JP5305118B2

JP5305118B2 - リアクトル、及び昇圧コンバータ

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Publication number: JP5305118B2
Application number: JP2013012807A
Authority: JP
Inventors: 伸一郎山本; 肇川口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: JP2013077845A

Description

本発明は、外周にコイルが配置されてリアクトルに用いられるコア、リアクトル、及びリアクトルの製造方法に関するものである。特に、リアクトルを小型にでき、コイルの使用量を低減することができるリアクトル用コアに関するものである。

近年、地球環境保護の観点からハイブリッド自動車が実用化されている。ハイブリッド自動車は、エンジン及びモータを駆動源として具え、その一方又は双方を用いて走行する自動車である。このようなハイブリッド自動車は、バッテリの直流をインバータで交流に変換し、その交流を走行用のモータに供給する。最近のハイブリッド自動車は、バッテリ及びモータの小型化のために昇圧コンバータを具えている。このコンバータは、バッテリの電圧を昇圧してインバータ(モータ)に供給する役割と、ジェネレータ(モータ)からの回生電流をバッテリ電圧に降圧し、バッテリに充電を行う役割を持つ。このコンバータの部品の一つに、電気エネルギーを磁気エネルギーとして蓄えられるリアクトルがある。

リアクトルは、磁性材料、代表的には電磁鋼板と呼ばれる珪素鋼板を積層してなるコアと、コアの外周に配されるコイルとを具える。コアは、複数の分割片を組み合わせてなる環状のものが代表的である。珪素鋼は一般に比透磁率が高いため、電磁鋼板からなるコアは、磁気飽和し易い。そこで、磁気飽和し難くするために、分割片間に空隙(エアギャップ)を設けたり、ギャップ材を配することが行われている。

しかし、ギャップがあると、ギャップに起因する騒音や漏れ磁束が生じるといった問題がある。この問題に対し、特許文献1は、高透磁率の珪素鋼板を用いず、低透磁率の圧粉磁性材料で分割片を作製し、分割片同士を接着剤で接合してなるギャップレス構造の環状コアを提案している。

特許文献2は、圧粉磁性材料からなるコア内にコイルが埋め込まれたリアクトルを提案している。このリアクトルは、成形型に粉状の圧粉磁性材料とコイルとを入れてプレス成形し、ギャップレス構造の一体コアを形成すると共に、コア内へのコイルの配置を行うことで製造される。上記一体コアは、コイルの内側に位置する円柱状の内側コア部と、コイルの外周面を覆うようにコイルの外側に位置する円筒状の外側コア部と、コイルの両端部を覆うと共に、内側コア部及び外側コア部を連結する一対の円板状の連結コア部とから構成される。

特開2006-344868号公報特開2006-210465号公報

引用文献2に記載のリアクトルは、コイルのほぼ全面がコアで覆われていることから、環状コアを具えるリアクトルと比較して、コイルが生成する磁束がコアの外部に漏れ難く、コアの内部を十分に通過することができるため、同磁束を効率よく利用することができる。しかし、このリアクトルは、コイルの使用量が多くなることがある。

圧粉磁性材料は、磁性材料の割合などを調整することで、珪素鋼板よりも比透磁率を低くすることができる。従って、低透磁率の磁性材料を用いて、比透磁率が低いコアを形成することができる。ここで、低透磁率の磁性材料からなるコアは、飽和磁束密度が小さくなる傾向にある。コアを通過する磁束は、コアの磁束密度とコアの断面積との積で表わされる。従って、低透磁率の磁性材料でコアを形成する場合、珪素鋼板といった高透磁率の磁性材料からなるコアと同程度の磁束を得ようとすると、コアの断面積を大きくする必要がある。コアの断面積、特にコイルが配される内側コア部の断面積が大きくなると、コイルは、1ターンあたりの長さが長くなり、使用量が増える。コイルの使用量が増えると、コイル部分での損失(例えば、銅損)が大きくなり易く好ましくない。また、ハイブリッド自動車などに搭載するリアクトルは、設置スペースを低減するために小型化が望まれており、コアの断面積の増大によるリアクトルの大型化は好ましくない。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、その目的の一つは、リアクトルを小型にでき、コイルの使用量を低減することができるリアクトル用コアを提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記コアを具えるリアクトル、及びリアクトルの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、内側コア部、外側コア部及び連結コア部で構成されるリアクトル用コアにおいて、ギャップを有しておらず、かつコアの断面積を低減できる構成を検討した。その結果、本発明者らは、コア全体を一様な磁性材料で形成するのではなく、飽和磁束密度が部分的に異なるように形成すればよい、との知見を得て本発明を完成するに至った。

