿った矩形状であり、開放された開口側の領域がリアクトル10の外周面に沿った曲面形状である。ケース4を組み立てた状態において、リアクトル10の外周面と側壁部41の内周面とは、次述する押圧突起41a,41bや位置決め突起41c〜41fにより所定の間隔で保持されている。
側壁部41の内周面には、側壁部41の内方に突出する一対の押圧突起41a,41b、二対のコア位置決め突起41c,41d、および二対のボビン位置決め突起41e,41fが設けられている(図3、および後述する実施形態2の図4ではハッチングで示す)。これらの突起41a〜41fは、側壁部41と同一の材料で側壁部41に一体に形成されている。なお、側壁部41と別材料で形成した突起41a〜41fを側壁部41に取り付けても良い。
(押圧突起)
押圧突起(第1押圧突起)41aと押圧突起(第2押圧突起)41bは、図3に示すように、リアクトル10を縦方向(コイル2a,2bの軸方向に沿った方向)から挟み込むように配置されている。押圧突起41aと押圧突起41bとの間隔は、ケース4内にリアクトル10を収納する前においてはリアクトル10の縦方向の長さよりも短くなっている。ここで、これら押圧突起41a,41bは、外側コア部33,34よりも低弾性率で、ケース4内にリアクトル10を配置する際、外側コア部33(34)との摺動接触により弾性変形する。その結果、押圧突起41aは外側コア部33を第1縦方向に押圧し、押圧突起41bは外側コア部34を第2縦方向に押圧し、それによってリアクトル10が縦方向に締め付けられ、ケース4内におけるリアクトル10の縦方向の位置が決定される。
押圧突起(第1押圧突起)41aと押圧突起(第2押圧突起)41bは、図3に示すように、リアクトル10を縦方向(コイル2a,2bの軸方向に沿った方向)から挟み込むように配置されている。押圧突起41aと押圧突起41bとの間隔は、ケース4内にリアクトル10を収納する前においてはリアクトル10の縦方向の長さよりも短くなっている。ここで、これら押圧突起41a,41bは、外側コア部33,34よりも低弾性率で、ケース4内にリアクトル10を配置する際、外側コア部33(34)との摺動接触により弾性変形する。その結果、押圧突起41aは外側コア部33を第1縦方向に押圧し、押圧突起41bは外側コア部34を第2縦方向に押圧し、それによってリアクトル10が縦方向に締め付けられ、ケース4内におけるリアクトル10の縦方向の位置が決定される。
本実施形態における押圧突起41a,41bの形状は、平板上に二本の突条が形成されたものである。上記突条は、ケース4の深さ方向に伸び、外側コア部33,34との摺動接触により弾性変形し易くなっている。また、本実施形態に例示する突条は、ケース4上方から下方に向かうに従い、側壁部41からの突出量が小さくなるように漸次傾斜した構成である。これは、後述するように、本実施形態のリアクトル構造体1の組み立てにおいて、リアクトル10の上方からケース4の側壁部41を被せるため、側壁部41をリアクトル10に被せ易くするためである。ここで、上方からケース4に対してリアクトル10を嵌め込む構成であれば、突条は、ケース4の下方から上方に向かうに従い、側壁部41からの突出量が小さくなるように漸次傾斜した構成とすると良い。
なお、押圧突起41a,41bは、少なくとも一方が弾性変形する材料で構成されていれば良く、押圧突起41a,41bの形状は特に限定されない。例えば、後述する実施形態2に示すように、台形状に押圧突起41a,41bを構成しても良い。また、これら押圧突起41a,41bの形状は同一である必要はない。例えば、押圧突起41aは図3に示す形状とし、残りの押圧突起41bは平板状としても良い。
(コア位置決め突起)
コア位置決め突起41c,41dは、外側コア部33(34)を横方向から挟み込んで、ケース4内における外側コア部33(34)の横方向の位置、つまりリアクトル10の横方向の位置を決める部材である。本実施形態のコア位置決め突起41c,41dは、側壁部41の内周面から横方向に向かって突出する構成となっている。但し、コア位置決め突起41c,41dは、外側コア部33(34)の横ズレを防止することができるようになっていれば良く、例えば、横方向と縦方向の両方に交差する斜め方向に突出して、外側コア部33(34)に当接しても良い。その場合、外側コア部33(34)の曲面部分にコア位置決め突起41c,41dが当接する。
コア位置決め突起41c,41dは、外側コア部33(34)を横方向から挟み込んで、ケース4内における外側コア部33(34)の横方向の位置、つまりリアクトル10の横方向の位置を決める部材である。本実施形態のコア位置決め突起41c,41dは、側壁部41の内周面から横方向に向かって突出する構成となっている。但し、コア位置決め突起41c,41dは、外側コア部33(34)の横ズレを防止することができるようになっていれば良く、例えば、横方向と縦方向の両方に交差する斜め方向に突出して、外側コア部33(34)に当接しても良い。その場合、外側コア部33(34)の曲面部分にコア位置決め突起41c,41dが当接する。
