(57)【要約】【課題】生産性に優れるリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル1Aは、筒状のコイル2と、コイル2の内側に配置される内側コア部31と、コイル2の外側に配置され、内側コア部31と共に閉磁路を形成する外側コア部32Aとを有する磁性コア3Aとを具える。外側コア部32Aは、磁性粉末と樹脂とを含む混合物の成形体(成形硬化体)からなり、コイル2の径方向に分離可能な二つの径方向分割片321,322を組み合せて構成される。リアクトル1Aは、外側コア部32Aを複数の分割片で構成することで、一つの分割片の製造時間を短縮できて生産性に優れ、成形硬化体を射出成形で形成すると、生産性に更に優れる。リアクトル1Aは、径方向分割片321,322の合わせ目が磁束を分断しないため、分割片321,322間に磁束を分断するギャップが生じず、磁気特性にも優れる。【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、
前記コイルの内側に配置される内側コア部と、前記コイルの外側に配置され、前記内側コア部と共に閉磁路を形成する外側コア部とを有する磁性コアとを具えるリアクトルであって、
前記外側コア部は、
磁性粉末と樹脂とを含む混合物の成形体からなる複数の分割片を組み合せて構成され、
前記コイルの径方向に分離可能な少なくとも二つの径方向分割片を具えることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記磁性粉末は、
その平均粒径が1μm以上200μm以下、
その円形度が1.0以上2.0以下、
各分割片における磁性粉末の含有量が30体積％以上70体積％以下であることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。
【請求項３】
筒状のコイルを一つ具え、
前記径方向分割片のうち、少なくとも一つは、前記コイルの各端面の一部をそれぞれ覆う箇所と、前記コイルの外周面の一部を覆う箇所とを具えることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記分割片はそれぞれ、互いに係合する係合部を具えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアクトル。
【請求項５】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
前記リアクトルは、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。
【請求項６】
入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
前記コンバータは、請求項5に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用DC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品などに用いられるリアクトル、リアクトルを具えるコンバータ、及び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、生産性に優れるリアクトルに関する。
【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、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として、特許文献1,2に開示されるリアクトルがある。このリアクトルは、一つの筒状のコイルと、磁性コアとを具える。磁性コアは、上記コイルの内側に配置される内側部分と、このコイルの両端面及び外周面のほぼ全面を覆い、上記内側部分と共に閉磁路を形成する外側部分とを具える所謂ポット型コアである。また、特許文献1,2は、上記外側部分の構成材料として、磁性粉末と流動性のある樹脂との混合流体を成形した後、樹脂を硬化させた成形硬化体を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第4692768号公報
【特許文献２】特開2009-033051号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リアクトルの生産性を高めることが望まれる。
特許文献1に記載されるように、上記混合流体を成形用金型に流入して成形硬化体を製造する方法、いわゆる注型成形方法を利用すると、任意の形状の成形硬化体を容易に成形できる。しかし、この形態は、コイルの内外に配置される磁性コアが一つの一体物であるため、成形用金型に原料を流入する時間が掛かる上に、硬化にも時間が掛かるなどして、生産性に劣る。
【０００５】
特許文献2に記載されるように、磁性コアを、複数の分割片を組み合せて一体にする構成とすると、磁性コアが一つの一体物である場合と比較して、各分割片の大きさを小さくできる上に同時に複数の分割片を製造できることから、成形時間や硬化時間などを短縮でき、生産性を高められる。しかし、特許文献2に記載されるように各分割片がコイルの軸方向に分離可能であり、分割片の合わせ目がコイルの軸に直交に配置される形態では、分割片間に不可避的な隙間が生じる。この隙間は、磁束を分断するように存在することから、この形態は、いわば不可避的なギャップが介在することになる。そのため、この形態は、漏れ磁束の発生などの磁気特性の低下を招く恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、生産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、上記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】
【０００７】
本発明は、磁性コアのうち、コイルの外側に配置される部分を成形硬化体からなる複数の分割片を組み合せた構成とすると共に、分割方向を特定の方向とすることで、上記目的を達成する。
【０００８】
本発明のリアクトルは、筒状のコイルと、上記コイルの内側に配置される内側コア部と、上記コイルの外側に配置され、上記内側コア部と共に閉磁路を形成する外側コア部とを有する磁性コアとを具える。上記外側コア部は、磁性粉末と樹脂とを含む混合物の成形体からなる複数の分割片を組み合せて構成される。そして、上記外側コア部は、上記コイルの径方向に分離可能な少なくとも二つの径方向分割片を具える。
【０００９】
上記「コイルの径方向」とは、コイルの端面における中心(コイルの軸上の点)を通る任意の直線の方向とする。また、上記「コイルの外側」とは、コイルの端面側及びコイルの外周面側の少なくとも一方とする。
【００１０】
本発明リアクトルは、外側コア部を、上記混合物の成形体(成形硬化体)からなる複数の分割片を組み合せた構成とすることで、磁性コアを一つの一体物とする場合と比較して、磁性コアの製造時間を短縮でき、生産性に優れる。特に、射出成形などの、成形用金型に混合物を高速充填可能な製法を利用すると、製造時間の更なる短縮を図ることができ、生産性を更に向上できる。
【００１１】
また、分割片の内周形状をコイルの外形に適合した形態とすると、コイルと磁性コアとの位置決めも容易に行えて、組立作業性に優れる。外側コア部を構成する分割片を成形硬化体とすることで、コイルの外形に沿った内周形状を有する分割片を容易に成形できる。この点からも、本発明リアクトルは、生産性に優れる。
【００１２】
かつ、本発明リアクトルは、径方向分割片を具えることで、磁束を分断するギャップを低減できる、或いは磁束を分断するギャップが実質的に存在しない。そのため、本発明リアクトルは、磁気特性にも優れる。
【００１３】
本発明リアクトルの一形態として、上記磁性粉末が以下の(1)〜(3)を満たす形態が挙げられる。
(1)平均粒径が1μm以上200μm以下
(2)円形度が1.0以上2.0以下
(3)各分割片における磁性粉末の含有量が30体積％以上70体積％以下
【００１４】
上記形態では、分割片中の磁性粉末が特定の形状・大きさであり、かつ、その含有量が特定の範囲である。このような分割片は、上述の特定の形状・大きさを満たす磁性粉末を原料粉末とし、当該磁性粉末の含有量が上述の特定の範囲となるように樹脂などを調整することで製造できる。原料粉末にこのような特定の磁性粉末を用い、かつ、当該磁性粉末の混合量を特定の範囲とすることで、分割片の製造にあたり、射出成形やトランスファー成形、MIM(Metal  Injection  Molding)といった、成形用金型に原料を加圧状態で充填する成形方法を利用した場合や成形用金型に原料を充填して加圧成形するプレス成形方法を利用した場合に、成形用金型に原料を十分に充填可能であり、成形精度に優れる分割片を製造できる。また、このような量産性に優れた成形方法を好適に利用できることで、上記形態は、量産も可能である。
【００１５】
