JP6179701B2 - Reactor, converter, and power converter - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用DC−DCコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、このリアクトルを備えるコンバータ、及びこのコンバータを備える電力変換装置に関するものである。特に、組立作業性に優れるリアクトルに関するものである。 The present invention relates to a reactor used as a component of a power conversion device such as an in-vehicle DC-DC converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, a converter including the reactor, and a power conversion device including the converter. is there. In particular, the present invention relates to a reactor excellent in assembly workability.
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。例えば、特許文献1は、ハイブリッド自動車などの車両に載置されるコンバータに利用されるリアクトルとして、横並びされた一対のコイル素子を有するコイルと、各コイル素子がそれぞれ配置される一対の内側コア部(中間コア)とコイルが配置されない一対の外側コア部(端部コア)とによって環状に形成される磁性コアと、コイルと磁性コアとの間に介在されて両者の絶縁性を高める筒状ボビン及び枠状ボビンとを備えるものを開示している。
A reactor is one of the parts of a circuit that performs a voltage step-up operation or a voltage step-down operation. For example,
特許文献1に記載されるように、内側コア部は、例えば、ケイ素鋼板などの薄板を積層した積層鋼板や圧粉成形体からなるコア片とセラミックスなどからなる板状のギャップ材とを交互に積層した積層体から構成され、外側コア部は、上記コア片から構成された形態が挙げられる。上記筒状ボビンは、上記積層体から構成される内側コア部とコイル素子との間に介在され、上記枠状ボビンは、コイル素子の端面と外側コア部との間に介在される(特許文献1)。
As described in
上記構成を備えるリアクトルは、以下のようにして組み立てられる。
(1)上述のコア片とギャップ材とを積層して内側コア部を形成する。
(2)内側コア部の外周に筒状ボビンを配置する。
(3)筒状ボビンを備える内側コア部を二つ作製して、コイル素子にそれぞれ挿入する。
(4)コイル素子に配置されることで並列された二つの内側コア部を挟むように、枠状ボビン及び外側コア部を構成するコア片を配置し、内側コア部と外側コア部とを適宜接合などする。
A reactor having the above configuration is assembled as follows.
(1) The above-described core piece and gap material are laminated to form the inner core portion.
(2) A cylindrical bobbin is disposed on the outer periphery of the inner core portion.
(3) Two inner core parts provided with a cylindrical bobbin are produced and inserted into coil elements, respectively.
(4) The core pieces constituting the frame-shaped bobbin and the outer core part are arranged so as to sandwich the two inner core parts arranged in parallel by being arranged in the coil element, and the inner core part and the outer core part are appropriately arranged. Join.
上述したように、従来構成のリアクトルは、部品点数が多く組立作業性が芳しくないという問題があった。特に、近年では、ハイブリッド自動車や電気自動車の急速な発展に伴い、リアクトルの需要も拡大の一途となっており、リアクトルの組立作業性の向上が望まれている。 As described above, the conventional reactor has a problem that the number of parts is large and the assembly workability is not good. In particular, in recent years, with the rapid development of hybrid vehicles and electric vehicles, the demand for reactors continues to expand, and it is desired to improve the assembly workability of the reactors.
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、組立作業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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide a reactor having excellent assembly workability. Another object of the present invention is to provide a converter using the reactor of the present invention and a power converter using the converter.
本発明リアクトルは、並列した状態で連結される一対のコイル素子を有するコイルと、コイル素子の内部に挿通される環状の磁性コアとを備え、磁性コアが、コイル素子の内部に配置される一対の内側コア部、およびコイル素子から露出され、内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部を有するリアクトルである。この本発明リアクトルは、一つの内側コア部と一つの外側コア部との組物を被覆樹脂により一体化したコア部品を一対、備え、これら一対のコア部品を組み合わせることで、両コア部品に備わる各コア部が環状に配列されて上記磁性コアが形成されることを特徴とする。 The reactor of the present invention includes a coil having a pair of coil elements connected in parallel and an annular magnetic core inserted into the coil element, and the magnetic core is disposed inside the coil element. And a pair of outer core portions that are exposed from the coil element and form a closed magnetic path with the inner core portion. The reactor according to the present invention includes a pair of core parts obtained by integrating a set of one inner core part and one outer core part with a coating resin, and is provided in both core parts by combining the pair of core parts. The cores are arranged in a ring shape to form the magnetic core.
上記構成とすることで、従来必要であった磁性コアへのボビンの組み付け作業を省略でき、コイルと一対のコア部品を組み合わせるだけでリアクトルを完成させることができる。その結果、本発明リアクトルは、従来のリアクトルよりも組立作業性に優れるリアクトルとなる。 With the above-described configuration, it is possible to omit the work of assembling the bobbin to the magnetic core, which has been necessary in the past, and to complete the reactor only by combining the coil and the pair of core parts. As a result, the reactor of the present invention is a reactor that is superior in assembly workability compared to conventional reactors.
