JP2009111151A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】不要な発熱を抑制することができるとともに、インダクタンスの低下を抑制することができるリアクトルを提供すること。
【解決手段】本発明のリアクトル１は、通電により磁束を発生するコイル２と、該コイル２の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコア３と、コイル２とコア３とを内側に収容するケース４とを有する。ケース４には、少なくともその一部に、コイル２に通電することにより発生する磁束のうちケース４内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部５が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。

従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いるためのインバータ等の電力変換装置がある。該電力変換装置には、例えば、入力電圧を昇圧するための昇圧回路の一部を構成するリアクトルが収納されている。

図８、図９に示すように、従来のリアクトル９は、通電により磁束を発生するコイル９２と、該コイル９２の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコア９３と、コイル９２とコア９３とを内側に収容するケース９４とを有する（例えば、特許文献１参照）。
そして、図９に示すように、コイル９２に通電することにより該コイル９２の内側及び外周には磁束φが形成される。この磁束φは、コア９３内及びケース９４内を通過する。

特開２００７−２７１８５号公報

ところが、磁束φがケース９４を通過することにより、以下のような問題が発生する。すなわち、磁束φは、表皮効果によってケース９４内の内側面９４０側を通過する。このとき、上記磁束φの電磁誘導によってケース９４内の各部に微量の渦電流が発生する。そして、この微量な渦電流が互いに合流して、上記磁束φのうちケース４内を通過する部分に直交する閉じた経路上において、周状に比較的大きな渦電流８が流れることとなる。

このように、リアクトル性能に不要であって比較的大きな渦電流８がケース９４内に流れることにより、損失が発生してリアクトル９の発熱量が大きくなってしまうおそれがある。また、これにより、リアクトル９のインダクタンスが低下して電気性能が低下するおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、不要な発熱を抑制することができるとともに、インダクタンスの低下を抑制することが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、通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコアと、上記コイルと上記コアとを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
上記ケースには、少なくともその一部に、上記コイルに通電することにより発生する磁束のうち上記ケース内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部が配設されていることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記ケースには、少なくともその一部に、上記コイルに通電することにより発生する磁束のうち上記ケース内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部が配設されている。該電気絶縁部により、上記閉じた経路をその経路上で電気的に分断することができる。これにより、上記磁束の電磁誘導によって発生する微量の渦電流が互いに合流して比較的大きな渦電流がケース内において周状に流れることを抑制することができる。
その結果、ケース内においてリアクトル性能に不要な渦電流が流れることによって発生する損失を低減することができる。これにより、不要な発熱を抑制することができるとともに、リアクトルのインダクタンスの低下を抑制することができる。

このように、本発明によれば、不要な発熱を抑制することができるとともに、インダクタンスの低下を抑制することができるリアクトルを提供することができる。

本発明（請求項１）の発明において、上記磁性粉末混合樹脂に用いる樹脂としては、例えば、磁性粉末を樹脂に混入させてなる材料である。そして、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。また、上記磁性粉末混合樹脂に用いる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
また、上記ケースは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属からなることが好ましい。

また、上記電気絶縁部は、上記閉じた経路に略直交するように配設されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記磁束の電磁誘導によって発生する渦電流が互いに合流することを効率良く抑制し、ケース内に比較的大きな渦電流が流れることを効率良く抑制することができる。

また、上記電気絶縁部は、上記ケースの複数箇所に配設されていてもよい（請求項３）。
この場合にも、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。

また、上記電気絶縁部は、上記ケースを切り欠いてなる切欠部からなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、他の部材を設けることなく電気絶縁部を形成することができるため、生産効率に優れる低コストのリアクトルを得ることができる。

また、上記ケースは、上記切欠部を複数有し、上記ケースにおける上記切欠部同士の間の壁部は、内側に向かって付勢されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、ケースの壁部に付された付勢力によってコアを内側に向かって押圧することにより、コアを機械的に保持することができる。それゆえ、生産効率に優れたリアクトルを得ることができる。

また、上記電気絶縁部は、上記切欠部に電気絶縁性を有する樹脂を嵌合してなることが好ましい（請求項６）。
この場合には、電気絶縁性に優れた電気絶縁部を容易に得ることができる。また、樹脂によって切欠部を塞ぐことができるため、ケース内におけるコイルの内側及び外周に磁性粉末混合樹脂を充填する際に、該磁性粉末混合樹脂が切欠部から漏れ出てしまうことを防ぐことができる。
なお、上記電気絶縁性を有する樹脂として、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等を用いることができる。