本発明リアクトル用コアは、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるリアクトルに用いられるコアであり、内側コア部、外側コア部及び連結コア部を具え、各コア部がギャップを介することなく一体化されて構成される。内側コア部は、リアクトルを構成するコイルの内側に配される部分であり、外側コア部は、同コイルの外側に配される部分であり、連結コア部は、コイルの両端部を覆うと共に、内側コア部及び外側コア部を連結する部分である。そして、上記内側コア部の飽和磁束密度が、1.7T以上、かつ前記外側コア部及び連結コア部の飽和磁束密度の1.2倍以上であり、前記リアクトル用コア全体の平均透磁率が比透磁率で5〜50であり、上記内側コア部の比透磁率が50以上、かつ上記外側コア部及び連結コア部の比透磁率が3以上50以下である。また、本発明リアクトル用コアは、当該リアクトル用コアと同様の形状のコアで、このコア全体の平均透磁率が当該リアクトル用コアと等しく、かつコア全体の飽和磁束密度が一様であるコアを比較コアとするとき、この比較コアと同じ磁束を得る場合、前記内側コア部の断面積が比較コアの内側コア部より小さいことでコア全体が比較コアより小さい。

本発明リアクトル用コアは、ギャップを介することなく一体化されたギャップレス構造であるため、ギャップが存在することに伴う騒音や漏れ磁束の問題が実質的に生じない。また、漏れ磁束が生じ難いことから、本発明コアは、ギャップを有するコアと比較して、コイルをコアにより近づけて配置できる、即ち、コイルとコア間の間隔を小さくでき、リアクトルの外寸を小さくできる。上述した昇圧コンバータの構成部材中リアクトルは、かなり大きな体積を占めるため、リアクトルの小型化は、コンバータの設置スペースの削減に大いに寄与すると期待される。

そして、本発明コアは、部分的に飽和磁束密度が異なる構成、具体的には、コイルの内側に配される内側コア部の飽和磁束密度が高く、外側コア部及び連結コア部の飽和磁束密度が低い。また、本発明コアは、外側コア部及び連結コア部の比透磁率が比較的低く、かつ本発明コア全体の平均透磁率(実効透磁率)が比較的低い。このような特性を実現するために本発明コアは、全体を一様な磁性材料で構成せず、部分的に異なる磁性材料で構成する。このような構成を具える本発明コアは、全体が一様な低透磁率の磁性材料で構成された同様の形状のコア(このコアは飽和磁束密度が一様である)と同じ磁束を得る場合、内側コア部の断面積を小さくすることができる。即ち、本発明コアは、内側コア部の断面積を小さくしても、大きな磁束を得ることができる。また、内側コア部の断面積が小さいことから、その外周に配されるコイルの1ターンあたりの長さを短くできる。従って、本発明コアを具えるリアクトルは、コイルの使用量を低減することができ、コイルの使用量の増加に伴う損失の増大といった問題が生じ難い。更に、内側コア部の断面積が小さいことから本発明コアも小さくでき、この本発明コアを具える本発明リアクトルも小型にすることができる。

