WO2011101976A1 - 電磁機器及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention includes an electromagnetic device including a coil component in which a coil is wound around a middle leg portion of a core, and a case that accommodates the coil component, and a resin filled between the coil component and the case, and a method for manufacturing the electromagnetic device. It is about.
- a coil component in which a coil is wound around a middle leg formed at the center of a core composed of a plurality of block magnetic cores and a gap plate via a bobbin formed of an insulator. It has been.
- an electromagnetic device including such a coil component, a reactor used for a motor drive circuit of a hybrid vehicle or an electric vehicle is known. The reactor performs electrical transformation using inductive reactance. The reactor is used by being incorporated in a switching circuit. By repeatedly turning on and off, the energy stored in the coil at the time of turning on is generated as a counter electromotive force at the time of turning off, and a high voltage is taken out.
- the vibration source of the core is a middle leg portion provided with a gap plate and covered with a coil.
- the main vibration direction of the core is the longitudinal direction of the middle leg portion.
- the coil component is accommodated in the case so that the longitudinal direction of the middle leg portion is orthogonal to the installation surface of the case on the vehicle body. Therefore, vibration is easily transmitted from the installation surface of the case to the vehicle body. In particular, if potting resin is filled between the installation surface of the case and the coil component, vibration is more easily transmitted to the vehicle body.
- the potting resin is thermally expanded and deformed due to heat generation of the coil and the magnetic core, and as a result of the stress acting on the magnetic core due to the resin deformation, there is a possibility that a part of the magnetic core is cracked.
- the crack of the magnetic core is also generated by the shrinkage stress of the resin due to the low external temperature.
- Such cracking of the magnetic core leads to a decrease in magnetic permeability and a decrease in inductance which is a magnetic characteristic of the coil component. And if a magnetic core breaks, since the rigidity of a core will fall, the vibration of a core will become still larger.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and is intended to achieve both suppression of propagation of vibration generated in the coil component to the outside and ensuring heat dissipation of heat generated in the coil component. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic device capable of performing the above and a manufacturing method thereof.
- an electromagnetic device including a coil component and a case that accommodates the coil component, and a gap formed in the case is filled with potting resin.
- the coil component has a fixing mechanism for supporting and fixing the coil component in a non-contact manner with respect to the case via a gap, and the coil component includes a core composed of a plurality of block magnetic cores and a gap plate, and a center of the core A coil provided on the middle leg formed on the core, and the coil is included in the core except for a part thereof with a gap provided between the core and the outer periphery of the coil.
- the case includes a cooler connection wall that is connected to a cooler, and a peripheral wall that surrounds the periphery of the cooler connection wall and a part of which is a mounting wall to an external device. Opposite side of An opening is formed, and the potting resin is filled at least in a gap between the coil component and the cooler connection wall of the case, while between the coil component and the mounting wall of the case. The gap is not filled.
- the coil component is supported and fixed to the case in a non-contact manner through the gap by the fixing mechanism. Therefore, it is difficult for the vibration of the core to be transmitted to the case, and the vibration is propagated to the external device. Is suppressed.
- the gap between the coil component and the mounting wall of the case is not filled with potting resin. For this reason, a space is formed between the coil component and the mounting wall of the case. As a result, the vibration of the core is less easily transmitted to the external device via the mounting wall of the case.
- suppression of propagation of vibration generated in the coil component to the outside is effectively achieved.
- potting resin is filled in at least a gap between the coil component and the cooler connection wall of the case. For this reason, the heat generated in the coil component is taken away by the cooler via the potting resin and the cooler connection wall of the case. That is, the heat dissipation of the heat generated in the coil component is ensured.
- the potting resin is filled at least in the gap between the coil component and the cooler connection wall of the case. The amount can be reduced. As a result, it is possible to reduce the product cost while achieving both suppression of propagation of vibration generated in the coil component to the outside and ensuring heat dissipation of heat generated in the coil component.
- the potting resin is not filled in a gap between the core and the outer periphery of the coil.
- the coil component can be downsized.
- the fixing mechanism includes a collar attached to the coil component and the collar mounted on the case so that the coil component is supported and fixed in a non-contact manner with respect to the case via a gap. What is necessary is just to comprise with the fastening member fastened to surrounding walls other than an attachment wall.
- the fastening member includes a bolt and a nut, and the collar contacts the case at one end and a seat surface of the bolt at the other end, and a resin collar fixed to the coil component.
- a metal collar, and a contact portion between the metal collar and the bearing surface of the bolt is provided with a detent mechanism, and protrudes from a through hole formed in a peripheral wall other than the mounting wall of the case. It is only necessary that the nut is fastened to the tip of the screw portion of the bolt.
- a fixing mechanism that can support and fix a coil component in a non-contact manner with respect to the case via a gap can be easily realized by using two kinds of collars, bolts and nuts.
- the coil component is disposed so that a portion where the coil is not included in the core is opposed to the cooler connection wall of the case.
- the heat generated by the coil can be efficiently transmitted to the cooler via the potting resin and the cooler connection wall of the case. Therefore, the heat dissipation of the heat generated in the coil component can be improved.
- the end surface of the core facing the cooler connection wall of the case and a part of the outer peripheral surface of the portion of the coil not included in the core are arranged on the same plane. It is desirable that
- a gap that is not filled with the potting resin is provided with a non-filling space forming member that prevents the potting resin from entering the gap and forms a non-filling space.
- the potting resin surely enters at least one of the gap between the coil component and the mounting wall of the case or the gap between the core and the outer periphery of the coil. Therefore, the non-filling space can be reliably formed in the gap.
- seat As an unfilled space formation member, an air packing sheet
- a core is configured such that a middle leg portion is formed at the center by a plurality of block magnetic cores and a gap plate, and the core and the coil are arranged by arranging the coil on the middle leg portion.
- a coil component assembling step for assembling the coil component such that the core is included except for a part of the coil in a state where a gap is provided between the coil component and the outer periphery of the coil, and the coil component is attached to the case by a fixing mechanism.
- Potting is performed with respect to the gap between the coil part and the fixing step for supporting and fixing in a non-contact manner through the gap, and the mounting wall attached to the external device in the case.
- the resin filling prevention member installation step of installing the resin filling prevention member so as not to be filled with fat, and the cooler connection wall that is located on the opposite side of the opening in the case and connected to the cooler, on the lower side, A potting resin is injected into the case from the opening, and a resin filling step of filling at least a gap between the coil component and the cooler connection wall of the case, and a potting resin filled in the case And a resin intrusion prevention member removing step for taking out the resin intrusion prevention member to the outside after curing.
- the above-described electromagnetic device that is, an electromagnetic device that can achieve both suppression of propagation of vibration generated in the coil component to the outside and ensuring heat dissipation of the heat generated in the coil component is manufactured. be able to.
- the resin filling prevention member in the manufacturing method described above, may be installed so that the potting resin is not filled in the gap between the core and the outer periphery of the coil. desirable.
- the manufactured electromagnetic device it is possible to reduce the stress acting on the core due to the thermal deformation of the potting resin. Therefore, it is possible to reliably prevent the magnetic core from cracking. As a result, the vibration of the coil component does not increase.
- the coil component can be downsized.
- the fixing mechanism includes a bolt, a nut, a resin collar fixed to the coil component, and fixed to the resin collar.
- the fixing mechanism abuts the case at one end and the other end at the other end.
- a metal collar that abuts against the seat surface of the bolt, and a rotation preventing mechanism is provided at a contact portion between the metal collar and the seat surface of the bolt, and in the fixing step, the cooler of the case It is desirable to fix the coil component to the case by projecting a tip of a screw portion of the bolt from a through hole formed in a wall other than the connection wall and the mounting wall, and fastening the nut to the tip of the screw portion. .
- the coil component can be supported and fixed to the case in a non-contact manner through a gap with a simple operation. For this reason, it is possible to manufacture an electromagnetic device capable of achieving both suppression of propagation of vibration generated in a coil component to the outside and ensuring heat dissipation of heat generated in the coil component without reducing production efficiency. it can.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. It is an enlarged view which shows the contact part of a metal collar and a bolt seat surface. It is a figure which shows typically the coil component of an assembly completion state. It is a figure which shows typically a mode that each piece of a bobbin is inserted in each block magnetic core. It is a figure which shows typically a mode that a gap board and a coil are arrange
- FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. It is a perspective view which shows an air packing sheet
- FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a reactor according to the first embodiment.
