JP2017011186A - リアクトル、及びリアクトルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コイルと、前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備え、前記磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された一体成形体であり、前記コイルは、その外周面の少なくとも一部が前記磁性コアに覆われずに露出された露出領域を備えるリアクトル。
【選択図】図1
Description
前記磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された一体成形体である。
前記コイルは、その外周面の少なくとも一部が前記磁性コアに覆われずに露出された露出領域を備える。
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リアクトルは、コイルと、上記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備える。
上記磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された一体成形体であり、
上記コイルは、その外周面の少なくとも一部が上記磁性コアに覆われずに露出された露出領域を備える。
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。以下の説明は、図1に示すリアクトル1Aの下面,図5に示すリアクトル1Bの下面が設置面となる場合を説明する。この設置状態は例示であり、リアクトル1A,1Bの側面や上面を設置面とすることができる。
図1〜図4を参照して、実施形態1のリアクトル1Aを説明する。
(リアクトル)
・全体構成
実施形態1のリアクトル1Aは、図1に示すようにコイル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。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)に取り付けられて使用される。
コイル2Aは、図1,図4に示すように1本の巻線2wを螺旋状に巻回してなる筒状の巻回部2aと、別の1本の巻線2wを螺旋状に巻回してなる筒状の巻回部2bと、各巻回部2a,2bの一端部同士を接合した連結部2jとを備える。巻回部2a,2bは、その軸が平行するように並列(横並び)されている。
両巻回部2a,2bの一端部及びその近傍は両巻回部2a,2bの外周面(ここでは上面)から離れるように引き出され、両巻回部2a,2bの一端部が接するように、一方の巻回部2aの一端部の近傍を他方の巻回部2bの一端部に向かって折り曲げている。そのため、図1に示す連結部2jは、磁性コア3Aの外周面(ここでは上面)と干渉しない。一端部同士の接合には、溶接や圧接などが利用できる。その他、一端部同士の接合には、別途、銅などの導電性材料からなる連結材(図示せず)を用いることができる。
巻回部2a,2bの他端部はいずれも、巻回部2a,2bから適宜な方向に引き出されており、端子金具(図示せず)などが取り付けられて電源などの外部装置(図示せず)に電気的に接続される。
磁性コア3Aは、図1に示すようにコイル2Aの巻回部2a,2b内にそれぞれ配置される内側コア部31a,31bと、コイル2Aが配置されない外側コア部32Aとを備えて、コイル2Aが励磁されると閉磁路を形成する。この例の外側コア部32Aは、図2に示すように、内側コア部31a,31bの一端部にそれぞれ連続する個別端部32a,32bと、両内側コア部31a,31bの他端部に連続し、両部31a,31bを繋ぐ連結端部32cと、ギャップ部3gとを備える。個別端部32a,32b同士は接続されず、両者間には隙間を有する。この隙間をギャップ部3gとする。磁性コア3Aは、この外側コア部32Aと、内側コア部31a,31bとが軟磁性複合材料によって一体に成形されており、平面視П字状である。
磁性コア3Aを構成する軟磁性複合材料は、軟磁性粉末と樹脂とを含む。
軟磁性粉末を構成する粒子は、純鉄などの鉄族金属や鉄基合金(Fe−Si合金、Fe−Ni合金など)などの軟磁性金属からなる金属粒子や、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、フェライトなどの非金属材料からなる粒子などが挙げられる。
この例の磁性コア3Aを構成する内側コア部31a,31b、外側コア部32Aである個別端部32a,32b,連結端部32cはいずれも直方体状である(図1〜図3)。内側コア部31a,31bは同一形状、同一サイズであり、個別端部32a,32bも同一形状、同一サイズである。連結端部32cは、図1,図2に示すように個別端部32a,32bよりも大きい(連結端部32cの幅W32c>個別端部32a,32bの幅W32の合計)。
この例の外側コア部32Aは、両個別端部32a,32bの対向面間に設けられる隙間をギャップ部3gとする。隙間の大きさは、リアクトル1Aが所望のインダクタンスを有するように適宜選択するとよい。
・・・絶縁介在部
