JP5083258B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、磁性粉末混合樹脂からなるコアを有するリアクトルに関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるインバータには、電池電圧を昇圧するためのリアクトルが組み込まれている。かかるリアクトルにおいて、近年、部品点数の低減による低コスト化を実現するものとして、図８に示すごとく、磁性粉末を混合した樹脂からなる磁性粉末混合樹脂をコア９３としてコイル９２の周囲に充填したリアクトル９が提案されている（特許文献１〜３）。

特開２００８−２１８７２４号公報 特開２００８−１９２８８７号公報 特開２００８−１６６５０３号公報

しかしながら、上記リアクトル９においては、コイル９２が磁性粉末混合樹脂（コア９３）に埋設され、周囲が包囲された構造となるため、コイル９２から発生する熱を効率よく放熱することが困難となるという問題がある。
かかる問題に対して、コア９３に、シリカやアルミナ等の添加物を混合してコア９３の熱伝導率を向上させる手段が考えられる。しかし、コア９３の組成を大きく変更すると、リアクトル９の磁気特性が変化してしまうため、添加物の混入には限界があり、放熱効率を充分に向上させることは困難である。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、放熱性に優れたリアクトルを提供しようとするものである。

本発明は、通電によって磁束を発生するコイルと、該コイルの周囲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収容するケースとからなるリアクトルであって、
上記コイルと上記ケースとの間には、両者に接触すると共に上記コアよりも熱伝導率の高い伝熱部材を介設してあり、
該伝熱部材は、上記コイルの巻回方向の略全周に形成されると共に、その一部にスリットを形成してなり、該スリットは、上記コイルの径方向に形成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）。

上記コイルと上記ケースとの間には、両者に接触するように上記伝熱部材が介設してある。そのため、コイルにおいて発生した熱を上記伝熱部材を介してケースに伝え、放熱することができる。すなわち、伝熱部材はコアよりも熱伝導率が高いため、伝熱部材を設けていない場合に比べ、コイルからケースへの放熱性を向上させることができる。その結果、リアクトルの温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、この場合には、放熱性の観点からコアの材質を考慮する必要がないため、磁気特性の観点からコアの材質を選択することができる。そのため、伝熱部材によって放熱性を確保しつつ、インダクタンスの高いリアクトルを容易に得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、放熱性に優れたリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの（Ａ）巻回軸に平行な断面、（Ｂ）（Ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、伝熱部材のスリット付近の断面図。 実施例１における、リアクトルの製造方法を示す説明図。 実施例１における、図３に続くリアクトルの製造方法を示す説明図。 実施例１における、図４に続くリアクトルの製造方法を示す説明図。 参考例における、伝熱部材のスリット付近の断面図。 実施例２における、リアクトルの（Ａ）巻回軸に平行な断面、（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。 従来のリアクトルの（Ａ）巻回軸に平行な断面、（Ｂ）（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図。

本発明において、上記磁性粉末混合樹脂は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、鉄粉等の磁性粉末を混入させてなるものを用いることができる。
また、上記伝熱部材は、例えばアルミニウムやその合金等の金属など、熱伝導性の高い材料からなるものであることが好ましい。

また、上記伝熱部材は、上記コイルの巻回方向の全周の半分以上に形成されている。
これにより、上記伝熱部材を通じた放熱を効率的に行うことができる。

また、上記伝熱部材は、上記コイルの巻回方向の略全周に形成されると共に、その一部にスリットを形成してなる。
これにより、上記伝熱部材を介した放熱をコイルの略全周にわたって行うことができるため、コイルを略均一に効率よく放熱することができる。また、上記スリットを設けることにより、伝熱部材において渦電流が発生することを抑制することができる。すなわち、コイルの全周にわたって金属製の上記伝熱部材を設けると、コイルに電流を流したとき、伝熱部材に、コイルの電流と逆向きの渦電流が発生するおそれがある。そうすると、渦電流損による発熱のためにリアクトルの温度上昇を招くと共に、リアクトルの磁気特性に影響を与え、所望のインダクタンスが得られにくくなるおそれもある。そこで、上記スリットを設けて、渦電流の形成を阻止することにより、上記のような不具合を防ぐことができる。

また、上記伝熱部材は、上記コイルの径方向の外周面と、該外周面に対向する上記ケースの内壁面とに接触配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記リアクトルを製造する際におけるコイルのケースに対する位置決め部材としても上記伝熱部材を利用することができる。

