JP2014146656A - リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと磁性コアの間隔が狭く、小型化を図ることができるリアクトルを提供する。
【解決手段】リアクトル１Ａは、巻線を巻回した一対のコイル素子２ａ，２ｂを接続してなるコイル２と磁性コア３とを備える。リアクトル１Ａは、入力電圧を変換出力する車載コンバータに利用される。通電条件は、最大直流電流１００Ａ以上１０００Ａ以下、平均電圧１００Ｖ以上１０００Ｖ以下、使用周波数５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。磁性コア３は、複数の分割コア片３１，３１，３２，３２を間にギャップを介することなく組み合わせてなる。分割コア片３１，３１，３２，３２は全て、磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の樹脂を硬化させた成形硬化体で構成される。コイル素子２ａ，２ｂの内周面と、この内周面に対向する磁性コア３の外周面との間隔ｔが、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、このリアクトルを備えるコンバータ、及びこのコンバータを備える電力変換装置に関するものである。特に、コイルと磁性コアの間隔が狭く、小型化を図ることができるリアクトルに関するものである。

電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。リアクトルは、ハイブリッド自動車などの車両に搭載されるコンバータに利用される。そのリアクトルとして、例えば、特許文献１に示すものがある。

特許文献１のリアクトルは、一対のコイル素子を有するコイルと、これらコイル素子で覆われる一対のコイル配置部、及びコイル素子で覆われない一対の露出部を備える環状のリアクトル用コア（磁性コア）とで構成される。このコイル配置部は、圧粉成形体、或いは、磁性粉末と流動性のある樹脂との混合体（複合材料）の樹脂を硬化させた成形硬化体などで構成され、露出部は、圧粉成形体で構成される。

特開２００９‐３３０５５号公報

ハイブリッド自動車などに搭載されるリアクトルは、設置スペースを低減するため更なる小型化が望まれている。特に、リアクトルはコンバータ中に占める体積が大きいため、更なる小型化が望まれている。

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、従来のリアクトルに比べてコイルと磁性コアの間隔が狭く、小型化を図ることができるリアクトルを提供することにある。

本発明の他の目的は、上記リアクトルを備えるコンバータ、このコンバータを備える電力変換装置を提供することにある。

本発明のリアクトルは、巻線を巻回した一対のコイル素子を接続してなるコイルと磁性コアとを備える。このリアクトルは、入力電圧を変換出力する車載コンバータに利用される。通電条件は、最大直流電流１００Ａ以上１０００Ａ以下、平均電圧１００Ｖ以上１０００Ｖ以下、使用周波数５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。磁性コアは、複数の分割コア片を間にギャップを介することなく組み合わせてなる。複数の分割コア片の全てが、磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の樹脂を硬化させた成形硬化体で構成される。そして、コイル素子の内周面と、この内周面に対向する磁性コアの外周面との間隔が、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

上記の構成によれば、コイル素子の内周面と磁性コアの外周面との間隔が狭いので、リアクトルの高さや幅を小さくでき、従来と同じ大きさの磁性コアを用いる場合、リアクトルの小型化を図ることができる。複数の分割コア片の全てを成形硬化体で構成することで、分割コア片をその間にギャップを介することなく組み合わせることができる。つまり、ギャップに起因する漏れ磁束が実質的に生じない。そのため、コイルと磁性コアとを近接して配置しても、漏れ磁束がコイルに入り込むことによる損失を生じさせることが無いからである。そのため、リアクトル１Ａは、入力電圧を変換出力する車載コンバータに好適に利用できる。この車載コンバータ中に占めるリアクトルの体積が大きいため、小型のリアクトルを用いることで、車載コンバータ自体の小型化を図ることができるからである。

本発明のリアクトルの一形態として、コイル素子の内周面と、この内周面に対向する磁性コアの外周面との間を絶縁する絶縁部材を備えることが挙げられる。

上記の構成によれば、コイルと磁性コアとの間の絶縁を確保できる。

本発明のコンバータは、上記した本発明のリアクトルを備える。コンバータとしては、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを備え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換する形態が挙げられる。

