JP2020064898A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の向上を図ったリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル１は、コイル３を巻回した中脚２１Ａと、中脚２１Ａの外側に配置される外脚２１Ｂと、中脚２１Ａの両端部及び外脚２１Ｂの両端部に配置されるヨーク部２２とを有するコア２を備える。中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂは、磁性粉末と樹脂とを含む複合樹脂材料からなる。リアクトル１では、コイル３をコア２から露出するための開口部を形成する。コイル３の全周がコア２の内部に収容される場合を開口率０％、コイル３の全周がコア２から露出される場合を開口率１００％として、開口部の開口率を６０％超とする。【選択図】図２

Description

本発明は、磁性粉末と樹脂からなるコアを備えたリアクトルに関する。

リアクトルは、ＯＡ機器、太陽光発電システム、ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車の駆動システム等をはじめ、種々の用途で使用されている。この種のリアクトルは、磁性材からなる環状コアと、この環状コアの外周を覆う樹脂部材と、樹脂部材を介して環状コアの外周の一部に巻回されたコイルとを備えている。

環状コアは、例えば、直線上に延びたコイルが巻回される一対の脚部と、この脚部の両端部に配置され、一対の脚部を繋ぐ一対のヨーク部とを有する。この一対の脚部と一対のヨーク部とを接合することで環状コアは形成される。外部電源から電力が供給されると、コイルに電流が流れて磁束が発生し、環状コア内に磁気回路が形成される。

特許第５４０８２７２号公報

従来のリアクトルにおいて、ポットコア、ＰＱコアあるいはＥコアなどでは、一部が樹脂製であることから、コアの内部にコイルの熱が籠りやすいという不具合がある。そこで従来から、放熱性を高めたリアクトルが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放熱性の向上を図ったリアクトルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のリアクトルは、コイルを巻回した中脚と、前記中脚の外側に配置される外脚と、前記中脚の両端部及び前記外脚の両端部に配置されるヨーク部とを有するコアを備え、前記中脚及び前記外脚は、磁性粉末と樹脂とを含む複合樹脂材料からなり、前記コイルを前記コアから露出するための開口部を形成し、前記コイルの全周が前記コアの内部に収容される場合を開口率０％、前記コイルの全周が前記コアから露出される場合を開口率１００％とするとき、前記開口部の開口率を６０％超としたことを特徴とする。

前記開口部の開口率を６７％以上としてもよい。前記ヨーク部は、前記複合磁性材料からなる第１の部材と、前記複合磁性材料の透磁率より大きい材料からなる第２の部材とから構成するようにしてもよい。前記ヨーク部と前記中脚並びに前記ヨーク部と前記外脚を、前記第１の部材の複合樹脂材料によって接合するようにしてもよい。前記第２の部材の透磁率は、前記第１の部材の透磁率より大きくてもよい。前記第２の部材は、少なくとも圧粉磁心、フェライト及び積層鋼板のいずれかを含むようにしてもよい。

前記中脚及び前記外脚はそれぞれ１脚であり、前記中脚は、断面形状が円形または楕円形であり、前記外脚は、前記中脚の直径よりも大きく、且つ前記コイルの外周部の直径以下の幅寸法としてもよい。前記ヨーク部は、前記中脚の直径部分と接する半円部分と、前記中脚の直径部分を短辺とした台形部分と、前記短辺と向かい合う長辺で前記台形部分に接する長方形部分とを組み合わせた略六角形状としてもよい。

前記ヨーク部は、前記中脚側の角部を略三角形に削った形状であってもよいし、前記中脚の外径から外側に張り出す張り出し部を有してもよい。また、前記ヨーク部は、前記外脚側の角部をＲ形状としてもよいし、前記コイルの端面に対向する部分の角部をＲ形状としてもよい。前記外脚は、面取り部を有していてもよい。さらに、前記コアは、複数の前記外脚が前記中脚を囲むようにして構成してもよいし、複数の前記外脚の両端部に配置されるヨーク部は、均等に放射状に広がるように構成してもよい。

本発明によれば、コアからコイルを露出するための開口部の開口率を６０％超とすることによって、コアの内部にコイルの熱が籠ることを抑えることができ、これにより放熱性の向上を図ったリアクトルを提供することができる。

第１の実施形態の斜視図。 第１の実施形態の分解斜視図。 第１の実施形態において樹脂部材を省いた側面断面図。 第１の実施形態の効果を説明するための側面図。 第２の実施形態の斜視図。 第２の実施形態の分解斜視図。 第２の実施形態において樹脂部材を省いた側面断面図。 第２の実施形態のヨーク部の形状を説明するための図。 第２の実施形態のヨーク部の形状を説明するための図。 第２の実施形態のヨーク部の形状を説明するための図。 第２の実施形態のヨーク部の形状を説明するための図。 第２の実施形態のヨーク部の形状を説明するための図。 第３の実施形態の斜視図。 第３の実施形態の分解斜視図。 第３の実施形態の変形例の要部斜視図。 第３の実施形態の変形例の要部分解斜視図。 第３の実施形態の変形例の要部斜視図。 第３の実施形態の変形例の要部分解斜視図。

［第１の実施形態］
（構成）
以下、図１〜図３を参照して本実施形態に係るリアクトル１について説明する。図１は第１の実施形態に係るリアクトル１の全体構成を示す斜視図、図２は第１の実施形態に係るリアクトル１の全体構成を示す分解斜視図である。なお、ここで説明する各構成要素の位置関係はリアクトル１が実機に搭載された際の位置関係を反映するものではない。

