JP2010045112A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】小型なリアクトルを提供する。
【解決手段】リアクトル1は、一連の巻線11wから構成される一対のコイル11a,11bと、両コイル11a,11bが配置される環状の磁性コア12とを具える。両コイル11a,11bは、巻線11wの一部を折り返してなる連結部11rを介して接続される。磁性コア12は、両コイル11a,11b内に配置されるコイル巻回部12cと、両コイル11a,11bから露出する端部コア12eとを有する。端部コア12eにおいて連結部11rが存在する側にコイル巻回部12cの表面よりも突出する突出部12pを有すると共に、連結部11rが嵌め込まれる凹部12hを有する。コイル11a,11bの外周面と、連結部11rと、突出部12pとは面一である。リアクトル1は、コイルの軸方向の長さL₁が短く、高さがコイル11a,11bの高さに等しい。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの車載DC-DCコンバータの構成部品などに利用されるリアクトルに関する。特に、小型なリアクトルに関する。

モータを駆動源や回生時の発電源に利用するハイブリッド自動車や電気自動車といった車両の車載部品として、電圧の昇降圧動作を行うコンバータがある。

コンバータの構成部品として、図4に示すようなリアクトル100がある。リアクトル100は、一対のコイル110a,110bを並列して具えるコイル成形体110と、これらコイル110a,110b内に一部が配置される環状の磁性コア120とを具える。コイル成形体110は、図4に示すように一連の巻線110wから構成され、この巻線110wの一部を折り返してなる連結部110rを介して両コイル110a,110bが接続されている。磁性コア120は、コイル110a,110bが配置されるコイル巻回部120cと、コイル110a,110bで覆われない一対の端部コア120eとを具える。図4(B)に示すようにコイル巻回部120cの表面と端部コア120eの表面は面一であり、一方の端部コア120eの上部に連結部110rが配置される(特許文献1)。

特開2008-028290号公報

従来のリアクトルでは、更なる小型化が難しいという問題がある。
車載部品に利用されるリアクトルは、車両内の設置スペースが限られているため、できるだけ設置面積が小さく、かつ高さが低い小型なものが望まれる。設置面積は、コイルの軸方向に直交する直線であって隣り合うコイル間を通る直線の方向(図4(A)の矢印の方向)から平面視したとき、端的に言うと、一対のコイルが並列した状態であって、ターン形成部をつくる巻線が並列して見えるように平面視したときの投影面積をいう。また、高さは、リアクトルにおける上記直線の方向における最大の長さをいう(但し、巻線の端部110eは含まない)。

リアクトル100においてコイルの軸方向の長さL₁₀₀を短くすれば、設置面積を小さくできる。そこで、磁路面積を確保するために端部コアの体積を一定とし、端部コアの表面をコイル巻回部よりも突出させると、設置面積を小さくすることができる。しかし、リアクトル100では、両コイル110a,110bを繋ぐ連結部110rが端部コア120e上に存在するため、連結部110rが邪魔して、端部コア120eを突出させることが難しい。

端部コア120eを突出させるために、巻線を取り回して、図4(B)に示す矢印のように連結部110rをコイルのターン形成部の上方に配置させることが考えられる。しかし、このターン形成部の上に連結部を配置させたリアクトルの高さは、上記リアクトル100の高さH₁₀₀(ここでは、コイル110a,110bの高さに相当)よりも連結部の分だけ高くなる。

そこで、本発明の目的は、小型なリアクトルを提供することにある。

本発明リアクトルは、連結部を回避するように端部コアを突出させた構成とすることで上記目的を達成する。

本発明リアクトルは、一連の巻線から構成される一対のコイルと、これらコイルが一部に配置される環状の磁性コアとを具える。上記一対のコイルは、巻線の一部を折り返してなる連結部を介して接続される。上記磁性コアは、上記両コイル内に配置されるコイル巻回部と、両コイルから露出する端部コアとを有する。この端部コアにおいて上記連結部が存在する側に、上記コイル巻回部の表面よりも突出した突出部と、上記連結部が配置される凹部とを有する。

