JP2023032528A - リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置 - Google Patents
リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】大型化することなく、インダクタンスと放熱性の調整を行い易いリアクトルを提供する。【解決手段】巻回部の数が一つであるコイルと磁性コアとを備え、巻回部の外周面はリアクトルの設置対象に接触する部分を含み、前記磁性コアは、Ｅ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部とギャップ部とを有し、前記第一コア部は複合材料の成形体で構成され、前記第二コア部は圧粉成形体で構成され、ギャップ部は、巻回部の内部において、第一コア部の第一ミドルコア部と第二コア部の第二ミドルコア部との間に配置され、巻回部の第二端面からギャップ部までの長さは、巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、第一コア部の体積と第二コア部の体積とギャップ部の体積との合計体積は、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である、リアクトル。【選択図】図４
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。
特許文献１のリアクトルは、コイルと、磁性コアと、ケースと、冷却管とを備える。コイルは、巻線を螺旋状に巻回してなる。コイルの数は一つであり、コイルの形状は円筒状である。磁性コアは、内側コア部と外側コア部とを有する。内側コア部は、コイルの内部に配置される。外側コア部は、内側コア部の両端面と、コイルの両端面及び外周面とを覆う。内側コア部と外側コア部とは、異なる材質で構成されている。具体的には、内側コア部は圧粉成形体で構成され、外側コア部は複合材料の成形体で構成されている。ケースは、コイルと磁性コアとの組合体を内部に収納する。ケース内への組合体の収納は、コイルと内側コア部とをケース内に配置し、複合材料の原料をケース内に充填して硬化することで行える。冷却管は、内部に冷媒が流通する。冷却管は、ケースの外周面に接するようにケースの周方向に螺旋状に巻回している。
上記組合体は、内側コア部と外側コア部とが異なる材質で構成されていることで、インダクタンスを調整し易い。一方、上記組合体は、コイルと内側コア部とが外側コア部に埋設されているため、放熱性を調整し難い。上記組合体の表面は、実質的に外側コア部の構成材料のみで構成されているからである。その上、上記組合体は、放熱性が低い。外側コア部は、複合材料で構成されていて、熱伝導率が比較的低いからである。そこで、上記リアクトルは、冷却管が巻きつけられたケースに上記組合体を収納することで、上記組合体の放熱性能を高めている。しかし、上記リアクトルは、ケースに冷却管が巻きつけられていることで、大型化する。
本開示は、大型化することなく、インダクタンスと放熱性の調整を行い易い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、上記リアクトルを備えるコンバータを提供することを別の目的の一つとする。更に、本開示は、上記コンバータを備える電力変換装置を提供することを他の目的の一つとする。
本開示のリアクトルは、
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積は、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積は、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
本開示のコンバータは、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を備える。
本開示のリアクトルは、大型化することなく、インダクタンスと放熱性の調整を行い易い。
本開示のコンバータ及び本開示の電力変換装置は、大型化することなく、放熱性に優れる。
《本開示の実施形態の説明》
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一形態に係るリアクトルは、
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
上記リアクトルは、インダクタンスを調整し易い。特に、上記リアクトルは、第一コア部と第二コア部との間に大きなギャップ部を介することなくインダクタンスの調整を行い易い。磁性コアが、単一材料で構成されておらず、複合材料の成形体で構成されている第一コア部と、圧粉成形体で構成されている第二コア部とで構成されているからである。
上記リアクトルは、上述した従来のリアクトルに比較して、放熱性を調整し易い。従来のリアクトルの磁性コアは、熱伝導率が比較的高いコア部を熱伝導率が比較的低いコア部に埋設してなる。即ち、従来のリアクトルの磁性コアの表面は単一材料で構成されているに等しい。これに対し、上記リアクトルは、磁性コアが第一コア部と第二コア部とを巻回部の軸方向に組み合わせて構成されているため、磁性コアの表面が異なる材料で構成されているからである。
上記リアクトルは、放熱性を高め易い。上記リアクトルは、巻回部が設置対象に接触する部分を含むことで、設置対象を介してコイルの熱を効果的に放出できるからである。特に、上記リアクトルは、上述した従来のリアクトルに比較して、放熱性を高め易い。上述した従来のリアクトルは、磁性コアの表面が上述のように熱伝導率が比較的低いコア部のみで構成される。これに対し、上記リアクトルは、磁性コアの表面が熱伝導率の比較的高い圧粉成形体で構成される面を含むことができるからである。
上記リアクトルは、冷却性能に偏りのある冷却部材により冷却されるリアクトルに好適に利用できる。第一コア部と第二コア部のうち熱伝導率の高い第二コア部を冷却部材の冷却性能の低い側に配置し、熱伝導率の低い第一コア部を冷却部材の冷却性能の高い側に配置する。それにより、第一コア部と第二コア部とが均等に冷却されて、磁性コアの最高温度が低減される。
上記リアクトルは、大型化し難い。上記リアクトルは、上述のように放熱性を調整し易く放熱性を高め易いため、上述した従来のリアクトルのような冷却管を設けなくてもよいからである。
上記リアクトルは、巻回部の数が一つであることで、複数の巻回部を巻回部の軸方向と直交する方向に並列する場合に比較して、その軸方向に直交する方向の設置面積を小さくできる。
上記リアクトルは、製造し易い。上記リアクトルは、予め作製した第一コア部と第二コア部とをコイルに組み付けるだけでよいからである。
