JP2008166503A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができるリアクトルを提供すること。
【解決手段】通電により磁束を発生するコイル２と、該コイル２の内側及び外周に配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とを有するリアクトル１。コイル２の形状及びコア３の外形は、コイル２の軸方向に直交する面に対してコイル２及びコア３を軸方向に投影したときに形成される投影形状が、いずれも非円形状である。
【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、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を有するリアクトルが知られている（特許文献１参照）。
かかるリアクトルにおいては、コイルを円形螺旋状に巻回し、その内側と外周とにわたってコアを配設する。

しかしながら、コイルに通電したときに生じる磁束は、コイルの巻線の周囲に形成され円形コイルの内側部分やコイルの外周の遠い部分は疎となる。したがって、これらの部分にコアを形成してもリアクトルのインダクタンス性能に寄与しないため、図１２に示すごとく、コア９３の内周に空洞部９３０を設け外周の外形をコイル９２と同様に円形にすることが考えられる。

ところが、通常、リアクトル９を搭載するスペース４２は、図１２に示すごとく、直方体形状であることが多く、かかる直方体のスペース４２に外形が円形状のリアクトル９を配設すると、結局、図１２に示すごとく、デッドスペースＤが大きいものとなってしまう。

また、コア９３の内周に空洞部９３０を設けても、コア９３の材料費を削減することはできるが、空間的には無駄な空間となってしまう。特に、図１３に示すごとく、上記スペース４２に複数のリアクトル９を並べて搭載した場合には、上記問題が顕著となる。
一方、単純にリアクトル９の体積を小さくしたのでは、リアクトル９のインダクタンス性能を確保することが困難となる。
そこで、上記デッドスペースＤを削減して、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図る技術が待望されていた。

特開２００３−０４５７２４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、インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図る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。

本発明は、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配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を有するリアクトルであって、
上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記コイルの軸方向に直交する面に対して上記コイル及び上記コアを軸方向に投影したときに形成される投影形状が、いずれも非円形状であ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。
上記コイルの形状は、上記投影形状が非円形状である。これにより、上記リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができる。すなわち、有効磁路断面積が一定の場合、本発明のリアクトルの方が、外形が円形状のリアクトル（以下、円形のリアクトルという）よりもコイルの内側部分の体積を小さくすることができる。

これにより、コイルの内側において磁束密度が低い部分、すなわち、リアクトルのインダクタンス性能にほとんど寄与しない領域を小さくすることができる。
その結果、インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができるリアクトルを得ることができる。

また、上記コアの外形は、上記投影形状が非円形状である。それゆえ、例えばリアクトルを搭載するスペースが直方体形状であるとすると、該スペースとリアクトルとの間のデッドスペースの体積を減少させることができる。特に、上記スペースにリアクトルを複数並べて搭載する場合には、上記スペース全体に占めるデッドスペースの体積比率を充分に減少させることができる。
その結果、本発明のリアクトルを搭載するスペースを、円形のリアクトルを搭載するスペースよりも小さくすることができる。

以上のごとく、本発明によれば、インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができるリアクトルを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記リアクトルは、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に用いることができる。
また、上記リアクトルは、上記コアを構成する磁性粉末混合樹脂を注型するための注型用ケースに収納したままの状態で、インバータケース等のリアクトル搭載用のスペースに搭載することができる。また、上記注型用ケースからリアクトルを取り外した後に上記スペースに搭載することもできる。

リアクトルを搭載するスペースや上記注型用ケースとして、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。
上記コアの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、上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記投影形状がいずれも略楕円形状であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域を充分に低減することができるため、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を充分に図ることができる。
また、上記リアクトルを直方体形状のスペースに搭載する場合や、複数のリアクトルを並べて配置する場合に、デッドスペースを充分に小さくすることができる。それゆえ、充分にリアクトルの省スペース化を図ることができる。

