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WO2013168538A1 - リアクトル、コンバータ、電力変換装置、および樹脂コア片の製造方法 - Google Patents

リアクトル、コンバータ、電力変換装置、および樹脂コア片の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2013168538A1
WO2013168538A1 PCT/JP2013/061618 JP2013061618W WO2013168538A1 WO 2013168538 A1 WO2013168538 A1 WO 2013168538A1 JP 2013061618 W JP2013061618 W JP 2013061618W WO 2013168538 A1 WO2013168538 A1 WO 2013168538A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
reactor
core piece
resin
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/061618
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
茂樹 枡田
和宏 稲葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Wiring Systems Ltd, AutoNetworks Technologies Ltd, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Wiring Systems Ltd
Publication of WO2013168538A1 publication Critical patent/WO2013168538A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/26Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/255Magnetic cores made from particles

Definitions

  • the present invention relates to a reactor having a coil and a magnetic core, a converter using the reactor, a power converter using the converter, and a method for manufacturing a resin core piece.
  • Reactor is one of the circuit components that perform voltage step-up and step-down operations.
  • the reactor is used for a converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the reactor for example, there is one shown in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 discloses a reactor including a coil formed by winding a winding and a magnetic core inserted through the coil, and the magnetic core is configured by combining a plurality of divided core pieces.
  • Patent Document 1 discloses that the relative magnetic permeability of each divided core piece is made different in order to reduce the leakage magnetic flux.
  • the split core piece include a compacted body formed by pressure-molding soft magnetic powder, a molded and hardened body including soft magnetic powder and a resin, and a laminate including laminated magnetic steel sheets.
  • the molded cured body can set the mixing ratio of the soft magnetic powder and the resin in a wide range, it is considered that it is easy to change the relative permeability of the divided core pieces.
  • a reactor using a magnetic core having a part made of a molded hardened body has room for improvement in terms of productivity.
  • Molded cured bodies tend to be more fragile than compacted molded bodies because they contain a large amount of resin. Therefore, when producing a reactor using the magnetic core containing the resin core piece which consists of a shaping
  • peripheral edge is chamfered means that it is sufficient if a chamfered portion is formed as a result on the peripheral edge of one surface of the object (resin core piece). That is, not only the case where the chamfered portion is formed by scraping the periphery after forming the object, but also the case where the chamfered portion is already formed at the time of forming the object is included in the above expression. Therefore, “the peripheral edge is chamfered” is synonymous with the peripheral edge having a surface (chamfered portion) chamfered by some processing.
  • the reactor of the present invention is roughly classified into two forms.
  • a reactor according to the first aspect of the present invention is a reactor including a coil formed by winding a winding and a magnetic core formed by combining a plurality of divided core pieces.
  • At least one of the plurality of divided core pieces in the reactor of the present invention is a resin core piece (molded and cured body) containing soft magnetic powder and resin, and the content of the soft magnetic powder in the resin core piece is 75 volumes. %, And the peripheral edge of at least one surface of the resin core piece is chamfered over the entire circumference.
  • all of the split core pieces may be made of resin core pieces.
  • the reactor which concerns on a 1st form is called a core division type reactor.
  • the resin core piece which is one of a plurality of divided core pieces, may come into contact with other members in the process of manufacturing the reactor, and may be subjected to physical impact.
  • This resin core piece is fragile as compared with a divided core piece formed of a green compact or an electromagnetic steel sheet, and the peripheral edge of the surface of the resin core piece is particularly easily lost.
  • the peripheral edge of at least one surface of the resin core piece is chamfered over the entire circumference, that is, the corner portion between at least one surface of the resin core piece and the surface connected to it.
  • the reactor according to the second aspect of the present invention includes a coil formed by winding a winding and an integral magnetic core.
  • the magnetic core in the reactor of the present invention is a resin core piece (molded and hardened body) containing soft magnetic powder and a resin, and the content of the soft magnetic powder in the resin core piece is 75% by volume or less, and the resin core The peripheral edge of at least one surface of the piece is chamfered over the entire periphery.
  • the reactor which concerns on a 2nd form is called a core single-piece
  • the core single-unit reactor of the present invention is also less likely to have a chamfered peripheral edge for the same reason as the core-divided reactor of the present invention. As a result, when the reactor is manufactured, it is possible to greatly reduce the possibility that the resin core piece will be defective and become a defective product, and the yield (productivity) of the reactor can be improved.
  • one face of the resin core piece with the peripheral edge chamfered may be a face facing another member constituting the reactor.
  • At least one surface of the resin core piece is a member-facing surface that necessarily faces the other members constituting the reactor.
  • other members facing the resin core piece in the core split type reactor other split core pieces and coils can be mentioned, and when the reactor includes a bobbin, a bobbin can be mentioned.
  • a coil a bobbin when a bobbin is provided
  • the peripheral edge of the member facing surface of the resin core piece facing these “other members” is a surface that comes into contact with the other members in the process of manufacturing the reactor and is easily subjected to physical impact.
  • the periphery of the member facing surface of the relatively fragile resin core piece is chamfered, that is, the corners between the member facing surface and the surface connected to the resin core piece are not sharpened. It is possible to make it difficult to cause a defect at the peripheral edge.
  • one face of the resin core piece with the peripheral edge chamfered may be a face facing the other split core piece.
  • At least a part of the resin core piece may be arranged inside the coil.
  • the entire magnetic core is a resin core piece, at least a part of the resin core piece is always disposed inside the coil.
  • the content of the soft magnetic powder may be different between the part disposed inside the coil and the part exposed from the coil in the resin core piece integrated.
  • one surface of the resin core piece with the peripheral edge chamfered is formed on the inner peripheral surface of the coil.
  • the form which is an opposing surface can be mentioned.
  • the resin core piece having a portion disposed inside the coil is likely to be damaged during the insertion process inside the coil. This is because when the resin core piece is inserted into the inside of the coil, the inside of the coil is difficult to see from the outside of the coil, so that the resin core piece and the coil can easily come into contact with each other. Therefore, it is preferable to chamfer the peripheral edge of the coil facing surface facing the coil among the resin core pieces as in the above configuration, and thereby effectively preventing the loss of the coil facing surface in the resin core piece. Can do.
  • the chamfering may be an R chamfering of R0.5 mm to R5 mm.
  • R chamfering If the amount of R chamfering is too large (that is, if R is too large), the magnetic path area of the magnetic core may not be sufficient. On the other hand, if the amount of R chamfering is too small (that is, if R is too small), the effect of chamfering may not be sufficiently obtained. On the other hand, when R of the chamfering is 0.5 mm or more and 5 mm or less, the effect of chamfering can be sufficiently obtained while sufficiently securing the magnetic path area. A more preferable range of R is 2 mm or more and 3 mm or less.
  • a method for producing a resin core piece of the present invention is a method for producing a resin core piece for producing a resin core piece constituting at least a part of a magnetic core provided in a reactor, comprising a soft magnetic powder and a resin. And a preparatory step of preparing a composite material having a soft magnetic powder content of 75% by volume or less, and a molding step of filling the molding die with the composite material and molding a resin core piece.
  • the manufacturing method of the resin core piece of this invention is a metal mold
  • a resin core piece in which the periphery of the member facing surface is already chamfered during molding.
  • the resin core piece contains resin, if the corner portion connecting the surfaces of the resin core piece is sharp, when the resin core piece is removed from the molding die, molding corresponding to the corner portion is performed. In some cases, a part of the corner is attached to the corner of the mold, and the corner is damaged.
  • a chamfered shape can be formed on the periphery of at least one surface (referred to as a target surface) of the resin core piece, that is, the target surface and a surface connected to the target surface. Therefore, the resin core piece can be produced without causing a defect on the periphery of the target surface.
  • the method for producing a finger core piece of the present invention it is possible to avoid chamfering by forming the finger core piece and then scraping the periphery of the target surface of the finger core piece.
  • the surface of the chamfered portion (hereinafter, chamfered portion) is likely to be rough.
  • the molded hardened body has a configuration in which particles of soft magnetic powder are dispersed in the resin, and therefore, when a part of the molded hardened body is scraped off, particles are easily dropped off on the surface of the chamfered portion.
  • the chamfered shape is formed at the periphery of the target surface when the resin core piece is molded, the problem that the surface of the chamfered portion becomes rough does not occur.
  • the reactor of the present invention can be suitably used as a component part of a converter. That is, the converter of the present invention includes the reactor of the present invention.
  • the converter of the present invention includes a switching element, a drive circuit that controls the operation of the switching element, and the reactor of the present invention that smoothes the switching operation, and converts the input voltage by the operation of the switching element. A configuration is mentioned.
  • the converter of the present invention using the reactor of the present invention that is excellent in productivity contributes to the improvement of the productivity of a device (for example, a vehicle such as a hybrid car) provided with the converter of the present invention.
  • a device for example, a vehicle such as a hybrid car
  • the converter of the present invention can be suitably used as a component part of a power conversion device. That is, the power converter of the present invention includes the converter of the present invention.
  • the power converter of the present invention includes a converter of the present invention that converts an input voltage, and an inverter that is connected to the converter and converts between direct current and alternating current, and the electric power converted by the inverter
  • the structure which drives load is mentioned.
  • the power conversion device of the present invention using the reactor of the present invention that is excellent in productivity contributes to the improvement of the productivity of equipment (for example, a vehicle such as a hybrid car) provided with the power conversion device of the present invention.
  • equipment for example, a vehicle such as a hybrid car
  • the reactor of the present invention is excellent in productivity even though at least a part of the magnetic core provided in the reactor is made of a molded hardened body.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a reactor provided with two coil elements which concern on Embodiment 1,2.
  • 1 is an exploded perspective view of a reactor according to a first embodiment. It is a disassembled perspective view of the reactor which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. (A) is a schematic perspective view of a reactor provided with one coil element concerning Embodiment 4,
  • (B) is an exploded sectional view of the magnetic core of (A).
  • 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a power supply system of a hybrid vehicle. It is a schematic circuit which shows an example of the power converter device of this invention provided with the converter of this invention.
  • a reactor 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a reactor 1 according to the first embodiment includes a coil 2 including a pair of coil elements 2A and 2B, a magnetic core 3 formed by combining a plurality of divided core pieces, and a bobbin 4 that ensures insulation between the two and 3
  • the most distinctive feature of the core split type reactor 1 is that at least a part of the split core pieces constituting the magnetic core 3 is made of a molded hardened body containing soft magnetic powder and resin, and the molded hardened body The peripheral edge of at least one surface is chamfered over the entire periphery.
  • each structure of the reactor 1 of this Embodiment 1 is demonstrated in detail sequentially.
  • the coil 2 includes a pair of coil elements 2 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> B and a coil element connecting portion 2 r that connects both the coil elements 2 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> B.
  • the coil elements 2A and 2B are formed in a hollow cylindrical shape with the same number of turns and the same winding direction, and are arranged side by side so that the axial directions are parallel to each other.
  • the coil element connecting portion 2r is a U-shaped bent portion that connects the coil elements 2A and 2B on the other end side of the coil 2 (the right side in FIG. 4).