上記リアクトルは、低損失である。上記リアクトルは、第二ミドルコア部の上記長さが第一ミドルコア部の上記長さよりも短いことで、複合材料の成形体よりも損失の大きな圧粉成形体の割合が少ないからである。また、上記リアクトルは、ギャップ部が巻回部の内部に配置されていて、第二端面からギャップ部までの長さが巻回部の長さの０．２倍以上であることで、漏れ磁束が巻回部に侵入し難い。そのため、巻回部で発生する渦電流損を低減し易いからである。更に、第二端面からギャップ部までの長さが巻回部の長さの０．４９倍以下であることで、巻回部の内部において、圧粉成形体よりも低損失な複合材料の成形体の割合を多くすることができるからである。そして、上記リアクトルは、上述したように磁性コアの最高温度を低減できるからである。
上記リアクトルは、漏れ磁束によって周辺機器に影響を与えるなどの問題を抑制できる。上記リアクトルは、ギャップ部が巻回部の内部に配置されていて、第二端面からギャップ部までの長さが巻回部の長さの０．２倍以上であることで、巻回部の外部への磁束の漏れを抑制し易いからである。
形状がＴ字状である第二コア部は、形状がＥ字状である場合に比較して、製造し易い。そのため、形状がＴ字状である第二コア部は、形状がＥ字状である場合に比較して、精度良く製造し易い。よって、形状がＴ字状である第二コア部は、形状がＥ字状である場合に比較して、第一コア部と組み合わせた際、不要な隙間が設けられ難い。
上記リアクトルは、上記合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下であることで、電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車のコンバータに好適である。
一般的に、リアクトルの体積が大きいほど、発熱し易く、放熱され難い。しかし、上記リアクトルは、上述したように放熱性を高め易いため、上記合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上であっても、発熱を抑制し易い。
（２）上記リアクトルの一形態として、
前記合計体積Ｖａに占める前記第二コア部の体積の割合は、２５％以上４０％以下であるとよい。
前記合計体積Ｖａに占める前記第二コア部の体積の割合は、２５％以上４０％以下であるとよい。
上記割合が２５％以上であれば、リアクトルの放熱性が高くなり易い。上記割合が４０％以下であれば、リアクトルの損失が低下し易い。
（３）上記リアクトルの一形態として、
前記第一ミドルコア部の体積と前記第二ミドルコア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積に占める前記第二ミドルコア部の体積の割合は、１５％以上４９％以下であるとよい。
前記第一ミドルコア部の体積と前記第二ミドルコア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積に占める前記第二ミドルコア部の体積の割合は、１５％以上４９％以下であるとよい。
上記割合が１５％以上であれば、リアクトルの放熱性が高くなり易い。上記割合が４９％以下であれば、リアクトルの損失が低下し易い。
（４）上記リアクトルの一形態として、
前記第一ミドルコア部の長さと前記第二ミドルコア部の長さと前記ギャップ部の厚さとの合計長さに対する前記ギャップ部の厚さの比が、０．００１以上０．１以下であるとよい。
前記第一ミドルコア部の長さと前記第二ミドルコア部の長さと前記ギャップ部の厚さとの合計長さに対する前記ギャップ部の厚さの比が、０．００１以上０．１以下であるとよい。
上記比が０．００１以上であれば、所定のインダクタンスを確保し易い。上記比が０．１以下であれば、漏れ磁束が少なく、渦電流損の低減効果が高くなり易い。
（５）上記リアクトルの一形態として、
前記ギャップ部の厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるとよい。
前記ギャップ部の厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるとよい。
上記厚さが０．１ｍｍ以上であれば、所定のインダクタンスを確保し易い。上記厚さが２ｍｍ以下であれば、漏れ磁束が少なく、渦電流損の低減効果が高くなり易い。
（６）上記リアクトルの一形態として、
前記磁性コアの少なくとも一部を覆うと共に、前記ギャップ部を構成しているモールド樹脂部を備えるとよい。
前記磁性コアの少なくとも一部を覆うと共に、前記ギャップ部を構成しているモールド樹脂部を備えるとよい。
上記リアクトルは、ギャップ部がモールド樹脂部で構成されていることで、第一ミドルコア部の端面と第二ミドルコア部の端面との間の間隔を保持し易い。また、上記リアクトルは、モールド樹脂部によって覆われている磁性コアを外部環境から保護し易い。
上記リアクトルは、モールド樹脂部の一部でギャップ部を構成し易い。その理由は次の通りである。モールド樹脂部の一部で構成されるギャップ部は、次のようにして形成される。コイルと磁性コアとを組み合わせた組物を用意する。その組物の外部から巻回部の内部における第一ミドルコア部の端面と第二ミドルコア部の端面との間に向かってモールド樹脂部の構成材料を行き渡らせる。上記合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上であっても、第二端面からギャップ部までの長さが巻回部の長さの０．４９倍以下であることで、上記した端面同士の間にモールド樹脂部の構成材料を行き渡らせ易い。
（７）上記リアクトルの一形態として、
電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車のコンバータを構成するとよい。
電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車のコンバータを構成するとよい。
上記リアクトルは、上記コンバータを構成するのに好適である。
（８）上記リアクトルの一形態として、
前記圧粉成形体は、軟磁性粉末を含む原料粉末の成形体であり、
前記圧粉成形体における前記軟磁性粉末の含有量が８５体積％以上９９体積％以下であるとよい。
前記圧粉成形体は、軟磁性粉末を含む原料粉末の成形体であり、
前記圧粉成形体における前記軟磁性粉末の含有量が８５体積％以上９９体積％以下であるとよい。
上記圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、磁気特性を高め易い。
（９）上記リアクトルの一形態として、
前記複合材料の成形体は、樹脂中に軟磁性粉末が分散した成形体であり、
前記複合材料の成形体における前記軟磁性粉末の含有量が２０体積％以上８０体積％以下であるとよい。
前記複合材料の成形体は、樹脂中に軟磁性粉末が分散した成形体であり、
前記複合材料の成形体における前記軟磁性粉末の含有量が２０体積％以上８０体積％以下であるとよい。
上記複合材料の成形体は、圧粉成形体に比較して、磁気特性を調整し易い上に、複雑な形状でも形成し易い。
（１０）本開示の一形態に係るコンバータは、
上記（１）から上記（９）のいずれか１つに記載のリアクトルを備える。
上記（１）から上記（９）のいずれか１つに記載のリアクトルを備える。
上記コンバータは、上記リアクトルを備えるため、大型化することなく、放熱性に優れる上に低損失である。
（１１）本開示の一形態に係る電力変換装置は、
上記（１０）のコンバータを備える。