また、上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記投影形状がいずれも略四角形状であってもよい（請求項３）。
この場合には、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域を充分に低減することができるため、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を充分に図ることができる。

以下に、円形のリアクトルとの比較において、上記の効果を説明する。すなわち、円形のリアクトルを搭載していた直方体形状のスペースに対して搭載可能な最大の大きさを有する略四角形状のリアクトルは、円形のリアクトルよりも有効磁路断面積が大きく、かつコイルの周長が長くなる（図４（ａ）、図１２参照）。そのため、円形のリアクトルよりも、リアクトルのインダクタンス性能を向上させることができる。したがって、かかるリアクトルを小型化しても、円形のリアクトルと同等以上のインダクタンス性能を確保することができる。よって、インダクタンス性能を確保しつつ小型化することによってリアクトルの省スペース化を図ることができる。

また、上記リアクトルを直方体形状のスペースに搭載する場合や、複数のリアクトルを並べて配置する場合に、デッドスペースをより一層小さくすることができる。それゆえ、より一層リアクトルの省スペース化を図ることができる。

なお、上記略四角形状とは、例えば、図１１に示すごとく、対向する二対の辺において、直線部分Ｌ１が存在しているものをいい、省スペース化の観点から曲線部分も含めた一辺の全体の長さＬ２に対して、上記直線部分Ｌ１の割合が大きいことが好ましい。

また、上記コイルの内側に配設されるコアの内側には空洞部が形成されており、該空洞部の外形は、上記コイルの軸方向に直交する面に対して上記コアを軸方向に投影したときに形成される投影形状が、非円形状であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域である上記空洞部の体積を充分に低減することができ、リアクトルの省スペース化を充分に図ることができる。

また、上記コイルの内側に、上記コイルによる発熱を放熱する放熱部材が配設されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、リアクトルの内側部分の放熱効率を向上させることができる。

また、上記放熱部材は、他の部位よりも磁束密度が高い部位の近傍に配設されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、リアクトルの内側部分の放熱効率をより一層向上させることができる。
すなわち、磁束密度が高い部分においては、コアの発熱が大きくなるため温度が特に上昇しやすい。したがって、このように温度上昇がしやすい部分に放熱部材を配置することでリアクトルの内側部分の放熱効率を向上させることができる。

（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２を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１、図２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の内側及び外周に配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とを有する。

コイル２の形状及びコア３の外形は、図１（ａ）、図２に示すごとく、コイル２の軸方向に直交する面に対してコイル２及びコア３を軸方向に投影したときに形成される投影形状が、いずれも非円形状である。具体的には、コイル２の形状及びコア３の外形は、投影形状がいずれも略楕円形状である。

コイル２の内側に配設されるコア３の内側には、図１、図２に示すごとく、空洞部３０が形成されている。そして、該空洞部３０の外形は、コイル２の軸方向に直交する面に対してコア３を軸方向に投影したときに形成される投影形状が、非円形状である。具体的には、空洞部３０の投影形状も略楕円形状である。

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に用いることができる。
リアクトル１は、図２に示すごとく、磁性粉末混合樹脂を注型するための注型用ケース４１に入れたままの状態で、インバータケース等のリアクトル１搭載用のスペース４２に搭載してある。また、リアクトル１を注型用ケース４１から取り外した後、リアクトル１をスペース４２に搭載することもできる。
なお、以下においては、適宜、注型用ケース４１に収納された状態のコイル２及びコア３をリアクトル１という。

リアクトル１の注型用ケース４１としては、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。
注型用ケース４１には、図１（ｂ）に示すごとく、底面部４０から内方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の空洞部３０内に配置されている。かかる構成により、放熱効率が比較的悪くなりがちなコイル２の内側のコア３における放熱を充分に行うことができる。

コイル２を構成する導体線として、例えば、平板状のものや断面円形状のものを用いることができる。
コア３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からなる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
コイル２の形状は、図１（ａ）、図２に示すごとく、投影形状が、いずれも非円形状である。これにより、リアクトル１のインダクタンス性能を確保しつつ小型化を図ることができる。すなわち、有効磁路断面積が一定の場合、本例のリアクトル１の方が、円形のリアクトル９よりもコイル２の内側部分の面積を小さくすることができる。

