JP4635982B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、コイルと、該コイルの内側及び外周に充填されたコアと、上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルに関する。

リアクトルは、例えば、磁性体からなるコアとこれに巻回したコイルとからなる。そして、コイルに通電することによりコアに沿った磁束を形成する。
コイルに通電してリアクトルを作動させると、これに伴いコイルからジュール熱が発生する。また、コイルの内側及び外周のコア内に磁束が形成されるに伴い、コア内に熱が発生する。これらの発熱により、リアクトルの温度が上昇しすぎると、リアクトルの作動の安定性が損なわれるおそれがある。また、リアクトルの周囲の電子部品の温度上昇を招き、周囲の電子部品の作動安定性を損ねるおそれがある。
その結果、かかるリアクトルを内蔵する電力変換装置等の作動安定性を損ねるおそれがある。

そこで、リアクトルの温度上昇を抑制するために、冷却器を兼ねたケースにリアクトルを収容した冷却器付きリアクトルが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記冷却器付きリアクトルにおいては、ケースの内壁面が平坦面であって、リアクトルとの接触面積を充分に稼げず、充分な放熱効率が得られないという問題がある。また、ケースに突起部を設けたとしても、鉄心等のコアとその周りに巻回したコイルとからなるリアクトルに対して、接触面積を稼ぐことは困難である。

また、ケースの内壁面が平坦であるため、振動等の外部衝撃により、リアクトルがケースから抜けてしまうおそれもある。それ故、リアクトルの脱落を防ぐべく、ケースに蓋などを設ける必要があり、部品点数が増え、その結果、生産性、コスト面において不利となるという問題もある。

特開２００５−３０３２１２号公報

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、放熱性に優れると共に、生産性の向上、コスト低減を図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。

第１の発明は、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からなるコアと、
上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有し、
該ケースの内壁面には突起部を形成してなり、
上記突起部は、上記コイルを構成する巻線に近い位置に形成されたものよりも、上記巻線から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出していることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。
第２の発明は、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からなるコアと、
上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有し、
該ケースの内壁面には突起部を形成してなり、
上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記コイルにおける上記底面部に近い側の角部と上記ケースの上記側面部との間に、上記突起部が介在しており、該突起部は上記底面部から立設されていると共にその先端が上記コイルの上記角部よりも上記底面部から遠い位置まで突出した位置に配されていることを特徴とするリアクトル（請求項４）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルは、磁性粉末混合樹脂からなるコアをケース内に有し、ケースの内壁面に突起部を形成してなる。そのため、上記コイルの外周に充填されたコアに上記突起部が食込むような状態にすることができ、コアとケースの内壁面との間の接触面積を大きくすることができる。その結果、コイルやコアにおいて発熱する熱をケースに放熱しやすくなり、リアクトルの放熱効率を高めることができる。

また、上記突起部を設けることにより、ケースとコアとの間にアンカー効果が働き、コア及びその内側に埋設されたコイルが、ケースに対して固定されることとなる。その結果、振動等の外部衝撃等が作用しても、コア及びコイルがケースから抜けることを防ぐことができる。
そして、これにより、コアを充填した後にケースに蓋などを別途設ける必要もないため、生産性の向上、コスト低減を実現することが容易となる。

また、ケースの内壁面に上記突起部を設けることにより、突起部が補強リブの役割を果たすこととなり、ケースの強度を向上させることができる。そして、それ故、ケースの厚みを小さくすることも可能となり、材料コストを低減することができる。
また、ケースの内側に突起部を設ける分、充填するコアの量を少なくすることができるため、かかる観点からもコスト低減を容易にすることができる。