上記（１０）のコンバータを備える。
上記電力変換装置は、上記コンバータを備えるため、大型化することなく、放熱性に優れる上に低損失である。
《本開示の実施形態の詳細》
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
《実施形態１》
〔リアクトル〕
図１から図４を参照して、実施形態１のリアクトル１を説明する。リアクトル１は、コイル２と磁性コア３とを備える。コイル２は巻回部２１を有する。巻回部２１の数は一つである。本形態のリアクトル１の特徴の一つは、以下の要件（ａ）から要件（ｆ）を満たしている点にある。
〔リアクトル〕
図１から図４を参照して、実施形態１のリアクトル１を説明する。リアクトル１は、コイル２と磁性コア３とを備える。コイル２は巻回部２１を有する。巻回部２１の数は一つである。本形態のリアクトル１の特徴の一つは、以下の要件（ａ）から要件（ｆ）を満たしている点にある。
（ａ）図２に示すように、巻回部２１の外周面２５は、リアクトル１の設置対象１００に接触する部分を含む。
（ｂ）図１に示すように、磁性コア３は、巻回部２１の軸方向に組み合わせたＥ字状の第一コア部３ｆ及びＴ字状の第二コア部３ｓと、第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとの間に設けられているギャップ部３ｇとを有する。
（ｃ）第一コア部３ｆが複合材料の成形体で構成され、第二コア部３ｓが圧粉成形体で構成されている。
（ｄ）第一コア部３ｆに備わる第一ミドルコア部３１ｆと第二コア部３ｓに備わる第二ミドルコア部３１ｓとが特定の長さである。
（ｅ）ギャップ部３ｇが特定箇所に位置している。
（ｆ）磁性コア３の体積が特定の大きさである。
（ｂ）図１に示すように、磁性コア３は、巻回部２１の軸方向に組み合わせたＥ字状の第一コア部３ｆ及びＴ字状の第二コア部３ｓと、第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとの間に設けられているギャップ部３ｇとを有する。
（ｃ）第一コア部３ｆが複合材料の成形体で構成され、第二コア部３ｓが圧粉成形体で構成されている。
（ｄ）第一コア部３ｆに備わる第一ミドルコア部３１ｆと第二コア部３ｓに備わる第二ミドルコア部３１ｓとが特定の長さである。
（ｅ）ギャップ部３ｇが特定箇所に位置している。
（ｆ）磁性コア３の体積が特定の大きさである。
以下、各構成を詳細に説明する。図４は、説明の便宜上、コイル２を二点鎖線で示している。以下の説明では、次のように定義された第一方向Ｄ１、第二方向Ｄ２、及び第三方向Ｄ３を用いることがある。
第一方向Ｄ１は、巻回部２１の軸方向に沿った方向である。
第二方向Ｄ２は、後述する第一ミドルコア部３１ｆと第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２の並列方向に沿った方向である。
第三方向Ｄ３は、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２の両方に直交する方向である。
第一方向Ｄ１は、巻回部２１の軸方向に沿った方向である。
第二方向Ｄ２は、後述する第一ミドルコア部３１ｆと第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２の並列方向に沿った方向である。
第三方向Ｄ３は、第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２の両方に直交する方向である。
［コイル］
コイル２は、図３に示すように、中空の巻回部２１を有する。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ている。巻回部２１の数は、一つである。本形態のリアクトル１は、巻回部２１の数が一つであることで、複数の巻回部を巻回部の軸方向と直交する方向に並列する場合に比較して、第二方向Ｄ２に沿った長さを短くできる。
コイル２は、図３に示すように、中空の巻回部２１を有する。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ている。巻回部２１の数は、一つである。本形態のリアクトル１は、巻回部２１の数が一つであることで、複数の巻回部を巻回部の軸方向と直交する方向に並列する場合に比較して、第二方向Ｄ２に沿った長さを短くできる。
巻回部２１の形状は、矩形筒状である。矩形には、長方形と正方形とが含まれる。本形態の巻回部２１の端面形状は、矩形枠状である。巻回部２１の形状が矩形筒状であることで、巻回部２１が同じ断面積の円形筒状である場合に比較して、巻回部２１と設置対象１００との接触面積を大きくし易い。そのため、リアクトル１は、巻回部２１を介して設置対象１００に放熱し易い。その上、巻回部２１を設置対象１００に安定して設置し易い。設置対象１００の一例は、冷却ベース、又は後述するケースの内底面などである。巻回部２１の角部は丸めている。本形態とは異なり、巻回部２１の形状は、円形筒状でもよい。円形には、真円形と楕円形とが含まれる。
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。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。
巻回部２１の第一端部２１ａ及び第二端部２１ｂはそれぞれ、巻回部２１の軸方向の第一端部側及び第二端部側において、本形態では巻回部２１の外周側へ引き伸ばされている。第一端部２１ａ及び第二端部２１ｂは、図示は省略しているものの、絶縁被覆が剥がされて導体線が露出されている。露出された導体線は、図２に示すように、本形態では後述するモールド樹脂部４の外側に引き出されている。露出された導体線には、端子部材が接続される。端子部材の図示は省略する。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、コイル２に電力供給を行なう電源などが挙げられる。
巻回部２１の外周面２５は、リアクトル１の設置対象１００に接触する部分を有する。そのため、リアクトル１は放熱性を高め易い。外周面２５は磁性コア３よりも第三方向Ｄ３に突出している部分を有する。即ち、巻回部２１の第三方向Ｄ３に沿った長さは、磁性コア３の第三方向Ｄ３に沿った長さよりも長い。本形態では、巻回部２１の形状が矩形筒状であるため、巻回部２１の外周面２５は４つの平坦面を有する。本形態では、４つの平坦面のうち１つの平坦面が設置対象１００に接触する部分である。そのため、巻回部２１は設置対象１００に対して十分な接触面積を確保できる。よって、リアクトル１は放熱性をより一層高め易い。本形態では、巻回部２１の上記接触する部分は後述するモールド樹脂部４から露出している。そのため、設置対象１００を介してコイル２の熱を放出し易い。
［磁性コア］
