JP5099523B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの車載用DC-DCコンバータの構成部品などに利用されるリアクトルに関する。特に、小型で、冷却ベースといった固定対象に長期に亘り強固に固定することができるリアクトルに関する。

電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。例えば、特許文献1,2は、ハイブリッド自動車などの車両に載置されるコンバータの回路部品に利用されるリアクトルを開示している。このリアクトルは、環状の磁性コアと、このコアの外周に横並びにするように配置される一対のコイル素子を有するコイルと、これら磁性コアとコイルとの組合体を収納するケースと、ケース内に充填されて上記組合体を封止する樹脂とを具える。また、このリアクトルは、通電に伴い発熱したコイルなどを冷却できるようにアルミニウムといった金属製の冷却ベース(冷却器)に上記ケースを固定して使用される。固定には、一般に、ボルトが使用され、ケースには、このボルトが取り付けられるボルト孔が設けられている(特許文献2の図7)。

特開2006-351675号公報 特開2007-116066号公報

しかし、ケースを有する従来のリアクトルでは、更なる小型化が難しい。
昨今、ハイブリッド自動車などの車載部品には、小型化、軽量化が望まれている。そこで、ケースを省略することが考えられるが、ケースを省略すると、磁性コアやコイルがむき出しの状態になるため、粉塵や腐食などの外部環境からの保護や機械的な保護を図ることが望まれる。

上記要望を満たす構成として、図7に示すリアクトル100のように磁性コアとコイルとの組合体(図示せず)の外周を樹脂130により覆い、更に、この樹脂130に、冷却ベース200に固定するためのボルト300が取り付けられるボルト孔130hを設けた構成を検討した。しかし、この構成では、リアクトル100の使用時、上記樹脂130におけるボルト孔130hを形成した箇所の近傍に亀裂(クラック)400が入り、この亀裂400が進展して、最悪の場合、ボルト孔130hの形成箇所の近傍が組合体から脱落する恐れがある。

例えば、図7に示すリアクトル100のように、磁性コアとコイルとの組合体のほぼ全体を覆うように直方体状に樹脂130を設けることで、小型にすることができる。また、この直方体状の樹脂130において冷却ベース側の周囲に、その外方に突出するフランジ130fを設け、このフランジ130fにボルト孔130hを形成する構成とすると、樹脂の使用量を低減することができる上に、組合体の外周が過剰に樹脂で覆われて放熱性が低下することを低減できる。更に、この矩形枠状のフランジ130fの四隅にそれぞれボルト孔130hを形成することで、ネジ止め工程が少なく、かつ冷却ベース200に安定してリアクトル100を固定できる。

しかし、上記構成では、樹脂130の熱膨張係数と冷却ベース200の熱膨張係数とが異なることから、リアクトル100の使用時における熱膨張及び熱収縮に伴う応力や振動による応力が、樹脂130におけるボルト300によりネジ止めされた箇所、即ちフランジ130fにおけるボルト孔130hの形成箇所の近傍に集中する。つまり、ボルト孔130hの形成箇所の近傍が特にボルト300により支持され、かつフランジ130fにおけるそれ以外の箇所がボルト300により十分に支持されないことで、上述のように亀裂400が入る恐れがある。ボルト300で十分に支持されるようにボルト300を多くすると、ネジ止め工程が多くなるため、作業性の低下を招く。

そこで、本発明の目的は、小型で、冷却ベースに強固に固定することができるリアクトルを提供することにある。

本発明は、ケースを具えていない構成とすると共に、組合体を樹脂により被覆し、かつこの樹脂の使用量及びネジ止め工程をできるだけ少なくしながら、この樹脂に上述のような亀裂が発生し難い構成を提案する。

具体的には、本発明は、磁性コアの外周に、巻線を螺旋状に巻回してなるコイルが配置されたリアクトルに係るものであり、このリアクトルは、上記磁性コアと上記コイルとを有する組合体の外周を覆う外側樹脂部と、この組合体とこの外側樹脂部とを有する被覆組合体を冷却ベースに固定するための金属製の固定部材とを具える。上記外側樹脂部は、上記冷却ベースに接触するベース面を具える。また、上記外側樹脂部は、このベース面側に向かって断面積が増加するように広がった傾斜部を具える。上記固定部材は、押圧傾斜部と、取付部と具える。上記押圧傾斜部は、当該リアクトルが上記冷却ベースに固定された状態において、上記外側樹脂部の傾斜部に接して上記被覆組合体を当該冷却ベース側に押圧する部分である。上記取付部は、上記被覆組合体を上記冷却ベースに固定するための締付部材が取り付けられる部分である。