本発明リアクトルの一形態として、被覆樹脂は、外側コア部を覆う基部と、基部の一面側から突出し、内側コア部の周面を被覆する周面被覆部と、基部の一面側から突出し、周面被覆部に並列する係合筒部と、を備える形態を挙げることができる。その場合、周面被覆部は、基部から所定の長さに亘るベース被覆部と、ベース被覆部に連続し、ベース被覆部の外径よりも小さな外径を有する係合部と、を備える形態とする。そうすることで、一対のコア部品を組み合わせたときに、一方のコア部品の係合部が他方のコア部品の係合筒部に嵌まり込み、他方のコア部品の係合部が一方のコア部品の係合筒部に嵌まり込む。 As one form of the reactor of the present invention, the coating resin includes a base portion that covers the outer core portion, a peripheral surface covering portion that covers the peripheral surface of the inner core portion, a peripheral surface covering portion that covers the peripheral surface of the inner core portion, A form provided with the engagement cylinder part parallel to a surface covering part can be mentioned. In this case, the peripheral surface covering portion includes a base covering portion extending from the base portion over a predetermined length, and an engaging portion that is continuous with the base covering portion and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the base covering portion. And By doing so, when a pair of core parts is combined, the engaging part of one core part fits into the engaging cylinder part of the other core part, and the engaging part of the other core part is the one core It fits into the engagement cylinder of the part.
両コア部品に係合部と係合筒部を設けることで、両コア部品を組み合わせる作業を容易にすることができる。また、上記係合部と係合筒部により、両コア部品の互いの位置関係を一義的に決定することができるので、リアクトルを量産しても、各リアクトルにおける各コア部間の位置関係にバラツキが生じ難い。 By providing the engaging part and the engaging tube part on both core parts, the work of combining both core parts can be facilitated. Moreover, since the mutual positional relationship of both core components can be uniquely determined by the said engaging part and an engaging cylinder part, even if a reactor is mass-produced, it is in the positional relationship between each core part in each reactor. Difficult to occur.
本発明リアクトルの一形態として、基部は、周面被覆部と係合筒部の間で、基部から突出する仕切り部を備える形態とすることが挙げられる。 As one form of this invention reactor, it is mentioned that a base is set as the form provided with the partition part which protrudes from a base between a surrounding surface coating | coated part and an engagement cylinder part.
上記仕切り部を設けることで、コア部品にコイルを嵌め込んだときに、コイルに備わる二つのコイル素子間の絶縁を確実に確保することができる。 By providing the partition part, when the coil is fitted into the core part, insulation between the two coil elements provided in the coil can be reliably ensured.
本発明リアクトルの一形態として、外側コア部の下面は、被覆樹脂の基部から露出している構成を挙げることができる。 As one form of this invention reactor, the lower surface of an outer core part can mention the structure exposed from the base part of coating resin.
上記構成のように、基部の下面から外側コア部の下面が露出していれば、コア部品を他の部材に取り付けた際、外側コア部の熱を効率的に他の部材に放熱させることができる。なお、上記他の部材としては、冷却ベースなどのリアクトルの設置対象、あるいは後述する放熱板を備える場合はその放熱板を挙げることができる。 If the lower surface of the outer core portion is exposed from the lower surface of the base portion as in the above configuration, the heat of the outer core portion can be efficiently radiated to the other member when the core component is attached to the other member. it can. In addition, as said other member, when providing the installation object of reactors, such as a cooling base, or the heat sink mentioned later, the heat sink can be mentioned.
本発明リアクトルの一形態として、コア部品は、コア部品を他の部材に取り付けるための取付部を備える形態とすることが挙げられる。その場合、取付部は、コア部品を構成する被覆樹脂と、被覆樹脂により保持され、コア部品を他の部材に固定する固定部材を挿通させる筒状体と、で構成されることが好ましい。 As one form of this invention reactor, it is mentioned that a core component is set as the form provided with the attaching part for attaching a core component to another member. In that case, it is preferable that the attachment portion is constituted by a coating resin that constitutes the core component, and a cylindrical body that is held by the coating resin and allows a fixing member that fixes the core component to another member to be inserted.
取付部を形成することで、コア部品を上記他の部材に容易に固定することができる。また、上記構成では、取付部に筒状体が配置されているため、取付部は固定部材の締付力に対して耐力を発揮する。この筒状体は、被覆樹脂よりも高剛性の材質から構成すると良く、例えば、金属(合金)などで筒状体を構成することが好ましい。 By forming the attachment portion, the core component can be easily fixed to the other member. Moreover, in the said structure, since the cylindrical body is arrange | positioned at the attaching part, the attaching part exhibits proof strength with respect to the clamping force of a fixing member. The cylindrical body may be made of a material having higher rigidity than the coating resin. For example, the cylindrical body is preferably made of a metal (alloy) or the like.
