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JP5598372B2 - Reactor and reactor manufacturing method - Google Patents

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JP5598372B2 JP2011035597A JP2011035597A JP5598372B2 JP 5598372 B2 JP5598372 B2 JP 5598372B2 JP 2011035597 A JP2011035597 A JP 2011035597A JP 2011035597 A JP2011035597 A JP 2011035597A JP 5598372 B2 JP5598372 B2 JP 5598372B2
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  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、車載用DC−DCコンバータのような電力変換装置の構成部品に用いられるリアクトルに関する。   The present invention relates to a reactor used for a component part of a power conversion device such as a vehicle-mounted DC-DC converter.

ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などでは、走行用モータの駆動やバッテリの充電に、昇圧動作や降圧動作を行うコンバータが必要になる。燃料電池車でも、燃料電池の出力を昇圧することになる。そのコンバータの部品の一つにリアクトルがある。リアクトルとしては、例えば環状の磁性コアの外周に巻線を巻回してなる一対のコイルが並列に配置された形態が挙げられる。   In a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and the like, a converter that performs a step-up operation or a step-down operation is required for driving a driving motor or charging a battery. Even in a fuel cell vehicle, the output of the fuel cell is boosted. One of the converter components is a reactor. Examples of the reactor include a form in which a pair of coils formed by winding a winding around the outer periphery of an annular magnetic core are arranged in parallel.

特許文献1は、一つのコイルの内側に挿通された円柱状の内側コア部と、そのコイルの外周を覆うように配置される円筒状の外側コア部と、そのコイルの両端面に配置される一対の円板状の連結コア部とを有する断面E字状の磁性コア、所謂ポット型コアを備えるリアクトルを開示している。ポット型コアでは、連結コア部により、同心状に配置された内側コア部及び外側コア部が連結されて閉磁路を形成する。特許文献1には、内側コア部の飽和磁束密度を外側コア部及び連結コア部よりも高くすることで内側コア部の断面積を小さくして、小型なリアクトルが得られることも開示されている。   Patent document 1 arrange | positions at the cylindrical inner core part inserted in the inside of one coil, the cylindrical outer core part arrange | positioned so that the outer periphery of the coil may be covered, and the both end surfaces of the coil. A reactor including a so-called pot-type core having an E-shaped cross-section having a pair of disk-shaped connecting core portions is disclosed. In the pot type core, the inner core portion and the outer core portion arranged concentrically are connected by the connecting core portion to form a closed magnetic circuit. Patent Document 1 also discloses that a small reactor can be obtained by reducing the cross-sectional area of the inner core portion by making the saturation magnetic flux density of the inner core portion higher than that of the outer core portion and the connecting core portion. .

特開2009−033051号公報JP 2009-033051 A

車載部品などの設置スペースが狭い部品には、小型であることが望まれる。特許文献1には、複数の分割片を接着剤により接合して一体化された磁性コアが開示されているが、更なる小型化を考慮すると、接着剤をも除去することが望まれる。特許文献1には、磁性コア全体を圧粉成形体とし、圧粉材料と共にコイルを金型に配置して磁性コアを成形することで、接着剤を不要にした構成が開示されている。しかし、飽和磁束密度が部分的に異なる磁性コアを圧粉成形体で形成する場合、磁性コアの形状によっては加圧工程を多段階に亘って行う必要があり、生産性の低下を招く。   For parts with a small installation space such as in-vehicle parts, it is desirable that the parts be small. Patent Document 1 discloses a magnetic core in which a plurality of divided pieces are joined and integrated with an adhesive. However, in consideration of further miniaturization, it is desirable to remove the adhesive as well. Patent Document 1 discloses a configuration in which the entire magnetic core is formed into a green compact, and the magnetic core is molded together with the powder material to form the magnetic core, thereby eliminating the need for an adhesive. However, when magnetic cores having partially different saturation magnetic flux densities are formed from a compacted body, it is necessary to perform the pressurization process in multiple stages depending on the shape of the magnetic core, leading to a reduction in productivity.

本出願人らは、小型で生産性に優れるリアクトルを提供するために、磁性材料と樹脂との混合物により形成された露出コア部でコイルの外側を覆うことを提案している。このように磁性材料と樹脂との混合物により磁性コアを構成する場合、その硬化時に磁性材料の密集度に差が生じ、設計値通りのインダクタンスを実現するのが難しくなる場合がある。   In order to provide a reactor that is small and excellent in productivity, the present applicants propose to cover the outside of the coil with an exposed core portion formed of a mixture of a magnetic material and a resin. Thus, when a magnetic core is comprised by the mixture of a magnetic material and resin, the density of a magnetic material will produce a difference at the time of the hardening, and it may become difficult to implement | achieve an inductance as a design value.

本発明は、このような問題を解決するために、磁性材料と樹脂との混合物によりコイルの外側を覆う外側コア部を形成する場合でも、所望のインダクタンス値を容易に実現することのでき、また放熱性に優れるリアクトルを提供する。   In order to solve such a problem, the present invention can easily achieve a desired inductance value even when an outer core portion that covers the outside of a coil is formed by a mixture of a magnetic material and a resin. Provide a reactor with excellent heat dissipation.

本発明の提供するリアクトルは、コイルと、コアと、前記コイル及び前記コアを収容するケースとを備え、前記コアが、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、前記外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、前記ケースを構成する壁面のうち、前記コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、前記外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、前記コイルの軸から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布であることを特徴とするリアクトルである。冷却面はケースの底面でも良いが、底面でない面を冷却する場合は、例えばケースの側面であってコイルの軸方向と略平行になる面であれば良い。略平行とは厳密な意味で平行でなくてもコイルの収納方向を表現する上で一般的な意味で平行な側の面を意味するものである。   A reactor provided by the present invention includes a coil, a core, and a case that accommodates the coil and the core, the core being an inner core portion disposed inside the coil, and an outer side of the coil. The outer core part is a reactor formed of a mixture of a magnetic material and a resin, and is substantially the same as the axial direction of the coil among the wall surfaces constituting the case. At least one of the parallel surfaces is configured as a cooling surface that is cooled from the outside, and the distribution of the density of the magnetic material in the outer core portion increases from the coil axis toward the cooling surface. It is a reactor characterized by the following distribution. The cooling surface may be the bottom surface of the case. However, when cooling a surface that is not the bottom surface, for example, the surface may be a side surface of the case that is substantially parallel to the axial direction of the coil. The term “substantially parallel” means, in a strict sense, a plane on a parallel side in a general sense in expressing the coil storage direction even if the direction is not parallel.

このリアクトルでは、コイルの軸方向をケースの冷却面と略平行にしてコイルが配置され、外側コア部における磁性材料の密集度がケースの冷却面側で大きい。またコイルの端面をケースの側壁に向けてコイルが配置されることで、コイルの外周面がケースの冷却面に向けられる。このため、コイルの端面をケースの冷却面に向けてコイルが配置される場合よりも、ケースの冷却面からの放熱がし易くなる。コイルが冷却面と接するように配置されると、さらに一層冷却の効果が発揮できる。   In this reactor, the coil is arranged with the axial direction of the coil being substantially parallel to the cooling surface of the case, and the density of the magnetic material in the outer core portion is large on the cooling surface side of the case. Moreover, the outer peripheral surface of a coil is orient | assigned to the cooling surface of a case by arrange | positioning a coil with the end surface of a coil facing the side wall of a case. For this reason, it is easier to radiate heat from the cooling surface of the case than when the coil is arranged with the end surface of the coil facing the cooling surface of the case. When the coil is arranged so as to be in contact with the cooling surface, the cooling effect can be further exhibited.

また、このリアクトルでは、コイルの軸方向における磁性材料の密集度の差が、軸方向に垂直な方向よりも小さくすることができる。たとえばコイルの軸方向をケースの底面と略平行にしてコイルが配置され、外側コア部における磁性材料の密集度の差がケースの側壁に沿った方向よりもコイルの軸方向で小さくできる。それによって、磁束方向の磁性材料の密集度の差が小さくなる。密集度の大きな部分に集中して磁路が形成されることになるが、全体として設計値通りのインダクタンスを実現し易くなる。   Moreover, in this reactor, the difference in the density of the magnetic material in the axial direction of the coil can be made smaller than in the direction perpendicular to the axial direction. For example, the coil is arranged with the axial direction of the coil substantially parallel to the bottom surface of the case, and the difference in density of the magnetic material in the outer core portion can be made smaller in the axial direction of the coil than in the direction along the side wall of the case. Thereby, the difference in the density of the magnetic material in the magnetic flux direction is reduced. A magnetic path is formed concentrating on a portion having a high density, but as a whole, an inductance as designed is easily realized.

なおここで、磁性材料の密集度とは、磁性材料と樹脂との混合物中に分散している磁性材料の分散の密度(磁性材料自体の密度ではなく全体中に占める割合という意味)を表す量であり、代表的には混合物自体の密度で表される。その他、樹脂中に占める磁性材料の体積比率、断面における面積比率等で表すこともできる。また、ケースの底面とは、磁性材料と樹脂との混合物を充填固化させる場合の下方、底部にあたる方向の面を指し、側壁とは当該底面から略垂直方向に立設する面を指す。   Here, the density of the magnetic material is an amount representing the density of the dispersion of the magnetic material dispersed in the mixture of the magnetic material and the resin (meaning the ratio of the whole of the magnetic material, not the density). Typically represented by the density of the mixture itself. In addition, it can be expressed by a volume ratio of the magnetic material in the resin, an area ratio in the cross section, or the like. Further, the bottom surface of the case refers to a surface in the direction corresponding to the bottom and bottom when filling and solidifying a mixture of a magnetic material and a resin, and the side wall refers to a surface erected in a substantially vertical direction from the bottom surface.

外側コア部における磁性材料の密集度の差は、冷却面側と、該冷却面側とは異なる面で最も密集度の低い面である比較面となる側とを比較した場合に、冷却面側を基準として0%超45%以下であると良い。冷却面側の密集度が高く、比較面側の密集度が低いことにより、内部で発生した熱が冷却面側に集中し、放熱効率が向上するからである。比較面は、例えば矩形箱体のケースを想定して、ある1面のみを密集度の高い冷却面(例えば底面)とする場合には、それと向かい合う面(上面)である。向かいあう2面の両方を冷却面とし、それぞれの面側の密集度を高くする場合には、当該面とは垂直な面である密集度の最も低い面を比較面とし、当該面の平均密集度とする。その他円筒ケースを想定する場合、円筒面全周を冷却する場合で円筒面側全周に密集度を大きくする場合にはそれと垂直な底面と上面となる平面が比較面とできる。 The difference in the density of the magnetic material in the outer core portion is obtained when the cooling surface side is compared with the cooling surface side when comparing the cooling surface side and the comparison surface, which is the lowest density surface. And 0% to 45% or less with reference to the above. This is because the density on the cooling surface side is high and the density on the comparison surface side is low, so that heat generated inside is concentrated on the cooling surface side, and heat dissipation efficiency is improved. For example, assuming a rectangular box case, the comparison surface is a surface (upper surface) that faces it when only one surface is used as a cooling surface (for example, a bottom surface) with high density. When both surfaces facing each other are used as cooling surfaces and the density of each surface is increased, the surface with the lowest density that is perpendicular to the surface is used as the comparison surface, and the average density of the surface is determined. And In addition, when a cylindrical case is assumed, in the case where the entire circumference of the cylindrical surface is cooled and the density is increased on the entire circumference of the cylindrical surface side, a plane which is a bottom surface and a top surface perpendicular thereto can be used as a comparison surface.

放熱性向上の点では放熱の実効的な効果を得る観点から好ましくは密集度の差は3%以上ある方が良く、さらには5%以上が好ましい。一方、鉄粉等の磁性材料と樹脂材料との重量差を考慮すると、密集度差は最大で約75%程度までつけることが可能となるが、密集度差が45%以上あると、密集度の低い比較面側の外側コアの実質的な磁性体としての寄与が低くなり過ぎ、全体として所望のインダクタンスを得るために外側コアの大きさが大きくなり過ぎるなどの不都合を伴うので好ましくない。これらの点から、密集度差は3%以上45%以下が好ましく、さらに好ましくは5%以上20%以下、最も好ましくは10%以上20%以下である。   In terms of improving heat dissipation, from the viewpoint of obtaining an effective effect of heat dissipation, the density difference is preferably 3% or more, and more preferably 5% or more. On the other hand, considering the weight difference between the magnetic material such as iron powder and the resin material, the maximum density difference can be about 75%, but if the density difference is 45% or more, the density is This is not preferable because the contribution of the outer core on the comparative surface side having a low level as a substantial magnetic substance is too low, and the size of the outer core becomes too large to obtain a desired inductance as a whole. From these points, the density difference is preferably 3% to 45%, more preferably 5% to 20%, and most preferably 10% to 20%.

外側コア部における磁性材料の密集度の差が、一方向における密集度の最大値を基準として定めたとき3%以上である場合に、コイルの軸方向を密集度差の大きな方向に平行にしてコイルを配置したとすると、磁束方向の密集度の差が3%以上となり、所望のインダクタンス値を実現するのが難しくなる。すなわち、コイルの軸方向をケースの冷却面と略平行にしてコイルを配置し、磁性材料の密集度の分布が、前記コアの軸中心から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布として、コイルの軸方向には密集度の分布が小さいようにすることで、磁束方向の密集度の差を容易に抑え、所望のインダクタンス値を得ることができるという効果が発揮できる。   When the density difference of the magnetic material in the outer core portion is 3% or more when determined based on the maximum value of the density in one direction, the axial direction of the coil is made parallel to the direction in which the density difference is large. If the coil is arranged, the density difference in the magnetic flux direction becomes 3% or more, and it becomes difficult to realize a desired inductance value. That is, the coil is arranged with the axial direction of the coil substantially parallel to the cooling surface of the case, and the distribution of the density of the magnetic material increases from the axial center of the core toward the cooling surface. By making the density distribution small in the axial direction, it is possible to easily suppress a difference in density in the magnetic flux direction and obtain a desired inductance value.

