JP7215036B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
巻線を巻回してなる巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置される内側コア部と、前記巻回部の外部に配置される外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部の内周面と前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備えるリアクトルであって、
前記外側コア部における前記内側コア部に面する側を内方側とし、前記内方側との反対側を外方側とし、その内外方向と前記外側コア部内に励磁される磁束の方向の両方向に直交する方向を上下方向とするとき、
前記外側コア部は、前記上下方向に交差する分割面を介して、前記上下方向に連結される複数のコア片を有し、
前記内側コア部は、前記内外方向の一端側の面から他端側の面に向かって抜ける分割面を有さない。
本発明者は、コイルと磁性コアとを組み合わせた組合体に対して、外側コア部の外方側から巻回部と内側コア部との間に内側樹脂部の構成樹脂を充填する際の充填圧力や保圧力を高くした。その結果、外側コア部は、上下方向に分割するように割れる(以下、単に外側コア部の割れということがある)場合があることが分かった。上下方向とは、外側コア部における内側コア部に面する側を内方側とし、内方側との反対側を外方側とし、その内外方向と外側コア部内に励磁される磁束の方向の両方向に直交する方向をいう。特に、特許文献1のように外側コア部に内側樹脂部の構成樹脂の充填経路となる貫通孔を設けた場合には、外側コア部が割れ易いことが分かった。外側コア部は、圧粉成形体や複合材料で構成される。これらの材質は、曲げ応力や引張応力に弱い。充填時の内側樹脂部の構成樹脂との接触によって外側コア部に大きな曲げ応力が作用したり、貫通孔内に充填された樹脂が貫通孔の内面を外側に押し広げることで外側コア部に大きな引張応力が作用したりするからだと考えられる。
巻線を巻回してなる巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置される内側コア部と、前記巻回部の外部に配置される外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部の内周面と前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備えるリアクトルであって、
前記外側コア部における前記内側コア部に面する側を内方側とし、前記内方側との反対側を外方側とし、その内外方向と前記外側コア部内に励磁される磁束の方向の両方向に直交する方向を上下方向とするとき、
前記外側コア部は、前記上下方向に交差する分割面を介して、前記上下方向に連結される複数のコア片を有し、
前記内側コア部は、前記内外方向の一端側の面から他端側の面に向かって抜ける分割面を有さない。
前記外側コア部の前記分割面は、前記内外方向に平行な面を有することが挙げられる。
前記外側コア部の前記分割面は、前記上下方向に直交する面を有することが挙げられる。
前記外側コア部は、前記内外方向に貫通する孔部を有し、
前記外側コア部の前記分割面は、前記孔部を前記上下方向に分断することが挙げられる。
前記孔部内に充填される中間樹脂部と、
前記外側コア部の外側を覆う外側樹脂部とを有し、
前記内側樹脂部と前記外側樹脂部とが前記中間樹脂部を介して連結されていることが挙げられる。
前記各コア片は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体、又は樹脂中に軟磁性粉末が分散された複合材料のいずれか一方で構成されていることが挙げられる。
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
〔リアクトル〕
