JP2014003125A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する分割コアの間のギャップを正確な幅で確保できるリアクトルであって分割コアの組み付け性を向上させたリアクトルを提供する。
【解決手段】本明細書が開示するリアクトル２は、コイルの軸線が延びる方向に沿って複数の部分コアに分割されたコアと、コイル巻き線が巻回されるボビンであって、複数の部分コアを、間にギャップを設けて保持するボビン５ａ、５ｂを備える。複数の部分コアのうち、両側を他の部分コアで挟まれる部分コアを中間部分コア４ａ〜４ｆと称する。本明細書のボビンは、中間部分コア（例えばＩ字型部分コア４ａ、４ｂ）を、コイル軸線が延びる方向に交差する方向から挿入する孔（側孔７）を有している。Ｉ字型部分コア４ａ、４ｂを一つひとつ側孔７からボビンに挿入し、組み付けることができる。側孔に沿って延びているガイド部８ａ、８ｂが、隣接する部分コアとのギャップを正確な幅で確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトルに関する。なお、リアクトルとは、コイルを利用した受動素子であり、「インダクタ」と呼ばれることもある。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車が本格的に実用化され、普及が拡大している。ハイブリッド自動車や電気自動車はモータを駆動源とする。モータ用の電気回路にはリアクトルが含まれることが多い。リアクトルの本体は、内部に磁性体のコアを有するボビンに巻き線（コイル）を巻いたものである。コアには、金属軟磁性粉末や電磁鋼板、またはフェライトなどが用いられる。ボビンは樹脂で作られることが多い。

電気自動車の駆動用モータは大出力であり、その電気回路も大電流を扱う。大電流を流すリアクトルの場合、そのコアは、複数の部分コアに分割され、隣接する部分コアの間にギャップが設けられることがある。ギャップは空隙であるか、あるいは、非磁性体のスペーサが挿入される。ギャップを設けると、コイルに流れる電流の変化に対するインダクタンスの変化が小さくなる。言い換えると、インダクタンスの電流依存性が小さくなる。即ち、流れる電流の大きさによらずインダクタンスが、ギャップなしの場合と比較して、概ね一定となる。他方、ギャップを設けると、短所として漏れ磁束が生じる。インダクタンスの電流依存性の抑制効果と、漏れ磁束を小さく抑えることのバランスをとって所望の性能を得るためには、ギャップ幅はできるだけ精密に管理できることが好ましい。

他方、複数の部分コアは、ボビンによって所定の配置に保持される。ギャップを正確な幅で確保して分割コアをボビンに組み付ける工程が必要とされる。複数の分割コアをボビンに組み付け易くした構造が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたリアクトルは、複数に分割されており、全体が環状のコアを有している。全体が環状のコアは、夫々が別々のコイルを貫く一対の中間コアと、平行に並んだ中間コアの端部同士を磁気的に連結する一対のＵ字型の端部コアに分割される。ボビンは、中間コアの外周を覆う筒状ボビンと、コイルの端面に当接する枠状ボビンで構成される。そして、筒状ボビンの端面と、その端面に対向する枠状ボビンの一方の面とのそれぞれに、互いに嵌合し合う嵌合部が設けられている。また、枠状ボビンの他方の面には、端部コアを位置決めするための凹部又は凸部が形成されている。さらに、筒状ボビンと枠状ボビンとの嵌合により、中間コアと端部コアとの位置関係が、接着剤を用いることなく定まる。特許文献１によれば、上記の構造は、筒状ボビンと枠状ボビンとの嵌合により、中間コアと端部コアとの位置関係が決定され、かつ、中間コアと端部コアの組立に接着剤を必要とせず、組立性に優れる、と述べられている。また、枠状ボビンに対して端部コアの位置決めを容易に行うことができる、と述べられている。同様に筒状ボビンと枠状ボビンで構成する技術が、特許文献２に開示されている。

特開２０１０−２６３０７５号公報 特開２００９−２４６２２０号公報

特許文献１、２では、中間コアを筒状ボビンにその端部から挿入する際、非磁性体で作られたギャップ板を中間コアの端面に当てる。ギャップ板が、隣接する中間コアのギャップ幅を正確に規定する。しかしながら、挿入する際にギャップ板あるいは中間コアが筒状ボビンの内側に引っ掛かり、ギャップ板と中間コアの間に意図しない隙間が生じる虞がある。引っ掛かりが生じないようにするには積層体を挿入する作業自体に高い精度が要求される。本明細書は、隣接する分割コアの間のギャップを正確な幅で確保できるリアクトルであって分割コアの組み付け性を向上させたリアクトルを提供する。