ケースの冷却面が強制冷却されるように構成されていると放熱効率の向上が効果的に発揮できる。強制冷却とは水冷機構や放熱フィン等により、ケース自体での自然空冷よりも放熱を効果的に行う手段全般を指す。ケース冷却面にそのような強制冷却可能な構造を備える、あるいは別途設けられた強制冷却機構と熱的に接続するための構造(取付構造や取付面など)を備えることで磁性材料の密集度差による効果を発揮できる。   If the cooling surface of the case is configured to be forcibly cooled, the improvement of heat dissipation efficiency can be effectively exhibited. Forced cooling refers to all means for effectively radiating heat rather than natural air cooling in the case itself by means of a water cooling mechanism or heat radiating fins. The case cooling surface has such a structure capable of forced cooling, or has a structure (mounting structure, mounting surface, etc.) for thermal connection with a separately provided forced cooling mechanism, so that there is a difference in the density of magnetic materials. The effect of can be demonstrated.

内側コア部は外側コア部よりも飽和磁束密度を高くすることによって、所望のインダクタンスを得るためのリアクトル全体のサイズを小さくすることが可能である。このため、内側コア部は圧粉成形体とすることが好ましい。この場合、圧粉コアの発熱密度が高いため、外側コアを構成する磁性材料と樹脂との混合物に密集度差を付けて、冷却面側への冷却効率を上げることが、より効果的である。   By making the saturation magnetic flux density higher in the inner core portion than in the outer core portion, it is possible to reduce the size of the entire reactor for obtaining a desired inductance. For this reason, it is preferable that an inner core part is made into a compacting body. In this case, since the heat generation density of the dust core is high, it is more effective to increase the cooling efficiency to the cooling surface side by adding a density difference to the mixture of the magnetic material and the resin constituting the outer core. .

このリアクトルにおいて、ケースが、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の外形に合わせて形成された内壁面を有するようにしてもよい。この場合、コイルの外表面に面する内壁面の面積を大きくすることができ、その結果、放熱性がより高められる。   In this reactor, the case may have an inner wall surface formed in accordance with at least one of the outer shape of the coil and the inner core portion. In this case, the area of the inner wall surface facing the outer surface of the coil can be increased, and as a result, heat dissipation is further improved.

このリアクトルの一実施態様では、コイルの外周面の一部が外側コア部から露出する。コイルの端面がケースの側壁に向けてコイルが配置されているので、コイルの外周面の一部が露出している場合でも、その他の部分で外側コア部がコイルの軸方向に連続し磁路が確保される。ケースの底面側に磁路が集中して形成されるので、例えばケースの上側でコイルの外周面を露出させれば、インダクタンス値への影響は特に少ない。したがって、所望のインダクタンス値を実現しつつ、コイルの外周面の一部を露出させることで放熱性を高めることが可能となる。なお、ケースの上側でコイルの外周面を露出させる場合、空気層へ磁束漏れが起こる場合があるため、金属などの導電性材料の蓋をすることが望ましい。   In one embodiment of the reactor, a part of the outer peripheral surface of the coil is exposed from the outer core portion. Since the coil is arranged with the end face of the coil facing the side wall of the case, even when a part of the outer peripheral surface of the coil is exposed, the outer core part continues in the axial direction of the coil at the other part. Is secured. Since magnetic paths are concentrated on the bottom side of the case, for example, if the outer peripheral surface of the coil is exposed on the upper side of the case, the influence on the inductance value is particularly small. Therefore, it is possible to improve heat dissipation by exposing a part of the outer peripheral surface of the coil while realizing a desired inductance value. When the outer peripheral surface of the coil is exposed on the upper side of the case, magnetic flux leakage may occur in the air layer. Therefore, it is desirable to cover with a conductive material such as metal.

リアクトルは、内側コア部のコイルから突出した両端部分でコイル及び内側コア部を支持する支持部をケースに設けるようにしてもよい。この支持部により、ケース内でのコイルの位置決めが容易になり、所望のインダクタンス値を実現したリアクトルの製造がより簡単になる。更に、その支持部により、ケースとコイルとの絶縁を確保することができる。しかも、その支持部により内側コア部とケースの底面(冷却面)とを構造的に連続させることができ、内側コア部からケースの底面(冷却面)への放熱がし易くなる。   The reactor may be provided with a support portion that supports the coil and the inner core portion at both ends protruding from the coil of the inner core portion. This support portion facilitates positioning of the coil within the case, and makes it easier to manufacture a reactor that achieves a desired inductance value. Further, the support portion can ensure insulation between the case and the coil. Moreover, the inner core portion and the bottom surface (cooling surface) of the case can be structurally continuous by the support portion, and heat can be easily radiated from the inner core portion to the bottom surface (cooling surface) of the case.

また、本発明はリアクトルの製造方法として、コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、前記冷却面が底面となる状態で磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、前記充填工程と前記硬化工程の間に、前記混合物の粘度が略最小になる温度で保持する工程を有するリアクトルの製造方法を提示する。   Further, the present invention provides, as a reactor manufacturing method, a coil assembly including a coil, an inner core inserted into the coil, and a case including a cooling surface cooled from the outside. A housing step of housing the coil assembly in the case such that the cooling surface of the coil and the axial direction of the coil are substantially parallel, and a mixture including a magnetic material and a resin in a state where the cooling surface is a bottom surface A filling step for filling the case into the case, and a curing step for curing the filled mixture after the filling step, and the viscosity of the mixture is substantially minimized between the filling step and the curing step. The manufacturing method of the reactor which has the process hold | maintained at temperature is presented.

また別な製造方法として、コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動するように外部磁場を印加するリアクトルの製造方法を提示する。   As another manufacturing method, a coil assembly including a coil, an inner core inserted into the coil, and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the cooling surface of the case Storing the coil assembly in the case so that the axial direction of the coil is substantially parallel, filling the case containing a mixture containing a magnetic material and a resin, and the filling Manufacturing a reactor having a curing step of curing the filled mixture after the step, and applying an external magnetic field so that the magnetic material moves to the cooling surface side in the filling step or after the filling step Present the method.

さらには、コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動する方向の遠心力が生じるように前記ケースを回転させるリアクトルの製造方法を提示する。このような製造方法とすることによって、所望の密集度差を備えたリアクトルを得ることができる。   Furthermore, a coil assembly including a coil, an inner core inserted through the coil, and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the cooling surface of the case and the coil After the storing step of storing the coil assembly in the case so that the axial direction is substantially parallel, the filling step of filling the mixture containing the magnetic material and the resin in the case, and after the filling step, A reactor having a curing step of curing the filled mixture, and rotating the case so that a centrifugal force in a direction in which the magnetic material moves is generated on the cooling surface side in the filling step or after the filling step. The manufacturing method is presented. By setting it as such a manufacturing method, the reactor provided with the desired density difference can be obtained.

本発明によれば、上述のように、磁性材料と樹脂との混合物によりコイルの外側を覆う外側コア部を形成する場合でも、所望のインダクタンス値が容易に実現され、また放熱性に優れたリアクトルを得ることが出来る。   According to the present invention, as described above, even when the outer core portion that covers the outside of the coil is formed by the mixture of the magnetic material and the resin, a desired inductance value is easily realized, and the reactor has excellent heat dissipation. Can be obtained.

本発明の前述やその他の目的、特徴および利点は、以下で添付図面を参照して説明する実施の形態でより明らかにする。図面において、同一の符号は異なる図面においても同一部分を示す。
本発明の実施の形態に係るリアクトルの設置状態を示す図である。 本実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す斜視図である。 ケースの内壁面が外壁面と非相似形に形成されたリアクトルの構成例を説明するための図である。 コイルの外周面の一部が外側コア部から露出したリアクトルの構成例を示す図である。 ケース内にコイルの支持部を設けたリアクトルの構成例を説明するための図である。 シミュレーションしたリアクトルの断面構造を説明する模式図である。 シミュレーション1の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差有り、底面側冷却)である。 シミュレーション1の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差有り、上面側冷却)である。 シミュレーション1の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差無し、底面側冷却)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差0%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差2%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差3%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差5%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差10%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差15%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差20%)である。 シミュレーション2の結果としての断面温度分布を色分布で現した図(密度差45%)である。 外部磁場による密集度差の形成方法を説明する模式図である。 遠心力による密集度差の形成方法を説明する模式図である。 コイルがケースの内壁面に接するように形成されたリアクトルの構成例を説明するための図である。
The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from embodiments described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same parts in different drawings.
It is a figure which shows the installation state of the reactor which concerns on embodiment of this invention. It is a perspective view which shows schematic structure of the reactor which concerns on this Embodiment. It is a figure for demonstrating the structural example of the reactor in which the inner wall surface of the case was formed in the non-similar shape with the outer wall surface. It is a figure which shows the structural example of the reactor which a part of outer peripheral surface of the coil exposed from the outer core part. It is a figure for demonstrating the structural example of the reactor which provided the support part of the coil in the case. It is a schematic diagram explaining the cross-sectional structure of the simulated reactor. It is the figure (the density difference exists, bottom side cooling) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 1 by color distribution. It is the figure (there is a density difference, upper surface side cooling) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 1 by color distribution. It is the figure (no density difference, bottom side cooling) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 1 by color distribution. It is the figure (density difference 0%) which expressed cross-section temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 2%) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 3%) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 5%) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 10%) which expressed cross-section temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 15%) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 20%) which expressed cross-section temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is the figure (density difference 45%) which expressed cross-sectional temperature distribution as a result of the simulation 2 by color distribution. It is a schematic diagram explaining the formation method of the density difference by an external magnetic field. It is a schematic diagram explaining the formation method of the density difference by centrifugal force. It is a figure for demonstrating the structural example of the reactor formed so that a coil might contact the inner wall face of a case.

図1は本発明の実施の形態に係るリアクトルの設置状態を示す図である。本実施の形態に係るリアクトル101は、車載用DC−DCコンバータの部品として用いることができる。リアクトル101は、他の部品とともにアルミニウム製のコンバータケース102に収容されている。この実施の形態において、リアクトル101は、アルミニウム製で例えば箱蓋状のケース103を備え、そのケース103をコンバータケース102の内底面104にボルトで固定することにより、コンバータケース102内に配置されている。ケース103の底面はコンバータケース102の内底面104に面接触している。   FIG. 1 is a diagram showing an installation state of a reactor according to an embodiment of the present invention. Reactor 101 according to the present embodiment can be used as a component of a vehicle-mounted DC-DC converter. Reactor 101 is housed in an aluminum converter case 102 together with other components. In this embodiment, the reactor 101 includes a case 103 made of aluminum, for example, a box-lid shape, and is disposed in the converter case 102 by fixing the case 103 to the inner bottom surface 104 of the converter case 102 with a bolt. Yes. The bottom surface of the case 103 is in surface contact with the inner bottom surface 104 of the converter case 102.

車載用コンバータでは、通常、最大100アンペア以上の電流が通電されるので、リアクトル101は高熱を発する。リアクトル101やその他の部品を冷却するために、コンバータケース102外底面には冷却水105が導入されている。リアクトル101の発する熱は、ケース103の冷却面としての底面を介してコンバータケース102へ伝えられ冷却水105により放散される。   In an in-vehicle converter, a current of 100 amperes or more is normally applied, so that the reactor 101 generates high heat. In order to cool the reactor 101 and other components, cooling water 105 is introduced into the outer bottom surface of the converter case 102. Heat generated by the reactor 101 is transmitted to the converter case 102 via the bottom surface as the cooling surface of the case 103 and is dissipated by the cooling water 105.

図2は本実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す図である。リアクトル101は、コイル201と、コイル201の内側に配置される内側コア部202、及びコイル201の外側を覆う外側コア部203を有するコア204とを備える。リアクトル101の備えるケース103はコイル201及びコア204を収容する。   FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the reactor according to the present embodiment. The reactor 101 includes a coil 201, a core 204 having an inner core portion 202 disposed inside the coil 201, and an outer core portion 203 covering the outside of the coil 201. A case 103 provided in the reactor 101 accommodates the coil 201 and the core 204.

このリアクトル101において、コイル201は、1本の連続する巻線201wを螺旋状に巻回してなり、その軸方向205はケース103の底面と略平行に配置されている。巻線201wの両端はコンバータの半導体素子及びバッテリに接続される。巻線201wには、銅やアルミニウムといった導電性材料からなる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用いるのがよい。ここでは、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメルからなる被覆平角線を巻線201wに利用している。巻線201wには、導体が平角線からなるもの以外に、断面が円形状、多角形状などの種々の形状のものを利用できる。   In the reactor 101, the coil 201 is formed by spirally winding one continuous winding 201 w, and the axial direction 205 is disposed substantially parallel to the bottom surface of the case 103. Both ends of the winding 201w are connected to a semiconductor element of the converter and a battery. For the winding 201w, it is preferable to use a coated wire having an insulating coating made of an insulating material on the outer periphery of a conductor made of a conductive material such as copper or aluminum. Here, a covered rectangular wire whose conductor is made of a copper rectangular wire and whose insulating coating is made of enamel is used for the winding 201w. As the winding 201w, in addition to a conductor made of a rectangular wire, various shapes such as a circular shape and a polygonal shape can be used.

なお、上記構成を具えるリアクトルは、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。かかる用途では、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。リアクトルを車載部品とする場合、リアクトルは、ケースを含めた容量が0.2リットル(200cm)〜0.8リットル(800cm)程度であることが好ましい。本例では、約0.4リットルである。 The reactor having the above-described configuration is used in applications where the energization conditions are, for example, a maximum current (direct current) of about 100 A to 1000 A, an average voltage of about 100 V to 1000 V, and a use frequency of about 5 kHz to 100 kHz, typically an electric vehicle or It can utilize suitably for the components of in-vehicle power converters, such as a hybrid car. In such applications, it is expected that an inductance satisfying 10 μH or more and 2 mH or less when DC current is 0 A and 10% or more of inductance when DC current is 0 A is preferably used. If the reactor and vehicle parts, reactor is preferably capacitance, including the case of 0.2 liters (200 cm 3) to 0.8 liters (800 cm 3) approximately. In this example, it is about 0.4 liter.