  • the coil 2 may be formed by spirally winding a single winding without a joint. Alternatively, the coil elements 2A and 2B may be formed by separate windings, and the coil elements 2A and 2B may be formed. You may form by joining the edge parts of a coil
  • a coated wire having an insulating coating made of an insulating material on the outer periphery of a conductor such as a flat wire or a round wire made of a conductive material such as copper, aluminum, or an alloy thereof can be suitably used.
  • the conductor is made of a copper rectangular wire
  • the insulation coating is made of a coated rectangular wire made of enamel (typically polyamideimide). It is a wound edgewise coil.
  • end face shape of each coil element 2A, 2B is made into the shape which rounded the rectangular corner
  • Both end portions 2a and 2b of the coil 2 are extended from the turn forming portion and connected to a terminal member (not shown).
  • An external device such as a power source for supplying power is connected to the coil 2 through this terminal member.
  • the magnetic core 3 As shown in FIG. 2, the magnetic core 3 according to the present embodiment includes divided core pieces 31 and 31 disposed inside the coil elements 2A and 2B, and divided core pieces 32 and 32 exposed from the coil elements 2A and 2B. And are combined in a ring shape.
  • the split core piece 31 is referred to as an inner core portion because it is disposed inside the coil elements 2A and 2B (that is, inside the coil 2).
  • the split core piece 32 is called an outer core portion because it is exposed from the coil elements 2A and 2B (coil 2).
  • a gap material made of a material having a lower relative permeability than the divided core pieces 31 and 32 may be interposed between the divided core pieces 31 and 32.
  • a nonmagnetic material can be used for the gap material.
  • the nonmagnetic material include unsaturated polyester, phenol resin, epoxy resin, polyester, polyphenylene sulfide (PPS) resin, and the like.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • a magnetic material having a relative permeability exceeding 1 can be used for the gap material.
  • a magnetic material that is a mixture including the nonmagnetic material and magnetic material powder exemplified above can be used as the gap material.
  • the magnetic material powder include Fe powder, Fe—Si alloy powder, Sendust (Fe—Si—Al alloy) powder, and ferrite powder.
  • the relative permeability of the gap material can be adjusted by changing the content of the magnetic powder in the mixed material and the material of the magnetic powder.
  • the relative permeability of the constituent material of the gap material is smaller, the thickness of the gap material can be reduced and the magnetic core portion can be reduced in size. Further, the larger the relative permeability of the gap material, the smaller the leakage of magnetic flux in the vicinity of the gap material.
  • the relative magnetic permeability of the constituent material of the gap material is preferably more than 1 and less than 10, more preferably more than 1 and less than 2, further preferably 1.05 or more and less than 1.5, and particularly preferably 1.1. It is 1.4 or less. Of course, the relative permeability of the gap material is made lower than that of the split core piece.
  • the inner core portion 31 in the present embodiment is a resin core piece made of a substantially cuboid shaped cured body (the definition of the molded cured body will be described later).
  • the peripheral edges of the core facing surfaces 310 and 310 facing the outer core portions 32 and 32 are chamfered over the entire circumference (see the dotted circle in FIG. 2).
  • the core facing surface 310 is a member facing surface that faces the outer core portions 32 and 32 that sandwich the inner core portion 31 from the left and right.
  • the peripheral edge of the core facing surface 310 may be lost in contact with the bobbin 4).
  • the possibility of the defect at the time of assembling the reactor 1 can be greatly reduced.
  • the incidence of defective products of the reactor 1 can be reduced, and the productivity of the reactor 1 can be improved.
  • the chamfering of the core facing surface 310 may be C chamfering or R chamfering, but in this embodiment, the chamfering is R chamfering that is less likely to cause defects.
  • R chamfering is preferably R0.5 mm or more and R5.0 mm or less, more preferably C2.0 mm or more and C3.0 mm or less. If the R chamfering is in the above range, the peripheral edge of the core facing surface 310 can be effectively prevented from being lost, and the area of the core facing surface 310, that is, the magnetic path area can be sufficiently secured.
  • the peripheral edge of the coil facing surface 319 of the inner core portion 31 is also chamfered over the entire circumference (the dotted line circle in FIG. 2). See box).
  • the coil facing surfaces 319 are four surfaces of the inner core portion 31 other than the core facing surfaces 310 and 310, and when the inner core portion 31 is inserted into the coil elements 2A and 2B (coil 2), the coil elements 2A and 2B. It is a member opposing surface which opposes the inner peripheral surface of this.
  • the peripheral edge of the coil facing surface 319 may be lost due to contact with the inner peripheral surface of the coil elements 2 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> B. There is also a possibility of damaging the insulation coating on the inner peripheral side of the elements 2A and 2B.
  • the defect or damage is highly likely to occur at the time of assembly, and the generated defect / damage cannot be easily confirmed from the outside. .
  • the possibility of the above-mentioned defect / damage can be greatly reduced, and the occurrence rate of defective products can be reduced.
  • the chamfering of the coil facing surface 319 may be C chamfering or R chamfering, but in this embodiment, it is C chamfering.
  • C chamfering is preferably C0.5 mm or more and C5.0 mm or less, more preferably C2.0 mm or more and C3.0 mm or less. If the chamfering is in the above range, the peripheral edge of the core facing surface 310 can be effectively prevented from being lost, and the area of the core facing surface 310, that is, the magnetic path area can be sufficiently secured.
  • the outer core parts 32 and 32 in this embodiment are the compacting body which comprises the magnetic core 3 by connecting with the said inner core parts 31 and 31 cyclically (the definition of a compacting body is mentioned later).
  • the shape of the outer core portions 32 and 32 is not particularly limited as long as the inner core portions 31 and 31 arranged in parallel can be connected.
  • the outer core portions 32 and 32 have their upper surfaces. Is a substantially domed columnar core piece.
  • the height of the outer core part 32 is higher than the height of the inner core part 31.
  • the lower end surface of the outer core portion 32 is flush with the lower end surface of the coil 2
  • the upper end surface of the outer core portion 32 is set to be not less than the upper end surface of the inner core portion 31 and not more than the upper end surfaces of the coil elements 2A and 2B of the coil 2.
  • the outer core part 32 can also be made into a molded hardened body like the inner core part 31. In that case, it is preferable to chamfer or chamfer the periphery of the core facing surface 320 facing the inner core portion 31 in the outer core portion 32. By doing so, the defect
  • the molded and hardened body constituting the inner core portion (divided core piece) 31 in the present embodiment is a magnetic body having a structure in which particles constituting soft magnetic powder are dispersed in a resin.
  • the soft magnetic powder contained in the molded hardened body iron, an iron-based alloy, a rare earth metal compound, or the like can be used.
  • a coating powder having an insulating coating on the surface of the soft magnetic particles can be used.
  • the eddy current loss in the molded and hardened body can be effectively reduced by using the coating powder.
  • the insulating coating include a phosphoric acid compound, a silicon compound, a zirconium compound, an aluminum compound, and a boron compound.
  • the average particle size of the soft magnetic powder is preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, particularly preferably 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the magnetic powder may be a mixture of a plurality of types of powders having different particle sizes.
  • thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a silicone resin, or a urethane resin
  • thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyimide resin, and fluororesin, room temperature curable resin, or low temperature curable resin may be used.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • BMC Bulk molding compound in which calcium carbonate or glass fiber is mixed with unsaturated polyester, millable silicone rubber, millable urethane rubber, or the like can also be used.
  • the molded hardened body may contain a ceramic filler.
  • the ceramic filler include at least one selected from silicon nitride, alumina, aluminum nitride, boron nitride, mullite, and silicon carbide. This ceramic filler contributes to the improvement in heat dissipation of the molded cured body and the suppression (uniform dispersion) of the uneven distribution of the soft magnetic powder in the molded cured body.
  • the content of the soft magnetic powder in the molded hardened body is preferably 20% by volume or more and 75% by volume or lower when the molded hardened body is 100%.
  • the soft magnetic powder is 20% by volume or more, it is easy to ensure magnetic characteristics such as relative magnetic permeability and saturation magnetic flux density.
  • the soft magnetic powder is 75% by volume or less, it is easy to mix with the resin, and the productivity of the molded cured body is excellent.
  • the molded hardened body can change the magnetic characteristics such as relative permeability by adjusting the content of the soft magnetic powder or changing the material of the soft magnetic powder.
  • the content of the soft magnetic powder is more preferably 40% by volume to 65% by volume.
  • the saturation magnetic flux density of the molded hardened body is easily set to 0.8 T or more because the content of the soft magnetic powder is 40 volume% or more.
  • the content of the soft magnetic powder is 65% by volume or less, the soft magnetic powder and the resin are more easily mixed, and the productivity is further improved.
  • the relative magnetic permeability of the molded cured product having the soft magnetic powder content in the above range is preferably 5 or more and 50 or less, more preferably 10 or more and 35 or less, and particularly preferably 20 or more and 30 or less.
  • the saturation magnetic flux density is preferably 0.6T or more, more preferably 0.8T or more, and particularly preferably 1.0T or more. Further, it is desirable that the heat conductivity of the molded cured body is 0.25 W / m ⁇ K or more.
  • the relative permeability and saturation magnetic flux density of the molded hardened body can be adjusted by changing the content of the magnetic powder. Usually, if the content of the magnetic powder is increased, the relative permeability and the saturation magnetic flux density are increased.
  • the relative permeability and saturation magnetic flux density of the molded hardened body can be adjusted by changing the material of the magnetic powder. Usually, if the relative magnetic permeability of the magnetic powder itself is increased, the relative permeability of the molded hardened body is increased, and if the saturation magnetic flux density of the magnetic powder itself is increased, the saturated magnetic flux density of the molded hardened body is increased.
  • the relative magnetic permeability of the molded and hardened body referred to here is obtained as follows.
  • a ring-shaped test piece having an outer diameter of 34 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 5 mm is produced using the same material as the molded and cured body.
  • a BH curve tracer “BHS-40S10K” manufactured by Riken Denshi Co., Ltd. can be used.
  • the magnetization curve here is a so-called DC magnetization curve.
  • the saturation magnetic flux density of the molded hardened body is defined as the magnetic flux density when a magnetic field of 10,000 (Oe) is applied to the test piece of the molded hardened body with an electromagnet and sufficiently magnetically saturated.
  • molding hardening body when making a shaping
  • the molded cured body described above can be produced by a method for producing a resin core piece including the following preparation process and molding process.
  • a soft magnetic powder and a resin are prepared, and both are mixed to produce a composite material.
  • the ceramic filler may be mixed with the composite material. Note that the blending ratio of the soft magnetic powder and the resin in the composite material (in the case of including the ceramic filler, the blending ratio including the ceramic filler) may be considered to be the same as the blending ratio in the molded cured body.
  • a molding die is prepared, the composite material produced in the preparation step is filled into the molding die, the resin is cured, and a molded and cured body is completed.
  • methods for producing a molded cured body using a molding die include injection molding, transfer molding, MIM (Metal Injection Molding), cast molding, press molding using soft magnetic powder and powdered solid resin, and the like. Can be used.
