JP2016171099A - リアクトル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、低背化と、コイルとコアの高さの均一化と、を図り、高放熱性と、熱伝導性樹脂の充填量の低減による低コスト化を実現するリアクトル装置を得る。【解決手段】この発明によるリアクトル装置では、リアクトルは、外鉄形であり、コアの上面とコイルの上面とが面一に、かつコアの下面とコイルの下面とが面一に構成され、コイルとコアの高さが、コイル素線の幅の２倍と、コイル素線の曲げ半径の２倍と、コイル素線をエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さとの総和である。【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータなどに用いられるリアクトル装置に関するものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる従来のリアクトル装置は、コイルおよびコイルが配置されるコアを有するリアクトルと、リアクトルを収納するケースと、を備え、コイルの断面積を大きくして銅損を低減し、良熱伝導性の接着剤やシートなどをリアクトルと冷却板との間に介在させてコイルおよびコアで発生した熱を冷却板に伝熱し、さらには良熱伝導性の樹脂をリアクトルとケースとの間に充填してコイルおよびコアで発生した熱をケースに伝達し、コイルおよびコアの発熱による温度上昇を抑制していた（例えば、特許文献１参照）。

特許第５４６５１５１号公報

従来のリアクトル装置は、リアクトルが内鉄形であるので、コイルがコアの両脚部に装着されている。そこで、リアクトルを低背化するには、極めて大きな底面積が必要となるため、リアクトルの低背化ができなかった。このため、リアクトルの下部に配置される冷却板とコイルの上部との間の熱抵抗、および冷却板とコア上部との間の熱抵抗が高くなり、リアクトルの放熱性が低下するという課題があった。

また、従来のリアクトル装置では、コイルがコアの両脚部に装着され、コアとコイルの高さが不均一である。そこで、ケース内容積に対するリアクトルの占有率が小さいので、ケース内に充填される高コストの熱伝導性樹脂の充填量が多くなり、低コスト化が図れないという課題もあった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、低背化と、コイルとコアの高さの均一化と、を図り、高放熱性と、熱伝導性樹脂の充填量の低減による低コスト化を実現するリアクトル装置を得ることを目的とする。

この発明によるリアクトル装置は、中央脚部、上記中央脚部を挟んで対向して配置される一対の外側脚部、および上記一対の外側脚部の長さ方向の両端部を連結する一対の連結部を有するコアと、平角のコイル素線を上記中央脚部にボビンを介してエッジワイズ巻きに巻いて作製されるコイルと、を備えるリアクトルと、上記リアクトルを収納するケースと、上記ケースに収納された上記リアクトルの下部に配設される冷却板と、上記コアと上記コイルとの間に充填される熱伝導性樹脂と、を備える。上記リアクトルは、上記コアの上面と上記コイルの上面とが面一に、かつ上記コアの下面と上記コイルの下面とが面一に構成され、上記コイルと上記コアの高さが、上記コイル素線の幅の２倍と、上記コイル素線の曲げ半径の２倍と、上記コイル素線をエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さとの総和である。

この発明によれば、リアクトルが外鉄形であり、コイルとコアの高さが、コイル素線の幅の２倍と、コイル素線の曲げ半径の２倍と、コイル素線をエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さとの総和であるので、リアクトルの低背化が実現される。そこで、コイルの上部と冷却板との間の熱抵抗、およびコアの上部と冷却板との間の熱抵抗が低くなり、リアクトルの放熱性が高められる。
コアの上下面が、それぞれ、コイルの上下面と面一となっているので、ケース内容積に対するリアクトルの占有率が大きくなり、高価な熱伝導性樹脂の充填量が低減され、低コスト化が図られる。

この発明の実施の形態１に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係るリアクトル装置に適用されるコイル素線を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るリアクトル装置におけるリアクトルを示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。 低背化前のリアクトルを模式的に示す平面図である。 低背化前のリアクトルを模式的に示す断面図である。 低背化後のリアクトルを模式的に示す平面図である。 低背化後のリアクトルを模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態３に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態３に係るリアクトル装置のコアを示す平面図である。 この発明の実施の形態４に係るリアクトル装置の構成を説明する一部破断平面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態５に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図である。 図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ矢視断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