本発明の電力変換装置は、上記した本発明のコンバータを備える。電力変換装置としては、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを備え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動する形態が挙げられる。

本発明のコンバータや本発明の電力変換装置は、小型化を図ることができ、車載部品などに好適に利用できる。

本発明のリアクトルは、小型化を図ることができる。

本発明のコンバータや電力変換装置は、小型化を図ることができ、車載部品などに好適に利用できる。

実施形態１に係るリアクトルを示し、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における（Ｂ）−（Ｂ）断面図である。 実施形態１に係るリアクトルの分解斜視図である。 実施形態２に係るリアクトルの分解斜視図である。 ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。 本発明のコンバータを備える本発明の電力変換装置の一例を示す概略回路である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

《実施形態１》
〔リアクトル〕
図１，２を参照して、実施形態１のリアクトル１Ａを説明する。リアクトル１Ａは、一対のコイル素子２ａ，２ｂを有するコイル２と、コイル２に組み合わされる磁性コア３とを備える。このリアクトル１Ａの主たる特徴とするところは、コイル素子２ａ，２ｂの内周面とこの内周面に対向する磁性コア３の外周面との間隔が狭い点にある。まず、リアクトル１Ａの主たる特徴部分に関する構成、及び主要な効果を順に説明し、その後、その他の特徴部分を含む各構成を詳細に説明する。以下、コイル素子２ａ、２ｂの横並び方向（紙面左右方向）をリアクトル１Ａの幅とし、幅方向及びコイル素子２ａ，２ｂの軸方向の両方に直交する方向（紙面上下方向）をリアクトル１Ａの高さとする。

［主たる特徴部分に関する構成］
（コイル）
コイル２は、一対のコイル素子２ａ，２ｂと、両コイル素子２ａ，２ｂを連結するコイル素子連結部２ｒとを備える。各コイル素子２ａ，２ｂは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、コイル素子連結部２ｒは、コイル２の他端側（図１（Ａ）において紙面右側）において両コイル素子２ａ，２ｂを繋ぐＵ字状に屈曲された部分である。このコイル２は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各コイル素子２ａ，２ｂを別々の巻線により作製し、各コイル素子２ａ，２ｂの巻線の端部同士を半田付けや圧着などにより接合することで形成しても良い。

コイル２は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を好適に利用できる。本実施形態では、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル（代表的にはポリアミドイミド）からなる被覆平角線を利用し、各コイル素子２ａ，２ｂは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルである。また、各コイル素子２ａ，２ｂの端面形状を長方形の角部を丸めた形状（図１（Ｂ））としているが、端面形状は、円形状など適宜変更することができる。

コイル２の両端部２ｅ，２ｅは、ターン形成部分から引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。この端子部材を介して、コイル２に電力供給を行なう電源などの外部装置（図示せず）が接続される。

（磁性コア）
磁性コア３は、複数の分割コア片を間にギャップを介することなく組み合わせて構成される。ここで、「ギャップを介さない」とは、分割コア片間にギャップが存在してないことは勿論、不可避的に存在する隙間がある場合や、分割コア片同士を連結するために接着剤を使用している場合も含む。隙間や接着剤が磁性コア全体の比透磁率又はリアクトルのインダクタンスに実質的に影響を及ぼさないからである。実質的に影響を及ぼさないとは、隙間や接着剤が存在しても、磁性コア全体の比透磁率の変化が、隙間や接着剤が存在しない場合に対して５％以内の場合をいう。

具体的には、磁性コア３は、図２に示すように、コイル素子２ａ，２ｂの内側に配置される分割コア片３１，３１と、コイル素子２ａ，２ｂから露出される分割コア片３２，３２とを備える。本実施形態では、分割コア片３１は、コイル素子２ａ，２ｂの内側（即ち、コイル２の内側）に配置されるので内側コア部と呼ぶ。内側コア部の定義は、後述する。分割コア片３２は、コイル素子２ａ，２ｂ（コイル２）から露出されるので外側コア部と呼ぶ。内側コア部３１，３１及び外側コア部３２，３２は、一方の外側コア部３２の内端面（外側コア部３２同士が互いに向かい合う面）と一対の内側コア部３１，３１の一方の端面、他方の外側コア部３２の内端面と一対の内側コア部３１，３１の他方の端面の４箇所を接合して環状に組み合わされる。これら内側コア部３１，３１及び外側コア部３２，３２により、コイル２を励磁したとき、閉磁路を形成する。

