(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のコイル素子を具えるコイルと、各コイル素子内にそれぞれ配置される一対の内側コア部及びこれら内側コア部を連結して閉磁路を形成する外側コア部を有する磁性コアとを具えるリアクトルであって、
前記各コイル素子は、巻線を螺旋状に巻回して構成された筒状体で、かつ端面形状が角部が丸められた角R部を有する形状であり、前記各コイル素子の軸が平行するように並列に配置され、
前記各コイル素子において対向配置された前記角R部に挟まれる台形状空間に前記各コイル素子の角R部に接触するように温度センサが配置されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記コイルと前記磁性コアとの間に介在されるインシュレータを具え、
前記インシュレータは、前記台形状空間に向かって突出して、前記温度センサが前記角R部に接触するように当該温度センサをコイル側に押さえるセンサ保持部を具え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】
前記温度センサに連結される配線を掛止する少なくとも一つの掛止部と、前記コイルと前記磁性コアとの組合体を収納するケースとを具え、
前記掛止部の少なくとも一つは、前記ケースに一体に成形されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記コイルと前記磁性コアとの間に介在されるインシュレータと、前記温度センサに連結される配線を掛止する少なくとも一つの掛止部とを具え、
前記掛止部の少なくとも一つは、前記インシュレータに一体に成形されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記温度センサは、前記各コイル素子にそれぞれ挿入される両内側コア部の接線をとったとき、前記台形状空間のうち、前記接線と前記角R部とで囲まれる領域に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項６】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
前記リアクトルは、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。
【請求項７】
入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
前記コンバータは、請求項6に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用DC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、このリアクトルを具えるコンバータ、及びこのコンバータを具える電力変換装置に関するものである。特に、コイルの温度を適切に測定可能で、小型な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、リアクトルがある。例えば、特許文献1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に利用されるリアクトルを開示している。このリアクトルは、例えば、横並びされた一対のコイル素子を有するコイルと、各コイル素子内に挿通配置される一対の柱状の内側コア部(コイル巻回部)及び平行配置された両内側コア部を連結して閉磁路を形成する外側コア部(端部コア)を有する環状の磁性コアと、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る封止樹脂(二次樹脂部)とを具える。特許文献1では、端面形状が矩形状の各コイル素子の外周面を樹脂で被覆してそれぞれ独立した成形体とし、両コイル素子の一端部同士を連結導体で接続して、一体のコイルにしている。
【０００３】
通電に伴いコイルが発熱すると、この発熱によりリアクトルの損失が大きくなる。そのため、上記リアクトルは、一般に、コイルを冷却できるように冷却ベースに固定されて利用される。また、コイルの温度を測定し、温度に応じてコイルへの電流などを制御することが検討されている。特許文献1では、各成形体において互いに対向する面(対向面)に温度センサを収納する取付溝を設け、両成形体を近接することで、温度センサが挿入可能な筒孔を上記取付溝により形成することを開示している。この取付溝は、両コイル素子の横並び方向、及びコイル素子の軸方向の双方に直交するように、かつ、上記対向面においてケースの底面側に配される一端縁からケースの開口側に配される他端縁(対向縁)の全長に亘って一直線状に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-245458号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今、ハイブリッド自動車などの車載部品には、更なる小型化が望まれる。しかし、従来のリアクトルでは、更なる小型化が難しい。
【０００６】
上述した取付溝を具えるリアクトルでは、両コイル素子の対向面間に、少なくとも温度センサの厚さに応じた隙間を設ける必要がある。
【０００７】
上記隙間の大きさと温度センサの厚さとが実質的に等しい場合、発熱により熱膨張したコイル素子が温度センサを押圧して温度センサを破損する恐れがある。温度センサが破損すると、温度を適切に測定できなくなる。特に、両コイル素子間において内側コア部が存在する領域は、コイル素子の熱膨張分を吸収できるスペースが実質的になく、コイル素子の熱膨張による押圧力が温度センサに負荷され易い。従って、温度センサに負荷される応力(コイル素子からの押圧力)を低減する、好ましくは、実質的に応力が加わらないようにするために上記隙間を更に大きくする必要がある。温度センサの破損防止のために上述のように隙間を設けることで、この隙間により、小型化が難しい。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、コイルの温度を適切に測定可能で小型な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】
【０００９】
本発明は、各コイル素子の形状を特定の形状とすると共に、温度センサの収納箇所を特定の位置とすることで、上記目的を達成する。
【００１０】
本発明のリアクトルは、一対のコイル素子を具えるコイルと、各コイル素子内にそれぞれ配置される一対の内側コア部及びこれら内側コア部を連結して閉磁路を形成する外側コア部を有する磁性コアとを具える。上記各コイル素子は、巻線を螺旋状に巻回して構成された筒状体で、かつ端面形状が角部が丸められた角R部を有する形状である。また、上記各コイル素子は、上記各コイル素子の軸が平行するように並列に配置されている。そして、本発明リアクトルでは、上記各コイル素子において対向配置された上記角R部に挟まれる台形状空間に温度センサが配置されている。
【００１１】
リアクトルを冷却ベースに設置した状態において、コイル素子の設置側面(ケースの底面側に配置される面)から、その対向面(ケースの開口側に配置される面)に亘って温度分布を調べたところ、設置側面及びその近傍の領域は温度が十分に低く、設置側面から離れるに従って温度が高くなっていた。しかし、上記コイル素子において上記対向面から上記設置側面に向かう方向(両コイル素子の横並び方向、及びコイル素子の軸方向の双方に直交する方向。以下深さ方向と呼ぶ)の大きさをコイル素子の高さとするとき、上記対向面から深さ方向に、コイル素子の高さの1/2程度までの領域の温度差は2℃以下であった。このことから、コイル素子の上記対向面及びその近傍、即ち、上記角R部に挟まれる台形状空間に温度センサを配置することで、コイルの温度を適切に測定できる、と言える。
【００１２】
また、両コイル素子において内側コア部が存在する領域を近接させて両コイル素子を横並びさせた場合でも、上記台形状空間は、丸め半径に応じた十分な大きさの空間を有することができるため、温度センサを十分に配置可能である。即ち、台形状空間に温度センサを配置すると、両コイル素子において内側コア部が存在する領域の間隔を温度センサの厚さよりも小さくすることができる。かつ、上記台形状空間は、角R部を設けるように巻線を巻回する必要上形成された、いわばデッドスペースであり、当該空間を設けたことによるリアクトルの大型化を実質的に招かない。
【００１３】
更に、上記角R部に挟まれる台形状空間は、両コイル素子間において内側コア部が存在しない領域を含むことから、当該空間に温度センサを配置した場合、温度センサに加えられるコイル素子による応力を低減できる、好ましくは実質的に加わらないようにすることができる。
【００１４】
従って、本発明リアクトルは、上記台形状空間に配置した温度センサにより、コイルの温度を適切に測定できる上に、小型である。
【００１５】
本発明の一形態として、上記コイルと上記磁性コアとの間に介在されるインシュレータを更に具える形態が挙げられる。そして、このインシュレータが、上記台形状空間に向かって突出して、上記温度センサが上記角R部に接触するように当該温度センサをコイル側に押さえるセンサ保持部を具える形態が挙げられる。
【００１６】
インシュレータを具えることで、上記形態は、コイルと磁性コアとの間の電気的絶縁性を高められる。かつ、センサ保持部により、温度センサはコイルに確実に接触できるため、上記形態は、コイルの温度を直接接触により測定可能であり、測定温度の信頼性が高い。また、センサ保持部はコイル近傍に配置されるものの、絶縁性材料で形成されていることから、コイルに接触することがあっても電気的に問題ない。
【００１７】
本発明の一形態として、上記温度センサに連結される配線を掛止する少なくとも一つの掛止部と、上記コイルと上記磁性コアとの組合体を収納するケースとを更に具える形態が挙げられる。そして、上記掛止部の少なくとも一つが上記ケースに一体に成形された形態が挙げられる。
【００１８】
ケースを具えることで、上記形態は、上記組合体に対して外部環境からの保護、及び機械的保護を図ることができる。特に、ケースにおいて上記組合体が接触又は近接される底面が金属材料から構成された形態とすると、当該底面を放熱経路に利用でき、放熱性に優れる。そして、上記形態は、温度センサを上記台形状空間に配置した後、上記配線を掛止部に掛けることで配線をケースに固定でき、配線の位置を規制可能であり、配線の過度な引き回しなどによる温度センサの破損の恐れを低減できる。また、上記形態は、封止樹脂を具える場合に配線が邪魔になり難く、充填作業性に優れる。特に、上記ケースのうち、上記組合体の周囲を囲むように配置される側壁部を樹脂により構成された形態とすると、射出成形などにより掛止部を側壁部に容易に一体成形可能であり、この形態は、リアクトルの生産性に優れる。
【００１９】
本発明の一形態として、上記コイルと上記磁性コアとの間に介在されるインシュレータと、上記温度センサに連結される配線を掛止する少なくとも一つの掛止部とを更に具える形態が挙げられる。そして、上記掛止部の少なくとも一つが上記インシュレータに一体に成形された形態が挙げられる。