本発明の一形態として、筒状のコイルを一つ具え、上記径方向分割片のうち、少なくとも一つは、上記コイルの各端面の一部をそれぞれ覆う箇所と、上記コイルの外周面の一部を覆う箇所とを具える形態が挙げられる。
【００１６】
上記形態は、一対のコイル素子を具える形態(特許文献1の図7)と比較して小型になり易く、車載部品などの小型・軽量が望まれる用途に好適に利用することができる。また、少なくとも一つの径方向分割片がコイルの一端面からコイルの外周面を経てコイルの他端面を覆う上記特定の箇所を具える、つまり、断面がΠ状である部分を具えることで、当該分割片は、コイルがつくる磁束を途中で分断することなく、コイルの一端面側からコイルの外周面側を経て他端面側に通過させることができる。従って、上記形態は、磁気特性に優れる。
【００１７】
本発明リアクトルの一形態として、上記分割片がそれぞれ、互いに係合する係合部を具える形態が挙げられる。
【００１８】
上記形態は、分割片を互いに位置決めし易く、組立作業性に優れる。
【００１９】
本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータとして、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであって、上記リアクトルが本発明リアクトルである形態が挙げられる。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置として、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである形態が挙げられる。
【００２０】
本発明コンバータや本発明電力変換装置は、本発明リアクトルを具えることで、生産性に優れる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明リアクトルは、生産性に優れる。本発明コンバータや本発明電力変換装置は、生産性に優れる本発明リアクトルを具えることで、生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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、(A)に示す(B)-(B)線で切断した断面図、(C)は、(A)に示す(C)-(C)線で切断した断面図である。
【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】実施形態1に係るリアクトルをケースに収納した状態を示す概略斜視図である。
【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】実施形態2に係るリアクトルの分解斜視図である。
【図６】実施形態2に係るリアクトルに具えるコイル成形体に外側コア部の一部を組み付けた状態を示す概略斜視図である。
【図７】実施形態3に係るリアクトルの概略斜視図である。
【図８】実施形態3に係るリアクトルの分解斜視図である。
【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】本発明コンバータを具える本発明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】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
【００２４】
(実施形態1)
図1,図2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、代表的には、内部に冷媒の循環路(図示せず)などを有する金属製(代表的にはアルミニウム製)の冷却台といった設置対象に設置されて回路部品として利用される。リアクトル1Aは、巻線2wを巻回してなる一つの筒状のコイル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3Aとを具える。磁性コア3Aは、コイル2の内側に配置される内側コア部31と、コイル2の外側に配置される外側コア部32Aとを具える。リアクトル1Aの特徴とするところは、外側コア部32Aの形状及び材質にある。以下、各構成を詳細に説明する。
【００２５】
[コイル成形体]
リアクトル1Aは、コイル成形体2Aを具える形態である。コイル成形体2Aは、コイル2の形状を保持すると共に、コイル2と内側コア部31とを一体に保持する絶縁性樹脂からなる樹脂モールド部20を具える。コイル成形体2Aは、外側コア部32Aと組み付ける際、コイル2が伸縮せず、取り扱い易い。また、ここでは、コイル2と内側コア部31とを樹脂モールド部20で一体化しており、コイル成形体2Aは、コイル2と内側コア部31とを一つの部品として取り扱える。従って、リアクトル1Aでは、部品点数の削減、組立時における工程の削減、組立作業性の向上を図ることができる。更に、樹脂モールド部20を具えることで、コイル2と磁性コア3Aとの間の絶縁性も高められる。
【００２６】
<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筒状体である。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、絶縁性材料からなる絶縁被覆を具える被覆線が好適に利用できる。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、多角形状や楕円状である異形線などの種々の形状のものを利用できる。巻線2wの厚さ(断面積)、その他巻回数などは適宜選択することができる。
【００２７】
コイル2の端面形状は、例えば、円環状、楕円環状(端面における中心:楕円の中心)などの輪郭が曲線からなるもの(コイル2の外周面が曲面からなるもの)、矩形枠の角部を丸めた角丸め形状(端面における中心:対角線の交点)、半円弧と直線とを組み合せたレーストラック状(端面における中心:半円弧の弦と直線とがつくる矩形における対角線の交点)といった輪郭が曲線と直線とからなるもの(コイル2の外周面が曲面と平面とからなるもの)などが挙げられる。コイル2の外周面の少なくとも一部が曲面からなる形態は、巻線2wを巻回し易く、コイルの製造性に優れ、コイル2の外周面の一部が平面からなる形態は、この平面を設置対象側に配置される面、或いは設置対象に接する面とすると、設置対象に対向する面積を増大し易く、放熱性を高められたり、設置状態の安定性を高めたりすることができる。
【００２８】
ここでは、コイル2は、横断面形状が長方形状である銅製の平角線の上に、エナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる絶縁被覆を具え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である。また、コイル2は、端面形状(コイル2の軸方向に直交する平面で切断した断面形状(図1(B))に等しい)がレーストラック状である。更に、コイル2は、リアクトル1Aを設置対象に設置したとき、その軸方向が設置対象の表面に平行に配置される(以下、この配置を横型配置と呼ぶ)。
【００２９】
コイル2を形成する巻線2wは、ターン形成部分から適宜引き延ばされた引出箇所を有する。巻線2wの両端部は、図1(A)に示すように外側コア部32Aの外部に引き出されて絶縁被覆が剥がされ、露出された導体部分に、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TIG溶接などの溶接、圧着などを利用して接続される。この端子部材を介して、コイル2に電力供給を行う電源などの外部装置(図示せず)が接続される。図1に示す例では、コイル2の軸方向に直交するように巻線2wの両端部を引き出しているが、両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、巻線2wの両端部をコイル2の軸方向に平行するように引き出してもよいし、各端部における引き出し方向やコイルの軸方向における位置などをそれぞれ異ならせることもできる。
【００３０】
<樹脂モールド部>
樹脂モールド部20の構成樹脂は、リアクトル1Aを使用した際に、コイル2や磁性コア3Aの最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を有し、トランスファー成形や射出成形が可能な絶縁性材料が好適に利用できる。例えば、エポキシ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挙げられる。ここでは、エポキシ樹脂を利用している。上記構成樹脂として、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混合したものを利用すると、放熱性に優れるリアクトルが得られる。
【００３１】
