JP6106646B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などの車両に使用されるリアクトルに関する。

リアクトルは、コアの周囲にコイルを装着することで構成されている。コアは、コイルとの絶縁などの目的から、その全部あるいは一部をモールド成型により樹脂内部に埋設したり、筒状の樹脂成型品内に挿入している。このようなコアとその周囲に装着されたコイルを備えたリアクトル本体を、例えば、防塵、保護、放熱などの理由からアルミニウムなどの金属製のケース内に収納したリアクトルも従来から知られている。

この種のリアクトルにおいて、リアクトル本体をケースに固定するものとして、種々の構成が提案されている。その一つに、コアを埋設あるいは挿入した樹脂成型品の内部に、金属製の支持金具の基部をモールド成型により埋設し、樹脂成型品から露出した支持金具先端をケースにボルトなどのねじ止めするものが知られている。

この場合、例えば、特許文献１や特許文献２に示す従来技術では、リアクトル本体の対角に支持金具を４箇所突出させ、ケースに固定していた。このように支持金具をリアクトルの対角に設けた場合、一般的なリアクトル本体は、コア全体がその四隅が面取りされた角丸四角形状であることから、四角形のケースを使用した場合に、デッドスペースの有効利用となる利点があった。

特開２０１３−１９７５６７号公報 特開２０１３−２２９４０６号公報

最近のリアクトルとして、複数の分割コアを組み合わせて環状のコアを構成したものが広く使用されている。これらのコアは、コイルを装着する複数の脚部コアと、これら脚部コアの両端を接続するヨーク部（継鉄部とも呼ばれる）とを、別々の分割コアにより構成し、これらの分割コアを環状に形成したものである。

このような複数の分割コアから成る環状コアを有するリアクトル本体をケースに固定する場合、従来技術のようにリアクトル本体の対角でケースに固定すると、両端のヨーク部はケースと固定されるが、脚部コアはケースに対しては直接固定されることがない。すなわち、脚部コアは、樹脂成型品やヨーク部の分割コアに対して接着剤などにより固定されているだけである。その結果、脚部コアとケース、あるいは対向する脚部コア間の正確な位置決めが不可能になる。

特に、リアクトル本体とケースとはその線膨張差を吸収できるように、弾性変形可能な固定部材を介して固定されることが多いが、ケースと脚部コアとが固定されていない従来技術では、脚部コア間の位置ずれが発生しやすい。例えば、一対の脚部コアとして、Ｔ字形コアを使用して、両者の中央の突起部同士を所定のギャップを介して突き合わせことで全体としてθ状の環状コアを形成する技術が本発明者から提案されている。

このような２つのＴ字形コアを突き合わせた環状コアでは、Ｔ字形コアの突起部間のギャップ寸法がリアクトルの性能を大きく左右することから、２つのＴ字形コアの正確な位置決めが要求される。しかし、リアクトル本体の対角をケースに固定した従来技術では、脚部コア間の位置ずれが発生しやすく、２つのＴ字形コア間のギャップを正確に形成することは困難であった。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、対向する脚部コア間の正確な位置決めを行うことが可能で、リアクトル本体とケースとの線膨張差を吸収することができるリアクトルを提供することである。

（１）本発明のリアクトルは、次のような構成を有することを特徴とする。
(a) 複数の脚部コアと、その両端部を接続するヨーク部コアから成る環状コアと、前記環状コアの周囲に装着されたコイルとを有するリアクトル本体。
(b) 前記リアクトル本体を収容する収容部材。
(c) 前記脚部コアの少なくとも一部と一体化された樹脂成型品。
(d) 前記樹脂成型品と前記収容部材を、定位置で固定する固定部。
(e)前記複数の脚部コア間にギャップが設けられ、このギャップ寸法が前記樹脂成型品を前記収容部材に固定することにより規制されている。
(f)前記環状コアは中脚を有するものであって、前記脚部コアはＴ字形コアを備え、前記Ｔ字形コアの中央突起部によって前記中脚が構成され、前記中脚に形成されたギャップ寸法は、Ｔ字形コアと一体化された前記樹脂成型品が前記収容部材に定位置で固定されることにより規制される。

（２）前記複数の脚部コアの少なくとも一部が、前記樹脂成型品内部にモールド成型により埋設されていると良い。

（３）前記固定部は、前記樹脂成型品に固定部材の挿入孔が形成され、この挿入孔内に挿入された前記固定部材により、前記リアクトル本体と前記収容部材とが固定されていると良い。

（４）前記リアクトル本体には、リアクトル本体と前記収容部材との線膨張差及び／または平面度差を吸収する支持金具が設けられ、この支持金具によって前記ヨーク部コアと前記収容部材とが可動的に固定されていると良い。

本発明によれば、複数の脚部コアがケースに固定されるので、脚部コア間の配置精度を向上することができる。その結果、例えば、脚部コア間に形成されたギャップ寸法を正確に維持することができ、リアクトルの性能向上に寄与できる。