【００２０】
インシュレータを具えることで、この形態も上述のようにコイルと磁性コアとの間の絶縁性を高められる。また、掛止部を具えるこの形態も、上述のケースに掛止部を具える形態と同様に配線の位置を規制できるため、温度センサを破損し難い、封止樹脂の充填作業性に優れる、といった効果を奏する。かつ、インシュレータを絶縁性樹脂の射出成形などにより製造する場合、掛止部をインシュレータに容易に一体成形可能であるため、この形態もリアクトルの生産性に優れる。なお、本発明リアクトルは、ケースの側壁部のみに掛止部を一体に具える形態、インシュレータのみに掛止部を一体に具える形態、側壁部及びインシュレータの双方にそれぞれ一体に掛止部を具える形態のいずれも取り得る。
【００２１】
本発明の一形態として、上記各コイル素子にそれぞれ挿入される両内側コア部の接線をとったとき、上記台形状空間のうち、上記接線と上記角R部とで囲まれる領域に上記温度センサが配置された形態が挙げられる。
【００２２】
上記形態は、両コイル素子に挟まれる領域において内側コア部が全く存在しない領域に温度センサが配置されるため、熱膨張したコイルの押圧により温度センサが破損されることが実質的に無く、コイルの温度を適切に測定可能である。角R部の丸め程度や内側コア部の大きさ・配置などを調整して、上記台形状空間を内側コア部が存在しない領域とすることができる。
【００２３】
本発明の一形態として、上記ケースが、上記コイルと上記磁性コアとの組合体が載置される底板部と、上記底板部とは独立しており、固定材により当該底板部と一体化され、上記組合体の周囲を囲む側壁部とを具える形態(以下、この形態を分割ケース形態と呼ぶ)が挙げられる。
【００２４】
底板部と側壁部とが別部材であることから、それぞれを別個に製造でき、上記形態は、製造形態の自由度が大きく、例えば、両者を異なる材質とすることができる。例えば、側壁部を樹脂といった絶縁性材料により構成すると、コイルを側壁部に近接配置できるため、より小型なリアクトルとすることができる。例えば、底板部をアルミニウムなどの金属材料により構成すると、コイルの熱を放出し易く、放熱性に優れたリアクトルとすることができる。また、コイルと磁性コアとの組合体を底板部に配置してから側壁部と底板部とを一体にできるため、上記形態はリアクトルの組立作業性にも優れる。
【００２５】
上記分割ケース形態として、上記底板部の一面に上記コイルを固定する接合層を具える形態が挙げられる。
【００２６】
上記形態は、コイルと底板部との間に接合層が介するだけであるため、ケース底面とコイルとの間隔が短く、より小型なリアクトルとすることができる。また、上記形態は、接合層によりコイルが底板部に固定されることで、封止樹脂の有無を問わず、ケースに対する所定の位置にコイルを収納できる。更に、底板部と側壁部とが別部材であることで、側壁部を取り外した状態で接合層の形成が可能であり、上記形態は、接合層の形成作業が行い易く、作業性に優れる。
【００２７】
上記接合層を具える分割ケース形態として、上記接合層は、放熱層と、絶縁性接着剤により構成された接着層とを具える多層構造であり、上記底板部が導電性材料により構成された形態が挙げられる。上記接着層は、上記コイルに接する側に配置され、上記放熱層は、上記底板部に接する側に配置される。
【００２８】
上記形態では、接着層によりコイルを十分に底板部に固定でき、かつ、底板部側に形成された放熱層を介してコイルの熱を冷却ベースといった固定対象に効率よく伝えられる。従って、上記形態は、封止樹脂の有無、封止樹脂の材質によらず、放熱性に優れる。また、コイルと接触する接着層が絶縁性材料により構成されることで、放熱層や底板部が導電性材料から構成されていても、コイルと底板部との間を絶縁できる。従って、放熱層を含めた接合層を薄くすることができ、この点からも、上記形態は、放熱性に優れる上に小型である。更に、底板部が導電性材料(一般に熱伝導性に優れるアルミニウムなどの金属材料)で構成されているため、コイルの熱を、放熱層から底板部を経て固定対象に効率よく伝えられ、この点からも、上記形態は、放熱性に優れる。
【００２９】
上記接合層の少なくとも一部は、熱伝導率が2W/m・K超の材料により構成された形態が挙げられる。
【００３０】
上記接合層の全体や一部(例えば、上述の放熱層)が上述のような高熱伝導率の材料で形成されていることで、より一層放熱性に優れたリアクトルとすることができる。また、放熱性に優れることで接合層を薄くでき、コイルと底板部(固定対象)との間の間隔を短くできることからも、放熱性に優れる上に、小型なリアクトルとすることができる。
【００３１】
上記接合層が上記接着層と上記放熱層とを具える多層構造の形態において、上記放熱層がアルミナのフィラーを含有するエポキシ系接着剤により構成され、上記底板部がアルミニウム又はアルミニウム合金により構成された形態が挙げられる。
【００３２】
上記形態は、放熱層及び底板部という放熱経路を具えることで、放熱性に優れる。また、上記形態は、放熱層が絶縁性接着剤により構成されることで、底板部とコイルとの間の絶縁性にも優れる上に、放熱層を薄くできるため、放熱性の向上、及び小型化を図ることができる。
【００３３】
上記分割ケース形態として、上記側壁部が絶縁性材料により構成された形態が挙げられる。
【００３４】
上記側壁部が絶縁性材料により構成されていることで、当該側壁部とコイルとが絶縁されるため、上述のように当該側壁部の内面とコイルの外周面との間隔を狭められ、上記形態は、更なる小型化を図ることができる。また、絶縁性材料を金属材料よりも軽い樹脂などの材質とすると、従来のアルミニウムケースよりも軽量なケースとすることができ、リアクトルの軽量化を図ることができる。更に、上記絶縁性材料を樹脂とすると、上述のように掛止部を容易に形成できる。
【００３５】
上記分割ケース形態として、上記底板部の熱伝導率が、上記側壁部の熱伝導率と同等以上である形態が挙げられる。
【００３６】
コイルが配置される底板部が放熱性に優れることで、この底板部を介して、コイルの熱を効率よく固定対象に伝えられ、上記形態は、放熱性に優れる。
【００３７】
本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータは、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである形態が挙げられる。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置は、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである形態が挙げられる。
【００３８】
本発明コンバータや本発明電力変換装置は、本発明リアクトルを具えることで、コイルの温度を適切に測定可能であり、この温度に応じた制御などを良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明リアクトルは、コイルの温度を適切に測定可能で、小型である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態1のリアクトルを示す概略斜視図である。
【図２】実施形態1のリアクトルの概略を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態1のリアクトルに具えるコイルと磁性コアとの組合体の概略を示す分解斜視図である。
【図４】実施形態1のリアクトルに具えるインシュレータを示し、(A)は斜視図、(B)は、(A)のB-B断面図である。
【図５】図1のV-V断面図である。
【図６】インシュレータの別の形態を示す斜視図である。
【図７】ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。
【図８】本発明コンバータを具える本発明電力変換装置の一例を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
{実施形態1}
以下、図1〜図5を参照して、本発明の実施形態1のリアクトル1を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、以下の説明では、リアクトルを設置したときに設置側を下側、その対向側を上側として説明する。
【００４２】
≪リアクトルの全体構成≫
リアクトル1は、一対のコイル素子2a,2bを具えるコイル2と、各コイル素子2a,2b内にそれぞれ配置される一対の内側コア部31(図3)及びこれら内側コア部31を連結して閉磁路を形成する外側コア部32を有する磁性コア3と、コイル2の温度を測定する温度センサ7とを具える。更に、この例のリアクトル1は、コイル2と磁性コア3との組合体10を収納するケース4と、コイル2と磁性コア3との間に介在されるインシュレータ5とを具える。ケース4は、一面が開口した箱体であり、インシュレータ5は、中空の筒状部51と枠体(枠板部52)とを具える(図4参照)。リアクトル1の最も特徴とするところは、各コイル素子2a,2bの形状、温度センサ7の配置位置にある。以下、上記特徴部分をまず説明し、次に、その他の構成をより詳細に説明する。
【００４３】
[コイル]
コイル2は、図3,図5を主に参照して説明する。図5では、分かり易いように、コイル2及び温度センンサ7を主に示し、インシュレータ5の支持部や仕切り部などを省略している。
【００４４】
コイル2は、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bと、両コイル素子2a,2bを連結するコイル連結部2rとを具える。各コイル素子2a,2bは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列(横並び)され、コイル2の他端側(図3では右側)において巻線2wの一部がU字状に屈曲されてコイル連結部2rが形成されている。この構成により、両コイル素子2a,2bの巻回方向は同一となっている。
【００４５】
なお、各コイル素子を別々の巻線により作製し、各コイル素子の巻線の一端部同士を溶接や半田付け、圧着などにより接合されたコイルとすることができる。
【００４６】
巻線2wは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を具える被覆線を好適に利用できる。絶縁被覆の厚さは、20μm以上100μm以下が好ましく、厚いほどピンホールを低減できて電気絶縁性を高められる。導体は、平角線が代表的であり、その他、横断面が円形状、楕円形状、多角形状などの種々の形状のものを利用できる。平角線は、(1)断面が円形状の丸線を用いた場合よりも占積率が高いコイルを形成し易い、(2)後述するケース4に具える接合層42(図2)との接触面積を広く確保し易い、(3)後述する端子金具8(図2)との接触面積を広く確保し易い、といった利点がある。ここでは、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる被覆平角線を利用し、各コイル素子2a,2bは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルである。