また、上記ケースは、平面状の底面部と該底面部から立ち上がる側面部とからなるとともに、上記底面部に対向する位置に開口部を有し、上記電気絶縁部は、上記側面部における上記底面部側の端部から上記開口部側の端部にまで形成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記磁束の電磁誘導によって発生する渦電流同士が合流することを充分に防ぐことができ、ケース内に比較的大きな渦電流が流れることを確実に防ぐことができる。

また、上記電気絶縁部は、上記側面部に形成されるとともに、上記底面部の端縁から上記底面部の重心に向かって形成されており、上記底面部に形成された上記電気絶縁部と上記側面部に形成された上記電気絶縁部とは、それぞれの端部において互いに接続されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、側面部のみならず底面部においても、微量な渦電流が互いに合流して比較的大きな渦電流が流れることを抑制することができる。

また、上記電気絶縁部は、上記コイルを径方向外側に向かって上記ケースに投影したときに投影面が形成される部分の上記ケースの壁部に配設されていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、ケース内においてコイルへの通電による磁束が通過しやすい部分に電気絶縁部を配設することができる。そのため、ケース内に比較的大きな渦電流が流れることを一層効率良く抑制することができる。また、電気絶縁部を効率良く配設することができるため、電気絶縁部の材料コストを低減することもできる。

また、上記ケースは、上記コイル及び上記コアの熱を外部に放出する放熱面を、上記電気絶縁部が形成されている部分以外の上記ケースの壁部に有することが好ましい（請求項１０）。
この場合には、リアクトルの放熱性及び電気絶縁性を確実に確保することができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係るリアクトルについて、図１、図２を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１に示すように、通電により磁束を発生するコイル２と、該コイル２の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコア３と、コイル２とコア３とを内側に収容するケース４とを有する。
ケース４には、少なくともその一部に、コイル２に通電することにより発生する磁束のうちケース４内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部５が配設されている。

以下に、本例のリアクトル１について詳細に説明する。
本例のリアクトル１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いられるインバータ等の電力変換装置に備え付けられる。

上記磁性粉末混合樹脂に用いる樹脂としては、例えば、磁性粉末を樹脂に混入させてなる材料である。そして、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。また、上記磁性粉末混合樹脂に用いる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
また、上記ケースは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属からなることが好ましい。

本例のリアクトル１におけるコア３は、図２に示すように、略円柱形状に形成されている。
コイル２は、例えば銅線からなる導体線２０を螺旋状に巻回して、略円筒形状となるように構成されている。そして、例えば、コイル２を構成する導体線２０の一方の端部２１から他方の端部２２へと向かって電流を流すことによりコイル２に通電することができる。

ケース４は、図２に示すように、略四角柱形状の外形を有する。すなわち、ケース４は、四角形状の底面部４２と、該底面部４２から垂直に立ち上がる四つの側面部４１とからなる。そして、底面部４２に対向する位置には、開口部４３が形成されている。
また、コイル２及びコア３を収納する部分、すなわち、ケース４の内側は、略円柱形状に形成された凹部からなる。
また、底面部４２には、該底面部４２から開口部４３側に向かって突出部４２０が形成されている。

また、ケース４は、コイル２及びコア３の熱を外部に放出する放熱面４５を、電気絶縁部５が形成されている部分以外のケース４の壁部４０に有する。すなわち、本例においては、放熱面４５は、電気絶縁部５が配設されている側面部４１以外の三つの側面部４１及び底面部４２に形成されている。なお、コイル２の内側の熱は、コア３及び突出部４２０を介して底面部４２から放熱されている。

電気絶縁部５は、図２に示すように、コイル２に通電することにより発生する磁束のうちケース４内を通過する部分に直交する閉じた経路に略直交するように配設されている。
具体的には、電気絶縁部５は、四つの側面部４１のうち一つの側面部４１における開口部４３側の端部４１３から底面部４２にまで形成されている。
また、電気絶縁部５は、ケース４の壁部４０を切り欠いてなる切欠部４４に電気絶縁性を有する樹脂５０を嵌合してなる。該樹脂５０として、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。

次に、本例のリアクトル１の作製手順について、図１、図２を用いて説明する。
まず、あらかじめ形成した切欠部４４に樹脂５０を嵌合して、電気絶縁部５を形成しておく。
次いで、コイル２を開口部４３からケース４内に挿入していき、ケース４内の所定の位置に配設する。具体的には、底面部４２にスペーサ等を配置してコイル２と底面部４２との間の距離を一定に保ちつつ、ケース４に形成した突出部４２０を取り囲むようにしてコイル２を配設する。

