(57)【要約】【課題】体格を増大させることなく、ギャップからの漏れ磁束による影響を低減することのできるリアクトルを提供する。【解決手段】少なくとも１つのギャップ５０を有する環状のコア１０，２０と、該コア１０，２０に配設されて平角線３が巻装されているコイル４０と、からなるリアクトル１００であって、平角線３はコイルの巻回軸方向Ｌに対して傾斜するように曲げ加工されており、リアクトル１００をコイル４０の巻回軸に垂直な方向から見た際に、コイル４０とギャップ５０の間に隙間Ｇが形成されるように、ギャップ５０を挟んでハの字状にコイル４０ａ，４０ｂが形成されている。【選択図】図２
2017034102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのギャップを有する環状のコアと、該コアに配設されて平角線が巻装されているコイルと、からなるリアクトルであって、
平角線はコイルの巻回軸方向に対して傾斜するように曲げ加工されており、
リアクトルをコイルの巻回軸に垂直な方向から見た際に、コイルとギャップの間に隙間が形成されるように、ギャップを挟んでハの字状にコイルが形成されているリアクトル。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。
【０００３】
リアクトルの一般的な構成形態として、U型コアやI型コアがギャップを介して環状に組み付けられ（ギャップ板を接着剤にてコアに接続したり、エアギャップを設ける）、その周囲にコイルが形成され、これがケース内に収容され、コアやコイルとケースの底面の間に放熱性を有する封止樹脂体がモールドされ、ケースの下方に冷却器が配設された形態を挙げることができる。
【０００４】
コイルには占積率の高い平角線が適用される場合があり、断面略矩形（矩形断面の隅角が曲率を有している）の平角線がエッジワイズ曲げ加工されてコイルを形成している。なお、このように平角線がエッジワイズ曲げ加工されて巻装されたコイルがコアに配設されたリアクトルが特許文献１に開示されている。
【０００５】
ギャップは、幅広い直流電流領域で安定したインダクタンス特性を得るために設けられるものである。このギャップは通常、非磁性のギャップ板を接着剤でコアに固定して設けたものであるが、ギャップには磁束が通り難いことから周囲へ磁束が漏れる漏れ磁束が発生し易い。
【０００６】
漏れ磁束が発生すると、ギャップの周囲に巻装されているコイルに渦電流損失が発生し、これがコイル発熱の主要因の一つとなっている。なお、コイルが過剰に発熱してしまうとリアクトルの機能や信頼性を低下させることから、コイルの冷却性能を向上させたり、損失低減のための方策が必要になってくる。
【０００７】
コイルの渦電流損失を低減する方策として、漏れ磁束を避けるようにして平角線を巻装してコイルを形成する方策が挙げられる。すなわち、漏れ磁束が可及的にコイルを通過しない位置にコイルを形成するものである。
【０００８】
この方策を適用した場合、ギャップから離してコイルを形成することから、離した分だけコイルの巻厚方向にコイルの寸法が大きくなり、リアクトルの体格増大に繋がるといった新たな課題が生じてしまう。そこで、アスペクト比（断面の縦横比）の高い平角線を使用することでコイルの巻厚方向の寸法増大を解消するといった方策が考えられるが、アスペクト比の高い平角線をエッジワイズ曲げ加工した際に、平角線を構成する平角導体の変形が大きくなり、平角導体の周囲に形成された絶縁被膜が伸びの限界を超える可能性が高くなってしまう。このように絶縁被膜が伸びの限界を超えると絶縁被膜の破れに繋がり、平角線の絶縁性を確保できなくなる。
【０００９】
さらに、ギャップから離してコイルを位置決めすることから、コイルをどのように位置決めするかといった位置決め対策が必要になってくる。なお、ギャップを避ける位置にコイルを配設することから、平角線を巻く間隔が大きくなり、コイルが動き易い部分が生じてコイル間隔のずれが生じ易くなる。そして、このようにギャップ周辺においてコイルの位置がずれてしまうと、ギャップを避けるようにしてコイルを配設したにもかかわらず、十分な損失低減効果が得られなくなってしまう。
【００１０】
そこで、平角線をエッジワイズ曲げ加工せず、フラットワイズ曲げ加工してコア周りに平角線を巻装してコイルを形成する方法もあり得る。しかしながら、この場合でも、ギャップから離してコイルを巻装することから、今度はコイルの径方向の寸法が大きくなってしまい、リアクトルの体格増大に繋がってしまう。また、既述するように一般的なリアクトルではコイルやコアの下方に放熱性の封止樹脂体が配設されるが、フラットワイズ曲げ加工されたコイルでは封止樹脂体と十分に接触できず、十分な放熱性能が得られ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１５−０５０３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、体格を増大させることなく、ギャップからの漏れ磁束による影響を低減することのでき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】
