(57)【要約】【課題】絶縁部と磁性コアの接合容易性を図ることができ、リアクトル作動時の接合界面温度を可及的に低減することができ、さらには、絶縁部と磁性コアとの接合加工時〜リアクトル作動時の全期間に亘って、初期の磁路長およびインダクタンス性能の確保を図ることができるリアクトルを提供する。【解決手段】複数の磁性コア１，２が絶縁部５を介して繋げられて、平面視が略環状のリアクトルコア１０が形成され、該リアクトルコア１０の一部にコイル６が形成されてなるリアクトル１００であって、絶縁部５は、非磁性のギャップ板３と、該ギャップ板３の両側に設けられた非磁性の樹脂シート４，４と、からなり、該樹脂シート４が磁性コア１，２およびギャップ板３の双方に熱圧着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁性コアが絶縁部を介して繋げられて、平面視が略環状のリアクトルコアが形成され、該リアクトルコアの一部にコイルが形成されてなるリアクトルであって、
前記絶縁部は、非磁性のギャップ板と、該ギャップ板の両側に設けられた非磁性の樹脂シートと、からなり、該樹脂シートが磁性コアおよびギャップ板の双方に熱圧着されてなる、リアクトル。
【請求項２】
前記ギャップ板はセラミックスからなり、
前記樹脂シートは、常温で非粘性の固体であって、熱圧着の際に少なくともその端部が溶融し、セラミックスおよび磁性コアに固着するものである、請求項１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、電力変換回路を構成するリアクトルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換回路のリアクトルは、一般に平面視が略横長環状のリアクトルコアの２つの長手部にコイルが形成された姿勢でハウジング内に収容されている。このリアクトルコアは複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる分割コアから構成されており、各分割コア間には非磁性素材のギャップ板が介装されており、ギャップ板とコアは接着剤にて接着固定されてリアクトルコアが形成されている。より具体的には、図３に示すように、平面視が略Ｕ型のコアａ（Ｕ型コア）と平面視が矩形のコアｂ（Ｉ型コア）とがギャップ板ｃを介して接着剤ｄによって固定されており、その長手部にコイルｅが形成される。
【０００３】
ところで、コアとギャップ板が接着されている場合には、その接着性の劣化により、リアクトルコアの耐久性が低下することになる。また、コアとギャップ板双方の製造公差や接着剤層の製造公差により、組付けられたリアクトルコアの平均磁路長が変化する結果、所望のインダクタンスが得られないといった製品不具合の問題が生じ得る。この接着剤層においては、加工時における接着剤の垂れや流れといった問題もあり、加工効率の低下、接着剤層の厚みに関する歩留まりの低下などの問題も生じていた。すなわち、従来のリアクトルコアにおいては、磁性コアとギャップ板とが接着剤層を介して接着固定される構造となっているため、この接着剤層の厚み公差を解消することが極めて困難であるとともに、接着剤層がリアクトルコアの耐久性を決定する主要因となっていた。
【０００４】
そこで、上記する磁性コア間の絶縁部に接着剤層を介層させるかわりに、たとえば接着剤が充填される凹溝を備えたスペーサを介在させ、所望の磁路長を確保することのできるリアクトルに関する技術が発案され、特許文献１に開示されている。
【０００５】
一方、特許文献１のごときスペーサー（および接着剤）を廃して、非磁性の樹脂シートを絶縁部に介在させたインダクタンス部品に関する技術が特許文献２に開示されている。この構造を図３と対比できるように示した図４を参照して説明すると、Ｕ型コアａとＩ型コアｂとの間に樹脂シートｆが介在し、たとえばその長手部にコイルｅが形成される構造を呈したものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１７９７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示のインダクタンス部品によれば、絶縁部に接着剤を使用することなく、樹脂シートを介在させることによって、接着剤を使用する場合の上記課題を効果的に解消することができる。
【０００８】
