JP2024001796A - リアクトル、分割片、コンバータ、及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した磁気特性を有する磁性コアを備えるリアクトルを提供する。【解決手段】巻回部を有するコイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、前記磁性コアは、第一コア片を含む複数の分割片を有し、第一コア片は、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によって構成されている。前記第一コア片は、前記巻回部の軸線方向に直交する方向に延び、前記巻回部の端面に臨む位置に配置されている第一部分と、前記第一部分から前記軸線方向に延びる第二部分と、を備え、前記第一部分は、前記端面と同じ方向を向く外方面を備える。前記第一コア片は更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、リアクトル、分割片、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及び特許文献２に記載されるリアクトルは、コイルと磁性コアとを備える。コイルは、巻線を巻回してなる巻回部を備える。巻回部の数は一つでも良いし複数でも良い。

磁性コアは複数の分割片を組み合わせることで構成されている。分割片は例えば、軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、又は軟磁性粉末が樹脂中に分散した複合材料の成形体である。複合材料の成形体は、軟磁性粉末と樹脂との混合比率を変化させることで、所望の磁気特性を達成し易い。

特開２０１７－１３５３３４号公報 特開２０１６－２０１５０９号公報

複合材料の成形体からなる分割片は、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に軟磁性粉末を混合し、その混合物を金型内に射出する射出成形によって作製される。この場合、金型が冷却または加熱されることで、樹脂が固化し、分割片が完成する。しかし、この樹脂の固化の際、金型に接触する分割片の外方側の部分が、分割片の内方側の部分に比べて早く固化し易い。そのため、固化に伴い収縮した外方側の部分が、内方側の部分を外方に引っ張り、分割片の内部に引け巣（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃａｖｉｔｙ）が形成され易い。引け巣の形成位置及び大きさは不規則となり易く、引け巣の形成位置及び大きさによって、分割片の磁気特性が不安定になる恐れがある。

本開示は、安定した磁気特性を有する磁性コアを備え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、安定した磁気特性を有する分割片を提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、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、
巻回部を有するコイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記磁性コアは、第一コア片を含む複数の分割片を有し、
前記第一コア片は、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によって構成されており、
前記巻回部の軸線方向に直交する方向に延び、前記巻回部の端面に臨む位置に配置されている第一部分と、
前記第一部分から前記軸線方向に延びる第二部分と、を備え、
前記第一部分は、前記端面と同じ方向を向く外方面を備え、
前記第一コア片は更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える。

本開示の分割片は、
リアクトルに備わる磁性コアの一部を構成する分割片であって、
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によって構成されており、
第一部分と、
前記第一部分の延伸方向に直交する方向に延びる第二部分と、を備え、
前記第一部分は、前記第二部分の反対側を向く外方面を備え、
更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える。

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及び分割片は、安定した磁気特性を備える。また、本開示のコンバーター及び電力変換装置は、安定して動作する。

図１は、実施形態１に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 図２は、実施形態１に記載される磁性コアの概略上面図である。 図３は、実施形態１に記載される複合材料の模式図である。 図４は、実施形態１に記載される第一コア片の概略斜視図である。 図５は、変形例１に記載される第一コア片であって、止まり穴にコア材が配置された第一コア片の概略断面図である。 図６は、実施形態２に記載される磁性コアの概略上面図である。 図７は、実施形態３に記載される磁性コアの概略上面図である。 図８は、実施形態４に記載され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］
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、
巻回部を有するコイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記磁性コアは、第一コア片を含む複数の分割片を有し、
前記第一コア片は、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によって構成されており、
前記巻回部の軸線方向に直交する方向に延び、前記巻回部の端面に臨む位置に配置されている第一部分と、
前記第一部分から前記軸線方向に延びる第二部分と、を備え、
前記第一部分は、前記端面と同じ方向を向く外方面を備え、
前記第一コア片は更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える。

