JP5233004B2 - リアクトル - Google Patents

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本発明は、リアクトルに関するものである。
リアクトルにおいてコイルの通電によりコイルやコアが発熱する。そこで、コイルやコアで発する熱を、金属製ケースを通して放熱することが行なわれている。このとき、コイルとコアとの間、および、コイルと金属製ケースとの間はそれぞれ絶縁をする必要がある。特許文献1ではボビンを絶縁部材として用いて絶縁している。
詳しくは、特許文献1において、コアと、該コアの周囲の巻線を生成するコイルと、前記コアとコイルとの絶縁を確保するためにコアとコイルとの間に配設される絶縁部材と、前記コア、コイルおよび絶縁部材が収納される金属製ケースとを備え、絶縁部材は、互いに対称となる第1の部材と第2の部材からなる二つ割れに構成され、該第1の部材と第2の部材は、コイルと組み合わされた時に、それぞれコイルの内周面側を覆うように配置されるコア絶縁部と、コイルの外周面側を覆うように配置されるケース絶縁部とを有する二重絶縁形状をなしている。これにより、コイルとコアとの絶縁、およびコイルと金属製ケースとの絶縁を確保することができる。また、金属製ケースに樹脂からなる充填材を流し込んで樹脂で封止している。
特開2008−98209号公報
更なる放熱性向上を図りたいという要求がある。ここで、コアやコイルで発生する熱を逃がすべく冷却のために充填材を用いて隙間を埋めて放熱しやすくするが、放熱効率を高めるためには、金属製ケースまでの距離をできるだけ短くする必要がある。しかし、図7に示すように、コア102から金属製ケース100に至る放熱経路R1、および、コイル101から金属製ケース100に至る放熱経路R2においては絶縁のためにボビン103が存在し、さらに充填材104を流し込むための隙間が必要であった。つまり、コア102から金属製ケース100までの放熱経路R1は、コア102→充填材104→ボビン103→充填材104→コイル101→充填材104→ボビン103→充填材104→金属製ケース100となり、長い経路が必要であった。また、コイル101から金属製ケース100までの放熱経路R2は、コイル101→充填材104→ボビン103→充填材104→金属製ケース100となり、長い経路が必要であった。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、金属製ケース内にコアとコイルを収納するとともに金属製ケース内を充填材で充填したリアクトルにおいて充填材を流し込みやすくするとともに金属製ケースへの放熱性に優れたものとすることにある。
請求項1に記載の発明では、本体部の一方の面に突設されたコイル巻回部を有するコアと、前記コアのコイル巻回部の周囲に巻回され、環状をなすコイルと、内部に前記コアおよび前記コイルが収納される金属製ケースと、前記金属製ケースの内部において、少なくとも一部が前記コアのコイル巻回部の外周面と前記コイルの内周面との間、および、前記コイルの外周面と前記金属製ケースの内面との間において絶縁のために配置される絶縁材料よりなるボビンと、前記金属製ケースの内部に充填される充填材と、を備えたリアクトルにおいて、前記ボビンは、前記コアのコイル巻回部が貫通する貫通孔を有し、前記コアの本体部と前記コイルとの間に配置されるベース部材と、前記コアのコイル巻回部の外周面と前記コイルの内周面との間において前記ベース部材における前記貫通孔の内周面から前記コイルの軸線方向に沿って延設され前記コアのコイル巻回部の外周面および前記コイルの内周面に接する第1の棒材と、前記コイルの外周面と前記金属製ケースの内面との間において前記ベース部材における外周面から前記コイルの軸線方向に沿って延設され前記コイルの外周面および前記金属製ケースの内面に接する第2の棒材と、を有し、前記第1の棒材及び前記第2の棒材の少なくとも一方は、前記ベース部材よりも前記コアの本体部側へ突出し、前記コアの本体部の前記一方の面に接していることを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、絶縁材料よりなるボビンにおける第1の棒材が、コアのコイル巻回部の外周面とコイルの内周面との間においてコイルの軸線方向に沿って延設されコアのコイル巻回部の外周面およびコイルの内周面に接する。また、絶縁材料よりなるボビンにおける第2の棒材が、コイルの外周面と金属製ケースの内面との間においてコイルの軸線方向に沿って延設されコイルの外周面および金属製ケースの内面に接する。このボビンにより、コアのコイル巻回部の外周面とコイルの内周面との間、および、コイルの外周面と金属製ケースの内面との間が絶縁される。
また、金属製ケースの内部には充填材が充填される。充填材の充填の際には、ボビンにおける第1の棒材がコアのコイル巻回部の外周面とコイルの内周面との間においてコイルの軸線方向に沿って延設されており、これによりコイルの軸線方向に沿って延びる注入経路(コアとコイルとの間の注入経路)が確保されている。また、第2の棒材がコイルの外周面と金属製ケースとの内面の間においてコイルの軸線方向に沿って延設されており、これによりコイルの軸線方向に沿って延びる注入経路(コイルとケースとの間の注入経路)が確保されている。これらの注入経路(コアとコイルとの間の注入経路、および、コイルとケースとの間の注入経路)を通して充填材を流し込むことができる。
