JP5157956B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、振動やノイズを抑制しやすいリアクトルに関する。

従来から、図１２に示す構造のリアクトル９０が知られている。このリアクトル９０は、樹脂の中に磁性体の粉末を分散させた磁性粉末混合樹脂からなるコア９１の中に、コイル９２および中芯部材９３を埋設したものである。電流を流すとコイル９２とコア９１が発熱するため、放熱性を向上させるために中芯部材９３を入れている。

一方、コイル９２に交流電流を流した際に、リアクトル９０内に発生する磁界に起因して、コイル９２およびコア９１が振動する現象が知られている。この振動を抑制するために、ケース９４とコア９１の間にウレタン樹脂９５等を介在させている。

リアクトル９０を製造する際には、まずコア９１と、コイル９２と、中芯部材９３とが一体となった部材を形成する。そして、ケース９４の中に液状のウレタン樹脂９５を貯留しておき、そのケース９４に上記コア９１等が一体になった部材を収納する。これにより、液状のウレタン樹脂９５をケース９４とコア９１の隙間に充填させることができる。

特開２００８−１９８９８１号公報

しかしながら、上記製法を使用すると、図１３に示すごとく、コア９１を強く押し付けた場合にコア９１の底面９１ａとケース９４の底面９４ａとが接触してしまい、ウレタン樹脂９５の薄膜が形成されないことがある。
この場合、通電に伴ってコイル９２およびコア９１が振動すると、その振動がケース９４の底面に伝わりノイズが発生するという問題がある。そのため、ケース底面とコア底面との間にウレタン樹脂（制振材）の薄膜を一定の厚さで形成でき、振動やノイズが発生しにくいリアクトルが求められている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ケース底面とコア底面との間に制振材の薄膜を一定の厚さで形成でき、振動やノイズが発生しにくい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、樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
該コア内に埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
上記コイルの内側に位置し、該コイルの軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向における少なくとも一方の端面を上記コアの底面から露出させた状態で該コア内に埋設された中芯部材と、
上記コアを、上記コイルおよび上記中芯部材とともに収納する収納ケースとを備え、
該収納ケースのケース底面と上記中芯部材の上記端面が直接的又は間接的に当接していると共に、その当接部位よりも外周側において上記ケース底面と上記コア底面との間に底面側間隙が設けられており、上記収納ケースの内周面と上記コアの外周面との間には側面側間隙が設けられており、上記底面側間隙と上記側面側間隙とには、上記コアよりもヤング率が小さい材料からなる制振材が充填されており、
上記ケース底面は、上記当接部位がその外周側の部位よりも上記中芯部材側へ突出するよう構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）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、上記ケース底面と、中芯部材の端面が当接し、その当接部位よりも外周側において、ケース底面とコア底面との間に底面側間隙が形成されるようにした。そして、この底面側間隙に制振材を充填した。
このようにすると、制振材の厚さを一定に保つことができる。すなわち、リアクトルを製造する際には、まず、上記コアと、中芯部材と、コイルとが一体になった部材を製造する。そして、収納ケースに液状の制振材を貯留し、その収納ケースに上記部材を収納する。この時、中芯部材の端面がケース底面に当接するため、コア底面とケース底面とが接触することがなくなり、この間に介在する制振材の厚さを一定に保つことができる。これにより、コイルやコアの振動を制振材によって吸収することができ、ノイズ等を抑制しやすくなる。
また、リアクトル製造時に、上記部材を収納ケースに強い力で入れて、中芯部材の端面がケース底面の当接部位に必ず当接するようにすれば、制振材が必要以上に厚くなることを防止できる。制振材が厚くなりすぎると、放熱性が低下する等の問題が生じやすくなる。
なお、本例では、側面側間隙にも制振材が充填されているため、コイル等の振動がケース側面に伝わることも防止できる。そのため、ノイズを効果的に抑制することができる。

以上のごとく本発明によれば、ケース底面とコア底面との間に制振材の薄膜を一定の厚さで形成でき、振動やノイズが発生しにくいリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの斜視図。 実施例１における、リアクトルの断面図。 図２の要部拡大図。 実施例１における、リアクトルの製造工程説明図。 図４に続く図。 図５に続く図。 図６に続く図。 参考例１における、中芯部材を突出させたリアクトルの要部拡大図。 実施例１における、底面と中芯部材を両方とも突出させた場合の断面図。 参考例２における、底上げ用部材を介在させた場合の断面図。 実施例１における、リアクトルを用いた回路の例。 従来例における、リアクトルの断面図。 従来例における、リアクトルの断面図であって、底部に制振材が形成されていない状態の説明図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記ケース底面は、上記当接部位がその外周側よりも上記中芯部材側へ突出するよう構成されている。
したがって、上記当接部位が突出形成されているため、コアと、コイルと、中芯部材とが一体になった部材を収納ケースに入れた場合に、中芯部材の端面が当接部位に当接し、その外周側において底面側間隙が確実に形成される。また、当接部位の突出高さを予め定めておけば、その高さよりも制振材の厚さが薄くなることはなくなる。

