JP5245939B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、放熱性に優れ、かつノイズが少ないリアクトルに関する。

従来から、車両用のインバータ等に用いられるリアクトルが知られている（下記特許文献１参照）。図１６に、従来のリアクトル９０の断面図を示す。図示するごとく、このリアクトル９０は、絶縁樹脂の中に磁性体の粉末を分散させた磁性粉末混合樹脂からなるコア９１と、コイル９２と、放熱用の柱状部材９５とを備えている。
図示するごとく、柱状部材９５の両端部は中央から離れるほど大径化して裾引き状になっている。このような形状にするのは、ケース９４との接触面積を大きくし、コイル９２が発した熱をケース９４に効率よく伝えるためである。

柱状部材９５の裾引き部分９５ａとコア９１との間には、図１７に示すごとく、隙間９６が形成されている。このように隙間９６が形成されるのは、以下の理由による。すなわち、リアクトル９０を製造する際に、まず成形用の型（図示しない）を別途用意し、この型に柱状部材９５及びコイル９２を配置し、液状のコア材を流し込み、固化して冷却する。これにより、上記柱状部材９５、コイル９２、コア９１が一体化した部材を形成する。このようにすると、冷却時にコア９１の体積が収縮するため、裾引き部分９５ａとコア９１との間に隙間９６が形成されるのである。

特開２００８−１９８９８１号公報

ところが、上記コイル９２には交流電流が流れるため、電流間に作用する力（アンペールの力）によってコイル９２が振動するという問題がある。従来のリアクトル９０は隙間９６が形成されているため、コイル９２の振動によってコア９１の表面９１ａが裾引き部分９５ａに接触し、ノイズが発生しやすい。

一方、リアクトル９０は車両用のインバータに使用されているため、大電流が流れる。そのためコイル９２の振動の振幅が特に大きくなり、ノイズが大きくなりやすい。また、車両用であるため、乗員に不快感を与えないよう、ノイズを少しでも低減することが望まれている。

また、車両を走行させている間は電流によってリアクトルの温度が上昇し、使用しない間は冷えるため、温度差が大きい。図１８に示すごとく、コア９１と、柱状部材９５と、接着層９３の熱膨張率が互いに異なるため、加熱および冷却を繰り返すと図の矢印方向に力が加わり、隙間９６が徐々に拡大していくという問題がある。

ノイズを低減するためには、柱状部材９５を取り除けばよいが、これを無くすとコイル９２やコア９１の冷却効率が上がらない。そのため、コイル９２やコア９１を効率よく冷却でき、かつノイズを低減できるリアクトル９０が望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コイルやコアを効率よく冷却でき、かつノイズを低減できるリアクトルを提供しようとするものである。

本発明は、絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
該コア内に埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
上記コイルの内側に位置し、該コイルの軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向両端面をコア外表面から露出させた状態で上記コア内に埋設された柱状部材とを備え、
上記柱状部材は、その両端部のうち少なくとも一方の端部に、軸線方向中央部よりも外径が大きい拡径部が形成され、該拡径部は、上記軸線方向外側に向かうほど外径が次第に大きくなるテーパ部と、該テーパ部の軸線方向外側に位置し上記テーパ部表面の延長方向よりも軸線方向に近づくように外周面が面取り状にされた面取り部とを有し、
上記コアの外表面と上記柱状部材との接触位置は上記面取り部上に位置しており、
上記面取り部の周辺領域における、上記コアの上記外表面は、上記面取り部に近づくほど軸線方向外側に向かうように湾曲した形状になっており、
上記コアは、液状の上記磁性粉末混合樹脂を硬化させて形成したものであり、
上記軸線方向における上記面取り部の長さは、上記磁性粉末混合樹脂が硬化するときの、上記軸線方向における上記コアの収縮長さよりも長いことを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

