JP7469057B2 - リアクトル及びリアクトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リアクトル及びリアクトルの製造方法に関する。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車、無停電電源など様々な用途にリアクトルが用いられている。リアクトルは、例えば、出力系への高調波電流の流出を防止するフィルタや、電圧を昇降させる電圧昇降用コンバータなどに用いられる。

この種のリアクトルは、コアとコイルとの絶縁を図るために、コアの周囲を樹脂部材によって被覆し、樹脂部材の外周にコイルを装着したものが知られている。一般的に、リアクトルを外部機器と接続させるために、板状の銅やアルミニウム等の導電性部材であるバスバーが用いられる。このバスバーの一方端部がコイルと接続され、他方端部が外部機器の端子と接続される。

特開２０１３－１４９８４１号公報

コアは、密度を高めるという観点からは、あらかじめ成形された成形体を用いることが好ましい。但し、成形体によって環状のコアを構成するためには、Ｕ字形等の部分コアを接合する必要がある。例えば、一対のＵ字形の部分コアの接合部分以外を、それぞれ一次モールド樹脂で被覆する。そして、一次モールド樹脂を組み合わせることにより、部分コアの接合部分を合わせて、環状のコアとすることが行われている。

しかし、このような構成では、環状のコアにギャップが生じることになり、所望の磁気特性が得られない場合がある。接合部分を接着剤により接着した場合であっても、接着剤が介在することになるので、ギャップの問題は残る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部分コアからなる環状コアが、ギャップを生じさせることなく樹脂により被覆されたリアクトル及びリアクトルの製造方法を提供することにある。

本発明のリアクトルは、成形体である部分コアを合わせた環状のコアと、前記コアに装着されるコイルと、前記コイルの内部に前記コアを挿入する貫通孔が生じるように、前記コイルを被覆する第１の樹脂部と、前記コイルに挿入された前記コアの周囲も含めて、前記コアを継ぎ目なく連続して被覆しつつ、前記コイルの外周の第１の樹脂部を被覆しない第２の樹脂部と、を有し、前記第１の樹脂部には、巻軸に直交する前記コイルの両端面に、巻軸方向に突出した突出部が設けられている。

本発明のリアクトルの製造方法は、コイルの内部にコアを挿入する貫通孔が生じるように、第１の樹脂部によって、前記コイルを被覆する第１の樹脂部形成工程と、前記コイルの外周の前記第１の樹脂部を被覆しないように、第２の樹脂部によって、前記コイルに挿入された前記コアの周囲も含めて、前記コアを継ぎ目なく連続して被覆する第２の樹脂部形成工程と、を含み、前記第１の樹脂部形成工程では、前記第１の樹脂部には、巻軸に直交する前記コイルの両端面に、巻軸方向に突出した突出部が設けられ、前記第２の樹脂部形成工程では、前記突出部に金型が接している。

本発明によれば、コアを継ぎ目なく連続して被覆する第２の樹脂部によって、部分コアを互いに密着させてギャップをなくすことができる。

実施形態に係るリアクトルの全体構成を示す斜視図である。 実施形態に係るリアクトルの分解斜視図である。 実施形態に係るリアクトルの断面図である。 実施形態に係るリアクトルの側面図である。 実施形態に係るリアクトルの正面図である。 実施形態に係るリアクトルの背面図である。

本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、本実施形態に係るリアクトル１００の全体構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るリアクトル１００の分解斜視図である。

リアクトル１００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り、電圧の昇降圧等に使用される。本実施形態のリアクトル１００は、一対のコイル３が装着された環状のコア２を有する。このようなリアクトル１００は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等で、昇圧回路の主要部品として使用される。

なお、本実施形態において、コイル３の巻軸に平行な方向を奥行方向とする。奥行方向と直交し、２つのコイル３の横並び方向と平行な方向を幅方向とする。奥行方向及び幅方向と直交する方向を高さ方向又は上下方向とする。これらの方向は、リアクトル１００の各構成の位置関係を示すための表現であり、リアクトル１００が設置対象に設置された際の位置関係及び方向を限定するものではない。

［構成］
リアクトル１００は、図１及び図２に示すように、コア２、コイル３、第１の樹脂部４、端子台５、バスバー６、第２の樹脂部７を有する。

コア２は、磁性材料からなる部材であり、あらかじめ成形された成形体を用いる。コア２は、２つのＵ字形の部分コア２１、２２の端面２ａを接触させることで、環状を成す環状コアである。コア２としては、例えば、圧粉磁心、フェライト、積層鋼板、メタルコンポジットコア（ＭＣコア）などを用いることができる。

