JP2010283119A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】非円形状のコイルを有しつつ磁束密度の不均一性を抑制したリアクトルを提供すること。
【解決手段】リアクトル１は、巻回軸方向への投影形状が非円形状であるコイル２と、コイル２を部分的に埋設すると共に磁束の磁路を構成する磁性粉末混合樹脂からなるコア３とからなる。コイル２のうち、投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面が上記コア３から露出した露出部２１を構成している。例えば、コイル２は、巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲線部２２と直線状となる直線部２３とをそれぞれ複数個所に有し、曲線部２２の少なくとも一部が露出部２１を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置等において用いられるリアクトルに関する。

従来より、図１５、図１６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の内側及び外周に配置された磁性粉末混合樹脂からなるコア９３とを有するリアクトル９が知られている。
かかるリアクトル９においては、コイル９２を螺旋状に巻回し、このコイル９２をコア９３に埋設する。これにより、コイル９２の内側と外周とにわたって生じる磁束φの磁路が、コア９３内に形成される。
そして、コイル９２の形状としては、省スペース化等の観点から、図１５に示すごとく、投影形状が非円形状とすることがある（特許文献１参照）。

特開２００８−１６６５０３号公報

しかしながら、上記投影形状が非円形状のコイル９２を用いたリアクトル９においては、磁束密度が不均一となるという問題がある。
すなわち、コイル９２から発生する磁束φは特にコイル９２の内側において集中し、この部分における磁束密度が高くなる。ここで、コイル９２の巻回軸方向への投影形状が円形状であれば、コイル９２の内側において均等な磁束密度をもって磁束φが形成されることとなる。

ところが、図１５に示すごとく、コイル９２の投影形状が非円形状であると、曲率半径が小さい部分（例えば曲線部９２２）の内側の磁束密度が高くなり、局部的な高温部が形成されてしまうおそれがある。
また、局部的に磁束密度が高くなる部位を有するリアクトル９においては、磁気飽和が生じやすく、優れた直流重畳特性を得ることが困難であるという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、非円形状のコイルを有しつつ磁束密度の不均一性を抑制したリアクトルを提供しようとするものである。

本発明は、巻回軸方向への投影形状が非円形状であるコイルと、
該コイルを部分的に埋設すると共に上記磁束の磁路を構成する磁性粉末混合樹脂からなるコアとからなり、
上記コイルのうち、上記投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面が上記コアから露出した露出部を構成していることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

上記リアクトルにおいて、上記コイルのうち、上記投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面が上記コアから露出した露出部を構成している。これにより、磁束密度の不均一性を抑制することができる。

すなわち、上述のごとく、コイルの投影形状が非円形状である場合には、コイルによって形成される磁束密度が不均一となりやすい。具体的には、非円形状のコイルには、曲率半径の大きい部分と小さい部分とが存在することとなるが、曲率半径の小さい部位の周囲ほど磁束密度は高くなりやすい。そこで、上記コイルのうちその周囲の磁束密度が最も高くなる部位、すなわち曲率半径の最も小さい部位をコアから露出させる。当該部位をコアから露出させるということは、当該部位の周囲の少なくとも一部にはコアを存在させないということとなる。これにより、当該部位の周囲には磁束が形成されにくくなる。

その結果、コイルの形状の観点から磁束密度が最も大きくなりやすい部位の周囲に、コアが少なくとも部分的に存在しないことによって、リアクトル全体において、磁束密度の不均一性を緩和することができる。
つまり、磁束密度の不均一が生じやすい非円形状のコイルを有するリアクトルにおいて、磁束密度の不均一を抑制することができる。
これにより、リアクトルにおいて、局部的な高温部が形成されることを防ぐことができると共に、磁気飽和が生じ難く、優れた直流重畳特性を有するリアクトルを得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、非円形状のコイルを有しつつ磁束密度の不均一性を抑制したリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの軸方向に直交する平面による断面図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面図。 図１のＢ−Ｂ線矢視断面図。 図２のＣ視図。 実施例１における、リアクトルを製造するに当たって補助型を装着したコイルをメイン型に挿入配置した状態を示す断面図。 実施例１における、補助型の斜視図。 実施例１における、補助型と共にコイルを挿入配置したメイン型に磁性粉末混合樹脂を注型した状態を示す断面図。 実施例１における、リアクトルをケース内に挿入配置した状態を示す断面図。 実施例１における、リアクトルとケースとの間に接着材を注入した状態を示す断面図。 図８のＤ−Ｄ線矢視断面図。 実施例２における、第１のリアクトルの軸方向に平行な平面による断面図。 実施例２における、第２のリアクトルの軸方向に平行な平面による断面図。 実施例２における、第３のリアクトルの軸方向に平行な平面による断面図。 実施例２における、第４のリアクトルの軸方向に平行な平面による断面図。 実施例３における、リアクトルの軸方向に直交する平面による断面図。 従来例における、リアクトルの軸方向に直交する平面による断面図。 図１５のＥ−Ｅ線矢視断面図。

