JP7377251B2 - リアクトル - Google Patents

Description

リアクトルの状態を検出するセンサを備えたリアクトルに関する。

リアクトルは、ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途で使用される。リアクトルは、コアと、コアに巻回されたコイルとを備える。コアは磁性体から成り、コイルが巻回される複数の脚部と、複数の脚部を繋ぐ一対のヨーク部とを有する。コイルは、複数設けられており、コアの脚部にそれぞれ装着される。

コイルは、通電により磁束を発生させる。コアは、コイルが発生させた磁束を通す閉磁路となる。このように、リアクトルは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品である。

リアクトルには、リアクトルの状態を検出するセンサが設けられている。センサは、例えば、リアクトルの温度を検出する温度センサである。センサは、リアクトルの状態を検出する検出部、外微機器と接続するコネクタ、検出部とコネクタを繋ぐリード線を有する。検出部が検出した情報をリード線を介してコネクタに接続する外部機器に伝達する。

特開２０１６－０９２２００号公報

検出部は発熱源となるコイル間に設けられ、コネクタはヨーク部の上面に設けられることが多い。そのため、検出部とコネクタの距離が離れ、リード線の長さが長くなり、コストが増大する。

また、リード線はテンションをかけて巻き回すので、リード線が長くなると、テンションを維持するため、リード線を保持する保持部の数が増える。作業者は、すべての保持部にリード線を巻き回すので、作業効率が悪化する。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、リード線の巻き回し作業を容易にし、かつ、コスト削減できるリアクトルを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るリアクトルは、コアと、導電性部材から成り、前記コアに装着される複数のコイルと、前記コアと前記コイルを絶縁する樹脂部材と、リアクトルの状態を検出するセンサと、を備え、前記センサは、検出部と、外部機器と電気的に接続するコネクタと、前記検出部と前記コネクタを接続するリード線と、を有し、前記樹脂部材は、前記コネクタを保持するコネクタ保持部を有し、前記コイルは、前記導電性部材を湾曲して巻回された湾曲面を有し、前記複数のコイルは、前記湾曲面は対向するように巻軸を平行に隣接して配置され、隣接して配置されたコイル間には、湾曲面が対向する間の空間であるコイル間領域が設けられ、前記検出部は、隣接して配置された前記コイル間領域に配置され、前記コネクタは、少なくともその一部が前記コイル間領域内に設けられていること、を特徴とする。

本発明によれば、リード線の巻き回し作業を容易にし、かつ、コスト削減できるリアクトルを得ることができる。

リアクトルの全体構成を示す斜視図である。 ケースを除いたリアクトルの分解斜視図である。 湾曲面の曲率半径の大きさを説明するための図である。 保持部近傍を拡大した斜視図である。 保持部にセンサが保持された状態を示す斜視図である。 コネクタ保持部の拡大斜視図である。

（実施形態）
実施形態に係るリアクトルについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、リアクトルの全体構成を示す斜視図である。図２は、ケースを除いたリアクトルの分解斜視図である。なお、各図面においては、理解容易のため、寸法、位置関係、比率又は形状等を強調して示している場合があり、本発明は、それら強調に限定されるものではない。

リアクトル１０は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品である。リアクトル１０は、図１、２に示すように、コア１、コイル２、樹脂部材３、センサ４及びケース５を備える。コア１にコイル２が装着されている。コイル２は、通電することで磁束を発生させ、コア１はコイル２が発生させた磁束を通す閉磁路となる。

樹脂部材３は、コア１とコイル２の間に介在し、コア１とコイル２を絶縁する。樹脂部材３は、モールド成型によってコア１と一体になっている。センサ４は、例えば、温度センサであり、リアクトル１０の温度を検出する。コア１にコイル２を装着し、センサ４を取り付けたリアクトル本体はケース５に収容される。

コア１は、磁性体を含み、例えば、圧粉磁心、フェライト磁心、積層鋼板、又はメタルコンポジットコア等を用いることができる。メタルコンポジットコアとは、磁性粉末と樹脂とが混練され、樹脂が硬化されて成る磁性体である。

コア１は、図２に示すように、脚部１１、ヨーク部１２を有する。脚部１１は、コイル２の巻軸方向と平行に延び、コイル２が装着される。脚部１１は３つ設けられており、３つの脚部１１は、等間隔に横並びに配置している。各脚部１１は、円柱状の２つコア部材が接続されている。なお、中央に配置された脚部１１のみ２つのコア部材の間にギャップスペーサ（不図示）が設けられている。

