JP6596676B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本開示は、インダクタンスを利用した受動素子であるリアクトルに関する。

リアクトルは、一般的にコアの周りにコイルを巻回した構成であり、主に大電流が流れる電気回路に用いられる。リアクトルのコアとコイルにおいて損失が発生し、この損失は熱エネルギーとなる。リアクトルに流れる電流が大きい程、発生する損失は大きくなるので、リアクトルの発熱は多くなる。

金属からなる底板部と、底板部とは独立した側壁部とからなるケースを有するリアクトルが知られている。このリアクトルの側壁部は樹脂、または少なくとも一部が金属で形成されている。底板部はコイルの放熱経路としての機能を有する（特許文献１参照）。

熱伝導性の高いアルミニウム等でケースを構成したリアクトルも知られている。このリアクトルは、樹脂部材の内部にコア材を収容したコア部を有する。コア部は充填材流出防止部を有している。コア材を収容する樹脂部材と充填材流出防止部とは一体的に構成されている。充填材流出防止部は、ケースの側面の高さを延長する機能を有する（特許文献２参照）。

ケースの底板部および側壁部が互いに独立した構成で、底板部および側壁部が絶縁樹脂で構成されたリアクトルが知られている。このリアクトルは絶縁樹脂であることを利用して、コイルの端子をケースで保持している（特許文献３参照）。

金属からなる底面と側壁とを備えた箱状のケースを有するリアクトルが知られている。このリアクトルは側壁の底面から離れた側の端部の一部に切欠きを有し、この切欠きに絶縁璧部が取り付けられている。絶縁璧部にはコイルの端部が挿通されている（特許文献４参照）。

特開２０１４−０９３３７５号公報 特開２０１３−２２９４０６号公報 特開２０１３−１４５８５０号公報 特開２０１０−１６６０１３号公報

リアクトルは、コイル体と、外装ケースと、充填材とを備える。コイル体は、コアと、コアに巻回されたコイルとを有する。外装ケースは、金属構造体と、樹脂性の枠体とを有する。金属構造体は、底面と、底面から立設する側壁とを有する。金属構造体の底面と側壁とは一体的に形成されている。枠体は、金属構造体の底面の反対側に設置されている。外装ケースは、コアと、コイルとを収納している。充填材は、外装ケースとコイル体との間に充填されている。

図１は、実施の形態におけるリアクトルの全体斜視図である。 図２は、実施の形態におけるリアクトルの分解斜視図である。 図３は、実施の形態におけるリアクトルのコイル体の分解斜視図である。 図４は、実施の形態におけるリアクトルのボビンとコアの分解斜視図である。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車の普及に伴い、リアクトルは、これらのモータの駆動回路に用いられている。加速性能などの走行特性を向上させるため、モータの大電流化がなされているハイブリッドカーや電気自動車が存在する。モータの大電流化に伴い、リアクトルも大電流対応が望まれている。リアクトルの大電流対応は、発熱に対する対応でもある。

特許文献１に記載のリアクトルにおいて、底板部と側壁部とは独立した構成である。そのため、底板部と側壁部との間の熱伝導率は低い。従って、側壁部に伝わった熱は、放熱経路である底板部へ移動しにくく、効率的な放熱が難しい。

特許文献２に記載のリアクトルにおいて、コア材を収納する樹脂部材と充填材流出防止部とが一体的に形成されている。この構造上、コア材の一部が充填材に覆われていない。よって、コア材の一部からの熱は、樹脂部材から効率的にケースに伝えられず、リアクトルの放熱特性が悪化する。

特許文献３に記載のリアクトルにおいて、ケースの底板部は、側壁部とは独立した構成である。そして、底板部と側壁部とは、ともに絶縁性樹脂から作られている。そのため、放熱性に劣る。

特許文献４に記載のリアクトルは、コイルの端部を絶縁璧部に挿通させるため、組立の作業効率が劣る。

（実施の形態）
本開示のリアクトル１０について、以下、説明する。図１は、実施の形態におけるリアクトル１０の全体斜視図である。図２は、実施の形態におけるリアクトル１０の分解斜視図である。図３は、実施の形態におけるリアクトル１０のコイル体８０の分解斜視図である。図４は、実施の形態におけるリアクトル１０のボビン５０とコア４０の分解斜視図である。なお、図１において、コイル体８０の表示を省略している。図２において、充填材７０の表示を省略している。

