JP2015050388A - リアクトル、コンバータ、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隘路状の箇所に設置することができるリアクトルを提供する。【解決手段】並列される一対のコイル素子を有するコイルと、閉磁路を形成する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルである。リアクトルに備わる磁性コアは、コイル素子に覆われる内側コア部と、コイル素子に覆われることなく露出する外側コア部と、を有する。そして、外側コア部は、コイル素子の並列方向に突出し、組合体を載置する取付面に接触することで、取付面上で組合体を支持する支持脚部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁部品を構成するリアクトル、リアクトルを用いたコンバータ、コンバータを用いた電力変換装置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、例えばハイブリッド自動車や電気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。そのリアクトルは、並列される一対のコイル素子を有するコイルと、閉磁路を形成する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備える（例えば、特許文献１参照）。

上記リアクトルは、例えばコンバータケースの内底面などの取付面上に一対のコイル素子が並列された状態で取り付けられる。例えば、特許文献１のリアクトルでは、磁性コアの外側コア部を取付面側（コイル素子の並列方向とコイルの軸方向の両方に直交する方向）に突出させており、その突出部で取付面に対する組合体の取付状態を安定化させている。

特開２０１３−１３５１９１号公報

近年、コンパクトカーの需要が高まっており、できる限り車両内の空間を無駄なく活用することが検討されている。その際、隘路状の箇所にリアクトルを設置することができれば、車両内の空間を無駄なく使うことができ、結果として車両のコンパクト化に寄与することができると考えられる。しかし、従来のリアクトルの構造では、コイル素子の並列幅よりも取付面が狭い隘路状の箇所にリアクトルを設置することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、隘路状の箇所に設置することができるリアクトルを提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、リアクトルを用いたコンバータ、およびそのコンバータを利用した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、並列される一対のコイル素子を有するコイルと、閉磁路を形成する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルである。この本発明のリアクトルに備わる磁性コアは、コイル素子に覆われる内側コア部と、コイル素子に覆われることなく露出する外側コア部と、を有する。そして、外側コア部は、コイル素子の並列方向に突出し、組合体を載置する取付面に接触することで、取付面上で組合体を支持する支持脚部を備える。

本発明のリアクトルによれば、隘路状の箇所にリアクトルを設置することができる。

実施例１に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 実施例１に記載されるリアクトルの縦断面図である。 実施例１に記載されるリアクトルの分解斜視図である。 実施例２に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 実施例２に記載されるリアクトルの縦断面図である。 実施例２に記載されるリアクトルの分解斜視図である。 実施例３に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 実施例３に記載されるリアクトルの縦断面図である。 実施例３に記載されるリアクトルの分解斜視図である。 実施例４に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 実施例４に記載されるリアクトルの縦断面図である。 実施例４に記載されるリアクトルの分解斜視図である。 実施例５に記載されるリアクトルの分解斜視図である。 実施例６に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 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。 コンバータを備える電力変換装置の一例を示す概略回路である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

＜１＞実施形態のリアクトルは、並列される一対のコイル素子を有するコイルと、閉磁路を形成する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルである。このリアクトルの磁性コアは、コイル素子に覆われる内側コア部と、コイル素子に覆われることなく露出する外側コア部と、を有する。その外側コア部は、コイル素子の並列方向に突出し、組合体を載置する取付面に接触することで取付面上における組合体を支持する支持脚部を備える。

上記構成によれば、二つのコイル素子を高さ方向（取付面の上方）に並べた状態で、組合体を取付面上に安定的に取り付けることができる。つまり、リアクトルの組合体の設置面積、即ち組合体の設置幅（コイル素子の軸方向と直交する長さ）を小さくできる。そのため、例えば隘路状の設置空間における取付面の幅が、一つのコイル素子の幅よりも若干広い程度であったとしても、その取付面にリアクトルの組合体を取り付けることができる。

なお、リアクトルにおける『コイル素子の覆われる内側コア部』とは、磁性コアのうち、コイル素子の内側に実質的に配置されている領域をいい、『コイル素子に覆われることなく露出する外側コア部』とは、磁性コアのうち、コイル素子が実質的に配置されていない領域をいう。例えば、磁性コアが複数のコア片から構成されている場合（ギャップ材が無い場合。但し、エアギャップは許容する）や、複数のコア片と少なくとも一つのギャップ材とから構成されている場合、コイル素子の内側に配置されているコア片やギャップ材は勿論、コイル素子の内側に配置される部分を含むコア片やギャップ材も、内側コア部に含む。具体的には、一つのコア片の中央部分（このコア片の大部分）がコイル素子の内側に配置され、このコア片の端部及びその近傍がコイル素子から露出されている場合にこのコア片は、内側コア部とみなす。複数のコア片の集合体（代表的には、接着剤や粘着テープなどで固定された一体物）の大部分がコイル素子の内側に配置され、残部（例えば、複数のコア片のうち、集合体の端部を構成するコア片の全部又は一部分）がコイル素子から露出されている場合にこの集合体は、内側コア部とみなす。なお、この集合体もギャップ材を含むことを許容する。