樹脂モールド部20の厚さは、所望の絶縁特性を満たすように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。薄いほど放熱性を高められ(好ましくは0.1mm〜3mm)、厚いほど絶縁性やコイル成形体2Aの強度を高められる。ここでは、図1(B),図1(C)に示すように実質的に均一な厚さとしている。
【００３２】
樹脂モールド部20は、ここでは、図2に示すように巻線2wの両端部を除くコイル2の外表面の全体を覆っていることから、引出箇所と外側コア部32Aとの間の絶縁をも確保することができる。一方、巻線2wの両端部を含む引出箇所を樹脂モールド部から露出させた形態とすると、樹脂モールド部の外形が単純になって、コイル成形体を成形し易い上に、コイル成形体を小型にし易い。この形態では、巻線2wの引出箇所において、磁性コア3A(外側コア部32A)に接触する可能性がある部分には、絶縁紙や絶縁性テープ(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)などの絶縁材を配置したり、絶縁材をディップコーティングしたり、絶縁性チューブ(熱収縮チューブや常温収縮チューブなど)によって覆ったりすると、引出箇所と外側コア部32Aとの間の絶縁を確保することができる。内側コア部31の端面31eの少なくとも一方を樹脂モールド部20で覆った形態とすることもできる。
【００３３】
樹脂モールド部20に、コイル2をその自由長よりも圧縮した状態に保持する機能を持たせると、コイル2の軸方向の長さを短くでき、コイル成形体2Aを小型にできる。
【００３４】
リアクトル1Aでは、更に、ボビン21(図1(C))を具える。ボビン21は、内側コア部31の外周に配置される短い筒状体と、筒状体の周縁から外方に突出する複数の平板状のフランジ部とを具える断面L字状の環状部材である。ボビン21は、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り構成され、樹脂モールド部20と共に、コイル2と内側コア部31との間の絶縁性を高める絶縁部材として機能する。また、ボビン21は、コイル2に対する内側コア部31の位置決め部材、コイル2の保持部材としても機能する。ここでは、ボビン21を2個用意し、図1(C)に示すように各ボビン21をそれぞれ、内側コア部31の端面31eの近傍に配置し、各ボビン21のフランジ部をコイル2の各端面に当接している。
【００３５】
<製造方法>
内側コア部31を具えるコイル成形体2Aは、例えば、特開2009-218293号公報に記載される製造方法(但し、中子を内側コア部31にする)を利用することで製造できる。具体的には、開閉可能な金型であって、この金型内に一体に具える支持棒、或いはこの金型に対して進退可能な複数の押圧棒を具えるものを用意する。この金型内にコイル2及び内側コア部31を配置した後、上記支持棒によってボビン21のフランジ部を支持し、或いは押圧棒によってフランジ部を押圧してコイル2を圧縮し、この状態で金型内に樹脂を注入した後固化する。リアクトル1Aでは、ボビン21を具えることで、コイル2と内側コア部31との間に所定の間隔(ボビン21の筒状体の厚さに応じた間隔)を保持した状態で金型に収納できる上に、この間隔を維持できる。このことから、樹脂モールド部20を均一的な厚さに容易に製造でき、コイル成形体2Aは、製造性に優れる。
【００３６】
なお、コイル成形体として、内側コア部31が分離可能な形態、つまり、コイルと樹脂モールド部とにより構成された形態とすることができる。このコイル成形体は、樹脂モールド部の構成樹脂により形成される中空孔を有し、この中空孔に内側コア部が挿通配置される。このコイル成形体は、内側コア部に代わり、所定の形状の中子を上記金型に配置することで製造できる。
【００３７】
[磁性コア]
磁性コア3Aは、図1に示すようにコイル2内に挿通された柱状の内側コア部31と、
コイル成形体2Aの外周面及び両端面(内側コア部31の両端面31e及び樹脂モールド部20の端面)を覆うように配置された外側コア部32Aとを具え、コイル2を励磁した際に閉磁路を形成する。外側コア部32Aは、磁性粉末と樹脂とを含む混合物の成形体(成形硬化体)から構成された複数の分割片を組み合せて一体に形成され、分割方向がコイル2の径方向である径方向分割片321,322を具える点を最大の特徴とする。
【００３８】
<内側コア部>
内側コア部31は、コイル2の内周形状に沿ったレーストラック状の外形を有する柱状体である。ここでは、内側コア部31は、コイル2内に挿通配置され、両端面31e及びその近傍がコイル成形体2Aの樹脂モールド部20の各端面からそれぞれ若干突出した状態で、樹脂モールド部20の構成樹脂によりコイル2に一体に保持されている。
【００３９】
内側コア部31は、外側コア部32Aと同様に成形硬化体とすることができる。このとき、外側コア部32Aと同様の成分でも、異なる成分でもよい。或いは、内側コア部31は、外側コア部32Aと全く異なる構成材料とすることができる。異種の材料で構成されることで磁性コア3Aは、部分的に磁気特性を異ならせることができる。ここでは、内側コア部31は、その全体が圧粉成形体から構成され、外側コア部32Aよりも飽和磁束密度が高く、外側コア部32Aは、内側コア部31よりも透磁率が低い。
【００４０】
圧粉成形体は、代表的には、表面に絶縁被膜を具える軟磁性粉末や、この軟磁性粉末に加えて適宜結合剤を混合した混合粉末を成形後、上記絶縁被膜の耐熱温度以下で焼成することにより得られる。ここでは、絶縁被覆を具える軟磁性粉末を用いている。
【００４１】
上記軟磁性粉末は、Fe,Co,Niなどの鉄族金属、Fe-Si,Fe-Ni,Fe-Al,Fe-Co,Fe-Cr,Fe-Si-AlなどといったFeを主成分とするFe基合金からなる粉末、希土類金属粉末、フェライト粉末などが挙げられる。特に、鉄基材料は、フェライトよりも飽和磁束密度が高い磁性コアを得易い。軟磁性粉末に形成される絶縁被膜は、例えば、燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、又は硼素化合物などが挙げられる。この絶縁被覆は、特に磁性粉末を構成する磁性粒子が鉄族金属やFe基合金といった金属からなる場合に具えると、渦電流損を効果的に低減できる。結合剤は、例えば、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂、又は高級脂肪酸が挙げられる。この結合剤は、上記焼成により消失したり、シリカなどの絶縁物に変化したりする。磁性粒子間に絶縁被膜などの絶縁物が存在する圧粉成形体は、磁性粒子同士の絶縁により渦電流を低減でき、コイルに高周波の電力が通電される場合であっても、損失を低減できる。圧粉成形体は、公知のものを利用することができる。飽和磁束密度の高い軟磁性粉末を用いたり、結合剤の配合量を低減して軟磁性材料の割合を高めたり、成形圧力を高くしたりすることで、飽和磁束密度が高い圧粉成形体が得られる。
【００４２】
ここでは、内側コア部31の飽和磁束密度は、1.6T以上、かつ外側コア部32Aの飽和磁束密度の1.2倍以上、内側コア部31の比透磁率は100〜500、磁性コア3A全体の比透磁率は10〜100としている。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32A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。
【００４３】
また、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。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が介在した形態とすることができる。
【００４４】
内側コア部31におけるコイル2の軸方向の長さ(以下、単に長さと呼ぶ)、及びコイル2の端面から突出する突出長さは、適宜選択することができる。ここでは、内側コア部31の各端面31eがそれぞれコイル2の各端面から突出し、両端面31eの突出長さが等しい形態(内側コア部31の長さ＞コイル2の長さ)としている。その他、内側コア部31の各端面31eとコイル2の各端面とがそれぞれ面一である形態(内側コア部31の長さ＝コイル2の長さ)、内側コア部31の一端面がコイル2の一端面に面一で、内側コア部31の他端面がコイル2の他端面から突出した形態(内側コア部31の長さ＞コイル2の長さ、突出長さが異なる。)とすると、低損失にすることができる。上述のいずれの形態にしても、コイル2を励磁したときに閉磁路が形成されるように外側コア部32Aを具える。
【００４５】
リアクトル1Aでは、上述のように横型配置であることから、リアクトル1Aを設置対象に固定したとき、内側コア部31もその軸方向が設置対象の表面に平行に配置される。
【００４６】
<外側コア部>
外側コア部32Aは、コイル2の径方向に分離可能な二つの径方向分割片321,322を組み合せて構成され、両分割片321,322によってコイル成形体2Aを内包する。つまり、外側コア部32Aは、コイル2の端面側及び外周面側の双方に配置される。また、両分割片321,322はいずれも成形硬化体である。まずは、形状を説明する。