ヨーク部１２は、コイル２の巻軸方向に直交して延び、３つの脚部１１とそれぞれと接続している。即ち、ヨーク部１２の巻軸方向に直交する長さは、３つの脚部１１と接続できる程度の長さを有する。ヨーク部１２は、一対設けられ、各ヨーク部１２は、脚部１１の両端に配置している。コア１は、３つの脚部１１と一対のヨーク部１２によって２つの環状を有する概略θ型形状となっている。

コイル２は、エナメルなどで絶縁被覆した１本の平角状の導電性部材により構成される。コイル２は、巻き位置を巻軸方向にずらしながら導電性部材を筒状に巻回して成る。コイル２からは、導電性部材の端部である引出線が延びており、この引出線が外部機器と電気的に接続している。コイル２は、複数設けられ、本実施形態では、３つのコイル２が備えられている。

コイル２は、湾曲して巻回された湾曲面２１を有する。本実施形態では、コイル２は、円形状なので、外周全体が湾曲面２１となる。なお、湾曲面２１を有するのであれば、平坦面を有していてもよい。例えば、コイル２は、４つの平坦面と４つの湾曲面２１を有し、交互に接続した形状であってもよい。湾曲面２１は、図３に示すように、脚部１１の中心部Ｃから後述するコネクタ保持部３３４又はコネクタ４３までを最短で繋ぐ直線距離以上の曲率半径であることが好ましい。また、図３に示すように、各脚部１１の中心部Ｃとの最短距離が距離Ｒ１とＲ２で異なる場合には、より短い方以上の曲率半径があれば足りる。

３つのコイル２は、巻軸方向が平行になるように隙間を介して横並びに配置されている。隣接するコイル２は、互いの湾曲面２１が対向するように配置されている。この対向する湾曲面２１は、コイル２の上方に位置する。なお、ここでいう上下方向は、コイル２がケース５に収容されたときに、ケース５の底面に近づく方向が下であり、底面から離れる方向が上となる。

隣接するコイル２間には、コイル間領域２２が存在する。コイル間領域２２は、隣接するコイル２が対向する間の空間のことである。コイル間領域２２の巻軸方向の長さは、コイル２の巻き始めから巻き終わりまでの距離である。換言すれば、ヨーク部１２を被覆する一対のヨーク被覆部３２間の距離である。コイル間領域２２の上端は、隣接するコイル２の上端を結んだ高さである。また、コイル間領域２２の下端は、隣接するコイル２の下端を結んだ高さである。コイル２の下端とは、コイル２がケース５に収容されたときに、最もケース５に近接するコイル２の位置を指す。コイル２の上端とは、コイル２がケース５に収容されたときに、コイル２のケース５の底面に近接するコイル２の面とは反対側の最も高い位置を指す。

樹脂部材３は、コア１とコイル２の間に介在し、コア１とコイル２の絶縁を図る。樹脂部材３は、図２に示すように、一対の樹脂体３Ａ、３Ｂによって構成される。樹脂体３Ａ、３Ｂは、モールド成型によりコア１の周囲を被覆し、コア１と一体になっている。即ち、樹脂体３Ａ、３Ｂは、コア１の脚部１１を被覆する脚部被覆部３１と、ヨーク部１２を被覆するヨーク被覆部３２を有する。なお、本実施形態では、樹脂体３Ａ、３Ｂはコア１の全周囲を被覆しているが、コア１を一部露出させてもよい。

また、樹脂体３Ａ、３Ｂは、センサ４を保持する保持部３３を有する。図４は、保持部近傍を拡大した斜視図である。図４に示すように、保持部３３は、脚部被覆部３１（コイル２）の間に設けられている。保持部３３は、板状部３３１、検出部保持部３３２、リード線保持部３３３及びコネクタ保持部３３４を有する。

板状部３３１は、脚部被覆部３１の間に設けられた板状の部材である。板状部３３１は、巻軸と直交するヨーク被覆部３２の端面から脚部被覆部３１と同方向に延びる。板状部３３１の幅広面は、巻軸と直交する方向に拡がる。

