(57)【要約】【課題】ダストコアにおけるクラックの発生を抑制する。【解決手段】リアクトル１０は、柱形状の中芯１２と、中芯１２の中心軸Ｃ方向に沿って中芯１２に挿入されるコイル１４と、中芯１２とコイル１４の周囲に充填される磁性粉末混合樹脂からなるダストコア１６とを備えている。ダストコア１６が固着される中芯１２の被固着面２４には、中芯１２の径方向Ｒに張り出すリブ２６または中芯１２の径方向Ｒに窪む溝部３６の少なくともどちらか一つが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱形状の中芯と、
前記中芯の軸方向に沿って前記中芯に挿入されるコイルと、
前記中芯と前記コイルの周囲に充填される磁性粉末混合樹脂からなるダストコアと、
を備え、
前記ダストコアが固着される前記中芯の被固着面には、前記中芯の径方向に張り出すリブまたは前記中芯の径方向に窪む溝部の少なくともどちらか一つが形成されてい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、
前記被固着面における前記軸方向の両端部に前記リブまたは溝部が形成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項２記載のリアクトルであって、
前記中芯の軸方向の長さＬに対して、前記被固着面の前記軸方向両端からＬ／３の領域に前記リブが形成されてい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】
磁性体の粉末を絶縁性樹脂の中に練り込んだいわゆるダストコア内にコイルを埋設させたリアクトルが従来から知られている。ダストコア内にはコイルの他に中芯と呼ばれる冷却部材が埋設されている場合もある。例えば特許文献１においては図１０に示すようにハウジング１１２の中央部に中芯１１４を設けるとともに当該中芯１１４の周囲にコイル１１６を配置し、さらにハウジング１１２内にダストコア１１０を充填してその後ダストコア１１０を加熱硬化することによりリアクトル１００を形成している。
【０００３】
中芯１１４はアルミ等の熱伝導性の高い材料から構成され、ダストコア１１０の熱を外部に逃す冷却部材として機能する。また、中芯１１４にはダストコア１１０が固着されている。コイル１１６に交流電流が流され、それに伴ってダストコア１１０内に磁束が通ると、ジュール熱によりコイル１１６及びダストコア１１０が発熱する。ダストコア１１０の熱は中芯１１４の被固着面１２０から中芯１１４に伝達され、さらに中芯１１４から外部に放出される。
【０００４】
また、コイル１１６に交流電流が流れることによってリアクトル１００が振動する。このときの加振周波数とリアクトル１００の固有振動数が一致してしまうとリアクトル１００が共振していわゆるＮＶ特性（騒音・振動特性）が悪化する。したがって、従来のリアクトル１００においてはその固有振動数が加振周波数とは異なる値を取るような構造を採っている。例えば中芯１１４の形状やダストコア１１０の充填量を調整してリアクトル１００の固有振動数を交流電流の高調波成分からずらすようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８２１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ダストコアの温度変化に伴ってダストコアが収縮又は膨張し、その結果ダストコアにクラック（ひび）が生じることがある。クラックが生じるとリアクトル全体の剛性が下がる。固有振動数は剛性に応じて変化するから、クラックの発生によってリアクトルの固有振動数が変化する。その結果、リアクトルの固有振動数が加振周波数と一致してしまう場合がある。そこで本発明は、ダストコアにおけるクラックの発生を抑制させる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】
【０００７】
本発明はリアクトルに関する。当該リアクトルは、柱形状の中芯と、中芯の軸方向に沿って中芯に挿入されるコイルと、中芯とコイルの周囲に充填される磁性粉末混合樹脂からなるダストコアと、を備えている。ダストコアが固着される中芯の被固着面には、中芯の径方向に張り出すリブまたは中芯の径方向に窪む溝部の少なくともどちらか一つが形成されている。
【０００８】
また、上記発明において、被固着面における軸方向の両端部にリブまたは溝部が形成されていることが好適である。
【０００９】
また、上記発明において、中芯の軸方向の長さＬに対して、被固着面の軸方向両端からＬ／３の領域にリブが形成されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来技術と比較してダストコアにおけるクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るリアクトルを例示する図である。
【図２】本実施形態に係るリアクトルの断面図である。
【図３】本実施形態に係るリアクトルの拡大図である。
【図４】クラックの発生の原理について説明する図である。
【図５】温度低下時にダストコアに作用する力を説明する図である。
【図６】本実施形態に係るリアクトルの断面図である。
【図７】本実施形態に係るリアクトルの熱衝撃試験の結果を示す図である。