  • injection molding a molding hardened body can be obtained by filling a molding die with a mixture of soft magnetic powder and resin in a predetermined pressure and molding, and then curing the resin.
  • transfer molding or MIM molding is performed by filling the above-mentioned mixed material into a molding die.
  • the molded material can be obtained by injecting the mixed material into a molding die without applying pressure and molding and curing the mixture.
  • the periphery of the core facing surface 310 of the split core piece 31 and the periphery of the coil facing surface 319 are chamfered.
  • the chamfering of the peripheral edge is preferably performed simultaneously with the formation of the split core piece 31. That is, it is preferable that a chamfered shape is formed on the periphery of the member facing surfaces 310 and 319 in the molded cured body by transferring the inner peripheral surface shape of the molding die.
  • the inner peripheral surface shape of the molding die is formed so that the corners connecting the surfaces to the member facing surfaces 310 and 319 of the molded cured body are not sharpened, the corresponding corners are formed. It is possible to avoid the ink from being attached to the corner of the metal mold.
  • the green compact forming the outer core portion (divided core piece) 32 is typically manufactured by press-molding soft magnetic powder having an insulating film on the surface and then appropriately performing heat treatment. can do.
  • resin such as thermoplastic resin or higher fatty acid is added to coating powder or ferrite powder that has an insulating coating on the surface of particles made of soft magnetic materials such as iron-based materials and rare earth metal compounds.
  • a mixed material to which an agent (disappeared by the heat treatment or changed into an insulator) is added may be used.
  • the soft magnetic particles are covered with an insulating coating (for example, a phosphoric acid compound, a silicon compound, a zirconium compound, an aluminum compound, a boron compound, etc.), and a compacted body in which an insulator is interposed between the particles. Is obtained.
  • the green compact provided with an insulating coating is excellent in insulation and can reduce eddy current loss.
  • the soft magnetic material is ferrite, the insulation is excellent even if the insulation coating is not provided.
  • the average particle size of the soft magnetic powder used is preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and particularly preferably 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the soft magnetic powder may be a mixture of a plurality of types of powders having different particle sizes. Note that the size of the soft magnetic powder in the green compact and the powder used for the material are substantially the same (maintained).
  • the content of the soft magnetic powder (magnetic component) in the green compact is preferably 75% by volume or more, more preferably 80% by volume or more when the green compact is 100%. desirable.
  • the adjustment of the content of the soft magnetic powder in the green compact is, for example, the thickness of the insulating coating formed on the surface of the magnetic particles, and the amount of resin or additive added to the soft magnetic powder during the production of the green compact Can be adjusted by.
  • the green compact has a higher relative permeability than the above-mentioned molded hardened body. In addition, it tends to be a high saturation magnetic flux density. It is desirable that the powder compact has a relative permeability of 50 to 500, a saturation magnetic flux density of 1.0 T or more, and a thermal conductivity of 10 W / m ⁇ K or more.
  • the magnetic properties of the green compact can be adjusted by changing the content of the soft magnetic powder.
  • the magnetic characteristics of the green compact can be adjusted by changing the material of the soft magnetic powder.
  • the magnetic characteristics (particularly, the saturation magnetic flux density) of the green compact can be changed by adjusting the molding pressure during pressure molding. In that case, a compacting body with a high saturation magnetic flux density can be obtained by increasing the molding pressure.
  • the reactor 1 of the present embodiment includes a bobbin 4 that ensures insulation between the coil 2 and the magnetic core 3.
  • the bobbin 4 in the present embodiment is composed of a pair of bobbin members 41 and 42. Since both the bobbin members 41 and 42 have almost the same configuration, only the bobbin member 42 will be described below, and the same configuration as the bobbin member 42 in the bobbin member 41 is denoted by the same reference numeral as the bobbin member 42. A description thereof will be omitted.
  • the bobbin member 42 includes a flat plate portion 420, cylindrical portions 421, 421, a pedestal portion 422, and a partition portion 423, and is integrally formed by, for example, injection molding.
  • the material of the bobbin member 42 include a thermosetting resin such as an epoxy resin, a silicone resin, and an unsaturated polyester, and a thermoplastic insulating resin such as a PPS resin and a liquid crystal polymer (LCP).
  • This insulating resin may contain at least one ceramic filler selected from silicon nitride, alumina, aluminum nitride, boron nitride, mullite, and silicon carbide.
  • the flat plate portion 420 is literally a flat plate member.
  • the flat plate portion 420 is interposed between the core facing surface 310 of the inner core portion 31 and the core facing surface 320 of the outer core portion 32, and the magnetic core 3 functions as a gap material for adjusting the magnetic characteristics of the whole.
  • the flat plate portion 420 is also interposed between the end surfaces of the coil elements 2A and 2B and the core facing surface 320 of the outer core portion 32, and provides insulation between the end surfaces of the coil elements 2A and 2B and the outer core portion 32. It also has a function to ensure it.
  • the cylindrical portions 421 and 421 are provided in parallel on one surface side of the flat plate portion 420.
  • the outer peripheral edge shape of the cylindrical portion 421 is substantially equal to the inner peripheral edge shape of the coil element 2 ⁇ / b> A (2 ⁇ / b> B), and the inner peripheral edge shape of the cylindrical portion 421 is substantially equal to the outer peripheral edge shape of the inner core portion 31. Therefore, when the reactor 1 is completed by combining all the members shown in FIG. 2, the cylindrical portions 421 and 421 are interposed between the inner core portions 31 and 31 and the coil elements 2A and 2B. It has a function of ensuring insulation between 2A (2B).
  • the pedestal portion 422 is a bowl-shaped portion that protrudes in the direction opposite to the protruding direction of the cylindrical portions 421 and 421 on the upper end surface of the flat plate portion 420. Therefore, when the reactor 1 is completed by combining all the members shown in FIG. 2, the pedestal portion 422 is interposed between the coil element connecting portion 2 r of the coil 2 and the outer core portion 32, and between the two 2 r and 32. It has a function to ensure insulation.
  • the partitioning part 423 is a protrusion disposed between the cylindrical parts 421 and 421 on the same side of the flat part 420 as the cylindrical parts 421 and 421.
  • the partition portion 423 is interposed in the gap between the coil elements 2A and 2B when the reactor 1 is completed by combining all the members shown in FIG. 2, and has a function of ensuring insulation between the two elements 2A and 2B.
  • the reactor 1 having the above-described configuration can be produced with high yield because the magnetic core 3 is less likely to be defective during the manufacturing process, and the incidence of defective products due to the defect is low.
  • the core facing surface 310 on which a physical impact is likely to occur is that the magnetic core 3 is less likely to be damaged. This is because the peripheral edge of the coil facing surface 319 is chamfered and the peripheral edge is difficult to be lost.
  • the magnetic core 3 of the reactor 1 shown in FIG. 3 is configured by combining two divided core pieces 35 and 35 having the same shape. Both split core pieces 35, 35 have the same shape.
  • the split core piece 35 is a substantially U-shaped molded cured body when viewed from above, and includes a base portion 35A and a pair of overhang portions 35B and 35B extending from the base portion 35A toward the coil 2. .
  • the base portion 35A is a portion corresponding to the outer core portion 32 (see FIG. 2) of the first embodiment.
  • the upper end surface of the base portion 35A is flush with the upper end surfaces of the overhang portions 35B and 35B, but the lower end surface of the base portion 35A is lower than the lower end surfaces of the overhang portions 35B and 35B. Therefore, when the split core pieces 35 and 35 are assembled to the coil 2, the lower end surface of the base portion 35 ⁇ / b> A of the split core piece 35 is flush with the lower end surface of the coil 2.
  • the overhang portions 35B and 35B are portions having approximately half the length of the coil elements 2A and 2B, respectively. Therefore, when the two divided core pieces 35 and 35 are inserted into the coil elements 2A and 2B from both ends of the coil elements 2A and 2B, respectively, the overhanging portion 35B of one divided core piece 35 and the other divided piece are separated. A portion corresponding to the inner core portion 31 (see FIG. 2) of the first embodiment is formed by the overhang portion 35B of the core piece 35.
  • the periphery of the member facing surface of the split core piece 35 having the above configuration is also chamfered in the same manner as in the first embodiment. Specifically, the periphery of the core facing surface 350 of the overhang portion 35B is chamfered, and the periphery of the coil facing surface 359 of the protruding portion 35B is chamfered (see the dotted circle in FIG. 3). By doing so, it can suppress that a defect
  • projection part 35B in 35 A of base parts of the split core piece 35 is formed is also a member opposing surface which opposes the coil 2, the chamfering of the periphery of the surface is not performed in this embodiment.
  • the peripheral edge of this surface may be chamfered.
  • the bobbin 4 according to the second embodiment includes a pair of bobbin members 45 and 46. Since both the bobbin members 45 and 46 have almost the same configuration, the description of the bobbin member 46 will be mainly given below. The same configuration as the bobbin member 45 in the bobbin member 45 is the same as the bobbin member 46. The description is omitted.
  • the bobbin member 46 includes a frame-shaped portion 460, cylindrical portions 461, 461, a pedestal portion 462, and a partition portion 463.
  • the bobbin member 46 can be manufactured using the same material and the same molding method as the bobbin member 42 (see FIG. 2) of the first embodiment.
  • the frame-like portion 460 is a member having a hole having the same size as the inner diameter of the tubular portion 461 at a formation position of the tubular portion 461 described later.
  • the overhanging portion 35 ⁇ / b> B of the split core piece 35 is inserted into the cylindrical portion 461 from the hole of the frame-like portion 460.
  • the frame-like portion 460 is interposed between the end surfaces of the coil elements 2A and 2B and the base portion 35A of the split core piece 35 to ensure insulation between the end surfaces of the coil elements 2A and 2B and the base portion 35A. Has a function to secure.
  • a pair of cylindrical portions 461 and 461 are provided in parallel on one surface side of the frame-like portion 460.
  • the outer peripheral shape of the cylindrical portion 461 is substantially equal to the inner peripheral shape of the coil element 2A (2B), and the inner peripheral shape of the cylindrical portion 461 is substantially equal to the outer peripheral shape of the overhanging portion 35B of the split core piece 35. . Therefore, when the reactor 1 is completed by combining all the members shown in FIG. 3, the tubular portion 461 is interposed between the overhang portion 35B and the coil element 2A (2B), and both 35B, 2A (2B) ) Has a function to ensure insulation.
  • the axial length of the cylindrical portion 461 of the bobbin member 46 on the right side of the paper surface is longer than the axial length of the cylindrical portion 461 of the bobbin member 45 on the left side of the paper surface. Is approximately equal to the axial length of the coil elements 2A and 2B.
  • the gap defining portion 46g that protrudes inward in the radial direction of the tubular portion 461 is formed on two surfaces facing the height direction of the bobbin member 46. Is formed.
  • the overhanging portion 35B of the split core piece 35 on the right side of the paper surface inserted into the cylindrical portion 461 of the bobbin member 46 on the right side of the paper surface is inward of the gap defining portion 46g in the bobbin member 46. It is stopped by the surface.
