JP2022144625A - リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら放熱性に優れるリアクトル及び電力変換装置を提供する。【解決手段】リアクトル１は、第一巻回部２１を有するコイル２と磁性コア３とを備える。磁性コア３は、ミドルコア部３０と、第一エンドコア部３１と、第二エンドコア部３２と、第一サイドコア部３３と、第二サイドコア部３４とを備え、コイル２と磁性コア３とを一体化する樹脂モールド部５を備える。磁性コア３は、第一エンドコア部３１を含む第一分割コア３Ａと、ミドルコア部３０の少なくとも一部を含む第二分割コア３Ｂとを備える。第一分割コア３Ａは、第一巻回部２１の内部空間に向く第一端面３ａと、第一エンドコア部３１の外方面から第一端面３ａに向かって貫通する貫通孔４とを備える。第二分割コア３Ｂは、第一端面３ａと隙間を空けて向き合う第二端面３ｂを備える。樹脂モールド部５の一部は、貫通孔４と隙間３ｇとに配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置に関する。

ハイブリッド自動車などに備わるコンバータの構成部品にリアクトルがある。例えば、特許文献１に記載されるリアクトルは、コイルと磁性コアとを組み合わせた組合体と、組合体の少なくとも一部を覆う樹脂モールド部とを備える。コイルは、巻線を巻回してなる巻回部を備える。このリアクトルでは、樹脂モールド部の一部が、巻回部の内部に配置される分割コア間の隙間に配置され、樹脂ギャップ部を構成している。

例えば、特許文献２の図５から図８には、巻回部の数が一つであるリアクトルが開示されている。このリアクトルの磁性コアは概略『８』の字形状となっている。この磁性コアは、巻回部の内部に配置されるミドルコア部と、巻回部の外周面の外側に配置される二つのサイドコア部と、巻回部の端面に配置される二つのエンドコア部とに区分される。

特開２０１７－１３５３３４号公報 特開２０１６－２０１５０９号公報

ハイブリッド自動車などの電動車両の発達に伴い、生産性に優れる簡易な構成を有するリアクトルが求められている。また、リアクトルに通電される電流が大きくなる傾向にあるため、簡易な構成でありながら放熱性に優れるリアクトルが求められている。

本開示は、簡易な構成でありながら放熱性に優れるリアクトルを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、簡易な構成でありながら放熱性に優れるリアクトルを備えるコンバータ、及び電力変換装置を提供することを目的の一つとする。

本開示のリアクトルは、第一巻回部を有するコイルと磁性コアとを備え、前記磁性コアは、前記第一巻回部の内部に配置されるミドルコア部と、前記第一巻回部の第一の端面に臨む第一エンドコア部と、前記第一巻回部の第二の端面に臨む第二エンドコア部と、前記第一巻回部の第一の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第一サイドコア部と、前記第一巻回部の第二の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第二サイドコア部とを備えるリアクトルであって、前記コイルと前記磁性コアとを一体化する樹脂モールド部を備える。前記磁性コアは、前記第一エンドコア部を含む第一分割コアと、前記ミドルコア部の少なくとも一部を含む第二分割コアとを備える。前記第一分割コアは、前記第一巻回部の内部空間に向く第一端面と、前記第一エンドコア部の外方面から前記第一端面に向かって貫通する貫通孔とを備える。前記第二分割コアは、前記第一端面と隙間を空けて向き合う第二端面を備える。前記樹脂モールド部の一部は、前記貫通孔と前記隙間とに配置されている。

本開示のコンバーターは、本開示のリアクトルを備える。

本開示の電力変換装置は、本開示のコンバーターを備える。

本開示のリアクトルは、簡易な構成でありながら放熱性に優れる。また、本開示のコンバーター及び電力変換装置では、通電に伴う発熱によってその性能が低下し難い。

図１は、実施形態１に係るリアクトルの概略斜視図である。 図２は、実施形態１に係るリアクトルの概略上面図である。 図３は、図１のリアクトルに備わる磁性コアの概略正面図である。 図４は、実施形態２に係るリアクトルに備わる磁性コアの第二端面の近傍を示す部分拡大斜視図である。 図５は、実施形態２に係るリアクトルに備わる磁性コアの概略部分上面図である。 図６は、実施形態３に係るリアクトルに備わる磁性コアの概略上面図である。 図７は、実施形態４に係るリアクトルに備わる磁性コアの概略上面図である。 図８は、実施形態５に係るリアクトルに備わる磁性コアの概略上面図である。 図９は、ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す構成図である。 図１０は、コンバータを備える電力変換装置の一例の概略を示す回路図である。

［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、簡易な構成を備えるリアクトルとして、以下の三つの構成を備えるリアクトルを検討した。
・磁性コアが、第一分割コアと第二分割コアとを組み合わせた概略『８』の字型の磁性コアである構成。
・上記磁性コアのミドルコア部の位置において、第一分割コアと第二分割コアとの間に隙間が形成される構成。
・磁性コアとコイルとの組合体が樹脂によってモールドされ、その樹脂の一部が上記隙間に配置される構成。

しかし、上記構成を備えるリアクトルでは、ミドルコア部の位置に配置される上記隙間に樹脂が十分に行き渡り難い。当該隙間への樹脂の充填が不十分であると、上記隙間において樹脂が存在しないエアポケットが形成される。エアポケットは、第一分割コアと第二分割コアとの間の熱伝導を阻害するので、リアクトルの放熱性が低下する。本発明者らは、このような問題点を踏まえて、本開示に係るリアクトルを完成させた。最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

