JP7849151B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、コアとコイルを備えたリアクトルに関する。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車、無停電電源など様々な用途にリアクトルが用いられている。リアクトルは主としてコイル及びコアから成る。コイルは、通電により巻数に従って磁束を発生させ、コアは、コイルが発生させた磁束を通す磁路となる。リアクトルは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品である。

コアは、例えば、中脚と、中脚の両隣に中脚の延び方向と平行に配置される２本の外脚と、中脚と２本の外脚を繋ぐ一対のヨーク部とを有する一対のＥ字型コア部材から成る。このＥ字型コア部材には、コイルとの絶縁を図るため、樹脂部材が被覆されている。コイルは１つ設けられ、中脚にコイルを装着し、Ｅ字型コア部材の中脚及び外脚を互いに向かい合わせて接合することで、閉じた磁気回路が形成される。

特開２０２０－０８８２０５号公報

通電させることでコイルの温度が上昇する。また、リアクトルの損失によって生じた熱などによってコアの温度が上昇する。そのため、コイル及びコアの温度上昇を抑制するために冷却シートといった放熱部材を用いることがある。

例えば、上記のような中脚及び２本の外脚から成る３本の脚部を有し、中脚にコイルが装着されている場合、コイルの底面、２本の外脚の底面、一対のヨーク部の底面に放熱部材を配置させることで、コイル及びコアの温度上昇を抑制する手法がある。しかし、この場合、各底面に放熱部材を配置する作業が生じ、生産効率が悪化する。また、放熱部材は費用が高いため、材料費が高騰する。そこで、生産性の向上及びコスト削減が強く要求されている。

一方で、コイル及びコアの温度上昇も無視できない。コイルやコアの温度が上昇すると、リアクトルの温度が上昇し、その結果、磁気特性が悪化する。そこで、生産効率の向上及びコスト削減を図りつつ、放熱効果を上げることができるリアクトルが要求されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、作業性の向上及びコスト削減を図りつつ、リアクトルの温度上昇を抑制でき、放熱効率に優れたリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルは、コアと、前記コアに装着されるコイルと、前記コアの表面を被覆するコアモールド樹脂と、を備え、前記コイルの底面と接触する放熱部材が設けられ、前記コアモールド樹脂は、前記コアの底面を被覆する底面被覆部と、前記放熱部材と接触する接触部と、前記底面被覆部と前記接触部を繋ぐ伝導部と、を有し、前記放熱部材は、前記コイルの底面のみに設けられ、前記伝導部は、前記底面被覆部から前記接触部に向かって傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は、内側に窄むように形成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、作業性の向上及びコスト削減を図りつつ、リアクトルの温度上昇を抑制でき、放熱効率に優れたリアクトルを得ることができる。

モールドコアの斜視図である。 モールドコアにコイルを装着させた組立体の斜視図である。 リアクトルの全体構成を示す斜視図である。 モールドコアの底面斜視図である。 放熱部材が設けられたリアクトルの図であり、（ａ）が底面平面図であり、（ｂ）が断面図である。

（実施形態）
本実施形態に係るリアクトルについて、図面を参照しつつ説明する。各図面においては、理解容易のため、寸法、位置関係、比率又は形状等を強調して示している場合があり、本発明は、それら強調に限定されるものではない。図１は、モールドコアの斜視図である。図２は、モールドコアにコイルを装着させた組立体の斜視図である。図３は、リアクトルの全体構成を示す斜視図である。

リアクトル１０は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途で使用される。本実施形態のリアクトル１０は、コア１、コアモールド樹脂２、コイル４及び二次モールド樹脂５を備える。

まず、図１に示すように、コア１をコアモールド樹脂２でモールド成型して一対のモールドコア３を作製する。このコア１をコアモールド樹脂２でモールド成型する工程が一次モールド成型である。即ち、コアモールド樹脂２は一次モールド樹脂と言い換えることができる。この一対のモールドコア３にコイル４を組付け（図２参照）、図３に示すように、二次モールド樹脂５によって更にモールド成型して、モールドコア３とコイル４は一体化する。即ち、本実施形態のリアクトル１０は、２度のモールド成型によって作製されたリアクトルである。

コア１は、圧粉磁心、フェライト磁心、積層鋼板、又はメタルコンポジットコア等を用いることができる。メタルコンポジットコアとは、磁性粉末と樹脂とが混練され、樹脂が硬化されて成る磁性体である。コア１は、コイル４が発生させた磁束が通る磁路となる。