  • the overhanging portion 35B of the split core piece 35 on the left side of the paper surface inserted into the cylindrical portion 461 of the bobbin member 45 on the left side of the paper surface passes through the cylindrical portion 461 of the bobbin member 45 and the gap defining portion 46g in the bobbin member 46. It is stopped against the outer surface of the.
  • the air gap is formed between the projecting portions 35B and 35B without directly contacting the projecting portion 35B of the left split core piece 35 and the projecting portion 35B of the right split core piece 35. Is done.
  • the pedestal portion 462 and the partition portion 463 have the same functions and the same functions as the pedestal portion 422 and the partition portion 423 provided in the bobbin member 42 of the first embodiment.
  • the reactor 1 according to the second embodiment can also be produced with high yield because the magnetic core 3 is not easily damaged during the manufacturing process.
  • the reason why the magnetic core 3 is less likely to be damaged is that the peripheral edges of the core facing surface 350 and the coil facing surface 359, which are susceptible to physical impact, are chamfered among the divided core pieces 35 and 35, and the peripheral edge is less likely to be lost. Because.
  • Embodiment 3 About the division
  • the split core piece (outer core part) 32 is also a resin core piece.
  • the divided core piece (outer core portion) 32 is a resin core piece
  • the divided core piece (inner core portion) 31 is a green compact. In that case, it is good also as what connected the inner core part 31 by arranging a some compacting body and a some gap board alternately.
  • one divided core piece 35 is a green compact and the other divided core piece 35 is a molded hardened body.
  • each divided core piece When viewed from the top, the two divided core pieces are approximately L-shaped. In that case, each divided core piece includes a portion corresponding to the outer core portion and a portion corresponding to the inner core portion inserted into one coil element. At least one of the two divided core pieces is a molded cured body.
  • Embodiment 4 demonstrates the example which applied the structure of this invention to the core division
  • the coil 2 'provided in the reactor 1' shown in FIG. 4 (A) includes only one coil element 2C, and the end portions 2a and 2b are drawn out from this one coil element 2C.
  • the magnetic core 3 'of the reactor 1' includes a split core piece (inner core portion) 31 'disposed inside the coil element 2C and a split core piece (outer core portion) 32' exposed from the coil element 2C. .
  • the inner core portion 31 ' has a cylindrical shape corresponding to the internal shape of the coil element 2C.
  • the outer core portion 32 ' is further divided into a cylindrical divided core piece 32A and a pair of plate-like divided core pieces 32B and 32C disposed at both ends of the cylindrical divided core piece 32A.
  • the magnetic properties of the divided core pieces 31 ', 32A, 32B, 32C are preferably changed depending on how the magnetic properties of the entire reactor 1' are set.
  • the split core piece 31 ' is a molded and hardened body, and the rest is a compacted body, and all the split core pieces are formed and hardened bodies.
  • the structure is limited to this configuration. I don't mean.
  • the chamfering position of the split core piece (inner core portion) 31 ′ is the periphery of the upper surface and the lower surface facing the plate-like split core pieces 32 ⁇ / b> B and 32 ⁇ / b> C constituting the outer core portion 32 ′.
  • This periphery is the periphery of the core facing surface that faces the plate-like divided core pieces 32B and 32C and the periphery of the coil facing surface that faces the inner peripheral surface of the coil element 2C.
  • the chamfering position of the cylindrical divided core piece 32A is the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the end surface facing the plate-shaped divided core piece 32B (32C).
  • the inner peripheral edge is the peripheral edge of the core facing surface facing the plate-like divided core pieces 32B and 32C, and the peripheral edge of the coil facing surface facing the outer peripheral surface of the coil element 2C.
  • the chamfering position of the plate-shaped divided core piece 32B (32C) is the periphery of the lower surface (upper surface) facing the upper end surface (lower surface) of the cylindrical divided core piece 32A.
  • a single core reactor in which the magnetic core is an integral reactor that is, a core single core type reactor in which the magnetic core has no split structure will be briefly described.
  • the magnetic core provided in the core-type reactor consists of an annular resin core piece with no joints.
  • a coil is completed by winding a winding around the magnetic core.
  • the ring shape of the resin core piece may be a racetrack shape like the magnetic core 3 of the first and second embodiments, an elliptical shape including a circle, or a polygonal shape including a rectangle. good. Further, the ring of the resin core piece may be closed or open. When the ring is open (for example, in the case of a substantially C-shaped resin core piece), the open part functions as an air gap. Of course, a gap material made of alumina or the like may be sandwiched between the open portions.
  • resin core piece having a rectangular cross section and an annular shape as a whole
  • the peripheral edges of two opposed end surfaces in the open portion also extend over the entire circumference. It is preferable to chamfer.
  • the resin core piece made of the molded and hardened body is less likely to be damaged when the reactor is manufactured, particularly when the winding is wound around the magnetic core, and the occurrence rate of defective products due to the defect can be reduced. it can.
  • the reactors of the first to fifth embodiments are used in applications where the energization conditions are, for example, maximum current (DC): about 100 A to 1000 A, average voltage: about 100 V to 1000 V, and operating frequency: about 5 kHz to 100 kHz, typically electric
  • the present invention can be used for a component part of a converter mounted on a vehicle such as an automobile or a hybrid car, or a component part of a power conversion device including this converter.
  • an inductance satisfying 10 ⁇ H or more and 2 mH or less of the inductance when the DC current is 0 A and 10% or more of the inductance when the current is maximum is 0 A can be suitably used.
  • a vehicle 1200 such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is used for traveling by being driven by a main battery 1210, a power converter 1100 connected to the main battery 1210, and power supplied from the main battery 1210 as shown in FIG.
  • the motor (load) 1220 is provided.
  • the motor 1220 is typically a three-phase AC motor, which drives the wheel 1250 when traveling and functions as a generator during regeneration.
  • vehicle 1200 includes an engine in addition to motor 1220.
  • an inlet is shown as a charge location of the vehicle 1200, it is good also as a form provided with a plug.
  • the power conversion device 1100 includes a converter 1110 connected to the main battery 1210 and an inverter 1120 connected to the converter 1110 and performing mutual conversion between direct current and alternating current.
  • the converter 1110 shown in this example boosts the DC voltage (input voltage) of the main battery 1210 of about 200V to 300V to about 400V to 700V when the vehicle 1200 is running, and supplies the inverter 1120 with power.
  • converter 1110 steps down DC voltage (input voltage) output from motor 1220 via inverter 1120 to DC voltage suitable for main battery 1210 during regeneration, and causes main battery 1210 to be charged.
  • the inverter 1120 converts the direct current boosted by the converter 1110 into a predetermined alternating current when the vehicle 1200 is running, and supplies the motor 1220 with electric power. During regeneration, the alternating current output from the motor 1220 is converted into direct current and output to the converter 1110. is doing.
  • the converter 1110 includes a plurality of switching elements 1111, a drive circuit 1112 that controls the operation of the switching elements 1111, and a reactor L, and converts input voltage by ON / OFF repetition (switching operation). (In this case, step-up / down pressure) is performed.
  • a power device such as FET or IGBT is used.
  • the reactor L has the function of smoothing the change when the current is going to increase or decrease by the switching operation by utilizing the property of the coil that prevents the change of the current to flow through the circuit.
  • the reactor L the reactor described in the above embodiment is used.
  • the vehicle 1200 is connected to the converter 1110, the power supply converter 1150 connected to the main battery 1210, and the sub-battery 1230 and the main battery 1210 that are power sources of the auxiliary devices 1240.
  • Auxiliary power supply converter 1160 for converting the high voltage 1210 to a low voltage is provided.
  • the converter 1110 typically performs DC-DC conversion, while the power supply device converter 1150 and the auxiliary power supply converter 1160 perform AC-DC conversion. Some power supply device converters 1150 perform DC-DC conversion.
  • the reactors of the power supply device converter 1150 and the auxiliary power supply converter 1160 have the same configuration as the reactors of the above-described embodiments and modified embodiments, and a reactor whose size and shape are appropriately changed can be used.
  • the reactor of the above-described embodiment can be used for a converter that performs conversion of input power and that only performs step-up or converter that performs only step-down.
  • the reactor of the present invention can be used as a component part of a power conversion device such as a bidirectional DC-DC converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle.
  • a power conversion device such as a bidirectional DC-DC converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle.