この例のリアクトル1Aは、コイル2Aの巻回部2a,2bと磁性コア3Aの内側コア部31a,31bとの間に介在される絶縁介在部5Aを備える。絶縁介在部5Aは、絶縁材料から構成されて巻回部2a,2bと内側コア部31a,31bとの間の絶縁性を高める。更に、リアクトル1Aでは、その製造過程で絶縁介在部5Aを成形型として利用する。
この例のリアクトル1Aは、コイル2Aの巻回部2a,2bの露出領域に配置された放熱部材6を備える。この例の放熱部材6は、平板材であり、その一面(ここでは上面)を、コイル2Aの設置面及び磁性コア3Aの設置面を一体に支持する支持面とする(図1,図3)。この支持面の対向面(ここでは下面)を設置対象への取付面とする。図1では、放熱部材6の支持面の大きさが、コイル2Aの設置面及び磁性コア3Aの設置面の合計面積に実質的に等しい場合を示す。
その他、リアクトル1Aは、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)を備えることができる(後述する実施形態2なども同様)。
実施形態1のリアクトル1Aは、所定の形状の成形型に配置されたコイル2Aの内外に原料混合物を充填し、一体成形体の磁性コア3Aを成形することで製造できる。実施形態のリアクトルの製造方法として、上記一体成形体を射出成形により形成する成形工程を備えることが挙げられる。より具体的な製造方法として、コイル2Aを準備する準備工程と、コイル2Aを成形型に配置する配置工程と、原料混合物を成形型内のコイル2Aの内外に充填して、複合材料から構成される一体成形体を成形する成形工程と、成形型から、コイル2Aと、一体成形体から形成される磁性コア3Aとを備えるリアクトル1Aを取り出す脱型工程とを備えることが挙げられる。以下に各工程の詳細を説明する。
この工程では、巻線2wを巻回して作製したコイル2Aを用意する。巻線2wの両端部は巻回方向に沿って伸ばしたままとし、磁性コア3Aの成形後、適宜、屈曲や、連結部2jの形成などを行うことができる。この場合、例えば、巻線2wの端部を挿通する貫通孔を備える成形型を用意すれば、巻線2wの端部を成形型外に配置した状態で磁性コア3Aを成形でき、巻線2wの端部が邪魔にならず成形し易い。絶縁介在部5Aを備えるリアクトル1Aを製造する場合、上述の筒状部51を備える絶縁介在部5Aを用意して、分割材50α,50βとコイル2Aとを組み付けて、即ち、巻回部2a,2b内に筒状部51を挿入して巻回部2a,2bの内周面を上述の一連の筒状部51,51で覆った組物を準備する。
この工程では、所定の形状の磁性コア3Aを成形可能な成形型を用意して、コイル2Aをこの成形型に配置する。絶縁介在部5Aを備えるリアクトル1Aを製造する場合、上述の組物を成形型に配置する。原料混合物の充填時に成形型内で位置がずれないようにコイル2Aや組物を適宜支持することが好ましい。成形型は、例えば、コイル2Aの外周面の少なくとも一部が一体成形体である磁性コア3Aに覆われず、露出させるものを利用できる。このような成形型として、例えば、上下に分割可能なものであり、一方の型は、矩形の箱体であって、コイル2A又は組物の配置空間と、個別端部32a,32bの外周面を形成する内壁と、この内壁から立設されてギャップ部3gを成形する仕切りと、連結端部32cの外周面を形成する内壁とを備えるものが挙げられる。この例では、この成形型と共に、上述のように絶縁介在部5Aも磁性コア3Aの成形に利用することで、上記一方の型を単純な形状にできて、組物を容易に配置できる。ギャップ材を磁性コア3Aに一体成形したリアクトルを製造する場合には、成形型にギャップ材も配置して磁性コア3Aの成形と同時に一体化することができる。
この工程では、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の原料(原料混合物)を用意して成形型に充填し、固化することで、上記複合材料から構成され、コイル2Aの内外に配置される磁性コア3Aを成形する。磁性コア3Aの成形には、射出成形やMIM(Metal Injection Molding)、注型成形などの種々の方法を利用できる。特に射出成形やMIMは、複雑な三次元形状の成形型に対して原料混合物、代表的には溶融状態にあって流動性を有するものを隅々まで良好に充填でき、所望の形状の成形体を高精度に成形できて好ましい。絶縁介在部5Aを備えるリアクトル1Aを製造する場合、両分割材50α,50βがつくる並列された一連の筒状部51,51内に原料混合物を充填する。こうすることで、一連の筒状部51,51の内面にそれぞれ接して、内側コア部31a,31bを成形できる。
成形工程によって、磁性コア3Aが成形されると共に、磁性コア3A、適宜絶縁介在部5Aによってコイル2Aが支持された一体物を成形でき、脱型工程では、成形型からこの一体物を取出すことで、コイル2Aと磁性コア3Aとを備えるリアクトル1Aが得られる。
脱型した一体物について、コイル2Aの露出領域に、適宜、放熱部材6を接合などすると、放熱部材6が接合されたリアクトル1Aが得られる。
実施形態1のリアクトル1Aは、内側コア部31a,31bと外側コア部32Aとを備える磁性コア3Aが一体成形体であるため、組立部品点数及び工程数が少なく、製造性に優れる。この例のリアクトル1Aは、外側コア部32Aが内側コア部31a,31bよりも突出した突出箇所を有するといった三次元形状であるものの、磁性コア3Aが射出成形によって成形されることで、容易にかつ精度よく成形できて製造性に優れる。
