(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集合体、このリアクトル集合体の構成部品に適したコイル集合成形体を提供する。【解決手段】リアクトル集合体1Aは、環状の磁性コア10と、コア10の外周に配置されるコイル集合成形体2とを具える。成形体2は、主コイル11a,11bを有する主コイル部11と、副コイル12a,12bを有する副コイル部12Aと、両コイル部11,12Aの双方の外周を覆って、各コイル11a,11b,12a,12bの形状を保持する内側樹脂部13とを具える。主コイル部11の巻線11wの一端部11eと副コイル部12Aの巻線12wの一端部12eとが接合されている。両コイル部11,12Aに共通にコア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にできる。成形体2を利用することで、リアクトル集合体の生産性に優れる。【選択図】図1
2010245456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻回してなり、環状の磁性コアの外周に配置される主コイルを有する主コイル部と、
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、前記磁性コアの外周に配置される副コイルを有する副コイル部と、
前記主コイル部及び副コイル部の双方の外周を覆って、前記主コイルの形状及び前記副コイルの形状を保持する内側樹脂部とを具え、
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コイル集合成形体。
【請求項２】
前記主コイルと前記副コイル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に記載のコイル集合成形体。
【請求項３】
前記主コイルの外周に、前記副コイル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に記載のコイル集合成形体。
【請求項４】
前記副コイルを構成する少なくとも一つのターンが前記主コイル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に記載のコイル集合成形体。
【請求項５】
前記主コイル部及び前記副コイル部の少なくとも一方は、平角線からなる導体と、この導体の外周に設けられた絶縁被覆層とを具える被覆平角線から構成されており、当該コイル部のコイルが前記被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルであり、
前記主コイル部の巻線の一端部と、前記副コイル部の巻線の一端部とは、溶接により接合されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のコイル集合体。
【請求項６】
前記副コイル部を構成する巻線の導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のコイル集合成形体。
【請求項７】
請求項1〜6のいずれか1項に記載のコイル集合成形体と、
このコイル集合成形体が配置される環状の磁性コアとを具えることを特徴とするリアクトル集合体。
【請求項８】
前記コイル集合成形体と前記磁性コアとの組合体の外周を覆う外側樹脂部を具えることを特徴とする請求項7に記載のリアクトル集合体。
【請求項９】
前記リアクトル集合体は、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7又は8に記載のリアクトル集合体。
【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好適なリアクトル集合体、及びこのリアクトル集合体の構成部品に適したコイル集合成形体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集合体に関する。
【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、リアクトルがある。例えば、特許文献1,2は、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の構成部品として、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を開示している。このリアクトルは、横並びにするように配置される一対のコイル素子を有するコイルと、各コイル素子が配置される一対のコイル巻回部を有する環状の磁性コアと、これらコイルと磁性コアとの組合体を収納するケースと、ケース内に充填されて上記組合体を封止する樹脂とを具える。このリアクトルは、通電に伴い発熱したコイルなどを冷却できるように冷却ベースに上記ケースを設置して使用される。特許文献2では、コイルと磁性コアとを絶縁するために、コイル巻回部の外周に筒状ボビンを配置すると共に、コイルの両端面(ターン形成部分が環状に見える面)を一対の枠状ボビンで挟み、この挟んだ状態を保持するために]状の中ケースに収納させた構成を開示している。
【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(特許文献3)。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3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3  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2007-116066号公報
【特許文献２】特開2008-028290号公報
【特許文献３】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3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)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。
【０００６】
また、巻線を螺旋状に巻回してなる上記コイルは、そのままであると、形状が保持できず、伸縮したりする。そのため、リアクトルを組み立てる際、形状が不安定でコイルを取り扱い難く、組立作業性の低下を招く。特に、スプリングバックにより、隣り合うターン間に比較的大きな隙間があいているコイルでは、そのまま磁性コアに配置するとコイル巻回部が長くなることから、所望の長さに圧縮しながら、リアクトルを組み立てるため、コイルが更に取り扱い難い。特許文献2に記載されるように枠状ボビンでコイルを挟み、かつ中ケースに収納してコイルを圧縮状態に保持する場合では部品点数及び工程が多い。以上から、組立作業性を改善して、リアクトルの生産性を向上することが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、異なる機能を持つ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集合体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記リアクトル集合体を容易に組み立てられるコイル集合成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、平滑用リアクトルとして機能するコイルと、共振用リアクトルとして機能するコイルとに対して、一つの磁性コアを共通に利用可能な構成とすると共に、上記両コイルを樹脂で固定した成形体とすることで上記目的を達成する。