本実施形態のコア位置決め突起41c,41dは、押圧突起41a,41bを含む側壁部41と同一の弾性変形する樹脂材料としたが、それに限定されるわけではない。例えば、金属材料としても良いし、樹脂材料ではあるが弾性変形し難い材料としても良い。
(ボビン位置決め突起)
ボビン位置決め突起41e,41fは、枠状ボビン53(54)を横方向から挟み込んで、ケース4における枠状ボビン53(54)の横方向の位置、つまりリアクトル10の横方向の位置を決める部材である。このボビン位置決め突起41e,41fは、側壁部41の内周面から横方向に向かって突出し、それぞれ枠状ボビン53(54)の左右の端面に当接する。
ボビン位置決め突起41e,41fは、枠状ボビン53(54)を横方向から挟み込んで、ケース4における枠状ボビン53(54)の横方向の位置、つまりリアクトル10の横方向の位置を決める部材である。このボビン位置決め突起41e,41fは、側壁部41の内周面から横方向に向かって突出し、それぞれ枠状ボビン53(54)の左右の端面に当接する。
本実施形態のコア位置決め突起41c,41dは、押圧突起41a,41bを含む側壁部41と同一の弾性変形する樹脂材料としたが、それに限定されるわけではない。例えば、金属材料としても良いし、樹脂材料ではあるが弾性変形し難い材料としても良い。
(取り付け箇所)
側壁部41の設置側の領域は、底板部40と同様に、四隅のそれぞれから突出するフランジ部411を備える取り付け箇所が形成され、各フランジ部411には、ボルト孔411hが設けられている。ボルト孔411hは、側壁部41の構成材料のみにより形成すれば良い。その他、フランジ部411の位置に金属筒をインサート成形し、当該金属筒をボルト孔411hとして利用しても良い。その場合、フランジ部411のクリープ変形を抑制できる。
側壁部41の設置側の領域は、底板部40と同様に、四隅のそれぞれから突出するフランジ部411を備える取り付け箇所が形成され、各フランジ部411には、ボルト孔411hが設けられている。ボルト孔411hは、側壁部41の構成材料のみにより形成すれば良い。その他、フランジ部411の位置に金属筒をインサート成形し、当該金属筒をボルト孔411hとして利用しても良い。その場合、フランジ部411のクリープ変形を抑制できる。
ボルト以外の底板部40と側壁部41との連結方法として、適宜な接着剤を利用しても良い。接着剤を利用する場合、底板部40と側壁部41のいずれか一方に凸部を形成し、他方には当該凸部に嵌合する凹部を形成し、底板部40に対する側壁部41の位置を一義的に決められるようにしておく。そうしないと、押圧突起41a,41bにより側壁部41に対するリアクトル10の位置を決めたにも関わらず、ケース4に対するリアクトル10の位置が一定しないことになるからである。
(材質)
突起41a〜41fを一体に備える側壁部41の樹脂材料は、外側コア部33,34と摺動接触したときに弾性変形する樹脂材料で構成する。弾性変形する材料の目安は、外側コア部33,34のヤング率よりも低いヤング率を有する材料である。例えば、25℃におけるヤング率が10GPa以下の樹脂材料が好適である。そのような材質としては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂材料は、電気絶縁性に優れるものが多いことから、リアクトル10とケース4との間の絶縁性を高められる。また、この樹脂材料にセラミックスからなるフィラー(後述する封止樹脂のフィラーを参照)を混合した形態とすると、放熱性を向上することができる。樹脂によりケース4を形成する場合、射出成形を好適に利用することができる。
突起41a〜41fを一体に備える側壁部41の樹脂材料は、外側コア部33,34と摺動接触したときに弾性変形する樹脂材料で構成する。弾性変形する材料の目安は、外側コア部33,34のヤング率よりも低いヤング率を有する材料である。例えば、25℃におけるヤング率が10GPa以下の樹脂材料が好適である。そのような材質としては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂材料は、電気絶縁性に優れるものが多いことから、リアクトル10とケース4との間の絶縁性を高められる。また、この樹脂材料にセラミックスからなるフィラー(後述する封止樹脂のフィラーを参照)を混合した形態とすると、放熱性を向上することができる。樹脂によりケース4を形成する場合、射出成形を好適に利用することができる。