また、上記伝熱部材は、上記コイルの巻回軸方向の端面と、該端面に対向する上記ケースの内壁面とに接触配置されていてもよい（請求項３）。
この場合にも、上記リアクトルを製造する際におけるコイルのケースに対する位置決め部材としても上記伝熱部材を利用することができる。

また、上記伝熱部材は、非磁性材料からなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記伝熱部材が磁気回路の途中に配されることにより、非磁性の伝熱部材がコアのギャップとして機能し、磁気飽和を抑制することができる。

（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、通電によって磁束を発生するコイル２と、該コイル２の周囲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を収容するケース４とからなる。
そして、コイル２とケース４との間には、両者に接触すると共にコア３よりも熱伝導率の高い伝熱部材５を介設してある。

伝熱部材５は、コイル２の径方向の外周面２１と、外周面２１に対向するケース４の内壁面４１とに接触配置されている。また、伝熱部材５は、コイル２の巻回軸方向の略中心位置に接触している。コイル２は、絶縁被膜（図示略）によって被覆されている場合もあるが、その場合には、絶縁被膜の上から伝熱部材５が接触することとなる。

伝熱部材５は、図１（Ｂ）に示すごとく、コイル２の巻回方向の全周の半分以上に形成されている。より具体的には、伝熱部材５は、コイル２の巻回方向の略全周に形成されている。そして、図１（Ｂ）、図２に示すごとく、伝熱部材５の一部にスリット５１を形成してなる。スリット５１は、コイル２の径方向に伝熱部材５の全幅にわたって形成され、周方向の４か所に部分的に均等配置されている。

伝熱部材５は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた非磁性金属からなる。この伝熱部材５は、コイル２への通電によって形成される磁気回路の途中に配されることとなり、コア３のギャップとして機能し、これにより磁気飽和を抑制することができる。そして、この磁気飽和を効果的に抑制する程度に、伝熱部材５の厚みを設計することとなる。例えば、この伝熱部材５の厚みは、５〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。

また、コア３を構成する磁性粉末混合樹脂は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、鉄粉等の磁性粉末を混入させてなるものを用いることができる。
ケース４は、例えば、アルミニウム又はその合金によって構成することができる。

本例のリアクトル１を製造するに当たっては、図３に示すごとく、コア３の原料となる磁性粉末混合樹脂のスラリー３０を、ケース４に約半分まで注入する。一方、コイル２の外周に伝熱部材５を接着固定したサブアッセンブリを作製しておく。コイル２と伝熱部材５との接着は、例えば熱伝導性に優れた接着剤を用いる。
次いで、図４に示すごとく、コイル２と伝熱部材５とのサブアッセンブリをケース４内に挿入するとともに、コイル２を伝熱部材５が固定された部分まで、スラリー３０に沈める。これにより、伝熱部材５がスラリー３０の表面に密着して載置された状態となる。
次いで、さらに、磁性粉末混合樹脂のスラリー３０をケース４内に充填し、コイル２及び伝熱部材５をスラリー３０内に埋める。その後、スラリー３０を硬化させる。
これにより、図１に示すようなリアクトル１を得ることができる。

なお、本例においては、ケース４に直接磁性粉末混合樹脂のスラリー３０を注入してコア３を成形する方法を示したが、別の成形型を用いてコイル２を埋設した状態のコア３を成形し、脱型した後、これを焼き嵌め等によってケース４に挿嵌してリアクトル１を得ることもできる。
その他、本例のリアクトル１の製造方法については、種々の方法を用いることができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
図１に示すごとく、コイル２とケース４との間には、両者に接触するように伝熱部材５が介設してある。そのため、コイル２において発生した熱を伝熱部材５を介してケース４に伝え、放熱することができる。すなわち、伝熱部材５はコア３よりも熱伝導率が高いため、伝熱部材５を設けていない場合に比べ、コイル２からケース４への放熱性を向上させることができる。その結果、リアクトル１の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、この場合には、放熱性の観点からコア３の材質を考慮する必要がないため、磁気特性の観点からコア３の材質を選択することができる。そのため、伝熱部材５によって放熱性を確保しつつ、インダクタンスの高いリアクトル１を容易に得ることができる。