上記リアクトルは、安定した磁気特性を備える。
上記リアクトルは止まり穴を有する第一コア片を備える。この第一コア片を作製する場合、止まり穴を形成するための中子が第一コア片の内部に配置される。第一コア片の内部に中子が配置されることによって、第一コア片を構成する樹脂が全体的に均一に固化し易く、内側から外側に向かう収縮を抑制し易い。そのため、第一コア片の内部に引け巣ができ難い。また、第一コア片の内部に引け巣ができたとしても、その形成位置及び大きさが非常に限定される。従って、止まり穴を有する第一コア片は安定した磁気特性を備え、この第一コア片を備えるリアクトルも安定した磁気特性を備える。

ここで、止まり穴による磁性コアの磁気特性の低下は限定的である。なぜなら、後述する実施形態において説明するように、止まり穴の延伸方向がおおむね磁束の方向に沿っているからである。

止まり穴によって第一コア片の実体部分が減る。従って、上記構成のリアクトルは、第一コア片に止まり穴を有さないリアクトルに比べて軽量である。

＜２＞上記＜１＞に記載されるリアクトルにおいて、
前記止まり穴の軸線は、前記第二部分の延伸方向に沿っており、
前記止まり穴は、前記第二部分の軸線を含んでいても良い。

上記形態では、第二部分の延伸方向に直交する断面における中心部分に止まり穴が配置されている。このような第一コア片では、止まり穴の内面から第二部分の外面までの距離が極端に長くなる箇所が存在しない。従って、上記形態の第一コア片には引け巣ができ難い。また、止まり穴が第二部分の軸線を含む位置に配置されていることで、止まり穴が磁性コアの磁気特性を低下させ難い。

＜３＞上記＜１＞又は＜２＞に記載されるリアクトルにおいて、
前記止まり穴の内面と前記第二部分の外面との最大長さが１５ｍｍ以下であっても良い。

上記構成を備える第一コア片には引け巣ができ難い。

＜４＞上記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第二部分の軸方向に直交する横断面において、前記第二部分の外周輪郭の内側の面積Ｓ０と、前記止まり穴の面積Ｓ１との比Ｓ１／Ｓ０が０．０２以上０．１５以下であっても良い。

比Ｓ１／Ｓ０が０．０２以上であれば第二コア部分に引け巣ができ難い。比Ｓ１／Ｓ０が０．１５以下であれば第二コア部の磁気特性及び強度が低下し難い。

＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第一コア片は更に、前記第二部分の延伸方向に平行な方向に延びる第三コア部及び第四コア部を備えるＥ字形状を備え、
前記第二部分は、前記第三コア部と前記第四コア部に挟まれた位置に配置されていても良い。

Ｅ字形状とは、基部と、基部の延伸方向に直交する方向に延びる３つの脚部とを備える形状である。Ｅ字形状の第一コア片では、一般に中間の脚部が最も太い。その最も太い中間の脚部が止まり穴を有する第二部分であれば、中間の脚部に引け巣ができ難い。中間の脚部よりも細い部分にはそもそも引け巣ができ難い。従って、Ｅ字形状の第一コア片は引け巣をほとんど有さない。

＜６＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第一コア片は、前記第一部分と前記第二部分とで構成されるＴ字形状を備えていても良い。

Ｔ字形状の第一コア片では、一般に第二部分が最も太い。その最も太い第二部分に止まり穴があれば、第二部分に引け巣ができ難い。第二部分よりも細い第一部分にはそもそも引け巣ができ難い。従って、Ｔ字形状の第一コア片は引け巣をほとんど有さない。

＜７＞上記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記複数の分割片は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体によって構成された第二コア片を備えていても良い。

圧粉成形体は透磁率などの磁気特性に優れる。第一コア片が複合材料の成形体で、第二コア片が圧粉成形体であれば、磁性コア全体の磁気特性の調整が容易になる。このような磁性コアは磁気飽和し難い。

＜８＞上記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第一コア片は、前記止まり穴に配置された棒状のコア材を備えていても良い。

