(57)【要約】【課題】磁気の飽和を防ぎつつ、磁束の漏れが少ないリアクトルを実現しつつ、且つリアクトルのケース内に磁性体混合樹脂を充填する際にギャップの両面の圧力差を解消し、ギャップに応力が加わるのを防ぐこと。【解決手段】リアクトル１０は、コイル１１と、コイル１１を収容するケース１４と、コイル１１とケース１４の間に充填された、樹脂及び磁性粉末の混合物からなるコア１５と、コイル１１の内周より内側に前記内周を横断する形状で設けられた、非磁性体からなる板状部材２３とを備え、板状部材２３は、コア１５と接触する両面の間で固まる前の前記混合物を移動可能とする貫通穴２４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、
前記コイルを収容するケースと、
前記コイルと前記ケースの間に充填された、樹脂及び磁性粉末の混合物からなるコアと、
前記コイルの内周より内側に前記内周を横断する形状で設けられた、非磁性体からなる板状部材とを備え、
前記板状部材は、貫通穴を有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
コイルと、
前記コイルを収容するケースと、
前記コイルと前記ケースの間に充填された、樹脂及び磁性粉末の混合物からなるコアと、
前記コイルの内周より内側に前記内周を横断する形状で設けられた、非磁性体からなる板状部材とを備え、
前記板状部材は、両面の圧力差によって開閉可能であることを特徴とするリアクトル。
【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】
リアクトルには、コイルを非磁性体であるシール部品で被覆し、被覆したコイルをケースに収容し、ケース内を樹脂に鉄粉を混ぜた磁性体混合樹脂をコアとして充填し、成型するものがある。
【０００３】
この磁性体混合樹脂において鉄粉の比率を上げることによりコアの鉄密度を上げると、リアクトルの磁束密度を上げることができる。他方、リアクトル内で磁気が飽和してしまうため、コイルに高電流を流すときに必要なインダクタンスが得られない。
【０００４】
そこで、磁気が飽和することを防ぐために、非磁性体で構成されるギャップをリアクトルに設けることが考えられている。例えば、特許文献１には、樹脂からなるギャップをコイルの外側に設けたリアクトルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたリアクトルでは、ギャップに起因する磁束の漏れが大きいという問題に、発明者は着目した。この結果、漏れた磁束が周囲の部品に影響を与え、誘導加熱による発熱に起因する損失を引き起こす可能性がある。
【０００７】
そこで本発明者は、コイルの内周の内側にギャップを設けることにより、ギャップに起因する磁束の漏れがケースの外側に発生させず、磁気の飽和を防ぎつつ、磁束の漏れが少ないリアクトルとすることを検討している。
【０００８】
図１２は、断面方向を説明するためのリアクトルの斜視図である。また、図１３及び１４は、本発明の課題を説明するための図であって従来のリアクトルの断面の図である。図１３の断面は、コイルを巻いている面に垂直な断面であり、すなわち図１２の点線Ａで示される断面である。そして図１４の断面は、コイルを巻いている面と平行な断面であり、すなわち図１２の点線Ｂで示される断面である。
【０００９】
図１３及び１４に示すように、リアクトル１０は、コイル１１と、コイルを覆うシール１２と、ギャップ１３と、コイル１１を収容するケース１４と、コイル１１とケース１４の間に充填されるコア１５から構成される。
【００１０】
そして、ケースの一面に磁性体混合樹脂を充填するための成形口を設け、流動可能な状態の磁性体混合樹脂を成形口から注入してケース内に充填し、充填後に磁性体混合樹脂が固まることによりリアクトルのコアを形成する。
【００１１】
発明者は、磁性体混合樹脂を充填する際に、内部の圧力は均等でない箇所が発生して、ギャップに必要以上の応力が加わる点に着目した。
【００１２】
図１５は、リアクトルの充填形態を示す図である。充填の過程において、磁性体混合樹脂は成形口１６から導入され、ケース内部全体に充填される。ここで、成形口１６から遠い位置には磁性体混合樹脂が到達する時間が長くなる。図１５では、成形口１６からの距離は領域１７より領域１８の方が遠いので、磁性体混合樹脂は領域１７に到達した後、領域１８に到達することになる。この結果、磁性体混合樹脂の充填の途中で、領域１７側からギャップ１３に加わる圧力が、領域１８側からギャップ１３に加わる圧力より大きくなり、ギャップ１３の両面に圧力差が発生する。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁気の飽和を防ぎつつ、磁束の漏れが少ないリアクトルを実現しつつ、且つリアクトルのケース内に磁性体混合樹脂を充填する際に、ギャップに応力が加わるのを防ぐことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、
コイルと、
前記コイルを収容するケースと、
前記コイルと前記ケースの間に充填された、樹脂及び磁性粉末の混合物からなるコアと、
