JP2024005101A - リアクトル、磁性コア、コンバータ、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を高め易いリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル１は、角柱状に構成されたコア部３０を有する磁性コア３と、コア部の外周に配置された巻回部２０を有するコイル２と、を備える。コア部は、コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部３１２を有する第一角部３１１を含む。巻回部は、コア部の外周面に沿うように複数のターンで巻回された巻線２１で構成される。複数のターンの各々の巻線は、巻回部の軸方向に直交することなく交差する一つの第一直線部と、巻回部の軸方向に直交する第二直線部と、第一直線部と第二直線部とをつないでいる第一曲げ部と、を有し、複数のターンの各々における第一曲げ部が複数の第一凹部の各々に配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、リアクトル、磁性コア、コンバータ、およ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を備える。コイルは、巻線を螺旋状に巻回してなる一対の巻回部を有する。各巻回部の形状は角筒状である。磁性コアは、一対の内側コア部と一対の外側コア部とを有する。各内側コア部は、各巻回部の内部に配置されている。各内側コア部の形状は角柱状である。各外側コア部は、両巻回部の外部に配置されている。

特開２０１３－２１９３１８号公報

特許文献１のリアクトルは、次のようにして製造される。一対の巻回部を用意する。各巻回部の内部に各内側コア部を挿入する。両内側コアと両外側コア部とを固定する。各巻回部の内部に各内側コア部を挿入するため、各巻回部の内周面と各内側コア部の外周面との間には隙間が設けられている。隙間が設けられていることで、内側コア部の放熱性を向上することが難しい。

本開示は、放熱性を高め易いリアクトルを提供することを目的の一つとする。本開示は、放熱性を高め易いリアクトルを構築できる磁性コアを提供することを目的の一つとする。本開示は、上記リアクトルを備えるコンバータ、および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目的の一つとする。

本開示のリアクトルは、
角柱状に構成されたコア部を有する磁性コアと、
前記コア部の外周に配置された巻回部を有するコイルと、を備え、
前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含み、
前記巻回部は、前記コア部の外周面に沿うように複数のターンで巻回された巻線で構成され、
前記複数のターンの各々の前記巻線は、
前記巻回部の軸方向に直交することなく交差する一つの第一直線部と、
前記巻回部の軸方向に直交する第二直線部と、
前記第一直線部と第二直線部とをつないでいる第一曲げ部と、を有し、
前記複数のターンの各々における前記第一曲げ部が前記複数の第一凹部の各々に配置されている。

本開示の磁性コアは、
角柱状のコア部を有し、
前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含む。

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、放熱性を高め易い。本開示の磁性コアは、放熱性を高め易いリアクトルを構築し易い。本開示のコンバータおよび本開示の電力変換装置は、放熱性に優れる。

図１は、実施形態１のリアクトルを示す概略斜視図である。 図２は、実施形態１のリアクトルを示す概略分解斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、図３の領域Ａの拡大図である。 図５は、図２のＶ－Ｖ断面の拡大図である。 図６は、実施形態１のリアクトルにおける巻回部のターンの巻線を示す概略斜視図である。 図７は、実施形態２のリアクトルにおける溝部および巻線を示す拡大図である。 図８は、実施形態３のリアクトルにおける溝部および巻線を示す拡大図である。 図９は、実施形態４のリアクトルにおける溝部および巻線を示す拡大図である。 図１０は、実施形態４のリアクトルにおける溝部および巻線の別の例を示す拡大図である。 図１１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１２は、コンバータを備える電力変換装置の一例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、放熱性を高めるために、コイルを構成する巻線をコア部に直接巻き付けることで、巻線をコア部に接触させて巻線の熱をコア部に伝えることを検討した。その結果、各ターンにおける巻線の特定の曲げ部では巻線とコア部との間に隙間が形成され、特定の曲げ部とコア部との接触面積が小さくなることがわかった。本発明者らは、特定の曲げ部とコア部との接触面積を大きくすることを鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。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、
角柱状に構成されたコア部を有する磁性コアと、
前記コア部の外周に配置された巻回部を有するコイルと、を備え、
前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含み、
前記巻回部は、前記コア部の外周面に沿うように複数のターンで巻回された巻線で構成され、
前記複数のターンの各々の前記巻線は、
前記巻回部の軸方向に直交することなく交差する一つの第一直線部と、
前記巻回部の軸方向に直交する第二直線部と、
前記第一直線部と第二直線部とをつないでいる第一曲げ部と、を有し、
前記複数のターンの各々における前記第一曲げ部が前記複数の第一凹部の各々に配置されている。

