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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-228687(P2017-228687A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】磁気回路部品
(51)【国際特許分類】
   H01F 27/24 20060101AFI20171201BHJP
   H01F 27/26 20060101ALI20171201BHJP
   H01F 37/00 20060101ALI20171201BHJP
【FI】
   H01F27/24 H
   H01F27/24 C
   H01F27/24 K
   H01F27/26 U
   H01F37/00 A
   H01F37/00 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-124543(P2016-124543)
(22)【出願日】2016年6月23日
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】特許業務法人 サトー国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】近藤 尚弥
(72)【発明者】
【氏名】坂本 章
(57)【要約】
【課題】コアに応力が印加することによってコアの特性が劣化することを防止する。
【解決手段】実施形態の磁気回路部品は、コア(2、19)と、コア(2、19)に磁束が流れるように巻回されたコイル(3、4、5、24、25)と、コア(2、19)及びコイル(3、4、5、24、25)を収容する筐体(6)と、コア(2、19)とコイル(3、4、5、24、25)の間の隙間を含む筐体(6)内に充填硬化された封止樹脂(7)と、コア(2、19)の内部またはコア(2、19)の表面に設けられ、ヤング率が前記コア(2、19)のヤング率よりも低い低ヤング率部材(10、18)とを備えたものである。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コア(2、19)と、
前記コア(2、19)に磁束が流れるように巻回されたコイル(3、4、5、24、25)と、
前記コア(2、19)及び前記コイル(3、4、5、24、25)を収容する筐体(6)と、
前記コア(2、19)と前記コイル(3、4、5、24、25)の間の隙間を含む前記筐体(6)内に充填硬化された封止樹脂(7)と、
前記コア(2、19)の内部または前記コア(2、19)の表面に設けられ、ヤング率が前記コア(2、19)のヤング率よりも低い低ヤング率部材(10、18)と、
を備えた磁気回路部品。
【請求項2】
前記低ヤング率部材(10、18)は、前記封止樹脂(7)のヤング率よりも低いヤング率を有することを特徴とする請求項1記載の磁気回路部品。
【請求項3】
前記コア(2、19)を、2つ以上の部分コア(8、9、20、21)で構成し、
前記部分コア(8、9、20、21)の接合部に、前記低ヤング率部材(10、18)を挟むように構成したことを特徴とする請求項1または2記載の磁気回路部品。
【請求項4】
前記部分コア(20、21)の接合部は、前記コア(19)に流れる磁束に鎖交するように設けられ、
前記低ヤング率部材(18)は、非磁性材であることを特徴とする請求項3記載の磁気回路部品。
【請求項5】
前記部分コア(8、9)は、それぞれ閉ループの磁路を有し、
前記部分コア(8、9)の接合部の両側において、2つの磁路が前記部分コア(8、9)の接合部に沿う方向に延びるように配置されていることを特徴とする請求項3記載の磁気回路部品。
【請求項6】
前記コア(2、19)は、アモルファス鉄心で構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の磁気回路部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される磁気回路部品に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばハイブリッド車に搭載されているリアクトルは、コアにボビンを介してコイルを巻回し、全体が樹脂で封止されている。このような構成のリアクトルでは、コイルの銅損やコアの鉄損が発生して発熱するため、リアクトルの下面に放熱板を設け、コイル及びコアで発生した熱をボビンと封止樹脂を介して放熱板へ放熱している。しかし、ボビンとコアの線膨張係数の相違からヒートショックにより封止樹脂やボビンにクラックが発生するという問題があった。
【0003】