コイル201は、一つのコイル素子を形成するが、1本の巻線で複数のコイル素子を形成し、それらコイル素子をケースに収容するようにしてもよい。複数のコイル素子は、1本の巻線ではなく、別々の巻線により形成することも可能である。巻線の端部を溶接などにより接合することで、一体のコイルとすることができる。別々の巻線の溶接には、例えばTIG溶接、レーザ溶接、抵抗溶接が挙げられる。その他、圧着、冷間圧接、振動溶着などにより、巻線の端部同士を接合してもよい。   The coil 201 forms one coil element, but a plurality of coil elements may be formed by one winding, and these coil elements may be accommodated in a case. The plurality of coil elements can be formed by separate windings instead of a single winding. By joining the ends of the windings by welding or the like, an integrated coil can be obtained. Examples of welding of separate windings include TIG welding, laser welding, and resistance welding. In addition, the ends of the windings may be joined to each other by crimping, cold welding, vibration welding, or the like.

コイル201を形成する巻線201wの両端部は、ターンから適宜引き延ばされて外側コア部203の外側に引き出され、絶縁被覆が剥がされて露出された導体部分に、銅やアルミニウムなどの導電性材料からなる端子部材が接続される。この端子部材を介して、コイル201はバッテリなどに接続される。巻線201wの両端部と端子部材との接続には、TIG溶接などの溶接の他、圧着などが利用できる。   Both ends of the winding 201w forming the coil 201 are appropriately extended from the turn and drawn to the outside of the outer core portion 203, and the conductive portion such as copper or aluminum is exposed to the exposed conductor portion after the insulation coating is peeled off. A terminal member made of a conductive material is connected. The coil 201 is connected to a battery or the like through this terminal member. In addition to welding such as TIG welding, crimping or the like can be used to connect both ends of the winding 201w and the terminal member.

コア204は、内側コア部202及び外側コア部203が一体化されていることにより閉磁路を形成する。本実施の形態では、内側コア部202と外側コア部203とで構成材料が異なっており、磁気特性が異なっている。具体的には、内側コア部202は、外側コア部203よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部203は、内側コア部202よりも透磁率が低い。   The core 204 forms a closed magnetic circuit by integrating the inner core portion 202 and the outer core portion 203. In the present embodiment, the constituent material is different between the inner core portion 202 and the outer core portion 203, and the magnetic characteristics are different. Specifically, the inner core portion 202 has a higher saturation magnetic flux density than the outer core portion 203, and the outer core portion 203 has a lower magnetic permeability than the inner core portion 202.

内側コア部202は、コイル201(複数のコイル素子を形成する場合には各コイル素子)の内周面の形状に沿った外形を有する。ここでは、円柱状の外形を有する。端面形状が角を丸めた矩形(トラック形状)の直方体のような外形やその他の外形を有していてもよい。内側コア部202は、その全体が圧粉成形体から構成されており、ギャップ材やエアギャップ、接着材が介在していない。ただし、内側コア部はこれに限定されるものではなく、圧粉成形体が複数のコアに分割され、接着剤で結合されていてもよい。この場合は、接着剤が介在していても、接着剤は実質的にはギャップとして機能していない。また設計上の必要に応じては所望の性能を得るためにギャップ材を含むことも可能である。   The inner core portion 202 has an outer shape along the shape of the inner peripheral surface of the coil 201 (each coil element when a plurality of coil elements are formed). Here, it has a cylindrical outer shape. You may have the external shape like the rectangular parallelepiped (track shape) in which the end surface shape rounded the angle | corner, and another external shape. The entire inner core portion 202 is composed of a powder compact, and no gap material, air gap, or adhesive material is interposed. However, the inner core portion is not limited to this, and the green compact may be divided into a plurality of cores and bonded with an adhesive. In this case, even if an adhesive is present, the adhesive does not substantially function as a gap. It is also possible to include a gap material in order to obtain a desired performance according to the design needs.

圧粉成形体は、代表的には、表面に絶縁被膜を備える軟磁性粉末を成形後、絶縁被膜の耐熱温度以下で焼成することにより得られる。軟磁性粉末に加えて適宜結合剤を混合した混合粉末を利用したり、絶縁被膜としてシリコーン樹脂などからなる被膜を有する粉末を利用したりすることができる。圧粉成形体の飽和磁束密度は、軟磁性粉末の材質や、軟磁性粉末と結合剤との混合比、種々の被膜の量などを調整することで変化させることができる。例えば、飽和磁束密度の高い軟磁性粉末を用いたり、結合剤の配合量を低減して軟磁性材料の割合を高めたりすることで、飽和磁束密度が高い圧粉成形体が得られる。その他、成形圧力を変える、具体的には成形圧力を高くすることでも飽和磁束密度を高められる傾向にある。所望の飽和磁束密度となるように軟磁性粉末の選択や成形圧力の調整などを行うとよい。   The green compact is typically obtained by forming a soft magnetic powder having an insulating coating on the surface and firing it at a temperature lower than the heat resistance temperature of the insulating coating. A mixed powder in which a binder is appropriately mixed in addition to the soft magnetic powder can be used, or a powder having a coating made of a silicone resin or the like can be used as an insulating coating. The saturation magnetic flux density of the green compact can be changed by adjusting the material of the soft magnetic powder, the mixing ratio of the soft magnetic powder and the binder, the amount of various coatings, and the like. For example, a powder compact with a high saturation magnetic flux density can be obtained by using a soft magnetic powder with a high saturation magnetic flux density or by increasing the proportion of the soft magnetic material by reducing the blending amount of the binder. In addition, the saturation magnetic flux density tends to be increased by changing the molding pressure, specifically, by increasing the molding pressure. It is preferable to select a soft magnetic powder and adjust a molding pressure so as to obtain a desired saturation magnetic flux density.

軟磁性粉末は、Fe,Co,Niといった鉄族金属粉末の他、Fe−Si,Fe−Ni,Fe−Al,Fe−Co,Fe−Cr,Fe−Si−AlなどのFe基合金粉末、或は希土類金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。特に、Fe基合金粉末は、飽和磁束密度が高い圧粉成形体を得易い。このような粉末は、アトマイズ法(ガス又は水)や、機械的粉砕法などにより製造することができる。結晶がナノサイズであるナノ結晶材料からなる粉末、好ましくは異方性ナノ結晶材料からなる粉末を用いると、高異方性で低保磁力の圧粉成形体が得られる。軟磁性粉末に形成される絶縁被覆には、例えば燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物又は硼素化合物などが用いられる。結合剤には、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂又は高級脂肪酸などを用いることができる。この結合剤は、焼成により消失したり、シリカなどの絶縁物に変化したりする。圧粉成形体は、絶縁被膜などの絶縁物が存在することで、軟磁性粉末同士が絶縁されて、渦電流損失を低減することができ、コイルに高周波の電力が通電される場合であっても、損失を少なくすることができる。   The soft magnetic powder is an iron group metal powder such as Fe, Co, Ni, Fe-based alloy powder such as Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al, Or rare earth metal powder, ferrite powder, etc. can be used. In particular, the Fe-based alloy powder is easy to obtain a green compact with a high saturation magnetic flux density. Such a powder can be produced by an atomizing method (gas or water), a mechanical pulverization method, or the like. When a powder made of a nanocrystalline material having a nanosized crystal, preferably a powder made of an anisotropic nanocrystalline material, a compact with a high anisotropy and a low coercive force is obtained. For the insulating coating formed on the soft magnetic powder, for example, a phosphoric acid compound, a silicon compound, a zirconium compound, or a boron compound is used. As the binder, a thermoplastic resin, a non-thermoplastic resin, a higher fatty acid, or the like can be used. This binder disappears upon firing, or changes to an insulator such as silica. The compacted body is a case in which an insulating material such as an insulating film is present so that soft magnetic powders are insulated from each other, eddy current loss can be reduced, and high-frequency power is applied to the coil. However, the loss can be reduced.

内側コア部202は、その全体がコイル(素子)内に配置されるものだけでなく、その一部がコイル(素子)から突出するものも含む。図2に示す例では、内側コア部202におけるコイル201の軸方向の長さがコイル201よりも大きく、各内側コア部202の両端部がコイル201の端面から突出している。内側コア部202の長さは、コイル201と等しくしてもよいし、若干短くしてもよい。内側コア部202の長さが各コイル201と同等以上であることにより、コイル201が作る磁束を内側コア部202に十分に通過させることができる。   The inner core portion 202 includes not only the entirety of the inner core portion 202 disposed in the coil (element) but also a portion of the inner core portion 202 protruding from the coil (element). In the example shown in FIG. 2, the axial length of the coil 201 in the inner core portion 202 is larger than that of the coil 201, and both end portions of each inner core portion 202 protrude from the end surface of the coil 201. The length of the inner core portion 202 may be equal to the coil 201 or may be slightly shorter. When the length of the inner core portion 202 is equal to or greater than that of each coil 201, the magnetic flux generated by the coil 201 can be sufficiently passed through the inner core portion 202.

外側コア部203は、本実施の形態において、コイル201及び内側コア部202を実質的に全て覆うように形成されている。即ち、外側コア部203は、コイル201の外周全体、コイル201の両端面及び内側コア部202の両端面をほぼ覆う。内側コア部202と外側コア部203とは接着材を介在することなく、外側コア部203の構成樹脂により接合される。その接合により、コア204は、その全体に亘ってギャップを介することなく一体化されることができる。   In the present embodiment, outer core portion 203 is formed so as to cover substantially all of coil 201 and inner core portion 202. That is, the outer core portion 203 substantially covers the entire outer periphery of the coil 201, both end surfaces of the coil 201, and both end surfaces of the inner core portion 202. The inner core portion 202 and the outer core portion 203 are joined by the constituent resin of the outer core portion 203 without an adhesive. By the joining, the core 204 can be integrated without any gaps throughout.

外側コア部203は、基本的な外形として、ケースの内壁面にあわせた直方体の外形を有しているが、閉磁路を形成することができれば、外側コア部203の形状は特に問わない。コイル201の外側の一部が外側コア部203により覆われず露出された形態であってもよい。   The outer core portion 203 has a rectangular parallelepiped outer shape that matches the inner wall surface of the case as a basic outer shape, but the shape of the outer core portion 203 is not particularly limited as long as a closed magnetic path can be formed. A part of the outer side of the coil 201 may be exposed without being covered with the outer core part 203.

外側コア部203は、その全体が磁性材料と樹脂との混合物(成形硬化体)により形成することができる。成形硬化体は、代表的には、射出成形、注型成形により形成することができる。射出成形は、通常、軟磁性粉末(必要に応じて更に非磁性粉末を加えた混合粉末)と流動性のあるバインダ樹脂とを混合し、この混合流体を、所定の圧力をかけて成形型(ここではケース103)に流し込んで成形した後、バインダ樹脂を硬化させる。注型成形は、射出成形と同様の混合流体を得た後、この混合流体を、圧力をかけることなく成形型(ケース103)に注入して成形・硬化させる。いずれの成形手法も、バインダ樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適に利用できる。バインダ樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。バインダ樹脂に常温硬化性樹脂或は低温硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、成形体を常温〜比較的低温に放置して樹脂を硬化させる。成形硬化体は、非磁性材料であるバインダ樹脂が多く残存するため、圧粉成形体と同じ軟磁性粉末を用いたとしても、圧粉成形体よりも飽和磁束密度が低く、かつ透磁率も低くなる。   The entire outer core portion 203 can be formed of a mixture (molded and cured body) of a magnetic material and a resin. The molded cured body can typically be formed by injection molding or cast molding. In injection molding, soft magnetic powder (mixed powder with non-magnetic powder added if necessary) and fluid binder resin are usually mixed, and this mixed fluid is subjected to a predetermined pressure to form a mold ( Here, after being poured into the case 103) and molded, the binder resin is cured. In cast molding, a mixed fluid similar to that of injection molding is obtained, and then the mixed fluid is injected into a molding die (case 103) without applying pressure to be molded and cured. In any molding technique, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or a silicone resin can be suitably used as the binder resin. When a thermosetting resin is used as the binder resin, the molded body is heated to thermoset the resin. A normal temperature curable resin or a low temperature curable resin may be used as the binder resin. In this case, the molded body is allowed to stand at a normal temperature to a relatively low temperature to be cured. Since the molded hardened body contains a large amount of binder resin, which is a non-magnetic material, even if the same soft magnetic powder as that of the green compact is used, the saturation magnetic flux density is lower and the permeability is lower than that of the green compact. Become.

外側コア部203に利用する軟磁性粉末は、上述した内側コア部202に利用する軟磁性粉末と同様のものを利用することができる。
コア204がコイル201と接触する箇所には、両者間の絶縁性をより高めるために絶縁物を介在させることが好ましい。例えばコイル201の内・外周面に絶縁性テープを貼り付けたり、絶縁紙や絶縁シートを配置したりする。内側コア部202の外周に絶縁性材料からなるボビンを配置してもよい。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が好適に利用できる。
As the soft magnetic powder used for the outer core portion 203, the same soft magnetic powder as used for the inner core portion 202 described above can be used.
It is preferable to interpose an insulator at a location where the core 204 is in contact with the coil 201 in order to further improve the insulation between them. For example, an insulating tape is attached to the inner and outer peripheral surfaces of the coil 201, or insulating paper or an insulating sheet is disposed. A bobbin made of an insulating material may be disposed on the outer periphery of the inner core portion 202. As the bobbin constituent material, an insulating resin such as polyphenylene sulfide (PPS) resin, liquid crystal polymer (LCP), polytetrafluoroethylene (PTFE) resin can be suitably used.