上記（１）の構成は、従来のリアクトルに比較して、放熱性を高め易い。上記（１）の構成は、各ターンの巻線がコア部の外周面に沿っていることで、従来のリアクトルに比較して、各ターンの巻線とコア部との接触面積が大きくなり易い。そのため、上記（１）の構成は、従来のリアクトルに比較して、巻線の熱をリアクトルの設置対象に加えてコア部にも伝え易い。

上記（１）の構成は、次の参考例のリアクトルに比較して、放熱性を高め易い。参考例のリアクトルは、上記（１）の構成とは異なり、第一凹部を有していないコア部に巻線が巻回されている。巻線の第一曲げ部は、巻線が曲がりながら巻回部の軸方向にずれる箇所である。そのため、第一曲げ部は捻れている。参考例のリアクトルは、第一凹部を有していない角部と第一曲げ部との間に隙間が形成され易い。そのため、参考例のリアクトルにおけるコア部と第一曲げ部との接触面積は小さくなり易い。一方、上記（１）の構成は、第一凹部に第一曲げ部が配置されているため、コア部と第一曲げ部との接触面積が大きくなり易い。よって、上記（１）の構成は、参考例のリアクトルに比較して、巻線の熱をコア部に伝え易い。

（２）上記（１）のリアクトルにおいて、
前記コア部は、前記コア部の周方向に前記第一角部と隣り合う第二角部を有し、
前記第二角部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第二凹部を有し、
前記複数のターンの各々の前記巻線は、前記第一直線部につながった第二曲げ部を有し、
前記複数のターンの各々における前記第二曲げ部が前記複数の第二凹部の各々に配置されていてもよい。

上記（２）の構成は、第一凹部のみを備える場合に比較して、放熱性を高め易い。第二曲げ部も捻れている。上記（２）の構成は、コア部と第二曲げ部との接触面積が大きくなり易い。よって、上記（２）の構成は、巻線の熱をコア部に伝え易い。

（３）上記（２）のリアクトルにおいて、
前記巻線は、平角線であり、
前記軸方向に沿って切断した前記複数の第一凹部の各々および前記複数の第二凹部の各々の断面形状は三角形状でもよい。

上記（３）の構成は、巻線を第一凹部および第二凹部に配置し易いため、コア部と巻線との接触面積が大きくなり易い。そのため、上記（３）の構成は、巻線の熱をコア部に伝え易い。

（４）上記（３）のリアクトルにおいて、
前記巻回部は、前記平角線がフラットワイズ巻きされてなっていてもよい。

上記（４）の構成は、後述の（５）の構成に比較して、平角線を曲げ易いため、第一巻回部および第二巻回部を作製し易い。

（５）上記（３）のリアクトルにおいて、
前記巻回部は、前記平角線がエッジワイズ巻きされてなっていてもよい。

巻回部の軸方向の長さが一定の場合、上記（５）の構成は、上記（４）の構成に比較して、巻回部のターン数を多くし易い。巻回部のターン数が一定の場合、上記（５）の構成は、上記（４）の構成に比較して、巻回部の軸方向に沿った長さを短くし易い。そのため、上記（５）の構成は、上記（４）の構成に比較して、小型化し易い。

（６）上記（１）から上記（５）のいずれかのリアクトルにおいて、
前記コア部は四角柱状であり、
前記巻回部は四角筒状であってもよい。

上記（６）の構成は、製造過程で巻線をコア部の外周面に沿って巻回し易いため、製造し易い。上記（６）の構成は、巻回部が同じ断面積の円形筒状である場合に比較して、巻回部とリアクトルの設置対象との接触面積を大きくし易い。そのため、上記（６）の構成は、巻回部の熱を設置対象に伝え易い。その上、上記（６）の構成は、巻回部を設置対象に安定して設置し易い。

（７）上記（１）から上記（６）のいずれかのリアクトルにおいて、
前記コア部は、
磁性材料を主体とするコア本体部と、
前記コア本体部の外周面に沿って設けられた絶縁部と、を備え、
前記複数の第一凹部は前記絶縁部に設けられていてもよい。

上記（７）の構成は、コア部が絶縁部を備えずコア本体部のみで構成されている場合に比較して、絶縁部によってコア部本体と巻回部との間の絶縁性を高め易い。

（８）本開示の一形態に係る磁性コアは、
角柱状のコア部を有し、
前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含む。