上記構成を具える本発明リアクトルは、端部コアに突出部を有することで、本発明リアクトルに具える端部コアを従来のリアクトルの端部コアと同一体積とする場合、従来のリアクトルよりも設置面積が小さい。かつ、本発明リアクトルは、端部コアに凹部を有し、この凹部に連結部を収納させていることで、連結部が従来のリアクトルと同様にコイルの端面(コイルのターンが環状に見える面)に接するように配置されていても、上記突出部を有することができる。そのため、突出部を具えるにあたり、ターン形成部の上方に連結部を配置させた構成とする必要がなく、本発明リアクトルは、従来のリアクトルと同程度の高さにすることができる。従って、本発明リアクトルは、設置面積が小さく、突出部の存在により高さが過度に高くなることもなく、従来のリアクトルよりも小型である。

本発明リアクトルは、両コイルの外周面と、連結部と、端部コアの突出部とが面一であることが好ましい。

上記構成によれば、本発明リアクトルの高さが両コイルの高さに等しい、即ち、従来のリアクトルと同じ高さでありながら、端部コアに突出部を具える。従って、この構成は、設置面積及び高さの双方を考慮した場合、最も小型である。

本発明リアクトルは、小型である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るリアクトルを詳細に説明する。

(実施形態1)
図1(A)は、本発明リアクトルの概略を示す斜視図、(B)は、その平面図(上面図)である。以下、図中の同一符号は同一名称物を示す。リアクトル1は、連結部11rで接続される一対のコイル11a,11bを具えるコイル成形体11と、これらコイル11a,11b内を通って環状に形成される磁性コア12とを主要構成部材とする。このリアクトル1は、内部に冷媒の循環路を有する冷却ベース(図示せず)に載置されて利用される。リアクトル1の特徴とするところは、磁性コア12の形状にある。以下、各構成をより詳細に説明する。なお、平面図は、コイル11a,11bの軸方向に直交する直線であって、両コイル11a,11b間を通る直線の方向(図1(A)において上下方向)から見た図である。

[コイル成形体]
コイル成形体11は、一連の巻線11wを巻回して構成され、並列状態に配置された一対のコイル11a,11bを具える。ここでは、巻線11wとして、銅からなる平角線の表面にエナメル被覆を具える被覆線を用いている。コイル11a,11bは、この巻線11wをエッジワイズ巻きにして形成されており、巻線11wの一部、具体的には巻線11wにおいて両コイル11a,11b間に渡される箇所を折り返してなる連結部11rを介して接続される。連結部11rをつくる巻線11wは、コイル11bから一方のコイル11aの一端側(コイル11bから遠い側)に延ばされ、このコイル11aの他端側(コイル11bに近い側)に向かってループをつくって折り返されてコイル11aに繋がる。巻線11wは、上記平角線以外に、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。

両コイル11a,11bの端部11eは、ターン形成部の外周面から引き延ばされている。この端部11eには、両コイル11a,11bに電力供給を行う電源などの外部装置(図示せず)が端子部材(図示せず)を介して溶接などにより接続される。

[磁性コア]
図2(A)は、本発明リアクトルに具える磁性コアの概略を示す正面図、(B),(C)は、本発明リアクトルの概略を示す正面図である。磁性コア12は、各コイル11a,11b(図1)内に配置される一対の直方体状のコイル巻回部12cと、両コイル11a,11bが配置されず、両コイル11a,11bから露出する一対の直方体状の端部コア12eとを有する。この磁性コア12は、離間して配置されたコイル巻回部12cを挟むように端部コア12eが配置されて閉ループ状に形成される。磁性コア12は、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなる磁性体部12mとアルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材(インダクタンス調整用部材)12gとからなる。磁性体部12mは、複数のコア片を組み合わせて構成される。特に、各コイル巻回部12cは、コア片12c_pとギャップ材12gとを交互に積層して構成される。磁性体部12mは、軟磁性粉末の圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる(ここでは、圧粉成形体を利用)。