以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明コアは、その外周に配されるコイルを励磁した際に閉磁路が形成される磁性部材であり、内側コア部、外側コア部及び一対の連結コア部が一体化されている。このような一体コアとして、柱状の内側コア部と、筒状の外側コア部と、板状の連結コア部とを具えるポット型コアが挙げられる。ポット型コアはコイルの全面を実質的に覆うことができるため、このコアを具えるリアクトルは、コイルが生成した磁束を効率よく利用できるだけでなく、同磁束がコアの外部に漏れ難いため、リアクトルの周辺機器における漏れ磁束の影響を低減できる。また、ポット型コアを具えるリアクトルは、コイルのほぼ全面をコアに直接的又は間接的に接触させられるため、通電により生じたコイルの熱をコアに効率よく伝えることができ、放熱性に優れる。

本発明コアは、例えば、複数の分割片を形成し、分割片同士を接着剤やボルトなどの締結部材で接合することで得られる。分割片の区切りは、種々考えられ、例えば、内側コア部、外側コア部、連結コア部のそれぞれを分割片としてもよい。その他、内側コア部と一方の連結コア部とが一体の分割片と、外側コア部と他方の連結コア部とが一体の分割片とからなる構成や、外側コア部が二つに分割され、一方の外側コア部片と一方の連結コア部とが一体の分割片と、他方の外側コア部片と他方の連結コア部とが一体の分割片とを具える構成などが挙げられる。接着剤は、エポキシ系接着剤などが利用できる。

分割片同士を接着剤で接合すると、分割片の接合箇所に接着剤が介在される。接着剤は、通常非磁性であるが、ここでの接着剤はリアクトルのインダクタンスを調整するためのギャップ材ではなく、単に分割片同士を接合するものに過ぎない。そのため、本発明コアにおいて分割片間に接着剤が存在してもギャップを介することなく一体化されているものとする。

或いは、本発明コアは、一体成形が可能な磁性材料を用いることでも製造することができる。例えば、本発明コアを圧粉成形体とする場合、成形型に所望の特性となるように圧粉磁性材料を充填すると共にコイルを配置してプレス成形することで、本発明コア及びコイルを具えるリアクトルを製造することができる。この製法を利用すると、ギャップレス構造の一体コアの形成とコイルのコアへの配置とを同時に行えると共に、接着剤や接着剤による接続作業が不要である。

本発明コアを圧粉成形体とする場合、所望の三次元形状の分割片や一体コアを容易に成形可能であり、上述のように所望の特性を有するように材料や製造条件を調整することで、本発明コアを得ることができる。

外側コア部及び連結コア部の別の形態として、焼結体や樹脂の成形硬化体が挙げられる。成形硬化体は、磁性粉末と流動性のある樹脂との混合体を成形し、得られた成形体の樹脂を硬化させたものである。これら焼結体や成形硬化体とする場合も所望の三次元形状の分割片を容易に成形可能である。外側コア部と連結コア部とは、同じ材質でも異なる材質でもよい。

内側コア部の別の形態として、電磁鋼板を積層してなる積層体が挙げられる。電磁鋼板を用いることで、飽和磁束密度が高い内側コア部を簡単に形成できる。

本発明コアは、上述のようにギャップレス構造とする。但し、ギャップレス構造とするために、コア全体を比透磁率が一様な低い磁性材料で構成すると、上述のように内側コア部の断面積が大きくなる。そこで、本発明コアは、外側コア部及び連結コア部を比透磁率が比較的低い磁性材料で構成し、内側コア部は、飽和磁束密度が高くなるような磁性材料で構成し、本発明コア全体の平均透磁率(実効透磁率)が比較的低くなるように磁性材料を選択することが好ましい。具体的には、本発明コア全体の平均透磁率を比透磁率で5以上50以下とする。

