JP4873189B2

JP4873189B2 - リアクトル

Info

Publication number: JP4873189B2
Application number: JP2008263229A
Authority: JP
Inventors: 雅幸加藤; 卓司神頭; 睦伊藤; 伸一郎山本; 肇川口; 和彦二井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP2010093138A

Description

本発明は、コンバータなどの部品に用いられるリアクトルに関するものである。

近年、普及が進みつつあるハイブリッド自動車には、電圧の昇降圧を行うコンバータが用いられ、そのコンバータの部品の一つとして、特許文献１に記載のリアクトルが知られている。

このリアクトルは、磁性材料からなる環状のコアと、コアの一部の外周に並列状態で巻回されたコイルとを主要構成部材としている。このリアクトルを組み立てるには、例えば、予め平角線をエッジワイズ巻きしてコイルを形成しておく。そして、このコイルの内周に、複数の分割片から構成されるコアをはめ込み、各分割片の間にギャップ板を介して分割片同士を接着することで、環状のコアを形成する。

この組立時、コイルとコアとの間には、コアに対するコイルの位置決めを行う樹脂製の筒状ボビン（内側ボビン）が介在され、コイルの両端部には、樹脂製の枠状ボビン（外側ボビン）が配置されている。通常、組立前のコイルには、平角線のスプリングバックにより、隣接するターン同士の間に隙間が形成されている。そのため、組立後のコイルは、その隣接するターン同士が接触する圧縮状態となるよう、枠状ボビンでコイルの両端が押えられている。そして、コア、コイル及び各ボビンの組立体は、金属製のケースに収納されて、組立体とケースとの間に封止樹脂が充填される。

特開2008-28290号公報図3、図4

しかし、上記の従来技術では、次のような問題があった。

第一に、リアクトルの部品点数が多く、組立作業性が悪いという問題がある。具体的には、コアとコイルの位置合わせを行うために、筒状ボビンが独立した部品として必要になる。通常、この筒状ボビンは、断面が］型の一対の分割片を組み合わせて筒状に形成しており、その組立作業も必要になる。

また、コイルの隣接するターン同士の間に隙間がある状態ではコイルが伸縮するため、組立時のコイルのハンドリングが行い難い。その一方で、コイルを圧縮状態に保持するために、独立した部品として枠状ボビンが必要であり、枠状ボビンのコイル（コア）への組み付け作業も必要になる。

第二に、封止樹脂にクラックや欠損が生じることがある。封止樹脂は、発熱源に近接して配置されるため、ある程度の耐熱性が求められる。ここで、耐熱性を考慮して封止樹脂にエポキシ樹脂などを用いると、エポキシ樹脂などは比較的硬度が高く耐衝撃性に劣るため、リアクトルの製造過程や製造後において、封止樹脂にクラックや欠損が生じることがある。このような欠陥が生じると、ケース内に組立体を確実に保持できないばかりか、封止樹脂とケースとの間にギャップが形成され、封止樹脂からケースへの放熱が不十分となる虞もある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、部品点数を削減できるリアクトルを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、リアクトルとして組み立てる際の作業性に優れたリアクトルを提供することにある。

さらに、本発明の別の目的は、放熱特性と機械的特性とを兼備するリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルは、コアの外周にコイルが配された組立体と、この組立体を収納するケースと、これら組立体とケースとの間に充填される封止樹脂とを備えるリアクトルに係る。この組立体は、コイル成形体とコアとを備える。コイル成形体は、巻線をらせん状に巻回したコイルと、このコイルを、その自由長よりも圧縮した状態に保持する樹脂モールド部と、前記コイルの内周側に前記コアが嵌められるように樹脂モールド部で形成されたコア保持部とを備える。そして、前記封止樹脂は、前記樹脂モールド部の樹脂よりも耐衝撃性が高い樹脂であることを特徴とする。

この構成によれば、樹脂モールド部によりコイルを圧縮状態に保持できるため、コイル成形体を容易にハンドリングすることができる。また、封止樹脂を、樹脂モールド部の樹脂よりも耐衝撃性が高い樹脂とすることで、組立体の内側よりも外側に耐衝撃性の高い樹脂を配することができ、封止樹脂におけるクラックや欠損の発生を抑制できる。

本発明のリアクトルにおいて、前記樹脂モールド部の樹脂は、前記封止樹脂よりも耐熱性の高い樹脂であることが好ましい。

この構成によれば、発熱源となるコイルやコアに接する樹脂モールド部の樹脂に高耐熱性の樹脂を用いることで、樹脂モールド部の外側に配される封止樹脂まで樹脂モールド部の樹脂ほど高耐熱性の樹脂を用いる必要がない。