以上のごとく、本発明によれば、放熱性に優れると共に、生産性の向上、コスト低減を図ることができるリアクトルを提供することができる。
特に、第１の発明によれば、上記コイルによる磁束の形成を阻害しないようにしつつ、なるべく突起部の突出量を大きくすることができる。これにより、リアクトルの磁気特性を維持しつつ、冷却効率を向上させることができる。
また、第２の発明によれば、上記コイルの角部付近における上記コアの亀裂の発生を防ぐことができる。即ち、仮にコイルの角部とケースの側面部との間に突起部が介在していないと、この部分のコアが熱収縮する際における変位量が大きく、場合によってはコイルの角部付近からコアに亀裂が発生するおそれがある。そこで、コイルの角部とケースの側面部との間に突起部を介在させることにより、コイルの角部とケースの側面部との間におけるコアの熱収縮による変位量を小さくすることができる。これにより、上記コアの硬化時における熱収縮に起因する応力を緩和することができ、コアの亀裂発生を防ぐことができる。

第１の発明（請求項１）又は第２の発明（請求項４）において、上記磁性粉末混合樹脂は、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、珪素合金鉄粉等がある。また、上記樹脂としては、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、リアクトルは、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等に用いることができる。

また、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記突起部は、上記側面部の内壁面に形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、側面部からの放熱性を向上させることができる。また、ケースに対するコア及びコイルの固定をより効果的に行うことができる。

また、上記突起部は、上記コアを囲むような雌ネジ状に形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、製造容易なリアクトルを得ることができる。即ち、例えば、ケースを成形するにあたり、雌ネジ状の突起部に対して螺合するような雄ネジ状の型を用いてケースの内壁面を成形する際に、型抜きを容易に行うことができる。

また、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記突起部は、上記底面部の内壁面に形成することもできる（請求項７）。
この場合には、底面部からの放熱性を向上させることができる。

第１の発明においては、上記突起部は、上記コイルを構成する巻線に近い位置に形成されたものよりも、上記巻線から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出している。
これにより、上記コイルによる磁束の形成を阻害しないようにしつつ、なるべく突起部の突出量を大きくすることができる。これにより、リアクトルの磁気特性を維持しつつ、冷却効率を向上させることができる。

第１の発明又は第２の発明において、上記突起部は、上記コイルを構成する巻線から遠い位置よりも、上記巻線に近い位置に多く形成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記コイルから発熱する熱を効率的に放熱することができる。

第１の発明において、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記コイルにおける上記底面部に近い側の角部と上記ケースの上記側面部との間に、上記突起部が介在していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記コイルの角部付近における上記コアの亀裂の発生を防ぐことができる。即ち、仮にコイルの角部とケースの側面部との間に突起部が介在していないと、この部分のコアが熱収縮する際における変位量が大きく、場合によってはコイルの角部付近からコアに亀裂が発生するおそれがある。そこで、コイルの角部とケースの側面部との間に突起部を介在させることにより、コイルの角部とケースの側面部との間におけるコアの熱収縮による変位量を小さくすることができる。これにより、上記コアの硬化時における熱収縮に起因する応力を緩和することができ、コアの亀裂発生を防ぐことができる。

また、上記コイルの角部を構成する巻線部分の内側と外側との双方に上記突起部が配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、コイルの内側と外側との双方におけるコアの熱収縮に起因する応力を緩和し、コアの亀裂を一層効果的に防止することができる。

第１の発明又は第２の発明において、上記突起部は、上記ケース内における上記コイルの位置を決める位置決め手段としても機能するよう構成されていることが好ましい。
この場合には、上記コイルをケース内に配置する際に、改めて位置決め部材を配置する必要がない。それ故、上記リアクトル作製にあたり、工数を削減することができ、生産性の一層の向上を図ることができる。また、上記突起部が上記コイルに接触することとなるため、コイルの熱を直接ケースに逃がすことが可能となる。その結果、一層放熱性に優れたリアクトルを得ることができる。

（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５を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１に示すごとく、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からなるコア３と、コイル２及びコア３を内側に収容するケース４とを有する。そして、ケース４の内壁面には突起部５を形成してある。

