(57)【要約】【課題】放熱性に優れるリアクトル、及びリアクトル用コイル部品を提供する。【解決手段】リアクトル1Aは、筒状のコイル2と、筒状のコイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3と、これらを収納するケース4Aとを具える。磁性コア3の少なくとも一部(ここでは、コイル2の外周側に設けられた外側コア部32)は、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成される。コイル2の外周の少なくとも一部は、絶縁性樹脂から構成される樹脂モールド部21によって覆われて、コイル2の形状が保持されている。ケース4Aの少なくとも一部を構成し、非磁性金属材料から構成される放熱台部5Aが、樹脂モールド部21の構成樹脂によってコイル2と一体に保持されている。放熱台部5Aによって、コイル2を安定してケース4Aに配置できる上に、コイル2の熱を設置対象に効率よく伝えられる。従って、リアクトル1Aは、放熱性に優れる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のコイルと、
前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアと、
前記コイルと前記磁性コアとを収納するケースとを具えるリアクトルであって、
前記磁性コアの少なくとも一部は、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成されており、
絶縁性樹脂から構成されており、前記コイルの外周の少なくとも一部を覆って、その形状を保持する樹脂モールド部と、
非磁性金属材料から構成されており、前記樹脂モールド部の構成樹脂によって前記コイルと一体に保持され、前記ケースの少なくとも一部を構成する放熱台部とを具えるリアクトル。
【請求項２】
前記コイルは、横並びされた一対の筒状のコイル素子を具え、
前記磁性コアは、前記複合材料から構成されている請求項1に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記コイルは、筒状のコイル素子を一つのみ具え、
前記磁性コアのうち、前記コイル素子の外周側に配置される箇所の少なくとも一部は、前記複合材料から構成されており、
前記コイル素子の外周のうち、前記複合材料に覆われる箇所は、前記樹脂モールド部の構成樹脂によって覆われている請求項1に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記放熱台部において前記樹脂モールド部に覆われる被覆領域の少なくとも一部に粗面化処理が施されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記放熱台部は、前記ケースに固定するための締結部材が螺合される固定孔を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項６】
前記ケースと前記放熱台部とは互いに係合する係合部を具える請求項1〜5のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項７】
前記ケースは、前記放熱台部の少なくとも一部が嵌め込まれる台溝が形成されている請求項6に記載のリアクトル。
【請求項８】
前記ケースの開口部を覆う蓋部と、
非磁性金属材料から構成されており、前記樹脂モールド部の構成樹脂によって前記コイルと一体に保持され、前記蓋部が取り付けられる蓋側台部とを具える請求項1〜7のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項９】
前記磁性コアのうち、前記コイルの内側に配置される内側コア部は、前記樹脂モールド部の構成樹脂によって前記コイルと一体に保持されている請求項1〜8のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項１０】
前記コイルは、前記ケースの外底面に対してコイルの軸が平行するように前記ケースに収納されている請求項1〜9のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項１１】
前記放熱台部は、前記コイルの外周面に沿った支持面を具える請求項1〜10のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項１２】
請求項1〜11のいずれか1項に記載のリアクトルを具えるコンバータ。
【請求項１３】
請求項12に記載のコンバータを具える電力変換装置。
【請求項１４】
筒状のコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとがケースに収納されたリアクトルに用いられるリアクトル用コイル部品であって、
筒状のコイルと、
絶縁性樹脂から構成されており、前記コイルの外周の少なくとも一部を覆って、その形状を保持する樹脂モールド部と、
非磁性金属材料から構成されており、前記樹脂モールド部の構成樹脂によって前記コイルと一体に保持され、前記ケースの少なくとも一部を構成する放熱台部とを具えるリアクトル用コイル部品。
但し、前記磁性コアの少なくとも一部は、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成されるものとする。
【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コンバータや電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、リアクトル用コイル部品、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、放熱性に優れるリアクトルに関するものである。
【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、筒状のコイルと、コイルの内外に配置される磁性コアと、コイルと磁性コアとを収納する有底筒状のケースとを具える。特許文献1では、磁性コアのうち、コイルの外周面及び端面を覆う箇所が磁性体粉末と樹脂との複合材料からなる形態を開示している。
【０００３】
車載部品に利用されるリアクトルでは、一般に、通電時に発熱するコイルなどを冷却するために、冷却ベースといった設置対象に固定されて利用される。上記ケースは、アルミニウムなどの熱伝導性に優れる材料から構成され(特許文献1の明細書の段落[0039]など)、このケースの外底面が設置対象に接するように固定されて、放熱経路として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-124310号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁性コアの少なくとも一部が上述の樹脂を含む複合材料で構成される形態のリアクトルに対して、更なる放熱性の向上が望まれる。
【０００６】
上記複合材料のうち、樹脂は、一般に、上述のケースを構成する金属に比較して熱伝導率が小さく、放熱性に劣る。そのため、通電によって発熱するコイルの外周面や端面が上記複合材料で覆われた形態では、コイルの熱が篭り易い。上記複合材料からなる成形体を用意し、この成形体をコイルに組み付ける場合、コイルの外周面の一部を上記複合材料から露出させることができる。しかし、この成形体中に樹脂が存在することで、実質的に金属から構成される磁性コア(例えば、電磁鋼板の積層体)に比較して放熱性に劣る。そのため、上記複合材料からなる成形体を具える場合にも、放熱性の改善が望まれる。
【０００７】
放熱性を向上するために、例えば、冷却ベースといった設置対象に接するケースの外底面に対して、コイルの軸が平行するようにコイルをケースに収納することが考えられる。この収納形態(以下、横型収納形態と呼ぶ)では、ケースの外底面にコイルの軸が直交するようにコイルをケースに収納する形態(以下、この収納形態を縦型収納形態と呼ぶ)と比較して、コイルの外周面において設置対象までの距離が短い領域が多くなることで、放熱性を高められる。
【０００８】
しかし、コイルを円筒状などの曲面を有する形状とすると、コイルを形成し易いものの、特に横型収納形態では、ケースに安定してコイルを配置することが難しい。コイルの不安定な配置によって、放熱性の向上効果を十分に得られない恐れがある。また、横型収納形態では、コイルを安定して配置し難いことで、リアクトルの生産性の低下を招く。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、放熱性に優れるリアクトルを提供することにある。また、本発明の他の目的は、放熱性に優れるリアクトルが得られるリアクトル用コイル部品を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、放熱性に優れるリアクトルを具えるコンバータ、このコンバータを具える電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ケースの一部となって放熱経路に利用する部材とコイルとを樹脂によって一体に保持することで上記目的を達成する。
【００１１】
本発明のリアクトルは、筒状のコイルと、上記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアと、上記コイルと上記磁性コアとを収納するケースとを具える。上記磁性コアの少なくとも一部は、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成されている。そして、本発明のリアクトルは、絶縁性樹脂から構成されており、上記コイルの外周の少なくとも一部を覆って、その形状を保持する樹脂モールド部と、非磁性金属材料から構成されており、上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持され、上記ケースの少なくとも一部を構成する放熱台部とを具える。
【００１２】
本発明において「ケースの少なくとも一部を構成する放熱台部」とは、ケースが、底部と、底部から立設される壁部とを具えており、底部又は壁部と放熱台部とが面接触した状態、底部又は壁部に接着剤やボルトなどの締結部材といった固定用部材を介して放熱台部が固定された状態、底部又は壁部と放熱台部とが相互に係合して固定された状態、放熱台部自体が底部又は壁部を構成する状態のいずれかの状態を満たすものをいう。
【００１３】