コア１は、一対のＥ字型コア部材により構成させ、この一対のＥ字型コア部材の互いの脚部を接合することで、２つの環状を有する概略θ型形状となっている。即ち、コア１は、中脚１１と、中脚１１と平行に延び、中脚１１の両隣に配置された一対の外脚１２と、中脚１１及び外脚１２を繋ぐヨーク部１３を有する。中脚１１の外径は、コイル４の内径よりも小径であり、中脚１１にコイル４が装着される。一方、外脚１２にはコイル４は装着されていない。

コアモールド樹脂２は、コア１を被覆する樹脂部材である。コアモールド樹脂２によってＥ字型コア部材をモールド成型することで、Ｅ字型コア部材とコアモールド樹脂が一体に成形されたモールドコア３となる。モールドコア３は、２つ作製され、互いのモールドコア３を篏合させる。

樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、又はこれらの複合を挙げることができる。なお、樹脂に熱伝導性のフィラーを混ぜてもよい。

図４は、モールドコアの底面斜視図である。図５は、放熱部材が設けられたリアクトルの図であり、（ａ）が底面平面図であり、（ｂ）が断面図である。なお、図５（ａ）の放熱部材は、他の構成部材が見えるように、透視図としている。コアモールド樹脂２は、図４に示すように、底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３を有する。底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３は、モールド成型により継ぎ目なく一体に形成されている。

底面被覆部２１は、コア１の底面を被覆する。コア１の底面とは、放熱部材６と対向するコア１の端面である。底面被覆部２１は、コア１の底面のうち、コイル４が装着されていない脚部を被覆していれば足りる。本実施形態では、底面被覆部２１は、外脚１２の底面を被覆している。なお、中脚１１の外表面は、コイル４との絶縁を図るためコアモールド樹脂２で被覆されているが、中脚１１の外表面を二次モールド樹脂５で被覆することでコイル４との絶縁を図れるのであれば、コアモールド樹脂２で被覆する必要はない。接触部２２は、後述するコイル４の底面に設けられた放熱部材６と接触する。接触部２２は、コイル４の巻軸方向を長辺とする板状の部材である。

伝導部２３は、コイル４が装着されていないコア１を被覆している底面被覆部２１と接触部２２の間に設けられ、底面被覆部２１と接触部２２を繋ぐ。底面被覆部２１と接触部２２を伝導部２３によって繋げることで、コア１の熱を底面被覆部２１、伝導部２３及び接触部２２を介して放熱部材６に放出する。

伝導部２３は、複数設けられ、隣接する伝導部２３の間には空間２４が設けられている。この空間２４は、巻軸方向の長さが概略同一の長さであり、換言すれば、伝導部２３は、概略等間隔に設けられている。

伝導部２３は、コア１の脚部の横並び方向の長さが、底面被覆部２１と接触している側が最も長く、接触部２２に向かうにつれて短くなるように形成されている。中脚１１コイル４の巻軸方向から見ると、伝導部２３は、概略三角形状となっている。即ち、伝導部２３は、傾斜面を有する。換言すれば、コイル４の巻軸方向からモールドコア３を見ると、モールドコア３は、底面被覆部２１から接触部２２に向かうにつれて窄んだ形状になっている。

また、本実施形態では、コアモールド樹脂２は、底面被覆部２１ａ、接触部２２ａ及び伝導部２３ａを有する。底面被覆部２１ａは、ヨーク部１３の底面の一部を被覆する。具体的には、底面被覆部２１ａは、脚部の横並び方向のヨーク部１３の底面の両端部を被覆する。また、底面被覆部２１ａは、ヨーク部１３の底面のコイル４側の縁部分をヨーク部１３の底面の両端部を繋ぐように被覆している。

接触部２２ａは、接触部２２と同様、コイル４の底面と接触する放熱部材６と接触している。伝導部２３ａは、底面被覆部２１ａと接触部２２ａの間に設けられ、底面被覆部２１ａと接触部２２ａを繋いでいる。伝導部２３ａは、伝導部２３と同様、複数設けられ、各伝導部２３ａの間には空間２４ａが設けられている。なお、本実施形態では、ヨーク部１３の底面の一部は、コアモールド樹脂２に被覆されず、露出している。

コイル４は、エナメルなどで絶縁被覆した１本の平角状の導電性部材により構成される。コイル４は、巻き位置を巻軸方向にずらしながら導電性部材を筒状に巻回して成る。本実施形態では、銅線によって構成された平角線のエッジワイズコイルである。なお、コイル４の線材の種類や巻き方はこれに限らず、他の形態のものであってもよい。

