JP2010225839A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】磁気飽和が生じ難く小型化が容易なリアクトルを提供すること。
【解決手段】導体線を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイル２と、コイル２の周囲に充填された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を収容するケース４とからなるリアクトル１。コイル２は、巻回中心軸Ｃを含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面２２となり、各台形断面２２は、コイル２内側の内側辺２２１がコイル２外側の外側辺２２２よりも短い。巻回中心軸Ｃの方向を上下方向としたとき、内側辺２２１の上端２２３は外側辺２２２の上端２２４よりも下方に位置し、内側辺２２１の下端２２５は外側辺２２２の下端２２６よりも上方に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性粉末混合樹脂からなるコアを有するリアクトルに関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるインバータには、電池電圧を昇圧するためのリアクトルが組み込まれている。かかるリアクトルにおいて、近年、部品点数の低減による低コスト化を実現するものとして、磁性粉末を混合した樹脂からなる磁性粉末混合樹脂をコアとしてコイルの周囲に充填したリアクトルが提案されている（特許文献１）。
該リアクトルにおいては、コイルに通電することによって生じる磁束がコア内に形成される。磁束は、コイルの巻回周方向に直交すると共に、コイルの内側と外側とを連続的に繋ぐように環状に形成される。

特開２００８−１６６５０３号公報

しかしながら、磁束は、コイルの外側よりも内側が密となり、外側が疎となりやすい。特に、コイルの巻回中心軸を含む平面による断面におけるコイル内側の内側辺の上下部分は、コイル外側の外側辺の上下部分に対して磁路に直交する磁路断面積が小さくなる。そうすると、このコイルの上記断面の内側辺の上下部分における磁路断面積がネックとなり、この部分において磁気飽和が生じやすくなるという問題がある。
一方、この部分の磁気飽和を緩和しようとすると、リアクトルの小型化が困難となる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、磁気飽和が生じ難く小型化が容易なリアクトルを提供しようとするものである。

本発明は、導体線を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイルと、該コイルの周囲に充填された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収容するケースとからなるリアクトルであって、
上記コイルは、巻回中心軸を含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面となり、該各台形断面は、コイル内側の内側辺がコイル外側の外側辺よりも短く、
上記巻回中心軸の方向を上下方向としたとき、上記内側辺の上端は上記外側辺の上端よりも下方に位置し、上記内側辺の下端は上記外側辺の下端よりも上方に位置することを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

上記コイルは、巻回中心軸を含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面となり、該各台形断面は、コイル内側の内側辺がコイル外側の外側辺よりも短い。そして、巻回中心軸の方向を上下方向としたとき、内側辺の上端は外側辺の上端よりも下方に位置し、内側辺の下端は外側辺の下端よりも上方に位置する。そのため、コイルの巻回周方向に直交すると共にコイルの内側と外側とを連続的に繋ぐように環状に形成される磁束の磁路断面積は、内側辺の上端の上部や下端の下部においても、充分に確保することができる。

すなわち、巻回中心軸を含む平面による断面が仮に長方形状であるとした場合には、磁路断面積は、内側辺の上端の上部及び下端の下部において小さくなり、この部分がネックになって、磁気飽和が生じやすくなる。これに対して、本発明においては、コイルが上記のような台形断面を有していることにより、台形断面の内側辺の上端の上部や下端の下部において、磁路断面積を大きくすることができるため、磁気飽和を緩和することができる。換言すれば、磁路の全周にわたり磁路断面積を一定に近付けることとなり、局部的な磁気飽和を抑制することができる。その結果、リアクトルのインダクタンスを向上させることができる。

また、上記のごとく、磁路の全周にわたり磁路断面積を一定に近付けることができるため、磁気飽和を緩和するために特別にリアクトルの体格を大きくする必要がない。その結果、リアクトルの小型化を容易に行うことができる。

以上のごとく、本発明によれば、磁気飽和が生じ難く小型化が容易なリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの（Ａ）巻回中心軸に平行な断面、（Ｂ）（Ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、コイルの台形断面の周囲の断面図。 実施例１における、リアクトルの巻回中心軸に垂直な断面図。 実施例１における、導体線を積層したコイルの台形断面の部分説明図。 実施例１における、導体線の斜視図。 巻回中心軸を含む平面による断面が長方形状であるコイルを有するリアクトルの断面図。 図６に示したリアクトルにおける、コイルの周囲の断面図。 実施例２における、断面円形状の導体線によって形成したコイルの台形断面の部分説明図。

本発明において、上記磁性粉末混合樹脂は、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、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、本明細書において、上下方向は、実際の鉛直方向に関わらず、上記巻回中心軸方向を意味するものとする。
また、上記巻回中心軸は、巻回軸方向から見た上記コイルの形状が円形である場合には、その円の中心を通る直線に一致し、円形以外の場合には、その形状の幾何学的重心を通る直線に一致するものとする。

