JP2003045724A - リアクトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い収納性を確保しつつ、同じリアクトル性
能、同じ原材料費のもとで、打ち抜き回数（ショット
数）コストを削減し、高い接着強度のリアクトルを提供
することである。 【解決手段】 リアクトル１は、環状長円形軌跡の中心
線に沿って幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外形を有
し、コイル２が巻かれた二組の直方体の脚鉄心３と、半
環状形状の二組のヨーク鉄心４とを備えている。脚鉄心
３は、矩形に打ち抜かれた電磁鋼板を幅Ｗ方向に積層接
着し、高さＨと幅Ｗの比がＨ／Ｗ＞１である。ヨーク鉄
心４は、脚鉄心３と同じ板厚の電磁鋼板を半環状に打ち
抜き、高さＨ方向に積層接着したもの、またはダストコ
ア一体型で半環状形状を形成したものでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リアクトルに係
り、特に脚鉄心が薄板を積層されてなる小型のリアクト
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】リアクトルは、例えば鉄心にコイルを巻
くことで回路にインダクタンスを与える装置であって、
電流サージを制限するため例えば電気自動車、ハイブリ
ッド自動車等に用いられ、その普及と共に小型化高性能
化が要望されている。

【０００３】図２に、従来技術の小型のリアクトルの概
念的な斜視図を示す。図２（ａ）は、コイルを含む全体
の構成を示し、図２（ｂ）は、コイルを巻く前の鉄心部
分の斜視図である。リアクトル１は、全体として環状長
円形の平面形状と所定の高さを有し、コイル２が巻かれ
た二組の直方体の脚鉄心３と、半環状形状の二組のヨー
ク鉄心４とを備えている。コイル２は、図示されていな
いインシュレータ枠体に、予め所定のリアクトル特性に
あわせた線径、巻数で絶縁被覆導線を巻いて得られる。
インシュレータ枠体は脚鉄心を通すための中空部分を有
し、その材質は例えば６６ナイロン等が選ばれる。

【０００４】脚鉄心３は長方体の鉄心であって、例えば
５０マイクロメートルの板厚の電磁鋼板（例えば珪素鋼
板等）をプレス加工の打ち抜き等を用いて、矩形形状の
薄板を多数形成し、適切な接着材をその表面に塗布し、
リアクトル１の高さＨ方向に積層接着し、所定のリアク
トル特性に合わせた大きさ、体積の直方体形状を得るこ
とができる。ヨーク鉄心４は、半環状形状の鉄心であ
り、脚鉄心３と同じ材質の電磁鋼板を、リアクトル１の
高さＨ方向に積層接着して得ることができる。そしてコ
イル２の巻かれた脚鉄心３の磁路を閉じるように、二組
の直方体形状の脚鉄心３に近接してそれぞれ二組の半環
状形状のヨーク鉄心４が配置され、相互に接着等で固定
されて、リアクトル１を形成する。

【０００５】かかる構成のリアクトル１は、磁路が閉じ
ている脚鉄心３とヨーク鉄心４からなる鉄心に巻かれた
コイル２から構成されているので、コイルの線径、巻
数、コイルの巻かれている脚鉄心３部分の体積、磁路全
体の特性等で定まるインダクタンス特性を、コイル２が
接続される外部回路に与えることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
は、脚鉄心もヨーク鉄心も、リアクトルの平面形状にし
たがって、薄い電磁鋼板を多数プレス加工等で打ち抜
き、これをリアクトルの高さＨ方向に積層するという簡
明な加工設計で、所定の特性のリアクトルを得ることが
できる。しかしリアクトルが用いられる最終製品の小型
化等から、リアクトルに小型高性能が要求されてくるに
つれ、かかるリアクトルの高さＨ方向に積層することに
問題が次第に生じてきた。

