JP5316872B2 - リアクトル、及びコンバータ - Google Patents
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Description
図1、2を参照して、実施形態1について説明する。リアクトル1は、磁性体を主材料とする環状のコア11と、このコア11の外周に配置されるコイル15と、これらコア11とコイル15とを一体に保持する樹脂部19とを備える。このうち、コア11とコイル15と、後述するインシュレータ17とが組み合わされた部材を組合体とする。このリアクトル1は、例えば、内部に冷媒の循環路を有する冷却ベース(図示せず)といった固定対象に取り付けられて車載コンバータの構成部品などとして利用される。このリアクトル1の特徴とするところは、コイル15に流れる電流を検出する電流センサ10を樹脂部19で一体成形させる点にある。以下、各構成をより詳しく説明する。
コア11は、図2に示すように中間コア11cと端部コア11eとで構成される環状の部材である。これら中間コア11cと端部コア11eは、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性粉末を加圧成形した圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる。
図2に示すようにコイル15は、1本の連続する巻線を螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子15a,15bを有する。両コイル素子15a,15bは、各軸方向が並列するように横並びに配置される。また、コイル15の軸方向一端側に巻線端部15dを位置させ、他端側において巻線を屈曲させて巻返し部15rを設けることで、両コイル素子15a,15bを一本の巻線で形成している。そして、巻線には、銅製の平角線に絶縁のためのエナメル被覆を施した被覆平角線を利用している。各コイル素子15a,15bは、被覆平角線をエッジワイズ巻きにして形成される。平角線以外に、断面が円形状、多角形状などの種々の巻線を利用できる。一対のコイル素子15a,15bを別々に作製し、両コイル素子15a,15bの巻線の端部を溶接などで接続してもよい。
インシュレータ17は、コア11とコイル15との間の絶縁を確保する部材で、必要に応じて用いられる。インシュレータ17は、コア11の中間コア11cの外周を覆う筒状部17bと、コイルの端面に当接される一対の鍔部17fとを備える。筒状部17bは、半割れの角筒片同士を接合することで中間コア11cの外周を容易に覆うことができる。鍔部17fは、筒状部17bの一端部に配置される短形枠である。そして、インシュレータ17には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP),ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が利用できる。
電流センサ10は、市販の電流センサを利用でき、通常、被測定電流線(巻線)を貫通させる中央孔を有する環状である。代表的には、ホール素子型電流センサ、カレント・トランス型電流センサ、光ファイバ電流センサや、その他、サーチコイル、ロゴスキーコイル、MR(磁気抵抗)素子、GMR(巨大磁気抵抗効果)素子、MI(磁気インピーダンス)素子などを用いたものが挙げられる。また、電流センサは、開閉可能なクランプ式を用いることができる。クランプ式の電流センサは、巻線の径方向から取り付けることができる。ここでは、市販のホール素子型電流センサを用いた例を示している。
樹脂部19は、コア11とコイル15とを一体に保持するために用いられる。この樹脂部19により、コア11やコイル15を外部環境や機械的な応力から保護することもできる。そして、樹脂部19は、組合体に対する電流センサ10の固定部材としての機能も有する。樹脂部19の樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、PPS樹脂などが好適に利用できる。
図2に示すように、コア片11mとギャップ部gとを接着剤などで固定し、一対の中間コア11cを形成する。この外周にインシュレータ17の筒状部17bを嵌め込み、一対のコイル素子15a,15bを配置する。そして、インシュレータ17の鍔部17f及び端部コア11eでコイル15の両端面を挟みこむように配置し、端部コア11eと中間コア11cとを接着剤などで接合する。これにより、コア11とコイル15とインシュレータ17とからなる組合体ができる。
上記構成を備えたリアクトル1は、コイル15に流れる電流を検出することができ、電流センサ10が樹脂部19で一体成形されることにより、リアクトル1の構成部品とは別に電流センサ10の設置部品を必要とせず、リアクトル1自体の組み立て工程とは別に電流センサ10の設置工程を必要としない。
電流センサ10は、樹脂部19で一体成形されればよいので、電流センサ10全体が樹脂部19に埋没されている必要はなく、十分に固定されるのであれば、一部が露出されてもよい。また、電流センサ10は、巻線に取り付けられていればコイル15の電流を検出できるため、巻返し部15rやコイル15のターン形成部に取り付けてもよい。また、電流センサ10がクランプ式の場合、巻返し部15rや巻線が螺旋状に巻回されているターン形成部への取り付けが容易に行える。ターン形成部に取り付けるには、コイル15の一つのターンを他のターンからコイル15の外周方向に突出させ、その突出されたターンにクランプ式の電流センサ10を取り付ければよい。具体的には、一方のコイル素子において一つのターンをコイル外周面から突出させ、この突出させたターンのうちコイル外周面に対して直交方向に突出する巻線箇所にクランプ式の電流センサ10を取り付け、同センサ10の中央孔の軸方向に直交する面をコイル外周面に対面させることが挙げられる。電流センサ10をコイル素子の軸方向中間位置に取り付けた場合、リアクトルを平面視したときの輪郭から電流センサ10がはみ出すことを確実に防止できる。例えば、図1における両コイル素子15a、15bのうち一方のコイル素子において、軸方向中間位置の一つのターンをコイル外周面の上面よりも上方に突出させ、この突出箇所のコイル素子同士が対向する側に電流センサ10を取り付けることが挙げられる。