また、上記コイルは、上記巻回中心軸方向から見た平面形状が円形であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、コイルの全周にわたって、本発明による磁気飽和緩和の効果を発揮することができる。

また、上記導体線は、長手方向に直交する断面の形状が一端から他端にかけて厚みが徐々に変化する形状とすることができる（請求項３）。
この場合には、上記コイルの断面を容易に上記台形断面に形成することができる。すなわち、導体線における厚みの大きい側を外側に、厚みの小さい側を内側にして、導体線を巻回しながら上下方向に積層していくことによって、コイルの断面を台形断面にすることができる。

また、上記台形断面は、上下対称形状であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コイルの上方及び下方において、磁気飽和を同様に緩和することができる。これにより、リアクトルの一層の小型化を実現することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるリアクトルにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１に示すごとく、導体線２１を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイル２と、該コイル２の周囲に充填された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を収容するケース４とからなる。

コイル２は、図１（Ａ）に示すごとく、巻回中心軸Ｃを含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面２２となる。そして、図２に示すごとく、該各台形断面２２は、コイル２内側の内側辺２２１がコイル２外側の外側辺２２２よりも短い。すなわち、内側辺２２１の長さＬａは、外側辺２２２の長さＬｂよりも短い。
そして、上記巻回中心軸Ｃの方向を上下方向としたとき、内側辺２２１の上端２２３は外側辺２２２の上端２２４よりも下方に位置し、内側辺２２１の下端２２５は外側辺２２２の下端２２６よりも上方に位置する。

図１（Ｂ）に示すごとく、コイル２は、巻回中心軸Ｃ方向から見た平面形状が円形である。
また、図１（Ａ）、図２に示すごとく、上記台形断面２２は、上下対称形状である。
コイル２は、ケース４内におけるコア３に対して、上下方向の中央に配置されている。そして、巻回中心軸Ｃの方向の一方に、ケース４が開口している。このケース４の開口面に配されるコア３の表面をコア上面３１とし、その反対側の面であってケース４の底部４１に接触する面をコア下面３２とする。コイル２の台形断面２２の内側辺２２１の上端２２３とコア上面３１との距離は、内側辺２２１の下端２２５とコア下面３１との距離と同等であり、この距離をＨａとする。また、コイル２の台形断面２２の外側辺２２２の上端２２４とコア上面３１との距離は、外側辺２２２の下端２２６とコア下面３２との距離と同等であり、この距離をＨｂとする。

そして、図３に示すごとく、コイル２の内周長をＦａ、外周長Ｆｂとしたとき、Ｈａ×Ｆａ＝Ｈｂ×Ｆｂを満たすことが理想であり、この状態に近づくようにコイル２の形状を設計する。ここで、Ｈａ×Ｆａは、コイル２の内側辺２２１の上方又は下方における磁路断面積と略一致するものであり、Ｈｂ×Ｆｂは、コイル２の外側辺２２２の上方又は下方における磁路断面積と略一致するものである。したがって、上記理想状態を示すＨａ×Ｆａ＝Ｈｂ×Ｆｂは、コイル２において発生する磁束の磁路断面積が、コイル２の内側辺２２１と外側辺２２２とで略同等になることを意味する。

コイル２は、図１、図４に示すごとく、導体線２１を円環状に巻回すると共に巻回軸方向に積層していくことにより形成される。導体線２１は、図５に示すごとく、長手方向に直交する断面の形状が一端から他端にかけて厚みが徐々に変化する形状である。導体線２１における厚みの大きい側の側面２１２を外側に、厚みの小さい側の側面２１１を内側にして、導体線２１を巻回しながら上下方向に積層していくことによって、コイル２の断面を図２に示すような台形断面２２にする。
なお、このような導体線２１は、例えば、異型引き抜き、プレス成形、ローラー成形等によって得ることができる。

また、コア３を構成する磁性粉末混合樹脂は、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、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。コア３には、磁性粉末以外にも、放熱性の観点から、シリカやアルミナ等の非磁性材料からなる添加材を混合することもできる。
ケース４は、例えば、アルミニウム又はその合金によって構成することができる。
また、上記コイル２は絶縁被膜によって被覆することもできる。この場合、上述してきたコイル２の形状や寸法は、絶縁被膜を合わせた状態での形状や寸法を意味する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
図１（Ａ）、図２に示すごとく、上記コイル２は、巻回中心軸Ｃを含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面２２となり、該各台形断面２２は、コイル２内側の内側辺２２１がコイル２外側の外側辺２２２よりも短い。そして、巻回中心軸Ｃの方向を上下方向としたとき、内側辺２２１の上端２２３は外側辺２２２の上端２２４よりも下方に位置し、内側辺２２１の下端２２５は外側辺２２２の下端２２６よりも上方に位置する。そのため、コイル２の巻回周方向に直交すると共にコイル２の内側と外側とを連続的に繋ぐように環状に形成される磁束φの磁路断面積は、内側辺２２１の上端２２３の上部や下端２２５の下部においても、充分に確保することができる。

