JP2014192359A

JP2014192359A - リアクトル

Info

Publication number: JP2014192359A
Application number: JP2013066793A
Authority: JP
Inventors: Nobuki Shinohara; 伸樹篠原; Mao Nobusaka; 真央延坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06
Also published as: CN104078209A; US20140292457A1

Abstract

【課題】コイルの冷却性能を確保しつつインダクタンスの低下が小さい構成を提案する。
【解決手段】巻回軸方向の投影形状が長方形となるコイル３０と、コイルが埋設されるコア４０と、を備えるものにおいて、コイル３０のうち長方形の１つの長辺の外周側がコア４０から露出してケース２２の側面部２４の内周面に接するよう構成する。これにより、コイル３０の冷却性能を確保しつつインダクタンスの低下が小さい構成とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトルに関する。

従来、この種のリアクトルとしては、巻回軸方向への投影形状が曲線状となる曲線部と直線上となる直線部とを複数箇所に有するコイルと、コイルを部分的に埋設すると共に磁束の磁路を構成する磁性粉末混合樹脂からなるコアと、を備え、コイルのうち曲線部の少なくとも一部がコアから露出しているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このリアクトルでは、コイルのうち磁束密度が高くなりやすい曲線部の少なくとも一部をコアから露出させることにより、磁束密度の不均一性を抑制している。

特開２０１０−２８３１１９号公報

上述のリアクトルでは、磁束密度が高くなりやすい部分をコアから露出させることから、インダクタンスが低下する、という課題があった。また、こうしたリアクトルでは、コイルをより十分に冷却できるようにすることも課題の一つとされている。

本発明のリアクトルは、コイルの冷却性能を確保しつつインダクタンスの低下が小さい構成を提案することを主目的とする。

本発明のリアクトルは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のリアクトルは、
巻回軸方向の投影形状が長方形となるコイルと、前記コイルが埋設されるコアと、を備えるリアクトルであって、
前記コイルのうち前記長方形の長辺の一辺の外周側が前記コアから露出するよう形成されている、
ことを要旨とする。

この本発明のリアクトルでは、コイルのうち長方形の長辺の一辺の外周側がコアから露出するよう形成される。これにより、コイルをより十分に冷却する（冷却性能を確保する）ことができると共に、長方形の短辺の一辺の外周側がコアから露出するよう形成されるものに比して、磁路が長くなるのを抑制することができ、インダクタンスの低下を抑制することができる。即ち、コイルの冷却性能を確保しつつインダクタンスの低下が小さい構成とすることができる。

こうした本発明のリアクトルにおいて、前記コイルのうち前記長方形の前記一辺を除く残余の３辺の外周側が前記コアに覆われている、ものとすることもできる。こうすれば、コアの有効な断面積（磁束が通過する断面積）が小さくなるのを抑制することができる。

こうした本発明のリアクトルにおいて、前記コアは、磁性粉末混合樹脂により形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、透磁率が小さいためにギャップレスにすることができる効果や、コイル全体に密着させて断面積を大きくすることができる効果などを奏する。

本発明の一実施例としてのリアクトル２０の構成の概略を示す構成図である。図１のリアクトル２０をＡ−Ａ面から見たＡＡ視図である。図１のリアクトル２０をＢ−Ｂ面から見たＢＢ視図である。第１比較例のリアクトル２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。第２比較例のリアクトル２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。第３比較例のリアクトル２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのリアクトル２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、図１のリアクトル２０をＡ−Ａ面から見たＡＡ視図であり、図３は、図１のリアクトル２０をＢ−Ｂ面から見たＢＢ視図である。なお、図１は、図２のリアクトル２０をＣ−Ｃ面から見たＣＣ視図や図３のリアクトル２０をＤ−Ｄ面から見たＤＤ視図に相当する。また、図１〜図３の矢印は磁束の方向の一例を示すが、図１の矢印は、便宜上、図２や図３のコイル３０の上側の磁束の矢印（コイル３０の軸中心側に向かう矢印）に対応するものを示している。