＜２＞実施形態のリアクトルとして、支持脚部における取付面に対向する対向面が、コイル素子の並列方向の端面であり、取付面に対応した湾曲面および傾斜面の少なくとも一方を有する形態を挙げることができる。

近年、リアクトルを車両に搭載するにあたり、車両内のデッドスペースの有効活用の観点から、車両の駆動ユニットの内部などの湾曲面や傾斜面を有する取付面にリアクトルを取り付けることが検討されている。このような湾曲面や傾斜面を有する取付面上に安定した状態でリアクトルの組合体を取り付けるには、例えばＬ字型の棚のような取付補助部材にリアクトルを取り付け、その取付補助部材を取付面に固定するといった対応を行なうことが考えられる。しかし、このような対応では、相当程度の設置空間を必要とする。これに対して、支持脚部の対向面が取付面に接触する湾曲面および傾斜面の少なくとも一方を有する形態、即ち支持脚部の外形が取付面の湾曲形状・傾斜形状に沿った形状であれば、取付補助部材を用いることなく、湾曲面および傾斜面の少なくとも一方を有する取付面にリアクトルの組合体を取り付けることができる。

＜３＞実施形態のリアクトルとして、外側コア部が、組合体の幅方向に内側コア部よりも張り出す張出部を備える形態を挙げることができる。ここで言う組合体の幅方向とは、コイル素子の積み上げ方向（並列方向）と、コイル素子の軸方向と、に直交する方向である。

組合体の幅方向に張り出す張出部を外側コア部に設けることで、外側コア部の磁路面積（磁束に直交する外側コア部の断面積）を大きくすることができ、その結果、磁気飽和し難い磁性コア（リアクトル）とすることができる。

＜４＞実施形態のリアクトルとして、コイルの端部がコイル素子の端面方向に引き出されている形態を挙げることができる。

コイルの端部は、リアクトルを他の電気機器と電気的に接続するための接続端となる。このコイルの端部をコイル素子の端面方向に引き出しておくことで、リアクトルの占有空間の幅を小さくすることができる。実施形態のリアクトルの組合体を隘路状の取付面に取り付ける場合、取付面の上方空間の幅も狭いことが多いため、リアクトルの占有空間の幅を小さくできると、リアクトルの組合体を取付面に取り付け易くなる。また、コイルの端部がコイル素子の端面方向に引き出されていれば、隘路状のリアクトルの設置空間の外側にコイルの端部を引き出すことができるので、コイルの端部に他の電気機器を接続し易くなる。

＜５＞実施形態のコンバータは、実施形態のリアクトルを備える。

上記コンバータは、このコンバータを備える機器、例えばハイブリッド自動車のコンパクト化に寄与する可能性がある。それは、実施形態のリアクトルの設置面積が従来よりも小さいため、例えば上記機器内のデッドスペースなどにリアクトルを配置することができるからである。

＜６＞実施形態の電力変換装置は、実施形態のコンバータを備える。

上記電力変換装置は、この電力変換装置を備える機器、例えばハイブリッド自動車のコンパクト化に寄与する可能性がある。それは、電力変換装置に備わるコンバータの実施形態のリアクトルの設置面積が従来よりも小さいため、例えば上記機器内のデッドスペースなどにリアクトルを配置することができるからである。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、隘路状の取付面にリアクトルの組合体を取り付けた実施例を説明する。

＜実施例１＞
実施例１のリアクトル１αを図１〜３に基づいて説明する。図１はリアクトル１α（組合体１０α）の概略斜視図、図２はリアクトル１αの縦断面図、図３はリアクトル１αの概略分解斜視図である。

≪リアクトルの全体構成≫
図１〜３に示すリアクトル１αは、巻線を巻回してなるコイル２αと、閉磁路を形成する磁性コア３αと、を組み合わせた組合体１０αを備える。リアクトル１α（組合体１０α）は、平面状の取付面９に取り付けられた状態で使用される。組合体１０αが取り付けられる取付面９としては、リアクトル１αを設置する部材の表面、例えばコンバータケースの内底面などを挙げることができる。当該部材の表面に放熱板を設置し、その放熱板の上に組合体１０αを取り付ける場合、放熱板の表面を取付面９と見做す。また、リアクトル１αが組合体１０αを収納するケースを備える構成である場合、ケースの内底面を取付面９と見做す。