【００１３】
前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、少なくとも１つのギャップを有する環状のコアと、該コアに配設されて平角線が巻装されているコイルと、からなるリアクトルであって、平角線はコイルの巻回軸方向に対して傾斜するように曲げ加工されており、リアクトルをコイルの巻回軸に垂直な方向から見た際に、コイルとギャップの間に隙間が形成されるように、ギャップを挟んでハの字状にコイルが形成されているものである。
【００１４】
本発明のリアクトルは、コイルの巻回軸方向に対して傾斜するように曲げ加工を施した平角線を適用すること、コイルとギャップの間に隙間が形成されるようにギャップを挟んでハの字状にコイルを形成すること、により、コイルおよびリアクトルの体格増大を抑制しながら、ギャップからの漏れ磁束による影響を低減することを実現したものである。
【００１５】
ここで、「コイルの巻回軸方向に対して傾斜するように曲げ加工され」とは、平角線をエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工することを意味している。また、「少なくとも１つのギャップを有する環状のコア」とは、たとえば２つのU型のコアの２組の対向する端部間にそれぞれギャップが形成されて環状に組み付けられた形態や、２つのU型のコアの２組の対向する端部間にそれぞれ１つもしくは複数のI型のコアが配設され、U型のコアとI型のコアの間にギャップが形成されて環状に組み付けられた形態など、多様なコア形態を包含する意味である。
【００１６】
平角線をエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工することで、コイルをコア周りに配設した際にコイルの巻回軸方向に対して平角線を傾斜した姿勢で配設することが可能になる。
【００１７】
また、ギャップに対して、たとえば左側のコイルは平角線を右側に傾斜させるように配設し、右側のコイルは平角線を左側に傾斜させるように配設することで、リアクトルをコイルの巻回軸に垂直な方向から見た際に、ギャップを挟んでハの字状にコイルが形成されることになる。
【００１８】
そして、この状態において、ハの字状に配設されたコイルとギャップの間には隙間が形成される。
【００１９】
漏れ磁束は、ギャップを介して一方のコアから他方のコアへ迂回するようにして磁束が流れるものであるが、ハの字状に配設されたコイルとギャップの間に隙間があることで、漏れ磁束はこの隙間を通過することになり、コイルを通過する漏れ磁束は可及的に低減される。
【００２０】
ここで、平角線がコイルの巻回軸方向に対して傾斜する傾斜角度は、コイルの寸法やギャップの幅等によって変化するものの、45度〜80度の範囲が好ましい（なお、比較として挙げると、エッジワイズ曲げ加工されただけのコイルはコイルの軸方向に対して90度の方向に向いている）。
【００２１】
また、ハの字状に配設された左右のコイルの内側の２つの平角線の端部を当接させ、この当接箇所をギャップの中心延長線上に配設しながら各コイルを位置決めすることで、各平角線は同じ傾斜角度で曲げ加工されていることから、コイルの位置決めも容易におこなうことができる。
【００２２】
また、ハの字状に配設されたコイルとギャップの間に隙間があることで、コイルを通過する漏れ磁束は可及的に低減され、このことに加えて、ギャップを挟んでコイルがハの字状に配設されること（コイルがリアクトルの内側に傾斜していること）から、コイルの巻厚方向への体格増大が抑制される。特に、エッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工することで平角線の曲げ部における負荷が低減され、より一層アスペクト比の高い（断面の縦横比が大きく、より薄い）平角線を使用することができ、このことによってもコイルの体格増大が抑制される。
【００２３】
また、平角線はエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工されることから、コアやコイル下方にある放熱性の封止樹脂体との十分な接触面積を確保することができ、放熱性能に優れたリアクトルを形成できる。
【００２４】
ここで、放熱性を有する封止樹脂体は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などから形成でき、このような樹脂材料内にシリカやアルミ等の熱伝導性フィラーが分散していてもよい。
【００２５】