本発明で使用される磁性材料と樹脂の混合物の典型的な密度は3.0〜5.5g/cm程度である。特に、樹脂材料をエポキシ樹脂として、磁性材料がFeの場合は3.5〜4.7g/cm程度、磁性材料がFe―6.5Si(Siを6.5重量%含むFe基合金)の場合は3.6〜5.0g/cm程度、センダスト(Fe−Al−Si合金)の場合は3.6〜5.0g/cm程度である。また、代表的な寸法等として、内側コアをFe粉末の圧粉成形体とする場合、密度は6.5g/cm〜7.8g/cmとすることができる。寸法は、コア断面を円としたときの直径が10mm〜70mm、高さ20mm〜120mmである。コイルについては、コイル断面を円としたとき内径を20mm〜80mm、巻き数は30〜70とできる。外側コアは、外形を直方体とする場合は、1辺を60mm〜100mm程度とすることができ、ケースを直方体とする場合には1辺を60〜100mm程度とするのがすることができる。 The typical density of the mixture of magnetic material and resin used in the present invention is about 3.0 to 5.5 g / cm 3 . In particular, when the resin material is an epoxy resin and the magnetic material is Fe, about 3.5 to 4.7 g / cm 3 , and the magnetic material is Fe-6.5Si (Fe-based alloy containing 6.5% by weight of Si). In this case, it is about 3.6 to 5.0 g / cm 3, and in the case of Sendust (Fe—Al—Si alloy), it is about 3.6 to 5.0 g / cm 3 . Further, as typical dimensions, etc., the inner core if a powder compact of Fe powder, the density can be 6.5g / cm 3 ~7.8g / cm 3 . The dimensions are 10 mm to 70 mm in diameter and 20 mm to 120 mm in height when the core cross section is a circle. As for the coil, when the coil cross section is a circle, the inner diameter can be 20 mm to 80 mm, and the number of turns can be 30 to 70. When the outer core is a rectangular parallelepiped, one side can be about 60 mm to 100 mm, and when the case is a rectangular parallelepiped, one side can be about 60 to 100 mm.

上述のリアクトルは、例えば、以下に示す収納工程→充填工程→硬化工程の順に各工程を施して製造することができる。以下、各工程について説明する。   The above-described reactor can be manufactured, for example, by performing each step in the following order: storage step → filling step → curing step. Hereinafter, each step will be described.

収納工程では、コイル201をケース103内に収納する。本例のように内側コア部202が圧粉成形体からなる場合、その他電磁鋼板からなる場合など、外側コア部203とは異なる材料で形成される場合には、コイル201および内側コア部202を用意し、コイル201内に内側コア部202を挿通して、コイル201と内側コア部202との組物を作製する。この組物は、次工程の充填工程前であればいつ作製してもよい。また、上述のようにコイル201と内側コア部202との間に適宜絶縁物を配置させてもよい。そして、上記組物をケース103内に収納する。この組物をケース103内に収納する際、ケース103内にガイド突起部などを設けると、当該組物をケース103内の所定の位置に精度良く配置することができる。   In the storing step, the coil 201 is stored in the case 103. When the inner core portion 202 is made of a compacted body as in this example, or is made of a material different from the outer core portion 203, such as when it is made of another electromagnetic steel plate, the coil 201 and the inner core portion 202 are Prepare and insert the inner core portion 202 into the coil 201 to produce an assembly of the coil 201 and the inner core portion 202. This assembly may be produced anytime before the next filling step. In addition, an insulator may be appropriately disposed between the coil 201 and the inner core portion 202 as described above. Then, the assembly is stored in the case 103. When the assembly is stored in the case 103, if the guide protrusion or the like is provided in the case 103, the assembly can be accurately placed at a predetermined position in the case 103.

充填工程では、外側コア部203を構成する磁性粉末と樹脂とを含む混合物をケース103内に充填する。上記磁性粉末と樹脂との混合物(樹脂硬化前のもの)において、磁性粉末の含有量が混合物全体に対して20〜60体積%、樹脂が40〜80体積%程度とすることで、比透磁率が5〜50の外側コア部203を形成できる。例えば、上記磁性粉末にリン酸塩被膜を有する純鉄粉を40体積%、樹脂にはビスフェノールA型のエポキシ樹脂を60体積%、この樹脂の硬化剤として酸無水物をそれぞれ用意して混合物を形成し、ケース103内に充填すると良い。さらに充填後、混合物内のボイドを除去するための脱気処理として、真空引きを行うと良い。混合物内のボイドを除去できて外側コア部203の所望の磁気特性が得易く好ましい。   In the filling step, the case 103 is filled with a mixture containing the magnetic powder and the resin constituting the outer core portion 203. In the mixture of the magnetic powder and the resin (before the resin is cured), the magnetic permeability is about 20 to 60% by volume and the resin is about 40 to 80% by volume with respect to the entire mixture. 5 to 50 can be formed. For example, 40% by volume of pure iron powder having a phosphate coating on the magnetic powder, 60% by volume of bisphenol A type epoxy resin for the resin, and acid anhydride as a curing agent for the resin, respectively, are prepared. It may be formed and filled in the case 103. Further, after the filling, vacuuming is preferably performed as a deaeration process for removing voids in the mixture. It is preferable because voids in the mixture can be removed and desired magnetic characteristics of the outer core portion 203 can be easily obtained.

硬化工程では、充填した樹脂を硬化させる。この硬化工程では、硬化させる樹脂の種類に応じて適宜温度と時間を選択するとよい。本例では、硬化の前に第1温度として80℃に保持した状態で2時間保持した後、硬化温度として第2温度120℃に保持した状態を2時間、そして第3温度150℃に保持した状態で5時間静置して、樹脂を硬化した。   In the curing step, the filled resin is cured. In this curing step, the temperature and time may be appropriately selected according to the type of resin to be cured. In this example, the first temperature was held at 80 ° C. for 2 hours before curing, then the curing temperature was maintained at the second temperature 120 ° C. for 2 hours, and the third temperature was maintained at 150 ° C. The resin was cured by allowing to stand for 5 hours.

第1温度は、樹脂の粘度が最も低くなる温度として選択した温度である。硬化材を混合した後、硬化が進む前の樹脂の粘度を温度を変えて同条件で測定することで確認できる。かかる温度とすることによって樹脂中の磁性粉末が沈殿しやすくなり、その密集度差をつけることができる。すなわち底面側と上面側での混合物の密度差をつけることができる。このため第1温度は樹脂の粘度が略最小になる温度として、粘度が最も低くなる温度の±5℃が好ましく、より好ましくは±3℃以内である。   The first temperature is a temperature selected as the temperature at which the viscosity of the resin is lowest. After mixing the curing material, the viscosity of the resin before curing proceeds can be confirmed by changing the temperature and measuring under the same conditions. By setting it at such a temperature, the magnetic powder in the resin is likely to precipitate, and the density difference can be given. That is, the density difference of the mixture can be made between the bottom surface side and the top surface side. For this reason, the first temperature is preferably the temperature at which the viscosity of the resin becomes substantially minimum, ± 5 ° C. of the temperature at which the viscosity is lowest, and more preferably within ± 3 ° C.

さらに粘度が低いと樹脂中の気泡を脱泡しやすいという効果もあわせて得られるため、粘度が略最小になる温度で所定時間保持することにより、樹脂硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物の特徴として、直径300μm以上の気泡が実質上存在しない、という特徴を得ることもできる。樹脂硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物の5mm×5mmの任意の断面10面について光学顕微鏡で観察すると、従来方法のものでは直径200μm以上の気泡の数は1断面当たり平均5個程度以上見られ、また直径300μm以上の気泡も見つけることができるが、本発明のものでは直径200μm以上の気泡の数は1断面当たり平均1個以下であり、直径300μm以上の気泡は見つけられなかった。ここで気泡の直径とは、断面で確認できる気泡の形状を、同じ面積の円に変換したときの直径とする。   Furthermore, if the viscosity is low, the effect of easily defoaming bubbles in the resin is also obtained. Therefore, by maintaining the temperature at a temperature at which the viscosity is substantially minimum for a predetermined time, the mixture of the magnetic powder and resin after curing the resin As a feature, it is possible to obtain a feature that bubbles having a diameter of 300 μm or more are substantially absent. When an arbitrary cross section of 5 mm × 5 mm cross section of a mixture of magnetic powder and resin after resin curing is observed with an optical microscope, the average number of bubbles having a diameter of 200 μm or more is about 5 or more per cross section in the conventional method. Although bubbles having a diameter of 300 μm or more can also be found, in the present invention, the number of bubbles having a diameter of 200 μm or more is an average of 1 or less per cross section, and bubbles having a diameter of 300 μm or more were not found. Here, the diameter of the bubble is the diameter when the shape of the bubble that can be confirmed in the cross section is converted into a circle having the same area.

硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物内に気泡が少ないことで、さらに熱伝導性に優れた外側コアとすることができる。気泡すなわち空気よりも樹脂および磁性粉末の方が熱伝導度が高いためである。さらに、気泡が少ないことで、設計した磁気特性分布からのずれは小さくなり、所望の特性を実現しやすくなる。特に、大きな気泡の存在は、磁束が気泡を避けて通ることとなり、予想外の磁束線の粗密が生じてしまうため好ましくない。   Since there are few air bubbles in the mixture of the magnetic powder and resin after hardening, it can be set as the outer core which was further excellent in thermal conductivity. This is because resin and magnetic powder have higher thermal conductivity than bubbles, that is, air. Further, since the number of bubbles is small, the deviation from the designed magnetic characteristic distribution becomes small, and it becomes easy to realize desired characteristics. In particular, the presence of large bubbles is not preferable because the magnetic flux passes through the bubbles and unexpected magnetic flux line density occurs.

第2温度は樹脂を硬化させるための温度である。第3温度は樹脂の架橋密度を高めるための温度である。特に第1温度を予め試行した知見に基づいて選択することにより、底面側と上面側の密度差を任意に形成することが可能となる。第2温度および第3温度は樹脂の硬化および架橋のために必要な時間を選択して保持すればよい。   The second temperature is a temperature for curing the resin. The third temperature is a temperature for increasing the crosslinking density of the resin. In particular, by selecting the first temperature based on knowledge obtained in advance, it is possible to arbitrarily form a density difference between the bottom surface and the top surface. What is necessary is just to select and hold | maintain the time required for hardening and bridge | crosslinking of resin for 2nd temperature and 3rd temperature.

なお上記では、第1温度、第2温度、第3温度の3段階の加熱温度にて所定時間の保持を行う工程としたが、耐熱性があまり要求されず樹脂の架橋密度を高める必要性が低い場合は、第1温度、第2温度のみの2段階の加熱温度にて所定時間の保持を行う工程としてもよい。また、第2温度を省略して、第1温度、第3温度のみの2段階の加熱温度にて所定時間の保持を行う工程とすることも可能である。硬化前の保持温度である第1温度での保持時間は、樹脂中の磁性粉末の種類により磁性粉末の沈降が概ね飽和する時間を予め把握してから、所望の密集度差が付くように選択すればよい。本例では概ね2時間にて所望の密集度差が得られることから一例として2時間としたが、樹脂の粘度や磁性粉末の種類・粒径などを考慮して、保持時間は15分〜3時間から選択するとよい。   In the above, the step of holding for a predetermined time at the three heating temperatures of the first temperature, the second temperature, and the third temperature is used. However, heat resistance is not required so much, and there is a need to increase the crosslinking density of the resin. In the case where the temperature is low, it may be a process of holding for a predetermined time at a two-step heating temperature of only the first temperature and the second temperature. Alternatively, the second temperature may be omitted, and a process of holding for a predetermined time at a two-step heating temperature of only the first temperature and the third temperature may be performed. The holding time at the first temperature, which is the holding temperature before curing, is selected so that a desired density difference is obtained after grasping in advance the time when the sedimentation of the magnetic powder is almost saturated depending on the type of the magnetic powder in the resin. do it. In this example, since a desired density difference is obtained in about 2 hours, it was set as 2 hours as an example, but the holding time was 15 minutes to 3 in consideration of the viscosity of the resin, the kind and particle size of the magnetic powder, and the like. Choose from time.

射出成形や注型成形を利用する場合、焼結させない場合は、軟磁性粉末(あるいは非磁性粉末)とバインダ樹脂との配合を変えることで、焼結させる場合は、軟磁性粉末と非磁性粉末との配合を変えることで、外側コア部の透磁率を調整することができる。例えば、軟磁性粉末の配合量を減らすと、透磁率は小さくなる傾向にある。リアクトル101が所望のインダクタンスを有するように、外側コア部203の透磁率を調整するとよい。   When using injection molding or cast molding, if not sintered, soft magnetic powder and nonmagnetic powder can be sintered by changing the blend of soft magnetic powder (or nonmagnetic powder) and binder resin. The magnetic permeability of the outer core portion can be adjusted by changing the blending of For example, when the blending amount of the soft magnetic powder is reduced, the magnetic permeability tends to decrease. The magnetic permeability of the outer core portion 203 may be adjusted so that the reactor 101 has a desired inductance.

このようなリアクトル101は、内側コア部202の飽和磁束密度が外側コア部203よりも高いことで、内側コア部202を通過する総磁束を、同様の形状のコアで全体の飽和磁束密度が均一的な磁性コア(均一コア)の内側コアを通過する総磁束と同じにする場合、内側コア部202の断面積(磁束が通過する面)を均一コアの内側コアの断面積より小さくすることができる。内側コア部202の小型化によりコア204を小型にすることができ、ひいてはリアクトル101の小型化を図ることが可能となる。また、リアクトル101は、内側コア部202の飽和磁束密度が高いと共に、外側コア部203の透磁率が低いことで、所望のインダクタンスを有することができる。   In such a reactor 101, the saturation magnetic flux density of the inner core portion 202 is higher than that of the outer core portion 203, so that the total magnetic flux passing through the inner core portion 202 is uniform with the same saturated core. When the total magnetic flux passing through the inner core of a typical magnetic core (uniform core) is the same, the cross-sectional area (surface through which the magnetic flux passes) of the inner core portion 202 may be made smaller than the cross-sectional area of the inner core of the uniform core. it can. By reducing the size of the inner core portion 202, the core 204 can be reduced in size, and as a result, the reactor 101 can be reduced in size. Further, the reactor 101 can have a desired inductance because the saturation magnetic flux density of the inner core portion 202 is high and the magnetic permeability of the outer core portion 203 is low.

