JP2019087557A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】、複数のコイルを備えているリアクトルを容易に製造可能とする。【解決手段】リアクトル１は、複数のコイル３０と、複数の中芯コア２０と、外周コア１０を備えている。複数の中芯コア２０は、各コイル３０を貫通する。外周コア１０には、各中芯コア２０が嵌合している複数の穴１９ａ、１９ｂが設けられている。このリアクトル１では、コイル３０に中芯コア２０を貫通させたものを外周コア内の穴に嵌合させる、という工程を複数回繰り返すだけで簡単にリアクトルを製造できるため、複数のコイルを備えているリアクトルを容易に製造することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトルに関する。

大電流が流れる装置には、複数のリアクトルが搭載されることがある。例えば、特許文献１に記載のマルチフェーズコンバータでは、各相に対応する複数のリアクトルが搭載されている。このような場合に、単体で製品化されたリアクトル（１つのコイルを備えているリアクトル）を複数個使用することは、装置の大型化に繋がり好ましくない。一方、複数のリアクトルが一体化された複合型のリアクトル（複数のコイルを備えるリアクトル）が知られている。例えば、特許文献２には、複数のＥ型コア積層体と１つのＩ型コア積層体からなる鉄心と、Ｅ型コア積層体の内側に各々巻回された複数のコイルを備えるリアクトルが記載されている。

特開２０１３−１２５６１３号公報 特開２００１−２３０１３４号公報

特許文献２に記載された技術では、Ｉ型コア積層体と複数のＥ型コア積層体を規定の順序及び向きで組み合わせる必要があるため、製造が容易でないという課題があった。本明細書は、複数のコイルを備えるリアクトルを容易に製造可能とする技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルは、複数のコイルと、複数の中芯コアと、外周コアを備えている。複数の中芯コアは、各コイルを貫通している。外周コアには、各中芯コアが嵌合している複数の穴が設けられている。

上記形態のリアクトルによれば、コイルに中芯コアを貫通させたものを外周コア内の穴に嵌合させる、という工程を複数回繰り返すだけで簡単にリアクトルを製造できる。このため、複数のコイルを備えるリアクトルを容易に製造することができる。

リアクトルの上面図である。 リアクトルの外周コアと中芯コアの斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットしたリアクトルの断面図である。 リアクトルの製造方法を示すフローチャートである。 リアクトルの製造における各工程を説明する図である。 他の例におけるリアクトルの上面図である。 さらに別の例におけるリアクトルの上面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットした他の例におけるリアクトルの断面図である。

（リアクトル１の構成）図面を参照して実施例のリアクトル１を説明する。図１は、リアクトル１の上面図である。図２は、リアクトル１の外周コア１０と中芯コア２０の斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットしたリアクトル１の断面図である。図１〜図３では、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を図示しており、以降では、それぞれ単に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と表現する。Ｘ軸はリアクトル１の幅方向に、Ｙ軸はリアクトル１の奥行き方向に、Ｚ軸はリアクトル１の高さ方向にそれぞれ対応する。本明細書では、図中の座標系におけるＺ軸の正方向を上方や上側と表現したり、Ｚ軸の負方向を下方や下側と表現したりする場合がある。

リアクトル１は、例えば電気自動車の駆動系においてバッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータに用いられる。電気自動車の走行用モータは数十キロワットから百キロワット以上を出力することができ、バッテリから流れる電流は数十アンペアから数百アンペアになる。本明細書のリアクトル１は、そのような大電流にも対応できる複合型のリアクトル（複数のリアクトルが一体化されたリアクトル）である。リアクトル１は、外周コア１０と、複数のコイル部材４０ａ及び４０ｂと、絶縁樹脂５０とを備えている。以降、複数のコイル部材を総称する場合は、単に「コイル部材４０」と表現する。

外周コア１０は、図２（Ａ）に示すように角柱形状の磁性体である。外周コア１０には、上面１１と下面１２を貫通する複数の穴１９が形成されている。別言すると、外周コア１０は、複数の穴１９を有する枠形状を成している。複数の穴１９は、外周コア１０の上面１１に対して、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは自然数）に配置されている。例えば図２（Ａ）の例では、１行２列の配置とされており、合計２個の穴１９ａ及び穴１９ｂが形成されている。以降、複数の穴を総称する場合は、単に「穴１９」と表現する。各穴１９は、略角柱形状であり、幅方向（Ｘ軸）に延びる内面には、対向して形成された２か所の溝１９１及び１９２を有している。溝１９１及び１９２には、中芯コア２０の両端（コイル３０から突出した端部）がそれぞれ嵌め込まれる。また、図３に示すように穴１９は、高さ方向（Ｚ軸）においてコイル部材４０の高さと同じ高さになっている。