図1~図4を参照して、実施形態1に係るリアクトル1を説明する。リアクトル1は、コイル2と磁性コア3とを組み合わせた組合体10と内側樹脂部5とを備える。コイル2は、巻線211,221を巻回してなる巻回部21,22を有する。磁性コア3は、内側コア部31と外側コア部32とを有する。内側コア部31は、巻回部21,22の内部に配置される。外側コア部32は、巻回部21,22の外部に配置される。内側樹脂部5は、巻回部21,22の内周面と内側コア部31の外周面との間に充填される。リアクトル1の特徴の一つは、内側コア部31が特定の分割面を有さない点と、外側コア部32が特定の分割面322を介して特定の方向に連結される複数のコア片321を有する点と、にある。以下、リアクトル1の主たる特徴部分、特徴部分に関連する部分の構成、及び主要な効果を順に説明する。その後、各構成を詳細に説明する。最後に、リアクトル1の製造方法を説明する。図3では、説明の便宜上、組合体10の一部の構成(図1の巻回部22など)を省略している。
(コイル)
コイル2は、一対の巻回部21,22を備える(図1)。各巻回部21,22は、別々の巻線211,221を螺旋状に巻回してなる。本例の各巻回部21,22における隣り合うターン同士は、接触している。なお、巻回部21,22における隣り合うターン同士は、後述する内側樹脂部5が隣り合うターン同士の間から漏れ出ない程度に隣り合うターン同士の間が狭ければ、接触していなくてもよい。一対の巻回部21,22は、互いに電気的に接続されている。巻線211,221の詳細と電気的な接続の仕方とは後述する。各巻回部21,22は、中空の筒状体である。本例の各巻回部21,22の形状は角筒状である。角筒状とは、各巻回部21,22の端面形状が矩形状(正方形状を含む)の角を丸めた形状を言う。各巻回部21,22の大きさは、互いに同一である。各巻回部21,22の巻数は互いに同一数である。各巻回部21,22の巻回方向は、同一方向である。なお、各巻回部21,22の巻線211,221の断面積や巻数が互いに異なっていてもよい。各巻回部21,22の配置は、各軸方向が平行するように横並び(並列)した状態としている。
磁性コア3は、一対の内側コア部31と、一対の外側コア部32とを備える。各内側コア部31は、各巻回部21,22の内部に配置される。内側コア部31とは、磁性コア3のうち、巻回部21,22の軸方向に沿った部分を意味する。本例では、磁性コア3のうち、巻回部21,22の軸方向に沿った部分の両端部が巻回部21,22の外側に突出しているが、その突出する部分も内側コア部31の一部である。外側コア部32は、各巻回部21,22の外部に配置される。即ち、外側コア部32は、コイル2が配置されず、コイル2から突出(露出)される。磁性コア3は、離間して配置される内側コア部31を挟むように外側コア部32が配置され、内側コア部31の端面と外側コア部32の内端面とを接触させて環状に形成される。これら内側コア部31及び外側コア部32により、コイル2を励磁したとき、閉磁路を形成する。
外側コア部32の形状は、本例では略ドーム形状の上面と下面を有する柱状体である(図1,図3)。なお、外側コア部32の形状は、直方体状などでもよい。外側コア部32における内側コア部31に面する側を内方側とし、内方側との反対側を外方側とする。外側コア部32の内外方向と外側コア部32内の磁束の方向との両方向に直交する方向を上下方向(高さ方向)とする。外側コア部32内の磁束の方向とは、一対の巻回部21,22の並列方向に沿った方向(図4紙面左右方向)とする。外側コア部32の高さは、内側コア部31よりも大きい(図2)。外側コア部32の上面は、内側コア部31の上面と略面一である。外側コア部32の下面は、コイル2の下面と略面一である。なお、外側コア部32の高さは、内側コア部31と同じ高さでもよい。
各外側コア部32は、複数の柱状のコア片321を有する(図3,図4)。複数のコア片321は、上下方向に交差する分割面322を介して連結される。即ち、分割面322は、外側コア部32を上下方向に分割する。複数のコア片321同士の連結は、本例では後述する外側樹脂部7により行われる。この分割面322は、外側コア部32における外方側から内方側に向かって抜ける面である。図1~図4では、説明の便宜上、分割面322を誇張して示している。コア片321同士は、実質的に隙間なく直接接触していることが好ましい。但し、磁気特性にあまり影響を与えない程度であれば、後述する内側樹脂部5の一部がコア片321同士の間に介在されることを許容する。これらの点は、後述する図5から図7でも同様である。コア片321は、圧粉成形体、又は複合材料で構成される。コア片321の材質は後述する。
(1)外側コア部32の内外方向に交差する面(非平行な面)を有する。即ち、分割面322は、外側コア部32の上下方向に交差し、かつ外側コア部32の内外方向に交差する面(非平行な面)を有する。