1.巻回部2a,2bの実質的に全域が露出領域であり、放熱領域が十分に広い。
2.露出領域がコイル2Aの設置面を含んでおり、設置対象に放熱できる。設置対象が冷却構造を備える場合には、コイル2Aの設置面を設置対象によって十分に冷却できる。
3.コイル2Aの設置面に放熱部材6が配置されて、この設置面と設置対象との間に放熱部材6が介在して、設置対象により良好に放熱できる。
4.外側コア部32Aが突出箇所を有しており、外側コア部32Aの表面積が広い。
5.上記突出箇所が設置面を有しており、磁性コア3Aも設置対象に放熱できる。
6.上記突出箇所の設置面に放熱部材6が配置されて、磁性コア3Aから設置対象への放熱をより良好に行える。
1.コイル2Aの巻回部2a,2bと磁性コア3Aの内側コア部31a,31bとの間の絶縁性に優れる。
2.磁性コア3Aの成形時にコイル2Aを機械的に保護できる。
3.磁性コア3Aの成形時に巻回部2a,2bを構成するターン間から原料混合物が漏出することを防止できる。
1.外側コア部32Aにギャップ部3gを備えるため、成形時に脱気を良好に行えて、ボイドなどの欠陥が少ない磁性コア3Aを備えることができる。
2.外側コア部32Aが突出箇所を有することで、外側コア部32Aにおけるコイル2Aの軸方向に沿った長さを、突出箇所を有さない場合に比較して短くでき、小型化を図ることができる。
3.磁性コア3Aが設置面を有することで、設置状態の安定性に優れる。
図5〜図8を参照して、実施形態2のリアクトル1Bを説明する。
実施形態1では、コイル2Aが二つの巻回部2a,2bを有し、磁性コア3Aが二つの内側コア部31a,31bと一つのギャップ部3gとを有するものを説明した。実施形態2のリアクトル1Bは、コイル2Bと、コイル2Bの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3Bとを備え、この磁性コア3Bが内側コア部31と外側コア部32Bとを備え、軟磁性複合材料から構成された一体成形体である点が実施形態1と共通する。リアクトル1Bは、コイル2Bが巻回部を一つのみ備える点、磁性コア3BがいわゆるEE型コアに類する点が実施形態1と相違する。以下、これら相違点を詳細に説明し、共通する構成及び効果の詳細な説明を省略する。
・コイル
コイル2Bは、図8に示すように1本の巻線2wを螺旋状に巻回してなる筒状の一つの巻回部を備える。巻線2wの各端部は、巻回部から適宜な方向に引き出されている。図8では、巻線2wの両端部が巻回部の同一端面側に配置された例を示す。この例のコイル2Bの巻回部は、実施形態1のコイル2Aと同様に、被覆平角線で形成されたエッジワイズコイルであって角部を丸めた四角筒状体であり、その外周面として四つの平面を有し、下面がコイル2Bの設置面である。
磁性コア3Bは、図5に示すようにコイル2Bの巻回部内に配置される内側コア部31と、コイル2Bが配置されない外側コア部32Bとを備える。この例の外側コア部32Bは、図6に示すように、内側コア部31の各端部に連続する連結端部32c,32cと、両連結端部32cの一側縁を繋ぎ、内側コア部31の軸方向(図6では上下方向)に平行に配置される一体外周部32sと、各連結端部32c,32cの他側縁に連続し、一体外周部32sに対向配置される個別外周部32s1,32s2と、ギャップ部3gとを備える。磁性コア3Bは、この外側コア部32Bと、内側コア部31とが軟磁性複合材料によって一体に成形されたEE型コアに類する形状のコアである。
この例のリアクトル1Bは、実施形態1と同様に、コイル2Bと磁性コア3Bの内側コア部31との間に介在される絶縁介在部5Bを備える。絶縁介在部5Bの基本的構成、構成材料、機能や用途などは、実施形態1の絶縁介在部5Aと同様である。概略構成を述べると、絶縁介在部5Bは、図8に示すように一対の分割材50γ,50δを組み合わせて一体とする組物である。各分割材50γ,50δは一つの筒状部51と枠板部52とを有する。両分割材50γ,50δの筒状部51,51同士が互いに係合する構成である。一連の筒状部51,51は、内側コア部31の成形型に利用され、枠板部52,52は、連結端部32c,32cの成形型に利用される。
この例のリアクトル1Bは、実施形態1と同様に、コイル2Bの露出領域に配置された放熱部材6を備える。この例の放熱部材6は、実施形態1と同様に平板材であり、コイル2Bの設置面に接合層によって固定され、コイル2B及び磁性コア3Bと設置対象との間に介在する。
実施形態2のリアクトル1Bは、例えば、実施形態1で説明した製造方法によって製造できる。特に、絶縁部材5Aを備える場合について参照するとよく、詳細は省略する。
実施形態2のリアクトル1Bは、実施形態1と同様に、内側コア部31と外側コア部32Bとを備える磁性コア3Bが一体成形体であるため、組立部品点数及び工程数が少なく製造性に優れる。この例のリアクトル1Bは、外側コア部32Bが突出箇所を有する三次元形状であるものの、磁性コア3Bが射出成形によって成形されることで、容易にかつ精度よく成形できて、製造性に優れる。
