JP5093186B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。

従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いるためのインバータ等の電力変換装置が知られている。この電力変換装置には、例えば、入力電圧を昇圧するための昇圧回路の一部を構成するリアクトルが収納されている。

図１０、図１１に示すように、従来のリアクトル９は、通電により磁束を発生するコイル９２と、このコイル９２の内側及び外側に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコア９３と、コイル９２とコア９３とを内側に収容するケース９４とを有する（例えば、特許文献１参照）。
そして、コイル９２に通電（図１０、図１１における符号Ｉ₀）することによりこのコイル９２の内側及び外周には磁束が形成される。この磁束は、ケース９４の側壁９４１の周方向に略直交する方向に形成される。

特開２００７−３３５８３３号公報

ところが、かかる従来のリアクトルにおいては、以下のような問題点があった。
すなわち、磁束は、コア９３とケース９４との境界面付近を通過する。このとき、上記磁束の電磁誘導によってケース９４内の各部に微量の渦電流が発生する。そして、この微量な渦電流が互いに合流して、上記磁束のうちケース９４内を通過する部分に直交する閉じた経路上において、周状に比較的大きな渦電流Ｉ₁が流れることとなる。

このように、従来においてはリアクトル性能に不要であって比較的大きな渦電流８がケース９４内に流れることにより、損失が発生してリアクトル９の発熱量が大きくなってしまうおそれがある。また、これにより、リアクトル９のインダクタンスが低下して電気性能が低下するおそれがある。

このような渦電流を抑制するためにケースの側壁に貫通するスリットを設けることが考えられるが、この場合には、ケースの強度低下を招いてしまうおそれがある。
したがって、従来においては、渦電流の発生の抑制とケースの強度確保との両立を図ることが困難となっていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ケースの強度低下を抑制しつつ渦電流の発生を抑制することのできるリアクトルを提供しようとするものである。

本発明は、導体線を螺旋状に巻回してなるコイルと、
樹脂に磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるとともに上記コイルの内側及び外側において該コイルの巻回形状に沿って形成された本体部と、該本体部の外周面から上記コイルの巻回径方向の外側に向かって突出してなるとともに上記本体部と一体化した状態で形成される複数の被係合部とを有するコアと、
上記被係合部を係合するとともに内側面において上記コイルの巻回径方向の外側に向かって窪んだ状態で形成される係合部を複数備え、かつ、上記コイル及び上記コアを内側に収納するケースと、
該ケースの上記係合部内の一部であって上記ケースと上記コアとの間に配された電気的絶縁性を有する絶縁体と、を有し、
上記コアの上記被係合部は、上記本体部の周方向の複数箇所に配置され、隣り合う上記被係合部同士は互いに離間しており、
上記ケースの上記係合部内には、該係合部と上記コアの上記被係合部とが互いに接触している部分と、上記絶縁体が上記係合部と上記被係合部との間に介在している部分との双方が存在することを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

参考発明は、導体線を螺旋状に巻回してなるコイルと、
樹脂に磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるとともに上記コイルの内側及び外側において該コイルの巻回形状に沿って形成され、かつ、外周面において上記コイルの巻回径方向の内側に向かって窪んでなる一又は二以上の凹状の被係合部を有するコアと、
上記被係合部に係合した状態で配される電気的絶縁性を有する絶縁体と、
上記絶縁体を係合するとともに内側面において上記コイルの巻回径方向の外側に向かって窪んだ状態で形成される係合部を備え、かつ、上記コイル及び上記コアを内側に収納するケースと、
を有することを特徴とするリアクトルにある。

本発明の作用効果について説明する。
上記コアは上記被係合部を備え、上記ケースは上記係合部を備えており、ケースの係合部内の一部であってケースとコアとの間に上記絶縁体が配されている。これにより、渦電流の発生を抑制することのできるリアクトルを得ることができる。

すなわち、上記ケースの係合部内の一部であってケースとコアとの間には、上記絶縁体が配されている。そのため、ケースにおける絶縁体と隣接する部分、すなわちコアと隣接しない部分においては、渦電流の発生が抑制される。ケースにおける他の部分、すなわちコアと隣接する部分においては、磁束の電磁誘導によって微量の渦電流が発生しうる。しかし、ケースの全周の中の少なくとも一部において、上記のごとく渦電流が発生しなければ、この部分で、他の部位における微量の渦電流同士を分断し、これらが互いに合流して比較的大きな渦電流となってケースを周状に流れることを抑制することができる。
その結果、ケース内においてリアクトル性能に不要な渦電流が流れることによって発生する損失を低減することができる。これにより、不要な発熱を抑制することができるとともに、リアクトルのインダクタンスの低下を抑制することができる。