本発明のリアクトルにおいて、前記樹脂モールド部の樹脂は、前記封止樹脂よりも熱伝導率が高い樹脂であることが好ましい。

この構成によれば、発熱源となるコイルやコアに接する樹脂モールド部の樹脂に高熱伝導性の樹脂を用いることで、発熱源近傍からの効率的な放熱を促進する。また、樹脂モールド部の外側に配される封止樹脂まで樹脂モールド部の樹脂ほど高熱伝導性の樹脂を用いる必要がない。

本発明のリアクトルにおいて、前記コイル成形体とケースが面接触されていることが好ましい。

コイル成形体とケースが面接触されていることで、コイル成形体からケースへの熱伝導を効率的に行うことができる。

本発明のリアクトルにおいて、さらに、前記樹脂モールド部におけるケースとの接触面に一体化される放熱板を備えることが望ましい。

この構成によれば、放熱板を介してコイル成形体からケースへの放熱を効果的に行うことができる。

本発明のコイル成形体において、コア保持部の内周面に、凹部が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、コイル成形体とコアとの組立体を封止樹脂で封止する際、凹部を封止樹脂の流路とでき、封止樹脂の組立体に対する回り込みを良好にすることができる。

この凹部は、前記コアとコイルとのギャップに相当する深さとすることが好適である。

この構成によれば、樹脂モールド部の成形時、コアとコイルとのギャップに相当する高さの突起を有する中子をコイル内に配して樹脂を注型することで、コイル内周の全周に亘って、実質的に均一な厚さの樹脂モールド部を容易に形成することができる。

本発明のリアクトルにおいて、コイルの外周における樹脂モールド部の表面に凹部及び凸部の少なくとも一方が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、コイル成形体とコアとの組立体を封止樹脂で封止する際、凹部内又は凸部の間を封止樹脂の流路とでき、封止樹脂の組立体に対する回り込みを良好にすることができる。

本発明のリアクトルによれば、樹脂モールド部により、コイルを圧縮状態に保持することで、リアクトルに組み立てる際の作業性を改善できる。また、樹脂モールド部の構成樹脂と、封止樹脂とを異なる特性の樹脂とすることで、機械的特性、特に耐衝撃性に優れたリアクトルとすることができる。

本発明のリアクトルは、組立体、ケース、および封止樹脂を備え、さらに必要に応じて放熱板を備える。このうち、組立体は、コイル成形体とコアとを備える。さらにコイル成形体は、コイルと樹脂モールド部を備える。このリアクトルは、コイルとコアとを位置合わせするために従来用いられていた筒状ボビンや、コイルを圧縮状態に押えるための枠状ボビンを独立の部品として必要としない。以下、各構成要素をより詳しく説明する。

〔コイル成形体〕
＜コイル＞
コイルは、導体と、導体の周囲を覆う絶縁被覆とからなる巻線をらせん状に巻回して構成される。導体には、銅（銅合金）などの導電性に優れる金属材料が、絶縁被覆には、エナメルなどが好適に利用できる。巻線の断面は、円形、楕円形、多角形など、種々の形態が利用できる。多角形の巻線でコイルを構成すれば、円形の巻線を用いる場合に比べて占積率を高め易い。断面が矩形の巻線を用いる場合、巻線の巻回方法には、エッジワイズ巻きが好適に利用できる。巻線でコイルを成形した段階では、通常、導体材料のスプリングバックに伴い、コイルの各ターンの間には隙間が形成されている。このコイルの非圧縮状態での軸方向の長さをコイルの自由長とする。

＜樹脂モールド部＞
樹脂モールド部は、上記コイルの少なくとも一部を覆い、コイルを自由長よりも短い状態に圧縮して保持する。つまり、コイルを自由長よりも圧縮状態に保持できれば、コイルのターン部分の全体を樹脂モールド部で覆っても良いし、コイルのターン部分の一部のみを樹脂モールド部で覆い、コイルの残部が露出していても良い。樹脂モールド部によりコイルを圧縮状態に保持することで、コイル成形体を伸縮しない単一部材として取り扱うことができ、リアクトル組立時の部品のハンドリング性を改善できる。また、コイルを押えるために従来用いていた枠状ボビンも必要ない。但し、コイルを構成する巻線の端部は、端子台へと引き出す必要があるため、樹脂モールド部から露出するようにしておく。

樹脂モールド部で保持されるコイルの圧縮状態は、自由長よりも短くなればよい。但し、コイルの隣接するターン同士が接触される圧縮状態とすることが好ましい。これにより、コイル成形体を小型化でき、かつターン間に樹脂モールド部の樹脂が侵入しないようにすることで、一層放熱性に優れるリアクトルを構成できる。