本発明のリアクトルは、(1)一般に熱伝導性に優れる金属材料から構成される放熱台部を具える、(2)放熱台部が樹脂モールド部によってコイルに一体化されていることから、コイルの熱が放熱台部に伝わり易い、(3)放熱台部がケースの一部を構成することから、放熱台部に伝えられた熱は、ケースが設置される設置対象に効率よく伝えられる、(4)コイルをケースの底部に直接配置する場合と比較してコイルを安定してケースに配置できるため、コイルの熱を上記設置対象に効率よく伝えられる。これらの点から、本発明のリアクトルは、放熱性に優れる。
【００１４】
また、本発明のリアクトルは、樹脂モールド部によって、(1)コイルの形状を維持できるため、組立時、コイルが伸縮せずコイルを取り扱い易い、(2)コイルと放熱台部とを一体化していることで、組立部品の点数が少なく、組立工程数を低減できる。更に、樹脂モールド部は、射出成形などを利用することで、コイルの外周の少なくとも一部を覆うと共に、放熱台部を一体化するといった複雑な形状であっても、容易に成形可能である。加えて、放熱台部を適宜な形状とすることで、コイルを安定に配置できる上に、安定した状態を維持できる。例えば、ケースを成形型として注型成形によって上述の複合材料を形成する場合、複合材料となる混合物をケースに充填している最中にケース内でコイルの位置がずれることを防止できる。また、放熱台部は、製造時、ケースとは独立した部材であるため、例えば、コイルの形状に沿った形状など、任意の形状に容易に成形できる。従って、ケースの内底面にコイルの形状に沿った嵌合溝を形成する場合などに比較して、本発明のリアクトルは、ケースの形状を単純にでき、ケースの製造性にも優れる。これらの点から、本発明のリアクトルは、生産性にも優れる。
【００１５】
その他、樹脂モールド部が絶縁性樹脂で構成されることから、コイルと磁性コア間やコイルと放熱台部間に介在された絶縁性樹脂によって、コイルと磁性コア間の絶縁性やコイルと放熱台部間の絶縁性を高められる。
【００１６】
上記本発明のリアクトルの構成部品として、以下の本発明のリアクトル用コイル部品を好適に利用することができる。本発明のリアクトル用コイル部品は、筒状のコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとがケースに収納されたリアクトルであって、上記磁性コアの少なくとも一部が磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成されるリアクトルの構成部品に利用されるものである。このリアクトル用コイル部品は、筒状のコイルと、絶縁性樹脂から構成されており、上記コイルの外周の少なくとも一部を覆って、その形状を保持する樹脂モールド部と、上記磁性金属材料から構成されており、上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持され、上記ケースの少なくとも一部を構成する放熱台部とを具える。
【００１７】
本発明のリアクトル用コイル部品は、上述のように熱伝導性に優れ、かつコイルを安定に配置可能な放熱台部を具備すると共に、コイルと放熱台部とを樹脂モールド部によって一体化している。この構成により、本発明のリアクトル用コイル部品をリアクトル用ケースに配置することで、放熱性に優れるリアクトルが得られる。また、本発明のリアクトル用コイル部品は、上述のように取り扱い易く、リアクトル用ケースにも容易に配置可能なことから、放熱性に優れるリアクトルの生産性の向上にも寄与することができる。
【００１８】
本発明のリアクトルの一形態として、上記コイルが横並びされた一対の筒状のコイル素子を具え、上記磁性コアが上記複合材料から構成された形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記磁性コアが上記複合材料から構成されたリアクトルに利用されるものであり、上記コイルが横並びされた一対の筒状のコイル素子を具える形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態は、一対のコイル素子を具えることで、ターン数が多くても、コイルの軸方向の長さを短くでき、小型にできる。また、上記形態は、磁性コアの全体が上記複合材料から構成されるものの、放熱台部を具えることで、放熱性に優れる。更に、上記形態は、磁性体粉末の種類や含有量によって種々の磁気特性の磁性コアを容易に製造できる上に、磁性コアの形状の自由度も大きい。
【００２０】
本発明のリアクトルの一形態として、上記コイルが筒状のコイル素子を一つのみ具え、上記磁性コアのうち、上記コイル素子の外周側に配置される箇所の少なくとも一部が上記複合材料から構成されており、上記コイル素子の外周のうち、上記複合材料に覆われる箇所が上記樹脂モールド部の構成樹脂によって覆われている形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記コイルが筒状のコイル素子を一つのみ具え、上記コイル素子の外周のうち、上記複合材料に覆われる箇所が上記樹脂モールド部の構成樹脂によって覆われている形態が挙げられる。このリアクトル用コイル部品は、上記磁性コアのうち、上記コイル素子の外周側に配置される箇所の少なくとも一部が上記複合材料から構成されたリアクトルに利用される。
【００２１】
上記形態は、コイル素子が一つであることで、小型なリアクトルとすることができる。また、上記形態は、コイルの外周の少なくとも一部が上記複合材料によって覆われているものの、放熱台部を具えることで、放熱性に優れる。
【００２２】
本発明のリアクトル及び本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記放熱台部において上記樹脂モールド部に覆われる被覆領域の少なくとも一部に粗面化処理が施された形態が挙げられる。
【００２３】
粗面化処理によって、放熱台部と樹脂モールド部の構成樹脂との接触面積を増大して、両者の密着性を高められる。従って、上記形態は、樹脂モールド部の構成樹脂を介して、コイルと放熱台部とが強固に接合され、コイルの熱を放熱台部に伝え易く、放熱性に優れる。また、粗面化処理によって放熱台部自体の表面積が大きいことからも、上記形態は、放熱性に優れる。
【００２４】
本発明のリアクトル及び本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記放熱台部は、上記ケースに固定するための締結部材が螺合される固定孔を有する形態が挙げられる。
【００２５】
上記形態は、ケースに放熱台部を確実に固定でき、放熱台部を経たコイルの熱をケース外部の設置対象に効率よく伝えられ、放熱性に優れる。また、上記形態は、ケースにおけるコイルの位置が長期に亘りずれない。
【００２６】
本発明のリアクトル及び本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記ケースと上記放熱台部とが互いに係合する係合部を具える形態が挙げられる。
【００２７】
上記形態は、ボルトなどの締結部材を用いることなく、ケースに放熱台部を位置決めすることができ、リアクトルの生産性に優れる。また、上記形態は、放熱台部を経たコイルの熱をケース外部の設置対象に効率よく伝えられ、放熱性に優れる。
【００２８】
本発明のリアクトルの一形態として、上記ケースが、上記放熱台部の少なくとも一部が嵌め込まれる台溝が形成された形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記放熱台部の少なくとも一部は、上記ケースに形成された台溝に嵌め込まれる形態が挙げられる。
【００２９】
上記形態は、ケースに放熱台部の少なくとも一部が嵌め込まれることで、上述のようにボルトなどの締結部材を用いることなく、放熱台部を位置決めでき、リアクトルの生産性に優れる上に、放熱性にも優れる。また、放熱台部の形状を単純な形状とすることで、台溝も単純な形状にすることができ、ケースを形成し易い。
【００３０】
本発明のリアクトルの一形態として、上記ケースの開口部を覆う蓋部と、非磁性金属材料から構成されており、上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持され、上記蓋部が取り付けられる蓋側台部とを具える形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、非磁性金属材料から構成されており、上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持され、上記ケースの開口部を覆う蓋部が取り付けられる蓋側台部を具える形態が挙げられる。
【００３１】
上記形態は、放熱台部に加えて蓋側台部を具えることで、蓋側台部や蓋部も放熱経路に利用でき、放熱性により優れる。また、蓋部によってケースの開口部を覆うことで、ケースの収容物に対する外部環境からの保護・機械的保護を図ることができる。
【００３２】
本発明のリアクトルの一形態として、上記磁性コアのうち、上記コイルの内側に配置される内側コア部が上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持された形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記リアクトルに具える上記磁性コアのうち、上記コイルの内側に配置される内側コア部が上記樹脂モールド部の構成樹脂によって上記コイルと一体に保持された形態が挙げられる。
【００３３】
上記形態は、コイルに加えて、磁性コアの一部も樹脂モールド部によって一体化されていることで、リアクトルの組立作業性に優れる。
【００３４】
本発明のリアクトルの一形態として、上記コイルが上記ケースの外底面に対してコイルの軸が平行するように上記ケースに収納された形態が挙げられる。また、本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記リアクトルに具える上記ケースに収納されたとき、上記ケースの外底面に対してコイルの軸が平行するように上記コイルが上記樹脂モールド部によって上記放熱台部に取り付けられた形態が挙げられる。
【００３５】
上記形態は、上述の横型収納形態のリアクトルを構築することができ、コイルの外周面において設置対象までの距離が短い領域を十分に広く有することで、放熱性に優れる。また、上記形態は、縦型収納形態に比較して嵩が小さくなり易く、コイルと放熱部材とが樹脂モールド部によって一体化されたコイル部品(本発明のリアクトル用コイル部品)をケースに収納し易く、組立作業性に優れる。
【００３６】
本発明のリアクトル及び本発明のリアクトル用コイル部品の一形態として、上記放熱台部が上記コイルの外周面に沿った支持面を具える形態が挙げられる。
【００３７】
支持面によって、コイルの外周面のより広い領域が放熱台部に近接して配置されるため、コイルの熱を放熱台部により効率よく伝えられ、上記形態は、放熱性に優れる。また、コイルの外周面と放熱台部の支持面との間に樹脂モールド部の構成樹脂が均一的な厚さで介在することで、上記形態は、絶縁性にも優れる。
