JP2010074150A - リアクトル用部品およびリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルに組み立てる際の作業性を改善できるリアクトル用部品と、その部品を用いたリアクトルを提供する。
【解決手段】コア150の外周にコイル10が配されたリアクトルを構成するためのリアクトル用部品100である。この部品は、巻線をらせん状に巻回したコイル10と、コアの一部でコイル内に挿通される中間コア150Cと、コイル10と中間コア150Cとを一体に保持する樹脂モールド部20とを有する。コイル10は、その形状を保持した状態として樹脂モールド部20に保持される。中間コア150Cは、その両端面が樹脂モールド部20から露出されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンバータなどの部品に用いられるリアクトルと、そのリアクトルを構成するリアクトル用部品に関するものである。

近年、普及が進みつつあるハイブリッド自動車には、電圧の昇降圧を行うコンバータが用いられ、そのコンバータの部品の一つとして、特許文献１に記載のリアクトルが知られている。

このリアクトルは、磁性材料からなる環状のコアと、コアの一部の外周に並列状態で巻回されたコイルとを主要構成部材としている。このリアクトルを組み立てるには、例えば、予め平角線をエッジワイズ巻きしてコイルを形成しておく。そして、このコイルの内周に、複数の分割片から構成されるコアをはめ込み、各分割片の間にギャップ板を介して分割片同士を接着することで、環状のコアを形成する。

この組立時、コイルとコアとの間には、コアに対するコイルの位置決めを行う樹脂製の筒状ボビン（内側ボビン）が介在され、コイルの両端部には、樹脂製の枠状ボビン（外側ボビン）が配置されている。通常、組立前のコイルには、平角線のスプリングバックにより、隣接するターン同士の間に隙間が形成されている。そのため、組立後のコイルは、その隣接するターン同士が接触する圧縮状態となるよう、枠状ボビンでコイルの両端が押えられている。

特開2008-28290号公報 図3、図4

しかし、上記の従来技術では、リアクトルの部品点数が多く、組立作業性が悪いという問題があった。

具体的には、コアとコイルの位置合わせを行うために、筒状ボビンが独立した部品として必要になる。通常、この筒状ボビンは、断面が］型の一対の分割片を組み合わせて筒状に形成しており、その組立作業も必要になる。

また、コイルの隣接するターン同士の間に隙間がある状態ではコイルが伸縮するため、組立時のコイルのハンドリングが行い難い。その一方で、コイルを圧縮状態に保持するために、独立した部品として枠状ボビンが必要であり、枠状ボビンのコイル（コア）への組み付け作業も必要になる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、リアクトルの部品点数を削減できるリアクトル用部品と、その部品を用いたリアクトルを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、リアクトルとして組み立てる際の作業性に優れたリアクトル用部品と、その部品を用いたリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトル用部品は、コアの外周にコイルが配されたリアクトルを構成するためのリアクトル用部品に係る。この部品は、巻線をらせん状に巻回したコイルと、前記コアの一部でコイル内に挿通される中間コアと、前記コイルと中間コアとを一体に保持する樹脂モールド部とを有する。前記コイルの形状は、前記樹脂モールド部により保持される。そして、前記中間コアは、その両端面が樹脂モールド部から露出されていることを特徴とする。

この構成によれば、樹脂モールド部によりコイルの形状を保持し、かつコアの一部である中間コアも合わせてコイルと一体化するため、リアクトル用部品を容易にハンドリングすることができる。また、樹脂モールド部が従来のリアクトルにおけるボビン（筒状ボビン及び枠状ボビン）の機能を果たすことができ、個別にボビンを用意したり、ボビンをコアに組み付ける作業を行う必要がない。さらに、このリアクトル用部品の中間コアの端面に端部コアを接合すれば、リアクトルとして機能させることができる。

上記の本発明のリアクトル用部品において、前記中間コアは、複数の磁性体片と、磁性体片の間に介在される非磁性のギャップ部とを備えることが望ましい。

この構成によれば、リアクトルのインダクタンスを調整するためのギャップ部を磁性体片と一体としたリアクトル用部品を構成することができる。

上記の本発明のリアクトル用部品において、前記中間コアの各端面が、樹脂モールド部の端面から突出していることが好ましい。

この構成によれば、中間コアの端面に端部コアを接合する際、両コアの間隔の制約が少なく、リアクトルのインダクタンス調整が行いやすい。

上記の本発明のリアクトル用部品において、前記樹脂モールド部に、リアクトル用部品を設置対象に固定するための取付部を備えることが好ましい。

この構成によれば、樹脂モールド部の一部である取付部を用いて、リアクトル用部品をケースや冷却ベースなどの設置対象に容易に固定することができる。

上記の本発明のリアクトル用部品において、コイルの外周における樹脂モールド部の表面に凹凸が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、リアクトル用部品を封止材で封止する際、凹凸の凹部を封止材の流路とでき、封止材のリアクトル用部品に対する回り込みを良好にすることができる。また、封止材を用いない場合、樹脂モールド部の表面積を広く採ることができ、放熱性に優れたリアクトルを構成することができる。

上記の本発明のリアクトル用部品において、前記樹脂モールド部は、コイルを覆う内側モールド部と、内側モールド部の外側を覆う外側モールド部とを備えてもよい。その場合、内側モールド部は、外側モールド部よりも熱伝導率の高い樹脂を含み、外側モールド部は、内側モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を含むこととする。

この構成によれば、発熱体となるコイルは熱伝導性の高い樹脂を用いた内側モールド部で覆うことでコイルからの放熱性を高めることができる。また、内側モールド部の外側を耐衝撃性に優れる樹脂を用いた外側モールド部で覆うことにより、リアクトル用部品の耐衝撃性を高めることができる。

