JP5344158B2 - リアクトル、リアクトル用のボビン、及びコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの電動車両用DC‐DCコンバータなどに用いられるリアクトル及びリアクトル用のボビンに関する。特に、樹脂被覆部を成形する際の樹脂の流れを改善した構造のリアクトルに関する。

ハイブリッド自動車などの電動車両には、直流電圧の昇降圧を行うDC‐DCコンバータが搭載されており、このコンバータの部品の一つにリアクトルがある。従来、リアクトルとしては、環状のコアにコイルを配置した組合体をケース内に収納し、ケース内に樹脂を充填して封止した構造（ポッティングタイプ）のものや、組合体を金型内に収納し、組合体の周囲を樹脂でモールドした構造（モールドタイプ）のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。前者の構造では、ポッティング樹脂が樹脂被覆部を構成し、後者の構造では、モールド樹脂が樹脂被覆部を構成することになる。

特許文献１に記載のリアクトルは、内側部分コア（巻回部）と外側部分コア（露出部）とからなる環状のコアと、内側部分コアに配置されるコイルと、コアとコイルとの組合体を収納するケースと、樹脂の封止部材（樹脂被覆部）とを備えている。このリアクトルは、内側ボビン（筒状ボビン）によって内側部分コアの外周が覆われており、内側ボビンに覆われた内側部分コアの外周にコイルを嵌合させている。また、このリアクトルは、コイルの両端に、外側部分コアとコイルとを相互に固定する外側ボビン（枠状ボビン）が取り付けられている。さらに、このリアクトルは、コイルへの通電によってリアクトルで発生した熱を放熱するため、ケースをヒートシンクの上に設置して使用される。

特開２００７‐１３４３７４号公報

しかし、上記した従来のリアクトルでは、コアとコイルとの組合体をケースや金型内に収納した状態での樹脂の流れが悪いという問題がある。

従来のリアクトルでは、枠状ボビンの外形が略矩形板状である。そのため、組合体をケースや金型内に収納した場合、ケースや金型内の空間が枠状ボビンによって仕切られた状態となり、上方から注入した樹脂が十分に隅々まで行き渡らない虞がある。特に、枠状ボビンの外周縁がコイルの外側面よりも外側に張出し、枠状ボビンの外側縁がケースや金型の内面に接触又は近接する場合には、この問題が顕著になる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、樹脂被覆部を成形する際の樹脂の流れを改善した構造の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、コイルと、コイルが配置される巻回部を有するコアと、コアに対するコイルの位置決めを行うボビンと、コアとコイルとの組合体の周囲を被覆する樹脂被覆部とを備える。ボビンは、コイルの端面に当接する枠状ボビンを有する。そして、枠状ボビンは、樹脂被覆部の樹脂に埋没する位置に、樹脂被覆部を成形する際に樹脂の流路となる切欠きを備えることを特徴とする。

本発明のリアクトル用のボビンは、コイルと、コイルが配置される巻回部を有するコアと、コアとコイルとの組合体の周囲を被覆する樹脂被覆部とを備えるリアクトルに用いられるボビンである。ボビンは、コイルの端面に当接する枠状ボビンを有する。そして、枠状ボビンは、樹脂被覆部の樹脂に埋没する位置に、樹脂被覆部を成形する際に樹脂の流路となる切欠きを備えることを特徴とする。

この構成によれば、枠状ボビンが切欠きを備えることで、この切欠きが樹脂被覆部を成形する際の樹脂の流路となり、樹脂の流れを改善することができる。

本発明のより好ましい形態は、枠状ボビンの外周縁がコイルの外側面よりも外側に張出している構成である。

この構成によれば、枠状ボビンの外周縁がコイルの外側面よりも外側に張出していることで、コイルの保護と、ケースや金型の内面とコイルの外側面との間に所定の隙間を設けた状態での位置決めが行い易い。

本発明のリアクトル及びリアクトル用のボビンは、枠状ボビンが切欠きを備えることで、樹脂被覆部を成形する際の樹脂の流れを改善することができる。

実施の形態１に係るリアクトルの概略斜視図である。 実施の形態１に係るリアクトルを構成する部品を説明するための概略側面図である。 コイルを説明するための概略斜視図である。 枠状ボビンを説明するための概略正面図である。 コアとコイルとの組合体を金型内に収納した状態を説明するための概略正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。また、図中において同一部材には同一符号を付している。

（実施の形態１）
図１〜４を参照して、実施の形態１に係るリアクトルR1を説明する。リアクトルR1は、コイル1と、コイル1が配置されると巻回部2mとコイル1が配置されずに露出する露出部2sとを有するコア2と、コア2に対するコイル1の位置決めを行うボビン3と、コア2とコイル1との組合体の周囲を被覆する樹脂被覆部4とを備える。また、ボビン3は、コアの巻回部2mの外周を覆う筒状ボビン3mと、コイル1の端面に当接する枠状ボビン3sとを有する。以下、各構成をより詳しく説明する。