【００３８】
本発明のコンバータは、本発明のリアクトルを具える。本発明の電力変換装置は、本発明のコンバータを具える。
【００３９】
本発明のコンバータや本発明の電力変換装置は、放熱性に優れる本発明のリアクトルを具えることで、放熱性に優れ、車載部品、特にコンバータの構成部品や電力変換装置の構成部品などに好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のリアクトルは、放熱性に優れる。本発明のリアクトル用コイル部品は、放熱性に優れるリアクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】(A)は、実施形態1に係るリアクトルの概略斜視図、(B)は、図1(A)における(B)-(B)断面図である。
【図２】実施形態1に係るリアクトルの分解斜視図である。
【図３】(A)は、実施形態1に係るリアクトルに具えるコイル部品において樹脂モールド部によって保持される構成部材の概略斜視図、(B)は、内側コア部の概略斜視図である。
【図４】実施形態2に係るリアクトルの概略斜視図である。
【図５】(A)は、実施形態2に係るリアクトルに具えるコイル部品の概略斜視図、(B)は、図4(A)における(B)-(B)断面図である。
【図６】(A)は、実施形態3に係るリアクトルの概略斜視図、(B)は、このリアクトルに具えるコイル部品の概略斜視図である。
【図７】実施形態5に係るリアクトルに具えるコイルと、内側コア部と、放熱台部とを示す概略斜視図である。
【図８】実施形態5に係るリアクトルに具えるコイルと、内側コア部と、放熱台部とを示す概略斜視図であり、コイルの端面形状が異なる例を示す。
【図９】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１０】本発明のコンバータを具える本発明の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】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
【００４３】
[実施形態1]
図1〜図3を参照して、実施形態1のリアクトル1Aを説明する。リアクトル1Aは、巻線2wを螺旋状に巻回してなる一つの筒状のコイル素子を主体とするコイル2と、コイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア3とを具え、コイル2と磁性コア3とは、有底筒状のケース4Aに収納されている。リアクトル1Aは、代表的には、冷却ベースなどの設置対象にケース4Aが設置されて使用される。磁性コア3は、コイル2内に配置された柱状の内側コア部31と、コイル2の外周側に配置された外側コア部32とを具える。ここでは、外側コア部32は、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成されている。ケース4Aは、底部40と壁部41とが一体に成形された箱体である。リアクトル1Aの特徴とするところは、コイル2と、ケース4Aに固定されて、ケース4Aの底部40の一部を構成する放熱台部5Aとが樹脂モールド部21によって一体に保持されたコイル部品20Aを具える点にある。以下、各構成を詳細に説明する。
【００４４】
(コイル部品)
コイル部品20Aは、図2,図3を参照して説明する。実施形態1のリアクトル1Aに具えるコイル部品20Aは、コイル2と、放熱台部5Aと、磁性コア3を構成する内側コア部31と、これらを一体に保持する樹脂モールド部21とを具える。
【００４５】
<コイル>
コイル2は、1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる複数のターンから構成されるコイル素子を具える。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、絶縁材料(代表的にはポリアミドイミドといったエナメル材料)からなる絶縁被覆を具える被覆線が好適である。導体は、横断面形状が長方形状である平角線、円形状である丸線、多角形状である異形線などの種々の形状のものを利用できる。ここでは、コイル(コイル素子)2は、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメルからなる被覆平角線をエッジワイズ巻きにして形成されたエッジワイズコイルとしている。エッジワイズコイルは、占積率を高めて小型なコイルとし易く、リアクトルの小型化に寄与する。
【００４６】
コイル(コイル素子)2の端面形状は、適宜選択することができる。ここでは、端面は、直線と円弧とを組み合わせて構成されるレーストラック状であり、コイル2の外周面の少なくとも一部が平面で構成される。ここで、実施形態1のリアクトル1Aは、ケース4Aにおいて平面で構成された外底面40o(図1(B))に対して、コイル2の軸が平行するようにケース4Aにコイル2が収納された横型収納形態である。横型収納形態では、コイル2の外周面のうち上記平面をケース4の外底面40oに平行に配置することで、コイル2を安定して配置できると共に、コイル2の外周面から外底面40oまでの距離が短い領域を多くすることでき、放熱性を高められる。従って、横型収納形態では、上述のレーストラック状のように外周面の少なくとも一部が平面で構成されたコイルが好ましい。その他の形状として、例えば、端面が多角形(例えば、長方形など)で各角部を丸めた形状のコイル(後述の図7参照)などを好適に利用できる。一方、コイル2の端面形状を円形や楕円などの実質的に曲線のみからなる形状とすると、巻線に平角線を用いた場合でも巻回し易く、コイルの製造性に優れる。円筒状のコイルでも放熱台部5Aを具えることで、コイルを安定して配置することができる。
【００４７】
コイル2を形成する巻線2wにおいて各端部側の領域は、図3に示すようにターン部分から適宜引き延ばされ、銅やアルミニウムなどの導電性材料からなる端子部材(図示せず)が接続される。端子部材を介して、コイル2に電力が供給される。実施形態1では、巻線2wの一端部側の領域をコイル2の一端側において径方向に引き延ばし、巻線2wの他端部側の領域をコイル2の一端側に向かって折り返し、同様に径方向に引き延ばしている(図3では巻線2wの両端部共に上方に引き延ばしている)。こうすることで、巻線2wの両端部をコイル2の一端側に配置でき、端子部材などの取り付けを行い易い。巻線2wの各端部の引き出し方向は適宜選択することができる。例えば、後述する実施形態2に示すように、巻線2wの各端部をコイル2の一端側及び他端側にそれぞれ引き出すことができる(図5)。なお、巻線2wの両端部は、ケース4Aから露出させた形態が代表的であるが、ケース4A内に収納することもできる。
【００４８】
コイル2においてターン部分から延ばされた巻線2wの引出箇所には、ターン部分に比較して、高電圧が加わる場合がある。従って、巻線2wの引出箇所のうち、少なくとも磁性コア3(外側コア部32)(図1)との接触部分に絶縁物を配置すると、コイル2と磁性コア3(特にここでは外側コア部32)との間の絶縁性を高められる。ここでは、図1,図2に示すように、巻線2wの引出箇所を樹脂モールド部21によって覆っている。その他、絶縁紙や絶縁テープ(例えば、ポリイミドテープ)、絶縁フィルム(例えば、ポリイミドフィルム)などを適宜巻き付けたり、絶縁性材料をディップコーティングしたり、絶縁性チューブ(熱収縮チューブ及び常温収縮チューブのいずれでもよい)を配置する形態が挙げられる。巻線2wの引出箇所を樹脂モールド部によって覆わない形態では、樹脂モールド部の外形を単純にできるため、コイル部品を成形し易く、樹脂モールド部によって覆う形態では、別途、絶縁物を配置する必要がなく、工程数を低減できる。
【００４９】
<内側コア部>
コイル2の内部に挿通配置される内側コア部31は、図3(B)に示すようにコイル2の内周形状に沿った外形を有する柱状体である。ここでは内側コア部31は、軟磁性金属粉末を利用した圧粉成形体から構成している。詳細は、後述する。
【００５０】
<放熱台部>
放熱台部5Aは、コイル2の表面の一部を覆うように配置され、この配置状態が樹脂モールド部21によって維持される(図2)。放熱台部5Aは、リアクトル1Aを組み立てた状態において、ケース4Aの底部40(図1)に固定されて、ケース4Aの一部を構成すると共に、コイル2を支持しつつ、放熱経路として機能する。
【００５１】
放熱台部5Aは、コイル2に近接配置されるため、その構成材料は、非磁性材料とする。かつ、放熱台部5Aは、コイル2の放熱経路に利用されるため、その構成材料は、一般に熱伝導性に優れる金属材料とする。放熱台部5Aの構成材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金が挙げられる。列挙した非磁性金属は、軽量であるため、軽量化が望まれる車載部品の構成材料に適する。放熱台部5Aが金属から構成されることで、鋳造や切削加工、塑性加工などにより、所望の形状の放熱台部を容易に製造できる。ここでは、放熱台部5Aは、アルミニウム合金から構成している。
【００５２】
放熱台部5Aは、図3(A)に示すように、矩形板状の部材であり、放熱台部5Aにおけるコイル2の軸方向に沿った長さが、コイル2の軸方向の長さに略等しく、コイル2の全長に亘って、コイル(コイル素子)2の外周面に沿って配置される。コイル2の外周面に対向する一面：支持面50は、コイル2の外周面に沿った形状であり、レーストラック状のコイル2の外周面と同様に曲面と平面とで構成されている。支持面50は、コイル2の外周面の一部、ここでは設置側(図3(A)において下方側)の領域を覆うことが可能な面積を有する。支持面50との対向面:設置面50d(図1(B)において下面)は、平面で構成され、平面で構成されたケース4Aの内底面に接する(図1(B))。放熱台部5Aの各端面50eは、中央部分が薄く、両縁側に向かって厚くなった]状であり、各側面50sは、長方形状の平面で構成されている。
【００５３】
放熱台部5Aの各角部には、放熱台部5Aをケース4A(図1(B))に固定するためのボルト(締結部材)100が螺合される固定孔51を有し、図3(A)に示すように固定孔51の形成部分が側面50sから突出している。放熱台部5Aをケース4Aに固定や位置決めできれば、固定孔51の個数は適宜選択することができる。ボルト100による固定構造とすることで、ケース4Aに対するコイル部品20Aの位置を十分に維持できる。
【００５４】
放熱台部は、上述の固定孔を有していない形態とすることができる。例えば、放熱台部の設置面をケースに接して配置する形態とすると、ボルトが不要であり、部品点数の低減、締付作業の省略が可能であり、組立作業性に優れる。又は、放熱台部は、接着剤によってケースに固定する形態とすると、(1)部品点数の低減、(2)放熱台部とケースとの密着性の向上、(3)ケースに対するコイル部品の配置状態の維持、といった利点を有する。