更に、リアクトル101は、コア204の全体に亘って、ギャップが一切存在しないことで、ギャップ箇所での漏れ磁束がコイル201に影響を及ぼすことがないため、内側コア部202とコイル201の内周面とを近付けて配置することができる。従って、内側コア部202の外周面とコイル201の内周面との隙間を小さくでき、このことからも、リアクトル101の小型化が可能となる。   Furthermore, since the reactor 101 has no gap over the entire core 204, leakage magnetic flux at the gap does not affect the coil 201. It can be placed close to the surface. Therefore, the gap between the outer peripheral surface of the inner core portion 202 and the inner peripheral surface of the coil 201 can be reduced, and from this, the reactor 101 can be downsized.

また、リアクトル101は、接着剤を一切用いない構成とする場合には、内側コア部202の形成にあたり、ギャップ材の接合工程などが不要であることから、生産性に優れる。特に、リアクトル101では、外側コア部203の形成と同時に、外側コア部203の構成樹脂により内側コア部202と外側コア部203とを接合してコア204を形成し、その結果リアクトル101を製造することができるため、製造工程が簡素化され、この点からも生産性が向上する。   Further, when the reactor 101 is configured so as not to use any adhesive, it is excellent in productivity because a gap material joining step or the like is not required for forming the inner core portion 202. In particular, in the reactor 101, simultaneously with the formation of the outer core portion 203, the inner core portion 202 and the outer core portion 203 are joined by the constituent resin of the outer core portion 203 to form the core 204. As a result, the reactor 101 is manufactured. Therefore, the manufacturing process is simplified, and productivity is improved from this point.

また、リアクトル101では、内側コア部202を圧粉形成体とすることで、飽和磁束密度の調整を簡単に行える上に、複雑な三次元形状であっても容易に形成することができる。加えて、外側コア部203が樹脂成分を備えることで、粉塵や腐食といった外部環境からの保護や機械的保護を図ることができる。特に、リアクトル101では、コイル201の全体を外側コア部203に覆われる形態とすることで、外側コア部203の形成が容易である上に、コイル201の保護を十分に図ることができる。このようにリアクトル101は様々な利点を有する。   Further, in the reactor 101, the saturation magnetic flux density can be easily adjusted by forming the inner core portion 202 as a compact, and even a complicated three-dimensional shape can be easily formed. In addition, since the outer core portion 203 includes a resin component, protection from the external environment such as dust and corrosion and mechanical protection can be achieved. In particular, in the reactor 101, the entire coil 201 is covered with the outer core portion 203, whereby the outer core portion 203 can be easily formed and the coil 201 can be sufficiently protected. Thus, the reactor 101 has various advantages.

更に、リアクトル101は、上述のように外側コア部203が磁性材料と樹脂との混合物により形成されている場合でも、所望のインダクタンス値を実現し易くなっている。外側コア部203をケース103内で硬化させるとき、上述のような製造方法によると、磁性材料が重力によってケース103の底側により多く分布し、ケース103の上側により少なく分布する。このため、ケース103の側壁に沿った方向206では磁性材料の密集度差が大きくなってしまう。例えば故意に密度差を付けずに硬化させた場合であっても、重力によるわずかな沈殿および密集度のばらつきのために±1%以下、大きくても±2%未満の密度差は生じ得る。円筒状のコイル201の端面をケース103の底面へ向けている(コイル201をケース103内に縦置きしている)と、磁性材料の密集度の差が大きい方向206に磁路が形成されることになり、設計値通りのインダクタンスを実現するのが難しくなる。一方、水平方向における磁性材料の密集度の差は、方向206と比べてかなり小さくできる。   Furthermore, the reactor 101 can easily achieve a desired inductance value even when the outer core portion 203 is formed of a mixture of a magnetic material and a resin as described above. When the outer core portion 203 is cured in the case 103, the magnetic material is distributed more on the bottom side of the case 103 due to gravity and less on the upper side of the case 103 according to the manufacturing method described above. For this reason, the density difference of the magnetic material becomes large in the direction 206 along the side wall of the case 103. For example, even when cured without intentional density difference, density differences of ± 1% or less, or less than ± 2% at most, can occur due to slight precipitation due to gravity and variations in density. When the end surface of the cylindrical coil 201 is directed to the bottom surface of the case 103 (the coil 201 is placed vertically in the case 103), a magnetic path is formed in the direction 206 in which the difference in the density of the magnetic material is large. As a result, it becomes difficult to achieve the inductance as designed. On the other hand, the difference in density of magnetic materials in the horizontal direction can be made considerably smaller than in the direction 206.

一方向における磁性材料の密集度は、例えばその方向を法線とする面で外側コア部203を所定間隔ごとにスライスした場合の、各スライス片(コイル201及び内側コア部202の体積を除く)の密度測定により評価することができる。この場合、一方向における磁性材料の密集度の差は、各スライス片の密度のうち、最小の密度と最大の密度を用いて、最大の密度を基準として、(最大の密度−最小の密度)/最大の密度、により計算することができる。   The density of the magnetic material in one direction is, for example, each slice piece (excluding the volume of the coil 201 and the inner core part 202) when the outer core part 203 is sliced at a predetermined interval on a plane whose direction is the normal line. It can be evaluated by density measurement. In this case, the difference in the density of the magnetic material in one direction is obtained by using the minimum density and the maximum density among the density of each slice piece, with the maximum density as a reference (maximum density−minimum density). / Maximum density.

密度ρの測定方法は、空気中での重さと水中での重さから次の通り求めることができる。アルキメデスの原理から、
ρ=(ρw×Wair−ρair×Ww)/(Wair−Ww)
となる。ここで、ρw:水の密度、ρair:空気の密度、Ww:水中での重さ、Wair:空気中での重さである。
近似的には、ρw>>ρairなので
ρ≒ρw×Wair/(Wair−Ww)
とできる。
The measuring method of the density ρ can be obtained from the weight in air and the weight in water as follows. From the principle of Archimedes,
ρ = (ρw × Wair−ρair × Ww) / (Wair−Ww)
It becomes. Here, ρw is the density of water, ρair is the density of air, Ww is the weight in water, and Wair is the weight in air.
Since approximately ρw >> ρair, ρ≈ρw × Wair / (Wair−Ww)
And can.

リアクトル101では、その密度の差が少ない方向に合わせて、コイル201の軸方向205がケース103の底面と略平行になっており、コイル201の端面がケース103の側壁に向いている(コイル201をケース103内に横置きしている)。ケース103の底面側に磁性材料がより多く分布し、その部分に集中して磁路が形成されることになるが、全体としては製造プロセスで磁性材料の密集度分布を考慮せずとも、設計値通りのインダクタンスが実現し易くなる。その結果、リアクトル101の製造コストが低減される。   In the reactor 101, the axial direction 205 of the coil 201 is substantially parallel to the bottom surface of the case 103 in accordance with the direction in which the density difference is small, and the end surface of the coil 201 faces the side wall of the case 103 (coil 201 In the case 103). More magnetic material is distributed on the bottom side of the case 103, and a magnetic path is formed concentrating on that part, but the design as a whole without considering the density distribution of the magnetic material in the manufacturing process It becomes easy to realize the inductance according to the value. As a result, the manufacturing cost of the reactor 101 is reduced.

なお、コイル201の軸方向205は充填工程から硬化工程において水平方向(又はケース103の底面と略平行)になっていることが好ましいが、円筒状のコイル201の端面がケース103の側壁を向いている範囲であれば、コイル201の端面をケース103の底面に向ける場合と比べて磁束の方向における磁性材料の密集度の差を抑えることができる。   The axial direction 205 of the coil 201 is preferably in the horizontal direction (or substantially parallel to the bottom surface of the case 103) from the filling step to the curing step, but the end surface of the cylindrical coil 201 faces the side wall of the case 103. If it is within the range, the difference in the density of the magnetic material in the direction of the magnetic flux can be suppressed as compared with the case where the end surface of the coil 201 is directed to the bottom surface of the case 103.

更に、コイル201の軸方向をケース103の底面と略平行にして、コイル201の端面をケース103の側壁に向けてコイル201を配置することで、リアクトル101の放熱性が向上する。磁性材料と樹脂との混合物から形成される外側コア部203は圧粉成形体からなる内側コア部202と比較して熱伝導率が低く、外側コア部203に覆われたコイル201からの熱によってリアクトルの温度が上昇し易い。コイル201の端面をケース103の側壁ではなく底面に向けてコイル201を配置すると、コイル201の外表面の多くを占める外周面がケース103の側壁を向くことになる。この場合、コイル201から発生する熱の放散は主に、内側コア部202からケース103の底面への経路や、外側コア部203及びケース103の側壁を介して底面に至る経路で行われる。その経路で放熱を行う場合、リアクトル101全体の温度が上昇し易くなる。   Furthermore, by disposing the coil 201 such that the axial direction of the coil 201 is substantially parallel to the bottom surface of the case 103 and the end surface of the coil 201 faces the side wall of the case 103, the heat dissipation of the reactor 101 is improved. The outer core portion 203 formed from a mixture of a magnetic material and a resin has a lower thermal conductivity than the inner core portion 202 made of a green compact, and is heated by the coil 201 covered with the outer core portion 203. The reactor temperature tends to rise. When the coil 201 is arranged with the end surface of the coil 201 facing the bottom surface instead of the side wall of the case 103, the outer peripheral surface that occupies most of the outer surface of the coil 201 faces the side wall of the case 103. In this case, the heat generated from the coil 201 is mainly dissipated through a route from the inner core portion 202 to the bottom surface of the case 103 and a route from the outer core portion 203 and the side wall of the case 103 to the bottom surface. When heat is radiated along the path, the temperature of the entire reactor 101 is likely to rise.

これに対し、コイル201の端面をケース103の側壁に向けてコイル201を配置すると、コイル201の外周面がケース103の底面を向くことになる。冷却面であるケース103の底面を向くコイル201の表面積が大きくなるので、コイル201が外側コア部203により覆われている場合でも、コイル201からの熱がケース103の底面から放散され易い。したがって、このリアクトル101は、所望のインダクタンス値を実現し易く、しかも良好な放熱性を確保できる。   On the other hand, when the coil 201 is disposed with the end surface of the coil 201 facing the side wall of the case 103, the outer peripheral surface of the coil 201 faces the bottom surface of the case 103. Since the surface area of the coil 201 facing the bottom surface of the case 103 that is the cooling surface is increased, even when the coil 201 is covered by the outer core portion 203, the heat from the coil 201 is easily dissipated from the bottom surface of the case 103. Therefore, the reactor 101 can easily achieve a desired inductance value and can secure good heat dissipation.

かかる観点から、コイル201の外周面がケース103の冷却面に接触あるいは絶縁物を介して接触するように配置すると放熱性がさらに向上し、好ましい。接触部分には外側コアが実質的に存在しないことになるが、外側コアの機能として問題は無い。   From this point of view, it is preferable that the outer peripheral surface of the coil 201 is in contact with the cooling surface of the case 103 or is in contact with an insulating material because heat dissipation is further improved. Although the outer core is substantially not present in the contact portion, there is no problem as a function of the outer core.

図3はケースの内壁面が外壁面と非相似形に形成されたリアクトルの構成例を説明するための図である。この例では、ケース103の内壁面301が、コイル201及び内側コア部202の外形に合わせて、その断面形状が略半楕円形状となっている。ケース103の外形は直方体状であるので、ケース103の内壁面と外壁面は非相似形となる。仮想線302はケース103の外壁面と相似形の直方体状に形成した場合の内壁面を仮想的に示す。   FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of the reactor in which the inner wall surface of the case is formed in a shape similar to the outer wall surface. In this example, the inner wall surface 301 of the case 103 has a substantially semi-elliptical cross section in accordance with the outer shape of the coil 201 and the inner core portion 202. Since the outer shape of the case 103 is a rectangular parallelepiped shape, the inner wall surface and the outer wall surface of the case 103 are not similar. An imaginary line 302 virtually shows the inner wall surface when formed in a rectangular parallelepiped shape similar to the outer wall surface of the case 103.

内壁面301と仮想線302との図上の比較から明らかな通り、コイル201及び内側コア部202の外形に合わせてケース103の内壁面301を形成することで、ケース103の内壁面が各所で偏り少なくコイル201及び内側コア部202と近接する。ケース103の内壁面を外壁面と相似形に形成する場合と比べて、コイル201及び内側コア部202と一定距離内で対する内壁面301の表面積を増加させることができる。このため、コイル201等からの熱を内壁面301から放散し易くなり、リアクトルの放熱性が高められる。   As is apparent from the comparison between the inner wall surface 301 and the virtual line 302 in the figure, the inner wall surface 301 of the case 103 is formed in accordance with the outer shape of the coil 201 and the inner core portion 202 so that the inner wall surface of the case 103 is provided at various places. It is close to the coil 201 and the inner core portion 202 with little deviation. Compared with the case where the inner wall surface of the case 103 is formed in a similar shape to the outer wall surface, the surface area of the inner wall surface 301 facing the coil 201 and the inner core portion 202 within a certain distance can be increased. For this reason, it becomes easy to dissipate the heat from the coil 201 etc. from the inner wall surface 301, and the heat dissipation of a reactor is improved.