【００４７】
ここでは、径方向分割片321,322は、組み合せたとき、図1(A)に示すように外形が直方体状となる立体である。外側コア部32Aは、閉磁路が形成できれば、その外形は問わない。コイル2の外形に相似形状にしてもよいし、コイル2(ここではコイル成形体2A)の一部を露出させてもよい。
【００４８】
また、ここでは、径方向分割片321,322は、直方体状の外側コア部32Aを、コイル2の軸を通る平面で切断した半割れ片である。各分割片321,322は、図1(B)に示すようにコイル2の軸方向に直交する平面で切断した横断面、及び図1(C)に示すようにコイル2の軸方向に平行な平面で切断した縦断面がいずれも、Π状である有底角筒体である。リアクトル1Aは、設置対象に設置したとき、両分割片321,322の底面は設置対象の表面に平行に配置され、一方の径方向分割片322の底面が設置対象との接触面となり、当該分割片322のみが設置対象に接触する形態であり、分割片321,322は、設置対象の表面に直交方向に分離する。
【００４９】
径方向分割片321,322の内周面は、図2に示すように(図2では一方の径方向分割片322の内周面322iのみ示す)、収納するコイル成形体2Aの外形に沿った形状に成形されている。従って、各分割片321,322の内周面はそれぞれ、コイル成形体2Aの外周面の一部(ここでは半周分)に接する面と、コイル成形体2Aの各端面(ここでは、内側コア部31の各端面31e及び樹脂モールド部20の各端面)の一部(ここでは、半分)に接する面とで構成される。コイル成形体2Aでは、内側コア部31が樹脂モールド部20の端面よりも突出していることから、各分割片321,322の内周面は、突出した内側コア部31が嵌め込まれるように凹凸形状になっている。このように各分割片321,322はそれぞれ、コイル成形体2Aの外周面の一部を覆う箇所と、コイル成形体2Aの各端面の一部をそれぞれ覆う箇所とを具える。
【００５０】
径方向分割片321,322の厚さは、所定の磁路面積を確保できれば、適宜選択することができる。ここでは、図1(B)に示すように、コイル2の外周面において平面で構成される箇所、つまりリアクトル1Aを設置対象に設置したときに設置対象側及びその対向側となる箇所を覆う部分の厚さが、コイル2の外周面において曲面で構成される箇所を覆う部分よりも薄い。そのため、リアクトル1Aを設置対象に設置すると、図1(B),図1(C)に示すように、コイル2は、設置対象までの距離が短く、設置対象に近接して配置される。従って、リアクトル1Aは、コイル2の熱を設置対象に伝達し易く、放熱性に優れる。
【００５１】
径方向分割片321,322において互いに接触する対向面321f,322fは、平面である。対向面321f,322fが平面であることから、分割片321,322が単純な形状になり、成形し易い。また、対向面321f,322fが平面であることから、両分割片321,322の合わせ目は、図1(A)に示すように直線で構成され、リアクトル1Aを設置対象に設置したとき、設置対象の表面に平行に配置される。特に、この合わせ目をつくる直線は、コイル2の軸を通る平面上に存在する直線(コイル2の軸方向に平行な直線、及びコイル2の径方向の直線)であることから、この合わせ目は、コイル2がつくる磁束を実質的に分断しないように配置される。
【００５２】
更に、この例に示す径方向分割片321,322は、互いに係合する係合部(係合突起33、係合穴34)を具える。具体的には、一方の径方向分割片321は、その対向面321fから突出する係合突起33を具え、他方の径方向分割片322は、その対向面322fに係合穴34を具える。両分割片321,322を組み合せると、係合突起33が係合穴34に嵌り込み、両分割片321,322を所定の位置に適切に組み合せられる。ここでは、係合突起33を円柱体、係合穴34を図2に示すように円穴とし、複数(4箇所)の係合部を具える形態としているが、一つの係合部のみを具える形態としてもよいし、角柱体・角穴など、形状も適宜変更することができる。或いは、両分割片321,322の合わせ目の一部が曲線状やジグザグ状などになるように、両分割片321,322の対向面を波形状、ジグザグ状などの凹凸形状とすると、この凹凸形状部分を係合部として利用することができる。
【００５３】
一方の径方向分割片321には、コイル2の巻線2wの端部が挿通される巻線孔32hを具える。巻線孔32hは、径方向分割片321において、巻線2wの端部の配置位置に対応した箇所に、巻線2wの端部が挿通可能なように形状・大きさを調整する。
【００５４】
次に、材質を説明する。成形硬化体の製造方法には、射出成形、トランスファー成形、MIM、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を利用することができる。射出成形は、磁性体材料からなる粉末:磁性粉末と樹脂とを含む混合物を、所定の圧力をかけて成形用金型に充填して成形した後、上記樹脂を硬化させる。トランスファー成形やMIMも、所定の圧力をかけて原料を成形用金型に充填して成形を行う。注型成形は、磁性粉末と樹脂とを含む混合物を得た後、この混合物を、圧力をかけることなく成形用金型に注入して成形・硬化させる。射出成形、トランスファー成形、MIMは、所定の圧力を加えることで、原料の混合物を短時間で成形用金型に充填できることから、生産性に優れ、特に大量生産に好適に利用できる。巻線孔32hは、成形用金型に孔用突起を設けたり、成形硬化体に切削加工を施したりすることで形成できる。
【００５５】
上述のいずれの成形手法も、磁性粉末には、上述した内側コア部31に利用する軟磁性粉末と同様のものを利用できる。特に、外側コア部32Aに利用する軟磁性粉末は、純鉄粉やFe基合金粉といった鉄基材料からなるものが好適に利用できる。材質の異なる複数種の磁性粉末を混合して用いることもできる。また、金属からなる磁性粒子の表面に燐酸塩などからなる絶縁被膜を具える被覆粉末を利用でき、この場合、渦電流損を低減できる。磁性粉末は、平均粒径が1μm以上1000μm以下、更に1μm以上200μm以下の粉末が利用し易い。粒径が異なる複数種の粉末を利用でき、この場合、飽和磁束密度が高く、低損失なリアクトルが得られ易い。
【００５６】
また、上述のいずれの成形手法も、バインダとなる樹脂には、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、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂、PPS樹脂、ポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂が利用できる。エポキシ樹脂は、強度に優れる分割片が得られ、シリコーン樹脂は、柔らかく、分割片同士を接合し易い。熱硬化性樹脂を用いた場合は、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。熱可塑性樹脂を用いた場合は、適宜な温度で固化させる。バインダとなる樹脂に常温硬化性樹脂、或いは低温硬化性樹脂を用いることができ、この場合、成形体を常温〜比較的低温にして樹脂を硬化させる。成形硬化体は、非磁性材料である樹脂を多くすることで、内側コア部31を構成する圧粉成形体と同じ軟磁性粉末を用いた場合でも、圧粉成形体よりも飽和磁束密度が低く、かつ透磁率も低いコアを形成し易い。
【００５７】
成形硬化体は、磁性粉末及びバインダとなる樹脂に加えて、アルミナやシリカ、炭酸カルシウム、ガラス繊維といったセラミックスからなるフィラーを混合した形態とすることができる。この形態では、例えば、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたBMCなどの樹脂組成物を原料に利用することができる。BMCは射出成形性に優れることから、生産性の向上に寄与することができる。磁性粉末に比較して比重が小さい上記フィラーを混合することで、磁性粉末の偏在を抑制して、磁性粉末が均一的に分散した成形体を得易い。また、上記フィラーが熱伝導性に優れる材料から構成される場合、放熱性の向上に寄与することができる。その他、フィラーを含有することで、強度の向上などを図ることができる。上記フィラーを混合する場合、フィラーの含有量は、成形硬化体を100質量％とするとき、0.3質量％以上30質量％以下が挙げられ、磁性粉末とフィラーとの合計含有量は、成形硬化体を100体積％とするとき、20体積％〜70体積％が挙げられる。フィラーを磁性粉末よりも微粒とすると、フィラーを磁性粒子間に介在させ易く、磁性粉末を均一的に分散できる上に、フィラーの含有による磁性粉末の割合の低下を抑制し易い。
【００５８】