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おいて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「非円形状」としては、例えば直線と曲線とを組み合わせた形状、楕円形状、略四角形状等がある。
また、上記曲率半径の大小は、コイルを構成する巻き線において同じ条件となる部分において比較されるものであり、例えば巻き線部分の幅方向の中心における曲率半径にて比較されるものである。また、直線状の部分の曲率半径は無限大となる。

また、上記コイルは、巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲線部と直線状となる直線部とをそれぞれ複数個所に有し、上記曲線部の少なくとも一部が上記露出部を構成していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、コイルの成型を容易に行うことができる。そして、かかる形状のコイルにおいて曲線部の少なくとも一部を露出部とすることによって、磁束密度の高くなりやすい曲線部の周囲の磁束密度を抑制し、磁束密度の不均一を効果的に抑制することができる。

また、上記露出部は、上記コアを切り欠いた切欠部において上記コアから露出していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、コイルにおける所望の部分に露出部を設けることが容易となる。また、コアの成型時に、切欠部を形成する部分に治具を配置することにより、切欠部を設けつつコア内におけるコイルの位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

また、上記切欠部は、切り込み方向の先端部に、上記コイルの巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲面状先端部を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記切欠部の先端部に応力が集中することを抑制し、切欠部からコアに亀裂が入ることを抑制することができる。

また、上記露出部は、上記複数個所の曲線部のすべてにおいて形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、磁束密度が高くなりやすいそれぞれの曲線部の周囲において、磁束密度を低減することができ、磁束密度の不均一性を効果的に緩和することができる。

（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９を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１〜図３に示すごとく、巻回軸方向への投影形状が非円形状であるコイル２と、該コイル２を部分的に埋設すると共に上記磁束の磁路を構成する磁性粉末混合樹脂からなるコア３とからなる。
コイル２のうち、上記投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面がコア３から露出した露出部２１を構成している。

コイル２は、巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲線部２２と直線状となる直線部２３とをそれぞれ２個所に有し、曲線部２２の少なくとも一部が露出部２１を構成している。曲線部２２の曲率半径は一定である。すなわち、本例において、コイル２のうち上記投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、曲線部２２であり、その一部に露出部２１が形成されている。

露出部２１は、コア３を切り欠いた切欠部３１においてコア３から露出している。
切欠部３１は、切り込み方向の先端部に、コイル２の巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲面状先端部３１１を有する。
露出部２１は、２個所の曲線部２２の双方において形成されている。

コイル２は、曲率中心側が互いに対向するように配された一対の半円形の曲線部２２と、これら一対の曲線部２２を繋ぐと共に平行に配された一対の直線部２３とからなる。そして、各曲線部２２の中央部付近の一部がコア３から露出した露出部２１を構成しており、曲線部２２の外周面２６２及び上下面２６３、２６４がコア３から露出している。
曲線部２２の他の一部及び直線部２３の全体は、コア３に埋設されている。

図２に示すごとく、切欠部３１は、曲線部２２の外側においては、コイル２の外周面２６２に達するように形成されている。また、曲線部２２の上下面２６３、２６４においては、切欠部３１は、コイル２の内周面２６１よりも内側まで切り欠かれており、その先端部に、図３に示すごとく、上記曲面状先端部３１１が形成されている。

