(57)【要約】【課題】ギャップ板や接着剤層を廃し、所望するインダクタンス性能を確保しながら、製造効率に優れたリアクトルを提供する。【解決手段】非磁性で略環状の芯材１０（１０Ａ，１０Ｂ）が複数の磁性コア２０，３０を貫通して該磁性コア２０，３０を位置決め固定し、全体が略環状に形成されているリアクトル１００である。【選択図】図４
2011254042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性で略環状の芯材が複数の磁性コアを貫通して該磁性コアを位置決め固定し、全体が略環状に形成されているリアクトル。
【請求項２】
前記芯材にはその軸心に直交する方向に張り出す突起が形成されており、該突起が隣接する磁性コア間のギャップを保証している請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記芯材はその全体が一体に成形されたものである請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記芯材は複数の分割体が繋がれて全体が略環状に形成されたものである請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記芯材がその内部に流路を備え、冷却媒体が流通するようになっている請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項６】
略環状の前記磁性コアの周りに絶縁性の樹脂モールド体が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項７】
前記樹脂モールド体が隣接する磁性コア間のギャップを形成している請求項６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たとえばハウジング内に収容されている。一般的なリアクトルコアは、複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる磁性のコア材から構成されており、各コア材間には非磁性素材のギャップ板やスペーサが介装され、ギャップ板等とコア材が接着剤にて接着固定されてリアクトルが形成されている。磁性コア同士は磁気吸引力にて相互に引き合おうするため、このギャップ板もしくはスペーサを磁性コア間に介在させることによって、所望厚のギャップ長を保証することができる。
【０００３】
従来のリアクトルの一般的な構造を図８を参照して説明すれば、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を介して接着剤層ｄによって固定されており、その長手部に不図示の絶縁性ボビン等が形成され、このボビン周囲に不図示のコイルが形成される。このような構成のリアクトルコアに関する従来の公開技術として、例えば特許文献１に開示のリアクトルコアを挙げることができる。
【０００４】
ところで、コア材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ってリアクトルの耐久性が低下することになる。さらに、コア材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、これらの部材が組付けられてなるリアクトルの平均磁路長が変化し、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。
【０００５】
すなわち、従来のリアクトルにおいては、磁性のコア材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が、この接着剤層の製造公差は他のコア材の製造公差に比してその解消が極めて困難であり、また、既述するように他の部材に比して接着剤層の劣化が顕著であることから、この接着剤層がリアクトルの耐久性を決定する主要因となっていた。なお、上記特許文献１のリアクトルでは、製造されたリアクトルに電流が通電されていない状態において、所定の磁路長を容易に確保するのが難しいことを付言する。
【０００６】
また、接着剤層が硬化するまでに磁性コアを固定する必要があり、そのための治具が必要となったり、硬化までのコア固定作業に手間を要するといった課題もある。なお、より具体的には、磁性コアに加えてギャップ板をも治具にて固定し、所望厚の接着剤層が形成されるようにそのための空間を確保した姿勢で接着剤層が形成される必要がある。
【０００７】
さらに、リアクトルがハイブリッド自動車等のエンジンルームに搭載される場合においては、その使用環境の変化によって−４０℃〜１５０℃程度の範囲内での冷熱サイクル環境下に置かれる可能性があるために、ギャップ板が介装されるリアクトルでは、コア材とギャップ板との接着部にて剥離が生じ易いという問題が生じ得る。これは、コア材、ギャップ板、接着剤層それぞれの線膨張係数が異なることによって各部材間で熱膨張差が生じ、この熱膨張差と繰り返しの熱応力によって最も構造的に弱い接着剤層が剥離し易くなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４１４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ギャップ板や接着剤層を廃し、所望するインダクタンス性能を確保しながら、製造効率に優れた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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルは、非磁性で略環状の芯材が複数の磁性コアを貫通して該磁性コアを位置決め固定し、全体が略環状に形成されているものである。