＜１＞実施形態に係るリアクトルは、第一巻回部を有するコイルと磁性コアとを備え、前記磁性コアは、前記第一巻回部の内部に配置されるミドルコア部と、前記第一巻回部の第一の端面に臨む第一エンドコア部と、前記第一巻回部の第二の端面に臨む第二エンドコア部と、前記第一巻回部の第一の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第一サイドコア部と、前記第一巻回部の第二の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第二サイドコア部とを備えるリアクトルであって、前記コイルと前記磁性コアとを一体化する樹脂モールド部を備える。前記磁性コアは、前記第一エンドコア部を含む第一分割コアと、前記ミドルコア部の少なくとも一部を含む第二分割コアとを備える。前記第一分割コアは、前記第一巻回部の内部空間に向く第一端面と、前記第一エンドコア部の外方面から前記第一端面に向かって貫通する貫通孔とを備える。前記第二分割コアは、前記第一端面と隙間を空けて向き合う第二端面を備える。前記樹脂モールド部の一部は、前記貫通孔と前記隙間とに配置されている。

上記構成＜１＞のリアクトルは簡素な構成を備える。上記構成のリアクトルの磁性コアは、第一分割コアと第二分割コアとで構成されている。そのため、このリアクトルは、コイルに対して第一分割コアと第二分割コアとを組み付けて、コイルと磁性コアとを樹脂によって一体化することで作製される。コイルと磁性コアとを一体化する樹脂は、固化することで樹脂モールド部になる。このように、上記構成のリアクトルは簡素な構成を備え、生産性に優れる。

上記構成＜１＞のリアクトルは放熱性に優れる。リアクトルが作製される際、コイルと磁性コアとを一体化する樹脂の一部は、第一エンドコア部の貫通孔に流れ込む。貫通孔は第一エンドコア部の外方面から第一端面に向かって貫通している。そのため、貫通孔を介して十分な量の樹脂が第一端面と第二端面との隙間に充填され易い。上記隙間に配置された樹脂は固化して樹脂ギャップになる。十分な量の樹脂によって形成される樹脂ギャップには、エアポケットが出来難い。エアポケットが少ない樹脂ギャップによって第一分割コアと第二分割コアとの間の熱伝導が良好になる。従って、リアクトルの放熱性が向上する。

上記構成では、樹脂をモールドする際、樹脂が貫通孔に流れ込んで、第一エンドコア部の外方面に作用する面圧が低下する。従って、モールドの圧力が大きくても、第一エンドコア部が損傷し難い。圧力が高いと、第一端面と第二端面との隙間だけでなく、ミドルコア部と第一巻回部との隙間にも十分に樹脂が行き渡り易い。

第一分割コアに貫通孔が設けられることで第一分割コアの実体部分が減る。従って、上記構成のリアクトルは、第一分割コアに貫通孔を有さないリアクトルに比べて軽量である。ここで、後述する実施形態において詳述するように、貫通孔が設けられる位置が、磁性コアの磁束が通り難い箇所である。従って、貫通孔によるリアクトルの磁気特性の低下は限定的である。

＜２＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、前記貫通孔の軸線は、前記ミドルコア部の軸方向に沿っており、前記貫通孔は、前記ミドルコア部の軸心を含む形態が挙げられる。

貫通孔がミドルコア部の軸心を含む位置に配置されていることで、貫通孔が磁性コアの磁気特性を低下させ難い。

＜３＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、Ｓ１／Ｓ２が０.０２以上０．１５以下であり、Ｓ１は前記貫通孔の横断面の面積でありＳ２は前記ミドルコア部の横断面の輪郭線の内側の面積である形態が挙げられる。

上記形態＜３＞の構成によれば、リアクトルの磁気特性が大きく低下することなく、リアクトルの重量が低減される。

＜４＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、前記第二端面は、前記第二端面の外周縁部に沿って設けられた環状のリブを備える形態が挙げられる。

第二端面が環状のリブを備えることで、リアクトルの作製時に貫通孔から隙間に浸入した樹脂が隙間の位置に留まり易い。従って、上記形態＜４＞の構成では、樹脂ギャップにエアポケットができ難い。

＜５＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、前記第一分割コアは、前記第一エンドコア部と、前記ミドルコア部の少なくとも一部とで構成される概略Ｔ字形状を備え、前記第二分割コアは、前記第二エンドコア部と、前記ミドルコア部の残部と、前記第一サイドコア部と、前記第二サイドコア部とで構成される概略Ｅ字形状を備える形態が挙げられる。

上記形態＜５＞の構成では、各分割コアが単純な形状であるので、分割コアの作製が容易である。従って、上記形態＜５＞のリアクトルは、コストを含めた生産性に優れる。

＜６＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、前記第一分割コアは、軟磁性粉末を含む圧粉成形体である形態が挙げられる。

圧粉成形体は透磁率などの磁気特性に優れる。従って、圧粉成形体によって第一分割コアを形成することで、貫通孔による第一分割コアの磁気特性の低下を補える。従って、貫通孔を有する第一分割コアであっても磁気特性に優れるリアクトルを作製できる。

＜７＞実施形態に係るリアクトルの一形態として、前記第二分割コアは、樹脂と、前記樹脂中に分散した軟磁性粉末とを含む複合材料の成形体である形態が挙げられる。

複合材料の成形体は、軟磁性粉末の含有量によってその磁気特性を調整し易い。例えば、複合材料の第二分割コアを用いて磁性コア全体の磁気特性を調整することで、磁気飽和し難い磁性コアとできる。