組合体１０αに備わるコイル２αは一対のコイル素子２Ａ，２Ｂを有する。一方、磁性コア３αは、各コイル素子２Ａ，２Ｂに覆われる内側コア部３１，３１と、各コイル素子２Ａ，２Ｂに覆われずに露出する外側コア部３２，３２と、を備える（特に図２を参照）。このリアクトル１αの最も特徴とするところは、取付面９上で二つのコイル素子２Ａ，２Ｂが高さ方向に並んだ状態に配置されていることであり、そのような配置を達成するために、コイル素子２Ａ，２Ｂの並列方向に突出する支持脚部３２０が外側コア部３２に設けられていることである。以下、リアクトル１αの各構成を詳細に説明する。なお、取付面９における組合体１０αが取り付けられる側を上方、その反対側を下方として説明を行なう。この点は、後述する全ての実施例においても同様である。

≪コイル≫
組合体１０α（リアクトル１α）に備わるコイル２αは、一対のコイル素子２Ａ，２Ｂと、両コイル素子２Ａ，２Ｂを連結する連結部２ｒと、を備える（特に、図３を参照）。コイル２αの構成する巻線には、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膜を備える被覆線を好適に利用できる。

コイル素子２Ａ，２Ｂは、図示するように角筒状に形成されていても良いし、円筒状に形成されていても良い。また、連結部２ｒは、図示するように巻線をＵ字状に屈曲させることで形成しても良いし、後述する実施例３に示すようにコイル素子２Ａ，２Ｂとは別に用意した部材で形成しても良い。

上記コイル素子２Ａ，２Ｂは、取付面９上で二階建て状に配置されている。具体的には、コイル２αのコイル素子２Ｂが取付面９上に配置され、そのコイル素子２Ｂの上方にコイル素子２Ａが配置されている。このように、コイル素子を高さ方向に並べることで、リアクトル１αの設置面積、即ちリアクトル１αの設置幅（コイル素子２Ａ，２Ｂの軸方向と直交する長さ）を小さくできる。そのため、隘路状の箇所であったとして、本実施形態のリアクトル１αであれば設置することができる。例えば、隘路状の設置空間における取付面９の幅が、コイル素子２Ａ，２Ｂの幅よりも若干広い程度であったとして、その取付面９にリアクトル１αの組合体１０αを取り付け、隘路状の設置空間にリアクトル１αを設置することができる。

上記コイル２αの両端部２ａ，２ｂは、ターン形成部分からコイル素子２Ａ，２Ｂの端面方向に引き出されている。この端部２ａ，２ｂに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。このようにコイル２αの端部２ａ，２ｂをコイル素子２Ａ，２Ｂの端面方向に引き出しておくことで、リアクトル１αの占有空間の幅を小さくすることができる。リアクトル１αの組合体１０αを隘路状の取付面９に取り付ける場合、取付面９の上方空間の幅も狭いことが多いため、リアクトル１αの占有空間の幅を小さくできると、リアクトル１αの取付面９に取り付け易くなる。また、端部２ａ，２ｂがコイル素子２Ａ，２Ｂの端面方向に引き出されていれば、隘路状の設置空間の外側に端部２ａ，２ｂを引き出すことができるので、端部２ａ，２ｂに他の電気機器を接続し易くなる。

≪磁性コア≫
本実施例の組合体１０α（リアクトル１α）に備わる磁性コア３αは、図３に示すように、二つのコア部材３０α，３０αと、二枚のギャップ材３ｇ，３ｇと、を組み合わせて構成される。各コア部材３０αは、基部３０Ａと、基部３０Ａからコイル２に向かって延びる一対の突出部３０Ｂ，３０Ｂと、を備え、側方から見たときに概略Ｆ字状となっている。両コア部材３０α，３０αの突出部３０Ｂ，３０Ｂの間にはギャップ材３ｇが介在されており、ギャップ材３ｇによって磁性コア３αのインダクタンスが調整されている。なお、本実施例の二つのコア部材３０αは同じ形状であるが、異なる形状であっても構わない。例えば、一方のコア部材３０αの突出部３０Ｂが、他方のコア部材３０αの突出部３０Ｂよりも短くなっていても良い。

コア部材３０αにおける基部３０Ａは、コイル素子２Ａ，２Ｂに覆われずに露出する外側コア部３２に相当する部分である。この基部３０Ａの上端側（コイル素子２Ａ側）の部分は、上方に位置する突出部３０Ｂの上端面と面一になっている。一方、基部３０Ａの下端側（コイル素子２Ｂ側）の部分は、下方に配置される突出部３０Ｂの下端面よりも突出する支持脚部３２０となる。支持脚部３２０の下端面は、図１，２に示すように、組合体１０αを取付面９上に取り付けるときに、取付面９に対向する対向面３２ｓである。この支持脚部３２０の突出長さは、組合体１０αを取付面９上に取り付けたときに、支持脚部３２０の対向面３２ｓが取付面９に接触する長さとなっている。