コイル４の端部は、図３に示すように、バスバー８と接続され、バスバー８を介して外部機器と電気的に接続される。外部機器から電力が供給されると、コイル４に電流が流れ、磁束が発生し、コア１内に磁束が流れ、閉じた磁気回路が形成される。

コイル４の底面は、二次モールド樹脂５によって被覆されず、露出している。コイル４の底面には、コイル４の底面と接触する放熱部材６が設けられている。放熱部材６は、１つのみ設けられている。換言すれば、放熱部材６は、外脚１２の底面やヨーク部１３の底面には設けられていない。放熱部材６は、コイル４の熱をリアクトル１０の外部に放出する。放熱部材６としては、例えば、放熱シート、放熱グリス、放熱性ギャップフィラー（塗布時はペースト状で硬化するとシート状になり弾性を有する材料）等の弾性を有する部材、アルミニウム等の金属から成る板状部材などを用いることができる。放熱部材６の形状は、本実施形態では概略矩形状となっているが（図５（ａ）参照）、如何なる形状であってもよい。なお、放熱部材６は、リアクトル１０の構成部品としてもよいし、リアクトル１０の構成要素ではなく、リアクトル１０の設置場所に配置されており、その上にリアクトル１０は載置してもよい。

二次モールド樹脂５は、図３に示すように、モールドコア３とコイル４を被覆する樹脂部材である。二次モールド樹脂５を金型内に射出し、二次モールド樹脂５が固化することでもモールドコア３とコイル４は一体化する。本実施形態では、二次モールド樹脂５は、モールドコア３の中脚１１の表面及並びに外脚１２及びヨーク部１３の内周面を被覆している。また、二次モールド樹脂５は、コイル４の底面及びコイル４を構成する導電性部材の端部を除きコイル４の外表面及び内表面を被覆している。

二次モールド樹脂５の樹脂としては、コアモールド樹脂２と同様の種類の樹脂を挙げることができる。なお、二次モールド樹脂５とコアモールド樹脂２は、異なる樹脂によって構成されていてもよいが、同一種類の樹脂によって構成させた方がよい。同一の種類の樹脂を用いることで、樹脂の収縮率が同一になり、コアモールド樹脂２と二次モールド樹脂５の密着性が高まり、コアモールド樹脂２と二次モールド樹脂５の剥離を防止でき、リアクトル１０の騒音・振動の悪化を抑制できる。

なお、コイル４の上面及び底面には、カバー７ａ、７ｂが設けられている。カバー７ａ、７ｂは、モールド成型時に金型がコイル４の接触することを防止する。カバー７ａは板状の部材でコイル４の上面を被覆する。カバー７ｂは、枠状の部材でコイル４の底面の縁を被覆する。換言すれば、コイル４の底面はカバー７ａに全面が被覆されているわけではなく、露出している。

（作用効果）
以上のとおり、本実施形態のリアクトル１０は、コア１と、コア１に装着されるコイル４と、コア１の表面の被覆するコアモールド樹脂２と、を備える。コイル４の底面には、コイル４の底面と接触する放熱部材６が設けられている。コアモールド樹脂２は、コア１の底面を被覆する底面被覆部２１と、放熱部材６と接触する接触部２２と、底面被覆部２１と接触部２２を繋ぐ伝導部２３と、を有する。

従来は、放熱部材６は、コイル４の底面のみではなく、コアの底面など複数の個所に設けられていた。そのため、放熱部材６を配置する作業が複数回行われ、生産性が悪化していた。また、放熱部材６は、高級であるため材料費の高騰を招いていた。

しかし、本実施形態では、放熱部材６は、コイル４の底面のみに１つだけ配置している。そのため、放熱部材６の配置作業を削減でき、リアクトル１０の生産性が向上するとともに、材料費の削減を図ることができる。また、コア１の熱は、底面被覆部２１、伝導部２３及び接触部２２を介してコイル４の底面に設けられた放熱部材６に伝達させている。そのため、コア１の熱を放出する経路も確保され、リアクトル１０の温度上昇も抑制できる。このように、本実施形態のリアクトル１０は、生産性の向上及びコスト削減を図るとともに、温度上昇を抑制でき、放熱効率（作業及びコストに対する放熱効果）が上がる。

特に、底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３は、コア１と一体に成形されている。例えば、底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３を別体として成形し、接着剤などでコア１の底面と放熱部材６の間に固定する場合、コア１の表面には凹凸があるため底面被覆部２１とコア１の底面の間に空間が生じることがある。また、接着剤で接合することで熱抵抗が生じる。そのため、伝熱性が悪化する。