＜８＞実施形態に係るコンバータは、上記形態＜１＞から形態＜７＞のいずれかのリアクトルを備える。

上記コンバータは、放熱性に優れる実施形態のリアクトルを備える。放熱性に優れる実施形態のリアクトルでは、通電に伴う発熱によって磁気特性が低下し難い。従って、上記コンバータでは、通電に伴うコンバータの性能低下が生じ難い。

＜９＞実施形態に係る電力変換装置は、上記形態＜８＞のコンバータを備える。

上記電力変換装置では、通電に伴う電力変換装置の性能低下が生じ難い。なぜなら、電力変換装置に備わる実施形態のリアクトルが放熱性に優れるからである。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示のリアクトルの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。

＜実施形態１＞
図１，２に示される本例のリアクトル１は、コイル２と磁性コア３とを組み合わせて構成される。このリアクトル１の特徴の一つとして、磁性コア３の一部に貫通孔４が設けられていることが挙げられる。以下、リアクトル１に備わる各構成を詳細に説明する。

≪コイル≫
コイル２は、一つの第一巻回部２１を有する。第一巻回部２１は、接合部の無い１本の巻線を螺旋状に巻回して構成される。巻線は、公知の巻線を利用できる。本形態の巻線は、被覆平角線を用いている。被覆平角線の導体線は、銅製の平角線で構成されている。被覆平角線の絶縁被覆は、エナメルからなる。第一巻回部２１は、被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルで構成されている。

第一巻回部２１の形状は矩形筒状である。即ち、本例の第一巻回部２１の端面形状は矩形枠状である。本例の第一巻回部２１の角部は丸められている。第一巻回部２１の形状が矩形筒状であることで、巻回部が同じ断面積の円筒状である場合に比較して、第一巻回部２１と設置対象との接触面積が大きくなり易い。そのため、リアクトル１は、第一巻回部２１を介して設置対象に放熱し易い。その上、第一巻回部２１を設置対象に安定して設置し易い。

第一巻回部２１の端部２ａ及び端部２ｂはそれぞれ、第一巻回部２１の軸方向の一端側及び他端側において、第一巻回部２１の外周側へ引き伸ばされている。第一巻回部２１の端部２ａ及び端部２ｂでは絶縁被覆が剥がされて導体線が露出している。露出した導体線には、図示しない端子部材が接続される。コイル２にはこの端子部材を介して外部装置が接続される。外部装置の図示は省略する。外部装置は、例えばコイル２に電力供給を行なう電源などである。

≪磁性コア≫
磁性コア３は、図２に示すように、ミドルコア部３０と、第一エンドコア部３１と、第二エンドコア部３２と、第一サイドコア部３３と、第二サイドコア部３４とを備える。図２では各コア部３０，３１，３２，３３，３４の境界が二点鎖線で示されている。ミドルコア部３０は、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の内部に配置される部分を有する部位である。第一エンドコア部３１は、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の第一の端面２１１に臨む部分である。第二エンドコア部３２は、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の第二の端面２１２に臨む部分である。第一サイドコア部３３は、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の第一の側面２１３の外側に配置される部分である。第二サイドコア部３４は、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の第二の側面２１４の外側に配置される部分である。

この磁性コア３では、ミドルコア部３０、第一エンドコア部３１、第一サイドコア部３３、及び第二エンドコア部３２に、太破線で示される環状の閉磁路が形成される。また、ミドルコア部３０、第一エンドコア部３１、第二サイドコア部３４、及び第二エンドコア部３２に、太破線で示される環状の閉磁路が形成される。

ここで、磁性コア３を基準にしてリアクトル１における方向を規定する。まず、ミドルコア部３０の軸方向に沿った方向がＸ方向である。そのＸ方向に直交し、ミドルコア部３０と第一サイドコア部３３と第二サイドコア部３４とが並列される方向がＹ方向である。そして、Ｘ方向とＹ方向の両方に交差する方向がＺ方向（図１）である。

［ミドルコア部］
磁性コア３の一部であるミドルコア部３０は、図２に示されるように、第一巻回部２１の内部に配置される。従って、ミドルコア部３０は、第一巻回部２１の軸方向に沿って延びる。本例では、磁性コア３のうち、第一巻回部２１の軸方向に沿った部分の両端部がそれぞれ、第一巻回部２１の第一の端面２１１及び第二の端面２１２から突出している。その突出する部分もミドルコア部３０の一部である。

ミドルコア部３０の形状は、第一巻回部２１の内部形状に沿った形状であれば特に限定されない。本例のミドルコア部３０は、略直方体状である。

［第一エンドコア部・第二エンドコア部］
第一エンドコア部３１及び第二エンドコア部３２は、第一巻回部２１のＹ方向の幅よりも大きい。即ち、第一エンドコア部３１は、第一巻回部２１の第一の端面２１１よりもＹ方向の外側に張り出している。第二エンドコア部３２は、第一巻回部２１の第二の端面２１２よりもＹ方向の外側に張り出している。

第一エンドコア部３１と第二エンドコア部３２の形状は、各エンドコア部３１，３２の内部に十分な磁路が形成される形状であれば特に限定されない。本例の第一エンドコア部３１及び第二エンドコア部３２は略直方体状である。Ｚ方向から見た第一エンドコア部３１及び第二エンドコア部３２の４つの角部のうち、両サイドコア部３３，３４から遠い位置にある２つの角部は、丸みを有していも良い。上記２つの角部が丸みを有していると、エンドコア部３１，３２の重量が削減される。上記２つの角部は、磁束が通り難い箇所である。従って、上記２つの角部が丸められていても、リアクトル１の磁気特性は低下し難い。