コア材は第一コア片の磁気特性を向上させる。ここで、第一コア片を成形する際に形成されるスプルーをコア材として利用すれば、材料の無駄が低減される。

＜９＞実施形態に係る分割片は、
リアクトルに備わる磁性コアの一部を構成する分割片であって、
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によって構成されており、
第一部分と、
前記第一部分の延伸方向に直交する方向に延びる第二部分と、を備え、
前記第一部分は、前記第二部分の反対側を向く外方面を備え、
更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える。

上記分割片は、安定した磁気特性を備える。
上記分割片を作製する場合、止まり穴を形成するための中子が分割片の内部に配置される。分割片の内部に中子が配置されることによって、分割片を構成する樹脂が全体的に均一に固化し易く、内側から外側に向かう収縮が抑制され易い。従って、分割片の内部に引け巣ができ難い。また、分割片の内部に引け巣ができたとしても、その形成位置及び大きさが非常に限定される。従って、止まり穴を有する分割片は安定した磁気特性を備える。

上記分割片は強度に優れる。なぜなら、止まり穴によって分割片の内部に引け巣ができ難いからである。

止まり穴によって分割片の実体部分が減る。従って、上記分割片は軽量である。

＜１０＞実施形態に係るコンバータは、上記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載されるリアクトルを備える。

上記コンバータは、安定した磁気特性を備える実施形態のリアクトルを備える。従って、上記コンバータは、安定して動作する。

＜１１＞実施形態に係る電力変換装置は、上記＜１０＞に記載されるコンバータを備える。

上記電力変換装置は、安定した性能を発揮するコンバータを備える。従って、上記電力変換装置は、安定して動作する。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示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の特徴の一つは、磁性コア３の一部に止まり穴４が設けられていることである。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、少なくとも一つの巻回部２１を有する。本例の巻回部２１の数は一つである。巻回部２１は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、絶縁被覆を有する導体線からなる被覆平角線である。導体線は例えば、銅製の平角線で構成されている。絶縁被覆は例えば、エナメルからなる。本例の巻回部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ある。

巻回部２１の形状は矩形筒状である。即ち、本例の巻回部２１の端面形状は矩形枠状である。本例の巻回部２１の角部は丸められている。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、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、巻回部２１を介して設置対象に放熱し易い。また、設置対象に対する巻回部２１の設置状態が安定し易い。

巻回部２１の端部２ａ及び端部２ｂはそれぞれ、巻回部２１の外周側へ引き伸ばされている。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である。

≪磁性コア≫
磁性コア３は、図２に示されるように、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。本例の磁性コア３は、二つの環形状がつながった『８』の字形状である。図２では、コイル２の図示が省略されている。図２では、各コア部の境界が二点鎖線で示されている。ミドルコア部３０は、巻回部２１の内部に配置される部分を有する。第一エンドコア部３１は、巻回部２１の第一の端面２１１（図１参照）に臨む。第二エンドコア部３２は、巻回部２１の第二の端面２１２（図１参照）に臨む。第一サイドコア部３３は、角筒状の巻回部２１に備わる４つの外周面のうちの一つである第一の側面の外側に配置される。第二サイドコア部３４は、巻回部２１の第二の側面の外側に配置される。第二の側面は、第一の側面の反対側の面である。

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方向の両方に直交する方向がＺ方向（図１）である。

［ミドルコア部］
ミドルコア部３０の少なくとも一部は、巻回部２１の内部に配置される。従って、ミドルコア部３０は、巻回部２１の軸線方向に沿って延びる。本例では、磁性コア３のうち、巻回部２１の軸線方向に沿った部分の両端部がそれぞれ、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、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、巻回部２１の軸線方向に直交するＹ方向に延びており、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、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、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の外方面３１０には止まり穴４が開口している。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。つまり、外方面３１０は、第一エンドコア部３１のうち、巻回部２１の第一の端面２１１に向き合う面の反対側に配置される面である。外方面３１０は、巻回部２１の第一の端面２１１と同じ方向を向いている。止まり穴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、巻回部２１の第一の側面の外側において、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。第一の側面は、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、巻回部２１の第二の側面の外側において、第一エンドコア部３１と第二エンドコア部３２とをつなぐ。第二の側面は、巻回部２１におけるＹ方向に向く面であって、第一の側面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］
図１に示されるリアクトル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。