一方、図３に示すコア部材３０αの突出部３０Ｂ，３０Ｂは、ギャップ材３ｇと共に、コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に配置される内側コア部３１を構成する部分である。突出部３０Ｂ，３０Ｂはそれぞれ、コイル素子２Ａ，２Ｂの約半分の長さを有する。二つのコア部材３０，３０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、一方のコア部材３０αの突出部３０Ｂと、他方のコア部材３０αの突出部３０Ｂと、両突出部３０Ｂ，３０Ｂに挟まれるギャップ材３ｇと、で内側コア部３１が形成される。

以上説明したコア部材３０αは、軟磁性金属粉末を圧縮して形成した圧粉成形体で構成しても良いし、樹脂中に軟磁性金属粉末を分散させた複合材料で構成しても良いし、電磁鋼板を積層した積層体で構成しても良い。特に、本実施例のような複雑な形状のコア部材３０αの場合、成形性に優れる複合材料で構成することが好ましい。一方、ギャップ材３ｇは、アルミナや不飽和ポリエステルなどの非磁性材料や、ポリフェニレンスルフィド樹脂などの非磁性材料と磁性材料（磁性材料の例は、鉄粉などの軟磁性粉末）とを含む混合物などで構成することができる。

≪組合体の取付状態≫
図１，２に示すように、本実施例のリアクトル１αの組合体１０αを取付面９上に取り付けるときは、外側コア部３２の対向面３２ｓを取付面９に対向させ、当該対向面３２ｓを取付面９に接触させる。その結果、組合体１０αは、支持脚部３２０によって取付面９上に自立した状態で取り付けられる。組合体１０αの二つのコイル素子２Ａ，２Ｂが高さ方向に並んだ状態であっても、組合体１０αの安定性は確保される。

取付面９に対する組合体１０αの固定手段は特に限定されない。例えば、接着剤などで支持脚部３２０の対向面３２ｓを取付面９に接着することで取付面９に組合体１０αを固定する。あるいは、両端が取付面９に固定される門型のバンドやステーの中間部を組合体１０αの上面に引っ掛けて、取付面９に組合体１０αを固定しても良い。その他、外側コア部３２の側方に張り出す固定部を外側コア部３２に一体に形成し、その固定部をボルトによって取付面９に留めることで、取付面９に組合体１０αを固定しても良い。

以上説明したリアクトル１αであれば、リアクトル１αの組合体１０αの設置面積を小さくできる。そのため、例えば隘路状の設置空間における幅の狭い取付面であっても、リアクトル１αの組合体１０αを取り付けることができる。そのため、車両内の部材間の隙間などの隘路状の設置空間にリアクトル１αを設置することができる。なお、言うまでもないが、リアクトル１αは、隘路状の設置空間に設置できるというだけで、必ず隘路状の設置空間に設置しなければならないわけではない。

一方、本実施例のリアクトル１αにおける内側コア部３１と、内側コア部３１を内部に収納するコイル素子２Ａ（図１〜図３に示すコイル素子２Ｂも同様）は、真っ直ぐな形状となっている。別の言い方をすれば、内側コア部３１の軸線、およびコイル素子２Ａの軸線が共に、直線状に延びている。そのため、コイル素子２Ａの下端面と取付面９との間には隙間が形成されている。液体冷媒が供給される箇所に本実施例１のリアクトル１αを設置する場合、上述したコイル素子２Ａ，２Ｂと湾曲取付面９との間の隙間を液体冷媒の流路とすることができる。上記隙間を流路とする場合、液体冷媒によりリアクトル１αの冷却効率を向上させることができる。液体冷媒が供給される箇所としては、例えばハイブリッド自動車の駆動ユニット内を挙げることができ、その場合の液体冷媒としてはＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）を挙げることができる。

≪その他の構成≫
内側コア部３１，３１の外周と、コイル素子２Ａ，２Ｂの内周面と、の間には絶縁性のボビン部材を配置することができる。また、外側コア部３２，３２における内側コア部３１側の端面と、コイル素子２Ａ，２Ｂの端面と、の間にも絶縁性の枠状ボビンを配置することができる。これらボビン部材および枠状ボビンを用いることで、磁性コア３αとコイル２αとの間の絶縁性を確保し易くなる。ボビン部材と枠状ボビンの代わりに、磁性コア３αの外周の少なくとも一部を樹脂でモールドしても良い。これらの構成は、後述する全ての実施例においても同様に設けることができる。

＜実施例２＞
実施例２では、凹形状に窪んだ湾曲面のみからなる非平面状の取付面（以下、湾曲取付面９０）に取付可能なリアクトル１βを図４〜図６に基づいて説明する。図４はリアクトル１β（組合体１０β）の概略斜視図、図５はリアクトル１βの縦断面図、図６はリアクトル１βの概略分解斜視図である。