前記コイルの内周より内側に前記内周を横断する形状で設けられた、非磁性体からなる板状部材とを備え、
前記板状部材は、貫通穴を有することを特徴とするリアクトルである。
【００１５】
本発明の一態様は、
コイルと、
前記コイルを収容するケースと、
前記コイルと前記ケースの間に充填された、樹脂及び磁性粉末の混合物からなるコアと、
前記コイルの内周より内側に前記内周を横断する形状で設けられた、非磁性体からなる板状部材とを備え、
前記板状部材は、両面の圧力差によって開閉可能であることを特徴とするリアクトルであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のリアクトルによれば、磁気の飽和を防ぎつつ、磁束の漏れが少ないリアクトルを実現しつつ、且つリアクトルのケース内に磁性体混合樹脂を充填する際にギャップの両面の圧力差を解消し、ギャップに応力が加わるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１にかかるリアクトルの断面の図
【図２】実施の形態１にかかるリアクトルの断面の図
【図３】ギャップがコイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルを示す図
【図４】コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルの磁束を示す図
【図５】コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルの磁束を示す図
【図６】ギャップの位置の違いによるコイル損失の比較を示す図
【図７】各リアクトルのインダクタンスの比較を示す図
【図８】実施の形態２にかかるリアクトルの断面の図
【図９】実施の形態２にかかるリアクトルの断面の図
【図１０】リアクトルにおける磁性体混合樹脂の充填形態を示す図
【図１１】他の実施の形態にかかるリアクトルの断面の図
【図１２】断面方向を説明するためのリアクトルの斜視図である。
【図１３】本発明の課題を説明するための図であって従来のリアクトルの断面の図である。
【図１４】本発明の課題を説明するための図であって従来のリアクトルの断面の図である。
【図１５】リアクトルの充填形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１
【００１９】
図１及び２は、実施の形態１にかかるリアクトルの断面の図である。図１の断面は、コイルを巻いている面に垂直な断面であり、すなわち図１２の点線Ａで示される断面である。そして図２の断面は、コイルを巻いている面と平行な断面であり、すなわち図１２の点線Ｂで示される断面である。
【００２０】
図１及び２に示すように、リアクトル２０は、コイル１１と、コイル１１を覆うシール１２と、コイル１１の開口部２１と開口部２２の間に設けられたギャップ２３と、ギャップ２３に設けられた貫通穴２４と、コイル１１を収容するケース１４と、コイル１１とケース１４の間に充填されるコア１５から構成される。
【００２１】
具体的には、コイル１１は、例えばアルミニウムまたは銅からなる丸線もしくは平角線を樹脂製絶縁部材により被覆し、略矩形状に周回するように巻回したものが用いられる。シール１２及びギャップ２３は、例えば、樹脂またはセラミックからなる非磁性体で構成される。ケース１４は、例えばアルミニウムを材料として直方体の箱形状に形成されている。コア１５は、鉄粉と樹脂との混合物、例えばカルボニル鉄粉とエポキシ系樹脂との混合物からなる。
【００２２】
ギャップ２３の形態としては、シール１２と一体化した部品として構成する場合と、シール１２と別の構成とする場合のいずれも考えられる。ギャップ２３とシール１２を一体化した部品とする場合には、樹脂部材を射出成形法で成形する等が考えられる。ギャップ２３とシール１２とを別の構成とする場合には、シール１２を、樹脂部材を射出成形法で成形した後、ギャップ２３を融着することにより接合することにより実現できる。
【００２３】
このリアクトル２０は、コイル１１が図２の平面上を周回する線で形成されているので、発生する磁界は、コイル１の内周において図面にほぼ垂直な磁束となる。言い換えると、図１において、コイル１１には開口部２１から他方の開口部２２へ（あるいは開口部２２から開口部２１へ）の方向の磁束線が発生する。
【００２４】
ギャップ２３は、コイル１１の内周の内側にある開口部２１と開口部２２の間で、コイル１１の内周を横断するように設けられた板状部材である。この結果、ギャップ２３はコイル１１により発生する磁束線を、コイル１１の内周の位置において遮ることができる。
【００２５】
このように実施の形態１のリアクトル２０は、コイル１１の内周の内側にギャップ２３を設けることにより、ギャップ２３に起因する磁束の漏れがケース１４の外側に発生しにくいので、磁気の飽和を防ぎつつ、磁束の漏れが少ないリアクトルとすることができる。
【００２６】