コイル２は、銅からなると共に断面略長方形状の平角線を螺旋状に巻回してなる。また、コイル２の表面には絶縁被膜２５が施されている。
コア３を構成する磁性粉末混合樹脂は、鉄粉からなる磁性粉末をエポキシ樹脂に分散混合してなる。

本例のリアクトル１を製造するに当たっては、図４に示すごとく、コイル２における一対の曲線部２２に、それぞれ図５に示す補助型４１を装着する。補助型４１は、曲線部３２の外周面２６２に配置される背面部４１１と、曲線部４１の上面２６３および下面２６４にそれぞれ配置される上面部４１２および下面部４１３とを有する。上面部４１２および下面部４１３は、背面部４１１の上端部および下端部からそれぞれ同じ方向に突出形成されている。また、上面部４１２および下面部４１３の先端には、曲面状の先端曲面部４１４が形成されている。
コイル２に補助型４１を装着したとき、背面部４１１は、コイル２の曲線部２２の外周面２６２に密着し、上面部４１２および下面部４１３は、それぞれ曲線部２２の上面及びした下面に密着するとともに、コイル２の内周面２６１よりも内側まで突出する。

一対の補助型４１を装着したコイル２を、図４に示すごとく、成型用のメイン型４２に挿入する。
次いで、図６に示すごとく、メイン型４２の中に液状の磁性粉末混合樹脂３０を注入し、これを硬化させる。
次いで、メイン型４２から、コイル２がインサート成型された磁性粉末混合樹脂３０からなるコア３を、一対の補助型４１と共に脱型する。そして、一対の補助型４１をコイル２とコア３との一体成型品から取り外すことにより、図２に示すようなリアクトル１を得る。
リアクトル１においては、補助型４１を装着していた部分に、コア３が切り欠かれた切欠部３１が形成される。そして、この切欠部３１に、コイル２の一部がコア３から露出した露出部２１が形成される。

なお、本例のリアクトル１は、図８、図９に示すごとく、例えば、アルミニウム等の熱伝導性に優れたケース５内に配置されて用いられる。
この場合、例えば、リアクトル１を、図７に示すごとく、ケース５内に挿入配置する。次いで、図８、図９に示すごとく、ケース５とリアクトル１との間の隙間に接着材５１を注入する。このとき、接着材５１はコア３の切欠部３１にも充填される。
そして、接着材５１を硬化させることにより、ケース５内にリアクトル１が固定される。

リアクトル１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置における昇圧部品として組み込まれるが、ケース５は、上記のような電力変換装置のケースの一部であってもよい。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記リアクトル１において、コイル２のうち、投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面がコア３から露出した露出部２１を構成している。これにより、磁束密度の不均一性を抑制することができる。

すなわち、上述のごとく、コイル２の投影形状が非円形状である場合には、コイル２によって形成される磁束密度が不均一となりやすい。本例のようにコイル２が曲線部２２と直線部２３とを有する場合、曲率半径の小さい部位すなわち曲線部２２の周囲の磁束密度が高くなりやすい。そこで、上記コイル２のうちその周囲の磁束密度が最も高くなる部位、すなわち曲線部２２の少なくとも一部をコア３から露出させる。当該部位をコア３から露出させるということは、当該部位の周囲の少なくとも一部にはコア３を存在させないということとなる。これにより、当該部位の周囲には磁束が形成されにくくなる。

その結果、コイル２の形状の観点から磁束密度が最も大きくなりやすい部位の周囲に、コア３が少なくとも部分的に存在しないことによって、リアクトル１全体において、磁束密度の不均一性を緩和することができる。
つまり、磁束密度の不均一が生じやすい非円形状のコイル２を有するリアクトル１において、磁束密度の不均一を抑制することができる。
これにより、リアクトル１において、局部的な高温部が形成されることを防ぐことができると共に、磁気飽和が生じ難く、優れた直流重畳特性を有するリアクトル１を得ることができる。

また、コイル２は、曲線部２２と直線部２３とをそれぞれ２個所に有し、曲線部２２の一部が露出部２１を構成している。これにより、コイル２の成型を容易に行うことができる。そして、かかる形状のコイル２において曲線部２２の少なくとも一部を露出部２１とすることによって、磁束密度の高くなりやすい曲線部２２の周囲の磁束密度を抑制し、磁束密度の不均一を効果的に抑制することができる。