コイル1は、平角巻線をエッジワイズ巻きすることで形成されている。コイル1は、図３に示すように、軸方向が平行する一対のコイル素子1a、1bから構成され、両コイル素子1a、1bが一本の巻線で形成されている。具体的には、コイル1の軸方向一端側に巻線の始端1Aと終端1Bとが位置するように、コイル1の軸方向他端側において巻線をU状に屈曲させて屈曲部1Uを設けることで、両コイル素子1a、1bを一本の巻線で形成している。

コア２は、図２に示すように、各コイル素子１ａ（１ｂ）が配置される一対の中間コア（巻回部２ｍ）の端部同士を連結するように、両中間コア２ｍの端面にそれぞれ端部コア（露出部２ｓ）を接続することで、環状に構成されている。中間コア２ｍは、３つのコア片２０と２つのギャップ材ｇとを順に配置して構成した直方体状のコア構成部品である。一方、端部コア２ｓは、中間コア２ｍの端面が接続される面（以下、この面のことを「コア接続面」という）を有し、この面とは反対側の面に向かうにつれて幅が狭まる断面台形状のコア構成部品である。ここでは、端部コア２ｓの下面がコイル素子１ａ（１ｂ）の下面とほぼ同じ高さ位置になるように、端部コア２ｓの下端を中間コア２ｍの下面に対して下側に突出させている。

コア片20及び端部コア2sは、磁性材料からなり、例えば、ケイ素鋼板を積層した積層体や、鉄粉などの軟磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉成形体で構成することができる。ギャップ材gは、非磁性材料からなり、例えば、ガラスエポキシ樹脂やアルミナなどのセラミックスの板材で構成することができる。

ボビン3は、図２に示すように、筒状ボビン3mと枠状ボビン3sとから構成されている。筒状ボビン3mの内周には中間コア2mが保持され、筒状ボビン3mの外周にはコイル素子1a（1b）が装着される。一方、枠状ボビン3sは、図４に示すように、外形が略矩形板状で、外周縁がコイル1の外側面1s（コイル素子1a、1bの互いに対向する面とは反対側の面）よりも外側に張出しており、かつ、中間コアの端部が貫通する２つの開口部3oを有する。また、枠状ボビン3sは、樹脂被覆部4の樹脂に埋没する位置に、樹脂被覆部を成形する際に樹脂の流路となる切欠き31を備える（図１を参照）。ここでは、リアクトルR1を正面から見た（図１矢視方向）ときに、端部コア2sの外周縁からはみ出す箇所であってコイル1の端面の一部が露出するように、枠状ボビン3sの下側の角部に三角形状の切欠き31が形成されている。また、枠状ボビン3sの下側の中央（コイル素子1a、1bの間に対応する位置）には、凹部32が形成されている。

筒状ボビン3m及び枠状ボビン3sは、絶縁材料からなり、例えばポリフェニレンサルファイド（PPS）、液晶ポリマー（LCP）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などの樹脂で構成することができる。

リアクトルR1の組立方法の具体例を図２及び図５に基づいて説明する。まず、コア片20とギャップ材gとを接着剤で接合して一体化した中間コア2mを一対用意し、中間コア2mのそれぞれの外周に筒状ボビン3mを取り付ける。

次いで、筒状ボビン3mに覆われた中間コア2mの外周にコイル素子1a（1b）を装着し、コイル素子の両端面に枠状ボビン3sを取り付ける。このとき、枠状ボビン3sの開口部3oに中間コア2mの端部が貫通した状態となる。

次いで、両中間コア2mの端部同士を連結するように両中間コア2mの端面にそれぞれ端部コア2sを配置し、中間コア2mの端面と端部コア2sのコア接続面とを接着剤で接合することで、コア2を環状に構成する。このようなコア2とコイル1との組合体において、コイル1に電流を流す（通電する）ことで、コア2に閉磁路が形成されることになる。

次いで、コア2とコイル1との組合体を図５に例示するような金型50内に収納する。このとき、枠状ボビン3sの外周縁がコイル1の外側面1sよりも外側に張出していることで、コイル1が金型50の内面と直接接触することがなく、コイル1の損傷を防止することができる。また、金型50の内面に枠状ボビン3sの外側縁3eを接触させることで、金型50の内面とコイル1の外側面1sとの間に所定の隙間を設けて位置決めすることができる。