- the reactor 10 includes a coil component 11 and a case 12 that houses the coil component 11. And the reactor 10 is attached to a vehicle body using the fastening bracket 12a with which the case 12 is equipped. At this time, the reactor 10 is connected to a cooler through which a coolant such as cooling water flows. In the present embodiment, a cooler is installed on the back side of the drawing (the side opposite to the opening of the case 12) in FIG.
- Case 12 has a bottomed box shape and is partially open.
- an opening 13 is formed in front of the paper surface in the vehicle body attachment state shown in FIG. 1.
- a cooler connection wall 14 is formed on the opposite side of the opening 13, and peripheral walls 15a to 15d are formed so as to surround the cooler connection wall 14.
- the peripheral wall 15c of the case 12 is an installation surface (attachment wall) to the vehicle body.
- the coil component 11 includes a core 20 having a plurality of block magnetic cores and gap plates, a bobbin 21 described later provided on the core 20, and a coil 22 provided on the bobbin 21.
- a coil component 11 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the coil component.
- FIG. 3 is a top view showing a schematic configuration of the coil component.
- 4 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. FIG. 4 also shows a structure for fixing the coil component to the case.
- the core 20 is configured by combining substantially E-shaped block magnetic cores 25a and 25b to form a substantially rectangular tube shape, and an opening 13 is formed in front and rear of the paper surface in FIG.
- the block magnetic cores 25a and 25b are configured by a powder magnetic core or a ferrite sintered body obtained by press-molding a soft magnetic material powder such as metal or metal oxide.
- a center leg portion 20 a having a columnar shape is provided at the center of the core 20.
- the gap plate 23 ceramics is used in the present embodiment, but hard resin such as PPS or PBT can also be used.
- PPS polystyrene
- PBT polystyrene
- the gap plate 23 even when a large current is applied to the coil 22, the magnetic characteristics of the coil component 11 can be maintained, that is, saturation of the magnetic flux density in the core 20 can be suppressed.
- Such a magnetic circuit is formed in the coil component 11.
- the bobbin 21 is disposed so as to surround the middle leg portion 20 a in the core 20.
- a coil 22 is attached to the bobbin 21.
- the bobbin 21 is configured by combining a piece 21a attached to the block magnetic core 25a side and a piece 21b attached to the block magnetic core 25b side.
- Each piece 21a, 21b may be made of non-magnetic, highly electrically insulating resin such as PPS, ceramics, or the like.
- the coil 22 is provided with two terminals 22a and 22b erected upward.
- a part of the coil 22 in the present embodiment, in the figure, with the gap G ⁇ b> 1 formed between the core 20 and the coil 22. It is included in the core 20 except for two surfaces (front and rear). At this time, a flat portion 22 c formed on a part of the outer peripheral surface of the coil 22 that is not included in the core 20 is disposed on the same plane as the opening end surface 20 c of the core 20. In the present embodiment, the flat portion 22c and the opening end face 20c are formed in the front-rear direction of FIG.
- the coil component 11 having such a configuration is supported and fixed in a non-contact manner (floating support) to the case 12 via the gap G ⁇ b> 2 by the fixing mechanism 18.
- the coil component 11 is fastened to the case 12 with a bolt 30 and a nut 31 through a collar 27 provided in a through hole 26 formed at the center of the middle leg portion 20a. That is, in this embodiment, the fixing mechanism 18 is configured by the collar 27, the bolt 30, and the nut 31.
- the coil component 11 is arrange
- the collar 27 includes a resin collar 28 fixed to the coil component 11, and a metal collar 29 that is partly disposed in the resin collar 28 and abuts the case 12 at one end and a seat surface of the bolt 30 at the other end. And is equipped.
- the resin collar 28 includes a cylindrical portion 28a that is inserted into the through hole 26 and a flange portion 28b that is formed so as to protrude outward at the end of the cylindrical portion 28a.
- the coil component 11 is firmly supported (held) by the flange portion 28b.
- the resin collar 28 may be made of PPS or the like, and the metal collar 29 may be made of aluminum or the like.
- a detent mechanism 19 is provided at a contact portion between the metal collar 29 and the seat surface of the bolt 30.
- the rotation preventing mechanism 19 is configured by providing two concave portions 29 a on the metal collar 29 side and convex portions 30 a corresponding to the concave portions 29 a on the seat surface side of the bolt 30.
- the concave portion may be provided on the seat surface side of the bolt 30 and the convex portion may be provided on the metal collar 29 side.
- FIG. 5 is an enlarged view showing a contact portion between the metal collar and the bolt seat surface.
- the potting resin 16 for ensuring the heat dissipation of the coil component 11 is filled.
- the gap G1 between the core 20 and the coil 22 is not filled with the potting resin 16.
- the potting resin is a resin in which at least one of metal or metal oxide powder (for example, silicon or silicon oxide or alumina) is added as a filler for improving thermal conductivity to silicon resin or urethane resin. Use it.
- the amount of filler added may be such that the resistivity of the potting resin after kneading is 1 ⁇ 10 5 ⁇ ⁇ m or more.
- thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or a polyester resin
- an epoxy resin since it can be used also as an adhesive agent at the time of assembling the coil component 11, the manufacturing process of the reactor 10 can be simplified.
- FIG. 6 is a diagram schematically showing the coil component in the assembled state.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing how the pieces of the bobbin are inserted into each block magnetic core.
- FIG. 8 is a diagram schematically showing how the gap plate and the coil are arranged in the block magnetic core.
- FIG. 9 is a diagram schematically showing how the block magnetic cores are combined.
- FIG. 10 is a diagram schematically showing how the collar is inserted into the assembled coil component.
- FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a state in which the coil component is fixed to the case.
- FIG. 12 is a diagram schematically showing how a spacer is inserted into a gap in the case.
- FIG. 13 is a diagram schematically showing a state in which the potting resin is filled in the gap in the case.
- FIG. 14 is a diagram for explaining the maximum filling amount of the potting resin.
- FIG. 15 is a diagram for explaining the minimum filling amount of the potting resin.
- FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a state in which the spacer inserted in the gap in the case is taken out.
- the coil component 11 described above is assembled. Specifically, as shown in FIG. 7, the piece 21a of the bobbin 21 is inserted into the outer periphery of the middle leg portion 20a in the block magnetic core 25a. Similarly, the piece 21b of the bobbin 21 is inserted into the outer periphery of the middle leg portion 20a in the block magnetic core 25b.
- the gap plate 23 is inserted inside the piece 21b and disposed on the block magnetic core 25b as shown in FIG. Further, the coil 22 is inserted outside the piece 21b and disposed in the block magnetic core 25b.
- the block magnetic core 25a in which the piece 21a is inserted is combined with the block magnetic core 25b in which the gap plate 23 and the coil 22 are arranged. And join.
- the core 20 with the middle leg portion 20a provided at the center is formed.
- a gap plate 23 is provided between the block magnetic cores 25a and 25b.
- the pieces 21a and 21b are joined to form the bobbin 21.
- the collar 27 is inserted into the through hole 26 of the core 20.
- the block magnetic cores 25a and 25b are joined by an adhesive.
- the assembled coil component 11 is fixed to the case 12. Specifically, the coil component 11 is accommodated in the case 12 with the bolt 30 inserted into the collar 27. At this time, the coil component 11 is disposed in the case 12 so that the opening end face 20c of the core 20 on which the terminals 22a and 22b of the coil 22 are disposed is located in the opening 13 of the case 12. Then, the nut 31 is fastened to the tip of the bolt 30 protruding from the peripheral wall 15a of the case 12. As a result, the coil component 11 is supported and fixed in a non-contact manner with respect to the case 12 via the gap G2, as shown in FIG.
- a spacer is inserted into a part of the gap formed in the case 12.
- the spacer 40 is inserted so that the potting resin 16 is not filled in the gap G1 and the gap G2c.
- the orientation of the coil component 11 and the case 12 is changed so that the opening 13 of the case 12 faces upward, but the spacer 40 may be inserted in the state shown in FIG. .
- Each spacer 40 is a metal plate or the like having such a shape that it is arranged in close contact with the inserted gap.
- Each spacer 40 is inserted into the gap G1 and the gap G2c in a state where a release agent is applied.