図１および図２において、リアクトル装置１００は、コイル６およびコイル６が配置される一対のＥ型コア２を有するリアクトル１と、リアクトル１を収納するケース８と、コイル６と一対のＥ型コア２との間に充填される熱伝導性樹脂９と、リアクトル１とケース８との間に充填される樹脂材１２と、ケース８の下部に配設される冷却板１０と、を備えている。

リアクトル１は、外鉄形であり、それぞれ、一対の外側脚部４が中央脚部３を挟んで対向して、かつ互いに平行に配列され、中央脚部３と一対の外側脚部４の長さ方向の一端部が連結部５により連結して構成されて、外側脚部４同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア２と、一対のＥ型コア２の中央脚部３にボビン７を介してコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに巻いて作製されたコイル６と、を備える。そして、リアクトル１は、Ｅ型コア２の下面とコイル６の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６の上面とが面一となるように構成されている。

ボビン７は、電気絶縁性樹脂製であり、中央脚部３に外嵌状態に装着され、平角のコイル素線６ａがエッジワイズ巻きに巻かれる巻胴部７ａと、巻胴部７ａの長さ方向の両端から巻胴部７ａの長さ方向と直交する方向の外方に突出し、コイル６と連結部５との間の電気絶縁性を確保するフランジ部７ｂと、を備える。
ケース８は、良熱伝導性材料であるアルミ製であり、リアクトル１を囲繞する断面矩形の筒状の周壁部８ａと、周壁部８ａの下部を塞口する底部８ｂと、からなる、上部を開口とする箱形に作製されている。さらに、締着部８ｃが、それぞれ、周壁部８ａの各辺の中央部の下端から外側に突出して、底部８ｂの外面と面一に形成されている。

リアクトル装置１００を組み立てるには、まず、電気絶縁性を有する熱伝導性シート１１をケース８の底部８ｂに敷き詰める。ついで、リアクトル１を、一対のＥ型コア２の下面とコイル６の下面とを熱伝導性シート１１に接するように、ケース８内に収納する。ついで、リアクトル１を底部８ｂに押圧しつつ、熱伝導性樹脂９を一対のＥ型コア２内に充填、硬化し、樹脂材１２を一対のＥ型コア２とケース８との間に充填、硬化する。ついで、リアクトル１が収納されたケース８を、冷却板１０に載置し、ねじ１４により締着部８ｃを冷却板１０に締着固定して、リアクトル装置１００が組み立てられる。

このように組み立てられたリアクトル装置１００では、コイル６で発生した熱は、熱伝導性シート１１およびケース８の底部８ｂを介して冷却板１０に伝達され、冷却板１０から放熱される。このとき、コイル６で発生した熱が熱伝導性シート１１に熱伝達されるルートは、コイル６と熱伝導性シート１１との接触部から熱伝導性シート１１に直接熱伝達されるルートと、コイル６から熱伝導性樹脂９を介して熱伝導性シート１１に熱伝達されるルートと、コイル６から熱伝導性樹脂９、外側脚部４および連結部５を介して熱伝導性シート１１に熱伝達されるルートと、がある。

また、Ｅ型コア２で発生した熱の一部は、直接熱伝導性シート１１に伝達され、Ｅ型コア２で発生した熱の残部は、熱伝導性樹脂９を介して熱伝導性シート１１に伝達される。そして、熱伝導性シート１１に伝達された熱は、ケース８の底部８ｂを介して冷却板１０に伝達され、冷却板１０から放熱される。

つぎに、Ｅ型コア２とコイル６の高さについて図２を参照しつつ説明する。
図２中、コイル素線６ａの幅をＷｃ、エッジワイズ巻きされたコイル素線６ａの曲げ半径をＲ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さをＬとすると、コイル６の高さＨは、式（１）で表される。Ｅ型コア２の高さ、すなわち外側脚部４および連結部５の高さもコイル６の高さと同じである。ここで、リアクトル１の幅方向は、中央脚部３と一対の外側脚部４の配列方向であり、奥行き方向は、中央脚部３の長さ方向であり、高さ方向は、幅方向と奥行き方向の２方向と直交する方向である。

このように、コイル６の高さＨが、コイル素線６ａの幅Ｗｃの２倍、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒの２倍、およびコイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬの合計値となっているので、コイル６は最小高さとなる。そして、Ｅ型コア２の下面とコイル６の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６の上面とが面一となっているので、リアクトル１の低背化が実現される。