そして、磁性コア12は、図2(A)に示すように正面から見るとH字状である。具体的には、両端部コア12eにおいて連結部11rが存在する側(図2において上側)に、コイル巻回部12cの表面よりも突出した突出部12pを有している。かつ、両端部コア12eにおいて冷却ベースに載置される側(図2において下側)の面が全面に亘って、コイル巻回部12cの表面よりも突出しており、突出部12pを形成している。なお、端部コア12e中の一点鎖線は、コイル巻回部12cの表面と面一である面を仮想して示す。上記突出部12pを有することから、各端部コア12eの最大厚さt_eは、コイル巻回部12cの最大厚さt_cよりも厚い。特に、実施形態1のリアクトル1では、コイル11a,11bの外周面(ターン形成部の外周面)と、突出部12pの外周面とが面一となるように、端部コア12eの厚さt_eとコイル巻回部12cの厚さt_cとが調整されている。

そして、リアクトル1は、一方の端部コア12eにおいて上述のように突出部12pを有すると共に、連結部11rが配置される凹部12hを有する点を特徴とする。この凹部12hは、突出部12pにおいてコイルの外周面と面一な面に平行な平行面12h_pと、この面12h_pに直交する直交面12h_oとでつくられ、端部コア12eの全長に亘って開口するように設けられている。つまり、連結部11rが配置される一方の端部コア12eは、他方の端部コア12eにおいて両コイル11a,11bが接する角部を一方のコイル11aの端部から他方のコイル11bの端部に亘って階段状に切り欠いた形状である。上記直交面12h_oは、その全面がコイルの軸方向に直交するように設けられている。このような複雑な三次元形状の端部コア12eは、圧粉成形体とすると容易に製造可能である。

上記凹部12hに連結部11rが嵌め込まれるように収納されることで、連結部11rは、コイル11a,11bの外周面及び突出部12pの外周面と面一である。従って、リアクトル1は、連結部11rが存在する側及び冷却ベースに載置される側の双方が平坦な外観である。つまり、リアクトルの高さH₁は、コイル11a,11bの高さに等しく、かつ端部コアの厚さt_eにも等しい。

[インシュレータ]
コイル成形体11と磁性コア12との組合体には、図2(C)に示すようにインシュレータ13も設けられている(図1では省略)。インシュレータ13は、コイル巻回部12cの外周を覆う筒状部(図示せず)と、コイル11a,11bの端面に当接される枠状部13fとを具える。筒状部は、半割れの角筒片同士を係合することでコイル巻回部12cの外周を容易に覆うことができる。枠状部13fは、筒状部の両端部に対向配置され、コイル11a,11bの端面に当接する一対の矩形枠である。一方の枠状部13fには、矩形枠の周縁から突出し、連結部11rと凹部12hの平行面12h_pとの間に配置される載置部13f_pを具える。インシュレータは、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの絶縁材料が利用できる。

また、連結部11rのループ部分と凹部12hの直交面12h_oとの絶縁距離を確保できるように、ループ部分と直交面12h_oとの間に隙間を設けているが、この隙間を埋めるようにインシュレータを形成してもよいし、絶縁テープや絶縁紙といった絶縁材をこの隙間に配置させてもよい。インシュレータや上記隙間、絶縁材などを設けることで、連結部11rと磁性コア12との間の絶縁を確実に維持できる。

上記コイル成形体11と磁性コア12との組合体は、以下のように作製する。巻線11wを巻回してコイル成形体11を作製する。コア片12c_pやギャップ材12gを接着剤などで固定して各コイル巻回部12cを形成し、この外周にインシュレータ13の筒状部を配置し、更にその外周にコイル成形体11の各コイル11a,11bを配置する。そして、両コイル11a,11bの端面をインシュレータ13の枠状部13f及び端部コア12eで挟むように、両コイル11a,11bに枠状部13f及び端部コア12eを配置する。このとき、端部コア12eの凹部12hに、コイル成形体11の連結部11rが嵌め込まれるようにする。接着剤などで端部コア12eとコイル巻回部12cとを接合して、組合体を得る。

[その他]
上記コイル成形体11と磁性コア12との組合体は、アルミニウムといった金属製ケースに収納され、ケース内に充填されるポッティング樹脂(例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂など)により封止された構造とすることができる。この場合、ケースに磁性コアを固定し、このケースを冷却ベースに固定する。磁性コアのケースへの固定は、上記ポッティング樹脂により行ってもよいし、磁性コア自体に固定用ボルトが貫通される貫通孔を設けてもよいし、帯状の固定部材を端部コアに配置し、この固定部材をケースに固定することで行ってもよい。