コイルを圧縮状態に保持する樹脂モールド部は、コイルの内周にコアが嵌められるように保持されるコア保持部を形成する。コア保持部は、代表的には、樹脂モールド部の樹脂を硬化することでコイルの内周に形成された中空孔であるが、樹脂モールド部の樹脂を硬化する際にコアを嵌め込んだ状態で一体に形成されたコアの嵌合部の場合も含む。前者の場合、樹脂モールド部の樹脂の硬化後に中空
孔にコアを嵌め込む。後者の場合、コイルとコアが、樹脂モールド部の樹脂で一体化されている。このコア保持部は、コアに対するコイルを位置合わせする機能を持つ。従って、コイルの内周に形成される樹脂モールド部の厚さは、実質的に均一になるようにすることが好ましい。これにより、コイル成形体にコアを嵌め込むだけで、コアとコイルが実質的に同軸状に組み合わされる。もちろん、コイルの内周に形成される樹脂モールド部は、コアとコイルとの絶縁の確保にも寄与する。コイルの内周に形成される樹脂モールド部の厚さは、薄い方が放熱性の点で好ましく、例えば2mm前後でよい。

樹脂モールド部を構成する樹脂としては、コイル成形体をリアクトルとして使用した際に、コイル（コア）の最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を持ち、トランスファー成形または射出成形が可能な材料が好適に利用できる。また、絶縁性に優れる材料が好ましい。特に、後述する封止樹脂よりも耐熱性および熱伝導性の少なくとも一方に優れる樹脂が好適である。例えば、エポキシなどの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。これらの樹脂の熱伝導性を高めるには、高熱伝導率のセラミックスフィラーを混合しても良い。セラミックスフィラーの材質としては、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種が挙げられる。このフィラーの形態は、樹脂中に均一に分散させる関係上、粒状体が好ましい。

また、コイルの内周における樹脂モールド部、つまりコア保持部の内周面には、凹部が形成されていることが好ましい。凹部の断面形状は特に問わない。この凹部は、コイル成形体にコアを組み合わせた組立体を封止樹脂で封止する場合、封止樹脂の流路として利用でき、コイル成形体の周囲に封止樹脂を円滑に回りこませることができる。特に、この凹部は、コアとコイルとのギャップに相当する深さとすることが好ましい。後述するように、樹脂モールド部の成形は、例えば金型内にコイルを圧縮状態で収納し、さらにコイル内周に中子を挿入して、樹脂を注型することで行う。そのため、中子の外周にコアとコイルのギャップに相当する同じ高さの突起を形成しておけば、中子の突起に対応する箇所が、樹脂モールド部の凹部として成形される。つまり、コイルの内周における樹脂モールド部の厚さをほぼ均一にすることができ、コアを中空孔に挿入した際、コアとコイルとのギャップをコア（コイル）全周に亘って均一にすることができる。従って、本発明のリアクトルでは、従来用いていた筒状ボビンを用いる必要がない。

さらに、樹脂モールド部のうち、コイルの外周側には、凹部及び凸部の少なくとも一方を設けることが好ましい。この凹部や凸部により、コイル成形体の表面積を大きく採り、放熱性を高めることができる。また、コイル成形体にコアを組み合わせた組立体を封止樹脂で封止する場合、この凹部又は凸部の間を封止樹脂の流路として利用でき、コイル成形体の周囲に封止樹脂を円滑に回りこませることができる。例えば、樹脂モールド部を成形する際の金型の開閉方向に沿った溝を樹脂モールド部の外周面に形成することが挙げられる。溝の深さは、特に限定されず、コイルが樹脂モールド部から露出するようにしても良いし、コイルが樹脂モールド部で覆われるようにしても良い。前者であれば、高い放熱性が期待でき、後者であれば、溝形成箇所のコイルも機械的に保護できる。溝の断面形状も特に限定されず、多角形、半円、半楕円など種々の形状が選択できる。但し、コイル成形体が設置されるケースの底面は、通常、平面で構成されているため、樹脂モールド部のうち、コイル成形体の設置面にはケース底面との接触面積を確保するため、溝を形成せずに平面とすることが望ましい。コイル成形体とケースがより広い面積で面接触されていれば、コイル成形体からの熱をケースに放熱することが効果的にできる。もっとも、コイル成形体の設置面に凹凸がある場合、その凹凸に適合する形状にケースの底面を構成することで、コイル成形体とケースとを広範囲に面接触させることができる。

＜コイル成形体の製造方法＞
コイルの成形体の製造方法は、詳しくは後述する実施例で説明するが、金型内にコイルを配置する工程と、コイルの内周に中子又はコアを挿入する工程と、金型内でコイルを自由長よりも短い圧縮状態に保持する工程と、金型内に樹脂を注入して固化し、コイルを樹脂で圧縮状態に保持した成形体とする工程と、成形体を金型から取り出す工程とを備える。金型内にコイルを圧縮状態で保持するには、金型内に進退可能な棒状体でコイルの一部を押圧して、コイルを圧縮状態とすることが挙げられる。