【００５５】
又は、放熱台部とケースとの双方に係合部を具える形態とすることができる。例えば、後述する実施形態2のようにケース4Bに台溝401(図5(B))を具え、放熱台部5Bの少なくとも一部を台溝401に嵌め込む形態、ケースに突起を具え、放熱台部に上記突起が嵌め込まれる貫通孔や凹部を具える形態、ケースに凹部を具え、放熱台部にこの凹部に嵌め込まれる突起を具える形態、これらを組み合わせた形態などが挙げられる。更に、上述した接着剤を併用することができる。これらの形態はいずれも、ケースに対するコイル部品の位置決めを容易に行える上に、コイル部品の位置を維持できる。その他、ケースに位置決め突起を具え、放熱台部の一部を突起に接触させることで位置決めする形態とすることもできる。
【００５６】
コイル2の外周の実質的に全体が後述する樹脂モールド部21に覆われることで、コイル2と放熱台部5Aとの間には、樹脂モールド部21の構成樹脂が介在する。そのため、主として金属材料から構成される両者間の絶縁性を高められる。ここでは、放熱台部5Aの支持面50がコイル2の外周面に沿っていることで、コイル2と支持面50間に樹脂モールド部21の構成樹脂が均一的な厚さで存在する(図1(B))。
【００５７】
放熱台部5Aの表面の少なくとも一部、特に、後述する樹脂モールド部21に覆われる領域には、粗面化処理を施すと、放熱台部5Aと樹脂モールド部21の構成樹脂との密着性を高められて好ましい。特に、コイル2と放熱台部5Aとの密着性を高めるために、放熱台部5Aにおいてコイル2の外周面を覆う支持面50の少なくとも一部に粗面化処理が施されていることが好ましい。
【００５８】
粗面化処理は、例えば、最大高さが1mm以下、好ましくは0.5mm以下となるような微細な凹凸を設ける処理が挙げられる。具体的には、(1)アルマイト処理に代表される陽極酸化処理、(2)公知の手法による針状めっき、(3)公知の手法による分子接合化合物の植え付け、(4)レーザによる微細な溝加工、(5)公知の特殊溶液を用いたナノオーダーのディンプル形成、(6)エッチング処理、(7)サンドブラストやショットブラスト、(8)鑢がけ、(9)水酸化ナトリウムによる艶消し処理、(10)金属ブラシによる研削など、金属と樹脂との密着性を高めるための公知の手法を利用することができる。このような粗面化による表面積の増大によって、放熱性の向上も期待できる。
【００５９】
その他、一般的な金属に対する切削加工により、溝(後述の実施形態2)や穴を形成したり、鋳造や塑性加工などにより、表面を凹凸形状としたりすることで、放熱台部5Aの表面積を大きくすることでも、放熱台部5Aと樹脂モールド部21の構成樹脂との接触面積の増大による密着性の向上や放熱性の向上を期待できる。
【００６０】
放熱台部5Aにおいて樹脂モールド部21によって覆われる領域が広いほど、放熱台部5Aと樹脂モールド部21との密着性を高められ、結果として、放熱台部5Aと共にコイル2も樹脂モールド部21に強固に保持される。ここでは、放熱台部5Aは、ケース4Aとの接触面である設置面50dを除いて、樹脂モールド部21に覆われている。設置面50dが樹脂モールド部21から露出されていることで、放熱台部5Aからケース4Aに熱を伝え易く、放熱性に優れる。その他、端面50eや側面50sの一部又は全部が樹脂モールド部21から露出された形態などとすることができる。
【００６１】
<樹脂モールド部>
樹脂モールド部21は、コイル2の表面の少なくとも一部を覆って、コイル2を一定の形状に保持する。コイル2は、樹脂モールド部21によって伸縮せず、組立時などで取り扱い易い。また、ここでは、樹脂モールド部21は、コイル2を自然長よりも圧縮した状態に保持する機能も有する。そのため、コイル2は、その長さが自然長よりも短く、小型である。更に、樹脂モールド部21は、絶縁性樹脂から構成されて、コイル2の表面を覆うことで、コイル2とその周辺部材(磁性コア3や放熱台部5A)との間の絶縁性を高める機能も有する。そして、樹脂モールド部21は、コイル2と放熱台部5Aとを一体に保持する部材としても機能する。実施形態1のリアクトル1Aでは、更に、樹脂モールド部21は、コイル2と、放熱台部5Aと、内側コア部31とを一体に保持する。従って、リアクトル1Aは、このようなコイル部品20Aを利用することで、組立部品の点数が少なく、組立作業性に優れる。
【００６２】
ここでは、樹脂モールド部21は、コイル2と、コイル2内に挿通配置された内側コア部31と、コイル2の外周面の一部を覆うように配置される放熱台部5Aとの組物において、上述した端子部材が接続される巻線2wの両端部、及び放熱台部5Aの設置面50dを除いた箇所を覆う。つまり、コイル2は、内周面及び外周面、並びに一対の端面、巻線2wの引出箇所の一部、内側コア部31は、外周面の全体、放熱台部5Aは、支持面50及び側面50s並びに端面50eの全体が樹脂モールド部21によって覆われている。
【００６３】
樹脂モールド部21の被覆領域は、適宜選択することができる。例えば、コイル2のターン部分の一部が樹脂モールド部21によって覆われず、露出された形態とすることができる。具体的には、コイル2と放熱台部5Aとの間にのみ樹脂モールド部21の構成樹脂が介在する形態としても、コイル2の形状の維持、両者間の絶縁などを行える。又は、コイル2の外周のうち、少なくとも外側コア部32を構成する複合材料に覆われる箇所が樹脂モールド部21の構成樹脂によって覆われた形態としても、コイル2の形状の維持、コイル2と磁性コア3(外側コア部32)との間の絶縁を行える。しかし、本例のように、コイル2の実質的に全部を被覆する形態とすると、コイル2と磁性コア3間、及びコイル2と放熱台部5A間に樹脂モールド部21の構成樹脂が介在することで、コイル2と磁性コア3及び放熱台部5Aと間の絶縁性を高められる。また、樹脂モールド部21によるコイル2の被覆領域が多いほど、コイル2の形状を保持し易い。
【００６４】
ここでは、内側コア部31の両端面31e及びその近傍が樹脂モールド部21に覆われずに露出され、後述する外側コア部32を構成する複合材料と接触する形態であるが、少なくとも一方の端面31eが樹脂モールド部21に覆われた形態とすることができる。このとき、内側コア部31の端面31e上に存在する樹脂は、ギャップとして利用できる。
【００６５】
樹脂モールド部21の厚さは、適宜選択することができ、例えば、0.1mm〜10mm程度が挙げられる。樹脂モールド部21の厚さが厚いほど、絶縁性を高められ、薄いほど、放熱性を高められる上にコイル部品の小型化を図ることができる。薄くする場合、上記厚さは、0.1mm〜3mm程度が好ましく、所望の絶縁強度などを満たす範囲で適宜選択するとよい。また、被覆箇所の全域に亘って厚さが同じである形態、部分的に厚さが異なる箇所を有する形態のいずれも利用することができる。例えば、図1(B)に示すように、樹脂モールド部21において、放熱台部5Aのみを覆う箇所の厚さを比較的薄く、コイル2を覆う箇所の厚さを比較的厚くすると、コイル2と磁性コア3間の絶縁性、コイル2と放熱台部5A間の絶縁性を効果的に高められる。ここでは、樹脂モールド部21においてコイル2の表面を覆う箇所の厚さを均一的とし、放熱台部5Aのみを覆う箇所の厚さも薄いものの均一的にしている。従って、コイル部品20Aの外形は、コイル2と、内側コア部31と、放熱台部5Aとを組み合わせた組物と相似形状である。なお、コイル2と内側コア部31間に介在される樹脂モールド部21の構成樹脂によって、コイル2と内側コア部31とは同軸に配置されている。
【００６６】
樹脂モールド部21を構成する絶縁性樹脂は、コイル2と磁性コア3間、コイル2と放熱台部5A間を十分に絶縁可能な程度の絶縁特性と、リアクトル1Aの使用時における最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性とを有し、トランスファー成形や射出成形などが可能な樹脂が好適に利用できる。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、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上記樹脂に混合したものを樹脂モールド部21に利用すると、絶縁性を向上できる上に、放熱性も高められる。特に、熱伝導率が1W/m・K以上、更に2W/m・K以上を満たすものを樹脂モールド部21に利用すると放熱性に優れて好ましい。ここでは、樹脂モールド部21は、フィラーを含有したエポキシ樹脂(熱伝導率:2W/m・K)を利用している。
【００６７】
コイル部品20Aの製造には、例えば、特開2009-218293号公報に記載される製造方法を利用できる。射出成形やトランスファー成形、注型成形などの種々の成形方法によってコイル部品20Aを製造することができる。より具体的には、コイル2、内側コア部31、及び放熱台部5Aを成形用金型に収納し、所望の厚さの樹脂で覆われるように適宜な支持部材を配置して樹脂モールド部21を成形することによって、コイル部品20Aを製造できる。
【００６８】
コイル部品20Aの製造にあたり、コイル2と内側コア部31間の間隔を保持するための間隔保持部材(図示せず)を配置すると、成形用金型の構成を簡易にし易い。間隔保持部材は、例えば、内側コア部31の外周に配置される筒状部材(短くてもよい。複数の分割片を組み合わせて筒状になるものでもよい)、上記筒状部材と筒状部材の周縁から外方に突出する1つ又は複数の平板状のフランジ部とを具える断面L字状の環状部材、コイル2と内側コア部31間に配置される板部材などが挙げられ、これらを組み合わせて利用してもよい。間隔保持部材は、樹脂モールド部21の構成樹脂によってコイル2などに一体化されることから、上述したPPS樹脂、LCP、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂によって構成すると、コイル2と内側コア部31間の絶縁性を高められる。上述の筒状部材や環状部材を利用する場合、コイル2と内側コア部31間に樹脂モールド部21の構成樹脂が十分に充填されるように、一部を薄くしたり、切れ込みを設けるなど、形状や厚さなどを調整する。
【００６９】
(磁性コア)
磁性コア3は、上述のように柱状の内側コア部31(図3(B))と、内側コア部31の少なくとも一方の端面31e(ここでは両端面)、及びコイル2の外周側に配置されて、コイル部品20Aの外周面をほぼ覆う外側コア部32(図1)とを具え、コイル2を励磁した際に閉磁路を形成する。
【００７０】
<内側コア部>