実施形態1,2のリアクトル1A,1Bに備える絶縁介在部5A,5Bに代えて、又は絶縁介在部5A,5Bと共に、コイル2A,2Bが隣り合うターン同士を接合する熱融着樹脂部(図示せず)を備えることができる。
上述の実施形態1〜3に対して、以下の少なくとも一つの変更が可能である。
(1)一対の巻回部2a,2bを備えるコイル2Aとして、1本の連続する巻線2wで形成されたものとする。
実施形態1で説明した磁性コア3Aのように、連結端部32cにおける設置面に対向する一面(上面)がコイル2Aの設置面に対向する一面(上面)と面一である場合、外側コア部32Aの成形時に、両巻回部2a,2bを繋ぐ部分が邪魔にならないようにすることが好ましい。例えば、両巻回部2a,2bを繋ぐ部分を巻回部2a,2bの上方に折り曲げることが挙げられる。
(2)磁性コア3A,3Bの内側コア部31a,31b,31にギャップ材を備える。
この場合、絶縁介在部5A,5Bの一方の分割材50α,50γにギャップ材を固定しておく、又は分割材50α,50γの筒状部51の一方の開口部を塞いで有底筒部とし、この底板部をギャップ材とすることが挙げられる。
(3)ギャップ部3gを備えてないギャップレスコアとする。
(4)環状の磁性コア3Aに対して、巻回部を一つのみ備えるコイルを備える。例えば、実施形態1で説明した磁性コア3Aの一方の内側コア部31aにコイルを配置し、他方の内側コア部31bを外側コア部の一部とする。
2A,2B コイル 2a,2b 巻回部 2j 連結部 2w 巻線
3A,3B 磁性コア 3g ギャップ部
31,31a,31b 内側コア部 32A,32B 外側コア部
32a,32b 個別端部 32c 連結端部
32s1,32s2 個別外周部 32s 一体外周部
5A,5B 絶縁介在部 50α,50β,50γ,50δ 分割材
51 筒状部 52 枠板部 52h 開口部
6 放熱部材
実施形態2のリアクトル1Bは、例えば、実施形態1で説明した製造方法によって製造できる。特に、絶縁介在部5Aを備える場合について参照するとよく、詳細は省略する。
Claims (12)
- コイルと、
前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備え、
前記磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された一体成形体であり、
前記コイルは、その外周面の少なくとも一部が前記磁性コアに覆われずに露出された露出領域を備えるリアクトル。 - 前記露出領域は、前記コイルの設置面を含む請求項1に記載のリアクトル。
- 前記磁性コアは、前記コイル内に配置される内側コア部と、前記コイルが配置されない外側コア部とを備え、
前記コイルと前記内側コア部との間に介在される絶縁介在部を備える請求項1又は請求項2に記載のリアクトル。 - 前記磁性コアは、前記コイル内に配置される内側コア部と、前記コイルが配置されない外側コア部とを備え、
前記外側コア部は、その外周面が前記内側コア部の外周面よりも突出する突出箇所を備える請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記露出領域に配置された放熱部材を備える請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記コイルは、隣り合うターン同士を接合する熱融着樹脂部を備える請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記露出領域に配置された放熱部材を備え、
前記コイルは、前記放熱部材を接合する熱融着樹脂部を備える請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記磁性コアは、前記コイル内に配置される内側コア部と、前記コイルが配置されない外側コア部と、前記外側コア部に設けられるギャップ部とを備える請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記複合材料における前記軟磁性粉末の含有量が30体積%以上80体積%以下である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のリアクトル。
- コイルと、前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備えるリアクトルを製造するリアクトルの製造方法であって、
前記リアクトルは、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のリアクトルであり、
前記一体成形体を射出成形により形成する成形工程を備えるリアクトルの製造方法。 - 筒状部を備える絶縁介在部と前記コイルとを組み付けて、前記コイルの内周面を前記筒状部で覆った組物を準備し、
前記成形工程では、前記筒状部内に前記複合材料を充填する請求項10に記載のリアクトルの製造方法。 - 前記コイルとして、隣り合うターン同士が熱融着樹脂によって接合されたものを準備し、
前記成形工程では、準備した前記コイル内に前記複合材料を充填する請求項10に記載のリアクトルの製造方法。
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