(57)【要約】【課題】ケースの外側に設けられた冷却器との熱交換によってコイルを冷却する場合にコイルの冷却性能の向上を図ることが可能な構成を提案する。【解決手段】コア４０におけるコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との間のうち、コイル３０の内径Ｒ２の位置でコイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面である軸方向内径断面の面積Ｓ３と、コイル３０の外径Ｒ３の位置でコイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面である軸方向外径断面の面積Ｓ４と、が等しくなるようケース２２やコア４０を形成する。これにより、コイル３０の内径Ｒ２より径方向外側でコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との距離を距離Ｌ１より短くなるから、冷却器５０によってコイル３０をより十分に冷却する（冷却性能を向上させる）ことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに収納されて全体として中空円筒状に形成されるコイルと、前記ケース内で前記コイルを埋設するコアと、を備えるリアクトルであって、
前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、該両者の距離と前記コイルの内径とによって定まる第１中空円筒の側面積と、前記両者の距離と前記コイルの外径とによって定まる第２中空円筒の側面積と、の差分が値０を含む所定範囲内となるよう、前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、
ことを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１記載のリアクトルであって、
前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、前記第１中空円筒の側面積と前記第２中空円筒の側面積とが同一となるよう前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、
リアクトル。
【請求項３】
請求項２記載のリアクトルであって、
前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、前記コイルの内径の位置から該コイルの外径の位置まで、前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの距離と前記コイルの中心軸からの距離とによって定まる中空円筒の側面積が同一となるよう前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、
リアクトル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のアクトルであって、
前記コアと前記ケースとの境界が波状に形成されてなる、
リアクトル。
【請求項５】
請求項４記載のリアクトルであって、
中心軸に対して同心円の断面における前記コアと前記ケースとの境界が波状に形成されてなる、
リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のリアクトルとしては、通電により磁束を発生するコイルと、コイルを内側に収容するケースと、ケースに配設されるコアと、を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このリアクトルでは、コイルについては、軸方向に切断したときに現われるコイル断面において軸方向端部が半円形状に形成された曲面端部を有するよう形成することにより、軸方向端部における磁束の集中を防止することができる。また、コアについては、磁束がほとんど形成されていない部分（インダクタンス性能にほとんど寄与しない部分）を面取りすることにより、リアクトルの小型化や軽量化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６６５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたリアクトルでは、コイルの周囲にコアが配設される（コイルがコアに埋設される）ことから、放熱性がそれほど高くないと考えられる。したがって、ケース外部の冷却媒体との熱交換によってコイル冷却する場合に、コイルをより十分に冷却できる構成とすることが課題の一つとされている。
【０００５】