内側コア部を、比透磁率が50以上の高透磁率材料で構成し、外側コア部及び連結コア部を、内側コア部よりも比透磁率が低い材料、具体的には、比透磁率が3以上50以下の低透磁率材料で構成すると、本発明コア全体の平均透磁率を比透磁率で5〜50とすることができる。また、外側コア部全体及び連結コア部全体は、一様な比透磁率の磁性材料から構成されていることが好ましい。外側コア部又は連結コア部においてその一部の比透磁率が小さく、その残部の比透磁率が大きくなるように上記範囲の低透磁率材料から構成されていてもよいが、全体が一様な比透磁率の磁性材料から構成されると、磁束がコア部中を均一的に通るため好ましい。なお、比透磁率μ_rは、材料の透磁率μと真空の透磁率μ₀との比率μ/μ₀のことである（真空の透磁率μ₀＝4π×10^-7H/m）。また、電磁鋼板の比透磁率は、4000〜8000程度であり、このような高透磁率の磁性材料でコア全体を構成すると、ギャップレス構造とすることが難しい。

外側コア部及び連結コア部を構成する磁性材料の比透磁率を上記範囲に調整するには、以下の手法が挙げられる。いずれの手法の場合も、コア部のサイズに応じて材料の比透磁率を調整することができる。

＜圧粉成形体の場合＞
外側コア部や連結コア部を圧粉成形体で構成する場合、通常、表面に絶縁被膜を具える軟磁性粉末とバインダ樹脂とを混合し、この混合粉末を成形後、絶縁被膜の耐熱温度以下で焼成する。そして、軟磁性粉末とバインダ樹脂との混合比を調整することで、比透磁率を調整可能である。具体的には、バインダ樹脂の配合量を増やすことで、コア部において磁束が通過する断面に対する磁性材料(軟磁性粉末)の割合を下げる。磁性材料の割合が少ないことで、結果として、飽和磁束密度が小さくなる。その他、混合粉末を成形する際の圧力を変えることでもコア部を構成する材料の比透磁率を調整することができる。バインダ樹脂の配合量が多い方が、又は混合粉末の成形圧力が低い方がコア部の比透磁率が低くなる傾向にある。圧粉成形体は、後述する焼結体と異なり、焼成後にバインダ樹脂が残存し、この樹脂により軟磁性粉末同士が絶縁される。そのため、圧粉成形体からなるコア部は、リアクトルに用いた際、焼結体からなるコア部と比較して渦電流損失を低減でき、コイルに高周波が通電される場合の使用に適する。

軟磁性粉末は、Fe,Co,Niといった鉄族金属粉末の他、Fe-Si,Fe-Ni,Fe-Al,Fe-Co,Fe-Cr,Fe-Si-AlなどのFe基合金粉末、或は希土類金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。このような粉末の作製法は、アトマイズ法(ガス又は水)や、機械的粉砕法が挙げられる。特に、結晶がナノサイズであるナノ結晶材料からなる粉末、好ましくは異方性ナノ結晶材料からなる粉末を用いると、高異方性で低保磁力のコア部が得られる。軟磁性粉末に形成される絶縁被覆は、燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物又は硼素化合物などから構成されることが好ましい。バインダ樹脂は、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂、又は高級脂肪酸を利用することが好ましい。

＜焼結体の場合＞
外側コア部や連結コア部を焼結体とする場合、通常、非磁性粉末及びバインダ樹脂の混合粉末と軟磁性粉末とを混合し、この混合粉末を成形後、高温にて焼結する。焼結時、バインダ樹脂はほぼ消失して、軟磁性粉末と非磁性粉末とが焼結される。そのため、軟磁性粉末と非磁性粉末との混合比を調整することで、上述した圧粉成形体の場合と同様に、低透磁率材料からなるコア部が得られる。その他、混合粉末の成形時の圧力を変えることでも、コア部の比透磁率を調整できる。非磁性粉末の配合量が多い方が、又は混合粉末の成形圧力が低い方がコア部の比透磁率を低くできる傾向にある。

軟磁性粉末は、上記圧粉成形体と同様に、鉄族金属粉末、Fe基合金粉末、或は希土類金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。非磁性粉末は、Cu,Al,Siなどの単一元素によるものの他、Al₂O₃やSiO₂などの化合物によるものが利用できる。バインダ樹脂は、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂、又は高級脂肪酸が好適に利用できる。