本例の第一エンドコア部３１は、外方面３１０に設けられる貫通孔４を備える。外方面３１０は、第一エンドコア部３１におけるＸ方向を向く二つの面のうち、コイル２から離れた位置にある面である。この貫通孔４によって第一エンドコア部３１の重量が低減される。貫通孔４の詳細については後述する。

［第一サイドコア部・第二サイドコア部］
第一サイドコア部３３は、第一巻回部２１の第一の側面２１３の外側において、第一エンドコア部３１と第二エンドコア部３２とをつなぐ。第一サイドコア部３３の軸方向は、ミドルコア部３０の軸方向に平行となっている。第一の側面２１３は、第一巻回部２１におけるＹ方向に向く面である。

第二サイドコア部３４は、第一巻回部２１の第二の側面２１４の外側において、第一エンドコア部３１と第二エンドコア部３２とをつなぐ。第二の側面２１４は、第一巻回部２１におけるＹ方向に向く面であって、第一の側面２１３の反対方向に向いた面である。第二サイドコア部３４の軸方向は、ミドルコア部３０の軸方向に平行となっている。本例では、ミドルコア部３０の軸線と、第一サイドコア部３３の軸線と、第二サイドコア部３４の軸線とは、ＸＹ平面上に配置されている。

［サイズ］
本例のリアクトル１が車載用である場合、磁性コア３のＸ方向の長さＬは、例えば３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、磁性コア３のＹ方向の幅Ｗは、例えば３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、Ｚ方向の高さＨ（図１）は、例えば１５ｍｍ以上７５ｍｍ以下である。

ミドルコア部３０のＹ方向の長さＴ０は、例えば１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。第一エンドコア部３１のＸ方向の長さＴ１、及び第二エンドコア部３２のＸ方向の長さＴ２は、例えば５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。また、第一サイドコア部３３のＹ方向の長さＴ３、及び第二サイドコア部３４のＹ方向の長さＴ４は、例えば５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。これらの長さは、磁性コア３の磁路断面積の大きさに関わる。

［分割形態］
磁性コア３は、第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂとを組み合わせてなる。本例の第一分割コア３Ａは、第一エンドコア部３１と、ミドルコア部３０の一部とで構成されている。Ｚ方向から見た第一分割コア３Ａの形状は、略Ｔ字形状である。第一分割コア３Ａは、第一巻回部２１の内部空間に向く第一端面３ａを備える。第一端面３ａはＹ－Ｚ平面に平行である。

本例の第二分割コア３Ｂは、第二エンドコア部３２と、第一サイドコア部３３と、第二サイドコア部３４と、ミドルコア部３０の一部とで構成されている。Ｚ方向から見た第二分割コア３Ｂの形状は、略Ｅ字形状である。第二分割コア３Ｂは、第一巻回部２１の内部空間に向く第二端面３ｂを備える。第二端面３ｂは第一端面３ａに向き合う。第二端面３ｂはＹ－Ｚ平面に平行である。

第一端面３ａと第二端面３ｂとの間には隙間３ｇが形成されている。この隙間３ｇには、後述する樹脂モールド部５の一部が配置されている。隙間３ｇに配置される樹脂モールド部５の一部は、樹脂ギャップとして機能する。

［磁気特性・材質など］
第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂは、軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、又は軟磁性粉末と樹脂との複合材料の成形体であることが好ましい。第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂが圧粉成形体であっても良いし、第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂが複合材料の成形体であっても良い。また、第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂの一方が圧粉成形体で、他方が複合材料の成形体であっても良い。このような磁性コア３は磁気飽和し難い。後述する貫通孔４が設けられる第一分割コア３Ａが圧粉成形体で構成され、第二分割コア３Ｂが複合材料の成形体で構成されることが好ましい。

圧粉成形体の軟磁性粉末は、鉄などの鉄族金属、又はＦｅ（鉄）－Ｓｉ（シリコン）合金、Ｆｅ－Ｎｉ（ニッケル）合金などの鉄合金などで構成される軟磁性粒子の集合体である。軟磁性粒子の表面には、リン酸塩などで構成される絶縁被覆が形成されていても良い。原料粉末には潤滑材などが含まれていてもかまわない。

複合材料の成形体は、軟磁性粉末と未固化の樹脂との混合物を金型に充填し、樹脂を固化させることで製造できる。複合材料の軟磁性粉末には、圧粉成形体で使用できるものと同じものを使用できる。一方、複合材料に含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、及び低温硬化性樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ナイロン６やナイロン６６といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などが挙げられる。その他、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴム等も利用できる。

上述の複合材料は、軟磁性粉末及び樹脂に加えて、非金属粉末を含有していても良い。非金属粉末は複合材料の成形体の放熱性を向上させる。非金属粉末としては、例えばアルミナ又はシリカなどのセラミックスフィラーが挙げられる。セラミックスフィラーは非磁性材料でもある。非金属粉末の含有量は、０．２質量％以上２０質量％以下、更に０．３質量％以上１５質量％以下、０．５質量％以上１０質量％以下が挙げられる。

複合材料中の軟磁性粉末の含有量は、３０体積％以上８０体積％以下であることが挙げられる。飽和磁束密度や放熱性の向上の観点から、軟磁性粉末の含有量は更に、５０体積％以上、６０体積％以上、７０体積％以上とすることができる。製造過程での流動性の向上の観点から、軟磁性粉末の含有量を７５体積％以下とすることが好ましい。複合材料の成形体では、軟磁性粉末の充填率を低く調整すれば、その比透磁率を小さくし易い。複合材料の成形体の比透磁率は、例えば５以上５０以下である。複合材料の成形体の比透磁率は、更に１０以上４５以下、１５以上４０以下、２０以上３５以下であっても良い。本例では、第二分割コア３Ｂ全体が複合材料の成形体によって構成されている。