【０００７】いまリアクトルの形状を環状長円形軌跡の
中心線に沿って幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外形を
有するものとする。この外形のリアクトルでは、平面寸
法と高さのうち、平面寸法は磁路を環状長円形軌跡で閉
じるために、幅Ｗを変えるとおよそ二倍の影響をうけ
る。したがって、体積あたりのリアクトル特性を向上さ
せ、収納性をあげるには、高さＨを増し、幅Ｗを抑制す
ればよい。すなわち脚鉄心でいえば、高さＨを増し、そ
の分幅Ｗを減らしてのっぽ型の脚鉄心にすることが考え
られる。しかしこのときには、積層接着する面から考え
ると、幅Ｗが減った分、接着面積が減少して接着強度が
落ちる。さらに高さＨが増した分打ち抜き枚数が増大
し、コストがアップする。このように、従来技術には、
小型高性能化の要求の面から、収納性向上と、接着強度
確保やコスト低減との間に相反する課題があった。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、高い収納性と、高い接着強度と、低いコストを
可能とするリアクトルを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、環状長円形軌
跡の中心線に沿って幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外
形を有するリアクトル１の収納性、打ち抜き回数（ショ
ット数）、接着強度の関係を検討する過程で、これらが
リアクトル１の高さＨと幅Ｗの比、すなわちＨ／Ｗに密
接に関連することを見出したことに基く。したがってま
ず、収納性に上記Ｈ／Ｗがどのように関係するかを述
べ、ついで接着強度、打ち抜き回数（ショット数）に上
記Ｈ／Ｗがいかに関連するかについて述べ、その後その
知見に基く課題解決手段について述べる。

【００１０】図３は、環状長円形軌跡の中心線に沿って
幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外形を有するリアクト
ル１を例にして、その収納性に幅Ｗ、高さＨがどのよう
に関連するかを模式的に示したものである。比較のため
図３（ａ）は、幅広で高さが低い場合、図３（ｂ）は逆
に幅が狭く高さが高い場合とし、リアクトル１の特性を
同じにして比較するため、脚鉄心３の体積を同じとし、
図示していないコイルの条件も同じとするため、脚鉄心
３間の間隔Ｇも同じとした。したがって図３（ａ）で脚
鉄心３の幅をＷ１、高さをＨ１、長さをＬ、ヨーク鉄心
４の中心線軌跡の半径をＲ１とし、図３（ｂ）で脚鉄心
３の幅をＷ２、高さＨ２、長さをＬ、ヨーク鉄心４の中
心線軌跡の半径をＲ２とすれば、Ｗ１＊Ｈ１＊Ｌ＝Ｗ２
＊Ｈ２＊Ｌ、Ｒ１＝（Ｇ＋Ｗ１）／２、Ｒ２＝（Ｇ＋Ｗ
２）／２である。

【００１１】したがって、リアクトル１全体の体積で収
納性を考えるとき、脚鉄心３の体積は同じであるので、
ヨーク鉄心４の体積が問題となる。個々のヨーク鉄心４
は、半円環状をなしているが、その一個の体積は中心軌
跡の長さに注目して考えると、図３（ａ）で、体積＝Ｗ
１＊Ｈ１＊π＊Ｒ１、図３（ｂ）で、体積＝Ｗ２＊Ｈ２
＊π＊Ｒ２となる。ここでＷ１＊Ｈ１＝Ｗ２＊Ｈ２なの
で、結局ヨーク鉄心４の体積比較は、Ｇ＋Ｗ１とＧ＋Ｗ
２の比較になり、図３（ａ）の幅広Ｗ１の方が図３
（ｂ）の幅狭Ｗ２に比較して体積が大きく、収納性が悪
い。

【００１２】図４は、環状長円形軌跡の中心線に沿って
幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外形を有するリアクト
ル１において、Ｈ＊Ｗ＝一定として、Ｈ／Ｗを変えたと
きに収納性がどのような関数で表わされるかを示した。
上述のごとく、（Ｇ＋Ｗ）でヨーク鉄心４の体積を示す
ことができるので、Ｇを定数とすれば、Ｈ／Ｗに対しＷ
がどのように変化するを計算すればよい。その結果は、
Ｈ／Ｗが大ほど体積が小となり、収納性が向上する。図
３では、環状長円形軌跡の中心線に沿って幅Ｗを持つ平
面形状で、高さＨの外形を有するリアクトル１を例に
し、脚鉄心３、ヨーク鉄心４がそれぞれ二個づつのモデ
ルについて説明したが、他のモデルを用いても、リアク
トル１の特性を一定の条件とすれば、結論は変わらな
い。

【００１３】つぎに、打ち抜き回数（ショット数）、接
着強度に上記Ｈ／Ｗがいかに関連するかについて述べ
る。この場合、脚鉄心３を電磁鋼板の積層接着構造と
し、その特性を一定、すなわち幅Ｗ＊高さＨ＊長さＬを
一定として考えると、例えば電磁鋼板の板厚を変えない
とすれば、この体積の脚鉄心３を製作するのに要する電
磁鋼板の面積は同じで、また電磁鋼板表面に塗布する接
着材の厚みも変えないとすれば、その接着材の量も又同
じであり、材料費は工法によらず変わらないことがわか
る。そこで、脚鉄心３が、材料費以外の打ち抜き回数
（ショット数）コスト、接着強度が工法によりいかに影
響を受けるかについて考えるため、図５（ａ）に高さＨ
方向に電磁鋼板を積層接着する工法、図５（ｂ）に幅Ｗ
方向に電磁鋼板を積層接着する工法を模式的に示した。