（構成の概要）
リアクトル１は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、電圧の昇降圧等に使用される。図１、図２に示すように、本実施形態のリアクトル１は、コア２、コイル３、樹脂部材４を備えている。コア２は、２本の脚部２１である中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂと、これら脚部２１の両端部に配置された一対のヨーク部２２とを有する。コア２は樹脂部材４に被覆されており、樹脂部材４によりコア２とコイル３と絶縁された状態で、コア２の中脚２１Ａと外脚２１Ｂに挟まれるようにして、コイル3が取り付けられている。

図２に示すように、２本の脚部２１は、中脚２１Ａと、中脚２１Ａの外側（図中では下側）に配置される外脚２１Ｂとが、それぞれ１脚で構成されている。中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂは、中心軸が互いに平行になるように、図２中の上下方向に対向して配置されている。図２に示すように、中脚２１Ａが上側に配置され、外脚２１Ｂが下側に配置されている。脚部２１は樹脂部材４によって覆われている。

中脚２１Ａは、これに限定するものではないが、断面が円形または楕円となる円柱状部材からなる。中脚２１Ａの断面形状が楕円の場合、この楕円の直径は、平行に配置された中脚２１Ａと外脚２１Ｂの配置方向に対して直交する径とする。すなわち、図２に示すように中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂが上下方向に対向して配置されている場合、中脚２１Ａの楕円の直径は、左右方向に延びる径とする。中脚２１Ａには、樹脂部材４を介してコイル３が巻回されている。リアクトル１においてコイル３が巻回された中脚２１Ａが磁束の発生部位となる。外脚２１Ｂは、中脚２１Ａの直径よりも大きく、且つコイル３の外周部の直径以下の幅寸法を有する部材からなる。

外脚２１Ｂは、中脚２１Ａと向かい合う端面（図２中の上面側）が図の下方側に凹む曲面になっており、反対側の面（図２中の下面側）が平坦面となっている。リアクトル１を横置きにした場合、外脚２１Ｂの平坦面側がリアクトル１の設置面となる。なお、リアクトル１を縦置きにした場合には、ヨーク部２２の外側に向く端面がリアクトル１の設置面となる。

図３は、第１の実施形態において樹脂部材４を省いた側面断面図である。図３に示すように、コイル3はコア２の中脚２１Ａに取り付けられているが、このとき、コア２の外脚２１Ｂからコイル３を露出するための開口部２３（点線にて図示）が形成される。開口部２３の開口率とは、コイル３の全周がコア２の内部に収容される場合を開口率０％、コイル３の全周がコア２から露出される場合を開口率１００％とするとき、本実施形態では、開口部２３の開口率が６０％超に設定されており、より望ましくは、開口部２３の開口率が６７％以上に設定されている。

（コアの脚部）
コア２において、脚部２１は、磁性粉末と樹脂とを含む複合磁性材料によって構成されたメタルコンポジットコア（ＭＣコア）である。ＭＣコアの外表面は、全て非摺動面となっている。ＭＣコアは、磁性粉末と樹脂とを含む複合磁性材料を所定形状の容器にいれ、樹脂を硬化させてコアとして成形する。換言すれば、圧粉磁心の成形のように加圧することは、ＭＣコアの成形において必須要件ではない。また、加圧する場合があっても、数ｔｏｎ〜数十ｔｏｎで絶縁被膜で覆った磁性粉末を押し固めて成形する圧粉磁心とは異なり、ＭＣコアの密度を向上させるために加圧するものであり、加圧する力も数ｋｇ〜数十ｋｇと低い圧力をかければ足りる。

このように、ＭＣコアは、加圧しない、又は、低い圧力で加圧するため、型とコアが擦れながら移動することでコア表面に形成される複数の線状の痕を有する摺動面が形成されない。したがって、ＭＣコアの外周面は、全て非摺動面となる。また、圧粉磁心は、磁性粉末を、数ｔｏｎ〜数十ｔｏｎで加圧するため、磁性粉末が変形するが、ＭＣコアは、加圧した場合でも、数ｋｇ〜数十ｋｇで加圧するので、磁性粉末は変形しない。

磁性粉末としては、軟磁性粉末が使用でき、特に、Ｆｅ粉末、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ−Ａｌ合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末（センダスト）、非晶質金属粉末（アモルファス粉末）又はこれら２種以上の粉末の混合粉などが使用できる。Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末としては、例えば、Ｆｅ−６．５％Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ−３．５％Ｓｉ合金粉末を使用できる。軟磁性粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は２０μｍ〜１５０μｍが好ましい。なお、本明細書において「平均粒子径」とは、特に断りがない限り、Ｄ５０、即ちメジアン径を指すものとする。

樹脂は、磁性粉末と混合され、磁性粉末を保持する。樹脂としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。紫外線硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系の樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミドやフッ素樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を使用することが好ましい。硬化剤を添加することにより硬化するエポキシ樹脂は、硬化剤の添加量などによってその粘度を調整できる。

樹脂は、磁性粉末に対して３〜５ｗｔ％含有されていることが好ましい。樹脂の含有量が３ｗｔ％より少ないと、磁性粉末の接合力が不足し、コアの機械的強度が低下する。また、樹脂の含有量が５ｗｔ％より多いと、磁性粉末を隙間なく保持することができなくなるなど、コアの密度が低下し、透磁率が低下する。