また、上記中芯部材の端部は上記コア底面から突出し、該端部が上記ケース底面に接触していることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、中芯部材の端部がコア底面から突出しているため、底面側間隙を形成することができる。また、端部の突出高さを予め定めておけば、その高さよりも制振材の厚さが薄くなることはなくなる。

また、上記収納ケースは、上記収納ケースの底部にコア固定用の突起部を有し、上記中芯部材は、上記突起部に嵌合する凹部を有し、上記突起部の外面と上記凹部の内面との間に、上記制振材が充填されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、上記突起部によってコアを収納ケースに固定できる。また、突起部の外面と凹部の内面との間に制振材が充填されている。制振材（ウレタン樹脂等）は空気よりも熱伝導率が高いため、上記構成にすると、制振材が充填されておらず、空気層が存在する場合と比較して、熱が中芯部材から収納ケースに伝わりやすくなる。そのため、放熱性を向上できる。

また、上記突起部は、上記収納ケースの底部から突出する基幹部と、該基幹部の先端側に設けられ、該基幹部よりも外径が小さい縮径部とを備え、上記凹部は、上記基幹部と上記縮径部とに各々嵌合する段形状に形成され、上記縮径部と上記中芯部材との間隙は、上記基幹部と上記中芯部材との間隙よりも狭くなっていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、縮径部と中芯部材との間隙が狭くなっているため、コアと、中芯部材と、コイルとが一体になった部材を、収納ケースに対して正確な位置に固定することができる。これにより、上述した側面側間隙を正確に制御することができ、側面における制振材の厚さをコントロールしやすくなる。制振材が薄くなりすぎるとノイズが伝わりやすくなり、厚くなりすぎると放熱性が低下するが、上記構成にすることで、制振材の厚さをコントロールでき、ノイズ抑制効果と放熱性との双方を発揮できるようになる。

また、本発明のリアクトルは、車両用の電力変換回路に用いることが好ましい。車両用の電力変換回路は大電流を流すので、コイルの振動の振幅が大きい。また、車両の乗員にノイズが伝わらないように、静音性に対する要求が厳しい。そのため、本発明のリアクトルを車両用の電力変換回路に使用した場合に、得られる効果が特に大きい。

一方、上記底面側間隙は、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。また、側面側間隙は、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。底面側間隙が０．５ｍｍ未満、または側面側間隙が０．５ｍｍ未満になると、制振材が薄くなりすぎるため、十分に振動を吸収できない場合がある。また、底面側間隙が２．０ｍｍを越えるか、または側面側間隙が２．０ｍｍを越えると、制振材が厚くなりすぎるため、コアの熱が収納ケースに伝わりにくくなる場合がある。

（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１２を用いて説明する。
図１は本例に係るリアクトル１の分解斜視図であり、図２は断面図である。また、図３は図２の要部拡大図である。
図１、図２に示すごとく、本例のリアクトル１は、樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコア２を備える。
また、通電により磁束が発生するコイル３がコア２内に埋設されている。
そして、図２に示すごとく、コイル３の内側に位置し、コイル３の軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向における少なくとも一方の端面４１をコア２の底面２０から露出させた状態でコア２内に埋設された中芯部材４を備える。
また、コア２を、コイル３および中芯部材４とともに収納する収納ケース５を備える。
図２、図３に示すごとく、収納ケース５のケース底面５０と中芯部材４の端面４１が直接的に当接している。この当接部位５１よりも外周側においてケース底面５０とコア底面２０との間に底面側間隙１０が設けられている。そして、収納ケース５の内周面５２とコア２の外周面２１との間には側面側間隙１１（図２参照）が設けられている。底面側間隙１０と側面側間隙１１とには、コア２よりもヤング率が小さい材料からなる制振材６が充填されている。
以下、詳説する。

本例のリアクトル１は、車両用の電力変換回路に用いられる。コア２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、鉄粉等の磁性体粉末を分散させたものが使用される。また、コイル３は銅線を巻き回してなり、収納ケース５および中芯部材４はアルミニウム合金からなる。さらに、制振材６はウレタン樹脂から構成される。