【図８】本実施形態に係るリアクトルの熱衝撃試験の結果を示す図である。
【図９】別の実施形態に係るリアクトルを例示する図である。
【図１０】従来のリアクトルを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本実施形態に係るリアクトルを示す。リアクトル１０は、中芯１２と、中芯１２の周囲に配置されるコイル１４と、中芯１２とコイル１４の周囲に充填されるダストコア１６とを含んで構成されている。また、リアクトル１０は例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換回路において電気的エネルギーの蓄積/ 放出を行う受動素子として設けられる。
【００１３】
中芯１２は略円柱形状の部材であり、ハウジング１８に固定されている。この固定手段として、例えば図２に示すように、中芯１２の中心には中芯１２の中心軸Ｃに沿って貫通されるとともにねじ溝が切られたねじ穴２０が設けられている。
【００１４】
中芯１２は、ダストコア１６よりも熱伝導性の高い材料、例えば、アルミなどの材料から構成される。これにより、中芯１２は、コイル１４やダストコア１６の熱を外部に放出させる冷却部材として機能する。具体的には、ダストコア１６が固着された中芯１２の被固着面２４からダストコア１６の熱が伝達され、その後中芯１２の外部に熱が放出される。
【００１５】
図１に戻り、中芯１２の被固着面２４には中芯１２の径方向Ｒに張り出すリブ２６が形成されている。リブ２６は中心軸Ｃと平行な断面において被固着面２４の断面形状が凹凸形状となるように形成されており、例えばリブ２６は円環形状の張り出し部材として構成されている。また、リブ２６は中芯１２と一体成形してもよいし、中芯１２と別部材として中芯１２に取り付けるようにしてもよい。また、リブ２６は中芯１２と同様にダストコア１６よりも熱伝導性の高いアルミなどの材料から構成されている。また、リブ２６は中芯１２の中心軸Ｃ方向の両端部に形成されており、例えば中芯１２の軸方向長さをＬとすると中芯１２の両端部からＬ／３の領域にリブ２６が形成されている。なお、図１、図２においては両端部に２個ずつリブ２６が設けられているが、各端部には１個以上のリブ２６が設けられていればよい。
【００１６】
後述するように、リブ２６は、ダストコア１６の固着面２７に生じるせん断力を分散させるために設けられている。したがって、リブ２６はせん断力を分散させ得るような張り出し高さ及び厚さに形成される。図３にはリブ２６周辺の拡大図が示されている。リブ２６はせん断力を分散させ得るように薄板の円環形状に形成することが好ましく、例えばリブ２６の厚さＷは１〜３ｍｍであると好適である。また、リブ２６の張り出し高さＨは１〜３ｍｍであると好適である。ここで、張り出し高さＨとは、リブ２６の形成されていない被固着面２４からリブ２６の最大高さ点までの高さを表わしている。また、リブ２６を複数個形成する際には、リブ２６間の距離Ｄは３〜５ｍｍであると好適である。
【００１７】
図1に戻り、中芯１２の周りにはコイル１４が設けられている。コイル１４は円筒形状等、中芯１２を囲むように予め定められた形状に整形されている。また、コイル１４の軸方向Ｃの長さはハウジング１８の側壁２９の高さよりも短くなるように形成されている。具体的には、ハウジング１８の底面から中心軸Ｃ方向にコイル１４を所定間隔離間させ、さらにハウジング１８の側壁の高さまでダストコア１６を充填したときに、コイル端部２８を残してコイル１４がダストコア１６に埋設されるような長さにコイル１３の軸方向Ｃの長さが定められている。また、コイル１４の端部２８は図示しないスイッチング素子及び電源に接続されており、スイッチング素子によって整形された交流電流がコイル１４に流される。ここで、交流電流が流れることによってコイル１４が振動する。このときの加振周波数はコイル１４に流れる交流電流に応じたものとなる。例えば、スイッチング素子がＰＷＭ制御によってオン／オフ制御されている場合、コイル１４に流れる交流電流にはスイッチング素子のオン／オフ制御の基準となるキャリア（搬送波）の周波数成分が重畳される。このとき、交流電流の周波数やその高調波成分、及びキャリアの周波数がコイル１４への加振周波数となる。
【００１８】
また、中芯１２とコイル１４を収容するハウジング１８は、中芯１２と同様にダストコア１６よりも熱伝導性の高い例えばアルミ等の材料から形成され、これによりコイル１４やダストコア１６の熱を外部に逃す冷却部材として機能する。また、図２に示すように、ハウジング１８の中心部には中心軸Ｃ方向に突出する突起部３０が形成されている。この突起部３０には軸方向Ｃにねじ溝の切られたねじ穴３２が形成されている。
【００１９】
また、ダストコア１６は磁性粉末が分散されて混合された樹脂から構成されている。磁性粉末は例えばフェライト粉末、鉄粉、珪素合金粉等が用いられ、樹脂は例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。
【００２０】