ここでは、内側コア部31は、コイル2の軸方向の長さよりも若干長いため、コイル2内に挿通配置された状態において、両端面31e及びその近傍の外周面がコイル2の端面から若干突出しており(図2)、この状態が樹脂モールド部21によって維持されている。内側コア部31においてコイル2の各端面から突出する長さ(以下、突出長さと呼ぶ)は、適宜選択することができる。ここでは、突出長さを等しくしているが、異ならせてもよいし、コイル2のいずれか一方の端面からのみ突出部分が存在するように、内側コア部の長さやコイルに対する内側コア部の配置位置を調整することができる。内側コア部の長さがコイルの長さと同等以上であると、コイル2がつくる磁束を内側コア部31に十分に通過させられる。
【００７１】
磁性コア3はその全体が一様な材質から構成された形態とすることができるが、ここでは、部分的に材質が異なっている。内側コア部31は、圧粉成形体、外側コア部32は、複合材料から構成されている。
【００７２】
圧粉成形体は、代表的には、原料粉末を加圧成形後、適宜熱処理を施すことで製造され、複雑な立体形状であっても、比較的容易に成形することができる。原料粉末には、鉄基材料(鉄族金属や鉄合金)や希土類金属などの軟磁性材料からなる金属粒子の表面にシリコーン樹脂やリン酸塩などからなる絶縁被覆を具える被覆粉末やフェライト粉末、更に熱可塑性樹脂などの樹脂や高級脂肪酸などの添加剤(代表的には、熱処理によって消失、又は絶縁物に変化するもの)を適宜混合した混合粉末が挙げられる。上述の製造方法によって、軟磁性粒子間に絶縁物が介在する圧粉成形体が得られる。この圧粉成形体は、絶縁性に優れるため、渦電流損を低減できる。また、圧粉成形体は、原料の軟磁性粉末を多くしたり、成形圧力を高めたりするなど、原料や製造条件を調整することで、外側コア部32を構成する複合材料よりも飽和磁束密度を高め易い。圧粉成形体は、公知のものを利用することができる。
【００７３】
柱状の内側コア部31は、所望の形状の金型を用いて成形した一体物としたり、圧粉成形体からなる複数のコア片を積層した積層体としたりすることができる。積層体は、接着剤や接着テープなどで固定して一体物とすることができる。ここでは、内側コア部31は、ギャップ材やエアギャップが介在していない中実体としている。
【００７４】
<外側コア部>
ここでは、外側コア部32は、ケース4Aの内周面と、ケース4Aに収納されたコイル部品20Aの外周面とがつくる空間に沿った形状である。コイル部品20Aにおいて、ケース4Aと接触する設置面50d、及び巻線2wの両端部を除く領域は、外側コア部32に覆われている。外側コア部32の一部が内側コア部31の両端面31eに連結するように設けられていることで、磁性コア3は閉磁路を形成する。
【００７５】
外側コア部32を構成する複合材料は、代表的には、射出成形、トランスファー成形、MIM(Metal  Injection  Molding)、注型成形、磁性体粉末と粉末状の固体樹脂とを用いたプレス成形などにより製造することができる。射出成形は、磁性体粉末と樹脂とを含む混合物を所定の圧力をかけて成形型に充填して成形した後、上記樹脂を硬化することで複合材料が得られる。トランスファー成形やMIMも原料を成形型に充填して成形を行う。注型成形では、上記混合物を、圧力をかけることなく成形型又はケース4Aに注入して成形・硬化することで複合材料が得られる。
【００７６】
成形型を利用して複合材料を別途形成する場合、原料の充填時間が短く、複合材料を大量生産でき、生産性に優れる。この形態では、離型した複合材料からなる成形体をコイル部品20Aに組み付けて、ケース4Aに収納し、放熱台部5Aをケース4Aに固定することでリアクトル1Aが得られる。また、この形態では、複合材料同士や、内側コア部31と外側コア部32とを接着剤によって接合することができる。更に、この形態では、外側コア部32とケース4Aの壁部41間に接着剤や封止樹脂(後述)などを充填して、両者の密着性を高めることができる。この形態では、例えば、断面]状の複合材料を複数作製し、これらを組み合わせる形態とすると、コイル部品20Aを容易に覆うことができる。断面]状の複合材料の内面形状は、コイル部品20Aの外形に沿った形状とすると、磁路を十分に確保できる。複合材料の内面形状をコイル部品20Aに正確に沿った形状でなく、大まかに沿った単純な形状(例えば、複数の複合材料を組み合わせてできる内部空間が直方体状、など)とすると、複合材料の成形性に優れる。
【００７７】
一方、ケース4Aを成形型に利用して、原料をケース4Aに直接充填して複合材料を形成する場合、(1)上述の成形工程や組み付け工程、磁性コア3の接合工程を省略できる、(2)コイル部品20Aが複雑な形状であっても、コイル部品20Aに沿った形状の外側コア部32を容易に成形できる、(3)ケース4Aと複合材料とを密着させ易い、特に、ケース4Aの内面にも、放熱台部5Aと同様に上述の粗面化処理を施すと、ケース4Aと外側コア部32との接触面積を増大して、放熱性を高められる、(4)原料の充填中にケース4A内の収納物の位置がずれ難い、といった利点を有する。
【００７８】
外側コア部32を構成する複合材料中の磁性体粉末は、上述した内側コア部31を構成する軟磁性粉末と同様の組成でも異なる組成でもよい。同じ組成の場合でも、複合材料は、非磁性材料である樹脂を含有することから、圧粉成形体よりも飽和磁束密度が低く、かつ比透磁率も低くなる。従って、外側コア部32を複合材料によって構成することで、圧粉成形体から構成された内側コア部31よりも比透磁率を低くすることができる。また、内側コア部31が圧粉成形体であることで、コイル2の外周に配置される上述の複合材料と比較して、飽和磁束密度を高め易い。
【００７９】
複合材料中の磁性体粉末は、単一種でも、材質の異なる複数種の粉末を含有していてもよい。外側コア部32を構成する複合材料では、純鉄粉などの鉄基粉末が好ましい。また、複合材料でも、圧粉成形体の場合と同様に被覆粉末であると、軟磁性粒子間の絶縁性を高められ、渦電流損を低減できる。
【００８０】
複合材料中の磁性体粉末の平均粒径は、1μm以上1000μm以下、特に10μm以上500μm以下が挙げられる。また、磁性体粉末は、粒径が異なる複数種の粉末(粗大粉末及び微細粉末)を含むと、飽和磁束密度が高く、低損失なリアクトルを得易い。なお、複合材料中の磁性体粉末は、原料の粉末と実質的に同じである(維持されている)。平均粒径が上記範囲を満たす粉末を原料に用いると、流動性に優れ、射出成形などを利用して複合材料を生産性よく製造することができる。
【００８１】
外側コア部32を構成する複合材料中の磁性体粉末の含有量は、複合材料を100％とするとき、40体積％以上70体積％以下が挙げられる。磁性体粉末が40体積％以上であることで、磁性成分の割合が十分に高いため磁性コア3全体の飽和磁束密度といった磁気特性を高め易い。磁性体粉末が70体積％以下であると、複合材料の製造性に優れる。
【００８２】
複合材料中のバインダとなる樹脂は、代表的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。その他、PPS樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、低温硬化性樹脂を利用することができる。
【００８３】
磁性体粉末及び樹脂に加えて、アルミナやシリカなどのセラミックスといった非磁性体からなる粉末(フィラー)を含有する複合材料とすることができる。フィラーは、放熱性の向上、磁性体粉末の偏在の抑制(均一的な分散)に寄与する。また、フィラーが微粒である場合、磁性体粒子間に介在することで、フィラーの含有による磁性体粉末の割合の低下を抑制できる。フィラーの含有量は、複合材料を100質量％とするとき、0.2質量％以上20質量％以下、更に0.3質量％以上15質量％以下、特に0.5質量％以上10質量％以下であると、上述の効果を十分に得られる。
【００８４】
ここでは、外側コア部32は、平均粒径75μm以下の鉄基材料(純鉄)からなる粒子の表面に絶縁被膜を具える被覆粉末とエポキシ樹脂との複合材料から構成されている(複合材料中の純鉄粉の含有量:40体積％)。また、外側コア部32もギャップ材やエアギャップを介在していない。従って、磁性コア3は、その全体に亘ってギャップを有していない。ギャップを有さないことで、(1)小型化、(2)損失の低減、(3)大電流の通電時におけるインダクタンスの低下の低減、を図ることができる。なお、磁性コア3は、アルミナ板などの非磁性材料からなるギャップ材やエアギャップを介在した形態とすることができる。
【００８５】
外側コア部32は、閉磁路が形成できれば、その形状は特に問わない。この例のようにコイル部品20Aの概ね全周が複合材料によって覆われた形態は、複合材料(外側コア部32)によって、コイル部品20Aの外部環境からの保護や機械的保護の強化を図ることができる。また、コイル2だけでなく、外側コア部32も放熱台部5A(図1(B))に接することができるため、外側コア部32からの熱も放熱台部5Aを介して、ケース4A外部に伝えられる。
【００８６】
コイル部品20Aの一部が複合材料から露出された形態とすることができる。例えば、コイル2(コイル部品20A)の外周面において、ケース4Aの開口側に配置される領域を露出させた形態は、放熱性を高められると期待される。
【００８７】
<磁気特性>
上述のように構成材料が異なることで、磁性コア3は、部分的に磁気特性が異なっている。ここでは、内側コア部31は、外側コア部32よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部32は、内側コア部31よりも比透磁率が低い。具体的には、圧粉成形体から構成される内側コア部31は、飽和磁束密度:1.6T以上、かつ外側コア部32の飽和磁束密度の1.2倍以上、比透磁率:100以上500以下、複合材料から構成される外側コア部32は、飽和磁束密度:0.6T、かつ以上内側コア部31の飽和磁束密度未満、比透磁率:5以上50以下、好ましくは10以上30以下、内側コア部31及び外側コア部32からなる磁性コア3全体の比透磁率は10以上100以下である。内側コア部の飽和磁束密度が高い形態は、全体の飽和磁束密度が均一的な磁性コアと同じ磁束を得る場合、内側コア部の断面積を小さくできるため、リアクトルの小型化に寄与することができる。この形態では、内側コア部31の飽和磁束密度は、1.8T以上、更に2T以上が好ましく、外側コア部32の飽和磁束密度の1.5倍以上、更に1.8倍以上が好ましい。圧粉成形体に代えて、珪素鋼板に代表される電磁鋼板の積層体を利用すると、内側コア部の飽和磁束密度を更に高め易い。一方、外側コア部32の比透磁率を内側コア部31よりも低くすると、磁気飽和を抑制できるため、例えば、ギャップレス構造の磁性コア3とすることができる。ギャップレス構造の磁性コア3とすると、漏れ磁束を低減できる。
【００８８】
(ケース)