そしてさらに、係合部は、ケースの側壁を径方向外側に向かって窪ませており、側壁における他の内側面と連続的に形成されていない。それゆえ、係合部付近において渦電流の抵抗が大きくなり、前述した絶縁体と相乗的に作用して渦電流の発生を抑制することができる。

また、上記係合部は、上記ケースの内側面において上記コイルの巻回径方向の外側に向かって側壁を窪ませることにより形成されており、ケースの側壁に貫通するスリット等を設けることなく、上記のように渦電流の発生を抑制している。したがって、本発明によれば、ケースの強度低下を招くことなく、渦電流の発生を抑制することができる。

さらにまた、被係合部を係合部に係合することにより両者が歯車のように噛み合って、ケースに対するコアの回転を防ぐことができる。その結果、リアクトルの強度を向上させることができる。

参考発明の作用効果について説明する。
上記コアは上記被係合部を備え、上記ケースは上記係合部を備え、コアの被係合部とケースの係合部との双方に絶縁体が係合される。
これにより、本発明と同様に、ケースの強度低下を抑制しつつ渦電流の発生を抑制することのできるリアクトルを得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、ケースの強度低下を抑制しつつ渦電流の発生を抑制することのできるリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの断面説明図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、（Ａ）コイル、（Ｂ）成形用型の斜視図。 実施例１における、（Ａ）リアクトル本体、（Ｂ）ケースの斜視図。 （Ａ）実施例１における渦電流抑制の説明図、（Ｂ）絶縁体を設けない場合の渦電流発生の説明図、（Ｃ）係合部及び被係合部を設けない場合の渦電流発生の説明図。 実施例３における、リアクトルの断面説明図。 実施例４における、リアクトル本体の斜視図。 実施例５における、リアクトル本体の斜視図。 参考例における、リアクトルの断面説明図。 従来例における、リアクトルの断面説明図。 図１０のＢ−Ｂ線矢視断面図。

本発明において、上記磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させてなるものであり、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。
また、上記磁性粉末混合樹脂に用いる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
また、上記ケースは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属からなることが好ましい。

また、上記被係合部は、上記コイルの巻回軸方向に沿って形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、被係合部及び係合部を容易に形成することができる。そのため、生産性に優れたリアクトルを得ることができる。また、ケースにおける渦電流を効果的に抑制することができる。

また、上記絶縁体は、上記コアの外周面において、上記コイルの巻回軸方向全体にわたって形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ケースにおける巻回軸方向全域にわたって、渦電流の発生を防ぐことができる。

また、上記コアは、略円柱形状にて形成されることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記係合部及び上記被係合部における係合がないと、ケースに対してコアが回転しうるが、本発明のように係合部と被係合部とを設けることでコアの回転を確実に防ぐことができる。その結果、強度に優れたリアクトルを得ることができる。

また、上記ケースは、一方の面に形成された開口部と、該開口部と対向する底面部とを有し、上記係合部は、上記開口部から上記底面部に向かって形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、係合部を容易に形成することができるとともに、係合部に被係合部を容易に係合することができるため、本発明のリアクトルを容易に製造することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるリアクトルについて、図１〜図５を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１、図２に示すように、以下のコイル２と、コア３と、ケース４と、絶縁体５とを有する。

コイル２は、図３（Ａ）に示すごとく、導体線２０を螺旋状に巻回してなるとともに、通電により磁束を発生するよう構成されている。
コア３は、樹脂に磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなり、以下の本体部３１と、被係合部３２とを有する。

図１に示すごとく、本体部３１は、コイル２の内側及び外側に配設されるとともにコイル２の巻回形状に沿って形成されている。
被係合部３２は、本体部３１の外周面３１０からコイル２の巻回径方向の外側に向かって突出してなるとともに本体部３１と一体化した状態で一又は二以上形成されている。本例においては、被係合部３２は、８個形成されている。

ケース４は、コイル２とコア３との一体品（以下では、コイル２とコア３との一体品を「リアクトル本体１０」という。）を内側に収納している。
また、ケース４は、被係合部３２を係合する係合部４２を備えている。かかる係合部４２は、ケース４の内側面４１０においてコイル２の巻回径方向の外側に向かって窪んだ状態で形成される。
そして、電気的絶縁性を有する絶縁体５が、ケース４の係合部４２内の一部であってケース４とコア３との間に配されている。