＜放熱板＞
さらに、樹脂モールド部には、熱伝導性に優れる放熱板を一体化することが好ましい。一般に、リアクトルは、冷媒が流通される冷却ベースに取り付けられる。そのため、コイル成形体における樹脂モールド部のうち、冷却ベース側の面（成形体設置面）に放熱板を一体化しておけば、放熱板及びケース底面を介して効率的な放熱ができる。また、コイル成形体に放熱板が一体化されていれば、後にコアと組み合わせてリアクトルを構成する際にも組立作業性に優れる。特に、放熱板の一面がコイルに面接触し、この接触界面には実質的に樹脂モールド部の樹脂が介在されず、放熱板の他面は全面が樹脂モールド部から露出するように放熱板を一体化することが好適である。このようにすれば、コイルの熱を、放熱板を介してコイル成形体の外部に速やかに伝導させることができる。

この放熱板は、熱伝導率α(W/m・K)が3W/m・K超、特に20W/m・K以上、更に30W/m・K以上の材料が好ましい。また、放熱板は、コイルに接して、又は近接して配置されるため、磁気特性を考慮すると、全体が非磁性材料で構成されていることが好ましい。このような特性を満たす材料は、非磁性の無機材料が好適である。非磁性の無機材料には、導電性のものと絶縁性のものとがある。放熱板において少なくともコイルと接触するコイル側接触面の構成材料は、コイルとの間で電気的に絶縁されることが望まれるため、絶縁性材料とすることが好ましい。従って、放熱板は、その全体が絶縁性の無機材料から構成されていてもよいし、導電性の無機材料からなる板状基板の表面に絶縁性の無機材料からなる層を備える積層構造のものでもよい。なお、「絶縁性」とは、コイルとの間で電気的絶縁が確保できる程度の絶縁特性を有するものとする。

上記絶縁性の無機材料は、セラミックスが好適に利用できる。具体的には、窒化珪素(Si₃N₄):20〜150W/m・K程度、アルミナ(Al₂O₃):20〜30W/m・K程度、窒化アルミニウム(AlN):200〜250W/m・K程度、窒化ほう素(BN):50〜65W/m・K程度、及び炭化珪素(SiC):50〜130W/m・K程度から選択される少なくとも1種が挙げられる（数値は熱伝導率）。即ち、1種の材料からなる放熱板としてもよいし、複数種の材料からなる板片を組み合わせて一体とし、部分的に熱特性を変化させたものでもよい。上記のセラミックスのうち、窒化珪素は、熱伝導率が高く、アルミナや窒化アルミニウム、炭化珪素よりも曲げ強度に優れるため、好ましい。

＜コア＞
上述したコイル成形体の中空孔にコアを挿入すること、若しくは樹脂モールド部の成形時に、コイルとコアとを樹脂モールド部で一体化することで、容易にリアクトルを構成できる。

コアは、代表的には、複数のコア片を組み合わせて環状のブロック状に構成される。このコアは、通常、コイルが外周に配置されるコア巻回部（中間磁性部材）と、コイルから露出される露出部（端部磁性部材）とを備える。また、このコアは、複数の磁性部材と複数のギャップ部とを備えることが多く、各磁性部材がギャップ部を介して接合して構成される。磁性部材は、例えば、軟磁性粉末の圧粉成形体や電磁鋼板の積層体が好適に利用できる。ギャップ部は、磁性部材の間に介在されて、コアのインダクタンスを調整するために用いられ、非磁性材料で構成されている。ギャップ部の材質としては、アルミナなどが挙げられる。その他、透磁率を調整した圧粉成形体からなって、ギャップ部を持たないコアも利用できる。

＜ケース＞
ケースは、上述したコアとコイル成形体の組立体を収納し、この組立体からの熱を、ケースを介して放熱させる。ケースを用いることで、コアとコイル成形体を機械的に保護しやすい。この組立体とケースとの間には、後述する封止樹脂が充填される。

このケースは、通常、前後左右の各側面および底面を備え、上部が開口した容器状のものが利用される。その際、底面には、両端側に段部を形成し、各段部の上面をコアの支持面とし、両段部の間に前記支持面よりも低い中底面を形成して、その中底面とコイル成形体との間に間隙が形成されるようにすることが好ましい。この形態のケースを用いれば、支持面上に直接コアを接触させて保持することができるため、コアからケースを介しての効率的な放熱を行うことができる。また、上述したケースの支持面と底面との段差を前記支持面に接触するコアの表面からコイル成形体の設置面までの間隔よりも大きくすることで、ケースの中底面と成形体の設置面との間に、次述する封止樹脂を充填するための間隙を形成できる。この間隙に封止樹脂が充填されることで、ケースの底面とコイルとの絶縁を確保することができる。