【０００９】
本発明のコイル集合成形体は、環状の磁性コアの外周に配置される主コイル部及び副コイル部と、これら主コイル部及び副コイル部の双方の外周を覆う内側樹脂部とを具える。上記主コイル部は、巻線を巻回してなる少なくとも一つの主コイルを有する。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る少なくとも一つの副コイルを有する。上記内側樹脂部は、上記主コイルの形状及び上記副コイルの形状を保持する。そして、上記主コイル部を構成する巻線の一端部と、上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。
【００１０】
本発明のリアクトル集合体は、上記コイル集合成形体と、このコイル集合成形体が配置される環状の磁性コアとを具える。
【００１１】
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で、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、主コイル部の主コイル及び副コイル部の副コイルが、共通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を独立した別部材とする場合と比較して、設置面積が小さく、小型である。かつ、本発明リアクトル集合体は、コイルの形状が樹脂により保持されているコイル集合成形体を具えることで、コイル集合成形体と磁性コアとの組合体を形成する際に、コイルが伸縮せず、形状が安定している上に、複数のコイルが内側樹脂部により一纏まりになっているため、複数のコイルを有していながら、これらのコイルを非常に取り扱い易い。また、上記コイル集合成形体を利用することで、磁性コアを構成するコア片などをコイルの内周に容易に配置することができる。更に上記コイル集合成形体を利用することで、内側樹脂部により磁性コアとコイルとの間の絶縁性を高められる上に、内側樹脂部によりコイルを圧縮状態に容易に保持することができる。従って、上記構成によれば、筒状ボビンや中ケースなどを用いることなく、リアクトル集合体を容易に形成できるため、リアクトル集合体の生産性に優れる上に、部品点数の削減及びこれらを組み付ける工程の削減を図ることができる。
【００１２】
本発明においてコイルの配置形態として、以下の三つの形態が挙げられる。
(I)  縦並び形態：上記主コイルと上記副コイル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
(II)  積層形態:上記主コイルの外周に、上記副コイル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
(III)  交互配置形態:上記副コイルを構成する少なくとも一つのターンが上記主コイルを構成するターン間に存在する形態
【００１３】
上記縦並び形態によれば、両コイル部、及びコイル集合成形体が形成し易く、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、かつリアクトル集合体の長さ(主コイル(又は副コイル)の軸方向の大きさ)を小さくすることができる。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、積層形態よりもリアクトル集合体の幅及び高さ(幅及び高さのいずれも主コイル(又は副コイル)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る。所望の特性に応じて、両コイル部の配置形態を適宜選択することができる。
【００１４】
主コイル部や副コイル部を構成する巻線には種々の巻線を利用することができる。例えば、平角線からなる導体と、この導体の外周に設けられたエナメル樹脂などからなる絶縁被覆層とを具える被覆平角線、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、複数の素線を撚り合わせた撚り線導体と、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などを利用することができる。
【００１５】
本発明の一形態として、上記主コイル部及び上記副コイル部の少なくとも一方が上記被覆平角線から構成され、当該コイル部のコイルが上記被覆平角線をエッジワイズ巻きして形成されたエッジワイズコイルである形態が挙げられる。また、この場合、上記主コイル部の巻線の一端部と、上記副コイル部の巻線の一端部とが溶接により接合された形態が挙げられる。
【００１６】
巻線に被覆平角線を利用し、上記主コイルや副コイルをエッジワイズコイルとする場合、巻線に被覆丸線などを用いた場合と比較して、コイルの占積率を高められるため、例えば、磁性コアにおいて主コイル(又は副コイル)の軸方向の長さを短くでき、リアクトル集合体を小型にすることができる。また、両コイル部の少なくとも一方が上記被覆平角線により構成され、巻線の一端部同士が溶接により直接接合されている場合、接合のための接触面積を十分に確保できて接合強度を高められる。特に、両コイル部の双方が被覆平角線から構成されていると、巻線の一端部同士の接合を行い易い。
【００１７】
上記副コイル部が共振用リアクトルの要素に利用される場合などでは、平滑用リアクトルに用いられる平滑用コイルよりも流される電流値が小さいため、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。例えば、上記副コイル部を構成する巻線の導体として、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、リアクトル集合体の軽量化に寄与することができる。
【００１８】
上記コイル集合成形体と上記磁性コアとの組合体は、そのままでもリアクトル集合体として利用することができる。更に、この組合体の外周を覆う外側樹脂部を具える構成とすると、ケースを有していない場合でも、組合体を一体物として取り扱い易い上に、上記磁性コアなどを粉塵や腐食などの外部環境から保護したり、機械的に保護することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明リアクトル集合体は、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。本発明コイル集合成形体は、上記リアクトル集合体の組み立てにあたり、作業性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図1(I)は、実施形態1のリアクトル集合体の概略斜視図、図1(II)は、このリアクトル集合体に具えるコイル集合成形体の概略斜視図である。
【図２】図2は、実施形態1のリアクトル集合体に具える環状の磁性コアの概略斜視図である。
【図３】図3は、主コイルの外周に副コイルが配置されたリアクトル集合体において、副コイルの配置形態を説明する模式説明図であり、図3(I)は、副コイルのターン間の間隔が広い例、図3(II)は、副コイルの軸方向の中心位置と主コイルの軸方向の中心位置とがずれている例、図3(III)は、一対の副コイルのターンが交互に配置されている例を示す。
【図４】図4(I)は、実施形態2のリアクトル集合体において、両コイル部のコイルの配置形態を説明する模式説明図であり、図4(II)は、両コイル部の概略斜視図である。
【図５】図5は、実施形態3のリアクトル集合体において、両コイル部の配置形態を説明する模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
(実施形態1)