圧粉成形体は、複合材料の成形体よりも軟磁性粉末の含有量を高め易い。例えば、圧粉成形体における軟磁性粉末の含有量は、８０体積％超、更に８５体積％以上である。圧粉成形体からなる分割コアは、飽和磁束密度、及び比透磁率が高い分割コアとなり易い。圧粉成形体の比透磁率は、例えば５０以上５００以下である。圧粉成形体の比透磁率は、８０以上、１００以上、１５０以上、１８０以上であっても良い。本例では、貫通孔４を含む第一分割コア３Ａ全体が圧粉成形体によって構成されている。

≪貫通孔≫
第一分割コア３Ａは貫通孔４を備える。貫通孔４は、外方面３１０から第一端面３ａに向かって貫通する。貫通孔４は、後述する樹脂モールド部５を構成する樹脂の通り道である。外方面３１０における貫通孔４の開口は、図３に示されるように、Ｘ方向から見てミドルコア部３０の外周輪郭線の内側に配置されることが好ましい。

貫通孔４の軸線はＸ方向に沿っていることが好ましい。また、貫通孔４は、ミドルコア部３０の軸線を含むことが好ましい。軸線は、ミドルコア部３０のＹ－Ｚ断面の面積重心を含む。本例の磁性コア３に形成される二つの閉磁路は、ミドルコア部３０の軸線からＹ方向に離れる方向に向かっている（図２参照）。そのため、第一分割コア３Ａにおける貫通孔４の位置には磁束が通り難い。従って、第一分割コア３Ａに貫通孔４が設けられていても、リアクトル１の磁気特性が低下し難い。

貫通孔４の横断面の形状は特に限定されない。貫通孔４の横断面とは、貫通孔４の延伸方向に直交する断面である。本例の場合、貫通孔４の横断面は、貫通孔４のＹ－Ｚ断面である。本例の貫通孔４の横断面の形状は真円形である。当該断面形状は、楕円形であっても良いし、矩形を含む多角形状であっても良いし、星形などの異形であっても良い。

貫通孔４の横断面の面積は以下の式（１）を満たすことが好ましい。Ｓ１は、貫通孔４の横断面の面積である。Ｓ２は、ミドルコア部３０の横断面の輪郭線の内側の面積である。
式（１）…０．０２≦Ｓ１／Ｓ２≦０．１５

Ｓ１／Ｓ２が０．０２以上であれば、樹脂モールド部５（図１，２）を構成する樹脂が貫通孔４を流れ易い。また、第一分割コア３Ａの重量が削減され、リアクトルが軽量化される。Ｓ１／Ｓ２が０．１５以下であれば、貫通孔４を設けたことによる磁性コア３の磁気特性の低下が抑制される。Ｓ１／Ｓ２の下限値は０．０３であることが好ましく、０．０４であることがより好ましい。Ｓ１／Ｓ２の上限値は０．１４であることが好ましく、０．１２であることがより好ましい。好ましいＳ１／Ｓ２の範囲は０．０４以上０．１２以下である。

貫通孔４の横断面の面積は絶対値で４０ｍｍ^２以上であることが好ましい。この場合、樹脂モールド部５を構成する樹脂の種類によらず、貫通孔４における樹脂の流通性が十分に確保される。

≪樹脂モールド部≫
樹脂モールド部５は、図１，２に示されるように、コイル２と磁性コア３とを一体化する。樹脂モールド部５は、コイル２と磁性コア３の組物の全体を覆っていても良いし、組物の一部のみを覆っていても良い。後者の場合、樹脂モールド部５は少なくとも外方面３１０における貫通孔４を覆っている。第一巻回部２１の外周面の少なくとも一部が樹脂モールド部５から露出していれば、コイル２からの放熱が促進され易い。

樹脂モールド部５は、例えばコイル２と磁性コア３の組物を金型内に配置し、樹脂によってモールドすることで形成される。樹脂の一部は、貫通孔４を介して隙間３ｇに入り込む。樹脂が固化することで樹脂モールド部５が形成される。樹脂モールド部５の一部は、貫通孔４と隙間３ｇとに配置される。隙間３ｇに配置された樹脂モールド部５の一部は樹脂ギャップとして機能する。

本例の樹脂モールド部５の一部は、第一巻回部２１の内周面とミドルコア部３０の外周との間にも配置されている。この位置に配置される樹脂モールド部５の一部は、第一巻回部２１とミドルコア部３０とを強固に一体化する。

樹脂モールド部５を構成する樹脂には、複合材料に含まれる樹脂に使用できるものと同じものを使用できる。樹脂モールド部５を構成する樹脂として、例えばＰＢＴ樹脂などが挙げられる。これらの樹脂にアルミナなどのセラミックスフィラーが含有されていても良い。

≪その他≫
図２に二点鎖線で示されるように、第二分割コア３Ｂにも貫通孔４０が設けられていても良い。貫通孔４０は、第二分割コア３Ｂの外方面３２０から第二端面３ｂに貫通する。この場合、貫通孔４０の体積は、第一分割コア３Ａの貫通孔４の体積と同じであることが好ましい。貫通孔４の体積と貫通孔４０の体積が同じであれば、貫通孔４を流れる樹脂と貫通孔４０を流れる樹脂とがほぼ同時期に隙間３ｇに到達し易い。

