JP2008166502A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向端部における磁束の集中を防ぐことができるリアクトルすること。
【解決手段】通電により磁束を発生するコイル２と、コイル２を内側に収容するケース４と、該ケース４内に配設されるコア３とを有するリアクトル１。コイル２は、該コイル２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面２０において軸方向端部２０１が曲線形状に形成された形状の曲面端部２２を有する。曲面端部２２は、コイル断面２０において半円形状に形成されている。コイル２は、偏平状の導体線２１を螺旋状に成形してなる。導体線２１におけるコイル２の軸方向端部２０を構成する端部構成部２１１は、コイル２の軸方向端部２０以外の部分を構成する一般部構成部２１２よりも幅が小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。

従来より、図９に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル９２と、該コイル９２の内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコア９３と、コイル９２及びコア９３を内側に収容するケース９４とを有するリアクトル９が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記コイル９２は、図９、図１０に示すごとく、該コイル９２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面９２０において軸方向端部９２１の角部９２２が角張るよう構成されている。

これに対して、コイル９２への通電により生じる磁束のループ（磁束線φ）は、図９に示すごとく、略楕円状に形成される。そのため、コイル９の角部９２２の周囲には磁束が集中しやすく、磁気飽和が生じやすい。ここで、磁気飽和とは、磁束線φがある部分を集中的に通過して強磁性体であるコア９３の磁化方向がすべて揃ってしまうことにより、当該部分においてそれ以上内部磁化が生じなくなる状態をいう。

そして、このように上記コイル断面９２０における軸方向端部９２１の角部９２２の周囲において磁気飽和が生じると、リアクトル９のインダクタンスが低下して、リアクトル９が所望の機能を発揮することが困難となるおそれがある。また、上記のごとく角部９２２の周囲において磁束密度が集中すると、コイル９２、ひいてはリアクトル９全体が高温化してしまうおそれもある。

特開２００６−１００３３５号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、軸方向端部における磁束の集中を防ぐことができるリアクトルを提供しようとするものである。

第１の発明は、通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアと、上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部が曲線形状に形成された形状の曲面端部を有することを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部が曲線形状に形成された形状の曲面端部を有する。そのため、コイルへの通電により、略楕円形状であって閉ループ状の磁束線をコイル断面の形状に沿って形成することができる。それゆえ、上記コイルの軸方向端部において、磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。

その結果、上記コイルの軸方向端部において磁気飽和が生じることを防ぐことができ、リアクトルのインダクタンスの低下を防ぐことができる。さらに、上述のごとく、上記コイルの軸方向端部において磁束が集中して形成されることを防ぐことができるため、磁束の集中に起因してリアクトルに過大な発熱が発生することをも防ぐことができる。

また、上記のごとく、磁束線が曲面端部に沿うよう形成されるため、充分なインダクタンス性能を得ることができる。そのため、磁束がほとんど形成されていない部分、すなわちインダクタンス性能にほとんど寄与しない部分の樹脂の角部をも面取りすることができる（図３参照）。かかる場合には、面取りした樹脂の分だけリアクトルの体格及び重量を軽減することができる。
その結果、リアクトルの小型化及び軽量化を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、軸方向端部における磁束の集中を防ぐことができるリアクトルを提供することができる。

第２の発明は、通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアと、上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部の角部が面取りされた形状の面取り部を有することを特徴とするリアクトルにある（請求項３）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部の角部が面取りされた形状の面取り部を有する。そのため、コイルへの通電により、略楕円形状であって閉ループ状の磁束線をコイル断面の形状に沿って形成することができる。それゆえ、上記第１の発明（請求項１）と同様に、コイルの軸方向端部において磁気飽和が生じることを防ぐことができる。

また、上記のごとく、磁束線が面取り部に沿うよう形成されるため、充分なインダクタンス性能を得ることができる。そのため、インダクタンス性能にほとんど寄与しない部分の樹脂の角部をも面取りすることができる。その結果、上記第１の発明と同様、リアクトルの小型化及び軽量化を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、軸方向端部における磁束の集中を防ぐことができるリアクトルを提供することができる。