以下、図1〜3を参照して、実施形態1のリアクトル集合体1A〜1D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(II)では、分かり易いように主コイルの外周面と副コイルの内周面との間に隙間を若干設けた状態を示すが、実際には、この隙間が実質的に無いように両コイル部が配置される。リアクトル集合体1Aは、環状の磁性コア10と、このコア10の外周に配置される主コイル部11及び副コイル部12Aを有するコイル集合成形体2とを具える。磁性コア10及び主コイル部11は、例えば、コンバータに具える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平滑用リアクトルとして機能する。磁性コア10及び副コイル部12Aは、上記スイッチング動作の損失を低減するためにソフトスイッチングに利用される共振用リアクトルとして機能する。リアクトル集合体1Aの特徴とするところは、主コイル部11と副コイル部12Aとに共通して磁性コア10を具える点、及び主コイル部11及び副コイル部12Aがコイル集合成形体2として一体化されている点にある。以下、各構成をより詳細に説明する。
【００２２】
[磁性コア10]
磁性コア10の説明は、主として図2を参照して行う。磁性コア10は、主コイル部11及び副コイル部12Aが配置される一対の直方体状のコイル巻回部10ca,10cbと、主コイル部11及び副コイル部12Aが実質的に配置されない一対の端部コア10eとを有し、離間して並列されるコイル巻回部10ca,10cbを挟むように端部コア10eが配置されて閉ループ状(環状)に形成される。この磁性コア10は、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなる磁性体部10mとアルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材10gとからなる。コイル巻回部10cは、磁性体部10mからなるコア片とギャップ材10gとを交互に積層して構成される。磁性体部10m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。ギャップ材10gは、インダクタンスの調整のためにコア片間に設けられる隙間に配置される部材である(エアギャップの場合もある)。これらコア片及びギャップ材は、接着剤などで一体に接合される。コア片の分割数やギャップ材の個数は、主コイル部11及び副コイル部12Aがそれぞれ所望のインダクタンスとなるように適宜選択することができる。後述する図3,図4(I),図5ではギャップ材を省略しているが、ギャップ材を適宜配置させてもよい。
【００２３】
[コイル集合成形体2]
コイル集合成形体2の説明は、主として図1(II)を参照して行う。1本の連続する巻線11wを螺旋状に巻回してなる主コイル部11と、この巻線11wとは別の1本の連続する巻線12wを螺旋状に巻回してなる副コイル部12Aと、両コイル部11,12Aの双方の外周を覆う内側樹脂部13とを具える。
【００２４】
(主コイル部11)
主コイル部11は、巻線11wを巻回してなる一対の主コイル11a,11bを具える。主コイル11a,11bは、各コイルの軸方向が平行するように並列に配置されている。ここでは、巻線11w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。両主コイル11a,11bは、上記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り、巻線11wの一部を折り返してなる巻返し部11rを介して連結されている。主コイル部11、及び後述する副コイル部12Aは、スプリングバックが少なくなるように形成すると、取り扱い易い。
【００２５】
(副コイル部12A)
副コイル部12Aは、主コイル部11を構成する巻線11wとは別の巻線12wを巻回してなる一対の副コイル12a,12bを具える。副コイル12a,12bは、各コイルの軸方向が平行するように並列され、巻線12wの一部からなる連結部(図示せず)を介して連結されている。ここでは、巻線12wとして、複数の銅製の素線を撚り合わせた撚り線導体と、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11を構成する巻線11w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の構成材料には、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。被覆電線を利用することで、主コイル部11と副コイル部12Aとの間の絶縁性を高められる。ここでは、副コイル12a,12bの巻き数(ターン数)を主コイル部11の各主コイル11a,11bの巻き数よりも少なくしている。なお、上記巻線11w,12wの厚さや幅、導体断面積、巻き数などは、適宜選択することができる。
【００２６】
《両コイル部の端部》
主コイル部11を構成する巻線11wの両端部11e、及び副コイル部12Aを構成する巻線12wの両端部12eは、適宜延伸されている。各巻線11w,12wの一端部11e,12e同士は接合され、他端部11e,12eはそれぞれ、端子部材(図示せず)が接続される。接続された両コイル部11,12Aの一端部11e,12eにも一つの端子部材(図示せず)が接続される。即ち、リアクトル集合体1Aでは、主コイル部11と副コイル部12Aとで共用する端子部材が取り付けられる。上記両コイル部11,12Aの巻線11w,12wの端部11e,12e同士の接続(導体同士の接続)には、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。巻線11w,12wの端部11e,12e(導体)と端子部材との接続には、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11,12A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。
【００２７】
なお、少なくとも一方のコイル部に具える一対のコイルをそれぞれ別の巻線で形成し、これら一対のコイルの巻線の一端部同士を上記溶接などや端子部材を介して接合させた形態(以下、接合コイルと呼ぶ)としてもよい。接合コイルは、接合し合う両コイルの巻線の端部を適宜取り回すことで、磁性コアにおいてこれらコイル同士の接合部分を配置させる領域を、巻返し部を有する場合と比較して小さくでき、リアクトル集合体をより小型にできる。また、巻返し部が無い場合、後述する内側樹脂部13を成形し易い。更に、両コイル部をいずれも接合コイルとすると、主コイルの外周に副コイルを配置させ易く、組合せコイル体を容易に形成することができる。接合コイルにおける巻線の端部同士の接合や、上述した両コイル部の一端部同士の接合には、別途接続用の板材などを利用してもよいが、接合し合う巻線の両端部をできる限り近付けた形状とし、直接接合させた構成とすると、接合箇所及び接合工程を低減することができる。これらの接合は、任意の時に行えるが、両コイル部が接合コイルである場合、両コイル部を重ね合わせた後に行うと、主コイルの外周に副コイルを配置し易い。上記接合コイルに関する構成は、後述する各形態にも適用することができる。
【００２８】
《両コイル部の配置》