或いは、上記組合体の外周を覆うように樹脂被覆部を形成した構造としてもよい。この場合、組合体の冷却ベースへの固定は、樹脂被覆部や磁性コアに固定用ボルトが貫通される貫通孔を設けたり、]状の固定部材を用いて行ってもよい。一方の端部コアを囲むように、又は、コイルを挟んだ両端部コアを囲むように、上記]状の固定部材を配置して、この固定部材を冷却ベースに固定する。樹脂被覆部の構成樹脂は、絶縁性樹脂、具体的には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂、PPS樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂などが利用できる。この構成は、ケースを省略することで小型であり、かつ樹脂被覆部を具えることで、機械的強度や周囲環境からの保護などを図ることができる。

リアクトル1は、上述のように平坦な外観であるため、上述の帯状の固定部材や]状の固定部材を容易に配置できる。

[効果]
上記リアクトル1は、両コイル11a,11bを連結する連結部11rを有していながら、端部コア12eに突出部12pを具える。そのため、実施形態1のリアクトル1に具える端部コア12eの体積と、図4に示す従来のリアクトル100に具える端部コア120eの体積とを実質的に等しくした場合、リアクトル1におけるコイルの軸方向の長さL₁は、リアクトル100の長さL₁₀₀よりも短い(L₁＜L₁₀₀)。従って、実施形態1のリアクトル1は、従来のリアクトル100よりも設置面積が小さい。

かつ、リアクトル1は、連結部11rがコイル11a,11bのターン形成部から突出せず、ほぼ同位置に存在し、突出部12p及びコイル11a,11bの外周面と面一である。そのため、リアクトル1の高さH₁は、従来のリアクトル100の高さH₁₀₀と等しい(H₁=H₁₀₀)。

即ち、リアクトル1は、従来のリアクトル100と同じ高さ(H₁=H₁₀₀)でありながら、長さL₁が短い(L₁＞L₁₀₀)ことから、従来のリアクトル100よりも小型である。

また、リアクトル1は、両コイル11a,11bの外周面と、連結部11rと、端部コア12e(突出部12p)の表面とが面一であるため、連結部11rが存在する側の上方空間にデッドスペースが実質的に存在しない。従って、この上方空間に端子部材を配置するなど、この空間を有効に利用することができる。

更に、リアクトル1は、端部コア12eにおいて冷却ベースの載置側の面も両コイル11a,11bの外周面と面一である。従って、リアクトル1は、コイル11a,11bのターン形成部及び端部コア12eの外周面の双方が冷却ベースに直接接触することができる。そのため、コイル11a,11bへの通電に伴い生じた熱を冷却ベースやケースに効率よく伝えられることから、リアクトル1は、放熱性にも優れる。また、リアクトル1の載置側の面が平坦であることで、リアクトル1を冷却ベースやケースに安定して載置することができる。

(実施形態2)
図3(A)は、別の本発明リアクトルの概略を示す斜視図、(B)は、その平面図(上面図)である。実施形態2のリアクトル2は、基本的構成は実施形態1のリアクトル1と同様であり、磁性コア22の一方の端部コア22eに具える凹部22hの形状が異なる。以下、この相違点を中心に説明し、その他の点は、説明を省略する。

磁性コア22は、実施形態1のリアクトル1と同様に正面から見るとH字状であり、両端部コア22eにおいて連結部11rが存在する側、及び冷却ベースに載置される側の双方に、コイル巻回部12cの表面よりも突出した突出部22pを有する。そして、一方の端部コア22eにおいて上述のように突出部22pを有すると共に、連結部11rが配置される凹部22hを有する。