本発明リアクトルの一形態として、コイルと一対のコア部品との組合体が載置される非磁性金属の放熱板と、組合体と放熱板との間に配置され、両者を接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備える形態とすることが挙げられる。 As one form of the reactor of the present invention, a non-magnetic metal heat sink on which a combination of a coil and a pair of core parts is placed, and an insulating resin disposed between the combination and the heat sink It is mentioned that it is set as the form provided with the joining layer containing.
金属製の放熱板を備える構成とすることで、リアクトルで発生した熱をリアクトルの設置対象に効率的に放熱させることができる。近年、ハイブリッド自動車などに利用されるリアクトルは、高周波・大電流で使用されることが多く、リアクトルに備わるコイルや磁性コアの発熱量が増大する傾向にある。これに対して、金属製の放熱板を備える本発明リアクトルは、リアクトルで発生した熱を効率的に放熱させることができる構成であるため、例えば100A以上の大電流で使用した場合でも、その動作が不安定になり難い。なお、本発明リアクトルにおける組合体と放熱板との絶縁は、絶縁性樹脂を含む接合層により担保される。 By setting it as a structure provided with a metal heat sink, the heat generated in the reactor can be efficiently radiated to the installation target of the reactor. In recent years, reactors used in hybrid vehicles and the like are often used at high frequencies and large currents, and the amount of heat generated by the coils and magnetic cores of the reactors tends to increase. On the other hand, the reactor of the present invention including a metal heat sink is configured to efficiently dissipate the heat generated in the reactor, so that even when used with a large current of 100 A or more, for example, the operation thereof Is less likely to become unstable. In addition, the insulation with the combination body and heat sink in this invention reactor is ensured by the joining layer containing insulating resin.
本発明リアクトルの一形態として、放熱板は、リアクトルを設置対象に固定する固定部材を挿通させる挿通孔を備える形態とすることが挙げられる。 As one form of this invention reactor, it is mentioned that a heat sink has a form provided with the insertion hole which penetrates the fixing member which fixes a reactor to installation object.
放熱板に挿通孔を形成することで、冷却ベースなどの設置対象にリアクトルを容易に取り付けることができる。 By forming the insertion hole in the heat radiating plate, the reactor can be easily attached to an installation target such as a cooling base.
上記挿通孔を備える放熱板と接合層とを備える本発明リアクトルの一形態として、放熱板の挿通孔は、コア部品の取付部に備わる筒状体と重複し、コア部品と放熱板を一体に設置対象に固定できるように構成されている形態とすることが挙げられる。 As one form of this invention reactor provided with the heat sink provided with the said insertion hole, and a joining layer, the insertion hole of a heat sink overlaps with the cylindrical body with which the attachment part of a core component is equipped, and a core component and a heat sink are integrated. It is mentioned that it is set as the form comprised so that it can fix to installation object.
上記構成とすることで、固定部材をコア部品の筒状体に挿通させれば、放熱板の挿通孔にも挿通されるので、固定部材によって組合体と放熱板を一体に設置対象に固定することができる。 With the above configuration, if the fixing member is inserted into the cylindrical body of the core part, it is also inserted into the insertion hole of the heat radiating plate, so the assembly and the heat radiating plate are integrally fixed to the installation target by the fixing member. be able to.
上記本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。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ものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである形態が挙げられる。この本発明コンバータは、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。本発明の電力変換装置として、入力電圧を変換するコンバータと、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ための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである形態が挙げられる。 The reactor of the present invention can be suitably used as a component part of a converter. The converter of the present invention includes a switching element, a drive circuit that controls the operation of the switching element, and a reactor that smoothes the switching operation, and converts the input voltage by the operation of the switching element. The form whose reactor is this invention reactor is mentioned. This converter of the present invention can be suitably used as a component part of a power converter. As a power converter of the present invention, a converter for converting an input voltage and an inverter connected to the converter for converting direct current and alternating current to each other and driving a load with the power converted by the inverter And the converter is a converter according to the present invention.
組立作業性に優れる本発明リアクトルを用いた本発明コンバータ、及び本発明電力変換装置は、生産性に優れる。その結果、これらを備える機器(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。 The converter of the present invention using the reactor of the present invention that is excellent in assembling workability and the power converter of the present invention are excellent in productivity. As a result, it contributes to the improvement of the productivity of equipment (for example, a vehicle such as a hybrid car) provided with these.
本発明リアクトルは、組立作業性に優れる。 The reactor of the present invention is excellent in assembling workability.
以下、本発明の実施形態をより具体的に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically. The same reference numerals in the figure indicate the same names.