リアクトル集合体1Aに具えるコイル集合成形体2では、主コイル部11の各主コイル11a,11bの外周にそれぞれ、副コイル部12Aの各副コイル12a,12bが同心状に配置されている。即ち、主コイル11a(11b)が内側、副コイル12a(12b)が外側に配置されている。ここでは、主コイル11a(11b)の軸方向の中心位置と、副コイル12a(12b)の軸方向の中心位置とが等しくなるように、かつ副コイル12a(12b)の全体が主コイル11a(11b)に重なり合うように、両コイル11a,12a(11b,12b)が重ね合わされている。また、副コイル12a(12b)の巻き数が主コイル11a(11b)よりも少ないため、両コイル11a,12aの端面及び両コイル11b,12bの端面は揃っておらず、コイル11a(11b)の軸方向にずれている。なお、両コイル部11,12Aの各コイル11a,11b,12a,12bはいずれも、隣り合うターン間の間隔が極めて小さく、ほぼゼロである。
【００２９】
この積層形態では、両コイル部の間に絶縁紙などの絶縁部材を配置させて、両コイル部間の絶縁性を高めてもよい。また、絶縁紙の一面に接着剤層を具えておき、各副コイルの適宜な箇所をそれぞれ絶縁紙で包んだり、巻線の絶縁被覆層として自己融着が可能なものを利用して融着したりすることで、ターン間に隙間ができ難く、副コイルを所定の形状に保持し易い。
【００３０】
(内側樹脂部13)
上記主コイル部11と副コイル部12Aとの組合せコイル体の外周を覆うように内側樹脂部13を具える。ここでは、内側樹脂部13は、上記組合せコイル体の外形に概ね沿って覆っており、巻線11w,12wの両端部11e,12eのみが露出されている。主コイル部11の両主コイル11a,11b、及び副コイル部12Aの両副コイル12a,12bは、その外周を内側樹脂部13により覆われることで、形状が保持されて伸縮しない。また、ここでは、主コイル11a,11b,副コイル12a,12bはそれぞれ、隣り合うターン間の間隔がほぼゼロとなるように内側樹脂部13により保持されている(自由長よりも圧縮された圧縮状態の場合を含む)。内側樹脂部13において副コイル部12Aのターン形成部分を覆う箇所の厚さは、実質的に均一であり、主コイル部11において副コイル部12Aが存在しない部分を覆う箇所の厚さは、上記副コイル部12Aを覆う箇所の厚さよりも若干厚い。また、内側樹脂部13において主コイル部11の巻返し部11rを覆う箇所は、コイル11a(11b)の軸方向にせり出した形状である。なお、ここでは、組合せコイル体のほぼ全周を覆う構成としているが、各コイル部11,12Aの一部が露出されるように内側樹脂部13の外周を凹凸形状としてもよい。凹凸形状とすることで、後述する外側樹脂部の構成樹脂との接触面積を高め、外側樹脂部との密着性を向上させることができる。
【００３１】
内周側に位置する主コイル部11の各主コイル11a,11bの内周も内側樹脂部13の構成樹脂により覆われており、コイル集合成形体2は、この構成樹脂により形成される中空孔13hを有する。各中空孔13hにはそれぞれ、磁性コア10のコイル巻回部10ca,10cb(図2)が挿通配置される。各コイル巻回部10ca,10cbがそれぞれ、主コイル11a,11bの内周の適切な位置に配置されるように内側樹脂部13の構成樹脂の厚さを調整すると共に、中空孔13hの形状をコイル巻回部10cの外形(ここでは直方体状)に合わせている。そのため、各主コイル11a,11bの内周に存在する内側樹脂部13の構成樹脂は、コイル巻回部10cの位置決め部として機能する。
【００３２】
ここでは、各主コイル11a,11bの内周の全面を覆うように内側樹脂部13の構成樹脂が存在するが、磁性コア10と主コイル部11との間の絶縁性を高められ、かつコイル巻回部10cが位置決めできるように構成樹脂が存在すれば、主コイル11a,11bの内周面の一部が上記構成樹脂から露出していてもよい。即ち、コイル巻回部10cが挿入される中空孔が凹凸形状でもよい。中空孔が凹凸形状であることで、凹み部分に後述する外側樹脂部の構成樹脂が流入し易い上に、内側樹脂部の使用量を低減できる。
【００３３】
また、ここでは、主コイル部11と副コイル部12Aとの間に積極的に隙間を設けていないため、両コイル部11,12A間には、若干の内側樹脂部13が存在するのみである。両コイル部間に内側樹脂部を存在させて、両コイル部間の絶縁性を高めることもできる。
【００３４】
内側樹脂部13の構成樹脂は、コイル集合成形体2を具えるリアクトル集合体1Aを使用した際に、コイルや磁性コアの最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を有し、トランスファー成形や射出成形が可能な材料が好適に利用できる。特に、絶縁性に優れる材料が好ましい。具体的には、エポキシなどの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。ここでは、エポキシ樹脂を利用している。また、内側樹脂部13は、高温になり易い主コイル部11に接触することから、放熱性に優れる樹脂が好ましい。例えば、内側樹脂部13の構成樹脂として、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも1種のセラミックスからなるフィラーを混合した樹脂を利用すると、放熱性を高められる。
【００３５】
(コイル集合成形体の製造)
上記コイル成形体2は、以下のような成形金型を利用して製造することができる。成形金型は、開閉可能な一対の第一金型及び第二金型から構成されるものが利用できる。第一金型は、主コイル部11の一端側(図1(II)において巻線11wの端部11eを引き出している側)に位置する端板と、各主コイル11a,11bの内周にそれぞれ挿入される直方体状の一対の中子とを具え、第二金型は、主コイル部11の他端側(図1(II)において巻返し部11r側)に位置する端板と、各主コイル11a,11bの外周のうち両側面(図1(II)において左右の面)に沿って配置され、副コイル部12Aの端面の一部に接する四つの板状の側壁と、主コイル部11及び副コイル部12Aとの組合せコイル体の周囲を覆う周側壁とを具える。これら第一金型、第二金型は、駆動機構により金型内部において進退可能な複数の棒状体を具え、これらの棒状体により、主コイル11a,11b,副コイル12a,12bの端面を適宜押圧して主コイル11a,11b及び副コイル12a,12bを圧縮したり、副コイル12a,12bを主コイル11a,11bに対して適切な位置に固定されるようにする。上記板状の側壁や棒状体は、両コイル部11,12Aの圧縮に対する十分な強度と、内側樹脂部13の成形時の熱などに対する耐熱性とを具えるものが挙げられる。また、棒状体は、両コイル部11,12Aにおいて内側樹脂部13で被覆されない箇所を少なくするために、極力細くすることが好ましい。なお、板状の側壁に代えて、複数の棒状体としてもよいし、側壁と棒状体とを組み合わせて利用してもよい。
【００３６】
まず、組合せコイル体を作製する。組合せコイル体は、巻線11w,12wをそれぞれ螺旋状に巻回して主コイル部11、副コイル部12Aを形成する。副コイル部12Aは、例えば、主コイル部11と同様に、一方の副コイル12aを形成した後、巻線12wの一部を折り曲げ、一方の副コイル12aと並列する位置に他方の副コイル12bを連続して形成することで得られる。或いは、一方の副コイル12aを形成した後、巻線12wの一部により繋がった状態で他方の副コイル12bを直列状に形成して、両副コイル12a,12bが軸方向に並ぶように形成した後、両副コイル12a,12bが並列するように上記巻線12wの一部を折り曲げることで、副コイル部12Aを形成することができる。この場合、巻線の巻回方向が一方向であるため、一対の副コイル12a,12bを具える副コイル部12Aを形成し易い。そして、主コイル部11の外周に副コイル部12Aを組み合わせて、組合せコイル体が得られる。主コイル11a,11bをつくる巻線11wの端部11eが副コイル部12Aを組み付ける際に邪魔にならないように、例えば、主コイル11a,11bの軸方向に延ばし、主コイル11a,11bのターンの外周に端部11eが突出しないようにしたり(組み付け後に端部11eを適宜屈曲してもよい)、主コイル11a,11bの外周に副コイル12a,12bを組み付ける際、副コイル12a,12bを若干変形させ、組み付けた後、副コイル12a,12bを成形し直してもよい。ここでは、副コイル部12Aが被覆電線で形成されていることで、変形や成形のし直しを行い易い。また、両コイル部11,12Aのスプリングバックが少ない場合、主コイル11a,11bの外周に副コイル12a,12bを配置し易い。或いは、主コイル部11の外周に巻線12wを巻回して副コイル部12Aを形成することにより、組合せコイル体を形成することができる。副コイル部12Aを構成する巻線12wとして、被覆電線などの柔らかい巻線を利用することで、例えば、手巻きにより副コイル部12Aを容易に形成することができる。