これにより、コイル２の内側において磁束密度が低い部分、すなわち、リアクトル１のインダクタンス性能にほとんど寄与しない領域を小さくすることができる。
その結果、インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができるリアクトル１を得ることができる。

また、図１（ａ）、図２に示すごとく、コア３の外形は非円形状である。それゆえ、図２に示すようにリアクトル１を搭載するスペース４２が直方体形状である場合には、該スペース４２とリアクトル１との間のデッドスペースｄの体積を減少させることができる。特に、スペース４２にリアクトル１を複数並べて搭載する場合には、スペース４１全体に占めるデッドスペースｄの体積比率を充分に減少させることができる。
その結果、本例のリアクトル１を搭載するスペース４２を、円形のリアクトル９を搭載するスペースよりも小さくすることができる。

また、コイル２の形状及びコア３の外形は、図１（ａ）、図２に示すごとく、投影形状がいずれも略楕円形状であるため、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域を充分に低減することができる。
また、図２に示すごとく、リアクトル１を直方体形状のスペース４２に搭載する場合や、複数のリアクトル１を並べて配置する場合に、デッドスペースｄを充分に小さくすることができる。それゆえ、充分にリアクトル１の省スペース化を図ることができる。

また、コイル２の内側に配設されるコア３の内側には空洞部３０が形成されており、該空洞部３０の外形は、コイル２の軸方向に直交する面に対してコア３を軸方向に投影したときに形成される投影形状が非円形状である。これにより、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域である空洞部３０の体積を充分に低減することができる。

以上のごとく、本例によれば、インダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を図ることができるリアクトルを提供することができる。

以下に、本例のリアクトル１における省スペース化の効果について説明する。
ここでは、図１２に示すようなコイル９２の形状、コア９３の外形、及びコア９３の内側の空洞部９３０の外形が円形状であるリアクトル（以下、円形のリアクトル９という）と本例のリアクトル１とを比較する。
同図に示すごとく、円形のリアクトル９のコア９３の半径をａ、空洞部９３０の半径をｂとする。

一方、本例のリアクトル１は、図２に示すごとく、有効磁路断面積を一定に保ちつつ、空洞部３０がなくなる方向に種々寸法を変更して作製する。そして、空洞部３０が完全に潰された状態においては、長軸の長さｘは２（ａ＋ｂ）となり、短軸の長さｙは２（ａ−ｂ）となる。以下では、この状態における本例のリアクトル１と円形のリアクトル９との比較を行う。
なお、本例のリアクトル１及び円形のリアクトル９はともに、注型用ケース４１に収納されたままの状態でスペース４２に搭載してある。

まず、リアクトルの軸方向の高さを１として、円形のリアクトル９及び本例のリアクトル１のそれぞれについて、以下の体積を算出する。すなわち、リアクトルを搭載することができる最小限の大きさを有する直方体形状のスペース４２の体積、リアクトル１の体積及び該スペース４２とリアクトルとの間に形成されるデッドスペースの体積を算出する。

図１２に示すごとく、円形のリアクトル９を搭載するスペース４２の体積Ｖ_s0は４ａ²、リアクトル９の体積Ｖ_r0はπａ²、上記デッドスペースＤの体積Ｖ_d0はＶ_s0−Ｖ_r0＝（４−π）ａ²となる。
一方、図２に示すごとく、本例のリアクトル１を搭載するスペース４２の体積Ｖ_s1はｘ×ｙ＝４（ａ²−ｂ²）、リアクトル１の体積Ｖ_r1はπ×ｘ×ｙ＝π（ａ²−ｂ²）、上記デッドスペースｄの体積Ｖ_d1はＶ_s1−Ｖ_r1＝（４−π）×（ａ²−ｂ²）となる。