（コアのヨーク部）
図１、図２に示すように、ヨーク部２２は、脚部２１の両端部に配置されている。ヨーク部２２は、脚部２１で発生した磁束を捕捉し通過させる。ヨーク部２２は、その上下方向が脚部２１の長手方向に対して直交するように配置されている。ヨーク部２２の外側に向く端面は樹脂部材４で覆われることなく露出しているが、ヨーク部２２の外周面は樹脂部材４で覆われている。

図２に示すように、ヨーク部２２は、２種類の部材からなる。即ち、第１の部材２２ａと第２の部材２２ｂを有する。第１の部材２２ａ及び第２の部材２２ｂのコイル３の巻軸方向と直交する端面の形状は、概略同一形状となっている。この概略同一形状の第１の部材２２ａの端面と第２の部材２２ｂの端面とが接合されて、ヨーク部２２は構成される。

第１の部材２２ａは、脚部２１が配置される側に設けられ、脚部２１と一体に成形されている。第１の部材２２ａは、脚部２１を構成する複合磁性材料からなる。つまり、本実施形態のコア２は、脚部２１とヨーク部２２の一部が一体に成形されたブロック状のコアである。このように、ヨーク部２２を構成する第１の部材２２ａが、一対の脚部２１即ち中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂを繋いでいる。第２の部材２２ｂは、複合磁性材料とは異なる材料からなる。第２の部材２２ｂとしては、圧粉磁心、フェライト、積層鋼板を用いることができる。本実施形態では、第２の部材２２ｂは、圧粉磁心およびフェライトを用いている。

第１の部材２２ａと第２の部材２２ｂは、第１の部材２２ａの複合磁性材料の樹脂により接合している。即ち、粘土状の複合磁性材料の樹脂が硬化したことで第１の部材２２ａと第２の部材２２ｂが接合している。換言すれば、第１の部材２２ａと第２の部材２２ｂは、接着剤等を用いることなく接合している。第１の部材２２ａと第２の部材２２ｂは、継ぎ目無く一続きに接合されている。第２の部材２２ｂには、第１の部材２２ａを構成する複合磁性材料の樹脂が浸透している。

第２の部材２２ｂの第１の部材と接合する反対側の端面は、平坦であることが好ましい。本実施形態では、第２の部材２２ｂは、ブロック状のコアである。第２の部材２２ｂは、複合磁性材料を押圧する押圧部材となる。したがって、第２の部材２２ｂの第１の部材２２ａと接合する反対側の端面を平坦にすることで、複合磁性材料を均等な力で押圧することができるからである。

また、第２の部材２２ｂの第１の部材２２ａと接合する端面には、複数の細かい凹凸がある。この凹凸は、例えば、数十ミクロン程度の大きさである。この凹凸は、圧粉磁心、フェライトなどの成形体をプレス成形する際に、磁性粉末等の粉末によって形成される凹凸であってもよいし、成型後にやすり、サンドブラストなどにより成形体の表面を粗くすることで形成させた凹凸であってもよい。また、積層鋼板の場合には、積層による段差によって形成される凹凸であってもよいし、積層後の成形体の表面に形成させた凹凸であってもよい。この凹凸の凹部に複合磁性材料の樹脂が入り込んでいる。

第２の部材２２ｂの透磁率は、第１の部材及２２ａ及び脚部２１の透磁率よりも大きいものを用いる方が好ましい。第２の部材２２ｂの透磁率を第１の部材及２２ａ及び脚部２１の透磁率よりも大きくすることにより、コイル３が巻回された脚部２１によって発生した磁束をより多く捕捉することができる。

ヨーク部２２は、中脚２１Ａの直径部分と接する半円部分と、中脚２１Ａの直径部分を短辺とした台形部分と、前記短辺と向かい合う長辺で前記台形部分に接する長方形部分とを組み合わせた略六角形状の部材から成る。ヨーク部２２の上側の半円部分の直径は中脚２１Ａの直径と同一である。ヨーク部２２は、コイル３の巻軸方向と直交する脚部２１の端面で接合させている。前述したように、コア２ではヨーク部２２（の第１の部材２２ａ）と中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂとは繋がれるが、このとき、ヨーク部２２の半円部と中脚２１Ａの円周部とは一致し、ヨーク部２２の長方形部分と外脚２１Ｂの断面とは一致するようになっている。

（コイル）
図１、図２に示すように、コイル３は２つ有している。コイル３は、エナメルなどの絶縁被覆した２本の導電性部材により構成される。導電性部材としては、銅線やアルミニウム線を用いることができる。本実施形態では、銅線を用いている。コイル３は、銅線が巻回された両端部が開口した円筒形状を有する。コイル３の両端部からは、引出線が引き出されている。２つのコイル３は同軸状に配置されている。コイル３の内周面は、樹脂部材４によって覆われている。即ち、コイル３は、樹脂部材４を介して脚部２１の中脚２１Ａに巻回されている。

なお、本実施形態では、コイル３は円筒形状であったが、コイル３の形状はこれに限定されるものではなく、矩形状であってもよい。また、コイル３の数は２つに限られず、１つでもよいし、３つ以上有していてもよい。

（樹脂部材）
樹脂部材４は、コア２とコイル３を絶縁する。樹脂部材４を構成する樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。

図２に示すように、樹脂部材４は、２分割されている。２分割された樹脂部材４は、概略Ｕ字型形状を有する。樹脂部材４は、コイル３を装着する一対の直線部４１と、この一対の直線部４１を繋ぐ連結部４２を有する。樹脂部材４は、互いの直線部４１の端部を接着剤等で接合することにより２分割された樹脂部材４が一体に形成される。