本明細書が開示するリアクトルの一実施形態は、コイルの軸線が延びる方向に沿って複数の部分コアに分割されたコアと、コイル巻き線が巻回されるボビンであって、複数の部分コアを、間にギャップを設けて保持するボビンを備える。コイルは、ボビンに巻回されつつ成形されるものであってもよいし、予めコイルとして成形された後に、ボビンに挿通されるものであってもよい。複数の部分コアのうち、両側を他の部分コアで挟まれる部分コアを中間部分コアと称する。本明細書のボビンは、中間部分コアを、コイル軸線が延びる方向に交差する方向から挿入する孔を有している。なお、以下では、「コイル軸線が延びる方向に交差する方向から挿入する孔」を、「ボビンの側面に設けられている孔」、あるいは、単純に「側孔」と称する。また、「コイル軸線が延びる方向」を「コイル長手方向」、あるいは、「ボビン長手方向」と称する。本明細書が開示するリアクトルは、別言すれば、コイル巻き線が巻回されたボビンの筒部の側面に、中間部分コアを挿入する側孔を備える。

ボビンには、側孔から挿入された中間部分コアのボビン長手方向の位置を定めるとともに、隣接する部分コアとの間のギャップを正確な幅で確保するガイド部が設けられている。本明細書が開示するリアクトルでは、側孔を通じて、中間部分コアを一つひとつ、ボビンに挿入することができ、挿入されると中間部分コアはガイド部に規制されて位置が定まり、隣接する部分コアとのギャップが精密に確保される。このリアクトルは、中間部分コアを側孔に挿入するだけでその位置が正確に定まるので、組み付けが容易である。

本明細書が開示する技術は、全体が環状のコアを有するリアクトルに適用することも好適である。環状のコアを有するリアクトルであって本明細書が開示する技術を適用したリアクトルは、典型的には次の構成を備える。コアは、一対のＵ字型部分コアと、一対のＵ字型部分コアの対向する端面の間に配置されるＩ字型部分コアで構成されている。Ｉ字型部分コアが、前述の中間部分コアの一例に相当する。ボビンは、一対のＵ字型部分コアの夫々を取り付ける樹脂製の一対の部分ボビンで構成される。そして、部分ボビンの少なくとも一方が、Ｕ字型部分コアのＵ字の端部を延長した方向に延びる筒部であって、コイルを通す筒部を有している。その筒部の側面に、Ｉ字型部分コアを挿入する孔（側孔）が設けられている。なお、Ｕ字型部分コアのＵ字の端部を延長した方向は、別言すれば、コイル長手方向である。

本明細書が開示するリアクトルでは、ボビン内に中間部分コアを位置決めするガイド部を備えているので、特許文献１や２のリアクトルが必要としたギャップ板を必要とせずとも正確なギャップ幅が確保できる。ここで、ギャップ板の一例は、非磁性体のスペーサである。しかし、本明細書が開示するリアクトルも、中間部分コアとこれに隣接する他の部分コアとの間に非磁性体のスペーサを配置してもよい。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は、以下の発明を実施するための形態の欄で詳しく説明する。

リアクトルの分解斜視図である。 分割されたコアの斜視図である。 樹脂カバーを除いたリアクトルの斜視図である。 樹脂カバーを含むリアクトルの斜視図である。 樹脂カバーとコイルを除外したリアクトルの斜視図である。 樹脂カバーとコイルを除外したリアクトルの断面図である。 第２実施例のリアクトルの断面図であって、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトルの断面図である。 第３実施例のリアクトルの断面図であって、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトルの断面図である。 第４実施例のリアクトルの断面図であって、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトルの断面図である。 第５実施例のリアクトルの断面図であって、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトルの断面図である。

図１に第１実施例のリアクトル２の分解斜視図を示す。但し、図１では、樹脂カバーは省略している。樹脂カバーについては後述する。図２はコア全体の斜視図である。図３は、樹脂カバーを除くリアクトル２の斜視図であり、図４は樹脂カバーを含む完成品のリアクトル２の斜視図である。図５は、樹脂カバーとコイルを除外したリアクトル、即ち、コアとボビンのアセンブリの斜視図である。図６は、コアとボビンのアセンブリのＸＹ断面図を示す。