特に、射出成形を利用する場合、磁性粉末の平均粒径が1μm以上200μm以下、好ましくは1μm以上100μm以下、円形度が1.0以上2.0以下、好ましくは1.0以上1.5以下、外側コア部を構成する各分割片における磁性粉末の含有量が30体積％以上70体積％以下、好ましくは40体積％以上60体積％以下である混合物を原料に用いることが好ましい。この場合、分割片が複雑な形状であっても、成形用金型に精度よく混合物を充填可能であり、成形精度に優れる分割片を成形できて好ましい。また、射出成形を利用すると、ボイドを低減したり小さくしたりし易く、大量のボイドや粗大なボイドの存在による磁気特性の劣化を抑制できる。上記平均粒径、円形度を満たす磁性粉末を上述の特定の範囲で含有する原料を用いる場合、射出成形時の成形圧力は、10MPa〜100MPaが好ましい。
【００５９】
なお、射出成形を含む上述のいずれの成形手法も、成形硬化体の製造時、磁性粉末が変形したり、減少したりすることが実質的に無く、原料に用いた磁性粉末の形状・大きさ・含有量が維持される。つまり、成形硬化体中の磁性粉末の形状・大きさ・含有量は、原料のときと実質的に等しい。
【００６０】
成形硬化体中の磁性粉末の平均粒径を測定するには、樹脂成分を除去して磁性粉末を抽出し、得られた磁性粉末を、粒度分析計を用いて粒度(粒径)を分析することが挙げられる。粒度分析計は、市販のものを利用できる。成形硬化体が上述のフィラーを含有する場合、X線回折、エネルギー分散X線分光法:EDXなどを利用して成分分析を行って粒子を選別したり、当該フィラーが非磁性材料からなる場合には、磁石により粒子を選別したりするとよい。
【００６１】
上記円形度は、磁性粉末を構成する粒子の最大径／円相当径とする。円相当径とは、磁性粉末を構成する粒子の輪郭を特定し、その輪郭で囲まれる面積Sと同一の面積を有する円の径とする。つまり、円相当径＝2×{上記輪郭内の面積S/π}1/2で表される。また、最大径は、上記輪郭を有する粒子の最大長さとする。上記面積Sを測定するには、成形硬化体の断面を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡:SEMなどの観察像を利用することが挙げられる。得られた断面の観察像を画像処理(例えば、二値化処理)などして粒子の輪郭を抽出し、輪郭内の面積Sを算出する。最大径を測定するには、抽出した粒子の輪郭から、粒子の最大長さを抽出することが挙げられる。SEMを利用する場合、測定条件は、断面数:50個以上(一断面につき一視野)、倍率:50倍〜1000倍、一視野あたりの測定粒子数:10個以上、合計粒子数:1000個以上が挙げられる。
【００６２】
ここでは、径方向分割片321,322はいずれも、磁性粉末として純鉄粉であって、平均粒径:54μm、円形度:1.9を満たすものを利用し、磁性粉末(純鉄粉)の含有量:40体積％、バインダ樹脂:シリコーン樹脂である。また、各分割片321,322はいずれも射出成形により形成した。
【００６３】
径方向分割片321,322はそれぞれ独立した部材であることから、各分割片321,322を構成する磁性粉末の材質、平均粒径、円形度、含有量、上述のフィラーの有無・材質・含有量、バインダ樹脂の材質などを容易に異ならせることができる。つまり、分割片ごとに磁気特性を変化させることができる。例えば、設置対象側に配置される径方向分割片322の磁性粉末やフィラーの含有量が一方の径方向分割片321よりも多い形態とすると、放熱性を高められる。特に、この例に示すように横型配置では、設置対象側に磁性粉末が偏在した形態としても閉磁路を十分に形成できる。また、一方の径方向分割片321の磁性粉末が少ないと、外側コア部全体として軽量化を図ることができる。
【００６４】
ここでは、外側コア部32Aの比透磁率は5〜30、外側コア部32Aの飽和磁束密度は、0.5T以上内側コア部31の飽和磁束密度未満としている。また、外側コア部32Aも、ギャップ材やエアギャップが介在していない。外側コア部32Aの比透磁率が内側コア部31よりも低いことで、磁性コア3Aの漏れ磁束を低減したり、ギャップレス構造の磁性コア3Aとしたりすることができる。例えば、磁性粉末の配合量を減らすと、比透磁率が低い成形硬化体が得られる。
【００６５】
内側コア部31,外側コア部32Aの飽和磁束密度や比透磁率は、各コア部31,32Aから作製した試験片を用意し、市販のB-HカーブトレーサーやVSM(試料振動型磁力計)などを用いることで測定することができる。
【００６６】
［その他の構成］
<樹脂被覆>
リアクトル1Aはそのままでも利用できるが、その外表面を樹脂で覆った形態とすると、外側コア部32Aなどの機械的保護や外部環境からの保護を図ることができる。この樹脂は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、不飽和ポリエステル、ウレタン樹脂、PPS樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂などが利用できる。この樹脂も、樹脂モールド部20の構成樹脂と同様に、上述したフィラーを含有すると、放熱性や強度などを高められる。
【００６７】
<ケース>
或いは、図3に示すようにケース4にリアクトル1Aを収納した形態とすることができる。この形態は、ケース4によって、外側コア部32Aなどの機械的保護や環境からの保護を図ることができる。ケース4は、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金といった、軽量で熱伝導性に優れるものを利用すると、軽量で放熱性に優れるリアクトルとすることができる。このとき、ケース4は、放熱経路に利用する。また、ケース4を上述の金属のような導電性材料で構成することで磁気遮蔽を行えることから、ケース4外部への漏れ磁束を効果的に低減できる。
【００６８】
この例に示すケース4は、外側コア部32Aの外形に合わせた有底角筒体であり、底部には、設置対象にケース4を固定するための取付部41を具える。取付部41は、ケース4の外周面から外方に突設されて、ボルト(図示せず)が挿通されるボルト孔を有する。
【００６９】
ケース4の内周面は、リアクトル1Aの外形に応じた平坦な形状とし、外側コア部32Aの外表面が接する。その他、例えば、コイル成形体2Aの一部を外側コア部から露出させた形態とし、コイル成形体2Aにおいてこの露出部分がケース4に接触する形態とすることができる。コイル成形体2Aをケース4に直接接触させた場合、コイル2とケース4との間には樹脂モールド部20の構成樹脂が介在することで、この形態は、絶縁性に優れる。コイル2のままの場合やコイル2の一部が樹脂モールド部20に覆われず露出されている場合などでは、コイル2とケース4との間に絶縁紙や絶縁性シート、絶縁性テープ、絶縁性接着剤といった絶縁材を介在させると、絶縁性を高められる。この絶縁材の厚さ(多層構造とする場合には合計厚さ)は、所定の絶縁性を確保できれば薄いほうが放熱性を高められ、2mm未満、更に1mm以下、特に0.5mm以下とすることができる。
【００７０】
コイル成形体2Aをケース4に接触させる形態は、コイル2からケース4までの距離が短くなることから、放熱性を高められる。また、コイル成形体2Aの一部を露出することで、リアクトル(外側コア部)の外表面が凹凸形状となる場合、ケースの内底面にこの凹凸に応じた凹凸部分を具える形態とすると、コイル成形体におけるケースとの接触面積や外側コア部におけるケースとの接触面積を増大させられて、放熱性を更に高められる。更に、このリアクトルは、ケースに位置決めし易い。
【００７１】
コイル成形体2Aを露出させない場合、外側コア部32Aの外表面の少なくとも一部を凹凸形状とし(例えば、突起や穴を設ける)、ケース4の内周面にこの凹凸に応じた凹凸部分を具える形態としても、ケース4に対するリアクトルの位置決めを容易に行える。
【００７２】
その他、ボルトといった固定部材によりケース4に外側コア部32Aを固定する形態とすることができる。例えば、外側コア部32Aにボルトが挿通される、或いは螺合されるボルト孔を設けた形態が挙げられる。或いは、外側コア部32Aにボルトが螺合される締結部を一体に具えた形態が挙げられる。締結部は、外側コア部32Aを構成する成形硬化体よりも強度に優れる材料、例えば、金属などにより形成されたものが好ましい。
【００７３】
後述する蓋5を具える形態とする場合、ケース4や外側コア部32Aに対する蓋5の位置決めや固定する場合についても、上述した同様の構成(凹凸部分、ボルト孔、締結部)を適用することができる。
【００７４】
上述したケース4は、鋳造や切削加工などにより、容易に製造できる。
【００７５】
<蓋>
図3に示すように、更に、ケース4の開口部を塞ぐ蓋5を具える形態とすることができる。蓋5も、ケース4と同様に、軽量で、熱伝導性に優れ、非磁性・導電性材料により構成することで、軽量化、放熱性の向上、磁気遮蔽による漏れ磁束の抑制などを図ることができる。また、蓋5をケース4に固定する形態とすると、リアクトル1Aの脱落を防止できて好ましい。ここでは、ケース4は、ボルトが螺合されるボルト締結部42を具え、蓋5は、ボルトにより、ケース4に固定される。ボルト締結部42の位置、個数は特に問わない。図3に示すように、ボルトの締付対象を金属製のケース4とすると、外側コア部32Aとする場合に比較して、締付により外側コア部32Aに割れが生じるなどの不具合を防止できる。或いは、蓋5は、接着剤によってケース4や外側コア部32Aなどに固定することができる。