以下、詳細に説明する。
本例のリアクトル１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いられるインバータ等の電力変換装置に備えつけられる。

本例のリアクトル１におけるコイル２は、図１〜図３に示すように、その巻回形状が略円柱形状に形成されている。なお、コイル２は、上記のように円柱形状に限らず、多角柱形状にて形成することもできる。
コイル２は、例えば銅からなる導体線２０を螺旋状に巻回して、略円筒形状となるように構成されている。

コア３を形成するための磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させてなり、磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。
また、磁性粉末混合樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。

コア３は、図１、図２、図４（Ａ）に示すごとく、略円柱形状に形成されている。なお、コア３は、上記のように円柱形状に限らず、多角柱形状にて形成することもできる。
また、コア３は、前述した本体部３１と被係合部３２とからなる。
上記本体部３１は円柱形状にて形成されており、一方、上記被係合部３２は略楕円柱形状にて形成されている。

被係合部３２は、コア３の軸方向に沿って形成されている。すなわち、被係合部３２は、コイル２の巻回軸方向に平行であって、その巻回軸方向の全体にわたって形成されている。また、被係合部３２は、ケース４に設けた係合部４２に係合される。
被係合部３２は、本例においては、本体部３１の周方向において８個均等配置されているが、１個以上形成されていれば、本発明の作用効果を発揮することができる。

上記ケース４は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属からなることが好ましい。
また、リアクトル本体１０を収納する部分、すなわち、ケース４の内側面４１０は、略円柱形状に形成されている。

さらに、ケース４は、図１、図２、図４（Ｂ）に示すように、略円柱形状の外形を有する。すなわち、ケース４は、円形状の底面部４０と、この底面部４０の端縁から垂直に立ち上がる略円筒状の側壁４１とからなる。そして、底面部４０に対向する位置には、開口部４００が形成されている。
そして、係合部４２は、ケース４の側壁４１の内側面４１０において、開口部４００から底面部４０に向かって、底面部４０に垂直に形成されている。

前述したとおり、被係合部３２は、コイル２の巻回軸方向に平行に形成されており、これに対応して、係合部４２も、コイル２の巻回軸方向に平行に形成されている（図４）。
そして、本例においては、図１に示すように、一つの被係合部３２に対して二箇所において係合部４２が接触している。

また、上記のとおり係合部４２と被係合部３２とが接触している部分以外における、係合部４２と被係合部３２との間には、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂からなる絶縁体５が配設されている。なお、絶縁体５としては、空気等を用いてもよい。すなわち、係合部４２と被係合部３２との間に空隙を設け、そこに樹脂を充填することなく、空気層を絶縁体５として利用することもできる。

かかる絶縁体５は、コイル２に通電することにより発生する磁束のうちコア３とケース４との境界部付近を通過する磁束によって形成される渦電流に略直交するように配設されている。具体的には、図１に示すごとく、絶縁体５は、コア３の被係合部３２における径方向外側端部の外側において、被係合部３２とケース４との間に配設されている。そして、図２に示すごとく、絶縁体５は被係合部３２に沿って、コイル２の巻回軸方向に、円筒形状の側壁４１において開口部４００側の端部から底面部４０に到達するまで形成されている。

以下に、本例のリアクトル１の作製手順の一例について、図面とともに説明する。
まず、図３（Ａ）に示すとおり、例えば平角状の導体線２０を螺旋状に巻回してコイル２を形成する。
次いで、内側面６１０に離型剤を塗布してあるリアクトル本体１０を形成するための成形用型６内の所定の位置にコイル２を載置する。成形用型６のキャビティは、図３（Ｂ）に示すごとく、コア３の本体部３１を成形するためのメインキャビティ６１１と、その外周に配されると共に被係合部３２を成形するための複数のサブキャビティ６１２とを有する。

次いで、液体状の磁性粉末混合樹脂を成形用型６の中に充填する。
次いで、充填した磁性粉末混合樹脂を硬化させて、内部にコイル２を埋設した状態でコア３を成形する。これにより、リアクトル本体１０を得ることができる。

上記のとおりリアクトル本体１０を形成した後、成形用型６からリアクトル本体１０を離型する。
次いで、図４に示すごとく、予め内部に所定量の液状の樹脂５０を充填してあるケース４の内側に、リアクトル本体１０を挿入する。これにより、ケース４の内側面４１０とリアクトル本体１０との間の隙間、すなわち係合部４２と被係合部３２との間の隙間において樹脂５０を這い上がらせて、図２に示すごとく、リアクトル本体１０とケース４の内側面４１０との間に樹脂５０を充填する。