【００１１】
本発明のリアクトルは、従来のリアクトルを構成する、リアクトルコア間に配された硬質なギャップ板や接着剤層を廃して、その代わりに、複数の磁性コアの位置決め固定手段として、各磁性コアを貫通する略環状の非磁性の芯材を適用したものである。
【００１２】
ここで、磁性コアは、磁性を有するＵ型コアやＩ型コアなどを指称するものであり、２つのＵ型コアからリアクトルを構成することができるし、２つのＵ型コア間に１以上のＩ型コアを介層させてリアクトルを構成することもできる。さらに、この磁性コアは、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよいし、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が、略環状の芯材の周りに磁性コアを成形する際の製造効率を勘案すれば、磁性コアが圧粉磁心から形成されるのが好ましい。
【００１３】
非磁性で略環状の芯材は、その軸心の線形によって略環状のリアクトルコアの形状を規定し、さらに、この周囲に上記するＵ型コアやＩ型コアを所望厚のギャップを確保した姿勢で位置決め固定するものである。
【００１４】
この非磁性の芯材は、熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂材料や、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料、アルミニウムやステンレス等の非磁性金属などから形成できる。
【００１５】
上記する本発明のリアクトルによれば、略環状で非磁性の芯材の周りに所望厚のギャップを確保しながら磁性コアが固定された構造を呈していることにより、従来のリアクトルにおけるギャップ板や接着剤層を不要とでき、これらの部材を備えたリアクトルの有する上記課題を一気に解消することができる。
【００１６】
また、ギャップ板や接着剤層の解消によって部品点数も低減でき、材料コストの低減と製造効率の向上によって製造コストの大幅な削減を図ることもできる。
【００１７】
また、本発明によるリアクトルの好ましい実施の形態において、前記芯材にはその軸心に直交する方向に張り出す突起が形成されており、該突起が隣接する磁性コア間のギャップを保証しているものである。
【００１８】
芯材の周りに所望厚のギャップを確保しながら複数の磁性コアを配設するに当たり、このギャップの厚みを精緻に保証するために、本実施の形態のリアクトルはギャップが形成される芯材部位にこの芯材の軸心（略環状に延びる方向）に直交する方向に張り出す突起を設けておくものである。そして、この突起が所望するギャップの厚みを有していることでリアクトルの磁路長を確保でき、もってリアクトルのインダクタンス性能を保証するものである。
【００１９】
形成されるべき複数のギャップ位置にそれぞれのギャップに対応する突起が設けられ、所望するインダクタンス性能を充足するギャップの厚み（すべてのギャップの厚みの総計）がこの突起の厚み（すべての突起の厚みの総計）で担保されることになる。
【００２０】
ここで、上記する芯材は、その全体が一体に成形されたものであってもよいし、複数の分割体が繋がれて全体が略環状に形成されたものであってもよい。
【００２１】
芯材が略環状に一体に成形された形態では、これを成形型内に載置し、成形型内に磁性粉末を充填加圧することで、芯材の周囲にギャップを確保しながら複数の磁性コアを一度に成形することができる。
【００２２】
また、芯材が複数の分割体からなる場合は、相互に隣接する芯材同士が嵌め合いやネジ止め、ピン止め等によって組み付けられるようになっており、各芯材の分割体ごとにその周囲に磁性コアを形成しておき、芯材同士を略環状に組み付けることによって略環状のリアクトルを形成することができる。
【００２３】
また、本発明によるリアクトルの好ましい実施の形態は、前記芯材がその内部に流路を備え、冷却媒体が流通するようになっているものである。
【００２４】
従来のリアクトルは、リアクトルコアの周囲、より具体的にはリアクトルコア周りに形成されたコイルの周囲にポッティングされた放熱性を有する封止樹脂体を介してコイルで生じた熱を外部へ放熱する形態が一般的である。しかし、この放熱形態では、発生した熱をコアの内側から封止樹脂体を介して外側へ放熱する熱の流れのみに期待するものであることから、リアクトルコアへ伝熱された熱が十分に放熱できずにコアの内部に篭り易く、したがって、その放熱性に改善の余地が存在するものであった。
【００２５】
これに対して本実施の形態のリアクトルでは、上記する非磁性の芯材が管路構造となっていて、この内部に水やエア等の冷却媒体が流通自在となっていることで、コイルで発生してリアクトルコアに伝熱された熱をこのコアの内部からクーリングすることができ、コア内に熱が篭ることを効果的に解消することができる。
【００２６】
すなわち、この形態のリアクトルは、非磁性の芯材によってギャップ板や接着剤層を不要としながら精緻に所望厚のギャップを保証できることに加えて、この芯材の内部を冷却媒体が流通することで放熱性能を格段に向上させることができるものである。
【００２７】