実施例２のリアクトル１βが実施例１のリアクトル１αと異なる部分は、図５に示すように、外側コア部３２における湾曲取付面９０に対向する対向面３２ｓ’が、湾曲取付面９０上に取り付けられた状態の組合体１０βをコイル素子２Ａ，２Ｂの周面側から側面視したときに、湾曲取付面９０に沿って湾曲していることである。言い換えれば、組合体１βを側面視したときの対向面３２ｓ’の稜線が、外側コア部３２の外縁部（内側コア部３１から離れた位置にある縁部）から内縁部（内側コア部３１の側の縁部）にかけて湾曲している。以下、リアクトル１βの各構成を説明する。

まず、本実施例のリアクトル１βの組合体１０βに備わるコイル２βは、実施例１のコイル２αと全く同じ形状を備えている。

一方、リアクトル１βの組合体１０βに備わる磁性コア３βは、図６に示すように、概略Ｆ字状のコア部材３０β，３０βと、ギャップ材３ｇ，３ｇと、を組み合わせて構成される。各コア部材３０βは、外側コア部３２となる基部３０Ａ’と、内側コア部３１の一部となる一対の突出部３０Ｂ’，３０Ｂ’と、を備える。

コア部材３０βの突出部３０Ｂ’の構成は、実施例１のコア部材３０αの突出部３０Ｂと同じ構成を備えている。一方、コア部材３０βの基部３０Ａ’は、支持脚部３２０’の形状の点で、実施例１のコア部材αの突出部３０Ａと異なる。具体的には、図５に示すように、支持脚部３２０’の下方への突出量が、内側コア部３１から遠い外縁部で最も小さく、内側コア部３１に近づくに従って徐々に大きくなり、内側コア部３１の最も近い内縁部で最も大きくなっている。そのため、支持脚部３２０’における湾曲取付面９０に対向する対向面３２ｓ’が、湾曲取付面９０上に取り付けられた組合体１０βをコイル素子２Ａの周面側から側方視したときに、湾曲取付面９０に沿って下方に膨らんだ状態に湾曲している。この対向面３２ｓ’は、湾曲取付面９０に沿った形状に湾曲しており、湾曲取付面９０に全面接触している。

以上説明した実施例２の構成によれば、対向面３２ｓ’の外形が湾曲取付面９０にぴったり沿うようになっている。そのため取付補助部材を用いることなく、湾曲取付面９０上に組合体１０β（リアクトル１β）を安定した状態で取り付けることができる。また、このリアクトル１βの占有空間は、湾曲取付面９０の上に取付補助部材を取り付けて、その取付補助部材の上に組合体を取り付けた従来構造のリアクトルの占有空間よりも格段に小さい。

≪変形例２−１≫
本実施例における湾曲取付面９０は、紙面下方に窪んだ凹形状となっているが、紙面上方に膨らんだ凸形状となっていても構わない。その場合、外側コア部３２（本実施例では、コア部材３０β’の基部３０Ａ’）の支持脚部３２０’を長くして、コイル２βの下端面が湾曲取付面９０に干渉しないようにすると共に、支持脚部３２０’の形状を、湾曲取付面９０の凸形状に沿った形状とすれば良い。その他、平坦面もしくは湾曲面と、この面を挟み込む二つの傾斜面と、を備える凹形状に窪んだ非平面状の取付面、もしくは凸形状に膨らんだ非平面状の取付面にリアクトルの組合体を取り付けても良い。その場合、支持脚部３２０’の形状を傾斜面に沿った形状とすれば良い。これらの変更は、後述する実施例３，４においても同様に行うことができる。

＜実施例３＞
実施例３では、コイル２γの軸方向中間部が下方に凸となるように湾曲したリアクトル１γを図７〜図９に基づいて説明する。図７はリアクトル１γ（組合体１０γ）の概略斜視図、図８はリアクトル１γの縦断面図、図９はリアクトル１γの概略分解斜視図である。

実施例３のリアクトル１γは、コイル素子２Ａ，２Ｂの位置（内側コア部３１，３１）で下方に凸となるように緩やかに湾曲している。より具体的には、図８に示すように、コイル素子２Ａ，２Ｂと内側コア部３１，３１が湾曲取付面９０に向かって湾曲していることで、リアクトル１γが全体的に湾曲している。

本実施例では、実施例２と同様に、一対のコア部材３０γと二枚のギャップ材３ｇ，３ｇとで磁性コア３γを構成している（特に、図９を参照）。このコア部材３０γのうち、外側コア部３２となる基部３０Ａ’は、実施例２と同様に、組合体１０γの取付状態を安定化させる対向面３２ｓ’を有する支持脚部３２０’を備える。一方、コア部材３０γのうちの内側コア部３１の一部となる突出部３０Ｂ’は、実施例２と異なる構成、具体的には下方に凸となるように湾曲した構成を有している。コア部材３０γに挟まれるギャップ材３ｇの上端面と下端面の断面は緩やかな湾曲形状に形成されており、そのギャップ材３ｇの厚さはほぼ一様となっている。