コイル３は、導電性の部材を筒状に巻回した部材である。本実施形態では、２つのコイル３１、３２が、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。各コイル３１、３２は、巻回部分から引き出された引出線３ａを有する。この引出線３ａは、コイル３１、３２と外部との電気的な接続用の端部である。

第１の樹脂部４は、コイル３の内部にコア２を挿入する貫通孔４ａが生じるように、コイル３を被覆する。第１の樹脂部４は、モールド成型により形成されている。貫通孔４ａは、２つのコイル３１、３２に対応して２つ形成されている。図１のＡ―Ａ部分を高さ方向に切断した断面図である図３に示すように、２つの貫通孔４ａには、Ｕ字形の部分コア２１、２２の端部が挿入され、各端面２ａが接触することにより、ギャップが生じないように合致している。

第１の樹脂部４には、幅方向に平行な両端面、つまりコイル３の巻軸に直交する両端面に、巻軸方向に突出した突出部４１が設けられている。突出部４１は、貫通孔４ａの端部の開口を囲むコの字状に形成されている。なお、第１の樹脂部４の上面及び下面には、モールド成型時に金型とコイル３とのクリアランスを確保するためのスペーサＳが配置されている。

端子台５は、リアクトル１００と外部機器との電気的な接続のための部材を支持する台である。本実施形態では、コイル３の引出線３ａの引き出し位置に、２つの端子台５１、５２が設けられている。２つの端子台５１、５２は、コア２のコイル３が巻回されていない部分の上部に配置されている。

端子台５１は、第１の樹脂部４とともに、モールド成型により形成されている。換言すれば、端子台５１は、第１の樹脂部４の一部を成し、端子台５１と第１の樹脂部４は、継ぎ目なく一続きに形成されている。

端子台５２は、第１の樹脂部４とは別体で形成されている。つまり、図２では、端子台５２は、第１の樹脂部４に付いているが、分解した場合には独立した部材となる。端子台５２は、モールド成形により形成されている。端子台５２は、直方体形状であり、突出部４１の上部に載置されている。

バスバー６は、例えば、銅やアルミニウムなどの板状の導電性部材である。バスバー６の一端は、コイル３の引出線３ａと溶接により接続された接続端６ａである。バスバー６の他端は、外部機器との接続用の端子６ｂである。

本実施形態では、バスバー６は、４つ設けられている。２つのバスバー６１は、端子台５１からリアクトル１００の外側に延び、一端が引出線３ａに接続された接続端６ａとなっている。バスバー６１の他端は、端子台５１に固定された端子６ｂである。バスバー６１は、端子台５１の上面とバスバー６１の上面とが面一となるように、端子台５１に埋設されている。

他の２つのバスバー６２は、リアクトル１００の外側でなく、内側、即ち、コイル３の上方に突出し、２回屈曲されて、一端が引出線３ａに接続された接続端６ａとなっている。このため、平面視で、コイル３とバスバー６２との接続箇所が、第１の樹脂部４の外形よりも内側にある。バスバー６２の他端は、端子台５２に固定された端子６ｂである。バスバー６２は、端子台５２の上面とバスバー６２の上面とが面一となるように、端子台５２に埋設されている。

第２の樹脂部７は、コイル３に挿入されたコア２の周囲も含めて、コア２を継ぎ目なく連続して被覆する。第２の樹脂部７は、モールド成型により形成される。但し、第２の樹脂部７は、コイル３の外周の第１の樹脂部４は被覆しない。より具体的には、図３に示すように、第１の樹脂部４の貫通孔４ａの内部には、第２の樹脂部７が入り込みコア２の外周が覆われている。

また、第１の樹脂部４の外表面においては、第２の樹脂部７は突出部４１を超えず、コイル３側に達していない。このような外表面において、第２の樹脂部７が第１の樹脂部４側に超えないラインを、図４の側面図における一点鎖線で示す。

また、端子台５２は、第２の樹脂部７によって第１の樹脂部４に固定されている。本実施形態では、端子台５２は、第２の樹脂部７と第１の樹脂部４との境界に配設されている。この端子台５２は、突出部４１の上に支持されており、第２の樹脂部７がモールドされることにより、端子台５２が第１の樹脂部４及び第２の樹脂部７に固定されている。