【００４７】
コイル2を形成する巻線の両端部2eは、コイル2の一端側(図3では左側)においてターン形成部分から適宜引き延ばされて、代表的にはケース4の外部に引き出される(図1)。巻線の両端部2eは、絶縁被覆が剥がされて露出された導体部分に、導電材料からなる端子金具8(図1)が接続される。この端子金具8を介して、コイル2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。
【００４８】
各コイル素子2a,2bはそれぞれ、軸方向から見た端面形状(＝軸方向に直交する平面で切断した形状)が、長方形の角部を丸めた形状であり、四つの角R部21と、角R部21間を繋ぐ長い直線状部22と短い直線状部23とで構成されている。従って、各コイル素子2a,2bの輪郭線は、図5に示すように、角R部21を構成する曲線と、直線状部22,23を構成する直線とで構成される図形である。
【００４９】
各コイル素子2a,2bの端面形状は、上記長方形以外の多角形の角部を丸めた形状とすることができる。しかし、長方形の角部を丸めた上記形状は、(1)巻線2wを巻回し易く、コイルの製造性に優れる、(2)内周形状が単純であり、コイル素子の内周形状に相似な外周形状を有する内側コア部を形成し易い、(3)デッドスペースが少なく小型である、といった利点がある。
【００５０】
角R部21の丸め半径は、適宜選択することができる。コイル2の大きさ、使用する巻線2wの大きさ(平角線の場合、幅や厚さ)などを考慮して、丸め半径を選択するとよい。特に、コイル2がエッジワイズコイルの場合、角R部21を構成する巻線2wにおいて外周側の丸め半径を大きくとり易く、隣接する両コイル素子2a,2bの間に、温度センサ7の収納個所となる台形状空間を広くとり易い。
【００５１】
各コイル素子2a,2bにおいて直線状部22間には、図5に示すように若干の隙間gを設けて、両素子2a,2b間の絶縁性を高めている。但し、この隙間gは、後述する温度センサ7の厚さ(例えば、3mm程度)よりも小さい(例えば、2mm程度)。この例では、隙間gは、後述するインシュレータ5の仕切り部53a,53b(図3,図4)により確保する。
【００５２】
上記角R部21を有するコイル2は、図5に示すように、各コイル素子2a,2bにおいて対向配置された角R部21に挟まれる台形状空間を有する。詳しくは、この台形状空間は、一方のコイル素子2aにおいて上側の角R部21とこの角R部21に繋がる長い直線状部22との交点と、他方のコイル素子2bにおいて上側の角R部21とこの角R部21に繋がる長い直線状部22との交点とを繋ぐ直線lRと、各コイル素子2a,2bにおいて隣り合う角R部21を構成する曲線と、両コイル素子2a,2bの上側の短い直線状部23がつくる面(上面2u)を繋ぐ直線(接線)luとで囲まれる空間である。本発明では、この台形状空間を温度センサ7の配置空間とするところを特徴の一つとする。
【００５３】
上記台形状空間の大きさは、角R部21の丸め半径により調整することができる。丸め半径が大きいと、温度センサ7の収納空間が大きくなり易く、丸め半径が小さいと小型なコイルになり易い。例えば、直線lu(即ち、コイル2の上面2u)から図5において下方に向かって、コイル2の高さ(図5において上下方向の大きさ)の50％までの領域(リアクトルの大きさにもよるが、例えば、直線luから20mm以内の領域)が台形状空間となるように丸め半径を選択すると、この領域は、リアクトル1(コイル2)の最高温度地点を含むと共に温度差を2℃以内とすることができる。
【００５４】
上記台形状空間のうち、内側コア部31が存在しない領域に温度センサ7を配置することが好ましい。この例では、コイル素子2a,2bの内周形状に相似な外周形状を有する内側コア部31が各コイル素子2a,2bに同軸状に収納されており、これら両内側コア部31の上面を繋ぐ直線(接線)1cをとったとき、この接線lcよりも上方側の領域が、内側コア部31が存在しない領域となる。
【００５５】
この例では、図5に示すように、台形状空間のうち、内側コア部31が存在しない領域(直線luと、接線lcと、各コイル素子2a,2bの上側に位置し、隣り合う角R部21を構成する曲線とで囲まれる領域)に温度センサ7を配置している。また、この例では、コイル2の直線状部22間の隙間gよりも温度センサ7の厚さが十分に大きいため、温度センサ7は、各コイル素子2a,2bの上側の角R部21に支持され、内側コア部31が存在する領域、即ち、接線lcよりも下方側の領域に落ちることがない。つまり、この例では、温度センサ7は、上記台形状空間のうち、直線luと、接線lcと、角R部21とで囲まれる領域に自動的に配置される上に、角R部21に支持される。
【００５６】
上記台形状空間は、コイル2の一端面から他端面に亘って形成され、この任意の箇所に温度センサ7を配置することができる。しかし、上記台形状空間のうち、コイル2の軸方向の中心を含む中心領域を温度センサ7の配置領域とすることが好ましい。中心領域は、例えば、上記中心から、コイル2の軸方向の長さの30％までの領域、即ち、上記中心を含んでコイル2の軸方向の長さ60％の領域が挙げられる。リアクトルの大きさにもよるが、例えば、上記中心から15mm以内の領域、即ち、上記中心を含んで30mm以内の領域が挙げられる。中心領域をこのような範囲にすることで、この領域は、リアクトル1(コイル2)の最高温度地点を含むと共に温度差を2℃以内とすることができる。この例では、中心領域に温度センサ7を配置している。
【００５７】
[温度センサ]
温度センサ7は、サーミスタといった感熱素子7aと、感熱素子7aを保護する保護部7bとを具えた棒状体(図4参照)が挙げられる。保護部7bは、樹脂などのチューブなどが挙げられる。温度センサ7には、感知した情報を制御装置といった外部装置に伝達するための配線71(図1,図4(B))が連結される。
【００５８】
[磁性コア]
磁性コア3の説明は、図3を参照して行う。磁性コア3は、各コイル素子2a,2bに覆われる一対の内側コア部31と、コイル2が配置されず、コイル2から露出されている一対の外側コア部32とを有する。ここでは、各内側コア部31はそれぞれ、上述のように各コイル素子2a,2bの内周形状に沿って、直方体の角部を丸めた外形を有する柱状体であり、各外側コア部32はそれぞれ、一対の台形状面を有する柱状体である。磁性コア3は、離間して配置される内側コア部31を挟むように外側コア部32が配置され、各内側コア部31の端面31eと外側コア部32の内端面32eとを接触させて環状に形成される。これら内側コア部31及び外側コア部32により、コイル2を励磁したとき、閉磁路を形成する。
【００５９】
内側コア部31は、磁性材料からなるコア片31mと、代表的には非磁性材料からなるギャップ材31gとを交互に積層して構成された積層体であり、外側コア部32は、磁性材料からなるコア片である。
【００６０】
各コア片は、磁性粉末を用いた成形体や、絶縁被膜を有する磁性薄板(例えば、電磁鋼板)を複数積層した積層体を利用できる。上記成形体は、例えば、Fe,Co,Niといった鉄族金属、Fe-Si,Fe-Ni,Fe-Al,Fe-Co,Fe-Cr,Fe-Si-AlなどのFe基合金、希土類金属やアモルファス磁性体といった軟磁性材料からなる粉末を用いた圧粉成形体、上記粉末をプレス成形後に焼結した焼結体、上記粉末と樹脂との混合体を射出成形や注型成形などした成形硬化体が挙げられる。その他、コア片は、金属酸化物の焼結体であるフェライトコアなどが挙げられる。成形体は、複雑な立体形状のコア片や磁性コアでも容易に形成できる。
【００６１】
圧粉成形体の原料には、上記軟磁性材料からなる粒子の表面に絶縁被膜を具える被覆粒子からなる被覆粉末を好適に利用できる。被覆粉末を成形後、上記絶縁被膜の耐熱温度以下で熱処理を施すことで圧粉成形体が得られる。絶縁被膜は、代表的には、シリコーン樹脂やリン酸塩からなるものが挙げられる。
【００６２】
内側コア部31と外側コア部32とが異なる材質からなる形態とすることができる。例えば、内側コア部31を上述の圧粉成形体や積層体とし、外側コア部32を成形硬化体とすると、内側コア部31の飽和磁束密度を外側コア部32よりも高め易い。ここでは、各コア片は、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性粉末の圧粉成形体としている。
【００６３】
ギャップ材31g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板状材である。ギャップ材31gの構成材料は、コア片よりも透磁率が低い材料により構成される。代表的には、アルミナやガラスエポキシ樹脂、不飽和ポリエステルなどの非磁性材料が挙げられる。或いは、ギャップ材31gとして、セラミックスやフェノール樹脂などの非磁性材料に磁性粉末(例えば、フェライト、Fe,Fe-Si,センダストなど)が分散した混合材料からなるものを用いると、ギャップ部分の漏れ磁束を低減できる。エアギャップとすることもできる。
【００６４】
コア片やギャップ材の個数は、リアクトル1が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。また、コア片やギャップ材の形状は適宜選択することができる。ここでは、内側コア部31は複数のコア片31m及び複数のギャップ材31gから構成される形態を示すが、ギャップ材を一つ具える形態や、コア片の材質によってはギャップ材を具えていない形態とすることができる。また、外側コア部32は、一つのコア片から構成される形態、複数のコア片から構成される形態のいずれも取り得る。コア片を圧粉成形体で構成する場合、複数のコア片で内側コア部や外側コア部を構成する形態とすると、各コア片を小さくできるため、成形性に優れる。
【００６５】
上記コア片同士の一体化やコア片31mとギャップ材31gとの一体化には、例えば、接着剤を塗布したり接着テープを巻回したりすることなどが挙げられる。内側コア部31の形成に接着剤を用い、内側コア部31と外側コア部32との接合に接着剤を用いない形態としてもよい。
【００６６】
或いは、絶縁性材料からなる熱収縮チューブや常温収縮チューブを利用して、内側コア部31を一体化してもよい。この場合、上記チューブは、コイル素子2a,2bと内側コア部31との間の絶縁材としても機能する。
【００６７】
或いは、環状に保持可能な帯状締付材を利用して磁性コア3を一体化することができる。具体的には、環状に組み立てた磁性コア3の外周や組合体10の外周を帯状締付材で囲むことで、磁性コア3を環状に保持できる。上記帯状締付材は、非磁性で、耐熱性に優れる材料からなるもの、例えば、市販の結束材(タイラップ(トーマスアンドベッツインターナショナルインクの登録商標)、ピークタイ(ヘラマンタイトン株式会社製結束バンド)、ステンレススチールバンド(パンドウイットコーポレーション製)など)を利用することができる。また、磁性コアやコイルと帯状締付材との間に緩衝材(例えば、ABS樹脂、PPS樹脂、PBT樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂やシリコーンゴムなどのゴムからなるもの)を介在させると、帯状締付材の締付力によるコイル2や磁性コア3の損傷を防止できる。