次いで、樹脂５０を硬化させる。この樹脂５０が、前述したとおり絶縁体５となる。
なお、樹脂５０は、リアクトル本体１０の底面とケース４の底面部４０との間にも残り、この部分においても膜状の絶縁体５が形成されることとなる（図２）。
以上の手順により、図１、図２に示すような本例のリアクトル１を作製することができる。

以下に、本例の作用効果について説明する。
上記コア３は上記被係合部３２を備え、上記ケース４は上記係合部４２を備えており、ケース４の係合部４２内の一部であってケース４とコア３との間に上記絶縁体５が配されている。これにより、渦電流の発生を抑制することのできるリアクトル１を得ることができる。

すなわち、ケース４の係合部４２内の一部であってケース４とコア３との間には、絶縁体５が配されている。そのため、ケース４における絶縁体５と隣接する部分、すなわちコア３と隣接しない部分においては、渦電流の発生が抑制される。ケース４における他の部分、すなわちコア３と隣接する部分においては、磁束の電磁誘導によって微量の渦電流が発生しうる。しかし、ケース４の全周の中の少なくとも一部において、上記のごとく渦電流が発生しなければ、この部分で、他の部位における微量の渦電流同士を分断し、これらが互いに合流して比較的大きな渦電流となってケース４を周状に流れることを抑制することができる。
その結果、ケース４内においてリアクトル性能に不要な渦電流が流れることによって発生する損失を低減することができる。これにより、不要な発熱を抑制することができるとともに、リアクトル１のインダクタンスの低下を抑制することができる。

そしてさらに、係合部４２は、ケース４の側壁４１を径方向外側に向かって窪ませており、側壁４１における他の内側面４１０と連続的に形成されていない。それゆえ、係合部４２付近において渦電流の抵抗が大きくなり、前述した絶縁体５と相乗的に作用して渦電流の発生を抑制することができる。

図５を用いて、渦電流発生の抑制効果につき説明する。すなわち、本例の場合には、図５（Ａ）に示すごとく、ケース４における絶縁体５の周囲は、渦電流が発生しないため、この部分において、渦電流ｉが分断され、ケース４の全周にわたる渦電流が形成されることを防ぐことができる。
これに対して、図５（Ｂ）に示すごとく、絶縁体５を設けずに、被係合部３２がその全周にわたって係合部４２と接触している場合には、ケース４における被係合部３２の周囲にも渦電流が形成され、結果として、ケース４の全周にわたる渦電流Ｉが形成されることとなる。
なお、図５（Ｃ）に示すごとく、係合部４２、被係合部３２をも設けない場合には、渦電流Ｉがより円滑につながり、ケース４の全周にわたって形成されることとなる。

また、係合部４２は、ケース４の側壁４１の内側面４１０においてコイル２の巻回径方向の外側に向かって側壁４１を窪ませることにより形成されており、ケース４の側壁４１に貫通するスリット等を設けることなく、上記のように渦電流の発生を抑制している。したがって、本例によれば、ケース４の強度低下を招くことなく、渦電流の発生を抑制することができる。

さらにまた、従来においては、コア３の略中央に設けたビス等でコア３をケース４に固定しているが、ビス等の固定力だけではリアクトル１自体が衝撃を受けた場合にケース４に対してコア３が回転してしまうおそれがある。これに対して、本例においては、被係合部３２を係合部４２に係合することにより両者が歯車のように噛み合ってコア３の回転を防ぐことができる。

また、被係合部３２は、コイル２の巻回軸方向に沿って形成されているため、被係合部３２及び係合部４２を容易に形成することができる。また、ケース４における渦電流を効果的に抑制することができる。
また、絶縁体５は、コア３の外周面において、コイル２の巻回軸方向全体にわたって形成されているため、ケース４における巻回軸方向全域にわたって、渦電流の発生を防ぐことができる。

また、コア３は、略円柱形状にて形成されるため、係合部４２及び被係合部３２における係合がないと、ケース４に対してコア３が回転しうるが、本例のように係合部４２と被係合部３２とを設けることでコア３の回転を確実に防ぐことができる。その結果、強度に優れたリアクトル１を得ることができる。
また、係合部４２は、ケース４の開口部４００から底面部４０に向かって形成されているため、係合部４２を容易に形成することができるとともに、係合部４２に被係合部３２を容易に係合することができるため、本例のリアクトル１を容易に製造することができる。