ここで、側壁部41の材料を各突起41a〜41fと異なる材料で構成する場合、側壁部41は、金属材料で構成することが好ましい。金属材料は一般に熱伝導率が高いことから、放熱性に優れたケースとすることができる。具体的には、例えば、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金、銅やその合金、銀やその合金、鉄やオーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。特に、アルミニウムやその合金は、軽量で耐食性にも優れるため、好適である。金属材料によりケース4を形成する場合、ダイキャストといった鋳造の他、プレス加工などの塑性加工により形成することができる。
[封止樹脂]
ケース4内には、絶縁性樹脂からなる封止樹脂を充填する。その際、巻線2wの端部は、ケース4の外部に引き出して、封止樹脂から露出させる。封止樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。この封止樹脂には、絶縁性および熱伝導性に優れるフィラー、例えば、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種のセラミックスからなるフィラーを含有させ、封止樹脂の放熱性を向上させておくことが好ましい。
ケース4内には、絶縁性樹脂からなる封止樹脂を充填する。その際、巻線2wの端部は、ケース4の外部に引き出して、封止樹脂から露出させる。封止樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。この封止樹脂には、絶縁性および熱伝導性に優れるフィラー、例えば、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種のセラミックスからなるフィラーを含有させ、封止樹脂の放熱性を向上させておくことが好ましい。
ケース4内に封止樹脂を充填する場合、未硬化の樹脂が底板部40と側壁部41との隙間から漏れることを防止するために、パッキン6を配置することが好ましい。ここでは、パッキン6は、コイル部材2と磁性コア3とのリアクトル10の外周に係合可能な大きさを有する環状体であり、合成ゴムから構成されるものを利用しているが、適宜な材質のものが利用できる。
以上説明したリアクトル構造体1は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電力変換装置に使用できる。このような用途のリアクトル構造体の通電条件は、最大電流(直流):100A〜1000A程度、平均電圧:100V〜1000V程度、使用周波数:5kHz〜100kHz程度である。
≪リアクトル構造体の製造≫
上記構成を備えるリアクトル構造体1は、以下のようにして製造することができる。
上記構成を備えるリアクトル構造体1は、以下のようにして製造することができる。
まず、コイル部材2と磁性コア3とを組み合わせることでリアクトル10を形成する。具体的には、図2に示すようにコア片31mとギャップ材31gとを接着剤レスで積層して内側コア部31(32)を形成し、外周に内側ボビン51(52)を配置させた状態で、内側コア部31(32)を各コイル2a(2b)に挿入する。そして、枠状ボビン53を介して、内側コア部31,32の一端同士を繋ぐように外側コア部33を配置すると共に、枠状ボビン54を介して、内側コア部31,32の他端同士を繋ぐように外側コア部34を配置して、リアクトル10を形成する。内側コア部31(32)の端面は、枠状ボビン53(54)の開口部から露出されて外側コア部33(34)の内側の端面に接触する。
一方、図1に示すようにアルミニウム板を所定の形状に打ち抜いて底板部40を形成し、一面に所定の形状の放熱層42をスクリーン印刷により形成する。この放熱層42の上に、上述のようにして組み立てたリアクトル10を載置する。放熱層42を接着剤で構成すると、リアクトル10を底板部40に仮固定することができる。このリアクトル10の外周にはパッキン6を配置しておく。
他方、射出成形などにより所定の形状に構成した側壁部41を、上記リアクトル10の外周を囲むようにリアクトル10の上方から被せる。このとき、リアクトル10の外側コア部33(34)と、ケース4の側壁部41に設けられる押圧突起41a(41b)とが摺動接触し、押圧突起41a,41bが弾性変形する。その結果、図3に示すように両押圧突起41a,41bにより磁性コア3が縦方向に締め付けられ、磁性コア3が各コア片に分割しないように保持される。ここで、ケース4の側壁部41には、コア位置決め突起41c,41d、およびボビン位置決め突起41e,41fが設けられているため、ケース4に対するリアクトル10の横位置も所定の位置に保持される。
次に、別途用意したボルト(図示せず)により、底板部40と側壁部41とを一体化する。この工程により、箱状のケース4が組み立てられると共に、ケース4内にリアクトル10が収納された状態とすることができる。その際、ケース4に対するリアクトル10の位置が所定位置に固定される。