(2)外側コア部32の内外方向に平行な面を有する。即ち、分割面322は、外側コア部32の上下方向に交差し、かつ外側コア部32の内外方向に平行な面を有する。
(2-1)外側コア部32の上下方向に非直交に交差する面を有する。即ち、分割面322は、外側コア部32の上下方向に非直交に交差し、かつ外側コア部32の内外方向に平行な面を有する。この分割面322は、外側コア部32内の磁束に交差する面である。
(2-2)外側コア部32の上下方向に直交する面を有する。この直交する面は、外側コア部32の内外方向に平行な面である。即ち、分割面322は、外側コア部32内の磁束に平行な面である。
(2-3)外側コア部32の上下方向に非直交に交差する面と、外側コア部32の上下方向に直交する面とを有する。即ち、外側コア部32の上下方向に非直交に交差し、かつ外側コア部32の内外方向に平行な面と、外側コア部32の上下方向に直交する面とを有する。
外側コア部32は、外側コア部32の内外方向に貫通する孔部35を有する。即ち、孔部35の開口部は、外側コア部32の外方側の面と内方側の面とに形成されている。孔部35は、内側樹脂部5の形成時、内側樹脂部5の構成樹脂を巻回部21,22の内部に充填する充填経路となる。孔部35の数は、適宜選択でき、単数でもよいし複数でもよい。本例の孔部35の数は、二つとしている。
各内側コア部31の形状は、巻回部21,22の内周形状に合わせた形状とすることが好ましい。ここでは、内側コア部31の形状は、直方体状である。この内側コア部31の角部は、巻回部21,22の内周面に沿うように丸めている。
内側樹脂部5は、図2に示すように、巻回部22の内周面と内側コア部31(コア片311)の外周面とを接合する。図示は省略しているが、巻回部21(図1)側でも同様である。内側樹脂部5は、各巻回部21,22の内周面と各内側コア部31の外周面との間の筒状の空間に介在される。この筒状の空間の略全域に亘って内側樹脂部5が形成されている。
実施形態1に係るリアクトル1は、以下の効果を奏することができる。
(コイル)
コイル2の各巻回部21,22を構成する巻線211,221は、導体線の外周に絶縁被覆を備える被覆線を利用できる。導体線の材質は、銅やアルミニウム、マグネシウム、或いはその合金が挙げられる。導体線の種類は、平角線や丸線が挙げられる。絶縁被覆は、エナメル(代表的にはポリアミドイミド)などが挙げられる。本例の各巻線211,221には、導体線が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる被覆平角線を用いている。この被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルで各巻回部21,22を構成している。
〈材質〉
内側コア部31のコア片311、及び外側コア部32のコア片321は、圧粉成形体、又は複合材料で構成される。圧粉成形体は、軟磁性粉末を圧縮成形してなる。圧粉成形体は、複合材料に比較して、コア片に占める軟磁性粉末の割合を高くできる。そのため、磁気特性(比透磁率や飽和磁束密度)を高め易い。複合材料は、樹脂中に軟磁性粉末が分散されてなる。複合材料は、未固化の樹脂中に軟磁性粉末を分散した流動性の素材を金型に充填し、樹脂を硬化させることで得られる。複合材料は、樹脂中の軟磁性粉末の含有量を容易に調整できる。そのため、磁気特性(比透磁率や飽和磁束密度)を調整し易い。その上、圧粉成形体に比較して、複雑な形状でも形成し易い。なお、コア片311,321は、圧粉成形体の外周が複合材料で覆われたハイブリッドコアとすることもできる。
リアクトル1は、中間樹脂部6を有していてもよい(図2)。中間樹脂部6は、外側コア部32の孔部35の内部に充填される。中間樹脂部6は、孔部35内を封止できる。そのため、孔部35を通ってコイル2と内側コア部31との間への水滴などの侵入を防止し易い。中間樹脂部6は、内側樹脂部5と連結されている。この中間樹脂部6は、内側樹脂部5の形成時、孔部35を内側樹脂部5の充填経路として利用した際に内側樹脂部5の一部が孔部35に充填されることで形成される。即ち、中間樹脂部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。
リアクトル1は、外側樹脂部7を有していてもよい。外側樹脂部7は、外側コア部32を外部環境から保護する(図1,図2)。外側樹脂部7は、本例では各外側コア部32の外周面のうち、内側コア部31との連結面を除く領域を覆う。
