(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性とインダクタンスの高さを両立させたリアクトルを提供する。【解決手段】ケースと、コイルと、金属磁性粉２０２と絶縁性の結合材２０１を主に含有する複合磁性体２を備え、コイルは複合磁性体２に埋設され、コイルの巻軸はケースにおける底面に対して直交し、ケースと対面する複合磁性体２の表面２２に金属磁性粉２０２が露出し、ケースと露出した金属磁性粉２０２は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触している。【選択図】図３
2014107430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
コイルと、
金属磁性粉と絶縁性の結合材を主に含有する複合磁性体を備え、
前記コイルは前記複合磁性体に埋設され、
前記コイルの巻軸は前記ケースにおける底面に対して直交し、
前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に前記金属磁性粉が露出し、
前記ケースと露出した前記金属磁性粉は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触していることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に露出しているのは、前記金属磁性粉の断面であ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】
前記ケースの内壁面と前記コイル外周面の一部のみが近接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記ケースにおける内壁面より突出し、前記コイルの近傍で前記コイルの外周面に沿って拡面された形状の伝熱部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項５】
前記コイルの表面より、前記ケースに覆われていない前記複合磁性体の外表面まで応力緩衝部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項６】
前記ケースにおける側壁の一部に、前記ケースの内側へ湾曲した湾曲部を有し、
前記ケース底面に対する垂直方向に沿った前記ケースの断面における前記湾曲部の近傍が曲線となることを特徴とする請求項５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、インダクタンスにより直流電力の昇圧、降圧を行う機器に用いるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルに大電流を通電するリアクトルでは、コイルや軟磁性コアの発熱によりインダクタンス等の特性が低下する可能性があるため、放熱性を向上するための工夫が行われている。
【０００３】
例えば特許文献１には、熱伝導率の高いコイルと伝熱部材が接することにより放熱性を向上させる提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２９３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大電力用途では特許文献１の提案によっても放熱性が充分ではない場合があり、また、伝熱部材が導体である場合には、渦電流損失によってインダクタンスを充分高くできないという課題がある。
【０００６】
すなわち、本発明の目的は、放熱性と高いインダクタンスを両立させた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、ケースと、コイルと、金属磁性粉と絶縁性の結合材を主に含有する複合磁性体を備え、前記コイルは前記複合磁性体に埋設され、前記コイルの巻軸は前記ケースにおける底面に対して直交し、前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に前記金属磁性粉が露出し、前記ケースと露出した前記金属磁性粉は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触しているリアクトルにより上記課題を解決する。
【０００８】
また、前記ケースと対面する前記複合磁性体の表面に露出しているのは、前記金属磁性粉の断面であることが望ましい。
【０００９】
また、前記ケースの内壁面と前記コイル外周面の一部のみが近接していることが望ましい。
【００１０】
また、前記ケースにおける内壁面より突出し、前記コイルの近傍で前記コイルの外周面に沿って拡面された形状の伝熱部をさらに備えることが望ましい。
【００１１】
また、前記コイルの表面より、前記ケースに覆われていない前記複合磁性体の外表面まで応力緩衝部が設けられていることが望ましい。
【００１２】
また、前記ケースにおける側壁の一部に、前記ケースの内側へ湾曲した湾曲部を有し、前記ケース底面に対する垂直方向に沿った前記ケースの断面における前記湾曲部の近傍が曲線となることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、放熱性と高いインダクタンスを両立させたリアクトルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図である。
【図２】本発明の実施形態１におけるリアクトルの断面図であり、図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】本発明のリアクトルの実施形態２における複合磁性体の断面を示している。図３（ａ）は複合磁性体の外表面を削る前、図３（ａ）は複合磁性体の外表面を削った後を示している。
【図４】本発明の実施形態３におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【図５】本発明の実施形態４におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【図６】本発明の実施形態５におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【図７】本発明の実施形態５におけるリアクトルのケース内壁に設けた集熱部及び伝熱部を示すケースの破断図である。