本発明のリアクトルは、ケースの外側に設けられた冷却器との熱交換によってコイルを冷却する場合にコイルの冷却性能の向上を図ることが可能な構成を提案することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のリアクトルは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のリアクトルは、
ケースに収納されて全体として中空円筒状に形成されるコイルと、前記ケース内で前記コイルを埋設するコアと、を備えるリアクトルであって、
前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、該両者の距離と前記コイルの内径とによって定まる第１中空円筒の側面積と、前記両者の距離と前記コイルの外径とによって定まる第２中空円筒の側面積と、の差分が値０を含む所定範囲内となるよう、前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明のリアクトルでは、コアにおけるコイルの軸方向端部とケースとの間で、両者の距離とコイルの内径とによって定まる第１中空円筒の側面積と、両者の距離とコイルの外径とによって定まる第２中空円筒の側面積と、の差分が値０を含む所定範囲内となるよう、ケースおよび前記コアが形成される。ここで、「第１中空円筒の側面積」は、コイルの内径の位置で、コイルの通電により発生する磁束の方向に略直交する、第１断面（中空円筒の側面）の面積を意味する。また、「第２中空円筒の面積」は、コイルの外径の位置で、コイルの通電により発生する磁束の方向に略直交する、第２断面（中空円筒の側面）の面積を意味する。コイルの内径，外径をそれぞれＲｉ，Ｒｏとし、コイルの内径，外径の位置でのコイルの軸方向端部とケースとの距離をそれぞれＬｉ，Ｌｏとし、第１中空円筒，第２中空円筒の側面積をそれぞれＳｉ，Ｓｏとすると、第１中空円筒，第２中空円筒の側面積Ｓｉ，Ｓｏはそれぞれ次式（Ａ），（Ｂ）により得られ、両者の差分（Ｓｏ−Ｓｉ）は、式（Ｃ）により得られる。仮に、距離Ｌｉ＝Ｌｏの場合(比較例）には、差分（Ｓｏ−Ｓｉ）は、式（Ｄ）により得られる。コイルのインダクタンスは、コイルのターン数とコアの断面積とコアの磁束密度変化とによって定まるから、差分（Ｓｏ−Ｓｉ）の分については、インダクタンスにほとんど寄与しないと考えられる。本発明のリアクトルでは、これを考慮して、差分（Ｓｏ−Ｓｉ）が値０を含む所定範囲内となるようケースおよびコアを形成する（具体的には、コイルの内径Ｒｉ，外径Ｒｏ，距離Ｌｉが予め定められている場合には距離Ｌｏ（＜Ｌｉ）を調節してケースおよびコアを形成する）。これにより、コイルの内径の位置から径方向外側に向けて、コイルの軸方向端部とケースとの距離が短くなるから、ケースの外側（コイル側とは反対側）に設けられた冷却器との熱交換によってコイルを冷却する場合に、コイルをより十分に冷却することができる。また、コアの成形に用いる材料を低減することもできる。ここで、「所定範囲」は、例えば、差分（Ｓｏ−Ｓｉ）が式（Ｄ）により得られる値の１／２や１／４，１／８などを用いることができる。
【０００９】
Si=2π・Ri・Li                                (A)
So=2π・Ro・Lo                        (B)
So-Si=2π・(Ro・Lo-Ri・Li)            (C)
So-Si=2π・(Ro-Ri)・Li                        (D)
【００１０】
こうした本発明のリアクトルにおいて、前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、前記第１中空円筒の側面積と前記第２中空円筒の側面積とが同一となるよう前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、コアのうちインダクタンスに寄与しない分をより低減することができ、コイルの冷却性能の更なる向上やコアの成形に用いる材料の更なる削減を図ることができる。この態様の本発明のリアクトルにおいて、前記コアにおける前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの間で、前記コイルの内径の位置から該コイルの外径の位置まで、前記コイルの軸方向端部と前記ケースとの距離と前記コイルの中心軸からの距離とによって定まる中空円筒の側面積が同一となるよう前記ケースおよび前記コアが形成されてなる、ものとすることもできる。なお、これらの場合、「同一」には、数学的に同一である場合だけでなく、本発明の効果を奏する範囲の微差を含まれる。
【００１１】