本発明リアクトルは、ボルトといった締付部材を外側樹脂部に直接取り付ける構成ではなく、別部材である固定部材に締付部材を取り付ける構成であり、この固定部材を樹脂よりも高強度な金属製とする。かつ、本発明リアクトルは、被覆組合体の外側樹脂部に傾斜部を具え、この傾斜部が固定部材の押圧傾斜部により冷却ベース側に押し付けられることで、この固定部材を介して被覆組合体を冷却ベースに固定する構成である。上記構成により、本発明リアクトルでは、固定部材に対してコイルなどの熱が伝わるとしても、外側樹脂部を介して間接的に伝えられる上に、固定部材が金属製であることから放熱性に優れるため、コイルなどの熱による伸縮を生じ難い。また、上記構成により、本発明リアクトルでは、使用時の冷熱サイクルに伴う応力や振動に伴う応力などが外側樹脂部に加わっても、外側樹脂部のベース面の全体で被覆組合体を支持することができる。このような構成により、固定部材における締付部材の取り付け箇所の近傍に亀裂が実質的に生じることがなく、かつ、外側樹脂部に亀裂が生じることを抑制することができる。そのため、本発明リアクトルは、被覆組合体を冷却ベース側に強固に固定することができる上に、上述のように亀裂の発生を防ぐことで締付部材による被覆組合体の固定状態を長期に亘り安定して維持することができる。更に、本発明リアクトルは、固定部材に取付部を具えるため、磁性コアにボルト孔を設けて固定する場合のような磁気特性の劣化が生じ得ない。そして、本発明リアクトルは、ケースを省略することで、小型化、軽量化を図ることができながら、外側樹脂部を具えるため組合体の外部環境からの保護及び機械的保護を図ることができる。

本発明リアクトルの一形態として、上記コイルは、当該コイルの自由長よりも圧縮した状態に保持する内側樹脂部を具えた成形体とする形態が挙げられる。

上記成形体を利用してリアクトルを組み立てると、組立時にコイルが伸縮しないことから、コイルを取り扱い易く、リアクトルの組立作業性に優れる。

本発明リアクトルに具える磁性コアは、上記コイルが配置されるコイル巻回部と、上記コイルが配置されず露出されている露出部とを具えた形態が挙げられる。このとき、上記コイルにおける冷却ベース側の面(以下、コイルベース面と呼ぶ)、及び上記磁性コアの露出部における冷却ベース側の面(以下、コアベース面と呼ぶ)の双方が上記外側樹脂部から露出されており、これらコイルベース面と、コアベース面と、上記外側樹脂部のベース面とが面一である形態が挙げられる。

特許文献1の図3,特許文献2の図1に示す磁性コアのように、露出部の外周面とコイル巻回部の外周面とが面一である場合、コイルの外周面は、露出部の外周面から突出する。これに対して、露出部の体積を変えずに、露出部のコアベース面とコイルベース面とが面一となるように露出部の形状を変化させた場合、リアクトルにおけるコイルの軸方向の長さを短くすることができる。そのため、冷却ベースに対するリアクトルの設置面積を小さくすることができることから、リアクトルを小型にできる。かつ、コアベース面とコイルベース面とが外側樹脂部のベース面と面一であることで、冷却ベースに被覆組合体を載置すると、これらコアベース面、コイルベース面、外側樹脂部のベース面が冷却ベースに接触することができる。そのため、リアクトルの使用時、コイルや磁性コアの熱を冷却ベースに直接放出することができ、このリアクトルは、放熱性に優れる。また、この構成では、磁性コア及びコイルが冷却ベースに直接支持されるため、被覆組合体を冷却ベースに安定して固定させることができる。コイルが上記成形体の場合も、成形体における冷却ベース側の面を上記外側樹脂部から露出させると、放熱性を高められる。

本発明リアクトルに具える固定部材の構成金属は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。特に、ステンレス鋼は、強度、耐食性に優れて好ましく、アルミニウムやその合金は軽量である。また、この固定部材は、上記被覆組合体の外周に沿って配置される枠状体であると、被覆組合体の全周に固定部材が存在することで、被覆組合体をより安定して固定することができる上に、固定部材が一つでよいため、部品点数を少なくすることができる。一方、固定部材は、複数の分割片からなる組物とすると、固定部材を小型にすることができる。