また、上記するリアクトルにおいては、従来のリアクトルのように略環状の前記磁性コアの周りに絶縁性の樹脂モールド体が形成されているものであってもよい。
【００２８】
この絶縁性の樹脂モールド体により、磁性コアとその外周に形成されるコイルとの絶縁が保証される。
【００２９】
また、形成された樹脂モールド体の一部は隣接する磁性コア間のギャップ内に介在することとなり、樹脂モールド体からなるギャップが形成される。
【００３０】
ギャップ内に樹脂モールド体が介在することにより、ギャップの厚み確保をより一層保証することができ、さらには、芯材周りのギャップ領域がエアのみからなる形態のリアクトルに比してリアクトルの剛性（強度）を格段に高めることができる。
【００３１】
また、磁性コア外周にコイルと磁性コアの絶縁を保証する樹脂モールド体を形成し、その周囲にコイルを形成した後に、これらの外周に放熱性に優れた封止樹脂体を形成してもよいことは勿論のことである。
【発明の効果】
【００３２】
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、従来構造のリアクトルの有する接着剤層やギャップ板を廃しながら、所望する厚みのギャップを精緻に確保することができ、しかも、製造効率の向上と部品点数の低減によって製造コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のリアクトルを構成する芯材の一実施の形態の斜視図である。
【図２】（ａ）は、芯材の他の実施の形態の斜視図であり、（ｂ）は、芯材の嵌め合い構造を説明した図である。
【図３】（ａ）は、芯材のさらに他の実施の形態の斜視図であり、（ｂ）は、図３ａのｂ−ｂ矢視図であり、（ｃ）は、芯材の嵌め合い構造を説明した図である。
【図４】図２で示す芯材を具備する本発明のリアクトルの一実施の形態の平面図である。
【図５】本発明のリアクトルの他の実施の形態の平面図である。
【図６】（ａ）は、磁性コアの幅と芯材の幅および厚みを説明した模式図であり、（ｂ）は、図６ａのｂ−ｂ矢視図である。
【図７】磁性コア断面積とギャップの厚みの関係、および、ギャップにおける芯材の幅とギャップの厚みの関係を示したグラフである。
【図８】従来のリアクトルの一般構造を説明した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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、図示例ではリアクトルを構成するコイルの図示を省略している。また、本発明のリアクトルの代表例として図２で示す芯材を具備するリアクトルを図示しているが、図１，３で示す芯材を具備するリアクトルであってもよいことは勿論のことである。さらに、リアクトルを構成する磁性コアの基数や形態は図示例に限定されるものではなく、２つのＵ型コアのみからなる形態、Ｉ型コアが２つもしくは４つの形態、Ｉ型コアが８以上の形態であってもよいことは勿論のことである。
【００３５】
図１〜図３はともに、本発明のリアクトルを構成する芯材の実施の形態を示したものである。
【００３６】
図１で示す芯材１０は、平面視が略環状の本体１１（軸心が略環状）と、この本体１１の軸心方向に対して直交する左右方向に張り出す突起１２，１２とから構成されている。
【００３７】
突起１２の厚み：ｔは後述するリアクトルを構成する磁性コア間のギャップの厚みであり、所望するインダクタンス性能を充足する厚みに調整されている。また、この芯材１０は非磁性材料から一体に成形されたものであり、熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂材料や、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料、アルミニウムやステンレス等の非磁性金属などから成形できる。
【００３８】
一方、図２ａで示す芯材１０Ａはその外観は図１で示す芯材１０と同様であるが、芯材１０Ａの全体が一体に成形されたものではなく、分割体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが組みつけられて構成されたものである。
【００３９】
その組み付け形態の一例を図２ｂに示しており、たとえば分割体１１ｃを取り上げて説明すると、その一端に嵌合突起１４が備えてあり、その他端に嵌合凹溝１３が備えてあって、隣接する分割体１１ｃ、１１ｃ（もしくは分割体１１ａ，１１ｃ，分割体１１ｂ，１１ｃ）の一方の嵌合突起１４が他方の嵌合凹溝１３に嵌め合いされることで略環状の芯材１０Ａが構成される。
【００４０】
さらに、図３ａで示す芯材１０Ｂは、図２ａで示す芯材１０Ａと同様に分割体が組み付けられたものであることに加えて、各分割体１１ａ’、１１ｂ’、１１ｃ’が組み付け姿勢で流体連通する流路を有するものである。
【００４１】
すなわち、図３ｂの断面図、図３ｃの斜視図で示すように、その中央に流路１５が画成されており、この流路に水やエア等の冷却媒体が流通することにより、リアクトル駆動時に生じる熱をリアクトルコアの内部からクーリングできるようになっている。
【００４２】
なお、図３ａには、冷却媒体を提供する管路や発生熱によって昇温された媒体を排出する管路の図示やこれらの管路が流路１５の一部に流体連通している構成の図示は省略している。
【００４３】
また、図示例では、図３ｃで示すように、分割体１１ｃ’に開設された流路１５の周囲に、嵌合突起１７もしくは嵌合凹溝１６が設けてある。
【００４４】