以上のとおり、本例によれば、ケースの強度低下を抑制しつつ渦電流の発生を抑制することのできるリアクトルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、実施例１におけるリアクトル１の別の製造方法の例である。
すなわち、本例は、コア３を成形するために成形用型６（図３（Ｂ））を用いず、ケース４（図４（Ｂ））の内側にコイル２と磁性粉末混合樹脂と絶縁体５とを直接充填することによりリアクトル１を形成するものである。

具体的には、以下のとおりとなる。
すなわち、導体線２０を螺旋状に巻回してなるコイル２を、スペーサなどを介してケース４の内側に載置する。そして、ケース４の係合部４２の内側に、成形された樹脂５０を差し込んでおく。

次いで、ケース４の内側に液体状の磁性粉末混合樹脂を充填し、その後、これを硬化させてコア３を形成する。
以上の手順により、被係合部３２と係合部４２との間に樹脂５０（絶縁体５）が介在した状態で、被係合部３２が係合部４２に係合されて、リアクトル１が形成される。

（実施例３）
本例は、図６に示すように、コア３を平面視したとき係合部４２及び被係合部３２が略四角形状となるように形成したリアクトル１の例である。
そして、被係合部３２の外側３２０と係合部４２の対向面４２０との間に絶縁体５が介設されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７に示すように、コア３の被係合部３２をコイル２の巻回軸方向に対して斜めに螺旋状に形成した例である。
このコア３の形状に合わせて、ケース４の係合部４２も巻回軸方向に対して斜めに形成してある（図示略）。
この場合には、被係合部３２及び係合部４２の形状に沿ってリアクトル本体１０をケース４に対してねじ込むことにより、ケース４内にリアクトル本体１０を配置することができる。その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、被係合部３２を、コイル２の巻回軸方向における係合部４２の長さよりも短く形成したリアクトル１の例である。
この場合には、巻回軸方向の位置によっては、ケース４の係合部４２に、コア３の被係合部３２と絶縁体５とが配置されている部分と、絶縁体５のみが配置されている部分とが形成されることとなる。
その他は、実施例１と同様である。

係合部４２と被係合部３２との係合の主な役割は、コア３とケース４との固定であるため、巻回軸方向の一部に被係合部３２が形成されていればよい。そのため、本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（参考例）
本例は、図９に示すように、コア３が、コイル２の巻回径方向の内側に向かって窪んだ状態で外周面３１０に形成される複数の凹状の被係合部３３を有し、この被係合部３３とケース４の内側面４１０に形成した係合部４２とに係合する絶縁体５を設けたリアクトル１の例である。
すなわち、被係合部３３と係合部４２との双方に係合するように配置された絶縁体５によって、コア３とケース４との係合を図っている。そして、この絶縁体５の存在によって、実施例１と同様に、ケース４における渦電流の発生を抑制することができる。
なお、本例においては、絶縁体５を円柱形状としたが、四角柱形状等、他の形状とすることもできる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

１ リアクトル
２ コイル
２０ 導体線
３ コア
３１ 本体部
３１０ 外周面
３２ 被係合部
４ ケース
４１ 側壁
４１０ 内側面
４２ 係合部
５ 絶縁体

Claims (5)

1. 導体線を螺旋状に巻回してなるコイルと、
   樹脂に磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるとともに上記コイルの内側及び外側において該コイルの巻回形状に沿って形成された本体部と、該本体部の外周面から上記コイルの巻回径方向の外側に向かって突出してなるとともに上記本体部と一体化した状態で形成される複数の被係合部とを有するコアと、
   上記被係合部を係合するとともに内側面において上記コイルの巻回径方向の外側に向かって窪んだ状態で形成される係合部を複数備え、かつ、上記コイル及び上記コアを内側に収納するケースと、
   該ケースの上記係合部内の一部であって上記ケースと上記コアとの間に配された電気的絶縁性を有する絶縁体と、を有し、
   上記コアの上記被係合部は、上記本体部の周方向の複数箇所に配置され、隣り合う上記被係合部同士は互いに離間しており、
   上記ケースの上記係合部内には、該係合部と上記コアの上記被係合部とが互いに接触している部分と、上記絶縁体が上記係合部と上記被係合部との間に介在している部分との双方が存在することを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記被係合部は、上記コイルの巻回軸方向に沿って形成されていることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は２において、上記絶縁体は、上記コアの外周面において、上記コイルの巻回軸方向全体にわたって形成されていることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記コアは、略円柱形状にて形成されることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記ケースは、一方の面に形成された開口部と、該開口部と対向する底面部とを有し、上記係合部は、上記開口部から上記底面部に向かって形成されていることを特徴とするリアクトル。

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