JP2015216248A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数を増加させることなく、コアにかかる熱応力の低減を図ることのできるリアクトルを提供すること。【解決手段】リアクトル１は、通電により磁束を発生するコイル２と、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル２を内部に埋設してなるコア３と、コイル２及びコア３を内側に収容するケース４と、からなる。コア３の線膨張係数は、コイル２の線膨張係数と、ケース４の線膨張係数と、の間である。【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。

リアクトルとして、通電により磁束を発生するコイルと、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共にコイルを内部に埋設してなるコアと、コイル及びコアを内側に収容するケースとからなるものがある。かかるリアクトルは、コイルの周囲を直接コアで覆う構造となっている。そのため、リアクトル使用時には、コアとコイルとの線膨張係数差に起因して直接コアに熱応力がかかる。

そこで、特許文献１には、コイルに焼きなましを施すことにより、コイルの弾性率を低減したリアクトルが開示されている。これにより、コイルからコアへ作用する熱応力の低減を図っている。

特開２０１０−４０８９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリアクトルは、コイルに焼きなましという新たな工程を行う必要がある。そのため、製造工程における工数の増加を招いてしまう。
また、特許文献１に記載のリアクトルは、コアとケースとの線膨張係数差に起因してコアにかかる熱応力については考慮されていないため、この点についても改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、製造工数を増加させることなく、コアにかかる熱応力の低減を図ることのできるリアクトルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、通電により磁束を発生するコイルと、
樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共に上記コイルを内部に埋設してなるコアと、
上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとからなるリアクトルであって、
上記コアの線膨張係数は、上記コイルの線膨張係数と上記ケースの線膨張係数との間であることを特徴とするリアクトルにある。

上記リアクトルにおいて、コアの線膨張係数は、コイルの線膨張係数とケースの線膨張係数との間である。これにより、コイルとコアとの間の線膨張係数差、及び、コアとケースとの間の線膨張係数差の双方を小さくすることができる。それゆえ、コアとコイルとの間の線膨張係数の差に起因してコアにかかる熱応力を緩和することができると共に、コアとケースとの間の線膨張係数の差に起因してコアにかかる熱応力を緩和することができる。また、製造過程において、コイルに特別な処理を施すことなく、コイルからコアにかかる熱応力を緩和することができる。

以上のごとく、本発明によれば、製造工数を増加させることなく、コアにかかる熱応力の低減を図ることのできるリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの側面断面図。 実施例１における、リアクトルの上面断面図。 実施例１における、リアクトルの製造方法の説明図。

上記リアクトルは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置における構成部品として用いることができる。より具体的には、電力変換装置における、電源電圧を所定電圧に昇圧する昇圧部の構成部品として、リアクトルを用いることができる。

（実施例１）
上記リアクトルの実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１、図２に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル２と、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル２を内部に埋設してなるコア３と、コイル２及びコア３を内側に収容するケース４とからなる。コア３の線膨張係数は、コイル２の線膨張係数とケース４の線膨張係数との間である。

ケース４は、円筒状の側壁部４２と、該側壁部４２の一端側を閉塞する底壁部４１とを有する。ケース４は、金属からなる。ケース４内には、コア３及びコイル２が収容されている。

コア３は、樹脂としてのエポキシ樹脂に磁性粉末としての鉄粉を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなる。

コイル２は導体線を螺旋状に巻回して略円筒状に形成されている。コイル２は、その両端である端子部（図示略）を除いて、コア３の内部に埋設されている。本例においては、コイル２は銅からなり、ケース４はアルミニウムからなる。

本例においては、コア３の線膨張係数は、コイル２の線膨張係数よりも大きく、ケース４の線膨張係数よりも小さい。すなわち、コイル２、コア３、ケース４の順に、線膨張係数が大きくなっている。具体的には、銅からなるコイル２の線膨張係数は１６．５×１０^-6／℃であり、アルミニウムからなるケース４の線膨張係数は２１．０×１０^-6／℃である。そして、磁性粉末混合樹脂からなるコア３の線膨張係数は２０．０×１０^-6／℃である。

上記のようなコイル２、コア３、ケース４の線膨張係数の大きさ関係は、例えば、コア３における磁性粉末の充填率を調整することによって実現することができる。例えば、コア３（磁性粉末混合樹脂）における磁性粉末（鉄粉）の充填率を７３〜７５体積％、樹脂（エポキシ樹脂）の充填率を２５〜２７体積％とすることにより、上記の線膨張係数の関係を得ることができる。

本例のリアクトル１の製造工程の一例について、図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すごとく、コイル２を載置したケース４内に、磁性粉末３２を配置する。次に、所定量の磁性粉末３２をケース４内に配置した後、ケース４を真空チャンバ（図示略）内で真空度１０００Ｐａまで減圧する。減圧下において、図３（ｂ）に示すごとく、滴下漏斗１１により、液状の樹脂３１を所定量、磁性粉末３２の上に注ぐ。その後、真空チャンバ内を大気圧に戻し、樹脂３１を大気圧によって磁性粉末３２に含浸させる。これにより、図３（ｃ）に示すごとく、磁性粉末３２を樹脂３１に分散させて内包させた状態にすることにより、ケース４内に磁性粉末混合樹脂３０が作製される。