クラックの発生を防止する構成として、特許文献1に記載されたリアクトルが知られている。このリアクトルにおいては、ボビンレスの構成とすることにより、線膨張係数の差を低減し、また、フィラーが配合された封止樹脂でコイルとコアの隙間を封止している。この構成のリアクトルによれば、クラックを発生し難くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−94328号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1記載の構成においては、コイルとコアとの間に所定の隙間を形成するために両者を位置決めする必要があり、コアは板ばねのばね力を利用して固定し、コイルは上面から加圧して固定している。
【0006】
ところで、磁歪効果により、コアに応力が印加すると、コアの透磁率が低下したり、コアの損失が増加したりすることが知られている(例えばSEIテクニカルレビュー2008年7月「圧粉磁心の動作時印加応力環境下における磁気特性評価」参照)。このため、上記特許文献1の構成においては、板ばねのばね力による加圧や、封止樹脂が硬化するときの加圧によって、コアの特性が劣化する、即ち、損失が増加したり、透磁率が低下したりすることがあった。
【0007】
本発明の目的は、コアに応力が印加することによってコアの特性が劣化することを防止できる磁気回路部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1の発明は、コア(2、19)と、前記コア(2、19)に磁束が流れるように巻回されたコイル(3、4、5、24、25)と、前記コア(2、19)及び前記コイル(3、4、5、24、25)を収容する筐体(6)と、前記コア(2、19)と前記コイル(3、4、5、24、25)の間の隙間を含む前記筐体(6)内に充填硬化された封止樹脂(7)と、前記コア(2、19)の内部または前記コア(2、19)の表面に設けられ、ヤング率が前記コア(2、19)のヤング率よりも低い低ヤング率部材(10、18)とを備えた磁気回路部品である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】第1実施形態を示すリアクトルの断面図
図2】コアの斜視図
図3】ヤング率と応力との関係を表にして示す図
図4】ヤング率と応力との関係を示す特性図
図5】各部材の材料特性を表にして示す図
図6】低ヤング率部材の厚さと応力との関係を表にして示す図
図7】低ヤング率部材の厚さと応力との関係を示す特性図
図8】第2実施形態を示すリアクトルの断面図
図9】第3実施形態を示すリアクトルの断面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について、図1ないし図7を参照して説明する。本実施形態のリアクトル1は、コア2と、コア2に巻回された3個のコイル3、4、5と、コア2及びコイル3、4、5を収容するケース6と、ケース6内に充填されるものであってコア2及びコイル3、4、5を封止する封止樹脂7とを備えて構成されている。
【0011】
ケース6は、例えばアルミニウムで形成されており、例えば矩形箱状に構成されている。ケース6が筐体を構成している。封止樹脂7としては、例えばエポキシ樹脂が用いられており、熱伝導性を向上させるために、フィラー等を適宜混合することが好ましい。尚、封止樹脂7として、他の樹脂、例えば、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂等を用いても良い。また、フィラーとして、例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等を用いても良い。
【0012】
コア2は、図1及び図2に示すように、部分コア8、9と、これら部分コア8、9の背面部8a、9aの間に挟むように設けられた低ヤング率部材10とを備えている。この場合、部分コア8、9の背面部8a、9a間に低ヤング率部材10を挟むと共に、部分コア8の背面部8aと低ヤング率部材10との間及び部分コア9の背面部9aと低ヤング率部材10との間を例えば接着することにより、コア2を形成している。尚、部分コア8、9の背面部8a、9a間を接着する接着剤を低ヤング率部材とすることにより、部分コア8、9を接着する接着剤層を、低ヤング率部材10とするように構成しても良い。
【0013】
上記したように構成されたコア2は、3個のコイル巻回部11、12、13を有しており、これらコイル巻回部11、12、13にコイル3、4、5がそれぞれ巻回されている。尚、コイル巻回部11、12、13とコイル3、4、5との間には、図示しないボビンを設けるように構成しても良いし、ボビンを設けないように構成しても良い。ボビンを設けない構成の場合には、特許文献1と同様にして、コイル巻回部11、12、13とコイル3、4、5との間に、熱伝導性の高い封止樹脂7を設けることが好ましい。
【0014】
部分コア8、9は、例えば圧粉鉄心、アモルファス鉄心、電磁純鉄鉄心または積層鉄心等で構成されている。部分コア8、9は、左右対称の形状である点以外は、具体的構成が同じであり、部分コア8について説明する。部分コア8は、例えば破線で示す分割線14、15で2つに分割された分割部分コア16、17を有する。分割部分コア16の端部16a、16bと、分割部分コア17の端部17a、17bを当接させて接合することにより、部分コア8を構成している。
【0015】
