JP7502058B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
本実施形態のリアクトル1は、図1及び図2に示すように、コア2、コイル3及び成形品4を有する。コア2は、軸方向に直交する端面が角丸長方形状の柱状体である。角丸長方形状とは、角が丸みを帯びた長方形状である。角丸長方形状には、トラック形状を含む。トラック形状とは、一対の同一形状の部分円を、凸側を相反する方向として離隔して配置して、それぞれの両端を、互いに平行で同一長の2直線で結んだ形状である(図4参照)。成形品4は、コイル3を収容し、コア2とコイル3との間に介在する絶縁性の樹脂部材である。つまり、成形品4は、コイル3が収容された状態でコア2に埋設され、コア2とコイル3とを絶縁するボビンとして機能する。
リアクトル1の各部の構成材料について、詳述する。
[コア]
コア2は、軟磁性粉末である第1粉末と第2粉末とを混合し、それを樹脂によって硬化させたMCコアである。硬化の方法としては、例えば、予め混合粉末と未硬化の樹脂を混合して、それを容器内に配置したコイル3の周囲に注入・固化させるものと、混合粉末を容器内に配置したコイル3の周囲に充填し、その状態で容器に振動を与えた後、混合粉末に未硬化の樹脂を含浸させて、硬化させるものがある。
第1粉末としては、Fe-6.5Si及びFe-3.5Siが好ましいが、その他の軟磁性粉末、例えば、純鉄、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Cr、Fe-N、Fe-C、Fe-B、Fe-P、Fe-Al-SiなどのFe基合金粉末、あるいは希土類金属粉末、非晶質金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。
第2粉末としては、第1粉末と同一の材料を使用することができるが、異なる材料としても良い。第2粉末の平均粒子径は5μ~12μmが好ましい。平均粒子径が12μmを超えると、100μ~300μmの大きさを有する第1粉末に比較して粒径が大き過ぎ、第2粉末が第1粉末間に形成される空隙を埋めきることができず、軟磁性複合材料の密度が低下する。5μmに満たない場合には、第2粉末の製造が困難になると共に、容器を振動した場合に第2粉末が容器底部に集中して、得られた軟磁性複合材料の密度が不均一になる。
樹脂は、第1粉末と第2粉末を均質に混合した状態で保持するものである。この樹脂としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。紫外線硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系の樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミドやフッ素系樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を使用することが好ましい。硬化剤を添加することにより硬化するエポキシ樹脂は、硬化剤の添加量などによってその粘度を調整できることから、本発明に適している。
コイル3は、銅線などの導体に絶縁被覆を形成したものを使用する。導体としては、丸線や平角線などの表面にポリイミド樹脂などの絶縁ワニスを形成したものを使用することが好ましい。コイル3は、容器の内部に成形品4であるコイルケースを収納し、このコイルケース内にコイル3を配置した状態で、容器の周囲に絶縁樹脂を注入・固化したものでも良いし、シリコーン樹脂などの絶縁樹脂内に予め埋設したものを使用しても良い。外装ケース内部にコイルケースを収納し、このコイルケース内にコイル3を配置した状態で、コイル3の周囲に絶縁樹脂を注入・固化したものでも良い。コイル3を絶縁樹脂で被覆する場合には、導体の表面に絶縁ワニスなどをコーティングしなくても良い。本実施形態では、特に、平角線から成る導体をエッジワイズ巻にて巻回することで、リアクトル1内におけるコイル3の見掛けの断面積を小さくして、リアクトル1の小型化を図ると共に、導体径の長辺に当たる線幅を冷却面と並行にすることでコイル3の放熱性向上を可能としている。
成形品4及び容器の主材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、BMC(バルクモールディングコンパウンド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の絶縁性の樹脂を用いることができる。
以上のような本実施形態のリアクトル1の製造方法の一例を説明する。まず、コイル3は、導体である銅線の表面に絶縁ワニスをコーティングした2本の平角線を、それぞれ巻回部分がトラック形状となるようにα巻として、重ね合わせる。コイル3の両端部は、図示はしないが、コイル3の巻回部分の一方の短辺側に、コイル3の最外周部分を延長する方向に引き出されている。