リアクトル２は、主として、全体が環状であり、複数の部分コアに分割されているコア３０と、コア３０を保持するボビン５ａ、５ｂと、コイル９０を備えている。そのほか、コイル９０とコアの端部を覆う樹脂カバー８１、８３を備える。コア３０については図２を参照されたい。樹脂カバー８１、８３については図４を参照されたい。

コア３０は、一対のＵ字型部分コア３ａ、３ｂと、一対のＵ字型部分コアの対向する端面の間に配置されるＩ字型部分コア４ａ〜４ｆで構成されている。Ｉ字型部分コア４ａ〜４ｆが、中間部分コアの一例に相当する。夫々の部分コアは、金属軟磁性粉末の粒子を焼鈍して作られている。金属軟磁性粉末の粒子は各々が絶縁コーティングされており、部分コア全体は絶縁体となっている。金属軟磁性粉末の個々の粒子が絶縁されているため、コイルに電流を流してもコアに大きな渦電流が発生しない。なお、コアは、金属軟磁性粉末や電磁鋼板、またはフェライトなどの金属軟磁性体粉末のほか、鉄・シリコン系合金で作られていてもよい。

一対のボビン５ａ、５ｂは、部分コア３ａ、３ｂ、４ａ〜４ｆを、全体が環状をなすように保持する。一対のボビン５ａと５ｂは同じ形状であるため、以下では主としてボビン５ａについてその形状を説明する。図においても、ボビン５ａには詳しく符号を付しているが、ボビン５ｂについては、図を見易くするために幾つかの部品では符号を省略している。

ボビン５ａは、板状のベース部分（フランジ１２）の一方の面にコイルを通す２個の筒部６ａ、６ｂを備え、他方の面にＵ字型部分コア３ａの端部を嵌め込む孔１４を備える。なお、孔１４については、図中のボビン５ｂを参照されたい。筒部６ａ、６ｂは、孔１４に固定されたＵ字型部分コア３ａ（３ｂ）の端面を延長する方向に延設されている。なお、Ｕ字型部分コア３ａ（３ｂ）の端面を延長する方向は、別言すれば、コイル長手方向に相当する。また、Ｕ字型部分コア３ａ（３ｂ）の端面を延長する方向は、図中のＸ軸方向に相当する。筒部６ａ、６ｂの夫々にコイル９０ａ、９０ｂが通される。別言すれば、筒部６ａ、６ｂにコイル９０ａ、９０ｂが巻回される。なお、コイル９０ａ、９０ｂは、１本の巻き線で作られており、電気的には一つのコイル９０を構成する。コイル９０からは、入出力用の一対のリード部９１が延びている。また、ボビン５ｂのフランジ１２には、スリット１５が設けられており、コイル９０の軸線方向の両側からボビン５ａ、５ｂを嵌め込むと、リード部９１がスリット１５を通じて外部へと延びる。スリット１５から外部へと延びるリード部９１については、図３を参照されたい。

ボビン５ａの筒部６ａ（６ｂ）には、コイル長手方向に交差する方向を向いている側孔７ａ（７ｂ）が設けられている。Ｉ字型部分コア４ａ（４ｂ）は、この側孔７ａ（７ｂ）を通じて、コイル長手方向に交差する方向から筒部６ａ（６ｂ）に挿入することができる。なお、コイル長手方向は、図中のＸ軸方向に相当し、コイル長手方向に交差する方向は、図中のＺ軸に相当する。

筒部６ａ（６ｂ）の内部には、側孔７ａ（７ｂ）の延びる方向に沿って４本のレール状のガイド部８ａ（８ｂ）が設けられている。このガイド部８ａ（８ｂ）は、Ｉ字型部分コア４ａ（４ｂ）の位置を定める役割を果たす。また、側孔７ａ（７ｂ）の一方の端部（図中Ｚ軸方向の下側の端部）には、挿入したＩ字型部分コア４ａ（４ｂ）の挿入方向の位置を定めるフランジ９が設けられている。即ち、一つの側孔７ａ（７ｂ）に一つのＩ字型部分コア４ａ（４ｂ）が対応し、挿入するだけで、Ｉ字型部分コア４ａ（４ｂ）の位置が定まる。図５、図６に示すように、ガイド部８ａ（８ｂ）は、Ｉ字型部分コア４ａ（４ｂ）の四隅をＬ字状に支える。図６によく示されているように、ガイド部８ａ（８ｂ）のコイル軸線方向（図中のＸ軸方向）の厚みが、隣接する部分コアとの間のギャップ幅を規定している。なお、ここでは、隣接する部分コアは、Ｕ字型部分コア３ａと別のＩ字型部分コア４ｅ（４ｆ）に相当する。さらに、図５、図６に良く示されているように、筒部６ａ（６ｂ）は、先端側のガイド部８ａよりもさらに先へ延びており、筒部６ａ（６ｂ）の先端には別のＩ字型部分コア４ｅ（４ｆ）が嵌め込まれる。