また、ケース４は、底面部４１と底面部４１の周縁部から立設された側面部４２とからなり、突起部５は底面部４１の内壁面に複数形成されている。
突起部５は、コイル２を構成する巻線２１に近い位置に形成されたものよりも、巻線２１から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出している。

具体的には、図１、図２に示すごとく、ケース４は有底円筒形状を有し、コイル２は円筒形状となるように巻線を巻回してなる。そして、円筒形状のケース４の側面部４２の内側に沿うように、円筒形状のコイル２が配設されている。
複数の突起部５は、円筒形状のコイル２の中心軸とケース４の底面部４１との交点を中心に、同心円状に配置してある。そして、中心に配される突起部５の突出量が最も大きく、コイル２の巻線２１に近付くほど突出量は小さくなっている。また、突起部５は円柱形状を有している。

即ち、コイル２の中心軸付近は、コイル２の巻線２１部分から遠い領域となるため、この領域に対応する位置に、突出量の大きい突起部５を形成している。一方、コイル２の中心軸から外方へ向かうにつれて巻線２１に近付くため、突起部５の突出量も徐々に小さくしてある。

なお、突起部５の形状は、円柱形状に限らず、例えば、角柱形状、板状とすることもできる。また、図３に示すごとく、突起部５は同心円状に連続形成されていてもよい。
また、突起部５は、ケース４の内壁面に接合することにより配設してもよいし、ケース４の内壁面を切削することにより、切削部分の間に形成してもよい。

また、リアクトル１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等に用いることができる。
コア３を構成する磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させてなる材料である。そして、磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等がある。また、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、ケース４及び突起部５は、例えばアルミニウムからなる。なお、突起部５は、必ずしもケース４と同じ材料である必要はないが、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。

次に、本例のリアクトル１の製造方法につき、図４を用いて説明する。
まず、ケース４の底面部４１の内壁面に、突起部５を設ける。突起部５は、ケース４とは別部材を底面部４１に立設することにより形成してもよいし、底面部４１の内壁面を切削加工等することにより形成してもよい。
次いで、ケース４内における所定の位置に、コイル２をセットする。次いで、ケース４内に、磁性粉末混合樹脂液３０を注入し、所定加熱温度に所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液３０を固化させて、コア３を形成する。
なお、コイル２の巻線端部である引出リード部２２は、コア３の外側に突出するようにする。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記リアクトル１は、磁性粉末混合樹脂からなるコア３をケース４内に有し、ケース４の内壁面に突起部５を形成してなる。そのため、上記コイル２の外周に充填されたコア３に上記突起部５が食込むような状態にすることができ、コア３とケース４の内壁面との間の接触面積を大きくすることができる。その結果、コイル２やコア３において発熱する熱をケース４に放熱しやすくなり、リアクトル１の放熱効率を高めることができる。

また、上記突起部５を設けることにより、ケース４とコア３との間にアンカー効果が働き、コア３及びその内側に埋設されたコイル２が、ケース４に対して固定されることとなる。その結果、振動等の外部衝撃等が作用しても、コア３及びコイル２がケース４から抜けることを防ぐことができる。
そして、これにより、コア３を充填した後にケース４に蓋などを別途設ける必要もないため、生産性の向上、コスト低減を実現することが容易となる。

また、ケース４の内壁面に突起部５を設けることにより、突起部５が補強リブの役割を果たすこととなり、ケース４の強度を向上させることができる。そして、それ故、ケース４の厚みを小さくすることも可能となり、材料コストを低減することができる。
また、ケース４の内側に突起部５を設ける分、充填するコア３の量を少なくすることができるため、かかる観点からもコスト低減を容易にすることができる。

また、突起部５は、コイル２を構成する巻線２１に近い位置に形成されたものよりも、巻線２１から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出している。そのため、コイル２による磁束の形成を阻害しないようにしつつ、なるべく突起部５の突出量を大きくすることができる。これにより、リアクトル１の磁気特性を維持しつつ、冷却効率を向上させることができる。