【００１４】図６（ａ），（ｂ）は、図５（ａ）に対応
して、高さＨ方向に電磁鋼板を積層接着する工法のとき
の打ち抜き回数（ショット数）コスト、接着強度がＨ／
Ｗにどのように関連するかを示した図である。幅Ｗ方向
に電磁鋼板を積層接着する工法のときについては、同様
に図７（ａ），（ｂ）に示した。

【００１５】まず打ち抜き回数（ショット数）について
考えると、工法が異なっても原材料の電磁鋼板の板厚、
総面積は変わらないのであるから、打ち抜き回数（ショ
ット数）は、接着材の厚みを一旦無視すれば、もっぱら
脚鉄心３の積層方向の寸法を電磁鋼板の板厚で徐した値
になる。例えば、図５（ａ）で高さＨ方向に積層すると
きは、高さＨを電磁鋼板の板厚で徐した値が打ち抜き回
数（ショット数）となるので、Ｈ＊Ｗ一定の条件で、Ｈ
／Ｗを変えたときの打ち抜き回数（ショット数）コスト
への影響を見るには、Ｈ＊Ｗ一定のもとでのＨ／Ｗに対
するＨの変化を求めればよい。その結果は、図６（ａ）
で示すように、Ｈ／Ｗが小ほど打ち抜き回数（ショット
数）コストが低下する。これに対し、図５（ｂ）で幅Ｗ
方向に積層するときは、幅Ｗを電磁鋼板の板厚で徐した
値が打ち抜き回数（ショット数）となるので、Ｈ＊Ｗ一
定のもとでのＨ／Ｗに対するＷの変化を求めればよい。
その結果は、図７（ａ）で示すように、Ｈ／Ｗが大ほど
打ち抜き回数（ショット数）コストが低下する。

【００１６】つぎに接着強度について考えると、接着強
度は打ち抜かれて積層される二枚の矩形の電磁鋼板間の
接着材が塗布される面積に比例するので、脚鉄心３の長
さＬを変えないとすれば、例えば図５（ａ）で高さＨ方
向に積層接着するときは幅Ｗに比例する。したがってＨ
＊Ｗ一定の条件で、Ｈ／Ｗを変えたときの接着強度への
影響を見るには、Ｈ＊Ｗ一定のもとでのＨ／Ｗに対する
Ｗの変化を求めればよい。その結果は、図６（ｂ）で示
すように、Ｈ／Ｗが小ほど接着強度が向上する。これに
対し、図５（ｂ）で幅Ｗ方向に積層するときは、接着強
度は高さＨに比例するので、Ｈ＊Ｗ一定のもとでのＨ／
Ｗに対するＨの変化を求めればよい。その結果は、図７
（ｂ）で示すように、Ｈ／Ｗが大ほど接着強度が向上す
る。

【００１７】いままでの検討結果をまとめたのが図８で
ある。すなわち、Ｈ＊Ｗ一定の条件で、リアクトル１の
収納性は、Ｈ＞Ｗの方が良い。そして、電磁鋼板を積層
接着してなる脚鉄心３の打ち抜き回数（ショット数）コ
ストおよび接着強度はともに、Ｈ方向積層のときはＨ＜
Ｗの方が良く、Ｗ方向積層のときはＨ＞Ｗの方が良い。

【００１８】このように、環状長円形軌跡の中心線に沿
って幅Ｗを持つ平面形状で、高さＨの外形を有するリア
クトル１について、その収納性、打ち抜き回数（ショッ
ト数）、接着強度のいずれもが、リアクトル１の高さＨ
と幅Ｗの比、すなわちＨ／Ｗに密接に関連することが見
出された。そこでＨ／Ｗに応じて、リアクトル１の構造
を最適に設定することで、同じ材料費のもとで、その収
納性を向上させ、打ち抜き回数（ショット数）コストを
低下させ、接着強度を向上することができることを見出
した。