<実施形態1>
図1〜4を参照して、実施形態1のリアクトル1を説明する。図1,2に示すリアクトル1は、一対のコイル素子2A,2Bを備えるコイル2と、コイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3(図3を参照。図1,2では磁性コア3は外観上、見えない)との組合体10を、放熱板6上に配置した構成を備える。このリアクトル1の特徴とするところは、磁性コア3が、一対のコア部品4A,4Bを組み合わせて構成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の各構成を詳細に説明する。
<
The
≪組合体≫
本実施形態の組合体10は、図3の分解斜視図に示すように、コイル2と、このコイル2に組付けられる磁性コア3と、を備える。
≪Union body≫
As shown in the exploded perspective view of FIG. 3, the combined
〔コイル〕
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3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。
〔coil〕
The
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。
As the
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、後述する押え部材8に埋設される端子部材9A,9Bに接続されている(図1を参照)。この端子部材9A,9B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。
Both
〔磁性コア〕
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2から露出されている一対の外側コア部32,32とを環状に組み合わせて形成される。ここで、本実施形態では、これらコア部は被覆樹脂により一体化されたコア部品4Aと第二コア部品4Bの形態で用いられている。これら第一コア部品4A,4Bは同形状の部材であり、第一コア部品4Aを水平方向に180°回転させれば、第二コア部品4Bになる。従って、第二コア部品4Bの各部には第一コア部品4Aと同一の符号を付し、以降は第一コア部品4Aを例にして説明する。
[Magnetic core]
The magnetic core 3 is formed by annularly combining a pair of
[コア部品]
図3に示すように、第一コア部品4Aは、一つの内側コア部31と一つの外側コア部32との組物を被覆樹脂5Aで一体化した概略L字型の部材である(なお、図3に示すように、両コア部31,32は殆ど被覆樹脂5Aで覆われており、外観上から確認し難くなっている)。端的に言えば内側コア部31と、外側コア部32と、筒状ボビンと、枠状ボビンとが一体に形成された部材が第一コア部品4Aである。つまり、被覆樹脂5Aは、従来構成におけるボビンと同じ役割を果たすものと考えて良い。
[Core parts]
As shown in FIG. 3, the
内側コア部31は、図3の右下の点線丸囲みに示すように、略直方体状の磁性材料からなるコア片31mと、コア片31mよりも低透磁率のギャップ材31gとを交互に連結した積層柱状体である。
The
一方、外側コア部32は、図3の左上の点線丸囲みに示すように、例えばその上面が略ドーム状の柱状のコア片である。本実施形態では、外側コア部32の一部を除いて被覆樹脂5Aで覆われている。外側コア部32の被覆樹脂5Aで覆われない部分については被覆樹脂5Aの説明の際に述べる。
On the other hand, the
上記内側コア部31と外側コア部32とを一体化する被覆樹脂5Aは、基部51Aと、周面被覆部52Aと、係合筒部53Aと、を備える。周面被覆部52Aと係合筒部53Aとは、基部51Aの一面側から並列された状態で突出している。
The covering
基部51Aは、外側コア部32のうち、周面被覆部52Aと係合筒部53Aの筒内部に相当する部分、および外側コア部32の下面に相当する部分以外の部分を全て覆っている。ここで、周面被覆部52Aには後述するように内側コア部31が配置されているため、この部分からは外側コア部32は露出していない。
The base portion 51 </ b> A covers all portions of the
基部51Aは、周面被覆部52Aと係合筒部53Aとの間で、基部51Aから突出する仕切り部519を備える。仕切り部519は、コア部品4A,4Bに嵌め込まれるコイル2の両コイル素子2A,2Bの間に配置され、両コイル素子2A,2Bの離隔状態を保持するためのものである。これによって両コイル素子2A,2B間の絶縁を確実に確保することができる。
51 A of base parts are provided with the
また、基部51Aは、コア部品4Aを上面視したときに外側コア部32と重複しない位置に取付部510を備える。取付部510は、コア部品4Aを後述する放熱板6(図2を参照)に取り付けるための部分であって、図3の左下の点線丸囲みに示すように、被覆樹脂5Aと、この被覆樹脂5Aにより保持される筒状体511とで構成される。本実施形態では、図2に示すように、ボルトなどの固定部材10Cを取付部510の孔(図3の筒状体511の内部)に挿通させ、放熱板6の取付孔61hにネジ留めすることで、コア部品4A,4B(即ち、組合体10)を放熱板6に固定している。ここで、筒状体511は、被覆樹脂5Aよりも剛性が高い材質、例えばステンレスなどの合金で構成すると良く、そうすることで、固定部材10Cの締付力によって取付部510が変形・破損することを抑制できる。