第１実施形態の斜視図。 第１実施形態のリアクトル本体、充填材及びケースの分解斜視図。 第１実施形態の分解斜視図である。 第１実施形態における環状コアの斜視図。 第１実施形態における各コアとその樹脂成型品の組み合わせを示す分解斜視図。 第１実施形態におけるＵ字形コアとその樹脂成型品の分解斜視図。 第１実施形態におけるＴ字形コアとその樹脂成型品の分解斜視図。 第１実施形態における第１の固定部を示す斜視図。 第１実施形態における支持金具の上方と下方の斜視図。 第１実施形態における第２の固定部の斜視図。 第１実施形態におけるリアクトル本体１の下部を示す斜視図。 第１実施形態における第１と第２の固定部の位置を示す平面図。 第１実施形態の連結コイルを示す斜視図。 第１実施形態の環状コアにおけるギャップ長比Ｂ／Ａと断面積比Ｄ／Ｃを示す平面図。 第１実施形態における漏れ磁束の測定ポイントを示す平面図。 ギャップ長比Ｂ／Ａと漏れ磁束の関係を示すグラフ。 断面積比Ｄ／Ｃと漏れ磁束の関係を示すグラフ。 ギャップ長比Ｂ／Ａとリップル電流及び銅損との関係を示すグラフ。 断面積比Ｄ／Ｃとリップル電流及び銅損との関係を示すグラフ。 環状コアに対するコイルの装着状態を示す平面図。 連結コイルを使用した磁気結合型リアクトルの銅損の特性を示すグラフ。 環状コアにおいてコイルの配置と漏れ磁束との関係を示す平面図。 第１実施形態におけるギャップの有無と片側リップル電流の関係を示すグラフ。 本発明の他の実施形態を示す平面図。 本発明の他の実施形態を示す平面図。

［１．第１実施形態］
［１．１ 構成］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のリアクトルは、上面が開口したアルミニウムなどの金属製のケース２と、その内部に収容されたリアクトル本体１と、ケース２とリアクトル本体１との間に注入固化された充填材３とを有する。

（１）リアクトル本体
リアクトル本体１は、図３に示す通り、２つのＵ字形コア４ａ，４ｂと２つのＴ字形コア５ａ，５ｂを組み合わせて成るθ状の環状コアと、環状コアの脚部に巻回された２つの連結コイル６ａ，６ｂとを備える。リアクトル本体１は、２つの長辺と２つの短辺とを有する角丸長方形（角が丸くなっている長方形）をしており、ケース２もそれに合わせて上面が開口した直方体をしている。

（２）コア
図４に示すとおり、環状コアは、Ｕ字形コア４ａ，４ｂの両端部とＴ字形コア５ａ，５ｂの左右の端部を突き合わせ、その間にスペーサ８を配置して接着すると共に、対向するＴ字形コア５ａ，５ｂの中央突起部７ａ，７ｂ間に所定のギャップ１０が形成されるように組み合わせる。これにより、環状コアには、対向する一対のヨーク部と、ヨーク部と平行に設けられた中央の中脚と、中脚の両側にそれぞれ設けられた一対のコイル６ａ，６ｂ装着用の脚部（以下、外脚という）が形成されている。本実施形態のＵ字形コア４ａ，４ｂ及びＴ字形コア５ａ，５ｂとしてはダストコアを使用するが、その他フェライトコアやケイ素鋼を積層した積層コアを単独あるいは組み合わせて用いることができる。また、スペーサ８を用いることなく、Ｕ字形コア４ａ，４ｂの両端部とＴ字形コア５ａ，５ｂの左右の端部を直接突き合わせても良い。ギャップ１０も、エアギャップでも、スペーサを設けたギャップでも良い。

図１４（ａ）に示すように、環状コアにおいては、対向する外脚間の距離Ａとギャップの長さＢとの比であるギャップ長比Ｂ／Ａが、０．１以上０．９以下の範囲に設定されている。図１４（ｂ）に示すように、外脚の断面積Ｃと中脚の断面積Ｄとの比である断面積比Ｄ／Ｃが、０．１以上１．０以下の範囲に設定されている。

（３）コイル
図１及び図２に示すように、２つの連結コイル６ａ，６ｂは、Ｕ字形コア４ａ，４ｂの外脚を構成する部分に、中脚を挟んでその両側にそれぞれ装着されている。各連結コイル６ａ，６ｂは、図１３に示すように、１本の導体を使用して２つのコイル６ａ−１，６ａ−２または６ｂ−１，６ｂ−２を形成したもので、環状コアに装着した状態では、１本の導体が一方の外脚の外周に巻回されて第１のコイル６ａ−１，６ｂ−１を形成し、同じ導体が反対側の外脚に巻回されて第２のコイル６ａ−２，６ｂ−２を形成している。そのため、図１及び図２に示すように、１つのコイル６ａ，６ｂの巻き始めの端部１１と巻き終わりの端部１２が、中脚の両側に一つずつ設けられている。コイル６ａ，６ｂの巻き始めの端部１１と巻き終わりの端部１２には、それぞれバスバーが溶接され、そのバスバーの端部にリアクトルの外部配線が接続される。図１３に示すように、２つのコイル６ａ−１，６ａ−２または６ｂ−１，６ｂ−２の連結部６３は、コイルの巻軸方向と垂直な面において、平角線が同一平面上で連結されている。

コイル６ａ，６ｂとしては、各種の導体を巻回したものを使用することができるが、本実施形態では、平角線の導体をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルを使用する。各コイル６ａ，６ｂの巻き始めと巻き終わりの端部１１，１２は、コイル６ａのように中脚側に設けても良いし、コイル６ｂのようにヨーク部側に設けても良いものであって、２つのコイル６ａ，６ｂの両方を中脚側かヨーク部側のいずれかに設けても良い。

２つのコイル６ａ，６ｂは、そのコイル６ａ，６ｂから発生する直流磁束が互いに打ち消される方向で巻回されている。２つのコイル６ａ，６ｂから発生する直流磁束が互いに打ち消される方向で巻回するため、本実施形態では、コイルに通電する電流の方向を同一とし、コイルの巻回方向を逆にしたが、コイルの巻回方向は同一として、通電する電流の方向を反対にしても良い。各コイル６ａ，６ｂは、樹脂成型品に埋設されたＵ字形コア４ａ，４ｂとＴ字形コア５ａ，５ｂをθ状に接着する際に、予め筒状に巻回したコイル６ａ，６ｂを外脚に嵌め込むことにより、コアに巻回されている。