内側コア部３１，３１はそれぞれ、各コイル素子２ａ，２ｂの内周形状に沿った外形を有する柱状体（ここでは、直方体の角部を丸めた形状（図１（Ｂ）））であり、外側コア部３２，３２はそれぞれ、略ドーム形状の上面と下面を有する柱状体である。これら内側コア部３１，３１、及び外側コア部３２，３２はいずれも、バインダとなる樹脂に磁性粉末を混合した複合材料の樹脂を硬化させた成形硬化体で構成する。成形硬化体の詳細な説明は後述する。

（コイルと磁性コアの間隔）
コイル素子２ａ，２ｂの内周面と内側コア部３１，３１の外周面との間隔ｔは、コイル素子２ａ，２ｂの内周面（内側コア部３１，３１の外周面）の全周に亘って狭くする。磁性コア３が、成形硬化体からなる各コア部３１，３１，３２，３２をその間にギャップを介することなく組み合わせているため、この間隔ｔを狭めることができる。ギャップに起因する漏れ磁束が実質的に生じないため、コイル２と磁性コア３とを近接して配置しても、漏れ磁束がコイル２に入り込むことによる損失を生じさせることが無いからである。この間隔ｔを狭くするほどリアクトル１Ａの小型化を図ることができる。上記全周に亘って上記間隔ｔが狭いとは、内側コア部３１，３１の上面とこの上面に対向するコイル素子２ａ，２ｂの内周面との間隔ｔ、内側コア部３１，３１の下面とこの下面に対向するコイル素子２ａ，２ｂの内周面との間隔ｔ、内側コア部３１，３１の両側面とこの両側面のそれぞれ対向するコイル素子２ａ，２ｂの内周面との間隔ｔ、及び内側コア部３１，３１の上・下面のそれぞれと両側面のそれぞれとを繋ぐ全ての角部を構成する曲面とこの曲面に対向するコイル素子２ａ，２ｂの内周面との間隔のいずれもが狭いことを言う。ここで、上記曲面とこの曲面に対向するコイル素子２ａ，２ｂの内周面との間隔は、上記曲面の法線方向の長さをいう。

具体的には、上記間隔ｔは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。上記間隔ｔを２ｍｍ以下とすることでリアクトル１Ａの高さと幅の両方を小さくでき、リアクトル１Ａの小型化を図ることができる。上記間隔ｔを０．１ｍｍ以上とすることで、後述する絶縁部材をコイル素子２ａ，２ｂの内周面と内側コア部３１，３１との間に介在させ易くできる。上記間隔ｔは、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。この範囲内で、上記全周に亘って上記間隔ｔが均一であることが好ましい。ここでは、上記全周に亘って上記間隔ｔを１．０ｍｍとしている。即ち、上記全周に亘って上記間隔ｔは均一である。

〔リアクトルの主たる特徴部分における作用効果〕
上述の構成を備えるリアクトル１Ａによれば、コイル素子２ａ，２ｂの内周面と、この内周面と対向する内側コア部３１，３１（磁性コア３）の外周面との間隔ｔが狭いので、高さや幅を小さくでき、小型化を図ることができる。そのため、リアクトル１Ａは、入力電圧を変換出力する車載コンバータに好適に利用できる。この車載コンバータ中に占めるリアクトルの体積が大きいため、小型のリアクトルを用いることで、車載コンバータ自体の小型化を図ることができるからである。また、各コア部３１，３１，３２，３２の間にギャップを介することなく組み合わせて磁性コア３を構成しているため、ギャップに起因する騒音も実質的に生じない。

