(57)【要約】【課題】省エネルギ化，低損失化及び低騒音化に対する改善効果をより高め、また、生産性の向上，製造コストの低減及び帯材の無駄解消を図るとともに、加えて、更なる小型化とコイルの巻数（及び電力容量）増加を図る。【解決手段】折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心２と、この鉄心２の断面形状に沿って縦形の平角導線Ｗを周方向に巻回し、かつ少なくとも鉄心２の外側に位置する外側導線部Ｗｏを当該鉄心２の周回方向へ折曲又は湾曲させたコイル３とを備える。この場合、コイル３は、鉄心２の中心側に位置する内側導線部Ｗｉを中心側端辺Ｗｉｓに行くに従って漸次薄肉形成することができる。【選択図】図１
2004319618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心とこの鉄心に巻回したコイルとを備えるリアクトルにおいて、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心と、この鉄心の断面形状に沿って縦形の平角導線を周方向に巻回し、かつ少なくとも前記鉄心の外側に位置する外側導線部を前記鉄心の周回方向へ折曲又は湾曲させたコイルとを備えることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記コイルは、前記鉄心の中心側に位置する内側導線部を中心側端辺に行くに従って漸次薄肉形成したことを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路やコンバータ回路等に用いて好適なリアクトルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層巻鉄心とこの積層巻鉄心に巻回したコイルとを有するリアクトルは、特開２００２−２０３７２９号公報により知られている。
【０００３】
図８及び図９に同公報で開示されるリアクトル５０を示す。このリアクトル５０は、省エネルギ化，低損失化，低騒音化及び小型軽量化を目的としたものであり、帯材５１ｐを、円形のリング状に巻いて積層し、かつ積層断面Ｓの形状が図９に示すように、円形（又はこの近似形状）となる巻鉄芯５１と、この巻鉄芯５１のほぼ全周に亘って、縦形の平角導線５２ｗを巻回させたコイル５２を備えている。
【特許文献１】
特開２００２−２０３７２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したリアクトル５０に用いるコイル５２は、圧延ロールなどにより平角導線５２ｗを湾曲加工しながら巻回して製造する関係上、コイル５２の曲率をあまり小さくできないため、コイル５２の端面形状は、図９に仮想線で示すような円形となる。また、このような円形のコイル５２に断面四角形の巻鉄心を用いた場合には、コイル５２と巻鉄心間にかなりの隙間を生じ、結局、低損失化及び小型化を図れないことから、巻鉄心５１の積層断面Ｓの形状もコイル５２の端面形状に略相似する円形となるように形成している。
【０００５】
しかし、このようなリアクトル５０では、巻鉄心５１における積層断面Ｓの形状が円形となることから、巻鉄心５１の製造が容易でなく、製造工数の増加による生産性の低下及び製造コストの上昇を招くとともに、巻鉄心５１の製造において帯材５１ｐに１／４程度の無駄を生じる問題があった。
【０００６】
一方、コイル５２は、縦形の平角導線５２ｗを巻回して形成するため、巻鉄心５１から外方に突出する平角導線５２ｗの突出幅が大きくなり、全体に大型化してしまうとともに、他方、巻鉄心５１の中心側における平角導線５２ｗは、隣同士が密に並ぶため、平角導線５２ｗの厚さによりコイル５２の巻数が制限されてしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、このようなリアクトル５０に対して、省エネルギ化，低損失化及び低騒音化に対する改善効果をより高め、また、生産性の向上，製造コストの低減及び帯材の無駄解消を図るとともに、加えて、更なる小型化とコイルの巻数（及び電力容量）増加を図ることができるリアクトルの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るリアクトル１は、鉄心２とこの鉄心２に巻回したコイル３とを備えるリアクトルであって、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心２と、この鉄心２の断面形状に沿って縦形の平角導線Ｗを周方向に巻回し、かつ少なくとも鉄心２の外側に位置する外側導線部Ｗｏを当該鉄心２の周回方向へ折曲又は湾曲させたコイル３とを備えることを特徴とする。