上記外側樹脂部の傾斜部の傾斜度合いは適宜選択することができる。特に、傾斜部の外周面と上記ベース面とがつくる角度θが30°以上90°未満が好ましい。この角度θが大きくなるほど、傾斜部の強度を高められ、固定部材の押圧傾斜部による押圧力に十分耐えることができて好ましい。より好ましくは、50°以上70°以下である。

本発明リアクトルは、ケースを省略したことで小型である上に、冷却ベースといった固定対象に強固に固定することができる。

図1(A)は、実施形態1のリアクトルを冷却ベースに固定した状態を示す概略斜視図、図1(B)は、このリアクトルに具える被覆組合体の概略側面図である。 図2は、実施形態1のリアクトルに具える組合体の概略斜視図である。 図3は、実施形態1のリアクトルを冷却ベースに固定する手順を説明する分解斜視図である。 図4は、実施形態1のリアクトルに具える固定部材のX-X切断による概略斜視図である。 図5は、実施形態2のリアクトルに具えるコイル成形体の概略斜視図である。 図6は、実施形態2のリアクトルに具える、磁性コアとコイル成形体との組合体の組み立て手順を説明する分解斜視図である。 図7は、ケースを有していないリアクトルの概略斜視図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るリアクトルを詳細に説明する。

(実施形態1)
以下、図1〜図4を参照して、実施形態1のリアクトル1を説明する。図において同一符号は同一物を示す。リアクトル1は、内部に冷媒の循環路(図示せず)などを有する金属製(代表的にはアルミニウム製)の冷却ベース200に直接取り付けられて利用されるものであり、環状の磁性コア11(図2)の外周にコイル12(図2)が配置された組合体10(図2)を具える。このリアクトル1の特徴とするところは、上記組合体10の外周を覆う外側樹脂部13を具える点、及び外側樹脂部13に覆われた組合体10(以下、被覆組合体14と呼ぶ)を冷却ベース200に固定するための固定部材15を具える点にある。以下、各構成をより詳細に説明する。

＜被覆組合体＞
[磁性コア]
磁性コア11の説明は、後述する図6を適宜参照して行う。磁性コア11は、コイル12が配置される一対の直方体状のコイル巻回部11c(図6)と、コイル12が配置されずに露出されている一対の端部コア11e(露出部)とを有し、離間して配置されるコイル巻回部11cを挟むように端部コア11eが配置されて閉ループ状(環状)に形成される。コイル巻回部11cは、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなるコア片11m(図6)と、アルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材11g(図6)とを交互に積層して構成され、端部コア11eは、上記軟磁性材料からなるコア片である。各コア片は、軟磁性粉末の圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる。ギャップ材11gは、インダクタンスの調整のためにコア片11m間に設けられる隙間に配置される板状材である(エアギャップの場合もある)。これらコア片及びギャップ材は、接着剤などで一体に接合される。コア片やギャップ材の個数は、リアクトル1が所望のインダクタンスとなるように適宜選択することができる。また、コア片やギャップ材の形状は適宜選択することができる。

コイル巻回部11cの外周面と端部コア11eの外周面とは、面一ではなく、端部コア11eにおける冷却ベース側の面(以下、コアベース面と呼ぶ。図2,6において下方側の面)がコイル巻回部11cよりも突出している。また、端部コア11eのコアベース面は、後述するコイル12における冷却ベース側の面(以下、コイルベース面と呼ぶ。図2において下方側の面)と面一となるように、端部コア11eの高さ(リアクトル1を冷却ベース200に固定した状態において、冷却ベース200の表面に対して垂直な方向(ここでは、コイル12の軸方向と直交する方向に等しい方向)の長さ)を調整している。なお、コイル巻回部の外周面と端部コアの外周面とを面一としてもよい。

[コイル]
コイル12(図2)は、1本の連続する巻線12wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子12a,12bを具える。両コイル素子12a,12bは、各軸方向が平行するように横並びに形成されている。巻線12wは、導体の外周に絶縁被覆層を具える被覆線が好適である。ここでは、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆層がエナメルからなる被覆平角線を利用している。両コイル素子12a,12bは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにして形成されており、巻返し部12rにより連結されている。巻線は、導体が平角線からなるもの以外に、断面が円形状、多角形状などの種々の形状のものを利用できる。また、各コイル素子を別々に作製し、各コイル素子を形成する巻線の端部を溶接などにより接合して一体のコイルとしてもよい。

