JP2014229731A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンスを維持しつつも、放熱性を高めたリアクトルを提供する。【解決手段】巻き中心の軌跡が円もしくは楕円となるトロイダル状に巻き回されたコイル１と、軟磁性粒子と結合材を主に含有する複合磁性体３１、３２と、収容部を有する導電性のケースを備え、コイル１は、収容部の底部に配された複合磁性体３２に埋設され、コイル１の巻き中心軌跡の中心軸に沿った端部の表面となる端面１２が収容部内面と近接しているリアクトルとする。【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタンスを利用したリアクトルに関する。

Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉とエポキシ樹脂等を混合した複合材料を、内部にコイルを支持したケースの中に注ぎ込み、硬化させることで作成する大電流向けリアクトルの検討がなされている。

特許文献１では、型がヒートシンクとなっており、放熱性を向上させる提案がなされおり、スパイラル巻きコイルが開示されている。

特許文献２（特に段落００８９）には、コイルの外周面とケースの距離を短くすることで放熱性に優れる提案がなされている。

特開２００７−２３５０５４号公報 特開２０１２−２３８８３６号公報

特許文献１記載の技術では、スパイラル巻きコイル端部の金属製ヒートシンクが磁束経路の障害となり、十分なインダクタンスが得られず、さらに、コイルからの放熱も磁性体によって阻害されるという課題がある。

特許文献２記載の技術では、コイル外周面からケースへの放熱は起こるものの、エッジワイズされた平角線コイルであるために、コイルへの熱の蓄積が懸念されるという課題がある。

従って本発明は、インダクタンスを維持しつつも、放熱性を高めたリアクトルの提供を目的とする。

上記課題を本発明は、巻き中心の軌跡が円もしくは楕円となるトロイダル状に巻き回されたコイルと、軟磁性粒子と結合材を主に含有する複合磁性体と、収容部を有する導電性のケースを備え、前記コイルは、前記収容部の底部に配された前記複合磁性体に埋設され、前記コイルにおける前記軌跡の中心軸に沿った端部の表面となる端面が前記収容部内面と近接しているリアクトルによって解決する。

ここで「近接」とは、コイルからケースへの熱伝導により、コイルの発熱温度に有意の改善が起こるほど近接することを意味する。

また、前記収容部は有底円環状の溝であり、前記コイルにおける前記中心軸に対面する内周面が前記収容部内面と近接していることが望ましい。

また、前記軟磁性粒子は鉄系の軟磁性金属粉であり、前記複合磁性体の比透磁率は、１５以上、６０以下であることが望ましい。

また、前記コイルの前記内周面から前記端面までの範囲が前記収容部内面と近接することが望ましい。

また、前記コイルの前記内周面から前記端面を介し、前記中心軸から最も離れた外周面までの範囲が前記収容部内面と近接することが望ましい。

本発明によって、インダクタンスを維持しつつも、放熱性を高めたリアクトルを提供することができる。

本発明における実施形態４のリアクトルの断面図である。 本発明における実施形態１のリアクトルの断面図である。図２は、図６（ａ）におけるＡＡ面に対応し、複合磁性体を注型、硬化した後の状態を示している。 本発明における実施形態１のリアクトルの断面図である。図３は、図２におけるＢＢ面に対応している。 本発明における実施形態２のリアクトルの断面図である。 本発明における実施形態３のリアクトルの断面図である。 本発明における実施形態１のリアクトルの作成途中の構成を示す図である。図６（ａ）は、未硬化の複合磁性体を注型する前の状態であり、図６（ｂ）は、ケースに入れる前のコイルを示している。 本発明における実施形態４のリアクトルの断面図である。

（実施形態１）
図６は、本発明における実施形態１のリアクトルの作成途中の構成を示す図である。図６（ａ）は、未硬化の複合磁性体を注型する前の状態であり、図６（ｂ）は、ケースに入れる前のコイルを示している。