リアクトル１０は、コイル体８０と、外装ケース１１と、充填材７０とを備える。コイル体８０は、コア４０と、コア４０に巻回されたコイル６０とを有する。外装ケース１１は、金属構造体３０と、樹脂性の枠体２０とを有する。金属構造体３０は、底面３１と、底面３１から立設する側壁３２とを有する。金属構造体３０の底面３１と側壁３２とは一体的に形成されている。枠体２０は、金属構造体３０の底面３１の反対側に設置されている。外装ケース１１は、コア４０と、コイル６０とを収納している。充填材７０は、外装ケース１１とコイル体８０との間に充填されている。

リアクトル１０は、ボビン５０を有していてもよい。以下、リアクトル１０の構成を詳細に説明する。

外装ケース１１は、枠体２０および金属構造体３０を有する。枠体２０は、樹脂で形成されている。金属構造体３０は、金属で形成されている。金属構造体３０はアルミニウム、銅等の熱伝導性の高い物質で形成されることが好ましい。

金属構造体３０は、底面３１と側壁３２とを有する。側壁３２は底面３１から立設している。本実施の形態において、底面３１は略矩形状であるので、側壁３２は４個の璧面である。ただし、底面３１は略矩形状に限らず、矩形状以外の多角形や円形や楕円形でもよい。底面３１および側壁３２は一体的に形成されている。ここで、底面３１および側壁３２が一体的に形成されているとは、底面３１および側壁３２が互いに独立した構成要素ではなく、一体不可分に形成されているということである。金属構造体３０は例えばダイカスト法により成形されている。

枠体２０は、側壁２１、端子部２２、および上面２３を有する。枠体２０の側壁２１は金属構造体３０の側壁３２の延長上に位置し、端子部２２は金属構造体３０の側壁３２よりも外側に突出するように位置する。上面２３は枠体２０の端子部２２の上端を含む平面である。また、枠体２０には、開口部２４が形成されている。さらに、枠体２０の上面２３には、ストッパ２５、およびストッパ２６が形成されていてもよい。ストッパ２５、およびストッパ２６はコア４０およびコイル６０が開口部２４を通り抜けるのを防止する。

充填材７０は外装ケース１１内に充填されている。言い換えれば、外装ケース１１とコイル体８０との間には、充填材７０が充填されている。ここで、充填材７０は絶縁体であるのが好ましい。なお、コイル６０自体が被覆され、絶縁化されていても、さらなる信頼性向上のため、充填材７０は絶縁体であるのが好ましい。充填材７０は、コア４０およびコイル６０と、外装ケース１１との間に隙間なく充填される。充填材７０の一例として、樹脂が用いられる。充填材７０により、コア４０およびコイル６０からの発熱が効率よく外装ケース１１、特に金属構造体３０に伝わるのが好ましい。そのために、熱伝導性の高い充填材７０を用いるのが好ましい。そのような充填材７０の一例として、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、液晶ポリマーの少なくとも１つに、熱伝導性の優れたアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カーボンの少なくとも１つを混合した材料を用いることができる。リアクトル１０の磁気特性を向上させるために、磁性体を含有した充填材７０を用いてもよい。そのような充填材７０の一例として、ＦｅＡｌＳｉやフェライト等の磁性粉を含有する樹脂を用いることができる。磁性体自体が絶縁物でない場合には、絶縁体の表面は絶縁体で被覆されているのが好ましい。本実施の形態においては、充填材７０はアルミナが混合されたシリコン樹脂を用いている。

コア４０は磁性体の金属複合体である。金属複合体としては、Ｆｅ系の磁性金属粉、例えばＦｅ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＮｉ、またはアモルファス磁性粉と、絶縁体との複合体を、所定の形状に、加圧成形、あるいは流し込み等をすることにより形成される。そして、場合によっては、６００℃以上の高温で熱処理することにより、コア４０が作製される。本実施の形態のコア４０は、図４に示すように、直流重畳性の向上のため、ギャップ４１〜４６を有する。ギャップの数およびギャップの位置はリアクトル１０に求められる特性に応じて決定される。また、リアクトル１０に求められる特性によっては、ギャップは不要である。コア４０は例えば、上面視において、「ロ」字（ｈｏｌｌｏｗ ｓｑｕａｒｅ）の形状を有する。