コイル12を形成する巻線12wの両端部は、ターン形成部分から適宜引き延ばされて外側樹脂部13の外部に引き出され、絶縁被覆層が剥がされて露出された導体部分に、導電材料からなる端子部材(図示せず)が接続される。この端子部材を介して、コイル12に電力供給を行う電源などの外部装置(図示せず)が接続される。巻線12wの導体部分と端子部材との接続には、TIG溶接などの溶接や圧着などが利用できる。

[インシュレータ]
磁性コア11とコイル12とを具える組合体10は、インシュレータ16(図2)も設けられている。インシュレータ16は、コイル巻回部11cの外周を覆う筒状のボビン(図示せず)と、コイル12の端面に当接される一対の鍔部16fとを具える。ボビンは、特許文献2の図8に示されるような半割れの角筒片同士を係合する構成とすると、コイル巻回部11cの外周を容易に覆うことができる。各鍔部16fは、ボビンの一端部に配置される矩形枠である。インシュレータには、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が利用できる。

[外側樹脂部]
上記組合体10は、その外周を外側樹脂部l3により覆われて、被覆組合体14を構成する。ここでは、外側樹脂部l3は、上記組合体10を作製した後、エポキシ樹脂を注型成形することで、被覆組合体14の外観が直方体状となるように形成している。巻線12wの端部は、図1に示すように外側樹脂部13から露出されている。ここでは、被覆組合体14が冷却ベース200に載置された状態において、直方体状の外側樹脂部13における巻線12wの端部が引き出された側の面を上面、その対向面であって冷却ベース側の面(ベース面13d)を下面、これら上面及び下面を囲む四面を側面と呼ぶ。この外側樹脂部13は、冷却ベース側(下方側)の部分の全周を囲むように、その外周面から突出した部分を具える(適宜図3参照)。より具体的には、外側樹脂部13の四つの側面においてその中間部から冷却ベース側(下面側)に向かって、断面積が連続的に増加するように、所謂末広がりに形成されており、冷却ベース200に接するベース面13dを有する。即ち、被覆組合体14を正面又は側面から見ると、図1(B)に示すように、外側樹脂部13における冷却ベース側が台形状に広がった形状である。この広がり部分を傾斜部13sと呼ぶ。

ここでは、傾斜部13sは、四つの側面の全周に亘って設けられており、矩形枠状に存在する。その他、各側面の一部にそれぞれ傾斜部が部分的に設けられた構成としてもよいし、四つの側面のうち、対向する二つの側面のみにそれぞれ傾斜部が設けられた構成としてもよいし、いずれか一つの側面にのみ又は三つの側面にのみ傾斜部が設けられた構成としてもよい。四つの側面の全体に対する傾斜部の形成領域が多いほど、リアクトル1の使用時の振動に伴う応力や熱伸縮に伴う応力が外側樹脂部に加わっても、外側樹脂部に亀裂を生じ難くすることができる。ここでは、被覆組合体14の高さ(外側樹脂部13の下面(ベース面13d)から上面に向かう方向の長さ)をHとするとき、外側樹脂部13の下面(ベース面13d)から(1/5)×Hまでの領域に傾斜部13sが設けられている。また、傾斜部13sの外周面(傾斜面)とベース面13dとがつくる角度θは、60°である。

外側樹脂部13において、傾斜部13sの形成領域を除く箇所は、その平均厚さが1〜2mmと均一的であり、当該箇所の外側樹脂部l3の厚さや組合体10に対する被覆領域は適宜選択することができる。例えば、端部コア11eやコイル12の一部が外側樹脂部の構成樹脂に覆われず、露出された形態とすることができる。また、端部コア11eのコアベース面及びコイル12のコイルベース面が外側樹脂部の構成樹脂で覆われ、巻線12wの端部のみが外側樹脂部から露出された形態とすることもできる。

そして、外側樹脂部13の下面は、冷却ベース200に被覆組合体14を固定したときに冷却ベース200に接触するベース面13dであり、このベース面13dと、上述した端部コア11eのコアベース面と、コイル12のコイルベース面とは面一である。従って、冷却ベース200に被覆組合体14を固定したとき、被覆組合体14の外側樹脂部13のベース面13dと、端部コア11eのコアベース面と、コイル12のコイルベース面とは、いずれも冷却ベース200に接触する。

外側樹脂部13の構成樹脂には、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂、PPS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)樹脂などが利用できる。また、構成樹脂に、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種のセラミックスからなるフィラーを混合すると、放熱性を高められる。