ケースの構成材料は、放熱性の高い材料で構成することが好適である。具体的には、熱伝導性に優れる材料、特に金属材料が好適に利用できる。とりわけアルミニウムまたはアルミニウム合金が好適である。

＜封止樹脂＞
封止樹脂は、コイル成形体とコアとの組立体の周囲を覆い、組立体の機械的保護を図る。その他、封止樹脂の機能には、リアクトルを励磁した際に生じる振動を吸収することや、樹脂モールド部から露出するコイル部分がある場合、その露出部分を覆って機械的・電気的に保護することが挙げられる。また、ケースを用いた場合、コイルとケースとの絶縁性を一層高める機能や、ケースに収納されているコアやコイル成形体などの構成部材をケース内に保持させる機能、或いはコイル成形体の熱をケースに伝導させる機能も持つ。

この封止樹脂には、樹脂モールド部の樹脂よりも耐衝撃性の高い樹脂とする。耐衝撃性は、例えばアイゾット衝撃試験やシャルピー衝撃試験の試験値により評価すればよい。また、この封止樹脂は、ある程度の耐熱性は要求されるが、樹脂モールド部の樹脂ほど高い耐熱性がなくても構わない。例えば、樹脂モールド部が200℃程度の耐熱性を必要とする場合、封止樹脂は130℃程度の耐熱性でも構わない。例えば、封止樹脂には、ウレタン樹脂などが好適に利用できる。ウレタン樹脂は、樹脂モールド部の樹脂に用いられるエポキシなどに比べて耐熱性に劣るが、耐衝撃性、経済性に優れている。この封止樹脂には、リアクトルの振動により発生する騒音の吸音性に優れる多孔質材料も利用できる。具体的には、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリウレタン等の発泡プラスチックや、発泡クロロプレンゴム、発泡エチレンプロピレンゴム、発泡シリコンゴム等の発泡ゴムが挙げられる。

その他、封止樹脂にはポリアミドを用いることができる。樹脂モールド部の樹脂として、セラミックスフィラー入りエポキシ樹脂が好適に利用できるが、このエポキシ樹脂は、硬度は高いが、比較的耐衝撃性に劣る。そのため、コイル成形体を耐衝撃性に優れたポリアミドの封止樹脂により覆うことで、耐衝撃性に優れたリアクトルとできる。

＜コイル成形体＞
まず、図１〜図３を参照して、本発明のリアクトルを構成するコイル成形体100を説明する。このコイル成形体100は、巻線をらせん状にエッジワイズ巻きしたコイル10と、コイル10を覆う樹脂モールド部20とを備え、コイル10の内周にコア150（図３）の中間磁性部材154を嵌め込むための中空孔30（コア保持部）が形成されている。

コイル10は、その軸方向と直交する方向に並列される第一コイル10Aと第二コイル10Bの一対から構成される。第一・第二コイル10A、10Bは、互いに同一巻数で、軸方向から見た形状がほぼ矩形のコイルである。また、これら両コイル10A、10Bは、接合部のない一本の巻線で構成されている。即ち、コイル10の一端側において、巻線の始端11と終端12が上方に引き出され、コイル10の他端側において、巻線をU型に屈曲した屈曲連結部13を介して第一コイル10Aと第二コイル10Bとを連結している。この構成により、第一コイル10Aと第二コイル10Bの巻回方向は同一となっている。そして、各コイル10A、10Bは、隣接するターン同士が接触する状態に圧縮されている。

このようなコイル10の外周には、コイル10を圧縮状態に保持する樹脂モールド部20が形成されている。ここでは、巻線の始端11と終端12を除き、コイル10の全体を樹脂モールド部20で覆っている。この樹脂モールド部20は、両コイル10A、10Bのターン部分を実質的に均一な厚さで覆っている。但し、各コイル10A、10Bの一部の角部や屈曲連結部13の樹脂モールド部20は不均一な厚みとなっている箇所がある。屈曲連結部13は、コイル10の上部中央から各コイル10A、10Bの軸方向に突出して形成されているため、この連結部13を覆う樹脂モールド部20もひさし状にせり出した形態となっている。また、各コイル10A、10Bの隣接するターン同士は互いに接触状態となっているため、これらターン間に樹脂モールド部20の樹脂は実質的に進入していない。

一方、各コイル10A、10Bの内周、つまり樹脂モールド部20の内周に形成される中空孔30は、後述するように、樹脂モールド部20を成形した際、中子を抜いたことで形成された断面が矩形の孔である。