【００１９】かかる知見に基き、本発明に係るリアクト
ルは、環状長円形軌跡の中心線に沿って幅Ｗを持つ平面
形状で、高さＨの外形のリアクトルであって、電磁鋼板
を積層接着し、矩形平面形状を有し、コイルが巻回され
た脚鉄心と、脚鉄心の磁路を閉じるために脚鉄心に近接
して配置されたヨーク鉄心とを備え、脚鉄心は、その外
形の寸法において高さＨと幅Ｗの比がＨ／Ｗ＞１であっ
て、幅Ｗ方向に積層されていることを特徴とする。

【００２０】本発明に係るリアクトルは、上記高さＨと
幅Ｗの関係において高さＨと幅Ｗの比がＨ／Ｗ＞１であ
る構造としたので、収納性にすぐれ、また脚鉄心の電磁
鋼板の積層接着について幅Ｗ方向に積層される構造とし
たので、打ち抜き回数（ショット数）コストを低下さ
せ、接着強度を向上させる。

【００２１】また、本発明に係るリアクトルは、環状長
円形軌跡の中心線に沿って幅Ｗを持つ平面形状で、高さ
Ｈの外形のリアクトルであって、電磁鋼板を積層接着
し、矩形平面形状を有し、コイルが巻回された脚鉄心
と、脚鉄心の磁路を閉じるために脚鉄心に近接して配置
されたヨーク鉄心とを備え、脚鉄心は、その外形の寸法
において高さＨが幅Ｗの二倍以上であって、幅Ｗ方向に
積層されていることを特徴とする。

【００２２】本発明に係るリアクトルは、上記高さＨと
幅Ｗの関係において高さＨが幅Ｗの二倍以上の構造とし
たので、収納性にすぐれ、また脚鉄心の電磁鋼板の積層
接着について幅Ｗ方向に積層される構造としたので、打
ち抜き回数（ショット数）コストを低下させ、接着強度
を向上させる。例えば、リアクトルの特性を同一の条件
で比較すると、高さＨ方向に積層される構造を採用した
ときにくらべ、打ち抜き回数（ショット数）コストで二
分の一以下のショット数、接着強度で二倍以上の強度を
実現できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態に係る
リアクトル１の概念的な斜視図を示す。図１（ａ）は、
コイルを含む全体の構成を示し、図１（ｂ）は、コイル
を巻く前の鉄心部分の斜視図である。図２と共通の要素
には同一の符号を付し、説明を省略する。図１におい
て、高さＨと幅Ｗにおいて、高さＨが幅Ｗの二倍以上の
場合の一例で、高さＨが幅Ｗのちょうど二倍の場合を示
してある。ここにおいてコイル２を除いた図１（ｂ）に
おいて、脚鉄心３は、矩形に打ち抜かれた電磁鋼板を幅
Ｗ方向に積層接着して得られる。例えば電磁鋼板の厚み
は５０マイクロメートルで、幅Ｗは２ｃｍ、高さＨは４
ｃｍ、長さＬは１０ｃｍ等の寸法で、脚鉄心３一個の体
積は８０ｃｍ＊ｃｍ＊ｃｍである。この場合、単純に計
算すると、１０ｃｍ＊４ｃｍの矩形電磁鋼板を４０枚積
層して脚鉄心３が形成される。ただし接着材の厚み等を
無視している。したがって、原材料の電磁鋼板は、４０
＊１０＊４＝１６００ｃｍ＊ｃｍの面積を要し、また接
着材の塗布面積は、片面塗布の場合、１６００ｃｍ＊ｃ
ｍである。

【００２４】ヨーク鉄心４は、脚鉄心３と同じ板厚の電
磁鋼板を半環状に打ち抜き、高さＨ方向に積層接着する
ことでも得ることができる。この場合には、製造工程が
脚鉄心３と共通化できる利点がある。また、ヨーク鉄心
４はダストコア一体型で半環状形状を形成することで得
ることもできる。ダストコア一体型とは、電磁鋼板（例
えば珪素鋼板等）の微粒子の鉄粉を絶縁処理した上で固
着化したもので、例えば脚鉄心３製造時の廃材を利用で
き、全体の材料歩留まりを上げ、コストを削減でき、ま
た円環状形状も容易に形成できる利点がある。