ミドルコア部３０が最も太い。本明細書における『太い』とは、磁性コア３の環形状を平面視したときに各部の幅が大きいことを意味する。本例では、磁性コア３をＺ方向から平面視したときの各部の幅が大きいことを『太い』という。本例におけるミドルコア部３０の幅は、長さＴ０である。第一エンドコア部３１の幅、及び第二エンドコア部３２の幅はそれぞれ、長さＴ１及び長さＴ２である。第一サイドコア部３３の幅、及び第二サイドコア部３４の幅はそれぞれ、長さＴ３及び長さＴ４である。

［分割形態］
磁性コア３は、複数の分割片３Ａ，３Ｂを組み合わせてなる。本例の分割片３Ａ，３Ｂの数は２であるが、３以上でも良い。分割片３Ａは、後述する複合材料の成形体からなる第一コア片５である。第一コア片５は、後述する止まり穴４を備える。分割片３Ｂは、後述する圧粉成形体からなる第二コア片６である。

本例の第一コア片５は、第一部分５１と第二部分５２と第三部分５３と第四部分５４とを備える。第一部分５１は第一エンドコア部３１に対応する。第二部分５２はミドルコア部３０の一部に対応する。第三部分５３は第一サイドコア部３３に対応する。第四部分５４は第二サイドコア部３４に対応する。第二部分５２は、第三部分５３と第四部分５４との間に配置されている。第二部分５２と第三部分５３との間、及び第二部分５２と第四部分５４との間には間隔が設けられている。Ｚ方向から見た第一コア片５の形状は、略Ｅ字形状である。第一コア片５は、巻回部２１の内部空間に配置された第一端面３ａを備える。第一端面３ａは、第二部分５２の端面であって、Ｙ－Ｚ平面に平行である。

本例の第二コア片６は、磁性コア３における第一コア片５を除く部分を構成する。具体的には、第二コア片６は、第二エンドコア部３２とミドルコア部３０の一部とで構成されている。Ｚ方向から見た第二コア片６の形状は、略Ｔ字形状である。第二コア片６は、巻回部２１の内部空間に配置された第二端面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は磁気ギャップとして機能する。

［磁気特性・材質など］
第一コア片５は、複合材料の成形体である。複合材料９は、図３の模式図に示されるように、固化した樹脂９０と、樹脂９０中に分散した軟磁性粉末９１とを含む。軟磁性粉末９１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。

樹脂９０は例えば、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂である。熱硬化性樹脂は例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂である。熱可塑性樹脂は例えば、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）樹脂である。その他、樹脂９０は、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でも良い。

複合材料９は、樹脂９０及び軟磁性粉末９１の他に、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９の成形体の放熱性を向上させる。非金属粉末は例えば、アルミナ又はシリカなどのセラミックスフィラーである。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例えば、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％以下である。

複合材料９中の軟磁性粉末９１の含有量は例えば、３０体積％以上８０体積％以下である。飽和磁束密度や放熱性の向上の観点から、軟磁性粉末９１の含有量は更に、５０体積％以上、６０体積％以上、７０体積％以上でも良い。製造過程での流動性の向上の観点から、軟磁性粉末９１の含有量は７５体積％以下でも良い。軟磁性粉末９１の含有量が小さくなるほど、複合材料９の成形体の比透磁率は小さくなり易い。複合材料９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９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。

複合材料９の第一コア片５は、未固化の樹脂９０と軟磁性粉末９１との混合物を金型に充填し、樹脂９０を固化させる樹脂成形によって製造される。図４には、樹脂成形された第一コア片５が示されている。第一コア片５は、ゲートとランナーとスプルーとを備える。ゲートは第一コア片５につながっている。第一コア片５の樹脂成形後、ゲートは切り離される。ゲート、ランナー、及びスプルーの組成は、第一コア片５の本体の組成と同じである。