- a potting resin is filled into the gap formed in the case 12.
- the liquid potting resin 16 is filled in the gap in the case 12 in a state where the coil component 11 and the case 12 are arranged with the opening 13 of the case 12 facing upward.
- the potting resin 16 is fully filled in the gaps G1 and G2 in the case 12, but the potting resin 16 is at least in the case 12 as shown in FIG. Of the gap G2, the gap G2e between the coil component 11 and the cooler connection wall 14 of the case 12 may be filled.
- the filling amount of the potting resin 16 may be adjusted so as to obtain the necessary heat dissipation performance between the maximum filling amount shown in FIG. 14 and the minimum filling amount shown in FIG. By this adjustment, the amount of potting resin 16 used can be reduced, and the product cost of the reactor 10 can be reduced.
- the reactor 10 manufactured as described above is fastened and fixed to the vehicle body by the bolt 30 and the nut 31 via the fastening bracket 12a in a state where the cooler is connected to the cooler connection wall 14, and the motor generator It is used as a boosting DC / DC converter for boosting a voltage in a control circuit.
- the motor generator control circuit will be briefly described with reference to FIG. FIG. 17 is a circuit diagram of a motor generator control circuit.
- the motor generator control circuit 50 includes motor generators 51 and 52, inverters 53 and 54 for controlling energization of the motor generators 51 and 52, a DC / DC converter 55 for supplying current to the inverters 53 and 54, And a power supply circuit 57 including a battery 56.
- Each inverter 53, 54 is composed of a plurality of transistors.
- Reactor 10 of the present embodiment is connected between transistors 58 and 59 and capacitor 60 by DC / DC converter 55.
- the reactor 10 functions to boost the voltage of the power supply circuit 57 and stably supply it to the inverters 53 and 54.
- the motor generator control circuit 50 when the reactor 10 is repeatedly turned on and off by energization, the energy stored in the coil 22 at the time of turning on is generated as a back electromotive force at the time of turning off and a high voltage is taken out. At this time, in the reactor 10, vibration is generated in the core 20 due to the action of magnetic attraction and magnetostriction. The vibration of the core 20 may propagate as vibration / noise from the case 12 to the user in the vehicle compartment via the vehicle body.
- the coil mechanism 11 is supported and fixed to the case 12 in a non-contact manner by the fixing mechanism 18 via the gap G2. Propagation of vibration to the vehicle body is suppressed.
- the gap G2c between the coil component 11 and the peripheral wall 15c of the case 12 is not filled with the potting resin 16. For this reason, a space is formed between the coil component 11 and the peripheral wall 15 c of the case 12. Thereby, the vibration of the core 20 is further less easily transmitted to the vehicle body via the peripheral wall 15c of the case 12.
- FIG. 18 is a diagram illustrating temperature characteristics of vibration on the vehicle body side.
- the vibration which was about 10 to 25 G in the conventional reactor, is suppressed to 5 G or less. That is, the reactor 10 effectively suppresses propagation of vibration generated in the core 20 to the outside in any temperature range.
- the gap G2e between the coil component 11 and the cooler connection wall 14 of the case 12 is filled with potting resin 16. For this reason, the heat generated in the coil component 11 is taken away by the cooler via the potting resin 16 and the cooler connection wall 14. That is, the heat dissipation of the heat generated in the coil component 11 is ensured.
- the coil component 11 is disposed in the case 12 so that one of the two surfaces from which the coil 22 is exposed faces the cooler connection wall 14, and the coil component 11 is an outer peripheral surface of the coil 22 not included in the core 20.
- a flat portion 22 c formed in part is disposed on the same plane as the opening end surface 20 c of the core 20. For this reason, the heat generated in the coil 22 can be efficiently transmitted to the cooler via the potting resin 16 and the cooler connection wall 14. Thereby, the heat dissipation performance in the reactor 10 can be improved.
- the gap G1 between the core 20 and the outer periphery of the coil 22 is not filled with the potting resin 16. For this reason, since the stress which acts on the core 20 by the thermal deformation of the potting resin 16 can be reduced, the crack of the core 20 can be prevented. As a result, the vibration of the coil component 11 does not increase. In addition, since a thin core with relatively low strength can be employed, the coil component 11 can be downsized.
- the coil component 11 is connected to the case 12 via the gap G2 by the fixing mechanism 18 constituted by the collar 27, the bolt 30 and the nut 31. It is supported and fixed in a non-contact manner. For this reason, it becomes difficult for the vibration of the core 20 to be transmitted to the case 12, and the propagation of the vibration to the passenger compartment is suppressed.
- the gap G2c between the coil component 11 and the peripheral wall 15c of the case 12 is not filled with the potting resin 16. For this reason, a space is formed between the coil component 11 and the peripheral wall 15c. Thereby, the vibration of the core 20 is further prevented from being transmitted to the passenger compartment via the peripheral wall 15c. In this manner, the reactor 10 effectively suppresses the vibration generated in the coil component 11 from being propagated to the passenger compartment.
- the potting resin 16 is not filled in the gap G1 between the core 20 and the outer periphery of the coil 22. For this reason, the stress which acts on the core 20 by the thermal deformation of the potting resin 16 can be reduced. As a result, it is possible to prevent the block magnetic cores 25a and 25b from cracking. Thereby, the vibration of the coil component 11 does not increase. In addition, since a thin core with relatively low strength can be employed, the coil component 11 can be downsized.
- the potting resin 16 is filled in at least the gap G2c between the coil component 11 and the cooler connection wall 14 of the case 12. For this reason, the heat generated in the coil component 11 is taken away by the cooler via the potting resin 16 and the cooler connection wall 14 of the case 12. That is, the heat dissipation of the heat generated in the coil component 11 is ensured.
- both suppression of propagation of vibration generated in the coil component 11 to the passenger compartment and securing of heat dissipation of heat generated in the coil component 11 are achieved.
- the potting resin 16 only needs to be filled in the gap G2c between the coil component 11 and the cooler connection wall 14 of the case 12, The amount of potting resin 16 used can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the product cost while achieving both the suppression of the propagation of the vibration generated in the coil component 11 to the passenger compartment and the securing of the heat dissipation of the heat generated in the coil component 11.
- FIG. 19 is a diagram illustrating a modification in which the arrangement direction of the coil components is changed.
- the fastening bracket 12a is provided at the lower ends of the peripheral walls 15b and 15d, but may be provided according to the fastening position with the external device to which the reactor is attached. For example, as shown in FIG. 20, it can be provided in the middle of the peripheral walls 15b and 15d.
- FIG. 20 is a figure which shows the modification which changed the formation position of the fastening bracket.
- the substantially E type is used as the block magnetic cores 25a and 25b, but a substantially U type can also be used.
- the coil component 11a may be disposed so that the longitudinal direction of the middle leg portion formed in the core is substantially perpendicular to the installation surface (the peripheral wall 15c).
- the coil component 11a may be arranged so that the longitudinal direction of the middle leg portion formed in the core is substantially parallel to the installation surface (the peripheral wall 15c).
- FIG. 21 is a view showing a modification using a substantially U-shaped block magnetic core.
- FIG. 22 is a view showing a modification in which the arrangement direction of the coil components shown in FIG. 21 is changed.
- a pot type can be used as a block magnetic core.
- the middle leg portion 20a is constituted by a part of the block magnetic cores 25a and 25b (integrated with the block magnetic core), but as shown in FIGS.
- the portion 20b can also be configured independently of the block magnetic cores 25c and 25d. That is, the middle leg portion 20b can be constituted by the ring-shaped block magnetic cores 25e and 25f and the gap plate 23 arranged through the bobbin 21 at the center of the block magnetic cores 25c and 25d. In this case, as shown in FIG. 24, the bobbin 21 and the collar 27 can be integrally formed.
- FIG. 23 is a top view showing a modification using a core having a separate structure for the middle leg. 24 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG.
- the second embodiment has substantially the same basic configuration as the first embodiment, but differs in that a non-filling space forming member is provided in a non-filling space that is not filled with potting resin. That is, the member (spacer) for forming the non-filling space is not taken out as in the first embodiment.
- the member (spacer) for forming the non-filling space is not taken out as in the first embodiment.
- (1) the case of using an air packing sheet and (2) the case of using a shield material are illustrated as the non-filling space forming member.
- the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, description thereof is omitted as appropriate, and different points are mainly described.
