JP2015233050A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する巻回部の間における電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことができるリアクトルを提供する。
【解決手段】リアクトルは、磁性粉末混合樹脂からなるコアと、コアに埋設されたコイル３とを有する。コイル３は、導体線４を巻回することにより該導体線４が積層された巻回部５を複数有する。コイル３は、複数の巻回部５を直列接続してなり、かつ、巻回部５を導体線４の巻回方向と積層方向との双方に直交する方向に並べてなる。互いに直列接続された巻回部５同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されている。
【選択図】図４

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、磁性粉末混合樹脂からなるコアと、コアに埋設されたコイルとを有するものがある。また、特許文献１には、導体線が巻回された巻回部が並んでいる、いわゆるダブルパンケーキ構造（α巻構造）のコイルを有するリアクトルが開示されている。

かかる構造のリアクトルは、磁路の形状を理想形状に近づけて磁束が効率的に形成されやすくなり、リアクトルの磁気性能を向上させやすくなる。また、リアクトルの体格を大きくすることなく、コイルの巻き数を稼ぐことが可能となる。

特開２０１１−１３８９４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなダブルパンケーキ構造のコイルを採用すると、隣接する巻回部間の電圧ストレスが大きくなる部位が生じるおそれがある（後述の比較例参照）。これにより、隣接する巻回部間の絶縁性も確保し難くなる。

上記課題を解決するために、隣接する巻回部の間に絶縁紙等を介在させることも考えられるが、放熱性の面で問題が生じる。すなわち、絶縁紙等を設けると、各巻回部からのコアを通した放熱経路が限定されてしまい、リアクトル全体としての放熱性の低下につながるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、隣接する巻回部の間における電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことが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、磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
該コアに埋設されたコイルとを有するリアクトルであって、
上記コイルは、導体線を巻回することにより該導体線が積層された巻回部を複数有し、
上記コイルは、上記複数の巻回部を直列接続してなり、かつ、上記巻回部を上記導体線の巻回方向と積層方向との双方に直交する方向に並べてなり、
互いに直列接続された上記巻回部同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されてい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、互いに直列接続された巻回部同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されている。それゆえ、隣接する巻回部における積層方向の同じ側の端部同士が、導体線の導電経路上において、極端に離れることがなくなる。これにより、隣接する巻回部間の電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことができる。また、これに伴い、複数の巻回部の間に絶縁紙等を介在させる必要がなくなったり、その厚みを薄くすることができたりするため、リアクトルの放熱性を向上させやすい。

以上のごとく、本発明によれば、隣接する巻回部の間における電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことが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、リアクトルの斜視図。 実施例１における、リアクトルの上面図。 実施例１における、リアクトルの断面図。 実施例１における、コイルの斜視図。 比較例における、コイルの斜視図。 比較例における、コイル断面図。 実施例２における、リアクトルの断面図。 実施例２における、リアクトルの上面図。

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。

本明細書において、コイルにおける導体線の巻回軸の方向を巻回軸方向という。また、コイルの巻回軸に直交する径方向において、コイルの内側を内周側、外側を外周側という。また、巻回軸方向の一方を適宜「下方」といい、この反対方向を適宜「上方」というが、上下の表現は、鉛直方向を限定するものではない。

また、例えば、コイルの各巻回部が、導体線を、渦巻状に巻回してなる場合は径方向が「積層方向」となり、螺旋状に巻回してなる場合は巻回軸方向が「積層方向」となる。

（実施例１）
上記リアクトルの実施例につき、図１〜図４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、磁性粉末混合樹脂からなるコア２と、コア２に埋設されたコイル３とを有する。図３、図４に示すごとく、コイル３は、導体線４を巻回することにより該導体線４が積層された巻回部５を複数有する。コイル３は、複数の巻回部５を直列接続してなり、かつ、巻回部５を導体線４の巻回方向と積層方向との双方に直交する方向に並べてなる。図４に示すごとく、互いに直列接続された巻回部５同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されている。