磁性コア３は、図１に示すように、第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとを第一方向Ｄ１に組み合わせた組物である。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとの間には、後述するギャップ部３ｇが設けられている。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとを第一方向Ｄ１に組み合わせることで磁性コア３を構築できるため、リアクトル１は製造作業性に優れる。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓの組み合わせは、Ｅ－Ｔ型である。この組み合わせは、インダクタンスと放熱性とをより調整し易い。第一コア部３ｆは、後述する複合材料の成形体で構成されている。第二コア部３ｓは、後述する圧粉成形体で構成されている。
磁性コア３は、図１に示すように、第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとを第一方向Ｄ１に組み合わせた組物である。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとの間には、後述するギャップ部３ｇが設けられている。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとを第一方向Ｄ１に組み合わせることで磁性コア３を構築できるため、リアクトル１は製造作業性に優れる。第一コア部３ｆと第二コア部３ｓの組み合わせは、Ｅ－Ｔ型である。この組み合わせは、インダクタンスと放熱性とをより調整し易い。第一コア部３ｆは、後述する複合材料の成形体で構成されている。第二コア部３ｓは、後述する圧粉成形体で構成されている。
第一コア部３ｆの体積と第二コア部３ｓの体積とギャップ部３ｇの体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。合計体積Ｖが５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下であるリアクトル１は、電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車のコンバータに好適である。巻回部２１が設置対象１００に接触する部分を有すること、及び第二コア部３ｓが圧粉成形体で構成されていることによって、上記合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上であっても、磁性コア３の熱が放出され易い。上記合計体積Ｖａが５００ｃｍ３以下であることで、リアクトル１は過度に大型になり難い。上記合計体積Ｖａは、更に６０ｃｍ３以上４００ｃｍ３以下であり、特に７０ｃｍ３以上３００ｃｍ３以下である。ギャップ部３ｇの体積は、第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面と仮想外周面とで囲まれる空間の体積である。仮想外周面とは、第一ミドルコア部３１ｆの外周面を第一方向Ｄ１に延長した外周面である。
（第一コア部）
第一コア部３ｆの平面形状は、図４に示すように、Ｅ字状である。第一コア部３ｆの平面形状とは、第三方向Ｄ３から第一コア部３ｆを見た形状をいう。平面形状の考え方は、後述する第二コア部３ｓでも同様である。第一コア部３ｆは、第一エンドコア部３３ｆと、第一ミドルコア部３１ｆと、第一サイドコア部３２１及び第二サイドコア部３２２とを有する。第一エンドコア部３３ｆは、巻回部２１の第一端面に臨んでいる。臨んでいるとは、第一エンドコア部３３ｆと巻回部２１の第一端面とが互いに向き合っていることをいう。第一ミドルコア部３１ｆは、巻回部２１の内部に配置されている部分を有する。第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とは、第一ミドルコア部３１ｆを挟むように互いに向き合って配置されている。第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とは、巻回部２１の外周に配置されている。
第一コア部３ｆの平面形状は、図４に示すように、Ｅ字状である。第一コア部３ｆの平面形状とは、第三方向Ｄ３から第一コア部３ｆを見た形状をいう。平面形状の考え方は、後述する第二コア部３ｓでも同様である。第一コア部３ｆは、第一エンドコア部３３ｆと、第一ミドルコア部３１ｆと、第一サイドコア部３２１及び第二サイドコア部３２２とを有する。第一エンドコア部３３ｆは、巻回部２１の第一端面に臨んでいる。臨んでいるとは、第一エンドコア部３３ｆと巻回部２１の第一端面とが互いに向き合っていることをいう。第一ミドルコア部３１ｆは、巻回部２１の内部に配置されている部分を有する。第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とは、第一ミドルコア部３１ｆを挟むように互いに向き合って配置されている。第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とは、巻回部２１の外周に配置されている。
第一コア部３ｆは、図３に示すように、第一エンドコア部３３ｆと第一ミドルコア部３１ｆと第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とが一体の成形体である。第一エンドコア部３３ｆは、第一ミドルコア部３１ｆと第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とをつないでいる。第一サイドコア部３２１と第二サイドコア部３２２とは、第一エンドコア部３３ｆの両端に設けられている。第一ミドルコア部３１ｆは、第一エンドコア部３３ｆの中央に設けられている。第一コア部３ｆは、後述する複合材料の成形体で構成されている。
第一エンドコア部３３ｆの形状は、本形態では薄い角柱状である。第一ミドルコア部３１ｆの形状は、巻回部２１の内周形状に対応した形状である。本形態の第一ミドルコア部３１ｆの形状は、四角柱状である。第一ミドルコア部３１ｆの角部は、図３では角張って示されているが、巻回部２１の角部の内周面に沿うように丸めている。第一サイドコア部３２１及び第二サイドコア部３２２の形状は、互いに同一形状である。本形態では、第一サイドコア部３２１及び第二サイドコア部３２２の形状は、薄い角柱状である。
第一サイドコア部３２１の断面積と第二サイドコア部３２２の断面積との合計は、第一ミドルコア部３１ｆの断面積及び第二ミドルコア部３１ｓの断面積の各々の断面積と同じである。ここでいう断面積とは、第一方向Ｄ１に直交する切断面の断面積である。
図４に示すように、第一ミドルコア部３１ｆの第一方向Ｄ１に沿った長さＬ１ｆは、巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さよりも短い。巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さとは、巻回部２１の第一端面と第二端面との間の第一方向Ｄ１に沿った長さである。巻回部２１のターン同士の間に隙間がある場合には、巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さにはターン同士の間の隙間の長さが含まれる。第一ミドルコア部３１ｆの第二方向Ｄ２に沿った長さは、第一サイドコア部３２１の第二方向Ｄ２に沿った長さと第二サイドコア部３２２の第二方向Ｄ２に沿った長さの各々の長さよりも長い。図１に示すように、第一ミドルコア部３１ｆの第三方向Ｄ３に沿った長さは、第一サイドコア部３２１の第三方向Ｄ３に沿った長さと第二サイドコア部３２２の第三方向Ｄ３に沿った長さの各々と同一である。