［その他の特徴部分を含む各構成の説明］
（磁性コア）
上述したように、内側コア部３１，３１は、コイル素子２ａ，２ｂ（コイル２）の内側に配置される。「コイルの内側に配置される内側コア部」とは、少なくとも一部がコイルの内部に配置されている内側コア部を意味する。例えば、内側コア部の中央部分がコイルの内部に配置され、内側コア部の端部付近がコイルの外側に位置するような場合も「コイルの内側に配置される内側コア部」に含まれる。ここでは、内側コア部３１，３１の軸方向の長さは、コイル素子２ａ、２ｂの軸方向の長さよりも長い（図１（Ａ））。即ち、内側コア部３１の端面及びその近傍がコイル素子２ａ、２ｂの端面から突出して露出されている。

内側コア部３１の上面と外側コア部３２の上面とは面一になっている（図１（Ａ）、（Ｂ））。一方、内側コア部３１の下面と外側コア部３２の下面とは面一ではなく、外側コア部３２の下面は、内側コア部３１の下面よりも下方に突出して、コイル２の下面と面一である（図１（Ｂ））。従って、リアクトル１Ａの設置対象側面は、両コイル素子２ａ，２ｂの下面及び両外側コア部３２の下面で構成される。リアクトル１Ａは、通常、冷却ベースなどの設置対象に取り付けられるため、コイル２だけでなく、外側コア部３２，３２も設置対象側の面を構成することで、放熱性に優れる。

これら内側コア部３１，３１及び外側コア部３２，３２はいずれも、上述したように、バインダとなる樹脂に磁性粉末を混合した複合材料の樹脂を硬化させた成形硬化体で構成する。磁性粉末には、鉄や、鉄基合金、希土類元素を含む合金、フェライトなどの軟磁性材料、これら軟磁性材料に絶縁被覆を備える被覆粉末などを利用できる。特に、被覆粉末を用いることで、成形硬化体における渦電流損を効果的に低減することができる。絶縁被覆としては、例えば、リン酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、硼素化合物などが挙げられる。一方、バインダとなる樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、などの熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、あるいは低温硬化性樹脂を用いてもよい。また、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）や、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムなどを用いることもできる。

磁性粉末の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下、特に１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。また、磁性粉末は、粒径が異なる複数種の粉末が混合されたものでも良い。平均粒径が上記範囲を満たす磁性粉末を材料に用いると、流動性が高く、射出成形などを利用して成形硬化体を生産性良く製造できる。

磁性粉末の成形硬化体に占める含有量は、成形硬化体を１００体積％とするとき、体積割合では２０体積％以上７５体積％以下とすることが好ましい。磁性粉末が２０体積％以上であることで、比透磁率や飽和磁束密度などの磁気特性を確保し易い。磁性粉末が７５体積％以下であると、樹脂との混合が行い易く、成形硬化体の製造性に優れる。磁性粉末の含有量は、更に好ましくは４０体積％以上６５体積％以下である。特に、磁性粉末が鉄或いはＦｅ−Ｓｉ合金のような材料であれば、磁性粉末の含有量を４０体積％以上とすることで飽和磁束密度を０．８Ｔ以上にし易い。また、磁性粉末の含有量を６５体積％以下とすることで、磁性粉末と樹脂との混合がより行ない易く、より製造性に優れる。

成形硬化体には、磁性粉末及び樹脂に加えて、アルミナやシリカなどのセラミックスといった非磁性材料からなる粉末（フィラー）が含有されていても良い。フィラーは、放熱性の向上、磁性粉末の偏在の抑制（均一的な分散）に寄与する。また、フィラーが微粒であり、磁性粒子間に介在することで、フィラーの含有による磁性粉末の割合の低下を抑制できる。フィラーの含有量は、成形硬化体を１００質量％とするとき、０．２質量％以上２０質量％以下が好ましく、更に０．３質量％以上１５質量％以下が好ましく、特に０．５質量％以上１０質量％以下が好ましい。