次に、図２で示す芯材１０Ａを具備するリアクトルを図４、５を参照して説明する。
【００４５】
図４で示すリアクトル１００は、芯材１０Ａの突起１２，１２間にＩ型の磁性コア３０が配設されて直線部を成し、２つの直線部をＵ型の磁性コア２０，２０が繋いでその全体が構成されている。
【００４６】
各磁性コア２０、３０は、芯材の分割体１１ａ、１１ｂ、１１ｃの周囲に形成されており、その製造方法は、分割体１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれを成形型内に収容し、成形型内に磁性粉末を充填し、加圧することで芯材の分割体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを内部に具備する圧粉磁心からなる磁性コア２０，３０が個別に製造される。
【００４７】
ここで、磁性コア２０，３０を形成する磁性粉末は、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であり、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。また、軟磁性金属酸化物粉末を使用してもよく、たとえば、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挙げることができる。
【００４８】
図４で示すリアクトル１００では、磁性コア２０，３０が略環状の芯材１０Ａで固定されており、しかも、隣接する磁性コア間のギャップＧの厚みが突起１２の厚み：ｔで保証されている。
【００４９】
すなわち、芯材１０Ａにて各磁性コア２０，３０を位置決めすることで、ギャップ板や接着剤層を不要とでき、さらには、ギャップＧの厚みを芯材１０Ａの突起１２で精緻に保証することができる。
【００５０】
図４で示すリアクトル１００に対し、その外周に絶縁性の樹脂モールド体４０を形成し、その外周に不図示のコイルを形成することでコイルと磁性コア３０との絶縁が確保される。さらに、樹脂モールド体４０の周囲に形成されたコイルの外周に放熱性に優れた不図示の封止樹脂体を形成してもよい。
【００５１】
また、図示を省略するが、図３ａで示す芯材１０Ｂを具備するリアクトルを製造することにより、コイルで生じた熱をリアクトルコアの内部からクーリングすることができ、さらにコイル外周に封止樹脂体をすることで、コイルで生じた熱をリアクトルコアの内部からクーリングしながら、封止樹脂体を介して外側へも放熱することができる。そのため、リアクトルコア内での熱篭りが解消され、従来のリアクトルに比して極めて高い放熱性能を期待することができる。
【００５２】
［磁性コア断面積とギャップの厚みの関係、および、ギャップにおける芯材の幅とギャップの厚みの関係に関する検証とその結果］
本発明者等は、図示する非磁性の芯材を備えたリアクトルに関し、この芯材を具備しない従来のリアクトルと同様のインダクタンス性能を備えたリアクトルとするための磁性コア断面積とギャップの厚みの関係、および、ギャップにおける芯材の幅とギャップの厚みの関係を検証した。
【００５３】
本発明のリアクトル構造では、磁性コアの内部に非磁性の芯材が埋設されることで芯材を具備しない場合に比して磁性コアの断面積が低減すること、したがって、磁性コアの断面積を大きくする必要が生じるが、この断面積の増大にともなってインダクタンス性能を決定するギャップＧの体積も変動することから、このギャップにおける磁性コアの断面積とギャップの厚みの関係と、ギャップにおける芯材の幅とギャップの厚みの関係を特定したものである。
【００５４】
この検証に当たり、図６ａ，ｂで示すように、芯材１０Ａの幅をｓ１、ギャップＧにおける突起１２を考慮した幅をｓ２、芯材１０Ａを埋設した磁性コア３０の厚みをｑ、芯材１０Ａおよび磁性コア３０の高さをｐとしており、磁性コアの断面積はＡｃ＝ｑｐで表すことができる。検証結果を図７に示している。
【００５５】
同図において、ギャップの厚みは１．９５〜２ｍｍの範囲にある４つの厚みの場合において、所定のインダクタンス性能が得られるコア断面積とギャップにおける芯材の幅を検証しており、実線はコア断面積に関する結果から特定される相関ラインを、点線は芯材の幅に関する結果から得られる相関ラインをそれぞれ示している。
【００５６】
ともに、リニアな相関を示しており、ギャップの厚みの増大にともなって磁性コアの断面積もギャップにおける芯材の幅も大きくすることで一定のインダクタンス性能を有するリアクトルが製造できることが分かる。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…芯材、１１…本体、１２…突起、１１ａ、１１ａ’、１１ｂ、１１ｂ’、１１ｃ、１１ｃ’…芯材の分割体、１３、１６…嵌合凹溝、１４、１７…嵌合突起、１５…流路、２０…磁性コア（Ｕ型コア）、３０…磁性コア（Ｉ型コア）、４０…樹脂モールド体、１００、１００Ａ…リアクトル、Ｇ…ギャップ
【図１】
2011254042.tif 000003
【図２】
2011254042.tif 000004
【図３】
2011254042.tif 000005
【図４】
2011254042.tif 000006
【図５】
2011254042.tif 000007
【図６】
2011254042.tif 000008
【図７】
2011254042.tif 000009
【図８】
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