２つのコイル６ａ，６ｂから発生する直流磁束が互いに打ち消される方向で巻回され、２つのコイル６ａ，６ｂは、リアクトル本体１の外周における磁束密度が、リアクトル本体１の長辺方向において、リアクトル本体１を挟んで位置する２つの空間において低くなるように、環状コアに装着されている。すなわち、環状コアには中脚が形成されていることから、リアクトルの通電時には、環状コアの短辺であるヨーク部の周辺において磁束密度が低くなっている。

（４）樹脂成型品
Ｕ字形コア４ａ，４ｂとＴ字形コア５ａ，５ｂは、それぞれ専用の樹脂成型品内部に埋設されている。各コアは、それぞれの樹脂成型品の金型内にセットされた状態で、金型中に樹脂を注入・固化することにより、樹脂成型品と一体的に形成されている。樹脂成型品は、各コアとコイル６ａ，６ｂを絶縁する部材であると共に、リアクトル本体１をケース２に固定するための支持部材を固定した部材でもある。樹脂成型品の主材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）等を用いることができる。

図６に示すとおり、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂは、Ｕ字形コア４ａ，４ｂの左右の脚部を覆うコイル装着部１５と、Ｕ字形コア４ａ，４ｂのヨーク部を覆うヨーク被覆部１６とを備える。コイル装着部１５におけるＵ字形コア４ａ，４ｂとＴ字形コア５ａ，５ｂとの接合面に相当する部分にはＵ字形コア４ａ，４ｂの端面が露出する開口部が設けられ、この開口部の周囲にはＴ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂの端部を挿入するためのリブ１７が設けられている。

ヨーク被覆部１６の上部におけるリアクトル本体１の幅方向中央部には、リアクトル本体１をケース２に固定するための板状の支持金具１８の基部が固定されている。板状の支持金具１８の基部は、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂの成型加工時に、Ｕ字形コア４ａ，４ｂと共に金型内にセットされ、モールド成型される。

図７に示すとおり、Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂは、Ｔ字形コア５ａ，５ｂの脚部を覆うコイル装着部１９と、Ｔ字形コア５ａ，５ｂの中央突起部７ａ，７ｂを覆う中脚被覆部２０とを備える。コイル装着部１９におけるＵ字形コア４ａ，４ｂ側の端面は、内部のＴ字形コア５ａ，５ｂの端面が露出する開口部になっている。この開口部の周囲には、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂに設けたリブ１７が嵌合する凹部２１が形成されている。

Ｔ字形コア５ａ，５ｂの中央突起部７ａ，７ｂの端面は、ギャップ１０を介してＴ字形コア５ａ，５ｂの中央突起部７ａ，７ｂの端面と対向するため、中脚被覆部２０のこの部分はＴ字形コア５ａ，５ｂの端面全体を被覆している。ギャップの代わりにスペーサを用いてギャップを形成したり、全くギャップを形成しない場合には、中脚被覆部２０に開口部を設けて中央突起部７ａ，７ｂの端面を露出させても良い。

Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂの中脚被覆部２０の反対側には、リアクトル本体１をケース２に固定する際に、固定部材であるボルト２３を挿入する筒状のカラー２２が埋設されている。この筒状のカラー２２は、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂの成型加工時に、Ｕ字形コア４ａ，４ｂと共に金型内にセットされ、モールド成型される。

図６及び図７に示すとおり、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂとＴ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂは、各コアの突き合わせ部分を除き各コアの周囲を被覆するものであるが、各コアや支持金具１８を金型内に位置決めするための治具を使用する必要があることから、治具に相当する部分には樹脂が存在しない開口部が形成され、その部分に各コアの表面が露出している。

図１１に示すとおり、Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂの底部には、位置決め用の突起３０ａ，３０ｂが設けられている。この突起３０ａ，３０ｂは、樹脂成型品１４ａ，１４ｂにおけるコイル装着部１９を避けた部分に設けられ、コイル６ａ，６ｂをコアに装着した状態でも、リアクトル本体１の底部に突出している。この突起３０ａ，３０ｂは、リアクトル本体１をケース２内に収容する場合、ケース２の底部に設けられた凹部（図示せず）に嵌め込まれ、リアクトル本体１とケース２との位置決めを行う。

（５）支持金具
図１に示すとおり、リアクトル本体１は、各樹脂成型品に一体化された支持金具１８と、ボルト２３などの固定部材によってケース２に固定されている。第１の固定部Ａは、リアクトル本体１の対向する２辺、本実施形態では、リアクトル本体１の短辺（ヨーク部）にそれぞれ設けられて、リアクトル本体１とケース２とに線膨張差による一定の力が加わった場合に、両者の相対位置が変化できるように可動的に固定している。第２の固定部Ｂは、２つの第１の固定部Ａの間、本実施形態では、リアクトル本体１の対向する各長辺（外脚）の中央部近傍に設けられて、リアクトル本体１とケース２とをその相対位置が変化しないように定位置で固定している。

第２の固定部Ｂの位置は、あまり片側によると一方の第１の固定部Ａのみが線膨張差を吸収することになるので、中央でなくても良いが、ある程度は中央に近い部分に設けることが望ましい。具体的には、第２の固定部の位置は、複数の第１の固定部が分担する線膨張差の負担割合に応じて決定される所定の位置に設ける。例えば、２つの第１の固定部がそれぞれ吸収することのできる線膨張差のバランス、例えば７：３とか６：４などによって決まる位置とする。