なお、内壁面301の断面形状は、略半楕円形状に限られず、コイル201及び内側コア部202の外形に合わせて、略半円状やその他の形状であってもよい。また、ケースの内壁面はコイル201の外形または内側コア部の外形に合わせて形成してもよい。   The cross-sectional shape of the inner wall surface 301 is not limited to a substantially semi-elliptical shape, and may be a substantially semi-circular shape or other shapes in accordance with the outer shapes of the coil 201 and the inner core portion 202. Moreover, you may form the inner wall surface of a case according to the external shape of the coil 201, or the external shape of an inner core part.

図4はコイルの外周面の一部が外側コア部から露出したリアクトルの構成例を示す図である。この例では、ケース103の内壁面401が、コイル201及び内側コア部202の外形に合わせて、その断面形状が略半円状となっている。このため、図3の例と同様にその内壁面401の形状によってリアクトルの放熱性が向上する。しかしながら、ケース103の内壁面はその他の形状であってもよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the reactor in which a part of the outer peripheral surface of the coil is exposed from the outer core portion. In this example, the inner wall surface 401 of the case 103 has a substantially semicircular cross section in accordance with the outer shapes of the coil 201 and the inner core portion 202. For this reason, the heat dissipation of a reactor improves with the shape of the inner wall surface 401 like the example of FIG. However, the inner wall surface of the case 103 may have other shapes.

図4の例では、更に、コイル201の外周面402の一部がケース103の上側で外側コア部203から露出している。コイル201をケース103内に縦置きする場合、外側コア部203からコイル201を露出させようとすると、コイル201外周面の全周にわたって外側コア部203が存在しない部分が生じる。一方、コイル201をケース103内に横置きする場合は、コイル201の外周面402の一部を露出させても、その他の部分で外側コア部203がコイル201の軸方向205に連続する。従って、外周面402の外側コア部203内にある部分で必要な磁路を確保できる。ケース103の底面側に磁路が集中して形成されるので、このようにケース103の上側でコイル201の外周面402を露出させれば、インダクタンス値への影響は特に少なく、全体として設計値通りのインダクタンスを実現し易くなる。   In the example of FIG. 4, a part of the outer peripheral surface 402 of the coil 201 is exposed from the outer core portion 203 on the upper side of the case 103. When the coil 201 is placed vertically in the case 103, if the coil 201 is exposed from the outer core portion 203, a portion where the outer core portion 203 does not exist is generated over the entire outer periphery of the coil 201. On the other hand, when the coil 201 is placed horizontally in the case 103, the outer core portion 203 continues in the axial direction 205 of the coil 201 at other portions even if a part of the outer peripheral surface 402 of the coil 201 is exposed. Therefore, a necessary magnetic path can be secured at a portion in the outer core portion 203 of the outer peripheral surface 402. Since magnetic paths are concentrated on the bottom surface side of the case 103, if the outer peripheral surface 402 of the coil 201 is exposed on the upper side of the case 103 in this way, the influence on the inductance value is particularly small, and the design value as a whole. This makes it easier to achieve the same inductance.

コイル201の外周面402の一部がケース103の上側で外側コア部203から露出していれば、外側コア部203を介さずにコイル201の熱を放散することができる。ケース103の上側は冷却面であるケース103の底面から最も離れているので、その部分の温度が上昇し易い。コイル201の外周面402の一部をケース103の上側で露出させることで、その部分の放熱性が高められる。したがって、所望のインダクタンス値を確保しつつ、リアクトル全体の放熱性をさらに高めることができる。   If a part of the outer peripheral surface 402 of the coil 201 is exposed from the outer core part 203 on the upper side of the case 103, the heat of the coil 201 can be dissipated without passing through the outer core part 203. Since the upper side of the case 103 is farthest from the bottom surface of the case 103 which is a cooling surface, the temperature of that portion is likely to rise. By exposing a part of the outer peripheral surface 402 of the coil 201 on the upper side of the case 103, the heat dissipation of that part is enhanced. Therefore, the heat dissipation of the entire reactor can be further enhanced while ensuring a desired inductance value.

図3や図4の例において、ケース103が、その上部を閉じる蓋を有するようにしてもよい。ケース103の上方を例えばアルミニウム製の蓋で閉じれば、外側コア部203やそこから露出したコイル201の上面をその蓋と面接触させることができる。その場合、リアクトル上側の熱は、蓋、ケース103の側壁を経て、冷却面である底面に至る経路でも放散することが可能となる。このため、リアクトルの放熱性がより向上する。蓋の素材には、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金などのその他の金属材料や、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素などのセラミックスを用いることができる。なお、図4の例に対しケースを導電性材料の蓋で閉じるように構成する場合には、コイル201と蓋との間で絶縁が必要となる。   In the example of FIGS. 3 and 4, the case 103 may have a lid that closes the upper portion thereof. If the upper part of the case 103 is closed with, for example, an aluminum lid, the outer core portion 203 and the upper surface of the coil 201 exposed from the outer core portion 203 can be brought into surface contact with the lid. In that case, the heat on the upper side of the reactor can be dissipated through the lid, the side wall of the case 103, and the path leading to the bottom surface as the cooling surface. For this reason, the heat dissipation of a reactor improves more. In addition to aluminum, other metal materials such as an aluminum alloy, and ceramics such as silicon nitride, alumina, aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide can be used as the material for the lid. Note that when the case is configured to be closed with a lid made of a conductive material, the insulation between the coil 201 and the lid is necessary.

図5はケース内にコイルの支持部を設けたリアクトルの構成例を説明するための図である。この例では、リアクトルが、内側コア部202のコイル201から突出した両端部分501でコイル201及び内側コア部202を支持する支持部502をケース103の内底面503に備える。支持部502はケース103本体と一体的に形成したものであってもよいし、ケース103本体とは別途に形成し、ケース103本体に連結固定したものであってもよい。支持部502の素材は、ケース103と同じ素材であっても異なる素材であってもよく、上述したケースの蓋と同様の素材を支持部502に用いることができる。   FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration example of a reactor in which a coil support portion is provided in a case. In this example, the reactor includes a support portion 502 that supports the coil 201 and the inner core portion 202 at both end portions 501 protruding from the coil 201 of the inner core portion 202 on the inner bottom surface 503 of the case 103. The support portion 502 may be formed integrally with the case 103 main body, or may be formed separately from the case 103 main body and connected and fixed to the case 103 main body. The material of the support portion 502 may be the same material as the case 103 or a different material, and the same material as the case lid described above can be used for the support portion 502.

ケース103内、この例ではケース103の内底面503に支持部502を設けることで、ケース103内でのコイル201の位置決めが容易になる。支持部502上にコイル201を載置した状態で外側コア部203の構成材をケース103内に充填し成形・硬化すれば、この例に係るリアクトルを製造することができる。このため、所望のインダクタンス値を実現したリアクトルの製造がより簡単になる。   Positioning of the coil 201 within the case 103 is facilitated by providing the support portion 502 in the case 103, in this example, the inner bottom surface 503 of the case 103. A reactor according to this example can be manufactured by filling the case 103 with the constituent material of the outer core portion 203 in a state where the coil 201 is placed on the support portion 502 and molding and curing the case. For this reason, manufacture of the reactor which implement | achieved the desired inductance value becomes easier.

支持部502は、内側コア部202のコイル201から突出した両端部分501で内側コア部202と接触する。コイル201は支持部502と接触しない。また、支持部502はケース103の内底面503上に立設されているので、コイル201はケース103の内底面503とも接触しない。したがって、コイル201を支持部502上に置くだけで、ケース103とコイル201との絶縁が確保される。   The support portion 502 contacts the inner core portion 202 at both end portions 501 protruding from the coil 201 of the inner core portion 202. The coil 201 is not in contact with the support portion 502. Further, since the support portion 502 is erected on the inner bottom surface 503 of the case 103, the coil 201 does not contact the inner bottom surface 503 of the case 103. Therefore, the insulation between the case 103 and the coil 201 is ensured only by placing the coil 201 on the support portion 502.

支持部502は、内側コア部202とケース103の内底面503とを構造的に連結する。内側コア部202の両端部分501からケース103の底面へ支持部502を介して熱を放散することができる。したがって、支持部502を設けることで、リアクトル全体の放熱性をより高めることもできる。なお、ケース103とコイル201との絶縁を確保するならば、ケース103の内底面503とコイル201とを近接させれば、それだけ放熱性が向上する。   The support portion 502 structurally connects the inner core portion 202 and the inner bottom surface 503 of the case 103. Heat can be dissipated from both end portions 501 of the inner core portion 202 to the bottom surface of the case 103 via the support portion 502. Therefore, by providing the support portion 502, the heat dissipation of the entire reactor can be further enhanced. If the insulation between the case 103 and the coil 201 is ensured, the heat radiation performance is improved as much as the inner bottom surface 503 of the case 103 and the coil 201 are brought close to each other.

図20は、コイルがケースの内壁面に接するように形成されたリアクトルの構成例を説明するための図である。円筒状の内側コア901に巻かれたコイル901がケース904内に収納されている様子を、コイルの軸方向に垂直な断面で表した模式図である。ここでは磁性材料と樹脂の混合物からなる外側コア903内の磁性材料の密集度を黒点で表現している。本例はケース904のコイルの軸方向と平行な両側壁と底面を冷却面とする場合を例示しており、ケース904の側壁面および底面側で外側コアの磁性材料の密集度が高くなっている。コイルを冷却面となる側のケース内壁面に接するように、あるいは樹脂シートや塗料などの絶縁体(図示せず)を介して接するようにすることで、冷却の効果を一層高めることができる。本例では冷却面が3面あり、少なくともその1面に接していると効果が得られる。図20では一方側面と底面の2面に接するように配置した例を示しているが、3面全て、底面のみ、あるいは両側面のみなどの構成が可能である。   FIG. 20 is a diagram for explaining a configuration example of the reactor formed so that the coil contacts the inner wall surface of the case. FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which a coil 901 wound around a cylindrical inner core 901 is housed in a case 904 in a cross section perpendicular to the axial direction of the coil. Here, the density of the magnetic material in the outer core 903 made of a mixture of the magnetic material and the resin is represented by black dots. This example illustrates the case where both side walls and the bottom surface parallel to the axial direction of the coil of the case 904 are used as cooling surfaces, and the density of the magnetic material of the outer core is increased on the side wall surface and bottom surface side of the case 904. Yes. The effect of cooling can be further enhanced by contacting the coil with the inner wall surface of the case on the cooling surface side or via an insulator (not shown) such as a resin sheet or paint. In this example, there are three cooling surfaces, and an effect can be obtained when at least one of the cooling surfaces is in contact. Although FIG. 20 shows an example in which the two side surfaces are in contact with one side surface and the bottom surface, it is possible to configure all three surfaces, only the bottom surface, or only both side surfaces.

次に、外側コア部に密度差を形成する他の製造方法を示す。図18は外部磁場による密集度差の形成方法を説明する図である。図18はコイル702と内側コア701からなるコイル組物を直方体状のケース704に収納したリアクトルを、コイルの軸方向に直角な面の断面として模式的に示している。ケース704内に磁性材料と樹脂との混合物703を充填したのち、硬化前の段階で、ケースの側面に永久磁石710を配置している。これにより、樹脂内に分散した磁性粉末が磁石に引き寄せられて両側面側での磁性粉末の密集度を高くすることができる。この状態で樹脂を加熱硬化させることにより、密集度差の形成が可能となる。本例では密集度を高めた側の両側面が冷却面として用いられる。   Next, another manufacturing method for forming a density difference in the outer core portion will be described. FIG. 18 is a diagram for explaining a method of forming a density difference due to an external magnetic field. FIG. 18 schematically shows a reactor in which a coil assembly including a coil 702 and an inner core 701 is housed in a rectangular parallelepiped case 704 as a cross section of a plane perpendicular to the axial direction of the coil. After the case 704 is filled with a mixture 703 of a magnetic material and a resin, a permanent magnet 710 is disposed on the side surface of the case at a stage before curing. Thereby, the magnetic powder dispersed in the resin is attracted to the magnet, and the density of the magnetic powder on both side surfaces can be increased. By heat curing the resin in this state, it is possible to form a density difference. In this example, both side surfaces on the side where the density is increased are used as cooling surfaces.

さらに別な製造方法として、図19は遠心力による密集度差の形成方法を説明する図である。図19はコイル802と内側コア801からなるコイル組物を円筒状のケース804に収納したリアクトルを、コイルの軸方向の断面として模式的に示している。ケース804内に磁性材料と樹脂との混合物803を充填したのち、硬化前の段階で、ケースを回転台810に載置し、回転させることで遠心力を発生させる。これにより、樹脂内に分散した磁性粉末が円筒状ケース804の円筒面側に集まり、円筒面側での磁性粉末の密集度を高くすることができる。この状態で樹脂を加熱硬化させることにより、密集度差の形成が可能となる。本例では密集度を高めた円筒面を冷却面として外側から冷却を行う構成で用いられる。   As yet another manufacturing method, FIG. 19 is a diagram for explaining a method of forming a density difference by centrifugal force. FIG. 19 schematically shows a reactor in which a coil assembly comprising a coil 802 and an inner core 801 is housed in a cylindrical case 804 as a cross section in the axial direction of the coil. After the case 804 is filled with the mixture 803 of the magnetic material and the resin, the case is placed on the turntable 810 and rotated before it is cured, thereby generating a centrifugal force. Thereby, the magnetic powder dispersed in the resin gathers on the cylindrical surface side of the cylindrical case 804, and the density of the magnetic powder on the cylindrical surface side can be increased. By heat curing the resin in this state, it is possible to form a density difference. In this example, a cylindrical surface with high density is used as a cooling surface and cooling is performed from the outside.

上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、本発明のリアクトルは、車載向けコンバータに限らず、空調機のコンバータのように比較的出力の高いその他の電力変換装置にも適用することができる。更に、内側コア部の端面はケースの側壁に接触してもよい。内側コア部の端面がケースの側壁に接触することで、更にリアクトルの放熱性を高めることができる。   The above-described embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications are possible within the scope of the present invention. For example, the reactor of the present invention can be applied not only to a vehicle-mounted converter but also to other power converters having a relatively high output such as an air conditioner converter. Furthermore, the end surface of the inner core portion may contact the side wall of the case. Since the end surface of the inner core portion is in contact with the side wall of the case, the heat dissipation of the reactor can be further enhanced.