さらに、本発明のリアクトルであって、前記コアと前記ケースとの境界が波状に形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、ケースとコアとの接触面積をより大きくすることができ、コイルの冷却性能の更なる向上を図ることができる。この態様の本発明のリアクトルにおいて、中心軸に対して同心円の断面における前記コアと前記ケースとの境界が波状に形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、磁束を妨げずにケースとコアとの接触面積をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例としてのリアクトル２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】図１のリアクトル２０をＡ−Ａ面から見たＡＡ視図である。
【図３】コア４０の各位置における面積を説明するための説明図である。
【図４】比較例のリアクトル２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図５】変形例のケース１２２の底部１２３および中央突出部２５の構成の概略を示す構成図である。
【図６】コア１４０の各位置における面積を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例としてのリアクトル２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、図１のリアクトル２０をＡ−Ａ面から見たＡＡ視図である。なお、図１は、図２のリアクトル２０をＢ−Ｂ面から見たＢＢ視図に相当する。
【００１５】
実施例のリアクトル２０は、バッテリからの電力を昇圧してモータ側に供給する昇圧コンバータの一部などとして構成され、全体として略円筒状に形成されており、図１や図２に示すように、ケース２２に収納されるコイル３０と、ケース２２内でコイル３０を埋設する（コイル３０の周囲に配設される）コア４０と、を備える。このリアクトル２０（特にコイル３０）は、ケース２２の図１中下側に配置された冷却器５０の冷却媒体との熱交換によって冷却される。
【００１６】
ケース２２は、例えばアルミニウムなどによって形成されており、略円板状の底部２３と、底部２３の外周から図１中上側に延在する中空円筒状の側面部２４と、底部２３の中央から上側に突出する中央突出部２５と、を備える。ここで、底部２３は、中央突出部２５の外径Ｒ１の位置から側面部２４の内径Ｒ４に向けて、コイル３０の内径Ｒ２の位置までは同一の厚み又は厚みが徐々に若干薄くなるよう形成され、コイル３０の内径Ｒ２の位置からは厚みが徐々に厚くなるよう（コイル３０の軸方向端部（図１では下側の端部）３１との距離が短くなるよう）形成されている。なお、中央突出部２５は、コイル３０の冷却性能を向上させるために有するものであり、有さない構成としてもよい。
【００１７】
コイル３０は、例えば銅などによる導体がエナメルなどによる絶縁材によって被覆されて形成された導線が略螺旋状に成形されて構成されており、全体として中空円筒状に形成されている。このコイル３０は、通電されると磁束を発生する（図１の矢印参照）。
【００１８】
コア４０は、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの樹脂にフェライト粉末や鉄粉，珪素合金鉄粉などの磁性粉末を混入してなる磁性粉末混合樹脂がケース２２に充填成型されて構成されている。図３は、コア４０の各位置における面積を説明するための説明図である。図３（ａ）は、コア４０におけるケース２２の中央突出部２５とコイル３０の内周側との間で中央突出部２５の外径Ｒ１とコイル３０の内径Ｒ２とにより定まる中空円板状の面（コイル３０の通電による磁束（図１では上向きの矢印）の方向に略直交する断面）である径方向内側断面を示し、図３（ｂ）は、コア４０におけるコイル３０の外周側とケース２２の側面部２４との間でコイル３０の外径Ｒ３と側面部２４の内径Ｒ４とにより定まる中空円板状の面（コイル３０の通電による磁束（図１では下向きの矢印）の方向に略直交する断面）である径方向外側断面を示し、図３（ｃ）は、コア４０におけるコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との間で両者の距離Ｌ１とコイル３０の内径Ｒ２とにより定まる中空円筒の側面（コイル３０の内径Ｒ２の位置でコイル３０の通電による磁束（図１では径方向内側向きの矢印）の方向に略直交する断面）である軸方向内径断面の展開図を示し、図３（ｄ）は、コア４０におけるコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との間で両者の距離Ｌ２とコイル３０の外径Ｒ３とにより定まる中空円筒の側面（コイル３０の外径Ｒ３の位置でコイル３０の通電による磁束（図１では径方向内側向きの矢印）の方向に略直交する断面）である軸方向外径断面の展開図を示す。