- FIG. 25 is a perspective view showing an air packing sheet.
- FIG. 26 is a diagram illustrating an outline of a reactor in which a resin non-filling space is formed using an air packing sheet.
- the shield material 46 is substantially triangular in cross section and elongated in the front-rear direction of the drawing, and both ends of the gap G2c not filled with the potting resin 16 (left and right in the figure). (End). Further, a shield material (a shape slightly different from the shield material 46) is also arranged at the end of the gap G1 (end on the cooler connection wall 14 side).
- the shield material 46 may be disposed in the gap G2c at the timing when the spacer 40 is inserted in the first embodiment. However, the shield material is disposed in the gap G1 by accommodating the coil component 11 in the case 12. When you need to do it.
- FIG. 28 is a diagram showing an outline of a reactor in which a resin non-filling space is formed using a shield material.
- the same effects as those of the reactor 10 can be obtained with the reactors 10a and 10b. Further, when manufacturing the reactors 10a and 10b, the process of removing the spacers as in the first embodiment is not required, so that the manufacturing process can be simplified.
- a reactor is exemplified as an electromagnetic device to which the present invention is applied.
- the present invention can be applied to a choke coil, a transformer, and the like in addition to the reactor.
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Abstract
本発明は、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図るためになされたものであって、コイル部品を収容するケース内に形成される隙間にポッティング樹脂が充填された電磁機器において、コイル部品をケースに対し隙間を介して非接触に支持して固定する固定機構を有し、コイル部品は、複数のブロック磁心とギャップ板とで構成されたコアと、コアの中央に形成される中脚部に設けられたコイルとを備え、コアとコイルの外周との間に隙間が設けられた状態で、コアにコイルがその一部を除いて内包されて構成され、ケースは、冷却器に接続する冷却器接続壁と、冷却器接続壁の周りを囲むとともにその一部が外部装置への取付壁となる周壁とを備え、冷却器接続壁の反対側に開口部が形成され、ポッティング樹脂は、少なくともコイル部品とケースの冷却器接続壁との間の隙間に充填されている一方、コイル部品とケースの取付壁との間の隙間には充填されていない。
Description
本発明は、コアの中脚部にコイルが巻回されたコイル部品と、コイル部品を収容するケースとを備え、コイル部品とケースとの間に樹脂が充填されている電磁機器及びその製造方法に関するものである。
従来から、コイル部品として、複数のブロック磁心とギャップ板とで構成されたコアの中央に形成される中脚部に、絶縁体により形成されたボビンを介してコイルが巻回されたものが知られている。そして、このようなコイル部品を備える電磁機器の一例として、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動回路に使用されるリアクトルが知られている。リアクトルは、誘導リアクタンスを利用して電気の変圧を行うものである。リアクトルは、スイッチング回路に組み込まれて使用され、オン・オフを繰り返すことにより、オン時にコイルに蓄えられたエネルギーをオフ時に逆起電力として発生させて高電圧を取り出すようになっている。
上記のようなリアクトルでは、コイルへ通電すると、コイルや磁心が発熱する。そして、この発熱により、製品機能が十分に得られない、耐久性が劣化するという問題が生じるので、コイルや磁心から発せられる熱を外部に放出する必要がある。そのため、リアクトル本体(コイル部品)とそれを収容するケースとの間に、放熱材としてポッティング樹脂が充填されているものがある(特許文献1参照)。
しかしながら、上記したリアクトル等のコイル部品では、コイルへの通電が行われると、発生した磁界によって磁心が起こす磁歪と、磁心内あるいは磁心間に発生する磁気吸引とにより、コアに振動が発生する。そして、このコアの振動がケースから車体を介して車室内のユーザーに振動・騒音として伝播する懸念があった。
ここで、コアの振動源は、ギャップ板が設けられるとともにコイルで覆われた中脚部であり、この部分に磁束が流れると、その磁束の流れ方向に振動が発生する。このため、コアの主な振動方向は、中脚部の長手方向となる。そして、一般的には、中脚部の長手方向が車体へのケースの設置面と直交するように、コイル部品がケース内に収容されている。そのため、ケースの設置面から車体へ振動が伝達されやすい。特に、ケースの設置面とコイル部品との間にポッティング樹脂が充填されていると、振動が車体へより伝わりやすくなる。
また、コイルや磁心の発熱により、ポッティング樹脂が熱膨張して変形し、その樹脂変形により磁心に対して応力が作用する結果、磁心の一部に割れが発生してしまうおそれがあった。なお、磁心の割れは、外部温度が低温になることによる樹脂の収縮応力によっても発生する。このような磁心の割れは、透磁率の低下につながり、コイル部品の磁気特性であるインダクタンスの低下を招いてしまう。そして、磁心が割れてしまうと、コアの剛性が低下するため、コアの振動がさらに大きくなってしまう。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図ることができる電磁機器及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、コイル部品と、前記コイル部品を収容するケースとを備え、前記ケース内に形成される隙間にポッティング樹脂が充填された電磁機器において、前記コイル部品を前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持して固定する固定機構を有し、前記コイル部品は、複数のブロック磁心とギャップ板とで構成されたコアと、前記コアの中央に形成される中脚部に設けられたコイルとを備え、前記コアと前記コイルの外周との間に隙間が設けられた状態で、前記コアに前記コイルがその一部を除いて内包されて構成され、前記ケースは、冷却器に接続する冷却器接続壁と、前記冷却器接続壁の周りを囲むとともにその一部が外部装置への取付壁となる周壁とを備え、前記冷却器接続壁の反対側に開口部が形成され、前記ポッティング樹脂は、少なくとも前記コイル部品と前記ケースの前記冷却器接続壁との間の隙間に充填されている一方、前記コイル部品と前記ケースの前記取付壁との間の隙間には充填されていないことを特徴とする。
この電磁機器では、固定機構により、コイル部品がケースに対し隙間を介して非接触に支持されて固定されている、このため、コアの振動がケースに伝わりにくくなり、外部装置への振動の伝播が抑制される。そして、コイル部品とケースの取付壁との間の隙間には、ポッティング樹脂が充填されていない。このため、コイル部品とケースの取付壁との間に空間が形成される。これにより、コアの振動がケースの取付壁を介して外部装置へ一層伝わりにくくなる。このように、この電磁機器では、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制が効果的に図られている。
一方、この電磁機器では、ポッティング樹脂が、少なくともコイル部品とケースの冷却器接続壁との間の隙間には充填されている。このため、コイル部品で発生する熱が、ポッティング樹脂及びケースの冷却器接続壁を介して冷却器に奪われる。つまり、コイル部品で発生する熱の放熱性が確保されている。