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Description

リアクトル、コンバータ、電力変換装置、および樹脂コア片の製造方法
 本発明は、コイルと磁性コアとを有するリアクトル、リアクトルを用いたコンバータ、コンバータを用いた電力変換装置、および樹脂コア片の製造方法に関する。
 電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載されるコンバータに利用される。そのリアクトルとして、例えば、特許文献1に示すものがある。
 特許文献1には、巻線を巻回してなるコイル、およびこのコイルに挿通される磁性コアを備え、その磁性コアは、複数の分割コア片を組み合わせて構成されるリアクトルが開示されている。また、特許文献1には、漏れ磁束を低減するために、各分割コア片の比透磁率を異ならせることが開示されている。分割コア片としては、軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、軟磁性粉末と樹脂とを含む成形硬化体、電磁鋼板を積層した積層体などを挙げることができる。特に、成形硬化体は、軟磁性粉末と樹脂との混合比率を広範囲に設定できるため、分割コア片の比透磁率を変化させることが容易であると考えられる。
特開2009-33055号公報
 成形硬化体からなる部分を備える磁性コアを用いたリアクトルは、生産性の点で改善の余地がある。
 成形硬化体は、樹脂を多く含むため圧粉成形体に比べて脆い傾向にある。そのため、成形硬化体からなる樹脂コア片を含む磁性コアを用いてリアクトルを作製する際、リアクトルを構成する他の部材との接触によって樹脂コア片の角部に欠損が生じ易い。このような予期せぬ欠損が生じた樹脂コア片を備えるリアクトルは、所望の磁気特性を満たさない恐れがあり、不良品として処理される。逆に言えば、樹脂コア片の欠損を低減できれば、リアクトルの生産性を向上させることができる。
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、欠損が生じ難い樹脂コア片を含む磁性コアを備えることで、生産性に優れるリアクトルを提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明のリアクトルを用いたコンバータ、およびそのコンバータを用いた電力変換装置を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、リアクトルの作製時に欠損が生じ難い樹脂コア片を作製することができる樹脂コア片の製造方法を提供することにある。
 本明細書において、「周縁が面取りされている」という表現は、対象物(樹脂コア片)の一面の周縁に面取り部が結果的に形成されておれば足りる趣旨である。すなわち、対象物の成形後に周縁を削り取って面取り部を形成する場合だけでなく、対象物を成形した時点において既に面取り部が形成されている場合も、上記表現に含まれる。従って、「周縁が面取りされている」とは、その周縁が、何らかの処理によって面取りされた面(面取り部)を有することと同義である。
 本発明のリアクトルには、大別して二つの形態がある。
 第一の形態に係る本発明のリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、複数の分割コア片を組み合わせてなる磁性コアと、を備えるリアクトルである。この本発明のリアクトルにおける複数の分割コア片の少なくとも一つは、軟磁性粉末と樹脂とを含む樹脂コア片(成形硬化体)であり、その樹脂コア片の軟磁性粉末の含有量は75体積%以下であって、樹脂コア片の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされていることを特徴とする。もちろん、本発明のリアクトルにおいて、分割コア片の全てが樹脂コア片で構成されていても構わない。以下、第一の形態に係るリアクトルをコア分割型のリアクトルと呼ぶ。
 複数の分割コア片の一つである樹脂コア片は、リアクトルを作製する過程で他の部材などと接触し、物理的な衝撃を受けることがある。この樹脂コア片は、圧粉成形体や電磁鋼板で構成された分割コア片などと比較すると脆く、特に樹脂コア片の面の周縁が欠損し易い。このような問題に対して、上記本発明の構成のように、樹脂コア片の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされている、つまり樹脂コア片における少なくとも一面とそれに繋がる面との角部が尖らないようにしておくことで、当該周縁に欠損が生じ難くできる。その結果、リアクトルの作製の際に、樹脂コア片に欠損が生じて不良品となる可能性を大幅に低減でき、リアクトルの歩留り(生産性)を向上させることができる。なお、周縁に施す面取りは、C面取りでも良いし、R面取りでも良いが、R面取りの方が、周縁の欠損を効果的に防止できる。
 第二の形態に係る本発明のリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、一体物の磁性コアと、を備える。この本発明のリアクトルにおける磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む樹脂コア片(成形硬化体)であり、樹脂コア片の軟磁性粉末の含有量は75体積%以下であって、樹脂コア片の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされていることを特徴とする。以下、第二の形態に係るリアクトルをコア単体型のリアクトルと呼ぶ。
 上記コア単体型の本発明のリアクトルも、コア分割型の本発明のリアクトルと同様の理由により、面取りされた周縁に欠損が生じ難い。その結果、リアクトルの作製の際に、樹脂コア片に欠損が生じて不良品となる可能性を大幅に低減でき、リアクトルの歩留り(生産性)を向上させることができる。
 コア分割型のリアクトルおよびコア単体型のリアクトルの一形態として、上記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、リアクトルを構成する他の部材に対向する面である形態を挙げることができる。
 樹脂コア片の少なくとも一面は、リアクトルを構成する他の部材に必ず対向する部材対向面となる。コア分割型のリアクトルにおける樹脂コア片に対向する他の部材としては、他の分割コア片やコイルを挙げることができ、またリアクトルがボビンを備える場合はボビンを挙げることができる。一方、コア単体型のリアクトルにおける樹脂コア片に対向する他の部材としては、コイル(ボビンを備える場合はボビン)を挙げることができる。これら『他の部材』に対向する樹脂コア片の部材対向面の周縁は、リアクトルを作製する過程で上記他の部材と接触し、物理的な衝撃を受け易い面である。そのため、上記本発明の構成のように、比較的脆い樹脂コア片における部材対向面の周縁を面取りしておく、つまり樹脂コア片における部材対向面とそれに繋がる面との角部が尖らないようにしておくことで、当該周縁に欠損が生じ難くできる。
 コア分割型のリアクトルの一形態として、上記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、他の分割コア片に対向する面である形態を挙げることができる。
 コア分割型のリアクトルでは、樹脂コア片と他の分割コア片とを組み合わせて磁性コアを形成する際、樹脂コア片における他の分割コア片に対向する面(コア対向面)の周縁に特に物理的な衝撃が作用し易い。そのため、このコア対向面の周縁を面取りしておくことで、その周縁の欠損を効果的に防止することができる。
 コア分割型のリアクトルおよびコア単体型のリアクトルの一形態として、樹脂コア片の少なくとも一部は、コイルの内部に配置される形態を挙げることができる。
 コア分割型のリアクトルの場合、磁性コアを構成する複数の分割コア片の磁気特性を異ならせることで、種々の効果を得ることができる。例えば、磁性コアのうち、コイルの内部に配置される部分の比透磁率は、コイルから露出する部分の比透磁率よりも低くした方が、リアクトルにおける漏れ磁束の発生を効果的に抑制できる(例えば、特許文献1参照)。そこで、コイル内部に配置される部分として比透磁率の調整が容易な樹脂コア片を利用すると、コイル内部に配置される部分の比透磁率を、コイルから露出する部分の比透磁率よりも小さくし易い。
 一方、コア単体型のリアクトルの場合、磁性コア全体が樹脂コア片であるので、樹脂コア片の少なくとも一部は必ずコイルの内部に配置される。ここで、一体となった樹脂コア片のうち、コイル内部に配置される部分と、コイルから露出する部分とで、軟磁性粉末の含有量が異なっていても良い。そうすることで、コア単体型のリアクトルであっても、コア分割型のリアクトルと同様の効果を得ることができる。
 樹脂コア片の少なくとも一部がコイルの内部に配置されるコア分割型のリアクトルおよびコア単体型のリアクトルの一形態として、上記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、コイルの内周面に対向する面である形態を挙げることができる。
 コイルの内部に配置される部分を有する樹脂コア片には、コイルの内部への挿入過程で欠損が生じ易い。樹脂コア片をコイルの内部に挿入する際、コイル内部はコイルの外側から見え難いため、樹脂コア片とコイルとが接触し易いからである。そこで、上記構成のように、樹脂コア片のうち、コイルに対向するコイル対向面の周縁を面取りすることが好ましく、そうすることで樹脂コア片におけるコイル対向面の欠損を効果的に防止することができる。
 コア分割型のリアクトルおよびコア単体型のリアクトルの一形態として、面取りは、R0.5mm以上R5mm以下のR面取りである形態を挙げることができる。
 R面取りの量が大きすぎると(即ち、Rが大きすぎると)、磁性コアの磁路面積が十分でなくなる可能性がある。一方、R面取りの量が小さすぎると(即ち、Rが小さすぎると)、面取りを行なった効果が十分に得られない恐れがある。これに対して、R面取りのRが0.5mm以上5mm以下であると、磁路面積を十分に確保しつつ、しかも面取りを行なった効果を十分に得ることができる。より好ましいRの範囲は、2mm以上3mm以下である。
 本発明の樹脂コア片の製造方法は、リアクトルに備わる磁性コアの少なくとも一部を構成する樹指コア片を作製するための樹脂コア片の製造方法であって、軟磁性粉末と樹脂とを含み、かつ前記軟磁性粉末の含有量が75体積%以下の複合材料を用意する準備工程と、成形用金型に複合材料を充填して、樹脂コア片を成形する成形工程と、を備える。そして、本発明の樹脂コア片の製造方法は、成形工程で用いる成形用金型として、樹脂コア片の少なくとも一面の周縁に面取り形状を形成することができる内周面形状を有する成形用金型を用意することを特徴とする。
 上記樹脂コア片の製造方法によれば、成形時に既に部材対向面の周縁が面取りされた樹脂コア片を作製することができる。ここで、樹脂コア片は樹脂を含むため、樹脂コア片において面と面とを繋ぐ角部が尖っていると、樹脂コア片を成形用金型から外すときに、その角部に対応する成形用金型の隅部に角部の一部が付着して、当該角部に欠損が生じる場合がある。これに対して、本発明の樹脂コア片の製造方法によれば、樹脂コア片の少なくとも一面(対象面と呼ぶ)の周縁に面取り形状を形成することができる、即ち、対象面とそれに繋がる面との角部が尖らないようにすることができるので、対象面の周縁に欠損を生じることなく樹脂コア片を作製することができる。
 また、本発明の樹指コア片の製造方法によれば、樹指コア片を形成した後、その樹指コア片の対象面の周縁を削り取るなどして面取りすることを回避できる。当該周縁を削り取る場合、面取りされた部分(以下、面取り部)の表面が荒れ易い。それは、成形硬化体が、樹脂中に軟磁性粉末の粒子が分散した構成を備えるため、成形硬化体の一部を削り取った場合、面取り部の表面に粒子の脱落痕が生じ易いからである。これに対して、樹脂コア片を成形した時点で、対象面の周縁に面取り形状が形成されるようにしておけば、上記面取り部の表面が荒れるという問題は生じない。
 上記本発明のリアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。即ち、本発明のコンバータは、本発明のリアクトルを備える。例えば、本発明のコンバータとして、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にする本発明のリアクトルとを備え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換する構成が挙げられる。
 生産性に優れる本発明のリアクトルを用いた本発明のコンバータは、本発明のコンバータを備える機器(例えば、ハイブリット自動車などの車両)の生産性の向上に寄与する。
 この本発明のコンバータは、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。即ち、本発明の電力変換装置は、本発明のコンバータを備える。例えば、本発明の電力変換装置として、入力電圧を変換する本発明のコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを備え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動する構成が挙げられる。
 生産性に優れる本発明のリアクトルを用いた本発明の電力変換装置は、本発明の電力変換装置を備える機器(例えば、ハイブリット自動車などの車両)の生産性の向上に寄与する。