ここで、径方向内側断面の面積Ｓ１は、ケース２２の中央突出部２５の半径Ｒ１とコイル３０の内径Ｒ２とを用いて次式（１）により表わされ、径方向外側断面の面積Ｓ２は、コイル３０の外径Ｒ３とケース２２の側面部２４の内径Ｒ４とを用いて式（２）により表わされ、軸方向内径断面の面積Ｓ３は、コイル３０の内径Ｒ２の位置におけるコイル３０の軸方向端部とケース２２の底部２３との距離Ｌ１とを用いて式（３）により表わされ、軸方向外径断面の面積Ｓ４は、コイル３０の外径Ｒ３の位置におけるコイル３０の軸方向端部とケース２２の底部２３との距離Ｌ２とを用いて式（４）により表わされる。実施例では、面積Ｓ１〜Ｓ４が「Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ４」を満たすように、ケース２２やコア４０を形成するものとした。面積Ｓ３と面積Ｓ４とについては、両者の差分（Ｓ４−Ｓ３）が式（５）により表わされることから、コイル３０の内径Ｒ２，外径Ｒ３，距離Ｌ１が予め定められている場合、値（Ｓ４−Ｓ３）が値０となるよう距離Ｌ２（＝Ｒ２・Ｌ１／Ｒ３（＜Ｌ１））を定めばよいことになる。実施例では、面積Ｓ３と面積Ｓ４とが等しい（同一である）だけでなく、コア４０におけるコイル３０の内径Ｒ３の位置からコイル３０の外径Ｒ４の位置まで、コイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との距離とコイル３０の中心軸からの距離とによって定まる中空円筒の側面（コイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面）の面積が等しくなるように形成するものとした。なお、この「面積が等しい」には、数学的に同一である場合だけでなく、本発明の効果を奏する範囲の微差を含むものとした。
【００１９】
S1=π・（R22−R12）                   (1)
S2=π・（R42−R32）                   (2)
S3=2π・R2・L1                        (3)
S4=2π・R3・L2                        (4)
S4-S3=2π・(R3・L2-R2・L1)            (5)
【００２０】
図４は、比較例のリアクトル２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。この比較例では、ケース２２Ｂの底部２３Ｂを平坦に形成する（コイル３０の内径Ｒ２の位置，コイル３０の外径Ｒ３の位置で共にコイル３０の軸方向端部３１とケース２２Ｂの底部２３Ｂとの距離が距離Ｌ１となるようケース２２Ｂやコア４０Ｂを形成する）構成を考えるものとした。この場合、軸方向外径断面の面積Ｓ４’は、次式（６）により表わされるから、面積Ｓ３と面積Ｓ４’との差分（Ｓ４’−Ｓ３）は、式（７）により表わされる。一般に、リアクトルのインダクタンスＬは、コイルのターン数Ｎとコアの断面積Ｓとコアの磁束密度変化ｄＢ／ｄＩとを用いて式（８）により求めることができる。したがって、面積Ｓ４が面積Ｓ３より大きい場合、その大きい分については、即ち、比較例では面積Ｓ４’のうち式（７）により得られる値の分については、インダクタンスＬにほとんど寄与しないと考えられる。一方、実施例では、面積Ｓ３と面積Ｓ４とが等しくなるよう、即ち、式（５）により得られる値が値０となるようケース２２やコア４０を形成するものとしたから、コイル３０の内径Ｒ２より径方向外側でコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との距離を距離Ｌ１より短くすることができる。これにより、冷却器５０によってコイル３０をより十分に冷却する（冷却性能を向上させる）ことができる。また、コア４０の成形に用いる材料を低減することができる。
【００２１】
S4'=2π・R3・L1                       (6)
S4'-S3=2π・(R3-R2)・L1               (7)
L=N・S・dB/dI                         (8)
【００２２】
以上説明した実施例のリアクトル２０によれば、コア４０におけるコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との間で、両者の距離Ｌ１とコイル３０の内径Ｒ２とにより定まる中空円筒の側面（コイル３０の内径Ｒ２の位置でコイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面）である軸方向内径断面の面積Ｓ３と、両者の距離Ｌ２とコイル３０の外径Ｒ３とにより定まる中空円筒の側面（コイル３０の外径Ｒ３の位置でコイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面）である軸方向外径断面の面積Ｓ４と、が等しくなるようケース２２やコア４０を形成するから、コイル３０の内径Ｒ２より径方向外側でコイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との距離が距離Ｌ１より短くなり、冷却器５０によってコイル３０をより十分に冷却する（冷却性能を向上させる）ことができる。また、コア４０の成形に用いる材料を低減することができる。