リアクトル１の低背化により、コイル６の上部から熱伝導性樹脂９を介して熱伝導性シート１１に至るルートの熱抵抗が小さくなり、かつＥ型コア２の上部から熱伝導性樹脂９を介して熱伝導性シート１１に至るルートの熱抵抗が小さくなるので、Ｅ型コア２およびコイル６の放熱性が高められる。また、リアクトル１の低背化により、Ｅ型コア２の底面積およびコイル６の底面積が大きくなるので、Ｅ型コア２と熱伝導性シート１１との接触面積、およびコイル６と熱伝導性シート１１との接触面積が増大し、Ｅ型コア２およびコイル６の放熱性が高められる。

このリアクトル１は、外鉄形であり、コイル６がＥ型コア２の中央脚部３に装着されているので、中央脚部３の断面積を確保しつつ高さを低くすることで、リアクトル１の低背化が実現される。そこで、コイルが装着される２つの外側脚部の高さを低くすることが必要となる内鉄形に比べて、底面積の増大を抑えて、リアクトル１の低背化が可能となる。

Ｅ型コア２の下面とコイル６の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６の上面とが面一となっているので、Ｅ型コア２とコイル６の高さが均一となる。そこで、内鉄形の場合に比べて、ケース８の内容積に対するリアクトル１の占有率を大きくできるので、ケース８内に充填される熱伝導性樹脂９および樹脂材１２の充填量が少なくなり、リアクトル装置１００の低コスト化が図れる。

リアクトル１を底部８ｂに押圧しつつ、熱伝導性樹脂９を一対のＥ型コア２内に充填し、樹脂材１２を一対のＥ型コア２とケース８との間に充填しているので、熱伝導性樹脂９の一対のＥ型コア２外への漏出、および樹脂材１２の一対のＥ型コア内への漏出が阻止される。したがって、一対のＥ型コア２内と、一対のＥ型コア２とケース８との間とに、充填される材料を個別に選択することができる。

つまり、一対のＥ型コア２内に高価な熱伝導性樹脂９を充填し、Ｅ型コア２とコイル６の放熱性を確保することができる。そして、リアクトル１の低背化により、Ｅ型コア２およびコイル６の放熱性が高められるので、一対のＥ型コア２とケース８との間に充填される樹脂材１２には、熱伝導性が求められない。そこで、樹脂材１２として、安価な材料を用いることができ、リアクトル装置１００の低コスト化が図られる。ここで、硬化後に高剛性を呈する材料を樹脂材１２としても用いれば、リアクトル装置１００の機械的強度を高めることができる。また、Ｅ型コア２の振動を伝えににくくする粘度の低い材料や振動にエネルギーを要する比重の高い材料を樹脂材１２として用いれば、リアクトル装置１００の電磁騒音を低減できる。

熱伝導性シート１１がリアクトル１とケース８の底部８ｂとの間に介在しているので、Ｅ型コア２に働く電磁加振力によって生じるＥ型コア２の振動がケース８および冷却板１０に伝わりにくくなり、リアクトル装置１００の電磁騒音を低減できる。
ケース８の締着部８ｃが、Ｅ型コア２の中央脚部３の長さ方向外側の位置でねじ１４により冷却板１０に締着固定されているので、締着部８ｃがリアクトル１の発熱源と近くなり、熱が締着部８ｃの冷却板１０との接触面から効果的に冷却板１０に放熱される。

つぎに、リアクトル１の各寸法について図３から図５を用いて定義する。図３はこの発明の実施の形態１に係るリアクトル装置に適用されるコイル素線を示す断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係るリアクトル装置におけるリアクトルを示す平面図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。

ここで、コイル素線６ａの厚みをｔｃ、コイル６の巻き数をＴ、ボビン７の厚みをｔｂ、コア断面積をＡｅ、コイル６と外側脚部４との間の距離をＳｃとすると、リアクトル装置１００の各部の寸法が一意に定義される。すなわち、中央脚部３の高さＨ１、中央脚部３の幅Ｗ１、外側脚部４の幅Ｗ２、Ｅ型コア２の外形幅Ｗ、コイル６の幅Ｗｃｏｉｌ、コイル６の奥行きＬｃｏｉｌ、Ｅ型コア２の奥行きＬｃｏｒｅは、それぞれ、式（２）から式（８）で表される。なお、ボビン７の厚みｔｂは巻胴部７ａおよびフランジ部７ｂの厚みである。また、コア断面積Ａｅは、磁束が通る面積であり、中央脚部３の断面積となる。