 本発明のリアクトルは、リアクトルに備わる磁性コアの少なくとも一部が成形硬化体からできているにも拘らず、生産性に優れる。
実施形態1,2に係るコイル素子を二つ備えるリアクトルの概略斜視図である。 実施形態1に係るリアクトルの分解斜視図である。 実施形態2に係るリアクトルの分解斜視図である。 (A)は実施形態4に係るコイル素子を一つ備えるリアクトルの概略斜視図、(B)は(A)の磁性コアの分解断面図である。 ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。 本発明のコンバータを備える本発明の電力変換装置の一例を示す概略回路である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
<実施形態1>
 図1,2を参照して、実施形態1のリアクトル1を説明する。実施形態1のリアクトル1は、一対のコイル素子2A,2Bを備えるコイル2と、複数の分割コア片を組み合わせてなる磁性コア3と、両者2,3の間の絶縁を確実にするボビン4と、を組み合わせた組合体である。このコア分割型のリアクトル1の最も特徴とするところは、磁性コア3を構成する分割コア片の少なくとも一部が、軟磁性粉末と樹脂とを含む成形硬化体からなり、かつその成形硬化体の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされていることである。以下、本実施形態1のリアクトル1の各構成を順次、詳細に説明する。
 [コイル]
 コイル2は、図2に示すように、一対のコイル素子2A,2Bと、両コイル素子2A,2Bを連結するコイル素子連結部2rと、を備える。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。また、コイル素子連結部2rは、コイル2の他端側(図4において紙面右側)において両コイル素子2A,2Bを繋ぐU字状に屈曲された部分である。このコイル2は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各コイル素子2A,2Bを別々の巻線により作製し、各コイル素子2A,2Bの巻線の端部同士を半田付けや圧着などにより接合することで形成しても良い。
 コイル2は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を好適に利用できる。本実施形態では、導体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利用し、各コイル素子2A,2Bは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルである。また、各コイル素子2A,2Bの端面形状を長方形の角部を丸めた形状としているが、端面形状は、円形状など適宜変更することができる。
 コイル2の両端部2a,2bは、ターン形成部分から引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。この端子部材を介して、コイル2に電力供給を行なう電源などの外部装置(図示せず)が接続される。
 [磁性コア]
 本実施形態における磁性コア3は、図2に示すように、コイル素子2A,2Bの内部に配置される分割コア片31,31と、コイル素子2A,2Bから露出される分割コア片32,32と、を環状に組み合わせることで構成される。なお、本実施形態では、分割コア片31は、コイル素子2A,2Bの内部(即ち、コイル2の内部)に配置されるので内側コア部と呼ぶ。また、分割コア片32は、コイル素子2A,2B(コイル2)から露出されるので外側コア部と呼ぶ。
 リアクトル1のインダクタンスを調整するため、分割コア片31,32間には、分割コア片31,32よりも比透磁率が低い材料からなるギャップ材を介在させてもよい。ギャップ材には、非磁性材料を用いることが可能である。非磁性材料としては、例えば、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド(PPS)樹脂などを挙げることができる。また、ギャップ材付近の漏れ磁束を抑制するため、比透磁率が1超の磁性材料をギャップ材に用いることもできる。例えば、上記に例示した非磁性材料と磁性材料粉末を含む混合物である磁性材料をギャップ材とすることができる。磁性材料粉末としては、Fe粉末、Fe-Si合金粉末、センダスト(Fe-Si-Al合金)粉末、フェライト粉末などを挙げることができる。
 ギャップ材の比透磁率は、混合材料における磁性粉末の含有量や磁性粉末の材質を変化させることで、調整することができる。ギャップ材の構成材料の比透磁率が小さい方が、ギャップ材の厚さを薄くすることができ、磁性コア部を小型化できる。また、ギャップ材の比透磁率が大きい方が、ギャップ材付近での磁束の漏れを低減できる。ギャップ材の構成材料の比透磁率は、1超10以下とすることが好ましく、より好ましくは1超2以下で、さらに好ましくは1.05以上1.5未満であり、特に好ましくは1.1以上1.4以下である。もちろん、ギャップ材の比透磁率は、分割コア片のそれよりも低くする。
 〔内側コア部〕
 本実施形態における内側コア部31は、略直方体形状の成形硬化体からなる樹脂コア片である(成形硬化体の定義については後述する)。この内側コア部31のうち、外側コア部32,32に対向するコア対向面310,310の周縁は全周にわたって面取りされている(図2の点線丸囲みを参照)。コア対向面310は、内側コア部31を左右から挟み込む外側コア部32,32に対向する部材対向面である。このコア対向面310の周縁は、コイル2に対する磁性コア3の組み付け時に、外側コア部32に接触して欠損する可能性がある(本実施形態1では、内側コア部31と外側コア部32との間にボビン4が配置されるので、正確に言えば、コア対向面310の周縁は、ボビン4に接触して欠損する可能性がある)。このような欠損の問題に対して、コア対向面310の周縁を面取りしておくことで、リアクトル1の組み立て時における上記欠損の可能性を大幅に低減できる。その結果、リアクトル1の不良品の発生率を低減でき、リアクトル1の生産性を向上させることができる。
 上記コア対向面310の面取りは、C面取りでも良いし、R面取りでも良いが、本実施形態ではより欠損が生じ難いR面取りとした。R面取りは、R0.5mm以上R5.0mm以下とすることが好ましく、より好ましくはC2.0mm以上C3.0mm以下である。上記範囲のR面取りであれば、コア対向面310の周縁の欠損を効果的に防止でき、かつコア対向面310の面積、すなわち磁路面積を十分に確保することができる。
 ここで、本実施形態1では、内側コア部31におけるコア対向面310の周縁の面取りに加え、内側コア部31のコイル対向面319の周縁も全周にわたって面取りされている(図2の点線丸囲みを参照)。コイル対向面319は、内側コア部31におけるコア対向面310,310以外の四面のことで、内側コア部31をコイル素子2A,2B(コイル2)の内部に挿入したとき、コイル素子2A,2Bの内周面に対向する部材対向面である。このコイル対向面319の周縁も、コイル2に対する磁性コア3の組み付け時に、コイル素子2A,2Bの内周面に接触して欠損する可能性があるし、逆にコイル対向面319の周縁がコイル素子2A,2Bの内周側の絶縁被覆を損傷する可能性もある。しかも、磁性コア3の組み付け時にコイル2に覆われ見え難い位置であるため、上記組み付け時に上記欠損や損傷が生じる可能性が高く、発生した欠損・損傷を外部から容易に確認できないという問題もある。このような問題に対して、コイル対向面319の周縁を面取りしておけば、上記欠損・損傷の可能性を大幅に低減でき、不良品の発生率を低減することができる。
 上記コイル対向面319の面取りは、C面取りでも良いし、R面取りでも良いが、本実施形態ではC面取りとした。C面取りは、C0.5mm以上C5.0mm以下とすることが好ましく、より好ましくはC2.0mm以上C3.0mm以下である。上記範囲のC面取りであれば、コア対向面310の周縁の欠損を効果的に防止でき、かつコア対向面310の面積、すなわち磁路面積を十分に確保することができる。
  〔外側コア部〕
 本実施形態における外側コア部32,32は、上記内側コア部31,31と環状に繋がることで磁性コア3を構成する圧粉成形体である(圧粉成形体の定義については後述する)。外側コア部32,32の形状は、並列される内側コア部31,31を繋ぐことができる形状であれば特に限定されず、例えば、本実施形態では、外側コア部32,32は、その上面が略ドーム状の柱状コア片とした。
 外側コア部32の高さは、内側コア部31の高さよりも高い。この外側コア部32を内側コア部31と組み合わせて磁性コア3を作製する際は、図1に示すように、外側コア部32の下端面がコイル2の下端面と面一となるようにし、外側コア部32の上端面が内側コア部31の上端面以上で、かつコイル2のコイル素子2A,2Bの上端面以下となるようにする。
 なお、外側コア部32は、内側コア部31と同様に、成形硬化体とすることもできる。その場合、外側コア部32のうち、内側コア部31に対向するコア対向面320の周縁をC面取り、もしくはR面取りすることが好ましい。そうすることで、成形硬化体でできた外側コア部32の欠損を効果的に抑制することができる。
  〔成形硬化体〕
 本実施形態で内側コア部(分割コア片)31を構成する成形硬化体とは、樹脂中に、軟磁性粉末を構成する粒子が分散した構成を備える磁性体である。
 成形硬化体に含まれる軟磁性粉末には、鉄や、鉄基合金、希土類金属化合物などを利用することができる。また、軟磁性粉末として、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を備える被覆粉末を利用することもできる。特に、被覆粉末を用いることで、成形硬化体における渦電流損を効果的に低減することができる。絶縁被覆としては、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、硼素化合物などが挙げられる。
 軟磁性粉末の平均粒径は、1μm以上1000μm以下、特に10μm以上500μm以下とすることが好ましい。また、磁性粉末は、粒径が異なる複数種の粉末が混合されたものでも良い。
 一方、成形硬化体における樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、あるいは低温硬化性樹脂を用いてもよい。また、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたBMC(Bulk molding compound)や、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムなどを用いることもできる。
 その他、成形硬化体には、セラミックスフィラーを含有させても良い。セラミックスフィラーとしては、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種を挙げることができる。このセラミックスフィラーは、成形硬化体の放熱性の向上、成形硬化体における軟磁性粉末の偏在の抑制(均一的な分散)に寄与する。
 成形硬化体における軟磁性粉末の含有量は、成形硬化体を100%とするとき、体積割合で20体積%以上75体積%以下とすることが好ましい。軟磁性粉末が20体積%以上であることで、比透磁率や飽和磁束密度などの磁気特性を確保し易い。軟磁性粉末が75体積%以下であると、樹脂との混合が行い易く、成形硬化体の製造性に優れる。成形硬化体は、軟磁性粉末の含有量を調整したり、軟磁性粉末の材質を変更することで、比透磁率といった磁気特性を変化させることができる。軟磁性粉末の含有量は、更に好ましくは40体積%以上65体積%以下である。特に軟磁性粉末が鉄もしくはFe-Si合金のような材料であれば、軟磁性粉末の含有量が40体積%以上であることで、成形硬化体の飽和磁束密度を0.8T以上とし易い。また、軟磁性粉末の含有量が65体積%以下であることで、軟磁性粉末と樹脂との混合がより行い易く、より製造性に優れる。
 軟磁性粉末の含有量が上記範囲にある成形硬化体の比透磁率は5以上50以下とすることが好ましく、さらに好ましくは10以上35以下であり、特に好ましくは20以上30以下である。飽和磁束密度は0.6T以上とすることが好ましく、さらに好ましくは0.8T以上、特に好ましくは1.0T以上である。また、成形硬化体の熱伝導率は、0.25W/m・K以上とすることが望ましい。
 成形硬化体の比透磁率や飽和磁束密度は、磁性体粉末の含有量を変化させることで調整できる。通常、磁性体粉末の含有量を多くすれば、比透磁率や飽和磁束密度は大きくなる。
 また、成形硬化体の比透磁率や飽和磁束密度は、磁性体粉末の材質を変更することでも調整できる。通常、磁性体粉末自体の比透磁率を大きくすれば成形硬化体の比透磁率は大きくなり、磁性体粉末自体の飽和磁束密度を大きくすれば成形硬化体の飽和磁束密度は大きくなる。
 なお、ここでいう成形硬化体の比透磁率とは、次のようにして求めたものをいう。成形硬化体と同じ材料で、外径34mm、内径20mm、厚さ5mmのリング状試験片を作製する。この試験片に、一次側300巻き、二次側20巻きの巻線を施して、試験片のB-H初磁化曲線をH=0~100エルステッド(Oe)の範囲で測定する。この測定には、例えば、理研電子株式会社製BHカーブトレーサ「BHS‐40S10K」を使用することができる。そして、得られたBH初磁化曲線の勾配(B/H)の最大値を求め、それを成形硬化体の比透磁率とする。ここでの磁化曲線とは、いわゆる直流磁化曲線である。