上記発明によると、柱状部材に拡径部が形成されている。拡径部は、上記テーパ部と面取り部とからなり、コアの外表面と柱状部材との接触位置は面取り部上に位置している。
このようにすると、コアの外表面はテーパ部の表面にかかるのではなく、面取り部の外周面にかかることになる。面取り部の外周面は、テーパ部の外周面と比較して、軸線を中心軸とした円筒に近い形状をしている。
上述のように、成形用の型に液状のコア材を流し込み、冷却して固化することによりコアを製造する場合は、冷却時にコアの体積が縮小する。しかし上記構成にすると、このような製法を用いた場合でも、面取り部の外周面が円筒に近い形状をしているため、コアが軸線方向に収縮しても、コアと柱状部材との間に隙間ができにくくなる。
そのため、コイルの振動によってコアが振動した場合でも、従来のように隙間９６（図１７参照）においてコア９１の表面９１ａが柱状部材９５に当たらなくなり、ノイズが発生しにくくなる。

一方、本発明では、コアやコイルから発生した熱が柱状部材を通って外部に伝達されるため、コア等を効率よく冷却することができる。

以上のごとく、本発明によれば、コイルやコアを効率よく冷却でき、かつノイズを低減できるリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの分解斜視図。 実施例１における、リアクトルの断面図。 図２の要部拡大図 実施例１における、リアクトルの製造工程説明図。 図４に続く図。 図５に続く図。 図６に続く図。 図７に続く図。 図８に続く図。 実施例１における、リアクトルを用いた回路図。 実施例１における、リアクトルに流れる電流の説明図。 実施例１における、リアクトルの温度変化を説明するための図。 実施例２における、リアクトルの断面図。 実施例３における、リアクトルの要部拡大断面図。 比較例における、リアクトルの要部拡大断面図。 従来例における、リアクトルの断面図。 従来例における、リアクトルの要部拡大図。 従来例における、リアクトルの要部拡大図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記面取り部の周辺領域における、上記コアの上記外表面は、上記面取り部に近づくほど軸線方向外側に向かうように湾曲した形状になっている。
したがって、コアと柱状部材との間に隙間が一層、できにくくなる。そのため、コイルの振動に起因するノイズが発生しにくい。
なお、上記製法（型にコア材を流し込んで固化し、冷却する）を用いる場合は、特に加工を施さなくても、コア材に作用する表面張力によって、自然に上記形状にすることができる。

また、上記コアと、上記柱状部材と、上記コイルとを収納する収納ケースを備え、上記コアの外表面と、上記収納ケースの内面との間に、上記コアを接着する接着層が介在していることが好ましい（請求項２）。
従来のリアクトルでは、図１８に示すごとく、コア９１と、柱状部材９５と、接着層９３との熱膨張率が異なるため、加熱と冷却を繰り返しているうちに隙間９６が徐々に拡大するという問題があった。すなわち、接着層が存在する場合は、ノイズが徐々に大きくなりやすい。
しかし本発明を用いれば、コアと柱状部材との間に隙間ができないため、上記問題が生じにくい。したがって、接着層が存在する状態で本発明を適用すると、その効果が特に大きい。

また、上記収納ケースの底面に、上記柱状部材の端面が接触していることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、コイルとコアから発生した熱が柱状部材を通り、さらに収納ケースに伝わるため、冷却効率を特に高くすることができる。