この場合、好適な実施の形態により、コイル３は、鉄心２の中心側に位置する内側導線部Ｗｉを中心側端辺Ｗｉｓに行くに従って漸次薄肉形成することができる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明の好適な実施例に係るリアクトル１を挙げ、図１〜図７を参照して詳細に説明する。
【００１０】
最初に、リアクトル１の製造方法について、各図を参照して具体的に説明する。図５は、製造工程のフローチャートであり、Ｃ１〜Ｃ８は巻線工程，Ｙ１〜Ｙ３は鉄心製造工程，Ａ１〜Ａ４はリアクトル組立工程を示す。
【００１１】
図６及び図７は、コイル巻線機３０の要部を示す。本実施例に係るリアクトル１に使用するコイル３は、このコイル巻線機３０により製造することができる。コイル巻線機３０において、３４は回転軸であり、回転駆動機構３５により低速回転する。回転軸３４の先端には、支持盤３６を一体に備え、この支持盤３６の先端面に固定盤３２を固定するとともに、この固定盤３２の中央から棒状の芯金３１を直角に突出させる。この芯金３１の断面形状は、後述する鉄心２の断面形状に略相似し、かつ当該断面形状よりも若干大きい断面形状を有する。この芯金３１は、製造するコイル３の種類に対応して交換可能である。また、この芯金３１には、この芯金３１に沿って変位可能な加圧盤３３を装填する。したがって、芯金３１は加圧盤３３の中央を貫通する。この加圧盤３３は、加圧機構３７により矢印Ｆｈ方向、即ち、固定盤３２の方向に加圧される。
【００１２】
コイル巻線機３０を用いたコイル３の製造工程は次のようになる。まず、平角導線Ｗを用意する。平角導線Ｗは、厚さと幅の割合が１：５程度に形成した銅線を使用する。なお、縦形の平角導線Ｗとは、コイル３の軸方向に対して平角導線Ｗの厚さ方向が平行になる場合をいう。平角導線Ｗは、図６に示すように、支持盤３６側に先端Ｗｆを固定する（ステップＣ１）。そして、加圧機構３７により加圧盤３３を矢印Ｆｈ方向へ移動させ、同図に示すように、平角導線Ｗを固定盤３２と加圧盤３３間に挟んだ状態にして加圧する（ステップＣ２）。また、同時に平角導線Ｗを引張機構３８により矢印Ｆｂ方向へ引張るとともに（ステップＣ３）、この状態で芯金３１を回転駆動機構３５により矢印Ｆｒ方向へ低速で回転させる（ステップＣ４）。これにより、平角導線Ｗは芯金３１に巻付けられ、加工前コイルを製造することができる（ステップＣ５）。
【００１３】
一方、得られた加工前コイルは、図３及び図４に示すように、鉄心２の中心側に位置する内側導線部Ｗｉを、中心側端辺Ｗｉｓに行くに従って漸次薄肉形成する（ステップＣ６）。この場合、薄肉形成は切削加工により行うことができるとともに、必要により圧潰して形成することもできる。これにより、内側導線部Ｗｉの両面には、図４に示すように、平角導線Ｗにおける未加工の表面Ｗｆに対して、角度Ｒｉで傾斜した傾斜面Ｗｐ，Ｗｑが形成される。よって、図３に示すように、鉄心２の中心側における相隣る平角導線Ｗ…同士の間隔（ピッチ）を実質的に狭くすることができ、コイル３の巻数（及び電力容量）を増加させることができる。この場合、傾斜面Ｗｐ…の角度Ｒｉは、鉄心２における内周面２ｉの曲率を考慮して選定することができる。なお、図３には、加工前コイルにおける平角導線Ｗｘの形状を仮想線で示す。
【００１４】
さらに、加工前コイルは、図３に示すように、鉄心２の外側に位置する外側導線部Ｗｏを、鉄心２の周回方向へ折曲形成する（ステップＣ７）。この場合、折曲する角度Ｒｏは、鉄心２における外周面２ｏの曲率を考慮して選定することができる。なお、必要により、緩やかに湾曲形成してもよい。これにより、図３に示すように、鉄心２から外方に突出する外側導線部Ｗｏの突出幅はＬｓとなり、加工前コイルにおける平角導線Ｗｘの突出幅Ｌｒよりも小さくなる。よって、コイル２の全体を小型化することができる。なお、得られたコイル３に対しては、絶縁被膜を塗布するなどの必要な仕上処理を行う。