本実施形態のリアクトルは、図６（ａ）に示すように、コイル１を、中芯部２１、外周部２２を有するケースに設けられたドーナツ状の溝である収容部に収容し、未硬化で液状の複合磁性体を収容部に注ぎ込み、硬化させて完成させる。

ここで複合磁性体とは、軟磁性粒子と結合材を主に含有し、フィラー等の添加物があってもよい。

軟磁性粒子としては、鉄系の金属軟磁性粒子、特にＦｅ−Ｓｉ系の軟磁性粒子が、放熱が必要となる大電流リアクトル用途に適しているため、望ましい。

結合材としては、未硬化で液状であり、熱硬化が可能なエポキシ樹脂が例示される。

ケースは、外部への磁束漏洩と、ケース内部へ磁束が入り込むことによる損失を抑えるため、熱伝導性が高いアルミ等の非磁性金属であることが望ましい。

コイル１は、図６（ｂ）に示すように、巻き中心の軌跡が円状となるトロイダル状に巻き回された空芯コイルであり、複合磁性体が注型されると、コイル１の内部及び外部が複合磁性体で充填される。

図２は、本発明における実施形態１のリアクトルの断面図である。図２は、図６（ａ）におけるＡＡ面に対応し、複合磁性体を注型、硬化した後の状態を示している。

コイル１の内部には複合磁性体３１が、コイル１の外部には複合磁性体３２が充填されている。

コイル１の断面は、便宜上巻き回し１周分が記載されているが、実際の断面に現れるのは巻き回し１周分のうちの一部となる。

ケースは中芯部２１、外周部２２を有し、ケース全体として一体成形されている。

ケースの収容部は、コイル１の内周面１１から、端面１２を介した、外周面１３までの表面に沿った曲面となる底部を有しているため、コイル１の端面１２側の巻き回し半周分がケースと近接する。

これによりコイル１からケースへの放熱経路が確保され、高効率の放熱が可能となる。

図３は、本発明における実施形態１のリアクトルの断面図である。図３は、図２におけるＢＢ面に対応している。

コイル１は巻き中心の軌跡が円もしくは楕円となるトロイダル状に巻き回されているため、コイルの巻き中心の軌跡に沿った内部磁束Ｂｍの経路は、閉磁路となる。

一方、コイル１の外周面は巻線間の隙間が広いため、漏れ磁束Ｂｏが生じ、コイル１の外部の複合磁性体３もインダクタンスに寄与することとなる。

なお、コイル１の内周面は巻線間の隙間が狭く、漏れ磁束Ｂｉはほとんど発生しないため、ケースの中芯部２１の内周面２０との距離を詰めてもインダクタンスへの影響は少ない。

従って、コイル１の外周面とケースとの距離よりもコイル１の内周面とケースの間の距離を狭くして、コイル１の内周面よりケースへの放熱が主になされるよう構成することが望ましい。

すなわち本発明は、巻き中心の軌跡が円もしくは楕円となるトロイダル状に巻き回されたコイル１と、軟磁性粒子と結合材を主に含有する複合磁性体３と、収容部を有する導電性のケースを備え、コイル１は、収容部の底部に配された複合磁性体３に埋設され、コイル１の巻き中心軌跡の中心軸に沿った端部の表面となる端面１２が収容部内面と近接しているリアクトルとする実施形態を取り得る。

コイル端面に導電性ケースが近接したとしても、コイル内部にある閉磁路の磁路にはほとんど影響を与ないため、インダクタンスは維持され、コイルの隙間より漏れ出す磁束も、導電性ケース以外は周囲の複合磁性体によりインダクタンス向上に寄与する。