上記の本発明のリアクトル用部品において、さらに、前記樹脂モールド部のうち、設置対象に面する設置面に一体化される放熱板を備えることが好ましい。

リアクトルは、通常、冷却ベースやケースなどの設置対象に固定される。上記の構成によれば、リアクトル用部品のうち、冷却ベース側となる樹脂モールド部の設置面に放熱板を一体化することで、より放熱性に優れたリアクトルを構成することができる。

一方、本発明のリアクトルは、リアクトル本体を備えるリアクトルである。このリアクトル本体は、上述した本発明のリアクトル用部品と、コアの一部として中間コアの各端面に接合されて、コイルから露出する端部コアとを有することを特徴とする。

この構成によれば、樹脂モールド部により中間コアと形状が保持されたコイルとが一体に保持されたリアクトル用部品を用いるため、同部品の中間コアの端面に端部コアを接合することで、容易にリアクトルを構成することができる。

この本発明のリアクトルにおいて、リアクトル本体の外周に金属製のケースを有しないことが好ましい。

この構成によれば、リアクトル本体を収納するケースを省略することができ、部品点数を削減できると共に、リアクトルの小型化を実現できる。

また、本発明のリアクトルにおいて、リアクトル本体の外周が封止材で覆われていないことが好ましい。

この構成によれば、リアクトル本体の外周を覆う封止材を省略することで、部品点数を削減できると共に、リアクトルの小型化を実現できる。

本発明のリアクトルにおいて、リアクトル本体を収納する金属製のケースと、この本体とケースとの間に介在される封止材とを備える構成としてもよい。その際、封止材は、前記樹脂モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を含むことが好ましい。

この構成によれば、樹脂モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を封止材に用いることで、リアクトルの耐衝撃性を高めることができる。

さらに、本発明のリアクトルにおいて、リアクトル本体を収納する金属製のケースと、この本体とケースとの間に介在される封止材とを備える構成とし、前記樹脂モールド部は、前記封止材よりも熱伝導率の高い樹脂を含むこととしてもよい。

この構成によれば、樹脂モールド部に、封止材よりも熱伝導率の高い樹脂を用いることで、放熱性に優れるリアクトルとすることができる。

本発明のリアクトル用部品によれば、樹脂モールド部により、コイルの形状を保持すると共に、中間コアも一体化することで、リアクトルに組み立てる際の作業性を改善できる。

また、本発明のリアクトルによれば、容易に組み立てることが可能となる。

実施例１に係る本発明リアクトル用部品の斜視図である。 (A)は実施例１の樹脂モールド前の状態を示す斜視図、(B)は実施例１に用いた中間コアの分解斜視図である。 実施例１のリアクトル部品における中間コアの突出状態を示す平面図である。 実施例１の部品の成形方法を示す説明図である。 実施例１の部品を用いた本発明リアクトルの分解斜視図である。 実施例２に係る本発明リアクトル用部品の斜視図である。 実施例３に係る本発明リアクトル用部品の斜視図である。 実施例４のリアクトル用部品に用いるコイルの斜視図である。 実施例５のリアクトルを示す分解斜視図である。

本発明のリアクトル用部品は、コイルと中間コアと樹脂モールド部とを備え、さらに必要に応じて放熱板を備える。また、本発明のリアクトルは、前記リアクトル用部品と端部コアとを有するリアクトル本体を備え、さらに必要に応じて、ケース及び封止材の少なくとも一方を備える。そして、このリアクトルは、コイルとコアとを位置合わせするために従来用いられていた筒状ボビンや、コイルを圧縮状態に押えるための枠状ボビンを独立の部品として必要としない。以下、各構成要素をより詳しく説明する。

〔リアクトル用部品〕
＜コイル＞
コイルは、導体と、導体の周囲を覆う絶縁被覆とからなる巻線をらせん状に巻回して構成される。このコイルの代表例としては、互いに並列される一対のコイル素子が用いられ、各コイル素子の巻線は電気的に接続される。導体には、銅（銅合金）などの導電性に優れる金属材料が、絶縁被覆には、エナメルなどが好適に利用できる。巻線の断面は、円形、楕円形、多角形など、種々の形態が利用できる。多角形の巻線でコイルを構成すれば、円形の巻線を用いる場合に比べて占積率を高め易い。断面が矩形の巻線を用いる場合、巻線の巻回方法には、エッジワイズ巻きが好適に利用できる。巻線でコイルを成形した段階では、通常、導体材料のスプリングバックに伴い、コイルの各ターンの間には隙間が形成されている。このコイルの非圧縮状態での軸方向の長さをコイルの自由長とする。

＜中間コア＞
リアクトルには、代表的には、環状に構成されるコアが用いられる。このコアは、コイル内に挿通される中間コアと、中間コアの端部に接合されて、コイルから露出される端部コアとを有する。本発明のリアクトル用部品において、上記コアのうち、中間コアがコイルと共に樹脂モールド部で一体化される。中間コアは、通常、コイル内に挿通される柱状であり、円柱、角柱などの形態が考えられる。中間コアは比較的単純な形状で、かつコイル内に挿通されるサイズであるため、樹脂モールド時に金型内において位置決めし易く、金型内でコイルを圧縮状態とするための棒状体（後述）と干渉することもない。

この中間コアは、複数の磁性体片の間に非磁性のギャップ部を介在した構成としても良いし、ギャップ部を持たず、透磁率を調整した磁性体片のみからなってもよい。磁性体片は、電磁鋼板の積層体や、軟磁性粉末の圧粉成形体が好適に利用できる。ギャップ部は、リアクトルのインダクタンスを調整するために用いられ、その材質としては、アルミナなどが挙げられる。

