JP6080110B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを企図する。
実施形態1では、図1〜図5に基づいてリアクトル1の構成を説明する。図1は、リアクトル1の使用状態図、図2はケースを除くリアクトル1の概略斜視図、図3はケースを除くリアクトル1の分解斜視図、図4はリアクトルに備わる組合体10の分解斜視図、図5はリアクトルに設けるセンサ9の配置説明図である。
図2〜図4に示す組合体10に備わるコイル2は、一対のコイル素子2A,2Bと、両コイル素子2A,2Bを連結する連結部2rと、を備える(特に、図4を参照)。各コイル素子2A,2Bは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。本実施形態では、これらコイル素子2A,2Bは接続部の無い一本の巻線2wを螺旋状に巻回することで形成されており、その巻線をU字状に屈曲させることで上記連結部2rが形成されている。もちろん、両コイル素子2A,2Bは、別個の巻線を螺旋状に巻回することで形成しても良く、その場合、例えば、コイル素子2A,2Bの端部同士を圧接や溶接などで接合する。
組合体10に備わる磁性コア3は、各コイル素子2A,2Bの内部に配置される一対の内側コア部31,31と、コイル素子2A,2Bから露出する一対の外側コア部32,32と、を備える。外側コア部32,32は、内側コア部31,31をその両側から挟み込むように配置され、その配置によって環状の閉磁路を有する磁性コア3が形成される。
・磁性コア3全体…比透磁率=10以上50以下、飽和磁束密度=0.8T以上
・内側コア部31…比透磁率=50以上500以下、飽和磁束密度=1.0T以上
・外側コア部32…比透磁率=5以上50以下、飽和磁束密度=0.6T以上
リアクトル1における外側コア部32は、例えば、略ドーム形状の上面と下面を有する柱状の本体部32aと、本体部32aの下面側でコイル素子2A,2Bの幅方向に張り出す一対の鍔部32bと、を備えるコア片である。これら本体部32aと鍔部32bとは、後述する複合材料を用いて一体に成形されている。
外側コア部32を構成する複合材料は、バインダとなる樹脂中に軟磁性粉末を分散させたものである。複合材料によって外側コア部32を作製する場合、代表的には、射出成形、トランスファー成形、MIM(Metal Injection Molding)、注型成形などを利用できる。磁性体粉末と樹脂との混合物を成形型に充填して成形した後、上記樹脂を硬化することで、所望の立体形状の外側コア部32が容易に得られる。
複合材料で構成された外側コア部32は、その表面側の全周にわたって軟磁性粉末が殆ど含まれない表面樹脂層が形成される。本実施形態における組合体10は、図1に示すように、液体冷媒8Lの循環路において液体冷媒8Lに浸漬された状態で使用されるため、外側コア部32は液体冷媒8Lに曝される。仮に、複合材料に含まれる軟磁性粒子が液体冷媒8Lに接触した場合、腐食する恐れがある。しかし、複合材料で構成した外側コア部32の表面側には表面樹脂層が形成されているため、外側コア部32に含まれる軟磁性粒子の腐食が抑制される。従って、本実施形態のリアクトル1においては、外側コア部32の外周に、外側コア部32を液体冷媒8Lから保護する被覆部は必要ない。
磁性コア3を構成する内側コア部31,31は、図4に示すように、概略直方体状の磁性体である。内側コア部31には、軟磁性粉末を圧縮成形することで得られる圧粉成形体を利用することができる。もちろん、外側コア部32と同様に、内側コア部31を複合材料で構成することもできるし、絶縁被膜を有する磁性薄板(例えば、電磁鋼板)を複数積層した積層体を利用することもできる。内側コア部31と外側コア部32の磁気特性を異ならせる場合、内側コア部31は、圧粉成形体とすること好ましい。本実施形態では特に、内側コア部31を圧粉成形体とした例を説明する。
コア片31mを構成する圧粉成形体は、代表的には、表面に絶縁被膜を有する軟磁性粉末を加圧成形した後、適宜熱処理を施すことで製造することができる。圧粉成形体の材料には、鉄基材料や希土類金属などの軟磁性材料からなる粒子の表面に絶縁被覆を備える被覆粉末やフェライト粉末に、熱可塑性樹脂などの樹脂や高級脂肪酸などの添加剤(上記熱処理によって消失、又は絶縁物に変化するもの)を加えた混合材料を用いることが挙げられる。上記製造方法によって、軟磁性粒子の周囲が絶縁被覆(例えば、リン酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、硼素化合物など)で覆われ、当該粒子間に絶縁物が介在する圧粉成形体が得られる。絶縁被覆を備える圧粉成形体は、絶縁性に優れ、渦電流損を低減することができる。
放熱板5は、組合体10を支持すると共に、組合体10で生じた熱を設置対象(図1に示すケース8の取付面81)に放熱する放熱経路として機能する板状の部材である(特に、図2,3を参照)。つまり、放熱板5の一面側が、組合体10を搭載する搭載面、他面側が設置対象(本実施形態では図1のケース8)への取付面である。
放熱板5を利用する場合、図3に示すように、放熱板5に組合体10を接着させる接着層6を形成することが好ましい。接着層6は、組合体10を放熱板5に強固に固定させる機能を有する。また、接着層6によって、組合体10の底面と放熱板5の上面(搭載面)との間に微小な凹凸があったとしても、両者の隙間が形成され難くでき、その結果として隙間に起因する放熱経路の分断を抑制することができる。