次に、図2〜4を参照して、樹脂部を2層構造とした実施形態2について説明する。実施形態1との主たる相違点は、樹脂部が内側樹脂部27と外側樹脂部29とを備えることである。このリアクトル2の特徴とするところは、内側樹脂部27で覆われたコイル15からなるコイル成形体21を用いる点にある(図3、図4)。その他の点は、実施形態1とほぼ共通の構成なので、以下の説明は相違点を中心に行う。
<内側樹脂部>
コイル成形体21は、コイル15と内側樹脂部27とを備える。このコイル15は、実施形態1と同じものを利用できる。内側樹脂部27は、コイル15を構成する巻線の端部を除く全表面を覆ってもよいし、部分的にコイル15が露出するように形成してもよい。本例では、図4に示すようにコイル15をその外形に概ね沿って覆っており、コイル15の巻線端部15dと、コイル15の外周面の一部が内側樹脂部27で覆われず露出されている。内側樹脂部27においてコイル15を覆う箇所の厚さは、実質的に均一であり、巻返し部15r(図2参照)を覆う箇所は、コイル15の軸方向にせり出した形状である。
コイル成形体21は、以下のような成形金型を利用して製造することができる。成形金型は、開閉可能な一対の第一金型及び第二金型から構成されるものが利用できる。第一金型は、巻線の端部を引き出している一端側に位置する端板と、コイル15の内周に挿入される直方体状の中子とを備え、第二金型は、コイル15の他端側に位置する端板と、コイル15の周囲を覆う周側壁とを備える。これら第一金型、第二金型は、駆動機構により金型内部において進退可能な複数の棒状体を備え、これらの棒状体により、コイル15の端面を押圧してコイル15を圧縮する。上記棒状体は、コイル15の圧縮に対する十分な強度と、内側樹脂部27の成形時の熱などに対する耐熱性とを備えており、かつコイル15において内側樹脂部27で被覆されない箇所を少なくするために、極力細くすることが好ましい。
外側樹脂部29は、コイル成形体21やコア11の全面を覆ってもよいし、これら構成部材を部分的に露出させるように形成してもよい。外側樹脂部29の構成樹脂には、上述した実施形態1のリアクトル1の樹脂部19(図1参照)と同様のものが利用できる。外側樹脂部29の樹脂は、コイル成形体21の内側樹脂部27の構成樹脂と同じであっても異なっていてもよい。また、リアクトル2では、外側樹脂部29から端部コア11eとコイル成形体21の各ベース面が露出されている。また、外側樹脂部29のベース面と、端部コア11eのベース面と、コイル成形体21のベース面とが面一である。そのため、リアクトル2の各ベース面は、冷却ベースに接触する。
まず、上述のようにしてコイル成形体21を用意する。そして、図2に示す実施形態1と同じようにコア片11mやギャップ部gを接着剤などで固定して一対の中間コア11cを形成する。そして、中間コア11cは、コイル成形体21の中空孔200(図4参照)に挿入配置する。この中空孔200に挿入された各中間コア11cはそれぞれ、コイル素子15a,15bに対して適切な位置に配置される。次に、コイル成形体21の両端面が一対の端部コア11eで挟まれるように配置して、接着剤などで端部コア11eと中間コア11cとを接合する。この工程により、組合体が得られる。内側樹脂部27は実施形態1で説明したインシュレータ17の機能を兼ね備えるため、コイル成形体21を用いたリアクトル2は、インシュレータ17を用いない。
上記構成を備えたリアクトル2は、コイル15に流れる電流を検出することができ、電流センサ15が外側樹脂部29に一体成形されることにより、リアクトルの構成部品とは別に電流センサの設置部品を必要とせず、リアクトル自体の組み立て工程とは別に電流センサの設置工程を必要としない。また、コイル成形体21を用いることにより、コア11とコイル15との間の絶縁を内側樹脂部27で確保することができ、インシュレータ17を省略することができる。そのため、部品点数の削減、及びこれらの部品を配置する工程の削減を図ることができ、この点からも製造性に優れる。
次に、実施形態2の変形例として、図4(B)に基づいて説明する。ここでは、電流センサが内側樹脂部により一体成形されたコイル成形体23の構成を説明していく。
10 電流センサ
11 コア
11c 中間コア 11e 端部コア 11m コア片 g ギャップ部
15, コイル
15a,15b コイル素子 15d 巻線端部 15r 巻返し部
17 インシュレータ
17b 筒状部 17f 鍔部
19 樹脂部
21,23 コイル成形体
27 内側樹脂部
29 外側樹脂部
200 中空孔
Claims (3)
- 巻線を巻回してなるコイルと、
このコイルに配置されるコアと、
前記巻線に取り付けられ、前記コイルに流れる電流を検出するクランプ式の電流センサと、
前記コイルの外周の少なくとも一部を覆う樹脂部とを備え、
前記コイルは、軸方向が並列する一対のコイル素子を備え、
両コイル素子のうち、一方のコイル素子において、軸方向中間位置の一つのターンがコイル外周面の上面よりも上方に突出された突出箇所を有し、この突出箇所における前記コイル素子同士が対向する側に前記電流センサが取り付けられており、
前記電流センサは、前記樹脂部に一体成形されているリアクトル。 - 前記樹脂部は、
前記コイルの形状を保持する内側樹脂部と、
前記内側樹脂部の外側に配置される外側樹脂部とを備え、
前記電流センサは、前記内側樹脂部及び前記外側樹脂部の少なくとも一方に保持される請求項1に記載のリアクトル。 - 請求項1又は2に記載のリアクトルを具えるコンバータ。
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