【００６８】
その他、この例に示す磁性コア3は、内側コア部31の設置側の面と外側コア部32の設置側の面とが面一になっておらず、外側コア部32の設置側の面が内側コア部31よりも突出し、かつコイル2の設置側の面(図5において下面2d)と面一である。従って、コイル2と磁性コア3との組合体10の設置側の面は、両コイル素子2a,2bの下面2dと、外側コア部32の設置側の面とで構成され、コイル2及び磁性コア3の双方が後述する接合層42(図2)に接触できるため、リアクトル1は、放熱性に優れる。また、組合体10の設置側の面がコイル2及び磁性コア3の双方で構成されることで固定対象との接触面積が十分に大きく、リアクトル1は、設置したときの安定性にも優れる。更に、コア片を圧粉成形体で構成することで、外側コア部32において内側コア部31よりも突出した箇所は磁束の通路に利用できる。
【００６９】
[インシュレータ]
インシュレータ5の説明は、図3,図4を参照して行う。このインシュレータ5は、コイル2の軸方向に分割可能な一対の分割片50a,50bを組み合せて一体にされる形態であり、内側コア部31を収納する筒状部51と、各コイル素子2a,2bの端面と外側コア部32の内端面32eとの間に介在される枠板部52とを具える。筒状部51は、コイル素子2a,2bと内側コア部31とを絶縁し、枠板部52は、コイル素子2a,2bと外側コア部32とを絶縁する。このインシュレータ5は、上述した台形状空間に配置された温度センサ7をコイル2側に押さえるセンサ保持部54を具えることを特徴の一つとする。
【００７０】
各分割片50a,50bは、内側コア部31の各角部に配置される複数の棒状の支持部51a,51bを有する。支持部51a,51bはそれぞれ、枠板部52に立設され、その両端部が凹凸形状となっている。この凹凸は、分割片50a,50bを組み合せたとき、図4(A)に示すように互いに係合して位置決め部として機能する。また、分割片50a,50bを組み合せることで、支持部51a,51bにより筒状部51を形成する。この例では、分割片50a,50bを内側コア部31の外周面に配置したとき、内側コア部31の一部(主として角部)のみが支持部51a,51bに覆われ、他部が露出された状態となる。従って、封止樹脂を具える形態とする場合、内側コア部31と封止樹脂との接触面積を大きくできる上に、封止樹脂を流し込むときに気泡が抜け易く、リアクトル1の製造性に優れる。
【００７１】
なお、ここでは、内側コア部31の全長に亘り筒状部51が存在するように、筒状部51の長さを調整しているが、支持部51a,51bの長さを短くしてもよい(上記長さは、コイルの軸方向に沿った大きさとする)。この場合、内側コア部31の外周に絶縁性材料からなる絶縁被覆層を形成すると、コイル素子2a,2bと内側コア部31との絶縁性を高められる。絶縁被覆層は、例えば、上述した熱収縮チューブなどの絶縁性チューブ、絶縁テープや絶縁紙などにより形成することができる。
【００７２】
各枠板部52はそれぞれ、各内側コア部31がそれぞれ挿通可能な一対の開口部(貫通孔)を有するB字状の平板部分である。
【００７３】
一方(図4では左方)の分割片50aの枠板部52は、その上方側にセンサ保持部54を具える。具体的には、この分割片50aをコイル2(図5)に組み付けたとき、コイル2の台形状空間に向かって突出するようにセンサ保持部54が設けられている。
【００７４】
センサ保持部54は、棒状体である。ここでは、温度センサ7に接する内側面は温度センサ7を過度に押さえ付けず、かつ温度センサ7を保持し易いように、図5に示すように円弧状の曲面で構成している。センサ保持部54の突出長さは、温度センサ7がコイル2から浮き上がることを抑制できればよく、適宜選択することができる。ここでは、温度センサ7の長さ(図4(B)において左右方向の大きさ)の1/2程度がセンサ保持部54に接するように、センサ保持部54の突出長さを調整している。
【００７５】
また、この分割片50aの枠板部52は、仕切り部53aも具える。具体的には、この分割片50aをコイル2(図5)に組み付けたとき、両コイル素子2a,2b間に介在されるように、枠板部52からコイル側に向かって突出するように仕切り部53aが設けられている。この仕切り部53aにより、両コイル素子2a,2bの直線状部22は互いに接触せず、上述のように所定の隙間g(図5)が設けられる。ここでは、仕切り部53aは、L字状片とし、L字の短片部分が枠板部52の上方側に設けられ、この短片部分がセンサ保持部54と枠板部52との連結箇所も兼ねる。また、仕切り部53aにおける上記短片部分の端面は、図4(B)に示すように温度センサ7の当て止めも兼ねる。従って、温度センサ7は、センサ保持部54によりコイル2からの浮き上がりを抑えられると共に、仕切り部53aの端面位置により、コイル2に対するその軸方向の位置決めを行うことができる。ここでは、上述のように台形状空間の中心領域に温度センサ7が配置されるように、仕切り部53aの突出長さを調整している。突出長さは適宜変更することができる。
【００７６】
インシュレータ5は、他方(図4では右方)の分割片50bの枠板部52に、温度センサ7に連結される配線71を掛止する掛止部55(図4(A))を具えることを特徴の一つとする。
【００７７】
掛止部55の形状は、特に問わない。ここでは、この分割片50bにも帯状の仕切り部53bを具えており、この仕切り部53bの一部を掛止部55としている。仕切り部53bは、上述した一方の分割片50aと同様に、枠板部52からコイル側に向かって突出する帯状板で、その先端部分は、コイル素子の横並び方向及び軸方向の双方に直交する方向(図4において上下方向)の上方に延びており、この分割片50bをコイル2(図5)に組み付けたとき、コイル2のターン形成面から十分に離れた位置で横並び方向に折れ曲がってL字状に形成されている。このL字の短片部分が掛止部55として機能する。
【００７８】
上述のようにL字に折り曲げず、単なる帯状体とし、コイル2のターン形成面から突出した先端箇所に配線71を巻回可能であることから、この先端箇所を掛止部55に利用してもよい。或いは、上記帯状体に貫通孔を設け、この貫通孔に配線71を挿通することで配線71の移動を規制できることから、この貫通孔を掛止部55に利用してもよい。或いは、上記帯状体に配線71を挟持可能な複数の突起や切欠を設け、これらの突起や切欠に配線71を挟持することで配線71を固定できることから、これらの突起や切欠を掛止部55に利用してもよい。また、帯状体ではなく棒状体でもよい。更に、枠板部52の一部に上記L字部分や貫通孔、突起、切欠などを設けてこれらを掛止部55に利用してもよい。掛止部55の位置は、適宜選択することができる。また、掛止部を複数具えるインシュレータとしてもよい。
【００７９】
その他、他方の分割片50bは、コイル連結部2rが載置され、コイル連結部2rと外側コア部32との間を絶縁するための台座52pも具える。台座52pは、分割片50bの枠板部52において、上記仕切り部53bとは逆の方向(図4(B)では右方側)に突出している。即ち、分割片50bの枠板部52は、一方(図4(B)では左方側)に仕切り部53bが突出し、他方に台座52pが突出している。
【００８０】
この例では、両分割片50a,50bを組み合せたとき、仕切り部53a,53bは、コイル素子の軸方向の一部(特に、コイル素子の端面寄りの領域)のみに存在する構成である。この構成により、コイル素子2a,2b間には、封止樹脂が充填されるか、或いは封止樹脂を具えない形態では空間となるため、インシュレータ5により放熱を妨げられ難く、この形態は、放熱性に優れる。或いは、仕切り部53a,53bを省略してもよい。この場合、センサ保持部54を延長させて枠板部52に連結すると共に、センサ保持部54自体に当て止めを設けるとよい。或いは、コイル素子2a,2bの軸方向の実質的に全域に仕切り部が存在する形態とすることができる。この形態は、仕切り部により、コイル素子2a,2b間を十分に絶縁することができ、絶縁性に優れる。
【００８１】
その他、この例では、両分割片50a,50bの枠板部52において、外側コア部32と接する側の面に外側コア部32の位置決めをする位置決め突起(図示せず)が設けられており、組立作業性に優れる。位置決め突起を省略してもよい。
【００８２】
インシュレータ5の構成材料には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの絶縁性材料が利用できる。インシュレータ5は、射出成形などにより、複雑な形状であっても容易に成形することができる。
【００８３】
[ケース]
ケース4の説明は、図2を参照して行う。コイル2と磁性コア3との組合体10が収納されるケース4は、平板状の底板部40と、底板部40に立設する枠状の側壁部41とを具える。リアクトル1のケース4は、底板部40と側壁部41とが一体に成形されておらず、それぞれ独立した部材であり、固定材により一体化される。また、底板部40には、接合層42を具える。
【００８４】
(底板部)
底板部40は、組合体10が載置される矩形状板であり、代表的には、リアクトル1が固定対象に設置されるときに固定対象に接して固定される。この例では、底板部40が下方となる設置状態を示すが、底板部40が上方、或いは側方となる設置状態も有り得る。この底板部40は、ケース4を組み立てたときに内側に配置される一面に接合層42を具える。底板部40の外形は適宜選択することができる。ここでは、底板部40は、四隅のそれぞれから突出した取付部400を有する。後述する側壁部41も取付部411を有しており、底板部40と側壁部41とを組み合せてケース4を形成した場合、この取付部400は、側壁部41の取付部411と重なる。各取付部400,411にはそれぞれ、固定対象にケース4を固定するボルト(図示せず)が挿通されるボルト孔400h,411hが設けられている。ボルト孔400hは、側壁部41のボルト孔411hに連続するように設けられている。ボルト孔400h,411hは、ネジ加工が成されていない貫通孔、ネジ加工がされたネジ孔のいずれも利用でき、個数なども適宜選択することができる。
【００８５】
或いは、側壁部41が取付部を具えておらず、底板部40のみが取付部400を具える形態としてもよい。この形態の場合、底板部40の取付部400が側壁部41の外形から突出するように底板部40の外形を形成する。或いは、側壁部41のみが取付部411を有し、底板部40が取付部を有しない形態としてもよい。この形態の場合、側壁部41の取付部411が底板部40の外形から突出するように側壁部41の外形を形成する。
【００８６】
(側壁部)