中間コアの端面は、端部コアと接合するため、樹脂モールド部から露出される。この中間コアの端面は、樹脂モールド部の端面と面一となるように露出されていてもよいが、樹脂モールド部の端面よりも突出させれば、リアクトルのインダクタンス調整が一層行いやすい。中間コアと端部コアとの接合は、通常、接着剤により行われる。樹脂モールド部の端面よりも中間コアの端面が窪んでいた場合、少なくとも窪みの深さに相当する厚みの接着剤層が必要になり、リアクトルのインダクタンスに影響を及ぼす接着剤層の厚みを薄くし難くなる。これに対し、中間コアの端面が樹脂モールド部の端面よりも突出していれば、接着剤層の厚みを任意に設定でき、インダクタンス調整を行いやすくできる。また、中間コアの端面に限定した接着剤の塗布も行いやすい。この突出程度は、中間コアや樹脂モールド部の公差を考慮しても中間コアの突出が確保できれば、極わずかでも構わない。例えば、数μm程度でもよい。逆に、この突出量が過剰になれば、リアクトルが大型化するため、突出量は小さい方が好ましい。

＜樹脂モールド部＞
樹脂モールド部は、上記コイル及び中間コアの少なくとも一部を覆い、コイルの形状を保持して、さらに中間コアも一体に保持する。つまり、コイルの形状を保持できれば、コイルのターン部分の全体を樹脂モールド部で覆っても良いし、コイルのターン部分の一部のみを樹脂モールド部で覆い、コイルの残部が露出していても良い。例えば、コイルの上面及び両側面以外のほぼ全体を樹脂モールド部で覆い、かつコイルを、その自由長よりも短い圧縮状態として樹脂モールド部で保持することが挙げられる。樹脂モールド部によりコイルを圧縮状態に保持することで、リアクトル用部品をコイルのスプリングバックにより伸縮しない単一部材として取り扱うことができ、リアクトル組立時の部品のハンドリング性を改善できる。また、コイルを押えるために従来用いていた枠状ボビンも必要ない。但し、コイルを構成する巻線の端部は、端子台へと引き出す必要があるため、樹脂モールド部から露出するようにしておく。

樹脂モールド部で保持されるコイルは、その自由長よりも短くなるように圧縮することが好ましい。特に、コイルの隣接するターン同士が接触される圧縮状態とすることが好ましい。これにより、リアクトル用部品を小型化でき、かつターン間にできるだけ樹脂モールド部の樹脂が浸入しないようにすることで、一層放熱性に優れるリアクトルを構成できる。もっとも、コイルが自由長よりも短く圧縮された状態に樹脂モールド部で保持されることは必須ではなく、自由長の状態にコイルの形状を樹脂モールド部が保持する構成であってもよい。その場合、樹脂モールド部の成形時、金型内でコイルを圧縮する必要がなく、金型の構成も簡易にできる。

中間コアと共にコイルの形状を保持する樹脂モールド部は、中間コアに対してコイルを位置合わせする機能を持つ。従って、コイルと中間コアとの間に形成される樹脂モールド部の厚さは、実質的に均一になるようにすることが好ましい。これにより、中間コアとコイルが実質的に同軸状に組み合わされる。もちろん、コイルの内周に形成される樹脂モールド部は、コアとコイルとの絶縁の確保にも寄与する。従って、本発明のリアクトル用部品では、従来用いていた筒状ボビンを用いる必要がない。コイルと中間コアとの間に形成される樹脂モールド部の厚さは、薄い方が放熱性の点で好ましく、例えば2mm前後でよい。

さらに、樹脂モールド部のうち、コイルの外周側には、凹凸を設けることが好ましい。この凹凸により、リアクトル用部品の表面積を大きく採り、放熱性を高めることができる。また、リアクトル用部品に端部コアを組み合わせたリアクトル本体を封止材で封止する場合、この凹凸により形成される凹部を封止材の流路として利用でき、リアクトル用部品の周囲に封止材を円滑に回りこませることができる。例えば、樹脂モールド部を成形する際の金型の開閉方向に沿った溝を樹脂モールド部の外周面に形成することが挙げられる。溝の深さは、特に限定されず、コイルが樹脂モールド部から露出するようにしても良いし、コイルが樹脂モールド部で覆われるようにしても良い。前者であれば、高い放熱性が期待でき、後者であれば、溝形成箇所のコイルも機械的に保護できる。但し、リアクトル用部品が設置されるケースや冷却ベースは、通常、平面で構成されているため、樹脂モールド部のうち、ケースなどに対面する設置面にはケースや冷却ベースとの接触面積を確保するため、溝を形成せずに平面としてもよい。

樹脂モールド部を構成する樹脂としては、リアクトル用部品をリアクトルとして使用した際に、コイル（コア）の最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を持ち、トランスファー成形または射出成形が可能な材料が好適に利用できる。さらには、絶縁性に優れる材料が好ましい。例えば、エポキシなどの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。

樹脂モールド部は、コイルを覆う内側モールド部と、内側モールド部の外側を覆う外側モールド部とを有する複層構造としてもよい。その場合、内側モールド部は、外側モールド部よりも熱伝導率の高い樹脂を用い、前記外側モールド部は、内側モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を用いることが好ましい。耐衝撃性は、アイゾット衝撃試験やシャルピー衝撃試験の試験値などにより評価すればよい。ここでの熱伝導率の高い樹脂には、セラミックスフィラーなど、樹脂よりも高熱伝導性の絶縁材料を含有する場合も含む。例えば、内側モールド部は、セラミックスフィラーを含有するエポキシ樹脂とし、外側モールド部は、ポリアミドとすることが挙げられる。セラミックスフィラーを含有するエポキシ樹脂は、熱伝導性に優れるが、比較的硬いため耐衝撃性に劣る面があり、また、セラミックスフィラーを含有するため重く、ポリアミドに比べて高価であるという特性がある。そこで、コイルに接触する内側モールド部をセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂で構成し、かつ外側モールド部をポリアミドで構成することで、高い放熱性を確保しながらも、耐衝撃性に優れるリアクトル用部品とすることができる。また、樹脂モールド部の全てをセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂とした場合に比べて、リアクトル用部品全体の重量を軽減でき、かつ低コスト化を実現できる。このセラミックスフィラーの材質としては、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種が挙げられる。