つぎに、リアクトル１の低背化による熱伝導性樹脂９の使用量の低減効果について説明する。図６は低背化前のリアクトルを模式的に示す平面図、図７は低背化前のリアクトルを模式的に示す断面図、図８は低背化後のリアクトルを模式的に示す平面図、図９は低背化後のリアクトルを模式的に示す断面図である。

低背化前のリアクトル１’は、図６および図７に示されるように、中央脚部３’と中央脚部３’の両側に位置する一対の外側脚部４’を連結部５’により連結してなり、外側脚部４’同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア２’と、一対のＥ型コア２’の中央脚部３’にボビン７’を介してエッジワイズ巻きに巻かれたコイル６’と、を備える。そして、リアクトル１’は、Ｅ型コア２’の下面とコイル６’の下面とが面一となり、Ｅ型コア２’の上面とコイル６’の上面とが面一となるように構成されている。中央脚部３’は一辺の長さをＸとする断面正方形である。

ここで、中央脚部３’の幅をＸ、コイル素線６ａの幅をＷｃ、コイル６’の奥行き長さをＬｃｏｉｌ、コイル６’と外側脚部４’との間の距離をＳｃとすると、低背化前のリアクトル１’に充填される熱伝導性樹脂９の体積Ｖ１は式（９）で表される。なお、便宜上、ボビン７’の厚みをゼロとした。

低背化後のリアクトル１は、図８および図９に示されるように、外側脚部４同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア２と、一対のＥ型コア２の中央脚部３にボビン７を介してエッジワイズ巻きに巻かれたコイル６と、を備える。そして、リアクトル１は、Ｅ型コア２の下面とコイル６の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６の上面とが面一となるように構成されている。そして、低背化率をＫ（但し、Ｋ＞１）とすると、中央脚部３の幅はＫ×Ｘとなる。低背化の前後で同じインダクタンスを得るためには、低背化後の中央脚部３の断面積を低背化前の中央脚部３’の断面積Ｘ^２と同じとする必要があるので、中央脚部３の高さはＸ／Ｋとなる。つまり、中央脚部３は幅をＫ×Ｘ、高さをＸ／Ｋとする断面長方形である。なお、コイル素線６ａの幅Ｗｃ、コイル６の奥行き長さＬｃｏｉｌ、コイル６と外側脚部４との間の距離Ｓｃは、低背化前後で変わらない。

そこで、低背化後のリアクトル１に充填される熱伝導性樹脂９の体積Ｖ２は式（１０）で表される。

低背化の前後での熱伝導性樹脂９の体積の差分ΔＶは式（１１）で表される。

ここで、Ｋ＞１であるので、式（１１）からΔＶが常に正であり、低背化により熱伝導性樹脂９の使用量の低減効果が得られることがわかる。したがって、リアクトル１の低背化により、高価な熱伝導性樹脂９の使用量を低減でき、リアクトル装置１００の低コスト化が図られる。

実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。

図１０および図１１において、リアクトル２０は、外鉄形であり、それぞれ、中央脚部３と中央脚部３の両側に位置する一対の外側脚部４を連結部５により連結してなり、外側脚部４同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア２と、一対のＥ型コア２の中央脚部３にボビン７を介して巻かれたコイル６１と、を備える。

コイル６１は、中央脚部３にボビン７を介してコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ中央脚部３の長さ方向に階段状に巻いて作製される。ここで、コイル素線６ａを階段状に巻くとは、コイル素線６ａの中央脚部３から中央脚部３の幅方向外方への突出量を１ターン毎に変えて、第１突出量と、第１突出量よりＤ（但し、０＜Ｄ＜Ｗｃ）だけ大きな第２突出量と、を交互にとるように巻くことを意味する。これにより、コイル６１は、第１突出量で巻かれたコイル幅が狭い領域６１ａと、第２突出量で巻かれたコイル幅が広い領域６１ｂと、を、中央脚部３の長さ方向に交互に配列して構成される。

ここで、コイル素線６ａの幅Ｗｃ、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬは、実施の形態１と変わらない。また、リアクトル２０は、Ｅ型コア２の下面とコイル６１の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６１の上面とが面一となるように構成されている。

実施の形態２によるリアクトル装置１０１は、リアクトル１に換えてリアクトル２０を用いている点を除いて、実施の形態１におけるリアクトル装置１００と同様に構成されている。