＜固定部材＞
冷却ベース200に上記被覆組合体14を固定するには、固定部材15とボルト300(締付部材)とを用いる。固定部材15は、冷却ベース200に上記被覆組合体14を載置した状態において、被覆組合体14の矩形枠状の傾斜部13sを覆うように配置される矩形枠状の部材である。ここでは、ステンレス鋼製としている。

この固定部材15は、一面が冷却ベース200に接触するベース面15d(図4)である。また、この固定部材15は、その内周面における冷却ベース側の部分の全周に亘って、中間部から冷却ベース側のベース面15dに向かって断面積が連続的に減少するように、所謂先細り状に形成された押圧傾斜部15s(図4)を有している。固定部材15は、押圧傾斜部15sの外周面(傾斜面)が被覆組合体14に具える外側樹脂部13の傾斜部13sの外周面(傾斜面)に接触するように被覆組合体14に配置される。即ち、押圧傾斜部15sの外周面と、ベース面15dの延長面とがつくる角αは、傾斜部13sの角度θに等しい。

更に、この固定部材15は、四隅にそれぞれボルト300が挿通されるボルト孔15h(取付部)を有している。ここでは、固定部材15の四隅にそれぞれボルト孔15hが設けられた構成であるが、例えば、対向する二隅にのみボルト孔を具える構成としてもよい。また、ここでは、ボルト孔15hは、ネジ加工がされていない平滑な円筒孔とし、冷却ベース200に設けられたボルト穴200h(図3)はネジ加工がされたネジ穴としたが、固定部材15のボルト孔もネジ孔としてもよい。固定部材15は、ステンレス鋼といった金属から構成されることで、ネジ加工を行い易い上に、ボルト300の締付力に十分に耐え得る。

ここでは、固定部材15は、矩形枠状の一体成形物としているが、複数の分割片の組物とすることができる。また、ここでは、固定部材15は、被覆組合体14に具える外側樹脂部13の傾斜部13sの全周を覆う構成としているが、傾斜部13sの一部のみに配置される分割片を具える構成とすることができる。例えば、被覆組合体14に具える外側樹脂部13の傾斜部13sの四隅及びその近傍にそれぞれ配置される四つの分割片からなる組物としてもよいし、傾斜部13sの対向する二隅及びその近傍にそれぞれ配置される二つの分割片からなる組物としてもよい。固定部材をこのような分割片の組物とすることで、固定部材の構成材料やボルトの数を低減することができ、軽量化に寄与することができる。

＜リアクトルの組み立て手順及び固定手順＞
主として、図3を参照して、上記構成を具えるリアクトル1の形成手順、及び冷却ベース200への固定手順を説明する。

まず、コア片11m(図6)やギャップ材11g(図6)を接着剤などで固定してコイル巻回部11c(図6)を形成し、この外周にインシュレータ16(図2)のボビンを配置する。別途、作製しておいたコイル12(図2)の各コイル素子12a,12b(図2)をそれぞれ、上記ボビンが配されたコイル巻回部11cに配置し、コイル素子12a,12bの両端面に、インシュレータ6の鍔部16f(図2)及び端部コア11e(図6)を当接させ、コイル12を挟むように鍔部16f及び端部コア11eを配置して、接着剤などで端部コア11eとコイル巻回部11cとを接合する。この工程により、磁性コア11とコイル12との組合体10(図2)が得られる。

得られた組合体10において、端部コア11eのコアベース面及びコイル12のコイルベース面、かつ巻線12wの端部が露出されるように外側樹脂部13を形成する。また、組合体10の外周を外側樹脂部13の構成樹脂で覆うと共に、外側樹脂部13の冷却ベース側に傾斜部13sを形成する。上記工程により、被覆組合体14が得られる。

得られた被覆組合体14を、端部コア11eのコアベース面及びコイル12のコイルベース面が冷却ベース側になるように冷却ベース200に載置する。このとき、端部コア11eのコアベース面及びコイル12のコイルベース面並びに外側樹脂部13の傾斜部13sのベース面13d(図1)が冷却ベース200に接触する。なお、端部コア11eのコアベース面に接着剤などを極薄く(数十μm程度)塗っておくと、端部コア11eと冷却ベース200とを密着させ易い。

冷却ベース200に載置された被覆組合体14の外側樹脂部13の傾斜部13sを覆うように固定部材15を冷却ベース200に載置する。このとき、固定部材15の押圧傾斜部15sは、外側樹脂部13の傾斜部13sに接触し、固定部材15のベース面15d(図4)は、冷却ベース200に接触する。