＜リアクトル用部品の製造方法＞
リアクトル用部品の製造方法は、詳しくは後述する実施例で説明するが、金型内に中間コアの挿入されたコイルを配置する工程と、金型内に樹脂を注入して固化し、コイルを中間コアと一体にした成形体とする工程と、成形体を金型から取り出す工程とを備える。特に、金型内にコイルを配置した後、その金型内でコイルを自由長よりも短い圧縮状態に保持する工程を備え、成形体とする工程において、コイルを圧縮状態に保持したままコイルを中間コアと一体にした成形体とすることが好ましい。金型内にコイルを圧縮状態で保持するには、金型内に進退可能な棒状体でコイルの一部を押圧して、コイルを圧縮状態とすることが挙げられる。

中間コアが磁性体片とギャップ部の積層体から構成され、樹脂モールド前に磁性体片とギャップ部とが接合されていない場合、金型内で磁性体片とギャップ部がずれないように、この積層体を金型内に進退可能な棒状体で保持することが好ましい。例えば、積層体の側面の複数箇所を棒状体で挟むことが挙げられる。

また、前述したように、樹脂モールド部は、コイルを覆う内側モールド部と、内側モールド部の外側を覆う外側モールド部とを有する複層構造とする場合、まず先に内側モールド部でコイルを、その形状を保持するようにモールドする。その後の工程で、内側モールド部の少なくとも一部を覆うように外側モールド部をモールドすればよい。

＜放熱板＞
さらに、樹脂モールド部には、熱伝導性に優れる放熱板を一体化することが好ましい。一般に、リアクトルは、冷媒が流通される冷却ベース等に取り付けられる。そのため、リアクトル用部品における樹脂モールド部のうち、冷却ベース側の面（設置面）に放熱板を一体化しておけば、放熱板を介して効率的な放熱ができる。また、リアクトル用部品に放熱板が一体化されていれば、後に端部コアと組み合わせてリアクトルを構成する際にも組立作業性に優れる。特に、放熱板の一面がコイルに面接触し、この接触界面には実質的に樹脂モールド部の樹脂が介在されず、放熱板の他面は全面が樹脂モールド部から露出するように放熱板を一体化することが好適である。このようにすれば、コイルの熱を、放熱板を介してリアクトル用部品の外部に速やかに伝導させることができる。

この放熱板は、熱伝導率α(W/m・K)が3W/m・K超、特に20W/m・K以上、更に30W/m・K以上の材料が好ましい。また、放熱板は、コイルに接して、又は近接して配置されるため、磁気特性を考慮すると、全体が非磁性材料で構成されていることが好ましい。このような特性を満たす材料は、非磁性の無機材料が好適である。非磁性の無機材料には、導電性のものと絶縁性のものとがある。放熱板において少なくともコイルと接触するコイル側接触面の構成材料は、コイルとの間で電気的に絶縁されることが望まれるため、絶縁性材料とすることが好ましい。従って、放熱板は、その全体が絶縁性の無機材料から構成されていてもよいし、導電性の無機材料からなる板状基板の表面に絶縁性の無機材料からなる層を備える積層構造のものでもよい。なお、「絶縁性」とは、コイルとの間で電気的絶縁が確保できる程度の絶縁特性を有するものとする。

上記絶縁性の無機材料は、セラミックスが好適に利用できる。具体的には、窒化珪素(Si₃N₄):20〜150W/m・K程度、アルミナ(Al₂O₃):20〜30W/m・K程度、窒化アルミニウム(AlN):200〜250W/m・K程度、窒化ほう素(BN):50〜65W/m・K程度、及び炭化珪素(SiC):50〜130W/m・K程度から選択される少なくとも1種が挙げられる（数値は熱伝導率）。即ち、1種の材料からなる放熱板としてもよいし、複数種の材料からなる板片を組み合わせて一体とし、部分的に熱特性を変化させたものでもよい。上記のセラミックスのうち、窒化珪素は、熱伝導率が高く、アルミナや窒化アルミニウム、炭化珪素よりも曲げ強度に優れるため、好ましい。

〔リアクトル〕
＜コア（端部コア）＞
上述したリアクトル用部品における中間コアの端面に端部コアを接合することで、容易にリアクトル本体を構成できる。リアクトル本体は、コアとコイルの組合体で、それ自体でリアクトルとして機能する。

端部コアも、中間コアの磁性体片と同様の材質で構成すればよい。端部コアの代表的な形態としては、矩形ブロック、U型ブロック、台形ブロックなどが挙げられる。一対のコイル素子が並列されたコイルを用いた場合、各コイル素子に挿入される一対の中間コア同士の端面間をつなぐように端部コアを接合すればよい。この接合により、両コイル素子内を通る環状のコアが形成される。

特に、機械的強度に優れる電磁鋼板の積層体でコアを構成する場合、リアクトル用部品に端部コアを組み合わせるだけでリアクトル本体を構成できる。一方、コアを圧粉成形体で構成する場合、リアクトル用部品に端部コアを組み合わせるだけでもよいが、後述する封止材でリアクトル本体を覆い、コアを補強することが好ましい。

＜ケース＞
ケースは、上述したリアクトル本体を収納し、この本体からの熱を、ケースを介して放熱させる。但し、本発明リアクトルでは、リアクトル本体はケースへ収納することなくそのままリアクトルとして用いても良いし、ケースへ収納して用いても良い。ケースを用いなければ、リアクトルを小型化できる。一方、ケースを用いた場合、リアクトル本体を機械的に保護しやすい。通常、リアクトル本体とケースとの間には、後述する封止材が充填される。