＜成形硬化体の場合＞
外側コア部や連結コア部を成形硬化体で構成する場合、成形硬化体を得る方法は、射出成形と注型成形とがある。射出成形は、通常、軟磁性粉末(必要に応じて更に非磁性粉末を加えた混合粉末)と流動性のあるバインダ樹脂とを混合し、この混合流体を、圧力をかけて成形型に流し込んで成形した後、バインダ樹脂を硬化させる。一方、注型成形は、射出成形と同様の混合流体を得た後、この混合流体を、圧力をかけることなく成形型に注入して成形・硬化させる。いずれの成形手法も、バインダ樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適に利用できる。バインダ樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。バインダ樹脂に常温硬化性樹脂或は低温硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、成形体を常温〜比較的低温に放置して樹脂を硬化させる。その他、射出成形後に成形体を高温にて熱処理して、軟磁性粉末同士又は軟磁性粉末と非磁性粉末とを焼結させてもよい(MIM:Metal Injection Molding)。射出成形や注型成形を利用する場合も、焼結させない場合は、軟磁性粉末(非磁性粉末)とバインダ樹脂の配合を変えることで、焼結させる場合は、軟磁性粉末と非磁性粉末との配合を変えることで、コア部の構成材料の比透磁率を調整できる。例えば、軟磁性粉末の配合量を減らすと、比透磁率は小さくなる傾向にある。

一方、内側コア部の飽和磁束密度を高くするには、例えば、比透磁率が大きい高透磁率材料を用いることが挙げられる。例えば、内側コア部は、上述したように電磁鋼板を用いて形成する。内側コア部を圧粉成形体で構成する場合、比透磁率が50以上、特に300〜500の磁性材料で構成することが挙げられる。このとき、上述した低透磁率材料からなる外側コア部や連結コア部を得る場合と逆に、軟磁性粉末とバインダ樹脂との混合粉末において軟磁性粉末の配合量を増やしたり、混合粉末の成形圧力を高くすることで、内側コア部の比透磁率を高くできる傾向にある。なお、内側コア部もその全体が一様な比透磁率の磁性材料から構成されると、磁束がコア部中を均一的に通るため好ましい。

内側コア部の飽和磁束密度は、1.7T以上とすると共に、外側コア部及び連結コア部の1.2倍以上高いものとする。1.2倍未満であると、内側コア部の断面積の低減度合いが小さく、コイルの使用量を低減し難い。また、内側コア部の飽和磁束密度は、高いほど好ましく、1.8T以上、特に、2.0T以上が好ましい。

本発明リアクトル用コアは、内側コア部の外周にコイルを配置してリアクトルとして好適に利用することができる。コイルは、巻線を巻回することで形成される。巻線は、代表的には絶縁被膜を有する金属線により構成される。金属線は、その断面形状が円形の他、四角形、六角形といった多角形など、種々の形状のものがあり、いずれの形状のものを用いてもよい。コイルの形状は、コイルが配される内側コア部の外形に適合した形態が好ましい。上記金属線は、導電性が高い銅や銅合金からなるものが好ましく、上記絶縁被覆は、エナメルなどが挙げられる。

上記コイルは、励磁した際のコイルの振動による騒音を低減するため、接着剤などを用いて本発明コアに固定することが好ましい。接着剤は、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などが利用できる。

本発明コアと上記コイルとが接触する部分にインシュレータを配置したリアクトルとすると、コイルと本発明コアとの間をより確実に絶縁することができ、コイルに大電流が流れたとしても、絶縁破壊や渦電流の発生を防止できる。インシュレータを構成する絶縁材料は、例えば、PPS(Poly Phenylene Sulfide)やLCP(Liquid Crystal Polymer)などの樹脂が挙げられる。このような樹脂に、ガラス(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタンなどの無機充填剤を添加して熱伝導性を高めると、コイルの熱を本発明コアに伝え易く好ましい。無機充填剤の添加量は、適宜選択するとよい。このインシュレータは、分割片を組み合わせて一体となる構成とすると、本発明コアに配置し易く好ましい。