上記（８）の構成は、上記（１）の構成で説明した理由から、放熱性を高め易いリアクトルを構築し易い。

（９）上記（８）の磁性コアにおいて、
前記コア部は、前記コア部の周方向に前記第一角部と隣り合う第二角部を有し、
前記第二角部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第二凹部を有していてもよい。

上記（９）の構成は、上記（２）の構成で説明した理由から、第一凹部のみを備える場合に比較して、放熱性を高め易いリアクトルを構築し易い。

（１０）本開示の一形態に係るコンバータは、
上記（１）から上記（７）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、放熱性に優れる。

（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。

上記電力変換装置は、上記コンバータを備えるため、放熱性に優れる。

《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。各図面が示す部材の大きさ等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。

《実施形態１》
〔リアクトル〕
図１から図６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。図２に示すように磁性コア３はコア部３０を有する。コア部３０の形状は角柱状である。コイル２は、巻回部２０を有する。巻回部２０は、コア部３０の外周に配置されている。本実施形態のリアクトル１の特徴の一つは、以下の要件（Ａ）から（Ｃ）を満たす点にある。
（Ａ）コア部３０は第一角部３１１を含む。第一角部３１１は、図２から図４に示すように、コア部３０の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部３１２を有する。
（Ｂ）巻回部２０はコア部３０の外周面に沿うように複数のターンで巻回された巻線２１で構成されている。
（Ｃ）図６に示す各ターンの巻線２１の第一曲げ部２１３は図３および図４に示す各第一凹部３１２に配置されている。

［磁性コア］
図２に示す本実施形態の磁性コア３は、第一ミドルコア部３１ｆと第二ミドルコア部３１ｓと第一エンドコア部３３ｆと第二エンドコア部３３ｓとを備える。本実施形態のコア部３０は、第一ミドルコア部３１ｆおよび第二ミドルコア部３１ｓの各々を構成する。本実施形態のコア部３０、即ち第一ミドルコア部３１ｆおよび第二ミドルコア部３１ｓの各々は、実施形態４とは異なり、図９、図１０を参照して後述する絶縁部３０ｂを備えておらず、磁性材料を主体とするコア本体部３０ａで構成されている。コア本体部３０ａは、後述する成形体または積層体で構成されている。第一エンドコア部３３ｆと第二エンドコア部３３ｓの各々は、第一ミドルコア部３１ｆおよび第二ミドルコア部３１ｓとは独立する成形体または積層体で構成されている。

第一ミドルコア部３１ｆと第二ミドルコア部３１ｓと第一エンドコア部３３ｆと第二エンドコア部３３ｓとは環状に組み合わされている。第一ミドルコア部３１ｆの第一端面と第一エンドコア部３３ｆの内端面とが互いに向かい合っている。第一ミドルコア部３１ｆの第二端面と第二エンドコア部３３ｓの内端面とが互いに向かい合っている。第二ミドルコア部３１ｓの第一端面と第一エンドコア部３３ｆの内端面とが互いに向かい合っている。第二ミドルコア部３１ｓの第二端面と第一エンドコア部３３ｆの内端面とが互いに向かい合っている。第一ミドルコア部３１ｆと第一エンドコア部３３ｆとの間、第一ミドルコア部３１ｆと第二エンドコア部３３ｓとの間、第二ミドルコア部３１ｓと第一エンドコア部３３ｆとの間、第二ミドルコア部３１ｓと第二エンドコア部３３ｓとの間には、後述するギャップ材が配置されていてもよい。

第一ミドルコア部３１ｆと第二ミドルコア部３１ｓの構成は同じである。第一エンドコア部３３ｆと第二エンドコア部３３ｓの構成は同じである。以下の説明は、代表して第一ミドルコア部３１ｆと第一エンドコア部３３ｆについて行う。

第一ミドルコア部３１ｆの形状は角柱状である。本実施形態の第一ミドルコア部３１ｆの形状は四角柱状である。四角柱状の四つの角部は丸められている。即ち、第一ミドルコア部３１ｆの第一端面および第二端面を除く外周面は、四つの平面と四つの角部とで構成されている。