このリアクトル２０においても、コイル素線６ａの幅をＷｃ、コイル素線６ａの曲げ半径をＲ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さをＬとすると、コイル６１の高さＨは、式（１）で表される。このように、コイル６１の高さＨが、コイル素線６ａの幅Ｗｃの２倍、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒの２倍、およびコイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬの合計値となっているので、コイル６１は最小高さとなり、リアクトル２０の低背化が実現される。したがって、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このリアクトル２０では、コイル６１がコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ階段状に巻いて構成されているので、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、コイル６１の底面積が広くなる。そこで、コイル６１と熱伝導性シート１１との接触面積が大きくなり、コイル６１と冷却板１０との間の熱抵抗が低減される。

また、コイル６１のコイル幅が広い領域６１ｂのコイル素線６ａが、コイル幅が狭い領域６１ａのコイル素線６ａから、第２突出量と第１突出量との差分Ｄだけ、突出する。そこで、コイル６１は、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、熱伝導性樹脂９との接触面積が大きくなり、コイル６１から熱伝導性樹脂９への放熱性が向上される。

実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図、図１４はこの発明の実施の形態３に係るリアクトル装置のコアを示す平面図である。

図１２から図１４において、リアクトル２１は、外鉄形であり、それぞれ、中央脚部７１と中央脚部７１の両側に位置する一対の外側脚部７２を連結部７３により連結してなり、外側脚部７２同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア７０と、一対のＥ型コア７０の中央脚部７１にボビン７を介して巻かれたコイル６２と、を備える。

非磁性部材７４が、Ｅ型コア７０の中央脚部７１をその長さ方向に２分割するように配置され、磁気ギャップ部を構成している。さらに、非磁性部材７４が、対向配置されたＥ型コア７０の中央脚部７１間に配置され、磁気ギャップ部を構成している。なお、非磁性部材７４は、例えば、アルミニウムなどの非磁性金属や非磁性の樹脂材を用いることができる。

コイル６２は、中央脚部７１にボビン７を介してコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ中央脚部７１の長さ方向に階段状に巻いて作製される。ここで、コイル素線６ａを階段状に巻くとは、コイル素線６ａの中央脚部７１から中央脚部７１の幅方向外方への突出量を複数ターン毎に変えて、第１突出量の領域と、第１突出量よりＤ（但し、０＜Ｄ＜Ｗｃ）だけ大きな第２突出量の領域と、を交互にとるように巻くことを意味する。これにより、コイル６２は、第１突出量で巻かれたコイル幅が狭い領域６２ａと、第２突出量で巻かれたコイル幅が広い領域６２ｂと、を中央脚部７１の長さ方向に交互に配列して構成される。そして、コイル幅が広い領域６２ｂが、中央脚部７１の非磁性部材７４の部分を囲繞している。また、コイル幅が狭い領域６２ａが、中央脚部７１の鉄部分を囲繞している。

ここで、コイル素線６ａの幅Ｗｃ、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬは、実施の形態１と変わらない。また、リアクトル２１は、Ｅ型コア７０の下面とコイル６２の下面とが面一となり、Ｅ型コア７０の上面とコイル６２の上面とが面一となるように構成されている。

実施の形態３によるリアクトル装置は、リアクトル１に換えてリアクトル２１を用いている点を除いて、実施の形態１におけるリアクトル装置１００と同様に構成されている。

このリアクトル２１においても、コイル素線６ａの幅をＷｃ、コイル素線６ａの曲げ半径をＲ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さをＬとすると、コイル６２の高さＨは、式（１）で表される。このように、コイル６２の高さＨが、コイル素線６ａの幅Ｗｃの２倍、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒの２倍、およびコイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬの合計値となっているので、コイル６２は最小高さとなり、リアクトル２１の低背化が実現される。したがって、実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このリアクトル２１では、コイル６２がコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ階段状に巻いて構成されているので、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、コイル６２の底面積が広くなる。そこで、コイル６２と熱伝導性シート１１との接触面積が大きくなり、コイル６２と冷却板１０との間の熱抵抗が低減される。

また、コイル６２のコイル幅が広い領域６２ｂのコイル素線６ａが、コイル幅が狭い領域６２ａのコイル素線６ａから、第２突出量と第１突出量との差分Ｄだけ、突出する。そこで、コイル６２は、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、熱伝導性樹脂９との接触面積が大きくなり、コイル６２から熱伝導性樹脂９への放熱性が向上される。