一方、コイル素子２Ａ，２Ｂは、元々湾曲しておらず、その内部に突出部３０Ｂ’（内側コア部３１）を挿入したときに突出部３０Ｂ’（内側コア部３１）の湾曲に沿って湾曲する（図９では便宜上、湾曲した状態のコイル素子２Ａ，２Ｂを示している）。巻線を螺旋状に巻回することで構成されるコイル素子２Ａ，２Ｂは湾曲させ易いため、内側コア部３１の湾曲形状に沿って容易に湾曲する。もちろん、コイル素子２Ａ，２Ｂとして、内側コア部３１が挿入されていない状態で湾曲しているものを利用しても構わない。なお、本実施例のコイル２γの連結部２ｒ’は、コイル素子２Ａ，２Ｂとは別部材となっている。コイル素子２Ａ，２Ｂとは別部材の連結部２ｒ’を利用することで、例えば、コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に突出部３０Ｂ’を挿入した後にコイル素子２Ａ，２Ｂを連結させるといったことが可能になる。この場合、コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に突出部３０Ｂ’を挿入し易い。

ここで、内側コア部３１が挿入され、下方に凸となるように湾曲したコイル素子２Ａ，２Ｂの上方側では、コイル素子２Ａ，２Ｂの各ターンの間隔が詰まっている（図８を参照）。特に、上方側に配置されるコイル素子２Ａの上方側では各ターン間に隙間は殆どない。一方、湾曲したコイル素子２Ａ，２Ｂの下方側では、コイル素子２Ａ，２Ｂの各ターンの間隔が開いており、各ターン間に比較的大きな隙間が形成されている。このようにコイル素子２Ａ，２Ｂの上方側と下方側とでターン間の隙間の大きさに差があることは、リアクトル１γの磁気特性に殆ど悪影響を与えない。

なお、図示するコイル素子２Ａのターン数とコイル素子２Ｂのターン数とは同数であるが、異ならせることもできる。両コイル素子２Ａ，２Ｂのターン数を異ならせたとしても、リアクトル１γの磁気特性が低下することはない。例えば、湾曲取付面９０側に配置されるコイル素子２Ｂのターン数を、コイル素子２Ａのターン数よりも多くすることが挙げられる。そうすることで、コイル２γの総ターン数を多くすることができ、リアクトル１γの磁気特性を向上させることができる。また、両コイル素子２Ａ，２Ｂのターン数を調整して、両コイル素子２Ａ，２Ｂのターン間に形成される隙間の大きさを揃えても良く、そうすることで、ＡＴＦがコイル素子２Ａ，２Ｂの全てのターン間にくまなく供給されるようにすることができる。

実施例３のリアクトル１γによれば、図８に示すように、コイル素子２Ｂの下端面と湾曲取付面９０との間には隙間が形成され難い。そのため、リアクトル１γの占有空間を、実施例２のリアクトル１βよりも小さくすることができる。また、コイル素子２Ａ，２Ｂと内側コア部３１の湾曲度合いを調節することで、コイル素子２Ａ，２Ｂの下端面を湾曲取付面９０に接触させることができ、コイル素子２Ｂを介した湾曲取付面９０への放熱を促進することができる。

≪変形例３−１≫
なお、湾曲取付面９０が紙面上方に膨らんだ凸形状となっている場合、変形例２−１で言及したように、リアクトル１γの支持脚部３２０’の取付面３２ｓ’の形状を、湾曲取付面９０の凸形状に沿った形状とする。この支持脚部３２０’の形状の変更に加えて、コイル２γの軸方向中間部（即ち、コイル素子２Ａ，２Ｂおよび内側コア部３１，３１の軸方向中間部）が上方に凸（即ち、取付面３２ｓ’とは反対側に凸）となるように湾曲したリアクトル１γとしても良い。そうすることで、変形例２−１のように支持脚部３２０’を長くすることなく、コイル２γの下端面が湾曲取付面９０に干渉することを防止できる。

＜実施例４＞
実施例４では、コイル２δの軸方向中間部が下方に凸となるように折れ曲がったリアクトル１δを図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０はリアクトル１δ（組合体１０δ）の概略斜視図、図１１はリアクトル１δの縦断面図、図１２はリアクトル１δの概略分解斜視図である。