側壁部41は、矩形枠状体であり、一方の開口部を底板部40により塞いでケース4を組み立てたとき、上記組合体10の周囲を囲むように配置され、他方の開口部が開放される。ここでは、側壁部41は、リアクトル1を固定対象に設置したときに設置側となる領域が上記底板部40の外形に沿った矩形状であり、開放された開口側の領域がコイル2と磁性コア3との組合体10の外周面に沿った曲面形状である。ケース4を組み立てた状態において、コイル2の外周面と側壁部41の内周面とは近接しており、コイル2の外周面と側壁部41の内周面との間隔は、0mm〜1.0mm程度と非常に狭い。また、ここでは、側壁部41の開口側の領域には、組合体10の外側コア部32の台形状面を覆うように配置される庇状部が設けられている。ケース4に収納された組合体10は、図1に示すようにコイル2が露出され、磁性コア3の外側コア部32は実質的にケース4の構成材料に覆われる。上記庇状部を具えることで、(1)耐振動性の向上、(2)ケース4(側壁部41)の剛性の向上、(3)組合体10の外部環境からの保護や機械的保護、といった種々の効果が得られる。上記庇状部を省略して、コイル2と、一方或いは両方の外側コア部32の台形状面との双方が露出される形態としてもよい。
【００８７】
上記庇状部は、底板部40が上方や側方となるようにリアクトル1を設置する場合に組合体10が側壁部41から脱落することを防止できる。庇状部の内側に、外側コア部32の脱落を防止する位置固定部などを別途設けておいてもよい。ここでは、一方の庇状部を端子台410(後述)に利用する。
【００８８】
〔掛止部〕
側壁部41は、一方(図2において右方)の外側コア部32を覆う上記庇状部の縁部に、温度センサ7に連結される配線71(図1)を掛止する掛止部43,44を具えることを特徴の一つとする。
【００８９】
ここでは、掛止部43,44はいずれも、L字状片であり、各掛止部43,44のL字の短片部分がそれぞれ逆方向を向くように、即ち、L字の開口部分が逆方向を向くように掛止部43,44を側壁部41に設けている。また、ここでは、図1に示すように一方の掛止部43をコイル素子2a,2b間の上方に位置するように設け、他方の掛止部44を一方のコイル素子2aの上方に位置するように設けている。一方の掛止部43と他方の掛止部44との間にインシュレータ5の掛止部55を位置させることで、温度センサ7が脱落し難いように配線71を容易に取り回せる。更に、この側壁部41では、掛止部44の対角位置(端子台410の縁部)にもL字状片からなる掛止部45を具える。
【００９０】
側壁部41に具える掛止部の形状、個数、配置位置は特に問わない。例えば、掛止部44のみとしてもよい。或いは、例えば、上述したインシュレータ5に具える掛止部55と同様に、側壁部41の開口部の適宜な位置に設けた貫通孔、少なくとも一つの突起、切欠などを掛止部に利用してもよい。また、ここでは、側壁部41の開口部においてコイル素子2a,2bの横並び方向に延びる縁部に掛止部43,44,45を具える形態を示すが、コイル素子2a,2bの軸方向に延びる縁部に掛止部を具えても勿論よい。掛止部43,44,45は、後述するように側壁部41を樹脂で構成する場合、射出成形などにより、側壁部41に容易に一体成形できる。配線71の掛止方法は後述する。
【００９１】
〔取り付け箇所〕
側壁部41の設置側の領域は、底板部40と同様に、四隅のそれぞれから突出する取付部411を具え、各取付部411には、ボルト孔411hが設けられて、取付箇所を構成している。ボルト孔411hは、側壁部41の構成材料のみにより形成してもよいし、別材料からなる筒体を配置させて形成してもよい。例えば、側壁部41を後述するように樹脂により構成する場合、上記筒体は、真鍮、鋼、ステンレス鋼などの金属からなる金属管を利用すると、強度に優れ、樹脂のクリープ変形を抑制できる。ここでは、金属管を配置してボルト孔411hを形成している。
【００９２】
〔端子台〕
上記側壁部41の開口側の領域において、他方(図2において左方)の外側コア部32の上方を覆う庇状部は、巻線2wの各端部2eがそれぞれ接続される一対の端子金具8が固定されて端子台410として機能する。
【００９３】
〔端子金具〕
各端子金具8は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金といった導電性材料からなる板材を適宜屈曲して形成された導電部材である。各端子金具8の一端側に、巻線の端部2eが半田や溶接などにより接合される接合部81a,81bを有し、他端側に、電源などの外部装置を接続するためのボルトといった連結部材が嵌め込まれる貫通孔82hを有し、中央部分が側壁部41に固定される。
【００９４】
ここでは、各接合部81a,81bをU字状とし、接合部81a,81bがつくるU字状の空間に巻線の端部2eを介在させて、例えば、巻線の端部2eと接合部81a,81bとの間を埋めるように半田を流し込むことで、コイル2と端子金具8とを電気的に接続できる。或いは、U字状の空間に巻線の端部2eを介在させた状態でかしめて接合部81a,81bと巻線の端部2eとを確実に接触させた状態とした後、TIG溶接などの溶接、圧着、半田付けなどを行うことでも、上記電気的な接続が行える。
【００９５】
なお、図2に示す端子金具8の形状は、例示であり、接合部と、外部装置との接続箇所と、側壁部41への固定箇所とを少なくとも具えていれば、適宜変更することができる。例えば、接合部は平板状でもよい。
【００９６】
端子台410は、図2に示すように端子金具8の中央部分が配置される凹溝410cが形成され、凹溝410cには、端子金具8を位置決めする位置決め突起410pが設けられている。端子金具8にはこの突起410pが嵌め込まれる位置決め孔83を具える。端子金具8が位置決め可能であれば、位置決め突起410p及び位置決め孔83の形状、個数、配置位置は特に問わない。位置決め突起410p及び位置決め孔83を有しない形態としてもよいし、端子金具に突起、端子台に孔を有する形態でもよい。
【００９７】
凹溝410cに嵌め込まれた端子金具8は、その上方を端子固定部材9により覆われ、端子固定部材9をボルト91により締め付けることで、端子台410に固定される。端子固定部材9の構成材料には、後述するケースの構成材料に利用されるような絶縁性樹脂といった絶縁性材料を好適に利用することができる。
【００９８】
側壁部41を後述する絶縁性樹脂で形成する場合、端子固定部材9及びボルト91の使用に代えて、端子金具8をインサート成形することにより、側壁部、端子金具8、端子台を一体とした形態とすることができる。この形態は、部品点数及び組立工程数が少なく、リアクトルの生産性に優れる。
【００９９】
或いは、端子金具8の中央部分を予め絶縁性材料により覆った成形品を形成し、この形成品を側壁部41に固定する形態とすることができる。
【０１００】
その他、側壁部41は、端子金具8の貫通孔82hを有する他端側領域を支持する支持台(図示せず)を具える形態とすることができる。例えば、側壁部41を後述するような絶縁性樹脂で形成する場合、当該樹脂により上記支持台を一体成形するとよい。この支持台に適宜ナットなどを配置し、ナットの孔と同軸に貫通孔82hを配置することで、上記ボルトといった連結部材を嵌め込んで端子金具8に外部装置を接続することができる。
【０１０１】
(材質)
ケース4の構成材料は、例えば、金属材料が挙げられる。金属材料は一般に熱伝導率が高いことから、放熱性に優れたケースとすることができる。また、導電性を有することで、ケースが磁気シールドとして機能し、漏れ磁束を抑制することができる。更に、金属材料は、コイル2の近傍に配置されることから非磁性金属が好ましい。
【０１０２】
具体的な金属は、例えば、アルミニウム(熱伝導率:237W/m・K)やその合金、マグネシウム(156W/m・K)やその合金、銅(398W/m・K)やその合金、銀(427W/m・K)やその合金、鉄(80W/m・K)やオーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS304:16.7W/m・K)が挙げられる。上記アルミニウムやマグネシウム、その合金を利用すると、軽量なケースとすることができ、リアクトルの軽量化に寄与することができる。特に、アルミニウムやアルミニウム合金は、耐食性に優れ、マグネシウムやマグネシウム合金は制振性に優れるため、車載部品に好適に利用できる。例えば、有底筒状のケースや上記枠状の側壁部41を金属材料により形成する場合、ダイキャストといった鋳造の他、プレス加工などの塑性加工などを利用することができる。上記板状の底板部40を金属材料により構成する場合、打ち抜きなどを利用することができる。
【０１０３】
或いは、ケース4の構成材料は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂などの樹脂といった非金属材料が挙げられる。これらの非金属材料は一般に電気絶縁性に優れるものが多いことから、コイル2とケース4との間の絶縁性を高められる。また、これらの非金属材料は上述した金属材料よりも軽く、リアクトル1を軽量にできる。上記樹脂に後述するセラミックスからなるフィラーを混合した形態とすると、放熱性を高められる。例えば、有底筒状のケースや、上記板状の底板部40、上記枠状の側壁部41を樹脂により形成する場合、射出成形を好適に利用することができる。
【０１０４】
底板部40及び側壁部41の構成材料は同種の材料とすることができる。この場合、両者の熱伝導率は等しくなる。或いは、ここでは、底板部40及び側壁部41が別部材であることから、両者の構成材料を異ならせることができる。この場合、特に、底板部40の熱伝導率が側壁部41の熱伝導率よりも大きくなるように、両者の構成材料を選択すると、底板部40に配置されるコイル2及び磁性コア3の熱を冷却ベースといった固定対象に効率よく伝えられる。ここでは、底板部40をアルミニウムやその合金により構成し、側壁部41をPBT樹脂により構成している。底板部40を導電性材料により形成する場合、アルマイト処理などを施して、その表面に極薄い絶縁被膜(厚さ:1μm〜10μm程度)を具えた形態とすると、絶縁性を高められる。
【０１０５】
(連結方法)
底板部40と側壁部41とを一体に接続するには、種々の固定材を利用できる。固定材は、例えば、接着剤や、ボルトといった締結部材が挙げられる。ここでは、底板部40及び側壁部41にボルト孔(図示せず)を設け、固定材にボルト(図示せず)を利用し、このボルトをねじ込むことで、両者を一体化している。
【０１０６】
(接合層)
底板部40は、少なくともコイル2の設置側の面(下面2d(図5))が接触する箇所に接合層42を具える。
【０１０７】
接合層42は、絶縁性材料からなる単層構造とすると容易に形成できる上に、底板部40が金属製でも、コイル2と底板部40との間を絶縁できる。絶縁性材料からなる多層構造とすると、絶縁性をより高められる。同材質の多層構造とする場合、一層あたりの厚さを薄くできる。薄くすることでピンホールが存在しても、隣接する別の層によりピンホールを塞ぐことで絶縁を確保できる。一方、異種材質の多層構造とすると、コイル2と底板部40との絶縁性、両者の密着性、コイル2から底板部40への放熱性などの複数の特性を兼備できる。この場合、少なくとも一層の構成材料は、絶縁性材料とする。
【０１０８】