ボビン５ｂの形状は、上記したボビン５ａの形状と同様である。図５、図６によく示されているように、上記したボビン５ａ、５ｂにより、複数の部分コアは、全体が環状となるように相互の配置が保持される。ここで、複数の部分コアは、Ｕ字型部分コア３ａ、３ｂ、Ｉ字型部分コア４ａ〜４ｆに相当する。さらに、ガイド部８ａ、８ｂが、両側を他の部分コアに挟まれたＩ字型部分コア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの位置を定め、隣接する部分コアとのギャップを正確に規定する。

リアクトル２の製造方法について説明する。まず、コア３０（部分コア３ａ、３ｂ、４ａ〜４ｆ）と、ボビン５ａ、５ｂを準備する。ボビン５ａ、５ｂは樹脂の射出成形で作られる。次いで、ボビン５ａ、５ｂに、部分コア３ａ、３ｂ、４ａ〜４ｆを嵌め込む。前述したように、Ｉ字型部分コア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、側孔７を通じて、コイル長手方向に交差する方向からボビン５ａ、５ｂに挿入することができる。ここで、「コイル長手方向に交差する方向」は、典型的には、コイル長手方向に直交する方向である。

側孔７ａ、７ｂとガイド部８ａ、８ｂによって、Ｉ字型部分コア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれ別々に簡単にボビン５ａ、５ｂの所定の位置に嵌め込むことができ、また、嵌め込むだけで隣接する部分コアとの間のギャップが正確な幅で確保される。なお、Ｉ字型部分コア４ｅ、４ｆを挟んでボビン５ａと５ｂを合わせる前に、コイル９０をボビンの筒部６ａ、６ｂに通しておく。こうして、図３に示すリアクトル２が完成する。なお、図３では、樹脂カバーの図示は省略している。コイル９０は、一対のボビン５ａ、５ｂのフランジ１２の間に収まる。その後、リアクトル２を所定の金型に入れてコイル９０とＵ字型部分コア３ａ、３ｂの周囲に樹脂カバー８１、８３を射出成形にて成形する。こうして、完成品のリアクトル２が完成する。図４を参照されたい。なお、このリアクトル２は、コイルを覆う樹脂カバー８１に小窓８２が設けられており、コイル９０ａ、９０ｂの一部が露出する。

図７を参照して第２実施例のリアクトル２ａを説明する。図７は、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトル２ａの断面図であり、第１実施例の図６に相当する。リアクトル２ａは、構造的には、ギャップに非磁性体のスペーサ２１を有する点を除き、第１実施例のリアクトル２と同じである。なお、ギャップ幅は、ガイド部８ａ、８ｂによって確保されるので、スペーサ２１の厚みは、ギャップ幅よりも僅かに小さくてもよい。また、第１実施例のリアクトル２において、スペーサの代わりに、ギャップに樹脂を充填してもよい。例えば、ボビン５ａ、５ｂにリアクトルの外部とギャップ内を連通する溝、或いは孔を設けておけば、樹脂カバー８１、８３を射出成形する際、樹脂をギャップに充填することができる。

図８を参照して第３実施例のリアクトル２ｂを説明する。図８は、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトル２ｂの断面図であり、第１実施例の図６に相当する。リアクトル２ｂでは、ボビン５ａが有する筒部１６ａ、１６ｂと、ボビン５ｂが有する筒部２６ａ、２６ｂの形状が第１実施例のリアクトル２とは異なる。筒部１６ａ、１６ｂの方が筒部２６ａ、２６ｂよりも長く、一つの筒部１６ａ（１６ｂ）に２個のＩ字型中間コア４ａ、４ｅ（４ｂ、４ｆ）を挿入する側孔７ａ１、７ａ２（７ｂ１、７ｂ２）が設けられている。リアクトル２ｂにおいては、長い方の筒部１６ａ（１６ｂ）に先にコイル９０を通しておけば、コイルが安定して取り付けが容易となる、という利点を有する。