図８は、第１の固定部Ａにおいて、可動側の支持金具１８と固定部材であるボルト２３により、リアクトル本体１をケース２に固定する状態を示す。図１２に示すように、可動側の支持金具１８は、リアクトル本体１の短辺の中央に設けられ、リアクトル本体１の幅方向に延びる基部と、その基部からケース２側に突出した２つのアーム２４ａ，２４ｂを備えている。基部は樹脂成型品に固定されており、その先端部が樹脂成型品からケース２側に向かって外方に突出している。すなわち、本実施形態において、支持金具１８の基部は、リアクトル本体１からの支持金具１８の突出方向（リアクトル本体の外方）に対して、直交方向に伸びている。

図８及び図９に示すように、２つのアーム２４ａ，２４ｂには、リアクトル本体１の長手方向に外方に向かって突出した第１の湾曲部１８１と、リアクトル本体１の長手方向に内方に向かって凹んだ第２の湾曲部１８２とを連続して形成した略Ｓ字形の弾性部が設けられている。２つのアーム２４ａ，２４ｂの先端は連結部２５により接続され、その連結部２５に可動側の支持金具１８とケース２との固定部材の挿入孔２７が設けられている。可動側の支持金具１８の基部と連結部２５は、リアクトル本体１の水平断面に対して平行な板状部材であり、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂ内に固定した可動側の支持金具１８の基部に対して、連結部２５はリアクトル本体１の上下方向を基準として下方に位置している。これにより、可動側の支持金具１８のＳ字状の弾性部は、ケース２の上縁に設けられたねじ穴２６の位置に合わせて、縦型に配置される。ケース２とリアクトル本体１との位置関係によっては、連結部２５をリアクトル本体１の上下方向を基準として上方に位置させることも可能である。

図７及び図１０に示すように、第２の固定部Ｂは、Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂに設けられた挿入孔と、この挿入孔内に埋設された筒状のカラー２２と、この筒状のカラー２２の内部に挿入されるボルト２３を有する。このボルト２３をケース２の上縁に設けられたねじ穴２６に締結することにより、リアクトル本体１がケース２と相対的に移動することなく固定される。

図１２に示すとおり、第２の固定部Ｂは、リアクトル本体１の長辺の中央部に設けられ、第１の固定部Ａはリアクトル本体１の短辺の中央に設けられている。そのため、リアクトル本体１をケース２に定位置で固定する第２の固定部Ｂから、その両側に設けられて、リアクトル本体１をケース２に可動的に固定する第１の固定部Ａまでの距離が等しい。その結果、本実施形態では、第２の固定部Ｂを中心として、両側の第１の固定部Ａに対してリアクトル本体１とケース２の線膨張差が等しく現れる。

（６）収容部材
リアクトル本体１の収容部材であるケース２は、図１及び図２に示す通り、上面に開口を有する箱型に形成されており、リアクトル本体１の大きさに合わせた寸法の収容空間を有する。ケース２の上部には、リアクトル本体１をケース２に固定するためのボルト２３を締結するためのねじ穴２６が設けられている。ケース２は熱伝導性の高い金属で形成され、リアクトル本体１を収容するとともにリアクトル本体１から発生する熱の放熱部材としての機能を有する。熱伝導性の高い金属としては、アルミニウムやマグネシウムを用いることができる。また、必ずしも金属である必要はなく、熱伝導性に優れた樹脂や、樹脂の一部に金属製の放熱板を埋設したものを使用することも可能である。

（７）充填材
リアクトル本体１とケース２との隙間には、充填材３が充填、固化されている。充填材３としては、固化しても多少の弾力性を有する樹脂を使用することが望ましい。例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の放熱用の材料を混入したエポキシ系、ポリアクリレート系、シリコーン系の樹脂製ポッティング剤をその硬化度を調整することで使用できる。

［１．２ 製造方法］
前記のような構成を有する本実施形態のリアクトルは次のようにして製造する。
まず、樹脂成型品の金型内にＵ字形コア４ａ，４ｂまたはＴ字形コア５ａ，５ｂと、その支持金具１８やカラー２２をセットし、その後、金型内に樹脂を注入し、固化することで、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂとＴ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂを作製する。

次いで、図５に示すように、それぞれ樹脂成型品内部にコアと支持金具１８やカラー２２が固定された２つのＵ字形コア４ａ，４ｂとＴ字形コア５ａ，５ｂを、その外脚をコイル６ａ，６ｂの内側に挿入しながら、全体をθ状に接合することより、リアクトル本体１を作製する。その場合、樹脂成型品から露出している各コアの端面の間にスペーサ８を配設してこれらを接着剤により固定すると共に、Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂの端部に設けた凹部２１の外周に、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂの端部に設けたリブ１７を嵌め込む。これにより、各樹脂成型品及びコアの正確な位置決めが可能になる。

このようにして作製されたリアクトル本体１を、Ｔ字形コア用の樹脂成型品１４ａ，１４ｂに設けたカラー２２内にボルト２３を挿入し、ケース２のねじ穴２６に締結することで、リアクトル本体１の中央部分をケース２に対して移動することがないように固定する。また、Ｕ字形コア用の樹脂成型品１３ａ，１３ｂに設けた弾性部を有する可動側の支持金具１８に設けた挿入孔２７にボルト２３を挿入し、そのボルト２３をケース２のねじ穴２６に締結することで、リアクトル本体１の両端部をケース２に対して可動的に固定する。この場合、可動的とは通常のリアクトルの使用時においては、リアクトル本体１とケース２は移動することなく固定されているが、通電時の発熱などによりリアクトル本体１とケース２との間に線膨張差が生じた場合には、ケース２に対してリアクトル本体１が移動して、線膨張差を吸収できる程度の強さで固定されていることを言う。