図２に示される第二コア片６は、軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧成形することによって作製された圧粉成形体である。この軟磁性粉末は、複合材料９の軟磁性粉末９１に利用できるものであれば特に限定されない。原料粉末には潤滑剤が含まれていても良い。圧粉成形体は、複合材料９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。圧粉成形体は、高い飽和磁束密度、及び比透磁率を有する傾向にある。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。

複合材料の成形体からなる第一コア片５と、圧粉成形体からなる第二コア片６とを備える磁性コア３は磁気飽和し難い。

≪止まり穴≫
第一コア片５は止まり穴４を備える。止まり穴４は、底面４ｂを有する穴である。止まり穴４は、外方面３１０から第二部分５２に至る。つまり、底面４ｂは第二部分５２の内部に配置されている。外方面３１０における止まり穴４の開口部４ｈは、Ｘ方向から見てミドルコア部３０の外周輪郭の内側に配置されている。

止まり穴４は、第一コア片５の内部に引け巣が形成されることを抑制する。第一コア片５が樹脂成形される際、止まり穴４を形成するための中子が第一コア片５の内部に配置される。第一コア片５の内部に中子が配置されることによって、第一コア片５を構成する樹脂が全体的に均一に固化し易く、内側から外側に向かう収縮が抑制され易い。そのため、第一コア片５の内部に引け巣ができ難い。また、第一コア片５の内部に引け巣ができたとしても、その形成位置及び大きさが非常に限定される。第一コア片５は、止まり穴４を含んだ状態で所望の磁気特性を達成するように設計されている。イレギュラーな空隙である引け巣が少ない第一コア片５は安定した磁気特性を備える。

本例の止まり穴４の軸線は、第二部分５２の延伸方向、即ちＸ方向に沿って延びている。つまり、止まり穴４の軸線は、第二部分５２における磁束の方向に沿っており、磁束の方向に交差していない。従って、止まり穴４は第一コア片５の磁気特性を低下させ難い。

止まり穴４の軸線は、第二部分５２の軸線、即ちミドルコア部３０の軸線を含んでいる。ミドルコア部３０の軸線は、ミドルコア部３０のＹ－Ｚ断面の面積重心を通る直線である。本例の磁性コア３では、ミドルコア部３０から第一エンドコア部３１に向かう磁束が、第一サイドコア部３３に向かう磁束と、第二サイドコア部３４に向かう磁束とに分かれる。そのため、ミドルコア部３０の軸線付近、即ち第一コア片５の第二部分５２の軸線付近には磁束が通り難い。また、第一エンドコア部３１における止まり穴４が設けられる部分、即ち第一部分５１における止まり穴４が設けられる部分も、磁束が通り難い部分である。従って、第一コア片５に備わる止まり穴４は、第一コア片５の磁気特性を低下させ難い。

止まり穴４の横断面の形状は特に限定されない。止まり穴４の横断面とは、止まり穴４の延伸方向に直交する断面である。本例の場合、止まり穴４の横断面は、止まり穴４のＹ－Ｚ断面である。本例の止まり穴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。

止まり穴４の横断面は、止まり穴４の全長にわたって一定でも良いし、底面４ｂに向かうに従って小さくなっても良い。先細り形状の止まり穴４であれば、第一コア片５を樹脂成形する際、第一コア片５から中子を抜き易い。

止まり穴４の内面４０と第二部分５２の外面５２０との最大長さは例えば１５ｍｍ以下である。内面４０には底面４ｂも含まれる。本明細書における最大長さは、止まり穴４の軸線に直交する横断面における内面４０と外面５２０との長さ、及び止まり穴４の軸線に沿った縦断面における底面４ｂと第一端面３ａとの長さのうち、最大のものをいう。本例では、横断面における内面４０と、矩形断面を有する第二部分５２の角部との間の長さである。この最大長さが１５ｍｍ以下あれば、第一コア片５を樹脂成形する際、第一コア片５に引け巣ができ難い。最大長さが小さくなるほど、引け巣ができ難い。最大長さは例えば、１０ｍｍ以下でも良いし、５ｍｍ以下でも良い。

