(57)【要約】【課題】昇圧動作や降圧動作に加えてソフトスイッチングを行えながら、小型で、生産性に優れるリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル1Aは、内側コア部10iを有する磁性コア10と、内側コア部10iの外周に配置されるコイル11とを具える。磁性コア10は、所謂E-Eコアである。コイル11は、別々の巻線を巻回してなる主コイル部12と副コイル部13とを具え、主コイル部12の巻線の一端部と副コイル部13の巻線の一端部とが接合されている。主コイル部12と磁性コア10とで平滑用リアクトルを構成し、副コイル部13と磁性コア10とで共振用リアクトルを構成し、ソフトスイッチングを行える。両コイル部12,13に共通に磁性コア10を具えることで、共振用リアクトルを別部材とする場合と比較して小型である。内側コア部10iにのみコイル11を配置することで、リアクトルを容易に組み立てられ、生産性に優れる。【選択図】図1
2010263078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性コアと、この磁性コアの一部に配置されるコイルとを具えるリアクトルであって、
前記磁性コアは、
前記コイルの内側に配置される内側コア部と、
前記コイルの外側に配置される外側コア部と、
前記コイルの端面に配置される連結コア部とを具え、
前記コイルは、
巻線を巻回してなり、前記内側コア部の外周に配置される主コイル部と、
前記主コイル部を構成する巻線とは別の巻線を巻回してなり、前記内側コア部の外周に配置される副コイル部とを具え、
前記主コイル部を構成する巻線の一端部と、前記副コイル部を構成する巻線の一端部とが接合されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記副コイル部を構成する少なくとも一つのターンが前記主コイル部を構成するターン間に存在することを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記主コイル部の外周に、前記副コイル部の少なくとも一部が重なり合うように同心状に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記主コイル部と前記副コイル部とが重なり合うことなく、同軸に隣り合って配置されていることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記副コイル部において隣り合うターン間の間隔が、前記主コイル部において隣り合うターン間の間隔よりも広いことを特徴とする請求項3に記載のリアクトル。
【請求項６】
前記主コイル部の軸方向の中心位置と前記副コイル部の軸方向の中心位置とが軸方向にずれていることを特徴とする請求項3又は5に記載のリアクトル。
【請求項７】
前記内側コア部は、エアギャップを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項８】
前記リアクトルは、双方向のソフトスイッチングコンバータの構成部品であり、
前記主コイル部は、昇圧動作及び降圧動作の少なくとも一方に用いられ、
前記副コイル部は、ソフトスイッチングに用いられることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用DC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品に用いられるリアクトルに関するものである。特に、小型で、生産性に優れるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、スイッチング素子のON/OFFのスイッチング動作により発生する電流を平滑化するリアクトルがある。例えば、ハイブリッド自動車などの車両に載置されるコンバータに利用されるリアクトルでは、環状の磁性コアの外周に、巻線を巻回してなる一対のコイルが並列に配置された形態が代表的である(特許文献1  図10)。その他、特許文献1では、一つのコイルの内周に配置される円柱状コアと、このコイルの外周を覆うように配置される円筒状コアと、このコイルの各端面に配置される一対の円板状コアとを具える断面E形の磁性コア、所謂ポット型コアを具えるリアクトルを開示している(特許文献1  図1)。ポット型コアでは、上記円板状コアにより、同心状に配置された円柱状コア及び円筒状コアが連結されて、磁路を形成する。
【０００３】
近年、従来のコンバータよりもスイッチング損失が少ないソフトスイッチングが可能な共振形のDC-DCコンバータが検討されている。このコンバータは、平滑用のリアクトルに加えて、共振用のリアクトル及び共振用のスイッチング素子を具える補助回路を具える。特許文献2は、インダクタL1及びインダクタL2と、両インダクタL1,L2に比して小さなインダクタンス値を有するインダクタLrとを有する構成を開示している(特許文献2  図1)。インダクタL1が平滑用リアクトルに利用され、インダクタL2及びLrにより、ソフトスイッチングを実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-201203号公報
