JP6034012B2 - リアクトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の車両に搭載される車載用ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、このリアクトルを備えるコンバータ、このコンバータを備える電力変換装置、及びリアクトルの製造方法、に関するものである。

電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の１つに、リアクトルがある。例えば、特許文献１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、並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材と、両コイルの内部を貫通するようにこれらコイルに嵌め込まれる環状の磁性コアとを組み合わせてなる組合体を備える。また、この組合体をケースに収納し、樹脂で封止した構成を備えるリアクトルもある。

上記ケースを備えるリアクトルでは、使用時にコイル部材で発生する熱を放熱する必要があるため、ケースを金属製とすることが一般的である。例えば、ケースとしては、アルミニウムのダイキャスト品が利用されている。このように金属製のケースを備えるリアクトルでは、組合体のコイル部材とケースの底面との間を電気的に絶縁する必要がある。そのため、従来は、ケースの底面に絶縁性樹脂の接着剤を塗布するなどしてケース底面に組合体を固定すると共に、その接着剤が硬化することによって形成される絶縁層によりケースの底面と組合体のコイル部材との電気的絶縁を確保することが一般的であった。

特開２００８−２１６８８号公報

しかし、従来の構成を備えるリアクトルは、その生産性が芳しくないという問題がある。

絶縁性樹脂を硬化させた絶縁層では、ケース底面へ絶縁性樹脂を塗布したときや、絶縁性樹脂が硬化したときにピンホールが形成され易い。そのため、絶縁性樹脂からなる絶縁層を多層に形成する必要がある。このように、絶縁性樹脂を塗布して硬化させることを複数回繰り返すことは、手間と時間がかかり、リアクトルの生産性を低下させる。

また、従来の構成では、ケース内部に組合体を配置するのにも時間と手間がかかる恐れがある。深さのあるケースの底面に絶縁性樹脂を塗布するときも、当該ケース内部の所定位置に組合体を配置するときも、ケースの側壁が邪魔となるからである。しかも、ケース底面への絶縁性樹脂の塗布が不均一になったり、ケース内部における組合体の位置が所定位置からずれたりすると、完成したリアクトルを他の電気部品と接続する際に、その接続が行い難くなるという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、生産性良く製造することができるリアクトル、及びその製造方法を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、上記リアクトルを備えるコンバータ、このコンバータを備える電力変換装置を提供することにある。

本発明は、ケースを分割構造とすると共に、ケースとコイルとの間に絶縁シートを介在させることで、上記目的を達成する。

本発明リアクトルは、並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材と、両コイルの内部を貫通する環状の磁性コアと、の組合体をケースの内部に収納してなるリアクトルである。この本発明リアクトルに備わるケースは、組合体の周囲を囲む側壁部と、側壁部とは別部材の底板部と、を有する。そして、本発明リアクトルは、ケースの底板部と組合体のコイル部材との間に介在される絶縁シートを備えることを特徴とする。

本発明リアクトルの構成は、生産性良く製造されたリアクトルといえる。それは、従来のように絶縁性樹脂の塗布と硬化を繰り返す必要がなく、もともとピンホールなどの欠陥がない絶縁シートをケースの底板部と組合体のコイルとの間に配置するだけで、当該底板部とコイル部材との電気的な絶縁を確保できるからである。また、本発明リアクトルでは、ケースが底板部と側壁部とを組み合わせてなる構成であるため、リアクトルを製造するにあたりケースの側壁部が邪魔とならない。つまり、ケースを分割構成とすることで、底板部上に所定位置に絶縁シートを配置し易いし、その絶縁シート上の所定位置に組合体を配置し易いため、本発明リアクトルは生産性に優れる。ここで、本発明の構成と異なり、絶縁シートを用いるがケースを分割構成としなかった場合、ケース底面へ絶縁シートを配置し難いし、ケース内部に組合体を配置し難いので、本発明の構成に比べて格段に生産性が低下する。

一方、本発明リアクトルの製造方法は、並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材と、両コイルの内部を貫通する環状の磁性コアと、の組合体をケースの内部に収納してなるリアクトルを作製するリアクトルの製造方法であって、以下の工程Ａ〜Ｄを備えることを特徴とする。
［工程Ａ］…組合体を用意する。
［工程Ｂ］…組み合わせることでケースとなる側壁部と底板部とを用意する。
［工程Ｃ］…底板部とコイル部材との間に絶縁シートを介在させた状態で、底板部上に組合体を載置する。
［工程Ｄ］…底板部に載置した組合体の外周を取り囲むように、側壁部と底板部とを係合させる。