四つの角部のうち一つの角部は第一角部３１１である。第一角部３１１は、図２から図４に示すように、第一ミドルコア部３１ｆの軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部３１２を有する。複数の第一凹部３１２は上記軸方向に連続している。各第一凹部３１２には、図６を参照して後述する第一巻回部２ｉの各ターンにおける巻線２１の第一曲げ部２１３が配置されている。上記軸方向に沿って切断した各第一凹部３１２の断面形状は、巻線２１の断面形状に応じて適宜選択できる。後述するように本実施形態の巻線２１は被覆平角線である。図３および図４に示すように、本実施形態の各第一凹部３１２の断面形状は三角形状である。より具体的には各第一凹部３１２の断面形状は直角三角形である。なお、図４では各第一凹部３１２の断面形状が直角三角形には示されておらず、巻線２１の断面も矩形状には示されていない。これは、第一凹部３１２が第一曲げ部２１３に沿って捻じれて延びているためである。この点は、後述する図７でも同様である。

直角三角形の直角をなす二つの隣辺は、巻線２１の短辺に向かい合う第一隣辺と巻線２１の長辺に向かい合う第二隣辺である。後述するように本実施形態の第一巻回部２ｉは被覆平角線がエッジワイズ巻きされてなる。本実施形態の第一隣辺の長さは巻線２１の短辺と実質的に同じである。本実施形態の第二隣辺の長さは巻線２１の長辺よりも短い。図５には、直角三角形の直角の頂点を通り上記軸方向に直交する平面で切断した断面図が示されている。図５に示すように、第一凹部３１２の周方向における中央の深さが最も深く、第一凹部３１２の周方向の両端の深さが最も浅い。第一凹部３１２の周方向の両端と第一角部３１１に隣り合う両平面とは面一である。

本実施形態では、図２に示すように、第一ミドルコア部３１ｆの周方向に第一角部３１１と隣り合う二つの角部のうち一つの角部は第二角部３１３である。第二角部３１３は、上記軸方向に沿って並んだ複数の第二凹部３１４を有する。各第二凹部３１４には、図６を参照して後述する各ターンの巻線２１の第二曲げ部２１４が配置されている。複数の第二凹部３１４は、上記軸方向に連続している。各第二凹部３１４の構成は、第一凹部３１２と同じである。

本実施形態では、残り二つの角部は第三角部３１５である。第三角部３１５は、第一凹部３１２および第二凹部３１４が設けられておらず、円弧面で構成された角部である。

本実施形態とは異なり、四つの角部のうち一つの角部が第一角部３１１であり、残り三つの角部が第三角部３１５であってもよい。

第一エンドコア部３３ｆの形状は柱状である。本実施形態の第一エンドコア部３３ｆの形状は略ドーム形状の上面と下面を有する柱状である。

第一ミドルコア部３１ｆおよび第一エンドコア部３３ｆは、複合材料の成形体、圧粉成形体、または積層体で構成されている。

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。第一凹部３１２、更には第二凹部３１４が形成された複合材料の成形体は金型の転写によって作製できる。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。

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、軟磁性粉末をキャビティ内に充填し、パンチによってキャビティ内の軟磁性粉末を加圧することで得られる。第一凹部３１２、更には第二凹部３１４が設けられた圧粉成形体は、キャビティおよびパンチの少なくとも一方による転写によって作製できる。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である。また、圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、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、または軟磁性非金属の粒子などである。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ていてもよい。軟磁性金属は、純鉄または鉄基合金などである。鉄基合金の一例は、Ｆｅ－Ｓｉ合金またはＦｅ－Ｎｉ合金である。絶縁被覆の一例は、リン酸塩である。軟磁性非金属の一例は、フェライトである。

複合材料の成形体の樹脂の一例は、熱硬化性樹脂また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、またはウレタン樹脂である。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、またはフッ素樹脂である。ポリアミド樹脂の一例は、ナイロン６、ナイロン６６、またはナイロン９Ｔである。

複合材料の成形体は、フィラーを含有していてもよい。フィラーの一例は、アルミナ、またはシリカである。フィラーは、放熱性およ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およ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。全観察画像の合計面積は、０．１ｃｍ^２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、二値化処理である。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。

積層体は、複数の磁性薄板を積層してなる。磁性薄板は、絶縁被膜を有する。磁性薄板としては、例えば、電磁鋼板である。第一凹部３１２、更には第二凹部３１４が設けられた積層体は、面積の異なる複数の磁性薄板を磁性薄板の厚さ方向に積層することによってを作製できる。

本実施形態の第一ミドルコア部３１ｆ、第二ミドルコア部３１ｓ、第一エンドコア部３３ｆ、および第二エンドコア部３３ｓは複合材料の成形体で構成されている。

（ギャップ材）
ギャップ材は、第一ミドルコア部３１ｆ、第二ミドルコア部３１ｓ、第一エンドコア部３３ｆ、および第二エンドコア部３３ｓ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。ギャップ材の構成材料の一例は、上述したセラミックスまたは樹脂である。