板状部３３１の延び方向の先端辺りの上端には開口があり、上端から下端に向けて窪んだ凹みを有する。この凹んだ部分が検出部保持部３３２である。検出部保持部３３２は、コイル２の間に設けられている。検出部保持部３３２は、センサ４の検出部４１を保持する。検出部保持部３３２は、検出部４１を保持できる程度の深さ及び幅を有していればよい。

リード線保持部３３３は、センサ４のリード線４２が巻き回され、リード線４２を保持する。リード線保持部３３３は、検出部保持部３３２の上端近傍に１か所設けられている。リード線保持部３３３は、板状部３３１の先端（巻軸と直交する端面）から突出した突出部３３３ａと板状部３３１の側面（コイル２の並び方向と直交する端面）から概略L字状に立ち上がる爪部３３３ｂを有する。

図５は、保持部にセンサが保持された状態を示す斜視図である。検出部４１から延びるリード線４２は、まず、突出部３３３ａの下端にテンションをかけながら巻き回される。突出部３３３ａを巻き回されたリード線４２は、概略Ｌ字状の爪部３３３ｂの内側を通って検出部４１に向かい、検出部４１と接続する。このように、リード線４２は、リード線保持部３３３によって保持され、テンションが維持される。なお、リード線保持部３３３の形状は、リード線４２のテンションが維持されるのであれば、リード線４２を保持することができるのであれば如何なる形状であってもよい。

コネクタ保持部３３４は、センサ４のコネクタ４３を保持する。図６は、コネクタ保持部の拡大斜視図である。コネクタ保持部３３４は、板状部３３１のヨーク被覆部３２側の上端に設けられており、コネクタ保持部３３４の巻軸と直交する方向の幅は、板状部３３１の幅よりも大きい。コネクタ保持部３３４は、板状部３３１からヨーク被覆部３２の上面に亘ってまたがっている。換言すれば、コネクタ保持部３３４の一部は、コイル間領域２２内に配置されている。

コネクタ保持部３３４の両側面（コイル２の並び方向と直交する側面）には、巻軸方向に延びた溝３３５が設けられている。溝３３５は、ヨーク被覆部３２の上面側に開口があり、反対側端部には未達である。この溝３３５の開口に、センサ４のコネクタ４３の突出部が挿入され、コネクタ４３がコネクタ保持部３３４に嵌合する。

また、溝３３５の開口とは反対側には、リブ３３６が設けられている。リブ３３６は、板状の部材であり、各溝３３５の後方にそれぞれ設けられている。即ち、溝３３５は、溝３３５の開口とリブ３３６に挟み込まれている。リブ３３６は、コイル間領域２２内に設けられている。リブ３３６を設けることでコネクタ保持部３３４の強度が上がり、コネクタ保持部３３４にコネクタ４３を嵌合させるときやコネクタ４３に外部機器の端子を挿入するときにコネクタ保持部３３４が破損することを防止する。

樹脂部材３の樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、又はこれらの複合を挙げることができる。なお、樹脂に熱伝導性のフィラーを混ぜてもよい。

センサ４は、リアクトル１０の状態を検出する。センサ４は、例えば、リアクトル１０の温度を検出する温度センサである。センサ４は、発熱源であるコイル２の間に設けられている。センサ４は、検出部４１、リード線４２及びコネクタ４３を有する。

検出部４１は、例えば、温度変化に対して電気抵抗が変化するサーミスタである。検出部４１は、コイル間領域２２に設けられている。検出部４１は、検出部保持部３３２に保持される。リード線４２は、検出部４１が出力する電気信号を、リアクトル１０を管理する外部機器に対して伝送する信号線である。リード線４２の一方端部は検出部４１と接続し、他方端部はコネクタ４３と接続している。

コネクタ４３は、センサ４と外部機器を電気的に接続するための部材である。即ち、コネクタ４３の端部には、外部機器の端子が挿入される。コネクタ４３は、溝３３５に嵌合する形状の突出部を有し、この突出部を溝３３５に挿入することでコネクタ保持部３３４に保持される。コネクタ４３は、外部機器の端子が挿入される端部とは反対側の端部にリード線４２が接続している。

コネクタ４３は、コイル２の間に設けられている。より詳細には、コネクタ４３は、コイル間領域２２内に設けられている。コネクタ４３がコイル間領域２２内に設けられるとは、リード線４２と接続さされたコネクタ４３の端部がコイル間領域２２内に配置されていればよい。換言すれば、コネクタ４３の全長すべてがコイル間領域２２内に配置されている必要はなく、外部機器の端子と接続する端部側がコイル間領域２２外に配置されていればよい。コネクタ４３は、リード線４２と接続する端部が、検出部４１の近傍に来るように配置することが好ましい。