コアのコイル巻回部から金属製ケースまでの放熱経路は、コアのコイル巻回部→充填材→コイル→充填材→金属製ケースとなり、経路が短くなる。また、コイルから金属製ケースまでの放熱経路は、コイル→充填材→金属製ケースとなり、経路が短くなる。
その結果、金属製ケース内にコアとコイルを収納するとともに金属製ケース内を充填材で充填したリアクトルにおいて充填材を流し込みやすくなるとともに金属製ケースへの放熱性に優れたものとなる。
請求項2に記載のように、請求項1に記載のリアクトルにおいて、前記ベース部材は板状をなすとよい。
請求項3に記載のように、請求項1又は2に記載のリアクトルにおいて、前記コアのコイル巻回部は断面四角形状をなし、その底面と前記金属製ケースの内部底面との間において前記第2の棒材が複数本配置されているとよい。
請求項4に記載のように、請求項3に記載のリアクトルにおいて、前記コアのコイル巻回部の底面と前記金属製ケースの内部底面との間に配置される第2の棒材の本数は2本であるとよい。
本発明によれば、金属製ケース内にコアとコイルを収納するとともに金属製ケース内を充填材で充填したリアクトルにおいて充填材を流し込みやすくするとともに金属製ケースへの放熱性に優れたものとすることができる。
(a)本実施形態におけるリアクトルの平面図、(b)はリアクトルの正面図、(c)はリアクトルの右側面図、(d)は(b)のA−A線での縦断面図。 リアクトルにおけるコア、コイル、ボビンの分解斜視図。 リアクトルにおけるボビンの斜視図。 (a)ボビンの平面図、(b)はボビンの正面図、(c)はボビンの右側面図。 樹脂よりなる充填材の注入時の樹脂の流れを説明するための斜視図。 本実施形態における放熱経路を説明するためのリアクトルの一部断面図。 従来技術における放熱経路を説明するためのリアクトルの一部断面図。 比較のためのリアクトルの断面図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1,2に示すように、本実施形態のリアクトルではEE型コアを用いており、EE型コアはE型コア20とE型コア30により構成されている。また、ボビンは、第1ボビン60と第2ボビン70により構成されている。
リアクトル10は、E型コア20,30とコイル40と金属製ケース50とボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)と充填材80を備えている。金属製ケース50は上面が開口した箱型をなし、内部にE型コア20,30、コイル40等が収納される。金属製ケース50はE型コア20,30やコイル40で発生する熱を逃がす冷却器として機能する。充填材80は金属製ケース50の内部に充填される。
図2に示すように、E型コア20は、四角板状の本体部21と、本体部21の一方の面の中央部に突設される四角棒状の中央磁脚22と、本体部21の一方の面の端部に突設される四角板状の両側磁脚23,24とからなる。両側磁脚23,24はそれぞれ中央磁脚22と平行に延びている。同様に、E型コア30も、上述したE型コア20と同形・同寸法をなしている。E型コア30は、四角板状の本体部31と、本体部31の一方の面の中央部に突設される四角棒状の中央磁脚32と、本体部31の一方の面の端部に突設される四角板状の両側磁脚33,34とからなる。両側磁脚33,34はそれぞれ中央磁脚32と平行に延びている。
E型コア20の両側磁脚23,24の先端面とE型コア30の両側磁脚33,34の先端面とは、それぞれ密着(面接触)している。また、E型コア20の中央磁脚22の先端面とE型コア30の中央磁脚32の先端面とは密着(面接触)している。
図1,2に示すように、E型コア20,30の中央磁脚22,32の外周にコイル40が巻回されている。即ち、E型コア20,30は、コイル巻回部としての中央磁脚22,32を有し、環状をなすコイル40が、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の周囲に巻回されている。
図2,3,4に示すように、第1ボビン60は、絶縁材料としての樹脂よりなる。第1ボビン60は、四角板状をなすベース部材61と、断面が矩形の10本の棒材62a〜62f,63a〜63dとを有している。ベース部材61はE型コア20の中央磁脚22が貫通する貫通孔61aを有し、貫通孔61aは四角形状をなしている。
ベース部材61における貫通孔61aの内周面から棒材62a〜62fがコイル40の軸線方向L1に沿って延びている。詳しくは、ベース部材61の内壁の内側かつ壁面に接した状態で棒材62a〜62fが延びている。棒材62a,62bは四角形状の貫通孔61aの水平方向に延びる下側の辺に並設されている。棒材62cは四角形状の貫通孔61aの上下方向に延びる一方の辺の中央部に配置され、棒材62dは四角形状の貫通孔61aの上下方向に延びる他方の辺の中央部に配置されている。棒材62e,62fは四角形状の貫通孔61aの水平方向に延びる上側の辺に並設されている。棒材62a〜62fは、E型コア20の中央磁脚22の外周面とコイル40の内周面との間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、E型コア20の中央磁脚22の外周面およびコイル40の内周面に接している。