［コイル］
図２に示す本実施形態のコイル２は、第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅを有する。本実施形態の巻回部２０は、第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅの各々を構成する。第一巻回部２ｉと第二巻回部２ｅとは互いにつながっていてもよいし、つながっていなくてもよい。第一巻回部２ｉは、第一ミドルコア部３１ｆの外周に配置されている。第二巻回部２ｅは、第二ミドルコア部３１ｓの外周に配置されている。第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅの構成は同じである。以下の説明は、代表して第一巻回部２ｉについて行う。

第一巻回部２ｉの形状は四角筒状である。第一巻回部２ｉの角部は丸められている。第一巻回部２ｉは巻線２１で構成されている。巻線２１は、第一ミドルコア部３１ｆの外周面に沿うように複数のターンで巻回されている。四角筒状の第一巻回部２ｉは、製造過程で巻線２１を第一ミドルコア部３１ｆの外周面に沿って巻回し易いため、製造し易い。巻線２１は、公知の巻線を利用できる。本実施形態の巻線２１は被覆平角線である。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２ｉは、被覆平角線をエッジワイズ巻きされてなる。第一巻回部２ｉの軸方向の長さが一定の場合、エッジワイズ巻きされた第一巻回部２ｉは、フラットワイズ巻きされた第一巻回部２ｉに比較して、ターン数を多くし易い。第一巻回部２ｉのターン数が一定の場合、エッジワイズ巻きされた第一巻回部２ｉは、フラットワイズ巻きされた第一巻回部２ｉに比較して、軸方向に沿った長さを短くし易い。そのため、エッジワイズ巻きされた第一巻回部２ｉは、フラットワイズ巻きされた第一巻回部２ｉに比較して、小型化し易い。第一巻回部２ｉの各ターンの巻線２１は、四つの直線部と四つの曲げ部とで構成されている。

図６に示すように、本実施形態における四つの直線部は、一つの第一直線部２１１と三つの第二直線部２１２である。本実施形態における四つの曲げ部は、一つの第一曲げ部２１３と一つの第二曲げ部２１４と二つの第三曲げ部２１５である。第一直線部２１１は、第一巻回部２ｉの軸方向に直交することなく交差している。第二直線部２１２は、第一巻回部２ｉの軸方向に直交している。第一曲げ部２１３は、第一直線部２１１と第二直線部２１２とをつないでいる。第二曲げ部２１４は、第一直線部２１１と隣りのターンの第二直線部２１２とをつないでいる。第一曲げ部２１３および第二曲げ部２１４は、巻線２１が曲がりながら第一巻回部２ｉの軸方向にずれる箇所である。即ち、第一曲げ部２１３および第二曲げ部２１４は捻れている。第三曲げ部２１５は、第二直線部２１２同士を繋いでいる。第三曲げ部２１５は、巻線２１が曲がりながら第一巻回部２ｉの軸方向にずれない箇所である。即ち、第三曲げ部２１５は捻れていない。本実施形態とは異なり、四つの曲げ部は、一つの第一曲げ部２１３と三つの第三曲げ部２１５であってもよい。

各第一直線部２１１は、第一角部３１１と第二角部３１３とをつなぐ平面に接している。各ターンの三つの第二直線部２１２は、第一角部３１１と第三角部３１５とをつなぐ平面、第二角部３１３と第三角部３１５とをつなぐ平面、第三角部３１５同士をつなぐ平面に接している。各第一直線部２１１および各第二直線部２１２が第一ミドルコア部３１ｆに接している巻線２１の熱は第一ミドルコア部３１ｆに伝わり易い。そのため、本実施形態のリアクトル１は、第一巻回部２ｉと第一ミドルコア部３１ｆとの間に隙間が形成されている従来のリアクトルに比較して、放熱性を高め易い。

各第一曲げ部２１３は各第一凹部３１２に配置されている。各第一曲げ部２１３は、第一角部３１１に接している。各第二曲げ部２１４は各第二凹部３１４に配置されている。各第二曲げ部２１４は、第二角部３１３に接している。各ターンの二つの第三曲げ部２１５は、各第三角部３１５に接している。