その後、磁性粉末混合樹脂３０をケース４及びコイル２と共に加熱して、磁性粉末混合樹脂３０を硬化させる。これにより、コイル２を内部に埋設したコア３が形成され、リアクトル１が得られる。

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、コア３の線膨張係数は、コイル２の線膨張係数とケース４の線膨張係数との間である。これにより、コイル２とコア３との間の線膨張係数差、及び、コア３とケース４との間の線膨張係数差の双方を小さくすることができる。それゆえ、コア３とコイル２との間の線膨張係数の差に起因してコア３にかかる熱応力を緩和することができると共に、コア３とケース４との間の線膨張係数の差に起因してコア３にかかる熱応力を緩和することができる。また、製造過程において、コイル２に特別な処理を施すことなく、コイル２からコア３にかかる熱応力を緩和することができる。

また、ケース４は、金属からなる。それゆえ、リアクトル１の放熱性を確保することができる。
また、コイル２は銅からなり、ケース４はアルミニウムからなる。それゆえ、リアクトル１の磁気性能を確保すると共に、放熱性を向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、製造工数を増加させることなく、コアにかかる熱応力の低減を図ることのできるリアクトルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、コア３が、樹脂よりも線膨張係数の小さいフィラーを含有している例である。また、本例においては、フィラーは、磁性粉末よりも熱伝導率の高い熱伝導フィラーである。また、フィラーは、非磁性体からなり、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とすることができる。

磁性粉末混合樹脂における磁性粉末（鉄粉）の充填率は６５〜７１体積％であり、フィラー（アルミナ）の充填率は６〜８体積％であり、樹脂（エポキシ樹脂）の充填率は２１〜２９体積％である。すなわち、磁性粉末混合樹脂における磁性粉末とフィラーとの合計の充填率（固体充填率）は、７１〜７９体積％である。

本例においても、コア３の線膨張係数は、コイル２の線膨張係数よりも大きく、ケース４の線膨張係数よりも小さい。

本例のリアクトル１を製造するにあたっては、コイル２を載置したケース４内に、磁性粉末と共に、フィラーを配置する。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、コア３における磁性粉末の充填率を高くしなくても、フィラーの充填率を高くすることによって、磁性粉末混合樹脂における磁性粉末とフィラーとの合計の充填率（固体充填率）を高くすることができる。そのため、必ずしも磁性粉末の充填率を調整しなくても、コア３の線膨張係数を調整することができる。すなわち、フィラーの充填率を調整することによってコア３の線膨張係数を調整しつつ、磁性粉末の充填率を調整することによってリアクトル１のインダクタンスを調整できる。したがって、コア３の線膨張係数の調整のために、リアクトル１の磁気特性の設計自由度が小さくなることを防ぐことができる。

また、フィラーは、磁性粉末よりも熱伝導率の高い熱伝導フィラーであるため、コイル２の熱をコア３を介してケース４に逃がしやすい。それゆえ、コア３とコイル２との間、及び、コア３とケース４との間の温度差を低減することができ、コア３にかかる熱応力を低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、本発明は、上記実施例に限られるものではなく、種々の態様を採りうる。例えば、コイル、コア、ケースの材質としては、上述したもの以外にも種々採用しうる。
また、上記実施例においては、磁性粉末の充填率、又は、フィラーの充填率を調整することによって、コアの線膨張係数を調整する例を示したが、コアの線膨張係数の調整は、例えば、樹脂の種類を変えることにより行うこともできる。

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
３０ 磁性粉末混合樹脂
３１ 樹脂
３２ 磁性粉末
４ ケース

Claims (5)

1. 通電により磁束を発生するコイル（２）と、
   樹脂（３１）に磁性粉末（３２）を混合した磁性粉末混合樹脂（３０）からなると共に上記コイル（２）を内部に埋設してなるコア（３）と、
   上記コイル（２）及び上記コア（３）を内側に収容するケース（４）とからなるリアクトル（１）であって、
   上記コア（３）の線膨張係数は、上記コイル（２）の線膨張係数と上記ケース（４）の線膨張係数との間であることを特徴とするリアクトル（１）。
2. 上記ケース（４）は、金属からなることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル（１）。
3. 上記コイル（２）は銅からなり、上記ケース（４）はアルミニウムからなることを特徴とする請求項２に記載のリアクトル（１）。
4. 上記コア（３）は、上記樹脂（３１）よりも線膨張係数の小さいフィラーを含有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトル（１）。
5. 上記フィラーは、上記磁性粉末（３２）よりも熱伝導率の高い熱伝導フィラーであることを特徴とする請求項４に記載のリアクトル（１）。

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