本実施形態では、図5に示すように、コイル2と放熱板5とで囲まれる空間(台形状空間)にセンサ9が配置されている。センサ9は、リアクトル1の動作時の物理量(例えば、温度や電流値、電圧値、加速度など)を測定する。その測定結果に基づいてリアクトル1の動作を安定化させることができる。例えば、センサ9として、サーミスタといった感熱素子を利用することで、リアクトル1(組合体10)の動作時の温度を監視することが挙げられる。センサ9が設けられる空間は、リアクトル1(組合体10)の動作時に温度が高くなり易い箇所である。そのため、この箇所の温度を測定して、液体冷媒8Lの流量や温度を調節してリアクトル1(組合体10)の温度を管理することで、リアクトル1の動作を安定させることができる。
実施形態1の冒頭で図1を参照して言及したように、本実施形態のリアクトル1はさらに、組合体10を収納するケース8を備え、ケース8に液体冷媒8Lの循環路が形成されている。液体冷媒8Lは特に限定されないが、ハイブリッド自動車でリアクトル1を利用する場合、ATF(Automatic Transmission Fluid)などを液体冷媒8Lとして利用できる。その他、フロリナート(登録商標)などのフッ素系不活性液体、HCFC−123やHFC−134aなどのフロン系冷媒、メタノールやアルコールなどのアルコール系冷媒、アセトンなどのケトン系冷媒などを液体冷媒8Lとして利用することもできる。
図1に示すように、ケース8は、その内部に液体冷媒8Lが供給・排出される箱状の部材であって、液体冷媒8Lをケース8内へ供給する供給口(供給部)80iと、ケース8内の液体冷媒8Lをケース8外へ排出する排出口(排出部)80oと、を備える。液体冷媒8Lは、供給口80iからケース8内に供給され、ケース8内の液体冷媒8Lは、排出口80oからケース8外へ排出される。そして、排出された液体冷媒8Lは、冷却器(図示略)などにより所定の温度に冷却されて、再び供給口80iからケース8内へ供給される。このように液体冷媒8Lがケース8内へ循環供給される。即ち、本実施形態1のリアクトル1は、液体冷媒8Lが循環供給される箇所に設置された状態で使用される。
以上説明した実施形態1の構成によれば、液体冷媒8Lが循環供給される箇所に設置された状態で使用されるリアクトル1であっても、生産性に優れる。それは、リアクトル1の組合体10に備わる外側コア部32が複合材料で構成されており、その外側コア部32の外周に、外側コア部32を液体冷媒8Lから保護する被覆部を設ける必要がないからである。
実施形態2では、外側コア部32に放熱部32cを設けた構成を図6に基づいて説明する。
実施形態1,2に記載されるリアクトル1は、通電条件が、例えば、最大電流(直流):100A〜1000A程度、平均電圧:100V〜1000V程度、使用周波数:5kHz〜100kHz程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。この用途では、直流通電が0Aのときのインダクタンスが、10μH以上2mH以下、最大電流通電時のインダクタンスが、0Aのときのインダクタンスの10%以上を満たすものが好適に利用できると期待される。
10 組合体
2 コイル
2w 巻線 2A,2B コイル素子 2r 連結部 2a,2b 端部
3 磁性コア
31 内側コア部
31m コア片 31g ギャップ材 31e 端面
31r コーティング層
32 外側コア部
32a 本体部 32b 鍔部 32c 放熱部
5 放熱板
5b 張出部 51 挿通孔 51b ボルト
6 接着層
8 ケース
80i 供給部 80o 排出部 81 取付面 82 固定部
9 センサ
8L 液体冷媒
1100 電力変換装置
1110 コンバータ 1111 スイッチング素子 1112 駆動回路
L リアクトル
1120 インバータ
1150 給電装置用コンバータ 1160 補機電源用コンバータ
1200 車両
1210 メインバッテリ
1220 モータ
1230 サブバッテリ
1240 補機類
1250 車輪
Claims (6)
- 巻線を巻回してなるコイルと、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、の組合体を備え、液体冷媒が供給される箇所に前記組合体が設置された状態で使用されるリアクトルであって、
前記磁性コアが、前記コイルの内部に配置される内側コア部、および前記コイルから露出する外側コア部を有し、
前記液体冷媒と接する前記外側コア部は、樹脂中に軟磁性粉末を分散させた複合材料で構成されており、
前記組合体が載置される放熱板と、
前記組合体と前記放熱板とを接着する接着層と、
前記コイルと前記放熱板とで囲まれる空間に配置され、リアクトルの動作時の物理量を測定するセンサと、を備え、
前記センサは、前記接着層によって固定されているリアクトル。 - 前記外側コア部は、
磁路となる本体部と、
前記本体部に一体に形成され、前記組合体を設置対象に固定するための鍔部と、
を備える請求項1に記載のリアクトル。 - 前記外側コア部は、
磁路となる本体部と、
前記本体部に一体に形成され、前記本体部の外周に張り出す放熱部と、
を備える請求項1または請求項2に記載のリアクトル。 - 前記内側コア部は、
軟磁性粉末を圧縮成形することで得られる圧粉成形体と、
その圧粉成形体の外周を覆うコーティング層と、
を備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記外側コア部の飽和磁束密度が、前記内側コア部の飽和磁束密度よりも小さい場合、
前記外側コア部における磁路と直交する断面の面積は、前記内側コア部における磁路と直交する断面の面積よりも大きい請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記組合体を内部に収納するケースを備え、
前記ケースは、前記液体冷媒をケース内に供給する供給部と、ケース内の液体冷媒を排出する排出部と、を備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル。
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