また、露出部２１は切欠部３１においてコア３から露出している。そのため、コイル２における所望の部分に露出部２１を設けることが容易となる。また、コア３の成型時に、切欠部３１を形成する部分に治具（補助型５１）を配置することにより、切欠部３１を設けつつコア３内におけるコイル２の位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

また、切欠部３１は曲面状先端部３１１を有するため、切欠部３１の先端部に応力が集中することを抑制し、切欠部３１からコア３に亀裂が入ることを抑制することができる。
また、露出部２１は、複数個所の曲線部２２のすべてにおいて形成されているため、磁束密度が高くなりやすいそれぞれの曲線部２２の周囲において、磁束密度を低減することができ、磁束密度の不均一性を効果的に緩和することができる。

以上のごとく、本例によれば、非円形状のコイルを有しつつ磁束密度の不均一性を抑制したリアクトルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、コア３の切欠部３１の形状を種々変更した例である。そして、コイル２における露出部２１の位置を種々変更している。
すなわち、図１０に示すリアクトル１は、曲線部２２の一部において、巻回方向に直交する断面の全周に切欠部３１を形成し、上記断面の全周にわたってコイル２を露出させたものである。

図１１に示すリアクトル１は、曲線部２２の一部において、内周面２６１に沿った部分に切欠部３１を形成し、コイル２の内周面２６１のみを露出させたものである。
図１２に示すリアクトル１は、曲線部２２の一部において、外周面２６２に沿った部分に切欠部３１を形成し、コイル２の外周面２６２のみを露出させたものである。これは、コイル２の上面２６３および下面２６４が露出していない点で、実施例１と異なる。

図１３に示すリアクトル１は、曲線部２２の一部において、コイル２の上面２６３および下面２６４に沿った部分にそれぞれ切欠部３１を形成し、コイル２の上面２６３、下面２６４のみを露出させたものである。これは、コイル２の外周面２６２が露出していない点で、実施例１と異なる。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。

なお、図１０に示すリアクトル１のように、曲線部２２の一部において、巻回方向に直交する断面の全周にわたってコイル２をコア３から露出させることによって、この部分に形成される磁路の全周にわたってコア３が存在しない状態となり、磁束の集中を抑制することができる。ただし、図１１〜図１３に示すリアクトル１、あるいは実施例１に示すリアクトル１のように、磁路の一部にコア３が存在する構成であっても、磁路が切欠部３１において分断されることによって、その部分の磁束密度を充分に低減することができる。

（実施例３）
本例は、図１４に示すごとく、コイル２の巻回軸方向への投影形状が、略長方形状であるリアクトル１の例である。
本例のリアクトル１のコイル２は、４個所の曲線部２２と４個所の直線部２２とを交互に繋ぎ合わせたような形状を有する。すなわち、略長方形状の４つの角部に、曲線部２２を配置し、４つの辺に直線部２３を配置している。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。

なお、上記実施例１、２においては、コイル２の巻回軸方向への投影形状が、直線と曲線とを組み合わせた形状である場合について述べたが、上記投影形状は、必ずしもこれに限らず、例えば楕円形状などとすることができ、「非円形状」であれば本発明を適用しうる。

１ リアクトル
２ コイル
２１ 露出部
２２ 曲線部
２３ 直線部
３ コア
３１ 切欠部

Claims (5)

1. 巻回軸方向への投影形状が非円形状であるコイルと、
   該コイルを部分的に埋設すると共に上記磁束の磁路を構成する磁性粉末混合樹脂からなるコアとからなり、
   上記コイルのうち、上記投影形状の曲率半径が最も小さい部位は、その少なくとも一部の表面が上記コアから露出した露出部を構成してい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、巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲線部と直線状となる直線部とをそれぞれ複数個所に有し、上記曲線部の少なくとも一部が上記露出部を構成してい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、上記露出部は、上記コアを切り欠いた切欠部において上記コアから露出していることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項３において、上記切欠部は、切り込み方向の先端部に、上記コイルの巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲面状先端部を有す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、上記露出部は、上記複数個所の曲線部のすべてにおいて形成されていることを特徴とするリアクトル。

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