各第一曲げ部２１３は各第一凹部３１２に配置され、各第二曲げ部２１４は各第二凹部３１４に配置されている本実施形態のリアクトル１は、次の参考例のリアクトルに比較して、放熱性を高め易い。参考例のリアクトルは、本実施形態とは異なり、第一凹部３１２および第二凹部３１４を有していない第一ミドルコア部３１ｆに巻線２１が巻回されている。参考例のリアクトルでは、捻れている各第一曲げ部２１３と第三角部３１５との間、および捻れている各第二曲げ部２１４と第三角部３１５との間には隙間が形成され易い。そのため、参考例のリアクトルにおける第一曲げ部２１３および第二曲げ部２１４と第一ミドルコア部３１ｆとの接触面積は小さくなり易い。一方、各第一曲げ部２１３は各第一凹部３１２に配置され、各第二曲げ部２１４は各第二凹部３１４に配置されている本実施形態における各第一曲げ部２１３および各第二曲げ部２１４と第一ミドルコア部３１ｆとの接触面積は大きくなり易い。よって、本実施形態のリアクトル１は、参考例のリアクトルに比較して、巻線２１の熱を第一ミドルコア部３１ｆに伝え易い。

各第三曲げ部２１５は第三角部３１５に接している。各第三曲げ部２１５は、第一曲げ部２１３とは異なり、捻れていないため、凹部のない湾曲面である第三角部３１５であっても接触し易い。

第一巻回部２ｉは、巻線２１を第一ミドルコア部３１ｆの外周面に沿わせながら巻回することで作製される。作製の過程で、第一曲げ部２１３を第一凹部３１２に沿わせ、第二曲げ部２１４を第二凹部３１４に沿わせる。

《その他の実施形態》
実施形態１とは異なる実施形態２から実施形態５のリアクトルを説明する。実施形態２から実施形態５の説明は、実施形態１との相違点を中心に行う。実施形態１と同様の構成の説明は省略することもある。

《実施形態２》
図７に示すように、実施形態２のリアクトルとして、第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅは被覆平角線がフラットワイズ巻きされて構成されていてもよい。フラットワイズ巻きされてなる第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅは、エッジワイズ巻きされてなる第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅに比較して、被覆平角線を曲げ易いため作製し易い。本実施形態では、各第一凹部３１２および各第二凹部３１４の断面形状は実施形態１と同様、直角三角形である。本実施形態では、直角三角形の直角をなす二つの隣辺のうち巻線２１の長辺に向かい合う第二隣辺の長さは、巻線２１の長辺と実質的に同じである。直角三角形の二つの隣辺のうち巻線２１の短辺に向かい合う第一隣辺の長さは巻線２１の短辺よりも短い。

《実施形態３》
図８に示すように、実施形態３のリアクトルとして、各第一凹部３１２および各第二凹部３１４の断面形状は半円形状であり、巻線２１は丸線であってもよい。

《実施形態４》
図９、図１０に示すように、実施形態４のリアクトルとして、コア部３０は、コア本体部３０ａと、コア本体部３０ａの外周面に沿って設けられた絶縁部３０ｂとを備えていてもよい。絶縁部３０ｂによって、コア本体部３０ａと巻回部２０との間の絶縁性が高くなり易い。コア本体部３０ａは、上述した成形体または積層体で構成されている。絶縁部３０ｂは、例えば上述した複合材料の成形体の樹脂と同様の樹脂で構成されている。本実施形態のコア本体部３０ａと絶縁部３０ｂとは一体化されている。本実施形態とは異なり、コア本体部３０ａと絶縁部３０ｂとは互いに独立していてもよい。

本実施形態のコア本体部３０ａは四角柱状である。コア本体部３０ａの外周面は、四つの平面と四つの角部とで構成されている。

図９に示すように、コア本体部３０ａの四つの角部のうち一つの角部は、コア本体部３０ａの軸方向に沿って並んだ複数の凹部３１８を有していてもよい。図示を省略するものの、複数の凹部３１８が設けられた角部に対してコア本体部３０ａの周方向に隣り合う二つの角部のうち一つの角部も複数の凹部３１８を有していてもよい。残り二つの角部は円弧面で構成された角部である。