直線部４１は、円筒形状を有する。直線部４１の内周面には、脚部２１が配置される。また、直線部４１の外周面には、コイル３が巻回されている。連結部４２は、直線部４１を繋ぐ端面には、直線部２１の内周と概略同一径の２つの開口を有する。また、連結部４２は、直線部４１を繋ぐ端面と反対側の端面が開口している。この開口から成形されたヨーク部２２が挿入される。つまり、この開口の大きさは、ヨーク部２２と概略同一の大きさとなっている。

（作用と効果）
第１の実施形態の作用及び効果は次の通りである。
（１）第１の実施形態に係るリアクトル１は、コイル３を巻回した中脚２１Ａと、中脚２１Ａの外側に配置される外脚２１Ｂと、中脚２１Ａの両端部及び外脚２１Ｂの両端部に配置されるヨーク部２２とを有し、磁性粉末と樹脂とを含む複合樹脂材料からなるコア２を備え、コイル３をコア２から露出するための開口部２３を形成した。コイル３の全周がコア２の内部に収容される場合を開口率０％、コイル３の全周がコア２から露出される場合を開口率１００％とするとき、開口部２３の開口率を６７％とした。第１の実施形態では、コア２が磁性粉末と樹脂を含む複合樹脂材料からなるので、開口部２３の開口率を大きくするコア２の形状を容易に作成できる。

このような第１の実施形態によれば、コア２の開口部２３の開口率を６７％としたことで、コア２にコイル3を取り付けたとき、コア２から露出するコイル３の面積が大きくなる。そのため、コア２の内部にコイル３の熱が籠り難く、熱が空気中に放散され易い。従って、リアクトル１は、良好な放熱性を発揮することができる。ここで、本実施形態を適用した実施例１と、比較例１〜比較例３におけるコイル３の温度を比べてみる。

表１に示すように、比較例１〜３及び実施例１の各コアの材質は、以下の通りである。脚部は全てＭＣコア（Ｆｅ−Ｓｉ合金）であり、ヨーク部は比較例１、２がダストコア（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、比較例３及び実施例１がフェライト（Ｍｎ−Ｚｎ系）である。つまり、比較例３及び実施例１のコア２は、コア２の種類及び材質が同一である。比較例１、比較例２、比較例３及び実施例１のコア２の開口部２３の開口率は、それぞれ５０％、６０％、６０％、６７％とする。
（表１）

例えば、通電条件を電流２７Ａ、周波数２０ｋＨｚとし、冷却条件を強制冷却無しである自然冷却として、比較例１〜３及び実施例１のコイル３の熱を測定した。この場合、比較例１〜比較例３のコイル３の温度はそれぞれ、８５．９℃、７６．９℃、６８．７℃であった。これに対し、第１の実施形態を適用した実施例１では、コイル３の温度が５８．９℃であった。即ち、コア２の種類及び材質が同一である比較例３及び実施例１において、コア２の開口部２３の開口率だけが異なるとき、開口部２３の開口率を６７％に高めた実施例１では、比較例３と比べて、コイル３の温度を９．８℃低下させることができた。

（２）第１の実施形態では、ヨーク部２２の第１の部材２２ａを脚部２１と一体に成形しており、第１の部材２２ａの複合樹脂材料及び中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂの複合樹脂材料が、ヨーク部２２と脚部２１とを繋ぐ接着剤となっている。即ち、脚部２１とヨーク部２２は、複合磁性材料によって接合されている。換言すれば、複合磁性材料が接着剤等の代わりとなっており、脚部２１とヨーク部２２の接合に接着剤等を用いる必要がない。よって、脚部２１とヨーク部２２を接着剤等で接合する工程を削減できるとともに、接着剤等を使用しない分、コスト削減を図ることができる。

（３）第１の実施形態のヨーク部２２は、脚部２１を構成する複合磁性材料からなる第１の部材２２ａと、複合磁性材料の透磁率より大きい材料、例えば圧粉磁心からなる第２の部材２２ｂとからなる。つまり、ヨーク部２２では、第２の部材２２ｂは、脚部２１及び第１の部材２２ａより透磁率が大きいので、第２の部材２２ｂは、第１の部材２２ａより磁束が流れやすくなり、磁束が、第２の部材２２ｂにより多く流れる。従って、コイル３が配置される側に設けられる第１の部材２２ａに流れる磁束を低減できる。そのため、磁束が、第１の部材２２ａにおいて飽和することを抑制する。その結果、第１の部材２２ａから生じる漏れ磁束を抑制でき、コイル３に発生する交流損失を低減することができる。これにより、開口率の高い開口部２３による放熱と合わせて、コイル３の発熱を抑えることができる。

（４）コア２を全てブロック状のコアで構成した場合、インダクタンス特性は良好だが、ギャップが大きくなり、損失が悪化するおそれがある。一方、コア２を全てＭＣコアで構成すると、ギャップは小さくなるが、コアの透磁率が低くなり、インダクタンス特性が劣化する可能性がある。

これに対して、第１の実施形態に係るコア２では、脚部２１が複合磁性材料からなるＭＣコアであり、且つ、ヨーク部２２に圧粉磁心である第２の部材２２ｂを含むブロック状のコアである。従って、ギャップレスを実現できると同時に、良好なインダクタンス特性を得ることができる。