上記本発明リアクトルの製造方法によれば、ケースの底板部と組合体のコイル部材との間に絶縁シートを介在させるだけで、ケースとコイル部材との電気的な絶縁を確保することができる。また、ケースが分割構成となっており、底板部における組合体の位置決めを行ってから、底板部に側壁部を係合させてケースを完成させるため、ケースにおける組合体の位置決めを容易に、かつ正確に行うことができる。それは、底板部上に組合体を載置する時点で、その載置を阻害する側壁部が存在しないからである。

以下、本発明リアクトルの好ましい形態について詳細に説明する。

本発明リアクトルの一形態として、絶縁シートは、アミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、あるいはポリエステル樹脂とすることができる

アミドイミド樹脂は、耐熱性に優れるため、使用時に高温となるリアクトルにおいて優れた電気的絶縁を確保することができる。また、ポリエステル樹脂は、安価で入手が容易である。また、ポリイミド樹脂は、耐熱性と絶縁性に優れる。エポキシ樹脂は、絶縁性に優れ、かつ接着剤の役割を兼ねることができる。

本発明リアクトルの一形態として、底板部と絶縁シートとの間、及び絶縁シートとコイル部材との間、の少なくとも一方に接着剤層を備えることが好ましい。もちろん、底板部と絶縁シートとの間、及び絶縁シートとコイル部材との間、の両方に接着剤層を備えることが最も好ましい。

接着剤層を備えることで、ケース内部における組合体の位置ずれを効果的に防止できる。

本発明リアクトルの一形態として、接着剤層は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、あるいはエポキシ樹脂が硬化することにより得られたものであることが好ましい。

上記樹脂は、熱伝導性に優れるため、コイル部材から絶縁シートへ、絶縁シートからケースの底板部へ効果的に熱を伝導させることができる。

本発明リアクトルの一形態として、組合体を底板部に押圧する押圧部材を備える構成とすることが好ましい。

押圧部材としては、一端が側壁部あるいは底板部に固定され、他端が組合体の上面を押さえつける板バネなどを挙げることができる。その他、両端部が側壁部あるいは底板部に固定され、中間部が組合体の上面を押さえつける陸橋状（逆Ｕ状）の固定金具（後述する実施形態２を参照）などを挙げることができる。組合体を底板部に固定するために、押圧部材と接着剤とを併用しても良い。

本発明リアクトルの一形態として、ケースを構成する側壁部は樹脂材料からなり、底板部は金属材料からなることが好ましい。

リアクトルを軽量化するという観点からすれば、ケースは樹脂材料などの軽量な材質からなることが好ましい。しかし、ケースにはリアクトルのコイル部材で発生した熱を外部に逃がすという役割もあるため、金属材料からなることが好ましい。これに対して、上記構成のように、側壁部を樹脂材料から構成し、底板部を金属材料から構成することで、放熱性と軽量化を両立することができる。

上記本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータとして、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを備え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである形態が挙げられる。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置として、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを備え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである形態が挙げられる。

生産性に優れる本発明リアクトルを備える本発明コンバータ、及び本発明電力変換装置も、その生産性に優れる。

本発明リアクトルの構成によれば、生産性良く製造することができるリアクトルとすることができる。また、本発明リアクトルの製造方法によれば、簡単かつ短時間で作製できる本発明リアクトルを作製することができる。

実施形態１に記載されるリアクトルの概略を示す分解斜視図である。 実施形態１に記載されるリアクトルの概略縦断面図である。 図１に示すリアクトルの組合体の概略を示す分解斜視図である。 （Ａ）は実施形態２に記載されるリアクトルの概略縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のリアクトルに用いられる固定金具（押圧部材）の概略図である。 ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。 本発明コンバータを備える本発明電力変換装置の一例を示す概略回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１，２に示すリアクトル１は、コイル部材２と磁性コア３とを組み合わせてなる組合体１０と、組合体１０を収納するケース４と、を備える。ケース４は一面が開口した箱体であり、このケース４内に配置された組合体１０は、コイル部材２を形成する巻線２ｗの端部を除いて封止樹脂９（図２を参照）に埋設される。このリアクトル１の最も特徴とするところは、［１］ケース４を底板部４０と側壁部４１とに分割したこと、［２］組合体１０のコイル部材２とケース４の底板部４０との間に絶縁シート４２を介在させたこと、の２点である。以下、リアクトル１の各構成を詳細に説明し、次いで当該リアクトル１の製造方法を説明する。