ボビン５０はコア４０の一部を覆う構成である。具体的には、コイル６０がボビン５０に巻回されることにより、コイル６０がコア４０を覆っている。すなわち、コイル６０は直接的にコア４０に巻回されずに、ボビン５０を介して巻回されている。言い換えれば、コイル６０は、間接的にコア４０に巻回されている。ボビン５０は絶縁体であり、ＡＢＳ樹脂、あるいはナイロン樹脂にガラスをブレンドしたエンジニアリング・プラスチック樹脂等から形成されている。ボビン５０は、コア４０とコイル６０との間の絶縁性を高める。その結果、リアクトル１０の信頼性が高まる。ボビン５０は、コア４０およびコイル６０を保持し、それらを外装ケース１１に固定させる機能も有している。

図３に示すように、コイル６０は一本の導体を巻回した構成を有する。コイル６０は中心軸６０ａを中心として巻回された部分と、中心軸６０ｂを中心として巻回された部分とを有する。コイル６０は直流抵抗が小さい方がよい。そのため、コイル６０の材質としては、例えば、銅が好適である。コイル６０を構成する導体として、様々な形状の導体が用いられる。本実施の形態では、コイル６０の導体として平角銅線を用いている。また、コイル６０は、所謂エッジワイズ巻きで形成されている。しかし、本発明はこれらに限定されない。接続部品６３には、コイル６０の第１の先端部および端子６１が圧着されている。すなわち、コイル６０の第１の先端部と端子６１とは、接続部品６３によって物理的および電気的に接続している。要するにコイル６０の第１の先端部は、端子６１に電気的に接続している。接続部品６４には、コイル６０の第２の先端部および端子６２が圧着されている。すなわち、コイル６０の第２の先端部と端子６２とは、接続部品６４によって物理的および電気的に接続している。要するに、コイル６０の第２の先端部は、端子６２に電気的に接続している。また、端子６１、６２は、枠体２０に固定される。さらに、接続部品６３、６４は、上面視にて外装ケース１１内に位置している。すなわち、コイル６０と端子６１、６２との接続部は、上面視にて外装ケース１１内に位置している。

端子６１および端子６２は、枠体２０にインサート成形により取り付けられている。

なお、ボビン５０は、分割できるように構成されていてもよい。例えば、ボビン５０が２つに分割された状態で、ボビン５０にコイル６０がコイル状に巻回され、その後、２つのボビン５０が一体化されてもよい。また、コア４０も、分割できるように構成されていてもよい。例えば、コア４０は、分割された状態でボビン５０に装着され、その後、一体化されても良い。

リアクトル１０の放熱は、外装ケース１１に熱を移動させて、外装ケース１１から放熱させることによって行なわれる。金属構造体３０の底面３１と側壁３２における単位面積当たりの放熱性能は、金属構造体３０の底面３１および側壁３２の形状、配置、固定方法、リアクトル１０以外の他の部材との関係などによって変化する。放熱特性が優れる場所は、他の条件が同じであれば他の場所に比べ温度上昇が低い、そのため、他の場所からの熱を受け入れやすい。金属構造体３０の底面３１および側壁３２は一体的に形成されているので、底面３１と側壁３２との間は熱抵抗が小さく、熱伝導性に優れている。そのため、金属構造体３０の底面３１および側壁３２の熱は、放熱特性が良好な場所へ伝達されやすい。その結果、リアクトル１０の放熱特性は向上する。本実施の形態のリアクトル１０は、金属構造体３０内における熱の移動が良好である。そのため、例えば、金属構造体３０の一部（例えば底面３１）を冷却用パイプに接触させてリアクトル１０の放熱を行なう場合に非常に有用である。

本実施の形態において、金属構造体３０の側壁３２は、十分な深さを有しているので、コイル６０の中心軸６０ａおよび中心軸６０ｂは、ともに金属構造体３０の側壁３２と交差する。すなわち、金属構造体３０は、コイル体８０の少なくとも一部を収納している。これにより、コア４０からの発熱とコイル６０からの発熱の多くを、金属構造体３０の側壁３２および底面３１に伝えることができる。その結果、リアクトル１０の放熱特性が向上する。コア４０全体が、金属構造体３０の側壁３２および底面３１に囲まれた空間内に収まるような構成であれば、さらに多くのコア４０からの発熱を金属構造体３０の側壁３２および底面３１に逃がすことができるので好ましい。すなわち、コア４０は、金属構造体３０の側壁３２に囲まれているのが好ましい。コア４０およびコイル６０が、金属構造体３０の側壁３２および底面３１に囲まれた空間内に収まるような構成であれば、さらに放熱特性を向上させることができ、より好ましい。すなわち、コイル体８０は、金属構造体３０の側壁３２に囲まれているのが好ましい。