（５）第１の実施形態では、コア２が中脚２１Ａ及び外脚２１Ｂをそれぞれ１脚有しており、中脚２１Ａは断面形状が円形または楕円であり、外脚２１Ｂは中脚２１Ａの直径よりも大きく、且つコイル３の外周部の直径以下の幅寸法としている。このようなコア２では、外脚２１Ｂの幅寸法を中脚２１Ａの直径よりも大きくしたことで、ヨーク部の断面積を確保しつつ、外脚２１Ｂの厚み寸法（幅寸法と直交する上下方向の寸法）を抑えることができる。

これにより、外脚２１Ｂの厚み寸法におけるコア２の小型化に寄与することができる。しかも、コア２では、外脚２１Ｂの幅寸法をコイル３の外周部の直径以下としているので、コイル３の投影面積（コイル３を真上から見た状態の時の面積）の中にコア２を収めることができ、コア２の大型化を防ぐことが可能である。また、外脚２１Ｂは中脚２１Ａの直径よりも大きく、且つコイル３の外周部の直径以下の幅寸法としたことで、外脚２１Ｂを設置面に配置する場合に、設置面積を確保することができる。

（６）第１の実施形態において、略六角形状であるヨーク部２２は、中脚２１Ａの直径部分から外側に向かって広げて、外脚２１Ｂとヨーク部２２の底面部（横長の長方形の下側の長辺部を含む部分）とを一致させている。このため、コア２のコンパクト化を維持しつつ、ヨーク部２２の断面積を十分に確保することが可能となり、優れたインダクタンス特性を得ることができる。

即ち、本実施形態では、図４に示すように、コイル３がコア２から左右方向に突出した場合のコア２の左右両側のデッドスペース５（点線で囲まれた部分）を有効活用して、コア２を成形することができる。これにより、コア２の小型化とインダクタンス値の向上を両立させることが可能である。

また、略六角形状であるヨーク部２２において、中脚２１Ａの直径寄りで外形が台形状となっている角部付近は、磁束の通り難い部分である。そのため、ヨーク部２２が長方形だったとして、この「外形が台形状である角部付近」を切り欠いたとしても、インダクタンス値に影響を与えることは少ない。従って、本実施形態では、ヨーク部２２を略六角形状として断面積を削減しても、インダクタンス値が低減する心配がない。その結果、ヨーク部２２の削減による軽量化というメリットを獲得しつつ、優れたインダクタンス特性を確保することができる。

［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態に係るリアクトル１０について図５〜図１２を参照しつつ説明する。図５は、第２の実施形態に係るリアクトル１０の全体構成を示す斜視図、図６は同分解斜視図である。図５、図６に示すように、第２実施形態のコア２も、第１の実施形態と同じく、脚部２１が複合磁性材料からなるＭＣコアであり、ヨーク部２４にフェライトコアである第２の部材２２ｂを含むブロック状のコアである。

第２の実施形態に係るヨーク部２４は、ヨーク部２２と同様、脚部２１の両端部に配置されるが、その断面形状に特徴がある。上記の第１の実施形態では、略六角形状のヨーク部２２を採用したが、第２の実施形態のヨーク部２４では、略六角形状を上下方向に細く伸ばし、直線的な部分を削った形状となっている。

ヨーク部２４の形状を説明する前に、脚部２１について説明する。図６に示すように、第１の実施形態と同様、中脚２１Ａに関しては、断面が円形となる円柱状部材からなる。外脚２１Ｂは、中脚２１Ａと向かい合う端面（図６中の上面側）が図の下方側に凹む曲面になっており、反対側の面（図６中の下面側）が平坦面となっている。リアクトル１０を横置きにした場合、外脚２１Ｂの平坦面側がリアクトル１の設置面となる。

図７に示すように、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同じく、コア２にコイル3を取り付けるとき、リアクトル１０には、コア２からコイル３を露出するための開口部２３（点線にて図示）が形成される。第２の実施形態でも、開口部２３の開口率は６７％に設定されている。

続いて、ヨーク部２４の形状について、図８〜図１２を用いて詳しく説明する。図８に示すように、ヨーク部２４は、中脚２１Ａ側（図８では上側）の角部を略三角形に削った形状である。ヨーク部２４において、ヨーク部２４の幅寸法を４６．０ｍｍ、高さ寸法を４１．７ｍｍとするとき、幅寸法Ａを１０ｍｍとし、高さ寸法Ｂを３０ｍｍとして、Ａ×Ｂで囲まれた三角形（点線で囲まれた部分）の面積を削るようになっている。幅寸法Ａはヨーク部２４の幅寸法に対して１０／４６＝２１．７％の比率であり、高さ寸法Ｂはヨーク部２４の高さ寸法に対して３０／４１．７＝７１．９.％の比率である。

また、図９に示すように、ヨーク部２４は、中脚２１Ａの外径から外側に張り出す張り出し部２４ａを有している。張り出し部２４ａの張り出し部分の長さは、中脚２１Ａの外径の半径を２８ｍｍとするとき、３〜５ｍｍの範囲で外側に張り出されている。中脚２１Ａの外径の半径に対する張り出し部２４ａの長さの比率としては、３／２８×１００＝１０．７％から、５／２８×１００＝１７．６％までの範囲になっている。

さらに、図１０に示すように、ヨーク部２４は、外脚２１Ｂ側の角部をＲ形状としている。外脚２１Ｂ側の角部でのヨーク部２４のＲ形状部分は面取り部２４ｂからなる。面取り部２４ｂでは、Ｒ＝７（ｍｍ）以下とする。面取り部２４ｂは第２の部材２２ｂを構成するフェライトを面取りして設けられている。また、ヨーク部２４の底面部（図中の下面部）と外脚２１Ｂの形状とは一致するようになっている。そのため、ヨーク部２４の面取り部２４ｂのＲ形状にあわせて、外脚２１Ｂの角部もＲ形状としている（図６及び図７参照）。