実施例４のリアクトル１δは、コイル素子２Ａ，２Ｂの位置（内側コア部３１，３１）で下方に凸となるようにＶ字状に折れ曲がっている。より具体的には、図１１に示すように、コイル素子２Ａ，２Ｂと内側コア部３１，３１が湾曲取付面９側に折れ線状に折れ曲がっていることで、リアクトル１δが全体的に屈曲している。なお、屈曲箇所は一つに限定されるわけではなく、複数であっても構わない。

本実施例では、実施例２と同様に、一対のコア部材３０δと二枚のギャップ材３ｇ，３ｇとで磁性コア３δを構成している（特に、図１２を参照）。このコア部材３０δのうち、外側コア部３２となる基部３０Ａ’は、実施例２，３と同様に、組合体１０δの取付状態を安定化させる対向面３２ｓ’を有する支持脚部３２０’を備える。

一方、コア部材３０δのうち、内側コア部３１の一部となる突出部３０Ｂ’は、その軸線が基部３０Ａ’の突出部３０Ｂ’側の端面に直交するように形成されている。その突出部３０Ｂ’の上端側の長さは、突出部３０Ｂ’の下端側の長さよりも短くなっており、突出部３０Ｂ’の端面（ギャップ材３ｇに対向する面）は、上方側を向くように基部３０Ｂ’の端面に対して傾斜している（図１１を合わせて参照）。そのため、一対のコア部材３０δと二枚のギャップ材３ｇ，３ｇとを組み合わせて磁性コア３δを作製すれば、磁性コア３δの内側コア部３１が、内側コア部３１の長さ方向中間部でＶ字状に折れ曲がった内側コア部３１となる。基部３０Ｂ’の端面が傾斜していることで、ギャップ材３ｇの厚みが一様となっている。ギャップ材３ｇの上端側と下端側の断面はＶ字状に形成されている。

なお、コア部材３０δの突出部３０Ｂ’を、基部３０Ａ’から斜めに延びるように構成することでも、内側コア部３１をその中間部でＶ字状に折れ曲がった状態とすることができる。具体的には、基部３０Ａ’の突出部３０Ｂ’側の端面に対して突出部３０Ｂ’の軸線が下方側に傾斜した状態となるように突出部３０Ｂ’を形成すると共に、突出部３０Ｂ’の端面が、基部３０Ａ’の突出部３０Ｂ’側の端面とほぼ平行になるようにする。そうすることで、ギャップ材３ｇを介して二つのコア部材３０δの突出部３０Ｂの端面同士を合わせたときに、内側コア部３１の中間部が折れ線状に折れ曲がった状態とすることができる。

一方、実施例４のコイル素子２Ａ，２Ｂは、元々屈曲しているものを利用することもできるし、屈曲していないものを利用することもできる。元々屈曲していないコイル素子２Ａ，２Ｂの場合、コイル素子２Ａ，２Ｂの内部にコア部材３０δの突出部３０Ｂを挿入することで、コイル素子２Ａ，２Ｂが、内側コア部３１の屈曲に沿って屈曲する（図１２では便宜上、屈曲した状態のコイル素子２Ａ，２Ｂを示している）。

ここで、下方に凸となるように屈曲したコイル素子２Ａ，２Ｂの軸方向中間部における下方側のターン間に大きな隙間が形成されている。この隙間の位置で多少磁束が漏れることがあるが、そのことはリアクトル１δの磁気特性に大きな悪影響を及ぼさない。

≪変形例４−１≫
湾曲取付面９０が紙面上方に膨らんだ凸形状となっている場合、支持脚部３２０’の形状の変更に加えて、コイル２δの軸方向中間部が上方に凸となるように折れ曲がったリアクトル１δとしても良い。そうすることで、コイル２δの下端面が湾曲取付面９０に干渉することを防止できる。

＜実施例５＞
実施例５では、磁性コア３εの分割状態が実施例１〜４とは異なるリアクトル１εを図１３に基づいて説明する。図１３は、リアクトル１εの分解斜視図である。このリアクトル１εの磁性コア３εの全体形状は、実施例１の図３に示す磁性コア３αと同じであるが、分割状態が異なる。

本実施例では、内側コア部３１を構成するコア部材３０ε_１と、外側コア部３２を構成するコア部材３０ε_２と、を組み合わせることで磁性コア３εを構成している。コア部材３０ε_１は、さらに直方体状の複数の分割コア片３１ｍとギャップ材３１ｇとを交互に積層した構成を備えている。

この実施例５の構成であれば、磁性コア３εの磁気特性を容易に調整することができる。例えば、外側コア部３２を複合材料で構成し、内側コア部３１の分割コア片３１ｍを圧粉成形体で構成するなどして、磁性コア３εの磁気特性を調整する。

実施例５の変形例として、図１３に示す内側コア部３１を一つの大きな直方体状のコア部材で構成しても構わない。その場合、内側コア部３１を構成するコア部材と、外側コア部３２を構成するコア部材と、の間にギャップ材３１ｇを介在させることが好ましい。