また、リアクトル本体１とケース２を固定する場合に、両者間に製造上の公差などにより、リアクトル本体１中央部と両端部とで平面度差があっても、第１の固定部Ａの支持金具１８に設けたＳ字状の弾性部が、リアクトル本体１の長手方向と上下方向の２つの方向に変形することで、平面度差を吸収することができる。

このようにしてリアクトル本体１とケース２とを固定した後は、両者の隙間に充填材３を注入し、固化させる。これにより、リアクトル本体１をケース２に対してより強固に固定することが可能になると共に、両者の隙間に塵埃が入り込むことを防止することができると共に、リアクトル本体１の絶縁性も確保できる。更に、充填材３として熱伝導性の高いフィラーを混合したものを使用した場合には、リアクトル本体１の発熱をケース２に対して効率良く放熱することができる。

［１．３ 効果］
上記のような構成を有する本実施形態のリアクトルの効果は、以下のとおりである。

（１）Ｔ字形コアに一体化された樹脂成型品とケースとを、定位置で固定したため、ケースとリアクトル本体との線膨張差などがあっても、Ｔ字形コア間の相対的な位置関係は変化することがなく、２つのＴ字形コアの中央突起部の間に形成されたギャップ寸法を精度良く維持でき、リアクトルの漏れ磁束を効果的に低減させることができる。その結果、環状コアにおける磁束の流れを円滑にしてリアクトルの性能向上に寄与できると共に、磁気吸引力に起因する騒音や振動を抑制することが可能になる。

（２）複数のＴ字形コアが、樹脂成型品内部にモールド成型により埋設されているため、Ｔ字形コアと樹脂成型品の位置決めを精度良く行うことができる。

（３）脚部コアを構成する２つのＴ字形コアについては、Ｔ字形コアとケースとをその相対位置が変化することがないように定位置で固定し、リアクトル本体の長手方向端部に設けた支持金具ではリアクトル本体の長手方向の線膨張差及び平面度差を吸収できるように可動的に固定したので、リアクトル本体とケース間の線膨張差及び／または平面度差を効果的に吸収できる。

［１．３ 作用効果 その２］
（１）ギャップ長比Ｂ／Ａと断面積比Ｄ／Ｃ
本実施形態の磁気結合型リアクトルを昇圧用コンバータとして使用した場合において、下記の条件でギャップ長比Ｂ／Ａと漏れ磁束との関係を測定した。漏れ磁束の測定点は、図１５に示す通り、リアクトルの外周面から１０mm離れた８箇所のポイントについて、代表値である(1)〜(3)の漏れ磁束と、(1)〜(8)の全周囲の漏れ磁束の合計値を測定した。
なお、本発明は、中脚にギャップ１０を設けることを前提としているが、比較のために、ギャップ長比Ｂ／Ａ＝０．０（中脚にギャップを設けない）の場合の漏れ磁束も測定した。
巻数：４０ターン（連結コイル１個当たりの巻回数、各外脚に２０ターンずつ）
電流：平均電流９５Ａ（各コイルに対して）
電圧：ＤＣ２５０Ｖ（入力）⇔ＤＣ６３０Ｖ（昇圧後の出力）
周波数：８ｋＨｚ
Ｕ字形コアの断面積：１１．１４ｃｍ^２
対向する外脚の間隔：２５．９ｍｍ
対向するヨーク部の間隔：９６．６４ｍｍ
巻線の肉厚：１．３ｍｍ 幅：８．０ｍｍ
コアの材質：合金系ダストコア

その結果、図１６のグラフに示すように、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．０〜０．９の範囲が漏れ磁束が低減され、０．０〜０．６５の範囲がより低減され、０．０〜０．３５の範囲で更に低減されていることが確認できた。同様な条件で、断面積比Ｄ／Ｃと漏れ磁束との関係を確認したところ、図１７に示すように、断面積比Ｄ／Ｃが０．１以上の場合に、漏れ磁束が低減されていることが確認できた。特に、断面積比Ｄ／Ｃが、０．７以上がより良く、１．０以上が更に良いことが確認できた。

この図１６と図１７の結果から、本実施形態においては、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．０〜０．９の範囲で、且つ断面積比Ｄ／Ｃが０．１以上の場合に漏れ磁束が低減され、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．０〜０．３５の範囲で、断面積比Ｄ／Ｃが１．０以上の範囲で最も低減されることが判明した。特に、本実施形態のリアクトルは対称形に構成されているので、各場所の漏れ磁束は、(1)と(5)は同等、(2)と(4)(6)(8)は同等で、(1)と(5)及び(2)(4) (6)(8)のポイントが漏れ磁束が少ないことが確認された。