また、この電磁機器では、必要とされる放熱性を確保するために、ポッティング樹脂が少なくともコイル部品とケースの冷却器接続壁との間の隙間に充填されていればよいので、ポッティング樹脂の使用量を低減することができる。これにより、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図りつつ、製品コストを低減することもできる。
上記した電磁機器において、前記ポッティング樹脂は、前記コアと前記コイルの外周との間の隙間にも充填されていないことが望ましい。
これにより、ポッティング樹脂の熱変形によってコアに作用する応力を低減することができる。そのため、磁心の割れを防止することができる。その結果、コイル部品の振動が増大することもない。また、比較的強度の弱い薄型のコアを採用することができるため、コイル部品の小型化を図ることもできる。
上記した電磁機器において、前記固定機構は、前記コイル部品に取り付けられたカラーと、前記コイル部品が前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持・固定されるように前記カラーを前記ケースの前記取付壁以外の周壁に締結する締結部材とで構成すればよい。
具体的には、前記締結部材は、ボルトとナットとを備え、前記カラーは、前記コイル部品に固定される樹脂カラーと、一端で前記ケースに当接し他端で前記ボルトの座面と当接する金属カラーとを備え、前記金属カラーと前記ボルトの座面との当接部分には、回り止め機構が設けられており、前記ケースの前記取付壁以外の周壁に形成された貫通穴から突出した前記ボルトのねじ部先端に前記ナットが締結されていればよい。
このように、2種類のカラー、ボルト及びナットにより、コイル部品をケースに対し隙間を介して非接触に支持・固定することができる固定機構を簡単に実現することができる。
上記した電磁機器において、前記コイル部品は、前記コイルが前記コアに内包されていない部分が前記ケースの前記冷却器接続壁に対向するように配置されていることが望ましい。
このような構成により、コイルで発生する熱をポッティング樹脂及びケースの冷却器接続壁を介して冷却器に効率よく伝達することができる。従って、コイル部品で発生する熱の放熱性を向上させることができる。
そして、この場合には、前記ケースの前記冷却器接続壁に対向する前記コアの端面と、前記コイルのうち前記コアに内包されていない部分の外周面に一部とが、同一平面上に配置されていることが望ましい。
このような構成により、ポッティング樹脂をコイル部品とケースの冷却器接続壁との間の隙間にのみ充填する場合であっても、コイルで発生する熱をポッティング樹脂及びケースの冷却器接続壁を介して効率よく冷却器に伝達することができる。つまり、ポッティング樹脂の使用量を最小限にして製品コストを低減しつつ、コイル部品で発生する熱の放熱性を確保することができる。
上記した電磁機器において、前記ポッティング樹脂が充填されていない隙間には、その隙間への前記ポッティング樹脂の侵入を阻止して非充填空間を形成する非充填空間形成部材が設けられていることが望ましい。
このような非充填空間形成部材が設けられていることにより、コイル部品とケースの取付壁との間の隙間あるいはコアとコイルの外周との間の隙間の少なくとも一方に、ポッティング樹脂が確実に侵入しなくなるので上記の隙間に非充填空間を確実に形成することができる。なお、非充填空間形成部材としては、例えば、エアパッキンシートやシールド材などを挙げることができる。そして、エアパッキンシートを使用する場合には、上記隙間の全域にエアパッキンシートを挿入し、シールド材を使用する場合には、上記隙間の端部にシールド材を配置すればよい。
上記課題を解決するためになされた本発明の別態様は、コイル部品と、開口部を有し前記コイル部品を収容するケースとを備え、前記ケース内に形成される隙間にポッティング樹脂が充填された電磁機器の製造方法において、複数のブロック磁心とギャップ板とで中央に中脚部が形成されるようにコアを構成するとともに、前記中脚部に前記コイルを配置して前記コアと前記コイルの外周との間に隙間を設けた状態で、前記コアが前記コイルの一部を除いて内包するように前記コイル部品を組み立てるコイル部品組立工程と、前記コイル部品を、固定機構により前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持して固定する固定工程と、前記ケースのうち外部装置に取り付けられる取付壁と前記コイル部品との間の隙間に対して、ポッティング樹脂が充填されないように樹脂充填防止部材を設置する樹脂充填防止部材設置工程と、前記ケースにて前記開口部の反対側に位置し冷却器に接続される冷却器接続壁を下側にして、前記開口部からポッティング樹脂を前記ケース内に注入し、少なくとも前記コイル部品と前記ケースの前記冷却器接続壁との間の隙間に充填する樹脂充填工程と、前記ケース内に充填されたポッティング樹脂が硬化した後、前記樹脂侵入防止部材を外部に取り出す樹脂侵入防止部材取出工程と、を含むことを特徴とする。
このような製造方法により、上記した電磁機器、つまりコイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図ることができる電磁機器を製造することができる。
そして、上記した製造方法において、前記樹脂充填防止部材設置工程では、前記コアと前記コイルの外周との間の隙間に対しても、ポッティング樹脂が充填されないように樹脂充填防止部材を設置することが望ましい。
このようにすることにより、製造された電磁機器において、ポッティング樹脂の熱変形によってコアに作用する応力を低減することができる。そのため、磁心の割れを確実に防止することができる。その結果、コイル部品の振動が増大することがなくなる。また、比較的強度の弱い薄型のコアを使用することができるため、コイル部品の小型化を図ることもできる。
また、上記した製造方法において、前記固定機構は、ボルトと、ナットと、前記コイル部品に固定される樹脂カラーと、前記樹脂カラーに固定されるとともに、一端で前記ケースに当接し他端で前記ボルトの座面と当接する金属カラーとを備え、前記金属カラーと前記ボルトの座面との当接部分には、回り止め機構が設けられており、前記固定工程では、前記ケースの前記冷却器接続壁及び前記取付壁以外の壁に形成された貫通穴から前記ボルトのねじ部先端を突出させ、そのねじ部先端に前記ナットを締結して、前記コイル部品を前記ケースに固定することが望ましい。
このようにすることにより、簡単な作業でコイル部品をケースに対し隙間を介して非接触に支持・固定することができる。このため、生産効率を低下させることなく、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図ることができる電磁機器を製造することができる。
本発明に係る電磁機器及びその製造方法によれば、上記した通り、コイル部品で発生する振動の外部への伝播抑制と、コイル部品で発生する熱の放熱性確保との両立を図ることができる。
以下、本発明を具体化した実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータジェネレータ駆動回路に使用されるリアクトルに本発明を適用した場合を例示する。
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態について説明する。そこで、第1の実施の形態に係るリアクトルについて、図1を参照しながら説明する。図1は、第1の実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す図である。
まず、第1の実施の形態について説明する。そこで、第1の実施の形態に係るリアクトルについて、図1を参照しながら説明する。図1は、第1の実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す図である。
図1に示すように、リアクトル10には、コイル部品11と、コイル部品11を収容するケース12とが備わっている。そして、リアクトル10は、ケース12に備わる締結ブラケット12aを利用して車体に取り付けられるようになっている。このとき、リアクトル10には、冷却水などの冷媒が流れる冷却器が接続される。なお、本実施の形態では、図1において紙面奥側(ケース12の開口とは反対側)に冷却器が設置される。
ケース12は、有底箱形をなして一部が開口している。このケース12において、図1に示す車体取付状態にて、紙面手前に開口部13が形成されている。そして、この開口部13の反対側に冷却器接続壁14が形成され、冷却器接続壁14を取り囲むようにして周壁15a~15dが形成されている。なお、本実施の形態では、ケース12の周壁15cが車体への設置面(取付壁)となっている。
コイル部品11は、複数のブロック磁心とギャップ板を備えるコア20と、コア20に設けられた後述するボビン21と、ボビン21に設けられたコイル22とにより構成されている。このようなコイル部品11について、図1~図4を参照しながら説明する。図2は、コイル部品の概略構成を示す正面図である。図3は、コイル部品の概略構成を示す上面図である。図4は、図3に示すA-Aにおける断面図である。なお、図4には、ケースに対するコイル部品の固定構造も示している。
コア20は、図1~図4に示すように、略E型のブロック磁心25a,25bを組み合わせて構成され略四角筒形をなし、図2中紙面前後に開口部13が形成されている。ブロック磁心25a、25bは、金属や金属酸化物を始めとした軟磁性材料粉末を加圧成形した圧粉磁心やフェライト焼結体により構成されている。コア20の中央には、図4に示すように、柱状をなす中脚部20aが備わっている。中脚部20aには、ブロック磁心25a,25bに挟み込まれた非磁性層であるギャップ板23が設けられている。ギャップ板23として、本実施の形態ではセラミックスを使用しているが、これ以外にもPPSやPBTなどの硬質な樹脂を使用することもできる。このギャップ板23を設けることにより、コイル22に大電流が印加された場合であっても、コイル部品11の磁気特性が維持できるような、つまりコア20における磁束密度の飽和を抑制することができるような磁気回路がコイル部品11に形成されている。