この実施の形態３では、Ｅ型コア７０の中央脚部７１を長さ方向に磁気的に分離する非磁性部材７４が配設されているので、リアクトル装置としての直流重畳特性が得られる。

しかし、非磁性部材７４が磁気ギャップ部となるので、磁束が非磁性部材７４の部位から漏れる。この漏洩磁束は、ボビン７を介してコイル６に入り、コイル６２と磁気干渉する。これにより、コイル６２の高周波抵抗が増加し、損失が大きくなる課題がある。この実施の形態３では、コイル素線６ａが、非磁性部材７４の部分を囲繞する、中央脚部７１の長さ方向の範囲を、第２突出量で巻かれているので、コイル素線６ａが漏洩磁束の発生源である非磁性部材７４から遠ざけられる。そこで、漏洩磁束とコイル６２との磁気干渉が抑制され、中央脚部７１に非磁性部材７４を配設することに起因する損失の増大を抑制することができる。

なお、上記実施の形態３では、非磁性部材７４を中央脚部７１の一部に配設して磁気ギャップ部を形成しているが、空隙部を中央脚部７１の一部に形成して磁気ギャップ部を形成してもよい。

実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４に係るリアクトル装置の構成を説明する一部破断平面図、図１６は図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ矢視断面図である。

図１５および図１６において、リアクトル２２は、外鉄形であり、それぞれ、中央脚部３と中央脚部３の両側に位置する一対の外側脚部４を連結部５により連結してなり、外側脚部４同士を接するように対向配置された一対のＥ型コア２と、一対のＥ型コア２の中央脚部３にボビン７を介して巻かれたコイル６３と、を備える。

コイル６３は、中央脚部３にボビン７を介してコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ中央脚部３の長さ方向に階段状に巻いて作製される。ここで、コイル素線６ａを階段状に巻くとは、コイル素線６ａのボビン７から中央脚部３の幅方向外方への突出量を１ターン毎に変えて、第１突出量と、第１突出量よりＤ（但し、Ｄ＞Ｗｃ）だけ大きな第２突出量と、を交互にとるように巻くことを意味する。これにより、コイル６３は、第１突出量で巻かれたコイル幅が狭い領域６３ａと、第２突出量で巻かれたコイル幅が広い領域６３ｂと、を、中央脚部３の長さ方向に交互に配列して構成される。

ここで、コイル素線６ａの幅Ｗｃ、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬは、実施の形態１と変わらない。また、リアクトル２２は、Ｅ型コア２の下面とコイル６３の下面とが面一となり、Ｅ型コア２の上面とコイル６３の上面とが面一となるように構成されている。

実施の形態４によるリアクトル装置は、リアクトル１に換えてリアクトル２２を用いている点を除いて、実施の形態１におけるリアクトル装置１００と同様に構成されている。

このリアクトル２２においても、コイル素線６ａの幅をＷｃ、コイル素線６ａの曲げ半径をＲ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さをＬとすると、コイル６３の高さＨは、式（１）で表される。このように、コイル６３の高さＨが、コイル素線６ａの幅Ｗｃの２倍、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒの２倍、およびコイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬの合計値となっているので、コイル６３は最小高さとなり、リアクトル２２の低背化が実現される。したがって、実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このリアクトル２２では、コイル６３がコイル素線６ａをエッジワイズ巻きに、かつ階段状に巻いて構成されているので、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、コイル６３の底面積が広くなる。そこで、コイル６３と熱伝導性シート１１との接触面積が大きくなり、コイル６３と冷却板１０との間の熱抵抗が低減される。

また、コイル幅が広い領域６３ｂのコイル素線６ａが、コイル幅が狭い領域６３ａのコイル素線６ａから、第２突出量と第１突出量との差分Ｄだけ、突出する。そこで、コイル６３は、階段状に巻かれていないコイル６に比べて、熱伝導性樹脂９との接触面積が大きくなり、コイル６３から熱伝導性樹脂９への放熱性が向上される。