なお、実施例２〜４における磁性コア３β〜３δも、本実施例５や実施例５の変形例のような分割状態の磁性コア、即ち内側コア部３１を構成するコア部材３０と、外側コア部３２を構成するコア部材３０と、を組み合わせてなる磁性コアとしても良い。

＜実施例６＞
実施例６では、外側コア部３２が、組合体１０ζの幅方向に内側コア部３１よりも張り出す張出部３２ｏｈを備えるリアクトル１ζを図１４に基づいて説明する。

実施例６の磁性コア３ζを構成する外側コア部３２は、張出部３２ｏｈ（図中の一点鎖線から紙面左側の部分）を備える。張出部３２ｏｈの張出方向は、コイル素子２Ａ，２Ｂの積み上げ方向（並列方向）と、コイル素子２Ａ，２Ｂの長さ方向と、に直交する方向である。本実施例の張出部３２ｏｈは、コイル２ζの端部２ａ，２ｂと干渉しない紙面左側に張り出しているが、紙面右側に張り出していても良い。もちろん、紙面左側と右側の両方に張り出す張出部を外側コア部３２に設けても構わない。端部２ａ，２ｂ側に張出部を設ける場合、張出部の突出幅を調整するか、もしくは端部２ａ，２ｂの屈曲位置を変えるなどして、張出部と端部２ａ，２ｂとが干渉しないようにする。

外側コア部３２に張出部３２ｏｈを設けることで、外側コア部３２の磁路面積を大きくすることができ、その結果、磁気飽和し難い磁性コア３ζ（リアクトル１ζ）とすることができる。張出部３２ｏｈの張出幅は、コイル素子２Ａ，２Ｂの幅（上記組合体１０ζの幅方向におけるコイル素子２Ａ，２Ｂの長さ）と同等以下とすることが好ましい。もちろん、張出部３２ｏｈの張出幅は、コイル素子２Ａ，２Ｂの幅よりも１ｍｍ〜３ｍｍ程度拡げても構わない。

なお、上述した張出部３２ｏｈと同様の構成を、実施例１〜５のリアクトル１α〜１εに設けても構わない。

＜実施例７＞
実施例１〜６で説明したリアクトル１α〜１ζ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。この用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが、１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが、０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。

上記リアクトル１α〜１ζを、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に載置される電力変換装置の構成部品に利用した例を、図１５，１６に基づいて説明する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１２００は、図１５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１５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１６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、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（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、上記実施例１〜６に記載のリアクトル１α〜１ζのいずれかを用いる。

ここで、上記車両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、上記実施例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することができる。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、上記実施例のリアクトルなどを利用することもできる。

なお、本発明は実施例に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。

本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品であるリアクトルに利用することができる。

１α，１β，１γ，１δ，１ε，１ζ リアクトル
１０α，１０β，１０γ，１０δ，１０ε，１０ζ 組合体
２α，２β，２γ，２δ，２ε，２ζ コイル
２Ａ，２Ｂ コイル素子 ２ｒ，２ｒ’ 連結部
２ａ，２ｂ 端部
３α，３β，３γ，３δ，３ε，３ζ 磁性コア
３ｇ ギャップ材
３０α，３０β，３０γ，３０δ，３０ε_１，３０ε_２ コア部材
３０Ａ，３０Ａ’ 基部 ３０Ｂ，３０Ｂ’ 突出部
３１ 内側コア部 ３１ｍ 分割コア片 ３１ｇ ギャップ材
３２ 外側コア部 ３２０，３２０’ 支持脚部 ３２ｏｈ 張出部
３２ｓ，３２ｓ’ 対向面
９ 取付面 ９０ 湾曲取付面
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 (6)

1. 並列される一対のコイル素子を有するコイルと、閉磁路を形成する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、
   前記磁性コアは、
   前記コイル素子に覆われる内側コア部と、
   前記コイル素子に覆われることなく露出する外側コア部と、を有し、
   前記外側コア部は、前記コイル素子の並列方向に突出し、前記組合体を載置する取付面に接触することで前記取付面上における前記組合体を支持する支持脚部を備えるリアクトル。
2. 前記支持脚部における前記取付面に対向する対向面が、前記コイル素子の並列方向の端面であり、前記取付面に対応した湾曲面および傾斜面の少なくとも一方を有する請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記外側コア部は、前記組合体の幅方向に前記内側コア部よりも張り出す張出部を備える請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
   但し、前記幅方向は、前記コイル素子の積み上げ方向と、前記コイル素子の長さ方向と、に直交する方向である。
4. 前記コイルの端部が前記コイル素子の端面方向に引き出されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
5. 請求項１に記載のリアクトルを備えるコンバータ。
6. 請求項５に記載のコンバータを備える電力変換装置。

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