【特許文献２】特開2007-043852号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献1,2では、ソフトスイッチングが可能なリアクトル(インダクタンス)の具体的な構造を開示していない。例えば、平滑用リアクトルと共振用リアクトルとを独立した別部材とすることが考えられる。ところが、この構成は、双方のリアクトルを設置するスペースが必要となるため、設置面積が小さく、小型であることが望まれる車載部品などに好ましくない。また、別部材であると、それぞれを組み立てる必要があり、部品点数や組立工程が多く、生産性の低下を招く。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、異なる機能を有する複数のコイルを具えていながら、小型で、生産性に優れるリアクトルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、異なる機能に利用される複数のコイルに対して、一つの磁性コアを共通に利用可能な構成とすると共に、特定の形状の磁性コアとすることで上記目的を達成する。
【０００８】
本発明は、磁性コアと、磁性コアの一部に配置されるコイルとを具えるリアクトルに関するものである。上記磁性コアは、内側コア部と、外側コア部と、連結コア部とを具える。上記内側コア部は、上記コイルの内側に配置され、上記外側コア部は、上記コイルの外側に配置される。上記連結コア部は、上記コイルの端面に配置され、代表的には、上記内側コア部と外側コア部とを連結する。上記コイルは、主コイル部と、副コイル部とを具える。上記主コイル部は、巻線を巻回してなり、上記内側コア部の外周に配置される。上記副コイル部は、上記主コイル部を構成する巻線とは別の巻線を巻回してなり、かつ上記内側コア部の外周に配置される。そして、これら主コイル部を構成する巻線の一端部と副コイル部を構成する巻線の一端部とが接合されている。
【０００９】
上記構成によれば、例えば、主コイル部及び磁性コアを平滑用リアクトルとして機能させ、副コイル部及び同じ磁性コアを共振用リアクトルとして機能させることができる。即ち、上記構成によれば、昇圧動作や降圧動作に加えて、ソフトスイッチングを行える。特に、上記構成によれば、主コイル部及び副コイル部が共通の一つの磁性コアを利用しているため、平滑用リアクトルと共振用リアクトルとが独立した別部材である場合と比較して、設置面積が小さく、小型である。かつ、上記構成によれば、上述のように別部材である場合と比較して部品点数が少ないため、組立工程を低減することができ、リアクトルの生産性に優れる。また、上記構成によれば、主コイル部及び副コイル部は、内側コア部にのみ配置されることから、内側コア部及び外側コア部の双方にコイルが配置される場合と比較して、小型になり易い上に、磁性コアにおけるコイルの配置箇所が1箇所で済むため、磁性コアとコイルとの組合体を形成し易く、リアクトルの生産性に優れる。更に、上記構成によれば、外側コア部や連結コア部は、上記コイルが配置されないことから磁性コアの熱を放出し易く、放熱性にも優れる。このような本発明のリアクトルは、特に、ターン数が少なく、インダクタンスの調整のために磁性コアに設けられる隙間が小さい場合などに好適に利用することができると期待される。
【００１０】
本発明においてコイルの配置形態として、例えば、以下の三つの形態が挙げられる。
(I)  積層形態:上記主コイル部の外周に、上記副コイル部の少なくとも一部が重なり合うように同心状に配置されている形態
(II)  交互配置形態:上記副コイル部を構成する少なくとも一つのターンが上記主コイル部を構成するターン間に存在する形態
(III)  縦並び形態：上記主コイル部と上記副コイル部とが重なり合うことなく、同軸に隣り合って配置されている形態
【００１１】
上記縦並び形態によれば、両コイル部を形成し易い上に磁性コアに組み付け易く、リアクトルの生産性に優れる。上記積層形態によれば、上記縦並び形態と比較して、漏れインダクタンス(リーケージ)を小さくすることができ、かつリアクトルの長さ(主コイル部(又は副コイル部)の軸方向の距離)を小さくすることができ、小型なリアクトルとすることができる。上記交互配置形態によれば、上記積層形態と同等以下の漏れインダクタンスとすることができながら、上記積層形態よりもリアクトルの幅及び高さ(幅及び高さのいずれも主コイル部(又は副コイル部)の軸方向に直交する方向の大きさ)を小さくすることができ、小型なリアクトルとすることができる。所望の特性に応じて、両コイル部の配置形態を選択することができる。
【００１２】
上記積層形態において、副コイル部を構成するターン同士の間隔や主コイル部に対する配置位置を工夫することで、漏れインダクタンスを変化させられる。例えば、上記副コイル部において隣り合うターン間の間隔を、上記主コイル部において隣り合うターン間の間隔よりも広い形態としたり、上記主コイル部の軸方向の中心位置と上記副コイル部の軸方向の中心位置とが軸方向にずれた形態とすると、両コイル部のターン間の間隔が等しい場合や両コイル部の軸方向の中心位置が等しい場合と比較して、漏れインダクタンスを小さくすることができる。所望の漏れインダクタンスとなるように副コイル部のターン間の間隔や配置位置を適宜調整するとよい。
【００１３】
本発明の一形態として、内側コア部は、エアギャップを有する形態が挙げられる。
【００１４】