そして、固定部材15の各ボルト孔15h及び冷却ベース200のボルト穴200hにそれぞれ、ボルト300を固定する。このとき、ボルト300を締め付けると、固定部材15の押圧傾斜部15sは、外側樹脂部13の傾斜部13sを押圧することで、被覆組合体14は冷却ベース側に押圧され、強固に固定される。冷却ベース200には、予めボルト300がねじ込まれるボルト穴200hを設けておく。上記工程により、リアクトル1が冷却ベース200に固定される。

＜効果＞
上記構成を具えるリアクトル1は、ケースを具えていないことで、小型・軽量でありながら、外側樹脂部13を具えることで、磁性コア11やコイル12の外部環境からの保護及び機械的保護を図ることができる上に、組合体10を取り扱い易い。かつ、リアクトル1は、外側樹脂部13に直接ボルト300が取り付けられる構成ではなく、金属製の固定部材15にボルト300が取り付けられる構成であることで、リアクトル1の使用時の振動やコイルなどの発熱に伴う熱伸縮などによる応力を受けても、固定部材15が高強度で放熱性に優れることから、固定部材15におけるボルト孔15hの形成箇所の近傍に実質的に亀裂が生じない。また、ボルト300の数が少なくても、外側樹脂部13は、上記振動や熱伸縮などによる応力をベース面13dの全体で受けられるため、外側樹脂部13にも亀裂が生じ難い。そのため、リアクトル1は、長期に亘り、冷却ベース200に強固に固定された状態を維持することができる。更に、固定部材15が金属製であることで、被覆組合体14の機械的保護を図ったり、放熱経路として利用することができる。

また、リアクトル1は、端部コア11eのコアベース面及びコイル12のコイルベース面が外側樹脂部13から露出されており、冷却ベース200に接触する構成であることで、磁性コア11やコイル12の熱を冷却ベース200に直接伝えられるため、放熱性に優れる。更に、リアクトル1は、端部コア11eがコイル巻回部11cよりも突出した形状であることで、端部コアとコイル巻回部とが面一である磁性コアと同じ体積とする場合、リアクトル1におけるコイル12の軸方向の長さを短くできるため、より小型にすることができる。

(実施形態2)
以下、図5,6を参照して、実施形態2のリアクトルを説明する。実施形態1では、リアクトル1に具えるコイル12として、巻線を螺旋状に巻回しただけのものを説明した。その他、コイルとして、図5に示すようにコイル素子12a,12bの外周を樹脂で覆ったコイル成形体22を利用することができる。実施形態2のリアクトルは、実施形態1のリアクトル1のコイル12を上記コイル成形体22に変更する以外の点は、同様の構成である。そのため、ここではコイル成形体22及びこの成形体22を具える組合体20を中心に説明し、その他の構成は説明を省略する。

＜コイル成形体＞
コイル成形体22は、実施形態1で説明したコイル12の外周に、各コイル素子12a,12bをそれぞれ圧縮状態に保持するように内側樹脂部22cを具える。ここでは、内側樹脂部22cは、巻線12wの両端部を除き、コイル12の外周全体をコイル12の形状に概ね沿って覆っている。内側樹脂部22cにおいて両コイル素子12a,12bのターン形成部分を覆う箇所の厚さは、実質的に均一であり、巻返し部12rを覆う箇所は、コイルの軸方向にせり出した形状である。

各コイル素子12a,12bの内周も内側樹脂部22cの構成樹脂により覆われており、この構成樹脂により形成される中空孔22hを有する。各中空孔22hにはそれぞれ、磁性コア11(図6)のコイル巻回部11c(図6)が挿通配置される。各コイル巻回部11cがそれぞれ、コイル素子12a,12bの内周の適切な位置に配置されるように内側樹脂部22cの構成樹脂の厚さを調整すると共に、中空孔22hの形状をコイル巻回部11cの外形(ここでは直方体状)に合わせている。そのため、各コイル素子12a,12bの内周に存在する内側樹脂部22cの構成樹脂は、コイル巻回部11cの位置決め部として機能する。

ここでは、各コイル素子12a,12bの内周の全面を構成樹脂により覆った構成としているが、磁性コア11とコイル12との間の絶縁距離を確保でき、かつ上述のように位置決めできるように構成樹脂が存在すれば、各コイル素子12a,12bの内周の全面を覆っていなくてもよく、コイル素子12a,12bの内周面の一部が内側樹脂部22cの構成樹脂から露出していてもよい。