このケースは、通常、前後左右の各側面および底面を備え、上部が開口した容器状のものが利用される。その際、底面には、両端側に段部を形成し、各段部の上面をコア（端部コア）の支持面とし、両段部の間に前記支持面よりも低い中底面を形成して、その中底面とリアクトル用部品との間に間隙が形成されるようにすることが好ましい。この形態のケースを用いれば、支持面上に直接コアを接触させて保持することができるため、コアからケースを介しての効率的な放熱を行うことができる。また、上述したケースの支持面と中底面との段差を前記支持面に接触するコアの表面からリアクトル用部品の設置面までの間隔よりも大きくすることで、ケースの中底面と設置面との間に、次述する封止材を充填するための間隙を形成できる。この間隙に封止材が充填されることで、ケースの中底面とコイルとの絶縁を確保することができる。

ケースの構成材料は、放熱性の高い材料で構成することが好適である。具体的には、熱伝導性に優れる材料、特に金属材料が好適に利用できる。とりわけアルミニウムまたはアルミニウム合金が好適である。

＜封止材＞
封止材は、リアクトル本体の周囲を覆い、同本体の機械的保護を図る。その他、封止材の機能には、リアクトルを励磁した際に生じる振動を吸収することや、樹脂モールド部から露出するコイル部分がある場合、その露出部分を覆って機械的・電気的に保護することが挙げられる。また、ケースを用いた場合、コイルとケースとの絶縁性を一層高める機能や、ケースに収納されているリアクトル本体などの構成部材をケース内に保持させる機能、或いはリアクトル本体の熱をケースに伝導させる機能も持つ。

この封止材には、コアやコイルの最高到達温度において、軟化しない絶縁材料が好適に利用できる。例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。この封止材には、リアクトルの振動により発生する騒音の吸音性に優れる多孔質材料も利用できる。具体的には、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリウレタン等の発泡プラスチックや、発泡クロロプレンゴム、発泡エチレンプロピレンゴム、発泡シリコンゴム等の発泡ゴムが挙げられる。

特に、封止材は、樹脂モールド部の樹脂としてエポキシ樹脂（セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂）を用いた場合、封止材はポリアミドが好ましい。エポキシ樹脂（セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂）は、硬度は高いが、比較的耐衝撃性に劣る。そのため、樹脂モールド部をポリアミドの封止材により覆うことで、保護することができる。

＜リアクトル用部品＞
まず、図１〜図４を参照して、本発明のリアクトル用部品100を説明し、後にリアクトルを説明する。図１は本発明リアクトル用部品を、図２（Ａ）は同部品の樹脂モールド前の状態を示す斜視図である。図１に示すように、このリアクトル用部品100は、平角巻線をらせん状にエッジワイズ巻きしたコイル10と、コア150の一部となる中間コア150Cと、コイル10及び中間コア150Cを一体に保持する樹脂モールド部20とを備える。

コイル10は、図２（Ａ）に示すように、その軸方向と直交する方向に並列される第一コイル10Aと第二コイル10Bの一対から構成される。第一・第二コイル10A、10Bは、互いに同一巻数で、軸方向から見た形状がほぼ矩形のコイルである。また、これら両コイル10A、10Bは、接合部のない一本の巻線で構成されている。即ち、コイル10の一端側において、巻線の始端11と終端12が上方に引き出され、コイル10の他端側において、巻線をU型に屈曲した屈曲連結部13を介して第一コイル10Aと第二コイル10Bとを連結している。この構成により、第一コイル10Aと第二コイル10Bの巻回方向は同一となっている。

このような各コイル10A、10Bの内周には、中間コア150Cが配置される。中間コア150Cは、図２（Ｂ）に示すように、複数の磁性体片154と、これら磁性体片154の間に介在されるギャップ板156とが接着剤で一体化されている。磁性体片154は軟磁性材料の圧粉成形体からなる矩形ブロック体である。一方、ギャップ板156は矩形のアルミナ板で構成される。ここでは、一つの中間コア150Cを3つの磁性体片と2枚のアルミナ板で構成した。

上述したコイル10A、10B内に中間コア150Cを挿入した状態で、両者はエポキシ樹脂などの樹脂モールド部20で一体化されている。この一体化状態において、各コイル10A、10Bは、隣接するターン同士がほぼ接触する圧縮状態に保持されている。

本例では、巻線の始端11と終端12および各コイル10A、10Bの上面、下面、側面の各々の一部が露出されるように樹脂モールド部20を形成する。このうち、各コイル10A、10Bの上面、下面、側面の露出箇所は、樹脂モールドを行う際に金型が直接コイル10を保持した箇所である。コイル10の一部が樹脂モールド部20から露出されていることにより、コイル10の露出箇所がコイル軸方向に沿った凹溝24となり、樹脂モールド部20で被覆された箇所が凸部となる凹凸がリアクトル用部品100の外周面に形成される。この凹凸の形成により、リアクトル用部品100の表面積を増大させることができ、放熱性の高いリアクトル用部品100を構築できる。特に、コイル10が樹脂モールド部20から露出するように樹脂モールド部20を形成することで、コイル10からの放熱性をさらに高めている。本例のリアクトル用部品100でリアクトルを構成し、そのリアクトルの周囲を封止材で覆う場合、凹溝24は封止材の流路としても利用できる。