Further, the
周面被覆部52Aは、図3に示すように、上述した内側コア部31の周面を、その長手方向のほぼ全長に亘って覆っている。つまり、周面被覆部52Aは、従来構成における筒状ボビンの役割を担っている。この周面被覆部52Aは、基部51Aから所定の長さに亘るベース被覆部523と、そのベース被覆部523に連続する係合部527とからなる。係合部527の外径はベース被覆部523の外径よりも小さく、係合部527の内径はベース被覆部523の内径と等しい。つまり、係合部527は、ベース被覆部523よりも薄肉に形成されており、この係合部527を、第一コア部品4Aに対向する第二コア部品4Bの係合筒部53Aに挿入できるようになっている。そのため、第一コア部品4Aと第二コア部品4Bとを互いに近づけると、両コア部品4A,4Bの係合筒部53Aと係合部527とが嵌め合わされ、両コア部品4A,4Bが環状に繋がった状態となる。
As shown in FIG. 3, the circumferential surface covering portion 52 </ b> A covers the circumferential surface of the
ここで、既に述べたように、係合部527と嵌め合わされる係合筒部53Aの筒内部には、外側コア部32が露出している(図3のコア部品4Bの係合筒部53Aの部分を参照)。従って、第一コア部品4Aと第二コア部品4Bを組み合わせると、内側コア部31が、ギャップ材31gを介して外側コア部32に連結される。このように、第一コア部品4Aと第二コア部品4Bとを嵌め合わせるだけで、一対の内側コア部31,31と、一対の外側コア部32,32とが環状に配置された磁性コア3が形成される。
Here, as already described, the
以上説明した被覆樹脂5Aの構成材料には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ナイロン6、ナイロン66、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂などの熱可塑性樹脂を利用することができる。
Examples of the constituent material of the
[コア片の材質]
上記内側コア部31と外側コア部32を構成する各コア片には、鉄などの鉄属金属やその合金などに代表される軟磁性粉末を用いた圧粉成形体や、軟磁性粉末を含む樹脂からなる成形硬化体、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などが利用できる。
[Material of core piece]
Each core piece constituting the
内側コア部31,31を構成するコア片31mと、外側コア部32,32とは、磁気特性を異ならせても良い。例えば、コア片31mと外側コア部32とで使用する材質を異ならせることで両者の磁気特性を異ならせても良いし、コア片31mを成形硬化体、外側コア部32を圧粉成形体とすることで両者の磁気特性を異ならせても良い。一般に、成形硬化体に含まれる磁性粉末の量は、圧粉成形体と比較して少ない傾向にあるため、『成形硬化体の比透磁率<圧粉成形体の比透磁率』となる。そのため、内側コア部31を成形硬化体、外側コア部32を圧粉成形体とすれば、大電流で使用した場合でも磁気飽和し難い磁性コア3(リアクトル1)とすることができる。なお、内側コア部を成形硬化体で構成する場合、成形硬化体からなる一つのコア片と、そのコア片の両端面に貼り合わされる二枚のギャップ材とで内側コア部を形成しても良い。
The
≪放熱板≫
放熱板6は、組合体10を支持しつつ、組合体10から設置対象への放熱経路として機能する板状の部材であり、本実施形態では組合体10の設置対象側面よりも大きい。具体的には、図2に示すように、放熱板6の一面側(紙面上方側)が組合体10を搭載する搭載面であり、放熱板6の他面側(紙面下方側)がリアクトル1を冷却する設置対象(図示せず)への取り付け面である。
≪Heat sink≫
The
上記放熱板6は、磁束の遮蔽性、熱伝導性の観点から非磁性金属で構成することが好ましい。具体的な金属としては、例えば、アルミニウム(熱伝導率:237W/m・K)やその合金が好ましく、その他、マグネシウム(156W/m・K)やその合金、銅(398W/m・K)やその合金、銀(427W/m・K)やその合金、鉄やオーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS304:16.7W/m・K)であってもよい。上記アルミニウムやマグネシウム、その合金を利用すると、リアクトル1を軽量化することができる。特に、アルミニウムやその合金は、耐食性に優れ、マグネシウムやマグネシウム合金は制振性に優れるため、車載部品に好適に利用できる。これらの金属材料で構成される放熱板6は、ダイキャストといった鋳造の他、プレス加工などの塑性加工により形成することができる。
The
上記放熱板6の厚さは、放熱板6の材質によって適宜選択することができる。例えば、アルミニウムなどの非磁性金属で放熱板6を構成する場合、放熱板6の厚さを1〜5mm程度とすると、十分な強度と磁束の遮蔽性を有する放熱板6とすることができる。
The thickness of the
上記放熱板6の四隅で、組合体10との接合領域外には、固定部材(例えば、ボルト)10Cによって、コア部品4A,4Bを放熱板6に固定するためのコア部品取付孔61hが設けられている。ここで、本実施形態におけるコア部品取付孔61hは、リアクトル1を冷却ベースなどの設置対象に固定するための挿通孔を兼ねている。そのため、固定部材(例えば、ボルト)10Cによって、コア部品4A,4Bを放熱板6に固定すると共に、放熱板6を設置対象に固定することができる。もちろん、コア部品取付孔61hと独立してリアクトル1を設置対象に固定するための挿通孔があっても良い。
