JP7482639B2 - リアクトル及びリアクトル用のボビン - Google Patents

Description

本発明は、磁気エネルギーの蓄積と放出とを交互に行う受動素子であるリアクトル及びリアクトル用のボビンに関し、特にコイルが樹脂被覆部で覆われるリアクトル及びそのリアクトル用のボビンに関する。

リアクトルは、太陽光発電システムのパワーコンディショナ、あるいは電動車両用のＤＣＤＣコンバータ等、各種電気設備や電気機器に備えられる。従来、リアクトルとしては、コアの周囲にコイルを配置した組立体を、ケース内に収納し、ケース内を樹脂で充填することにより、樹脂被膜部を形成したポッティング樹脂タイプや、前記組立体を金型内に納め、樹脂の液状材料を注入することにより樹脂被膜部を形成したモールド樹脂タイプがある。

このモールド樹脂タイプのものは、筒状部を有するボビンと、ボビンの筒状部の外周に巻回されたコイルと、該コイルを覆う樹脂製被覆部とを備えており、さらに、ボビンには、コイルの筒軸心線方向の位置決めを行う一対のフランジ部が形成されている。ここで、かかるモールドコイルは、ボビン筒状部の内部にコア部材が挿入され、電磁アクチュエータの部品の一つとして用いられる。

ところが、上述したコイル部品は、製造時、コイルとコアとボビンとの組立体を、ケース内あるいは金型内に収納し、樹脂被覆部用の液状材料を注入する工程において、一対のフランジ部が液状材料の流れを妨げるという問題があった。すなわち、フランジ部は、ケースや金型の内面とコイルの外方縁との間に樹脂被覆部形成用の空間を確保する役目も有しているが、前記空間をフランジ部が仕切ることにもなり、そのため、フランジ部が液状材料の流れを妨げ、液状部材が、ケース内あるいは金型内の隅々まで行き亘らないという問題があった。

特開２０１０－２４５４５７号公報。

そこで、このような問題を解決するための種々の対策が講じられている。例えば特許文献１には、上述の液状材料の流動困難性の対策として、フランジ部の外周縁に切り欠きを形成し、この切り欠きにより、液状材料の流路を確保して、短時間で液状材料が行き亘るように構成されたリアクトルが開示されている。この切り欠きの形状は、コイルの端面の一部が露出するように、Ｖ字形に深く形成されている。

しかしながら、特許文献１記載の切り欠きの形状では、フランジ部が樹脂製の板状部材であることから、切り欠き近傍の剛性を高く維持することが困難となる。すなわち、フランジ部の切り欠き周辺の剛性の低下により、樹脂被覆部形成時に切り欠き近傍が撓み、コイルの位置決め精度が保てなくなるという問題がある。

本発明の目的は上記の問題点を解決し、樹脂被覆部形成時の液状材料の流れを良好に保ちつつも、ボビンのフランジ部の剛性を維持し得るリアクトル及びリアクトル用のボビンを提供することにある。

本発明に係るリアクトルは、コイルと、前記コイルが巻回される筒状部を有するボビンと、前記筒状部内に挿入されるコアと、前記コイルの外周を被覆する樹脂被覆部と、を備えたリアクトルであって、前記ボビンは、前記コイルの筒軸心線方向の両側に設けられる一対のフランジ部を備え、前記フランジ部は、前記コイルの径方向外方縁よりも径方向の外方に張り出す外周縁が与えられ、前記フランジ部の少なくとも一方には、前記コイルの前記径方向外方縁よりも径方向外方位置であって、前記コイルの端面を露出させない領域に切り欠きが形成されている。

この発明のリアクトルによると、ボビンに、コイルよりも大径のフランジ部を設け、このフランジ部に切り欠きを設けるので、切り欠きが樹脂被覆部形成工程における液状材料の流路となり、短時間で、隅々まで液状材料を行き亘らせることができる。しかも、フランジ部が樹脂被覆部形成用の空間を確保するスペーサとなり、樹脂被覆部の厚みを必要最小限に薄く形成して、コイルからの放熱効率を向上させることができる。さらに、切り欠きの位置は、コイルの径方向外方縁よりも外方に位置しているので、樹脂製で板状のフランジ部の剛性を維持でき、強度を維持し、かつ、精度良くコイルの位置決めが行える。