コイル部品20Aと外側コア部32(磁性コア3)との組物を収納するケース4Aは、ここでは、板状の底部40(図1(B))と、底部40から立設される枠状の壁部41とが一体に成形された容器であり、底部40との対向側が開口したものである。底部40の外底面40oは、平面で構成され、リアクトル1Aが冷却ベースといった設置対象に設置されたとき、その少なくとも一部(ここでは全体)が設置対象に接して冷却される冷却面となる。なお、外底面40oの一部に設置対象に接触しない領域(平面でも曲面でもよい)が存在することを許容する。また、図1では、外底面40oが下方に配置された形態を示すが、側方(図1において左右)や上方に配置される場合がある。
【００８９】
ここでは、ケース4Aは、底部40にボルト100が挿通されるボルト孔が設けられており、底部40に配置されたコイル部品20Aの固定孔51とこのボルト孔とにボルト100を螺合することで、コイル部品20Aがケース4Aに固定され、放熱台部5Aは、底部40に一体化される。
【００９０】
ここでは、ケース4Aの形状は、底部40が矩形板から構成され、壁部41が矩形枠状としているが、収容物の形状などに応じて適宜選択することができる。ケース4Aの大きさも、ケース4Aの収納物に応じて適宜選択することができる。また、ここでは、底部40の表裏面(内底面及び外底面40o)を平面としているが、上述のように係合部などを具えて、凹凸形状とすることができる。
【００９１】
ケース4Aは、収納物の外部環境(粉塵や腐食など)からの保護や機械的保護を図る他、放熱経路として利用できるように、その構成材料は、熱伝導性に優れる材料、特に、磁性コア3を構成する磁性体粉末よりも熱伝導率が高い材料が好ましい。また、非磁性、かつ導電性材料から構成されたケースとすると、ケース外部への漏れ磁束を防止できる。従って、ケース4Aの構成材料には、放熱台部5Aと同様な非磁性金属材料(上述のアルミニウムなど)が利用できる。ケース4Aの構成材料と放熱台部5Aの構成材料とは同じでも、異なっていてもよい。ここでは、ケース4Aは、アルミニウム合金から構成している。
【００９２】
ケース4Aを成形型として、注型成形によって外側コア部32を構成する複合材料を成形する場合などでは、ケース4Aの内面の少なくとも一部、好ましくは50面積％以上、更に80面積％以上の領域に微細な凹凸を有する形態とすると、複合材料とケース4Aとの密着性を高められ、放熱性を向上できる。微細な凹凸の形成には、上述した粗面化処理を利用することができる。
【００９３】
その他、ケース4Aは、リアクトル1Aを設置対象に固定するための取付部400を具える。取付部400は、底部40の周縁から壁部41の外方に突出する突片である。この突片にボルトなどの締結部材(図示せず)が挿通されるボルト孔を有する。ここでは、矩形状のケース4Aにおいて各角部に取付部400を具える。取付部400を具えることで、リアクトル1Aを設置対象に容易に固定できる。取付部400の取付位置、個数、形状などは適宜選択することができる。取付部400を有しない形態とすることもできる。
【００９４】
また、ケース4Aは、その開口部を覆うように図2に示す蓋部6Aが配置される。蓋部6Aを具えることで、ケース4Aの収納物の脱落防止、収納物の保護が行える上に、蓋部6Aをケース4Aの構成材料と同様に非磁性、導電性材料によって構成することで、漏れ磁束を防止できる。更に、蓋部6Aをケース4Aと同様に金属材料といった熱伝導性に優れる材料によって構成することで、放熱性の向上も期待できる。
【００９５】
ここでは、蓋部6Aは、ケース4Aの開口部の形状に応じた矩形状の板材であり、巻線2wの各端部が挿通される巻線孔60を具える。また、ここでは、ケース4Aは、蓋部6Aを固定するボルト110が螺合する蓋台406を壁部41に一体に具える。蓋部6Aは、ボルト110が挿通されるボルト孔が設けられた突片を具える。ここでは、壁部41を構成する四面の各面に一つずつ蓋台406を具え、蓋部6Aの突片は、蓋部6Aをケース4Aに配置したとき、蓋台406に対応した位置に設けている。蓋台406及び突片の形成箇所・個数は適宜選択できる(図4では2個の蓋台406を具える例を示す)。
【００９６】
(用途)
上記構成を具えるリアクトル1A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できる。
【００９７】
(リアクトルの大きさ)
車載部品とする場合、リアクトル1Aは、ケース4Aを含めた容量が0.2リットル(200cm3)〜0.8リットル(800cm3)程度であることが好ましい。本例では、約540cm3である。
【００９８】
(リアクトルの製造方法)
リアクトル1Aは、例えば、以下のようにして製造することができる。ここでは、まず、図3に示すコイル2と内側コア部31と放熱台部5とをそれぞれ用意し、樹脂モールド部21(図2)によって一体に成形したコイル部品20A(図2)を作製する。
【００９９】
次に、ケース4Aを成形型とし、外側コア部32を注型成形によって製造する場合には、図2に示すようにコイル部品20Aをケース4Aに収納して、ボルト100(図1(B))によって放熱台部5Aをケース4Aに固定する。放熱台部5Aの設置面50d又はケース4Aの内底面に、適宜、接着剤やグリースを塗布しておいてもよい(後述の別途複合材料を作製する場合、及び後述する実施形態についても同様)。放熱台部5Aとケース4Aとの間にグリースなどを介在させると、両者間に空気が介在し難くなって両者が密着でき、放熱性を高められる。そして、外側コア部32の原料となる磁性体粉末及び樹脂、適宜結合剤や非磁性体粉末を用意して混合物を作製し、成形型となるケース4Aにこの混合物を充填した後、樹脂を硬化する。このとき、コイル部品20Aは、ボルト100によってケース4Aに固定されていることで、樹脂が硬化するまでの間にケース4A内で移動せず、外側コア部32を精度よく成形できる。この工程により、蓋部6Aを有していないリアクトルが得られる。なお、図2では、外側コア部32を省略している。
【０１００】
一方、外側コア部32を別途作製した複合材料からなる成形体とする場合には、所定の形状の複合材料(成形体)を用意して、コイル部品20Aの外周に複合材料を組み付ける。複合材料からなる成形体は、コイル部品20Aに具える放熱台部5Aの設置面50dが露出されるように成形する。そして、得られた組合体をケース4Aに収納し、ボルト100(図1(B))によって放熱台部5Aをケース4Aに固定する。この工程により、蓋部6Aを有していないリアクトルが得られる。また、ケース4Aを成形型とせず、複合材料からなる成形体を利用する場合、ケース4A内に封止樹脂を充填した形態とすることができる。封止樹脂によって、複合材料からなる成形体同士の固定、成形体とコイル部品との固定などを行える。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の絶縁性樹脂が挙げられる。絶縁性や放熱性に優れるフィラーを含有する樹脂を封止樹脂に利用すると、コイルや磁性コアとケースとの間の絶縁性、放熱性を向上できる。封止樹脂の材質や厚さによっては、振動の防止や騒音の防止の効果も得られる。
【０１０１】
次に、ケース4Aの開口部に蓋部6Aを配置して、ボルト110を締め付けることで、リアクトル1A(図1)が得られる。
【０１０２】
(効果)
リアクトル1Aは、コイル2と放熱台部5Aとが樹脂モールド部21によって一体に保持され、かつこの放熱台部5Aをケース4Aの底部の一部にすることから、ケース4Aに対して、コイル2を安定して配置することができる。特に、リアクトル1Aのように横型収納形態であっても、コイル2を安定に配置できる。そして、この放熱台部5Aを介して、コイル2の熱を効率よく設置対象に伝えられる。従って、リアクトル1Aは、磁性コア3の一部(ここでは外側コア部32)が磁性体粉末と樹脂とを含有する複合材料から構成されており、この複合材料にコイル2が覆われていても、放熱性に優れる。
【０１０３】
特に、実施形態1のリアクトル1Aは、上述のように横型配置形態であるため、コイル2の外周面において設置対象までの距離が短い領域が多い。また、リアクトル1Aは、放熱台部5Aがコイル2の外周面に沿った支持面50を具えることからも、コイル2の熱を放熱台部5Aに伝え易い。更に、リアクトル1Aでは、放熱台部5Aがボルト100といった締付部材によってケース4Aに強固に固定されており、放熱台部5Aを介してコイル2の熱を設置対象に伝え易い。これらの点からもリアクトル1Aは、放熱性に優れる。
【０１０４】
また、放熱台部5Aは非磁性材料から構成されることで、コイル2に近接配置されていても、磁気的影響を与え難い。更に、放熱台部5Aを具えることで、ケース4Aを単純な形状にすることができ、ケース4Aを成形し易い。加えて、絶縁性樹脂から構成される樹脂モールド部21によって、主たる構成材料が金属であるコイル2と放熱台部5A間の絶縁を確保することができる。また、リアクトル1Aは、コイル部品20Aを構成要素とすることで、コイル2を扱い易い上に、組立部品の点数が少なく、組立作業性にも優れる。特に、リアクトル1Aでは、コイル部品20Aが磁性コア3の一部(内側コア部31)をも一体に保持することから、組立作業性に更に優れる。
【０１０５】
その他、磁性コア3の少なくとも一部(ここでは外側コア部32)が上述の複合材料であることで、以下の効果を奏する。
(1)コイル2・内側コア部31・放熱台部5Aが一体化されたコイル部品20Aを覆うといった複雑な形状であっても、外側コア部32を容易に形成できる。
(2)ケース4Aを成形型とした注型成形とすると、外側コア部32の形成と同時に磁性コア3を形成できるため、製造工程が少なく、生産性に優れる。
(3)外側コア部32の構成樹脂により内側コア部31と外側コア部32とを接合することができる。また、ボルト100を省略した場合でも、外側コア部32の構成樹脂によりコイル部品20Aとケース4Aとを接合することができる。
(4)外側コア部32の磁気特性を容易に変更可能である。
(5)コイル部品20A(コイル2)の外周を覆う材料が磁性体粉末を含有するため、樹脂だけの場合よりも熱伝導率が高く放熱性に優れる。
(6)外側コア部32の構成材料が樹脂を含むことで、蓋部6Aを有さない形態でも、コイル部品20Aの外部環境からの保護・機械的保護を図ることができる。
【０１０６】
[実施形態2]
図4,図5を参照して実施形態2のリアクトル1Bを説明する。実施形態2のリアクトル1Bの基本的構成は、実施形態1のリアクトル1Aと同様であり、一つの筒状のコイル素子を主体とするコイル2と内側コア部31(図5)と放熱台部5B(図5)とが樹脂モールド部21によって一体に保持されたコイル部品20Bが有底筒状のケース4Bに収納され、コイル部品20B(コイル2)の外周側が、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された外側コア部32によって覆われている。実施形態2のリアクトル1Bにおける実施形態1との主たる相違点は、放熱台部5Bの形状、及び放熱台部5Bとケース4Bとの配置状態にある。以下、相違点を中心に説明し、実施形態1と同様な構成及び効果は、説明を省略する。なお、図5(B)では、外側コア部32、ケース4B、及び放熱台部5Bのみを断面で示す。