実施例のリアクトル２０は、バッテリからの電力を昇圧してモータ側に供給する昇圧コンバータの一部などとして構成され、全体として略直方体状に形成されており、図１〜図３に示すように、ケース２２に収納されるコイル３０と、ケース２２内でコイル３０が埋設されるコア４０と、を備える。このリアクトル２０（特にコイル３０）は、ケース２２の外側に配置された図示しない冷却器の冷却媒体との熱交換によって冷却される。

ケース２２は、例えばアルミニウムなどによって形成されており、長方形の底部２３と、底部の外周から図２や図３の上側に延在する中空四角柱状の側面部２４と、を備える。

コア４０は、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの樹脂にフェライト粉末や鉄粉，珪素合金鉄粉などの磁性粉末を混入してなる磁性粉末混合樹脂がケース２２に充填成型されて構成されている。このように磁性粉末混合樹脂を用いることにより、透磁率が小さいためにギャップレスにすることができる効果や、コイル３０全体に密着させて断面積を大きくすることができる効果などを奏する。

コイル３０は、例えば銅などによる導体がエナメルなどによる絶縁材によって被覆されて形成された導線が略螺旋状に成形されて構成されており、巻回軸方向の投影形状が長方形（全体として中空四角柱状）となるよう形成され、コイル３０のうち巻回軸方向の投影形状の長方形の１つの長辺の外周側がコア４０から露出してケース２２の側面部２４の内周面に接すると共に残余の３辺の外周側がコア４０に覆われるよう配置されている。ここで、コイル３０を、巻回軸方向の投影形状が長方形（全体として中空四角柱状）となるよう形成するのは、巻回軸方向の投影形状が円形（全体として中空円形状）となるよう形成するものに比して、スペースをより効率的に利用すると共にコア４０からの露出面をより大きな平面とするためである。このコイル３０は、通電されると磁束を発生する（図１〜図３の矢印参照）。

図４は、第１比較例のリアクトル２０Ｂの構成の概略を示す構成図であり、図５は、第２比較例のリアクトル２０Ｃの構成の概略を示す構成図であり、図６は、第３比較例のリアクトル２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。なお、図４，図５，図６で矢印は磁束の方向の一例を示す。図４の第１比較例では、コイル３０Ｂ全体がコア４０Ｂに埋設される（コイル３０Ｂのうち巻回軸方向の投影形状の長方形のいずれの辺の外周側もコア４０Ｂから露出せずケース２２Ｂの側面部２４Ｂの内周面に接しない）構成を考えるものとした。また、図５の第２比較例では、コイル３０Ｃのうち巻回軸方向の投影形状の長方形の短辺の外周側がコア４０Ｃから露出してケース２２Ｃの側面部２４Ｃの内周面に接するよう配置される構成を考えるものとした。さらに、図６の第３比較例では、コイル３０Ｄのうち巻回軸方向の投影形状の長方形の２つの長辺の両方の外周側がコア４０Ｄから露出してケース２２Ｄの側面部２４Ｄの内周面に接するよう配置される構成を考えるものとした。なお、図４や図５，図６の矢印は、図１の矢印に対応するものを示している。

まず、図４の第１比較例と実施例や図５の第２比較例とを比較する。図４の第１比較例の場合、コイル３０Ｂ全体をコア４０Ｂに埋設させるから、コイル３０Ｂとケース２２外部の冷却器の冷却媒体との熱交換が若干不十分になり得る（向上の余地がある）という課題があった。これに対して、実施例や図５の第２比較例では、それぞれ、コイル３０，３０Ｃのうち巻回軸方向の投影形状の長方形の長辺，短辺の外周側をコア４０，４０Ｃから露出させてケース２２，２２Ｃの内周面に接するようにするから、コイル３０，３０Ｃとケース２２，２２Ｃ外部の冷却器の冷却媒体との熱交換をより十分に行なうことができ、コイル３０，３０Ｃの冷却性能を向上させることができる。なお、実施例の方が第２比較例に比してケース２２との接触面積が大きくなることから、コイル３０の冷却性能をより向上させることができる。