内側コア部３１，３１の比透磁率は、５以上５０以下とすることが好ましく、５以上３５以下が更に好ましく、１０以上３５以下が特に好ましい。内側コア部３１，３１の飽和磁束密度は０．６Ｔ以上とすることが好ましく、０．８Ｔ以上が更に好ましく、１．０Ｔ以上が特に好ましい。また、内側コア部３１，３１の熱伝導率は、０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましい。一方、外側コア部３２，３２の比透磁率は、５以上５０以下とすることが好ましく、５以上３５以下が更に好ましく、１０以上３５以下が特に好ましい。外側コア部３２，３２（内側コア部３１，３１）の比透磁率を内側コア部３１，３１（外側コア部３２，３２）の比透磁率よりも高く（低く）すると、漏れ磁束を更に低減し易い。外側コア部３２，３２の飽和磁束密度は、０．６Ｔ以上とすることが好ましく、０．８Ｔ以上が更に好ましく、１．０Ｔ以上が特に好ましい。磁性コア３全体の比透磁率は５以上５０以下とすることが好ましく、１０以上３５以下とすることが特に好ましい。従来の圧粉成形体は、成形硬化体に比べて磁性粉末の含有量が多く、比透磁率が数１００程度であることが多く、成形硬化体に比べて比透磁率が高い。そのため、圧粉成形体からなるコアを備える場合、ギャップを介することなく磁気飽和を防止することが困難であった。対して、本実施形態では、内側コア部３１，３１と外側コア部３２，３２のいずれの比透磁率も小さく、かつ磁性コア３全体の比透磁率も低いので、ギャップを介することなく磁気飽和を防止できる。そのため、各コア部３１，３１，３２，３２同士をその間にギャップを介することなく組み合わせることができる。

成形硬化体の比透磁率や飽和磁束密度は、磁性粉末の含有量を変化させたり、磁性粉末の材質を変更したりすることで調整できる。成形硬化体中の磁性粉末の含有量を多くすれば、比透磁率や飽和磁束密度を高くできる。比透磁率の高い磁性粉末を用いれば、成形硬化体の比透磁率を高くでき、飽和磁束密度の高い磁性粉末を用いれば成形硬化体の飽和磁束密度を高くできる。

各コア部の比透磁率は、次のようにして求めたものとする。各コア部と同じ材料で構成した成形硬化体で、外径３４ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状試験片を作製する。この試験片に、一次側３００巻き、二次側２０巻きの巻線を施し、試験片のＢ−Ｈ初磁化曲線をＨ＝０〜１００エルステッド（Ｏｅ）の範囲で測定する。測定には、例えば、理研電子株式会社製ＢＨカーブトレーサ「ＢＨＳ−４０Ｓ１０Ｋ」を用いることができる。得られたＢ−Ｈ初磁化曲線の勾配（Ｂ／Ｈ）の最大値を求め、それを各コア部の比透磁率とする。通常はＨ＝０またはＨ＝０付近で、Ｂ−Ｈ初磁化曲線の勾配（Ｂ／Ｈ）は最大となる。ここでの磁化曲線とは、いわゆる直流磁化曲線である。また、ここでの比透磁率とはいわゆる直流透磁率であって、交流磁場中で測定された交流比透磁率とは異なる。一方、各コア部の飽和磁束密度は、上記試験片に対して電磁石で１００００（Ｏｅ）の磁界を印加し、十分に磁気飽和させたときの磁束密度とする。

成形硬化体を形成するには、代表的には、射出成形、トランスファー成形、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、注型成形、磁性粉末と粉末状の固形樹脂とを用いたプレス成形などを利用することができる。射出成形の場合は、磁性粉末と樹脂との混合材料を所定の圧力をかけて成形型に充填して成形した後、上記樹脂を硬化させることで成形硬化体を得ることができる。トランスファー成形やＭＩＭの場合も、上記混合材料を成形型に充填して成形を行う。注型成形の場合は、上記混合材料を、圧力をかけることなく成形型に注入して成形・硬化させることで成形硬化体を得ることができる。