また、ベース部材61における外周面から棒材63a〜63dがコイル40の軸線方向L1に沿って延びている。詳しくは、ベース部材61の外壁の外側かつ壁面に接した状態で棒材63a〜63dが延びている。棒材63a,63bは四角形状のベース部材61の水平に延びる下側の辺に並設されている。棒材63cは四角形状のベース部材61の上下方向に延びる一方の辺の中央部に配置され、棒材63dは四角形状のベース部材61の上下方向に延びる他方の辺の中央部に配置されている。棒材63a〜63dは、コイル40の外周面においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、棒材63a,63bはコイル40の外周面および金属製ケース50の内面に接している。棒材63cはE型コア20の両側磁脚23に接している。棒材63dはE型コア20の両側磁脚24に接している。
第2ボビン70は、絶縁材料としての樹脂よりなる。第2ボビン70は、四角板状をなすベース部材71と、断面が矩形の10本の棒材72a〜72f,73a〜73dとを有している。ベース部材71はE型コア30の中央磁脚32が貫通する貫通孔71aを有し、貫通孔71aは四角形状をなしている。
ベース部材71における貫通孔71aの内周面から棒材72a〜72fがコイル40の軸線方向L1に沿って延びている。詳しくは、ベース部材71の内壁の内側かつ壁面に接した状態で棒材72a〜72fが延びている。棒材72a,72bは四角形状の貫通孔71aの水平方向に延びる下側の辺に並設されている。棒材72cは四角形状の貫通孔71aの上下方向に延びる一方の辺の中央部に配置され、棒材72dは四角形状の貫通孔71aの上下方向に延びる他方の辺の中央部に配置されている。棒材72e,72fは四角形状の貫通孔71aの水平方向に延びる上側の辺に並設されている。棒材72a〜72fは、E型コア30の中央磁脚32の外周面とコイル40の内周面との間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、E型コア30の中央磁脚32の外周面およびコイル40の内周面に接している。
また、ベース部材71における外周面から棒材73a〜73dがコイル40の軸線方向L1に沿って延びている。詳しくは、ベース部材71の外壁の外側かつ壁面に接した状態で棒材73a〜73dが延びている。棒材73a,73bは四角形状のベース部材71の水平に延びる下側の辺に並設されている。棒材73cは四角形状のベース部材71の上下方向に延びる一方の辺の中央部に配置され、棒材73dは四角形状のベース部材71の上下方向に延びる他方の辺の中央部に配置されている。棒材73a〜73dは、コイル40の外周面においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、棒材73a,73bはコイル40の外周面および金属製ケース50の内面に接している。棒材73cはE型コア30の両側磁脚33に接している。棒材73dはE型コア30の両側磁脚34に接している。
図3,4に示すように、第1ボビン60の棒材62a〜62fにおける第2ボビン70側の先端面と、第2ボビン70の棒材72a〜72fにおける第1ボビン60側の先端面とは密着(面接触)している。同様に、第1ボビン60の棒材63a〜63dにおける第2ボビン70側の先端面と、第2ボビン70の棒材73a〜73dにおける第1ボビン60側の先端面とは密着(面接触)している。
また、第1ボビン60の棒材62a,62b,62e,62fにおける反第2ボビン70側の先端面はE型コア20の本体部21の内面に接触している。同様に、第2ボビン70の棒材72a,72b,72e,72fにおける反第1ボビン60側の先端面はE型コア30の本体部31の内面に接触している。また、第1ボビン60の棒材63a,63bにおける反第2ボビン70側の先端面はE型コア20の本体部21の内面に接触している。同様に、第2ボビン70の棒材73a,73bにおける反第1ボビン60側の先端面はE型コア30の本体部31の内面に接触している。
ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)は金属製ケース50の内部において、少なくとも一部、即ち、棒材62a〜62f,72a〜72fがE型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の外周面とコイル40の内周面との間において絶縁のために配置される。同様に、ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)は金属製ケース50の内部において、少なくとも一部、即ち、棒材63a,63b,73a,73bがコイル40の外周面と金属製ケース50の内面との間において絶縁のために配置される。
ここで、E型コア20の中央磁脚22は断面四角形状をなし、その底面と金属製ケース50の内部底面との間において棒材(63a,63b)が複数本、即ち、2本配置されている。同様に、E型コア30の中央磁脚32は断面四角形状をなし、その底面と金属製ケース50の内部底面との間において棒材(73a,73b)が複数本、即ち、2本配置されている。
