JP2018006419A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】複合磁性体を含む低比透磁率部材と、圧粉磁芯のような高比透磁率部材とを備えるリアクトルであって、温度変化の大きい環境下で使用されたとしてもコア部材の破損を抑制することのできるリアクトルを提供すること。
【解決手段】リアクトルは、コイル部材と、コア部材とを備えている。コイル部材は、巻回された被覆導線と、被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えている。コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えている。低比透磁率部材は、１以上３０以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでいる。複合磁性体は、硬化した結合剤と、結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有している。高比透磁率部材は、低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有している。複合磁性体の弾性率は、絶縁コートの弾性率の１００倍以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、コア部材と、コア部材の内部に埋設されたコイル本体部を有するコイル部材とを備えるリアクトルに関する。

特許文献１のリアクトルのコア部材は、互いに異なる比透磁率を有する２種類の部材を有している。

特許文献２のコイル部品は、磁性体粉末と結合剤（樹脂）との混合物を硬化してなる複合磁性体の磁芯の内部にコイル部材のコイル本体部を埋設した構造を有している。

特開２０１２−０８９８９９号公報 特開２００６−４９５７号公報

特許文献２の複合磁性体の比透磁率は、圧粉磁芯の比透磁率よりも低い。従って、特許文献１のリアクトルにおいて、コア部材を複合磁性体と圧粉磁芯とで構成することも考えられる。

かかるリアクトルの用途としては、乗り物に搭載されるものがある。その場合におけるリアクトルの使用環境の特徴の一つは、温度変化が大きいことである。温度変化の大きい環境下においては、例えば、コイル部材の膨張によりコア部材に大きな応力がかかってしまう可能性もある。

そこで、本発明は、複合磁性体を含む低比透磁率部材と、圧粉磁芯のような高比透磁率部材とを備えるリアクトルであって、温度変化の大きい環境下で使用されたとしてもコア部材の破損を未然に防止することのできるリアクトルを提供することを目的とする。

本発明は、第１のリアクトルとして、
コイル部材と、コア部材とを備えるリアクトルであって、
前記コイル部材は、巻回された被覆導線と、前記被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えるものであり、
前記コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
前記低比透磁率部材は、１以上３０以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでおり、
前記複合磁性体は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有しており、
前記高比透磁率部材は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
前記複合磁性体の弾性率は、前記絶縁コートの弾性率の１００倍以上である
リアクトルを提供する。

また、本発明は、第２のリアクトルとして、第１のリアクトルであって、
前記絶縁コートは、０．１ｍｍ以上の厚さを有している
リアクトルを提供する。

また、本発明は、第３のリアクトルとして、第１又は第２のリアクトルであって、
前記低比透磁率部材の線膨張係数をｘ［ｐｐｍ］とし、前記高比透磁率部材の線膨張係数をｙ［ｐｐｍ］とするとき、前記低比透磁率部材及び前記高比透磁率部材は、
｜ｘ−ｙ｜≦１２
を満たす
リアクトルを提供する。

また、本発明は、第４のリアクトルとして、第１から第３までのいずれかのリアクトルであって、
前記コイル部材は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部と、前記コイル本体部の両端から延びる２つの端部とを備えており、
前記高比透磁率部材は、前記コイル本体部の上側に位置する上側高比透磁率部材と、前記コイル本体部の下側に位置する下側高比透磁率部材とを備えており、
前記低比透磁率部材は、前記コイル本体部の内周の内側と、前記コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の１／２以上、前記内周からも前記外周からも離れており、
前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の１／２以上、前記内周からも前記外周からも離れている
リアクトルを提供する。

本発明の複合磁性体の弾性率は、絶縁コートの弾性率の１００倍以上である。換言すると、絶縁コートの材料は、複合磁性体の弾性率の１００分の１以下の弾性率を有するような柔らかいものから選択される。そのため、温度変化によりコイル部材の被覆導線が変形したとしても、それに合わせて絶縁コートが変形することから、絶縁コートを含めたコイル部材全体の変形を抑制することができる。従って、コイル部材からコア部材に伝達される応力を減らすことができ、コイル部材の破損を未然に防止することができる。