図９に示すように、絶縁部３０ｂは、上述した複数の第一凹部３１２が設けられた第一角部３１１を有する。絶縁部３０ｂの第一角部３１１は、コア本体部３０ａの四つの角部のうち複数の凹部３１８が設けれた角部を覆うように設けられている。絶縁部３０ｂの第一凹部３１２はコア本体部３０ａの凹部３１８に沿っている。図示を省略するものの、絶縁部３０ｂは、上述した複数の第二凹部が設けられた第二角部を更に有していてもよい。絶縁部３０ｂの第二角部は、第一角部３１１に覆われた複数の凹部３１８を有する角部に対してコア本体部３０ａの周方向に隣り合う二つの角部のうち複数の凹部３１８が設けられた方の角部を覆うように設けられている。絶縁部３０ｂの第二凹部は、第二角部が覆う凹部３１８に沿っている。絶縁部３０ｂは、コア本体部３０ａの上記二つの角部に加えて、残りの二つの角部を覆っていてもよい。更に、絶縁部３０ｂは、コア本体部３０ａの四つの平面を覆っていてもよい。即ち、絶縁部３０ｂは、コア本体部３０ａの外周面の全周を覆うように設けられていてもよい。

図９に示す例とは異なり、図１０に示すように、コア本体部３０ａの四つの角部はいずれも、複数の凹部３１８を有しておらず、円弧面で構成された角部であってもよい。図１０に示すように、絶縁部３０ｂのうち上述した複数の第一凹部３１２が設けられた第一角部３１１は、コア本体部３０ａにおいて円弧面で構成された角部を覆うように設けられていてもよい。図示を省略するものの、絶縁部３０ｂのうち上述した複数の第二凹部が設けられた第二角部は、コア本体部３０ａにおいて第一角部３１１に覆われた角部に対して周方向に隣り合う二つの角部のうち一つの角部を覆うよに設けられていてもよい。

《実施形態５》
図示は省略するものの、実施形態５のリアクトルとして、磁性コアは、ミドルコア部、第一サイドコア部、第二サイドコア部、第一エンドコア部、および第二エンドコア部を有していてもよい。ミドルコア部と第一サイドコア部と第二サイドコア部とは、互いの軸方向が平行となるように並べて配置されている。第一サイドコア部と第二サイドコア部との間にミドルコア部が配置されている。第一サイドコア部は、ミドルコア部の第一端面、第一サイドコア部の第一端面、および第二サイドコア部の第一端面に向かい合って配置されている。第二サイドコア部は、ミドルコア部の第二端面、第一サイドコア部の第二端面、および第二サイドコア部の第二端面に向かい合って配置されている。

磁性コアは、例えば、Ｅ字状の第一コア片とＩ字状の第二コア片との組み合わせ、またはＵ字状の第一コア片とＴ字状の第二コア片との組み合わせによって構成できる。Ｅ字状の第一コア片は、ミドルコア部、第一サイドコア部、第二サイドコア部、および第一エンドコア部が一体の成形体または積層体である。Ｉ字状の第二コア片は、第二エンドコア部によって構成されている。Ｕ字状の第一コア片は、第一サイドコア部、第二サイドコア部、および第一エンドコア部が一体の成形体または積層体である。Ｔ字状の第二コア片は、ミドルコア部および第二エンドコア部が一体の成形体または積層体である。

本実施形態では、実施形態１で説明したコア部３０が第一サイドコア部および第二サイドコア部の各々を構成していてもよい。上述した第一巻回部は、第一サイドコア部の外周に配置され、上述した第二巻回部は、第二サイドコア部の外周に配置されていてもよい。第一巻回部および第二巻回部は、互いに独立していてもよい。

《実施形態６》
〔コンバータ・電力変換装置〕
実施形態１から実施形態５のいずれかのリアクトル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。実施形態１から実施形態５のいずれかのリアクトル１は、代表的には電気自動車、ハイブリッド自動車、また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１１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１１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１２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から実施形態５のいずれかのリアクトル１を備える。リアクトル１を備える電力変換装置１１００およびコンバータ１１１０は、放熱性の向上が期待できる。

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から実施形態５のいずれかのリアクトル１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から実施形態５のいずれかのリアクトル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
２０ 巻回部、２ｉ 第一巻回部、２ｅ 第二巻回部
２１ 巻線
２１１ 第一直線部、２１２ 第二直線部
２１３ 第一曲げ部、２１４ 第二曲げ部、２１５ 第三曲げ部
３ 磁性コア、３０ コア部
３０ａ コア部本体、３０ｂ 絶縁部
３１ｆ 第一ミドルコア部、３１ｓ 第二ミドルコア部
３１１ 第一角部、３１２ 第一凹部
３１３ 第二角部、３１４ 第二凹部
３１５ 第三角部
３１８ 凹部
３３ｆ 第一エンドコア部、３３ｓ 第二エンドコア部
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