内側樹脂部22cの構成樹脂は、コイル成形体22を具えるリアクトルを使用した際に、コイルや磁性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有し、トランスファー成形や射出成形が可能な材料が好適に利用できる。特に、絶縁性に優れる材料が好ましい。具体的には、エポキシなどの熱硬化性樹脂や、PPS樹脂、LCPなどの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。ここでは、エポキシ樹脂を利用している。内側樹脂部22cの構成樹脂は、外側樹脂部13の構成樹脂と同じでも異なっていてもよい。また、内側樹脂部22cの構成樹脂に、上述したセラミックスからなるフィラーを混合すると、放熱性を高められる。

＜コイル成形体の製造＞
上記コイル成形体22は、以下のような成形金型を利用して製造することができる。成形金型は、開閉可能な一対の第一金型及び第二金型から構成されるものが利用できる。第一金型は、コイル12の一端側(図5において巻線12wの端部を引き出している側)に位置する端板と、各コイル素子12a,12bの内周にそれぞれ挿入される中子とを具え、第二金型は、コイルの他端側(図5において巻返し部12r側)に位置する端板と、コイル12の周囲を覆う周側壁とを具える。これら第一金型、第二金型は、駆動機構により金型内部において進退可能な複数の棒状体を具え、これらの棒状体により、各コイル素子12a,12bの端面(ターン形成部分が環状に見える面)を適宜押圧してコイル素子12a,12bを圧縮する。上記棒状体は、コイル12の圧縮に対する十分な強度と、内側樹脂部22cの成形時の熱などに対する耐熱性とを具えており、かつコイル12において内側樹脂部22cで被覆されない箇所を少なくするために、極力細くすることが好ましい。

上記成形金型の表面とコイル12との間に一定の隙間が形成されるように成形金型内にコイル12を配置する。このとき、コイル12は未だ圧縮されていない。

次に、成形金型を閉じて、各コイル素子12a,12bの内周にそれぞれ、第一金型の中子を挿入する。このとき、中子とコイル素子12a,12bの内周の間隔は、中子の全周に亘ってほぼ均一となるようにする。

続いて、棒状体を成形金型内に進出して各コイル素子12a,12bを圧縮する。この圧縮により、各コイル素子12a,12bを構成する隣接するターン間の隙間が低減された状態となる。

その後、樹脂注入口から成形金型内に樹脂を注入して固化した後、成形金型を開いて、コイル12を圧縮状態に保持したコイル成形体22を取り出す。なお、棒状体で押圧されていた箇所に形成された複数の小穴は、外側樹脂部13により埋められるため、そのまま放置しておいてもよいし、適宜な絶縁材などで埋めてもよい。

＜組合体の組み立て手順＞
主として、図6を参照して、上記コイル成形体22を具える組合体20の組み立て手順を説明する。まず、上述のようにしてコイル成形体22を用意する。また、コア片11mやギャップ材11gを接着剤などで固定してコイル巻回部11cを用意する。そして、コイル巻回部11cをコイル成形体22の中空孔22hに挿入配置する。この中空孔22hは、上述のようにコイル成形体22の内側樹脂部22cの構成樹脂により所定の厚さに形成されているため、中空孔22hに挿入された各コイル巻回部11cはそれぞれ、コイル素子12a,12b(図5)に対して適切な位置に配置される。次に、コイル成形体22の両端面が一対の端部コア11eで挟まれるように端部コア11eを配置して、接着剤などで端部コア11eとコイル巻回部11cとを接合する。この工程により、組合体20が得られる。得られた組合体20において、端部コア11eのコアベース面は、コイル成形体22において冷却ベース側の面(以下、コイルベース面と呼ぶ)と面一である。ここでは、コイル成形体のコイルベース面は、内側樹脂部の構成樹脂により構成されるが、内側樹脂部からコイル素子の一面を露出させ、これらコイル素子の露出された面としてもよい。

組合体20が得られたら、巻線12wの端部、端部コア11eのコアベース面及びコイル成形体22のコイルベース面が露出されるように、組合体20の外周を実施形態1のリアクトル1と同様に外側樹脂部の構成樹脂により被覆して、被覆組合体を形成する。また、この被覆組合体における冷却ベース側には、実施形態1のリアクトル1と同様に傾斜部を設ける。そして、この被覆組合体、及び実施形態1で説明した固定部材を順に冷却ベースに配置し、ボルトを用いて冷却ベースに固定することで、実施形態2のリアクトルを使用することができる。