リアクトル１は、更にケース、接着層、及び保持部材の少なくとも一つを備えていてもよい。ケースは、コイル２と磁性コア３との組合体を内部に収納する部材である。ケースに収納された組合体は、封止樹脂部により埋設されていてもよい。接着層は、上記組合体を載置面、上記組合体をケースの内底面、上記ケースを載置面などに固定するものである。保持部材は、コイル２と磁性コア３との間に配置され、コイル２と磁性コア３との相対的な位置を規定する部材である。保持部材は、絶縁性樹脂によって構成されており、コイル２と磁性コア３との間の絶縁を確保する。

≪効果≫
本例のリアクトル１は生産性に優れる。
本例のリアクトル１では、リアクトル１を構成する部品点数が少ない。また、コイル２と磁性コア３との組物を樹脂によってモールドするだけで、コイル２と磁性コア３とが一体化されると共に、磁性コア３に樹脂ギャップが形成される。従って、本例のリアクトル１は生産性に優れる。

本例のリアクトル１は放熱性に優れる。
本例のリアクトル１が作製される際、コイル２と磁性コア３とを一体化する樹脂の一部は、第一エンドコア部３１の貫通孔４に流れ込む。貫通孔４は第一エンドコア部３１の外方面３１０から第一端面３ａに向かって貫通している。そのため、貫通孔４を介して十分な量の樹脂が第一端面３ａと第二端面３ｂとの隙間３ｇに充填され易い。隙間３ｇに配置された樹脂は固化して樹脂ギャップになる。十分な量の樹脂によって形成される樹脂ギャップには、エアポケットが出来難い。エアポケットが少ない樹脂ギャップによって第一分割コア３Ａと第二分割コア３Ｂとの間の熱伝導が良好になる。従って、リアクトル１の放熱性が向上する。

貫通孔４を有する本例のリアクトル１は、貫通孔４を有さない従来のリアクトルに比べて軽量である。
本例のリアクトル１では、第一分割コア３Ａに貫通孔４が設けられることで、第一エンドコア部３１の実体部分が減る。従って、リアクトル１が軽量化される。また、第一エンドコア部３１の実体部分が減少するので、コストを含めた磁性コア３の生産性、即ちリアクトル１の生産性が向上する。

本例のリアクトル１は、貫通孔４を有さないリアクトルと同等程度の磁気特性を有する。
本例のリアクトル１では、第一エンドコア部３１の外方面３１０におけるＹ方向の中間部に貫通孔４が設けられている。この中間部は、磁束が通り難い箇所である。従って、磁性コア３に貫通孔４を設けたことによるリアクトル１の磁気特性の低下が抑制される。

本例のリアクトル１では、樹脂をモールドする際、樹脂が貫通孔４に流れ込んで、第一エンドコア部３１に外方面３１０に作用する面圧が低下する。従って、モールドの圧力が大きくても、第一エンドコア部３１が損傷し難い。圧力が高いと、第一端面３ａと第二端面３ｂとの隙間３ｇだけでなく、ミドルコア部３０と第一巻回部２１との隙間にも十分に樹脂が行き渡り易い。

＜実施形態２＞
実施形態２に係るリアクトル１を図４，５に基づいて説明する。実施形態２のリアクトル１と実施形態１のリアクトル１とは、第二端面３ｂの構成が異なる。本例のリアクトル１における第二端面３ｂの構成以外の構成は、実施形態１のリアクトル１と同じである。

図４，５に示されるように、本例の第二分割コア３Ｂの第二端面３ｂは、その外周縁部に沿って設けられた環状のリブ３ｒを備える。本例のリブ３ｒは矩形環状である。リブ３ｒは、周方向に切れ目がない形態であっても良いし、切れ目が有る形態であっても良い。

本例のリブ３ｒの外周面は、ミドルコア部３０の外周面と面一になっている。リブ３ｒの内周面は、第二端面３ｂに向かうに従ってミドルコア部３０の軸線側に傾斜している。

第二端面３ｂが環状のリブ３ｒを備えることで、リアクトル１の作製時に貫通孔４から隙間３ｇに浸入した樹脂が隙間３ｇの位置に留まり易い。従って、樹脂ギャップにエアポケットができ難い。

＜実施形態３＞
実施形態３に係るリアクトル１を図６に基づいて説明する。図６には、リアクトル１に備わる磁性コア３のみが示されている。実施形態３のリアクトル１と実施形態１，２のリアクトル１とは、磁性コア３の分割状態が異なる。本例のリアクトル１における磁性コア３の分割状態以外の構成は、実施形態１，２のリアクトル１と同じである。

本例の第一分割コア３Ａは、第一エンドコア部３１によって構成される。第一エンドコア部３１には貫通孔４が設けられている。Ｚ方向から見た第一分割コア３Ａは概略Ｉ字型である。第一分割コア３Ａは圧粉成形体によって構成されることが好ましい。

本例の第二分割コア３Ｂは、ミドルコア部３０、第二エンドコア部３２，第一サイドコア部３３、及び第二サイドコア部３４によって構成される。Ｚ方向から見た第二分割コア３Ｂは概略Ｅ字型である。第二分割コア３Ｂは複合材料の成形体によって構成されることが好ましい。

本例のリアクトル１によっても、実施形態１のリアクトル１と同様の効果が得られる。

＜実施形態４＞
実施形態４に係るリアクトル１を図７に基づいて説明する。図７には、リアクトル１に備わる磁性コア３のみが示されている。実施形態４のリアクトル１と実施形態１，２のリアクトル１とは、磁性コア３の分割状態が異なる。本例のリアクトル１における磁性コア３の分割状態以外の構成は、実施形態１，２のリアクトル１と同じである。