図３に示すごとく、ケース底面５０は、当接部位５１がその外周側よりも突出するよう構成されている。この当接部位５１に、中芯部材４の端面４１が当接している。

また、図７に示すごとく、収納ケース５は、収納ケース５の底部にコア固定用の突起部７を有し、中芯部材４は、突起部７に嵌合する凹部４０を有する。そして、図２に示すごとく、突起部７の外面７ａと凹部４０の内面４０ａとの間に、制振材６が充填されている。

また、図７に示すごとく、突起部７は、収納ケース５の底部から突出する基幹部７０と、基幹部７０の先端側に設けられ、基幹部７０よりも外径が小さい縮径部７１とを備えている。凹部４０は、基幹部７０と縮径部７１とに各々嵌合する段形状に形成され、縮径部７１と中芯部材４との間隙ｄ１（図２参照）は、基幹部７０と中芯部材４との間隙ｄ２よりも狭くなっている。

次に、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。図４に示すごとく、まず、成形用の金型８（収納ケース５とは異なる）に中芯部材４とコイル３を収納する。その後、図５に示すごとく、金型８に液状のコア２を注ぐ。コア２は、上述したように熱硬化性樹脂に鉄粉等を分散させたもので、硬化前は液状になっている。
その後、所定温度で熱処理を行うと、熱硬化性樹脂が硬化し、図６に示すごとく中芯部材４と、コイル３と、コア２とが一体になった部材１５が形成される。この部材１５を金型８から取り出す。

次に図７に示すごとく、収納ケース５に液状の制振材６を所定量、貯留しておく。制振材６は、上述したようにウレタン樹脂を主成分としたもので、加熱して液状にすることができる。この状態で上記部材１５を収納すると、中芯部材４の端面４１が収納ケース５の当接部位５１に当接する。ここで、当接部位５１はその外周側よりも突出しているため、コア底面２０とケース底面５０との間に底面側間隙１０（図２参照）が形成される。この底面側間隙１０と側面側間隙１１に、液状の制振材６が充填される。この後、冷却して、制振材６を固化させる。

上述したように、突起部７は基幹部７０と縮径部７１とを備えており、この基幹部７０と中芯部材４との間隙ｄ２（図２参照）は相対的に広く、縮径部７１と中芯部材４との間隙ｄ１は狭くなっている。より詳しくは、縮径部７１と中芯部材４との間隙ｄ１は、殆ど０になっている。そのため、強い力を加えないと凹部４０が縮径部７１に入らない。

なお、部材１５を収納ケース５に収納した後、ボルト８０を雌螺子部４３に螺合し、部材１５を収納ケース５に対して固定する。

また、図９に示すごとく、収納ケース５の当接部位５１を、その外周側よりも突出させておき、さらに、中芯部材４の端部４２がコア底面２０から突出するように構成することもできる。

次に、本例のリアクトル１を使用した回路の例を図１１に示す。リアクトル１は、車両用の電力変換回路８２に用いられる。この電力変換回路８２はインバータ部８１とコンバータ部８３とからなる。インバータ部８１は、図示するごとく、複数個の半導体モジュール８５から構成されている。個々の半導体モジュール８５は、ＩＧＢＴ素子８５ａ及びフライホイールダイオード８５ｂを備える。また、リアクトル１は、コンバータ部８３に使用されている。このコンバータ部８３を使って直流電源８４の電圧を昇圧し、その昇圧した電圧をインバータ部８１の直流入力端子８８ａ，８８ｂ間に印加する。ＩＧＢＴ素子８５ａをスイッチング動作させることにより、出力端子８７から交流電圧を出力することができる。この交流電圧を使って三相交流モータ８６を駆動し、車両を走行させる。