【図８】本発明の実施形態５におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【図９】本発明の実施形態５におけるリアクトルの断面図であり、図８におけるＢ−Ｂ線の断面図である。図９（ｂ）、図９（ｃ）は、図９（ａ）の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図である。
【００１６】
コイル１は、複合磁性体２に埋設され、いずれもケース３に収容されている。
【００１７】
ここでＡ−Ａ線はコイル１の巻き軸と湾曲部３１１の一部を含む平面を示している。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態１におけるリアクトルの断面図であり、図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。
【００１９】
ケース３の側壁３１には、内側に湾曲した湾曲部３１１を有している。
【００２０】
複合磁性体２はコイル１を包囲する内表面２１と、ケース３の内壁面と対向する外表面２２を有する。
【００２１】
ここで、本実施形態におけるリアクトルは、例えば次の方法で作成することができる。
【００２２】
予め金属磁性粉と未硬化で液状の結合材を混合して、硬化前の複合磁性体を作成しておく。
【００２３】
ここで、結合材は熱硬化性エポキシ樹脂等を用いることができるが、これに限られない。
【００２４】
次にケース３の底面３２よりコイル１底面に当たる高さまで硬化前の複合磁性体を注ぎ込み、硬化させる。
【００２５】
さらにコイル１を硬化した複合磁性体の上に乗せ、残りの硬化前の複合磁性体を注ぎ込み硬化させることでコイル１が複合磁性体２に埋設されたリアクトルが完成する。
【００２６】
ここで、湾曲部３１１を設けておくことにより、ケース３から複合磁性体２及び内包するコイル１が外れるのを防いでいる。湾曲部３１１の高さは、ケース３の塑性変形に限度があることから３ｍｍ以下とすることが望ましい。また、ケース３から複合磁性体２及び内包するコイル１が外れるのを確実に防ぐ上では湾曲部３１１の高さが０．１ｍｍ以上であることが望ましい。
【００２７】
なお、湾曲部３１１は、例えばケース３を外周面から凹ませるようポンチ等を押し当てて局部的に変形させることなどにより塑性変形させることで作成することができる。
【００２８】
（実施形態２）
図３は、本発明のリアクトルの実施形態２における複合磁性体の断面を示している。図３（ａ）は複合磁性体の外表面を削る前、図３（ａ）は複合磁性体の外表面を削った後を示している。
【００２９】
まず実施形態１の図１におけるケース３を予め分割可能に構成しておくことで、ケース３から複合磁性体２及び内包するコイル１を取り外す。
【００３０】
すると図３（ａ）に示すように、硬化後の状態では複合磁性体２の外表面が結合材２０１により覆われている。すなわち、複合磁性体２より図示されないケースへの熱伝導は結合材２０１により阻害されている。
【００３１】
そこで、複合磁性体２の外表面をやすり等による研磨やエッチング等により薄く削る。
【００３２】
すると図３（ｂ）に示すように、複合磁性体２の外表面にあった結合材２０１が除去され、金属磁性粉２０２が露出する。
【００３３】
さらに一回り小さいケースを複合磁性体２の外表面に装着することで、外表面の結合材２０１による熱伝導の阻害がなくなり複合磁性体２からケースへの伝熱性が改善される。
【００３４】
なお、金属磁性粉２０２の粒径が大きいほど隣り合う金属磁性粉２０２の間に占める結合材２０１の体積の割合が多くなるため、外表面の結合材２０１による熱伝導の阻害を除去することによる伝熱性の改善効果がより大きくなる。
【００３５】
このような伝熱性の改善効果は、金属磁性粉２０２の平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以上となる場合に大きく改善し、平均粒子径Ｄ５０が１２０μｍ以上となる場合に顕著である。
【００３６】
なお、複合磁性体２の外表面とケースの内壁の間にわずかな隙間が生じる場合には、アルミナ粉等のフィラーを配合したグリース等の熱伝導部材を介在させることで伝熱性を確保することができる。
【００３７】
すなわち本発明は、ケース３と、コイル１と、金属磁性粉２０２と絶縁性の結合材２０１を主に含有する複合磁性体２を備え、コイル１は複合磁性体２に埋設され、コイル１の巻軸はケース３における底面３２に対して直交し、ケース３と対面する複合磁性体２の表面に金属磁性粉２０２が露出し、ケース３と露出した金属磁性粉２０２は直接、もしくは熱伝導部材を介して接触しているリアクトルの実施形態を取り得る。
【００３８】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【００３９】
実施形態１における図１とは、ケース３が星型の壁面を有している点が異なる。
【００４０】
このように構成することで、複合磁性体２の外周面とケース３の接触面積が増え、実施形態２の工夫を取り入れることで複合磁性体２の外表面を除去すれば、伝熱性をより改善することができる。
【００４１】
なお、図４のような構成に限らず、ケース３の壁面に凹凸を設ける構成であれば、図４の構成と同様に上記伝熱性の改善効果を得ることができる。
【００４２】
（実施形態４）
図５は、本発明の実施形態４におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。ここで、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）は図５（ａ）の変形例である。
【００４３】
図５（ａ）では、巻き軸から見たコイル１の形状が楕円形であり、コイル１の長軸方向の端部１１が円筒状のケース３の内壁面に近接している。従って、コイル１の端部１１よりケース３への伝熱経路Ｔによりコイル１内部からの放熱性を高めることができる。