（絶縁部材）
本実施形態のリアクトル１Ａは、コイル２と磁性コア３との間を絶縁する絶縁部材を備える形態とすることが好ましい。そうすれば、コイル２と磁性コア３との間の絶縁を確保することは勿論、コイル２と磁性コア３を位置決めし易くできる。具体的には、コイル素子２ａ，２ｂの内周面や内側コア部３１，３１の外周面に絶縁テープを貼り付けたり絶縁塗装を施したり、コイル素子２ａ，２ｂの内周面や内側コア部３１，３１の外周面を絶縁紙や絶縁シートで覆ったりすることが挙げられる。

或いは、内側コア部３１，３１の外周に筒状ボビン（図示せず）を配置してもよい。筒状ボビンの構成材料には、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）、ナイロン６、ナイロン６６、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。筒状ボビンは、例えば、一対の断面］状の分割片により構成すると、内側コア部３１，３１の外周に容易に配置できる。なお、筒状ボビンに加えて、コイル素子２ａ，２ｂの端面と外側コア部３２，３２との間に枠状ボビン（図示せず）を配置してもよい。そうすれば、コイル２と外側コア部３２との絶縁も確保できる。枠状ボビンを設ける場合、枠状ボビンは、内側コア部３１，３１がそれぞれ挿通可能な一対の開口部(貫通孔)を有するB字状の平板部材とする。枠状ボビンの構成材料は、上述の筒所ボビンと同様の樹脂が挙げられる。

或いは、コイル２の外周面及び内周面、並びに端面を絶縁性樹脂で覆ったコイル成形体としてもよい。コイル２の内周面を覆う樹脂の厚さを調整することで、当該樹脂を内側コア部３１，３１の位置決めにも利用することができる。コイル２と内側コア部３１，３１とを絶縁性樹脂により一体に成形したコイル成形体としてもよい。上記絶縁性樹脂は、コイル２の形状を保持したり、コイル２をその自然長よりも圧縮状態に保持したりする機能も有することができる。このようにコイル成形体は、コイル２を取り扱い易く、コイル２の軸方向の長さを短くできる。コイル成形体における樹脂の厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが挙げられる。コイル成形体の製造には、例えば、特開２００９‐２１８２９３号公報に記載される製造方法を利用することができる。成形には、射出成形やトランスファー成形、注型成形が挙げられる。絶縁性樹脂は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やＰＰＳ樹脂、ＬＣＰなどの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。絶縁性樹脂に、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種のセラミックスからなるフィラーを混合したものを利用すると、放熱性を高められる。

（用途）
リアクトル１Ａは、通電条件が、例えば、最大電流（直流）：１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧：１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数：５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、入力電圧の変換出力を行うコンバータの構成部品や、このコンバータを備える車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。

上述のリアクトル１Ａによれば、上述の効果に加えて、コイル２と磁性コア３との間に絶縁部材を備えることで両者の絶縁を確保できる。その上、コイル２と磁性コア３との位置決めの確実性を高めることができる。そのため、コイル素子２ａ，２ｂの内周面（内側コア部３１，３１の外周面）の全周に亘って、コイル素子２ａ，２ｂの内周面と内側コア部３１，３１の外周面との間隔ｔを均一にし易くできる。

《実施形態２》
実施形態２では、実施形態１とは磁性コアの分割形状が異なるリアクトルを図３に基づいて説明する。なお、図３のリアクトル１Ｂに備わるコイル２は、実施形態１のコイル２と全く同じ構成を備えるため、その説明は省略する。また、実施形態２のリアクトル１Ｂの外観は、図１に示すリアクトル１Ａと全く同じである。以下の説明は、実施形態１との相違点を中心に説明する。

［磁性コア］
磁性コア３は、同一の形状を有する二つの分割コア片３５，３５を組み合わせて構成される。具体的には、分割コア片３５は、上方から見た形状が略Ｕ字状であり、基部３５ａと、基部３５ａからコイル２に向かって延びる一対の張出部３５ｂ，３５ｂとを備える。