一実施形態のリアクトルでは、前記コイルと前記コアと前記ボビンとを覆う、放熱用のケースを備えている。

この発明のリアクトルによると、放熱用のケースでコイルとコアとボビンを覆っているので、コイルで発生する熱を、速やかに熱伝導性の良いケースを介して外部に放出することができる。

一実施形態では、前記フランジ部の前記外周縁は、前記コイルの前記径方向外方縁の形状に概ね対応する円弧形部分を有し、前記円弧形部分は、前記ケースの内面に当接する一ヶ所の当接部を有し、前記当接部が前記ケースの前記内面に当接することにより、樹脂被覆部用の空間を確保している。

この発明のリアクトルによると、ケースの内面とコイルの外方縁との間の空間を、所定の寸法に簡単に設定できると共に、コイルの位置決めも容易に行える。

一実施形態では、前記切り欠きは、前記フランジ部の前記当接部から、前記円弧形部分の周方向に外れた位置に形成されている。

この発明のリアクトルによると、フランジ部の切り欠きの角部がケースの内面に当接することがないので、ケースの内面とコイルの外方縁との間の空間の寸法を精度よく設定でき、また、樹脂被覆部形成工程において、フランジ部の先端が撓んだりすることがない。

一実施形態では、前記切り欠きの形状は、前記フランジ部の前記円弧形部分の外周形状に沿って延びる円弧形状に形成されている。

この発明のリアクトルによると、切り欠きの径方向の幅（深さ）が、コイルの径方向外方縁から円弧形部分の外周縁までの距離に制限された状態でも、切り欠きを周方向に延ばすことにより、切り欠きの開口面積を大きく確保できる。

本発明に係るリアクトル用のボビンは、コイルが巻回される筒状部と、前記コイルの筒軸心線方向の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備えたリアクトル用のボビンであって、前記フランジ部は、前記コイルの径方向の外方縁よりも径方向の外方に張り出す外周縁が与えられ、前記フランジ部の少なくとも一方には、前記コイルの前記径方向外方縁よりも、径方向外方位置であって、前記コイルの端面を露出させない領域に切り欠きが形成されている。

この発明のリアクトル用のボビンによると、前述の本発明に係るリアクトルで説明した効果と同様の効果が期待できる。

本発明に係るリアクトル及びリアクトル用のボビンによると、切り欠きが樹脂被覆部形成工程における液状材料の流路となり、短時間で、隅々まで液状材料を行き亘らせることができ、製造上のタクトタイムの改善が図られる。しかも、本発明は、フランジ部が樹脂被覆部形成用の空間の寸法を規定するスペーサとなり、樹脂被覆部の厚みを必要最小限に薄く形成し得て、コイルからの熱を効率よく放出することが可能となる。さらに、切り欠きの位置は、コイルの径方向外方縁よりも外方に位置しているので、樹脂製で板状のフランジ部の剛性を維持でき、強度を維持し、かつ、精度良くコイルの位置決めを行うことが可能となる。

本発明の実施形態１に係るリアクトルであって、ケースをコイル等の組立体から外した状態で示す全体斜視図である。 図１のリアクトルのボビンの斜視図である。 図２のボビンの左側面図である。 図１のリアクトルの縦断面図（図５のＩＶ－ＩＶ線断面図に相当）である。 図４のＶ－Ｖ線断面図であって、樹脂被覆部の範囲を多数のドットで示している。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るリアクトルであって、ケース８をコイル２等の組立体から外した状態で示す全体斜視図である。ここで、説明の都合上、ボビン５の筒状部５ａの筒軸心線Ｏ１方向を、リアクトル１の「左右方向」とし、筒軸心線Ｏ１方向と直交する水平方向を、リアクトル１の「前後方向］と称して、説明する。図１において、リアクトル１は、前後一対の円筒形コイル部２ａからなるコイル２と、前後一対の内部コア３ａ及び左右一対の外部コア３ｂを有するコア３と、前後一対の筒状部５ａ及び左右１対のフランジ部５ｂを有する前記ボビン５と、コイル２、コア３及びボビン５を覆う樹脂被覆部（仮想線）６と、放熱用のケース８と、を備えて構成される。ここで、ボビン５は、コイル２の筒軸心線Ｏ１方向の両側に設けられる一対のフランジ部５ｂを備え、該フランジ部５ｂは、コイル２の径方向外方縁よりも径方向の外方に張り出す外周縁が与えられ、フランジ部５ｂの少なくとも一方には、コイル２の径方向外方縁よりも径方向外方位置であって、コイル２の端面を露出させない領域に切り欠きが形成されている