第二部分５２の軸方向におけるどの位置においても、第二部分５２の横断面の外周輪郭の内側の面積Ｓ０と、止まり穴４の横断面の面積Ｓ１との比Ｓ１／Ｓ０は例えば、０．０２以上０．１５以下である。比Ｓ１／Ｓ０が０．０２以上であれば、第一コア片５に引け巣ができ難い。比Ｓ１／Ｓ０が０．１５以下であれば、第一コア片５の磁気特性及び強度が低下し難い。比Ｓ１／Ｓ０は０．０４以上０．１２以下でも良いし、０．０５以上０．１以下でも良い。

≪その他≫
本例のリアクトル１は、コイル２と磁性コア３とを一体化する樹脂モールド部を備えていても良い。樹脂モールド部は、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。樹脂モールド部を構成する樹脂は例えばＰＢＴ樹脂である。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。

≪まとめ≫
本例のリアクトル１は安定した磁気特性を備える。
本例のリアクトル１は、第一コア片５を含む磁性コア３を備える。第一コア片５は、引け巣をほとんど有さないため、安定した磁気特性を備える。従って、第一コア片５を備えるリアクトル１も、安定した磁気特性を備える。

本例のリアクトル１は軽量である。
止まり穴４によって第一コア片５の実体部分が減る。従って、本例のリアクトル１は、止まり穴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は、止まり穴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。
第一コア片５に設けられる止まり穴４は、第一コア片５における磁束が通り難い部分に設けられている。従って、磁性コア３に止まり穴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。

≪変形例１≫
図５は、第一コア片５を止まり穴４の位置を含むＸ－Ｙ平面で切断した断面図である。図５に示されるように、第一コア片５の止まり穴４に棒状のコア材８が配置されていても良い。コア材８は磁性体である。コア材８は複合材料の成形体でも良いし、圧粉成形体でも良い。本例のコア材８は、所定の大きさにカットされたスプルーによって構成されている。

止まり穴４の位置には磁束が通り難いものの、止まり穴４にコア材８が配置されていれば、コア材８は磁路として機能する。従って、コア材８によって第一コア片５の磁気特性が向上する。

コア材８の外形は、止まり穴４の内形に完全に一致している必要はない。止まり穴４よりも小さくても良く、コア材８と止まり穴４の内面４０との間に隙間があっても良い。例えば、コア材８の先端と、底面４ｂとが離れていても良い。隙間は接着剤などで埋められていても良い。

本例のコア材８はスプルーによって構成されている。廃棄物であるスプルーがコア材８として利用されることで材料の無駄が低減される。

≪変形例２≫
図１に示されるリアクトル１とは異なり、コイル２は二つの巻回部２１を有していても良い。この場合、一方の巻回部２１は第一サイドコア部３３に配置され、他方の巻回部２１は第二サイドコア部３４に配置されても良い。この構成では、二つの巻回部２１はそれぞれ独立した電源につながっている。この構成では、ミドルコア部３０には巻回部２１は配置されておらず、図２に示される第一端面３ａと第二端面３ｂとが接している。

＜実施形態２＞
実施形態２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２のリアクトル１と実施形態１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のリアクトル１と同じである。この点は、後述する実施形態３，４においても同様である。

第一コア片５は、第一エンドコア部３１と、ミドルコア部３０の一部とによって構成されている。Ｚ方向から見た第一コア片５は概略Ｔ字形状である。第一コア片５は複合材料の成形体であって、止まり穴４を備える。

第二コア片６は、第二エンドコア部３２、ミドルコア部３０の一部、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方向から見た第二コア片６は概略Ｅ字形状である。第二コア片６は圧粉成形体である。

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１に記載されるＥ字形状の第一コア片５と、実施形態２に記載されるＴ字形状の第一コア片５とで磁性コア３を構成することもできる。この場合、磁性コア３全体が複合材料によって構成される。

＜実施形態３＞
実施形態３に係るリアクトル１を図７に基づいて説明する。本例の第一コア片５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。Ｚ方向から見た第一コア片５は概略Ｆ字形状である。第一コア片５は複合材料の成形体であって、止まり穴４を備える。