第１の発明（請求項１）及び第２の発明（請求項３）において、上記リアクトルは、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等の構成部品として用いることができる。
上記ケースとして、例えば、アルミニウムからなるものを用いることができる。
上記磁性粉末混合樹脂として、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂にフェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等の磁性粉末を混入させてなるものを用いることができる。

また、上記曲面端部は、上記コイル断面において半円形状に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記コイルの軸方向端部において磁束の集中をより緩和することができる。

また、上記面取り部は、曲面からなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コイルの軸方向端部において磁束の集中を一層緩和することができる。

また、上記コイルは、偏平状の導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部よりも幅が小さいことが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記コイルの軸方向端部において面取り部又は曲面端部を容易に形成することができる。

また、上記導体線の上記端部構成部は、上記一般部構成部に近付くに従って段階的に幅が大きくなっていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記コイルの軸方向端部において面取り部又は曲面端部を一層容易に形成することができる。

また、上記導体線の上記端部構成部は、上記一般部構成部に近付くに従ってテーパ状に幅が大きくなっているよう構成されていてもよい（請求項７）。
この場合にも、上記コイルの軸方向端部において面取り部又は曲面端部を一層容易に形成することができる。

また、上記コイルは、導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は断面円形状であり、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部は上記端部構成部の直径よりも幅の大きい偏平状に形成されていてもよい（請求項８）。
この場合にも、上記コイルの軸方向端部において面取り部又は曲面端部を一層容易に形成することができる。

また、上記コイルは、断面形状が略一定である導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部よりも上記導体線の巻き数が少なくなるよう構成されていてもよい（請求項９）。
この場合にも、上記コイルの軸方向端部において面取り部又は曲面端部を一層容易に形成することができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係るリアクトルにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等の構成部品として用いることができる。
そして、上記リアクトル１は、図１に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル２と、該コイル２の内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコア３と、コイル２及びコア３を内側に収容するケース４とを有する。

コイル２は、図１〜図３に示すごとく、該コイル２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面２０において軸方向端部２０１が曲線形状に形成された形状の曲面端部２２を有する。具体的には、該曲面端部２２は、コイル断面２０において半円形状に形成されている。したがって、コイル２は、図１０に示すコイル９２とは異なり、コイル２の軸方向端部２０１が角張っていない。

また、コイル２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、偏平状の導体線２１を螺旋状に成形してなる。そして、該導体線２１におけるコイル２の軸方向端部２０１を構成する端部構成部２１１は、コイル２の軸方向端部２０１以外の部分を構成する一般部構成部２１２よりも幅が小さくなるよう構成されている。

具体的には、上記端部構成部２１１は、図２（ｂ）に示すごとく、一般部構成部２１２に近付くに従って段階的に幅が大きくなっている。一方、導体線２１は他端にも端部構成部２１１を有しており、該他端の端部構成部２１１も一般部構成部２１２に近付くに従って段階的に幅が大きくなるよう構成されている（図示略）。
そして、端部構成部２１１及び一般部構成部２１２は、それぞれ軸方向端部２０１及び一般部構成部２０２を形成することができる分の長さを有しており、コイル２は、これらを螺旋状に成形することにより形成することができるよう構成されている。

なお、図２（ｃ）に示すような導体線２１を用いることによってもコイル２を構成することができる。そして、この場合の端部構成部２１１は、一般部構成部２１２に近付くに従ってテーパ状に幅が大きくなるよう構成されている。

上記ケース４として、例えば、放熱性に優れたアルミニウムからなるものを用いることができる。ケース４には、図１に示すごとく、底面部４０からケース４の内側に向かって突出するように凸部４００が形成されている。そして、該凸部４００は、コア３の内側に形成された空洞部３０内に挿嵌されている。
上記コア３には、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等の磁性粉末を混入した磁性粉末混合樹脂を用いることができる。

本例のリアクトル１は、例えば、以下のように製造することができる。
まず、導体線２１の端部構成部２１１を螺旋状に成形することにより、コイル２の軸方向端部２０１の一方を形成する。
次いで、導体線２１の一般部構成部２１２を螺旋状に成形することにより、コイル２の軸方向端部２０１以外の部分（一般部２０２）を形成する。

