JP6458720B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明はリアクトルに関するものである。

車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。

リアクトルには様々な形態が存在しており、その一例を挙げると、U型コアやI型コアをギャップを介して環状に組み付け（ギャップ板を接着剤にてコアに接続したり、エアギャップを介してコア同士を組み付け）、その周囲に絶縁性を有するボビンを介してコイルが形成された形態や、これがケース内に収容された形態、さらには、ケース内にモールド樹脂体が形成された形態などがある。いずれの形態であっても、コアおよびコイルの下方には冷却器が直接存在していたり、放熱材（放熱シート、放熱層）を介して冷却器が存在している。

上記する様々な形態のリアクトルのうち、コイルが配設されたコアをケースにボルト等で固定することなく、ケースとコアをモールド樹脂体を介して間接的に固定したり、ケースの底面上に配設された放熱シートを介して間接的に固定した、いわゆるフロート構造のリアクトルも製造されている。

このフロート構造のリアクトルによれば、コアとケースがボルト等を介して強固に固定されていないことから、リアクトル駆動時の振動がボルト等を介してケースに伝播され、リアクトル全体の騒音や振動が大きくなるといった課題が解消される。さらに、モールド樹脂体を適用したフロート構造のリアクトルでは、ボビンに対するコイルの固定をモールド樹脂体を介しておこなうことができる。

このようにモールド樹脂体や放熱シートが適用されたフロート構造のリアクトルによれば、リアクトル駆動時の騒音や振動のケースへの伝播が抑制される一方で、モールド樹脂体が適用されたリアクトルでは、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体が膨張や収縮を繰り返し、この膨張と収縮の繰り返しに起因した内部応力によってモールド樹脂体にクラックが生じる惧れがある。

また、モールド樹脂材料を成形する際に、樹脂圧によって金型内部でボビン周りのコイルが変形したり、コイルが傷付く惧れもある。

したがって、フロート構造のリアクトルに関し、モールド樹脂体を適用することなく、ボビンに対してコイルを固定することができればモールド樹脂体を不要にでき、リアクトル全体の軽量化と製造コストの低減を図ることができ、樹脂圧によるコイルの変形や傷付きなどの課題を解消することができる。

ここで、特許文献１には、磁性粉末混合樹脂からなるコアと、コアに一部が埋設されるとともに導体線を螺旋状に巻回してなるコイルと、コア及びコイルを内側に収容するケースと、を有するリアクトルが開示されている。

特開２０１５−１５３９２９号公報

特許文献１に記載のリアクトルによれば、コイルの放熱性に優れ、かつ、コイルからケースへの振動の伝搬を抑制することができるとしている。しかしながら、このリアクトルもモールド樹脂体を適用することから、上記する課題、すなわち、モールド樹脂体によるリアクトルの重量増、樹脂圧によるコイルの変形や傷付き、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体に生じ得るクラック、といった課題を解消することはできない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、モールド樹脂体を適用することなくボビンに対してコイルを固定することができ、モールド樹脂体によるリアクトルの重量増、樹脂圧によるコイルの変形や傷付き、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体に生じ得るクラック、といった課題を解消することのできるリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、コアと、前記コアの周りに配設された絶縁性のボビンと、前記ボビンの周りに配設されたコイルと、を少なくとも備えたリアクトルであって、前記ボビンは第１の分割体と第２の分割体から構成され、前記第１の分割体は、コアが貫通する開口を備えた第１のフランジと、該第１のフランジの一方の側面に配設されて前記コアが挿通される中空を備えた第１の筒部材と、該第１のフランジの該一方の側面において該第１の筒部材との間に隙間を置いて配設された１つの第１のアーム部材と、から構成され、前記第２の分割体は、コアが貫通する開口を備えた第２のフランジと、該第２のフランジの一方の側面に配設されて前記コアが挿通される中空を備えた第２の筒部材と、該第２のフランジの該一方の側面において該第２の筒部材との間に隙間を置いて配設された２つの第２のアーム部材と、から構成され、２つの前記第２のアーム部材の間に前記第１のアーム部材が嵌め合いされ、前記第１の筒部材と前記第２の筒部材が双方の前記中空を連通させることで前記ボビンが形成されており、前記隙間にコイルが配設されることで該コイルがボビンに固定されているものである。

本発明のリアクトルは、２つの分割体（第１、第２の分割体）を組み付けて形成されるボビンを備えている点を特徴とするリアクトルであり、このボビンに対してコイルを固定することにより、ボビンへのコイルの固定に際してモールド樹脂体を不要にでき、モールド樹脂体によるリアクトルの重量増、樹脂圧によるコイルの変形や傷付き、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体に生じ得るクラック、といった課題を解消することを可能としている。

第１、第２の分割体は、コアが貫通する開口を備えたフランジと、双方のフランジ（第１、第２のフランジ）のそれぞれ一方の側面に配設されてコアが挿通される中空を備えた筒部材（第１、第２の筒部材）を共通に備えている。