本実施形態では、棒材62a〜62f,72a〜72fによりコアのコイル巻回部の外周面およびコイルの内周面に接する第1の棒材が構成されている。また、棒材63a,63b,73a,73bによりコイルの外周面および金属製ケースの内面に接する第2の棒材が構成されている。
次に、このように構成されるリアクトル10の作用について説明する。
絶縁材料よりなるボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)における棒材62a〜62f,72a〜72fが、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の外周面とコイル40の内周面との間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の外周面およびコイル40の内周面に接している。また、絶縁材料よりなるボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)における棒材63a,63b,73a,73bが、コイル40の外周面と金属製ケース50の内面との間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設され、コイル40の外周面および金属製ケース50の内面に接している。このボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)により、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の外周面とコイル40の内周面との間、および、コイル40の外周面と金属製ケース50の内面との間が絶縁される。
また、金属製ケース50の内部には充填材80が充填される。充填材80の充填の際には、第1ボビン60のベース部材61とE型コア20の本体部21との間の隙間、および、第2ボビン70のベース部材71とE型コア30の本体部31との間の隙間から、図5に示す経路で注入される。つまり、ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)における棒材62a〜62f,72a〜72fがE型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32の外周面とコイル40の内周面との間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設されており、棒材62a〜62f,72a〜72fの間にはコイル40の軸線方向L1に沿って延びる注入経路(コアとコイルとの間の注入経路)が確保されている。また、コイル40の外周面において棒材63a〜63d,73a〜73dが配置され、棒材63a,63b,73a,73bがコイル40の外周面と金属製ケース50との内面の間においてコイル40の軸線方向L1に沿って延設されており、棒材63a〜63d,73a〜73dの間にはコイル40の軸線方向L1に沿って延びる注入経路(コイルとケースとの間の注入経路)が確保されている。これらの注入経路(コアとコイルとの間の注入経路、および、コイルとケースとの間の注入経路)を通して充填材80を流し込むことができる。
従来では、図7に示すように、コア102とコイル101との間、および、コイル101と金属製ケース100との間においては、ボビン103の壁を挟んでいた。これに対し本実施形態では、棒材62a〜62f,63a〜63d,72a〜72f,73a〜73dを挟むことで、空いた空間に充填材(樹脂)80を充填することができる。この充填材(樹脂)80の充填により絶縁距離を確保することができる。
図1(d)のB−B線での放熱経路を図6に示す。
図6に示すように、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32から金属製ケース50までの放熱経路R1は、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32→充填材80→コイル40→充填材80→金属製ケース50となり、図7の場合に比べ経路が短くなる。また、コイル40から金属製ケース50までの放熱経路R2は、コイル40→充填材80→金属製ケース50となり、図7の場合に比べ経路が短くなる。
その結果、金属製ケース50内にE型コア20,30とコイル40を収納するとともに金属製ケース50内を充填材80で充填したリアクトル10において充填材80を流し込みやすくなるとともに金属製ケース50への放熱性に優れたものとなる。
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)は、板状をなすベース部材61,71と、棒材62a〜62f,63a〜63d,72a〜72f,73a〜73dとを有している。つまり、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32とコイル40との間、および、コイル40と金属製ケース50との間において、ボビンの壁の代わりに、棒材を挟むことで絶縁を確保しつつ、空いた空間に樹脂よりなる充填材80を容易に流れ込むことができるとともに放熱距離を小さくして冷却効率を向上することができる。また、体格の縮小により部品コストが削減できる等のメリットが発生する。