一般部構成部２１２により一般部２０２を構成した後、更に導体線２１の他端の端部構成部２１１を螺旋状に成形することにより、コイル２の他端の軸方向端部２０１が形成される。
以上の手順により、コイル２を形成することができる。
なお、導体線２１における端部構成部２１１及び一般部構成部２１２の構成比率は、所望のリアクトル１のインダクタンス性能等に応じて種々変更することができる。

次に、コイル２を、ケース４の所定の位置に設置する。このとき、図１に示すごとく、凸部４００からコイル２の内側までの距離が略均等となるように設置することが好ましい。これにより、本例のリアクトル１は、安定した磁気特性を得ることができる。
次いで、ケース４内にコイル２を埋没させるようにコア３を充填することにより本例のリアクトル１を得ることができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
コイル２は、図１〜図４に示すごとく、該コイル２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面２０において軸方向端部２０１が曲線形状に形成された形状の曲面端部２２を有する。そのため、コイル２への通電により、図１に示すごとく、略楕円形状であって閉ループ状の磁束線φをコイル断面２００の形状に沿って形成することができる。それゆえ、コイル２の軸方向端部２０１において、磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。

その結果、コイル２の軸方向端部２０１において磁気飽和が生じることを防ぐことができ、リアクトル１のインダクタンスの低下を防ぐことができる。さらに、上述のごとく、コイル２の軸方向端部２０１において磁束が集中して形成されることを防ぐことができるため、磁束の集中に起因してリアクトル１に過大な発熱が発生することをも防ぐことができる。

また、図１に示すごとく、コイル２の軸方向端部２０１において曲面端部２２に沿うよう略楕円状に磁束線φが形成されることにより、充分なインダクタンス性能を得ることができる。そのため、図３、図４に示すごとく、磁束がほとんど形成されていない部分、すなわちインダクタンス性能にほとんど寄与しない部分のコア３の角部を面取りすることができる。かかる場合には、面取りしたコア３の分だけリアクトル１の体格及び重量を軽減することができる。
その結果、リアクトル１の小型化及び軽量化を図ることができる。

また、曲面端部２２は、図１〜図４に示すごとく、コイル断面２０において半円形状に形成されているため、コイル２の軸方向端部２０１の角部において磁気飽和が生じることを充分に防ぐことができる。

また、コイル２は、偏平状の導体線２１を螺旋状に成形してなり、該導体線２１におけるコイル２の軸方向端部２０１を構成する端部構成部２１１は、図２（ｂ）に示すごとく、コイル２の一般部２０２を構成する一般部構成部２１２よりも幅が小さい。そのため、コイル２の軸方向端部２０１において曲面端部２２を容易に形成することができる。

また、導体線２１の端部構成部２１１は、図２（ｂ）に示すごとく、一般部構成部２１２に近付くに従って段階的に幅が大きくなっているため、コイル２の軸方向端部２１１において曲面端部２２を一層容易に形成することができる。

以上のごとく、本例によれば、軸方向端部における磁束の集中を防ぐことができるリアクトルを提供することができる。

本例の構成を採用すれば、図３、図４に示すごとく、磁束がほとんど形成されていない部分、すなわちインダクタンス性能にほとんど寄与しない部分のコア３の角部を面取りすることもできる。これにより、リアクトル１の小型化及び軽量化を図ることができる。
なお、図３は、角部を平面状に面取りしてあるコア３を示すものであり、図４は、角部を曲面状に面取りしてあるコア３を示すものである。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、導体線２１の形状を変更して作製したコイル２を備えたリアクトル１の例である。
導体線２１は、図５（ａ）に示すごとく、該コイル２の軸方向端部２０１を構成する端部構成部２１１が断面半円形状である。また、一般部２０２を構成する一般部構成部２１２は、図５（ｂ）に示すごとく、端部構成部２１１の直径よりも幅の大きい偏平状に形成されている。