図４に示すように、第一サイドコア部３２１の第一方向Ｄ１に沿った長さＬ２１ｆと第二サイドコア部３２２の第一方向Ｄ１に沿った長さＬ２２ｆとは、同一である。長さＬ２１ｆと長さＬ２２ｆとは、長さＬ１ｆよりも長く、巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さよりも長い。第一サイドコア部３２１の第二方向Ｄ２に沿った長さと、第二サイドコア部３２２の第二方向Ｄ２に沿った長さとは、互いに同一である。図１に示すように、第一サイドコア部３２１の第三方向Ｄ３に沿った長さと、第二サイドコア部３２２の第三方向Ｄ３に沿った長さとは、互いに同一である。
（第二コア部）
第二コア部３ｓの平面形状は、図４に示すように、Ｔ字状である。第二コア部３ｓは、第二エンドコア部３３ｓと、第二ミドルコア部３１ｓとを有する。第二エンドコア部３３ｓは、巻回部２１の第二端面に臨んでいる。臨んでいるとは、第二エンドコア部３３ｓと巻回部２１の第二端面とが互いに向き合っていることをいう。第二ミドルコア部３１ｓは、巻回部２１の内部に配置されている部分を有する。
第二コア部３ｓの平面形状は、図４に示すように、Ｔ字状である。第二コア部３ｓは、第二エンドコア部３３ｓと、第二ミドルコア部３１ｓとを有する。第二エンドコア部３３ｓは、巻回部２１の第二端面に臨んでいる。臨んでいるとは、第二エンドコア部３３ｓと巻回部２１の第二端面とが互いに向き合っていることをいう。第二ミドルコア部３１ｓは、巻回部２１の内部に配置されている部分を有する。
第二コア部３ｓは、図３に示すように、第二エンドコア部３３ｓと第二ミドルコア部３１ｓとが一体の成形体である。第二ミドルコア部３１ｓは、第二エンドコア部３３ｓの中央に設けられている。第二コア部３ｓは、後述する圧粉成形体で構成されている。形状がＴ字状である圧粉成形体は、形状がＥ字状である圧粉成形体に比較して、製造し易い。そのため、形状がＴ字状である圧粉成形体は、形状がＥ字状である圧粉成形体に比較して、精度良く製造し易い。よって、形状がＴ字状である第二コア部３ｓは、形状がＥ字状である場合に比較して、第一コア部３ｆと組み合わせた際、不要な隙間が設けられ難い。
第二エンドコア部３３ｓの形状は、第一エンドコア部３３ｆの形状と同一形状である。即ち、第二エンドコア部３３ｓは、薄い角柱状である。第二ミドルコア部３１ｓの形状は、四角柱状である。第二ミドルコア部３１ｓの角部は、巻回部２１の角部の内周面に沿うように丸めている。
図４に示すように、第二ミドルコア部３１ｓの第一方向Ｄ１に沿った長さＬ１ｓは、長さＬ１ｆよりも短い。長さＬ１ｓと長さＬ１ｆとの合計長さは、長さＬ２１ｆ及び長さＬ２２ｆの各々の長さよりも短い。第二ミドルコア部３１ｓの第二方向Ｄ２に沿った長さは、第一ミドルコア部３１ｆの第二方向Ｄ２に沿った長さと同一である。図１に示すように、第二ミドルコア部３１ｓの第三方向Ｄ３に沿った長さは、第一ミドルコア部３１ｆの第三方向Ｄ３に沿った長さと互いに同一である。
図４に示すように、第二エンドコア部３３ｓの第一方向Ｄ１に沿った長さＬ３ｓは、第一エンドコア部３３ｆの第一方向Ｄ１に沿った長さＬ３ｆと同一である。第二エンドコア部３３ｓの第二方向Ｄ２に沿った長さは、第一エンドコア部３３ｆの第二方向Ｄ２に沿った長さと同一である。第二エンドコア部３３ｓの第二方向Ｄ２に沿った長さは、巻回部２１の第二方向Ｄ２に沿った長さよりも長い。図１に示すように、第二エンドコア部３３ｓの第三方向Ｄ３に沿った長さは、第一エンドコア部３３ｆの第三方向Ｄ３に沿った長さと同一である。図２に示すように、第二エンドコア部３３ｓの第三方向Ｄ３に沿った長さは、巻回部２１の第三方向Ｄ３に沿った長さよりも短い。図１に示すように、第二エンドコア部３３ｓの第三方向Ｄ３に沿った長さは、第二ミドルコア部３１ｓの第三方向Ｄ３に沿った長さと同一である。
（体積Ｖｓ／合計体積Ｖａ）×１００で求められる体積の割合Ｖｐｓの一例は、２５％以上４０％以下である。体積Ｖｓは、第二コア部３ｓの体積である。合計体積Ｖａは、上述したように、第一コア部３ｆの体積と第二コア部３ｓの体積とギャップ部３ｇの体積との合計体積である。体積の割合Ｖｐｓが２５％以上であれば、リアクトル１の放熱性が高くなり易い。体積の割合Ｖｐｓが４０％以下であれば、リアクトル１の損失が低下し易い。体積の割合Ｖｐｓは、更に２７％以上３８％以下であり、特に２９％以上３６％以下である。
（体積Ｖｍｓ／合計体積Ｖｍａ）×１００で求められる体積の割合Ｖｐｍの一例は、１５％以上４９％以下である。体積Ｖｍｓは、第二ミドルコア部３１ｓの体積である。合計体積Ｖｍａは、第一ミドルコア部３１ｆの体積と第二ミドルコア部３１ｓの体積とギャップ部３ｇの体積との合計体積である。割合Ｖｐｍが１５％以上であれば、リアクトル１の放熱性が高くなり易い。割合Ｖｐｍが４９％以下であれば、リアクトル１の損失が低下し易い。割合Ｖｐｍは、更に２０％以上４０％以下であり、特に２５％以上３５％以下である。
第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとは、第一サイドコア部３２１の端面及び第二サイドコア部３２２の端面と第二エンドコア部３３ｓの端面とが接するように組み合わされている。第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間に間隔が設けられている。第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間に後述するギャップ部３ｇが設けられている。
第一コア部３ｆを構成する複合材料の成形体は、樹脂中に軟磁性粉末が分散されてなる成形体である。複合材料の成形体は、未固化の樹脂中に軟磁性粉末を分散した流動性の素材を金型に充填し、樹脂を固化させることで得られる。複合材料の成形体は、樹脂中の軟磁性粉末の含有量を容易に調整できる。そのため、複合材料の成形体は、磁気特性を調整し易い。その上、複合材料の成形体は、圧粉成形体に比較して、複雑な形状でも形成し易い。複合材料の成形体中の軟磁性粉末の含有量の一例は、２０体積％以上８０体積％以下である。複合材料の成形体中の樹脂の含有量の一例は、２０体積％以上８０体積％以下である。これらの含有量は、複合材料の成形体が１００体積％である場合の値である。
第二コア部３ｓを構成する圧粉成形体は、軟磁性粉末を圧縮成形してなる成形体である。圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、コア部に占める軟磁性粉末の割合を高くできる。そのため、圧粉成形体は、磁気特性を高め易い。磁気特性としては、比透磁率や飽和磁束密度が挙げられる。また、圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、樹脂の量が少なく軟磁性粉末の量が多いため、放熱性に優れる。圧粉成形体中の磁性粉末の含有量の一例は、８５体積％以上９９体積％以下である。この含有量は、圧粉成形体が１００体積％である場合の値である。