本発明コアを具えるリアクトルの製造方法として、以下の製造方法が挙げられる。本発明のリアクトルの製造方法は、巻線を巻回してなるコイルと、このコイルが配されるリアクトル用コアとを具え、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるリアクトルを製造する方法であり、以下の工程を具える。
(1) コイルと、前記コイルの内側に配される柱状の内側コア部と、前記コイルの外側に配される中空筒状の外側コア部と、前記コイルの両端部を覆って内側コア部及び外側コア部を連結する一対の板状の連結コア部とを準備する工程。
(2) 前記外側コア部に前記コイルを配置する工程。
(3) 前記一方の連結コア部に前記内側コア部を位置決めして接合する工程。
(4) 前記コイルの内側に前記内側コア部を嵌め込み、前記外側コア部の一端面と前記一方の連結コア部とを接合する工程。
(5) 前記外側コア部の他端面と前記他方の連結コア部とを接合する工程。
上記工程により、前記各コア部がギャップを介することなく一体化されたリアクトルを製造する。
但し、前記リアクトル用コアは以下の(I)〜(IV)を満たすものとする。
(I) 前記内側コア部の飽和磁束密度が、1.7T以上、かつ前記外側コア部及び連結コア部の飽和磁束密度の1.2倍以上である。
(II) 前記リアクトル用コア全体の平均透磁率が比透磁率で5〜50である。
(III) 前記内側コア部の比透磁率が50以上、かつ前記外側コア部及び連結コア部の比透磁率が3以上50以下である。
(IV) 前記リアクトル用コアと同様の形状のコアで、このコア全体の平均透磁率が前記リアクトル用コアと等しく、かつコア全体の飽和磁束密度が一様であるコアを比較コアとするとき、この比較コアと同じ磁束を得る場合、前記リアクトル用コアは、前記内側コア部の断面積が比較コアの内側コア部より小さいことでコア全体が比較コアより小さいものとする。

本発明リアクトル用コアを用いることで、リアクトルにおけるコイルの使用量を低減することができる。

本発明リアクトル用コアを具えるリアクトルの一例を示し、(A)は外観斜視図、(B)は縦断面図、(C)は横断面図である。図1のリアクトルの分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(実施例1)
図1は、ポット型のリアクトル用コアを具えるリアクトルの一例を示し、(A)は外観斜視図、(B)は縦断面図、(C)は横断面図、図2は、このリアクトルの分解斜視図である。リアクトルLは、外観形状が円柱状であり、磁性材料からなるコア1と、コア1の外周に配置されるコイルCとを具える。コア1は、円柱状の内側コア部11と、中空円筒状の外側コア部12と、一対の円板状の連結コア部13とから構成される。

内側コア部11は、コイルCの内側に配され、外側コア部12は、コイルCの外周面を覆うようにコイルCの外側に配され、両コア部11,12は、同心円状に配されている。連結コア部13は、コイルCの両端部を覆っており、一端側(図1,2において上端側)を覆う上方連結コア部13uと、他端側(同下端側)を覆う下方連結コア部13dとからなる。外側コア部12の外径と両連結コア部13u,13dの外径とは実質的に同一である。

各コア部11,12,13はそれぞれ、分割可能な分割片である。コア1は、これら分割片同士を接着剤により接合して一体にしてなり、分割片間にギャップを有していないギャップレス構造である。これら各分割片は、圧粉成形体から構成される。

そして、コア1は、内側コア部11が外側コア部12及び連結コア部13よりも飽和磁束密度が高いことを最大の特徴とする。飽和磁束密度を高くするために内側コア部11は、磁性材料粉末に対するバインダ樹脂の割合を、外側コア部12及び連結コア部13における同割合よりも小さくして、即ち、磁性材料粉末が多くなるようにして作製している。そのため、内側コア部11は、外側コア部12及び連結コア部13よりも比透磁率が高くなっており、結果として飽和磁束密度も高い。