この樹脂モールド部20は、両コイル10A、10Bのターン部分を実質的に均一な厚さで覆っている。但し、各コイル10A、10Bの一部の角部や屈曲連結部13の樹脂モールド部20は不均一な厚みとなっている箇所がある。屈曲連結部13は、コイル10の上部中央から各コイル10A、10Bの軸方向に突出して形成されているため、この連結部13を覆う樹脂モールド部20もひさし状にせり出した形態となっている。また、各コイル10A、10Bの隣接するターン同士は互いにほぼ接触状態となっているため、これらターン間に樹脂モールド部20の樹脂は少量浸入している。

そして、このリアクトル用部品100において、各中間コア150Cの両端面は、図３に示すように、樹脂モールド部20の端面から突出して露出している。この中間コア150Cの端面には、後述する端部コア150E（図５）が接着剤により接合される。そのため、中間コア150Cを樹脂モールド部20の端面から突出させておけば、中間コア150Cと端部コア150Eとの間に介在される接着剤層の厚みの制約が少なく、リアクトルのインダクタンス調整が行いやすい。図３では、説明の便宜上、中間コア150Cの端面の突出状態を誇張して示しているが、実際の突出量は約0.2mmである。

＜リアクトル用部品の製造方法＞
次に、このようなリアクトル用部品の製造方法を図４に基づいて説明する。リアクトル用部品を得るには、まず、一対の中間コア150Cを用意しておく。中間コア150Cを構成する磁性体片とギャップ板とは予め接着剤などで接合しておくことが好ましい。このような中間コア150Cを図２(A)のようにコイル10A、10B内に挿入し、その状態で金型50内に配置する。

金型50は、開閉する一対の分割金型片、すなわち第一金型51と第二金型52から構成される。下部に位置する第一金型51は、コイルの下端側（屈曲連結部側）に位置する端板51Aと、コイル10の周囲を覆う側壁51Bとを備える。一方、上部に位置する第二金型52は、コイル10の上端側（始端・終端側）に位置する端板52Aを備える。この金型内で、コイル10の屈曲連結部13のある端面側を下方に向け、他方の端面側を上方に向けてコイル10と中間コア150Cとが配置される。コイル軸方向が金型50の上下方向となるようにすれば、磁性体片とギャップ板との積層方向が上下方向となるため、磁性体片とギャップ板とが接合されていない場合でも、磁性体片とギャップ板と金型50内で所定の位置に配置しやすい。特に、コイル10の軸方向が上下方向となるようにコイル10と中間コア150Cとを金型50内に配置することは、コイル10の軸方向が水平方向に沿うようにコイル10と中間コア150Cとを金型内に配置する場合に比べて、中間コア150Cとコイル10とを同軸状に配置しやすい。

このような金型50内で、コイル10と中間コア150Cは各々位置決めされて同軸状に配される。図１のコイル10が露出している箇所は、金型50がコイル10を支持するために、コイル10と接触した箇所である。金型50に接触されて第一・第二コイル10A、10B間の間隔が狭小化する虞がある場合、両コイル10A、10B間に適宜なピン（図示略）を配置するなどして、両コイル10A、10Bの間隔を保持するようにしてもよい。コイル10の他の外周面領域は、金型表面との間に一定のギャップが形成されるようにする。一方、中間コア150Cは、その下端を第一金型51に位置決めすることで、金型50内に位置決めされる。

また、第一・第二金型51,52には、図示しない駆動機構で、金型50の内部に進退可能な複数の棒状体53が設けられている。ここでは、合計８本の棒状体53を用い、各コイル10A、10Bのほぼ角部を押圧してコイル10を圧縮させる。但し、屈曲連結部13は棒状体53で押すことが難しいため、図１における同連結部13の下方を棒状体53で押すこととしている。棒状体53は、コイル10が樹脂モールド部で被覆されない箇所を少なくするため極力細くするが、コイル10を圧縮するのに十分な強度と耐熱性を備えたものとする。コイル10を金型50内に配置した段階では、コイル50は未だ圧縮されておらず、隣接するターンの間に隙間が形成された状態となっている。

次に、金型50を閉じ、棒状体53を金型50内に進出してコイル10を圧縮する。この圧縮により、コイル10の隣接するターン同士が接触され、各ターン間に隙間のない状態となる。

その後、図示しない樹脂注入口から金型50内にエポキシ樹脂を注入する。樹脂注入口は、第二金型の端板52Aのほぼ中央、すなわち第一・第二コイル10A、10Bの間に対向して位置されている。注入された樹脂がある程度固化して、コイル10を圧縮状態に保持できるようになれば、棒状体53を金型50内から後退させても良い。

そして、樹脂が固化して、コイル10を圧縮状態に保持するリアクトル用部品が成形されると、金型50を開いて同部品を金型から取り出す。

得られたリアクトル用部品は、棒状体53で押圧されていた箇所が樹脂モールド部で覆われておらず、複数の小穴を有する形状に成形されている。この小穴は、適宜な絶縁材などで充填しても良いし、そのまま放置しておいても良い。

＜リアクトルの組立＞
次に、上記のリアクトル用部品を用いてリアクトルを構成する手順を図５に基づいて説明する。

上述したリアクトル用部品100における中間コア150Cの端面に端部コア150Eを接合すれば、リアクトル本体（リアクトル200）を構成できる。例えば、中間コア150Cの端面に、扁平ブロック状の端部コア150Eを接着剤で固定する。この端部コア150Eは、ほぼリアクトル用部品100の端面に応じた形状と面積を有し、中間コア150Cと接合した際、樹脂モールド部20の外周面とほぼ面一となる。つまり、中間コア150Cよりも端部コア150Eが上下左右に突出したコア150が構成される。このリアクトル本体を冷却ベース（図示略）などの設置対象に設置すれば、リアクトル用部品100及び端部コア150Eの下面が設置対象と面接触されるため、効果的な放熱が期待できる。