また、伝熱部材５は、コイル２の巻回方向の全周の半分以上に形成されているため、伝熱部材５を通じた放熱を効率的に行うことができる。
また、伝熱部材５は、コイル２の巻回方向の略全周に形成されると共に、その一部にスリット５１を形成してなる。そのため、伝熱部材５を介した放熱をコイル２の略全周にわたって行うことができ、コイル２を略均一に効率よく放熱することができる。また、スリット５１を設けることにより、伝熱部材５において渦電流が発生することを抑制することができる。すなわち、コイル２の全周にわたって金属製の伝熱部材５を設けると、コイルに電流を流したとき、伝熱部材５に、コイル２の電流と逆向きの渦電流が発生するおそれがある。そうすると、渦電流損による発熱のためにリアクトル１の温度上昇を招くと共に、リアクトル１の磁気特性に影響を与え、所望のインダクタンスが得られにくくなるおそれもある。そこで、スリット５１を設けて、渦電流の形成を阻止することにより、上記のような不具合を防ぐことができる。

また、伝熱部材５は、コイル２の径方向の外周面２１と、外周面２１に対向するケース４の内壁面４１とに接触配置されている。そのため、リアクトル１を製造する際におけるコイル２のケース４に対する位置決め部材としても伝熱部材５を利用することができる。すなわち、伝熱部材５を設けることによって、コイル２の径方向について、ケース４に対してコイル２の位置が決められることとなる。

また、伝熱部材５は非磁性材料からなり、磁気回路の途中に配されているため、非磁性の伝熱部材５がコア２のギャップとして機能し、磁気飽和を抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、放熱性に優れたリアクトルを提供することができる。

（参考例）
本例は、図６に示すごとく、伝熱部材５をコイル２の巻回方向の全周に形成の一部に溝部５２を形成した例である。
すなわち、実施例１における図１（Ｂ）と略同様の状態で、伝熱部材５を設け、同図におけるスリット５１を設けた位置に、図２に示すようなスリット５１に代えて図６に示すような溝部５２を形成している。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、伝熱部材５を介した放熱をコイル２の略全周にわたって行うことができるため、コイル２を略均一に効率よく放熱することができる。また、溝部５２を設けることにより、実施例１におけるスリット５１と略同様の、渦電流抑制効果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２）
本例は、図７に示すごとく、伝熱部材５が、コイル２の巻回軸方向の端面２２と、端面２２に対向するケース４の内壁面である底面４２とに接触配置されているリアクトル１の例である。
本例の場合には、伝熱部材５として、コイル２と略同等の直径を有する円弧状部材を４個コイル２の端面２２に接着固定し、各伝熱部材５の間にスリット５１を４個均等配置している。
また、コイル２の巻回軸方向における伝熱部材５の高さは、コイル２の他方の端面２３とコア３の上面３１との距離と同等とすることが好ましい。

本例のリアクトル１を製造するに当たっては、例えば以下のように行うことができる。まず、コイル２の端面２２に伝熱部材５を固定したものを、ケース４の中に載置する。次いで、磁性粉末混合樹脂のスラリーをケース４内に充填し、コイル２及び伝熱部材５をスラリー内に埋める。次いで、スラリーを硬化させることにより、図７に示すリアクトル１を得る。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、リアクトル１を製造する際において、コイル２の巻回軸方向のケース４に対するコイル２の位置決めを、伝熱部材５を用いて行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、実施例１と実施例２とを組み合わせた態様を取ることもできる。すなわち、コイル２の径方向の外周面２１及び巻回軸方向の端面２２の双方に、それぞれ伝熱部材５を接触配置することもできる。
この場合、放熱性を一層向上させることができると共に、コイル２の径方向及び巻回軸方向の双方について、ケース４に対する位置決めを容易に行うことができる。

また、ケース４に対するコイル２の配設姿勢については、実施例１、２に示す状態の他、例えば、巻回軸方向がケース４の開口方向に直交するように配置するなど、種々の姿勢が考えられる。
また、コイル２の形状についても、実施例１、２のように円環状以外にも、楕円形、四角形など、種々の形状をとりうる。
これら種々の態様のリアクトルにおいても、本発明を同様に適用することができる。

１ リアクトル
２ コイル
３ コア
４ ケース
５ 伝熱部材

Claims (4)

1. 通電によって磁束を発生するコイルと、該コイルの周囲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収容するケースとからなるリアクトルであって、
   上記コイルと上記ケースとの間には、両者に接触すると共に上記コアよりも熱伝導率の高い伝熱部材を介設してあり、
   該伝熱部材は、上記コイルの巻回方向の略全周に形成されると共に、その一部にスリットを形成してなり、該スリットは、上記コイルの径方向に形成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、上記伝熱部材は、上記コイルの径方向の外周面と、該外周面に対向する上記ケースの内壁面とに接触配置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、上記伝熱部材は、上記コイルの巻回軸方向の端面と、該端面に対向する上記ケースの内壁面とに接触配置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、上記伝熱部材は、非磁性材料からなることを特徴とするリアクトル。

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