軟磁性粉末を構成する粒子は、軟磁性金属の粒子、被覆粒子、又は軟磁性非金属の粒子などが挙げられる。被覆粒子は、軟磁性金属の粒子と、軟磁性金属の粒子の外周に設けられている絶縁被覆とを備える。軟磁性金属は、純鉄又は鉄基合金などが挙げられる。鉄基合金の一例は、Ｆｅ－Ｓｉ合金又はＦｅ－Ｎｉ合金などである。絶縁被覆の一例は、リン酸塩などである。軟磁性非金属の一例は、フェライトなどである。
複合材料の成形体の樹脂の一例は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である。熱硬化性樹脂の一例は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、又はウレタン樹脂などである。熱可塑性樹脂の一例は、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、又はフッ素樹脂などである。ポリアミド樹脂の一例は、ナイロン６、ナイロン６６、又はナイロン９Ｔなどである。
複合材料の成形体は、セラミックスフィラーを含有していてもよい。セラミックスフィラーの一例は、アルミナ、又はシリカなどである。セラミックスフィラーは、放熱性及び電気絶縁性の向上に寄与する。
複合材料の成形体中における軟磁性粉末の含有量及び圧粉成形体中における軟磁性粉末の含有量は、成形体の断面における軟磁性粉末の面積割合と等価とみなす。成形体中における軟磁性粉末の含有量は、次のようにして求める。成形体の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察して観察画像を取得する。成形体の断面は、任意の断面である。ＳＥＭの倍率は、２００倍以上５００倍以下とする。観察画像の取得数は、１０個以上とする。総断面積は、０．１ｃｍ２以上とする。一断面につき一つの観察画像を取得してもよいし、一断面につき複数の観察画像を取得してもよい。取得した各観察画像を画像処理して粒子の輪郭を抽出する。画像処理としては、例えば、二値化処理が挙げられる。各観察画像において軟磁性粒子の面積割合を算出し、その面積割合の平均値を求める。その平均値を軟磁性粉末の含有量とみなす。
上述したように、第一コア部３ｆが複合材料の成形体で構成され、第二コア部３ｓが圧粉成形体で構成されている。第一コア部３ｆが複合材料の成形体で構成され、第二コア部３ｓが圧粉成形体で構成されていることで、長さの長いギャップ部３ｇを介することなくインダクタンスを調整し易い上に、放熱性を調整し易い。そして、リアクトル１は、第二コア部３ｓが熱伝導率の比較的高い圧粉成形体で構成されることで、放熱性を高め易い。
（ギャップ部）
ギャップ部３ｇの配置箇所は、巻回部２１の内部である。ギャップ部３ｇの配置箇所は、第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間である。ギャップ部３ｇが巻回部２１の内部に設けられていることで、巻回部２１の外部に設けられている場合に比較して、漏れ磁束が巻回部２１に侵入し難い。そのため、巻回部２１で発生する渦電流損を低減し易い。ギャップ部３ｇは、第一コア部３ｆ及び第二コア部３ｓよりも比透磁率が小さい材料からなる部材で構成されている。本形態のギャップ部３ｇは、後述するモールド樹脂部４の一部で構成されている。
ギャップ部３ｇの配置箇所は、巻回部２１の内部である。ギャップ部３ｇの配置箇所は、第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間である。ギャップ部３ｇが巻回部２１の内部に設けられていることで、巻回部２１の外部に設けられている場合に比較して、漏れ磁束が巻回部２１に侵入し難い。そのため、巻回部２１で発生する渦電流損を低減し易い。ギャップ部３ｇは、第一コア部３ｆ及び第二コア部３ｓよりも比透磁率が小さい材料からなる部材で構成されている。本形態のギャップ部３ｇは、後述するモールド樹脂部４の一部で構成されている。
長さＬ１ｆと長さＬ１ｓとギャップ部３ｇの厚さとの合計長さに対するギャップ部３ｇの厚さの比の一例は、０．００１以上０．１以下である。ギャップ部３ｇの厚さとは、ギャップ部３ｇの第一方向Ｄ１に沿った長さＬｇである。上記比が０．００１以上であれば、所定のインダクタンスを確保し易い。上記比が０．１以下であれば、漏れ磁束が少なく、渦電流損の低減効果が高くなり易い。上記比は、更に０．０１以上０．０８以下であり、特に０．０２以上０．０６以下である。
ギャップ部３ｇの厚さの一例は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。厚さが０．１ｍｍ以上であれば、所定のインダクタンスを確保し易い。上記厚さが２ｍｍ以下であれば、漏れ磁束が少なく、渦電流損の低減効果が高くなり易い。上記厚さは、更に０．３ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下であり、特に０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
巻回部２１の第二端面からギャップ部３ｇまでの第一方向Ｄ１に沿った長さＬｅの一例は、巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．２倍以上０．４９倍以下である。長さＬｅとは、ギャップ部３ｇにおける第二端面に最も近い位置と第二端面との間の第一方向Ｄ１に沿った長さである。
長さＬｅが巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．２倍以上であることで、漏れ磁束が巻回部２１に侵入し難い。そのため、巻回部２１で発生する渦電流損を低減し易い。長さＬｅが巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．５倍に近いほど、即ちギャップ部３ｇの位置が巻回部２１の第一方向Ｄ１の中央に近いほど、渦電流損の低減効果が高くなり易い。
長さＬｅが巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．４９倍以下であることで、圧粉成形体よりも低損失な複合材料の成形体の割合を多くすることができるため、リアクトル１は、低損失である。また、長さＬｅが巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．４９倍以下であることで、モールド樹脂部４の一部で構成されるギャップ部３ｇを作製し易い。モールド樹脂部４の一部で構成されるギャップ部３ｇは、次のようにして形成される。コイル２と磁性コア３とを組み合わせた組物を用意する。その組物の外部から巻回部２１の内部における第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間に向かってモールド樹脂部４の構成材料を行き渡らせる。長さＬｅが巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．４９倍以下であることで、合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上であっても、上記した端面同士の間にモールド樹脂部４の構成材料を行き渡らせ易い。長さＬｅが短いほど、上記した端面同士の間にモールド樹脂部４の構成材料を行き渡らせ易い。