最後に、ケース4内に封止樹脂を充填して硬化させる。このとき、押圧突起41a,41b、コア位置決め突起41c,41d、ボビン位置決め突起41e,41fとで、ケース4における適正位置にリアクトル10が配置され、ケース4内周面とリアクトル10の外周面との間に均一的な隙間が形成されているので、封止樹脂をケース4とリアクトル10との間に隙間無く充填させることができる。
≪効果≫
以上説明した構成を備えるリアクトル構造体1は、簡単かつ短時間で作製することができる。それは、ケース4内にリアクトル10を配置することで、ケース4の押圧突起41a,41bによりリアクトル10における磁性コア3の形状を保持させることができ、しかも、リアクトル10をケース4内の所定位置に配置することができるからである。また、このようにリアクトル10がケース4内で押圧突起41a,41bで挟まれた状態で所定位置に固定されていると、ケース4内への封止樹脂の充填ムラを抑制できるし、封止樹脂の充填圧力によるケース4内のリアクトル10の位置ズレも防止できる。封止樹脂の充填後にケース4内におけるリアクトル10の位置ズレがないと、完成したリアクトル構造体1を他の電気機器に接続することが容易になる。それは、コイル2a,2bの端部に取り付けた端子金具の位置が設計通りの位置にあるからである。
以上説明した構成を備えるリアクトル構造体1は、簡単かつ短時間で作製することができる。それは、ケース4内にリアクトル10を配置することで、ケース4の押圧突起41a,41bによりリアクトル10における磁性コア3の形状を保持させることができ、しかも、リアクトル10をケース4内の所定位置に配置することができるからである。また、このようにリアクトル10がケース4内で押圧突起41a,41bで挟まれた状態で所定位置に固定されていると、ケース4内への封止樹脂の充填ムラを抑制できるし、封止樹脂の充填圧力によるケース4内のリアクトル10の位置ズレも防止できる。封止樹脂の充填後にケース4内におけるリアクトル10の位置ズレがないと、完成したリアクトル構造体1を他の電気機器に接続することが容易になる。それは、コイル2a,2bの端部に取り付けた端子金具の位置が設計通りの位置にあるからである。
なお、各コア片を組み合わせる際に接着剤や接着テープを利用しても良い。その場合、接着剤や接着テープはあくまで磁性コア3の仮組みのために利用する。リアクトル構造体1における磁性コア3の形状の保持や磁性コア3を構成するコア片間の適切なギャップ長の調整は、押圧突起41a,41bによる磁性コア3の縦方向の締め付けにより行われるからである。つまり、接着剤や接着テープを用いたとしても、それらによってコア片間の厳密なギャップ長の調整を行う必要はなく、そのような調整の手間を省略できる。特に、接着剤を使用する場合、接着剤の完全な硬化を待たずにリアクトル構造体1を完成させることができる。
<実施形態2>
実施形態2では、磁性コアの外側コア部に、押圧突起に嵌合する係合凹部を形成したリアクトル構造体を図4に基づいて説明する。
実施形態2では、磁性コアの外側コア部に、押圧突起に嵌合する係合凹部を形成したリアクトル構造体を図4に基づいて説明する。
図4に示すように、本実施形態のリアクトル構造体9では、押圧突起41g,41hは、概略台形状の断面形状を有し、ケース4の深さ方向に伸びる突条である。そして、外側コア部33(34)には、その押圧突起41g(41h)に対応する概略台形状の溝からなる係合凹部33g(34h)が形成されている。押圧突起41g(41h)の台形は、係合凹部33g(34h)の台形よりも若干幅広に形成されている。そのため、両者が摺動接触したときに押圧突起41g(41h)が弾性変形し、押圧突起41g(41h)と係合凹部33g(34h)とが係合する。その結果、磁性コア3が縦方向に締め付けられて、ケース4に対するリアクトル10の縦方向の位置が決められる。
ここで、押圧突起41g(41h)と係合凹部33g(34h)との係合は、その形態上、ケース4に対するリアクトルの横方向の位置ズレを抑制する効果もある。そのため、本実施形態2のリアクトル構造体9では、実施形態1のリアクトル1で設けたコア位置決め突起41c,41dを省略できる。
以上説明した実施形態2の構成によっても、複数のコア片からなる磁性コア3を接着剤レスの状態のままとしたリアクトル10をケース4内に配置させることでリアクトル構造体9を作製することができる。また、ケース4内にリアクトル10を配置させるだけで、自動的にケース4に対するリアクトル10を所定位置に配置したリアクトル構造体9を作製することができる。
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。
本発明リアクトル構造体は、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車などの車載用コンバータといった電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。