このようなリアクトル用部品100と端部コア150Eとを組み合わせたリアクトル本体は、そのままの状態でリアクトル200として十分機能するため、何らかの部材で外周を覆わなくても、図示しない冷却ベースに固定すればよい。冷却ベースへの固定には、コア150を冷却ベースに押える適宜な取付金具を用いたり、コア150の一部にボルト孔を設けて、ボルトで冷却ベースに固定したりすればよい。

もっとも、本例のように圧粉成形体で磁性体片154や端部コア150Eを構成している場合、コア150の強度が電磁鋼板のコアに比べて低いため、リアクトル200の周囲をエポキシやポリアミドなどの封止材（図示せず）で覆って補強することが好ましい。この封止材の一部にボルト孔を成形すれば、ボルトでリアクトルを冷却ベースに固定できる。また、封止材を用いれば、棒状体53（図４）により樹脂モールド部に形成された小穴を埋めることができる。

その他、金属製のケース（図示せず）に上記リアクトル本体を収納し、ケースとリアクトル本体との間に封止材を充填しても良い。ケースを用いる場合、リアクトル用部品の樹脂モールド部20は、ケースとリアクトル本体との位置合わせにも利用できる。

なお、本例では、一対の端部コア150E、合計6つの磁性体片154、並びに合計４枚のギャップ板156を用いているが、これらの数は適宜選択できる。また、各磁性体片154や端部コア150Eの形状も図２(B)や図５の形状に限定されるわけではなく、例えば端部コア150EをU型としてもよい。

＜作用効果＞
以上のようなリアクトル用部品100によれば、コイル10を圧縮状態に保持した状態で中間コア150Cと一体の部品とできるため、リアクトル組立時の部品のハンドリング性を改善でき、かつ従来のリアクトルでコイルを押えるために用いていた枠状ボビンを省略できる。また、コイル10の内周面が樹脂モールド部20で実質的に均一な厚みで覆われているため、従来のリアクトルで用いていた筒状ボビンを省略できる。さらに、樹脂モールド部20により、コイル10とコア150の絶縁の確保もできる。そして、リアクトル用部品100における中間コア150Cの端面に端部コア150Eを接合するだけで、容易にリアクトルを構築することができる。その他、このリアクトルは、樹脂モールド部でコイルが保護されているため、金属ケースを用いないリアクトルとして利用できる。

＜変形例１＞
実施例１では、樹脂モールド部20として、エポキシ樹脂を用いた単層構造のものを示したが、この樹脂モールド樹脂20を内側モールド部と外側モールド部とからなる２層構造としてもよい。例えば、内側モールド部をセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂とし、外側モールド部をポリアミドとする。セラミックスフィラーにはアルミナを用いる。これら樹脂の熱伝導率は、ポリアミドが約0.2W/m・Kであるのに対し、セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂は約2.0W/m・Kである。一方、エポキシ樹脂はポリアミドに比べて硬いが、衝撃に対して弱い面がある。そのため、発熱源となるコイルに接触する内側モールド部を熱伝導率に優れる樹脂で構成し、外側モールド部を耐衝撃性に優れる樹脂で構成することにより、高い放熱特性と耐衝撃性を兼備したリアクトル用部品100とすることができる。また、これら樹脂の比重は、セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂が約2.0であるのに対し、ポリアミドは約1.0である。そのため、樹脂モールド部の全てをセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂で構成する場合に比べて、リアクトル用部品100を軽量化することができる。さらに、これら樹脂の価格は、セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂がポリアミドの３〜４倍程度である。そのため、樹脂モールド部の全てをセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂で構成する場合に比べて、リアクトル用部品100を低コスト化することができる。外側樹脂部は、ポリアミドの代わりに不飽和ポリエステルであってもよい。

＜変形例２＞
変形例１では、コイルと中間コアとを一体化する樹脂モールド部が２層であるが、コイルと中間コアとを樹脂モールド部（第一樹脂モールド部）で一体化した成形体を作製し、この成形体に端部コアを組み合わせ、その組合体を別の樹脂モールド部（第二樹脂モールド部）で覆う構成としてもよい。その場合も、第一樹脂モールド部には第二樹脂モールド部よりも熱伝導率の高い樹脂を用い、第二樹脂モールド部には第一樹脂モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を用いることが好ましい。この構成であれば、端部コアも第二樹脂モールド部で保護することができる。

次に、樹脂モールド部の一部に貫通孔を設けた本発明リアクトル用部品を図６に基づいて説明する。この部品は、樹脂モールド部20の下方に、両側に突出する突片26（取付部）を設け、その突片26に貫通孔26hを形成した点を除き、他の構成は実施例１と共通である。

リアクトル用部品100は、ケース内や冷却ベースなどの設置対象に固定される。その際、前記貫通孔26hにボルト（図示略）を挿通し、そのボルトを設置対象に設けておいたボルト孔にねじ込むことで、容易かつ確実にリアクトル用部品100を設置対象に固定することができる。そのため、別途リアクトル用部品を押え付けるための金具などを用意する必要もない。

次に、リアクトル用部品には、放熱板を一体化しても良い。図７に示すように、リアクトル用部品100の下面、つまり、同部品100をリアクトルとして冷却ベースなどに設置した場合に冷却ベース側となる面に放熱板60を一体化してもよい。本例では、窒化珪素製の放熱板60を１枚用い、この放熱板60の上面がコイルに接触し、下面が樹脂モールド部20から露出するように構成している。

本例の構成によれば、熱伝導性に優れる放熱板60を介して、コイルの熱を効率的に冷却ベース側に伝導させることができ、リアクトルの放熱性を向上させることができる。なお、第一・第二コイルの下面の各々に合計２枚の放熱板を樹脂モールド部で一体化しても良い。