【０１０７】
放熱台部5Bは、図5に示すように実施形態1の放熱台部5Aと同様に矩形板状の部材であり、コイル2(コイル素子)の外周面に沿った曲面と平面とで構成される支持面50と、平面で構成された設置面50d(図5(B)において下面)とを具える。放熱台部5Bは、固定孔51(図1(B))を有さないため、角部が出っ張っておらず、放熱台部5Aよりも単純な外形である。具体的には、端面が]状、設置面50d及び側面50sが長方形状であり、いずれも平面で構成されている。但し、支持面50は、一方の端面から他方の端面に向かって設けられた直線状の樹脂溝52を具える。ここでは、一方の側面50sから他方の側面50sに向かって、複数の樹脂溝52が並列に設けられており、支持面50は凹凸形状となっている。これら樹脂溝52により、放熱台部5Bは、樹脂モールド部21の構成樹脂との接触面積を増大でき、その結果、コイル2と放熱台部5Bとが密着することができる。図5(B)に示すように、各樹脂溝52には、樹脂モールド部21の構成樹脂が充填される。ここでは、樹脂溝52は、切削加工によって形成している。樹脂溝52の形状及び個数は、適宜選択することができ、例えば、格子状や曲線状にしたり、一つのみにしてもよい。樹脂溝52に代えて、少なくとも一つの穴を設けても、同様の効果が得られる。
【０１０８】
ケース4Bは、実施形態1のケース4Aと同様に、底部40と壁部41とが一体に成形された直方体状の容器である。特に、ケース4Bでは、図5(B)に示すように底部40に、コイル部品20Bに具える放熱台部5Bの端面及び側面50sの一部が嵌め込まれる矩形状の台溝401を具える。この台溝401に放熱台部5Bの一部が嵌め込まれることで、コイル部品20Bは、ケース4Bに位置決めされると共に、その位置が維持される。ここでは、放熱台部5Bを台溝401に嵌め込んだとき、側面50sの一部が台溝401から露出されるように台溝401を設けている。台溝401の深さは、適宜変更することができ、例えば、放熱台部5B及びコイル2の一部が嵌め込まれる深さとすることができる。また、放熱台部5Bにおいて台溝401に嵌め込まれる領域(端面や側面50s)の一部を樹脂モールド部21から露出させて、台溝401に接する形態とすると、ケース4Bの構成金属と放熱台部5Bの構成金属とが直接接することで、放熱性を高められる。
【０１０９】
ケース4Bを成形型とし、外側コア部32を注型成形で形成する場合には、実施形態1と同様に、ケース4Bの台溝401に放熱台部5Bを嵌め込んでケース4Bに位置決めし、この状態で、ケース4Bに外側コア部32の原料の混合物を充填して、樹脂を硬化する。一方、外側コア部32を別途作製した複合材料からなる成形体とする場合には、複合材料(成形体)を組み付けたとき、放熱台部5Bにおいて台溝401に嵌め込まれる領域が露出されるように、複合材料を成形するとよい。
【０１１０】
実施形態2のリアクトル1Bは、放熱台部5Bにおいてコイル2の外周面を覆う箇所が凹凸形状であることで、コイル2と放熱台部5Bとが樹脂モールド部21によって十分に密着でき、放熱台部5Bを介してコイル2の熱を設置対象に効率よく伝えられる。また、リアクトル1Bでは、ケース4Bの底部40に放熱台部5Bが嵌め込まれて一体化することで、コイルからの熱を放熱台部5Bからケース4Bの外部に更に効率よく伝えられる。従って、リアクトル1Bは、放熱性により優れる。また、リアクトル1Bは、ボルト100(図1)を用いることなく、放熱台部5Bをケース4Bに位置決めでき、組立作業性に優れる。更に、放熱台部5Bの外形が単純な形状であることから、台溝401の形状も単純になり、コイル2の外形に沿った溝をケースの底部に形成する場合に比較して、台溝401を容易に形成できる。従って、リアクトル1Bは、ケース4Bの生産性にも優れる。
【０１１１】
その他、実施形態2のリアクトル1Bも、ケース4Bの開口部を覆う矩形板状の蓋部6Bを具える。蓋部6Bにおいて、実施形態1のリアクトル1Aに具える蓋部6Aと異なる点は、巻線孔60(図2)に代えて、巻線切欠61を具える点にある。このように蓋部6Bの仕様も適宜変更することができる。
【０１１２】
[実施形態3]
図6を参照して実施形態3のリアクトル1Cを説明する。実施形態3のリアクトル1Cの基本的構成は、実施形態1のリアクトル1Aと同様であり、一つの筒状のコイル素子を主体とするコイル2と内側コア部31と放熱台部5Aとが樹脂モールド部21によって一体に保持されたコイル部品20Cが有底筒状のケース4Cに収納され、コイル部品20C(コイル2)の外周側が、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料から構成された外側コア部32によって覆われている。また、リアクトル1Cもケース4Cの開口部を覆う矩形板状の蓋部6Cを具える。実施形態3のリアクトル1Cにおける実施形態1との主たる相違点は、放熱台部5Aに加えて、蓋側台部5Cを具える点にある。以下、相違点を中心に説明し、実施形態1と同様な構成及び効果は、説明を省略する。
【０１１３】
蓋側台部5Cは、実施形態1で説明した放熱台部5Aと同様のものであり、配置位置のみ異なる。つまり、蓋側台部5Cも、非磁性金属材料で構成されて、コイル2の外周面に沿った支持面を具える。そして、蓋側台部5Cは、コイル2の軸を中心として放熱台部5Aに対向するように配置されて、樹脂モールド部21によってコイル2に一体に保持されている。従って、リアクトル1Cに具えるコイル部品20Cは、コイル2と、放熱台部5Aと、蓋側台部5Cと、内側コア部31とが樹脂モールド部21によって一体化されている。
【０１１４】
コイル部品20Cがケース4Cに収納されたとき、コイル2の外周面において、設置側(図6において下方側)に放熱台部5Aが配置され、ケース4Cの開口側(同上方側)に蓋側台部5Cが配置され、蓋側台部5Cにおける支持面との対向面(図6(B)において上面)が上方を向くように、コイル2に対する両台部5A,5Cの位置が樹脂モールド部21によって維持されている。そして、リアクトル1Cでは、蓋側台部5Cにおける上記支持面との対向面に接するように蓋部6Cがボルト110によって取り付けられる。蓋側台部5Cでは、放熱台部5Aに具える固定孔51(図1(B))を蓋部6Cを固定するためのボルト110が取り付けられる固定孔51Cとして利用する。
【０１１５】
蓋部6Cも、実施形態1のリアクトル1Aに具える蓋部6Aと同様に、巻線2wの端部が挿通される巻線孔60を具える。更に、蓋部6Cは、ボルト110が挿通されるボルト孔62を具える。蓋部6Cがボルト孔62を具えることで、実施形態1のリアクトル1Aに具える蓋部6Aや実施形態2のリアクトル1Bに具える蓋部6Bのように、ボルト孔を具える突片が不要であり、蓋部6Cは、単純な形状である。また、リアクトル1Cでは、上述のように蓋側台部5Cに蓋部6Cが取り付けられるため、ケース4Cも、蓋台406(図1)が不要であり、単純な形状である。
【０１１６】
実施形態3のリアクトル1Cは、放熱台部5Aに加えて、熱伝導性に優れる材料によって構成された蓋側台部5Cを具え、かつこの蓋側台部5Cに蓋部6Cが固定されることで、蓋側台部5Cや蓋部6Cをも放熱経路に利用でき、コイル2の熱をケース4C外部に伝えられる。従って、リアクトル1Cは、ケース4Cの開口側領域の放熱性を高められ、放熱性により優れる。また、リアクトル1Cは、蓋側台部5Cをも樹脂モールド部21によってコイル2に一体に保持するコイル部品20Cを構成要素とすることで、組立部品の点数が増加せず、組立作業性に優れる。更に、コイル2と蓋側台部5Cとの間に樹脂モールド部21の構成樹脂が介在されることで、絶縁性にも優れる。
【０１１７】
なお、コイル部品20Cを成形する場合には、放熱台部5Aの設置面50d(図1(B))及び蓋側台部5Cにおける蓋部6Cとの接触面(支持面との対向面)が樹脂モールド部21から露出されるように樹脂モールド部21を形成する。また、放熱台部に関する事項(粗面化処理、グリースや接着剤の塗布など)は、蓋側台部5Cにも適用することができる。
【０１１８】
[実施形態4]
上記実施形態1〜3は、内側コア部31が圧粉成形体から構成され、外側コア部32のみが複合材料から構成された形態を説明した。その他、内側コア部も磁性体粉末と樹脂とを含有する複合材料により構成された形態、つまり、磁性コアの全てが複合材料で構成された形態とすることができる。この場合、例えば、内側コア部と外側コア部とは、同じ複合材料により構成することができる。この場合、各コア部を構成する複合材料の磁性体粉末の含有量は、40体積％以上70体積％以下、飽和磁束密度は0.6T以上、比透磁率は5以上50以下、好ましくは10以上30以下とすることができ、磁性コア全体の比透磁率は、5以上50以下とすることができる。また、この場合、ケースを成形型として、内側コア部及び外側コア部の双方を一体に成形してもよいし、それぞれを複合材料からなる成形体としてもよい。
【０１１９】
又は、内側コア部と外側コア部とは、異なる複合材料により構成することもできる。この構成では、例えば、磁性体粉末の材質を同じとする場合、磁性体粉末の含有量を変えるだけで飽和磁束密度や比透磁率を調整することができ、所望の特性の複合材料を製造し易いという利点もある。具体的な形態として、内側コア部と外側コア部とが、磁性体粉末の材質や含有量が異なる複合材料により構成され、実施形態1〜3と同様に内側コア部の飽和磁束密度が高く、外側コア部の比透磁率が低い形態、又は逆の形態、つまり内側コア部の比透磁率が低く、外側コア部の飽和磁束密度が高い形態が挙げられる。磁性体粉末の配合量を多くすると、飽和磁束密度が高く比透磁率が高い複合材料が得られ易く、上記配合量を少なくすると、飽和磁束密度が低く比透磁率が低い複合材料が得られ易い。所望の組成の原料によって、柱状の複合材料(成形体)を別途作製しておき、この柱状の複合材料を内側コア部や外側コア部に利用することができる。内側コア部及び外側コア部を構成する各複合材料はいずれも、磁性体粉末の含有量:40体積％以上70体積％以下、飽和磁束密度:0.6T以上、比透磁率:5以上50以下、好ましくは10以上30以下とすることができ、磁性コア全体の比透磁率は、5以上50以下とすることができる。
【０１２０】
[実施形態5]