また、図１１及び図１２に示すように、ヨーク部２４は、コイル３の端面に対向する部分の角部もＲ形状としている。コイル３の端面に対向する部分の角部でのヨーク部２４のＲ形状部分は、面取り部２４ｃからなる。面取り部２４ｃでは、Ｒ＝６（ｍｍ）以下としている。面取り部２４ｃも、面取り部２４ｂと同様、第２の部材２２ｂを構成するフェライトを面取りして設けられている。

（作用と効果）
第２の実施形態は、第１の実施形態と同じく、コア２の開口部２３の開口率を６７％としたことで、コア２にコイル3を取り付けたとき、コア２から露出するコイル３の面積が大きくなる。そのため、コア２の内部にコイル３の熱が籠り難く、熱が空気中に放散され易い。従って、リアクトル１０は、良好な放熱性を発揮することができる。このような作用及び効果に加えて、第２の実施形態は、ヨーク部２４の形状から導かれる作用及び効果を持つ。

（１）ヨーク部２４において、中脚２１Ａ側の角部を削る場合、出願人は、幅寸法Ａと高さ寸法Ｂを同じ数値にして、リアクトルのインダクタンス低減率を調べてみた。まず、幅寸法Ａと高さ寸法Ｂを５ｍｍとして、続いて１０〜１７ｍｍまでを１ｍｍ刻みで変えて、インダクタンス低減率（％）を調べた（表２参照）。
（表２）

その結果、インダクタンス低減率（％）は、５ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍでは１％となり、１３ｍｍ以降は２％以上に増えた。これに対して、１０ｍｍでは０％となり、インダクタンス値は低減しなかった。幅寸法Ａの削減量を多くすると、高さ寸法Ｂよりも少ない削減量で中脚２１Ａの断面積を小さくする必要がある。そのため、相対的に寸法削減量が多い高さ寸法Bを削減することとする。

そこで、出願人は、幅寸法Ａをインダクタンスへの影響が無い１０ｍｍで固定し、高さ寸法Ｂだけを変えてインダクタンス低減率を調べた。その結果を表３に示す。表３に明らかなように、高さ寸法Ｂは３０ｍｍまで削減しても、インダクタンス低減率は１％に留まり、インダクタンス特性への影響は少なかった。なお、ヨーク部２４の高さ寸法が４１．７ｍｍであるとき、高さ寸法Ｂを３０ｍｍ以上にすると、外脚２１Ａの幅寸法が確保し難しくなると考えられる。
（表３）

以上のことから、第２の実施形態に係るリアクトル１０では、ヨーク部２４において削る略三角形の寸法のうち、幅寸法Ａを１０ｍｍ削り、高さ寸法Ｂを３０ｍｍ削ることで、インダクタンス低減率を少なくすることができる。これにより、インダクタンス特性への影響を抑えることが可能となった。また、ヨーク部２４の一部を削ることでコア２の体積を削減することができ、リアクトル１１の軽量化が実現した。

（２）第２の実施形態では、ヨーク部２４にて、コア２の外径に対して中脚２１Ａの外径から張り出す張り出し部２４ａを設けたが、この張り出し部２４ａの張り出し部分の長さを変えた場合のインダクタンス低減率の変動は次の通りである（表４参照）。即ち、コア２の外径の半径を２８ｍｍとして、張り出し部２４ａの長さを１ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍとしたとき、インダクタンス低減率はそれぞれ、１１％、８％、４％である。
（表４）

また、張り出し部２４ａの長さを３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとしたとき、インダクタンス低減率はそれぞれ、１％、１％、２％、１％である。つまり、張り出し部２４ａの長さを３ｍｍ〜５ｍｍとした場合には、インダクタンス低減率を２％以下に抑えることができる。従って、第２の実施形態では、ヨーク部２４を削ったとしても、張り出し部２４ａを設けたことで、インダクタンス特性への影響を抑えることができる。

（３）第２の実施形態では、ヨーク部２４の外脚２１Ｂ側の角部だけではなく、外脚２１Ｂ側の角部も削り、Ｒ形状を持つ面取り部２４ｂを形成させている。ヨーク部２４において外脚２１Ｂ側の角部を削減すると、これに対応して外脚２１Ｂ自体も削減しなくてはならないので、インダクタンス値への影響は大きくなる。しかし、第２の実施形態では、面取り部２４ｂのＲを７ｍｍ以下に規定したことで、インダクタンスの低減率を抑えることができる。
（表５）

面取り部２４ｂのＲを変えた場合のインダクタンス低減率の変動は上記の表５の通りである。即ち、面取り部２４ｂのＲが２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍであるとき、インダクタンス低減率はそれぞれ２．９％、２．５％、２．５％、１．９％である。一方、Ｒが７ｍｍを超えて、８ｍｍ、１０ｍｍになるとインダクタンス低減率は３．４％になり、Ｒが１５ｍｍになるとインダクタンス低減率は３．８％に達した。

インダクタンス低減率は３％以内であれば、インダクタンス特性を十分満足できるとされている。そこで、第２の実施形態では、ヨーク部２４の外脚２１Ｂ側の角部のＲ＝７ｍｍ以下としたことで、インダクタンスの低減率を３％以内に抑えることができる。これにより、第２の実施形態においては、良好なインダクタンス特性を維持しつつ、コア２の削減による軽量化を実現している。