本例においては、図１〜図３に示すごとく、コイル３は、複数の巻回部５を、各巻回部５から引き出された引出部６において接合した接合部７を有し、該接合部７は、コア２の外側に位置している。また、図３、図４に示すごとく、コイル３は、２つの巻回部５を有する。コイル３の導体線４は、長さ方向に直交する断面の形状が長方形状を有する平角導線からなる。各巻回部５は、導体線４を、断面長方形の長手方向が巻回軸方向、短手方向が径方向となる状態で渦巻状に巻回することにより形成されている。そして、複数（２つ）の巻回部５は、巻回軸方向に並んでいる。以下において、便宜上、下側の巻回部５を第１巻回部５１、上側の巻回部５を第２巻回部５２２という。

図１〜図３に示すごとく、コア２及びコイル３は、ケース１１内に収容されている。ケース１１は、円筒状の側壁部１１１と、該側壁部１１１の下端側を閉塞する底壁部１１２とを有する。ケース１１は、例えば、放熱性に優れ、かつ、非磁性体であるアルミニウムを用いて形成することができる。

コア２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３の導体線４は、その表面が絶縁皮膜（図示略）で覆われている。そして、図３に示すごとく、上述した断面長方形状の平角導線からなる導体線４を、その幅方向が軸方向、厚み方向が径方向となる状態で渦巻状に巻回することで、導体線４が径方向に積層された巻回部５が形成されている。つまり、導体線４は、いわゆるフラットワイズに、渦巻状に巻回されており、本例における導体線４の積層方向は径方向となる。

図３、図４に示すごとく、第１巻回部５１と第２巻回部５２とは、巻回軸を同じにして、巻回軸方向に並んでいる。第１巻回部５１及び第２巻回部５２の内径及び外径は、略同一である。また、第１巻回部５１と第２巻回部とは、導体線４の巻数が略同一である。図３に示すごとく、第１巻回部５１と第２巻回部５２との間には間隙が設けられており、この間隙にはコア２の一部が配されている。

各巻回部５における導体線４の両端からは、上方に向かって引出部６が引き出されている。図３、図４に示すごとく、第１巻回部５１の導体線４の内周端からは引出部６１１が引き出されており、外周端からは引出部６１２が引き出されている。そして、第２巻回部５２の導体線４の内周端からは引出部６２１が引き出されており、外周端からは引出部６２２が引き出されている。図３に示すごとく、引出部６は、コア２の表面から突出している。また、これらの引出部６は、図２に示すごとく、上方からみて一直線上に並んでいる。

引出部６１２、及び、引出部６２１は、外部とリアクトル１とを電気的に接続するための端子（図示略）を有する。端子は、その表面が絶縁皮膜から露出していると共に、コア２の外側に位置している。

図１〜図３に示すごとく、引出部６１１は、コア２の外側において、引出部６２２側に屈曲されており、引出部６２２に当接する部分からさらに上方に向かって屈曲されている。この部分が引出部６２２と重なり合って接合されることにより、接合部７を構成している。これにより、第１巻回部５１と第２巻回部５２とは、互いに積層方向の反対側の端部同士、具体的には、第１巻回部５１の内周端と第２巻回部５２の外周端とにおいて、第１巻回部５１と第２巻回部５２とが直列に接続されている。接合部７は、溶接等により形成されている。

導体線４の一端である引出部６１２から導体線４の他端である引出部６２１までをたどると、まず、第１巻回部５１の外周側から、渦巻状の経路をたどりながら内周側に移動する。次に、引出部６１１、６２２を介して第２巻回部５２の外周端に移動する。次に第２巻回部５２の外周側から、渦巻状の経路をたどりながら内周側に移動し、引出部６２１に至る。これにより、コイル３に電流を流したとき、各巻回部５で径方向における同じ方向に向かって電流が流れる。つまり、引出部６１２から引出部６２１へ向かう向きに、コイル３に電流を流すと、第１巻回部５１と第２巻回部５２とに流れる電流は、いずれも外周側から内周側に流れる。