コイルが配置される内側コア部に隙間(ギャップ)を設けることで、磁気飽和を低減することができる。特に、上記構成によれば、非磁性材料からなるギャップ材が不要であり、部品点数を低減できる上に、ギャップ材の接合工程を不要にできる。エアギャップを設けるには、例えば、磁性コアが一対の連結コア部を具え、かつ内側コア部が一対のコア片を具え、一方のコア片が一方の連結コア部に接合され、他方のコア片が他方の連結コア部に接合され、外側コア部により両連結コア部が接合された状態において、上記コア片間に所定の隙間が設けられるように、コア片や外側コア部の大きさを調整することが挙げられる。上記隙間をエアギャップに利用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明リアクトルは、昇圧動作や降圧動作に加えて、ソフトスイッチングを行える上に、小型で、生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図1は、積層形態のリアクトルを模式的に示す概略断面図であり、図1(I)は、主コイル部の軸方向の中心位置と、副コイル部の軸方向の中心位置とが等しい例、図1(II)は、主コイル部の軸方向の中心位置と、副コイル部の軸方向の中心位置とがずれている例、図1(III)は、副コイル部を構成する隣り合うターンの間隔が主コイル部を構成する隣り合うターン間の間隔よりも広い例を示す。
【図２】図2は、別の形態のリアクトルを模式的に示す概略断面図であり、図2(I)は、交互配置形態の例、図2(II)は、縦並び形態の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、実施形態のリアクトル1A,1B,1C,1D,1Eを説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、図1,2では、分かり易いように巻線の端部を省略している。また、図2(I)において、□は主コイル部の巻線、○は副コイル部の巻線を示す。
【００１８】
リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、磁性コア10と、このコア10の一部(内側コア部10i)に配置されるコイル11とを具える。リアクトル1A〜1Eの特徴とするところは、コイル11が二つのコイル部(主コイル部12,副コイル部13)により構成されている点、及び二つのコイル部に対して一つの磁性コア10を共通に具える点にある。また、リアクトル1A〜1Eは、二つのコイル部の配置形態が異なる点以外の構成は同様である。以下、リアクトル1Aを代表として各構成を詳細に説明する。リアクトル1B〜1Eは二つのコイル部の配置形態を中心に説明し、その他の構成は説明を省略する。
【００１９】
[コイル11]
《全体構成》
コイル11は、1本の連続する巻線を螺旋状に巻回してなる主コイル部12と、主コイル部12を構成する巻線とは別の1本の連続する巻線を螺旋状に巻回してなる副コイル部13とを具える。
【００２０】
《主コイル部》
ここでは、主コイル部12を構成する巻線として、銅製の平角線(導体)の表面にエナメル樹脂からなる絶縁被覆層を具える被覆平角線を利用している。主コイル部12は、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにして形成されたエッジワイズコイルである。この主コイル部12を構成する隣り合うターン間の間隔は狭く、0.5mm以下である。後述するリアクトル1Dでは、主コイル部12において副コイル部13が存在しない箇所の隣り合うターン間の間隔は、0.5mm以下である。
【００２１】
《副コイル部》
ここでは、副コイル部13を構成する巻線として、複数の銅製の素線を撚り合わせた断面が略円形の撚り線導体と、この撚り線導体の外周に設けられた絶縁被覆層とを具える被覆電線であって、主コイル部12を構成する上記被覆平角線の導体よりも導体断面積が小さいものを利用している。被覆電線の絶縁被覆層には、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、シリコンゴムなどが挙げられる。また、ここでは、副コイル部13の巻き数(ターン数)は主コイル部12よりも少ない。
【００２２】
そして、リアクトル1Aでは、副コイル部13を構成する隣り合うターン間の間隔を上記主コイル部12を構成する隣り合うターン間の間隔と等しくしている。そのため、副コイル部13の軸方向の長さは、主コイル部12の軸方向の長さよりも短い。これらの点は、リアクトル1B,1Eも同様である。
【００２３】
なお、リアクトル1A〜1Eのいずれにおいても、各コイル部を構成する巻線の厚さや幅、導体断面積、ターン数などは、適宜選択することができる。
【００２４】
《両コイル部の配置》
＜リアクトル1A＞
図1(I)に示すリアクトル1Aでは、主コイル部12の外周に副コイル部13が同心状に配置されている。即ち、主コイル部12が内側、副コイル部13が外側に配置されて、一つのコイル11を構成している。ここでは、主コイル部12の軸方向の中心位置と、副コイル部13の軸方向の中心位置とが等しくなるように両コイル部12,13が重ね合わされている。従って、副コイル部13の全体が主コイル部12に重なり合っており、上述のように副コイル部13のターン数が主コイル部12よりも少ないため、両コイル部12,13の端面が揃っておらず、コイル11の軸方向にずれている。
【００２５】
＜リアクトル1B＞