（４）さらに、第２の実施形態のヨーク部２４では、コイル３の端面に対向する部分の角部において、Ｒ形状を持つ面取り部２４ｃを設けている。そのため、コイル３はコア２から露出されるので、開口部２３の開口率を確保することができる。ヨーク部２４の面取り部２４ｃのＲの大きさによるインダクタンス低減率の変動は次の表６の通りである。
（表６）

面取り部２４ｃのＲ＝６ｍｍであるとき、インダクタンス低減率は１．３％と最も低く、Ｒ＝１、２、３、４、５ｍｍであれば、インダクタンス低減率はそれぞれ１．７％、２．１％、２．１％、１．７％、２．１％であった。一方、Ｒ＝７ｍｍになるとインダクタンス低減率は３．５％となり、Ｒ＝１０ｍｍになると５．０％になった。

前述したようにインダクタンスの低減率は３％以内のインダクタンス値の変化であれば、インダクタンス特性を十分満足できるので、第２の実施形態では、面取り部２４ｃのＲ＝６ｍｍ以下としたことにより、インダクタンスの低減率を３％以内に抑えて、インダクタンス特性の維持と、コア２の削減を両立させることができる。

［第３の実施形態］
（構成）
第３の実施形態に係るリアクトル１１について図１３、図１４を参照しつつ説明する。図１３は、第３の実施形態に係るリアクトル１１の全体構成を示す斜視図、図１４は、同分解斜視図である。図１３、図１４に示すように、第３の実施形態のコア２も、第１の実施形態と同じく、脚部２１が複合磁性材料からなるＭＣコアであり、ヨーク部２５にフェライトコアである第２の部材２２ｂを含むブロック状のコアである。

図１４に示すように、第３の実施形態は、円筒形状の中脚２１Ａを中心とし、４本の外脚２１Ｃが中脚２１Ａを囲むようにして構成されたＸ字状のコア２を備えている。外脚２１Ｃは、４本とも同一形状であり、均一の間隔を保って配置されている。Ｘ字状のコア２では、中脚２１Ａと４本の外脚２１Ｃをつなぐヨーク部２５に磁束が集中して流れるため、削減した部分には磁束が流れにくく、削減しても特性に大きな影響が無い。すなわち、コア２は、磁束が流れにくい部分を削減した結果、Ｘ字状になっている。

外脚２１Ｃは、中脚２１Ａと向かい合う面が凹んだ曲面になっており、他の面が互いに直交する平坦面となっている。リアクトル１１を横置きにした場合、外脚２１Ｃの平坦面側がリアクトル１１の設置面となる。ただし、図１３ではリアクトル１１を縦置きにした場合を示しており、この時は、ヨーク部２５の外側に向く端面がリアクトル１１の設置面となっている。

第３の実施形態に係るヨーク部２５は、ヨーク部２２、２４と同様、脚部２１の両端部に配置されるが、ヨーク部２５は、Ｘ字状のコア部材からなる。Ｘ字状のヨーク部２５において、交差する辺部は互いに直交して形成されている。また、Ｘ字状のヨーク部２５における各辺部の先端部に外脚２１Ｃが配置されている。そのため、外脚２１Ｃの平坦面が直交していることに対応して、ヨーク部２５の各辺部の先端部は直角に形成されている。

図１３に示すように、コア２にコイル3を取り付けるとき、リアクトル１１には、コア２からコイル３を露出するための開口部２６が形成される。開口部２６は４本の外脚２１Ｃの間に配置されている。つまり、開口部２６は４か所設けられており、その開口率は４か所合わせて合計、６７％に設定されている。開口部２６は、図１３の上方から見て、コイル３の中心寄りに直角の角部が設けられており、この角部から扇状に広がるように形成されている。

（作用と効果）
（１）第３の実施形態では、Ｘ字状のコア２としたことで、開口率を上げることができる。第３の実施形態では、６７％となる開口部２６を設けたことで、放熱性が向上する。例えば、第３の実施形態を適用した実施例２として、ＭＣコア（Ｆｅ−Ｓｉ合金）である脚部２１と、フェライト（Ｍｎ−Ｚｎ系）のヨーク部２２とからコア２を作製して、実施例２のコイル３の熱を測定した。通電条件は電流２７Ａ、周波数２０ｋＨｚとして、冷却条件は自然冷却とした（表７参照）。
（表７）

その結果、コイル３の温度は５７．８℃であり、第１の実施形態を適用した実施例１のコイルの温度よりもさらに１.１℃低い温度であった。これは、第３の実施形態では、開口部２５を４か所に分けて設けたことにより、コイル３の全周にわたってまんべんなく放熱性を発揮することができたためと考えられる。このような第３の実施形態によれば、より高い放熱効果を獲得することが可能である。

（２）第３の実施形態では、外脚２１Ｃの平坦面が直角となっているため、リアクトル１１を横置きにした場合に安定度が高い。

（変形例）
第３の実施形態に係るコア２の変形例としては、次のようなものがある。例えば、図１５、図１６に示すＸ字状のヨーク部２７では交差する辺部の先端部が尖って設けられている。そのため、図１３に示した開口部２６ではコイル３の中心寄りに直角の角部を形成していたが、図１５、図１６に示す開口部２８ではコイル３の中心寄りに鋭角の角部を形成することになる。