放熱用のケース８は、熱伝導性の高いアルミ合金でできており、下端が前面開口するカップ状あるいは椀状に形成されている。ケース８の外周面には、多数の放熱用のフィン１０が一体に形成されており、ケース８の四隅には取り付け用のボルト挿通孔１１が形成されている。

コア３は、たとえば鉄系の磁性材料からなり、前後一対の軸状あるいは円筒状の内部コア３ａは、それぞれボビン５の筒状部５ａ内に挿通されている。左右一対の外部コア３ｂは、前後の内部コア３ａの左端同士及び右端同士をそれぞれ連結している。また、左右一対の外部コア３ｂは、それぞれ左右のフランジ部５ｂに一体に形成された外部コア収納部５ｃ内に収納されている。

コイル２の前後の円筒形コイル部２ａは、ボビン５の前後の筒状部５ａの外周に巻回されており、また、両円筒形コイル部２ａは一本の平角巻き線で形成されており、左端において、両円筒形コイル部２ａの平角巻き線が連結されている。前側の円筒形コイル部２ａの平角巻き線の右端は、始端部２ｃとして樹脂被覆部６を貫通して下方に延び出している。一方、図５において、後側の円筒形コイル部２ａの平角巻き線の右端は、終端部２ｄとして樹脂被覆部６を貫通して下方に延び出している。

図２はボビン５の単体の斜視図であり、ボビン５は硬質樹脂でできており、前述のように、前後一対の筒状部５ａと、両筒状部５ａの左端同士並びに右端同士を一体に連結する左右一対のフランジ部５ｂと、左右のフランジ部５ｂに一体に形成された一対の外部コア収納部５ｃとを備えて構成される。外部コア収納部５ｃは、前後端部がそれぞれ半円形に形成された長円形状（陸上競技場のフィールド形状）となっている。また、左側の外部コア収納部５ｃの左半分は、前後に延びる長方形状に切り欠かかれており、右側の外部コア収納部５ｃの右半分も、前後に延びる長方形状に切り欠かかれている。

ボビン５のフランジ部５ｂは、垂直な板状に形成されている。各フランジ部５ｂの上半部には、前後に間隔をおいて一対の円弧形部分５ｄが形成されており、フランジ部５ｂの下半部は、その下端縁が前後方向に直線状に延びる形状に形成されている。上半の各円弧形部分５ｄの外周縁に、樹脂被覆部形成工程において液状材料の流路として利用できる切り欠き２０がそれぞれ形成されている。

図３は、ボビン５の左側面図であり、この図３にいて、フランジ部５ｂの上半の各円弧形部分５ｄの半径Ｒ３は、コイル２の円筒形コイル部２ａの半径Ｒ１よりも大きく設定されている。すなわち、フランジ部５ｂの円弧形部分５ｄはコイル２の円筒形コイル部２ａの径方向外方縁よりも径方向の外方へ張り出しており、フランジ部５ｂの円弧形部分５ｄの半径Ｒ３とコイル２の円筒形コイル部２ａの半径Ｒ１との差（Ｒ３－Ｒ１）が、円弧形部分５４ｄの上端の頂点Ｐ１における樹脂被覆部形成用空間の寸法となる。

各切り欠き２０は、各円弧形部分５ｄの頂点Ｐ１から、周方向に角度θ１（たとえば３０°）外れた位置に形成されると共に、周方向に角度θ２（たとえば３０°）の範囲に亘って円弧状に形成されている。前側の円弧形部分５ｄの切り欠き２０は、前側の円弧形部分５ｄの頂点Ｐ１から周方向の前方に離れており、後側の円弧形部分５ｄの切り欠き２０は、後側の円弧形部分５ｄの頂点Ｐ１から周方向の後方に離れている。

筒軸心線Ｏ１から切り欠き２０の底縁２０ａまでの距離（半径）Ｒ２は、円筒形コイル部２ａの半径Ｒ１より大きく設定されている（Ｒ２＞Ｒ１）。すなわち、筒軸心線Ｏ１方向に見て、切り欠き２０全体は、円筒形コイル部２ａの径方向の外方縁（半径Ｒ１）より径方向外方で、円筒形コイル部２ａの端面を露出させない位置に形成されている。