このような分割片からなるコア1を用いてリアクトルLを組み立てる手順を説明する。
図2に示すように、巻線を巻回してなるコイルCを予め用意しておき、コイルCを外側コア部12の内側に嵌め込む。外側コア部12の上下端面にはそれぞれ、コイルCを構成する巻線の両端部Weを引き出すための切欠12cが形成されており、巻線の両端部Weがこの切欠12cに嵌め込まれるように、コイルCを外側コア部12内に位置決めする。図2に示すコイルCは、断面矩形状の平角金属巻線をいわゆるエッジワイズ巻きにして形成させたものであり、円柱状の内側コア部11に対応させて中空円筒状としている。

次に、下方連結コア部13dの中心と内側コア部11の中心とが一致するように、連結コア部13dに対して内側コア部11を位置決めして両部13d,11を接合する。この内側コア部11にコイルCを嵌め込むようにして、コイルCが嵌められた外側コア部12を下方連結コア部13dの上に位置決めして接合する。

そして、外側コア部12の上端面に上方連結コア部13uを接合して、コア1を形成すると共に、コイルCをコア1内に収納する。このようにしてポット型のコア1を具えるリアクトルLが得られ、内側コア部11、上方連結コア部13u、外側コア部12、下方連結コア部13dを通って内側コア部11に戻る閉磁路が形成される。この閉磁路は、途中にギャップが形成されていない。

＜試験例＞
部分的に飽和磁束密度が異なるコア1と、飽和磁束密度が一様であるコア(以下、比較コアと呼ぶ)とにおいて同じ磁束が得られるように、コア1及び比較コアを作製し、両者の内側コア部の大きさを比較した。ここでは、いずれのコアもポット型とし、上述のように磁束が等しくなるように材料を調整した。

[コア1]
軟磁性粉末として水アトマイズ純鉄粉(平均粒径100μm程度)を、バインダ樹脂としてポリエチレン(粉末)を用意する。この鉄粉とポリエチレンとを、樹脂量比(樹脂の質量/樹脂と鉄粉との合計質量)が4％となるように混合する。この混合粉末を所定の成形型に充填し、成形圧力980MPaで成形する。そして、成形体を250℃×60分で熱処理して、圧粉成形体からなる外側コア部、及び一対の連結コア部を得る。

一方、樹脂量比が0.3％となるように鉄粉とポリエチレンとを混合した混合粉末を用いて、上記と同様の条件で成形、熱処理を行って圧粉成形体からなる内側コア部を得る。

得られた各コア部の比透磁率及び飽和磁束密度を測定したところ、外側コア部及び連結コア部は、比透磁率:20、飽和磁束密度:0.95T、内側コア部は、比透磁率:300、飽和磁束密度:1.7T（外側コア部及び連結コア部の約1.8倍）であった。また、コア1全体の平均透磁率は、比透磁率で30であった。なお、比透磁率及び飽和磁束密度の測定は、理研電子株式会社製のBHトレーサを用いて行った。

[比較コア]
他方、樹脂量比が3％となるように鉄粉とポリエチレンとを混合した混合粉末を用いて、上記と同様の条件で成形、熱処理を行って圧粉成形体からなる内側コア部、外側コア部、及び一対の連結コア部を得る。即ち、これらのコア部はいずれも樹脂量比が等しい材料からなる圧粉成形体で構成されている。この比較コアについて、コア1と同様にして比透磁率及び飽和磁束密度を測定したところ、比透磁率:30、飽和磁束密度:1.0Tであった。

得られたコア1及び比較コアについて、内側コア部11の断面積(図1(C)に示す円形面の面積)を比較したところ、コア1の内側コア部11は、700mm²であり、比較コアの内側コア部は、1000mm²であった。即ち、コア1の内側コア部11は、比較コアの内側コア部と比較して、断面積が約3割小さい。