【００１５】
他方、鉄心２に用いる分割鉄心部２ａ，２ｂ…２ｄの製造を行う。まず、珪素鋼板等の磁性帯板Ｐを用意する。この場合、磁性帯板Ｐは、長手方向に同一幅である。なお、必要により複数の幅を有する磁性帯板を用いてもよく、これにより、分割鉄心部２ａ…の断面形状を、例えば、複数の四角形の組合形状にすることが可能である。磁性帯板Ｐは、断面を角の無い長円形（図１のｅで示す形状）に形成した成形治具の周面に積層巻する（ステップＹ１）。この場合、磁性帯板Ｐは、円形に形成した成形治具の周面に積層巻し、この後、治具により長円形に成形してもよい。これにより、折曲部を有しない長円形のリング状となる積層巻基材が得られるため、この積層巻基材を四つのブロックに切断分割する（ステップＹ２）。図１に現れる２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが四つの分割鉄心部であり、いわば十字線により積層巻基材を四等分した形状となる（ステップＹ３）。このように分割することにより、分割鉄心部２ａ…の両端部における一対の分割面は、非平行面（直角関係）になり、分割鉄心部２ａ…の各ギャップにおける磁束の分極が原因で発生する吸着振動力のベクトル方向をそれぞれ異ならせることができる。この結果、発生する振動の重畳（共振）やハンマ効果が低減され、低騒音化に寄与することができる。なお、実施例は、鉄心２の形状として長円形（小判形）を例示したが、その他、円形，楕円形など、一般的には、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成することができる。また、分割鉄心部２ａ…を得るための分割数は任意に選定できるとともに、各分割面は、傾斜面にすることもできる。
【００１６】
そして、コイル３と四つの分割鉄心部２ａ，２ｂ…２ｄが得られたなら、リアクトル１の組立を行う。リアクトル１の組立に際しては、コイル３と四つの分割鉄心部２ａ…を組合わせて製造する（ステップＡ１）。この場合、各分割鉄心部２ａ…の相互間には、図１に示す厚さ０．５〜１〔ｍｍ〕前後のガラスエポキシ樹脂製のセパレータ２１…を介在させ、接着剤を用いて各分割鉄心部２ａ…の相互間を結合する。これにより、各分割鉄心部２ａ…の相互間には、セパレータ２１…の介在するギャップが形成される。この際、結合時には、分割鉄心部２ａ…を、コイル３の内部空間に収容するとともに、分割鉄心部２ａ…とコイル３間には、必要により絶縁紙等の絶縁材を介在させる。これにより、図１及び図２に示すリアクトル１が得られる。
【００１７】
このリアクトル１は、図１に示すように、折曲部（角部）を有しない長円形のリング状となる積層巻の鉄心２を備えるとともに、コイル３を構成する一巻分の各相互間隔は、内側が狭くなり、かつ外側が広くなる。この態様は鉄心２の直線部分でも同様となるため、鉄心２の全周に沿ってコイル３を構成する一巻分の各相互間には所定の間隔が生じることになる。
【００１８】
一方、ステップＡ１により得られたリアクトル１は、アルミニウムケース（放熱用ケース）５に収容する（ステップＡ２）。この場合、まず、アルミニウムケース５とリアクトルホルダ２２を用意する。アルミニウムケース５は、図１（図２）に示すように、平面視を矩形に形成し、上面から下方に窪んだリアクトル収容部５ｉを有する。リアクトル収容部５ｉは、内部底面５ｉｄの中央部位から上方へ一体形成した放熱用突出部６を有する。この放熱用突出部６は、アルミニウムケース５に収容されたリアクトル１の内側の空間Ｋを埋めるように形成することが望ましい。
【００１９】