そして、第１の分割体は、第１のフランジの一方の側面において、第１の筒部材との間に隙間を置いて１つの第１のアーム部材を備えており、第２の分割体は、第２のフランジの一方の側面において、第２の筒部材との間に隙間を置いて２つの第２のアーム部材を備えており、２つの第２のアーム部材の間に第１のアーム部材が嵌め合いされた際に、第１の筒部材と第２の筒部材が双方の中空を連通させた状態でボビンが形成される。

この嵌め合い形態としては、２つの第２のアーム部材の先端内側に突起を設けておき、第１のアーム部材の先端にも左右に広がる突起を設けておき、この左右の突起を２つの第２のアーム部材のそれぞれの突起の間に嵌めることで突起同士の嵌め合い構造が形成される形態（いわゆる、スナップフィット構造）などを挙げることができる。

たとえば２つのU型のコアの一方を、第１の分割体の第１のフランジの他方の側面の開口を介して第１の筒部材の中空に挿入し、２つのU型のコアの他方を、第２の分割体の第２のフランジの他方の側面の開口を介して第２の筒部材の中空に挿入し、２つのU型コアの端部同士を連通する第１、第２の筒部材の中空内で接着剤を介して接続したり、該中空内において２つのU型コアの端部間にエアギャップを介した状態で配設することにより、たとえば２つのU型コアから構成される環状のコアを形成することができる。

第１、第２のアーム部材同士が嵌め合いされた状態において、第１のアーム部材と第１の筒部材の間の隙間と、第２のアーム部材と第２の筒部材の間の隙間にコイルが配設されることにより、コイルを第１、第２のアーム部材と第１、第２の筒部材で挟持することができ、もってボビンに対してコイルを強固に固定することができる。そして、このことにより、ボビンとコイルの固定に必要とされていたモールド樹脂体を廃することが可能になる。

なお、リアクトルの組み付け方法としては、第１、第２の分割体のいずれか一方の周囲にコイルを配設し（いずれか一方のアーム部材と筒部材の間の隙間にコイルの一部を挟持して固定し）、次いで、第１、第２の分割体の他方を組み付けてボビンを形成するとともに、他方のアーム部材と筒部材の間の隙間にコイルの他部を挟持して固定することにより、ボビン周りにコイルが固定された状態を形成することができる。このようにコイルが固定されたボビンを２つ製作し、各ボビンの第１の分割体の第１のフランジの開口と第２の分割体の第２のフランジの開口からそれぞれ２つのU型コアを挿入し、エアギャップを介して、もしくは接着剤を介して２つのU型コアを環状に組み付けることにより、リアクトルが製作される。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルは、２つの分割体（第１、第２の分割体）を組み付けて形成されるボビンに対してコイルを固定することにより、ボビンへのコイルの固定に際してモールド樹脂体を不要にでき、モールド樹脂体によるリアクトルの重量増、樹脂圧によるコイルの変形や傷付き、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体に生じ得るクラック、といった課題を全て解消することができる。

本発明のリアクトルを構成するボビンの実施の形態の分解斜視図である。 ボビンの実施の形態の斜視図である。 ボビンにコイルが固定された状態を示した斜視図である。 本発明のリアクトルの実施の形態の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。なお、図示例のリアクトルはケースや冷却器等を省略しているが、図示例のリアクトルが適宜のケース内に収容された形態、さらにはケースの下方に冷却器等が存在する形態などであってもよいことは勿論のことである。

（リアクトルの実施の形態）
図１は本発明のリアクトルを構成するボビンの実施の形態の分解斜視図であり、図２はボビンの実施の形態の斜視図であり、図３はボビンにコイルが固定された状態を示した斜視図である。また、図４は本発明のリアクトルの実施の形態の斜視図である。

まず、図１，２を参照して本発明のリアクトルを構成するボビンの実施の形態を説明する。
図２で示すボビン４は、図１，２で示す第１の分割体４Ａと第２の分割体４Ｂから構成される。

第１の分割体４Ａは、磁性のコアが貫通する開口（不図示）を備えた第１のフランジ１Ａと、第１のフランジ１Ａの一方の側面に配設されてコアが挿通される中空２Ａａを備えた第１の筒部材２Ａと、第１のフランジ１Ａの一方の側面に配設された１つの第１のアーム部材３Ａとから構成される。

ここで、第１のアーム部材３Ａは第１の筒部材２Ａの上方に配設されており、第１の筒部材２Ａと第１のアーム部材３Ａの間には、図３で示すコイル５が挿通される隙間Ｇがある。

第１の分割体４Ａの各構成部材はいずれも、絶縁性を有した樹脂製の部材である。
第１のアーム部材３Ａの先端には左右に張り出す突起３Ａａが設けられている。

一方、第２の分割体４Ｂは、磁性のコアが貫通する開口１Ｂａを備えた第２のフランジ１Ｂと、第２のフランジ１Ｂの一方の側面に配設されてコアが挿通される中空２Ｂａを備えた第２の筒部材２Ｂと、第２のフランジ１Ｂの一方の側面に配設された２つの第２のアーム部材３Ｂ，３Ｂとから構成される。