接合層42は、その厚さ(多層構造の場合は合計厚さ)が厚いほど絶縁性を高められ、薄いほど放熱性を高められる傾向にある上に、小型化を図ることができる。構成材料にもよるが、例えば、接合層42の(合計)厚さを2mm未満、更に1mm以下、特に0.5mm以下とすることができる。或いは、後述する熱伝導性に優れる材料により接合層42を構成する場合には、例えば、(合計)厚さを1mm以上としても放熱性に優れる。熱伝導率が低い材料(例えば、1W/m・K以下)により接合層42が構成されている場合でも、上述のように(合計)厚さを薄くすることで(好ましくは0.5mm以下)、放熱性に優れる。なお、ここでの接合層42の厚さとは、形成直後の厚さである。組合体10を載置した後では、接合層42の厚さが薄くなる(例えば、0.1mm程度)となる場合がある。
【０１０９】
接合層42は、少なくともコイル2の設置側の面(下面2d)が十分に接触可能な面積を有していれば、特に形状は問わない。ここでは、接合層42は、図2に示すように、組合体10の設置側の面、即ち、コイル2及び外側コア部32の双方の設置側の面がつくる形状に沿った形状としている。従って、コイル2及び外側コア部32の双方が接合層42に十分に接触できる。
【０１１０】
接合層42は、コイル2の設置側の面が接する表面側に絶縁性材料からなる接着層を具え、底板部40に接する側に熱伝導性に優れる材料からなる放熱層を具える多層構造とすることができる。ここでは、接合層42は、接着層と放熱層とを具える。
【０１１１】
接着層は、接着強度に優れる材料を好適に利用できる。例えば、接着層は、絶縁性接着剤、具体的には、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤などにより構成することができる。接着層の形成は、例えば、放熱層の上に塗布したり、スクリーン印刷を利用したりすることが挙げられる。接着層にシート状接着剤を利用してもよい。シート状接着剤は、単層構造、積層構造のいずれの場合も、所望の形状の接着層或いは接合層を容易に形成することができる。ここでは、接着層は、絶縁性接着剤の単層構造としている。
【０１１２】
放熱層は、放熱性に優れる材料、好ましくは熱伝導率が2W/m・K超の材料を好適に利用できる。放熱層は、熱伝導率が高いほど好ましく、3W/m・K以上、特に10W/m・K以上、更に20W/m・K以上、とりわけ30W/m・K以上の材料により構成されることが好ましい。
【０１１３】
放熱層の具体的な構成材料は、上記セラミックスからなるフィラーを含有する絶縁性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂)が挙げられる。この材料は、放熱性及び電気絶縁性の双方に優れる放熱層が得られる。また、この場合、放熱層及び接着層の双方が絶縁性材料で構成される、即ち、接合層全体が絶縁性材料で構成されるため、この接合層は絶縁性に更に優れる。上記絶縁性樹脂が接着剤であると、放熱層と接着層との密着性に優れ、この放熱層を具える接合層は、コイル2と底板部40との間を強固に接合できる。接着層及び放熱層を構成する接着剤を異種としてもよいが、同種である場合、密着性に優れる上に接合層の形成が容易である。上記フィラー入りの絶縁性接着剤により接合層全体を形成してもよい。この場合、接合層は、単一種の材質からなる多層構造となる。
【０１１４】
上記フィラー入り樹脂により放熱層を形成するには、例えば、底板部40に塗布したり、スクリーン印刷したりなどすることで容易に形成できる。
【０１１５】
或いは、金属材料からなる放熱層を具えることができる。金属材料は一般に熱伝導率が高いものの導電性材料であり、上記接着層の絶縁性を高めることが望まれる。また、金属材料からなる放熱層は重くなり易い。一方、金属元素,B,及びSiの酸化物、炭化物、及び窒化物から選択される一種の材料といったセラミックスなどの非金属無機材料からなる放熱層を具えると、放熱性に優れる上に、電気絶縁性にも優れて好ましい。より具体的なセラミックスは、窒化珪素(Si3N4):20W/m・K〜150W/m・K程度、アルミナ(Al2O3):20W/m・K〜30W/m・K程度、窒化アルミニウム(AlN):200W/m・K〜250W/m・K程度、窒化ほう素(BN):50W/m・K〜65W/m・K程度、炭化珪素(SiC):50W/m・K〜130W/m・K程度などが挙げられる。上記セラミックスにより放熱層を形成するには、例えば、PVD法やCVD法といった蒸着法を利用したり、上記セラミックスの焼結板などを用意して、適宜な接着剤により、底板部40に接合したりすることが挙げられる。
【０１１６】
或いは、放熱性に優れるシート材を適宜な接着剤により底板部40に接合して、このシート材を放熱層として具えることができる。
【０１１７】
放熱層は、単層構造でも多層構造でもよい。多層構造とする場合、少なくとも一層の材質を異ならせてもよい。例えば、放熱層は、熱伝導率が異なる材質からなる多層構造とすることができる。
【０１１８】
放熱層を具える形態は、放熱層により放熱性を確保できるため、封止樹脂を具える形態とする場合、利用可能な封止樹脂の選択の自由度を高められる。例えば、フィラーを含有していない樹脂など、熱伝導性に劣る樹脂を封止樹脂に利用できる。
【０１１９】
ここでは、放熱層は、アルミナからなるフィラーを含有するエポキシ系接着剤により形成されている(熱伝導率:3W/m・K以上)。従って、ここでは、接合層全体が絶縁性接着剤により構成されている。また、ここでは、放熱層は、上記フィラー入り接着剤からなる二層構造で形成され、一層の厚さを0.2mm、合計0.4mmとしている(接着層との合計厚さ:0.5mm)。放熱層は、三層以上としてもよい。
【０１２０】
[その他のケース収納部材]
その他、一方の外側コア部32の背面をケース4の側壁部41に接触させ、他方の外側コア部32の背面と側壁部41との間に、他方の外側コア部32を一方の外側コア部32側に押圧する部材(例えば、板ばね)を挿入した構成とすると、振動や衝撃などの外的要因によってギャップ長が変化することを防止できる。上記押圧部材を利用する形態では、ギャップ材31gとして、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料で構成された弾性ギャップ材とすると、ギャップ材31gが変形することでギャップ長を調整したり、ある程度の寸法誤差を吸収可能である。
【０１２１】
また、温度センサの他、電流センサなどの種々の物理量測定センサをケース4に収納することができる。上記センサに連結される配線は、例えば、ケース4の掛止部45に掛止することができる。
【０１２２】
[封止樹脂]
ケース4内に絶縁性樹脂からなる封止樹脂(図示せず)を充填した形態とすることができる。この場合、巻線の端部2eは、封止樹脂から露出させ、巻線の端部2eと端子金具8とを溶接や半田などで接合できるようにする。或いは、上記溶接などの後、巻線の端部2eと端子金具8とを埋設するように封止樹脂を充填してもよい。封止樹脂の充填量は、適宜選択することができる。コイル2の上面2uの全面が封止樹脂により埋設された形態としてもよいし、上面2uを封止樹脂から露出させた形態としてもよい。
【０１２３】
上記封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。また、絶縁性及び熱伝導性に優れるフィラー、例えば、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、ムライト、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含有する封止樹脂とすると、放熱性を更に高められる。
【０１２４】
ケース4内に封止樹脂を充填する場合、未硬化の樹脂が底板部40と側壁部41との隙間から漏れることを防止するために、パッキン6を配置することが挙げられる。ここでは、パッキン6は、コイル2と磁性コア3との組合体10の外周に嵌合可能な大きさを有する環状体であり、合成ゴムから構成されるものを利用しているが、適宜な材質のものが利用できる。ケース4の側壁部41の設置面側には、パッキン6を配置するパッキン溝(図示せず)を有する。底板部40と側壁部41とを接着剤により一体化する場合、当該接着剤によって両者間を密閉でき、上記封止樹脂の漏洩を防止できることから、パッキン6を省略することができる。
【０１２５】
≪リアクトルの製造≫
上記構成を具えるリアクトル1は、代表的には、組合体の準備,側壁部の準備,底板部の準備⇒コイルの固定⇒側壁部の配置⇒ケースの組立⇒端子金具と巻線との接合⇒温度センサの配置⇒封止樹脂の充填という工程により製造することができる。
【０１２６】
[組合体の準備]
まず、コイル2と磁性コア3との組合体10の作製手順を説明する。具体的には、図3に示すようにコア片31mやギャップ材31gを積層した内側コア部31とインシュレータ5の一方の分割片50aとを各コイル素子2a,2bに挿入する。ここでは、コア片31mとギャップ材31gとの積層体の外周面を接着テープにより連結して内側コア部31を柱状に作製している。次に、コイル素子2a,2bの他方の端面に、インシュレータ5の他方の分割片50bを挿入する。このとき、分割片50bの支持部51bをガイドとして利用することができる。なお、コア片31mとギャップ材31gとを接着テープや接着剤などで一体化せず、ばらばらの状態としてもよい。この場合、一部のコア片31m及びギャップ材31gを一方の分割片50aで支持し、他部のコア片31m及びギャップ材31gを他方の分割片50bで支持して、各コイル素子2a,2bに挿入するとよい。両分割片50a,50bの支持部51a,51bの凹凸を係合することで、両分割片50a,50bを相互に位置決めする。
【０１２７】
次に、枠板部52の開口部から露出された内側コア部31の端面31eを外側コア部32の内端面32eで挟むように外側コア部32を配置して、組合体10を形成する。このとき、内側コア部31の端面31eと外側コア部32の内端面32eとが接触する。両コイル素子2a,2b間には、インシュレータ5の仕切り部53a,53bが介在され、当該仕切り部53a,53bの厚さに応じた隙間g(図5)を両素子2a,2b間に設けることができる。また、インシュレータ5のセンサ保持部54は、両コイル素子2a,2bにおける対向する角R部21が形成する台形状空間の上方に配置される。
【０１２８】
[側壁部の準備]
射出成形などにより所定の形状に構成した側壁部41の凹溝410cに、端子金具8、端子固定部材9を順に配置して、ボルト91を締め付けて、端子金具8が固定された側壁部41を用意する。上述のように、端子金具8が側壁部に一体に成形されたものを用意してもよい。
【０１２９】
[底板部の準備、コイルの固定]
図2に示すようにアルミニウムやその合金からなる板を所定の形状に打ち抜いて底板部40を形成し、一面に所定の形状の接合層42をスクリーン印刷により形成して、接合層42を具える底板部40を用意する。そして、この接合層42の上に、組み立てた組合体10を載置し、その後、接合層42を適宜硬化して組合体10を底板部40に固定する。
【０１３０】