コイル部材４０は、コイル３０と、コイル３０を貫通するように配置された中芯コア２０を備えている。中芯コア２０は、図２（Ｂ）に示すように角柱形状の磁性体であり、高さ（Ｚ軸）は、外周コア１０の高さ（Ｚ軸）よりも低くなるよう構成されている。コイル３０は、内部抵抗の小さい平角線である。コイル部材４０は、中芯コア２０の上面２１、右側面２４、下面２２、及び左側面２３に対して、コイル３０の平角線をエッジワイズに巻回することで形成されている。平角線は絶縁コーティングされている。なお、この際、中芯コア２０のＹ軸の正方向及び負方向の端部を露出させた（残した）状態で、コイル３０の平角線を巻回する。そうすると、コイル部材４０は、Ｙ軸方向において中芯コア２０の端部が突出し、Ｘ軸方向において巻回されたコイル３０が突出した十字状となる。これにより、外周コア１０の穴１９（溝１９１、１９２）にコイル部材４０を嵌合させた際のずれを抑制できる。なお、図では、コイル３０の引き出し線は図示を省略している。

外周コア１０及び中芯コア２０は、例えば、鉄を主成分とした金属粉を押し固めて成形し、焼鈍した圧粉磁心として形成できる。そのほか、外周コア１０及び中芯コア２０は、電磁鋼板やフェライトコアとして形成してもよい。さらに、外周コア１０と中芯コア２０とは、互いに成分の異なる磁性体からなる異種材料を組み合わせて形成してもよい。

絶縁樹脂５０は、リアクトル１を組み立てた状態、換言すれば、外周コア１０の各穴１９ａ及び１９ｂに対して各コイル部材４０ａ及び４０ｂを嵌合させた状態において、外周コア１０とコイル部材４０との間の溝を埋めるように充填されている。絶縁樹脂５０は絶縁性を有する樹脂であり、充填の際は流体であるが、図１に示す製品状態では固体となる。なお、図３では、コイル３０と穴１９の内面との間を埋める絶縁樹脂５０は図示してあるが、図示の便宜上、リアクトル１の外周を覆う絶縁樹脂５０の図示を省略している。

（リアクトル１の製造方法）図４は、リアクトル１の製造方法を示すフローチャートである。図５は、リアクトル１の製造における各工程を説明する図である。まず、工程Ｓ１０では、図２（Ａ）に示す外周コア１０を準備する。工程Ｓ１２では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中芯コア２０に対してコイル３０を巻回することによってコイル部材４０ａを準備する。工程Ｓ１４では、図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、コイル部材４０ａを外周コア１０の穴１９ａに嵌合させる。具体的には、穴１９ａの溝１９１及び１９２に対して、コイル部材４０ａの中芯コア２０のうち、Ｙ軸方向においてコイル３０から露出した両端部の位置を合わせて嵌め込む。工程Ｓ１６では、コイル部材４０ａと外周コア１０とを固定する。具体的には、溝１９１に嵌合された中芯コア２０の端部と溝１９１の内面、及び溝１９２に嵌合された中芯コア２０の端部と溝１９２の内面を、接着剤等により固定する。なお、接着剤に代えて溶接や溶着により固定してもよい。また、接着剤等を用いず、溝１９１、１９２の幅を、中芯コア２０の端部の幅よりも僅かに小さく形成して、中芯コア２０を溝１９１、１９２に圧入して固定してもよい。このとき、溝１９１の底面から１９２の底面までの距離を、中芯コア２０の長さよりも僅かに小さく形成して、中芯コア２０の長手方向でも溝１９１、１９２に対して圧入となるようにしてもよい。

工程Ｓ１８では、外周コア１０の全ての穴に対してコイル部材４０を組み付けたか否か判定する。コイル部材４０の組み付けが残っている場合は（工程Ｓ１８：ＮＯ）、工程Ｓ１２に戻って、外周コア１０の穴１９ｂ以降に対する、コイル部材４０ｂ以降の組み付けを繰り返す。一方、コイル部材４０の組み付けが全て終了した場合は（工程Ｓ１８：ＹＥＳ）、工程２０に手順を進める。工程Ｓ２０では、図５（Ｅ）に示すように、外周コア１０の各穴１９と、各穴１９に嵌合された各コイル部材４０との間の溝を埋めるように、流体状の絶縁樹脂５０を流し込む。流し込まれた絶縁樹脂５０は、その後、固化して外周コア１０とコイル部材４０との間の絶縁性を高める。