≪組合体≫
［コイル部材］
組合体１０を構成するコイル部材２は、図１，３を適宜参照して説明する。コイル部材２は、一対のコイル２ａ，２ｂと、両コイル２ａ，２ｂを連結するコイル連結部２ｒとを備える。各コイル２ａ，２ｂは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で、中空の角筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、連結部２ｒは、コイル部材２の他端側（図１，３において紙面右側）において両コイル２ａ，２ｂを繋ぐＵ字状に屈曲された部分である。

本実施形態におけるコイル部材２は、銅やアルミニウムなどの平角導体の外周に絶縁被覆（代表的にポリイミドアミド）を備える１本の巻線２ｗからなっており、コイル２ａ，２ｂの部分は巻線２ｗを螺旋状にエッジワイズ巻きすることで角筒状に形成されている。もちろん、巻線２ｗの断面は平角状に限定されるわけではなく、円形状や、楕円形状、多角形状などであっても良いし、巻回形状も楕円筒状であっても良い。なお、各コイル２ａ，２ｂを別々の巻線により作製し、各コイル２ａ，２ｂを形成する巻線の端部を溶接などにより接合することでコイル部材を作製しても良い。

コイル部材２を形成する巻線２ｗの両端部は、コイル部材２の一端側（図１，３において紙面左側）においてターン形成部分から適宜引き延ばされてケース４の外部に引き出される。引き出された巻線２ｗの両端部では絶縁被覆が剥がされ、その絶縁被覆から露出した導体部分には、導電性の端子金具（図示せず）が接続される。この端子金具を介して、コイル部材２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。

［磁性コア］
磁性コア３の説明は、図３を参照して行う。磁性コア３は、各コイル２ａ，２ｂの内部に配置される一対の内側コア部３１，３２と、コイル部材２から露出されている一対の外側コア部３３，３４とを有する。各内側コア部３１，３２はそれぞれ直方体状であり、各外側コア部３３，３４は、例えばドーム状面を有する柱状体である。離隔して配置される内側コア部３１，３２の一端（紙面左側）同士は、一方の外側コア部３３を介して繋がり、コア部３１，３２の他端（紙面右側）同士は、他方の外側コア部３４を介して繋がっている。その結果、内側コア部３１，３２と外側コア部３３，３４とで環状の磁性コア３が形成される。

内側コア部３１（３２）は、略直方体状の磁性材料からなる分割コア（コア片）３１ｍと、分割コア３１ｍよりも低透磁率のギャップ板３１ｇとを交互に積層して構成された積層体であり、外側コア部３３，３４は、底面と上面とがドーム状面の柱状のコア片である。各コア片は、磁性粉末を用いた成形体や、絶縁被膜を有する磁性薄板（例えば、電磁鋼板）を複数積層した積層体が利用できる。なお、内側コア部３１，３２を構成する分割コア３１ｍと、外側コア部３３，３４とは、使用する磁性材料を異ならせることで、磁気特性を異ならせても良い。

コア片を構成する成形体は、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉといった鉄族金属、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｓｉ−ＡｌなどのＦｅ基合金、希土類金属やアモルファス磁性体といった軟磁性材料からなる粉末を用いた圧粉成形体、上記粉末をプレス成形後に焼結した焼結体、上記粉末と樹脂との混合体を射出成形や注型成型などした成形硬化体が挙げられる。その他、コア片として、金属酸化物の焼結体であるフェライトコアを使用することなどが挙げられる。成形体は特に、種々の立体形状の磁性コアを容易に形成することができるので、好ましい。

一方、ギャップ板３１ｇは、アルミナやガラスエポキシ樹脂、不飽和ポリエステルといった非磁性材料から構成しても良いし、これら非磁性材料中に軟磁性材料を分散させた構成としても良い。いずれにせよ、ギャップ板３１ｇは、コア片よりも低透磁率となるようにする。