他方、リアクトルホルダ２２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材により一体成形したものである。このリアクトルホルダ２２は、四つの鉄心保持部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有し、アルミニウムケース５のリアクトル収容部５ｉの内部底面５ｉｄ上に嵌着できる。これにより、各鉄心保持部２２ａ…は、鉄心２における四つのセパレータ２１…の各位置をそれぞれ支持するとともに、鉄心２の両側面部及び底面部を三点支持する。この結果、アルミニウムケース５とコイル３は非接触となる。また、コイル３を構成する平角導線Ｗは、図１に示すように、各鉄心保持部２２ａ…を避けて巻回されるため、コイル３（平角導線Ｗ）は、各分割鉄心部２ａ…同士の結合部位のギャップ（セパレータ２１…）、即ち、発熱部位から離されるため、局部的な温度上昇を回避できる。
【００２０】
そして、リアクトル１をアルミニウムケース５に収容する際には、リアクトル１の下方から鉄心２に対してリアクトルホルダ２２を嵌着し、この後、リアクトル１をアルミニウムケース５のリアクトル収容部５ｉに収容する。これにより、リアクトルホルダ２２はリアクトル収容部５ｉの内部底面５ｉｄ上に嵌着される。また、リアクトル収容部５ｉの内部には充填材、望ましくは、シリコン樹脂１４ｘに６０〜９０重量パーセントの熱伝導用粉材１４ｙを含有させた弾性樹脂（充填材）１４を充填する。実施例は、最も効果的な７５重量パーセントの熱伝導用粉材１４ｙを含有させている。この場合、シリコン樹脂１４ｘは、二液混合の加熱硬化型或いは一液性常温硬化型のシリコンゴムを用いる。また、熱伝導用粉材１４ｙは、粒子が０．２〔ｍｍ〕以下の酸化アルミニウム（アルミナ）を用いる。熱伝導用粉材１４ｙは、熱伝導率（放熱性）をより高めるものであり、他の材料としてはボロン材等を用いることができる。
【００２１】
弾性樹脂１４の充填が終了したなら、アルミニウムケース５の上に蓋２３を載せ、不図示のネジにより両者を固定する。この際、コイル３の両端から導出されるリード部３ｐ，３ｑは、蓋２３に形成したリード引出孔２４…（図２）を通して外部に導出させるとともに、弾性樹脂１４の充填量を設定することにより、蓋２３をアルミニウムケース５の上に載せた際に、弾性樹脂１４の一部がリード引出孔２４…内に進入するようにする。これにより、コイル３のリード部３ｐ，３ｑと蓋２３間の絶縁性が確保される。そして、リード部３ｐ，３ｑの先端には、それぞれ圧着端子２５ｐ，２５ｑを接続（圧着）する（ステップＡ３）。なお、図示は省略したが、リード部３ｐ，３ｑには、絶縁チューブを装着して当該リード部３ｐ，３ｑを被覆することが望ましい。これにより、リアクトル装置Ｍが得られる（ステップＡ４）。
【００２２】
このようなリアクトル装置Ｍは、次のような機能及び特長を備える。まず、騒音が低減されるとともに高い放熱性が得られる。本実施例では、アルミニウムケース５に弾性樹脂１４を充填するため、リアクトル１から発生する騒音は、遮音材として機能する弾性樹脂１４により吸収される。また、弾性樹脂１４は、シリコン樹脂１４ｘに所定量の熱伝導用粉材１４ｙを含有するため、熱伝導率（放熱性）がより高められる。
【００２３】
一方、充填材として弾性樹脂１４のみでリアクトル１を固定（保持）した場合、弾性を有するが故に、外部から付与される大きな振動や衝撃等に対して機械的強度や耐久性を確保しにくい。本実施例では、リアクトル１（鉄心２）は、リアクトルホルダ２２により保持（固定）されるため、外部から付与される大きな振動や衝撃等に対しても機械的強度及び耐久性が飛躍的に高められる。また、リアクトル装置Ｍは、リアクトル４の内側の空間Ｋに放熱用突出部６を有するため、放熱効果を高めることができる。
【００２４】
なお、コイルの内部寸法を同一条件とした場合、積層断面の形状が四角形となる本実施例に係るリアクトル１は、図８及び図９に示した積層断面Ｓの形状が円形となる巻鉄心５１を有する従来のリアクトル５０に比べ、積層断面の面積が約２７〔％〕大きくなるため、磁束密度が小さくなって鉄損が減少する。しかも、放熱効果が高められるため、流せる電流も大きくなり、従来のリアクトル５０に対して実質２倍程度の電流を流すことができ、結果的に、より省エネルギ化及び低損失化が改善される。また、従来のリアクトル５０では、巻鉄心５１における積層断面Ｓの形状が円形となることから、巻鉄心５１の製造が容易でなく、製造工数の増加による生産性の低下及び製造コストの上昇を招くとともに、巻鉄心５１の製造において帯材５１ｐに１／４程度の無駄を生じる問題があったが、本実施例に係るリアクトル１では、これらの問題が全て解消され、材料コストが低減される。