これに対して、本発明者等は鋭意研究を重ね、絶縁部に接着剤を使用しないことを前提として、特許文献２に開示の構造を有するインダクタンス部品よりも、より性能の優れたリアクトルの発案に至っている。すなわち、本発明は、絶縁部に接着剤を使用しないことで該接着剤を使用する場合の上記課題を生じさせることなく、リアクトル作動時の発熱による磁性コアと絶縁部との接合界面の温度上昇をより一層低減することができ、もって該界面における絶縁部構成部材の熱劣化とこれに起因する接合強度の低下を効果的に抑制することのできるリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルは、複数の磁性コアが絶縁部を介して繋げられて、平面視が略環状のリアクトルコアが形成され、該リアクトルコアの一部にコイルが形成されてなるリアクトルであって、前記絶縁部は、非磁性のギャップ板と、該ギャップ板の両側に設けられた非磁性の樹脂シートと、からなり、該樹脂シートが磁性コアおよびギャップ板の双方に熱圧着されてなるものである。
【００１０】
本発明のリアクトルを構成するリアクトルコアは、従来のリアクトルコアにおける磁性コアとギャップ板とを固定する接着剤層を設けることなく、各コア（リアクトルコアが２つのＵ型コアから形成される場合には、これら２つのＵ型コアであり、リアクトルコアが２つのＵ型コアと該Ｕ型コア間に介在する１以上のＩ型（矩形）コアから形成される場合には、これら２つのＵ型コアと１以上のＩ型コアである）の位置決め姿勢を保持することで所望の磁路長およびインダクタンスを確保可能とした環状のリアクトルコアである。
【００１１】
具体的には、磁性コア間の絶縁部が、ギャップ板と、該ギャップ板の両側に配された樹脂シートと、から形成され、この樹脂シートの少なくとも端部が熱圧着によって溶融され、プレスされることでその両側のギャップ板と磁性コアに固着するものである。
【００１２】
ここで、磁性コアは、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよく、軟磁性金属粉末または軟磁性金属粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成してもよい。なお、この軟磁性金属粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。軟磁性金属酸化物粉末としては、マンガン系、ニッケル系、マグネシウム系などのフェライトを用いることができる。
【００１３】
また、ギャップ板は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ元素などの金属を主成分とするセラミックス、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックスで成形することができる。
【００１４】
さらに、樹脂シートは、常温で非粘性の固体であって、熱圧着にてセラミックスおよび磁性コアに自身が溶融されて固着する素材からなるものである。この樹脂シートの定義付けは、従来使用されていた接着剤と比較することによってより明確となる。すなわち、接着剤とは樹脂が溶剤や油脂等に溶けて液状を呈し、したがって、常温で粘性を持った液体であり、それが硬化する前の状態において形状保持性を有していないものである。そのため、それが硬化する前の状態においてその垂れや流れを防止する手段を講じる必要のあるものであり、また、熱圧着にて磁性コア等に接合されるものではない。
【００１５】
上記する接着剤に対して、本発明のリアクトルを構成する樹脂シートは、常温で比較的硬質で非粘性の固体であり（たとえば、外力として曲げを作用させると割れてしまう）、したがって、その熱圧着前の状態で形状保持性を有しているものである。その樹脂素材に応じて、使用樹脂の溶融温度程度で樹脂シートの少なくとも端部（端面）を溶融し、次いでたとえばその両側の磁性コア同士を押圧するなどしてプレス加工し、クーリングすることにより、樹脂シートと磁性コアおよびギャップ板の強固な接合が完了する。
【００１６】
ここで、上記する特性を有する樹脂シートは、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂などの熱硬化性樹脂を主成分とし、これに、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのフィラーを含有して混合材料とし、これをシート状とした後に加熱硬化させることにより、成形される。なお、これらのフィラーを含有することにより、樹脂シートの熱伝導率を高めることができる（従来の接着剤が０．３〜０．５Ｗ／ｍＫ程度であったのに対して、たとえば３Ｗ／ｍＫ程度かそれ以上となる）。
【００１７】
本発明のリアクトルは、絶縁部に熱伝導性と耐熱性に優れたセラミックス等からなるギャップ板を使用し、さらには、その両側にその溶融前の状態で非粘性で固体の樹脂シートを配し、これを熱圧着して接合したことにより、以下の効果を奏することができるものである。