また、図１７、図１８に示すＸ字状のヨーク部２９では、中心部分に中脚２１Ａに対応した形状の円形部があり、そこから辺部が四方に延びて設けられている。図１８に示すように、ヨーク部２９の各辺部の先端部は、略台形状になっている。そのため、ヨーク部２９の外形と一致される４本の外脚２１Ｄはいずれも、断面が略六角形状となっている。図１５、図１６に示した開口部２８ではコイル３の中心寄りに鋭角の角部を形成していたが、それとは反対に、図１７、図１８に示す開口部３０ではコイル３の中心寄りに鈍角の角部を形成することになる。

以上のような第３の実施形態の変形例では、開口部２８、３０のコイル３の中心寄りの角部を変更することで、所望の開口率を持たせることができる。従って、ユーザーのニーズに合わせて、インダクタンス特性を確保しつつ、優れた放熱性を得ることが可能である。

［他の実施形態］
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。その他の様々な形態で実施されることが可能であって、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。

例えば、コイル３をコア２から露出するための開口部の開口率は、６０％超であれば適宜選択可能である。開口率の上限値は、要求されるインダクタンス特性を満たす外脚の断面積などによって決めるようにしてもよい。また、第１の実施形態の略六角形状のヨーク部２２では、角部が直線状であったが、第２の実施形態のヨーク部２４と同じく、中脚２１Ａの外径から外側に張り出す張り出し部を有するようにしてもよいし、外脚２１Ｂ側の角部をＲ形状としてもよい。さらには、略六角形状のヨーク部２２において、コイル３の端面に対向する部分の角部をＲ形状としてもよい。また、第３の実施形態では、４本の外脚を設けたが、外脚の本数は適宜変更可能である。

本発明に係る実施形態では、ヨーク部２２の一部に圧粉磁心を用いたが、これに限定されず、フェライトや積層鋼板を用いるようにしてもよい。また、上記の実施形態では、コイル３の巻軸方向と直交する脚部２１の端面でヨーク部２２を接合させているが、これに限定されず、複合磁性材料の樹脂によってコア２を接合できるのであれば種々の形態において適用できる。

例えば、ブロック状に成型された２つの脚部２１の長手方向が平行になるよう配置し、その脚部２１の間に複合磁性材料で構成された一対のヨーク部２２を設けてもよい。具体的には、脚部２１の両端はコイル３が巻回されていない部分を有し、このコイル３が巻回されていない脚部２１の間にヨーク部２２が設けられ、複合磁性材料の樹脂により脚部２１とヨーク部２２が接合されていてもよい。

１、１０、１１…リアクトル
２…コア
２１…脚部
２１Ａ…中脚
２１Ｂ〜２１Ｄ…外脚
２２…ヨーク部（略六角形状）
２２ａ…第１の部材
２２ｂ…第２の部材
２３、２６、２８、３０…開口部
２４…ヨーク部
２４ａ…張り出し部
２４ｂ、２４ｃ…面取り部
２５、２７、２９…ヨーク部（Ｘ字状）
３…コイル
４…樹脂部材
４１…直線部
４２…連結部
５…デッドスペース

Claims (15)

1. コイルを巻回した中脚と、前記中脚の外側に配置される外脚と、前記中脚の両端部及び前記外脚の両端部に配置されるヨーク部とを有するコアを備え、
   前記中脚及び前記外脚は、磁性粉末と樹脂とを含む複合樹脂材料からなり、
   前記コイルを前記コアから露出するための開口部を形成し、前記コイルの全周が前記コアの内部に収容される場合を開口率０％、前記コイルの全周が前記コアから露出される場合を開口率１００％とするとき、前記開口部の開口率を６０％超としたことを特徴とするリアクトル。
2. 前記開口部の開口率を６７％以上としたことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記ヨーク部は、前記複合磁性材料からなる第１の部材と、前記複合磁性材料の透磁率より大きい材料からなる第２の部材とから構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。
4. 前記ヨーク部と前記中脚並びに前記ヨーク部と前記外脚を、前記第１の部材の複合樹脂材料によって接合したことを特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
5. 前記第２の部材の透磁率は、前記第１の部材の透磁率より大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載のリアクトル。
6. 前記第２の部材は、少なくとも圧粉磁心、フェライト及び積層鋼板を含むことを特徴とする請求項５に記載のリアクトル。
7. 前記中脚及び前記外脚は、それぞれ１脚であり、
   前記中脚は、断面形状が円形または楕円であり、
   前記外脚は、前記中脚の直径よりも大きく、且つ前記コイルの外周部の直径以下の幅寸法であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のリアクトル。
8. 前記ヨーク部は、前記中脚の直径部分と接する半円部分と、前記中脚の直径部分を短辺とした台形部分と、前記短辺と向かい合う長辺で前記台形部分に接する長方形部分とを組み合わせた略六角形状であることを特徴とする請求項７に記載のリアクトル。
9. 前記ヨーク部は、前記中脚側の角部を略三角形に削った形状であることを特徴とする請求項７又は８に記載のリアクトル。
10. 前記ヨーク部は、前記中脚の外径から外側に張り出す張り出し部を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のリアクトル。
11. 前記ヨーク部は、前記外脚側の角部をＲ形状としたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のリアクトル。
12. 前記ヨーク部は、前記コイルの端面に対向する部分の角部をＲ形状としたことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のリアクトル。
13. 前記外脚は、面取り部を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のリアクトル。
14. 前記コアは、複数の前記外脚が前記中脚を囲むようにして構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のリアクトル。
15. 複数の前記外脚の両端部に配置されるヨーク部は、均等に放射状に広がるように構成したことを特徴とする請求項１４に記載のリアクトル。

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