長さＬｅは、更に巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．２倍以上０．４倍以下であり、特に巻回部２１の第一方向Ｄ１に沿った長さの０．２５倍以上０．３７５倍以下である。
［モールド樹脂部］
図１に示すように、モールド樹脂部４は、磁性コア３の少なくとも一部を覆うと共に、ギャップ部３ｇを構成している。モールド樹脂部４は、磁性コア３の外周を覆い、コイル２の外周を覆っていなくてもよいし、磁性コア３の外周とコイル２の外周の両方を覆っていてもよい。図４は、説明の便宜上、後述するモールド樹脂部４を省略して示している。
図１に示すように、モールド樹脂部４は、磁性コア３の少なくとも一部を覆うと共に、ギャップ部３ｇを構成している。モールド樹脂部４は、磁性コア３の外周を覆い、コイル２の外周を覆っていなくてもよいし、磁性コア３の外周とコイル２の外周の両方を覆っていてもよい。図４は、説明の便宜上、後述するモールド樹脂部４を省略して示している。
本形態のモールド樹脂部４は、図２に示すように、コイル２の一部と磁性コア３との組合体の外周を覆っている。そのため、上記組合体が実質的に外部環境から保護される。本形態では、コイル２の外周面のうち設置対象側の平坦面がモールド樹脂部４から露出されている。コイル２の外周面のうち設置対象側の平坦面を除く面はモールド樹脂部４によって覆われている。磁性コア３の外周の全面がモールド樹脂部４によって覆われている。モールド樹脂部４は、巻回部２１と第一ミドルコア部３１ｆとの間、巻回部２１と第二ミドルコア部３１ｓとの間、及び第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間に設けられている。このモールド樹脂部４により、コイル２と磁性コア３とが一体化される。モールド樹脂部４の樹脂の一例は、上述した複合材料の成形体の樹脂と同様の樹脂である。モールド樹脂部４の樹脂は、複合材料の成形体と同様、セラミックスフィラーを含有していてもよい。
［その他］
リアクトル１は、図示は省略しているものの、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。ケース内の上記組合体は、封止樹脂部により埋設されていてもよい。ケースは、冷却ベースなどに設置される。接着層は、上記組合体を冷却ベース又はケースの内底面などに固定したり、上記ケースを冷却ベースなどに固定したりする。保持部材は、コイル２と磁性コア３との間に設けられ、コイル２と磁性コア３との間の絶縁を確保する。
リアクトル１は、図示は省略しているものの、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。ケース内の上記組合体は、封止樹脂部により埋設されていてもよい。ケースは、冷却ベースなどに設置される。接着層は、上記組合体を冷却ベース又はケースの内底面などに固定したり、上記ケースを冷却ベースなどに固定したりする。保持部材は、コイル２と磁性コア３との間に設けられ、コイル２と磁性コア３との間の絶縁を確保する。
〔実施形態１の作用効果〕
本形態のリアクトル１は、以下の効果を奏することができる。
本形態のリアクトル１は、以下の効果を奏することができる。
リアクトル１は、ギャップ部３ｇの厚さが大きくなることなく、インダクタンスを調整し易い。磁性コア３が、単一材料で構成されておらず、複合材料の成形体で構成されている第一コア部３ｆと、圧粉成形体で構成されている第二コア部３ｓとで構成されているからである。
リアクトル１は、放熱性を高め易い。巻回部２１が設置対象１００に接触する部分を含むことで、設置対象１００を介してコイル２の熱を効果的に放出できるからである。また、磁性コア３の表面が熱伝導率の比較的高い圧粉成形体で構成される面を含むことができるからである。
リアクトル１は、冷却性能に偏りのある冷却部材により冷却されるリアクトルに好適に利用できる。熱伝導率の高い第二コア部３ｓを冷却部材の冷却性能の低い側に配置し、熱伝導率の低い第一コア部３ｆを冷却部材の冷却性能の高い側に配置する。それにより、第一コア部３ｆと第二コア部３ｓとが均等に冷却されて、磁性コア３の最高温度が低減される。
リアクトル１は、大型化し難い。リアクトル１は、上述のように放熱性を調整し易く高め易いため、上述した従来のリアクトルのような冷却管を設けなくてもよいからである。
リアクトル１は、低損失である。長さＬ１ｓが長さＬ１ｆよりも短いことで、複合材料の成形体よりも損失の大きな圧粉成形体の割合が少ないからである。また、ギャップ部３ｇが巻回部２１の内部に配置されていて、長さＬｅが巻回部２１の長さの０．２倍以上であることで、漏れ磁束が巻回部２１に侵入し難い。そのため、巻回部２１で発生する渦電流損を低減し易いからである。更に、長さＬｅが巻回部２１の長さの０．４９倍以下であることで、巻回部２１の内部において、圧粉成形体よりも低損失な複合材料の成形体の割合を多くすることができるからである。そして、上述したように磁性コア３の最高温度が低減されるからである。
リアクトル１は、漏れ磁束によって周辺機器に影響を与えるなどの問題を抑制できる。ギャップ部３ｇが巻回部２１の内部に配置されていて、長さＬｅが巻回部２１の長さの０．２倍以上であることで、巻回部２１の外部への磁束の漏れを抑制し易いからである。
リアクトル１は、モールド樹脂部４の一部でギャップ部３ｇを構成し易い。長さＬｅは、巻回部２１の長さの０．４９倍以下である。つまり、ギャップ部３ｇとなる隙間が巻回部２１の第二端面から近い。そのため、合計体積Ｖａが５０ｃｍ３以上であっても、巻回部２１の内部における第一ミドルコア部３１ｆの端面と第二ミドルコア部３１ｓの端面との間に向かってモールド樹脂部の構成材料を行き渡らせ易いからである。
《実施形態２》
〔コンバータ・電力変換装置〕
実施形態１のリアクトル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１のリアクトル１は、代表的には電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車などの車両１２００に載置されるコンバータの構成部品や、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できる。
〔コンバータ・電力変換装置〕