上述した実施の形態では、主に内側コア部が圧粉成形体により構成されるリアクトルについて本発明を説明した。その他、内側コア部として、珪素鋼板に代表される電磁鋼板を積層させた積層体からなるものを利用することもできる。電磁鋼板は、圧粉成形体と比較して、飽和磁束密度が高い磁性コアを得易い。更に、既述のリアクトルは、内側コア部が外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部が内側コア部よりも透磁率が低く構成されていたが、本発明の適用されるリアクトルはその例に限られるものではない。例えば外側コア部だけでなく内側コア部も磁性材料と樹脂との混合物から構成するようにしてもよい。なお、内側コア部と外側コア部がともに磁性粉末と樹脂とを含む混合物の場合は、コイルのみをケース内に収納したのち、充填工程をおこなえばよい。コイルのみをケース内に収納する場合でも、コイルと内側コア部との組物ケース内に収納する場合と同様にして、次に続く充填工程および硬化工程をおこなうことができる。   In the above-described embodiment, the present invention has been described with respect to the reactor in which the inner core portion is mainly composed of a compacted body. In addition, what consists of a laminated body which laminated | stacked the electromagnetic steel plate represented by the silicon steel plate can also be utilized as an inner core part. The magnetic steel sheet is easy to obtain a magnetic core having a high saturation magnetic flux density as compared with the green compact. Furthermore, in the reactor described above, the inner core portion has a higher saturation magnetic flux density than the outer core portion, and the outer core portion has a lower magnetic permeability than the inner core portion, but the reactor to which the present invention is applied is It is not limited to that example. For example, not only the outer core part but also the inner core part may be composed of a mixture of a magnetic material and a resin. In the case where the inner core portion and the outer core portion are both a mixture containing magnetic powder and resin, the filling process may be performed after only the coil is accommodated in the case. Even when only the coil is accommodated in the case, the subsequent filling step and curing step can be performed in the same manner as in the case where the coil and the inner core portion are accommodated.

[密度差の形成]
以下、冷却面を底面とすることを想定し、硬化前の磁性材料の底面側への沈降による密集度差の形成を前提として形成例を説明する。よって、冷却面が底面、冷却面側とは異なる面で最も密集度の低い面である比較面が上面となる。磁性材料の密集度差は、硬化条件、磁性材料の充填量、粒径、硬化剤の種類などの諸条件により所望の値とすることができる。表1に形成例を示す。磁性材料として市販の純鉄粉を用い、フィラー等他の充填材を用いずにエポキシ樹脂(三菱化学(旧ジャパンエポキシレジン)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂 JER828)と表に示す硬化剤を混合した。硬化条件は全て同一であり、80℃2時間、120℃2時間、150℃5時間の順で加熱した。80℃での保持時間2時間は磁性材料の沈殿がほぼ飽和する時間であり、底面側と上面側の密集度が十分についている状態である。より短時間にすれば差を小さくすることができる。120℃での硬化中にも若干の沈殿は進行するが、本例の場合は80℃での充分な時間を採っていることから密集度差への影響はほとんど無いと考えられる。
[Formation of density difference]
Hereinafter, assuming that the cooling surface is the bottom surface, a formation example will be described on the premise of forming a density difference due to sedimentation of the magnetic material before curing to the bottom surface side. Accordingly, the cooling surface is the bottom surface, and the comparison surface, which is the surface different from the cooling surface side and has the lowest density, is the top surface. The density difference of the magnetic material can be set to a desired value depending on various conditions such as the curing conditions, the filling amount of the magnetic material, the particle diameter, and the type of the curing agent. Table 1 shows examples of formation. Commercially available pure iron powder was used as the magnetic material, and an epoxy resin (Mitsubishi Chemical (formerly Japan Epoxy Resin) bisphenol A type epoxy resin JER828) and a curing agent shown in the table were mixed without using other fillers and the like. The curing conditions were all the same, and heating was performed in the order of 80 ° C. for 2 hours, 120 ° C. for 2 hours, and 150 ° C. for 5 hours. A holding time of 2 hours at 80 ° C. is a time for which the precipitation of the magnetic material is almost saturated, and the density of the bottom surface side and the top surface side is sufficiently high. If the time is shorter, the difference can be reduced. Although slight precipitation proceeds during curing at 120 ° C., in this example, sufficient time at 80 ° C. is taken, and it is considered that there is almost no influence on the density difference.

表1において、高さは外側コア部となる充填部の高さ、すなわちケース底部から上面までの距離である。鉄粉粒径範囲は日機装株式会社製の装置(マイクロトラックMT3300)を用いてレーザ回折・散乱法で測定した。鉄粉充填量は混合物全体に占める鉄粉の体積割合である。底面側密度および密度差は、硬化後の測定結果であり、硬化後にサンプルを底面側から上面側に5等分して、上述の方法で各部の密度を算出して求めた。密度は底面側から上面側に向かって減少することが確認でき、底面側密度は、分割した中で最も底面側の密度であって最大密度となる。密度差は、(底面側密度−上面側密度)/底面側密度で求めた。   In Table 1, the height is the height of the filling portion serving as the outer core portion, that is, the distance from the case bottom to the top surface. The iron powder particle size range was measured by a laser diffraction / scattering method using an apparatus (Microtrack MT3300) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The iron powder filling amount is a volume ratio of iron powder to the entire mixture. The bottom surface side density and the density difference are measurement results after curing, and the sample was divided into five equal parts from the bottom surface side to the top surface side after curing, and the density of each part was calculated by the method described above. It can be confirmed that the density decreases from the bottom surface side toward the top surface side, and the bottom surface side density is the density at the bottom surface side most in the division and becomes the maximum density. The density difference was calculated by (bottom surface side density−top surface side density) / bottom surface side density.

実施例1、実施例2、実施例7の比較から、充填高さが高いほど密度差が大きくなることが判る。また、実施例2、実施例3、実施例4の比較から、鉄粉充填量が多いほど密度差が大きくなることが判る。また、実施例1は粒径75μm以下の鉄粉を使用したのに対して、実施例5は38μm以下のみを選別して、実施例6は38から75μmのみを選別しており、粒径の小さいものが密度差に寄与していることが判る。さらに、実施例7と実施例8は硬化剤の違いを比較しており、硬化剤の選択によっても密度差を変えることができることが示されている。   From the comparison of Example 1, Example 2, and Example 7, it can be seen that the density difference increases as the filling height increases. Moreover, it turns out from a comparison of Example 2, Example 3, and Example 4 that a density difference becomes large, so that there is much iron powder filling amount. Moreover, while Example 1 used iron powder having a particle size of 75 μm or less, Example 5 screened only 38 μm or less, and Example 6 screened only 38 to 75 μm. It can be seen that the smaller one contributes to the density difference. Further, Example 7 and Example 8 compare the difference in curing agent, and it is shown that the density difference can be changed also by selection of the curing agent.

[放熱効果のシミュレーション1]
次に、密度差による内部温度の違い、放熱効果をシミュレーションにより確認した結果を示す。図6にシミュレーションしたリアクトルの構造を示す。円筒状の内側コア部602、その外周に巻かれたコイル601、それら全体を覆う外側コア部603、全体を収納するケース604から構成される。内側コア部602は密度7.27g/cmで均一な圧粉成形体コアであり、寸法は直径29.8×高さ61mmとした。また、コイル601の寸法は内径33.8mmで厚さ0.8mm×幅9.0mmの線材を51ターン巻線している。ケース604外形は91.2×74.2×60mmである。
[Simulation of heat dissipation effect 1]
Next, the result of having confirmed the difference in internal temperature by the density difference and the heat dissipation effect by simulation is shown. FIG. 6 shows a simulated reactor structure. A cylindrical inner core portion 602, a coil 601 wound around the outer periphery thereof, an outer core portion 603 that covers them entirely, and a case 604 that accommodates the whole are configured. The inner core portion 602 is a uniform compacted body core with a density of 7.27 g / cm 3 and has dimensions of 29.8 × 61 mm in height. In addition, the coil 601 has an inner diameter of 33.8 mm and is wound with 51 turns of a wire material having a thickness of 0.8 mm and a width of 9.0 mm. The outer shape of the case 604 is 91.2 × 74.2 × 60 mm.

外側コア部603は磁性材料と樹脂との混合物であり、外形寸法を87.2×70.2×56mmとした。外側コア部は底面から上面に向かって均等10分割に密度差を設けている。表2は密度差を付けた各部の条件であり、vol%は外側コア部の各部分の磁性体の体積%、Dは各部分の密度(g/cm)、μは各部分の比透磁率、Wは各部分の10kHzの鉄損(磁束密度振幅Bm=0.1T)(kW/m)、λは各部分の熱伝導率(W/mK)、をそれぞれあらわす。また各部分の飽和磁束密度は0.8〜1.1Tの間にある。 The outer core portion 603 is a mixture of a magnetic material and a resin, and has an outer dimension of 87.2 × 70.2 × 56 mm. The outer core portion has a density difference equally divided into 10 from the bottom surface to the top surface. Table 2 shows the conditions of each part with a difference in density, vol% is the volume% of the magnetic material in each part of the outer core part, D is the density (g / cm 3 ) of each part, and μ is the relative permeability of each part. The magnetic susceptibility W represents the 10 kHz iron loss (magnetic flux density amplitude Bm = 0.1 T) (kW / m 3 ) of each part, and λ represents the thermal conductivity (W / mK) of each part. The saturation magnetic flux density of each part is between 0.8 and 1.1T.

第1のシミュレーション結果を図7から図9に示す。コイル、内側コア、外側コア、ケースのそれぞれについて損失を磁場解析で計算した結果を元に、熱解析で発熱源として扱った。なお、駆動周波数10kHz、通電条件は45Aとし、強制冷却となる冷却側の温度を50℃の条件とした。各図は断面温度分布を相対的に色分布で表している。色は赤色が最も温度が高く、黄、緑、青と順に低温となって、紫が最も低い温度を示している。図の下方が底面側、上方が上面側である。図7、図8は上記表2の外側コアによるもの、図9は比較のために外側コアに密度差を付けず均一としたものである。図7は、図の下方が底面側(高密度側)であり、底面側を強制冷却したものである。図8は、同じく図の下方が底面側(高密度側)であり、上面側を強制冷却したものである。図9は、均一密度の場合であって底面側を強制冷却したものである。   First simulation results are shown in FIGS. Based on the results of magnetic field analysis of loss for each of the coil, inner core, outer core, and case, they were treated as heat sources in thermal analysis. The driving frequency was 10 kHz, the energization condition was 45 A, and the temperature on the cooling side for forced cooling was 50 ° C. Each figure shows the cross-sectional temperature distribution as a relative color distribution. As for the color, red has the highest temperature, yellow, green, and blue become lower in order, and purple shows the lowest temperature. The lower side of the figure is the bottom side, and the upper side is the top side. 7 and 8 are based on the outer core of Table 2 above, and FIG. 9 is a uniform outer core with no density difference for comparison. In FIG. 7, the bottom of the figure is the bottom side (high density side), and the bottom side is forcibly cooled. In FIG. 8, the lower side of the figure is the bottom side (high density side), and the top side is forcibly cooled. FIG. 9 shows a case where the bottom surface side is forcibly cooled in the case of uniform density.

図7と図8の結果を比較してみた場合、冷却面を密度の高い側(底面側)にする方が、密度の低い側(上面側)にするよりも最高温度が6℃低くなっており、効率的に放熱できることが確認できた。すなわち、密度差を付けて密度の高い側を冷却することは有効である。   When comparing the results of FIG. 7 and FIG. 8, the maximum temperature is 6 ° C. lower on the cooling surface on the higher density side (bottom side) than on the lower density side (upper surface side). It was confirmed that heat can be efficiently dissipated. In other words, it is effective to cool the high density side with a density difference.

図7と図9の結果を比較してみた場合、密度差がある場合と無い場合では、同じように冷却をしても最高温度の差が3℃あり、密度差がある方が効率的に放熱できることが確認できた。   When comparing the results of FIG. 7 and FIG. 9, the difference in the maximum temperature is 3 ° C. even if cooling is performed in the same manner. It was confirmed that heat could be dissipated.

[放熱効果のシミュレーション2]
次に、外側コア部の密度差の違いによる冷却効果の違いをより詳しく見るために、密度差を変えて詳しくシミュレーションした結果を示す。シミュレーション対象として設定したリアクトルの外形寸法条件は上記シミュレーション1と同じである。外側コア部として、底面側と上面側の間を10段階の密度に設定し、密度差を0%、2%、3%、5%、10%、15%、20%と変化させて解析例1から解析例7とし、それぞれの場合の断面温度分布を求め、各部の最高温度を求めることで冷却の効果を確認した。表3にシミュレーション条件として各解析例で設定した密度(g/cm)を、表4に熱伝導率(W/mK)を、表5に比透磁率を、表6に鉄損(磁束密度振幅Bm=0.1T)(kW/m)をそれぞれ示す。
[Simulation of heat dissipation effect 2]
Next, in order to see the difference in cooling effect due to the difference in density of the outer core portion in more detail, the result of detailed simulation by changing the density difference is shown. The external dimensions of the reactor set as a simulation target are the same as those in the simulation 1 described above. As an outer core part, the density between the bottom side and the top side is set to 10 levels, and the density difference is changed to 0%, 2%, 3%, 5%, 10%, 15%, and 20%. From 1 to Analysis Example 7, the cross-sectional temperature distribution in each case was obtained, and the maximum temperature of each part was obtained to confirm the cooling effect. Table 3 shows the density (g / cm 3 ) set in each analysis example as simulation conditions, Table 4 shows thermal conductivity (W / mK), Table 5 shows relative permeability, and Table 6 shows iron loss (magnetic flux density). Amplitude Bm = 0.1T) (kW / m 3 ) is shown.