【００３７】
上記組合せコイル体と上記成形金型の表面との間に一定の隙間が形成されるように成形金型内に組合せコイル体を収納する。このとき、両コイル部11,12Aは未だ圧縮されていない。
【００３８】
次に、成形金型を閉じて、各主コイル11a,11bの内周にそれぞれ、第一金型の中子を挿入する。このとき、中子と主コイル11a,11bの内周の間隔は、中子の全周に亘ってほぼ均一となるようにする。また、主コイル11a(11b)の両側面において巻返し部11r側の部分が二つの側壁に挟まれ、各側壁の端面が副コイル12a,12bの巻返し部11r側に配置された端面に接するようにする。副コイル12a,12bの端面が上記側壁の端面に接すると共に、主コイル11a,11bの所定の位置に副コイル12a,12bが配置されるように、側壁の大きさ(主コイル11a(11b)の軸方向の長さや厚さ)を調整するとよい。
【００３９】
続いて、棒状体を成形金型内に進出して各主コイル11a,11b、副コイル12a,12bを圧縮したり、副コイル12a,12bの位置を調整したりする。各主コイル11a,11bは、棒状体と金型の端板とに挟まれることで圧縮され、各副コイル12a,12bは、棒状体と金型の側壁とに挟まれることで圧縮されたり、主コイル11a,11bに対する位置が規定される。この圧縮により、主コイル11a,11b,副コイル12a,12はそれぞれ、隣り合うターン間の隙間が低減された状態となり、各コイルの自由長よりも圧縮された状態に保持される。また、ここでは、上記圧縮により、各副コイル12a,12は、その軸方向の中心位置が主コイル11a,11bの軸方向の中心位置と揃うように配置される。
【００４０】
上記圧縮状態及び両コイル部11,12Aが同心状に配置された状態を保持しながら、樹脂注入口から成形金型内に樹脂を充填して硬化した後、成形金型を開いて、当該樹脂により各コイル部11,12Aが所定の形状に保持されたコイル集合成形体2を取り出す。なお、棒状体で押圧されていた箇所に形成された複数の小穴は、適宜な絶縁材などで埋めてもよいし、そのまま放置しておいてもよい。また、凹凸形状の中空孔を形成する場合は、中子として適宜突部や凹部を有するものを利用するとよい。後述する種々の形態においても、コイル集合成形体の製造方法は、基本的に同様である。
【００４１】
なお、両コイル部を上述した接合コイルとする場合、主コイル及び副コイルの組合せを二組作製し、それぞれの組合せに対して上述のように内側樹脂部を成形して二組のコイル成形体を用意し、各コイル部における一対のコイル同士の接合、及び両コイル部の接合を行ってもよい。
【００４２】
[ケース又は外側樹脂部]
磁性コア10とコイル集合成形体2との組合体は、リアクトル集合体としてそのまま利用してもよいが、例えば、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、更にケース内に絶縁性のポッティング樹脂(図示せず)を充填した構成とすることができる。
【００４３】
或いは、上記組合体をケースに収納せず、絶縁性樹脂により被覆し、外側樹脂部(図示せず)を具える構成としてもよい。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、リアクトル集合体を小型にできる。また、外側樹脂部から磁性コアの一部やコイル集合成形体の一部を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。例えば、図2に示す磁性コア10のように、端部コア10eの一面(図2において下面)をコイル巻回部10cよりも突出した形状とし、この面をリアクトル集合体を設置するときの設置側の面とする。そして、端部コアのこの設置側の面を外側樹脂部から露出させて冷却ベースに接触できるようにすると、放熱性を更に高められる。更に、ケースを省略して外側樹脂部を具える構成とする場合、両コイル部の巻線の端部を任意の箇所に引き出すことができ、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。
【００４４】
なお、両コイル部11,12Aの巻線11w,12wの両端部11e,12eは、ポッティング樹脂や外側樹脂部から露出させて、巻線同士の接合や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ことで、磁性コア10やコイル集合成形体2を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。これらケースや外側樹脂部に関する構成は、後述する各形態にも適用することができる。
【００４５】
[リアクトル集合体の組立]
上記構成を具えるリアクトル集合体1Aは、以下のようにして形成することができる。
【００４６】
まず、上述のようにしてコイル集合成形体2を用意する。また、図2に示すように、磁性体部10mからなるコア片やギャップ材10gを接着剤などで固定してコイル巻回部10cを形成する。そして、コイル巻回部10cをコイル集合成形体2の中空孔13hに挿入配置する。この中空孔13hは、上述のようにコイル集合成形体2の内側樹脂部13の構成樹脂により所定の厚さに形成されているため、中空孔13hに挿入された各コイル巻回部10ca,10cbはそれぞれ、主コイル11a及び副コイル12aの対、主コイル11b及び副コイル12bの対に対して適切な位置に配置される。次に、コイル集合成形体2の両端面が一対の端部コア10eで挟まれるように端部コア10eを配置して、接着剤などで端部コア10eとコイル巻回部10cとを接合する。この工程により、リアクトル集合体1Aが得られる。なお、両コイル部11,12Aの巻線11w,12wの一端部11e,12e同士の接合は、任意のときに行える。リアクトル集合体に組み立てる前のコイル集合成形体2の状態でも、リアクトル集合体1Aの組み立て後に接合作業を行ってもよい。
【００４７】
得られた環状の磁性コア10と上記コイル集合成形体2とを具える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。
【００４８】
[効果]
リアクトル集合体1Aは、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11を具えることで、昇圧動作や降圧動作を行え、かつ副コイル部12Aを具えることで、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。その上、リアクトル集合体1Aは、主コイル部11の各主コイル11a,11bと、副コイル部12Aの各副コイル12a,12b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。