コア片３１ｍ，３３，３４とギャップ板３１ｇとの接着には、絶縁性樹脂の接着剤を利用することが好ましい。硬化した絶縁性樹脂の接着剤は、コア片３１ｍ，３３，３４とギャップ板３１ｇとの間に接着層７として残存する。なお、図３では、内側コア部３１の分解図において、複数ある接着層７の一つをクロスハッチングにより例示しているが、実際は、コア片３１ｍ，３３，３４とギャップ板３１ｇとの間の全てに接着層７が形成されている。使用する絶縁性樹脂の接着剤には、後述するケース４の底板部４０と絶縁シート４２との接着、絶縁シート４２と組合体１０との接着に利用するものと同じものを利用できる。但し、当該接着剤は、常温硬化性のものが好ましい。

［ボビン］
本実施形態の組合体１０は、コイル部材２と磁性コア３との間の絶縁性を高めるためのボビン５を備えている。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの絶縁性材料が利用できる。ボビン５は、内側コア部３１（３２）の外周に配置される内側ボビン５１（５２）と、コイル部材２の端面（コイルのターンが環状に見える面）に当接される一対の枠状ボビン５３，５４とを備えた構成が挙げられる。

内側ボビン５１は、断面『］』状の絶縁材料から構成される一対のボビン片５１ａ，５１ｂからなる（内側ボビン５２も同様の構成）。ボビン片５１ａ（５１ｂ）は、内側コア部３１の上面全体（下面全体）と、左面及び右面の一部を覆う構成である。そのため、内側コア部３１に取り付けた両ボビン片５１ａ，５１ｂは互いに接触しないようになっている。このような構成とすることで、内側ボビン５１（５２）の材料を低減できるし、内側コア部３１（３２）と封止樹脂との接触面積を大きくできる。なお、内側ボビン５１は、内側コア部３１に取り付けたときに、内側コア部３１の外周面の全周に沿って配置される筒状体としても良い。

枠状ボビン５３，５４は、平板状で、各内側コア部３１，３２がそれぞれ挿通される一対の開口部を有しており、内側コア部３１，３２を導入し易いように、内側コア部３１，３２の側に突出する短い筒状部を備える。また、枠状ボビン５４には、コイル連結部２ｒが載置され、コイル連結部２ｒと外側コア部３２との間を絶縁するためのフランジ部５４ｆを備える。

なお、内側ボビン５１，５２の代わりに、内側コア部３１，３２の外周に絶縁性のシートを巻回してもかまわない。例えば、シリコーンシートなどは、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性も高いため、内側ボビン５１，５２と同様の機能を十分に発揮する。

≪ケース≫
ケース４の説明は、図１を参照して行う。上記組合体１０が収納されるケース４は、平板状の底板部４０と、底板部４０に立設する枠状の側壁部４１とを備え、底板部４０と側壁部４１とが別部材で構成されている。

［底板部及び側壁部］
（底板部）
底板部４０は、リアクトル１が冷却ベースなどの固定対象に設置されるときに固定対象に固定される矩形板の部材である。この底板部４０は、四隅のそれぞれから突出したフランジ部４００を有しており、各フランジ部４００にはそれぞれ、固定対象にケース４を固定するボルト（図示せず）が挿通されるボルト孔４００ｈが設けられている。ボルト孔４００ｈは、後述する側壁部４１のボルト孔４１１ｈに連続するように設けられている。ボルト孔４００ｈ，４１１ｈは、ネジ加工が成されていない貫通孔、ネジ加工がされたネジ孔のいずれも利用でき、個数なども適宜選択することができる。

（側壁部）
側壁部４１は、筒状の枠体であり、一方の開口部を底板部４０により塞いでケース４を組み立てたとき、上記組合体１０の周囲を囲むように配置され、他方の開口部が開放される。ここでは、側壁部４１は、リアクトル１を固定対象に設置したときに設置側となる領域が上記底板部４０の外形に沿った矩形状であり、開放された開口側の領域が組合体１０の外周面に沿った曲面形状である。

その他、側壁部４１には、端子金具を固定できる端子台（図示せず）を設けても良い。例えば、図１に示すケース４の上部開口部で、外側コア部３３の略台形状面を覆うように庇状部を設け、その庇状部の上面を端子台として利用すると良い。