【００７６】
蓋5には、コイル2を構成する巻線2wの端部を引き出せるように、貫通孔51や切欠52を設けておく。図3では、巻線2wの一端用に貫通孔51、他端用に切欠52を具える形態を示すが、貫通孔51を二つ具える形態、切欠52を二つ具える形態とすることができる。貫通孔51とすると、外側コア部32Aにおいて蓋5から露出される領域を小さくし易く、切欠52とすると、蓋5を取り付け易い。
【００７７】
その他、温度センサや電流センサなどの物理量測定センサ(図示せず)を具える形態とすることができる。この形態において蓋を具える場合、蓋には、センサに接続される配線を引き出す配線用孔(図示せず)や配線用切欠(図示せず)を設ける。
【００７８】
<封止樹脂>
ケース4を具える形態では、更に、リアクトル1Aとケース4との間に封止樹脂が充填された形態とすることができる。封止樹脂は、上述の<樹脂被覆>で挙げた各種の樹脂が利用できる。封止樹脂により、蓋5を有しない形態でも、外側コア部32A(特に、ケース4の開口側に配置される径方向分割片321)の機械的保護や外部環境からの保護を図ることができる。また、封止樹脂により、リアクトル1Aとケース4との密着性を高められる。或いは、接着剤によってリアクトル1Aをケース4に固定することができる。
【００７９】
[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):100アンペア〜1000アンペア程度、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、燃料電池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することができる。
【００８０】
[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。まず、図2に示すようにコイル2、及び圧粉成形体からなる内側コア部31を用意し、上述のようにして樹脂モールド部20によりコイル2と内側コア部31とを一体に保持したコイル成形体2Aを作製する。また、射出成形などにより、外側コア部32Aを構成する径方向分割片321,322を作製する。
【００８１】
設置対象側に配置される径方向分割片322にコイル成形体2Aを収納する。この径方向分割片322は、その内周面322iがコイル成形体2Aの外形に沿った形状であるため、コイル成形体2Aを容易に位置決めできる上に、コイル成形体2Aを保持することができる。
【００８２】
径方向分割片322に収納されたコイル成形体2Aの上方から、巻線孔32hを具える一方の径方向分割片321を配置する。このとき、巻線孔32hに巻線2wの各端部を挿通させる。両分割片321,322は、係合部(係合突起33(図1(B))、係合穴34)をガイドとして、精度よく組み合せることができる。コイル成形体2Aと径方向分割片321,322とを組み付けることで外側コア部32Aが形成される。また、コイル成形体2Aの各端面は、両分割片321,322の内周面の一部により覆われ、コイル成形体2Aの外周面は、両分割片321,322の内周面の他部により覆われる。つまり、内側コア部31の各端面31eが両分割片321,322の内周面に接して、磁性コア3Aが形成される。なお、両分割片321,322の対向面321f(図1(C)),322f同士を接着剤によって接合してもよい。また、コイル成形体2A、或いは内側コア部31のみと、外側コア部32Aとを接着剤により接合してもよい。
【００８３】
磁性コア3Aが形成されることで、リアクトル1Aが得られる。ケース4を具える形態では、リアクトル1Aをケース4に収納し、蓋5を具える形態では、更に蓋5を配置する。
【００８４】
[効果]
リアクトル1Aは、外側コア部32Aを複数の分割片を組み合せた構成とすることで、一つの分割片の製造時間を短縮できる。特に、リアクトル1Aでは、各分割片を、磁性粉末と樹脂とを含む混合物の成形体(成形硬化体)とし、特定の仕様の原料を用いて射出成形により製造することで、複雑な形状の分割片でも成形可能である上に、分割片の製造時間を更に短縮できる。また、リアクトル1Aでは、分割片数を最小限である二つとしているため、組み合せ時間も短い。これらの点から、リアクトル1Aは、生産性に優れる。また、リアクトル1Aは、量産に好適であると期待される。
【００８５】
かつ、リアクトル1Aでは、外側コア部32Aは、分割方向がコイル2の径方向である径方向分割片321,322により構成されている。特に、この分割片321,322は、その合わせ目の一部、具体的には、合わせ目においてコイル2の端面側に配置される部分がコイル2の径方向に配置され、合わせ目の他部、具体的には、コイル2の外周面側に配置される部分がコイル2の軸方向に平行に配置されるように分割されている。そのため、リアクトル1Aは、外側コア部32Aを構成する分割片間に磁束を分断するギャップが生じず、磁気特性にも優れる。また、分割片321,322の双方が断面Π状であることで、コイルの一端面側からコイルの外周面側を経て他端面側に磁束を通過可能であることからも、磁気特性に優れる。
【００８６】
更に、リアクトル1Aでは、外側コア部32Aを構成する各分割片を成形硬化体とすることで、(1)各分割片の磁気特性を容易に変更可能である、(2)樹脂成分を具えることで、コイル成形体2Aや内側コア部31における外部環境からの保護・機械的保護を図ることができる、といった効果も奏する。加えて、外側コア部32Aを複数の分割片で構成することで、外側コア部32Aが一つの成形硬化体で構成される場合に比較して、各分割片が小さいため、磁性粉末の存在状態(密度)のばらつきが生じ難く、均一的な磁気特性を有することができる。この点からも、リアクトル1Aは、磁気特性に優れる。
【００８７】
その他、リアクトル1Aは、コイル成形体2Aを利用することで、コイル2を扱い易く、組立作業性に優れる。特に、内側コア部31をも一体に保持されたコイル成形体2Aを利用することで、工程数・部品点数を低減でき、組立作業性に更に優れる。また、コイル2と磁性コア3Aやケース4などとの間に、樹脂モールド部20の構成樹脂が存在することで、リアクトル1Aは、絶縁性にも優れる。特に、リアクトル1Aでは、コイル2を構成する巻線2wの引出箇所も樹脂モールド部20の構成樹脂で覆った形態であるため、当該引出箇所と外側コア部32Aとの間の絶縁を確保できる。
【００８８】
リアクトル1Aは、設置対象に設置したとき、コイル2と設置対象との距離が短い横型配置であることで放熱性に優れる。特に、リアクトル1Aでは、外側コア部32Aにおいて設置対象側の領域は、その厚さが薄いことからも、放熱性に優れる。また、リアクトル1Aでは、コイル2の端面形状がレーストラック状、即ち、コイル2における設置対象までの距離が短い領域が多い形状であることからも、放熱性に優れる。
【００８９】
リアクトル1Aは、コイル2を一つとし、横型配置であることで、嵩が小さく、小型である。また、リアクトル1Aでは、コイル2が、占積率が高く小型にし易いエッジワイズコイルであることからも、小型である。更に、リアクトル1Aは、内側コア部31の飽和磁束密度が外側コア部32Aよりも高いことで、単一の材質から構成されて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31の断面積(磁束が通過する面)を小さくでき、この点からも小型である。加えて、リアクトル1Aでは、ギャップの省略によっても小型である上に、ギャップに起因する損失の低減を図ることができる。
【００９０】
リアクトル1Aでは、内側コア部31が圧粉成形体であることから、(1)複雑な三次元形状でも容易に形成でき、生産性に優れる、(2)飽和磁束密度といった磁気特性を容易に調整可能である、といった効果も奏する。
【００９１】
(実施形態2)
以下、図4〜図6を参照して、実施形態2のリアクトル1Bを説明する。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、主な相違点は、外側コア部32Bを構成する二つの径方向分割片321,322のうち、一方の径方向分割片321が更に分割されている点、コイル2を構成する巻線2wの一端部の配置箇所が異なる点にある。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態1と重複する構成及び効果の詳細な説明を省略する。
【００９２】
実施形態1に具えるコイル2は、巻線2wの各端部におけるコイルの軸方向の配置位置が異なっており、各端部がそれぞれ、コイル2の各端面寄りに配置された形態である。実施形態2に具えるコイル2は、巻線2wの一端部が他端部側に折り返されて、巻線2wの両端部におけるコイルの軸方向の配置位置が等しく、両端部がコイル2の一端面寄りに並んで配置された形態である。この折り返された部分は、コイル2のターン形成面より突出している。そのため、実施形態2のリアクトル1Bに具えるコイル成形体2Bは、図5に示すようにコイル2のターン形成面から突出した部分が樹脂モールド部20の構成樹脂により覆われた庇部27を具える。