1,9 リアクトル構造体
2 コイル部材 2a,2b コイル 2r コイル連結部 2w 巻線
3 磁性コア
31,32 内側コア部 31m コア片 31g ギャップ材
33,34 外側コア部
33g 係合凹部(第1係合凹部) 34h 係合凹部(第2係合凹部)
4 ケース
40 底板部 400 フランジ部 400h ボルト孔 42 放熱層
41 側壁部 411 フランジ部 411h ボルト孔
41a,41g 押圧突起(第1押圧突起)
41b,41h 押圧突起(第2押圧突起)
41c,41d コア位置決め突起
41e,41f ボビン位置決め突起
5 ボビン
51,52 内側ボビン 51a,51b ボビン片
53,54 枠状ボビン 54f フランジ部
6 パッキン
10 リアクトル
2 コイル部材 2a,2b コイル 2r コイル連結部 2w 巻線
3 磁性コア
31,32 内側コア部 31m コア片 31g ギャップ材
33,34 外側コア部
33g 係合凹部(第1係合凹部) 34h 係合凹部(第2係合凹部)
4 ケース
40 底板部 400 フランジ部 400h ボルト孔 42 放熱層
41 側壁部 411 フランジ部 411h ボルト孔
41a,41g 押圧突起(第1押圧突起)
41b,41h 押圧突起(第2押圧突起)
41c,41d コア位置決め突起
41e,41f ボビン位置決め突起
5 ボビン
51,52 内側ボビン 51a,51b ボビン片
53,54 枠状ボビン 54f フランジ部
6 パッキン
10 リアクトル
Claims (7)
- 並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材、
各コイルの内部に配置される一対の内側コア部と、両内側コア部の一端同士を繋ぐ一方の外側コア部と、両内側コア部の他端同士を繋ぐ他方の外側コア部と、で形成される環状の磁性コア、
前記コイル部材と前記磁性コアとの組合体であるリアクトルを収納するケース、および
前記リアクトルと前記ケースとの隙間に充填される封止樹脂、を備えるリアクトル構造体であって、
前記コイルの軸方向に沿った縦方向のうち、一方の外側コア部から他方の外側コア部に向かう方向を第1縦方向、その反対の方向を第2縦方向としたとき、
前記ケースは、
前記リアクトルの周囲を囲む側壁部と、
前記側壁部からケース内部に突出し、前記一方の外側コア部に当接して、その一方の外側コア部を前記第1縦方向に押圧する第1押圧突起と、
前記側壁部からケース内部に突出し、前記他方の外側コア部に当接して、その他方の外側コア部を前記第2縦方向に押圧する第2押圧突起と、
を備え、
前記第1押圧突起は、前記一方の外側コア部よりも低弾性率で、前記一方の外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されていることを特徴とするリアクトル構造体。 - 前記一方の外側コア部は、前記第1押圧突起が係合する第1係合凹部を有することを特徴とする請求項1に記載のリアクトル構造体。
- 前記第2押圧突起は、前記他方の外側コア部よりも低弾性率で、前記他方の外側コア部との摺動接触により弾性変形する樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のリアクトル構造体。
- 前記他方の外側コア部は、前記第2押圧突起が係合する第2係合凹部を有することを特徴とする請求項3に記載のリアクトル構造体。
- 前記一対のコイルの並列方向を横方向としたとき、
前記ケースは、
前記側壁部からケース内部に突出し、前記一対の外側コア部の少なくとも1つを前記横方向から挟み込んで、前記ケースに対する前記リアクトルの位置を決めるコア位置決め突起を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリアクトル構造体。 - 前記一対のコイルの並列方向を横方向としたとき、
前記リアクトルは、
前記コイルの端面と前記外側コア部との間に介在される一対の枠状ボビンを備え、
前記ケースは、
前記側壁部からケース内部に突出し、前記一対の枠状ボビンの少なくとも1つを前記横方向から挟み込んで、前記ケースに対する前記リアクトルの位置を決めるボビン位置決め突起を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のリアクトル構造体。 - 前記ケースは、
前記側壁部とは別部材の底板部と、
前記底板部の内面側に形成され、当該底板部と前記コイルとの間に介在される放熱層と、
を備え、
前記側壁部は、前記樹脂材料で形成され、かつ、
前記放熱層は、前記側壁部よりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のリアクトル構造体。
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