そして、巻回軸方向に隣接する導体線４の部位間の、導体線４を伝った導電経路の長さは、導体線４の巻回方向におけるあらゆる部位において略同一となる。したがって、巻回軸方向に隣接する導体線４の部位間の電圧は、導体線４の巻回方向におけるあらゆる部位において略同一となる。

引出部６１１における、第２巻回部５２と対向する部分、及び、引出部６１２における、第２巻回部５２と対向する部分には、絶縁体からなるスリーブが設けられている。これにより、引出部６１１と第２巻回部５２との間の絶縁、及び、引出部６１２と第２巻回部５２との間の絶縁を確保している。

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、互いに直列接続された巻回部５同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されている。それゆえ、隣接する巻回部５における積層方向の同じ側の端部同士が、導体線４の導電経路上において、極端に離れることがなくなる。これにより、隣接する巻回部５間の電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことができる。また、これに伴い、複数の巻回部５の間に絶縁紙等を介在させる必要がなくなったり、その厚みを薄くすることができたりするため、リアクトル１の放熱性を向上させやすい。

また、コイル３は、複数の巻回部５を、各巻回部５から引き出された引出部６において接合した接合部７を有し、該接合部７は、コア２の外側に位置している。これにより、第１巻回部５１と第２巻回部５２との間の絶縁性の点検を容易に行うことができる。すなわち、接合部７を接合する前の状態において、第１巻回部５１と第２巻回部５２との間の絶縁抵抗を容易に測定することができる。

また、コイル３を構成する巻回部５は２つであるため、リアクトル１を簡素な構成とすることができる。

また、各巻回部５は、長さ方向に直交する断面の形状が長方形状を有する平角導線からなる導体線４を、断面長方形の長手方向が巻回軸方向、短手方向が径方向となる状態で渦巻状に巻回することにより形成されており、複数の巻回部５は、巻回軸方向に並んでいる。それゆえ、コイル３を作製する際に平角導線を比較的剛性が低い方向に曲げて巻回していくこととなるため、加工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、隣接する巻回部の間における電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防ぐことができるリアクトルを提供することができる。

（比較例）
本例は、図５、図６に示すごとく、互いに直列接続された巻回部５同士が、互いに積層方向の同じ側の端部同士において接続されている例である。すなわち、本例においては、第１巻回部５１と第２巻回部５２とは、互いの内周端同士において接続されている。

そして、第１巻回部５１と第２巻回部５２とは、導体線４の移行部９によって接続されている。移行部９は、第１巻回部５１の内周端から、巻回されながら上側に移行して、第２巻回部５２の内周端につながるように延設されている。すなわち、本例のコイル９３は、接合部７（図１〜図４参照）を有さない。

導体線４の一端である引出部６１２から導体線４の他端である引出部６２１までをたどると、まず、第１巻回部５１の外周側から、渦巻状の経路をたどりながら、内周側に移動する。次に、移行部９を介して第２巻回部５２の内周端に移動する。次に第２巻回部５２の内周側から、渦巻状の経路をたどりながら、外周側に移動する。これにより、コイル３に電流を流したとき、第１巻回部５１と第２巻回部５２とでは、径方向における反対方向に向かって電流が流れる。つまり、導体線４の一端である引出部６１２から導体線４の他端である引出部６２１までをたどると、第１巻回部５１は、外周側から内周側に移動する一方で、第２巻回部５２は、内周側から外周側に移動する。

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、巻回部５は、各巻回部５の内周端同士で接続されているため、図６に示すごとく、第１巻回部５１及び第２巻回部５２における積層方向の同じ側（外周側）の端部９５１、９５２同士が、導体線４の導電経路上において極端に離れる。そして、端部９５１と端部９５２とが軸方向に隣接して配置されることとなる。これにより、コイル３の最外周部分において、第１巻回部５１と第２巻回部５２との間に、大きい電圧ストレスがかかってしまう。それゆえ、複数の巻回部５間の絶縁性が図りにくくなる。