【００１８】
まず、樹脂シートがその熱圧着前に形状保持性を有していることから、接着剤を使用する場合のような垂れや流れは生じ得ず、したがって、スペーサ等の垂れ防止措置などを講じることなく、容易に接合することができることである（加工効率性に優れている）。また、樹脂シートを熱圧着した際の該樹脂シートの厚み変化量（その側部の溶融とプレス加工による厚み変化）を事前に特定しておくことが容易であり、この事前の特定によって、樹脂シートの熱圧着後の絶縁部の厚みを精度よく管理することができ、初期の磁路長を確保することができる。
【００１９】
また、樹脂シートを熱圧着にて磁性コアやギャップ板に接合したことにより、接着剤による接着に比して界面における接合強度が極めて高くなることである。なお、絶縁部が樹脂シートのみからなる場合と、セラミックス等からなるギャップ板と樹脂シートとからなる場合を比較すると、リアクトル作動時にコイル付近がたとえば２００℃程度の高温状態となった場合でも、樹脂シートに比して耐熱性に優れ、線膨張の少ないギャップ板が存在することで、その磁路長とインダクタンス性能をより確実に確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明者等の知見によれば、接着剤を使用する場合に比して、絶縁部における接合界面のリアクトル作動時の界面温度を低減することができ、このことは、該界面における絶縁部の熱劣化の抑制に繋がるものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、磁性コア間の絶縁部をセラミックス等からなるギャップ板とその両側に配された樹脂シートとから構成し、この樹脂シートを熱圧着にて磁性コアおよびギャップ板に接合したことにより、絶縁部と磁性コアの接合容易性を図ることができ、リアクトル作動時の接合界面温度を可及的に低減することができ、さらには、絶縁部と磁性コアとの接合加工時〜リアクトル作動時の全期間に亘って、初期の磁路長およびインダクタンス性能の確保を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、２つのＵ型コアと４つのＩ型コアとからなるリアクトルコアを示しているが、２つのＵ型コアのみからなる形態、２つのＵ型コアと２つのＩ型コアからなる形態、２つのＵ型コアと６以上のＩ型コアからなる形態であってもよいことは勿論のことである。また、コイルとリアクトルコア間には絶縁紙もしくは絶縁素材のボビンなどが介在されるが、これらの図示を省略している。さらに、図示するリアクトルは、ケース内に収容され、封止樹脂にて封止される形態や、図示するリアクトルが封止樹脂のみで封止されたケースレスの形態など、その最終形態は適宜選定できるものである。
【００２３】
図１は、本発明のリアクトルをそのコイル部分で切断した横断面図であり、図２は、図１の外観斜視図である。このリアクトルコア１０は、所定の離間を置いて配設された２つの磁性を有するＵ型コア１，１の該離間に２つの磁性を有するＩ型コア２，２が配設され、Ｕ型コア１とＩ型コア２の間およびＩ型コア２，２間には所定幅の絶縁部５，…が形成されてなるものである。この絶縁部５の幅や各コア１，２の長さは所望の磁路長およびインダクタンスから決定される。また、絶縁部５をコア間に介装することでコイルに大電流が通電された際の磁束密度の飽和を抑止することができる。
【００２４】
Ｕ型コア１およびＩ型コア２は、珪素鋼板を積層してなる積層体や、軟磁性金属粉末または軟磁性金属粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成される。
【００２５】
また、絶縁部５を形成するギャップ板３は、アルミナやジルコニアなどのセラミックスから成形される。
さらに、絶縁部５を形成する、ギャップ板３の両側に配された樹脂シート４，４は、常温で非粘性の固体であって、熱圧着にてセラミックスおよび磁性コアに自身の少なくとも端部が溶融されて固着するものであり、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂を主成分とし、これに、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのフィラーを含有してなる素材から形成される。
【００２６】
絶縁部５と磁性コア１，２との接合方法は、図示する構成部材を用意し、樹脂シート４の少なくとも側面を加熱溶融した状態で、各構成部材を位置決めし、両側のＵ型コア１，１をリアクトルコア１０の中央側に所定の押圧力にてプレス加工することにより、樹脂シート４の両側をギャップ板３および磁性コア１，２に熱圧着するものである。