【００４４】
例えば、コイル１を銅線で構成した場合は熱伝導率が約４００Ｗ／ｍ・Ｋ、ケース３の材質をアルミとした場合には熱伝導率が約９２〜２００Ｗ／ｍ・Ｋとなるのに対し、複合磁性体２の熱伝導率は約２〜７Ｗ／ｍ・Ｋとなるため、コイル１からケース３へ複合磁性体２を介さずに伝熱した方が放熱性が高いこととなる。
【００４５】
なお、ここでの近接とは、近傍にある場合と接触している場合をいずれも含むものとする。
【００４６】
ここで、コイル１への通電により生じる磁路は、主にコイル１の短軸方向の外側にある複合磁性体２により確保することができる。
【００４７】
図５（ｂ）では、図５（ａ）とは逆にコイル１の形状が円筒状であり、ケース３が楕円形となっている。この場合ではケース３における短軸方向の端部でコイル１と近接しているため、同様にコイル１内部からの放熱性を高めることができる。
【００４８】
図５（ｃ）では、コイル１の形状が三角柱状であり、ケース３の形状が円筒状である。コイル１の外周面における三角柱の端部とケース３の内壁が近接しているため、同様にコイル１内部からの放熱性を高めることができる。
【００４９】
図５（ｄ）は、コイル１及びケース３が共に角柱状である。コイル１外周での１面がケース３の内壁の１面と近接しているため、同様にコイル１内部からの放熱性を高めることができる。
【００５０】
図５（ｅ）も、図５（ｄ）と同様にコイル１及びケース３が共に角柱状であるが、コイル１外周での２面がケース３の内壁の２面と近接している。この場合も同様にコイル１内部からの放熱性を高めることができる。
【００５１】
（実施形態５）
図６は、本発明の実施形態５におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【００５２】
実施形態１における図１とは、コイル１の近傍でコイル１の外周面に沿って拡面された形状の集熱部３０１、及び集熱部３０１とケース３における内壁面を接続する伝熱部３０２を設けている点が異なる。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、コイル１の近傍から集熱部３０１により熱を集めて伝熱部３０２を介してケース３に放熱する構成を設けている。
【００５４】
図７は、本発明の実施形態５におけるリアクトルのケース内壁に設けた集熱部及び伝熱部を示すケースの破断図である。集熱部３０１は、ケース３の底部との間及びケース３内壁面との伝熱部３０２以外の集熱部３０１とケース３の内壁面との間に隙間を設けていることで磁束Ｂの磁路を確保している。
【００５５】
従って、集熱部３０１を設けてもインダクタンスをあまり損なうことなく、コイル１からケース３への放熱性を高めることができる。
【００５６】
なお、集熱部３０１及び伝熱部３０２は、硬化前の複合磁性体をケース３内に注ぎ込む際のコイル１の固定部材としての機能を兼ねることも可能である。
【００５７】
（実施形態６）
図８は、本発明の実施形態５におけるリアクトルを複合磁性体の露出面から見た正面図であり、図１の変形例を示している。
【００５８】
実施形態１における図１とは、応力緩衝部４を設けている点が異なる。
【００５９】
コイル１への通電により、コイル１の抵抗損失及び複合磁性体２のコアロスなどにより内部での発熱が起きた場合、主に金属からなるコイル１と、金属磁性粉と樹脂等の結合材を主に含有する複合磁性体２の熱膨張係数が相違することから、特にコイル１の径方向に内部応力が発生し、主に複合磁性体２の磁気特性や機械特性等に影響を与える可能性がある。
【００６０】
しかし、弾性を有する応力緩衝部４を設けているため、複合磁性体２が内部の発熱などにより熱応力が発生した場合には、弾力性を有する応力緩衝部４が露出面２３から膨張してはみ出したり、収縮して凹んだりすることにより熱応力が緩和される。
【００６１】
なお、熱応力はコイル１の径方向へ主に生じることから、応力緩衝部４はコイル１の内周面、もしくは外周面に沿った円筒もしくはコーン型の形状とするのが望ましい。
【００６２】
図９は、本発明の実施形態５におけるリアクトルの断面図であり、図８におけるＢ−Ｂ線の断面図である。図９（ｂ）、図９（ｃ）は、図９（ａ）の変形例である。
【００６３】
図９（ａ）、図９（ｂ）に示されているように、応力緩衝部４は、コイル１における内周面の中央または中央付近よりケース３の底面及び複合磁性体２の露出面まで延長されているため、弾性を有する複合磁性体２の内部応力を応力緩衝部４を介して露出面２３まで逃がすことができる。
【００６４】
なお、図９（ｃ）に示すように、応力緩衝部４を空隙によって構成してもよく、この場合、例えば未硬化で液状の複合磁性体をケース３に注ぎ込む際、応力緩衝部４に当たる部分にテフロン（登録商標）等の複合磁性体に含まれる結合材との接着性が低い部材を配しておき、硬化後に除去することにより作成することができる。
【００６５】
応力緩衝部４を空隙としても、複合磁性体２の熱応力による膨張もしくは収縮を吸収することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  コイル
２  複合磁性体
３  ケース
４  応力緩衝部
１１  端部
２１  内表面
２２  外表面
２３  露出面
３１  側壁
３２  底面
２０１  結合材
２０２  金属磁性粉
３０１  集熱部
３０２  伝熱部
３１１  湾曲部
Ｂ  磁束
Ｔ  伝熱経路
【図１】
2014107430.tif 000003
【図２】
2014107430.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014107430.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014107430.tif 000008
【図７】
2014107430.tif 000009
【図８】
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【図９】
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