接合層42により、コイル2を底板部40に密着できると共に、コイル2と外側コア部32との位置が固定され、ひいては一対の外側コア部32に挟まれた内側コア部31も位置が固定される。従って、内側コア部31と外側コア部32とを接着剤で接合したり、コア片31mやギャップ材31gを接着剤などで接合して一体化していなくても、接合層42により、内側コア部31及び外側コア部32を具える磁性コア3を環状に一体化できる。また、接合層42が接着剤により構成されることで、組合体10は、接合層42に強固に固定される。
【０１３１】
接合層42は、組合体10の配置の直前に形成してもよいが、予め接合層42を形成しておいた底板部40を利用してもよい。後者の場合、組合体10を配置するまでの間に接合層42に異物などが付着しないように離型紙を配置しておくとよい。放熱層のみ予め形成しておき、組合体10の配置の直前に接着層のみを形成してもよい。
【０１３２】
[側壁部の配置]
端子金具8が固定された側壁部41を、上記組合体10の外周面を囲むように組合体10の上方から被せ、底板部40の上に配置する。このとき、巻線の端部2eがU字状の接合部81a,81bに介在されるように側壁部41を配置する。こうすることで、端子金具8の接合部81a,81bをガイドとして利用できる。上述のように側壁部41を組合体10の上方から被せると、側壁部41の各庇状部は、組合体10の各外側コア部32の一方の台形状面をそれぞれ覆う。庇状部は、外側コア部32を覆うことで当たり止めとなり、組合体10に対する側壁部41の位置決めとして機能する。側壁部41を組合体10の周囲に配置してから、端子金具8を側壁部41に固定してもよい。
【０１３３】
[ケースの組立]
別途用意したボルト(図示せず)により、底板部40と側壁部41とを一体化する。この工程により、図1に示すように箱状のケース4が組み立てられると共に、ケース4内に組合体10が収納された状態とすることができる。また、接合部81a,81bに巻線の端部2eが介在された状態とすることができる。
【０１３４】
[端子金具と巻線との接合]
巻線の端部2eと端子金具8の接合部81a,81bとを溶接や半田などにより接合して、両者を電気的に接続する。なお、端子金具8と巻線2wとの接合と、後述する温度センサ7の配置とは、いずれを先に行ってもよい。
【０１３５】
[温度センサの配置]
温度センサ7を台形状空間に配置する。ここでは、両コイル素子2a,2bの上側の角R部21と、インシュレータ5のセンサ保持部54とで挟まれる空間に温度センサ7を挿入する。このとき、インシュレータ5の一方の分割片50aの仕切り部53aの端面を当て止めとして、温度センサ7の軸方向がコイル素子2a,2bの軸方向に沿うように温度センサ7を差し入れる。こうすることで、温度センサ7は、図5に示すように両コイル素子2a,2bの上側の角R部21とセンサ保持部54とに挟まれるようにして、コイル2の台形状空間(ここでは、特に、接線lcよりも上方の空間)に配置される。
【０１３６】
そして、温度センサ7に連結される配線71をインシュレータ5の掛止部55及びケース4の側壁部41の掛止部43,44に掛止する。ここでは、図1に示すように掛止部55の下方⇒掛止部43の下方から上方⇒掛止部44の下方から上方に配線71を取り回して掛止している。このように複数の掛止部55,43,44に配線71を掛止することで、配線71の位置をより確実に固定できる。従って、(1)温度センサ7もより確実に固定できる、(2)温度センサ7に過度の曲げが加わるような配線71の取り回しを行わなくてもよい、などの効果を有する。上記工程により、封止樹脂を有しないリアクトル1が形成される。
【０１３７】
[封止樹脂の充填]
ケース4内に封止樹脂(図示せず)を充填して硬化することで、封止樹脂を具えるリアクトル1を形成することができる。この形態では、温度センサ7や配線71も封止樹脂で固定できる。なお、この形態では、接合部81a,81bと巻線の端部2eとの接合を封止樹脂の充填後に行ってもよい。
【０１３８】
≪用途≫
上記構成を具えるリアクトル1は、通電条件が、例えば、最大電流(直流):100A〜1000A程度、平均電圧:100V〜1000V程度、使用周波数:5kHz〜100kHz程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。
【０１３９】
≪効果≫
上記構成を具えるリアクトル1は、コイル2を特定の形状とし、この形状により構成される特定の領域:角R部21がつくる台形状空間に温度センサ7を配置していることで、温度センサ7に加えられる応力(熱膨張したコイル2による応力)を低減できる、或いは実質的に応力が加わることが無い。従って、上記応力により温度センサ7が破損せず、リアクトル1は、コイル2の温度を適切に測定できる。特に、リアクトル1では、温度センサ7がコイル2に接するように保持するためのセンサ保持部54が設けられたインシュレータ5を具えることからも、コイル2の温度を適切に測定できる。また、リアクトル1では、温度センサ7の厚さよりもコイル素子2a,2b間の隙間gを十分に小さくすることで、温度センサ7は、コイル2において内側コア部31が存在する領域に介在されることが無く、内側コア部31が存在しない領域(台形状空間において接線lcよりも上方領域)に介在される。このことからも、リアクトル1は、温度センサ7が上記応力により破損され難い。従って、リアクトル1は、測定した温度に基づき、良好なフィードバック制御を行うことができる。
【０１４０】
かつ、リアクトル1は、いわゆるデッドスペースであって、上記応力を受け難い、或いは実質的に応力が負荷されない領域(台形状空間において接線lcよりも上方領域)を温度センサ7の配置領域とする。従って、リアクトル1は、温度センサ7の配置による大型化や、温度センサ7の保護のための大型化を招くことがなく、小型である。特に、リアクトル1では、仕切り部53a,53bの厚さを温度センサ7の厚さよりも小さくしているため、両コイル素子2a,2bの直線状部22間に温度センサ7を配置したリアクトルと比較して、小型である。
【０１４１】
また、リアクトル1は、掛止部55が設けられたインシュレータ5や掛止部43,44が設けられた側壁部41を具えることで、配線71の移動を規制できる。そのため、配線71が余長を有する場合でも、リアクトル1の製造時や設置時に配線71が過度に引っ張られるなどして、配線71に繋がる温度センサ7が損傷する恐れを低減できる。また、配線71自体が乱雑に引き回されて絡まる恐れも低減できる。特に、リアクトル1では、複数の掛止部43,44,55により配線71を掛止することで、配線71の掛止状態が解放され難く、封止樹脂の充填時などで配線71が移動し難く、ひいては温度センサ7の位置ずれも生じ難い。これらのことからも、リアクトル1は、コイル2の温度を適切に測定可能である。また、掛止部43,44,55がインシュレータ5やケース4(側壁部41)自体に一体に成形されていることで、掛止部が別部材である場合と比較して部品点数が少ない上に、樹脂の射出成形などにより容易に成形可能であるため、リアクトル1は、生産性に優れる。
【０１４２】
その他、リアクトル1は、熱伝導率が2W/m・K超といった熱伝導性に優れる放熱層を含む接合層42が底板部40とコイル2との間に介在されることで、使用時、コイル2及び磁性コア3の熱を、放熱層を介して、冷却ベースといった固定対象に効率よく伝えられる。従って、リアクトル1は、放熱性に優れる。接合層42の全体を熱伝導率が2W/m・K超の絶縁性材料で構成したり、接合層42の厚さを薄くしたりすると、放熱性に更に優れるリアクトルとすることができる。
【０１４３】
また、リアクトル1では、コイル2が接する底板部40がアルミニウムやその合金といった熱伝導性に優れる材料により構成されているため、放熱性に優れる。更に、リアクトル1では、底板部40が金属材料(導電性材料)により構成されているものの、接合層42の少なくともコイル2との接触箇所が絶縁性材料により構成されていることから、接合層42が例えば0.1mm程度と非常に薄くてもコイル2と底板部40との間の絶縁性を確保することができる。特に、この例では、接合層42の全体を絶縁性材料により構成していることで、コイル2と底板部40との間を十分に絶縁できる。また、接合層42が薄いことからも、コイル2などの熱を底板部40を介して固定対象に伝え易く、リアクトル1は放熱性に優れる。更に、この例では、接合層42の全体が絶縁性接着剤により構成されることで、コイル2や磁性コア3と接合層42との密着性に優れることからも、コイル2などの熱を接合層42に伝え易く、リアクトル1は放熱性に優れる。加えて、この例では、巻線2wとして、被覆平角線を利用することで、コイル2と接合層42との接触面積が十分に広いことからも、リアクトル1は放熱性に優れる。
【０１４４】
更に、リアクトル1は、ケース4を具えることから、組合体10に対して環境からの保護及び機械的保護を図ることができる。かつ、ケース4を具えていながらも、リアクトル1では、側壁部41を樹脂により構成していることで軽量である上に、コイル2の外周面と側壁部41の内周面との間隔を、導電性材料からなる側壁部を用いた場合に比較して狭められるため、小型である。また、上述のように接合層42が薄いことからも、コイル2の下面2dと底板部40の内面との間隔を狭められるため、リアクトル1は、小型である。
【０１４５】
加えて、リアクトル1では、底板部40と側壁部41とを独立した別部材とし、組み合せて固定材により一体とする構成であることから、側壁部41を取り外した状態で底板部40に接合層42を形成したり、組合体10を載置したりできる。従って、リアクトル1は、接合層42の形成や組合体10の載置を容易に行え、生産性に優れる。また、底板部40と側壁部41とが別部材であることから、それぞれの材質を異ならせることができるため、ケース4の構成材料の選択の幅を広げられる。更に、インシュレータ5を具えることで、リアクトル1は、コイル2と磁性コア3との間の絶縁性を高められる。
【０１４６】
{変形例1}
上述した実施形態1では、ケースを具える形態を説明したが、ケースを省略した形態とすることができる。この形態は、ケースを具えていないことでより小型である。また、この形態では、上記実施形態1で説明した、センサ保持部54及び掛止部55を具えるインシュレータ5を具えると、温度センサ7を組合体10の所定の位置(台形状空間)に配置させた状態を維持し易い。更に、この組合体10の外周を射出成形などにより樹脂で被覆した形態とすると、(1)当該樹脂により温度センサ7をコイル2の台形状空間に確実に固定して、温度センサ7の脱落や位置ずれを防止できる、(2)組合体10に対して、外部環境からの保護や機械的保護を図ることができる、(3)樹脂の材質によっては放熱性を高められる、といった効果を有する。上記樹脂には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ウレタン樹脂、PPS樹脂、PBT樹脂、ABS樹脂などが挙げられる。この樹脂にも、封止樹脂と同様に、上述したフィラーを含有させると、放熱性を高められる。
【０１４７】
{変形例2}