また、リアクトルは、ケースにコイルを具備するコアが配設され、上記する封止樹脂体がコアやコイルの下方とケースの間に形成され、ケースの下方には冷却器が配設された形態が一般的である。この冷却器には流路が形成され、流路にはラジエータ等からのクーリング水やクーリングエアといった冷媒が還流し、コアやコイルといった発熱源から発生した熱が封止樹脂体を介し、ケースを介して冷却器に伝熱され、ここでクーリングされる。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、平角線がエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方でコイルの巻回軸方向に対して傾斜するように曲げ加工され、コイルとギャップの間に隙間が形成されるようにギャップを挟んでハの字状にコイルが形成されていることにより、コイルおよびリアクトルの体格増大を抑制しながら、ギャップからの漏れ磁束による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】平角線がエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工された状態を説明した図である。
【図２】本発明のリアクトルの実施の形態の横断面図である。
【図３】（ａ）は本発明のリアクトルのコイルと漏れ磁束の関係を説明した図であり、（ｂ）は従来のリアクトルのコイルと漏れ磁束の関係を説明した図である。
【図４】（ａ）は本発明のリアクトルのコイルと封止樹脂体の接触面積を説明した図であり、（ｂ）は従来のリアクトルのコイルと封止樹脂体の接触面積を説明した図である。
【図５】平角線のアスペクト比と最小曲げ半径の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。
【００２９】
（リアクトルの実施の形態）
図１は平角線がエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工された状態を説明した図である。また、図２は本発明のリアクトルの実施の形態の横断面図である。
【００３０】
本発明のリアクトル１００で適用するコイル４０は、平角導体１の周囲に絶縁被膜２が形成されてなる平角線を図１で示すようにエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工し、所定の角度θで傾斜させた平角線３を使用する。
【００３１】
平角導体１はCu素材の導体であり、断面形状は略矩形（長方形の４つの隅角が曲率を有している形状）を呈している。一方、絶縁被膜２はエナメル被膜であり、平角導体１の周りに熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μm厚で塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して形成される。
【００３２】
図２で示すように、リアクトル１００は、２つのU型コア１０，１０の２つの端部間にI型コア２０，２０が配設され、U型コア１０とI型コア２０の間にはギャップ５０が形成されて環状のコアが形成され、これらの周りに絶縁樹脂製のボビン３０が形成され、ボビン３０の周囲にコイル４０が配設されて構成されている。
【００３３】
より詳細には、不図示のアルミニウム製のケース内に図２で示す環状のコアが配設され、ステイを介してケースとボルト締結され、コアの下方とケースの間に放熱性の封止樹脂体が形成され、ケースの下方に冷媒が還流する冷却器が配設されてリアクトルの全体が構成される。
【００３４】
U型コア１０やI型コア２０は、樹脂と軟磁性粉末等から形成される。ここで、軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。一方、樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げるこができる。
【００３５】
また、ギャップ５０はエアギャップであってもギャップ板が配設されてもよいが、ギャップ板が適用される場合は、例えばアルミナ（AL2O3）やジルコニア（ZrO2）などのセラミックスで成形することができ、接着剤にてU型コア１０やI型コア２０に固定される。
【００３６】
また、不図示の放熱性の封止樹脂体は、湿気硬化型、常温硬化型（1液タイプ、2液混合タイプのいずれであってもよい）であれば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等をベース樹脂とした材料から形成される。
【００３７】
図２で示すように、横断面図（もしくはコイル４の巻回軸に垂直な方向）で見た際に、コイル４０とギャップ５０の間に隙間Ｇが形成されるように、ギャップ５０を挟んでハの字状に左右のコイル４０ａ，４０ｂを形成する。より具体的には、ギャップ５０に対して、左側のコイル４０ａは平角線３を右側に傾斜させるように配設し、右側のコイル４０ｂは平角線３を左側に傾斜させるように配設することで、リアクトル１００をコイル４０の巻回軸に垂直な方向で見た際に、ギャップ５０を挟んでハの字状にコイル４０が形成されることになる。