組合体10は、介在部材4を備えていてもよい(図1~図4)。介在部材4は、コイル2と磁性コア3との間の絶縁を確保する。本例の介在部材4は、一対の端面部材41と、内側コア部31の数に応じた数の内側部材42とを有する。
端面部材41は、コイル2の各端面と各外側コア部32との間の絶縁を確保する。各端面部材41の形状は、同一形状である。各端面部材41は、二つの貫通孔410が巻回部21,22の並列方向に沿って設けられた枠状の板材である。各貫通孔410には、内側コア部31(コア片311)と内側部材42との組物が嵌め込まれる。
内側部材42は、各内側コア部31の外周面と巻回部21,22の内周面との間の絶縁を確保する(図3)。各内側部材42は、同一の構成を備える。本例の各内側部材42は、各内側コア部31ごとに一対ずつの端部片43と、各内側コア部31ごとに複数(本例では二つずつ)の中間片44とを備える。
介在部材4(端面部材41および内側部材42)の材質は、各種の樹脂等の絶縁材料が挙げられる。樹脂としては、例えば、上述した内側樹脂部5と同様の樹脂が挙げられる。その他の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂などが挙げられる。その他の熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。特に、介在部材4の材質は、内側樹脂部5と同じ材質とすることが好ましい。介在部材4と内側樹脂部5の線膨張係数を同じにすることができ、熱膨張・収縮に伴う各部材の損傷を抑制できるからである。
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。
リアクトル1は、コイル2とコア片311,321と介在部材4とを組み合わせた組合体10を用意し、巻回部21,22とコア片311との間に樹脂を充填して硬化することで製造できる。
〔リアクトル〕
図5を参照して、実施形態2に係るリアクトルを説明する。実施形態2に係るリアクトルは、外側コア部32の分割面322のうち、中央の分割面323と左側の分割面324と右側の分割面325の少なくとも一つの分割面が他の分割面と異なる平面上に位置する点が相違する。以下、相違点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略する。この点は、後述する実施形態3~実施形態6でも同様である。
実施形態2に係るリアクトルは、実施形態1と同様、各巻回部21,22と各内側コア部31との間の隙間が小さくても、その隙間に内側樹脂部5の構成樹脂を十分に充填させられる。その上、リアクトルの製造性に優れる。左側の分割面324及び右側の分割面325と中央の分割面323とが異なる平面上に位置するため、上下のコア片321を分割面322の凹凸で嵌め合わせ易い。そのため、外側コア部32の上下のコア片321同士の位置決めを行い易いからである。
〔リアクトル〕
図6を参照して、実施形態3に係るリアクトルを説明する。実施形態3に係るリアクトルは、外側コア部32が孔部35(図1など参照)を有さない点が、実施形態1と相違する。
実施形態3のリアクトルは、実施形態1と同様、巻回部21,22と内側コア部31との間の隙間が小さくても、その隙間に内側樹脂部5の構成樹脂を十分に充填させられる。外側コア部32が孔部35を有さなくても、内側樹脂部5の形成時に、外側コア部32が割れる虞がある。内側樹脂部5の構成樹脂との接触により外側コア部32に大きな曲げ応力が作用することがあるからである。しかし、外側コア部32が分割面322を有することで、内側樹脂部5の形成時に外側コア部32に作用する負荷を緩和させられる。そのため、内側樹脂部5の形成時の上記充填圧力や上記保圧力を高められる。
〔リアクトル〕
図7を参照して、実施形態4に係るリアクトルを説明する。実施形態4に係るリアクトルは、外側コア部32が孔部35(図1~図4)を有さない点と、外側コア部32の分割面322の縦断面形状と、が実施形態1と相違する。即ち、実施形態4に係るリアクトルは、外側コア部32の分割面322の縦断面形状が、実施形態3のリアクトルと相違する。
実施形態4に係るリアクトルは、実施形態1と同様、巻回部21,22と内側コア部31との間の隙間が小さくても、その隙間に内側樹脂部5の構成樹脂を十分に充填させられる。その上、リアクトルの製造性に優れる。分割面322の縦断面形状はV字状であるため、上下方向のコア片321同士を分割面322の凹凸で嵌め合わせることができる。そのため、外側コア部32の上下のコア片321同士の位置決めを行い易いからである。