ボビン21は、図4に示すように、コア20内にて中脚部20aを取り囲むように配置されている。そして、ボビン21には、コイル22が装着されている。ボビン21は、ブロック磁心25a側に装着されるピース21aと、ブロック磁心25b側に装着されるピース21bとを互いに組み合わせることで構成されている。各ピース21a,21bは、非磁性で電気絶縁性の高いPPS等の樹脂やセラミックス等により構成すればよい。なお、コイル22には、図2に示すように、2本の端子22a,22bが上方へ起立して設けられている。
そして、コイル部品11においては、図2及び図4に示すように、コア20とコイル22との間に隙間G1が形成された状態で、コイル22がその一部(本実施の形態では図中紙面前後の2面)を除いてコア20に内包されている。このとき、コア20に内包されていないコイル22の外周面の一部に形成される平坦部22cが、コア20の開口部端面20cと同一平面上に配置される。なお、本実施の形態においては平坦部22c及び開口部端面20cが、図2の前後方向に形成されている。
このような構成を有するコイル部品11は、図4に示すように固定機構18により、ケース12に対し隙間G2を介して非接触に支持(フローティング支持)され固定されている。具体的には、中脚部20aの中心に形成された貫通穴26に設けられたカラー27を介して、コイル部品11がケース12に対してボルト30及びナット31で締結されている。つまり、本実施の形態では、カラー27、ボルト30及びナット31によって固定機構18が構成されている。また、コイル部品11は、コイル22が露出している2面のうち一方が冷却器接続壁14に対向するようにケース12内に配置されている。このとき、コイル22の端子22a,22bは、ケース12の周壁15aから上方へ突出して配置される(図1参照)。
カラー27には、コイル部品11に固定される樹脂カラー28と、樹脂カラー28内に一部が配置されて一端でケース12に当接するとともに他端でボルト30の座面に当接する金属カラー29とが備わっている。樹脂カラー28は、貫通穴26に挿入される筒部28aと、筒部28aの端部にて外側に張り出すように形成された鍔部28bとで構成されている。この鍔部28bによってコイル部品11がしっかりと支持(保持)されるようになっている。なお、樹脂カラー28はPPS等で構成し、金属カラー29はアルミ等で構成すればよい。
ここで、ボルト30に対してナット31を締め付ける際、ボルト30が回転してしまうと、コイル部品11をケース12に対してしっかりと固定することができなくなる。そのため、図5に示すように、金属カラー29とボルト30の座面との当接部分に回り止め機構19が設けられている。本実施の形態では、金属カラー29側に2箇所の凹部29aと、ボルト30の座面側に凹部29aに対応する凸部30aとを設けることにより回り止め機構19が構成されている。もちろん、凹部をボルト30の座面側に設け、凸部を金属カラー29側に設けてもよい。なお、図5は、金属カラーとボルト座面との当接部分を示す拡大図である。
そして、リアクトル10では、上記したようにコイル部品11をケース12に対して固定した状態において、図1に示すように、隙間G2のうち、コイル部品11とケース12の周壁15cとの間の隙間G2cを除き、コイル部品11の放熱性を確保するためのポッティング樹脂16が充填されている。なお、コア20とコイル22との間の隙間G1には、ポッティング樹脂16は充填されていない。ポッティング樹脂としては、シリコン樹脂やウレタン樹脂などに、熱伝導率を向上させるためのフィラーとして金属又は金属酸化物(例えば、ケイ素又はケイ素酸化物やアルミナなど)の粉末の少なくとも一方を添加したものを使用すればよい。フィラーの添加量としては、混練後におけるポッティング樹脂の抵抗率が、1×105 Ω・m以上となるようにすればよい。
なお、シリコン樹脂やウレタン樹脂の他にも、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又はポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することもできる。そして、エポキシ樹脂を使用する場合には、コイル部品11を組み立てる際の接着剤としても使用することができるため、リアクトル10の製造工程を簡素化することができる。
続いて、上記したリアクトル10の製造方法について、図6~図16を参照しながら説明する。図6は、組み立て完了状態のコイル部品を模式的に示す図である。図7は、各ブロック磁心にボビンの各ピースを挿入する様子を模式的に示す図である。図8は、ギャップ板及びコイルをブロック磁心内に配置する様子を模式的に示す図である。図9は、各ブロック磁心を組み合わせる様子を模式的に示す図である。図10は、組み立てられたコイル部品にカラーを挿入する様子を模式的に示す図である。図11は、コイル部品をケースに固定した状態を模式的に示す図である。図12は、ケース内の隙間にスペーサを挿入する様子を模式的に示す図である。図13は、ケース内の隙間にポッティング樹脂を充填する様子を模式的に示す図である。図14は、ポッティング樹脂の最大充填量を説明するための図である。図15は、ポッティング樹脂の最低充填量を説明するための図である。図16は、ケース内の隙間に挿入したスペーサを取り出す様子を模式的に示す図である。
まず、図6に示すように、上記したコイル部品11を組み立てる。具体的には、図7に示すように、ブロック磁心25aにおける中脚部20aの外周に対してボビン21のピース21aを挿入する。同様に、ブロック磁心25bにおける中脚部20aの外周に対してボビン21のピース21bを挿入する。各ピース21a,21bの各ブロック磁心25a,25bへの挿入が完了すると、図8に示すように、ギャップ板23を、ピース21bの内側に挿入してブロック磁心25b上に配置する。また、コイル22をピース21bの外側に挿入してブロック磁心25b内に配置する。
ギャップ板23及びコイル22のブロック磁心25bへの配置が完了すると、図9に示すように、ピース21aが挿入されたブロック磁心25aを、ギャップ板23及びコイル22が配置されたブロック磁心25bと組み合わせて接合する。これにより、図10に示すように、中央に中脚部20aが設けられたコア20が形成される。そして、コア20の中脚部20aでは、ブロック磁心25a,25b間にギャップ板23が設けられる。また、このとき、ピース21aと21bとが接合されてボビン21が形成される。その後、コア20の貫通穴26にカラー27を挿入する。なお、ブロック磁心25a,25bなどの接合は、接着剤によって行われる。
次に、組み立てたコイル部品11をケース12に固定する。具体的には、カラー27内にボルト30を差し込んだ状態で、コイル部品11をケース12内に収容する。このとき、コイル部品11は、コイル22の端子22a,22bが配置されたコア20の開口部端面20cがケース12の開口部13に位置するように、ケース12内に配置される。そして、ケース12の周壁15aから突出したボルト30の先端にナット31を締結する。これにより、コイル部品11は、図11に示すように、ケース12に対して隙間G2を介して非接触に支持され固定される。
次いで、ケース12内に形成された隙間の一部に対してスペーサを挿入する。具体的には、図12に示すように、隙間G1及び隙間G2cに対してポッティング樹脂16が充填されないように、スペーサ40を挿入する。このとき本実施の形態では、ケース12の開口部13が上になるように、コイル部品11及びケース12の向きを変えているが、図11に示す状態のままスペーサ40を挿入してもよい。各スペーサ40は、それぞれ挿入される隙間内に密着した状態で配置されるような形状をもつ金属板などである。なお、各スペーサ40は、離型剤が塗布された状態で隙間G1及び隙間G2cに挿入される。
そして、ケース12内に形成された隙間に対してポッティング樹脂を充填する。具体的には、図13に示すように、コイル部品11及びケース12をケース12の開口部13が上になるように配置した状態で、液状のポッティング樹脂16をケース12内の隙間に充填する。本実施の形態では、図14に示すように、ポッティング樹脂16をケース12内の隙間G1,G2に対して全充填するが、ポッティング樹脂16は少なくとも、図15に示すように、ケース12内の隙間G2のうち、コイル部品11とケース12の冷却器接続壁14との間の隙間G2eに充填されていればよい。隙間G2eにポッティング樹脂16が充填されていれば、コイル部品11で発生する熱が、ポッティング樹脂16及び冷却器接続壁14を介して効率良く冷却器に奪われ、リアクトル10に最低限必要とされる放熱性能を確保することができるからである。従って、ポッティング樹脂16の充填量は、図14に示す最大充填量と図15に示す最低充填量との間で、必要な放熱性能が得られるように調整すればよい。この調整により、ポッティング樹脂16の使用量を削減することができ、リアクトル10の製品コストを低減することができる。
その後、ポッティング樹脂16が硬化すると、図16に示すように、隙間G1及び隙間G2cに挿入した各スペーサ40を取り出す。これにより、スペーサ40を取り出した隙間G1,G2cにはポッティング樹脂が充填されていない空間が形成される。かくして、図1に示すリアクトル10が完成する。