図1(II)に示すリアクトル1Bも、リアクトル1Aと同様に主コイル部12の外周に副コイル部13が同心状に配置されている。但し、副コイル部13の配置位置がリアクトル1Aと異なる。具体的には、主コイル部12の軸方向の中心位置と、副コイル部13の軸方向の中心位置とが異なるように両コイル部12,13が重ね合わされている。ここでは、副コイル部13の全体が主コイル部12に重なり合い、かつ両コイル部12,13の一方の端面が揃うように両コイル部12,13が配置されている。
【００２６】
＜リアクトル1C＞
図1(III)に示すリアクトル1Cも、リアクトル1Aと同様に主コイル部12の外周に副コイル部13が同心状に配置されている。但し、副コイル部13の形状がリアクトル1Aと異なる。具体的には、副コイル部13を構成する隣り合うターン間の間隔が、主コイル部12を構成する隣り合うターン間の間隔よりも広い。ここでは、副コイル部13の軸方向の長さが主コイル部12の軸方向の長さとほぼ等しくなるように、副コイル部13のターン間の間隔が広げられている。
【００２７】
これら積層形態のリアクトル1A,1B,1Cは、副コイル部13の巻線として被覆平角線よりも絶縁性に優れる被覆電線を利用することで、主コイル部12と副コイル部13との間の絶縁性を高められる。
【００２８】
＜リアクトル1D＞
図2(I)に示すリアクトル1Dは、主コイル部12を構成する各ターンの巻線と、副コイル部13を構成する各ターンの巻線とが1本ずつ交互に配置され、主コイル部12を構成するターン間に副コイル部13を構成する各ターンが介在されている。従って、リアクトル1Dの両コイル部12,13は、各軸方向が一直線上に重複するように、内側コア部10iの外周に配置されている。ここでは、副コイル部13のターン数が主コイル部12より少ないため、副コイル部13は、主コイル部12の一部にのみ存在している。
【００２９】
＜リアクトル1E＞
図2(II)に示すリアクトル1Eは、主コイル部12と副コイル部13とが主コイル12の軸方向に隣り合って同軸に配置されている。即ち、リアクトル1Eの両コイル部12,13が重なり合うことなく縦並びの状態で内側コア部10iの外周に配置されており、両コイル部12,13の各軸方向が一直線上に並ぶ。
【００３０】
《両コイル部の端部》
主コイル部12を構成する巻線の両端部、及び副コイル部13を構成する巻線の両端部は、適宜延伸されている。そして、主コイル部12を構成する巻線の一端部と副コイル部13を構成する巻線の一端部とが接合されている。具体的には、各一端部の絶縁被覆層を剥いで導体同士を接合する。この接合には、例えば、TIG溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などの溶接、その他、圧着、冷間圧接、振動溶着を好適に利用することができる。ここでは、TIG溶接を利用している。
【００３１】
上記接合された一端部に対して、一つの端子部材(図示せず)が接続される。また、主コイル部12を構成する巻線の他端部、及び副コイル部13を構成する巻線の他端部にもそれぞれ端子部材が接合される。端子部材の取り付けには、上記TIG溶接などの溶接の他、圧着などを利用することができる。これらの端子部材を介して、各コイル部12,13に電力供給を行う電源などの外部装置(図示せず)が接続される。
【００３２】
[磁性コア10]
磁性コア10は、コイル11の内周(リアクトル1A,1B,1Cでは主コイル部12の内周、リアクトル1D,1Eでは主コイル部12及び副コイル部13の内周)に配置される一つの柱状の内側コア部10iと、コイル11の外周(リアクトル1A,1B,1Cでは主として副コイル部13の外周、リアクトル1D,1Eでは主コイル部12及び副コイル部13の外周)に配置される一対の角柱状の外側コア部10oと、コイル11の両端面(リアクトル1A,1B,1C,1Dでは主として主コイル部12の両端面、リアクトル1Eでは、主コイル部12の一端面及び副コイル部13の一端面)にそれぞれ配置される一対の角柱状の連結コア部10cとを具える。
【００３３】
ここでは、内側コア部10i及び両外側コア部10oがそれぞれコイル11の軸方向に分割されており、内側コア部10iは一対の内側コア片100iを具え、各外側コア部10oはそれぞれ、一対の外側コア片100oを具える。そして、一方の連結コア部10cに、一方の内側コア片100iと、一方の外側コア部10oの一方の外側コア片100oと、他方の外側コア片10oの一方の外側コア片100oの合計三つのコア片が連結されて一つのE字状のコア片(E形コア片10E)を構成している。磁性コア10は、このE形コア片10Eを一対具え、一方のE形コア片10Eの各外側コア片100oと他方のE形コア片10Eの各外側コア片100oとが接着剤などにより接合されて構成されている。外側コア片100o同士が接合された状態において、内側コア片100i間に所定の隙間10gが設けられるように(主コイル部12及び副コイル部13が所望のインダクタンスとなるように)、内側コア片100i及び外側コア片100oの大きさを調整している。従って、内側コア部10iは、一対の内側コア片100iと隙間10gとで構成される。
【００３４】
内側コア片100i、外側コア片100o、及び連結コア部10cには、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなるもの、代表的には、軟磁性粉末の圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる。内側コア部10iの隙間10gは、インダクタンスの調整のために設けられるものである。ここでは、この隙間10gをエアギャップとして利用する。