同様にして、ギャップ長比Ｂ／Ａ及び断面積比Ｄ／Ｃと、リップル電流及び銅損の関係について検証した。図１８に示すように、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．１〜０．９の範囲で、リップル電流及び銅損が低減していることが確認できた。特に、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．１〜０．６５がより良く、０．１〜０．３５が更に良いことが確認できた。また、図１９に示すように、断面積比Ｄ／Ｃが０．１〜１．０の範囲で、リップル電流及び銅損が低減していることが確認できた。特に、０．１〜０．７５がより良く、０．４〜０．７５が更に良いことが確認できた。図１８及び図１９において、片側リップルは一方のコイルに流れるリップル電流を、合成リップルとは両方のコイルに流れるリップル電流の合成値を言う。この図１８と図１９の結果から、本実施形態においては、ギャップ長比Ｂ／Ａが０．１〜０．９の範囲で、且つ断面積比Ｄ／Ｃが０．１〜１．０の場合に、リップル電流と銅損が最も少なくなることが判明した。

以上の図１６〜図１９の結果から、本実施形態において、漏れ磁束、リップル電流及び銅損のいずれもが低減するギャップ長比Ｂ／Ａは０．１〜０．９の範囲であり、漏れ磁束、リップル電流及び銅損のいずれもが低減する断面積比Ｄ／Ｃは０．１〜１．０であることが判明した。その結果、ギャップ長比Ｂ／Ａと断面積比Ｄ／Ｃとの両方を、前記範囲内とすれば、漏れ磁束、リップル電流及び銅損のいずれをも効果的に低減することのできる磁気結合型リアクトルを得られることが確認できた。

（２）コイル
本実施形態では、環状コアの外脚に装着するコイルとして連結コイル６ａ，６ｂを使用している。この連結コイル６ａ，６ｂが銅損の低減に与える影響について、図２０（ａ）〜（ｃ）の各リアクトルについて検証した。
図２０（ａ）は、２つのＵ字形コア４ａ，４ｂから成る環状コアの脚部にコイル６−１，６−２を装着したリアクトル。
図２０（ｂ）は、２つのＵ字形コア４ａ，４ｂから成る環状コアの脚部に２つの連結コイル６ａ，６ｂを装着することにより、環状コアの脚部に４つのコイル６ａ−１〜６ｂ−２を装着したリアクトル。
図２０（ｃ）は、本実施形態のリアクトルであって、２つのＵ字形コア４ａ，４ｂに２つのＴ字形コア５ａ，５ｂを組み合わせることで、中脚を有するθ形の環状コアを形成し、その外脚に連結コイル６ａ，６ｂを装着することで、中脚を有する環状コアの脚部に４つのコイル６ａ−１〜６ｂ−２を装着したものである。

これら３つのリアクトルについて、前記（１）と同条件で、測定ポイント(1)における外部への漏れ磁束を計測したところ、図２０（ａ）のリアクトルは４０ｍＴ、（ｂ）のリアクトルは１８ｍＴ、（ｃ）のリアクトルは１５ｍＴと、連結コイルの使用が外部への漏れ磁束の低減に効果があることが確認された。また、図２１に示すように、図２０（ａ）〜（ｃ）のリアクトルについて、コイル１ターン毎の損失を測定したところ、（ｃ）の連結コイル６ａ，６ｂと中脚の組み合わせが、ターン数の大小にかかわらず、銅損を低く抑えることができることを確認した。このように、中脚を有するθ形の環状コアを有する磁気結合型リアクトルにおいて、連結コイル６ａ，６ｂは漏れ磁束と銅損の低減に効果がある。なお、図２１において、コイルのターン数が２０となっているのは、連結コイル６ａ，６ｂの片側のコイル６ａ−１，６ｂ−１のデータのみを示したものである。

（３）ギャップの有無
本実施形態では、中脚にギャップ１０を設けている。このギャップの存在が、リアクトルの特性に与える影響について説明する。図２３は、前記図２０（ｃ）に示す磁気結合型リアクトルにおいて、各コアの形状やコイルの巻き数などは同一として、対向するＴ字形コア５ａ，５ｂの間にギャップ１０を設けた場合と、設けない場合について、その片側リップル電流を計測した結果を示すものである。図２３から分かるように、ギャップがないと結合係数が下がり、コアが飽和しやすくなるため、リップル電流が大きくなるのに対して、本実施形態のようにギャップ１０を設けた場合には、リップル電流が低下する。具体的には、ギャップがない場合は８２Ａｐ−ｐ（ピーク・ツー・ピーク値）であるのに対して、ギャップがある場合のリップル電流は６９Ａｐ−ｐに低下している。

（４）コイルの巻き方
図２２は、図２０（ａ）の対向する外脚にひとつずつコイルを装着したリアクトルと、図２０（ｂ）の対向する外脚のそれぞれに２つずつコイルを装着したリアクトルの漏れ磁束のパターンである。この図２２から明らかなように、各外脚に２つずつコイルを装着すると、磁束が環状コアの内側を通過するため、リアクトル外部に漏出する磁束が減少していることが分かる。

（５）中脚の存在
図２２（ｂ）に示すように、外脚に２つのコイルを装着した場合、磁束の流れがコイル毎に分割され、環状コアの内側を通過するので、漏れ磁束を低下することが可能になるが、本実施形態では、図２０及び図２４のように２つのコイルに加えて、更に中脚を設けたことにより、発生した磁束が中脚を流れることになり、環状コア外部への漏れ磁束をより効果的に低減することが可能となる。

（６）結論
以上述べた通り、本実施形態によれば、環状コアにギャップ１０を有する中脚を設け、ギャップ長比Ｂ／Ａ及び断面積比Ｄ／Ｃを前記の範囲に設定し、更に連結コイル６ａ，６ｂを使用することで、漏れ磁束、銅損及びリップル電流が少ない磁気結合型リアクトルを得ることが可能になる。

［２．他の実施形態］
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は例として提示したものであって、その他の様々な形態で実施されることが可能である。発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。以下、その一例を示す。