そして、部分コア8、9の分割部分コア16、17を接合すると共に、部分コア8、9の背面部8a、9aを接合するときに、コイル3、4、5をコイル巻回部11、12、13に挿入(即ち、巻回)するように構成されている。尚、図1に示す分割線14、15の位置は、一例であり、コイル巻回部11、12、13の図1中の上下方向の距離Hの間であれば、どこに分割線を配置しても良い。
【0016】
また、分割部分コア16の端部16a、16bと、分割部分コア17の端部17a、17bを当接させて接合する際に、端部16a、16bと端部17a、17bの間に、図示しないギャップ板(即ち、磁気抵抗部材)を適宜配設するように構成しても良い。ギャップ板を配設することにより、リアクトル1の磁化特性を調整することが可能となる。
【0017】
さて、本実施形態の場合、低ヤング率部材10は、ヤング率が例えば0.3MPa程度のシリコーン樹脂で構成されている。尚、低ヤング率部材10を、ヤング率が他の値、例えば200MPa、2000MPa、または、20000MPa等を有する種々の部材(例えば樹脂)で構成することも好ましい。
【0018】
ここで、リアクトル1の大きさ、即ち、各部材の寸法の一例について、説明する。図1及び図2に示すように、コア2の図1中の左右方向の寸法A1は例えば100mm程度、コア2の図1中の上下方向の寸法A2は例えば80mm程度、コア2の図2中の上下方向の寸法A3は例えば20mm程度に設定されている。また、図1中において、封止樹脂7のコア2の下部とケース6との間の部分の寸法B1は例えば3mm程度に設定され、ケース6の厚み寸法B2は例えば5mm程度に設定されている。低ヤング率部材10の厚み寸法tは、例えば3mm程度に設定されている。
【0019】
次に、上記構成のリアクトル1について、コア2に作用する応力(例えば封止樹脂7の硬化収縮による応力)を測定した結果について、以下説明する。まず、低ヤング率部材10の厚み寸法tを例えば3mmに固定し、低ヤング率部材10のヤング率を、0.3MPa、200MPa、2000MPa、20000MPaと変化させた各構成のリアクトル1においてコア2に作用する応力、例えば、図2において、XZ平面に垂直に作用する応力と、YZ平面に垂直に作用する応力とを測定した。これら測定結果の表を図3に示し、測定結果のグラフを図4に示す。尚、図4において、菱形の点はXZ平面に垂直に作用する応力を示し、四角の点はYZ平面に垂直に作用する応力を示す。
【0020】
上記図4から、低ヤング率部材10のヤング率が小さくなるほど、コア2に作用する応力を小さくできることがわかる。但し、低ヤング率部材10のヤング率を200MPa程度まで小さくすると、それ以降は、ヤング率を小さくしても、応力がそれほど低下しないことがわかる。尚、リアクトル1を構成する各部材の材料特性を一覧表にしたものを、図5に示す。
【0021】
次に、低ヤング率部材10のヤング率を200MPaに固定し、低ヤング率部材10の厚み寸法tを、3mm、1.5mm、0mm(即ち、低ヤング率部材10無し)と変化させた各構成のリアクトル1においてコア2に作用する応力、例えば、図2において、XZ平面に垂直に作用する応力と、YZ平面に垂直に作用する応力とを測定した。これら測定結果の表を図6に示し、測定結果のグラフを図7に示す。図7において、菱形の点はXZ平面に垂直に作用する応力を示し、四角の点はYZ平面に垂直に作用する応力を示す。
【0022】
上記図7から、低ヤング率部材10の厚み寸法が厚くなるほど、コア2に作用する応力を小さくできることがわかる。但し、低ヤング率部材10の厚み寸法を1.5mm程度まで厚くすると、それ以降は、低ヤング率部材10の厚み寸法を厚くしても、応力がそれほど低下しないことがわかる。以上のことから、各部材の寸法や材料に合わせて、低ヤング率部材のヤング率、厚さを決めることが重要である。
【0023】
尚、図1において、矢印は、コア2に流れる磁束を示している。本実施形態の場合、部分コア8、9は、それぞれ閉ループの磁路を有し、部分コア8、9の接合部の両側において、2つの磁路が部分コア8、9の接合部に沿う方向に延びるように配置される構成となっている。
【0024】
上記した構成の本実施形態においては、コア2と、コア2に磁束が流れるように巻回されたコイル3、4、5と、コア2及びコイル3、4、5を収容するケース6と、コア2とコイル3、4、5の間の隙間を含むケース6内に充填硬化された封止樹脂7と、コア2の内部に設けられヤング率がコア2のヤング率よりも低い低ヤング率部材10とを備えた。この構成によれば、封止樹脂7の硬化等によりコア2に応力が印加することによってコア2の特性が劣化することを極力防止できる。
【0025】
特に、本実施形態のようなリアクトル1の構成の場合、封止樹脂7において、コア2とコイル3、4、5の放熱経路を確保する必要がある。そのため、封止樹脂7は、高熱伝導率を有することが望ましい。しかし、一般的に、樹脂を高熱伝導率化すると、樹脂の硬化後のヤング率が高くなる傾向があるため、樹脂の硬化時に発生する応力によってコア2の特性劣化がより一層ひどくなるおそれがある。これに対して、上記実施形態によれば、ヤング率がコア2のヤング率よりも低い低ヤング率部材10を、コア2の内部に設けるように構成したので、樹脂の硬化時に発生する応力によってコア2の特性が劣化することを抑制できる。