At the four corners of the
その他、放熱板6には、後述する押え部材8を取り付けるための押え部材取付穴6Ah,6Bhが設けられている。この押え部材取付穴6Ah,6Bhも、組合体10の接合領域外に設けられている。
In addition, the
≪接合層≫
接合層7は、組合体10のうち放熱板6に対向する部分(即ち、コイル素子2A,2Bの下面、および外側コア部32の下面)と、放熱板6との間に形成され、組合体10と放熱板6と接合させる層である。
≪Junction layer≫
The
本実施形態では、非磁性金属からなる放熱板6と組合体10との間の絶縁を確保するための絶縁シート7Aと、その絶縁シート7A上に組合体10を接着するための接着シート7Bとで接合層7を形成した。絶縁シート7Aは接着剤などで放熱板6に貼り付けられる。一方、接着シート7Bは、その両面が粘着質で柔らかく、複雑な凹凸形状を有する組合体10を絶縁シート7Aに強固に密着させる機能を有する。
In the present embodiment, an insulating
絶縁シート7Aには所定の耐電圧特性(リアクトル1においては2.5kV/50μm以上)が求められる。また、絶縁シート7Aは、コイル2(コイル素子2A,2B)で発生した熱を効果的に放熱板6に伝達できるように、優れた熱伝導性を有することが好ましく、その熱伝導率は高いほど好ましい。例えば、熱伝導率は、0.1W/m・K以上、好ましくは0.15W/m・K以上、より好ましくは0.5W/m・K以上、さらに好ましくは1W/m・K以上、特に好ましくは2.0W/m・K以上である。
The
上記絶縁シート7Aの厚さは、放熱板6とコイル2との間に要求される絶縁特性を満たすように、適宜選択することができる。この絶縁シート7Aの厚さは、絶縁シート7Aの材質に何を用いるかによって変化するが、概ね10μm以上とすれば十分である。絶縁シート7Aはあまり厚くても意味がないので、絶縁シート7Aの厚みの上限は100μmとすると良い。また、絶縁シート7Aの厚さは、使用する材質の熱伝導率も考慮に入れて設定すると良い。例えば、絶縁シート7Aの熱伝導率が高ければ(例えば、エポキシ樹脂の絶縁シート=0.7W/m・K)、絶縁シート7Aは厚め(例えば、100〜300μm)として良いが、熱伝導率が低ければ(例えば、ポリイミド樹脂の絶縁シート=0.16W/m・K)、リアクトル1のコイル2と放熱板6との間で絶縁を確保できる範囲で、絶縁シート7Aを薄くする(例えば、10〜50μm)。
The thickness of the insulating
一方、接着シート7Bには、コイル2と放熱板6との間を十分に絶縁可能な程度の絶縁特性と、リアクトル1の使用時における最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性が求められる。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、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性の絶縁性樹脂が接着シート7Bに好適に利用できる。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、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く、そうすることで、接着シート7Bの絶縁性および放熱性を向上させることができる。接着シート7Bの熱伝導率は、0.1W/m・K以上とすることが好ましく、より好ましくは0.15W/m・K以上、さらに好ましくは0.5W/m・K以上、特に好ましくは1W/m・K以上、最も好ましくは2.0W/m・K以上である。
On the other hand, the
≪押え部材≫
押え部材8は、図1,2に示すように、第一コア部品4Aを放熱板6に向かって押圧して、組合体10を放熱板6に強固に固定するための部材である。また、押え部材8には、コイル2の端部2a,2bに接続される端子部材9A,9Bが埋設されており、当該押え部材8は、リアクトル1のコイル2と、図示しない電源などの外部機器とを電気的に接続する際の端子台としての役割も兼ねる。
≪Presser foot member≫
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressing
上記押え部材8は、図4に示すように、放熱板6(図1,2参照)への取付部となる脚部81と、脚部81の上端側で組合体10(図1,2参照)に向かって迫り出す押圧部82と、押圧部82とは反対側に迫り出す端子台部83とを備える。
As shown in FIG. 4, the pressing
脚部81には、コイル素子2A,2B(図1,2参照)の並列方向に張り出す張出部81A,81Bを備え、その張出部81A,81Bには、挿通孔8Ah,8Bhが形成されている。図2に示すように、この挿通孔8Ah,8Bhに固定部材10A,10Bであるボルトを挿通させ、その固定部材10A,10Bを放熱板6の押え部材取付穴6Ah,6Bhにネジ留めすることで、押え部材8を放熱板6に固定することができる(図1を合わせて参照)。なお、固定部材10A,10Bは、放熱板6を貫通し、設置対象に到達していても良い。その場合、リアクトル1の設置対象への固定状態をより強固にすることができる。
The
押圧部82は、図1に示すように、放熱板6に押え部材8を固定したときに、第一コア部品4Aの上面に当接し、第一コア部品4Aを放熱板6に向かって押圧する。つまり、この押圧部82と放熱板6とで組合体10を挟み込みことができ、その結果、放熱板6からの組合体10の脱落が抑制される。