また、上記柱状部材の両方の端部に上記拡径部が形成されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、柱状部材に拡径部が２箇所形成されているため、放熱効率を特に高くすることができる。例えば、金属製の板を使って収納ケースに蓋をする。そして、柱状部材の一方の拡径部が収納ケースの底面に接触し、他方の拡径部が上記蓋に接触するようにすれば、コイル等から発生した熱が収納ケースと蓋との双方に伝達されるため、放熱効率が特に高くなる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるリアクトルにつき、図１〜図１２を用いて説明する。
図１は本例のリアクトル１の分解斜視図であり、図２はその断面図である。本例のリアクトル１は、図１、図２に示すごとく、絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコア４を備える。また、通電により磁束が発生するコイル２がコア４内に埋設されている。そして、コイル２の内側に位置し、コイル２の軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向両端面５１，５２をコア外表面４０から露出させた状態でコア４内に埋設された柱状部材３を備える。
柱状部材３は、その両端部のうち少なくとも一方の端部に、軸線方向中央部３０よりも外径が大きい拡径部５が形成され、拡径部５は、軸線方向外側に向かうほど外径が次第に大きくなるテーパ部５ａと、テーパ部５ａの軸線方向外側に位置しテーパ部表面５００の延長方向よりも軸線方向に近づくように外周面５０が面取り状にされた面取り部５ｂとを有している。
また、図３に示すごとく、コア４の外表面４０と柱状部材３との接触位置４１は面取り部５ｂ上に位置している。
以下、詳述する。

本例のコア４は、磁性体の粉末として鉄粉を用い、絶縁樹脂としてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いている。また、コイルは銅線を巻き回して形成されている。柱状部材３および収納ケース７はアルミニウム製である。収納ケース７は底面に凸部１３を備えており、この凸部１３および柱状部材３に形成された雌螺子部にボルト１０を螺合することにより、柱状部材３と収納ケース７とを一体化している。

また、図３に示すごとく、コア４の外表面４０は、面取り部５ｂの周辺領域が、面取り部５ｂに近づくほど軸線方向外側に向かうように湾曲した形状になっている。
後述する製法を用いることにより、特に加工を施さなくても、自然にこのような形状にすることができる。

また、本例のリアクトル１は図２に示すごとく、コア４と、柱状部材３と、コイル２とを収納する収納ケース７を備え、コア４の外表面４０と、収納ケース７の内面７０との間に、コア４を接着する接着層６が介在している。
接着層６として、例えばウレタン樹脂を好適に用いることができる。ウレタン樹脂は柔らかいため、コイル２の振動を吸収する効果もある。

また、本例では図２に示すごとく、収納ケース７の底面に、柱状部材３の端面５１が接触している。
さらに、本例では図２に示すごとく、柱状部材３の両方の端部に拡径部５が形成されている。

次に、図４〜図９を用いて、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。
まず、図４に示すごとく、成形用の型８（収納ケース７とは異なる）を用意し、その中に柱状部材３とコイル２を入れる。
その後、図５に示すごとく、型８の中に液状のコア材４’を流し込む。このコア材４’は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に鉄粉を分散させたものであり、図５の段階では熱硬化性樹脂は硬化していない。

図６に示すごとく、コア材４’を所定量入れた後、熱処理を施すと、熱硬化性樹脂が硬化する。これにより、コア４、柱状部材３、コイル２が一体となる。
その後、コア４を冷却すると、図７に示すごとくコア４の体積が縮小し、型８とコア４との間に隙間４００ができる。
これにより、図８に示すごとく、柱状部材３と、コイル２と、コア４とが一体となった部材１４が型８から容易に取り出せるようになる。

面取り部５ｂの軸線方向長さは、コア４の収縮量よりも長くなるように設定されている。そのため、コア４の体積が収縮した後、コア４の外表面４０（図３参照）は面取り部５ｂの外周面５０にかかり、テーパ部５ａの表面５００にかからない。また、コア４の表面張力により、コア４の表面４０は図３に示すように湾曲した形状になる。そのため、従来のリアクトル（図１７参照）のように、コア９１と柱状部材９５ａとの間に隙間９６ができるという不具合が生じにくい。

その後、図９に示すごとく、収納ケース７に液状の接着剤６を少量入れておき、そこに上記部材１４を収納する。これにより、部材１４と収納ケース７との隙間に接着剤６が入り込み（図２参照）、部材１４と収納ケース７とを接着することが可能となる。
また、部材１４を収納した後、ボルト１０を使って部材１４を収納ケース７に固定する。