図４は、リアクトル１の縦断面図（図５のＩＶ－ＩＶ断面図に相当）であり、この図４において、左右のフランジ部５ｂは、それらの頂点Ｐ１のみがケース８の内面８ａに当接し、スペーサの役目を果たしており、これにより、コイル２の外方縁とケース８の内面８ａとの間の空間を、熱伝導が良好に維持できる必要最小限の寸法に規定している。なお、以下の説明では、特許請求の範囲の用語に対応させるため、頂点Ｐ１を当接部（頂点）Ｐ１と表現して説明する。

樹脂被覆部６はケース８と比較して熱伝導率が低く、コイル２の円筒形コイル部２ａの外方縁とケース８の内面８ａとの距離が大きくなればなる程、熱交換率が低下する。熱交換率を良好に保つためには、樹脂被覆部６が薄肉であるほうが良く、そのため、円弧形部分５ｄの半径は、前述のように、樹脂被覆部６によるコイル保護機能を維持しつつ、熱効率も良好に維持できる必要最低距離を確保できる寸法に設定される。

加えて、同図によれば、ボビンの各フランジは、その外縁部が、ケース底面の段差凹部に収容されている。従って、このリアクトルを製造する際には、リアクトルをケース底部へ載置するだけで、容易に位置決め作業が完了する。尚、かかる位置決めを行うには、同図の構造に限らず、ボビンフランジの底部をケース底部に挿入するような、双方を嵌め合わせる構造としても良い。

図５は図４のＶ－Ｖ断面図であり、この図５において、ケース８の内面８ａは、ボビン５のフランジ部５ｂの形状に概ね対応する形状となっているが、ケース８内に挿入されているボビン５は、上半の４つの円弧形部分５ｄの各当接部（頂点）Ｐ１のみがケース８の内面８ａに当接する。当接部（頂点）Ｐ１以外の箇所では、フランジ部５ｂの外方縁とケース８の内面８ａとの間は、わずかな隙間Ｄ１を有している。なお、前後の円弧形部分５ｄの間の中央凹部Ｐ２の近傍では、切り欠き２０と同程度の大きさの空間が確保されている。これにより、中央凹部Ｐ２付近も、樹脂被覆部６の液状材料の流路として利用される。

なお、図５では、両円筒形コイル部２ａの右端が、始端部２ｃ及び終端部２ｄとして、樹脂被覆部６を貫通して下方に延び出している構造を明確にしている。

リアクトル１の製造工程の一例を図１乃至図５に基づいて説明する。

まず、ボビン５にコイル２及びコア３を組み付けて、リアクトル１の基本的は組立体を完成する。具体的には、ボビン５の各筒状部５ａ内に内部コア３ａを挿通し、内部コア３ａの左右端部に外部コア３ｂを結合し、ボビン５の各筒状部５ａの外周に、平角巻き線よりなる円筒形コイル部２ａを装着することにより、コア３とコイル２とボビン５との組立体を完成させる。

次いで、ケース８を、その開口部８ｂ（図４）が上方に向く姿勢で固定し、コイル２とコア３とボビン５との組立体を、上下逆さ状態でケース８に上方から収納する。この時、ボビン５の４つの当接部（頂点）Ｐ１が最下端に位置しており、これら４つの当接部（頂点）Ｐ１のみがケース８の内面８ａに当接する。これにより、フランジ部５ｂがスペーサとなって、ケース８の内面８ａとコイル２の外方縁との間の空間を、熱伝導性を良好に確保できる必要最小限の寸法に規制する。すなわち、ケース８の内面８ａとコイル２の円筒形コイル部２ａの外方縁との距離を、良好な熱伝導性が確保できるように、可能な限り小さく設定する。

次に上方から、樹脂被覆部形成用の液状材料をケース８内に注入し、液状材料を硬化させて樹脂被覆部６を形成する。ここで、フランジ部５ｂの当接部（頂点）Ｐ１が最も下方に位置しているが、その近傍に切り欠き２０を形成してあるので、切り欠き２０が流路となり、液状材料の流れが改善される。すなわち、樹脂被覆部形成時、短時間でケース８内の隅々まで液状材料を行き亘らせることができる。

また、ケース８の内面８ａと円筒形コイル部２ａの外方縁との間に余計な隙間を設けておく必要がなく、樹脂被覆部６の肉厚を薄くして、熱伝導性の確保できると共に、リアクトル１の軽量化も達成できる。