 上記成形硬化体の飽和磁束密度は、成形硬化体の試験片に対して電磁石で10000(Oe)の磁界を印加し、十分に磁気飽和させたときの磁束密度とする。
 なお、成形硬化体にセラミックスフィラーを含有させる場合、その含有量は、成形硬化体を100質量%とするとき、0.2質量%以上20質量%以下、更に0.3質量%以上15質量%以下、特に0.5質量%以上10質量%以下であると、上記効果を十分に得られる。
 以上説明した成形硬化体は、以下に示す準備工程と成形工程を備える樹脂コア片の製造方法により作製することができる。
   (準備工程)
 準備工程では、軟磁性粉末と樹脂を用意し、両者を混合することで複合材料を作製する。成形硬化体にセラミックスフィラーを含有させる場合、複合材料にセラミックスフィラーを混合しておくと良い。なお、複合材料における軟磁性粉末と樹脂の配合比率(セラミックスフィラーを含む場合は、セラミックスフィラーを含めた配合比率)は、成形硬化体における配合比率と同じと考えて良い。
   (成形工程)
 次に、成形用金型を用意して、準備工程で作製した複合材料を成形用金型に充填し、樹脂を硬化させ、成形硬化体を完成させる。成形用金型を用いた成形硬化体の作製手法としては、射出成形、トランスファー成形、MIM(Metal Injection Molding)、注型成形、軟磁性粉末と粉末状の固形樹脂とを用いたプレス成形などを利用することができる。射出成形の場合は、軟磁性粉末と樹脂との混合材料を所定の圧力をかけて成形用金型に充填して成形した後、上記樹脂を硬化させることで成形硬化体を得ることができる。トランスファー成形やMIMの場合も、上記混合材料を成形用金型に充填して成形を行う。注型成形の場合は、上記混合材料を、圧力をかけることなく成形用金型に注入して成形・硬化させることで成形硬化体を得ることができる。
 ここで、本発明のリアクトル1では、分割コア片31のコア対向面310の周縁とコイル対向面319の周縁が面取りされている。この周縁の面取りは、分割コア片31の成形と同時に行なわれていることが好ましい。つまり、成形用金型の内周面形状が転写されることで、成形硬化体における部材対向面310,319の周縁に面取り形状を形成されるようにすることが好ましい。このように、成形硬化体の部材対向面310,319に面と面とを繋ぐ角部が尖らないように、成形用金型の内周面形状を形成すれば、当該角部が対応する成形用金型の隅部に付着して毟れることを回避できる。
  〔圧粉成形体〕
 本実施形態で外側コア部(分割コア片)32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化合物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。軟磁性材料をフェライトとする場合、絶縁被覆を備えていなくても、絶縁性に優れる。
 使用する軟磁性粉末の平均粒径は、1μm以上1000μm以下、特に10μm以上500μm以下とすることが好ましい。軟磁性粉末は、粒径が異なる複数種の粉末が混合されたものでも良い。なお、圧粉成形体における軟磁性粉末と材料に用いた粉末とは、その大きさは実質的に同じである(維持されている)。
 圧粉成形体における軟磁性粉末(磁性成分)の含有量は、圧粉成形体を100%とするとき、体積割合で75体積%以上とすることが望ましく、80体積%以上とすることがさらに望ましい。圧粉成形体における軟磁性粉末の含有量の調整は、例えば、磁性粒子の表面に形成される絶縁被覆の厚さや、圧粉成形体の作製時に軟磁性粉末に加えられる樹脂や添加剤の量によって調節できる。
 上記軟磁性粉末の含有量から分かるように、圧粉成形体において絶縁成分に比べて磁性成分が圧倒的に多いため、圧粉成形体は、上述した成形硬化体に比べて高比透磁率でかつ高飽和磁束密度となり易い。この圧粉成形体の比透磁率は50以上500以下、飽和磁束密度は1.0T以上、熱伝導率は10W/m・K以上とすることが望ましい。圧粉成形体の磁気特性は、軟磁性粉末の含有量を変化させることで調整できる。もちろん、軟磁性粉末の材質を変更することでも圧粉成形体の磁気特性を調整できる。その他、加圧成形時の成形圧力を調整することでも、圧粉成形体の磁気特性(特に、飽和磁束密度)を変化させることができる。その場合、成形圧力を高くすることで、飽和磁束密度が高い圧粉成形体が得られる。
 [ボビン]
 上記構成の他、本実施形態のリアクトル1は、コイル2と磁性コア3との間の絶縁を確保するボビン4を備える。本実施形態におけるボビン4は、一対のボビン部材41,42で構成されている。両ボビン部材41,42は、殆ど共通する構成を備えているため、以降はボビン部材42の説明のみを行ない、ボビン部材41におけるボビン部材42と共通する構成については、ボビン部材42と同じ符号を付してその説明を省略する。
 ボビン部材42は、平板部420と、筒状部421,421と、台座部422と、仕切り部423と、を備え、例えば射出成形などによって一体成形される。ボビン部材42の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、PPS樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性の絶縁性樹脂を挙げることができる。この絶縁性樹脂には、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種のセラミックスフィラーが含有されていても良い。
 平板部420は文字通り、平板な板状部材である。図2に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、平板部420は、内側コア部31のコア対向面310と外側コア部32のコア対向面320との間に介在され、磁性コア3全体の磁気特性を調整するギャップ材として機能する。また、平板部420は、コイル素子2A,2Bの端面と外側コア部32のコア対向面320との間にも介在され、コイル素子2A,2Bの端面と外側コア部32との間の絶縁を確実に確保する機能も持つ。
 筒状部421,421は、平板部420の一面側に並列して設けられている。筒状部421の外周縁形状は、コイル素子2A(2B)の内周縁形状にほぼ等しく、筒状部421の内周縁形状は、内側コア部31の外周縁形状にほぼ等しい。そのため、図2に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、筒状部421,421は、内側コア部31,31とコイル素子2A,2Bとの間に介在されて、両者31,2A(2B)の間の絶縁を確保する機能を持つ。
 台座部422は、平板部420の上端面で、筒状部421,421の突出方向とは反対方向に突出する庇状の部分である。そのため、図2に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、台座部422は、コイル2のコイル素子連結部2rと外側コア部32との間に介在され、両者2r,32の間の絶縁を確保する機能を持つ。
 仕切り部423は、平板部420における筒状部421,421と同じ側の面で、筒状部421,421の間に配置される突条である。仕切り部423は、図2に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、コイル素子2A,2B間の隙間に介在され、両者2A,2Bの間の絶縁を確保する機能を持つ。
 [まとめ]
 以上説明した構成を備えるリアクトル1は、その作製過程において磁性コア3に欠損が生じ難く、その欠損に起因する不良品の発生率が低いため、歩留り良く生産することができる。磁性コア3に欠損が生じ難いのは、圧粉成形体よりも欠損し易い成形硬化体でできた分割コア片(内側コア片)31のうち、物理的な衝撃が作用し易いコア対向面310とコイル対向面319の周縁が面取りされ、当該周縁が欠損し難くなっているからである。
<実施形態2>
 実施形態2では、実施形態1とは磁性コアの分割形状とボビンの形状が異なるリアクトルを図3に基づいて説明する。なお、図3のリアクトル1に備わるコイル2は、実施形態1のコイル2と全く同じ構成を備えるため、その説明は省略する。また、実施形態2のリアクトル1の外観は、図1に示すリアクトル1と全く同じである。
 [磁性コア]
 図3に示すリアクトル1の磁性コア3は、同一の形状を有する二つの分割コア片35,35を組み合わせて構成される。両分割コア片35,35の形状は同一である。具体的には、分割コア片35は、上方から見たときに略U字状の成形硬化体であり、基部35Aと、基部35Aからコイル2に向かって延びる一対の張出部35B,35Bと、を備える。
 上記基部35Aは、実施形態1の外側コア部32(図2を参照)に相当する部分である。この基部35Aの上端面は張出部35B,35Bの上端面と面一になっているが、基部35Aの下端面は張出部35B,35Bの下端面よりも低くなっている。そのため、分割コア片35,35をコイル2に組み付けたとき、分割コア片35の基部35Aの下端面がコイル2の下端面と面一になる。
 一方、張出部35B,35Bはそれぞれ、コイル素子2A,2Bの約半分の長さを有する部分である。そのため、二つの分割コア片35,35をそれぞれ、コイル素子2A,2Bの両端側からコイル素子2A,2Bの内部に挿入したとき、一方の分割コア片35の張出部35Bと、他方の分割コア片35の張出部35Bとで、実施形態1の内側コア部31(図2を参照)に相当する部分が形成される。
 上記構成を備える分割コア片35の部材対向面の周縁も、実施形態1と同様に面取りする。具体的には、張出部35Bのコア対向面350の周縁をR面取りすると共に、突出部35Bのコイル対向面359の周縁をC面取りする(図3の点線丸囲みを参照)。そうすることで、張出部35Bに欠損が生じることを抑制することができる。
 なお、分割コア片35の基部35Aにおける張出部35Bが形成される面も、コイル2に対向する部材対向面であるが、本実施形態ではその面の周縁の面取りを行なっていない。もちろん、この面の周縁も面取りして構わない。
 [ボビン]
 本実施形態2のボビン4は、一対のボビン部材45,46で構成されている。両ボビン部材45,46は、殆ど共通する構成を備えているため、以降は主にボビン部材46の説明を行ない、ボビン部材45におけるボビン部材45と共通の構成については、ボビン部材46と同じ符号を付してその説明を省略する。
 ボビン部材46は、枠状部460と、筒状部461,461と、台座部462と、仕切り部463と、を備える。このボビン部材46は、実施形態1のボビン部材42(図2参照)と同様の材料、同様の成形方法により作製することができる。
 枠状部460は、後述する筒状部461の形成位置に、筒状部461の内径と同じ大きさの孔を有する部材である。図3に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、分割コア片35の張出部35Bが、枠状部460の孔から筒状部461の内部に挿入される。その際、枠状部460は、コイル素子2A,2Bの端面と、分割コア片35の基部35Aとの間に介在され、コイル素子2A,2Bの端面と基部35Aとの間の絶縁を確実に確保する機能を持つ。
 筒状部461,461は、枠状部460の一面側に並列して一対設けられている。筒状部461の外周縁形状は、コイル素子2A(2B)の内周縁形状にほぼ等しく、筒状部461の内周縁形状は、分割コア片35の張出部35Bの外周縁形状にほぼ等しい。そのため、図3に示す部材を全て組み合わせてリアクトル1を完成させたとき、筒状部461は、張出部35Bとコイル素子2A(2B)との間に介在されて、両者35B,2A(2B)の間の絶縁を確保する機能を持つ。
 ここで、紙面右側にあるボビン部材46の筒状部461の軸方向長さは、紙面左側にあるボビン部材45の筒状部461の軸方向長さよりも長くなっており、両軸方向長さの合計は、およそコイル素子2A,2Bの軸方向長さに等しくなっている。また、ボビン部材46の筒状部461における端部内周面のうち、ボビン部材46の高さ方向に対向する二面には、筒状部461の径方向内方に突出するギャップ規定部46gが形成されている。そのため、リアクトル1の組み立ての際、紙面右側のボビン部材46の筒状部461に挿入された紙面右側の分割コア片35の張出部35Bは、ボビン部材46におけるギャップ規定部46gの内方側の面に当て止めされる。一方、紙面左側のボビン部材45の筒状部461に挿入された紙面左側の分割コア片35の張出部35Bは、ボビン部材45の筒状部461を抜け、ボビン部材46におけるギャップ規定部46gの外方側の面に当て止めされる。その結果、左側の分割コア片35の張出部35Bと、右側の分割コア片35の張出部35Bとは直接接触することなく、両張出部35B,35Bの間にはエアギャップが形成される。
 台座部462および仕切り部463は、実施形態1のボビン部材42に備わる台座部422および仕切り部423と同じ形状で、同じ機能を持つ。
 以上説明した実施形態2のリアクトル1も、その作製過程において磁性コア3に欠損が生じ難く、歩留り良く生産することができる。磁性コア3に欠損が生じ難いのは、分割コア片35,35のうち、物理的な衝撃が作用し易いコア対向面350とコイル対向面359の周縁が面取りされ、当該周縁が欠損し難くなっているからである。
<実施形態3>
 磁性コアの分割形態、各分割コア片のどの部分を樹脂コア片とするかについては、上述した実施形態1,2に限定されない。例えば、次に例示するような構成を挙げることができる(もちろん、以下の例示に限定されるわけでもない)。
 [例示1]