【００２３】
実施例のリアクトル２０では、ケース２２の底部２３を、中央突出部２５の外径Ｒ１の位置から側面部２４の内径Ｒ４に向けて、コイル３０の内径の位置までは同一の厚み又は若干厚みが薄くなるよう形成され、コイル３０の内径Ｒ２の位置からは厚みが厚くなる（コイル３０の軸方向端部３１との距離が近くなる）よう形成するものとしたが、更に、図５の変形例のケース１２２の底部１２３および中央突出部２５に例示する（コイル３０やコア１４０，ケースの１２２の側面部２４については図示を省略する、また、ケース２２の中央突出部２５やコイル３０の形状は実施例と同一でありコア１４０はケース１２３の底部１２３との境界以外については実施例と同一である）ように、ケース２２の底部１２３とコア１４０との境界を波状に形成するものとしてもよい。こうすれば、ケース１２２の底部１２３とコア１４０との接触面積をより大きくすることができ、コイル３０の冷却性能の更なる向上を図ることができる。図６は、コア１４０の各位置における面積を説明するための説明図である。図６（ａ）は、コア１４０における軸方向内径断面の展開図を示し、図６（ｂ）は、コイル３０の内径Ｒ２と外径Ｒ３との中間径（例えば、径（Ｒ２＋Ｒ３）／２など）の位置でコイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面である軸方向中間径断面の展開図を示し、図６（ｃ）は、コア１４０における軸方向外径断面の展開図を示す。図５や図６から解るように、この変形例では、中心軸に対して同心円の断面におけるコア１４０とケース１２２の底部１２３との境界を波状に形成する（波状における山や谷が径方向外側に放射状に広がるよう形成する）ものとした。こうすれば、磁束を妨げずにケース１２２の底部１２３とコア１４０との接触面積をより大きくすることができる。
【００２４】
この変形例のリアクトル２０では、中心軸に対して同心円の断面におけるコア１４０とケース１２２の底部１２３との境界を波状に形成する（放射状に波状を形成する）ものとしたが、この境界を放射状以外の波状に形成するものとしてもよい。
【００２５】
実施例のリアクトル２０では、軸方向内径断面の面積Ｓ３と軸方向外径断面の面積Ｓ４との差分が値０となるよう（式（５）により得られる値が値０となるよう）ケース２２やコア４０を形成するものとしたが、値０に限定されるものではなく、所定範囲（例えば、式（７）により得られる値の１／２や１／４，１／８など）内となるようケース２２やコア４０を形成するものとしてもよい。この場合、コア４０におけるコイル３０の内径Ｒ３の位置からコイル３０の外径Ｒ４の位置まで、コイル３０の軸方向端部３１とケース２２の底部２３との距離とコイル３０の中心軸からの距離とによって定まる中空円筒の側面（コイル３０の通電による磁束の方向に略直交する断面）の面積が面積Ｓ３から面積Ｓ４に滑らかに且つ連続的に変化するよう形成するのが好ましい。この変形例では、実施例ほどではないが、上述の比較例の場合に比して、冷却器５０によってコイル３０をより十分に冷却する（冷却性能を向上させる）ことができると共にコア４０の成形に用いる材料を低減することができる。
【００２６】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ケース２２が「ケース」に相当し、コイル３０が「コイル」に相当し、コア４０が「コア」に相当する。
【００２７】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、リアクトルの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
２０，２０Ｂ，１２０  リアクトル、２２，２２Ｂ，１２２  ケース、２３，２３Ｂ，１２３  底部、２４  側面部、２５  中央突出部、３０  コイル、３１  軸方向端部、４０，４０Ｂ，１４０  コア、５０  冷却器。
【図１】
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【図２】
2014187109.tif 000004
【図３】
2014187109.tif 000005
【図４】
2014187109.tif 000006
【図５】
2014187109.tif 000007
【図６】
2014187109.tif 000008