ケース５は、リアクトル本体を収容する部材である。ケース５は、底面と、底面と直交する方向に立ち上がる側壁を有し、底面と側壁で画成されたスペースがリアクトル本体の収容スペースとなる。ケース５は、開口を有しており、この開口からリアクトル本体を収容スペースに収容する。ケース５は、例えばアルミニウム合金等、熱伝導性が高く軽量な金属で構成されており、放熱性を有する。

ケース５内には、充填材が注入される。充填材を注入するタイミングは、リアクトル本体を収容する前でもよいし、リアクトル本体を収容した後であってもよい。充填材としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など比較的柔らかく熱伝導性の高い樹脂が適している。充填材は、リアクトル本体とケース５の間に介在し、リアクトル本体の熱をケース５に伝導させる。

以上のとおり、本実施形態のリアクトル１０は、コア１と、導電性部材から成り、コア１に装着される複数のコイル２と、コア１とコイル２を絶縁する樹脂部材３と、リアクトル１０の状態を検出するセンサ４と、を備える。センサ４は、検出部４１と、外部機器と電気的に接続するコネクタ４３と、検出部４１とコネクタ４３を接続するリード線４２と、を有する。樹脂部材３は、コネクタ４３を保持するコネクタ保持部３３４を有する。コイル２は、導電性部材を湾曲して巻回された湾曲面２１を有し、複数のコイル２は、湾曲面２１が対向するように巻軸を平行に隣接して配置される。隣接して配置されたコイル２間には、湾曲面２１が対向する間の空間であるコイル間領域２２が設けられている。検出部４１は、隣接して配置されたコイル間領域２２に配置される。コネクタ４３は、少なくともその一部が前記コイル間領域２２内に設けられている。

このように、センサ４の検出部４１はコイル間領域２２に設けられ、コネクタ４３も少なくともその一部がコイル間領域２２に設けられている。即ち、検出部４１とコネクタ４３は近接した位置にあり、リード線４２の長さを短くすることができる。そのため、コスト削減できる。さらに、コイル間領域２２はデッドスペースとなりやすいが、コネクタ４３をコイル間領域２２に配置することで、デッドスペースを有効に活用することができる。

また、リード線４２は、テンションをかけて巻き回すので、リード線４２の長さが長くなるとテンションを維持するためのリード線保持部３３３の数も多くなったり、複雑なったりするので、巻き回し作業に時間がかかる。しかし、本リアクトル１０は、リード線４２を短くすることができるので、リード線保持部３３３を１か所のみ設ければ足りるので、リード線４２の巻き回し作業を容易に行うことができる。リード線保持部３３３の構成も複雑なものである必要がないので、リード線保持部３３３を形成する金型も簡易なものとなり、金型のコストダウンも実現できる。

湾曲面２１は、コイル２が装着されたコア１の中心部Ｃからコネクタ４３又はコネクタ保持部３３４を直線で結ぶ最短距離以上の曲率半径である。これにより、コイル間領域２２が拡がり、リード線４２の巻き回し作業を行いやすくなる。

コイル２は、巻軸方向から見た形状が円形である。これにより、平坦面を有するコイルよりもコイル２の外径を小さくすることができる。そのため、リアクトル１０を小型化することができる。

さらに、溝３３５の開口とは反対側であり、溝３３５の後方にリブ３３６が設けられている。コネクタ４３をコネクタ保持部３３４の溝３３５に挿入するときやコネクタ４３に外部端子を挿入するときに、コネクタ保持部３３４に応力がかかり、ひび割れなど破損する虞がある。しかし、溝３３５の後方にリブ３３６を設けることでコネクタ保持部３３４の強度が上がり、コネクタ保持部３３４の破損を防止できる。

特に、湾曲面２１は、コイル２が装着されたコア１の中心部Ｃからコネクタ４３又はコネクタ保持部３３４を直線で結ぶ最短距離以上の曲率半径にすることで、コイル間領域２２の空間が拡がっている。そのため、従来のようにコイル間領域の空間が狭かった場合と比べて、より肉厚なリブ３３６を設けることができ、コネクタ保持部３３４の強度より上げることができる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