【００３５】
[磁性コア10に対するコイル11の配置]
リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eでは、上記内側コア部10iの外周に、主コイル部12及び副コイル部13を具えるコイル11が配置され、このコイル11を挟むように一対の外側コア部10oが存在する。また、コイル11の両端面を覆うように連結コア部10cが存在する。従って、リアクトル1A〜1Eでは、コイル11の一部が磁性コア10で覆われず、露出されている。
【００３６】
[その他の構成要素]
《ボビン》
内側コア部10iの外周に絶縁性材料からなるボビン(図示せず)を具えると、内側コア部10iとコイル11との間の絶縁性を高められる。ボビンは、内側コア部10iの外周を覆う筒状体が挙げられる。また、筒状体の両縁から外方に延びる環状のフランジ部を具えるボビンを利用すると、コイル11の端面と連結コア部10cとの間の絶縁性を高められる。上記絶縁性材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が利用できる。また、積層形態のリアクトル1A,1B,1Cでは、主コイル部12と副コイル部13との間にも、同様に筒状のボビンを設けると、両コイル部12,13間の絶縁性を高められる。特に、この筒状のボビンに副コイル部13の位置決め部などを設けると、副コイル部13の位置決めやその位置の保持を容易に行える。縦並び形態のリアクトル1Eでは、主コイル部12と副コイル部13との間に枠状のボビンを設けると、両コイル部12,13間の絶縁性を高められる。両コイル部12,13間には、その他、絶縁紙や絶縁シートなどを介在させてもよい。
【００３７】
《ケース》
磁性コア10とコイル11とを具えるリアクトル1A,1B,1C,1D,1Eは、そのまま利用することができる。更に、例えば、磁性コア10とコイル11との組合体をアルミニウムといった金属製のケース(図示せず)に収納し、このケース内に図示しない絶縁性樹脂(ポッティング樹脂)を充填したリアクトルとすることができる。
【００３８】
《外側樹脂部》
或いは、ケースを利用せず、磁性コア10とコイル11との組合体を絶縁性樹脂により被覆し、外側樹脂部(図示せず)を具えるリアクトルとしてもよい。上記絶縁性樹脂には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂、PPS樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂などが利用できる。ケースを省略することで、リアクトルを小型にできる。また、磁性コアの一部やコイルの一部を外側樹脂部から露出させた構成とすると、磁性コアやコイルの熱を放出し易く、放熱性を高められる。更に、ケースを省略して外側樹脂部を具える構成では、巻線の端部を任意の箇所に引き出し易く、端子部材が接続される箇所の設計の自由度を大きくすることができる。
【００３９】
なお、両コイル部12,13の各端部はいずれも、ポッティング樹脂や外側樹脂部から露出させて、端子部材の取り付けができるようにする。ケースに収納したり、外側樹脂部を具える構成とすることで、磁性コア10やコイル11を粉塵や腐食などの外部環境から保護したり、機械的に保護したり、組合体を一体に取り扱える。また、ポッティング樹脂や外側樹脂部により、リアクトル1A,1Bでは、副コイル部13の配置位置を保持したり、リアクトル1Cでは、副コイル部13の隣り合うターン間に上記樹脂を介在させることで、所定の間隔を保持したりすることができる。
【００４０】
[リアクトルの組立]
積層形態のリアクトル1A,1B,1Cは、以下のようにして形成することができる。
【００４１】
まず、上述した絶縁性材料からなるボビンの外周に主コイル部12、副コイル部13を順に同心状に配置した組合せコイル体を形成する。具体的には、上記ボビンを巻胴として主コイル部12を形成し、この主コイル部12の外周の所定の位置に、副コイル部13を形成したり、別途作製しておいた副コイル部13を組み付ける。主コイル部12の軸方向の中心位置が揃うように、副コイル部13を移動させて、副コイル部13の位置を適宜調整してもよい。そして、組合せコイル体を具えるボビンの一方の開口部に、一方のE形コア片10Eの内側コア片100iを挿入し、上記ボビンの他方の開口部に、他方のE形コア片10Eの内側コア片100iを挿入し、両E形コア片10Eの外側コア片100o同士を接着剤などで接合する。この接合により、内側コア片100i間には所定の隙間10gが設けられた状態になる。上記工程により、リアクトル1A,1B,1Cが得られる。
【００４２】