（取り付け箇所）
側壁部４１の設置側の領域は、底板部４０と同様に、四隅のそれぞれから突出するフランジ部４１１を備える取り付け箇所が形成され、各フランジ部４１１には、ボルト孔４１１ｈが設けられている。ボルト孔４１１ｈは、側壁部４１の構成材料のみにより形成すれば良い。その他、フランジ部４１１の位置に金属筒をインサート成形し、当該金属筒をボルト孔４１１ｈとして利用しても良い。その場合、フランジ部４１１のクリープ変形を抑制できる。

ボルト以外の底板部４０と側壁部４１との連結方法として、適宜な接着剤を利用しても良い。接着剤を利用する場合、底板部４０と側壁部４１のいずれか一方に凸部を形成し、他方には当該凸部に嵌合する凹部を形成し、底板部４０に対する側壁部４１の位置を一義的に決められるようにしておくことが好ましい。この場合、側壁部４１にはボルト孔４１１ｈを形成せずに、固定対象に対するリアクトル１の固定は、底板部４０を固定対象にボルト締めすることで行なうと良い。そうすることで、後述するように底板部４０を金属材料で、側壁部４１を樹脂材料で形成する場合、ボルト締めによる樹脂材料のクリープ変形を抑制でき、固定対象に対するリアクトル１の固定状態がゆるむことを抑制できる。

（材質）
ケース４の構成材料は、例えば、金属材料とすることができる。金属材料は一般に、優れた熱伝導性を有するため、放熱性に優れたケース４を作製することができる。具体的な金属材料としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銅、銀や、それらの合金、あるいはステンレスなどを利用することができる。特に、アルミニウムやその合金であれば、軽量で耐食性に優れたケース４を作製することができる。金属材料によりケース４を形成する場合、ダイキャストといった鋳造の他、プレス加工などの塑性加工により形成することができる。

また、ケース４の構成材料として、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など非金属材料を利用することもできる。これらの樹脂材料は、電気絶縁性に優れるものが多いことから、組合体１０とケース４との間の絶縁性を高められる。これら樹脂材料にセラミックスからなるフィラー（後述する封止樹脂のフィラーを参照）を混合した形態とすると、放熱性を向上することができる。樹脂によりケース４を形成する場合、射出成形を好適に利用することができる。

ここで、ケース４を構成する底板部４０の構成材料と側壁部４１の構成材料は、適宜選択することができる。底板部４０と側壁部４１とを同種の構成材料で作製しても良いし、異種の構成材料で作製しても良い。特に、底板部４０をアルミニウムなどの金属材料、側壁部４１をＰＢＴ樹脂などの樹脂材料で構成することが好ましい。そうすることで、底板部４０を介して組合体１０の熱を速やかに冷却ベース（リアクトル１が取り付けられる固定対象）に放熱でき、かつ、側壁部４１により組合体１０を外部から効果的に絶縁することができる。

≪絶縁シート≫
図１，２に示すように、ケース４の底板部４０と、ケース４に収納される組合体１０のコイル部材２と、の間には絶縁シート４２が介在されている。絶縁シート４２は、図示するように、組合体１０の下面全体に対応する箇所に亘って形成されていることが好ましいが、コイル部材２に対応する箇所に亘って形成されているだけでも良い。この絶縁シート４２は、ケース４（底板部４０）とコイル部材２（コイル２ａ，２ｂ）との電気的な絶縁を確保するためのものであるので、絶縁シート４２には所定の耐電圧特性（リアクトル１においては２．５ｋＶ／５０μｍ以上）が求められる。また、絶縁シート４２は、コイル部材２（コイル２ａ，２ｂ）で発生した熱を効果的に底板部４０に伝達できるように、優れた熱伝導性を有することが好ましく、その熱伝導率は高いほど好ましい。例えば、熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好ましくは２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