次いで、ケース４内におけるコイル２の内側及び外周に、液体状の磁性粉末混合樹脂を流し込む。ここで、ケース４には、切欠部４４が形成されているが、該切欠部４４には樹脂５０が嵌合されているため、上記磁性粉末混合樹脂が切欠部４４から漏れ出ることはない。
次いで、上記磁性粉末混合樹脂を硬化させてコア４とすることにより、本例のリアクトル１が形成される。

本例の作用効果について、以下に説明する。
ケース４には、少なくともその一部に、コイル２に通電することにより発生する磁束のうちケース４内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部５が配設されている。該電気絶縁部５により、上記閉じた経路をその経路上で電気的に分断することができる。これにより、上記磁束の電磁誘導によって発生する微量の渦電流が互いに合流して比較的大きな渦電流がケース４内において周状に流れることを抑制することができる。
その結果、ケース４内においてリアクトル性能に不要な渦電流が流れることによって発生する損失を低減することができる。これにより、不要な発熱を抑制することができるとともに、インダクタンスの低下を抑制することができる。

また、電気絶縁部５は、上記閉じた経路に略直交するように配設されているため、上記磁束の電磁誘導によって発生する渦電流が互いに合流することを効率良く抑制し、ケース４内に比較的大きな渦電流が流れることを効率良く抑制することができる。
また、電気絶縁部５は、ケース４を切り欠いてなる切欠部４４からなる。これにより、他の部材を設けることなく電気絶縁部５を形成することができるため、生産効率に優れる低コストのリアクトル１を得ることができる。

また、電気絶縁部５は、切欠部４４に電気絶縁性を有する樹脂５０を嵌合してなるため、電気絶縁性に優れた電気絶縁部５を容易に得ることができる。また、樹脂５０によって切欠部４４を塞ぐことができるため、ケース４におけるコイル２の内側及び外周に磁性粉末混合樹脂を充填する際に、該磁性粉末混合樹脂が切欠部４４から漏れ出てしまうことを防ぐことができる。

また、電気絶縁部５は、側面部４１における底面部４２側の端部から開口部４３側の端部にまで形成されている。そのため、上記磁束の電磁誘導によって発生する渦電流同士が合流することを充分に防ぐことができ、ケース４内に比較的大きな渦電流が流れることを確実に防ぐことができる。
また、ケース４は、コイル２及びコア３の熱を外部に放出する放熱面を、電気絶縁部５が形成されている部分以外のケース４の壁部４０に有するため、リアクトル１の放熱性及び電気絶縁性を確実に確保することができる。

このように、本例によれば、不要な発熱を抑制することができるとともに、インダクタンスの低下を抑制することができるリアクトルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図３に示すように、コア３及びケース４が略四角柱形状であるリアクトル１の例である。
また、コイル２も、導体線２０を螺旋状に巻回して、略四角柱形状となるように構成されている。

また、本例のリアクトル１においては、四つの側面部４１のうち一つの側面部４１に、二つの電気絶縁部５が配設されている。そして、該二つの電気絶縁部５は、いずれも側面部４１における開口部４３側の端部から底面部４２にまで形成されている。
なお、本例のアクトル１を作製するに当たっては、例えば、コイル２とコア３とを一体化してなるコイル一体型コア１０をあらかじめ作製した後、これをケース４内に収納する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上記コイル一体型コア１０をケース４に容易に収納することができるため、リアクトル１を容易に作製することができる。
なお、二つの電気絶縁部５に挟まれたケース４の壁部４０が内側に向かって付勢されるようケース４を構成した場合には、該壁部１０によってコイル一体型コア１０を押圧することにより、これを機械的に保持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図４に示すように、コイル２を径方向外側に向かってケース４に投影したときに投影面が形成される部分のケース４の壁部４０に電気絶縁部５が配設されているリアクトル１の例である。すなわち、ケース４は、四角形状の底面部４２と、該底面部４２から垂直に立ち上がる四つの側面部４１とを有する。そして、そのうちの一つの側面部４１にコイル２を投影したときに投影面が形成されている部分に電気絶縁部５が配設されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、ケース４内において、コイル２への通電による磁束が通過しやすい部分に電気絶縁部５を配設することができる。そのため、ケース４内に比較的大きな渦電流が流れることを一層効率良く抑制することができる。また、電気絶縁部５を効率良く配設することができるため、電気絶縁部５の材料コストを低減することもできる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図５に示すように、側面部４１及び底面部４２に電気絶縁部５が形成されている略円柱形状のケース４の例である。すなわち、側面部４１及び底面部４２において、電気絶縁部５としての切欠部４４が形成されている。