このようなリアクトル１００は、図３のコイル３の巻軸に平行な方向の断面図で見ると、コイル３の外周及び内周を覆う第１の樹脂部４があり、コア２を覆う第２の樹脂部７の周囲の一部は、コイル３の内周を覆う第１の樹脂部４で覆われ、コイル３の外部に配置されたコア２は、第２の樹脂部７のみで覆われた部分を有する。

なお、第１の樹脂部４、第２の樹脂部７、端子台５２を構成する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）等が挙げられる。特に、熱伝導性の高い樹脂を用いることが望ましい。熱伝導性の高い樹脂を用いることで、コア２及びコイル３の熱をリアクトル１００の外部に伝達することができる。

［リアクトルの製造方法］
以上のような本実施形態のリアクトル１００の製造方法は、以下の通りである。
（第１の樹脂部形成工程）
まず、一対のコイル３を、巻軸が平行になるように並べて金型内に収容する。コイル３の底面と金型の内壁との間、コイル３の上面と金型の内壁との間には、スペーサＳが配置され、コイル３と金型の内壁との間のクリアランスが確保される。また、コイル３内には、スライド部材が挿入される。また、２つのバスバー６１も、金型内に収容する。

この状態で、金型内に樹脂を射出して充填する射出成形により、コイル３を被覆する第１の樹脂部４を形成する。コイル３内に挿入されるスライド部材によって、コイル３の内周には貫通孔４ａが形成される。但し、スライド部材とコイル３の内周との間に樹脂が流入することにより、コイル３の内周は、第１の樹脂部４によって被覆される。また、２つのバスバー６１の端子６ｂを支持する端子台５１が、第１の樹脂部４と継ぎ目なく一続きで形成される。

（端子台形成工程）
また、金型内に樹脂を射出して充填する射出成形により、端子台５２を形成する。これにより、直方体形状の端子台５２が、第１の樹脂部４とは別体で形成される。

（第２の樹脂部形成工程）
次に、第１の樹脂部４の貫通孔４ａの両端から、Ｕ字形の部分コア２１、２２を、互いの端面２ａが接するように挿入し、第１の樹脂部４の両端面に金型を装着する。金型は、端子台５１、５２、突出部４１に接してこれらを囲むように配置される。このような金型の内壁の高さ方向の一断面を、図５の正面図及び図６の背面図に２点鎖線で示す。この状態で、金型内に樹脂を射出して充填する射出成形により、コア２を被覆する第２の樹脂部７を形成する。

これにより、第２の樹脂部７によって、コイル３の貫通孔４ａから突出したコア２の部分が覆われるとともに、コイル３の貫通孔４ａ内にも第２の樹脂部７が充填されて、コア２の周囲が被覆される。このとき、樹脂の充填圧力によって、部分コア２１、２２が、互いの端面２ａが圧着する方向に強く付勢されるため、ギャップが生じない。

また、金型と端子台５１、５２によって、第２の樹脂部７が、コイル３の外周の第１の樹脂部４に流入することが阻止される。より具体的には、第２の樹脂部７の樹脂が、図４の一点鎖線を図中白塗りの矢印の方向に越えて、コイル３の外周側に流入することはない。さらに、第１の樹脂部４と別体の端子台５２は、第２の樹脂部７によって第１の樹脂部４に固定される。

なお、第２の樹脂部７を形成後には、成型品を金型から取り出した後、コイル３の引出線３ａとバスバー６の接続端６ａを溶接により接続する。以上のような工程によって、コア２を覆う第２の樹脂部７の周囲の一部が、コイル３の内周を覆う第１の樹脂部４で覆われ、コイル３の外部に配置されたコア２が、第２の樹脂部７のみで覆われた部分を有するリアクトル１００が製造される。

［効果］
本実施形態のリアクトル１００は、成形体である部分コア２１、２２を合わせた環状のコア２と、コア２に装着されるコイル３と、コイル３の内部にコア２を挿入する貫通孔４ａが生じるように、コイル３を被覆する第１の樹脂部４と、コイル３に挿入されたコア２の周囲も含めて、コア２を継ぎ目なく連続して被覆しつつ、コイル３の外周の第１の樹脂部４を被覆しない第２の樹脂部７と、を有する。