次に、実施例１〜３とは異なる構成のコイルを用いた本発明の実施例を図８に基づいて説明する。図８ではコイルの形状のみを示し、樹脂モールド部は省略している。

実施例１〜３では、１本の巻線からなり、屈曲連結部を有するコイルを用いたが、第一・第二コイル10A、10Bを異なる巻線で形成し、両コイル10A、10Bを溶接により接合しても良い。本例では、第二コイル10Bの終端を第一コイル10A側に屈曲させ、第一コイル10Aの終端と重ねて溶接することで両コイル10A、10Bを接合している。

このようなコイル10によれば、各コイル10A、10Bの巻線の始端と溶接箇所を樹脂モールド部から突出させたリアクトル用部品とでき、実施例１において、屈曲連結部を覆うことでひさし状に突出した樹脂モールド部をなくすことができる。また、第一コイルと第二コイルの各々に中間コアを挿入し、その状態で各コイルを圧縮状態に保持して個別に樹脂モールド部で一体化した一対のリアクトル用部品を作製してもよい。その後、これら一対のリアクトル用部品の巻線端部を溶接で接合すれば良い。

次に、実施例１に係るリアクトル用部品を用いたリアクトル本体をケースに収納した本発明リアクトルの実施例を図９に基づいて説明する。

このリアクトルに用いるリアクトル用部品100は、実施例１ではエポキシ樹脂で構成した樹脂モールド部20を、セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂とした。また、コイルの屈曲連結部13（図２（Ａ）参照）の高さを実施例1に比べて高くすることで、この連結部の樹脂モールド部の下方に配置できる端部コア150Eのサイズをより大きくできるようにした。つまり、本例における一対の端部コア150Eは互いに同じ高さである。その他のリアクトル用部品100の構成は、実施例１と共通である。

このようなリアクトル用部品100を、図５に示したように、端部コア150Eと組み合わせてリアクトル本体を形成する。そして、そのリアクトル本体をアルミ合金製のケース170内に収納する。

このケース170は、前後左右の各側壁と底面とを有し、上部が開口した矩形容器状のものである。ケース170内にリアクトル本体を収納すると、コア150及び樹脂モールド部20がケース170内面と接触することで、組立体がケース170内に支持される。コア150及び熱伝導性に優れたセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂がケース170内面と接触することで、コイル10及びコア150の熱を効果的にケースに伝達して放熱させることができる。

ケース170内にリアクトル本体を収納した後、ケース170とリアクトル本体の間に封止材（図示略）を充填する。ここでは、封止材としてポリウレタンを用いた。ポリウレタンはエポキシ樹脂に比べて耐衝撃性に優れるため、ケース170内のリアクトル本体を十分に保護することができる。

また、このリアクトルの構成によれば、封止材を全てエポキシ樹脂又はセラミックスフィラー入りエポキシ樹脂とする場合に比べて、軽量で低価格とすることができる。

なお、上述した実施例は、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用部品は、リアクトルの構成部品として利用することができ、本発明のリアクトルは、コンバータなどの部品として利用することができる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車用リアクトルとして好適に利用することができる。

100 リアクトル用部品
10コイル
10A 第一コイル 10B 第二コイル
11 始端 12 終端 13 屈曲連結部
20 樹脂モールド部
24 凹溝 26 突片 26h 貫通孔
50 金型
51 第一金型 51A 端板 51B 側壁
52 第二金型 52A 端板
53 棒状体
60 放熱板
150 コア
150C 中間コア 150E 端部コア
154 磁性体片 156 ギャップ板
170 ケース
200 リアクトル

Claims (12)

1. コアの外周にコイルが配されたリアクトルを構成するためのリアクトル用部品であって、
   巻線をらせん状に巻回したコイルと、
   前記コアの一部で、コイル内に挿通される中間コアと、
   前記コイルと中間コアとを一体に保持する樹脂モールド部とを有し、
   前記コイルの形状は、前記樹脂モールド部により保持され、
   前記中間コアは、その両端面が樹脂モールド部から露出されていることを特徴とするリアクトル用部品。
2. 前記中間コアは、複数の磁性体片と、磁性体片の間に介在される非磁性のギャップ部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル用部品。
3. 前記中間コアの各端面が、樹脂モールド部の端面から突出していることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル用部品。
4. 前記樹脂モールド部に、リアクトル用部品を設置対象に固定するための取付部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトル用部品。
5. 前記コイルの外周における樹脂モールド部の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリアクトル用部品。
6. 前記樹脂モールド部は、コイルを覆う内側モールド部と、内側モールド部の外側を覆う外側モールド部とを備え、
   前記内側モールド部は、外側モールド部よりも熱伝導率の高い樹脂を含み、
   前記外側モールド部は、内側モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリアクトル用部品。
7. さらに、前記樹脂モールド部のうち、設置対象に面する設置面に一体化される放熱板を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のリアクトル用部品。
8. リアクトル本体を備えるリアクトルであって、
   この本体は、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のリアクトル用部品と、
   コアの一部として中間コアの各端面に接合されて、コイルから露出する端部コアとを有することを特徴とするリアクトル。
9. 前記リアクトル本体を収納する金属製のケースを有しないことを特徴とする請求項８に記載のリアクトル。
10. 前記リアクトル本体の外周が封止材で覆われていないことを特徴とする請求項９に記載のリアクトル。
11. 前記リアクトル本体を収納する金属製のケースと、
    この本体とケースとの間に介在される封止材とを備え、
    前記封止材は、前記樹脂モールド部よりも耐衝撃性に優れる樹脂を含むことを特徴とする請求項８に記載のリアクトル。
12. 前記リアクトル本体を収納する金属製のケースと、
    この本体とケースとの間に介在される封止材とを備え、
    前記樹脂モールド部は、前記封止材よりも熱伝導率の高い樹脂を含むことを特徴とする請求項８に記載のリアクトル。

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