【００３８】
ここで、コイル４０ａ、４０ｂの傾斜角θは、図１で示すように、エッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工してできる角度であり、図２において、コイル４０の巻回軸の方向Ｌに対して角度θで傾斜している。
【００３９】
この傾斜角度θは、コイル４０の寸法やギャップ５０の幅等によって変化するものの、45度〜80度の範囲が好ましい。
【００４０】
次に、図３，４を参照して図示する配設形態のコイル４０による効果を説明する。ここで、図３（ａ）は本発明のリアクトルのコイルと漏れ磁束の関係を説明した図であり、図３（ｂ）は従来のリアクトルのコイルと漏れ磁束の関係を説明した図である。
【００４１】
図３（ａ）で示すように、左右のコイル４０ａ、４０ｂがギャップ５０を挟んでハの字状に配設されて隙間Ｇが形成されていることで、たとえばギャップ５０を跨ぐようにしてU型コア１０からI型コア２０へ漏れる漏れ磁束Ｆが左右のコイル４０ａ、４０ｂを通過する面積は極めて僅かとなる。したがって、コイルを通過する漏れ磁束Ｆの面積が大きな場合にコイルに渦電流損失が発生し、このことに起因するコイル発熱は効果的に抑制される。
【００４２】
これに対し、図３（ｂ）で示す従来のコイルＣｏ（平角線がエッジワイズ曲げ加工されたのみのコイル）では、左右のコイルＣｏ，Ｃｏがギャップ５０を避けるようにして配設されているものの、U型コア１０からI型コア２０へ漏れる漏れ磁束Ｆが左右のコイルＣｏ，Ｃｏを比較的大きな面積で通過する。そのため、コイルＣｏに渦電流損失が発生し易く、このことに起因してコイルＣｏも発熱し易くなる。
【００４３】
また、図２、図３（ａ）からも明らかなように、ハの字状に配設された左右のコイル４０ａ，４０ｂの内側の２つの平角線３，３の端部を当接させ、この当接箇所をギャップ５０の中心延長線上に配設しながら各コイル４０ａ，４０ｂを位置決めすることで、各平角線３は同じ傾斜角度で曲げ加工されていることから、コイル４０ａ，４０ｂの位置決めも容易におこなうことができる。
【００４４】
また、図４は、コイルと放熱性の封止樹脂体との接触面積を説明した図であり、より詳細には、図４（ａ）は本発明のリアクトルのコイルと封止樹脂体の接触面積を説明した図であり、図４（ｂ）は従来のリアクトルのコイルと封止樹脂体の接触面積を説明した図である。
【００４５】
図４（ａ）で示すように、本発明のリアクトル１００で適用されるコイル４０を構成する平角線３はエッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工され、角度θで傾斜していることから、図４（ｂ）で示すエッジワイズ曲げ加工されたのみの従来の平角線３’に比して、放熱性の封止樹脂体Ｍとの接触面積は広くなる。そのため、図２で示すリアクトル１００は従来のリアクトルに比して放熱性能に優れたものとなる。
【００４６】
（平角線のアスペクト比と最小曲げ半径の関係の検証）
本発明者は、平角線のアスペクト比と最小曲げ半径の関係を検証した。図５は、平角線のアスペクト比と最小曲げ半径の関係を示した図である。
【００４７】
平角導体の曲げ半径は可能な限り小さくしたいが、アスペクト比の高い平角導体ではエッジワイズ曲げ加工した際の曲率半径が大きくなり、使用が制限される。そこで、エッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工して平角導体を傾斜させることにより、曲げ半径を小さくすることができ、高アスペクト比の平角導体の適用が可能になる。
【００４８】
図５より、エッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工して傾斜角70度の平角導体としたことで、最小曲げ半径が大きく低減することが分かる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１…平角導体、２…絶縁被膜、３…平角線（エッジワイズ曲げ加工とフラットワイズ曲げ加工の中間の曲げ方で曲げ加工された平角線）、３’…平角線（エッジワイズ曲げ加工された平角線）、１０…U型コア（コア）、２０…I型コア（コア）、３０…ボビン、４０、４０ａ、４０ｂ…コイル、５０…ギャップ、１００…リアクトル、Ｇ…隙間、Ｆ…漏れ磁束
【図１】
2017034102.tif 000003
【図２】
2017034102.tif 000004
【図３】
2017034102.tif 000005
【図４】
2017034102.tif 000006
【図５】
2017034102.tif 000007