＜効果＞
被覆組合体の外側樹脂部に傾斜部が設けられており、かつ固定部材を具える実施形態2のリアクトルも、実施形態1のリアクトル1と同様に、小型・軽量でありながら、磁性コア11やコイル12の外部環境からの保護及び機械的保護を図ることができる。かつ、このリアクトルは、使用時の振動や熱伸縮に伴う応力により、固定部材や外側樹脂部に亀裂が生じ難いことから、長期に亘り、強固な固定状態を維持することができる。

特に、上記コイル成形体22を具える実施形態2のリアクトルは、内側樹脂部22cによりコイル12の圧縮状態が保持されているため、リアクトルを組み立てる際、コイル12を取り扱い易く、作業性に優れる。また、コイル成形体22は、内側樹脂部22cの構成樹脂により各コイル素子12a,12bの内周も覆い、この構成樹脂を所定の厚さ及び形状とすることで磁性コア11(コイル巻回部11c)の位置決めに利用することができる。そのため、コイル成形体22を利用することで、磁性コアの位置決め用部材が不要でありながら、磁性コア11の位置決めを容易に行え、部品点数や作業工程の削減を図ることができる。更に、内側樹脂部22cの構成樹脂を絶縁性樹脂とすることで、コイル素子12a,12bの内周を被覆する構成樹脂により磁性コア11とコイル12との間を絶縁することができることから、インシュレータなどの絶縁部材が不要であり、部品点数や作業工程の削減を図ることができる。加えて、このリアクトルは、端部コア11eのコアベース面及びコイル成形体22のコイルベース面が外側樹脂部から露出されていることで、実施形態1のリアクトル1と同様に放熱性に優れる。

なお、上述した実施形態は、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り、上述した構成に限定されるものではない。

本発明のリアクトルは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車などの車両に搭載される車載用コンバータといった車載部品の構成部品に好適に利用することができる。

1 リアクトル 10,20 組合体 11 磁性コア 11e 端部コア 11c コイル巻回部
11m コア片 11g ギャップ材 12 コイル 12a,12b コイル素子 12r 巻返し部
12w 巻線 13 外側樹脂部 13s 傾斜部 13d ベース面 14 被覆組合体
15 固定部材 15s 押圧傾斜部 15d ベース面 15h ボルト孔
16 インシュレータ 16f 鍔部
22 コイル成形体 22c 内側樹脂部 22h 中空孔
100 リアクトル 130 樹脂 130h ボルト孔 130f フランジ
200 冷却ベース 200h ボルト穴 300 ボルト 400 亀裂

Claims (5)

1. 磁性コアの外周に、巻線を螺旋状に巻回してなるコイルが配置されたリアクトルであって、
   前記磁性コアと前記コイルとを有する組合体の外周を覆う外側樹脂部と、
   前記組合体と前記外側樹脂部とを有する被覆組合体を冷却ベースに固定するための金属製の固定部材とを具え、
   前記外側樹脂部は、
   前記冷却ベースに接触するベース面と、このベース面側に向かって断面積が増加するように広がった傾斜部とを具え、
   前記固定部材は、
   当該リアクトルが前記冷却ベースに固定された状態において、前記傾斜部に接して前記被覆組合体を前記冷却ベース側に押圧する押圧傾斜部と、前記被覆組合体を前記冷却ベースに固定するための締付部材が取り付けられる取付部とを具え、
   前記被覆組合体の外周に沿って配置される枠状体であることを特徴とするリアクトル。
2. 前記コイルは、当該コイルの自由長よりも圧縮した状態に保持する内側樹脂部を具えた成形体であることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
3. 前記磁性コアは、前記コイルが配置されるコイル巻回部と、前記コイルが配置されず露出されている露出部とを具えており、
   前記コイルにおける冷却ベース側の面、及び前記磁性コアの前記露出部における冷却ベース側の面の双方が前記外側樹脂部から露出されており、かつ前記外側樹脂部のベース面と面一であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル。
4. 前記外側樹脂部の傾斜部は、前記外側樹脂部における冷却ベース側の部分の外周面から突出すると共に、
   前記固定部材は、前記冷却ベースに接触するベース面を有す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。
5. 前記傾斜部の外周面と前記ベース面とがつくる角度θが30°以上90°未満であ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。

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