以上のことから、外側コア部及び連結コア部よりも飽和磁束密度が高い内側コア部を具えるコア1は、比較コアよりも内側コア部11の断面積を小さくすることができることがわかる。内側コア部11の断面積が小さいことで、コア1の内側コア部11の外周に配されるコイルは、比較コアの内側コア部の外周に配されるコイルよりも1ターンあたりの長さを短くすることができる。従って、コア1を具えるリアクトルLは、比較コアを具えるリアクトルよりもコイルの使用量を低減することができ、コイルの使用量の増大に伴う損失が生じ難い。また、内側コア部11の断面積が小さいことから、コア1も小さくできるため、コア1を具えるリアクトルLは、比較コアを具えるリアクトルよりも小型にすることができる。

更に、コア1を具えるリアクトルLは、ギャップレス構造であることから、ギャップの存在に伴う騒音や漏れ磁束の問題が実質的に生じない。

(実施例2)
上記実施例1では、内側コア部、外側コア部及び連結コア部の全てが圧粉成形体からなる構成を説明した。別の実施形態として、内側コア部が圧粉成形体からなり、外側コア部及び連結コア部が焼結体からなる構成が挙げられる。このとき、内側コア部の飽和磁束密度が外側コア部及び連結コア部よりも高くなるように、焼結体の材料や製造条件を調整する。

(実施例3)
更に、別の実施形態として、内側コア部が圧粉成形体からなり、外側コア部及び連結コア部が樹脂の成形硬化体からなる構成が挙げられる。このとき、内側コア部の飽和磁束密度が外側コア部及び連結コア部よりも高くなるように、成形硬化体の材料や製造条件を調整する。

(実施例4)
更に、別の実施形態として、内側コア部が電磁鋼板を積層した積層体からなり、外側コア部及び連結コア部が圧粉成形体、焼結体、及び樹脂の成形硬化体のいずれかからなる構成が挙げられる。電磁鋼板は、一般に、圧粉成形体、焼結体、及び樹脂の成形硬化体のいずれよりも、飽和磁束密度が高い傾向にある。従って、外側コア部及び連結コア部は、圧粉成形体、焼結体、及び樹脂の成形硬化体のいずれかを適宜選択することができる。また、電磁鋼板は比透磁率が高いことから、内側コア部が圧粉成形体で構成される上記実施例1〜3と比較して、この実施例の内側コア部は、断面積をより小さくすることができる。

なお、上述した実施例は、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り、上述した構成に限定されるものではない。例えば、実施例1において樹脂量比を変更することができる。

本発明リアクトル用コアは、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載される昇圧コンバータに具えるリアクトルの磁性部材として好適に利用することができる。本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載される昇圧コンバータに具えるリアクトルに好適に利用することができる。本発明リアクトルの製造方法は、上記リアクトルの製造に利用することができる。

1 リアクトル用コア 11 内側コア部 12 外側コア部 12c 切欠
13 連結コア部 13u 上方連結コア部 13d 下方連結コア部
L リアクトル C コイル We コイルの端部

Claims

コアとコイルとを具えるリアクトルであって、
前記コアは、前記コイルの内側に配される内側コア部と、前記コイルの外側に配される外側コア部と、前記コイルの両端部を覆って前記内側コア部及び前記外側コア部を連結する連結コア部とを具え、前記各コア部がギャップを介することなく一体化されてなり、
前記内側コア部の飽和磁束密度が、1.7T以上、かつ前記外側コア部及び前記連結コア部の飽和磁束密度の1.2倍以上であり、
前記コア全体の平均透磁率が比透磁率で5以上50以下であり、
前記内側コア部の比透磁率が50以上、かつ前記外側コア部及び前記連結コア部の比透磁率が3以上50以下であり、
前記コアと同様の形状であって、全体の平均透磁率が前記コアと等しく、かつ全体の飽和磁束密度が一様であるコアを比較コアとするとき、この比較コアと同じ磁束を得る場合、前記リアクトルに具える前記コアは、前記内側コア部の断面積が前記比較コアの内側コア部より小さいことでコア全体が前記比較コアより小さいリアクトル。
請求項1に記載のリアクトルを具える昇圧コンバータ。