【００２５】かかる構造のリアクトル１を、従来構造の
リアクトル１と比較する。例えば上述の例の寸法を全て
用いて、ただ脚鉄心３の電磁鋼板積層を高さＨ方向のま
まとした従来例を考える。この場合脚鉄心３一個の体
積、原材料の電磁鋼板の面積、接着材の塗布総面積は全
て同じなので、リアクトルの性能、原材料費は同じと考
えてよい。しかし、同じ１６００ｃｍ＊ｃｍの総面積の
原材料電磁鋼板から、１０ｃｍ＊２ｃｍの矩形板を８０
枚打ち抜く必要があり、打ち抜き回数（ショット数）で
二倍、一枚の矩形板の接着面積は２０ｃｍ＊ｃｍで二分
の一となる。

【００２６】換言すれば、同じ形状、同じ性能のリアク
トル１を製造するのに、原材料たる電磁鋼板、接着材の
費用も同じであるのに、リアクトル１の構造を従来構造
から本発明の実施の形態の構造にすることで、打ち抜き
回数（ショット数）コストを二分の一、接着強度を二倍
にできた。

【００２７】本発明の実施の形態においては、高さＨが
幅Ｗの二倍の場合について詳細に説明した。しかし、高
さＨと幅Ｗの比がＨ／Ｗ＞２のときはもちろん、Ｈ／Ｗ
＞１であって、Ｈ／Ｗ＜２のときも本発明が実施でき
る。例えば高さＨが幅Ｗの１．５倍であるときは、従来
技術に比し、打ち抜き回数（ショット数）コストで１．
５分の一、接着強度で１．５倍という顕著な効果を得る
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】高い収納性を確保しつつ、同じリアクト
ル性能、同じ原材料費のもとで、打ち抜き回数（ショッ
ト数）コストを削減し、高い接着強度のリアクトルを得
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るリアクトルの概念
的な斜視図で、（ａ）はコイルを含む全体、（ｂ）はコ
イルを巻く前の鉄心部分を示す。

【図２】 従来技術の小型のリアクトルの概念的な斜視
図で、（ａ）はコイルを含む全体、（ｂ）はコイルを巻
く前の鉄心部分を示す。

【図３】 本発明の基礎となる知見のうち、収納性に幅
Ｗ、高さＨがどのように関連するかを模式的に示す図
で、（ａ）は幅広で高さが低い場合、（ｂ）は逆に幅が
狭く高さが高い場合を示す。

【図４】 本発明の基礎となる知見のうち、リアクトル
において、Ｈ＊Ｗ＝一定として、Ｈ／Ｗを変えたときに
収納性がどのような関数で表わされるかを示した図であ
る。

【図５】 本発明の基礎となる知見のうち、工法の差を
説明する図で、（ａ）に高さＨ方向に電磁鋼板を積層接
着する工法、（ｂ）に幅Ｗ方向に電磁鋼板を積層接着す
る工法を模式的に示す。

【図６】 （ａ），（ｂ）は、本発明の基礎となる知見
のうち、高さＨ方向に電磁鋼板を積層接着する工法のと
きの打ち抜き回数（ショット数）コスト、接着強度がＨ
／Ｗにどのように関連するかを示した図である。

【図７】 （ａ），（ｂ）は、本発明の基礎となる知見
のうち、幅Ｗ方向に電磁鋼板を積層接着する工法のとき
の打ち抜き回数（ショット数）コスト、接着強度がＨ／
Ｗにどのように関連するかを示した図である。

【図８】 本発明の基礎となる知見をまとめた図であ
る。

【符号の説明】

１ リアクトル、２ コイル、３ 脚鉄心、４ ヨーク
鉄心。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状長円形軌跡の中心線に沿って幅Ｗを
   持つ平面形状で、高さＨの外形のリアクトルであって、 電磁鋼板を積層接着し、矩形平面形状を有し、コイルが
   巻回された脚鉄心と、 脚鉄心の磁路を閉じるために脚鉄心に近接して配置され
   たヨーク鉄心と、を備え、 脚鉄心は、その外形の寸法において高さＨと幅Ｗの比が
   Ｈ／Ｗ＞１であって、幅Ｗ方向に積層されていることを
   特徴とするリアクトル。
2. 【請求項２】 環状長円形軌跡の中心線に沿って幅Ｗを
   持つ平面形状で、高さＨの外形のリアクトルであって、 電磁鋼板を積層接着し、矩形平面形状を有し、コイルが
   巻回された脚鉄心と、 脚鉄心の磁路を閉じるために脚鉄心に近接して配置され
   たヨーク鉄心と、を備え、 脚鉄心は、その外形の寸法において高さＨが幅Ｗの二倍
   以上であって、幅Ｗ方向に積層されていることを特徴と
   するリアクトル。