【００４９】
かつ、リアクトル集合体1Aは、両コイル部11,12Aが内側樹脂部13により一体に成形されたコイル集合成形体2を具えることで、組み立ての際に両コイル部11,12Aを一体物として扱える上に、両コイル部11,12Aの形状が保持されて伸縮などしないため、両コイル部11,12Aが非常に取り扱い易いことからも、生産性に優れる。また、コイル集合成形体2では、コイル巻回部10ca,10cbがそれぞれ挿入される各主コイル11a,11bの内周をも内側樹脂部13の構成樹脂により覆い、この構成樹脂を所定の厚さ及び形状とすることで、内側樹脂部13を磁性コア10のコイル巻回部10cの位置決めに利用できる。そのため、リアクトル集合体1Aは、筒状ボビンなどの位置決め用の部材が不要でありながら、磁性コア10の位置決めを容易に行えることからも、生産性に優れる。
【００５０】
また、リアクトル集合体1Aでは、主コイル部11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、コイル巻回部10cにおけるコイルの軸方向の長さを短くすることができ、小型にできる。更に、リアクトル集合体1Aでは、副コイル部12Aが被覆電線で構成されていることから巻返し部が無く、磁性コア10において両副コイル12a,12bを繋ぐ接合部分の配置領域が実質的に不要であり、このことからも小型である。
【００５１】
更に、リアクトル集合体1Aでは、両コイル部11,12Aの巻線11w,12wの一端部11e,12e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。なお、主コイル部の巻線の各端部、及び副コイル部の巻線の各端部にそれぞれに端子部材を取り付け、主コイル部の巻線と副コイル部の巻線とを、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。リアクトル集合体1A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。
【００５２】
[主コイルと副コイルとの配置形態]
以下、図3を参照して、主コイルと副コイルとが同心状に配置された形態において、リアクトル集合体1Aとは別の配置形態を説明する。図3及び後述する図4(I),図5では、両コイル部及び磁性コアの配置状態が分かり易いように、内側樹脂部、巻線の端部、巻線の連結箇所(巻返し部、連結部)を省略して示す。上述したリアクトル集合体1Aは、副コイル部12Aに具える副コイル12a,12bの隣り合うターン間の間隔が実質的に0(ゼロ)であり、副コイル12a,12bの巻き数が主コイル11a,11bよりも少なく、かつ主コイル11a,11bの軸方向の中心位置と副コイル12a,12bの軸方向の中心位置とがほぼ等しい形態である。
【００５３】
図3(I)に示すリアクトル集合体1Bのように、副コイル部12Bの各副コイル12a,12bにおける隣り合うターン間の間隔tが主コイル部11の各主コイル11a,11bにおける隣り合うターン間の間隔(ここでは実質的に0(ゼロ))よりも広い形態とすることができる。ここでは、間隔tを広げて、副コイル12a,12bの軸方向の長さlが、主コイル11a,11bの軸方向の長さに等しくなるようにしている。即ち、リアクトル集合体1Bに具える副コイル12a,12bは圧縮されていない状態で内側樹脂部により形状が保持される。そのため、内側樹脂部の成形にあたり、副コイル部の圧縮に利用した上記四つの側壁が不要であり、棒状体で押す必要もない。なお、副コイルの隣り合うターン間の間隔や主コイルに対する副コイルの配置位置などに応じて、上記側壁や棒状体の押圧を利用するとよい。また、組合せコイル体を形成する際にターン間の間隔を広げた状態を保持し易いように、絶縁性のテープなどで一時的に固定してもよい。コイル集合成形体では、副コイル12a,12bのターン間に内側樹脂部が充填され、ターン間の間隔が広げられた状態に維持される。
【００５４】
或いは、図3(II)に示すリアクトル集合体1Cのように、主コイル部11の主コイル11a(11b)の軸方向の中心位置C(図3(II)に一点鎖線で示す)に対して、副コイル部12Cの副コイル12a(12b)の軸方向の中心位置が、主コイル11a(11b)の軸方向にずれた形態とすることができる。ここでは、主コイル部11の中心位置Cから距離Lだけ副コイル12a(12b)をずらしており、副コイル部12Cの一方の端面が主コイル部11の一方の端面から突出した状態である。このような両コイル部11,12Cを具えるコイル集合成形体の成形にあたり、上述した四つの側壁の大きさ、一対の端板間の大きさなどを適宜調整することで、中心位置がずれた状態を内側樹脂部により維持した成形体を形成することができる。
【００５５】
或いは、図3(III)に示すリアクトル集合体1Dに具える副コイル部12Dのように、両副コイル12a,12bにおいてコイル巻回部10ca,10cb間に配置される部分をつくる巻線が重複するように配置された形態とすることができる。ここでは、副コイル12aの巻線(図3(III)において○で示す)と副コイル12bの巻線(図3(III)において●で示す)とが1本ずつ交互に配置されている。この形態では、コイル巻回部10ca,10cb間の間隔を図3(I)に示すリアクトル集合体1Bよりも狭くすることができる。従って、リアクトル集合体1Dに具える磁性コア10Dの端部コア10Deの幅(図3において上下方向の大きさ)をリアクトル集合体1Bに具える磁性コア10の端部コア10eよりも小さくすることができる。そのため、リアクトル集合体1Dは、更に小型である。この形態の場合、副コイル部12Dは、上述した接合コイルとすると形成し易い。なお、1本ずつではなく、複数本ずつの巻線が交互に配置された形態とすると、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る。また、両副コイルを一纏まりとし、一方の副コイルの端面と他方の副コイルの端面とが重複するように両副コイルが配置された形態とすると、重複箇所が少なく、副コイル部の形成が容易である。
【００５６】
リアクトル集合体1A,1B,1C,1Dに示すように、主コイル部11に対する副コイル部12A,12B,12C,12Dの配置形態やターン間の間隔などを異ならせることで、漏れインダクタンスを変化させられる。図3(I),(III)に示すリアクトル集合体1B,1Dは、各副コイル12a,12bの隣り合うターン間の間隔が各主コイル11a,11bよりも広いことで、リアクトル集合体1Aよりも漏れインダクタンスが小さい。図3(II)に示すリアクトル集合体1Cは、副コイル部12Cの軸方向の中心位置と主コイル部11の軸方向の中心位置とが軸方向にずれていることで、リアクトル集合体1Aよりも漏れインダクタンスが小さい。このように所望の漏れインダクタンスに応じて、両コイル部の配置形態やターン間の間隔などを選択することができる。
【００５７】
(巻線の種類)
主コイル部及び副コイル部の巻線として、上述のリアクトル集合体1Aのように異ならせてもよいし、同種のものを利用してもよい。また、上記被覆平角線や被覆電線の他、被覆丸線を利用してもよい。被覆丸線は、被覆平角線と比較して曲げ易く、巻回作業を行い易い。被覆丸線や被覆平角線で両コイル部を形成する場合、両コイル部間に上述のように絶縁紙などの絶縁部材や内側樹脂部の構成樹脂を介在させると、両コイル部間の絶縁性を高められる。上記巻線の種類に関する点は、後述する実施形態2,3にも適用することができる。
【００５８】
(副コイル部の巻線)