第二コア片６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方向から見た第二コア片６は概略Ｆ字形状である。第二コア片６は圧粉成形体である。Ｚ方向から見た第二コア片６の輪郭形状は、第一コア片５と同じであっても良いし、異なっていても良い。

本例とは異なり、磁性コア３は、概略Ｆ字形状の二つの第一コア片５によって構成されていても良い。

＜実施形態４＞
実施形態４に係るリアクトル１を図８に基づいて説明する。本例の第一コア片５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の一部とによって構成されている。Ｚ方向から見た第一コア片５は概略Ｅ字形状である。第一コア片５は複合材料の成形体であって、止まり穴４を備える。

第二コア片６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の一部とによって構成されている。Ｚ方向から見た第二コア片６は概略Ｅ字形状である。第二コア片６は圧粉成形体である。Ｚ方向から見た第二コア片６の輪郭形状は、第一コア片５と同じであっても良いし、異なっていても良い。

本例とは異なり、磁性コア３は、概略Ｅ字形状の二つの第一コア片５によって構成されていても良い。

＜実施形態５＞
≪コンバータ・電力変換装置≫
上記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。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の充電箇所はインレットであるが、プラグを備える形態でも良い。

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。

安定した磁気特性を有す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は、安定して動作する。

１ リアクトル
２ コイル
２１ 巻回部、２ａ，２ｂ 端部
２１１ 第一の端面、２１２ 第二の端面
３ 磁性コア
３ａ 第一端面、３ｂ 第二端面、３ｇ 隙間
３Ａ，３Ｂ 分割片
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 外方面
４ 止まり穴
４ｂ 底面、４ｈ 開口部
４０ 内面
５ 第一コア片
５１ 第一部分、５２ 第二部分、５３ 第三部分、５４ 第四部分
５２０ 外面
６ 第二コア片
８ コア材
９ 複合材料
９０ 樹脂、９１ 軟磁性粉末
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

Claims (11)

1. 巻回部を有するコイルと磁性コアとを備えるリアクトルであって、
   前記磁性コアは、第一コア片を含む複数の分割片を有し、
   前記第一コア片は、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によって構成されており、
   前記巻回部の軸線方向に直交する方向に延び、前記巻回部の端面に臨む位置に配置されている第一部分と、
   前記第一部分から前記軸線方向に延びる第二部分と、を備え、
   前記第一部分は、前記端面と同じ方向を向く外方面を備え、
   前記第一コア片は更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える、
   リアクトル。
2. 前記止まり穴の軸線は、前記第二部分の延伸方向に沿っており、
   前記止まり穴は、前記第二部分の軸線を含む、請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記止まり穴の内面と前記第二部分の外面との最大長さが１５ｍｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記第二部分の軸方向に直交する横断面において、前記第二部分の外周輪郭の内側の面積Ｓ０と、前記止まり穴の面積Ｓ１との比Ｓ１／Ｓ０が０．０２以上０．１５以下である、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
5. 前記第一コア片は更に、前記第二部分の延伸方向に平行な方向に延びる第三コア部及び第四コア部を備えるＥ字形状を備え、
   前記第二部分は、前記第三コア部と前記第四コア部に挟まれた位置に配置されている、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
6. 前記第一コア片は、前記第一部分と前記第二部分とで構成されるＴ字形状を備える、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
7. 前記複数の分割片は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体によって構成された第二コア片を備える、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
8. 前記第一コア片は、前記止まり穴に配置された棒状のコア材を備える、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。
9. リアクトルに備わる磁性コアの一部を構成する分割片であって、
   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によって構成されており、
   第一部分と、
   前記第一部分の延伸方向に直交する方向に延びる第二部分と、を備え、
   前記第一部分は、前記第二部分の反対側を向く外方面を備え、
   更に、前記外方面から前記第二部分の内部に至る止まり穴を備える、
   分割片。
10. 請求項１又は請求項２に記載のリアクトルを備える、
    コンバータ。
11. 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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