基部３５ａは、実施形態１の外側コア部３２（図２を参照）に相当する部分である。基部３５ａの上面は張出部３５ｂ，３５ｂの上面と面一になっているが、基部３５ａの下面は張出部３５ｂ，３５ｂの下面よりも低くなっている。そのため、分割コア片３５，３５をコイル２に組み付けたとき、分割コア片３５の基部３５ａの下面がコイル２の下面と面一になる。

張出部３５ｂ，３５ｂはそれぞれ、コイル素子２ａ，２ｂの約半分の長さを有する部分である。そのため、二つの分割コア片３５，３５をそれぞれ、コイル素子２ａ，２ｂの両端側からコイル素子２ａ，２ｂの内部に挿入したとき、一方の分割コア片３５の張出部３５ｂと、他方の分割コア片３５の張出部３５ｂとで、実施形態１の内側コア部３１（図２を参照）に相当する部分が形成される。

リアクトル１Ｂによれば、磁性コア３を二つの分割コア片３５，３５で構成しているため、実施形態１の磁性コア３に比べて部品点数が少ない。また、分割コア片３５，３５同士の接合箇所が、一方の分割コア片３５の一対の張出部３５ｂ、３５ｂと、他方の分割コア片３５の一対の張出部３５ｂ、３５ｂの互いの対向面同士の２箇所である。そのため、実施形態１のリアクトル１Ａの磁性コア３よりも磁性コア３を構築し易いので、本実施形態２のリアクトル１Ｂは、製造性に優れる。

なお、磁性コアは、上方からみた形状が略Ｌ字状の二つの分割コア片を組み合わせて構成することもできる。具体的には、各分割コア片は、外側コア部に相当する部材と、一方のコイル素子に挿入される内側コア部に相当する部材とを備える。この場合も、分割コア片同士の接合箇所が２箇所であるため、リアクトル１Ｂと同様、実施形態１のリアクトル１Ａに比べて磁性コアを構築し易い。

《実施形態３》
実施形態１、２のリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用できる。

例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図４に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを備える。なお、図４では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

コンバータ１１１０は、図５に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、実施形態１、２に記載のリアクトルを用いる。小型のリアクトルを用いることで、電力変換装置１１００（コンバータ１１１０を含む）も小型化を図ることができる。

なお、車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上記実施形態のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用できる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、実施形態１、２のリアクトルなどを利用することもできる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、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る。

本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータや空調機のコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用できる。本発明のリアクトル用部品は、上述の電力変換装置に用いられるリアクトルの構成部品に利用できる。

１Ａ，１Ｂ リアクトル
２ コイル ２ａ，２ｂ コイル素子 ２ｒ コイル素子連結部 ２ｅ 端部
３ 磁性コア
３１ 分割コア片（内側コア部） ３２ 分割コア片（外側コア部）
３５ 分割コア片
３５ａ 基部（外側コア部） ３５ｂ 張出部（内側コア部）
１１００ 電力変換装置 １１１０ コンバータ
１１１１ スイッチング素子 １１１２ 駆動回路
Ｌ リアクトル １１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両 １２１０ メインバッテリ １２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ １２４０ 補機類 １２５０ 車輪

Claims (4)

1. 巻線を巻回した一対のコイル素子を接続してなるコイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
   入力電圧を変換出力する車載コンバータに利用され、
   通電条件が、最大直流電流１００Ａ以上１０００Ａ以下、平均電圧１００Ｖ以上１０００Ｖ以下、使用周波数５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であり、
   前記磁性コアは、複数の分割コア片を間にギャップを介することなく組み合わせてなり、
   前記複数の分割コア片の全てが、磁性粉末と樹脂とを含む複合材料の樹脂を硬化させた成形硬化体で構成され、
   前記コイル素子の内周面と、当該内周面に対向する前記磁性コアの外周面との間隔が、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるリアクトル。
2. 前記コイル素子の内周面と、当該内周面に対向する前記磁性コアの外周面との間を絶縁する絶縁部材を備える請求項１に記載のリアクトル。
3. 請求項１または２に記載のリアクトルを備えるコンバータ。
4. 請求項３に記載のコンバータを備える電力変換装置。

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