As shown in FIG. 1, the
端子台部83は、図4に示すように、コイル2の端部2a,2bに接続される端子部材9A,9Bと、電源などから伸びるリード線の端子とを接続させるときの台座となる。この端子台部83の上面には、押え部材8に埋設される端子部材9A,9Bの一部が露出している。また、その端子部材9A,9Bのうち、端子台部83とは反対側の端部は、押圧部82から突出し、上方に屈曲しており、その突出部分には、図1,2に示すように、コイル2の端部2a,2bが接続される。そのため、端子台部83に露出する端子部材9A,9Bにリード線を接続すれば、端子部材9A,9Bを介してコイル2に通電される。なお、端子台部83における端子部材9A,9Bの露出した部分の下面には、ネジ溝を切ったカラーが埋設されており、リード線の端子と端子部材9A,9Bとをネジ留めできるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
また、端子台部83の中間部における端子部材9A,9Bの間には、仕切り板83Fが形成されている(図4)。この仕切り板83Fによって端子部材9A,9B間の絶縁を確保できるし、端子部材9A,9Bにそれぞれ接続されるリード線の端子同士が接触・導通することを回避できる。
In addition, a
≪用途≫
上記構成を備えるリアクトル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。
≪Usage≫
≪効果≫
以上説明した実施形態1のリアクトル1では、その組立の際に、従来の構成のように磁性コアにボビンを嵌め込む作業を必要とせず、コイル2とコア部品4A,4Bとを組み合わせるだけで、リアクトル1の組合体10を完成させることができる。そのため、リアクトル1は、従来構成に比べて組立作業性に優れる。
≪Effect≫
In the
<変形実施形態>
実施形態1では、接合層7として、絶縁シート7Aと接着シート7Bの二層構造とした(図2参照)。これに対して、絶縁性樹脂からなる一層構造の接合層を備えるリアクトル1としても良い。本構成を実施形態1の参照図面である図2を利用して説明する。
<Modified Embodiment>
In the first embodiment, the
変形実施形態ではアルミニウムなどの非磁性金属でできた放熱板6の上に、絶縁性樹脂の接着剤で接合層7を形成し、その接合層7の上に直接、組合体10を載置する。そうすることで、一層の接合層7を介して組合体10と放熱板6とを接合できる。接合層7の材質としては、実施形態1の接着シート7Bと同様の絶縁性樹脂を利用できる。もちろん、接合層を構成する絶縁性樹脂はセラミックスフィラーを含有していても良い。
In a modified embodiment, a
一層の接合層7を形成する構成の場合、その接合層7の形成領域を粗面化処理することが好ましい。放熱板6に粗面化領域を形成することで、当該領域上に接合層7を形成したとき、当該領域の凹凸に接合層7が入り込んで、放熱板6と接合層7との密着性が増す。また、放熱板6と接合層7の接触面積が増大するので、放熱板6と接合層7との間の伝熱効率が向上する。
In the case of a structure in which a single layer of the
放熱板6の粗面化領域における粗さは、算術平均粗さRaで1μm以上とすることが好ましく、より好ましいRaは3μm以上である。そうすることで、単に放熱板6上に接合層7を形成するよりも顕著に放熱板6と接合層7との密着性、および伝熱効率を向上させることができる。ここで、上記粗面化領域のRaの上限は10μmとすることが好ましい。粗面化領域が粗すぎると、粗面化領域の凹凸に上手く接合層7が入り込まない可能性が僅かながらもあるからである。
The roughness in the roughened region of the
放熱板6の粗面化処理方法としては、(1)アルマイト処理に代表される陽極酸化処理、(2)公知の手法による針状めっき、(3)公知の手法による分子接合化合物の植え付け、(4)レーザによる微細な溝加工、(5)公知の特殊溶液を用いたナノオーダーのディンプル形成、(6)エッチング処理、(7)サンドブラストやショットブラスト、(8)鑢がけ、(9)水酸化ナトリウムによる艶消し処理、(10)金属ブラシによる表面への傷付け処理など、金属と樹脂との密着性を高めるための公知の手法を利用することができる。特に、(6)のエッチング処理が好ましい。
The roughening treatment method of the
<実施形態2>
実施形態1のリアクトル1は、例えば、車両などに載置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。
<
The
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。
For example, a
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1を用いる。軽量で扱い易いこれらリアクトル1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。
As shown in FIG. 6, the
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例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。
Here, the
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention.