上記（７）の構成は、コア部が絶縁部を備えずコア本体部のみで構成されている場合に比較して、絶縁部によってコア本体部と巻回部との間の絶縁性を高め易い。

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、軟磁性粉末をキャビティ内に充填し、パンチによってキャビティ内の軟磁性粉末を加圧することで得られる。第一凹部３１２、更には第二凹部３１４が設けられた圧粉成形体は、キャビティおよびパンチの少なくとも一方による転写によって作製できる。圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、コア部３０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である。また、圧粉成形体は、複合材料の成形体に比較して、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。

図９に示す例とは異なり、図１０に示すように、コア本体部３０ａの四つの角部はいずれも、複数の凹部３１８を有しておらず、円弧面で構成された角部であってもよい。図１０に示すように、絶縁部３０ｂのうち上述した複数の第一凹部３１２が設けられた第一角部３１１は、コア本体部３０ａにおいて円弧面で構成された角部を覆うように設けられていてもよい。図示を省略するものの、絶縁部３０ｂのうち上述した複数の第二凹部が設けられた第二角部は、コア本体部３０ａにおいて第一角部３１１に覆われた角部に対して周方向に隣り合う二つの角部のうち一つの角部を覆うように設けられていてもよい。

本実施形態では、実施形態１で説明したコア部３０が第一サイドコア部および第二サイドコア部の各々を構成していてもよい。上述した第一巻回部２ｉは、第一サイドコア部の外周に配置され、上述した第二巻回部２ｅは、第二サイドコア部の外周に配置されていてもよい。第一巻回部２ｉおよび第二巻回部２ｅは、互いに独立していてもよい。

１ リアクトル
２ コイル
２０ 巻回部、２ｉ 第一巻回部、２ｅ 第二巻回部
２１ 巻線
２１１ 第一直線部、２１２ 第二直線部
２１３ 第一曲げ部、２１４ 第二曲げ部、２１５ 第三曲げ部
３ 磁性コア、３０ コア部
３０ａ コア本体部、３０ｂ 絶縁部
３１ｆ 第一ミドルコア部、３１ｓ 第二ミドルコア部
３１１ 第一角部、３１２ 第一凹部
３１３ 第二角部、３１４ 第二凹部
３１５ 第三角部
３１８ 凹部
３３ｆ 第一エンドコア部、３３ｓ 第二エンドコア部
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

Claims (11)

1. 角柱状に構成されたコア部を有する磁性コアと、
   前記コア部の外周に配置された巻回部を有するコイルと、を備え、
   前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含み、
   前記巻回部は、前記コア部の外周面に沿うように複数のターンで巻回された巻線で構成され、
   前記複数のターンの各々の前記巻線は、
   前記巻回部の軸方向に直交することなく交差する一つの第一直線部と、
   前記巻回部の軸方向に直交する第二直線部と、
   前記第一直線部と第二直線部とをつないでいる第一曲げ部と、を有し、
   前記複数のターンの各々における前記第一曲げ部が前記複数の第一凹部の各々に配置されている、
   リアクトル。
2. 前記コア部は、前記コア部の周方向に前記第一角部と隣り合う第二角部を有し、
   前記第二角部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第二凹部を有し、
   前記複数のターンの各々の前記巻線は、前記第一直線部につながった第二曲げ部を有し、
   前記複数のターンの各々における前記第二曲げ部が前記複数の第二凹部の各々に配置されている、請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記巻線は、平角線であり、
   前記軸方向に沿って切断した前記複数の第一凹部の各々および前記複数の第二凹部の各々の断面形状は三角形状である、請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記巻回部は、前記平角線がフラットワイズ巻きされてなる、
   請求項３に記載のリアクトル。
5. 前記巻回部は、前記平角線がエッジワイズ巻きされてなる、請求項３に記載のリアクトル。
6. 前記コア部は四角柱状であり、
   前記巻回部は四角筒状である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
7. 前記コア部は、
   磁性材料を主体とするコア本体部と、
   前記コア本体部の外周面に沿って設けられた絶縁部と、を備え、
   前記複数の第一凹部は前記絶縁部に設けられている、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
8. 角柱状のコア部を有し、
   前記コア部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第一凹部を有する第一角部を含む、
   磁性コア。
9. 前記コア部は、前記コア部の周方向に前記第一角部と隣り合う第二角部を有し、
   前記第二角部は、前記コア部の軸方向に沿って並んだ複数の第二凹部を有する、請求項８に記載の磁性コア。
10. 請求項１または請求項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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