（１）図示の実施形態は、リアクトル本体１の収容部材としてケース２を使用したが、必ずしもケースに固定する場合にのみ限定されるものではない。板状あるいはブロック状の収容部材にリアクトル本体を固定する場合にも適用することができる。この場合、第１及び第２の固定部に使用する支持金具１８としては、断面クランク形や断面Ｌ字形の部材を使用することもできる。本実施形態における収容部材であるケース２はアルミニウムを使用したが、その材質は限定されない。線膨張率が高く、発熱時においてリアクトル本体１との間で大きな線膨張差が発生する材質の収容部材に対して使用すると特に高い効果を発揮する。ただし、アルミニウムよりも線膨張率の低い酸化マグネシウムやステンレス鋼の収容部材であっても効果がある。

（２）図示の実施形態は、リアクトル本体を短辺と長辺を有する角丸長方形としたが、正方形、円形、楕円形など他の形状のリアクトル本体にも適用できる。

（３）上記実施形態では、Ｔ字形の脚部コアを備えたθ字状の環状コアを使用したが、コアの形状はこれに限らない。例えば、脚部コアを一つあるいは複数のＩ字形コアとしたり、２つのＵ字形やＪ字形の分割コアを組み合わせた角丸四角形の環状コアや、２つのＥ字形の分割コアを備えたθ字状の環状コアにも適用可能である。２つのＴ字形や２つのＥ字形コアの代わりに、一方をＥ字形状とし、もう一方をＩ字形状とし、この２つのコアを環状にする構成としても良い。図２４（ａ）のように、Ｕ字形コア４ａ，４ｂを複数のＩ字形コアを組み合わせて構成することもできる。

（４）Ｔ字形コアの代わりに、Ｙ字形コアを使用することもでき、その場合、２つのＹ字形コアの中央突起部を対向させて、その先端の間に前記ギャップを設ける。Ｔ字形コアを１部材から構成する代わりに、２つのＬ字形コアを組み合わせてＴ字形コアを構成しても良い。Ｕ字形コアとＴ字形コアとの間にＩ字形コアを配置することで、外脚を構成することも可能である。

（５）環状コアの中脚は１本に限らず、２本以上の中脚を有する環状コアについても、適用できる。その場合、各外脚に複数のＴ字形コアを配置することで、複数の中脚を構成することができる。また、２つの櫛歯状の分割コアを対向させて配置することで、複数の中脚を有す環状コアを形成しても良い。

（６）コアに巻回するコイル６ａ，６ｂの形状も適宜変更可能であり、θ状のコアの左右の脚部にそれぞれコイル６ａ，６ｂを装着するものや、θ状のコアのヨーク部分にコイル６ａ，６ｂを装着しても良い。円形あるいは角形のループ状のコアを使用した場合には、左右の脚部のそれぞれにコイル６ａ，６ｂを装着しても良いし、図２４（ｂ）のように、中脚の両側に装着するコイル６ａ，６ｂの巻回数や配置を非対称形としても良い。図２４（ｃ）のように２つの脚部の一方のみに２つのコイル６ａ，６ｂを巻回し、他方はコイルを装着しなくても良い。また、コイルをコアに装着する方法としては、樹脂成型品に線材を巻回してコイルとしても良いし、予め巻回したコイルを樹脂成型品にはめ込んでも良い。

（７）樹脂成型品としては、内部にコアをインサート成型するものの他に、中空になった筒状あるいは箱状の樹脂成型品のみを予め作製し、その内部にコアを嵌合するものや接着剤で固定するものも使用できる。分割コアの接合後において、環状になったコアを樹脂成型品内部にインサート成型したり、組み込むこともできる。中脚を構成する２つのＴ字形コアを、１つの樹脂成型品内に埋設したり、嵌合あるいは接着することで一体化し、その樹脂成型品を収容部材に固定しても良い。

（８）固定部材の挿入孔は、１箇所に限らず複数設けることもできる。固定部材としては、ボルトなどのねじ止めに限定されず、溶着、接着、リベット、ピンの圧入、固定部材に設けた突起をケースの孔に圧入するなど、種々の構成を採用できる。また、支持金具の基部を樹脂成型品に固定し、先端部を樹脂成型品から突出させて、その突出部分に固定部材の挿入孔を設けても良いが、その場合には、支持金具として、ヨーク部をケースに固定する支持金具とは異なり、弾性変形しない強固なものを使用することが望ましい。

（９）支持金具１８としては、複数のアーム２４ａ，２４ｂを有するもの以外に、全体が幅の広い１枚の板状部材から構成されたものを使用できる。弾性部の形状は、図示のような縦型のＳ字状に限らず、長手方向に余裕がある場合は、Ｓ字状の弾性部を水平に配置することもできる。また、線膨張差と平面度差のいずれかを平らな板状の部分が湾曲することで吸収し、他方をＵ字状やＶ字状などの湾曲部あるいは屈曲部の変形により吸収するものを使用しても良い。アーム２４ａ，２４ｂの幅を調整したり、アーム２４ａ，２４ｂの間の開口部の寸法を変化させることで、弾性力を適宜調整することができる。支持金具１８に代えて、合成樹脂やゴムなどの弾性材料でリアクトル本体１とケース２とを、弾力的あるいはリジッドに固定することも可能である。

（１０）支持金具１８の形状は、線膨張差や平面度差のいずれかの吸収量が少ない場合には、吸収量の大きい部分を湾曲部あるいは屈曲部の変形により、吸収量の小さな部分はこれら湾曲部あるいは屈曲部と、支持金具１８の基部あるいは先端部の接続部分の変形により吸収しても良い。すなわち、必ずしも、Ｓ字状のような複数の湾曲部の組み合わせでなくても良い。