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副コイル部に流される電流値が小さい場合、導体断面積が小さい巻線を利用できる。例えば、両コイル部の双方の巻線が被覆平角線の場合、副コイル部の被覆平角線として、主コイル部の被覆平角線と同じ幅で、厚さが薄いもの(例えば、主コイル部の厚さの半分のもの)を利用することができる。両コイル部を構成する被覆平角線の幅が同じであることで、巻線の一端部同士を溶接などにより接合する場合、接触面積を十分に確保することができ、接合強度が高い。この構成は、後述する実施形態2,3にも適用することができる。
【００５９】
或いは、副コイル部の巻線として、銅箔の導体(例えば、0.1mm×1.0mm)の表面に絶縁被覆層(例えば、厚さ0.2mm、ポリイミド)を具えるシート状線材といった薄肉のものを利用することができる。この場合、副コイル部の高さ(コイルの軸方向及び一対の副コイルの並列方向の双方に直交する方向の大きさ(図1において上下方向の大きさ))及び副コイルの幅(一対のコイルの並列方向の大きさ(図1において左右方向の大きさ))を小さくすることができる。また、副コイルの巻き数が少ない場合、コイルの軸方向の長さが過度に長くならず、小型なリアクトル集合体とすることができる。シート状線材を利用した場合、リアクトル集合体1Bと同様に副コイルを圧縮しない。
【００６０】
或いは、副コイル部を構成する巻線が被覆平角線である場合、副コイルは、被覆平角線をフラットワイズ巻きにしたフラットワイズコイルとすることができる。この場合、上記シート状線材を利用した場合と同様に副コイルの高さ及び幅を小さくでき、リアクトル集合体の小型化に寄与することができる。
【００６１】
或いは、副コイル部を構成する巻線の導体として、銅よりも導電率が小さいアルミニウムやアルミニウム合金からなるものを利用してもよい。導体がアルミニウムやその合金からなる巻線を利用することで、リアクトル集合体の軽量化に寄与することができる。この構成は、後述する実施形態2,3にも適用することができる。
【００６２】
(実施形態2)
以下、図4を参照して実施形態2のリアクトル集合体1Eを説明する。リアクトル集合体1Eは、基本的構成は実施形態1のリアクトル集合体1Aと同様であり、異なる点は、両コイル部の配置形態にある。以下、この点を詳細に説明し、その他の点は説明を省略する。
【００６３】
リアクトル集合体1Eは、主コイル部11の一方の主コイル11aと副コイル部12Eの一方の副コイル12Eaとが主コイル11aの軸方向に隣り合って同軸に配置されており、他方の主コイル11bと他方の副コイル12Ebとが主コイル11bの軸方向に隣り合って同軸に配置されている。即ち、一方の主コイル11a及び副コイル12Eaの対が重なり合うことなく縦並びの状態で一方のコイル巻回部10caに配置され、他方の主コイル11b及び副コイル12Ebの対が重なり合うことなく縦並びの状態で、他方のコイル巻回部10cbに配置されている。
【００６４】
ここでは、両コイル部11,12Eを形成する巻線11w,12Ewが被覆平角線であり、副コイル部12Eの各副コイル12Ea,12Ebも主コイル11a,11bと同様にエッジワイズコイルであって、巻返し部12rを有する。副コイル部12Eの巻線12Ewは、巻線11wと同幅で、巻線11wよりも厚さが薄い。そして、主コイル部11の巻返し部11rと副コイル部12Eの巻返し部12rとがそれぞれ異なる端部コア10eに配置されるように、両コイル部11,12Eが組み合わされている。こうすることで、両コイル部11,12Eを近接して配置させられることから、コイル巻回部10cの軸方向の長さを小さくすることができ、リアクトル集合体1Eを小型にできる。
【００６５】
この形態において、両コイル部11,12E間の隙間w(コイルの軸方向の長さ)を調整することで、いずれか一方のコイル部11,12E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。
【００６６】
また、この形態において、両コイル部11,12Eを上述した接合コイルとすると、二つの巻返し部が不要であるため、リアクトル集合体をより小型にできる。
【００６７】
両コイル部11,12Eを具えるコイル集合成形体を成形する場合、直方体状の中子として、一方の主コイル11a及び副コイル12Eaの対の内周、他方の主コイル11b及び副コイル12Ebの対の内周にそれぞれ挿入されるものを利用するとよい。また、金型内部に配置された主コイル部11の端面と副コイル部12Eの端面との間に内側樹脂部の構成樹脂が介在され、所望の隙間wが設けられるように、例えば、上述した進退可能な複数の棒状体を上記端面間にも配置されるようにすることが挙げられる。両コイル部11,12Eの間に内側樹脂部が介在することで、両コイル部11,12Eの間の絶縁性を高められる。上記棒状体の大きさや本数などは、隙間wの大きさに応じて適宜選択するとよい。また、この形態では、上述した四つの側壁は不要である。
【００６８】
リアクトル集合体1Eに具えるコイル集合成形体は、例えば、以下のようにして製造することができる。基本的な製造手順は上述したコイル集合成形体2と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。まず、別々の巻線11w,12Ewによりそれぞれ主コイル部11,副コイル部12Eを形成する。そして、両コイル部11,12Eが縦並びになるように成形金型に両コイル部11,12Eを配置し、主コイル11a,副コイル12Eaの対の内周、主コイル11b,副コイル12Ebの対の内周にそれぞれ上記中子を挿入する。続いて、棒状体を進出して、両コイル部11,12Eの各コイルを圧縮すると共に、両コイル部間に所定の隙間wを設けた状態で、樹脂を充填して硬化する。
【００６９】
[効果]
リアクトル集合体1Eは、上記実施形態1のリアクトル集合体1Aと同様の効果、代表的には、(1)昇圧動作や降圧動作にあたりソフトスイッチングが行える、(2)磁性コア10の共通利用により小型である、(3)コイル集合成形体を具えることで生産性に優れる、という効果を奏することができる。特に、リアクトル集合体1Eは、実施形態1のリアクトル集合体1Aと比較して主コイル部11と副コイル部12Eとの組合せコイル体が形成し易い上に、コイル集合成形体をも成形し易く、生産性に優れる。また、リアクトル集合体1Eは、両コイル部11,12Eが被覆平角線で構成されていることで占積率が高い上に、縦並びにしていながらもコイル巻回部10cの軸方向の長さが短く小型である。
【００７０】
(実施形態3)
以下、図5を参照して実施形態3のリアクトル集合体1Fを説明する。リアクトル集合体1Fは、基本的構成は実施形態1のリアクトル集合体1Aと同様であり、異なる点は、両コイル部の配置形態にある。以下、この点を詳細に説明し、その他の点は説明を省略する。図5において□は、主コイルを構成する巻線を示し、○は副コイルを構成する巻線を示す。
【００７１】
リアクトル集合体1Fは、主コイル部11Fの一方の主コイル11Faを構成するターン間に、副コイル部12Fの一方の副コイル12Faを構成する各ターンが介在され、両コイル11Fa,12Faは、各軸方向が一直線上に重複するように、一方のコイル巻回部10caに配置されている。また、他方の主コイル11Fbを構成するターン間に、他方の副コイル12Fbを構成する各ターンが介在され、両コイル11Fb,12Fbは、各軸方向が一直線上に重複するように、他方のコイル巻回部10cbに配置されている。ここでは、主コイル11Fa(11Fb)を構成する各ターンの巻線と、副コイル12Fa(12Fb)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ている。但し、副コイル12Fa(12Fb)の巻き数が主コイル11Fa(11Fb)の巻き数より少ないため、副コイル12Fa(12Fb)は、主コイル11Fa(11Fb)の一部にのみ存在している。