本発明の実施の形態によるリアクトルを示す斜視図である。 図１のリアクトルを示す斜視断面図である。 図１のリアクトルを示す他の斜視断面図である。 図１のリアクトルに含まれるケースを示す斜視図である。 図１のリアクトルに含まれるコイル部材を示す斜視図である。 図１のリアクトルに含まれるコア部材の上側高比透磁率部材及び下側高比透磁率部材を示す斜視図である。 シリコーンの厚さと実効弾性率との関係を示すグラフである。 コイル本体部の内周上の点と法線とを示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましくない位置関係を示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましい位置関係を示す図である。 コイル本体部と上側高透磁率部材との好ましい位置関係を示す図である。 コイル本体部近傍に上側高透磁率部材が位置していない場合を示す図である。 図１のリアクトルの変形例を示す斜視図である。 図１のリアクトルの他の変形例を示す斜視図である。

図１から図３までに示されるように、本発明の実施の形態によるリアクトル１は、コイル部材１０と、コア部材２０と、ケース７０とを備えている。

図５に示されるように、本実施の形態のコイル部材１０は、被覆導線１６を巻回したものに対してディッピングにより絶縁コート１８を形成したものである。換言すると、本実施の形態のコイル部材１０は、巻回された被覆導線１６と、被覆導線１６を少なくとも部分的に覆う絶縁コート１８とを備えている。より具体的には、本実施の形態の被覆導線１６は、平角導線であり、エッジワイズ巻きされている。

詳しくは、コイル部材１０は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部１２と、コイル本体部１２の両端から延びる２つの端部１４とを備えている。本実施の形態において、上下方向はＺ方向である。また、上方向が＋Ｚ方向であり、下方向が−Ｚ方向である。本実施の形態においてディッピングは、端部１４を持ち、コイル本体部１２を樹脂槽に漬けることにより行われる。従って、上述した絶縁コート１８は、コイル本体部１２の全体と、端部１４の一部（コイル本体部１２に近い部分）とを覆っている。

本実施の形態の絶縁コート１８は、０．５ＧＰａ以下の弾性率を有するものである。具体的には、本実施の形態の絶縁コート１８は、シリコーンからなる。

コイル本体部１２は、巻軸の周りを周回している。具体的には、本実施の形態のコイル本体部１２は、螺旋状の形状を有している。コイル本体部１２は、渦巻状であってもよく、また、螺旋状と渦巻状の組み合わせであってもよい。また、本実施の形態のコイル本体部１２は、上下方向と直交する水平面内において、角丸四角形の形状を有している。本実施の形態において、水平面はＸＹ平面である。コイル本体部１２は、角丸四角形の形状以外の形状、例えば、円形形状を有していてもよい。また、本実施の形態のコイル部材１０は、１つのコイル本体部１２のみを有しているが、２つのコイル本体部１２を有するメガネコイルであってもよい。本実施の形態において、端部１４は、コイル部材１０の端子として機能するが、コイル部材１０がメガネコイルである場合、一方の端部１４は端子として機能し、他方の端部１４は他のコイル本体部１２との連結部として機能してもよい。

図２及び図３に示されるように、コイル本体部１２は、コア部材２０内に埋設されている。端部１４は、コア部材２０の上方まで引き出されている。図２、図３及び図５から理解されるように、上下方向と直交する横方向において、コア部材２０とコイル部材１０のコイル本体部１２とは、２つの磁気回路を構成している。具体的には、図２において、一方の磁気回路は、コア部材２０のうち、コイル本体部１２の左側の断面の周囲に配置された部分により構成されており、他方の磁気回路は、コア部材２０のうちコイル本体部１２の右側の断面の周囲に配置された部分により構成されている。本実施の形態において、横方向はＹ方向である。

図４に示されるように、ケース７０は、上方において開口しており、収容部７６を有している。図２から図４までから理解されるように、ケース７０の収容部７６には、コイル部材１０のコイル本体部１２とコア部材２０とが収容されている。

図２、図３及び図６に示されるように、コア部材２０は、上側高比透磁率部材３０及び下側高比透磁率部材４０を有する高比透磁率部材２５と、低比透磁率部材５０とを備えている。

図２を参照して、低比透磁率部材５０は、１以上３０以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体６０を含んでいる。複合磁性体６０は、硬化した結合剤６２と、結合剤６２内部に分散配置された磁性体粉末６４とを有している。図２及び図５から理解されるように、本実施の形態の低比透磁率部材５０は、コイル本体部１２の内周の内側と、コイル本体部１２の外周の外側とに配置されていると共に、コイル本体部１２の上下にも部分的に配置されている。図２に示されるように、本実施の形態の複合磁性体６０は、樹脂からなる結合剤６２に対して磁性体粉末６４を混錬して混合物（磁性スラリー）を作成し、その磁性スラリーを硬化して得られるものである。但し、複合磁性体６０の具体的な製造方法は、これには限られない。結果物として、硬化した結合剤６２内部に磁性体粉末６４が分散配置された構造を複合磁性体６０が有している限り、複合磁性体６０は他の方法によって製造されたものであってもよい。