従って、コイル端面からケースへの放熱性を向上させつつもインダクタンスを向上、もしくは維持することが可能となる。

また、本発明は、収容部は有底円環状の溝であり、コイル１における上記中心軸に対面する内周面１１が収容部内面と近接しているリアクトルの実施形態を取り得る。

コイル内周面は導体線間の隙間が小さいため、放熱効率が高く、磁束のコイル内周側への漏出も少ない。

従って、コイル内周面に、ケース中芯の表面でもある収容部内周面を近接させることで、インダクタンスを維持しつつ、さらに放熱性を高めることができる。

また、本発明は、軟磁性粒子が鉄系の軟磁性金属粉であり、複合磁性体３の比透磁率は、１５以上、６０以下であるリアクトルの実施形態を取り得る。

複合磁性体は、比透磁率が１５以上、６０以下、より望ましくは２５以上、５０以下であり、複合磁性体を構成する軟磁性粒子を鉄系の軟磁性金属粉とすることで、コイルへの大電流通電によってもインダクタンスを維持するリアクトルとなるため、放熱性を高める本発明の効果を、より好適に享受できる。

また、本発明は、コイル１の内周面１１から端面１２までの範囲が収容部内面と近接するリアクトルの実施形態を取り得る。

コイルにおける内周面と端面の間の表面もケースと近接させることで、インダクタンスを維持しつつ、さらに放熱性を高めることができる。

また、本発明は、コイル１の内周面１１から端面１２を介し、上記中心軸から最も離れた外周面１３までの範囲が前記収容部内面と近接するリアクトルの実施形態を取り得る。

これにより、さらに放熱性を高めることができる。

（実施形態２）
図４は、本発明における実施形態２のリアクトルの断面図である。

実施形態１における図２とは、コイル１の端面１２から外周面１３にかけての表面がケースと近接していない点が相違している。

実施形態１と比較すると、放熱性は若干低下するものの、インダクタンスが向上する利点がある。

（実施形態３）
図５は、本発明における実施形態３のリアクトルの断面図である。

実施形態２における図４とは、コイル１の内周面１１と端面１２の間の表面がケースと近接していない点が相違している。

実施形態２と比較すると、放熱性はさらに低下するものの、インダクタンスがより向上する利点がある。

（実施形態４）
図１は、本発明における実施形態４のリアクトルの断面図である。

実施形態３における図５とは、中芯部を設けておらず、コイル１の端面１２以外の表面がケースと近接していない点が相違している。

実施形態３と比較すると、放熱性はさらに低下するものの、インダクタンスがより向上する利点がある。

また、中芯部が不要であるため、コイル１をさらに小型化可能とする利点がある。

（実施形態５）
図７は、本発明における実施形態４のリアクトルの断面図である。

実施形態４における図１とは、コイル１の外周面１３の表面がケースと近接している点が相違している。

実施形態４と比較すると、インダクタンスが低下するものの、放熱性がより向上する利点がある。

１ コイル
３、３１、３２ 複合磁性体
１１ 内周面
１２ 端面
１３ 外周面
２０ 内周面
２１ 中芯部
２２ 外周部
Ｂｉ、Ｂｍ、Ｂｏ 磁束

Claims (5)

1. 巻き中心の軌跡が円もしくは楕円となるトロイダル状に巻き回されたコイルと、
   軟磁性粒子と結合材を主に含有する複合磁性体と、
   収容部を有する導電性のケースを備え、
   前記コイルは、前記収容部の底部に配された前記複合磁性体に埋設され、
   前記コイルにおける前記軌跡の中心軸に沿った端部の表面となる端面が前記収容部内面と近接していることを特徴とするリアクトル。
2. 前記収容部は有底円環状の溝であり、
   前記コイルにおける前記中心軸に対面する内周面が前記収容部内面と近接していることを特徴とする、請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記軟磁性粒子は鉄系の軟磁性金属粉であり、
   前記複合磁性体の比透磁率は、１５以上、６０以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記コイルの前記内周面から前記端面までの範囲が前記収容部内面と近接することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
5. 前記コイルの前記内周面から前記端面を介し、前記中心軸から最も離れた外周面までの範囲が前記収容部内面と近接することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリアクトル。

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