具体的には、コイル２における内側辺２２１の上端２２３の上部や下端２２５の下部における磁路断面積は、Ｈａ×Ｆａに略一致する（図２、図３参照）。一方、コイル２における外側辺２２２の上端２２４の上部や下端２２６の下部における磁路断面積は、Ｈｂ×Ｆｂに略一致する。そして、図３に示すごとく、ＦａはＦｂよりも小さい。そこで、ＨａをＨｂよりも大きくすることにより、Ｈａ×ＦａをＨｂ×Ｆｂに近付けることができ、内側辺２２１の上端２２３の上部や下端２２５の下部においても、磁路断面積（≒Ｈａ×Ｆａ）を充分に確保することができる。

すなわち、図６に示すごとく、巻回中心軸Ｃを含む平面によるコイル９の断面９２が仮に長方形状であるとした場合には、磁路断面積は、内側辺９２１の上端９２３の上部及び下端９２５の下部において小さくなり、この部分がネックになって、磁気飽和が生じやすくなる。

この場合（比較例）について以下に具体的に考察する。実施例１（図１〜図５）と同様に、コイル９の断面９２の内側辺９２１の上端９２３とコア上面３１との距離は、内側辺９２１の下端２２５とコア下面３２との距離と同等であるとする（図７）。この距離をＨｃとする。そして、上記断面９２が長方形の場合には、コイル９の断面９２の外側辺９２２の上端９２４とコア上面３１との距離も、外側辺９２２の下端９２６とコア下面３２との距離も、上記Ｈｃに一致する。

一方、この比較例におけるコイル９２の巻回中心軸Ｃに直交する断面形状は、実施例１と同様であり、図３と同様に表れる。
それゆえ、コイル９における内側辺９２１の上端９２３の上部や下端９２５の下部における磁路断面積は、Ｈｃ×Ｆａに略一致する（図７、図３参照）。一方、コイル９における外側辺９２２の上端９２４の上部や下端９２６の下部における磁路断面積は、Ｈｃ×Ｆｂに略一致する。そして、ＦａはＦｂよりも小さい。
したがって、コイル９における内側辺９２１の上端９２３の上部や下端９２５の下部における磁路断面積（≒Ｈｃ×Ｆａ）は、確実にコイル９における外側辺９２２の上端９２４の上部や下端９２６の下部における磁路断面積（≒Ｈｃ×Ｆｂ）よりも小さくなる。

これに対して、本発明においては、コイル２が上記のような台形断面２２を有していることにより、台形断面２２の内側辺２２１の上端２２３の上部や下端２２５の下部において、磁路断面積（≒Ｈａ×Ｆａ）を大きくすることができるため、磁気飽和を緩和することができる。換言すれば、磁路の全周にわたり磁路断面積を一定に近付けることとなり、局部的な磁気飽和を抑制することができる。その結果、リアクトル１のインダクタンスを向上させることができる。

また、上記のごとく、磁路の全周にわたり磁路断面積を一定に近付けることができるため、磁気飽和を緩和するために特別にリアクトル１の体格を大きくする必要がない。その結果、リアクトル１の小型化を容易に行うことができる。

以上のごとく、本例によれば、磁気飽和が生じ難く小型化が容易なリアクトルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図８に示すごとく、断面円形状の導体線２１を用いてコイル２を構成した例である。
すなわち、巻回中心軸Ｃを含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面２２（図１参照）となるように、導体線２１を巻回積層して、コイル２を形成してある。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏することができる。

上記実施例以外にも、例えば、厚みの均一な導体線を巻回積層した後にプレス成形によって上記台形断面を形成することもできる。また、断面円形、多角形等種々の形状の導体線を巻回積層した後にプレス成形して上記台形断面を形成することもできる。

１ リアクトル
２ コイル
２１ 導体線
２２ 台形断面
２２１ 内側辺
２２２ 外側辺
２２３ （内側辺の）上端
２２４ （外側辺の）上端
２２５ （内側辺の）下端
２２６ （外側辺の）下端
３ コア
４ ケース

Claims (4)

1. 導体線を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイルと、該コイルの周囲に充填された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収容するケースとからなるリアクトルであって、
   上記コイルは、巻回中心軸を含む平面による断面が、二つの略台形状の台形断面となり、該各台形断面は、コイル内側の内側辺がコイル外側の外側辺よりも短く、
   上記巻回中心軸の方向を上下方向としたとき、上記内側辺の上端は上記外側辺の上端よりも下方に位置し、上記内側辺の下端は上記外側辺の下端よりも上方に位置することを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記コイルは、上記巻回中心軸方向から見た平面形状が円形であることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は２において、上記導体線は、長手方向に直交する断面の形状が一端から他端にかけて厚みが徐々に変化する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、上記台形断面は、上下対称形状であることを特徴とするリアクトル。

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