実施形態１のリアクトル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１のリアクトル１は、代表的には電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車などの車両１２００に載置されるコンバータの構成部品や、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できる。
車両１２００は、図５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５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６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１のリアクトル１を備える。大型化することなく放熱性に優れる上に低損失なリアクトル１を備えることで、電力変換装置１１００やコンバータ１１１０も、小型化、放熱性の向上、及び低損失化が期待できる。
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１のリアクトル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１のリアクトル１などを利用することもできる。
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ リアクトル
２ コイル、
２１ 巻回部、２１ａ 第一端部、２１ｂ 第二端部、
２５ 外周面
３ 磁性コア、３ｆ 第一コア部、３ｓ 第二コア部
３１ｆ 第一ミドルコア部、３１ｓ 第二ミドルコア部
３２１ 第一サイドコア部、３２２ 第二サイドコア部
３３ｆ 第一エンドコア部、３３ｓ 第二エンドコア部
３ｇ ギャップ部
４ モールド樹脂部
Ｌ１ｆ、Ｌ１ｓ、Ｌ２１ｆ、Ｌ２２ｆ、Ｌ３ｆ、Ｌ３ｓ、Ｌｅ 長さ
Ｄ１ 第一方向、Ｄ２ 第二方向、Ｄ３ 第三方向
１００ 設置対象
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
２ コイル、
２１ 巻回部、２１ａ 第一端部、２１ｂ 第二端部、
２５ 外周面
３ 磁性コア、３ｆ 第一コア部、３ｓ 第二コア部
３１ｆ 第一ミドルコア部、３１ｓ 第二ミドルコア部
３２１ 第一サイドコア部、３２２ 第二サイドコア部
３３ｆ 第一エンドコア部、３３ｓ 第二エンドコア部
３ｇ ギャップ部
４ モールド樹脂部
Ｌ１ｆ、Ｌ１ｓ、Ｌ２１ｆ、Ｌ２２ｆ、Ｌ３ｆ、Ｌ３ｓ、Ｌｅ 長さ
Ｄ１ 第一方向、Ｄ２ 第二方向、Ｄ３ 第三方向
１００ 設置対象
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
本開示のリアクトルは、
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である。
Claims (11)
- コイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、巻回部を有し、
前記巻回部の数が一つであり、
前記巻回部の外周面は、前記リアクトルの設置対象に接触する部分を含み、
前記磁性コアは、
前記巻回部の軸方向に組み合わされたＥ字状の第一コア部及びＴ字状の第二コア部と、
前記第一コア部と前記第二コア部との間に設けられているギャップ部と、を有し、
前記第一コア部は、前記巻回部の第一端面に臨んでいる第一エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第一ミドルコア部と、前記第一ミドルコア部を挟むように前記巻回部の外周に配置されている第一サイドコア部及び第二サイドコア部と、が一体の複合材料の成形体で構成され、
前記第二コア部は、前記巻回部の第二端面に臨んでいる第二エンドコア部と、前記巻回部の内部に配置されている部分を有する第二ミドルコア部と、が一体の圧粉成形体で構成され、
前記第二ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さが前記第一ミドルコア部における前記巻回部の軸方向に沿った長さよりも短く、
前記ギャップ部は、前記巻回部の内部において、前記第一ミドルコア部と前記第二ミドルコア部との間に配置され、
前記第二端面から前記ギャップ部までの長さは、前記巻回部の長さの０．２倍以上０．４９倍以下であり、
前記第一コア部の体積と前記第二コア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積Ｖａは、５０ｃｍ３以上５００ｃｍ３以下である、
リアクトル。 - 前記合計体積Ｖａに占める前記第二コア部の体積の割合は、２５％以上４０％以下である、請求項１に記載のリアクトル。
- 前記第一ミドルコア部の体積と前記第二ミドルコア部の体積と前記ギャップ部の体積との合計体積に占める前記第二ミドルコア部の体積の割合は、１５％以上４９％以下である、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
- 前記第一ミドルコア部の長さと前記第二ミドルコア部の長さと前記ギャップ部の厚さとの合計長さに対する前記ギャップ部の厚さの比が、０．００１以上０．１以下である、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。
- 前記ギャップ部の厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、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。
- 前記磁性コアの少なくとも一部を覆うと共に、前記ギャップ部を構成しているモールド樹脂部を備える、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。
- 電気自動車、ハイブリッド自動車、又は燃料電池自動車のコンバータを構成する、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。
- 前記圧粉成形体は、軟磁性粉末を含む原料粉末の成形体であり、
前記圧粉成形体における前記軟磁性粉末の含有量が８５体積％以上９９体積％以下である、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。 - 前記複合材料の成形体は、樹脂中に軟磁性粉末が分散した成形体であり、
前記複合材料の成形体における前記軟磁性粉末の含有量が２０体積％以上８０体積％以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のリアクトル。 - 請求項１から請求項９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。 - 請求項１０に記載のコンバータを備える、
電力変換装置。
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|---|---|---|---|---|
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