主コイル部12の外周に副コイル部13を組み付けるにあたり、主コイル部12の巻線の少なくとも一方の端部を例えば、主コイル部12の軸方向に延ばし、主コイル部12のターンの外周に突出しないようにすると、副コイル部13を組み付ける際に邪魔にならない。そして、副コイル部13の組み付け後、端子部材の取り付けや副コイル部との接続などが行い易いように、主コイル部12の巻線の端部を適宜屈曲などするとよい。或いは、主コイル部12の外周に副コイル部13を組み付ける際、副コイル部13を若干変形させ、組み付けた後、副コイル部13を成形し直して同心状の組合せコイル体を形成してもよい。なお、主コイル部12の外周に副コイル部13を組み付けた同心状の組合せコイル体を作製し、この組合せコイル体の内側にボビンを配置させてもよい。この場合、ボビンは、一対の半割れ片を組み合わせて円筒状となる構成とすると、配置させ易い。後述するリアクトル1D,1Eの形成においても、組合せコイル体を作製後にボビンを挿入してもよい。また、主コイル部12の外周に副コイル部13を組み付けた同心状の組合せコイル体を作製し、この組合せコイル体の外周を樹脂により被覆して、この樹脂により組合せコイル体の形状が保持されたコイル成形体とすると、磁性コアとの組み付けの際に組合せコイル体を取り扱い易い上に、上述したボビンなどを省略することができる。後述するリアクトル1D,1Eについても同様にコイル成形体とすることができる。
【００４３】
交互配置形態のリアクトル1Dを形成する場合、組合せコイル体を予め作製すると、上述した積層形態と同様に磁性コア10と組み付け易い。組合せコイル体は、例えば、上述のようにボビンの外周に主コイル部12を形成した後、主コイル部12のターン間に副コイル部13を構成する巻線を巻回して、主コイル部12のターン間に副コイル部13のターンを存在させることで得られる。このとき、主コイル部12のターン間が広げられた状態であると(スプリングバックにより自然に広げられた状態でもよい)、副コイル部13の巻線を巻回し易い。或いは、主コイル部12を構成する巻線と副コイル部13を構成する巻線とを同時に巻回することでも組合せコイル体が得られる。同時に巻回する場合、副コイル部のターン数が主コイル部よりも少ないため、途中で主コイル部のみを形成する工程を含む。得られた組合せコイル体を具えるボビンに、両E形コア片10Eの内側コア部10iをそれぞれ挿入配置して、上述の積層形態と同様にして磁性コア10を組み立てることで、リアクトル1Dが得られる。
【００４４】
縦並び形態のリアクトル1Eを形成する場合も、上述のようにボビンの外周に主コイル部12及び副コイル部13をそれぞれ作製し、両コイル部12,13を具えるボビンに、両E形コア片10Eの内側コア部10iをそれぞれ挿入配置して、上述の積層形態と同様にして磁性コア10を組み立てることで得られる。
【００４５】
なお、両コイル部12,13の一端部同士の接合は、任意のときに行え、磁性コア10に組み付ける前でも、磁性コア10とコイル11との組合体の組み立て後でもいずれでもよい。
【００４６】
得られた磁性コア10とコイル11との組合体をケースに収納してポッティング樹脂を充填したり、外側樹脂部で被覆したりしてもよい。
【００４７】
[効果]
リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、双方向DC-DCコンバータの構成部品として組み付けられた場合、主コイル部12及び磁性コア10により、昇圧動作や降圧動作を行え、かつ副コイル部13及び磁性コア10により、上記動作にあたり、ソフトスイッチングを行えるため、スイッチング動作に伴う損失を低減することができる。特に、リアクトル1A〜1Eはいずれも、両コイル部12,13のターン数が少なく、かつ磁性コア10に設けられる隙間10gが小さくてよい場合、例えば、使用時の電流の周波数が高く、インダクタンス値が小さい場合などに好適に利用できる。その上、リアクトル1A〜1Eはいずれも、主コイル部12と、副コイル部13とに共通に磁性コア10を利用することで、共振用リアクトルを別途設けた場合と比較して、小型である。
【００４８】
特に、主コイル部12の外周に副コイル部13が同心状に配置された積層形態のリアクトル1A,1B,1Cでは、副コイル部13の軸方向の長さが主コイル部12の軸方向の長さ以下である。従って、主コイル部12に副コイル部13を追加したことにより内側コア部10iの長さ(主コイル部の軸方向(図1では左右方向)の長さ)をほとんど変化させる必要が無い(寸法増加が少ない)。この点からも、リアクトル1A,1B,1Cは、小型である。一方、リアクトル1D,1Eはいずれも、上記積層形態と比較して、リアクトルの幅及び高さ(幅及び高さのいずれも、主コイル部12の軸方向と直交する方向の距離)を小さくすることができ、小型である。また、リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、主コイル部12が被覆平角線で構成されていることから占積率を高められるため、この点からも、内側コア部10iの長さを短くすることができて、小型である。
【００４９】
かつ、リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、磁性コア10として、内側コア部10i、外側コア部10o、及び連結コア部10cから構成されるものを利用し、上記主コイル部12及び副コイル部13の配置箇所を内側コア部10iの1箇所のみとすることで、磁性コア10とコイル11との組み付け作業が容易であり、生産性に優れる。特に、リアクトル1A〜1Eではいずれも、主コイル部12が被覆平角線で構成されていることで、両コイル部12,13の一端部同士の接合にあたり、接触面積を広く取り易く、接合作業が行い易いため、この点からも、生産性に優れる。
【００５０】