本実施の形態の複合磁性体６０は、絶縁コート１８の弾性率の１００倍以上の弾性率を有している。具体的には、本実施の形態の結合剤は、エポキシ樹脂である。このように、絶縁コート１８を複合磁性体６０に比べて十分に柔らかいものとすることにより、コイル部材１０の熱膨張による変形を絶縁コート１８内において分散させることができ、コイル部材１０の変形が低比透磁率部材５０（複合磁性体６０）に及ぼす影響を軽減することができる。

但し、シリコーンのような柔らかい材料であっても、厚みが薄すぎると弾性を十分に発揮することができず、実効弾性率が高くなってしまう場合がある。ここで、実効弾性率とは、部材を厚さ方向に圧縮した場合におけるその部材の厚さ方向の実質的な弾性率であり、次の式で示される。
Ｅ_ｅ＝Ｆ／Ａ／｛ｔ_０−ｔ_１｝／ｔ_０｝／１０００
なお、Ｅ_ｅ：実効弾性率（ＧＰａ）
Ｆ：圧縮力（Ｎ）
Ａ：圧縮面積（ｍｍ^２）
ｔ_０：圧縮前の部材の厚さ（ｍｍ）
ｔ_１：圧縮後の部材の厚さ（ｍｍ）

有限要素法（ＦＥＭ）により求めたシリコーンの実効弾性率Ｅ_ｅを図７に示す。コイル部材１０の変形を吸収するためには、実効弾性率が０．３（ＧＰａ）以下であることが望ましい。図７から理解されるように、絶縁コート１８がシリコーンからなる場合、絶縁コート１８は、０．１ｍｍ以上の厚みを有していることが望ましい。

高比透磁率部材２５（即ち、上側高比透磁率部材３０及び下側高比透磁率部材４０）は、低比透磁率部材５０よりも高い比透磁率を有している。図６に示されるように、本実施の形態の高比透磁率部材２５は、圧粉磁芯であり、５０以上の比透磁率を有している。

本実施の形態において、低比透磁率部材５０の線膨張係数をｘ［ｐｐｍ］とし、高比透磁率部材２５の線膨張係数をｙ［ｐｐｍ］とするとき、低比透磁率部材５０及び高比透磁率部材２５は、｜ｘ−ｙ｜≦１２を満たしている。このように、高比透磁率部材２５と低比透磁率部材５０の線膨張係数の差を小さくすることにより、高比透磁率部材２５に加わる応力を低減することができ、高比透磁率部材２５の破損を未然に防止することができる。

図１に示されるように、本実施の形態の上側高比透磁率部材３０は、低比透磁率部材５０に埋没している。詳しくは、図６に示されるように、本実施の形態の上側高比透磁率部材３０は、複数の上側磁性部材３２からなる。本実施の形態において、上側磁性部材３２の数は２であり、横方向において互いに離れて位置している。図２から理解されるように、上側磁性部材３２は、２つの磁気回路に影響を与えない領域において離間配置されている。図６に示されるように、本実施の形態による上側磁性部材３２は、互いに同一形状を有している。具体的には、本実施の形態の上側磁性部材３２は、略Ｌ字状の形状を有している。また、図１に示されるように、上側磁性部材３２は、横方向と直交する垂直平面であって横方向における中心を通る垂直平面に対して鏡像配置されている。

図６に示されるように、下側高比透磁率部材４０は、上側高比透磁率部材３０と同一形状を有している。図２及び図６から理解されるように、下側高比透磁率部材４０は、上側高比透磁率部材３０と同様に配置されている。

図６に示されるように、下側高比透磁率部材４０は、複数の下側磁性部材４２からなる。本実施の形態において、下側磁性部材４２の数は２であり、横方向において互いに離れて位置している。図６から理解されるように、本実施の形態による下側磁性部材４２は、互いに同一形状を有している。換言すると、本実施の形態による上側高比透磁率部材３０及び下側高比透磁率部材４０は、４つの同一形状の磁性部材（２つの上側磁性部材３２及び２つの下側磁性部材４２）から構成されている。従って、磁性部材（２つの上側磁性部材３２及び２つの下側磁性部材４２）を作成する際には単一の型を用いることができることから、製造コスト面で利点がある。なお、下側磁性部材４２も、図１に示される上側磁性部材３２と同様に、横方向と直交する垂直平面であって横方向における中心を通る垂直平面に対して鏡像配置されている。