【００２７】
図１で示す絶縁部５を備えたリアクトル１００によれば、以下の効果が奏される。すなわち、樹脂シート４がその熱圧着前に形状保持性を有していることから、接着剤を使用する場合のような垂れや流れは生じ得ず、したがって、スペーサ等の垂れ防止措置などを講じることなく、容易に接合することができる。さらには、樹脂シート４を熱圧着した際の該樹脂シート４の厚み変化量を事前に特定しておくことが容易であり、したがって樹脂シート４の熱圧着後の絶縁部５の厚みを精度よく管理することができ、初期の磁路長を確保することができる。
また、樹脂シート４を熱圧着にて磁性コア１，２やギャップ板３に接合したことにより、接着剤による接合に比して接続界面における接合強度が極めて高くなる。
【００２８】
[リアクトル作動時の絶縁部と磁性コア間の界面温度に関する実験とその結果]
本発明者等は、本発明のリアクトルと従来構造のリアクトルをそれぞれ製作し、それぞれの絶縁部と磁性コア間の界面温度を計測する実験を試みた。
【００２９】
ここで、本発明のリアクトル（実施例）は、２つのＵ型コアのそれぞれの端部間に１つのＩ型コア（したがって、２つのＩ型コアを有する）を有し、Ｕ型コアとＩ型コア間に図１で示す絶縁部を配した形態である。より具体的には、ギャップ板をアルミナから成形し、樹脂シートを、エポキシ樹脂２５重量％、フィラーである窒化ホウ素７５重量％と、から形成して、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ、厚みが１５０μｍの樹脂シートとした。この樹脂シートを１８０℃、５ＭＰａのプレス圧で、１５分間磁性コアおよびギャップ板に熱圧着した後に、１８０℃で２時間、オーブン養生した。
【００３０】
一方、従来構造のリアクトルとして、２つの形態（比較例１，２）を製作した。比較例１のリアクトルは、アルミナからなるギャップ板と磁性コアを接着剤（エポキシ系）にて接着した形態であり、比較例２は、ギャップ板を廃し、実施例と同様の樹脂シートのみで絶縁部を形成した形態である。以下の表１に、それぞれのリアクトルを形成する絶縁部構成部材の諸条件と、絶縁部における熱抵抗およびリアクトル作動時の絶縁部と磁性コア間の接合界面温度の計測結果を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１より、絶縁部に接着剤層を有する比較例１に対して、樹脂シートのみの比較例２はリアクトル作動時の界面温度が２０℃も低下し、該樹脂シートとアルミナからなるギャップ板とから形成された絶縁部を有する実施例では、比較例１よりもさらに１０℃もの界面温度低下を実現できることが特定された。
【００３３】
なお、絶縁部が樹脂シートのみからなる比較例２と、ギャップ板と樹脂シートとからなる実施例を比較すると、リアクトル作動時にコイル付近がたとえば２００℃程度の高温状態となった場合でも、樹脂シートに比して耐熱性に優れ、線膨張の少ないギャップ板が絶縁部内に存在することで、その磁路長とインダクタンス性能をより確実に確保することができる。したがって、実施例のリアクトルは、ギャップ板と接着剤層からなる絶縁部を有する比較例１、樹脂シートのみからなる絶縁部を有する比較例２に比して、絶縁部と磁性コアとの界面温度を可及的に低減でき、もって該界面の熱劣化を効果的に抑制できるとともに、リアクトル作動時の温度変化に起因する磁路長（もしくはインダクタンス性能）の変化が可及的に抑制されたリアクトルである。
【００３４】
上記する高品質なリアクトルを例えば生産が急増しているハイブリッド自動車や電気自動車に搭載することで、品質の高いハイブリッド自動車、電気自動車の量産に寄与できる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のリアクトルをそのコイル部分で切断した横断面図である。
【図２】図１のリアクトルの外観斜視図である。
【図３】従来のリアクトルをそのコイル部分で切断した横断面図である。
【図４】従来のリアクトルをそのコイル部分で切断した横断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…Ｕ型コア（磁性コア）、２…Ｉ型コア（磁性コア）、３…ギャップ板、４…樹脂シート、５…絶縁部、６…コイル、１０…リアクトルコア、１００…リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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