即ち、コイル２の中心軸付近には、突出量の大きい突起部５を形成し、コイル２の中心軸から外方へ向かうにつれて突起部５の突出量も徐々に小さくしてある。これにより、図５に示すごとく、コイル２の巻線２１の周りに形成される磁束Ｍ、即ち、コイル２の内側と外側とに連続してループ状に形成される磁束Ｍが、突起部５に阻害され難くなる。また、この磁束の形成に影響を与え難いコイル２の中心軸付近には、突起部５を大きく形成することにより、放熱効率を向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、放熱性に優れると共に、生産性の向上、コスト低減を図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６に示すごとく、突起部５を、ケース４の側面部４２の内壁面にも形成した例である。
側面部４２に形成した突起部５についても、コイル２の巻線２１に近い位置に形成されたものよりも、巻線２１から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出している。具体的には、本例では、巻線２１に対向する位置に形成された突起部５よりも、巻線２１に対向していない位置に形成された突起部５の方が、大きく突出している。そして、側面部４２の端部に配置された突起部５が最も大きく突出し、内側に向かうにつれ、突起部５の突出量は小さくなる。なお、巻線２１に対向する位置に形成された突起部５は、互いに同じ突出量となっていてもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、側面部４２からの放熱性を向上させることができる。また、コア３及びコイル２がケース４から抜けることを効果的に防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、側面部４２に形成した突起部５は、コア３を囲むような雌ネジ状に形成してもよい。この場合には、製造容易なリアクトル１を得ることができる。即ち、例えば、ケース４を成形するにあたり、雌ネジ状の突起部５に対して螺合するような雄ネジ状の型を用いてケース４の内壁面を成形する際、型抜きを容易に行うことができる。
ただし、このような型抜きを行う場合には、底面部４１に形成した突起部５の形状としては、図３に示すような同心円形状などとする必要がある。あるいは、底面部４１の突起部５を、ケース４の成形後に取付ける場合などにも上記の型抜き方法を利用することが可能となる。

（実施例３）
本例は、図７に示すごとく、側面部４２の突起部５を、ケース４の開口部４３に近い位置にのみ形成した例である。
即ち、ケース４の開口部４３に近い側のコイル２の端部に対応する位置に、突起部５を形成している。この場合にも、コイル２の巻線２１に近い位置に形成された突起部５よりも、遠い位置に形成された突起部５の方が大きく突出している。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、実施例２に比べて製造容易とすることができる。
また、実施例１に比べて、側面部からの放熱性に優れ、また、ケース４からのコア３の抜けを充分に防止することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図８に示すごとく、コイル２を構成する巻線２１から遠い位置よりも、巻線２１に近い位置に、突起部５を多く形成した例である。
本例においては、ケース４の底面部４１に突起部５を複数設けているが、コイル２の巻線２１に近い位置に、細い突起部５を高密度に配置している。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、コイル２から発熱する熱を効率的に放熱することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記実施例においては、有底円筒形状のケース４と円環状のコイル２を用いたリアクトル１を示したが、これらの形状は、例えば、直方体形状のケース及び四角形状のコイルとするなど、種々の形状とすることができる。

（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、コイル２におけるケース４の底面部４１に近い側の角部２３とケース４の側面部４２との間に、突起部５が介在しているリアクトル１の例である。
また、コイル２の角部２３を構成する巻線２１部分の内側にも突起部５が配置されている。

本例においては、ケース４の底面部４１から突起部５が複数立設されており、その一部は、コイル２の角部２３の外側に配され、他の一部は角部２３を構成する巻線２１部分の内側に配される。また、これらの突起部５は、その先端がコイルの角部２３よりも上方（底面部４１から遠い方）に位置するような突出量を有する。
これにより、突起部５によって、コイル２の角部２３を構成する巻線２１部分が、複数の突起部５に挟まれるように両者の間に配されることとなる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、コイル２の角部２３付近におけるコア３の亀裂の発生を防ぐことができる。即ち、仮にコイル２の角部２３とケース４の側面部４２との間に突起部５が介在していないと、この部分のコア３が熱収縮する際における変位量が大きく、場合によってはコイル２の角部２３付近からコア３に亀裂が発生するおそれがある。そこで、コイル２の角部２３とケース４の側面部４２との間に突起部５を介在させることにより、コイル２の角部２３とケース４の側面部４２との間におけるコア３の熱収縮による変位量を小さくすることができる。これにより、コア３の硬化時における熱収縮に起因する応力を緩和することができ、コア３の亀裂発生を防ぐことができる。