次いで、円形のリアクトル９を搭載するスペース４２の体積に対する本例のリアクトル１を搭載するスペース４２の体積比率Ｖ_s1／Ｖ_s0を算出すると（ａ²−ｂ²）／ａ²となる。
また、円形のリアクトル９におけるデッドスペースＤに対する本例のリアクトル１におけるデッドスペースｄの体積減少率（Ｖ_d0−Ｖ_d1）／Ｖ_d0を算出するとｂ²／ａ²となる。
以上からわかるように、本例のリアクトル１は円形のリアクトル９よりもリアクトル１自体の体積を小さくすることができるとともに、スペース４２全体に占めるデッドスペースｄの体積比率をも減少させることができる。

（実施例２）
本例は、図３（ｂ）に示すごとく、局部的な磁束の集中を緩和したリアクトル１の例である。
実施例１のリアクトル１においては、一部に曲率半径が特に小さくなる部分が存在する。それゆえ、この部分の内側には磁束が集中する磁束集中部５が形成される。そして、該磁束集中部５において過大な発熱が生じて急激な温度上昇が生じるおそれがある。

本例のリアクトル１のコイル２においては、曲率半径が極端に小さくなる部分をなくしている。これにより、局部的な磁束の集中を緩和することができ、かかる部分の急激な温度上昇を抑制することができる。
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４〜図６に示すごとく、コイル２の形状、コア３の外形、及びコア３の内側の空洞部３０の外形の投影形状が略四角形状であるリアクトル１の例である。
なお、本例のリアクトル１及び円形のリアクトル９はともに、注型用ケース４１に収納してある。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、インダクタンス性能にはほとんど寄与しない領域を充分に低減することができるため、リアクトル１のインダクタンス性能を確保しつつ省スペース化を充分に図ることができる。

以下に、円形のリアクトル１との比較において、上記効果を説明する。すなわち、円形のリアクトル９を搭載していた直方体形状のスペース４２に対して搭載可能な最大の大きさを有する略四角形状のリアクトル１０は、円形のリアクトル９よりも有効磁路断面積が大きく、かつコイルの周長が長くなる（図４（ａ）、図１２参照）。そのため、円形のリアクトル９よりも、リアクトル１０のインダクタンス性能を向上させることができる。したがって、かかるリアクトル１０を、例えば図４（ｂ）、（ｃ）に示すごとく小型化しても、円形のリアクトル９と同等以上のインダクタンス性能を確保することができる。よって、インダクタンス性能を確保しつつ小型化することによってリアクトル１の省スペース化を図ることができる。

また、例えば、一つのスペース４２に本例のリアクトル１を二つ搭載する場合には、図６、図１３に示すごとく、スペース４２全体に占めるデッドスペースｄの体積比率がさらに減少する。すなわち、スペース４２にリアクトル１を複数並べて搭載する場合には、個数が増えれば増えるほどスペース４２に対するデッドスペースｄの体積比率を減少させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、図５、図６に示すごとく、コア３の角部３００は曲面状に面取りされているが、平面状に面取りしてもよい。このように面取りすることにより、面取りした分だけ、コア３の材料費を削減することができる。
また、リアクトル１の形状は、スペース４２の形状に応じて、例えば図４（ｂ）に示すごとく略正方形状とすることもできるし、図４（ｃ）に示すごとく略長方形状とすることもできる。

（実施例４）
本例は、図７（ｂ）に示すごとく、局部的な磁束の集中を緩和したリアクトル１の例である。
実施例３のリアクトル１においては、図７（ａ）に示すごとく、一部に曲率半径が特に小さくなる部分が存在する。それゆえ、この部分の内側には磁束が集中する磁束集中部５が形成される。そして、該磁束集中部５において過大な発熱が生じて急激な温度上昇が生じるおそれがある。