【００２５】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，材料，数量，数値，手法等おいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００２６】
例えば、鉄心２として、アモルファス，パーマロイ，ナノ結晶合金，フェライト，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金，純鉄等を用いた焼結タイプを排除するものではない。また、アルミニウムケース５を例示したが、他の放熱用素材により形成したケースを排除するものではない。一方、充填材として、弾性樹脂１４、特に、シリコン樹脂１４ｘに熱伝導用粉材１４ｙを含有させた弾性樹脂１４を例示したが、他の充填材としては、絶縁油、望ましくは、上述した熱伝導用粉材を４０〜９０重量パーセント含有させた絶縁油を用いることもできるし、セラミックス又はセメントを用いることもできる。セラミックスを用いる場合には、アルミニウムケース５の内部に粉材を充填した後、加熱することにより固化させればよい。さらに、コイル３は、鉄心２の外側に位置する外側導線部Ｗｏを鉄心２の周回方向へ折曲（又は湾曲）させた場合を示したが、鉄心２における端面側（両端面側）に位置する端面側導線部を鉄心２の周回方向へ折曲（又は湾曲）させてもよく、鉄心２の外側とはかかる端面も含む概念である。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明に係るリアクトルは、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心と、この鉄心の断面形状に沿って縦形の平角導線を周方向に巻回し、かつ少なくとも鉄心の外側に位置する外側導線部を当該鉄心の周回方向へ折曲又は湾曲させたコイルとを備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２８】
（１）  コイルは、少なくとも鉄心の外側に位置する外側導線部を当該鉄心の周回方向へ折曲又は湾曲させたため、鉄心から外方に突出する外側導線部の突出幅が小さくなり、コイルの全体を小型化することができる。
【００２９】
（２）  好適な実施の形態により、コイルを、鉄心の中心側に位置する内側導線部を中心側端辺に行くに従って漸次薄肉形成すれば、鉄心の中心側における相隣る平角導線同士の間隔（ピッチ）を実質的に狭くすることができ、コイルの巻数（及び電力容量）を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るリアクトルを収容したリアクトル装置の蓋を除いた状態における一部を省略した平面図、
【図２】同リアクトルを収容したリアクトル装置の断面正面図、
【図３】同リアクトルにおけるコイルの一部を示す平面図、
【図４】同コイルの内側導線部の断面図、
【図５】同リアクトルの製造に係る製造工程のフローチャート、
【図６】同リアクトルの製造に用いるコイル巻線機の要部を示す一部断面側面図、
【図７】同コイル巻線機の要部を示す斜視図、
【図８】従来の技術に係るリアクトルの一部を省略した平面図、
【図９】同リアクトルの一部を省略した断面側面図、
【符号の説明】
１      リアクトル
２      鉄心
３      コイル
Ｗ      平角導線
Ｗｏ    外側導線部
Ｗｉ    内側導線部
Ｗｉｓ  中心側端辺
【図１】
2004319618.tif 000003
【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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【図９】
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