＜コイル成形体の製造方法＞
次に、このようなコイル成形体の製造方法を図２に基づいて説明する。コイル成形体を得るには、まず、金型50内にコイル10を配置する。その際、金型表面とコイル10との間には、一定のギャップが形成されるようにする。成形に用いる金型50は、開閉する第一金型51と第二金型52の一対から構成される。第一金型51は、コイル10の一端側（始端・終端側）に位置する端板51Aと、各コイル10の内周に挿入される中子51Bとを備える。一方、第二金型52は、コイルの他端側（屈曲連結部側）に位置する端板52Aと、コイル10の周囲を覆う側壁52Bとを備える。

また、第一・第二金型51,52には、図示しない駆動機構で、金型50の内部に進退可能な複数の棒状体53が設けられている。ここでは、合計８本の棒状体53を用い、各コイル10A、10Bのほぼ角部を押圧してコイル10を圧縮させる。但し、屈曲連結部13は棒状体53で押すことが難しいため、図１における同連結部13の下方を棒状体53で押すこととしている。棒状体53は、コイル10が樹脂モールド部で被覆されない箇所を少なくするため極力細くするが、コイル10を圧縮するのに十分な強度と耐熱性を備えたものとする。コイル10を金型50内に配置した段階では、コイル10は未だ圧縮されておらず、隣接するターンの間に隙間が形成された状態となっている。

次に、金型50を閉じて、コイル10の内側に中子51Bを挿入する。このとき、中子51Bとコイル10の間隔は、中子51Bの全周に亘ってほぼ均一となるようにする。

続いて、棒状体53を金型50内に進出してコイル10を圧縮する。この圧縮により、コイル10の隣接するターン同士が接触され、各ターン間に隙間のない状態となる。

その後、図示しない樹脂注入口から金型50内にエポキシ樹脂を注入する。注入された樹脂がある程度固化して、コイル10を圧縮状態に保持できるようになれば、棒状体53を金型50内から後退させても良い。

そして、樹脂が固化して、コイル10を圧縮状態に保持するコイル成形体が成形されると、金型50を開いて同成形体を金型から取り出す。

得られた成形体は、棒状体53で押圧されていた箇所が樹脂モールド部で覆われておらず、複数の小穴を有する形状に成形されている。この小穴は、適宜な絶縁材などで充填しても良いし、そのまま放置しておいても良い。

＜リアクトルの組立＞
次に、上記のコイル成形体を用いてリアクトルを構成する手順を図３〜図５に基づいて説明する。

上述した成形体100の中空孔30に磁性部材を嵌め込み、環状のコア150を形成すれば、組立体200を構成できる。例えば、コア150は、コイル成形体100から露出する端部磁性部材152と、各コイルの中空孔30内に配されて端部磁性部材152同士を連結する中間磁性部材154と、中間磁性部材154の間に介在されるギャップ板156とから構成される。本例では、各磁性部材152,154を圧粉磁性体で構成し、端部磁性部材152を台形ブロック状とし、中間磁性部材154を矩形ブロック状とした。また、ギャップ板156はアルミナ板とした。これら磁性部材152,154およびギャップ板156は、適宜な接着剤で接着され、環状のコア150を構成する。

このような成形体100とコア150との組立体200は、図４に示すように、ケース170に収納する。ここでは、図３と異なり、樹脂モールド部20からコイル10の一部が露出した構成の組立体200を示している。組立体200をケース170に固定するには、適宜板ばねやコアの上部を押える押え金具（図示略）を用いて行えばよい。本例のコイル成形体100の底面には、図１に示すように、コイル10Aと10Bとの間に対応する位置に凹溝部が形成されているが、ケース170の底面には、この凹溝部に嵌合する突条（図５参照）が形成されている。そのため、組立体200をケース170に収納すると、コイル成形体100の底面全面とケース底面とは面接触される。組立体200をケース170に収納したら、組立体200とケース170との間に封止樹脂を充填する。このとき、コイル成形体100とケース底面との間には、封止樹脂が侵入しないようにすることが好ましい。これにより、コイル成形体100からケース170への放熱を良好にする。

封止樹脂は、耐熱性、熱伝導性でエポキシ樹脂に劣るが、耐衝撃性に優れるポリウレタンとした。封止樹脂を充填した状態の断面を図５に示す。この図に示すように、コイル10は、耐熱性・熱伝導性に優れる樹脂モールド部20でモールドされ、さらにその外側でケース170との間は、耐衝撃性に優れるポリウレタンの封止樹脂180で封止されている。封止樹脂180が硬化後、ケース170を図示しない冷却ベースに固定すればよい。冷却ベースは、その内部に冷媒が流通され、リアクトルを冷却する。ケース170を冷却ベースに固定するには、ケース170を冷却ベースに押える適宜な取付金具を用いたり、ケース170の一部にボルト孔を設けて、ボルトで冷却ベースに固定したりすればよい。