上記絶縁シート４２の厚さは、底板部４０とコイル部材２との間に要求される絶縁特性を満たすように、適宜選択することができる。この絶縁シート４２の厚さは、絶縁シート４２の材質に何を用いるかによって変化するが、概ね３０μｍ以上とすれば十分である。絶縁シート４２はあまり厚くても意味がないので、絶縁シート４２の厚みの上限は１００μｍとすると良い。また、絶縁シート４２の厚さは、使用する材質の熱伝導率も考慮に入れて設定すると良い。例えば、絶縁シート４２の熱伝導率が高ければ（例えば、エポキシ樹脂の絶縁シート＝０．７Ｗ／ｍ・Ｋ）、絶縁シート４２は厚め（例えば、１００〜３００μｍ）として良いが、熱伝導率が低ければ（例えば、ポリイミド樹脂の絶縁シート＝０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ）、リアクトル１のコイル部材２と底板部４０との間で絶縁を確保できる範囲で、絶縁シート４２を薄くする（例えば、１０〜５０μｍ）。

絶縁シート４２の具体的な材質としては、例えば、アミドイミド樹脂や、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂を挙げることができる。５０μｍのアミドイミド樹脂の耐電圧特性は７ｋＶ、熱伝導率は約０．３４Ｗ／ｍ・Ｋ、５０μｍのポリイミド樹脂の耐電圧特性は７ｋＶ、熱伝導率は約０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ、５０μｍのポリエステル樹脂の耐電圧特性は７ｋＶ、熱伝導率は約０．３３Ｗ／ｍ・Ｋ、５０μｍのエポキシ樹脂の耐電圧特性は５ｋＶ、熱伝導率は約０．７Ｗ／ｍ・Ｋである。その他、セラミックスフィラー入りの絶縁シート４２などを利用することもできる。セラミックスとしては、例えば、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ほう素（ＢＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などを挙げられる。

絶縁シート４２と底板部４０は、絶縁性樹脂の接着剤により接着することができる。また、絶縁シート４２とコイル部材２も絶縁性樹脂の接着剤により接着することができる。接着剤が硬化することで、絶縁シート４２と底板部４０との間、及び絶縁シート４２とコイル部材２との間には接着剤層が形成される。本実施形態では、絶縁シート４２とコイル部材２との間に形成される接着剤層８のみを図示する（図１においては絶縁シート４２のクロスハッチング部分を参照）。接着剤層８は、図示するように絶縁シート４２の全面に及んでいることが好ましく、そうすることで、ケース４の底板部４０に対する組合体１０の固定を強固にできるし、組合体１０のコイル部材２で発生した熱を効果的に絶縁シート４２に伝達させることができる。

ここで、接着剤層８（図示しない絶縁シート４２と底板部４０との間の接着剤層も同じ）は、絶縁性を有することを前提としてはいるものの、部材同士を確りと接合させることを主目的にして設けられるものである。つまり、リアクトル１のコイル部材２と底板部４０との間の絶縁はあくまで絶縁シート４２により保証される。そのため、接着剤層８の厚さは特に限定されない。例えば、接合する２つの部材の少なくとも一方に厚さ３００〜８００μｍ程度の接着剤を塗布し、両部材を互いに近づく方向に圧縮して、厚さ２０〜１００μｍ程度の接着剤層８を両部材の間に形成すると良い。

接着剤層８を構成する絶縁性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂や、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。特に、アクリル樹脂は、常温硬化性であるため、樹脂の硬化を速やかに完了させることができる。絶縁性樹脂の接着剤は、予め絶縁シート４２に層状に一体化されていても良いし、後から絶縁シート４２に塗布しても良い。

以上の点を考慮して具体的な絶縁シート４２の構成として、厚さ２５μｍ程度のエポキシ樹脂の基材シートと、その一面側に設けられた厚さ３０μｍ程度のエポキシからなる接着剤の層と、からなる絶縁シート４２を用意し、接着剤の層を底板部４０側に貼り付ける。次いで、基材シートの他面側にエポキシからなる接着剤を厚さ５００μｍ程度となるように塗布して、その上にリアクトル１を載置する。そして、リアクトル１を上から押さえつけて、基材シートの他面側（コイル部材２側）の接着剤を１００μｍ程度にまで圧縮する。

≪封止樹脂≫
ケース４内には、絶縁性樹脂からなる封止樹脂９を充填する。その際、巻線２ｗの端部は、ケース４の外部に引き出して、封止樹脂９から露出させる。封止樹脂９としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。この封止樹脂９には、絶縁性及び熱伝導性に優れるフィラー、例えば、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、シリカ、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含有させ、封止樹脂９の放熱性を向上させておくことが好ましい。