さらに、第２突出量と第１突出量との差分Ｄがコイル素線６ａの幅Ｗｃより大きいので、コイル幅が広い領域６３ｂのコイル素線６ａの直線部とコイル幅が狭い領域６３ａのコイル素線６ａの直線部との間に隙間が形成される。そこで、熱伝導性樹脂９が、コイル幅が広い領域６３ｂのコイル素線６ａの直線部の内周側を通って、隣り合う、コイル幅が狭い領域６３ａのコイル素線６ａ間に充填され、中央脚部３に接している。そこで、コイル６３と熱伝導性樹脂９との接触面積が一層大きくなり、コイル６３から熱伝導性樹脂９への放熱性がさらに向上される。また、中央脚部３と熱伝導性樹脂９とが直接接触するので、熱がこもりやすい中央脚部３の放熱性が改善される。これにより、発熱部の発熱密度が下げられ、Ｅ型コア２およびコイル６３を効果的に冷却することができる。

ここで、上記実施の形態３におけるリアクトルにおいて、コイル６２の領域６２ａ，６２ｂにおける第１突出量と第２突出量との差分Ｄをコイル素線６ａの幅Ｗｃより大きくしてもよい。この場合、中央脚部を長さ方向に磁気的に分離する非磁性部材を配設すること起因する漏洩磁束とコイルとの磁気干渉を抑制できる効果に加えて、中央脚部の放熱性の改善効果が得られる。

実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５に係るリアクトル装置の構成を説明する平面図、図１８は図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ矢視断面図である。

図１７および図１８において、リアクトル装置１０２は、コイル６およびコイル６が配置されるＥ型コア２を有するリアクトル１と、リアクトル１を収納するケース８０と、ケース８０内に充填される熱伝導性樹脂９と、ケース８０の下部に配設される冷却板１０と、を備えている。ケース８０は、樹脂製であり、リアクトル１を囲繞する断面矩形の筒状の周壁部８０ａと、それぞれ、周壁部８０ａの各辺の中央部の下端から外側に突出して、周壁部８０ａの下側端面と面一に形成された締着部８０ｃと、を備える。

リアクトル装置１０２を組み立てるには、まず、電気絶縁性を有する熱伝導性シート１１を冷却板１０の上面に敷き詰める。ついで、ケース８０を、冷却板１０に敷き詰められた熱伝導性シート１１上に載置し、ねじ１４により締着部８０ｃを冷却板１０に締着固定する。ついで、リアクトル１を、一対のＥ型コア２の下面とコイル６の下面とを熱伝導性シート１１に接するように、ケース８０内に収納する。ついで、リアクトル１を熱伝導性シート１１を介して冷却板１０に押圧しつつ、熱伝導性樹脂９を一対のＥ型コア２内に充填、硬化し、樹脂材１２を一対のＥ型コア２とケース８０の周壁部８０ａとの間に充填、硬化して、リアクトル装置１０２が組み立てられる。

実施の形態５によるリアクトル装置１０２は、ケース８に換えてケース８０を用いている点を除いて、実施の形態１におけるリアクトル装置１００と同様に構成されている。

このリアクトル１においても、コイル素線６ａの幅をＷｃ、コイル素線６ａの曲げ半径をＲ、コイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さをＬとすると、コイル６３の高さＨは、式（１）で表される。このように、コイル６の高さＨが、コイル素線６ａの幅Ｗｃの２倍、コイル素線６ａの曲げ半径Ｒの２倍、およびコイル素線６ａをエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さＬの合計値となっているので、コイル６は最小高さとなり、リアクトル１の低背化が実現される。したがって、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

この実施の形態５では、Ｅ型コア２とコイル６が熱伝導性シート１１を介して冷却板１０に直接取り付けられている。そこで、Ｅ型コア２とコイル６で発生した熱が効果的に冷却板１０に伝達され、冷却板１０から放熱されるので、Ｅ型コア２およびコイル６の放熱性が高められる。
このように、アルミ製のケース８に換えて樹脂製のケース８０を用いても、リアクトル１の低背化とケース底部の省略とにより、Ｅ型コア２およびコイル６の放熱性を確保できるので、高放熱性を確保しつつ、リアクトル装置１０２の軽量化と低コスト化を実現できる。

なお、上記各実施の形態では、リアクトルのコアが一対のＥ型コアを対向位置して構成されているが、リアクトルのコアは、Ｉ型コアを、Ｅ型コアの一対の外側脚部を連結するように配置して構成されてもよい。