なお、本例では、一対の端部磁性部材152、合計6つの中間磁性部材154、並びに合計４枚のギャップ板156を用いているが、これらの数は適宜選択できる。また、各磁性部材152,154の形状も図３の形状に限定されるわけではなく、例えば端部磁性部材152をU型としてもよい。

＜作用効果＞
以上のようなコイル成形体100によれば、コイル10を圧縮状態に保持した部品とできるため、リアクトル組立時の部品のハンドリング性を改善でき、かつ従来のリアクトルでコイルを押えるために用いていた枠状ボビンを省略できる。また、コイル10の内周面が樹脂モールド部20で実質的に均一な厚みで覆われているため、中空孔30にコアを挿入すれば、コアとコイル10を同軸状に位置合わせすることができ、従来のリアクトルで用いていた筒状ボビンを省略できる。さらに、樹脂モールド部20により、コイル10とコア150の絶縁の確保もできる。そして、樹脂モールド部20を耐熱性、熱伝導性に優れるエポキシ樹脂で構成し、封止樹脂180を耐衝撃性に優れたポリウレタンで構成することで、発熱源に近い内側ほど放熱性に優れ、外側ほど耐衝撃性に優れる構成とできる。そのため、放熱特性と機械的特性とを両立したリアクトルを構成できる。

＜変形例１＞
実施例１のコイル成形体の変形例としては、図６に示すように、コイル成形体100の下面、つまり、同成形体100をケース内に収納した場合に冷却ベース側となる面に放熱板60を一体化してもよい。本変形例では、窒化珪素製の放熱板60を１枚用い、この放熱板60の上面がコイルに接触し、下面が樹脂モールド部20から露出するように構成している。

この変形例によれば、熱伝導性に優れる放熱板60を介して、コイルの熱を効率的に冷却ベース側に伝導させることができ、リアクトルの放熱性を向上させることができる。特に、放熱板の下面の全面をケース底面に接触させることで一層放熱特性に優れたリアクトルとすることができる。なお、第一・第二コイルの下面の各々に合計２枚の放熱板を樹脂モールド部で一体化しても良い。

次に、コイルの内周における樹脂モールド部の厚みを容易に均一化するために好ましい実施例を図７に基づいて説明する。実施例２の基本的な構成は実施例1と共通であるため、以下の説明は実施例1との相違点を中心に行う。

本例のコイル成形体100は、図７（A）に示すように、コイルの内周における樹脂モールド部20にコイル軸方向に沿った凹溝22（凹部）が形成されている。この凹溝22は、その深さがコアとコイルのギャップに相当し、成形体100の各内周面の上下左右に合計４箇所ずつ設けられている。つまり、凹溝22の形成されている箇所は、コイル10が樹脂モールド部20で覆われず、露出している。

このような成形体を得るには、図７（B）に示すように、断面がほぼ十字状の中子51Bを用いる。つまり、中子51Bの上下左右の側面に断面が矩形の突条510を中子51Bの長手方向沿いに設け、その突条510の高さをコアとコイル10のギャップに相当するようにしておく。このような中子51Bを用いて樹脂モールド部20を成形すれば、凹溝22を持つ中空孔30（図７（A））が形成された成形体が得られる。その成形時、金型内でのコイルの位置を容易に決めることができ、得られた成形体のコイル内周における樹脂モールド部20の厚みを実質的に均一にすることが容易にできる。そのため、本例のコイル成形体100の中空孔30にコアを嵌め込めば、コアとコイルを容易に同軸状に位置合わせすることができる。また、このような成形体にコアを組み合わせて組立体とし、その組立体を封止樹脂で封止する場合、凹溝22は封止樹脂の流路とでき、成形体周囲への封止樹脂の回り込みを良好にできる。

本例の変形例としては、図８に示すように、中子51Bの断面形状を変えることが挙げられる。例えば、断面が矩形の中子の対角位置にある一対の角部に、断面が扇形の突条512を設ける。この中子51Bを用いた場合も、突条512の高さをコアとコイルのギャップに対応させておけば、突条512以外の箇所に樹脂が充填されるため、コイル内周における樹脂モールド部の厚みを実質的に均一にすることが容易にできる。

さらに本例の別の変形例としては、突起付きで断面が十字状の中子を用いるが、その中子の突起をコアとコイルのギャップよりも低くしても良い。この場合、凹溝22の底面も樹脂モールド部20で覆われ、コイルが露出することはない。その場合でも、凹溝22は上述した封止樹脂の流路として利用できる。

次に、さらに放熱性に優れるコイル成形体を図９に基づいて説明する。実施例３の基本的な構成は実施例1と共通であるため、以下の説明は実施例1との相違点を中心に行う。

本例の成形体100は、左右の側面と上面に、コイルの軸方向に沿った複数の凹溝24を備えている。この凹溝24の形成により、コイル成形体100の表面積を増大させることができ、一層放熱性の高いリアクトルを構築できる。特に、本例では、この凹溝24を、コイルが樹脂モールド部20から露出するように形成しており（コイル露出状態は図示略）、コイル10からの放熱性をさらに高めている。一方、成形体100の下面には凹溝を設けていない。これにより、成形体100を組立体としてケースに収納した際、成形体100とケースとの接触面積を確保している。