本発明リアクトルは、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。 The reactor of the present invention can be used as a component 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.
1 リアクトル
10 組合体
2 コイル
2A,2B コイル素子 2a,2b 端部 2r コイル素子連結部
3 磁性コア
31 内側コア部 31m コア片 31g ギャップ材
32 外側コア部
4A 第一コア部品 4B 第二コア部品
5A 被覆樹脂
51A 基部 510 取付部 511 筒状体 519 仕切り部
52A 周面被覆部 523 ベース被覆部 527 係合部
53A 係合筒部
6 放熱板
61h コア部品取付孔(挿通孔) 6Ah,6Bh 押え部材取付穴
7 接合層 7A 絶縁シート 7B 接着シート
8 押え部材
81 脚部 81A,81B 張出部 8Ah,8Bh 挿通孔
82 押圧部 83 端子台部 83F 仕切り板
9A,9B 端子部材
10A,10B,10C 固定部材
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記磁性コアが、前記コイル素子の内部に配置される一対の内側コア部、および前記コイル素子から露出され、前記内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部を有するリアクトルであって、
一つの内側コア部と一つの外側コア部との組物を被覆樹脂により一体化したコア部品を一対、備え、
これら一対のコア部品を組み合わせることで、両コア部品に備わる各コア部が環状に配列されて前記磁性コアが形成されており、
前記コア部品は、当該コア部品を他の部材に取り付けるための取付部を備え、
前記取付部は、
前記コア部品を構成する被覆樹脂と、
当該被覆樹脂により保持され、当該コア部品を他の部材に固定する固定部材を挿通させる筒状体と、を備えており、
さらに、前記コイルと前記一対のコア部品との組合体が載置される非磁性金属の放熱板と、前記組合体と前記放熱板との間に配置され、両者を接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備え、
前記放熱板は、前記リアクトルを設置対象に固定する固定部材を挿通させる挿通孔を備え、この挿通孔は、前記筒状体と重複し、前記コア部品と前記放熱板を一体に前記設置対象に固定できるように構成されているリアクトル。 A coil having a pair of coil elements connected in parallel, and an annular magnetic core inserted through the coil elements;
The magnetic core is a reactor having a pair of inner core portions disposed inside the coil element, and a pair of outer core portions that are exposed from the coil element and form a closed magnetic path with the inner core portion,
A pair of core parts in which a set of one inner core part and one outer core part is integrated with a coating resin,
By combining these pair of core parts, each core part provided in both core parts is arranged in an annular shape to form the magnetic core,
The core component includes an attachment portion for attaching the core component to another member,
The mounting portion is
A coating resin constituting the core component;
A cylindrical body that is held by the coating resin and through which a fixing member that fixes the core component to another member is inserted ;
Furthermore, a non-magnetic metal heat radiating plate on which a combination of the coil and the pair of core parts is placed, and an insulating resin disposed between the combination and the heat radiating plate are joined. A bonding layer,
The heat radiating plate includes an insertion hole through which a fixing member for fixing the reactor to the installation target is inserted. The insertion hole overlaps the cylindrical body, and the core component and the heat radiating plate are integrated with the installation target. Reactor configured to be fixed .
前記周面被覆部は、前記基部から所定の長さに亘るベース被覆部と、前記ベース被覆部に連続し、前記ベース被覆部の外径よりも小さな外径を有する係合部と、を備え、
前記一対のコア部品を組み合わせたときに、一方のコア部品の前記係合部が他方のコア部品の前記係合筒部に嵌まり込み、他方のコア部品の前記係合部が一方のコア部品の前記係合筒部に嵌まり込む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The covering resin includes a base portion that covers the outer core portion, a peripheral surface covering portion that protrudes from one surface side of the base portion, a peripheral surface covering portion that covers the peripheral surface of the inner core portion, and a peripheral surface covering portion that protrudes from the one surface side of the base portion. An engagement tube portion in parallel with the portion,
The peripheral surface covering portion includes a base covering portion extending from the base to a predetermined length, and an engaging portion that is continuous with the base covering portion and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the base covering portion. ,
When the pair of core parts are combined, the engaging part of one core part fits into the engaging tube part of the other core part, and the engaging part of the other core part is one core part. The reactor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the reactor is fitted into the engagement cylinder portion.
前記リアクトルは、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であるコンバータ。 A converter that includes a switching element, a drive circuit that controls the operation of the switching element, and a reactor that smoothes the switching operation, and converts the input voltage by the operation of the switching element,
The said reactor is a converter which is a reactor of any one of Claims 1-5 .
前記コンバータは、請求項6に記載のコンバータである電力変換装置。 A converter for converting an input voltage, and an inverter connected to the converter and converting between direct current and alternating current, and for driving a load with electric power converted by the inverter,
The said converter is a power converter device which is a converter of Claim 6 .
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