筒軸心線Ｏ１から切り欠き２０の底縁２０ａまでの距離（半径Ｒ２）が、円筒形コイル部２ａの半径Ｒ１より大きく設定されていることにより、切り欠き２０の径方向の幅（深さ）が制限されるが、切り欠き２０を周方向に延ばすことで、切り欠き２０の開口面積を大きく確保できる。すなわち、本実施の形態に係るフランジ部５ｂは、切り欠き箇所の開口エッジに関する径方向及び周方向のアスペクト比が適宜に設定されることで、切り欠き２０の径方向の幅（深さ）を短くしてフランジ部５ｂの剛性を維持しつつ、流路の面積も大きく確保することが可能となる。

上記のように組み立てられたリアクトル１を使用するときは、ケース８の開口部８ｂ側の面を、たとえばヒートシンク等の放熱機構に固定して設置させると良い。これにより、ケース８では、その開口部及び底部の構造の両側から、リアクトルで生じた熱を効果的に外部へ伝達される。

実施形態２．
実施形態１では、ケース８を有するポッティング樹脂タイプのリアクトルについて説明しているが、本実施形態２は、図示しないが、ケースを有しないモールド樹脂タイプのリアクトルであって、ケースの代わりに金型を用い、金型内にコイルとコア等との組立体を収納し、モールド成形するリアクトルである。該実施形態２においても、実施形態１と同様の作用効果を発揮できる。

実施形態１では、コイル２は円筒形コイル部２ａより構成されているが、角筒形状のコイル部を有するリアクトルに適用も可能である。この場合、ボビンの筒状部も角筒形となり、内部コアも断面角形となる。

ここまで、本発明の各実施形態を説明したが、前記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

上述した実施形態（実施形態１、実施形態２）については、ボビンに形成された各フランジが、全てについて切り欠きを設けることとしている。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、その切り欠き箇所が何れかのフランジに限定的に設けられるように構成されてもよく、その形態に応じて、上述した発明の効果の程度が変化するだけである。また、上述した実施形態（実施形態１、実施形態２）については、一のフランジ部に対応させて一の切り欠きを形成させると説明しているが、本発明の技術的思想は、これに限定されるものでなく、一のフランジに複数の切り欠きを設けるようにしても良い。これにより、本変形例では、切り欠きを設けることが許される箇所にのみこれを与え、しかも、必要開口断面積の確保は十分に満足されることとなる。

１ リアクトル
２ コイル
２ａ 円筒形コイル部
２ｃ 始端部
２ｄ 終端部
３ コア
３ａ 内部コア
３ｂ 外部コア
５ ボビン
５ａ 筒状部
５ｂ フランジ部
５ｄ 上半の円弧形部分
６ 樹脂被覆部
８ 放熱用のケース
８ａ 内面
８ｂ 開口部
２０ 切り欠き
２０ａ 底縁
Ｐ１ 当接部（頂点）
Ｏ１ 筒軸心線

Claims (2)

1. コイルと、前記コイルが巻回される平行に並ぶ一対の筒状部を有するボビンと、前記筒状部内に挿入されるコアと、前記コイルの外周を被覆する樹脂被覆部と、前記コイルと前記コアと前記ボビンとを覆う放熱用のケースとを備え、
   前記ボビンは、樹脂製で前記コイルの筒軸心線方向の両側に設けられる板状の一対のフランジ部を備え、
   前記フランジ部は、前記コイルの径方向外方縁よりも径方向の外方に張り出す外周縁が与えられて、 前記フランジ部の前記外周縁は、前記コイルの前記径方向外方縁の形状に概ね対応する円弧形部分を有し、
   前記円弧形部分は、前記ケースの内面に当接部を有し、前記当接部が前記ケースの前記内面に当接することにより、樹脂被覆部用の空間を確保するものであり、
   前記フランジ部の少なくとも一方には、前記コイルの前記径方向外方縁よりも径方向外方位置であって、前記コイルの端面を露出させない領域に切り欠きが形成されて、前記切り欠きは、前記フランジ部の前記当接部から、前記円弧形部分の周方向に外れた位置に形成された、リアクトル。
2. 前記切り欠きの形状は、前記フランジ部の前記円弧形部分の外周形状に沿って延びる円弧形状に形成された、請求項１に記載のリアクトル。
   
   
   

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