また、リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、両コイル部12,13の一端部同士が溶接により直接接合され、かつ一つの端子部材を共用していることで、端子部材の個数を低減でき(ここでは、合計3個の端子部材を具える構成)、部品点数の削減及び端子部材の取り付け工程の削減を図ることができる。この点からも、リアクトル1A〜1Eは、生産性に優れる。なお、主コイル部の各端部、及び副コイル部の各端部にそれぞれに端子部材を取り付け、主コイル部の巻線の一端部と副コイル部の巻線の一端部とを、端子部材を介して接続した構成、即ち、合計4個の端子部材を具える構成とすることができる。リアクトル1A〜1Eのように両コイル部を構成する巻線の種類が異なっている場合であっても、端子部材を取り付けてボルトなどを利用することで、両コイル部を簡単に接合することができる。更に、リアクトル1A〜1Eはいずれも、インダクタンスの調整のために設けられる隙間10gを一箇所としており、この隙間10gをエアギャップとし、ギャップ材を用いていない。従って、部品点数の削減及びギャップ材の取り付け工程の削減を図ることができ、この点からも、リアクトル1A〜1Eは、生産性に優れる。加えて、縦並び形態のリアクトル1Eは、積層形態や交互配置形態に比較して両コイル部12,13を具えるコイル11を形成し易く、生産性に優れる。
【００５１】
その他、リアクトル1A,1B,1C,1D,1Eはいずれも、コイル11の一部が磁性コア10に覆われず露出されることで、コイル11の熱を放出し易く、放熱性に優れる。
【００５２】
(変形例1)
上記実施形態では、両コイル部が異種の巻線から構成される形態を説明した。その他、両コイル部を構成する巻線を同種の巻線としてもよい。即ち、両コイル部を構成する巻線を被覆平角線としてもよいし、被覆電線としてもよい。また、その他の巻線として、丸線からなる導体と、この導体の外周にエナメル樹脂などからなる絶縁被覆層とを具える被覆丸線や、導体の断面が多角形状などの異形線材、箔状導体の表面に絶縁被覆層を具えるシート状線材などの種々の線材を利用することができる。被覆丸線は、被覆電線のように曲げ易く、積層形態や交互配置形態のコイルを容易に形成することができる。
【００５３】
両コイル部が被覆平角線からなる形態では、両コイル部の一端部同士の接合にあたり、接触面積を十分に確保できて接合強度を高められる。また、副コイル部が共振用リアクトルに利用される場合などでは、副コイル部に流される電流が平滑用リアクトルのコイルに流される電流よりも小さいため、導体断面積が小さい巻線や導体の導電率が低い巻線を利用することができる。従って、副コイル部を構成する平角線の幅を主コイル部を構成する平角線の幅と同じとする場合、副コイル部を構成する平角線として、主コイル部よりも厚さが薄いものを利用することができる。厚さが薄い平角線を利用することで、副コイル部の軸方向の長さを短くすることができる。そのため、特に、交互配置形態や縦並び形態では、内側コア部の長さを短くすることができ、リアクトルを小型にできる。
【００５４】
また、積層形態において、外側に配置される副コイル部が被覆平角線で構成される場合、エッジワイズコイルではなく、フラットワイズ巻きしたフラットワイズコイルであると、積層させた両コイル部において、副コイル部の軸方向に直交する方向の大きさ(幅及び高さ)を小さくすることができる。従って、小型なリアクトルとすることができる。或いは、積層形態において、外側に配置される副コイル部をシート状線材で構成すると、上記フラットワイズコイルの場合と同様に、小型なリアクトルとすることができる。なお、フラットワイズコイルやシート状線材を利用した場合でも、副コイル部のターン数が主コイル部よりも少ないことで、副コイル部の軸方向の長さが過度に長くならず、リアクトルを小型にできる。
【００５５】
更に、上述のように副コイル部を構成する巻線として、導体の導電率が低い巻線、例えば、導体がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものが利用できる。アルミニウムやアルミニウム合金は、銅や銅合金よりも導電率が低いものの軽量であり、リアクトルの軽量化に寄与することができる。
【００５６】
(変形例2)
上記実施形態では、エアギャップを具える形態を説明した。エアギャップに代えて、アルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材を内側コア片100i間の隙間10gに適宜配置させた形態としてもよい。ギャップ材と内側コア片とは接着剤などで固定するとよい。また、内側コア部を更に多くのコア片からなる構成とし、各コア片間に適宜ギャップ材やエアギャップを具えた積層構造の内側コア部としてもよい。更に、内側コア部ではなく、外側コア部にエアギャップやギャップ材を具える形態としてもよい。また、一方の外側コア部をエアギャップを具えない中実部材とし(ギャップ材を具えていてもよい)、内側コア部と他方の外側コア部との双方にエアギャップやギャップ材を具える形態としてもよい。主コイル部12及び副コイル部13が所望のインダクタンスとなるように、内側コア部や外側コア部の形態を適宜選択することができる。
【００５７】
(変形例3)