【0026】
また、コア2を、アモルファス鉄心で構成する場合、応力による影響が大きくなり、コア2の特性劣化がひどくなるおそれがある。このため、本実施形態のように構成することによって、より一層有効な効果を得ることができる。
【0027】
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第2実施形態においては、低ヤング率部材18に、リアクトル1の磁化特性を調整するギャップ板としての機能を持たせるように構成した。
【0028】
具体的には、コア19を、図8に示すように、断面形状がほぼO字型をなすコアで構成している。コア19は、低ヤング率部材18、18で2つに分割された分割コア20、21を有する。この構成の場合、分割コア20の端部20aと分割コア21の端部21aとの間に、及び、分割コア20の20bと分割コア21の端部21bとの間に低ヤング率部材18を挟む。更に、分割コア20の端部20aと低ヤング率部材18との間、分割コア21の端部21aと低ヤング率部材18との間、分割コア20の端部20bと低ヤング率部材18との間、及び、分割コア21の端部21bと低ヤング率部材18との間を、例えば接着することにより、コア19を構成している。尚、分割コア20の端部20aと分割コア21の端部21aとを接着する接着剤層、並びに、分割コア20の端部20bと分割コア21の端部21bとを接着する接着剤層を、低ヤング率部材18とするように構成しても良い。
【0029】
上記したように構成されたコア19は、2個のコイル巻回部22、23を有しており、これらコイル巻回部22、23にコイル24、25がそれぞれ巻回されている。尚、コイル巻回部22、23とコイル24、25との間には、図示しないボビンを設けるように構成しても良いし、ボビンを設けないように構成しても良い。ボビンを設けない構成の場合には、特許文献1と同様にして、コイル巻回部22、23とコイル24、25との間に、熱伝導性の高い封止樹脂7を設けることが好ましい。
【0030】
尚、図8において、矢印は、コア19に流れる磁束を示している。第2実施形態の場合、分割コア20、21の接合部は、コア19に流れる磁束に鎖交するように設けられている。
【0031】
また、上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第2実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第2実施形態によれば、低ヤング率部材18に、リアクトル1の磁化特性を調整するギャップ板としての機能を持たせるように構成したので、部品点数を低減することができる。
【0032】
また、上記第2実施形態では、コア19を2つに分割する位置を、図8に示す位置に設定したが、これに限られるものではなく、コア19を2つに分割する位置、即ち、低ヤング率部材18を配設する位置を他の位置に設定しても良い。
【0033】
例えば、図9に示す第3の実施形態のように、コア19におけるコイル24、25が巻回されていない部分で、2つに分割し、2つに分割された分割コア26、27を備えるように構成する。そして、分割コア26の端部26aと分割コア27の端部27aとの間に、及び、分割コア26の端部26bと分割コア27の端部27bとの間に、低ヤング率部材18を挟む構成とした。
【0034】
尚、上述した以外の第3実施形態の構成は、第2実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第3実施形態においても、第2実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0035】
また、上記各実施形態では、低ヤング率部材10、18を例えばシリコン樹脂等の非磁性材で構成したが、これに限られるものではなく、例えば低ヤング率の磁性材で構成しても良い。また、上記各実施形態では、低ヤング率部材10、18を、部分コア8、9の背面部の当接部分や、分割コア20、21、26、27の端部の当接部分に挟んで設けるように構成したが、これに限られるものではなく、コア2、19の外表面の全面に、または、コア2、19の外表面の一部分に、低ヤング率部材を例えば塗布して配設することが好ましい。
【0036】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0037】
図面中、1はリアクトル、2はコア、3、4、5はコイル、6はケース、7は封止樹脂、8、9は部分コア、10は低ヤング率部材、11、12、13はコイル巻回部、14、15は分割線、16、17は分割部分コア、18は低ヤング率部材、19はコア、20、21は分割コア、22、23はコイル巻回部、24、25はコイル、26、27は分割コアである。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9