上記のように、本開示のリアクトル１０は、コア４０と、コア４０に巻回されたコイル６０と、コア４０およびコイル６０の少なくとも一部を収納している外装ケース１１とを備えている。また、外装ケース１１とコイル体８０との間に充填材７０が充填されていてもよい。外装ケース１１は、樹脂からなる枠体２０と、金属からなる金属構造体３０とを有している。金属構造体３０は、底面３１と、底面３１から立設する側壁３２とを有し、金属構造体３０の底面３１と側壁３２は一体的に形成されている。この構成により、放熱特性が向上する。また枠体２０が樹脂で形成されているため、耐電圧のための沿面距離等を必要以上に取る必要がなく、設計の自由度が高い。

本開示のリアクトル１０のコイル６０の中心軸は金属構造体３０の側壁３２と交差する。この構成により、コイル６０およびコア４０で発生する熱の大部分を、金属構造体３０から放熱できる。

本開示のリアクトル１０は、コイル６０と接続する端子６１、６２をさらに備え、端子６１、６２は枠体２０に固定される。リアクトル１０は、枠体２０に端子６１、６２が固定される機能を有しているので、部品点数の増加を抑えられ、安価に製作できる。

本開示のリアクトル１０において、コイル６０と端子６１、６２との接続部は、上面視にて外装ケース１１内に位置している。接続部が上面視にて外装ケース１１内であるので、リアクトル１０全体の面積が小さくなる。また、枠体２０が樹脂で形成されているため、耐電圧のための沿面距離等を必要以上に取る必要がなく、リアクトル１０を小型にできる。

本開示のリアクトル１０において、枠体２０は開口部２４を有し、枠体２０の上面には、開口部２４からコア４０およびコイル６０が通過することを防止するストッパ２５、２６が形成されている。この構成により、コア４０およびコイル６０を確実に外装ケース１１内に収納できる。

本開示のリアクトル１０により、放熱特性が向上する。

本開示のリアクトルは、インダクタンスを利用した受動素子として有用である。

１０ リアクトル
１１ 外装ケース
２０ 枠体
２１ 側壁
２２ 端子部
２３ 上面
２４ 開口部
２５ ストッパ
２６ ストッパ
３０ 金属構造体
３１ 底面
３２ 側壁
４０ コア
４１ ギャップ
４２ ギャップ
４３ ギャップ
４４ ギャップ
４５ ギャップ
４６ ギャップ
５０ ボビン
６０ コイル
６０ａ 中心軸
６０ｂ 中心軸
６１ 端子
６２ 端子
６３ 接続部品
６４ 接続部品
７０ 充填材
８０ コイル体

Claims (10)

1. コアと、
   前記コアに巻回されたコイルと、
   を有するコイル体と、
   底面と、前記底面から立設する側壁と、を有する金属構造体と、
   前記金属構造体の前記底面の反対側に設置され、側壁を有する樹脂性の枠体と、
   を有する、
   外装ケースと、
   前記外装ケースと前記コイル体との間に充填された充填材と、
   を備え、
   前記金属構造体の前記底面と前記側壁とは一体的に形成されており、
   前記外装ケースは、前記コアと、前記コイルとを収納しており、
   前記枠体の前記側壁は前記金属構造体の前記側壁の延長上に位置する
   リアクトル。
2. 前記金属構造体の前記底面と前記側壁とは、ダイカスト法により成形されている
   請求項１記載のリアクトル。
3. 前記コイルの中心軸は、前記金属構造体の前記側壁と交差している
   請求項１記載のリアクトル。
4. 前記金属構造体は、前記コイル体の少なくとも一部を収納している
   請求項１記載のリアクトル。
5. 前記コアは、前記金属構造体の前記側壁に囲まれている
   請求項１記載のリアクトル。
6. 前記コイル体は、前記金属構造体の前記側壁に囲まれている
   請求項１記載のリアクトル。
7. 前記コイルと接続する端子をさらに備え、
   前記端子は前記枠体に固定される
   請求項１記載のリアクトル。
8. 前記コイルと前記端子との接続部は、上面視にて前記外装ケース内に位置している
   請求項７に記載のリアクトル。
9. 前記枠体は開口部と、
   前記開口部から前記コアおよび前記コイルが通過することを防止するストッパと、
   を有する、
   請求項１記載のリアクトル。
10. 前記充填材は、アルミナが混合されたシリコン樹脂である
    請求項１記載のリアクトル。

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