ケース４内に封止樹脂９を充填する場合、未硬化の樹脂が底板部４０と側壁部４１との隙間から漏れることを防止するために、パッキン６を配置することが好ましい。本実施形態におけるパッキン６は、コイル部材２と磁性コア３との組合体１０の外周に係合可能な大きさを有する環状体であり、合成ゴムから構成されるものを利用しているが、適宜な材質のものが利用できる。

以上説明したリアクトル１は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電力変換装置に使用できる。このような用途のリアクトルの通電条件は、最大電流（直流）：１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧：１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数：５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である。

≪リアクトルの製造≫
上記構成を備えるリアクトル１は、以下のようにして製造することができる。

まず、コイル部材２と磁性コア３とを組み合わせることで組合体１０を形成する。具体的には、図３に示すように分割コア３１ｍとギャップ板３１ｇとを接着剤で接着することで内側コア部３１（３２）を形成する。接着剤には、常温硬化性のアクリル樹脂の接着剤を利用すると良い。

次に、作製した内側コア部３１（３２）の外周に内側ボビン５１（５２）を配置させた状態で、内側コア部３１（３２）を各コイル２ａ（２ｂ）に挿入する。そして、枠状ボビン５３を介して、内側コア部３１，３２の一端同士を繋ぐように外側コア部３３を配置すると共に、枠状ボビン５４を介して、内側コア部３１，３２の他端同士を繋ぐように外側コア部３４を配置して、組合体１０を形成する。内側コア部３１（３２）の端面は、枠状ボビン５３（５４）の開口部から露出されて外側コア部３３（３４）の内側の端面に接触する。内側コア部３１（３２）と外側コア部３３（３４）との接着にも、アクリル樹脂の接着剤を利用すると良い。

一方、図１に示すようにアルミニウム板を所定の形状に打ち抜いて底板部４０を形成する。そして、その底板部４０の上に、絶縁シート４２を貼り付ける。この実施形態で例示する絶縁シート４２は、その一面側にエポキシ樹脂が積層されており、熱プレスすることで絶縁シート４２を底板部４０上に貼り付けることができる。もちろん、底板部４０上に接着剤を塗布して底板部４０と絶縁シート４２とを接着しても良い。

次いで、絶縁シート４２上に接着剤を塗布した上で、絶縁シート４２上に組合体１０を載置し、当該接着剤を硬化させる。ここで、上述した底板部４０への絶縁シート４２の貼り付け作業時、及び絶縁シート４２上への組合体１０の取り付け作業時において、底板部４０に側壁部４１が取り付けられていないので、当該作業を容易に行うことができる。なお、接着剤にアクリル樹脂系のものを利用すれば、接着剤を常温硬化させることができ、好ましい。

次に、射出成形などにより所定の形状に構成した側壁部４１を、上記組合体１０の外周を囲むように組合体１０の上方から被せる。その際、底板部４０の外縁部に沿うようにパッキン６を配置しておく。そして、別途用意したボルト（図示せず）により、底板部４０と側壁部４１とを一体化する。この工程により、箱状のケース４が組み立てられると共に、ケース４内に組合体１０が収納された状態とすることができる。

最後に、ケース４内に封止樹脂９を充填して、封止樹脂９を硬化させることで、リアクトル１を完成させる。

≪効果≫
以上説明した構成を備えるリアクトル１は、生産性良く製造することができる。それは、主として次の（１）〜（３）の理由による。
（１）ケース４の底板部４０と組合体１０のコイル部材２との間に絶縁シート４２を介在させるだけでケース４とコイル部材２との絶縁を容易に確保することができるため。
（２）絶縁シート４２は、予め欠陥のないことを確認した上で使用することができるため、完成したリアクトル１に不具合が生じ難いため。
（３）ケース４は、後から組み合わされる底板部４０と側壁部４１とからなり、底板部４０に絶縁シート４２を貼り付ける際、その絶縁シート４２上に組合体１０を配置する際に、側壁部４１が存在しないため。

＜実施形態２＞
実施形態２では、図４を参照しつつ、ケース４内における組合体１０の固定を押圧部材（固定金具４３，４４）で行ったリアクトル１´を説明する。この固定金具４３，４４以外の構成は、実施形態１と同様である。