本例の第一分割コア３Ａは、第一エンドコア部３１と、ミドルコア部３０の一部と、第一サイドコア部３３の一部と、第二サイドコア部３４の一部とで構成される。第一エンドコア部３１には貫通孔４が設けられている。Ｚ方向から見た第一分割コア３Ａは概略Ｅ字型である。第一分割コア３Ａは圧粉成形体によって構成されることが好ましい。

本例の第二分割コア３Ｂは、第二エンドコア部３２と、ミドルコア部３０の一部と、第一サイドコア部３３の一部と、第二サイドコア部３４の一部とで構成される。Ｚ方向から見た第二分割コア３Ｂは概略Ｅ字型である。第二分割コア３Ｂのミドルコア部３０、第一サイドコア部３３、及び第二サイドコア部３４はそれぞれ、第一分割コア３Ａのミドルコア部３０、第一サイドコア部３３、及び第二サイドコア部３４よりも長い。第二分割コア３Ｂは複合材料の成形体によって構成されることが好ましい。

本例のリアクトル１によっても、実施形態１のリアクトル１と同様の効果が得られる。

＜実施形態５＞
実施形態５に係るリアクトル１を図８に基づいて説明する。図８には、リアクトル１に備わる磁性コア３のみが示されている。実施形態５のリアクトル１と実施形態１，２のリアクトル１とは、磁性コア３の分割状態が異なる。本例のリアクトル１における磁性コア３の分割状態以外の構成は、実施形態１，２のリアクトル１と同じである。

本例の第一分割コア３Ａは、第一エンドコア部３１と、ミドルコア部３０の一部と、第二サイドコア部３４とで構成される。第一エンドコア部３１には貫通孔４が設けられている。Ｚ方向から見た第一分割コア３Ａは概略Ｆ字型である。第一分割コア３Ａは圧粉成形体によって構成されることが好ましい。

本例の第二分割コア３Ｂは、第二エンドコア部３２と、ミドルコア部３０の一部と、第一サイドコア部３３とで構成される。Ｚ方向から見た第二分割コア３Ｂは概略Ｆ字型である。第二分割コア３Ｂのミドルコア部３０は、第一分割コア３Ａのミドルコア部３０よりも長い。第二分割コア３Ｂは複合材料の成形体によって構成されることが好ましい。

本例のリアクトル１によっても、実施形態１のリアクトル１と同様の効果が得られる。

＜実施形態６＞
≪コンバータ・電力変換装置≫
実施形態に係るリアクトル１は、以下の通電条件を満たす用途に利用できる。通電条件としては、例えば、最大直流電流が１００Ａ以上１０００Ａ以下程度であり、平均電圧が１００Ｖ以上１０００Ｖ以下程度であり、使用周波数が５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下程度であることが挙げられる。実施形態に係るリアクトル１は、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車両などに載置されるコンバータの構成部品、又はこのコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用される。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１２００は、図９に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジン１３００を備える。図９では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態とすることができる。

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ以上３００Ｖ以下程度のメインバッテリ１２１０の入力電圧を４００Ｖ以上７００Ｖ以下程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される入力電圧をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。入力電圧は、直流電圧である。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

コンバータ１１１０は、図１０に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトル１１１５とを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しにより入力電圧の変換を行う。入力電圧の変換とは、ここでは昇降圧を行う。スイッチング素子１１１１には、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタなどのパワーデバイスが利用される。リアクトル１１１５は、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。リアクトル１１１５として、実施形態に係るリアクトル１を備える。

車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ－ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ－ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ－ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、実施形態に係るリアクトル１などと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用できる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、実施形態に係るリアクトル１などを利用することもできる。

放熱性に優れる実施形態のリアクトル１を備えるコンバータ１１１０及び電力変換装置１１００では、通電に伴う性能低下が生じ難い。

＜試験＞
≪試験例１≫
試験例１では、リアクトル１のインダクタンスと全損失に及ぼす貫通孔４の影響を調べた。具体的には、貫通孔４を有さない試料Ｎｏ．１のリアクトルと、貫通孔４を有する試料Ｎｏ．２から試料Ｎｏ．６のリアクトル１の解析を行った。試料Ｎｏ．１のリアクトルと、試料Ｎｏ．２から試料Ｎｏ．６のリアクトル１との相違点は貫通孔４の有無のみである。また、試料Ｎｏ．２から試料Ｎｏ．６のリアクトルの相違点は、貫通孔４の断面積のみである。各試料の磁性コアは、実施形態１に示されるＴ字形の第一分割コアとＥ字型の第二分割コアとで構成される。

［試料Ｎｏ．１］
・第一分割コア３Ａ…圧粉成形体
・第二分割コア３Ｂ…複合材料の成形体
・貫通孔４…なし

［試料Ｎｏ．２］
・貫通孔４の直径…５ｍｍ
・Ｓ１／Ｓ２…０．０２
Ｓ１＝貫通孔４の横断面の面積、Ｓ２＝ミドルコア部３０の横断面の輪郭線の内側の面積

［試料Ｎｏ．３］
・貫通孔４の直径…７．５ｍｍ
・Ｓ１／Ｓ２…０．０４

［試料Ｎｏ．４］
・貫通孔４の直径…１０ｍｍ
・Ｓ１／Ｓ２…０．０９

［試料Ｎｏ．５］
・貫通孔４の直径…１２．５ｍｍ
・Ｓ１／Ｓ２…０．１４

［試料Ｎｏ．６］
・貫通孔４の直径…１５ｍｍ
・Ｓ１／Ｓ２…０．２

各試料のインダクタンス及び全損失のシミュレーションには、市販のソフトウェアであるＪＭＡＧ－Ｄｅｓｉｇｎｅｒ１９．０（株式会社ＪＳＯＬ製）を用いた。インダクタンスの解析では、電流をコイル２に流したときのインダクタンス（μＨ）を求めた。電流は０Ａから３００Ａの範囲で変化させた。電流値が０Ａ、１００Ａ、２００Ａ、及び３００Ａのときのインダクタンスを表１に示す。インダクタンスは、０Ａ時の試料Ｎｏ．１のインダクタンスを１００％としたパーセンテージで示される。