【００９３】
リアクトル1Bに具える外側コア部32Bは、図4に示すようにその外形が実施形態1のリアクトル1Aと同様に直方体状の立体であり、コイル2の径方向に分割される半割れ片:径方向分割片321,322を具える。但し、コイル2の巻線2wの端部を引き出す巻線孔32hを具える径方向分割片321は、断面Π状のΠ状片321aと、図5に示すように外観がL字状のL字片321bとを組み合せて構成される。つまり、リアクトル1Bに具える磁性コア3Bは、内側コア部31と、三つの分割片から構成される外側コア部32Bとを具える。
【００９４】
Π状片321aは、実施形態1のリアクトル1Aに具える一方の径方向分割片321において、底面(図4,図5では上方に配置される面)に立設される側壁のうち、一つの角部を挟むL字部分を切り欠かれた形状である。L字片321bは、この切り欠かれた部分を形成する。Π状片321a及び他方の径方向分割片322は、コイル2の各端面の一部(ここでは、半分)をそれぞれ覆う箇所と、コイル2の外周面の一部(ここでは、半周分)を覆う箇所とを具える。
【００９５】
L字片321bには、図5に示すようにコイル成形体2Bの庇部27が配置される巻線用突部327を具える。この巻線用突部327により、庇部27の下方にも磁性成分(外側コア部32B)を存在させることができ、コイル成形体2Bの外表面の実質的に全てを外側コア部32Bで覆うことができる。また、径方向分割片321をΠ状片321aとL字片321bとに分割することで、巻線用突部327を庇部27の下方に容易に配置することができる。
【００９６】
ここでは、Π状片321aとL字片321bとの接触面が、図6に示すように階段状に設けられている。この階段状の面:係合段部325a(図5),326bが両片321a,321bの係合部として機能し、両片321a,321bを容易に位置決めできる。両片321a,321bを組み合せると、合わせ目の一部、具体的にはコイル2の端面側に配置される部分が係合段部325a,326bによって図4に示すように階段状となる。係合部の形状などは適宜選択することができ、例えば、実施形態1で説明した係合突起33・係合穴34を利用できる。この例のように係合部が平面で構成された形態とすると、分割片の形状が簡素で成形性に優れる。或いは、係合部を具えていない形態とすることができる。
【００９７】
実施形態2のリアクトル1Bは、以下のようにして組み立てられる。実施形態1と同様に径方向分割片322にコイル成形体2Bを嵌め込み(図5参照)、次に、L字片321bを組み付ける(図6参照)。L字片321bは、コイル成形体2Bに掛止されると共に、径方向分割片322の対向面322fに支持される。次に、実施形態1と同様に、コイル成形体2Bの上方から、Π状片321aを配置し、巻線2wの両端部を巻線孔32hに挿通する(図4参照)。
【００９８】
実施形態2のリアクトル1Bでは、径方向分割片321を構成するΠ状片321aとL字片321bとの合わせ目のうち、コイル2の外周面側に配置される部分は、磁束を分断するように存在する。しかし、他方の径方向分割片322は、実施形態1と同様に磁束を分断することが実質的に無い。また、両分割片321,322がつくる合わせ目も、実施形態1と同様に磁束を分断することが実質的に無い。従って、実施形態2のリアクトル1Bは、外側コア部32Bを構成する分割片間に磁束を分断するギャップが少なく、磁気特性に優れる。
【００９９】
(実施形態3)
以下、図7,図8を参照して、実施形態3のリアクトル1Cを説明する。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、主な相違点は、外側コア部32Cに具える径方向分割片323,324の形状にある。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態1と重複する構成及び効果の詳細な説明を省略する。
【０１００】
実施形態3のリアクトル1Cに具える外側コア部32Cも、図7に示すように外形が直方体状の立体であり、コイル2の軸を通る平面で切断した半割れ片:径方向分割片323,324から構成される。つまり、リアクトル1Cに具える磁性コア3Cは、内側コア部31と、二つの分割片323,324からなる外側コア部32Cとを具える。但し、実施形態3の分割片323,324は、双方が設置対象に接触する形態であり、設置対象の表面に平行方向に分離する。
【０１０１】
径方向分割片323,324の内周面は、図8に示すように(図8では一方の径方向分割片323の内周面323iのみ示す)、実施形態1と同様に収納するコイル成形体2Aの外形に沿った形状に成形されている。分割片323,324は、コイル成形体2Aの各端面の一部(ここでは半分)をそれぞれ覆う箇所と、コイル成形体2Aの外周面の一部(ここでは半周分よりも少ない部分)を覆う箇所とを具える。
【０１０２】
径方向分割片323,324において互いに接触する対向面(図8では一方の径方向分割片323の対向面323fのみ示す)は平面であり、両分割片323,324の合わせ目が図7に示すように直線で構成される。この合わせ目をつくる直線は、実施形態1のリアクトル1Aと同様に、コイル2の軸を通る平面上に存在する直線(コイル2の軸方向に平行な直線、及びコイル2の径方向の直線)となることから、磁束を実質的に分断しない。また、上記合わせ目は、リアクトル1Cを設置対象に配置したとき、設置対象の表面に直交に配置される領域と平行に配置される領域とを具える。
【０１０３】
実施形態3では、コイル成形体2Aの外周面のうち、設置対象側の領域が外側コア部32Cで覆われず、露出される形態である。従って、実施形態3のリアクトル1Cの設置側面は、外側コア部32Cを構成する径方向分割片323,324の外表面の一部と、コイル成形体2Aの外周面の一部とで形成される。実施形態1,2のように外側コア部がコイル成形体の全外表面を覆う形態としてもよい。
【０１０４】
上述のようにコイル成形体2Aの外周面の一部を露出させることで、各径方向分割片323,324の対向面及びコイル2の軸方向に平行な平面で切断したときの縦断面は、図8に示すようにΠ状である。また、各分割片323,324をコイル2の軸方向に直交する平面で切断した横断面(図示せず)は、L字状である。
【０１０５】
実施形態3の径方向分割片323,324は、係合部を有してない形態であるが、実施形態1で説明したように係合部を具える形態とすることができる。
【０１０６】
実施形態3の径方向分割片323,324はいずれも、コイル2の巻線2wの端部が嵌め込まれる巻線切欠32nを具える。巻線切欠32nは、各分割片323,324において、巻線2wの端部の配置位置に対応した箇所に、巻線2wの端部を差入可能なように形状・大きさを調整する。各分割片323,324をコイル成形体2Aに組み付けるとき、各分割片323,324の対向面に設けられた巻線切欠32nの開口部から巻線2wの引出箇所を差し入れる。このとき、巻線切欠32nは、ガイドとしても機能する。コイル成形体2Aと両分割片323,324とを組み付けた後、巻線切欠32nの開口部は、両分割片323,324の構成材料である磁性粉末と樹脂とを含む混合物により埋設してもよい。こうすることで、上記開口部からコイル成形体2Aが露出しない上に、磁路面積を増やすことができる。
【０１０７】
実施形態3のリアクトル1Cも、外側コア部32Cを構成する分割片間に磁束を分断するギャップが実質的に存在せず、磁気特性にも優れる。
【０１０８】
(変形例1)
実施形態1〜3では、二つの径方向分割片を具える形態としたが、三つの径方向分割片を具える形態とすることができる。この形態は、実施形態1と同様に断面Π状の径方向分割片を二つ具えると共に、これら断面Π状の径方向分割片に挟まれる枠状片(例えば、矩形枠状片)を具える。或いは、実施形態3と同様の形状の径方向分割片を二つ具えると共に、これら径方向分割片に挟まれるΠ状枠片を具える。このように径方向分割片の個数を多くすると、各分割片が小さくなるため、注型成形を利用した場合にも、製造時間の短縮を図ることができる。また、個数が多い場合、各分割片の磁気特性を段階的に変化させた形態などとすることができる。
【０１０９】
(変形例2)
実施形態1〜3では、径方向分割片の合わせ目において、コイルの端面側に配置される部分が長径(実施形態1,2)又は短径(実施形態3)に沿って配置される形態としたが、長径及び短径以外の径方向に沿って配置される形態とすることができる。この形態では、上記合わせ目の一部、具体的にはコイルの端面側に配置される部分をコイルの径方向(長径及び短径以外)に配置し、合わせ目の他部、具体的にはコイルの外周面側に配置される部分を実施形態1〜3と同様にコイルの軸方向に平行に配置することで、外側コア部に磁束を分断するギャップが実質的に生じない。このリアクトルを設置対象に設置したとき、上記合わせ目の一部は、設置対象の表面に交差するように配置され、上記合わせ目の他部は、設置対象の表面に平行に配置される。