第２のアーム部材３Ｂは第２の筒部材２Ｂの上方に配設されており、第２の筒部材２Ｂと第２のアーム部材３Ｂの間においても、図３で示すコイル５が挿通される隙間Ｇがある。

第２の分割体４Ｂの各構成部材も第１の分割体４Ａの各構成部材と同様、絶縁性を有した樹脂製の部材である。

２つの第２のアーム部材３Ｂ，３Ｂの先端内側には、他方の第２のアーム部材３Ｂ側に張り出す突起３Ｂａ，３Ｂａが設けられている。

図２で示すように、第１の分割体４Ａの第１の筒部材２Ａの端面と第２の分割体４Ｂの第２の筒部材２Ｂの端面を当接させることにより、第１のアーム部材３Ａの突起３Ａａが２つの突起３Ｂａ，３Ｂａの間に嵌り込んで係合し、第１の筒部材２Ａの中空２Ａａと第２の筒部材２Ｂの中空２Ｂａが連通してボビン４が形成される。また、この状態において、第１の筒部材２Ａと第１のアーム部材３Ａの間の隙間Ｇと、第２の筒部材２Ｂと第２のアーム部材３Ｂの間の隙間Ｇは連通し、この連通した隙間Ｇに図３で示すコイル５の上面が配設されることになる。

実際には、第１の分割体４Ａおよび第２の分割体４Ｂの組み付けに先行して、たとえば、第１の分割体４Ａの隙間Ｇにコイル５の上面を挟持させるようにして第１の分割体４Ａの周囲にコイル５を配設しておき、第１の分割体４Ａに対して第２の分割体４Ｂを組み付ける。この方法により、図３で示すように、連通した隙間Ｇにコイル５が挿通され、第１の筒部材２Ａおよび第２の筒部材２Ｂと第１のアーム部材３Ａおよび第２のアーム部材３Ｂでコイル５が挟持されて固定されたボビン４を形成することができる。

ここで、コイル５は、銅製の導線と、導線の周囲に形成されたエナメル被膜等の絶縁被膜から構成されており、占積率の高い平角線が好適である。

図３の状態において、コイル５は第１のアーム部材３Ａおよび第２のアーム部材３Ｂと、第１の筒部材２Ａおよび第２の筒部材２Ｂの周囲に強固に固定されることになる。

したがって、図示するボビン４を適用することにより、従来のリアクトルにおいてボビンとコイルの固定に必要とされていたモールド樹脂体を廃することが可能になる。

図３で示すコイル５が強固に固定されたボビン４を２つ用意し、各ボビン４を構成する第１の分割体４Ａの第１のフランジ１Ａの開口と第２の分割体４Ｂの第２のフランジ１Ｂの開口１Ｂａからそれぞれ２つのU型コア６Ａ，６Ｂを挿入し、エアギャップを介して、もしくは接着剤を介して２つのU型コア６Ａ，６Ｂを環状に組み付けて環状コア６を形成することにより、図４に示すようなリアクトル１０が製作される。

ここで、U型コア６Ａ，６Ｂは、樹脂と軟磁性粉末等からなる形成される。軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。一方、樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げるこができる。

図示するリアクトル１０によれば、第１の分割体４Ａと第２の分割体４Ｂを組み付けて形成されるボビン４に対してコイル５を固定することにより、ボビン４へのコイル５の固定に際してモールド樹脂体を不要にでき、モールド樹脂体によるリアクトルの重量増やモールド樹脂材料を充填した際の樹脂圧によるコイルの変形や傷付き、コアの繰り返し振動によってモールド樹脂体に生じ得るクラックなどの課題を全て解消することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１Ａ…第１のフランジ、１Ｂ…第２のフランジ、２Ａ…第１の筒部材、２Ｂ…第２の筒部材、３Ａ…第１のアーム部材、３Ｂ…第２のアーム部材、３Ａａ…突起、３Ｂａ…突起、４Ａ…第１の分割体、４Ｂ…第２の分割体、４…ボビン、５…コイル、６Ａ，６Ｂ…コア（U型コア）、６…環状コア、１０…リアクトル、Ｇ…隙間

Claims (1)

1. コアと、
   前記コアの周りに配設された絶縁性のボビンと、
   前記ボビンの周りに配設されたコイルと、を少なくとも備えたリアクトルであって、
   前記ボビンは第１の分割体と第２の分割体から構成され、
   前記第１の分割体は、コアが貫通する開口を備えた第１のフランジと、該第１のフランジの一方の側面に配設されて前記コアが挿通される中空を備えた第１の筒部材と、該第１のフランジの該一方の側面において該第１の筒部材との間に隙間を置いて配設された１つの第１のアーム部材と、から構成され、
   前記第２の分割体は、コアが貫通する開口を備えた第２のフランジと、該第２のフランジの一方の側面に配設されて前記コアが挿通される中空を備えた第２の筒部材と、該第２のフランジの該一方の側面において該第２の筒部材との間に隙間を置いて配設された２つの第２のアーム部材と、から構成され、
   ２つの前記第２のアーム部材の間に前記第１のアーム部材が嵌め合いされ、前記第１の筒部材と前記第２の筒部材が双方の前記中空を連通させることで前記ボビンが形成されており、
   前記隙間にコイルが配設されることで該コイルがボビンに固定されている、リアクトル。

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