〔リアクトル〕
図8を参照して、実施形態5に係るリアクトルを説明する。実施形態5に係るリアクトルは、外側コア部32が孔部35(図1~図4)を有さない点と、外側コア部32の分割面322の形態と、が実施形態1と相違する。図8では、図1などとは違って、内側コア部31と外側コア部32の形状を簡略化して示している。この点は、後述する図9でも同様である。
実施形態5に係るリアクトルは、実施形態1と同様、巻回部21,22と内側コア部31との間の隙間が小さくても、その隙間に内側樹脂部5の構成樹脂を十分に充填させられる。その上、分割面322により、充填時の内側樹脂部5の構成樹脂との接触などにより外側コア部32に作用する負荷を緩和し易いため、外側コア部32の割れを抑制し易い。そして、実施形態4と同様、リアクトルの製造性に優れる。
〔リアクトル〕
図9を参照して、実施形態6に係るリアクトルを説明する。実施形態6に係るリアクトルは、外側コア部32が孔部35(図1~図4)を有さない点と、外側コア部32の分割面322の形態と、が実施形態1と相違する。この実施形態6に係るリアクトルは、外側コア部32の分割面322の横断面形状が、実施形態5のリアクトルと相違する。
実施形態6に係るリアクトルは、実施形態1と同様、巻回部21,22と内側コア部31との間の隙間が小さくても、その隙間に内側樹脂部5の構成樹脂を十分に充填させられる。その上、分割面322により、充填時の内側樹脂部5の構成樹脂との接触などにより外側コア部32に作用する負荷を緩和し易いため、外側コア部32の割れを抑制し易い。
10 組合体
2 コイル
21,22 巻回部
211,221 巻線
215,225 端部
3 磁性コア
31 内側コア部
311 コア片
312、313 ギャップ
32 外側コア部
321 コア片
322 分割面
323 中央の分割面
324 左側の分割面
325 右側の分割面
35 孔部
4 介在部材
41 端面部材
410 貫通孔
411,412 凹部
42 内側部材
43 端部片
431 当て止め部
432 連結部
44 中間片
441 当て止め部
5 内側樹脂部
6 中間樹脂部
7 外側樹脂部
71 固定部
h1,h2,h3 隙間
Claims (5)
- 巻線を巻回してなる巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置される内側コア部と、前記巻回部の外部に配置される外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部の内周面と前記内側コア部の外周面との間に充填される内側樹脂部と、を備えるリアクトルであって、
前記外側コア部の外側を覆う外側樹脂部を有し、
前記外側コア部における前記内側コア部に面する側を内方側とし、前記内方側との反対側を外方側とし、その内外方向と前記外側コア部内に励磁される磁束の方向の両方向に直交する方向を上下方向とするとき、
前記外側コア部は、前記上下方向に交差する分割面を介して、前記上下方向に連結される複数のコア片を有し、
前記内側コア部は、前記内外方向の一端側の面から他端側の面に向かって抜ける分割面を有さず、
前記内側樹脂部と前記外側樹脂部とが一連である、
リアクトル。 - 前記外側コア部は、前記内外方向に貫通する孔部を有し、
前記外側コア部の前記分割面は、前記孔部を前記上下方向に分断し、
更に前記孔部内に充填される中間樹脂部を有し、
前記外側樹脂部と前記中間樹脂部とが一連である、請求項1に記載のリアクトル。 - 前記外側コア部の前記分割面は、前記内外方向に平行な面を有する、請求項1または請求項2に記載のリアクトル。
- 前記外側コア部の前記分割面は、前記上下方向に直交する面を有する、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。
- 前記各コア片は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体、又は樹脂中に軟磁性粉末が分散された複合材料のいずれか一方で構成されている、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。
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