【０１１０】
(変形例3)
実施形態1〜3では、コイル2の軸方向が設置対象の表面に平行な横型配置である形態としたが、特許文献2に記載されるような、コイルの軸方向が設置対象の表面に直交するようにコイルが配置された形態(以下、縦型配置と呼ぶ)とすることができる。縦型配置は、設置面積を小さくすることができる。縦型配置の場合も、コイル2或いはコイル成形体の端面や内側コア部31の一端面側の領域を外側コア部から露出させた形態とすることができる。
【０１１１】
(変形例4)
実施形態1〜3では、コイル成形体2A,2Bを具える形態としたが、コイル2をそのまま用いることができる。或いは、例えば、コイル2や内側コア部31の外表面に、絶縁性テープを貼り付けたり、絶縁紙や絶縁シートを配置したりして、コイル2と磁性コア3A,3Bとの間に絶縁材を介在させた形態とすることができる。或いは、内側コア部31の外周に上述したボビン21の構成材料と同様の絶縁性材料からなるインシュレータを具える形態とすると、コイル2と内側コア部31との間の絶縁性を高められる。インシュレータは、内側コア部31の外周を覆う筒状体からなる形態、この筒状体と筒状体の両縁部から外方に突出するフランジ部(例えば、環状片)とを具える形態などが挙げられる。筒状体は、コイル2の径方向に分割可能な分割片とすると、内側コア部31の外周に配置し易い。また、筒状体は、コイル2に対する内側コア部31の位置決めにも利用できる。
【０１１２】
(変形例5)
実施形態1〜3では、筒状のコイルを一つ具える形態としたが、一対のコイル素子を具える形態とすることができる。この形態は、一対の筒状のコイル素子がその軸が平行するように横並びに配置されたコイルと、各コイル素子の内側にそれぞれ配置される一対の内側コア部と各コイル素子の外側に配置される外側コア部とを有する磁性コアとを具える。磁性コアは、横並びされた両内側コア部を繋ぐように外側コア部が接続されて環状に構成される。この形態において、例えば、外側コア部は、実施形態1〜3と同様に、一対の断面Π状の分割片を組み合せて構成される形態とすることができる。各断面Π状の分割片はそれぞれ、実施形態1〜3と同様に、コイルの端面側及び外周面側の双方に配置され、コイル素子の径方向に分離されるように構成する。或いは、例えば、外側コア部は、直方体状などの柱状体からなる複数の分割片を組み合せて構成される形態とすることができる。各柱状の分割片はそれぞれ、横並びされた両内側コア部を挟むように配置される、つまり、両コイル素子の端面側に配置されて、内側コア部に接続されて閉磁路を形成するように配置する。そして、各柱状の分割片はそれぞれ、コイル素子の径方向に分離されるように構成する。いずれの形態も、上述のように外側コア部の材質を部分的に異ならせることができる。
【０１１３】
(実施形態I)
上述した実施形態1〜3や変形例1〜5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。
【０１１４】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両200は、図9に示すようにメインバッテリ210と、メインバッテリ210に接続される電力変換装置100と、メインバッテリ210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)220とを具える。モータ220は、代表的には、3相交流モータであり、走行時、車輪250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200は、モータ220に加えてエンジンを具える。なお、図9では、車両200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。
【０１１５】
電力変換装置100は、メインバッテリ210に接続されるコンバータ110と、コンバータ110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120とを有する。この例に示すコンバータ110は、車両200の走行時、200V〜300V程度のメインバッテリ210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120に給電する。また、コンバータ110は、回生時、モータ220からインバータ120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210に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ210に充電させている。インバータ120は、車両200の走行時、コンバータ110で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ220に給電し、回生時、モータ220からの交流出力を直流に変換してコンバータ110に出力している。
【０１１６】
コンバータ110は、図10に示すように複数のスイッチング素子111と、スイッチング素子111の動作を制御する駆動回路112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111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1〜3や変形例1〜5のリアクトルを具える。生産性に優れるこれらのリアクトルを具えることで、電力変換装置100やコンバータ110は、生産性に優れる。
【０１１７】
車両200は、コンバータ110の他、メインバッテリ210に接続された給電装置用コンバータ150や、補機類240の電力源となるサブバッテリ230とメインバッテリ210とに接続され、メインバッテリ210の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ160を具える。コンバータ110は、代表的には、DC-DC変換を行うが、給電装置用コンバータ150や補機電源用コンバータ160は、AC-DC変換を行う。給電装置用コンバータ150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150や補機電源用コンバータ160のリアクトルに、上記実施形態1〜3や変形例1〜5のリアクトル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1〜3や変形例1〜5のリアクトルを利用することもできる。
【０１１８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明リアクトルは、各種のリアクトル(車載部品、発電・変電設備の部品など)に好適に利用することができる。特に、本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、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。本発明コンバータや本発明電力変換装置は、車載用、発電・変電設備用などの種々の用途に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
1A,1B,1C  リアクトル  2A,2B  コイル成形体
2  コイル  2w  巻線  20  樹脂モールド部  21  ボビン  27  庇部
3A,3B,3C  磁性コア  31  内側コア部  31e  端面  32A,32B,32C  外側コア部
321,322,323,324  径方向分割片  321a  Π状片  321b  L字片
321f,322f,323f  対向面  322i,323i  内周面  325a,326b  係合段部
327  巻線用突部  32h  巻線孔  32n  巻線切欠  33  係合突起  34  係合穴
4  ケース  41  取付部  42  ボルト締結部
5  蓋  51  貫通孔  52  切欠
100  電力変換装置  110  コンバータ  111  スイッチング素子
112  駆動回路
120  インバータ  150  給電装置用コンバータ  160  補機電源用コンバータ
200  車両  210  メインバッテリ  220  モータ  230  サブバッテリ
240  補機類  250  車輪
【図１】
2013026419.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】
2013026419.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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