上述した実施形態1では、底板部40と側壁部41とが異なる材質で構成された形態を説明したが、両者が同材質で構成された形態とすることができる。例えば、両者をアルミニウムやマグネシウム、その合金といった放熱性に優れる金属材料で構成すると、リアクトルの放熱性を更に高められる。特に、この形態では、封止樹脂を具える構成とすると、コイルや磁性コアの熱をケースに効率よく伝えられ、放熱性に優れる。また、この形態では、封止樹脂に絶縁性樹脂を利用することで、コイルの外周面と側壁部の内面との間の絶縁性を高められる。この形態でも、接合層が絶縁性接着剤により構成された接着層を具えると、コイルと底板部との間の絶縁を確保でき、熱伝導率が2W/m・K超の材料からなる放熱層を具えると、コイルと底板部の内面との間隔を狭められることから、小型である。
【０１４８】
この形態では、端子金具8と側壁部との間を絶縁するために、例えば、端子金具8において接合部81a,81bや貫通孔82hの近傍を除いて表面に絶縁被覆を設けることが挙げられる。また、この形態も、上述した実施形態1のようにケースの側壁部に掛止部を具える形態としてもよいが、上述した実施形態1のように掛止部55を有するインシュレータ5を具え、ケースには掛止部を有していない形態とすると、側壁部を製造し易い。
【０１４９】
{変形例3}
上述した実施形態1では、ケースは、別部材である底板部40と側壁部41とを具える形態について説明したが、底板部と側壁部とが一体に成形された形態とすることができる。この場合、金属材料からなるケースであると、(1)放熱性に優れる、(2)高強度である、絶縁性材料(代表的には、樹脂)からなるケースであると、(I)絶縁性に優れる、(II)軽量である、(III)掛止部を具える場合でも製造し易い、といった利点を有する。
【０１５０】
{変形例4}
上述した実施形態1では、インシュレータ5がコイル2の軸方向に分割可能な一対の分割片50a,50bにより構成される形態について説明した。その他、図6に示すように筒状部51と枠板部52とが別部材である形態とすることができる。図6に示すインシュレータ5は、各内側コア部に配置される一対の筒状部51と、筒状部51を挟むように配置される一対の枠板部52とを具える。
【０１５１】
図6に示す筒状部51は、コイルの軸方向と直交方向に分割可能な一対の断面]状の分割筒片511,512を組み合わせて筒状にする。この構成により、分割筒片511,512を各内側コア部の外周に容易に配置でき、組立作業性に優れる。筒状部におけるその他の構成は、上述した実施形態1の筒状部51と同様にすることができる。図6に示す筒状部51では、分割筒片511,512が係合せず、内側コア部の一部(主として対向する一対の面)のみが分割筒片511,512に覆われ、他部が露出される。また、分割筒片511,512は、表裏に貫通する孔を有しており、この孔からも内側コア部の一部が露出される。そのため、図6に示すインシュレータ5と封止樹脂とを具える形態では、実施形態1と同様に、内側コア部と封止樹脂との接触面積を増大できる上に、容易に脱気できる。
【０１５２】
図6に示す枠板部52は、実施形態1と同様に、一対の開口部を有するB字状の平板である。また、枠板部52は、コイルが配置される側に短い筒部が突設され、インシュレータ5を組み立てたとき、この筒部の端面と上述の分割筒片511,512の端面とが接する。従って、各内側コア部は、その全長に亘ってインシュレータ5が存在する。一方(図6では左方)の枠板部52における上記短い筒部の間に、実施形態1と同様に、L字状の仕切り部53a及びセンサ保持部54が設けられ、他方(図6では右方)の枠板部52に、実施形態1と同様に、帯状の仕切り部53b及び台座52pが設けられている。但し、ここでは、他方の枠板部52は、掛止部55(図4)を具えておらず、帯状の仕切り部53bと平板状の台座52pとがつくる角部が切り欠かれており、この切欠52nに温度センサ7の一端部(配線71との連結端部)が配置される。そして、温度センサ7の一端側領域は、一方の枠板部52の仕切り部53aに当接すると共にセンサ保持部54によりコイル側に押さえられ、温度センサ7の他端側領域は、切欠52nに嵌め込まれて仕切り部53bの端面に支持される。
【０１５３】
上記構成によって図6に示すインシュレータ5も、両コイル素子の上側の角R部がつくる台形状空間に温度センサ7を適切に支持できる。特に、図6に示すように温度センサ7が長い場合でも適切に支持できる。この形態では、実施形態1のように、掛止部43,44などを具えるケースを利用すると、配線71の移動も規制できて好ましい。
【０１５４】
{実施形態2}
上記実施形態1や変形例1〜4のリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを具える電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【０１５５】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両1200は、図7に示すようにメインバッテリ1210と、メインバッテリ1210に接続される電力変換装置1100と、メインバッテリ1210からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ(負荷)1220とを具える。モータ1220は、代表的には、3相交流モータであり、走行時、車輪1250を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両1200は、モータ1220に加えてエンジンを具える。なお、図7では、車両1200の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを具える形態とすることができる。
【０１５６】
電力変換装置1100は、メインバッテリ1210に接続されるコンバータ1110と、コンバータ1110に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ1120とを有する。この例に示すコンバータ1110は、車両1200の走行時、200V〜300V程度のメインバッテリ1210の直流電圧(入力電圧)を400V〜700V程度にまで昇圧して、インバータ1120に給電する。また、コンバータ1110は、回生時、モータ1220からインバータ1120を介して出力される直流電圧(入力電圧)をメインバッテリ1210に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ1210に充電させている。インバータ1120は、車両1200の走行時、コンバータ1110で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ1220に給電し、回生時、モータ1220からの交流出力を直流に変換してコンバータ1110に出力している。
【０１５７】
コンバータ1110は、図8に示すように複数のスイッチング素子1111と、スイッチング素子1111の動作を制御する駆動回路1112と、リアクトルLとを具え、ON/OFFの繰り返し(スイッチング動作)により入力電圧の変換(ここでは昇降圧)を行う。スイッチング素子1111には、FET,IGBTなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルLは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルLとして、上記実施形態1や変形例1〜4のリアクトルを具える。リアクトル1などを具えることで、温度センサによってコイルの熱を安定して測定でき、電力変換装置1100やコンバータ1110は、測定結果に応じた制御を行える。
【０１５８】
なお、車両1200は、コンバータ1110の他、メインバッテリ1210に接続された給電装置用コンバータ1150や、補機類1240の電力源となるサブバッテリ1230とメインバッテリ1210とに接続され、メインバッテリ1210の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ1160を具える。コンバータ1110は、代表的には、DC-DC変換を行うが、給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160は、AC-DC変換を行う。給電装置用コンバータ1150のなかには、DC-DC変換を行うものもある。給電装置用コンバータ1150や補機電源用コンバータ1160のリアクトルに、上記実施形態1や変形例1〜4のリアクトルなどと同様の構成を具え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態1や変形例1〜4のリアクトルなどを利用することもできる。
【０１５９】
なお、本発明は、上述した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することなく、適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載されるDC-DCコンバータや空調機のコンバータといった電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
1  リアクトル  10  組合体
2  コイル  2a,2b  コイル素子  2r  コイル連結部  2w  巻線
2e  巻線の端部  2d  下面  2u  上面  21  角R部  22,23  直線状部
3  磁性コア  31  内側コア部  31e  端面  31m  コア片  31g  ギャップ材
32  外側コア部  32e  内端面
4  ケース  40  底板部  41  側壁部  42  接合層  43,44,45  掛止部
400,411  取付部  400h,411h  ボルト孔  410  端子台  410c  凹溝
410p  位置決め突起
5  インシュレータ  50a,50b  分割片  51  筒状部  51a,51b  支持部
52  枠板部  52p  台座  52n  切欠  53a,53b  仕切り部  54  センサ保持部
55  掛止部  511,512  分割筒片
6  パッキン
7  温度センサ  7a  感熱素子  7b  保護部  71  配線
8  端子金具  81a,81b  接合部  82h  貫通孔  83  位置決め孔
9  端子固定部材  91  ボルト
1100  電力変換装置  1110  コンバータ  1111  スイッチング素子
1112  駆動回路  L  リアクトル  1120  インバータ
1150  給電装置用コンバータ  1160  補機電源用コンバータ
1200  車両  1210  メインバッテリ  1220  モータ  1230  サブバッテリ
1240  補機類  1250  車輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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