最後に、金型50の開口側からモールド樹脂を注入し、モールド樹脂を硬化させで樹脂被覆部4を形成した後、金型50から取り出すことでリアクトルR1が完成する。ここで、枠状ボビン3sが切欠き31を備えることで、枠状ボビン3sの外周縁が金型50の内面に接触した状態であっても、樹脂被覆部4を成形する際の樹脂の流路を確保することができ、樹脂の流れを改善して、樹脂を金型50内の隅々まで短時間で行き渡らせることができる。また、枠状ボビン3sに仕切られた空間の間で樹脂の流動が円滑に行われるので、枠状ボビン3sの外側縁3eと金型50の内面との間に余分な隙間を設けておく必要がなく、もって、コイル1の外側面1sを被覆する樹脂被覆部の厚みを薄くして、リアクトルの小型・軽量化を図ることができる。

（変形例１）
実施の形態１では、モールドタイプのリアクトルについて説明したが、コアとコイルの組合体をケースに収納し、ポッティング樹脂で封止したポッティングタイプのリアクトルであっても、本発明の効果を奏することができる。この場合では、組合体とケースとの間にポッティング樹脂を充填し、ポッティング樹脂を硬化させて樹脂被覆部を形成することで、リアクトルが完成する。

モールド樹脂及びポッティング樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、PPSなどが好適に利用できる。

（変形例２）
実施の形態１では、中間コアの下面に対して下端を突出させた端部コアを使用した例を説明したが、中間コアの高さと同じ高さの端部コアを使用してもよい（この場合、中間コアの下面と端部コアの下面とが同じ高さ位置になる）。この場合では、枠状ボビン３ｓの下側中央に形成された凹部３２が端部コアの外周縁からはみ出すことになるため、凹部３２も樹脂の流路として機能する（図４を参照）。

リアクトルを使用するときは、モールドタイプでは樹脂被覆部に又はポッティングタイプではケースに例えば固定金具（例えばボルト）を挿通するための挿通孔を形成しておき、ヒートシンクなどの放熱機構に固定して設置する。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、枠状ボビンの切欠きの形状や位置、数を適宜変更してもよい。

本発明のリアクトル及びリアクトル用のボビンは、例えばハイブリッド自動車などの電動車両用DC‐DCコンバータなどに好適に利用できる。

R1 リアクトル
1 コイル 1a,1b コイル素子
1A 始端 1B 終端 1U 屈曲部 1s 外側面
2 コア 2m 中間コア（巻回部） 2s 端部コア（露出部）
20 コア片 g ギャップ材
3 ボビン 3m 筒状ボビン 3s 枠状ボビン
31 切欠き 32 凹部 3o 開口部 3e 外側縁
4 樹脂被覆部
50 金型

Claims (4)

1. コイルと、前記コイルが配置される巻回部を有するコアと、前記コアに対する前記コイルの位置決めを行うボビンと、前記コアと前記コイルとの組合体の周囲を被覆する樹脂被覆部と、を備えるリアクトルであって、
   前記コイルは、軸方向が平行する一対のコイル素子から構成され、
   前記コアは、前記各コイル素子が配置される一対の巻回部と、両巻回部の端面に接続される一対の露出部とで環状に構成され、前記巻回部の下面と前記露出部の下面とが同じ高さ位置であり、
   前記ボビンは、前記コイルの端面に当接する枠状ボビンを有し、
   前記枠状ボビンは、前記樹脂被覆部の樹脂に埋没する位置に、前記樹脂被覆部を成形する際に前記樹脂の流路となる切欠きと、前記両コイル素子間に対応する下側中央の位置に凹部とを備え、
   前記枠状ボビンの外周縁が前記コイルの外側面よりも外側に張出していると共に、
   前記切欠きは、前記コイルの端面の一部が露出するように前記枠状ボビンの外周縁に形成されているリアクトル。
2. 前記枠状ボビンの外形が矩形板状であり、前記切欠きが前記枠状ボビンの下側の角部に形成されている請求項１に記載のリアクトル。
3. コイルと、前記コイルが配置される巻回部を有するコアと、前記コアと前記コイルとの組合体の周囲を被覆する樹脂被覆部とを備えるリアクトルに用いられるボビンであって、
   前記コイルは、軸方向が平行する一対のコイル素子から構成され、
   前記コアは、前記各コイル素子が配置される一対の巻回部と、両巻回部の端面に接続される一対の露出部とで環状に構成され、前記巻回部の下面と前記露出部の下面とが同じ高さ位置になるものであり、
   前記ボビンは、前記コイルの端面に当接する枠状ボビンを有し、
   前記枠状ボビンは、前記樹脂被覆部の樹脂に埋没する位置に、前記樹脂被覆部を成形する際に前記樹脂の流路となる切欠きと、前記両コイル素子間に対応する下側中央の位置に凹部とを備え、
   前記枠状ボビンの外周縁が前記コイルの外側面よりも外側に張出すように形成され、
   前記切欠きは、前記コイルの端面の一部が露出するように前記枠状ボビンの外周縁に形成されているリアクトル用のボビン。
4. 請求項１又は請求項２に記載のリアクトルを用いたコンバータ。

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