１ リアクトル、２ Ｅ型コア、３ 中央脚部、４ 外側脚部、５ 連結部、６ コイル、６ａ コイル素線、７ ボビン、８ ケース、８ｃ 締着部、９ 熱伝導性樹脂、１０ 冷却板、１１ 熱伝導性シート、１２ 樹脂材、１４ ねじ、２０ リアクトル、２１ リアクトル、２２ リアクトル、６１ コイル、６２ コイル、６３ コイル、７４ 非磁性部材（磁気ギャップ部）、７０ Ｅ型コア、７１ 中央脚部、７２ 外側脚部、７３ 連結部、８０ ケース，８０ａ 周壁部、８０ｃ 締着部。

この発明によるリアクトル装置は、中央脚部、上記中央脚部を挟んで対向して配置される一対の外側脚部、および上記一対の外側脚部の長さ方向の両端部を連結する一対の連結部を有するコアと、１本の平角のコイル素線を上記中央脚部にボビンを介してエッジワイズ巻きに巻いて作製されるコイルと、を備えるリアクトルと、上記リアクトルを収納するケースと、上記ケースに収納された上記リアクトルの下部に配設される冷却板と、上記コアと上記コイルとの間に充填される熱伝導性樹脂と、を備える。上記リアクトルは、上記コアの上面と上記コイルの上面とが面一に、かつ上記コアの下面と上記コイルの下面とが面一に構成され、上記コイルと上記コアの高さが、上記コイル素線の幅の２倍と、上記コイル素線の曲げ半径の２倍と、上記コイル素線をエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さとの総和であり、上記コイルは、上記中央脚部の長さ方向に関して、広い幅の領域と狭い幅の領域とが混在している。

Claims (10)

1. 中央脚部、上記中央脚部を挟んで対向して配置される一対の外側脚部、および上記一対の外側脚部の長さ方向の両端部を連結する一対の連結部を有するコアと、平角のコイル素線を上記中央脚部にボビンを介してエッジワイズ巻きに巻いて作製されるコイルと、を備えるリアクトルと、
   上記リアクトルを収納するケースと、
   上記ケースに収納された上記リアクトルの下部に配設される冷却板と、
   上記コアと上記コイルとの間に充填される熱伝導性樹脂と、を備えたリアクトル装置において、
   上記リアクトルは、上記コアの上面と上記コイルの上面とが面一に、かつ上記コアの下面と上記コイルの下面とが面一に構成され、
   上記コイルと上記コアの高さが、上記コイル素線の幅の２倍と、上記コイル素線の曲げ半径の２倍と、上記コイル素線をエッジワイズ巻きするために必要な最小の直線長さとの総和であるリアクトル装置。
2. 上記コイル素線の厚み、上記コイル素線の幅、上記ボビンの厚み、上記コイルと上記外側脚部との間の距離、コア断面積、および上記コイルの巻き数を定義すると、上記コアの幅と奥行き、および上記コイルの幅と奥行きが、一意に定義される請求項１記載のリアクトル装置。
3. 電気絶縁性と熱伝導性を有するシートが、上記リアクトルの下部に、上記コアと上記コイルに接して配設されている請求項１又は請求項２記載のリアクトル装置。
4. 上記ケースが、上記中央脚部の長さ方向外方の位置で、ねじで上記冷却板に締着固定されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
5. 上記コイルは、上記中央脚部の長さ方向に関して、広い幅の領域と狭い幅の領域とが混在している請求項１記載のリアクトル装置。
6. 上記中央脚部を長さ方向に磁気的に分離する磁気ギャップ部が上記中央脚部に１カ所以上設けられ、
   上記中央脚部の長さ方向に関して、上記コイルの広い幅の領域が上記磁気ギャップ部に位置し、上記コイルの狭い幅の領域が上記磁気ギャップ部を除く位置に巻かれている請求項５記載のリアクトル装置。
7. 上記コイルの広い幅の領域の内周端と上記コイルの狭い幅の領域の外周端との間に隙間が形成され、上記熱伝導性樹脂が上記隙間から上記コイルの広い幅の領域の内周側に充填されている請求項５又は請求項６記載のリアクトル装置。
8. 電気絶縁性と熱伝導性を有するシートが、上記リアクトルの下部に、上記コアと上記コイルに接して、上記熱伝導性樹脂の漏出を阻止可能に配設されている請求項１記載のリアクトル装置。
9. 上記熱伝導性樹脂と異なる樹脂材が上記コアと上記ケースとの間に充填されている請求項１又は請求項８記載のリアクトル装置。
10. 上記ケースは、上記リアクトルを囲繞する、樹脂製の筒体に構成されている請求項１記載のリアクトル装置。

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