上記実施形態1〜4は、コイル素子を一つ具える形態を説明した。その他、図7,図8に示すコイル2D,2Eのように、巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bを具える形態とすることができる。コイル2D,2Eの主な相違点は端面形状である。図7に示すコイル2Dの各コイル素子2a,2bの端面形状は、角部を丸めた矩形状、図8に示すコイル2Eの各コイル素子2a,2bの端面形状は、実施形態1と同様にレーストラック状である。
【０１２１】
図7,図8に示すコイル2D,2Eに具える一対のコイル素子2a,2bは、各素子2a,2bの軸が平行するように横並び(並列)され、巻線2wの一部を折り返してなる連結部2rにより連結されている。各コイル素子2a,2bを別々の巻線によって形成し、両コイル素子2a,2bを構成する巻線の一端部同士をTIG溶接などの溶接、圧着、半田付けなどで接合した形態、上記一端部同士を別途用意した連結部材を介して接合した形態とすることもできる。そして、例えば、横型収納形態では、横並びした各コイル素子2a,2bの設置側面を配置可能な放熱台部5D,5Eを樹脂モールド部(図示せず)により一体に保持するコイル部品を形成する。放熱台部5D,5Eは、各コイル素子2a,2bの外周面に沿った支持面50a,50bを具える端面E型状の部材が挙げられる。ここでは、一対のコイル素子2a,2bに対して一つの放熱台部5D,5Eを具える形態を示すが、支持面50aを有する放熱台部と支持面50bを有する放熱台部との二つの放熱台部を具える形態とすることができる。一対のコイル素子2a,2bを具える場合には、横型収納形態とすると、放熱性に優れる上に、上記連結部2rが邪魔にならず、コイル部品をケースに安定して配置することができる。
【０１２２】
コイル素子2a,2bを二つ具える場合も、実施形態1のように内側コア部を圧粉成形体、外側コア部を複合材料で構成した形態とすることができる。この場合、図7,図8に示すように各コイル素子2a,2b内にそれぞれ挿通配置される一対の内側コア部31a,31bを用意する。また、この場合、外側コア部は、実施形態1のようにケースを成形型として成形してもよいし、適宜な形状(例えば直方体状など)に成形した複合材料からなる成形体を組み付ける形態としてもよい。その他、コイル素子2a,2bを二つ具える場合も、実施形態3のように蓋側台部を具える形態とすることができる。蓋側台部は、放熱台部5D,5Eと同様に、両コイル素子2a,2bの外周面に沿った支持面を有するものとすると、放熱性により優れるリアクトルを構築できる。
【０１２３】
[実施形態6]
コイル素子2a,2bを二つ具える場合も、実施形態4のように磁性コアの全てが複合材料で構成された形態とすることができる。この場合、各コイル素子2a,2b内にそれぞれ配置される内側コア部を複合材料からなる成形体とし、コイル素子2a,2b外に配置される外側コア部は、実施形態1のようにケースを成形型として成形したものとしてもよいし、内側コア部及び外側コア部の双方を複合材料からなる成形体としてもよい。内側コア部と外側コア部とは、同じ複合材料により構成することができる。この場合、各コア部を構成する複合材料の磁性体粉末の含有量は、40体積％以上70体積％以下、飽和磁束密度は0.6T以上、比透磁率は5以上50以下、好ましくは10以上30以下とすることができ、磁性コア全体の比透磁率は5以上50以下とすることができる。また、この場合、ケースを成形型として、内側コア部及び外側コア部の双方を一体成形すると、組付作業を省略できる。
【０１２４】
又は、内側コア部と外側コア部とは、異なる複合材料により構成することもできる。この構成では、例えば、磁性体粉末の材質を同じとする場合、磁性体粉末の含有量を変えるだけで飽和磁束密度や比透磁率を調整することができ、所望の特性の複合材料を製造し易いという利点もある。磁性体粉末の材質や含有量を調整することで、例えば、内側コア部の飽和磁束密度が高く、外側コア部の比透磁率が低い形態、内側コア部の比透磁率が低く、外側コア部の飽和磁束密度が高い形態などとすることができる。内側コア部及び外側コア部を構成する各複合材料はいずれも、磁性体粉末の含有量:40体積％以上70体積％以下、飽和磁束密度:0.6T以上、比透磁率:5以上50以下、好ましくは10以上30以下とすることができ、磁性コア全体の比透磁率:5以上50以下とすることができる。この場合、内側コア部及び外側コア部をそれぞれ、複合材料からなる成形体とすると、製造し易い。
【０１２５】
[変形例1]
上記実施形態1では、横型収納形態を説明したが、実施形態1〜6のいずれも、縦型配置形態とすることができる。縦型配置形態は、設置対象に対する接触面積を小さくし易く、設置面積の小型化を図ることができる。
【０１２６】
縦型配置形態では、例えば、内側コア部の一端面をコイルの一端面から突出させてケースの内底面に接触させ、コイルから突出した内側コア部の一端面側の外周面及び内側コア部の他端面が外側コア部を構成する複合材料に接触した磁性コアを形成する。放熱台部は、例えば、実施形態1と同様にコイルの外周面に沿った支持面を有する板状部材とし、この板状部材における支持面との対向面をケースの壁部の接触面とする形態が挙げられる。この放熱台部の端面をケースの内底面に接する設置面とすることもできる。また、実施形態3のように、この放熱台部を一対具えて、コイルを挟むように配置し、矩形状のケースにおいて対向する壁部にそれぞれ、各放熱台部における壁部の接触面を接触させた形態とすることもできる。その他、放熱台部は、例えば、棒状、板状、L字状などとし、コイルの一端面側にのみ配置させた形態とすることもできる。この場合、内側コア部と外側コア部との間で磁束が十分に通過できるように、放熱台部の形状・個数、樹脂モールド部の形状を選択する。
【０１２７】
[変形例2]
上記実施形態1では、内側コア部31をも一体に具えるコイル部品を説明した。その他、実施形態1〜6のいずれも、内側コア部31,31a,31bを有していないコイル部品、つまり、コイルと放熱台部とが樹脂モールド部によって保持され、かつ内側コア部31,31a,31bが挿通配置される中空孔を有するコイル部品とすることができる。このコイル部品の製造には、上述した内側コア部31に代わって中子を利用するとよい。また、コイル2(コイル素子)の内側に設ける樹脂の厚さを調整して中空孔を形成することで、上記樹脂を内側コア部31,31a,31bの位置決めに利用できる。
【０１２８】
[実施形態7]
実施形態1〜6や変形例1,2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。
【０１２９】
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9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9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。
【０１３０】
電力変換装置1100は、メインバッテリ1210に接続されて、入力電圧を変換するコンバータ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、変換した電力をモータ1220に給電してモータ1220を駆動し、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。
【０１３１】
コンバータ1110は、図10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1〜6や変形例1,2のリアクトルを具える。放熱性に優れるリアクトル1Aなどを具えることで、電力変換装置1100やコンバータ1110も放熱性に優れる。
【０１３２】
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1〜6や変形例1,2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1〜6や変形例1,2のリアクトルなどを利用することもできる。
【０１３３】
なお、本発明は、上述した実施の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。
【０１３４】
例えば、コイルと放熱台部との間に樹脂モールド部の構成樹脂に加えて上述の封止樹脂が介在された形態、コイルと放熱台部とが封止樹脂によって一体化された形態とすることができる。これらの形態は、コイルと放熱台部間に少なくとも存在する封止樹脂によって、コイルと放熱台部との相互の位置を維持できるため、コイルの熱を放熱台部に良好に伝えられる。更に、放熱台部に粗面化処理を施すと、封止樹脂と放熱台部との接触面積を増大でき、放熱性をより高められる。その他、磁性コアを複合材料からなる成形体や圧粉成形体などとすると、コイルに組み付け易いことから、樹脂モールド部を省略して、コイルと磁性コアと放熱台部とを接着剤で固定したり、ケースに収納した後、上述のように封止樹脂などで固定する形態も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明のリアクトルは、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、燃料電池自動車といった車両に搭載される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利用することができる。本発明のリアクトル用コイル部品は、上述の電力変換装置に用いられるリアクトルの構成部品に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
1A,1B,1C  リアクトル
2,2D,2E  コイル  2w  巻線  2a,2b  コイル素子  2r  連結部
20A,20B,20C  コイル部品  21  樹脂モールド部
3  磁性コア  31,31a,31b  内側コア部  31e  端面  32  外側コア部
4A,4B,4C  ケース  40  底部  40o  外底面  41  壁部
400  取付部  401  台溝  406  蓋台
5A,5B,5D,5E  放熱台部  5C  蓋側台部
50,50a,50b  支持面  50d  設置面  50s  側面  50e  端面
51,51C  固定孔  52  樹脂溝
6A,6B,6C  蓋部  60  巻線孔  61  巻線切欠  62  ボルト孔
100,110  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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【図９】
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【図１０】
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