しかし、本実施形態では、コア１と底面被覆部２１は、モールド成型により一体に成型され、底面被覆部２１はコア１の表面の凹凸に入り込み、密着している。また、底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３は、継ぎ目なく一体に形成されている。そのため、伝熱性を悪化させることなく、コア１の熱を放熱部材６に伝達させることができる。

また、伝導部２３は、複数設けられ、隣接する伝導部２３の間には空間２４が設けられており、伝導部２３の表面積を大きくしている。例えば、リアクトル１０が風通しの良い場所やファンなどによってリアクトル１０に空気が送られるような場所に設置される場合、伝導部２３からも空冷により放熱できる。そのため、放熱効率を更に上げることができる。

伝導部２３は、底面被覆部２１から接触部２２に向かって傾斜する傾斜面を有し、モールドコア３の下部は、内側に向かって窄んでいる。これにより、リアクトル１０を小型化することができる。また、伝導部２３を傾斜させず、垂直に延ばし、コイル４の巻軸方向から見た場合に、矩形状に形成する場合に比べて、コアモールド樹脂２を構成する樹脂の量を削減でき、更なるコスト削減を図ることができる。そして、伝導部２３に傾斜面を設けても、伝導部２３を垂直に延ばした場合と同程度の放熱効果を有する。そのため、放熱効率が更に上がる。

コア１は、コイル４が装着される中脚１１と、中脚１１の平行に延び、中脚１１の両隣に配置された一対の外脚１２と、中脚１１及び外脚１２を連結するヨーク部１３を有する。コアモールド樹脂２は、コイル４が装着されていない一対の外脚１２の底面を被覆し、伝導部２３は、外脚１２の底面を被覆する底面被覆部２１と接触部を繋いでいる。

このように、中脚１１と一対の外脚１２の３本の脚部があり、中脚１１のみにコイル４が装着される場合、従来であれば、放熱部材６はコイル４の底面以外に、一対の外脚１２の底面と、一対のヨーク部１３の底面の最大合計４つ追加することになる。そのため、更なる作業やコスト増大を招く。また、作業性の悪化やコスト増大を防止するため、放熱部材６を減らし、例えば、コイル４の底面と一対のヨーク部１３の底面のみに放熱部材６を配置することも考えられるが、この場合、外脚１２の温度が上昇してしまい、リアクトル１０の磁気特性が悪化する虞がある。

しかし、本実施形態では、伝導部２３は、外脚１２の底面を被覆する底面被覆部２１と接触部２２を繋ぎ、外脚１２の底面やヨーク部１３の底面は、放熱部材６を配置していない。そして、外脚１２の熱は伝導部２３を介してコイル４の底面に配置された放熱部材６に放出できる。よって、作業性の向上及びコスト削減を図りつつ、放熱効果を上げることができる。

さらに、コアモールド樹脂２は、ヨーク部１３の底面の一部を被覆する底面被覆部２１ａを有し、伝導部２３ａは、底面被覆部２１ａから接触部２２ａを繋いでいる。これにより、ヨーク部１３からもコア１の熱を放熱部材６に伝達させることができるので、リアクトル１０の放熱性がより向上する。

なお、露出しているヨーク部１３の底面に別途放熱部材６を設けてもよい。ヨーク部１３の熱は、伝導部２３ａを介して放熱部材６に放出することができるので、ヨーク部１３の底面の露出面積は小さくできる。そのため、ヨーク部１３の底面に設ける放熱部材６は、露出しているヨーク部１３の底面の大きさにすればよいので、ヨーク部１３の底面全面と接触するように配置する場合に比べて小さくでき、コスト削減できる。それに加え、コア１の熱をヨーク部１３の底面から直接放熱部材６に放出できるので、リアクトル１０の放熱効果も上がる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

（１）本実施形態では、伝導部２３、２３ａは、複数設けられ、隣接する伝導部２３、２３ａの間には空間２４が設けられていたが、空間２４は設けなくてもよい。即ち、空間２４部分にもコアモールド樹脂２を流し込み、中実の１つの伝導部２３としてもよい。中実の伝導部２３、２３ａとすることで、コア１の熱をより効果的に放熱部材６に伝達させることができるので、放熱効率を上げることができる。

（２）底面被覆部２１ａは、ヨーク部１３の底面の一部のみ被覆していたが、全面を被覆させてもよい。これにより、ヨーク部１３の熱をより多く放熱部材６に伝達することができるので、放熱効率を上げることができる。