上記のようにして製造されたリアクトル10は、冷却器接続壁14に冷却器が接続された状態で、車体に対して締結ブラケット12aを介してボルト30及びナット31により締結・固定され、モータジェネレータ制御回路において電圧を昇圧させるための昇圧用DC/DCコンバータとして用いられる。そこで、モータジェネレータ制御回路について図17を参照して簡単に説明する。図17は、モータジェネレータ制御回路の回路図である。モータジェネレータ制御回路50は、モータジェネレータ51,52と、各モータジェネレータ51,52への通電をそれぞれ制御するインバータ53,54と、各インバータ53,54へ電流を供給するDC/DCコンバータ55と、バッテリ56を含む電源回路57とから構成されている。各インバータ53,54は、複数のトランジスタにより構成されている。本実施の形態のリアクトル10は、DC/DCコンバータ55にて、トランジスタ58,59と、コンデンサ60との間に接続されている。このモータジェネレータ制御回路50において、リアクトル10は電源回路57の電圧を昇圧して各インバータ53,54に安定供給するように機能する。
そして、モータジェネレータ制御回路50において、リアクトル10が通電によりオン・オフを繰り返されることにより、オン時にコイル22に蓄えられたエネルギーがオフ時に逆起電力として発生して高電圧が取り出される。このとき、リアクトル10では、磁気吸引力、磁歪による作用により、コア20に振動が発生する。そして、このコア20の振動がケース12から車体を介して車室内のユーザーに振動・騒音として伝播するおそれがある。
そのため、本実施の形態のリアクトル10では、固定機構18により、コイル部品11をケース12に対し隙間G2を介して非接触に支持し固定している、このため、コア20の振動がケース12に伝わりにくく、車体への振動の伝播が抑制されている。そして、コイル部品11とケース12の周壁15cとの間の隙間G2cには、ポッティング樹脂16が充填されていない。このため、コイル部品11とケース12の周壁15cとの間に空間が形成されている。これにより、コア20の振動がケース12の周壁15cを介して車体へ一層伝わりにくくなっている。
ここで、リアクトル10が取り付けられた車体側の振動を計測した結果を図18に示す。図18は、車体側の振動の温度特性を示す図である。図18から明らかなように、本実施の形態に係るリアクトル10によれば、従来のリアクトルでは10~25G程度であった振動が5G以下に抑えられている。つまり、リアクトル10では、どの温度域においてもコア20で発生する振動の外部への伝播抑制が効果的に図られている。
一方、リアクトル10では、コイル部品11とケース12の冷却器接続壁14との間の隙間G2eにはポッティング樹脂16が充填されている。このため、コイル部品11で発生する熱が、ポッティング樹脂16及び冷却器接続壁14を介して冷却器に奪われる。つまり、コイル部品11で発生する熱の放熱性が確保されている。
そして、コイル部品11は、コイル22が露出している2面のうち一方が冷却器接続壁14に対向するようにケース12内に配置され、コア20に内包されていないコイル22の外周面の一部に形成される平坦部22cが、コア20の開口部端面20cと同一平面上に配置されている。このため、コイル22で発生する熱をポッティング樹脂16及び冷却器接続壁14を介して冷却器に効率よく伝達することができる。これにより、リアクトル10における放熱性能を向上させることができる。
また、リアクトル10では、コア20とコイル22の外周との間の隙間G1には、ポッティング樹脂16が充填されていない。このため、ポッティング樹脂16の熱変形によってコア20に作用する応力を低減することができるので、コア20の割れを防止することができる。その結果、コイル部品11の振動が増大することはない。また、比較的強度の弱い薄型のコアを採用することができるため、コイル部品11の小型化を図ることができる。
以上、詳細に説明したように第1の実施の形態に係るリアクトル10によれば、カラー27、ボルト30及びナット31で構成した固定機構18により、コイル部品11がケース12に対し隙間G2を介して非接触に支持されて固定されている。このため、コア20の振動がケース12に伝わりにくくなり、車室への振動の伝播が抑制される。そして、コイル部品11とケース12の周壁15cとの間の隙間G2cには、ポッティング樹脂16が充填されていない。このため、コイル部品11と周壁15cとの間に空間が形成されている。これにより、コア20の振動が周壁15cを介して車室へ一層伝わりにくくされている。このようにして、リアクトル10では、コイル部品11で発生する振動の車室への伝播抑制が効果的に図られている。
そして、リアクトル10では、ポッティング樹脂16が、コア20とコイル22の外周との間の隙間G1には充填されていない。このため、ポッティング樹脂16の熱変形によってコア20に作用する応力を低減することができる。その結果、ブロック磁心25a,25bの割れを防止することができる。これにより、コイル部品11の振動が増大することもない。また、比較的強度の弱い薄型のコアを採用することができるため、コイル部品11の小型化を図ることもできる。
一方、リアクトル10では、ポッティング樹脂16が、少なくともコイル部品11とケース12の冷却器接続壁14との間の隙間G2cには充填されている。このため、コイル部品11で発生する熱が、ポッティング樹脂16及びケース12の冷却器接続壁14を介して冷却器に奪われる。つまり、コイル部品11で発生する熱の放熱性が確保されている。このように、リアクトル10では、コイル部品11で発生する振動の車室への伝播抑制と、コイル部品11で発生する熱の放熱性の確保との両立が図られている。
そして、リアクトル10では、必要とされる放熱性を確保するために、ポッティング樹脂16が少なくともコイル部品11とケース12の冷却器接続壁14との間の隙間G2cに充填されていればよいので、ポッティング樹脂16の使用量を低減することができる。これにより、コイル部品11で発生する振動の車室への伝播抑制と、コイル部品11で発生する熱の放熱性確保との両立を図りつつ、製品コストを低減することもできる。
ここで、上記したリアクトルの変形例について説明する。上記のリアクトル10では、周壁15aにボルト30の貫通穴を設け、コイル部品11を中脚部20aの長手方向が設置面(周壁15c)に対してほぼ垂直になるように配置し、ナット31にてケース12に固定している。しかしながら、コイル部品11の配置はこれに限られず、例えば、図19に示すように、周壁15bにボルト30の貫通穴を設け、コイル部品11を中脚部20aの長手方向が設置面(周壁15c)に対してほぼ平行になるように配置し、ナット31にてケース12に固定してもよい。もちろん、周壁15dにボルト30の貫通穴を設けてもよい。なお、図19は、コイル部品の配置方向を変えた変形例を示す図である。
また、上記のリアクトル10では、締結ブラケット12aを周壁15b,15dの下端に設けているが、リアクトルを取り付ける外部装置との締結位置に応じて設ければよい。例えば、図20に示すように、周壁15b,15dの中程に設けることができる。なお、図20は、締結ブラケットの形成位置を変更した変形例を示す図である。
また、上記のリアクトル10では、ブロック磁心25a,25bとして略E型のものを使用しているが、略U型のものを使用することもできる。この場合でも、図21に示すように、コイル部品11aをコアに形成される中脚部の長手方向が設置面(周壁15c)に対してほぼ垂直になるように配置してもよいし、図22に示すように、コイル部品11aをコアに形成される中脚部の長手方向が設置面(周壁15c)に対してほぼ平行になるように配置してもよい。なお、図21は、略U型のブロック磁心を使用した変形例を示す図である。図22は、図21に示すコイル部品の配置方向を変えた変形例を示す図である。また、ブロック磁心として、略E型や略U型のものの他、ポット型のものを使用することもできる。
さらに、上記のリアクトル10では、中脚部20aは、ブロック磁心25a,25bの一部分で構成されている(ブロック磁心と一体となっている)が、図23及び図24に示すように、中脚部20bをブロック磁心25c,25dとは独立して構成することもできる。すなわち、中脚部20bを、ブロック磁心25c,25dの中央部にボビン21を介して配置したリング状のブロック磁心25e,25f及びギャップ板23により構成することができる。この場合には、図24に示すように、ボビン21とカラー27とを一体的に形成することができる。なお、図23は、中脚部が別体構造であるコアを使用した変形例を示す上面図である。図24は、図23に示すB-Bにおける断面図である。
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と基本的な構成をほぼ同じくするが、ポッティング樹脂が充填されていない非充填空間に非充填空間形成部材が設けられている点で異なる。つまり、第1の実施の形態のように非充填空間を形成するための部材(スペーサ)を取り出さないのである。ここでは、非充填空間形成部材として、(1)エアパッキンシートを使用する場合と、(2)シールド材を使用する場合とを例示する。なお、以下の説明では、第1の実施の形態と同様の構成については図面に同じ符号を付して説明を適宜省略し、主に異なる点について説明する。