また、ギャップ２３は、磁性体混合樹脂からなるコアとギャップ表面２５及び２６において接する。そしてギャップ２３に設けられた貫通穴２４は、ギャップ表面２５とギャップ表面２６とを連通する穴であり、貫通穴２４を介して、ギャップ表面２５側とギャップ表面２６側とは、物質の移動が可能になる。この貫通穴２４により、リアクトルのケース内に磁性体混合樹脂を注入した際に発生するギャップ表面２５とギャップ表面２６の間の圧力差を解消することができる。
【００２７】
具体的な例で説明すると、充填の過程において、磁性体混合樹脂は成形口から導入され、ケース内部全体に充填される。ここで、成形口から遠い位置には磁性体混合樹脂が到達する時間が長くなる。図１では、成形口１６からの距離はギャップ表面２５よりギャップ表面２６の方が遠いので、磁性体混合樹脂はギャップ表面２５に到達した後、ギャップ表面２６に到達することになる。この結果、磁性体混合樹脂の充填の途中で、ギャップ表面２５側からギャップ２３に加わる圧力が、ギャップ表面２６側からギャップ２３に加わる圧力より大きくなり、ギャップ２３の両面に圧力差が発生する。
【００２８】
このようにリアクトル２０のケース１４内に磁性体混合樹脂を注入すると、ギャップ２３の両面の間に圧力差が生じる。ここで磁性体混合樹脂が貫通穴２４を通って圧力高い側から圧力の低い側に流れていくことにより、ギャップ２３の両面の圧力は均等化する。この結果、ギャップ２３に応力が加わらずに、ケース１４内に磁性体混合樹脂が充填される。
【００２９】
このように、ギャップ２３の両面の間で磁性体混合樹脂を移動可能とする手段として、ギャップ２３に貫通穴２４を有することにより、成形口１６よりリアクトル２０のケース１４内に磁性体混合樹脂を充填する際にギャップ２３の両面の圧力差を解消し、ギャップ２３に応力が加わるのを防ぐことができる。次にギャップ２３の位置によるリアクトル２０の性能向上について説明する。
【００３０】
ギャップにおける貫通穴の位置は、リアクトルのインダクタンス性能、損失性能に悪影響の少ない位置であることが望ましい。そこでギャップの異なる位置に貫通穴を設けたリアクトルをそれぞれ作成し、性能の比較を行った。
【００３１】
まず貫通穴の位置の違いについて説明する。図２は、貫通穴はコイルの内周に沿った位置に２つ存在するリアクトルを示す図である。また図３は、ギャップがコイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルを示す図である。
【００３２】
これらのリアクトルについて、ギャップの貫通穴の位置の違いを磁束で比較した結果を以下に示す。図４は、コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルの磁束を示す図である。また図５は、コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルの磁束を示す図である。図４と図５を比較すると、図４では、ギャップの存在に起因する磁束の漏れが、コイルの位置にある。その結果、コイルにおける損失が発生する。
【００３３】
一方、図５は、ギャップの存在に起因する磁束の漏れは貫通穴を通るので、点線で囲んだコイルの位置にある漏れ磁束は図４の例に比べると減少する。ここで、磁性体であるコイル内部において漏れ磁束が減少すると、コイル内における渦電流損失、ヒステリシス損失、残留損失等が減少する。すなわち、コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルは、コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルに比べてコイルの発熱損失が少ない。
【００３４】
図６は、ギャップの位置の違いによるコイル損失の比較を示す図である。図６において、左の棒グラフは、コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルにおける発熱損失を示し、右の棒グラフは、コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルにおける発熱損失を示す。図６に示すように、コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルは、コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルより０．４Ｗ以上発熱による損失が少ない。
【００３５】
またギャップの貫通穴の位置の違いをインダクタンスについても比較した。図７は、各リアクトルのインダクタンスの比較を示す図である。
【００３６】
図７において、ギャップに貫通穴を有さないリアクトルのインダクタンスは、三角形で表されるプロットで示されている。また、コイルの内周の中心に貫通穴を備えるリアクトルのインダクタンスは、正方形で表されるプロットで示されている。そして、コイルの内周に沿った位置に貫通穴を備えるリアクトルのインダクタンスは、菱形で表されるプロットで示されている。図７に示すように、ギャップにおける貫通穴の位置の違いによらず、各リアクトルのインダクタンスの差は少ない。
【００３７】
このように実施の形態１にかかるリアクトルは、ギャップに貫通穴を設けることにより、コアを形成する磁性体混合樹脂を充填する際に、貫通穴を介して磁性体混合樹脂が移動してギャップの両面の圧力差が解消されるので、ギャップに応力が加わることもなく、また位置がずれることもない。