【００７２】
上記両コイル部11F,12Fを具える組合せコイル体は、主コイル部11Fを形成した後、主コイル11Fa(11Fb)のターン間に副コイル12Fa(12Fb)を構成する巻線を巻回して、主コイル11Fa(11Fb)のターン間に副コイル12Fa(12Fb)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11Fa(11Fb)のターン間が広げられた状態であると、副コイル12Fa(12Fb)を形成する巻線を巻回し易い。或いは、主コイル部11Fを構成する巻線と副コイル部12Fを構成する巻線とを同時に巻回することが挙げられる。副コイル部の巻き数が主コイル部の巻き数よりも少ない場合、途中で主コイル部のみを形成する工程を含む。
【００７３】
ここでは、主コイル部11Fと副コイル部12Fとの組合せコイル体の両端が主コイル部11Fを構成する巻線であるが、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、各副コイルは、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集合体1B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。複数本ずつ交互に配置された形態では、副コイルの各ターンをつくる巻線の一部はそれぞれ、主コイルのターン形成部分の外周に、主コイルのターンと交差するように出っ張って配置される。この交差する部分が主コイルの同じ側に位置するように配置させると、組合せコイル体の大きさを小さくすることができる。また、副コイルの各ターン間に存在する主コイルの巻き数は等しくても、異なっていてもよい。
【００７４】
或いは、主コイル部の各主コイル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、一方の主コイルを構成する一対の分割コイルにより副コイル部の一方の副コイルを挟み、他方の主コイルを構成する一対の分割コイルにより他方の副コイルを挟む形態とすることができる。この形態では、各副コイルは一纏まりとなっており、副コイルのターン間に主コイルのターンが存在しない。上記主コイルを構成する四つの分割コイルは、それぞれを上述した接合コイルとすると、副コイルの両端面を挟むように配置させ易い。一方の主コイルをつくる一対の分割コイル同士の接合箇所は、当該分割コイルで挟まれた副コイル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を配置した後に行うと、副コイルを配置し易い。この形態では、主コイル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。なお、一方のコイル巻回部10caに配置される主コイルの一方の分割コイルと、他方のコイル巻回部10cbに配置される主コイルの一方の分割コイルとを連続する1本の巻線で形成すると、接合箇所及び接合工程を低減することができる。
【００７５】
[効果]
リアクトル集合体1Fは、上記実施形態1のリアクトル集合体1Aと同様の効果、代表的には、(1)昇圧動作や降圧動作にあたりソフトスイッチングが行える、(2)磁性コア10の共通利用により小型である、(3)コイル集合成形体を具えることで生産性に優れる、という効果を奏することができる。特に、リアクトル集合体1Fは、リアクトル集合体1Bのように、各副コイル12Fa,12Fbを構成するターン間の間隔が広げられた状態であることで、漏れインダクタンスが小さい。そして、副コイル12Fa(12Fb)のターン間に主コイル11Fa(11Fb)のターンが介在することで、副コイル12Fa(12Fb)は、ターン間の間隔が広い状態を維持し易く、所定の漏れインダクタンスを維持し易い。また、実施形態3では、主コイル部11Fの端部側に副コイル部12Fが存在することで、両コイル部11F,12Fの軸方向の中心位置がずれるため、リアクトル集合体1Cのように漏れインダクタンスが小さくなる傾向にある。このように実施形態3では、副コイルの配置位置や副コイルのターン間の間隔などを調整することで、漏れインダクタンスを簡単に小さくできる。
【００７６】
[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。
【００７７】
この試験では、図3(I)に示す実施形態1のリアクトル1B(積層形態)、図4(I)に示す実施形態2のリアクトル1E(縦並び形態)、図5に示す実施形態3のリアクトル1F(交互配置形態)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、両コイル部を構成する巻線は実施形態1のリアクトル1Bと同様のもの(主コイル部:被覆平角線、副コイル部:被覆電線)を利用し、副コイル部の両副コイル:10ターン、主コイル部の両主コイル:60ターンとした。積層形態のリアクトル1Bでは、各主コイルの中心位置と、各副コイルの中心位置とが揃うように各主コイルの外周にそれぞれ副コイルを配置した。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。交互配置形態のリアクトル1Fでは、主コイルの60ターンのうち、最初の10ターンを副コイルのターンと交互に配置させた。また、この試験では、概ね同じ磁性コアを用いた。
【００７８】
そして、副コイル部をつくる一対の副コイル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。
【００７９】
【表１】
2010245456.tif 000003
【００８０】
表1に示すように、両コイル部の配置形態や隣り合うターン間の間隔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集合体が得られるように、適宜配置形態やターン間の間隔などを選択するとよい。
【００８１】
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】
【００８２】
本発明リアクトル集合体は、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。本発明コイル集合成形体は、上記リアクトル集合体の構成部品に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
1A,1B,1C,1D,1E,1F  リアクトル集合体  2  コイル集合成形体
10,10D  磁性コア  10c,10ca,10cb  コイル巻回部  10e,10De  端部コア
10m  磁性体部  10g  ギャップ材
11,11F  主コイル部  11a,11b,11Fa,11Fb  主コイル  11r,12r  巻返し部
11w,12w,12Ew  巻線  11e,12e  巻線の端部
12A,12B,12C,12D,12E,12F  副コイル部
12a,12b,12Ea,12Eb,12Fa,12Fb  副コイル  13  内側樹脂部  13h  中空孔
【図１】
2010245456.tif 000004
【図２】
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【図３】
2010245456.tif 000006
【図４】
2010245456.tif 000007
【図５】
2010245456.tif 000008