以上のように、本明細書のリアクトル１は、複数のコイル３０と、複数の中芯コア２０と、外周コア１０を備えている。複数の中芯コア２０は、各コイル３０を貫通している。外周コア１０には、平角線が巻回されてコイル３０が形成された各中芯コア２０を嵌合するための複数の穴１９が形成されている。中芯コア２０は、穴１９に設けられている対向する一対の溝１９１、１９２に嵌合し、固定されている。このようなリアクトル１によれば、図４及び図５に示したように、コイル３０に中芯コア２０を貫通させたもの（すなわちコイル部材４０）を、外周コア内の穴１９に嵌合させる、という工程を複数回繰り返すだけで、簡単にリアクトル１を製造できる。このため、複数のコイル３０を備える複合型のリアクトル１（複数のリアクトルが一体化されたリアクトル）を容易に製造可能とすることができる。さらに、リアクトル１では、隣接するコイル３０（例えば、コイル部材４０ａのコイル３０と、コイル部材４０ｂのコイル３０）が外周コア１０の一部を共有して、リアクトルモジュールとして機能するため、複数のコイル３０を備える複合型のリアクトル１の体積を低減させることができる。

なお、従来、大電流が流れる装置（例えば、電気自動車の駆動系においてバッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ）においては、大電流に対応するために、単体で製品化されたリアクトルを複数個使用することがあった。このような従来の構成では、各リアクトルをボルト締結する必要があったため、締結部のスペース確保のためにコンバータの小型化が阻害されると共に、コンバータの製造工数が増加していた。また、従来の構成では、単体で製品化されたリアクトルを複数個必要とするため、製造コストが高くなっていた。これに対して、本明細書のリアクトル１は、複数のコイル３０を備える複合型のリアクトル（複数のリアクトルが一体化されたリアクトル）である。このため、大電流が流れる装置においても１台で対応することができる、従来の構成と比較して、コンバータの製造工数を削減するとともに、コンバータの小型化を可能とし、コンバータの製造コストの低減にも資することができる。

（リアクトルの他の構成）図面を参照してリアクトルの他の構成について説明する。図６は、リアクトル１Ａの上面図である。リアクトル１Ａの外周コア１０Ａには、１行３列の穴１９ａ、１９ｂ、及び１９ｃが形成されている。各穴１９には、それぞれ、３つのコイル部材４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃが嵌合され、絶縁樹脂５０によってモールドされている。図７は、リアクトル１Ｂの上面図である。リアクトル１Ｂの外周コア１０Ｂには、２行２列の穴１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、及び１９ｄが形成されている。各穴１９には、それぞれ、４つのコイル部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、及び４０ｄが嵌合され、絶縁樹脂５０によってモールドされている。このように、本明細書のリアクトルには、用途や求められる性能に応じて任意の個数のコイル部材４０が搭載可能であり、外周コア１０に形成される穴１９の配置も自由に設計できる。

図８は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットしたリアクトル１Ｃの断面図である。リアクトル１Ｃでは、中芯コア２０Ｃの高さ（Ｚ軸）が、外周コア１０の高さ（Ｚ軸）と同じに形成されている。このような中芯コア２０Ｃを用いて形成されたコイル部材４０を、外周コア１０の穴１９に嵌合させた場合、図８に示すように、外周コア１０の上面１１及び下面１２からコイル３０が突出した構成となる。このようなリアクトル１Ｃにおいても、リアクトル１と同様の効果を奏することができる。

以下、実施例技術に関する留意点を述べる。図２（Ａ）の例では、外周コア１０の穴１９は、外周コア１０の上面１１と下面１２を貫通する貫通孔であるとしたが、穴１９は、貫通孔でなくてもよい。図２（Ｂ）の例では、中芯コア２０は１つの部材として形成されているが、中芯コア２０は、用途や求められる性能に応じて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかの方向に分割された複数のコアを組み合わせることで形成されてもよい。この場合、分割したコアとコアの間に非磁性体のギャップ板を挟んでもよく、コア間の固定には接着剤を用いてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…リアクトル
１０、１０Ａ、１０Ｂ…外周コア
１１…上面
１２…下面
１９、１９ａ、１９ｂ…穴
１９１、１９２…溝
２０、２０Ｃ…中芯コア
２１…上面
２２…下面
２３…左側面
２４…右側面
３０…コイル
４０、４０ａ…コイル部材
５０…絶縁樹脂

Claims (1)

1. 複数のコイルを備えるリアクトルであって、
   各前記コイルを貫通する複数の中芯コアと、
   各前記中芯コアが嵌合されている複数の穴が設けられている外周コアと、
   を備えているリアクトル。

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