【００３８】
なお図２の例ではギャップ２３に２つの貫通穴２４が設けられているが、貫通穴２４の数は１または複数のいずれでもよい。
【００３９】
また、ギャップにおける貫通穴の位置は、貫通穴とコイルの内周との最短距離は、磁束の漏れが貫通穴を介する最適な距離とするものである。具体的には、貫通穴とコイルの内周との最短距離は、シールの厚さの５倍以下であることが望ましい。特に貫通穴とコイルの内周との最短距離は、シールの厚さ以下であることが望ましい。
【００４０】
また、貫通穴の断面積は、磁性体混合樹脂の充填時にギャップの両面の圧力差が解消されるために必要な樹脂の流量を確保できる面積とするものである。具体的には貫通穴の断面積は、ギャップが樹脂と接する一面の面積の２〜２０％であることが望ましい。
【００４１】
また、ギャップの貫通穴の位置は、特定の位置のみとすることを限定するものではない、たとえばコイルの内周の中心と、コイルの内周に沿った位置との両方にギャップの貫通穴を備えるリアクトルとしてもよい。
【００４２】
実施の形態２
実施の形態２では、ギャップの両面の間で磁性体混合樹脂を流通させる手段として、ケースの一端にギャップを接続し、ケース内に磁性体混合樹脂を注入した際に、ギャップの両面の間の圧力差によりギャップが開いて、コイルの内周を磁性体混合樹脂が移動することにより、圧力を均等化する機構を有するリアクトルについて説明する。
【００４３】
図８及び９は、実施の形態２にかかるリアクトルの断面の図である。図８の断面は、コイルを巻いている面に垂直な断面であり、すなわち図１２の点線Ａで示される断面である。そして図９の断面は、コイルを巻いている面と平行な断面であり、すなわち図１２の点線Ｂで示される断面である。
【００４４】
図８に示すように、シール３１はギャップ３２と一体化した構造となっており、一方ギャップ３２とシール３３は接してはいるが、一体化はしておらず、別の構成となっている。また図９に示すように、シール３１とギャップ３２は内周を形成する直線の一つ及び直線に連続する曲線部分において一体化しているが、直線３４及び３５の部位では切り込みがある。そして、シール３１とギャップ３２が一体化している部分では、可撓性または弾性を有する構成とする。例えば、シール３１とギャップ３２の材料を樹脂等とする、シール３１とギャップ３２との境界等、変形を許す部位について厚みを減少させる等の構成により可撓性を実現することもできる。
【００４５】
ギャップが変形を可能とするリアクトルは、磁性体を含む混合樹脂を充填した際に、ギャップ両面の圧力差により変形し、シールとギャップの間に、圧力を逃がす開口を生じる。
【００４６】
図１０は、リアクトルにおける磁性体混合樹脂の充填形態を示す図である。磁性体混合樹脂の充填によりギャップの両面に圧力差が生じた場合、ギャップの変形によりギャップ３２とシール３３との間に開口３６が生じ、開口３６より磁性体混合樹脂が圧力の高い方から低い方に流れる。この結果、ギャップの両面に圧力差が減少する。その後、磁性体混合樹脂の充填が終了し、ケース内の磁性体混合樹脂全体に圧力を加えることにより保圧を行い、保圧及びギャップ３２の復元力により、ギャップ３２の本来の位置に戻り、ギャップ３２はシール３３との開口３６を閉じる。
【００４７】
このように実施の形態２にかかるリアクトルによれば、充填時のみギャップとシールとの間に開口が生じるので、ギャップの両面の圧力差を解消することができ、かつ、充填後は開口を閉じることになるので、磁束の漏れが少なくなる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図１１に示すようにギャップはコイルの内周の位置にギャップを複数設けてもよい。この場合、貫通穴の位置は、ギャップに対して垂直な方向に対して、互いに重複しない位置とすることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１０            リアクトル
１１            コイル
１２、３１、３３      シール
１３、２３、３２      ギャップ
１４            ケース
１５            コア
１６            成形口
２４            貫通穴
【図１】
2015225899.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015225899.tif 000005
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015225899.tif 000009
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015225899.tif 000015
【図４】
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【図５】
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