図10から図17に、解析例1から解析例8について求めた断面温度分布の違いを色分布で表す。図の比較から明らかなように、密度差が大きいほど冷却効果が大きく現れ、全体に温度が低く保たれていることがわかる。表7は、図10から図17の各解析例について、内側コア部、コイル、外側コア部、ケースのそれぞれにおける最高温度と、全体での最高温度、リアクトル全体の損失、コイル直流電流0A(ゼロ磁場)でのリアクトル全体のインダクタンス、をまとめたものである。表7から、全体での最高温度は内側コア部になっていることがわかる。密度差を2%付けると最高温度を0.5℃下げることができ、密度差が大きくなるに従って順に冷却効果が大きくなり、20%付けると5.1℃下げることができる。   10 to 17, the difference in cross-sectional temperature distribution obtained for analysis examples 1 to 8 is represented by color distribution. As is clear from the comparison of the figures, it can be seen that the greater the density difference, the greater the cooling effect, and the lower the temperature. Table 7 shows the maximum temperature in each of the inner core portion, the coil, the outer core portion, and the case, the overall maximum temperature, the loss of the entire reactor, and the coil DC current 0A (zero) for each analysis example of FIGS. This is a summary of the inductance of the entire reactor in the magnetic field. From Table 7, it can be seen that the overall maximum temperature is the inner core portion. If the density difference is 2%, the maximum temperature can be lowered by 0.5 ° C., and the cooling effect increases in order as the density difference increases, and if 20% is added, the maximum temperature can be lowered by 5.1 ° C.

このように、外側コア部に密度差を付け、密度の大きい側である底面側を冷却面として冷却することによって、リアクトル全体を効果的に冷却することができることが確認できた。底面側への磁性粉末の沈降による製造方法を例として示したが、他の製造方法により密度差を付けた場合でも冷却面と密度差との関係において同じである。エポキシ樹脂の耐熱温度やリアクトル周辺の電子部品等の耐熱温度は140〜150℃程度以下であり、リアクトル各部位の最高温度がこれらの耐熱温度以上となることは許されず、耐熱温度に比べて少しでも低くすることが望ましい。また、温度を下げることにより、コイルの損失を下げる効果もある。さらに、冷却温度はここでは50℃としたが、50℃より高い温度に設定される場合もありうるので、リアクトルの各部位の温度は、耐熱温度に比べて少しでも低くすることが望まれている。冷却の効果は密度差を大きくする程大きいが、密度差の無い場合と比較した有意な差として0.5℃超の効果を出すには3%以上の密度差があることが好ましく、1℃以上のためには5%以上、2℃以上のためには10%以上がさらに好ましいことがわかる。温度差のみに着目した場合、さらに密度差を大きくすることが好ましい。   Thus, it was confirmed that the entire reactor can be effectively cooled by providing a difference in density between the outer core portions and cooling the bottom surface side, which is the higher density side, as the cooling surface. Although the manufacturing method by sedimentation of the magnetic powder on the bottom side has been shown as an example, the relationship between the cooling surface and the density difference is the same even when the density difference is given by another manufacturing method. The heat resistance temperature of the epoxy resin and the heat resistance temperature of the electronic components around the reactor are about 140 to 150 ° C., and the maximum temperature of each part of the reactor is not allowed to be higher than these heat resistance temperatures, which is a little compared with the heat resistance temperature. However, it is desirable to make it low. In addition, reducing the temperature also has the effect of reducing coil loss. Furthermore, although the cooling temperature is 50 ° C. here, it may be set to a temperature higher than 50 ° C. Therefore, it is desired that the temperature of each part of the reactor is made slightly lower than the heat-resistant temperature. Yes. Although the effect of cooling increases as the density difference increases, it is preferable that there is a density difference of 3% or more to produce an effect of more than 0.5 ° C. as a significant difference compared to the case where there is no density difference. It can be seen that 5% or more for the above and 10% or more is more preferable for 2 ° C or more. When focusing only on the temperature difference, it is preferable to further increase the density difference.

一方、密度差を大きくすると、リアクトル全体としてのインダクタンスが小さくなる。インダクタンスはコイル巻数の2乗および断面積に比例し、同じインダクタンスを得るためには、コイルの巻き数を多くするか断面積を大きくする必要があり、リアクトル全体の大きさを大きくする必要が生じる。上記シミュレーションの場合、20%の密度差の解析例7の場合で、解析例1に比較してインダクタンスが0.2%低下する。この観点から計算した結果、インダクタンスの低下を1.5%以下に抑えるためには、密度差を45%以下とすることが好ましく、0.2%以下にするために密度差は20%以下とすることがさらに好ましいことがわかった。また、密度差を大きくすると、リアクトル全体の損失も大きくなる。車載用途での損失増加の許容範囲は10%程度までと考えられ、損失増加を10%以下に抑えるためには密度差を45%以下とすることが好ましい。さらに、損失増加を1.5%以下に抑えるためには密度差を20%以下とすることが好ましい。   On the other hand, when the density difference is increased, the inductance of the reactor as a whole is reduced. Inductance is proportional to the square of the number of coil turns and the cross-sectional area, and in order to obtain the same inductance, it is necessary to increase the number of turns of the coil or increase the cross-sectional area, and it is necessary to increase the size of the entire reactor. . In the case of the above simulation, in the case of Analysis Example 7 with a density difference of 20%, the inductance is reduced by 0.2% compared to Analysis Example 1. As a result of calculation from this viewpoint, in order to suppress the decrease in inductance to 1.5% or less, the density difference is preferably 45% or less, and in order to reduce to 0.2% or less, the density difference is 20% or less. It has been found that it is more preferable to do this. Moreover, if the density difference is increased, the loss of the entire reactor also increases. The allowable range of increase in loss for in-vehicle use is considered to be up to about 10%, and in order to suppress the increase in loss to 10% or less, the density difference is preferably 45% or less. Furthermore, in order to suppress the loss increase to 1.5% or less, it is preferable that the density difference is 20% or less.

以上の説明は、以下の特徴を含む。
(付記1)コイルと、コアと、前記コイル及び前記コアを収容するケースとを備え、前記コアが、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、前記外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、樹脂硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物中に直径300μm以上の気泡が存在しない、ことを特徴とするリアクトル。硬化後の磁性粉末と樹脂との混合物内に気泡が少ないことで、熱伝導性に優れた外側コアとすることができる。さらに、気泡が少ないことで、設計した磁気特性分布からのずれは小さくなり、所望の特性を実現しやすくなる。
(付記2)前記ケースを構成する壁面のうち、前記コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、前記外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、前記コイルの軸から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布であることを特徴とする、付記1に記載のリアクトル。
(付記3)コイルと、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイルを前記ケース内に収納する収納工程と、前記冷却面が底面となる状態で磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、前記充填工程と前記硬化工程の間に、前記混合物の粘度が略最小になる温度で保持する工程を有する、リアクトルの製造方法。
The above description includes the following features.
(Supplementary Note 1) A coil, a core, and a case that accommodates the coil and the core, wherein the core includes an inner core portion disposed inside the coil, and a part or all of the outside of the coil. An outer core portion is covered, and the outer core portion is a reactor formed of a mixture of a magnetic material and a resin, and bubbles having a diameter of 300 μm or more exist in the mixture of the magnetic powder and the resin after the resin is cured. Reactor characterized by not. Since there are few air bubbles in the mixture of the magnetic powder and resin after hardening, it can be set as the outer core excellent in thermal conductivity. Further, since the number of bubbles is small, the deviation from the designed magnetic characteristic distribution becomes small, and it becomes easy to realize desired characteristics.
(Additional remark 2) Of the wall surfaces constituting the case, at least one of the surfaces substantially parallel to the axial direction of the coil is configured as a cooling surface cooled from the outside, and the magnetic material in the outer core portion is made of The reactor according to appendix 1, wherein the density distribution is a distribution that increases from the axis of the coil toward the cooling surface.
(Supplementary Note 3) A coil and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the coil is placed in the case so that the cooling surface of the case and the axial direction of the coil are substantially parallel to each other. A storing step for storing, a filling step for filling the case with a mixture containing a magnetic material and a resin in a state where the cooling surface is the bottom surface, and a curing step for curing the filled mixture after the filling step. And a method of manufacturing a reactor, comprising a step of holding the mixture at a temperature at which the viscosity of the mixture is substantially minimized between the filling step and the curing step.

本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車といった車両や空調機に搭載されるコンバータのような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 this invention can be utilized for the components of power converters, such as a converter mounted in vehicles, such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle, and an air conditioner.

101 リアクトル
102 コンバータケース
103 リアクトルのケース
201 コイル
201w 巻線
202 内側コア部
203 外側コア部
204 コア
205 コイルの軸方向
206 ケースの側壁に沿った方向
301、401 ケースの内壁面
402 コイルの外周面
501 コイルの両端部分
502 支持部
503 ケースの内底面
601 コイル
602 内側コア部
603 外側コア部
604 ケース
701、801、901 内側コア
702、802、902 コイル
703、803、903 混合物
704、804、904 ケース
710 永久磁石
810 回転台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Reactor 102 Converter case 103 Reactor case 201 Coil 201w Winding 202 Inner core part 203 Outer core part 204 Core 205 Coil axial direction 206 Direction along the side wall of the case 301, 401 Inner wall surface 402 Coil outer peripheral surface 501 End portions of coil 502 Support portion 503 Inner bottom surface of case 601 Coil 602 Inner core portion 603 Outer core portion 604 Case 701, 801, 901 Inner core 702, 802, 902 Coil 703, 803, 903 Mixture 704, 804, 904 Case 710 Permanent magnet 810 turntable

Claims (9)

コイルと、コアと、前記コイル及び前記コアを収容するケースとを備え、前記コアが、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側の一部又は全部を覆う外側コア部を有し、前記外側コア部が、磁性材料と樹脂との混合物により形成されたリアクトルであって、
前記ケースを構成する壁面のうち、前記コイルの軸方向と略平行な面の少なくとも1つの面が外部から冷却される冷却面として構成されており、
前記外側コア部における磁性材料の密集度の分布が、前記コイルの軸から前記冷却面の方向に向かって大きくなる分布であることを特徴とするリアクトル。
A coil, a core, and a case that accommodates the coil and the core, wherein the core covers an inner core portion that is disposed inside the coil, and an outer core portion that covers a part or all of the outside of the coil. And the outer core part is a reactor formed of a mixture of a magnetic material and a resin,
Of the wall surfaces constituting the case, at least one surface substantially parallel to the axial direction of the coil is configured as a cooling surface cooled from the outside,
The reactor is characterized in that the distribution of the density of the magnetic material in the outer core portion is a distribution that increases from the axis of the coil toward the cooling surface.
前記冷却面は前記ケースの底面以外の面である請求項1に記載のリアクトル。   The reactor according to claim 1, wherein the cooling surface is a surface other than a bottom surface of the case. 前記密集度の差は、冷却面側を基準として0%超45%以下である、請求項1または請求項2に記載のリアクトル。   The reactor according to claim 1 or 2, wherein the difference in the density is more than 0% and 45% or less with respect to the cooling surface side. 前記密集度の差が3%以上である、請求項3に記載のリアクトル。   The reactor according to claim 3, wherein the density difference is 3% or more. 前記コイルが前記冷却面と接するように配置されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトル。   The reactor of any one of Claims 1-4 arrange | positioned so that the said coil may contact | connect the said cooling surface. 前記コイルの外周面の一部が前記外側コア部から露出する請求項1〜5のいずれか1項に記載のリアクトル。   The reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein a part of the outer peripheral surface of the coil is exposed from the outer core portion. コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
前記冷却面が底面となる状態で磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程と前記硬化工程の間に、前記混合物の粘度が略最小になる温度で保持する工程を有する、リアクトルの製造方法。
A coil assembly including a coil and an inner core inserted through the coil, and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the cooling surface of the case and the axial direction of the coil are A storing step of storing the coil assembly in the case so as to be substantially parallel;
A filling step of filling the case with a mixture containing a magnetic material and a resin in a state where the cooling surface is a bottom surface;
After the filling step, it has a curing step of curing the filled mixture,
A method for producing a reactor, comprising a step of holding the mixture at a temperature at which the viscosity of the mixture is substantially minimized between the filling step and the curing step.
コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動するように外部磁場を印加する、リアクトルの製造方法。
A coil assembly including a coil and an inner core inserted through the coil, and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the cooling surface of the case and the axial direction of the coil are A storing step of storing the coil assembly in the case so as to be substantially parallel;
A filling step of filling the case with a mixture containing a magnetic material and a resin;
After the filling step, it has a curing step of curing the filled mixture,
A method for manufacturing a reactor, wherein an external magnetic field is applied so that the magnetic material moves to the cooling surface side in the filling step or after the filling step.
コイルと、該コイル内に挿通された内側コアとを備えたコイル組物と、外部から冷却される冷却面を備えたケースとを準備し、前記ケースの前記冷却面と前記コイルの軸線方向が略平行になるように、前記コイル組物を前記ケース内に収納する収納工程と、
磁性材料と樹脂とを含む混合物を前記ケース内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、充填した前記混合物を硬化させる硬化工程を有し、
前記充填工程において、または前記充填工程の後に、前記冷却面側に前記磁性材料が移動する方向の遠心力が生じるように前記ケースを回転させる、リアクトルの製造方法。
A coil assembly including a coil and an inner core inserted through the coil, and a case having a cooling surface cooled from the outside are prepared, and the cooling surface of the case and the axial direction of the coil are A storing step of storing the coil assembly in the case so as to be substantially parallel;
A filling step of filling the case with a mixture containing a magnetic material and a resin;
After the filling step, it has a curing step of curing the filled mixture,
A method for manufacturing a reactor, wherein the case is rotated so that a centrifugal force in a direction in which the magnetic material moves is generated on the cooling surface side in the filling step or after the filling step.
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