そして、コイル２の軸方向端部２０１においては、図５（ａ）、（ｂ）に示すごとく、一般部２０２に近い側から遠い側へ向かうに従って導体線２１の重ね巻数を徐々に少なくすることによって曲面端部２２を形成する。また、一般部２０２は、導体線２１の一般部構成部２１２を螺旋状に一重に巻くことにより形成する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、コイル２の軸方向端部２０１において曲面端部２２を一層容易に形成することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６（ａ）、（ｂ）に示すごとく、端部構成部２１１及び一般部構成部２１２ともに断面円形状であって略一定の断面積を有する導体線２１によってコイル２が構成されているリアクトル１の例である。この場合、図６（ａ）に示すごとく、コイル２の一般部２０２は導体線２１の一般部構成部２１２を多重に重ねて巻くことによって形成する。そして、コイル２の軸方向端部２０１を構成する端部構成部２１１は、一般部２０２に近い側から遠い側に向かうに従って、一般部構成部２１２よりも導体線２１の巻き数が少なくなるよう成形する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、実施例２と同様、コイル２の軸方向端部２０１において曲面端部２２を一層容易に形成することができる。
その他、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、コイル２が、図７、図８に示すごとく、該コイル２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面２０において軸方向端部２０１の角部が面取りされた形状の面取り部２３を有するリアクトル１の例である。
上記面取り部２３は、図７に示すごとく、曲面からなるよう構成することもできるが、図８に示すごとく、平面からなるよう構成することもできる。
その他は、実施例１と同様である。

本例のコイル２は、図７、図８に示すごとく、該コイル２を軸方向に切断したときに現れるコイル断面２０において軸方向端部２０１の角部が面取りされた形状の面取り部２３を有する。そのため、コイル２への通電により、略楕円形状であって閉ループ状の磁束線φをコイル断面２０の形状に沿って形成することができる。それゆえ、上記実施例１と同様に、コイル２の軸方向端部２０１において磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。

また、図７、図８にごとく、磁束線φが面取り部２３に沿うよう形成されるため、充分なインダクタンス性能を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、リアクトルの縦断面図。 実施例１における、（ａ）コイルを構成する導体線の状態を示す断面図、（ｂ）導体線の斜視図、（ｃ）別の導体線の斜視図。 実施例１における、角部を平面状に面取りした場合の樹脂の断面図。 実施例１における、角部を曲面状に面取りした場合の樹脂の断面図。 実施例２における、（ａ）コイルを構成する導体線の状態を示す断面図、（ｂ）導体線の斜視図。 実施例３における、（ａ）コイルを構成する導体線の状態を示す断面図、（ｂ）導体線の斜視図。 実施例４における、コイル断面における軸方向端部の角部が曲面状に面取りされているコイルを有するリアクトルの縦断面図。 実施例４における、コイル断面における軸方向端部の角部が平面状に面取りされているコイルを有するリアクトルの縦断面図。 従来例における、リアクトルの縦断面図。 従来例における、コイルの斜視図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コイル
２０ コイル断面
２１ 導体線
２００ 軸方向端部
３ 樹脂
４ ケース

Claims (9)

1. 通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアと、上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
   上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部が曲線形状に形成された形状の曲面端部を有することを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記曲面端部は、上記コイル断面において半円形状に形成されていることを特徴とするリアクトル。
3. 通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアと、上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
   上記コイルは、該コイルを軸方向に切断したときに現れるコイル断面において軸方向端部の角部が面取りされた形状の面取り部を有することを特徴とするリアクトル。
4. 請求項３において、上記面取り部は、曲面からなることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記コイルは、偏平状の導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部よりも幅が小さいことを特徴とするリアクトル。
6. 請求項５において、上記導体線の上記端部構成部は、上記一般部構成部に近付くに従って段階的に幅が大きくなっていることを特徴とするリアクトル。
7. 請求項５において、上記導体線の上記端部構成部は、上記一般部構成部に近付くに従ってテーパ状に幅が大きくなっていることを特徴とするリアクトル。
8. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記コイルは、導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は断面円形状であり、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部は上記端部構成部の直径よりも幅の大きい偏平状に形成されていることを特徴とするリアクトル。
9. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記コイルは、断面形状が略一定である導体線を螺旋状に成形してなり、該導体線における上記コイルの軸方向端部を構成する端部構成部は、上記コイルの軸方向端部以外の部分を構成する一般部構成部よりも上記導体線の巻き数が少ないことを特徴とするリアクトル。

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