このリアクトル１´では、絶縁シート４２と組合体１０との間に接着層が形成されていない。その代りに、絶縁シート４２と組合体１０とを密着させるために、固定金具４３，４４が用いられている。固定金具４３，４４は陸橋状となっており、その両端部４３ａ，４３ａは底板部４０に固定され、その中間部４３ｂは外側コア部３３，３４の上面に当接している（特に、図４（Ｂ）参照）。そのため、固定金具４３，４４により、外側コア部３３，３４が底板部４０側に押圧され、固定される。なお、両端部４３ａ，４３ａの固定箇所は、側壁部４１であってもかまわない。

その他、固定金具４３，４４の代わりに板バネを用いて絶縁シート４２と組合体１０とを密着させても良い。その場合、図示しないが、板バネの一端を底板部４０または側壁部４１に固定し、他端を外側コア部３３，３４の上面に当接させると良い。その際、板バネを撓ませた状態としておくことで、外側コア部３３，３４が底板部４０に押圧された状態とすることができる。
３

＜実施形態３＞
実施形態１，２のリアクトルのリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用することができる。

例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図５に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを備える。なお、図５では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

コンバータ１１１０は、図６に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上記実施形態に記載のリアクトルを備える。生産性に優れるこれらのリアクトル１，１´を備えることで、電力変換装置１１００やコンバータ１１１０もやはり生産性に優れる。

なお、車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上記実施形態や変形例のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態のリアクトルなどを利用することもできる。

なお、本発明は、上記実施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して実施することができる。

本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車などの車載用コンバータといった電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。

１，１´ リアクトル
２ コイル部材 ２ａ，２ｂ コイル ２ｒ コイル連結部 ２ｗ 巻線
３ 磁性コア
３１，３２ 内側コア部 ３１ｍ 分割コア（コア片） ３１ｇ ギャップ板
３３，３４ 外側コア部（コア片）
４ ケース
４０ 底板部 ４００ フランジ部 ４００ｈ ボルト孔
４１ 側壁部 ４１１ フランジ部 ４１１ｈ ボルト孔
４２ 絶縁シート
４３，４４ 固定金具（押圧部材） ４３ａ 両端部 ４３ｂ 中間部
５ ボビン
５１，５２ 内側ボビン ５１ａ，５１ｂ ボビン片
５３，５４ 枠状ボビン ５４ｆ フランジ部
６ パッキン
７ 接着層 ８ 接着剤層
９ 封止樹脂
１０ 組合体
１１００ 電力変換装置
１１１０ コンバータ １１１１ スイッチング素子 １１１２ 駆動回路
Ｌ リアクトル
１１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両
１２１０ メインバッテリ
１２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ
１２４０ 補機類
１２５０ 車輪

Claims (6)

1. 並列した状態で連結される一対のコイルを有するコイル部材と、両コイルの内部を貫通する環状の磁性コアと、の組合体をケースの内部に収納してなるリアクトルを作製するリアクトルの製造方法であって、
   前記組合体を用意する工程Ａと、
   組み合わせることで前記ケースとなる側壁部と、金属材料で構成される底板部と、を用意する工程Ｂと、
   前記底板部と前記コイル部材との間に絶縁シートを介在させた状態で、当該底板部上に前記組合体を載置する工程Ｃと、
   前記底板部に載置した組合体の外周を取り囲むように、前記側壁部と底板部とを係合させる工程Ｄと、
   前記ケース内に封止樹脂を充填し、前記封止樹脂を硬化させる工程Ｅと、
   を備えるリアクトルの製造方法。
2. 前記絶縁シートは、アミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、あるいはポリエステル樹脂である請求項１に記載のリアクトルの製造方法。
3. 前記底板部と前記絶縁シートとの間、及び前記絶縁シートと前記コイル部材との間、の少なくとも一方に接着剤層を設ける請求項１または請求項２に記載のリアクトルの製造方法。
4. 前記接着剤層は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、あるいはエポキシ樹脂である請求項３に記載のリアクトルの製造方法。
5. 前記組合体を前記底板部に押圧する押圧部材を設ける請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリアクトルの製造方法。
6. 前記側壁部は樹脂材料からなる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のリアクトルの製造方法。

Images