ここで、コイル本体部１２と高比透磁率部材２５との更に好ましい位置関係について図８から図１２を用いて説明する。まず、図８に示されるように、コイル本体部１２を上下方向に沿って見た場合に、コイル本体部１２の内周１２ｉ上の点を通る法線を想定する。例えば、点Ｐａにおいては法線Ｎａであり、点Ｐｂにおいては法線Ｎｂである。次に、図９から図１２に示されるように、想定された法線（Ｎ）と上下方向（Ｚ）とで規定される断面（ＮＺ平面）において、コイル本体部１２と高比透磁率部材２５との関係を見る。なお、前述のように、コイル本体部１２はコア部材２０に埋設されていることから、図９〜図１２において何も描かれていない領域には低比透磁率部材５０が存在している（各図においては参照符号のみを示す）。

絶縁コート１８の弾性率が低比透磁率部材５０の弾性率の１００分の１以下であることから、コイル本体部１２の内周１２ｉや外周１２ｏのように広い面においては、当該面と直交する方向（即ち、法線方向（Ｎ））において低比透磁率部材５０がある程度自由に変形できる。一方、低比透磁率部材５０は高透磁率部材２５との境界においては基本的に変形できず固定されている。即ち、コイル本体部１２の内周１２ｉや外周１２ｏと低比透磁率部材５０との境界面は自由変形面となっており、他方、低比透磁率部材５０と高比透磁率部材２５との境界面は固定面となっている。このため、図９に示されるように、ＮＺ断面において、コイル本体部１２の内周１２ｉ又は外周１２ｏと高比透磁率部材２５の端部とが近接しているが重なってはいない場合、即ち、コイル本体部１２と高比透磁率部材２５との間に狭窄部５５が形成されている場合に、狭窄部５５の低比透磁率部材５０にコイル部材１０の熱膨張や収縮等による応力が集中する可能性がある。

このような応力集中を抑制するためには、上述した狭窄部５５を形成しないようにすればよい。具体的には、コイル本体部１２と高比透磁率部材２５とが以下に掲げる状態１〜状態３（図１０〜図１２）のいずれかを満たすように配置されていればよい。なお、図１０から図１２おいては、高比透磁率部材２５のうち上側高比透磁率部材３０のみを描写してあるが、下側高透磁率部材４０についても同じである。

（状態１）
図１０に示されるように、ＮＺ平面において、高比透磁率部材２５（上側高比透磁率部材３０）は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部１２の内周１２ｉのみと重なっている。逆に、高比透磁率部材２５（上側高比透磁率部材３０）は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部１２の外周１２ｏのみと重なっていてもよい。
（状態２）
図１１に示されるように、ＮＺ平面において、高比透磁率部材２５（上側高比透磁率部材３０）は、上下方向に沿って見た場合にコイル本体部１２の内周１２ｉ及び外周の双方と重なっている。
（状態３）
図１２に示されるように、ＮＺ平面において、高比透磁率部材２５（上側高比透磁率部材３０）が上下方向に沿って見た場合にコイル本体部１２の内周１２ｉ及び外周１２ｏのいずれとも重なっていないとき、法線方向（Ｎ）において、内周１２ｉと外周１２ｏの差である所定距離Ｄｐの１／２以上（即ち、０．５Ｄｐ以上）、内周１２ｉからも外周１２ｏからも離れている。即ち、外周１２ｏから距離０．５Ｄｐだけ外側の位置と内周１２ｉから距離０．５Ｄｐだけ内側の位置との間には、高比透磁率部材２５は存在しない。これは、例えば、上述した実施の形態おいては、２つの上側磁性部材３２に挟まれた領域において満たされる。

コイル本体部１２の内周１２ｉ上のすべての点を通る法線に関して、上述した状態１〜状態３のいずれかの関係を充足していると、図９に示されるような狭窄部５５が存在しないことから、応力集中の可能性を低減することができる。

以上、本発明について実施の形態を掲げて具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、様々な変形が可能である。

上述した実施の形態において、上側高透磁率部材３０の上側磁性部材３２は、略Ｌ字状の形状を有していたが、本発明はこれに限定されるわけではない。四角形形状のような単純な形状を有していてもよい。下側高比透磁率部材４０についても同様である。