本例においては、コイル２を、図７（ｂ）に示すように楕円形に近付けることで、コイル２の曲率半径が極端に小さくなる部分をなくしている。これにより、局部的な磁束の集中を緩和することができ、かかる部分の急激な温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例３と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図９、図１０に示すごとく、コイル２の内側における他の部位よりも磁束密度が大きい部位の近傍に、該コイル２による発熱を放熱する放熱部材７が配設されているリアクトル１の例である。すなわち、放熱部材７は、投影形状が略四角形状のコイル２の角部２０の内側に該角部２０に近接して配置されている。

例えば、実施例３のリアクトル１においては、図８に示すごとく、断面略四角形状のコイル２の角部２０の内側に磁束が集中し、磁束密度が大きくなる部分（磁束集中部５）が形成されている。そして、磁束集中部５においては、コア３の温度が上昇しやすい。一方、断面略四角形状のコイル２の角部２０の外側には、他の部位よりも磁束密度が小さい磁束過疎部６が形成されている。
そこで、図９、図１０に示すリアクトル１のように、磁束集中部５にアルミニウムからなる放熱部材７を配設する。

この放熱部材７は、凸部４００と同様にアルミニウムからなり、注型用ケース４１と一体化、あるいは接続されている。
また、放熱部材７の形状、配設状態は、例えば図９に示すごとく、断面略正方形としたり、図１０に示すごとく、断面略長方形として凸部４００からコイル２の角部２０に向かうように放射状に配置したりすることができる。
その他は、実施例３と同様である。

本例のリアクトル１において、図９、図１０に示すごとく、コイル２の角部２０の内側に、該コイル２による発熱を放熱する放熱部材７が配設されており、該放熱部材７は、他の部位よりも磁束密度が大きい部位、すなわち他の部位よりも発熱量が大きく温度上昇しやすい部位の近傍に配設されている。これにより、リアクトル１の内側部分の放熱効率をより一層向上させることができる。
その他、実施例３と同様の作用効果を有する。

実施例１における、（ａ）リアクトルの上面図、（ｂ）リアクトルの縦断面図。 実施例１における、スペースに搭載したリアクトルの上面図。 実施例２における、（ａ）磁気飽和部が形成されているリアクトルの上面説明図、（ｂ）コイルの形状を変化させたリアクトルの上面図。 実施例３における、スペースの大きさ及び形状を変化させずに搭載したリアクトルの上面図。 実施例３における、スペースに搭載したリアクトルの上面図。 実施例３における、二つのリアクトルをスペースに並べて搭載した状態を示す上面図。 実施例４における、（ａ）磁気飽和部が形成されているリアクトルの上面説明図、（ｂ）コイルの形状を変化させたリアクトルの上面図。 実施例５における、磁束集中部及び磁束過疎部が形成されている状態を示すリアクトルの上面説明図。 実施例５における、放熱部材が配設されているリアクトルの上面図。 実施例５における、他の形状の放熱部材が配設されているリアクトルの上面図。 コアの外形の投影形状が略四角形状であるリアクトルの寸法を示す模式図。 従来例における、スペースに搭載したリアクトルの上面図。 従来例における、二つのリアクトルをスペースに並べて搭載した状態を示す上面図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
４ ケース

Claims (6)

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配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を有するリアクトルであって、
   上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記コイルの軸方向に直交する面に対して上記コイル及び上記コアを軸方向に投影したときに形成される投影形状が、いずれも非円形状であることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記投影形状がいずれも略楕円形状であることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１において、上記コイルの形状及び上記コアの外形は、上記投影形状がいずれも略四角形状であることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記コイルの内側に配設されるコアの内側には空洞部が形成されており、該空洞部の外形は、上記コイルの軸方向に直交する面に対して上記コアを軸方向に投影したときに形成される投影形状が、非円形状であ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、上記コイルの内側に、上記コイルによる発熱を放熱する放熱部材が配設されていることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項５において、上記放熱部材は、他の部位よりも磁束密度が高い部位の近傍に配設されていることを特徴とするリアクトル。

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