このように、第２の樹脂部７は、部分コア２１、２２を継ぎ目なく連続して被覆するため、部分コア２１、２２を互いに密着させて、ギャップをなくすことができる。第２の樹脂部７は、コイル３の外周の第１の樹脂部４を被覆しないため、リアクトル１００の高さの拡大を抑制して小型化を図ることができる。また、第２の樹脂部７で被覆されていないスペースを有効活用できる。さらに、第２の樹脂部７の樹脂の使用量を低減できる。

コイル３の引出線３ａに接続されるバスバー６２を固定する端子台５２が、第１の樹脂部４とは別体で構成され、端子台５２は、第２の樹脂部７によって、前記第１の樹脂部に固定されている。

このように、端子台５２は、あらかじめ別体で構成されるため、端子台５２に設けられるバスバー６２の形態の自由度が高い。例えば、コイル３とバスバー６２との接続箇所を、リアクトル１００の外形よりも内側に配置して、小型化を図ることができる。また、あらかじめ形成された端子台５２によって、第２の樹脂部７が、第１の樹脂部４との境界からコイル３の外周側へ入り込むことが防止される。さらに、あらかじめ形成された端子台５２を用いるため、バスバー６２の下部等に端子台５２となるべき部分を金型内にあらかじめ形成しておく必要がなく、金型が複雑とならない。このため、インサート部材を削減でき、コスト削減となる。インサート部材の削減は、可動部分の低減による成形品への異物混入防止にもなる。

［変形例］
上記実施形態においては、端子台５１は、第１の樹脂部４の一部として形成されていたが、端子台５２と同様に、第１の樹脂部４とは別体で構成してもよい。これにより、バスバー６１のコイル３との接続箇所を、リアクトル１００の外形よりも内側に配置して、さらなる小型化を図ることができる。

［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。

２ コア
２ａ 端面
２１、２２ 部分コア
３、３１、３２ コイル
３ａ 引出線
４ 第１の樹脂部
４ａ 貫通孔
４１ 突出部
５ 端子台
５１、５２ 端子台
６、６１、６２ バスバー
６ａ 接続端
６ｂ 端子
７ 第２の樹脂部
１００ リアクトル
Ｓ スペーサ

Claims (5)

1. 成形体である部分コアを合わせた環状のコアと、
   前記コアに装着されるコイルと、
   前記コイルの内部に前記コアを挿入する貫通孔が生じるように、前記コイルを被覆する第１の樹脂部と、
   前記コイルに挿入された前記コアの周囲も含めて、前記コアを継ぎ目なく連続して被覆しつつ、前記コイルの外周の前記第１の樹脂部を被覆しない第２の樹脂部と、
   を有し、
   前記第１の樹脂部には、巻軸に直交する前記コイルの両端面に、巻軸方向に突出した突出部が設けられていることを特徴とするリアクトル。
2. 前記コイルの引出線に接続されるバスバーを固定する端子台が、前記第１の樹脂部とは別体で構成され、
   前記端子台は、前記第２の樹脂部によって、前記第１の樹脂部に固定されていることを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
3. 前記コイルと前記バスバーとの接続箇所が、前記第１の樹脂部の外形よりも内側にあることを特徴とする請求項２記載のリアクトル。
4. 前記コイルの巻軸に平行な方向の断面で見た場合に、
   前記コイルの外周及び内周を覆う前記第１の樹脂部があり、
   前記コアを覆う前記第２の樹脂部の周囲の一部は、前記コイルの内周を覆う前記第１の樹脂部で覆われ、
   前記コイルの外部に配置された前記コアは、前記第２の樹脂部のみで覆われた部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリアクトル。
5. コイルの内部にコアを挿入する貫通孔が生じるように、第１の樹脂部によって、前記コイルを被覆する第１の樹脂部形成工程と、
   前記コイルの外周の前記第１の樹脂部を被覆しないように、第２の樹脂部によって、前記コイルに挿入された前記コアの周囲も含めて、前記コアを継ぎ目なく連続して被覆する第２の樹脂部形成工程と、
   を含み、
   前記第１の樹脂部形成工程において、前記第１の樹脂部には、巻軸に直交する前記コイルの両端面に、巻軸方向に突出した突出部が設けられ、
   前記第２の樹脂部形成工程では、前記突出部に金型が接していることを特徴とするリアクトルの製造方法。
   

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