これに対し、実施例１のリアクトル１の巻回部５は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されているため、上述のごとく、隣接する巻回部５における積層方向の同じ側の端部同士が、導体線４の導電経路上において、極端に離れることがなくなる。これにより、実施例１のリアクトル１は、隣接する巻回部５の間における電圧ストレスが大きくなる部位が生じることを防いでいる。

（実施例２）
本例は、図７、図８に示すごとく、導体線４をエッジワイズに、螺旋状に巻回することにより、各巻回部５を構成した例である。すなわち、各巻回部５は、平角導線からなる導体線４を、断面長方形の長手方向（幅方向）が径方向、短手方向（厚み方向）が巻回軸方向となる状態で螺旋状に巻回することにより形成されている。つまり、本例においては、巻回軸方向が導体線４の積層方向となる。

２つの巻回部５は、巻回軸を同じにして、径方向に並んでいる。本例においては、内周側の巻回部５を第１巻回部５１といい、外周側の巻回部５を第２巻回部５２という。

本例においては、第１巻回部５１の下端からは引出部６１１が引き出されており、上端からは引出部６１２が引き出されている。そして、第２巻回部５２の下端からは引出部６２１が引き出されており、上端からは引出部６２２が引き出されている。

導体線４の一端である引出部６１２から導体線４の他端である引出部６２１までをたどると、まず、第１巻回部５１の上側から、螺旋状の経路をたどりながら下側に移動する。次に、引出部６１１、６２２を介して第２巻回部５２の上端に移動する。次に、第２巻回部５２の上側から、螺旋状の経路をたどりながら下側に移動し、引出部６２１に至る。これにより、実施例１と同様に、本例においても、コイル３に電流を流したとき、各巻回部５で巻回軸方向における同じ方向に向かって電流が流れる。つまり、引出部６１２から引出部６２１は向かう向きに、コイル３に電流を流すと、第１巻回部５１と第２巻回部５２とに流れる電流は、いずれも上側から下側に流れる。

そして、実施例１と同様に、本例においても、径方向に隣接する導体線４の部位間の、導体線４を伝った導電経路の長さは、導体線４の巻回方向におけるあらゆる部位において略同一となる。したがって、径方向に隣接する導体線４の部位間の電圧は、導体線４の巻回方向におけるあらゆる部位において略同一となる。

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。
本例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施例１、２においては、巻回部を２つとしたが、３つ以上としてもよい。

１ リアクトル
２ コア
３ コイル
４ 導体線
５ 巻回部

Claims (4)

1. 磁性粉末混合樹脂からなるコア（２）と、
   該コア（２）に埋設されたコイル（３）とを有するリアクトル（１）であって、
   上記コイル（３）は、導体線（４）を巻回することにより該導体線（４）が積層された巻回部（５）を複数有し、
   上記コイル（３）は、上記複数の巻回部（５）を直列接続してなり、かつ、上記巻回部（５）を上記導体線（４）の巻回方向と積層方向との双方に直交する方向に並べてなり、
   互いに直列接続された上記巻回部（５）同士は、互いに積層方向の反対側の端部同士において接続されていることを特徴とするリアクトル（１）。
2. 上記コイル（３）は、上記複数の巻回部（５）を、上記各巻回部（５）から引き出された引出部（６）において接合した接合部を有し、該接合部は、上記コア（２）の外側に位置してい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（３）は、２つの上記巻回部（５）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル（１）。
4. 上記各巻回部（５）は、長さ方向に直交する断面の形状が長方形状を有する平角導線からなる上記導体線（４）を、断面長方形の長手方向が巻回軸方向、短手方向が径方向となる状態で渦巻状に巻回することにより形成されており、上記複数の巻回部（５）は、巻回軸方向に並んで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）。

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