図９を参照して第４実施例のリアクトル２ｃを説明する。図９は、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトル２ｃの断面図であり、第１実施例の図６に相当する。リアクトル２ｃは、一対のＥ字型の部分コア３３ａ、３３ｂと一個のＩ字型部分コア４ａを有する。一方のボビン３５ａには、一方のＥ字型の部分コア３３ａと、Ｉ字型部分コア４ａが支持される。一方のボビン３５ａは、長い筒部３６を有し、その筒部３６に、コイル軸線方向と交差する方向を向く側孔７が設けられている。なお、コイル軸線方向は、図中のＸ軸方向に対応し、コイル軸線と交差する方向は、図中のＺ軸方向に対応する。側孔７に沿って４本の突条のガイド部８ａ、８ｂが設けられている。Ｉ字型部分コア４ａは、側孔７から挿入され、ガイド部８ａ、８ｂによって位置決めされる。他方のボビン３５ｂは、短い筒部３７を有し、他方のＥ字型の部分コア３３ｂを支持する。一対のボビン３５ａ、３５ｂを対向させ、ボビン３５ａの筒部３６の先端をＥ字型部分コア３３ｂの中央に嵌め込むと、コアとボビンのアセンブリが完成する。このとき、ガイド部８ａ、８ｂが、Ｉ字型部分コア４ａと隣接する部分コア３３ａ、３３ｂとの間のギャップを正確な幅で保持する。このように、本明細書が開示する技術は、全体が環状でないコアを有するリアクトルにも適用することができる。

図１０を参照して第５実施例のリアクトル２ｄを説明する。図１０は、樹脂カバーとコイルを除いたリアクトル２ｄの断面図であり、第４実施例の図９に相当する。リアクトル２ｄは、一対のＥ字型の部分コア４３ａ、４３ｂと、３個のＩ字型部分コア４ａ、４ｂ、４ｃを有する。但し、第４実施例のリアクトル２ｃよりも横長である。別言すれば、リアクトル２ｃと比べると筒部全体が長い。一方のＥ字型の部分コア４３ａと、一個のＩ字型部分コア４ａは、ボビン４５ａに固定される。他方のＥ字型の部分コア４３ｂと別の一個のＩ字型部分コア４ｂは、ボビン４５ｂに固定される。ボビン４５ａと４５ｂを対向させ、Ｉ字型部分コア４ｃの両側から筒部４６を被せると、図１０のアセンブリが完成する。なお、図１０は、コアとボビンのアセンブリを示している。ボビン４５ａ、４５ｂの筒部３６にも、第１〜第４実施例と同様に、コイル軸線方向と交差する方向を向く側孔７が設けられており、Ｉ字型部分コア４ａ、４ｂは、その側孔７を通じてボビン４５ａ、４５ｂに取り付けることができる。リアクトル２ｄもリアクトル２ａと同じ利点を有する。コイル軸線方向と交差する方向は、図中のＺ軸に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ：リアクトル
３ａ、３ｂ：Ｕ字型部分コア
３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ：Ｅ字型部分コア
４ａ−４ｆ：Ｉ字型部分コア（中間部分コア）
５ａ、５ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ：ボビン
６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６、３７、４６：筒部
７、７ａ、７ｂ：側孔
８ａ、８ｂ：ガイド部
９、１２：フランジ
１４：枠
１５：スリット
２１：スペーサ
９０：コイル

Claims (3)

1. コイルの軸線が延びる方向に沿って複数の部分コアに分割されたコアと、
   コイル巻き線が巻回されるボビンであって、複数の部分コアを、間にギャップを設けて保持するボビンと、
   を備えており、
   ボビンは、複数の分割コアのうち両側を他の部分コアに挟まれる中間部分コアを、コイル軸線が延びる方向に交差する方向から挿入する孔を有していることを特徴とするリアクトル。
2. ボビンは、前記孔から挿入された中間部分コアのコイル長手方向の位置を定めるとともに、隣接する部分コアとの間のギャップを確保するガイド部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 隣接する部分コアの間に非磁性体のスペーサを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。

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