次に、リアクトル１が使用されている回路について説明する。図１０は、車両に搭載された電力変換装置８００の例である。図示するごとく、この電力変換装置８００は、インバータ８０、コンバータ８１、直流電源８４、からなる。インバータ８０は、図示するごとく、複数個の半導体モジュール８５からなる。各々の半導体モジュール８５は、ＩＧＢＴ素子８５ａと、フライホイールダイオード８５ｂを備えている。
直流電源８４の電圧をコンバータ８１によって昇圧し、その昇圧した電圧をインバータ８０に入力する。そして、インバータ８０において交流電力に変換し、その交流電力を使って三相交流モータ８２を駆動し、車両を走行させる。
一方、コンバータ８１は、本例のリアクトル１、半導体モジュール８６から構成されている。半導体モジュール８６のＩＧＢＴ素子８６ａをスイッチング動作させることにより、図１１に示す交流電流をリアクトル１に流す。これにより、直流電源８４の電圧を昇圧している。

次に、本例の作用効果につき説明する。
図２、図３に示すごとく、本例のリアクトル１では、柱状部材３に拡径部５が形成されている。拡径部５は、テーパ部５ａと面取り部５ｂとからなり、コア４の外表面と柱状部材３との接触位置は面取り部５ｂ上に位置している。
このようにすると、コア４の外表面４０はテーパ部５ａの表面５００にかかるのではなく、面取り部５ｂの外周面５０にかかることになる。面取り部５ｂの外周面５０は、テーパ部５ａの外周面と比較して、軸線を中心とした円筒に近い形状をしている。
上述のように、型８に液状のコア材４’を流し込み、冷却して固化することによりコアを製造する場合は、冷却時にコア４の体積が縮小する。しかし上記構成にすると、このような製法を用いた場合でも、面取り部５ｂの外周面５０が円筒に近い形状をしているため、コア４が軸線方向に収縮しても、コア４と柱状部材３との間に隙間ができにくくなる。
そのため、コイルの振動によってコアが振動した場合でも、従来のように隙間９６（図１７参照）においてコア９１の表面９１ａが柱状部材９５に当たらなくなり、ノイズが発生しにくくなる。

また、図３に示すごとく、面取り部５ｂの周辺領域における、コア４の外表面４０は、面取り部５ｂに近づくほど軸線方向外側に向かうように湾曲した形状になっている。
このようにすると、コア４と柱状部材３との間に隙間が一層、できにくくなる。そのため、コイル２の振動に起因するノイズが発生しにくい。
なお、上記製法（型８にコア材４’を流し込んで固化し、冷却する）を用いる場合は、コア材４’の粘度や面取り部５ｂの角度を調節すれば、特に加工を施さなくても、コア材に作用する表面張力によって、自然に上記形状にすることができる。

また、図２に示すごとく、本例では、コア４と、柱状部材３と、コイル２とを収納する収納ケース７を備え、コア４の外表面４０と、収納ケース７の内面７０との間に、コア４を接着する接着層６が介在している。
従来のリアクトル１では、図１８に示すごとく、コア９１と、柱状部材９５と、接着層９３との熱膨張率が異なるため、加熱と冷却を繰り返しているうちに隙間９６が徐々に拡大するという問題があった。すなわち、接着層が存在する場合は、ノイズが徐々に大きくなりやすい。
しかし本発明を用いれば、コア４と柱状部材３との間に隙間ができないため、上記問題が生じにくい。したがって、接着層６が存在する状態で本発明を適用すると、その効果が特に大きい。

また、図２に示すごとく、本例では、収納ケース７の底面に、柱状部材３の端面が接触している。
このようにすると、コイル２とコア４から発生した熱が柱状部材３を通り、さらに収納ケース７に伝わるため、冷却効率を特に高くすることができる。