次に、本実施形態に係るリアクトル１０の組み立て過程について説明する。ハウジング１８のねじ穴３２と中芯１２のねじ穴２０とを位置合わせした後にねじ２２を挿入（螺入）して中芯１２をハウジング１８に固定する。さらにコイル１４を中芯１２の軸Ｃ方向に沿って中芯１２に挿入する。このとき、コイル１４の中心軸と中芯の中心軸Ｃとが一致するようにコイル１４を位置決めする。さらにコイル１４をハウジング１８の底面から所定距離離間させるように図示しない保持部材によってコイル１４を保持し、その後ハウジング１８内にダストコア１６を充填する。ダストコア１６は例えばハウジング１８の側壁の高さまで充填される。その後ダストコア１６を加熱して硬化させる。加熱に伴いダストコア１６がハウジング１８の内壁面及び中芯１２に固着する。
【００２１】
次に、ダストコア１６に生じるクラックについて説明する。本発明者らは、図４に示すように従来の中芯１１４に固着したダストコア１１０の固着面１２４、特に、固着面１２４のうち中芯１１４の中心軸Ｃ方向の両端部に集中的にクラック３４が発生することを見出した。クラック３４の発生原理について図５を用いて説明する。図５はリアクトルの温度が低下しているときの様子が示されている。温度低下に伴ってダストコア１１０及び中芯１１４が収縮する。ここで、樹脂を主成分とするダストコア１１０は金属を主成分とする中芯１１４よりも熱膨張率が高く、したがって収縮割合も中芯１１４よりもダストコア１１０の方が高くなる。このとき、中芯１１４の被固着面１２０においてはダストコア１１０との固着を維持するためにダストコア１１０の収縮を妨げる方向に力が働く。ダストコア１１０が収縮しようとする力とそれを阻止する力は中芯１１４の両端部においては被固着面１２０に沿った方向に働く。その結果、被固着面１２０の両端部に固着したダストコア１６の固着面１２４にはせん断力が作用する。本発明者らはこのせん断力がダストコア１１０に生じるクラック３４の原因であると考え、本実施形態に係るリアクトル１０に示すようにせん断力を分散させるリブ２６を中芯１２に設けている。
【００２２】
リブ２６周辺のせん断力の分布の模式図を図６に示す。せん断力はリブ２６の形状に沿って発生し、リブ２６の凹凸形状に沿ってそれぞれ異なる方向に向かって作用する。異なる方向の力成分が打ち消し合い、巨視的に見ると中芯１２の両端部に働くせん断力がリブ２６を設けない場合と比較して低減される。せん断力が低減されることにより、クラックの発生が抑制される。
【００２３】
リブ２６のない従来のリアクトルとリブ２６を設けた本実施形態に係るリアクトル１０に対して熱衝撃試験を行った結果を図７、８に示す。熱衝撃試験においては、リアクトル１０を−４０°から９０°に加熱してその後−４０°に冷却する熱衝撃サイクルを３００サイクル行った後のリアクトル１０の固有振動数（図７）及びＮＶ特性（図８）を測定している。また、熱衝撃試験前の固有振動数がキャリア周波数から離れた所定の値となるように従来のリアクトル及び本実施形態に係るリアクトル１０を形成している。また、図７、図８の両者において、従来のリアクトルを白抜き菱形プロットで表わし、本実施形態に係るリアクトル１０を塗りつぶし菱形プロットで表わしている。
【００２４】
図７に明らかなように、従来のリアクトルにおいては熱衝撃試験後に固有振動数が下がってキャリア周波数に近づくのに対して、本実施形態に係るリアクトル１０は熱衝撃試験後においてもキャリア周波数から十分に離れた固有振動数を保っている。このように本実施形態に係るリアクトル１０はキャリア周波数から十分に離れた固有振動数を維持できるため、交流電流が供給されても共振を避けることができる。共振を避けることができることから振動によって発生する騒音も抑制できる。図８に明らかなように、従来のリアクトルにおいては熱衝撃試験後にＮＶ特性が悪化して半数以上が目標値を超えてしまうのに対して、本実施形態に係るリアクトル１０のＮＶ特性は熱衝撃試験後においてもＮＶ特性が目標値以下に抑えられている。
【００２５】
なお、以上説明した実施形態においては中芯１２の両端部にリブ２６を形成していたが、本発明はこの形態に限られない。すなわち、中芯１２の両端部におけるせん断力を分散させればよいことから、図９に示すようにリブ２６の代わりに中芯１２の径Ｒ方向に窪む溝３６を形成してもよい。この場合、リブ２６と同様に、溝３６はせん断力を分散させ得るような溝深さ及び幅に形成される。具体的には、溝３６が形成されていない被固着面２４から溝３６の最深部までの溝深さは１〜３ｍｍであると好適である。また、溝３６の幅は１〜３ｍｍであると好適である。さらに、溝３６を複数個形成する場合は、隣り合う溝３６同士の距離は３〜５ｍｍであると好適である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  リアクトル、１２  中芯、１４  コイル、１６  ダストコア、１８  ハウジング、２０  中芯のねじ穴、２２  ねじ、２４  被固着面、２６  リブ、２７  固着面、２８  コイル端部、３０  突起部、３２  ハウジングのねじ穴、３６  溝。
【図７】
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【図８】
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【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９】
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【図１０】
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