このような成形体は、図２示す第二金型の側壁52Bの内側に断面が矩形の突条を並設しておけばよい。この突条に対応する箇所が樹脂モールド部の凹溝24となる。そして、本例の成形体とコアで組立体を構成し、その組立体の周囲を封止樹脂で覆う場合、前記凹溝24は封止樹脂の流路としても利用できる。

その他、本例の変形例としては、本例と実施例３とを組み合わせた構成としても良い。つまり、成形体の内周に凹溝を備え、かつ外周にも凹溝を備えた構成である。この構成によれば、コアとコイルの位置合わせの正確性向上と共に、放熱性または封止樹脂の成形体周囲への回り込みを良好にできる。

次に、実施例１〜３とは異なる構成のコイルを用いた本発明の変形例を図１０に基づいて説明する。図１０ではコイルの形状のみを示し、樹脂モールド部は省略している。

実施例１〜３では、１本の巻線からなり、屈曲連結部を有するコイルを用いたが、第一・第二コイル10A、10Bを異なる巻線で形成し、両コイル10A、10Bを溶接により接合しても良い。本例では、第二コイル10Bの終端を第一コイル10A側に屈曲させ、第一コイル10Aの終端と重ねて溶接することで両コイル10A、10Bを接合している。

このようなコイル10によれば、各コイル10A、10Bの巻線の始端と溶接箇所を樹脂モールド部から突出させたコイル成形体とでき、実施例１において、屈曲連結部を覆うことでひさし状に突出した樹脂モールド部をなくすことができる。また、第一コイルと第二コイルを樹脂モールド部で個別に圧縮状態に保持しておき、その後、これら一対の成形体の巻線の端部を溶接で接合しても良い。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、各実施例は本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。

本発明のリアクトルは、コンバータなどの部品として利用することができる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車用リアクトルとして好適に利用することができる。

実施例１の本発明リアクトルを構成するコイル成形体の透視斜視図である。図１の成形体の成形方法を示す説明図である。実施例１のリアクトルを構成する組立体の組み立て手順を示す分解斜視図である。実施例１のリアクトルの組立手順の説明図である。実施例１のリアクトルの断面図である。図１のコイル成形体の変形例を示す説明図である。（A）は実施例２の本発明リアクトルを構成するコイル成形体を示す斜視図、（B）は同成形体の成形手順の一部を示す説明図である。実施例２のコイル成形体の成形に用いる中子の変形例を示す断面図である。実施例３の本発明リアクトルを構成するコイル成形体を示す斜視図である。実施例４の本発明リアクトルを構成するコイル成形体に用いるコイルの斜視図である。

符号の説明

100 コイル成形体
10コイル
10A 第一コイル 10B 第二コイル
11 始端 12 終端 13 屈曲連結部
20 樹脂モールド部
22 凹溝 24 凹溝
30 中空孔
50 金型
51 第一金型 51A 端板 51B 中子
52 第二金型 52A 端板 52B 側壁
53 棒状体 510 突条 512 突条
60 放熱板
150 コア
152 端部磁性部材 154 中間磁性部材 156 ギャップ板
170 ケース
180 封止樹脂
200 組立体

Claims

コアの外周の一部にコイルが配された組立体と、この組立体を収納するケースと、これら組立体とケースとの間に充填される封止樹脂とを備えるリアクトルであって、
前記組立体は、コイル成形体とコアとを備え、
このコイル成形体は、
巻線をらせん状に巻回したコイルと、
前記コアの一部を構成する中間磁性部材と、
前記コイルを、その自由長よりも圧縮した状態に保持すると共に、前記中間磁性部材を当該コイルに嵌め込んだ状態で一体化する樹脂モールド部とを備え、
前記封止樹脂は、前記樹脂モールド部の樹脂よりも耐衝撃性が高い樹脂であることを特徴とするリアクトル。
前記樹脂モールド部の樹脂は、前記封止樹脂よりも耐熱性の高い樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記樹脂モールド部の樹脂は、前記封止樹脂よりも熱伝導率が高い樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル。
前記コイル成形体とケースが面接触されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトル。
さらに、前記樹脂モールド部におけるケースとの接触面に一体化される放熱板を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリアクトル。
前記コア保持部の内周面に、凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリアクトル。
前記凹部は、前記コアとコイルとのギャップに相当する深さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のリアクトル。
コイルの外周における樹脂モールド部の表面に凹部及び凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のリアクトル。