 図2を参照する実施形態1のリアクトル1において、分割コア片(内側コア部)31に加えて、分割コア片(外側コア部)32も樹脂コア片とする。
 [例示2]
 図2を参照する実施形態1のリアクトル1において、分割コア片(外側コア部)32を樹脂コア片とし、分割コア片(内側コア部)31は圧粉成形体とする。その場合、内側コア部31をさらに複数の圧粉成形体と複数のギャップ板とを交互に並べて連結したものとしても良い。
 [例示3]
 図3を参照する実施形態2のリアクトル1において、一方の分割コア片35を圧粉成形体、他方の分割コア片35を成形硬化体とする。
 [例示4]
 上面から見たときに概略L字型の二つの分割コア片とする。その場合、各分割コア片は、外側コア部に相当する部分と、一方のコイル素子に挿入される内側コア部に相当する部分と、を備えることになる。二つの分割コア片の少なくとも一方は、成形硬化体とする。
<実施形態4>
 実施形態4では、一つのコイル素子を有するコイルを備えるコア分割型のリアクトル(いわゆるポット型リアクトル)に本発明の構成を適用した例を図4に基づいて説明する。
 図4(A)に示すリアクトル1’に備わるコイル2’は、コイル素子2Cを一つだけ備え、この一つのコイル素子2Cから端部2a,2bが引き出されている。
 リアクトル1’の磁性コア3’は、コイル素子2Cの内部に配置される分割コア片(内側コア部)31’と、コイル素子2Cから露出する分割コア片(外側コア部)32’とを備える。内側コア部31’は、コイル素子2Cの内部形状に対応した円柱状である。一方、外側コア部32’はさらに、円筒状分割コア片32Aと、この円筒状分割コア片32Aの両端部に配置される一対の板状分割コア片32B,32Cとに分かれている。これら分割コア片31’,32A,32B,32Cの磁気特性は、リアクトル1’全体の磁気特性をどのように設定するかによって、変化させることが好ましい。代表的には、分割コア片31’を成形硬化体とし、残りを圧粉成形体とすることや、全ての分割コア片を成形硬化体とすることが挙げられるが、もちろんこの構成に限定されるわけではない。
 分割コア片31’,32A,32B,32Cのうち、どの分割コア片を成形硬化体とするかに拘らず、成形硬化体でできた分割コア片におけるコア対向面の周縁は面取りする。具体的な面取り位置については、図4(B)に示す磁性コア3’の分解縦断面図を用いて説明する。なお、図4(B)では、全ての分割コア片31’,32A,32B,32Cが成形硬化体であると仮定し、面取り位置は白抜き矢印で示す。
 まず、分割コア片(内側コア部)31’の面取り位置は、外側コア部32’を構成する板状分割コア片32B,32Cに対向する上面と下面の周縁である。この周縁は、板状分割コア片32B,32Cに対向するコア対向面の周縁であると共に、コイル素子2Cの内周面に対向するコイル対向面の周縁でもある。
 次に、円筒状分割コア片32Aの面取り位置は、板状分割コア片32B(32C)に対向する端面の内周縁および外周縁である。内周縁は、板状分割コア片32B,32Cに対向するコア対向面の周縁であると共に、コイル素子2Cの外周面に対向するコイル対向面の周縁でもある。
 最後に、板状分割コア片32B(32C)の面取り位置は、円筒状分割コア片32Aの上端面(下端面)に対向する下面(上面)の周縁である。
 以上説明した構成によっても、リアクトル1’の作製時、特に分割コア片の組み合わせ時に成形硬化体でできた樹脂コア片に欠損が生じ難く、当該欠損による不良品の発生率を下げることができる。
<実施形態5>
 実施形態5では、磁性コアが一体物のリアクトル、即ち磁性コアが分割構造となっていないコア単体型のリアクトルを簡単に説明する。
 コア単体型のリアクトルに備わる磁性コアは、繋ぎ目の無い環状の樹脂コア片からなる。このような磁性コアを採用する場合、磁性コアに対して巻線を巻き付けてコイルを完成させる。
 上記樹脂コア片の環形状は、実施形態1,2の磁性コア3のようにレーストラック状であっても良いし、円形を含む楕円形状などでも良いし、矩形を含む多角形状であっても良い。また、樹脂コア片の環は閉じていても良いし、開いていても良い。環が開いている場合(例えば、概略C字状の樹脂コア片の場合)、その開いている部分がエアギャップとして機能する。もちろん、開いている部分にアルミナなどでできたギャップ材を挟み込んでも良い。
 本実施形態の構成においても、磁性コア(=樹脂コア片)の少なくとも一面の周縁を全周にわたって面取りする。例えば、断面が矩形で全体が円環形状の樹脂コア片の場合、樹脂コア片の4面(上面、下面、内周面、外周面)全ての周縁を全周にわたって面取りすると良い。これら4面は、磁性コアに巻線を巻き付けてコイルを形成する際、巻線に接触して欠損する可能性があるからである。また、例えば、断面が矩形で全体が円環形状で、かつ環が開いている樹脂コア片の場合、上記4面に加えて、開いている部分における対向する2つの端面の周縁も全周にわたって面取りすることが好ましい。
 以上説明した構成によっても、リアクトルの作製時、特に磁性コアへの巻線の巻き付け時に、成形硬化体でできた樹脂コア片に欠損が生じ難く、当該欠損による不良品の発生率を下げることができる。
<実施形態6>
 実施形態1~5のリアクトルは、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両に搭載されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品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。
 例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両1200は、図5に示すようにメインバッテリ1210と、メインバッテリ1210に接続される電力変換装置1100と、メインバッテリ1210からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ(負荷)1220とを備える。モータ1220は、代表的には、3相交流モータであり、走行時、車輪1250を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両1200は、モータ1220に加えてエンジンを備える。なお、図5では、車両1200の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。
 電力変換装置1100は、メインバッテリ1210に接続されるコンバータ1110と、コンバータ1110に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ1120とを有する。この例に示すコンバータ1110は、車両1200の走行時、200V~300V程度のメインバッテリ1210の直流電圧(入力電圧)を400V~700V程度にまで昇圧して、インバータ1120に給電する。また、コンバータ1110は、回生時、モータ1220からインバータ1120を介して出力される直流電圧(入力電圧)をメインバッテリ1210に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ1210に充電させている。インバータ1120は、車両1200の走行時、コンバータ1110で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ1220に給電し、回生時、モータ1220からの交流出力を直流に変換してコンバータ1110に出力している。
 コンバータ1110は、図6に示すように複数のスイッチング素子1111と、スイッチング素子1111の動作を制御する駆動回路1112と、リアクトルLとを備え、ON/OFFの繰り返し(スイッチング動作)により入力電圧の変換(ここでは昇降圧)を行う。スイッチング素子1111には、FET,IGBTなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルLは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルLとして、上記実施形態に記載のリアクトルを用いる。軽量で扱い易いこれらリアクトルを用いることで、電力変換装置1100(コンバータ1110を含む)の軽量化を図ることができる。
 ここで、上記車両1200は、コンバータ1110の他、メインバッテリ1210に接続された給電装置用コンバータ1150や、補機類1240の電力源となるサブバッテリ1230とメインバッテリ1210とに接続され、メインバッテリ1210の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ1160を備える。コンバータ1110は、代表的には、DC-DC変換を行うが、給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160は、AC-DC変換を行う。給電装置用コンバータ1150のなかには、DC-DC変換を行うものもある。給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160のリアクトルに、上記実施形態や変形実施形態のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態のリアクトルなどを利用することもできる。
 なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
 本発明のリアクトルは、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車両に搭載される双方向DC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。
1,1’ リアクトル
2,2’ コイル
 2A,2B,2C コイル素子 2r コイル素子連結部
 2a,2b 端部
3,3’ 磁性コア
 31,31’ 分割コア片(内側コア部)
  310 コア対向面(部材対向面) 319 コイル対向面(部材対向面)
 32,32’ 分割コア片(外側コア部)
  320 コア対向面(部材対向面)
 35 分割コア片
  35A 基部(外側コア部) 35B 張出部(内側コア部)
  350 コア対向面(部材対向面) 359 コイル対向面(部材対向面)
 32A 円筒状分割コア片 32B,32C 板状分割コア片
4 ボビン
 41,42 ボビン部材
 420 平板部 421 筒状部 422 台座部 423 仕切り部
 45,46 ボビン部材
 460 枠状部 461 筒状部 462 台座部 463 仕切り部
 46g ギャップ規定部
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 (11)

  1.  巻線を巻回してなるコイルと、複数の分割コア片を組み合わせてなる磁性コアと、を備えるリアクトルであって、
     複数の分割コア片の少なくとも一つは、軟磁性粉末と樹脂とを含む樹脂コア片であり、
     前記樹脂コア片の前記軟磁性粉末の含有量は75体積%以下であり、
     前記樹脂コア片の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされているリアクトル。
  2.  前記分割コア片の全てが、前記樹脂コア片である請求項1に記載のリアクトル。
  3.  巻線を巻回してなるコイルと、一体物の磁性コアと、を備えるリアクトルであって、
     前記磁性コアは、軟磁性粉末と樹脂とを含む樹脂コア片であり、
     前記樹脂コア片の前記軟磁性粉末の含有量は75体積%以下であり、
     前記樹脂コア片の少なくとも一面の周縁が全周にわたって面取りされているリアクトル。
  4.  前記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、リアクトルを構成する他の部材に対向する面である請求項1~3のいずれか一項に記載のリアクトル。
  5.  前記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、他の分割コア片に対向する面である請求項1または2に記載のリアクトル。
  6.  前記樹脂コア片の少なくとも一部は、前記コイルの内部に配置される請求項1~5のいずれか一項に記載のリアクトル。
  7.  前記周縁が面取りされた樹脂コア片の一面は、前記コイルの内周面に対向する面である請求項6に記載のリアクトル。
  8.  前記面取りは、R0.5mm以上R5.0mm以下のR面取りである請求項1~7のいずれか一項に記載のリアクトル。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載のリアクトルを備えるコンバータ。
  10.  請求項9に記載のコンバータを備える電力変換装置。
  11.  リアクトルに備わる磁性コアの少なくとも一部を構成する樹脂コア片を作製するための樹脂コア片の製造方法であって、
     軟磁性粉末と樹脂とを含み、かつ前記軟磁性粉末の含有量が75体積%以下の複合材料を用意する準備工程と、
     成形用金型に前記複合材料を充填して、前記樹脂コア片を成形する成形工程と、
     を備え、
     前記成形工程では、前記成形用金型として、前記樹脂コア片の少なくとも一面の周縁に面取り形状を形成することができる内周面形状を有する成形用金型を用意する樹脂コア片の製造方法。
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