また、充填材80の量を低減することができ、これにより、コストと重量の低減を図ることができる。隙間が縮小したことによってリアクトル(ケース含む)の体格を低減することができる。また、冷却効率がアップしたことによってリアクトルコアの体格・質量・コスト低減を図ることができる。
(2)図8に示すように、金属製ケース110の内部にコア111とコイル112を配置する際に、コア111を金属製ケース110で支持し、コイル112の底面と金属製ケース110との間に空隙を設け、金属製ケース110内に充填材を注入する場合においては、コイル112の底面と金属製ケース110との間の距離dを設計値にすることは寸法公差等により難しく、そのためd値を十分に大きくする必要があった。これに対し本実施形態ではボビンの棒材63a,63b,73a,73bがコイル40および金属製ケース50と接触しているためd値を狭くすることができる。
(3)ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)は、E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32が貫通する貫通孔61a,71aを有するベース部材61,71を具備し、ベース部材61,71における貫通孔61a,71aの内周面から棒材62a〜62f,72a〜72fが延びていると共に、ベース部材61,71における外周面から棒材63a〜63d,73a〜73dが延びているので、棒材62a〜62f,63a〜63d,72a〜72f,73a〜73dを容易に支持することができる。特に、ベース部材61,71は板状をなしているので、リアクトルを小型化することができる。
(4)E型コア20,30の中央磁脚(コイル巻回部)22,32は断面四角形状をなし、その底面と金属製ケース50の内部底面との間において棒材(63a,63b,73a,73b)が複数本配置されているので、安定してコイル40と金属製ケース50を離間させることができる。特に、棒材の本数は2本であるので、樹脂を流し込みやすい。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ボビン(第1ボビン60、第2ボビン70)における棒材の本数は任意である。
・上記実施形態ではEE型コアを用いたが、これに限るものでなく、例えばUI型コア等であってもよい。
・コアのコイル巻回部の外周に第1のコイルが巻回されるとともに第1のコイルの外周に第2のコイルが巻回された複合型リアクトルに適用してもよい。
・ボビン単品ではなく、コアインサート成型された樹脂を用いてもよい。
・ボビンの構造として、かご型形状としてもよい。
10…リアクトル、20…コア、22…中央磁脚、30…コア、32…中央磁脚、40…コイル、50…金属製ケース、60…第1ボビン、61…ベース部材、61a…貫通孔、62a,62b,62c,62d,62e,62f…棒材、63a,63b,63c,63d…棒材、70…第2ボビン、71…ベース部材、71a…貫通孔、72a,72b,72c,72d,72e,72f…棒材、73a,73b,73c,73d…棒材、80…充填材。

Claims (4)

  1. 本体部の一方の面に突設されたコイル巻回部を有するコアと、
    前記コアのコイル巻回部の周囲に巻回され、環状をなすコイルと、
    内部に前記コアおよび前記コイルが収納される金属製ケースと、
    前記金属製ケースの内部において、少なくとも一部が前記コアのコイル巻回部の外周面と前記コイルの内周面との間、および、前記コイルの外周面と前記金属製ケースの内面との間において絶縁のために配置される絶縁材料よりなるボビンと、
    前記金属製ケースの内部に充填される充填材と、
    を備えたリアクトルにおいて、
    前記ボビンは、
    前記コアのコイル巻回部が貫通する貫通孔を有し、前記コアの本体部と前記コイルとの間に配置されるベース部材と、
    前記コアのコイル巻回部の外周面と前記コイルの内周面との間において前記ベース部材における前記貫通孔の内周面から前記コイルの軸線方向に沿って延設され前記コアのコイル巻回部の外周面および前記コイルの内周面に接する第1の棒材と、
    前記コイルの外周面と前記金属製ケースの内面との間において前記ベース部材における外周面から前記コイルの軸線方向に沿って延設され前記コイルの外周面および前記金属製ケースの内面に接する第2の棒材と、を有し、
    前記第1の棒材及び前記第2の棒材の少なくとも一方は、前記ベース部材よりも前記コアの本体部側へ突出し、前記コアの本体部の前記一方の面に接していることを特徴とするリアクトル。
  2. 前記ベース部材は板状をなすことを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
  3. 前記コアのコイル巻回部は断面四角形状をなし、その底面と前記金属製ケースの内部底面との間において前記第2の棒材が複数本配置されてい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. 前記コアのコイル巻回部の底面と前記金属製ケースの内部底面との間に配置される第2の棒材の本数は2本であることを特徴とする請求項3に記載のリアクトル。
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