具体的には、底面部４２は略円形状であり、その端部から略中央にまで切欠部４４が形成されている。また、側面部４１は略円筒形状であり、底面部４２側の端部から開口部４３側の端部にまで切欠部４４が形成されている。そして、底面部４２に形成された切欠部４４と、側面部４１に形成された切欠部４４とは、それぞれの端部において互いに接続されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、側面部４１のみならず底面部４２においても、微量な渦電流が互いに合流して比較的大きな渦電流が流れることを抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図６、図７に示すように、ケース４が、切欠部４４を複数有するとともに、ケース４における切欠部４４同士の間の壁部４０は、内側に向かって付勢されているリアクトル１の例である。すなわち、ケース４には、四つの側面部４１にそれぞれ二つずつの切欠部４４が形成されている。そして、ケース４内にコア３を収容している状態においては、切欠部４４同士の間の壁部４０は、内側に向かって倒れ込むように傾斜して形成されているとともに、内側に向かって付勢されている。

本例のリアクトル１を作製するに当たっては、まず、図６（ａ）に示すごとく、コイル２の内側及び外周にコア３を形成してコイル一体型コア１０を作製する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、四つの側面部４１のそれぞれに形成された切欠部４４同士の間における壁部４０の開口部４３側の端部に外側に向かって力を作用させる。
次いで、該端部を図６（ｂ）の矢印Ｘの方向へと押し広げた状態で、コイル一体型コア１０を矢印Ｙの方向へと挿入していく。

次いで、上記壁部４０における開口部４３側の端部へ作用させていた力を解除することにより、壁部４０に付与されている付勢力によってコイル一体型コア１０を内側に向かって押圧させて、これを保持する。
以上の手順により、図６（ｃ）に示すような本例のリアクトル１を形成することができる。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、ケース４の壁部４０に付された付勢力によってコア３を内側に向かって押圧することにより、コイル一体型コア１０を機械的に保持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、リアクトルの縦断面図。 実施例１における、リアクトルの斜視展開図。 実施例２における、リアクトルの斜視展開図。 実施例３における、リアクトルの縦断面図。 実施例４における、ケースの斜視図。 実施例５における、（ａ）コイル一体型コアをケースに収納する前の状態を示すケースの縦断面図、（ｂ）コイル一体型コアをケースに収納している状態を示すケースの縦断面図、（ｃ）リアクトルの縦断面図。 実施例５における、ケースの上面図。 従来例における、リアクトルの横断面図。 図８におけるＡ−Ａ線断面図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
４ ケース
５ 電気絶縁部

Claims (10)

1. 通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂を硬化してなるコアと、上記コイルと上記コアとを内側に収容するケースとを有するリアクトルであって、
   上記ケースには、少なくともその一部に、上記コイルに通電することにより発生する磁束のうち上記ケース内を通過する部分に直交する閉じた経路を遮るように、電気絶縁性を有する電気絶縁部が配設されていることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記電気絶縁部は、上記閉じた経路に略直交するように配設されていることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は２において、上記電気絶縁部は、上記ケースの複数箇所に配設されていることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記電気絶縁部は、上記ケースを切り欠いてなる切欠部からなることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項４において、上記ケースは、上記切欠部を複数有し、上記ケースにおける上記切欠部同士の間の壁部は、内側に向かって付勢されていることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項４又は５において、上記電気絶縁部は、上記切欠部に電気絶縁性を有する樹脂を嵌合してなることを特徴とするリアクトル。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記ケースは、平面状の底面部と該底面部の端縁から立ち上がる側面部とからなるとともに、上記底面部に対向する位置に開口部を有し、上記電気絶縁部は、上記側面部における上記底面部側の端部から上記開口部側の端部にまで形成されていることを特徴とするリアクトル。
8. 請求項７において、上記電気絶縁部は、上記側面部に形成されるとともに、上記底面部における端縁から上記底面部の重心に向かって形成されており、上記底面部に形成された上記電気絶縁部と上記側面部に形成された上記電気絶縁部とは、それぞれの端部において互いに接続されていることを特徴とするリアクトル。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記電気絶縁部は、上記コイルを径方向外側に向かって上記ケースに投影したときに投影面が形成される部分の上記ケースの壁部に配設されていることを特徴とするリアクトル。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記ケースは、上記コイル及び上記コアの熱を外部に放出する放熱面を、上記電気絶縁部が形成されている部分以外の上記ケースの壁部に有することを特徴とするリアクトル。

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