本実施形態では、コネクタ保持部３３４は、板状部３３１からヨーク被覆部３２の上面にまで跨るように配置されていた。即ち、コネクタ保持部３３４は、コイル間領域２２から一部はみ出していた。しかし、コネクタ保持部３３４は、全長をコイル間領域２２内に収まるように配置してもよい。そして、コネクタ保持部３３４の底面は、ヨーク被覆部３２の上面より低い位置となるように配置してもよい。これにより、リアクトル１０を低背化することができる。

従来、コネクタ保持部はヨーク被覆部の上面に配置されていることが多かった。この場合、コネクタ保持部に保持されたコネクタの上端は、コイルの上端によりも高い位置となり、リアクトル１０の高さ方向（上下方向）の長さが大きくなり、リアクトルの大型化を招いていた。しかし、コネクタ保持部３３４をコイル間領域２２内に収め、かつ、コネクタ保持部３３４の底面をヨーク被覆部３２の上面よりも低い位置に配置することで、従来よりもコネクタ４３の上端を被覆位置に配置できるため、リアクトル１０を低背化できる。

さらに、この場合、コネクタ保持部３３４に保持されたコネクタ４３の上端が、コイル２の上端よりも低い位置になるように配置してもよい。これにより、コネクタ４３の上端はコイル２の上端よりも低くなるので、更にリアクトル１０を低背化することができる。

本実施形態では、リード線保持部３３３よってリード線４２を保持させたが、リード線４２のテンションをかけた状態を維持できるのであれば、リード線保持部３３３を設けなくてもよい。これにより、そもそも、リード線４２の巻き回し作業が必要なくなり、作業工程を削減することができ、リアクトル１０の生産性が更に向上する。

１０ リアクトル
１ コア
１１ 脚部
１２ ヨーク部
２ コイル
２１ 湾曲面
２２ コイル間領域
３ 樹脂部材
３１ 脚部被覆部
３２ ヨーク被覆部
３３ 保持部
３３１ 板状部
３３２ 検出部保持部
３３３ リード線保持部
３３３Ａ 突出部
３３３ｂ 爪部
３３４ コネクタ保持部
４ センサ
４１ 検出部
４２ リード線
４３ コネクタ
５ ケース

Claims (6)

1. コアと、
   導電性部材から成り、前記コアに装着される複数のコイルと、
   前記コアと前記コイルを絶縁する樹脂部材と、
   リアクトルの状態を検出するセンサと、
   を備え、
   前記センサは、
   検出部と、
   外部機器と電気的に接続するコネクタと、
   前記検出部と前記コネクタを接続するリード線と、
   を有し、
   前記樹脂部材は、前記コネクタを保持するコネクタ保持部を有し、
   前記コイルは、前記導電性部材を湾曲して巻回された湾曲面を有し、
   前記複数のコイルは、前記湾曲面が対向するように巻軸を平行に隣接して配置され、
   隣接して配置されたコイル間には、湾曲面が対向する間の空間であるコイル間領域が設けられ、
   前記検出部は、隣接して配置された前記コイル間領域に配置され、
   前記コネクタは、少なくともその一部が前記コイル間領域内に設けられていること、
   を特徴とするリアクトル。
2. 前記湾曲面は、前記コイルが装着された前記コアの中心部から前記コネクタ又は前記コネクタ保持部を直線で結ぶ最短距離以上の曲率半径であること、
   を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記コイルは、巻軸方向から見た形状が円形であること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。
4. 前記コネクタ保持部は、
   前記コネクタが挿入される開口を有し、前記開口から前記コイルの巻軸方向に延びる溝と、
   前記開口の反対側であり、前記溝の後方に設けられたリブと、
   を有すること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のリアクトル。
5. 前記コアは、
   前記コイルが巻回される複数の脚部と、
   前記複数の脚部を繋ぐ一対のヨーク部と、
   を有し、
   前記樹脂部材は、前記ヨーク部を被覆するヨーク被覆部を有し、
   前記コネクタ保持部は、全長が前記コイル間領域内に設けられ、かつ、前記ヨーク被覆部の上面よりも低い位置に設けられていること、
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のリアクトル。
6. 前記コネクタの上面は、前記コイルの上面よりも低い位置にあること、
   を特徴とする請求項５に記載のリアクトル。
   

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