また、本例のリアクトル１は、図１０に示すごとく、車両の電力変換装置８００に用いられる。車両の電力変換装置８００は大電流が流れるため、コイル２の振動の振幅が大きく、ノイズが大きくなりやすい。また、乗員に聞こえないようにするために、ノイズを低減する要求が特に大きい。
さらに、図１３に示すごとく、車両を走行させた時はリアクトルの温度が上昇し、走行しない場合は温度が下がる。このように温度差が大きいため、従来のリアクトルでは、上述したように隙間が徐々に拡大し、ノイズが大きくなるという問題が生じやすいが、本発明の場合は隙間が生じないため、このような問題が発生しにくい。
このように、本例のリアクトルは、車両用の電力変換装置に用いると特に効果が大きい。

以上のごとく、本例によれば、コイル２やコア４を効率よく冷却でき、かつノイズを低減できるリアクトル１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図１３に示すごとく、リアクトル１に蓋７１を設けた例である。この蓋７１は金属板からなり、螺子１５によって収納ケース７に固定されている。また、柱状部材３は両方の端部に拡径部５が形成されている。一方の拡径部５ｘは収納ケース７の底面に接触しており、他方の拡径部５ｙは蓋７１に接触している。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

本例の作用効果について説明する。本例では、柱状部材３の一方の拡径部５ｘが収納ケース７の底面に接触し、他方の拡径部５ｙが蓋７１に接触する。そのため、コイル２およびコア４から発生した熱が収納ケース７と蓋７１の双方に伝達される。これにより、放熱効率を高めることができる。

（実施例３）
本例は、面取り部５ｂの形状を変えた例である。図１４に示すごとく、本例の面取り部５ｂは、若干テーパがつけられている。このようにすると、実施例１と比較して、面取り部５ｂと収納ケース７との接触面積を多少増やすことができる。そのため、放熱効率が高まる。
一方、面取り部５ｂを、テーパ部５ａに近い角度にすると、図１５の比較例に示すごとく、隙間９６ができてしまう。そのため、面取り部５ｂは、あまり角度をつけない方が好ましい。
面取り部５ｂの外周面５０と、端面５１とのなす角度θは、６０°〜９０°が好ましい。θがこの範囲内であれば、コア４と面取り部５ｂとの間に隙間ができにくい。上記角度θは、７５°〜９０°であることが更に好ましく、実施例１のように９０°にすることが最も好ましい。

１ リアクトル
２ コイル
３ 柱状部材
３０ 軸線方向中央部
４ コア
５ 拡径部
５ａ テーパ部
５ｂ 面取り部
５０（面取り部の）外周面
５１，５２（面取り部の）端面
６ 接着層
７ 収納ケース
７０（収納ケースの）内面

Claims (4)

1. 絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
   該コア内に埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
   上記コイルの内側に位置し、該コイルの軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向両端面をコア外表面から露出させた状態で上記コア内に埋設された柱状部材とを備え、
   上記柱状部材は、その両端部のうち少なくとも一方の端部に、軸線方向中央部よりも外径が大きい拡径部が形成され、該拡径部は、上記軸線方向外側に向かうほど外径が次第に大きくなるテーパ部と、該テーパ部の軸線方向外側に位置し上記テーパ部表面の延長方向よりも軸線方向に近づくように外周面が面取り状にされた面取り部とを有し、
   上記コアの外表面と上記柱状部材との接触位置は上記面取り部上に位置しており、
   上記面取り部の周辺領域における、上記コアの上記外表面は、上記面取り部に近づくほど軸線方向外側に向かうように湾曲した形状になっており、
   上記コアは、液状の上記磁性粉末混合樹脂を硬化させて形成したものであり、
   上記軸線方向における上記面取り部の長さは、上記磁性粉末混合樹脂が硬化するときの、上記軸線方向における上記コアの収縮長さよりも長いことを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記コアと、上記柱状部材と、上記コイルとを収納する収納ケースを備え、上記コアの外表面と、上記収納ケースの内面との間に、上記コアを接着する接着層が介在していることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項２において、上記収納ケースの底面に、上記柱状部材の端面が接触していることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記柱状部材の両方の端部に上記拡径部が形成されていることを特徴とするリアクトル。

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