（３）本実施形態のリアクトル１０は、まず、コア１をコアモールド樹脂２でモールド成型して底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３を有するモールドコア３を作製し、コイル４をモールドコア３に組み付け、二次モールド樹脂５で一体に成型していた。もっとも、底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３は、二次モールド時の樹脂によって形成させてもよい。即ち、まず、コイル４をモールド成型し、モールドコイルを作製し、モールドコイルにコア１を組付け、二次モールド樹脂５で底面被覆部２１、接触部２２及び伝導部２３を形成するとともに、コア１とモールドコイルを一体に成型してもよい。この場合において、二次モールド樹脂５が実施形態のコア１を被覆するコアモールド樹脂２となる。

（４）本実施形態では、コイル４は中脚１１に装着していたが、リアクトル１０はコイル４を２つ備え、一対の外脚１２それぞれに装着させ、中脚１１にはコイル４を装着させなくてもよい。この場合、放熱部材６を２つ設け、各外脚１２に装着されたコイル４の底面に放熱部材６をそれぞれ配置し、底面被覆部２１は中脚１１の底面を被覆する。接触部２２は、２つ設けられ、一方の接触部２２は、一方の外脚１２に装着されたコイル４の底面に配置された放熱部材６と接触し、他方の接触部２２は、他方の外脚１２に装着されたコイル４の底面に配置された放熱部材６と接触する。伝導部２３は、底面被覆部２１と一方の接触部２２、底面被覆部２１と他方の接触部２２をそれぞれ繋ぐ。これにより、中脚１１の底面からコア１の熱を２つの放熱部材６に放出することができる。

（５）コア１の脚部の数は、３本ではなくてもよい。コア１は、例えば、Ｕ字型コア部材を接合させた２本の脚部を有していてもよい。この場合、一方の脚部にコイル４を装着し、他方の脚部にはコイル４を装着せず、脚部の底面を底面被覆部２１によって被覆させる。そして、底面被覆部２１からコイル４の底面に設けられた放熱部材６と接触する接触部２２まで伝導部２３を延ばす。これにより、コイル４が装着されていない脚部の底面からコア１の熱を放熱部材６に放出することができる。

（６）伝導部２３は傾斜面を有していればよく、コイル４の巻軸方向から見た形状が概略三角形状で限定されない。例えば、コイル４の巻軸方向から見た伝導部２３の形状は、底面被覆部２１と接続している部分を下底、接触部２２側を上底とする台形形状であってもよい。

１０ リアクトル
１ コア
２ コアモールド樹脂
２１、２１ａ 底面被覆部
２２、２２ａ 接触部
２３、２３ａ 伝導部
２４、２４ａ 空間
３ モールドコア
４ コイル
５ 二次モールド樹脂
６ 放熱部材
７ａ、７ｂ カバー
８ バスバー

Claims (4)

1. コアと、
   前記コアに装着されるコイルと、
   前記コアの表面を被覆するコアモールド樹脂と、
   を備え、
   前記コイルの底面と接触する放熱部材が設けられ、
   前記コアモールド樹脂は、
   前記コアの底面を被覆する底面被覆部と、
   前記放熱部材と接触する接触部と、
   前記底面被覆部と前記接触部を繋ぐ伝導部と、
   を有し、
   前記放熱部材は、前記コイルの底面のみに設けられ、
   前記伝導部は、前記底面被覆部から前記接触部に向かって傾斜する傾斜面を有し、
   前記傾斜面は、内側に窄むように形成されていること、
   を特徴とするリアクトル。
2. 前記コアは、
   複数の脚部と、
   前記複数の脚部を繋ぐヨーク部と、
   を有し、
   前記脚部は、
   前記コイルが装着される脚部と、
   前記コイルが装着されない脚部と、
   を有し、
   前記底面被覆部は、少なくとも前記コイルが装着されない脚部の底面を被覆し、
   前記伝導部は、前記コイルが装着されない脚部の底面を被覆する底面被覆部と前記接触部を繋いでいること、
   を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記コアは、
   中脚と、
   前記中脚の平行に延び、前記中脚の両隣に配置された一対の外脚と、
   を有し、
   前記コイルは、前記中脚に装着され、
   前記コアモールド樹脂は、前記一対の外脚の底面を被覆し、
   前記伝導部は、前記外脚の底面を被覆する底面被覆部と前記接触部を繋いでいること、
   を特徴とする請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記底面被覆部は、前記ヨーク部の底面を被覆し、
   前記伝導部は、前記ヨーク部の底面を被覆する底面被覆部と前記接触部を繋いでいること、
   を特徴とする請求項２又は３に記載のリアクトル。