（１１）第２の固定部Ｂは、必ずしも２つの第１の固定部Ａの中央部に設ける必要はなく、可動支持部材の弾性部が吸収する線膨張差に合わせて中央部からずれた位置に設けることができる。例えば、第１の固定部Ａに使用する支持金具１８の形状や肉厚が異なる場合には、各支持金具１８の弾性部が吸収する線膨張差に応じて、第２の固定部Ｂの位置を変更すると良い。また、同一の支持金具１８であっても、リアクトル本体やケースの形状に応じて、第２の固定部の位置を中央部からずらしても良い。すなわち、本発明において、第２の固定部Ｂの位置は、複数の第１の固定部Ａが分担する線膨張差の負担割合に応じて決定される所定の位置に設けることが望ましい。その場合、リアクトル本体の一端に第１の固定部Ａを設け、他端の第２の固定部Ｂを設ける場合に比較して、両側の第１の固定部Ａが分担して線膨張差を吸収するので、第１の固定部Ｂの小型化が可能となる。

（１２）第２の固定部Ｂにより、リアクトル本体１をケース２に固定するには、樹脂成型品内部に埋設したカラー２２以外に、弾性部を持たない板状の支持金具１８の基部を樹脂成型品に固定し、樹脂成型品から突出した部分に固定部材の挿入孔２７や固定部材との係合部を設けたものを使用できる。また、カラー２２を使用する代わりに、樹脂成型品に単なる挿入孔のみを設け、そこにボルトを挿入しても良い。

（１３）中脚に設けるギャップは、図２４に示した中脚を分断するもの以外に、図２５（ａ）に示すように中脚に中空部１０ａを形成したものでも良い。この場合、中空部１０ａを複数設けても良い。また、図２５（ｃ）に示すように、対向するＴ字形コア５ａ，５ｂの先端を円錐状や半球状に尖らせたり、図２５（ｄ）に示すように先端を切り欠いたコアを突き合わせたりすることで、中脚の一部に切欠部１０ｂを形成したものでも良い。また、一方のＴ字形コアのみを切り欠いてもよい。これらの中空部１０ａや切欠部１０ｂの寸法は、図２４に示したギャップ１０によって中脚に形成される空間部（ギャップの寸法×中脚の断面積）の体積と等しいものが好ましい。これらの中空部１０ａや切欠部１０ｂを形成することにより、ギャップ１０を設けた場合と同様の効果を期待することができる。

（１４）また、ギャップ１０の形状は、横方向から見たときに、直線形状ではなく、クランク形状をしていてもよい。その場合、Ｔ字形コア５ａ、５ｂの中央突起部７ａ、７ｂの対向する面が、横方向から見てそれぞれ凸部分と凹部分を有する。７ａの凸部分と７ｂの凹部分、７ａの凹部分と７ｂの凸部分とが、お互いに組み合いながら向かい合っている。このようにして、中央突起部７ａと７ｂのギャップ１０がクランク形状となる。

１…リアクトル本体
２…ケース
３…充填材
４ａ，４ｂ…Ｕ字形コア
５ａ，５ｂ…Ｔ字形コア
６ａ，６ｂ…コイル
７ａ，７ｂ…中央突起部
８…スペーサ
１０…ギャップ
１１…巻き始めの端部
１２…巻き終わりの端部
１３ａ，１３ｂ…Ｕ字形コア用の樹脂成型品
１４ａ，１４ｂ…Ｔ字形コア用の樹脂成型品
１５…コイル装着部
１６…ヨーク被覆部
１７…リブ
１８…支持金具
１８１…第１の湾曲部
１８２…第２の湾曲部
１９…コイル装着部
２０…中脚被覆部
２１…凹部
２２…カラー
２３…ボルト
２４ａ，２４ｂ…アーム
２５…連結部
２６…ねじ穴
２７…挿入孔
３０ａ，３０ｂ…突起
Ａ…第１の固定部
Ｂ…第２の固定部

Claims (4)

1. 複数の脚部コアと、その両端部を接続するヨーク部コアから成る環状コアと、前記脚部コアの周囲に装着されたコイルとを有するリアクトル本体と、
   前記リアクトル本体を収容する収容部材と、
   前記脚部コアの少なくとも一部と一体化された樹脂成型品と、
   前記樹脂成型品と前記収容部材を定位置で固定する固定部と、
   を備え、
   前記複数の脚部コア間にギャップが設けられ、このギャップ寸法が前記樹脂成型品を前記収容部材に固定することにより規制され、
   前記環状コアは中脚を有するものであって、前記脚部コアはＴ字形コアを備え、前記Ｔ字形コアの中央突起部によって前記中脚が構成され、前記中脚に形成されたギャップ寸法は、Ｔ字形コアと一体化された前記樹脂成型品が前記収容部材に定位置で固定されることにより規制されるリアクトル。
2. 前記複数の脚部コアの少なくとも一部が、前記樹脂成型品内部に埋設されている請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記固定部は、前記樹脂成型品に固定部材の挿入孔が形成され、この挿入孔内に挿入された前記固定部材により、前記リアクトル本体と前記収容部材とが固定されている請求項１又は２のいずれか１項に記載のリアクトル。
4. 前記リアクトル本体には、リアクトル本体と前記収容部材との線膨張差及び／または平面度差を吸収する支持金具が設けられ、この支持金具によって前記ヨーク部コアと前記収容部材とが可動的に固定されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。

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