次に、実施例と図５の第２比較例とを比較する。一般に、リアクトルのインダクタンスＬは、コイルのターン数Ｎとコアの透磁率μとコアの有効な断面積（磁束が通過する断面の面積）Ｓと磁路の長さｌとを用いて次式（１）により求めることができる。リアクトルの設計の無駄を少なくするためには、磁路の長さｌをできるだけ小さくしてインダクタンスＬを大きくするのが好ましい。ここで、実験や解析などにより以下のことが解った。図５の第２比較例のように構成する場合には、長方形の短辺のうちコア４０Ｃに埋設される側の短辺の周囲（図５の点線で囲んだ部分）で磁路が長くなり、コア４０の有効な断面積が小さくなり、図４の第１比較例に対するリアクトル２０Ｃのインダクタンスの低下の程度が比較的大きい。一方、図１の実施例のように構成する場合には、長方形の長辺のうちコア４０に埋設される側の長辺の周囲（図１の点線で囲んだ部分）で磁路がそれほど長くならず、コア４０の有効な断面積を確保することができ、図４の第１比較例に対するリアクトル２０のインダクタンスの低下の程度を第２比較例に比して小さくすることができる。

さらに、実施例と図６の第３比較例とを比較する。図６の第３比較例の場合、長方形の２つの長辺の両方の外周側がコア４０Ｄから露出しているから、図４の第１比較例に対して、コア４０Ｄの有効な断面積（磁束が通過する断面の面積）の低下程度が比較的大きく、リアクトル２０Ｄのインダクタンスの低下程度が比較的大きい。一方、図１の実施例のように構成する場合には、長方形の１つの長辺の外周側だけがコア４０から露出し残余の３辺の外周側はコア４０に覆われているから、コア４０の有効な断面積を確保することができ、図４の第１比較例に対するリアクトル２０のインダクタンスの低下の程度を第３比較例に比して小さくすることができる。

こうした理由により、実施例では、コイル３０のうち巻回軸方向の投影形状の長方形の１つの長辺の外周側がコア４０から露出してケース２２の側面部２４の内周面に接するようにするものとした。

以上説明した実施例のリアクトル２０によれば、コイル３０のうち巻回軸方向の投影形状の長方形の１つの長辺の外周側がコア４０から露出してケース２２の側面部２４の内周面に接するよう構成するから、コイル３０の冷却性能を確保しつつインダクタンスの低下が小さい構成とすることができる。

実施例のリアクトル２０では、コア４０は、磁性粉末混合樹脂により形成するものとしたが、他の材料によって形成するものとしてもよく、例えば圧粉磁心などとして形成するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、コイル３０が「コイル」に相当し、コア４０が「コア」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、リアクトルの製造産業などに利用可能である。

２０，２０Ｂ，２０Ｃリアクトル、２２，２２Ｂ，２２Ｃケース、２３底部、２４，２４Ｂ，２４Ｃ側面部、３０，３０Ｂ，３０Ｃコイル、４０，４０Ｂ，４０Ｃコア。

Claims

巻回軸方向の投影形状が長方形となるコイルと、前記コイルが埋設されるコアと、を備えるリアクトルであって、
前記コイルのうち前記長方形の長辺の一辺の外周側が前記コアから露出するよう形成されている、
リアクトル。
請求項１記載のリアクトルであって、
前記コイルのうち前記長方形の前記一辺を除く残余の３辺の外周側が前記コアに覆われている、
リアクトル。
請求項１または２記載のリアクトルであって、
前記コアは、磁性粉末混合樹脂により形成されている、
リアクトル。