凹部22hは、突出部22pにおいてコイル11a,11bの外周面と面一な面に平行な平行面22h_pと、この面22h_pに直交する直交面22h_oとでつくられる。特に、凹部22hは、連結部11rの外形に沿って設けられ、端部コア22eにおいて一方のコイル11a側が開口しており、他方のコイル11b側が閉じるように設けられている。つまり、連結部11rが配置される一方の端部コア22eは、他方の端部コア22eにおいて両コイル11a,11bが接する角部のうち、一方のコイル11a側を階段状に切り欠いた形状である。より具体的には、連結部11rのループ部分が一方のコイル11a寄りに配置されるため、他方のコイル11bの端面からループ部分が突出した状態であることから、他方のコイル11b側の領域が端部コア22eの幅wと等しく、この他方のコイル11bの中間部から一方のコイル11a側に向かって幅が徐々に小さくなるように突出部22pが設けられている。この突出部22pに対応して、凹部22hの平行面22h_pは、一方のコイル11a側の幅が広く、直交面22h_oは、コイルの軸方向に対して傾斜する部分を有する。このような複雑な三次元形状の端部コア22eは、圧粉成形体とすると容易に製造できる。

上記凹部22hに連結部11rが嵌め込まれるように収納されることで、連結部11rは、コイル11a,11bの外周面及び突出部22pの外周面と面一である。従って、リアクトル2も、連結部11rが存在する側及び冷却ベースに載置される側の双方が平坦な外観である(リアクトル2の高さ＝コイル11a,11bの高さ＝端部コア22eの最大厚さ)。

上記リアクトル2は、実施形態1のリアクトル1と同様の効果を奏することに加えて、リアクトル1よりも突出部22pの体積が大きいことから、コイル11a,11bの軸方向の長さL₂を更に小さくすることができる(L₂＜L₁)。従って、実施形態2のリアクトル2は、更に小型である。

(変形例)
上記実施形態1,2では、端部コア12e,22eの冷却ベース側及びこの面と対向する側(連結部11rが存在する側)の双方にそれぞれ突出部を具える構成を説明したが、冷却ベース側に突出部を具えていない構成とすることができる。また、上記実施形態1,2では、端部コア12e,22eの凹部12h,22hの平行面12h_p,22h_pがコイル巻回部12cよりも突出した構成としているが(図2(A))、平行面をコイル巻回部と面一とすることができる。なお、実施形態1,2の構成の方が設置面積が小さく、小型である。

なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。

本発明のリアクトルは、小型であるため、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載する車載コンバータといった車載部品の構成部品に好適に利用することができる。

(A)は、実施形態1のリアクトルの概略を示す斜視図、(B)は、このリアクトルの平面図(上面図)である。 (A)は、実施形態1のリアクトルに具えるコアの概略を示す正面図、(B)は、実施形態1のリアクトルの概略を示す正面図、(C)は、インシュレータを具える実施形態1のリアクトルの概略を示す正面図である。 (A)は、実施形態2のリアクトルの概略を示す斜視図、(B)は、このリアクトルの平面図(上面図)である。 (A)は、従来のリアクトルの概略を示す斜視図、(B)は、このリアクトルの正面図である。

符号の説明

1,2 リアクトル
11 コイル成形体 11a,11b コイル 11r 連結部 11w 巻線
11e 巻線の端部 12,22 磁性コア 12e,22e 端部コア 12c コイル巻回部
12m 磁性体部 12g ギャップ材 12c_p コア片 12p,22p 突出部
12h,22h 凹部 12h_o,22h_o 直交面 12h_p,22h_p 平行面 13 インシュレータ
13f 枠状部 13f_p 載置部
100 リアクトル 110 コイル成形体 110w 巻線 110a,110b コイル
110r 連結部 110e 巻線の端部 120 磁性コア 120e 端部コア
120c コイル巻回部

Claims (2)

1. 一連の巻線から構成され、この巻線の一部を折り返してなる連結部を介して接続される一対のコイルと、両コイル内に配置されるコイル巻回部、及び両コイルから露出する端部コアを有する環状の磁性コアとを具えるリアクトルであって、
   前記端部コアにおいて前記連結部が存在する側に、前記コイル巻回部の表面よりも突出した突出部と、前記連結部が配置される凹部とを有することを特徴とするリアクトル。
2. 前記両コイルの外周面と、前記連結部と、前記端部コアの突出部とが面一であることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。

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