また、コイル２の角部２３を構成する巻線２１部分の内側にも突起部５が形成されているため、コイル２の内側におけるコア３の熱収縮に起因する応力をも緩和し、コア３の亀裂を一層効果的に防止することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
また、図１０〜図１２に示すごとく、突起部５が、ケース４内におけるコイル２の位置を決める位置決め手段としても機能するよう構成されたリアクトル１の例である。
即ち、ケース４の底面部４１から、４箇所に略同等の長さの突起部５が形成されている。そして、これらの突起部５の先端にコイル２が載置されている。なお、突起部５の個数はこれに限定されるものではない。

それ故、本例のリアクトル１を作製するに当っては、図１０に示すごとく、上記突起部５が形成されたケース４内に、コイル２を位置決め配置する。即ち、コイル２の一端が突起部５の上端に載置されるようにする。
次いで、ケース４内に磁性粉末混合樹脂液３０を注入し（図４参照）、これを固化させ、コア３とする（図１１）。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、コイル２をケース４内に配置する際に、改めて位置決め部材を配置する必要がない。それ故、リアクトル１の作製にあたり、工数を削減することができ、生産性の一層の向上を図ることができる。また、突起部５がコイル２に接触することとなるため、コイル２の熱を直接ケース５に逃がすことが可能となる。その結果、一層放熱性に優れたリアクトル１を得ることができる。
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、リアクトルの断面説明図。 実施例１における、円柱状の突起部を用いた場合の図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、同心円形状の突起部を用いた場合の図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、リアクトルの製造方法の説明図。 実施例１における、磁束の形成状態を示すリアクトルの断面説明図。 実施例２における、リアクトルの断面説明図。 実施例３における、リアクトルの断面説明図。 実施例４における、リアクトルの断面説明図。 実施例５における、リアクトルの断面説明図。 実施例６における、作製途中のリアクトルの断面説明図。 実施例６における、リアクトルの断面説明図。 図１１のＢ−Ｂ線矢視断面図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
４ ケース
５ 突起部

Claims (8)

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からなるコアと、
   上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有し、
   該ケースの内壁面には突起部を形成してなり、
   上記突起部は、上記コイルを構成する巻線に近い位置に形成されたものよりも、上記巻線から遠い位置に形成されたものの方が大きく突出し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、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記コイルにおける上記底面部に近い側の角部と上記ケースの上記側面部との間に、上記突起部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、上記コイルの角部を構成する巻線部分の内側と外側との双方に上記突起部が配置されていることを特徴とするリアクトル。
4. 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からなるコアと、
   上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有し、
   該ケースの内壁面には突起部を形成してなり、
   上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記コイルにおける上記底面部に近い側の角部と上記ケースの上記側面部との間に、上記突起部が介在しており、該突起部は上記底面部から立設されていると共にその先端が上記コイルの上記角部よりも上記底面部から遠い位置まで突出した位置に配されていることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１において、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記突起部は、上記側面部の内壁面に形成されていることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項５において、上記突起部は、上記コアを囲むような雌ネジ状に形成されていることを特徴とするリアクトル。
7. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記ケースは、底面部と該底面部の周縁部から立設された側面部とからなり、上記突起部は、上記底面部の内壁面に形成されていることを特徴とするリアクトル。
8. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記突起部は、上記コイルを構成する巻線から遠い位置よりも、上記巻線に近い位置に多く形成されていることを特徴とするリアクトル。

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