(1)本実施形態のリアクトル1は、コア2と、コア2の内部に埋設され、導体を巻回して成るコイル3と、コイル3の内周32に位置するコア2に形成された中穴21とを有し、コア2は、コイル3の軸方向の平均磁路長が、軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短い扁平形状である。
本発明の実施例を、上記の図1~図4に加えて、表1~表3及び図5~図7を参照して説明する。以下の実施例、比較例は、コア2、コイル3、成形品4及び容器として、共通の材料、共通の製造方法で、中穴21の寸法を変えて作製したリアクトル1である。
図4及び図5に示すように、コア2の外形はトラック形状である。コア2の外形寸法は、長手方向の長さX=150mm(半円部の半径R×2=50mm×2、直線部分の辺Xsの長さ50mm)、短手方向の長さY=100mmである。なお、コア2の厚さ、つまり巻軸方向の長さは18mmである。
コイル3の巻回部分の形状も、トラック形状である。コイル3の外形寸法は、長手方向の長さx=141mm(半円部の半径r×2=45.5mm×2、直線部分の辺の長さxs=50mm)、短手方向の長さy=91mmである。コイル3のトラック形状の内周32の寸法は、長手方向の長さ73mm(直線部の長さ50mm、半円部の半径11.5mm)、短手方向の長さ23mmである。なお、単一のコイル3の厚さ、つまり巻軸方向の長さは3.6mmであり、これが2つ重ねられている。
密度は、コア2の質量を体積で除して算出した見かけ密度である。L値は、電流値30Aでのインダクタンス値であり、L/gは、インダクタンス値Lをコア2の質量で除した値である。質量の測定は、秤(AS PRO ASP123F)を用いた。インダクタンス値Lは、コイル3が48ターン、コア2の透磁率が30の場合の解析値である。
中脚部22の短手方向の長さD=21mm、中穴21の長手方向の長さw=36mmを固定とする。そして、表1に示すように、中穴21の短手方向の長さd、短手穴幅/短手中脚幅については、実施例1は7mm、33%、実施例2は14mm、67%、実施例3は15mm、71%、実施例4は16mm、76%とした。
表2、図5(A)、(B)に示すように、中穴21の水平断面が長方形状である場合と、トラック形状である場合とを比較した。中穴21の長手方向の辺の長さwは36mm、短手方向の長さdは15mm、トラック形状の半円部分(円弧部分)の半径は7.5mmである。すると、両者のL/g値は、ほぼ同様の0.5以上であった。このため、コア2に形成する中穴21をトラック形状として、材料を低減しても特性が低下しないことがわかる。
上記の実施例でL/g値について良好な結果が得られた中脚部22の長手方向の長さW=71mm、中穴21の短手方向の長さd=15mmで固定する。そして、中穴21の長手方向の長さw、長手穴幅/長手中脚幅について、実施例5は30mm、42%、実施例6は33mm、46%、実施例7は36mm、51%、実施例8は40mm、56%、実施例9は43mm、61%とした。比較例5は、長手方向の長さw、長手穴幅/長手中脚幅は、50mm、70%とした。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は例として提示したものであって、その他の様々な形態で実施されることが可能である。発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。下記は、その一例である。
2 コア
3 コイル
4 成形品
21 中穴
22 中脚部
23 外脚部
24 第1のヨーク部
25 第2のヨーク部
31 外周
32 内周
Claims (3)
- コアと、
前記コアの内部に埋設され、導体を巻回して成るコイルと、
前記コイルの内周に位置する前記コアに形成された中穴と、
を有し、
前記コアは、前記コイルの軸方向の平均磁路長が、前記軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短い扁平形状であり、
前記コイルの内周を覆う前記コアの中脚部及び前記中穴の前記軸方向に直交する端面の形状は、長手方向及び短手方向を含む形状であり、
前記中脚部の短手方向の辺の長さに対して、前記中穴の短手方向の辺の長さの割合が、33%~76%であり、
前記中脚部の長手方向の辺の長さに対して、前記中穴の長手方向の辺の長さの割合が、42%~61%であることを特徴とするリアクトル。 - 前記中穴の前記軸方向に直交する端面が、角丸長方形状であることを特徴とする請求項1記載のリアクトル。
- 前記コアは、容器内に充填されて硬化した軟磁性粉末と樹脂の混合物によって構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のリアクトル。
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