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と基本的な構成をほぼ同じくするが、ポッティング樹脂が充填されていない非充填空間に非充填空間形成部材が設けられている点で異なる。つまり、第1の実施の形態のように非充填空間を形成するための部材(スペーサ)を取り出さないのである。ここでは、非充填空間形成部材として、(1)エアパッキンシートを使用する場合と、(2)シールド材を使用する場合とを例示する。なお、以下の説明では、第1の実施の形態と同様の構成については図面に同じ符号を付して説明を適宜省略し、主に異なる点について説明する。
まず、エアパッキンシートを使用する場合には、図25に示すように、エアパッキンシート45を、ポッティング樹脂16を充填しない隙間G1,G2cの大きさに合わせてカットし、隙間G1,G2cにカットしたエアパッキンシート45を密着させて(隙間なく)挿入する。なお、エアパッキンシート45の挿入は、第1の実施の形態でスペーサ40を挿入するタイミングで行えばよい。そして、エアパッキンシート45を挿入した状態で、液状のポッティング樹脂16を隙間G1,G2に充填して硬化させる。これにより、図26に示すように、エアパッキンシート45によって隙間G1,G2cにポッティング樹脂16が充填されていない非充填空間が形成されたリアクトル10aが得られる。なお、図25は、エアパッキンシートを示す斜視図である。図26は、エアパッキンシートを使用して樹脂非充填空間を形成したリアクトルの概略を示す図である。
次に、シールド材を使用する場合には、図27に示すように、断面が略三角形状で図面前後方向に細長いシールド材46を、ポッティング樹脂16を充填しない隙間G2cの両端部(図中左右端部)に配置する。また、隙間G1の端部(冷却器接続壁14側の端部)にもシールド材(シールド材46とは少し形状が異なる)を配置する。なお、隙間G2cへのシールド材46の配置は、第1の実施の形態でスペーサ40を挿入するタイミングで行えばよいが、隙間G1へのシールド材の配置は、コイル部品11をケース12に収容するときに行う必要がある。そして、シールド材を配置した状態で、液状のポッティング樹脂16を、ケース12とコイル部品との隙間に充填して硬化させる。これにより、図28に示すように、シールド材によって隙間G1,G2cにポッティング樹脂16が充填されていない非充填空間が形成されたリアクトル10bが得られる。なお、図27は、シールド材が配置された部分の拡大図である。図28は、シールド材を使用して樹脂非充填空間を形成したリアクトルの概略を示す図である。
そして、上記したリアクトル10a,10bでも、上記したリアクトル10と同様の効果を得ることができる。また、リアクトル10a,10bを製造する際に、第1の実施の形態のようにスペーサを取り外す工程が不要となるため、製造工程の簡素化を図ることができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、本発明を適用した電磁機器としてリアクトルを例示したが、本発明はリアクトルの他にチョークコイルやトランスなどに対しても適用することができる。
10 リアクトル
11 コイル部品
12 ケース
13 開口部
14 冷却器接続壁
15a~15d 周壁
16 ポッティング樹脂
18 固定機構
20 コア
20a 中脚部
21 ボビン
22 コイル
22c 平坦部
23 ギャップ板
25a,25b ブロック磁心
26 貫通穴
27 カラー
28 樹脂カラー
29 金属カラー
30 ボルト
31 ナット
40 スペーサ
50 モータジェネレータ制御回路
G1,G2 隙間
G2c 隙間
G2e 隙間
11 コイル部品
12 ケース
13 開口部
14 冷却器接続壁
15a~15d 周壁
16 ポッティング樹脂
18 固定機構
20 コア
20a 中脚部
21 ボビン
22 コイル
22c 平坦部
23 ギャップ板
25a,25b ブロック磁心
26 貫通穴
27 カラー
28 樹脂カラー
29 金属カラー
30 ボルト
31 ナット
40 スペーサ
50 モータジェネレータ制御回路
G1,G2 隙間
G2c 隙間
G2e 隙間
Claims (10)
- コイル部品と、前記コイル部品を収容するケースとを備え、前記ケース内に形成される隙間にポッティング樹脂が充填された電磁機器において、
前記コイル部品を前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持して固定する固定機構を有し、
前記コイル部品は、複数のブロック磁心とギャップ板とで構成されたコアと、前記コアの中央に形成される中脚部に設けられたコイルとを備え、前記コアと前記コイルの外周との間に隙間が設けられた状態で、前記コアに前記コイルがその一部を除いて内包されて構成され、
前記ケースは、冷却器に接続する冷却器接続壁と、前記冷却器接続壁の周りを囲むとともにその一部が外部装置への取付壁となる周壁とを備え、前記冷却器接続壁の反対側に開口部が形成され、
前記ポッティング樹脂は、少なくとも前記コイル部品と前記ケースの前記冷却器接続壁との間の隙間に充填されている一方、前記コイル部品と前記ケースの前記取付壁との間の隙間には充填されていない
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項1に記載する電磁機器において、
前記ポッティング樹脂は、前記コアと前記コイルの外周との間の隙間にも充填されていない
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項1又は請求項2に記載する電磁機器において、
前記固定機構は、
前記コイル部品に取り付けられたカラーと、
前記コイル部品が前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持・固定されるように前記カラーを前記ケースの前記取付壁以外の周壁に締結する締結部材と、
で構成される
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項3に記載する電磁機器において、
前記締結部材は、ボルトとナットとを備え、
前記カラーは、前記コイル部品に固定される樹脂カラーと、一端で前記ケースに当接し他端で前記ボルトの座面と当接する金属カラーとを備え、
前記金属カラーと前記ボルトの座面との当接部分には、回り止め機構が設けられており、
前記ケースの前記取付壁以外の周壁に形成された貫通穴から突出した前記ボルトのねじ部先端に前記ナットが締結されている
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項1から請求項4に記載するいずれか1つの電磁機器において、
前記コイル部品は、前記コイルが前記コアに内包されていない部分が前記ケースの前記冷却器接続壁に対向するように配置されている
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項5に記載する電磁機器において、
前記ケースの前記冷却器接続壁に対向する前記コアの端面と、前記コイルのうち前記コアに内包されていない部分の外周面の一部とが、同一平面上に配置されている
ことを特徴とする電磁機器。 - 請求項1又は請求項2に記載する電磁機器において、
前記ポッティング樹脂が充填されていない隙間には、その隙間への前記ポッティング樹脂の侵入を阻止して非充填空間を形成する非充填空間形成部材が設けられている
ことを特徴とする電磁機器。 - コイル部品と、開口部を有し前記コイル部品を収容するケースとを備え、前記ケース内に形成される隙間にポッティング樹脂が充填された電磁機器の製造方法において、
複数のブロック磁心とギャップ板とで中央に中脚部が形成されるようにコアを構成するとともに、前記中脚部に前記コイルを配置して前記コアと前記コイルの外周との間に隙間を設けた状態で、前記コアが前記コイルの一部を除いて内包するように前記コイル部品を組み立てるコイル部品組立工程と、
前記コイル部品を、固定機構により前記ケースに対し隙間を介して非接触に支持して固定する固定工程と、
前記ケースのうち外部装置に取り付けられる取付壁と前記コイル部品との間の隙間に対して、ポッティング樹脂が充填されないように樹脂充填防止部材を設置する樹脂充填防止部材設置工程と、
前記ケースにて前記開口部の反対側に位置し冷却器に接続される冷却器接続壁を下側にして、前記開口部からポッティング樹脂を前記ケース内に注入し、少なくとも前記コイル部品と前記ケースの前記冷却器接続壁との間の隙間に充填する樹脂充填工程と、
前記ケース内に充填されたポッティング樹脂が硬化した後、前記樹脂侵入防止部材を外部に取り出す樹脂侵入防止部材取出工程と、
を含むことを特徴とする電磁機器の製造方法。 - 請求項8に記載する電磁機器の製造方法において、
前記樹脂充填防止部材設置工程では、前記コアと前記コイルの外周との間の隙間に対しても、ポッティング樹脂が充填されないように樹脂充填防止部材を設置することを特徴とする電磁機器の製造方法。 - 請求項8又は請求項9に記載する電磁機器の製造方法において、
前記固定機構は、ボルトと、ナットと、前記コイル部品に固定される樹脂カラーと、前記樹脂カラーに固定されるとともに、一端で前記ケースに当接し他端で前記ボルトの座面と当接する金属カラーとを備え、前記金属カラーと前記ボルトの座面との当接部分には、回り止め機構が設けられており、
前記固定工程では、前記ケースの前記冷却器接続壁及び前記取付壁以外の壁に形成された貫通穴から前記ボルトのねじ部先端を突出させ、そのねじ部先端に前記ナットを締結して、前記コイル部品を前記ケースに固定する
ことを特徴とする電磁機器の製造方法。
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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