上述した実施の形態において、上側磁性部材３２は、横方向において離間配置されていたが、本発明はこれに限定されるわけではない。上下方向及び横方向の双方と直交する前後方向において、複数の磁性部材を離間配置することとしてもよい。なお、ここまで例示された図においては、前後方向は、Ｘ方向である。

上述した実施の形態において、上側高透磁率部材３０は低比透磁率部材５０内に埋没していたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図１３に示されるリアクトル１Ａのように、上側高透磁率部材３０を低比透磁率部材５０Ａから露出させてもよい。

上述した実施の形態において、上側高比透磁率部材３０は２つの上側磁性部材３２で構成されていたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図１４に示されるリアクトル１Ｂのように、高比透磁率部材２５Ｂが１つの磁性部材からなる上側高透磁率部材３０Ｂを備えていてもよい。図示された上側高透磁率部材３０Ｂは、低比透磁率部材５０Ｂに埋没しているが、部分的に露出していてもよい。同様に、下側高透磁率部材を１つの磁性部材で構成してもよい。

上述した実施の形態において、低比透磁率部材５０は、複合磁性体６０のみからなるものであったが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、低比透磁率部材５０は、非磁性部材からなるギャップ材を更に備えていてもよい。

更に、上述した実施の形態において、複合磁性体６０は、樹脂からなる結合剤６２内に磁性体粉末６４が分散配置されたものであったが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、結合剤６２内に磁性体粉末６４と非磁性フィラーとが分散配置されたものであってもよい。

以上説明した本発明によるリアクトルは、特に車載用リアクトルとして適している。

１，１Ａ，１Ｂ リアクトル
１０ コイル部材
１２ コイル本体部
１２ｉ 内周
１２ｏ 外周
１４ 端部
１６ 被覆導線
１８ 絶縁コート
２０ コア部材
２５，２５Ｂ 高比透磁率部材
３０，３０Ｂ 上側高比透磁率部材
３２ 上側磁性部材
４０ 下側高比透磁率部材
４２ 下側磁性部材
５０，５０Ａ，５０Ｂ 低比透磁率部材
５５ 狭窄部
６０ 複合磁性体
６２ 結合剤
６４ 磁性体粉末
７０ ケース
７６ 収容部

Claims (4)

1. コイル部材と、コア部材とを備えるリアクトルであって、
   前記コイル部材は、巻回された被覆導線と、前記被覆導線を少なくとも部分的に覆う絶縁コートとを備えるものであり、
   前記コア部材は、高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
   前記低比透磁率部材は、１以上３０以下の比透磁率を有するものであり、且つ、複合磁性体を含んでおり、
   前記複合磁性体は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された磁性体粉末とを有しており、
   前記高比透磁率部材は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
   前記複合磁性体の弾性率は、前記絶縁コートの弾性率の１００倍以上である
   リアクトル。
2. 請求項１記載のリアクトルであって、
   前記絶縁コートは、０．１ｍｍ以上の厚さを有している
   リアクトル。
3. 請求項１又は請求項２記載のリアクトルであって、
   前記低比透磁率部材の線膨張係数をｘ［ｐｐｍ］とし、前記高比透磁率部材の線膨張係数をｙ［ｐｐｍ］とするとき、前記低比透磁率部材及び前記高比透磁率部材は、
   ｜ｘ−ｙ｜≦１２
   を満たす
   リアクトル。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のリアクトルであって、
   前記コイル部材は、上下方向に延びる巻軸を有するコイル本体部と、前記コイル本体部の両端から延びる２つの端部とを備えており、
   前記高比透磁率部材は、前記コイル本体部の上側に位置する上側高比透磁率部材と、前記コイル本体部の下側に位置する下側高比透磁率部材とを備えており、
   前記低比透磁率部材は、前記コイル本体部の内周の内側と、前記コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
   前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記上側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の１／２以上、前記内周からも前記外周からも離れており、
   前記コイル本体部の前記内周上の各点について、当該点における法線と前記上下方向とで規定される断面において、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周の少なくとも一方と重なっているか、又は、前記下側高比透磁率部材は、前記上下方向に沿って見た場合に前記コイル本体部の前記内周及び前記外周のいずれとも重なっていないとき、前記法線方向において、前記内周と前記外周の差である所定距離の１／２以上、前記内周からも前記外周からも離れている
   リアクトル。

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