また、全損失の解析では、直流電流０Ａ、入力電圧２００Ｖ、出力電圧４００Ｖ、周波数２０ｋＨｚで駆動したときの磁束密度分布および電流密度分布に基づいて全損失（Ｗ）を求めた。本例の全損失には、磁性コア３の鉄損、及びコイル損失などが含まれる。その結果を表１に示す。全損失は、試料Ｎｏ．１の全損失を１００％としたパーセンテージで示される。

表１には、貫通孔４を設けたことによる磁性コア３の重量削減割合（％）を合わせて示す。重量削減割合は、試料Ｎｏ．１の質量を１００％としたパーセンテージで示される。

表１に示すように、ベースモデルである試料Ｎｏ．１のリアクトルに比べて、貫通孔４の横断面の面積が大きくなるほど、リアクトル１のインダクタンスが低下し、全損失が増加する傾向にあった。つまり、リアクトル１の軽量化と、リアクトル１の磁気特性とはトレードオフの関係にある。しかし、貫通孔４が、第一エンドコア部３１の外方面３１０における中間部にあることで、インダクタンスの低下と全損失の増加は微々たるものであった。ここで、リアクトル１の磁気特性を維持するという観点から、貫通孔４を設けたことによるインダクタンスの低下率、及び全損失の上昇率は、１％以下であることが好ましい。この観点からすると、Ｓ１／Ｓ２は０．０２以上０．１４以下程度であることが好ましい。

１ リアクトル
２ コイル
２１ 第一巻回部、２ａ，２ｂ 端部
２１１ 第一の端面、２１２ 第二の端面
２１３ 第一の側面、２１４ 第二の側面
３ 磁性コア
３ａ 第一端面、３ｂ 第二端面、３ｇ 隙間、３ｒ リブ
３Ａ 第一分割コア、３Ｂ 第二分割コア
３０ ミドルコア部、３１ 第一エンドコア部、３２ 第二エンドコア部
３３ 第一サイドコア部、３４ 第二サイドコア部
３１０，３２０ 外方面
４，４０ 貫通孔
５ 樹脂モールド部
１１００ 電力変換装置
１１１０ コンバータ、１１１１ スイッチング素子、１１１２ 駆動回路
１１１５ リアクトル、 １１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ、１１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両
１２１０ メインバッテリ、１２２０ モータ、１２３０ サブバッテリ
１２４０ 補機類、１２５０ 車輪
１３００ エンジン
Ｈ 高さ
Ｌ，Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 長さ
Ｗ 幅

特開２０１７－１３５３３４号公報 特開２０１６－２０１５０９号公報

Claims (9)

1. 第一巻回部を有するコイルと磁性コアとを備え、
   前記磁性コアは、
   前記第一巻回部の内部に配置されるミドルコア部と、
   前記第一巻回部の第一の端面に臨む第一エンドコア部と、
   前記第一巻回部の第二の端面に臨む第二エンドコア部と、
   前記第一巻回部の第一の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第一サイドコア部と、
   前記第一巻回部の第二の側面の外側に配置され、前記第一エンドコア部と前記第二エンドコア部とをつなぐ第二サイドコア部とを備えるリアクトルであって、
   前記コイルと前記磁性コアとを一体化する樹脂モールド部を備え、
   前記磁性コアは、前記第一エンドコア部を含む第一分割コアと、前記ミドルコア部の少なくとも一部を含む第二分割コアとを備え、
   前記第一分割コアは、
   前記第一巻回部の内部空間に向く第一端面と、
   前記第一エンドコア部の外方面から前記第一端面に向かって貫通する貫通孔とを備え、
   前記第二分割コアは、
   前記第一端面と隙間を空けて向き合う第二端面を備え、
   前記樹脂モールド部の一部は、前記貫通孔と前記隙間とに配置されている、
   リアクトル。
2. 前記貫通孔の軸線は、前記ミドルコア部の軸方向に沿っており、
   前記貫通孔は、前記ミドルコア部の軸心を含む請求項１に記載のリアクトル。
3. Ｓ１／Ｓ２が０.０２以上０．１５以下であり、
   Ｓ１は前記貫通孔の横断面の面積であり
   Ｓ２は前記ミドルコア部の横断面の輪郭線の内側の面積である請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記第二端面は、前記第二端面の外周縁部に沿って設けられた環状のリブを備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
5. 前記第一分割コアは、前記第一エンドコア部と、前記ミドルコア部の少なくとも一部とで構成される概略Ｔ字形状を備え、
   前記第二分割コアは、前記第二エンドコア部と、前記ミドルコア部の残部と、前記第一サイドコア部と、前記第二サイドコア部とで構成される概略Ｅ字形状を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。
6. 前記第一分割コアは、軟磁性粉末を含む圧粉成形体である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリアクトル。
7. 前記第二分割コアは、樹脂と、前記樹脂中に分散した軟磁性粉末とを含む複合材料の成形体である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリアクトル。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のリアクトルを備える、
   コンバータ。
9. 請求項８に記載のコンバータを備える、
   電力変換装置。

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