上記実施形態では、磁性コアとして一対のE形コア片10Eからなる形態(所謂E-Eコア)を説明した。内側コア部や外側コア部の区切りは適宜選択することができる。例えば、内側コア部を一つの磁性部材とし、一方の連結コア部にこの内側コア部及び外側コア部が連結され、他方の連結コア部が独立した部材である形態(所謂E-Iコア)、内側コア部を一つの部材とし、一方の連結コア部にこの内側コア部のみが連結され、他方の連結コア部に外側コア部のみが連結されたT形コア片と]形コア片とのT-]形態、内側コア部を一対の内側コア片を具える構成とし、一方の連結コア部に一方の内側コア片のみが連結され、他方の連結コア部に外側コア部及び他方の内側コア片が連結されたT形コア片とE形コア片とのT-E形態、内側コア部を一つの磁性部材とし、一方の連結コア部に内側コア部と各外側コア部を構成する一方の外側コア片が連結され、他方の連結コア部に各外側コア部を構成する他方の外側コア片が連結されたE形コア片と]形コア片とのE-]形態などが挙げられる。上述したE-I形態やT-]形態では、外側コア部の長さよりも内側コア部(磁性材料からなる部分のみ)の長さを短くすることで、内側コア部と連結コア部との間に所定の隙間を設けて、この隙間をエアギャップに利用することができる。上記T-E形態は、磁性コアを組み立てたときに、内側コア片間に所定の隙間が設けられるように外側コア部の長さを調整するとよい。
【００５８】
その他、外側コア部を筒状として、コイルの外周のほぼ全体を覆う形態、即ち、断面E-E形態、所謂ポット型コアを利用することができる。
【００５９】
(変形例4)
図2(I)に示す交互配置形態のリアクトル1Dでは、主コイル部12と副コイル部13とを組み合わせた組合せコイル体の両端が主コイル部12を構成する巻線である。その他、上記組合せコイル体の一端、或いは両端が副コイル部を構成する巻線であってもよい。また、両コイル部を構成するターンの巻線が1本ずつではなく、複数本ずつ交互に配置された形態であると、副コイル部は、ターン間の間隔が広い部分を有することができ、上述したリアクトル1Cのように、漏れインダクタンスを小さくすることができる。副コイル部の各ターン間に存在する主コイル部のターン数は等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
或いは、主コイル部がその軸方向に二分割された一対の分割コイルから構成され、これら分割コイルにより副コイル部を挟む形態とすることができる。この形態では、副コイル部は一纏まりとなっていることから、縦並び形態の場合と同様に組合せコイル体を形成し易い。上記一対の分割コイル同士の接合箇所は、これら分割コイルで挟まれた副コイル部を跨ぐように配置するとよい。分割コイル同士の接合は、任意のときに行えるが、両分割コイル間に副コイル部を配置した後に行うと、副コイル部を配置し易い。この形態では、主コイル部を構成するターンとして、上述のような巻線同士を接合して形成されるものを含む。
【００６１】
(変形例5)
図2(II)に示すような縦並び形態において、両コイル部12,13間の隙間(コイルの軸方向の距離)を調整することで、いずれか一方のコイル部12,13に基づく漏れ磁束により規定される所定の漏れインダクタンスが得られる。この漏れインダクタンスをソフトスイッチング用のインダクタLrに利用すると、別途インダクタLrが不要であり、部品点数の削減を図ることができる。
【００６２】
[試験例]
主コイル部と副コイル部との配置形態を変化させたときの漏れインダクタンスをシミュレーションにより求めた。
【００６３】
この試験では、図1(I)のリアクトル1A(積層形態)、図2(I)に示すリアクトル1D(交互配置形態)、図2(II)に示すリアクトル1E(縦並び形態)を用意し、それぞれの漏れインダクタンスを求めた。いずれの形態も、主コイル部:被覆平角線、副コイル部:被覆電線とし、副コイル部:10ターン、主コイル部:60ターンとした。交互配置形態のリアクトル1Dでは、主コイル部の60ターンのうち、最初の10ターンを副コイル部のターンと交互に配置させた。縦並び形態のリアクトル1Eでは、結合係数:0.9として、両コイル部を縦並びに配置した。また、この試験では、概ね同じ磁性コアを用いた。
【００６４】
そして、副コイル部を短絡させた状態で主コイル部にのみ電流を1A流したときの漏れインダクタンスを求めた。その結果を表1に示す。
【００６５】
【表１】
2010263078.tif 000003
【００６６】
表1に示すように、両コイル部の配置形態などを変化させることにより、漏れインダクタンスの大きさを変化させられることがわかる。所望の漏れインダクタンスを有するリアクトルが得られるように、配置形態やターン間の間隔、両コイル部の配置位置などを適宜選択・調整するとよい。
【００６７】
なお、上述した実施の形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車といった車両に搭載される双方向ソフトスイッチングDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
1A,1B,1C,1D,1E  リアクトル
10  磁性コア  10E  E形コア片  10i  内側コア部  10o  外側コア部
10c  連結コア部  10g  隙間  100i  内側コア片  100o  外側コア片
11  コイル  12  主コイル部  13  副コイル部
【図１】
2010263078.tif 000004
【図２】
2010263078.tif 000005