次に、本例のリアクトル１の作用効果について説明する。
本例では図２、図３に示すごとく、ケース底面５０と、中芯部材４の端面４１が当接し、その当接部位５１よりも外周側において、ケース底面５０とコア底面２０との間に底面側間隙１０が形成されるようにした。そして、この底面側間隙１０に制振材６を充填した。
このようにすると、制振材６の厚さを一定に保つことができる。すなわち、リアクトル１を製造する際には、図４〜図６に示すごとく、まずコア２と、中芯部材４と、コイル３とが一体になった部材１５を製造する。そして、図７に示すごとく、収納ケース５に液状の制振材６を貯留し、その収納ケース５に部材１５を収納する。この時、中芯部材４の端面４１がケース底面５０の当接部位５１に当接するため、コア底面２０とケース底面５０とが接触することがなくなり、この間に介在する制振材６の厚さを一定に保つことができる。これにより、コイル３やコア２の振動を制振材６によって吸収することができ、ノイズ等を抑制しやすくなる。
また、リアクトル製造時に、部材１５を収納ケース５に強い力で入れて、中芯部材４の端面４１が当接部位５１に必ず当接するようにすれば、制振材６が必要以上に厚くなることを防止できる。制振材６が厚くなりすぎると、放熱性が低下する等の問題が生じやすくなる。
なお、本例では、側面側間隙１１にも制振材６が充填されているため、コイル３等の振動がケース側面に伝わることも防止できる。これにより、ノイズを効果的に抑制することが可能となる。

また、本例では、図２、図３に示すごとく、ケース底面５０は、当接部位５１がその外周側よりも突出するよう構成されている。
このようにすると、当接部位５１が突出形成されているため、部材１５を収納ケース５に入れた場合に、中芯部材４の端面４１が当接部位５１に当接し、その外周側において底面側間隙１０が確実に形成される。また、当接部位５１の突出高さを予め定めておけば、その高さよりも制振材６の厚さが薄くなることはなくなる。

また、図２、図３に示すごとく、本例のリアクトル１は、突起部７の外面７ａと凹部４０の内面４０ａとの間に、制振材６が充填されている。より詳しくは、制振材６は、基幹部７０と中芯部材４との間隙ｄ２と、さらにその上方の隙間ｄ３にも入っている。
この構成にすると、例えば図７に示すごとく、突起部７の雌螺子部４５にボルト８０を挿入することにより、コア２を収納ケース５に固定できる。また、図２に示すごとく、突起部７の外面７ａと凹部４０の内面４０ａとの間に制振材６が充填されている。制振材６（ウレタン樹脂等）は空気よりも熱伝導率が高いため、上記構成にすると、制振材６が充填されておらず、空気層が存在する場合と比較して、熱が中芯部材４から収納ケース５に伝わりやすくなる。そのため、放熱性を向上できる。

また、図２に示すごとく、縮径部７１と中芯部材４との間隙ｄ１は、基幹部７０と中芯部材４との間隙ｄ２よりも狭くなっている。
このようにすると、部材１５（図７参照）を、収納ケース５に対して正確な位置に固定することができる。これにより、上述した側面側間隙１１を正確に制御することができ、側面における制振材６の厚さをコントロールしやすくなる。制振材６が薄くなりすぎるとノイズが伝わりやすくなり、厚くなりすぎると放熱性が低下するが、上記構成にすることで、制振材６の厚さをコントロールでき、ノイズ抑制効果と放熱性との双方を発揮できるようになる。

一方、底面側間隙１０は、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。また、側面側間隙１１は０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。底面側間隙１０が０．５ｍｍ未満、または側面側間隙１１が０．５ｍｍ未満になると、制振材６が薄くなりすぎるため、十分に振動を吸収できない場合がある。また、底面側間隙１０が２．０ｍｍを越えるか、または側面側間隙１１が２．０ｍｍを越えると、制振材６が厚くなりすぎるため、コア２の熱が収納ケース５に伝わりにくくなる場合がある。

以上のごとく、本例によれば、ケース底面５０とコア底面２０との間に制振材６の薄膜を一定の厚さで形成でき、振動やノイズが発生しにくいリアクトル１を提供することができる。
（参考例１）
次に、リアクトル１の参考例を図８に示す。このリアクトル１は、中芯部材４の端部４２がコア底面２０から突出し、端部４２がケース底面５０に接触している。
このように構成すると、図２の構成と同様に、コア底面２０とケース底面５０とが接触することを防止でき、底面側間隙１０の間隔が狭くなりすぎることを防止できる。
また、中芯部材４の端部４２がコア底面２０から突出しているため、ケース底面５０が平らであっても、底面側間隙１０を確実に形成することができる。また、端部４２の突出高さを予め定めておけば、その高さよりも制振材６の厚さが薄くなることはなくなる。
（参考例２）
また、図１０に示すごとく、中芯部材４と収納ケース５との間に、底上げ用部材４４が介在するように構成してもよい。この底上げ用部材４４は金属製であることが好ましい。金属であれば熱伝導率が高いため、中芯部材４から収納ケース５に熱が早く伝導する。これにより、コア２等から発生した熱を効果的に収納ケース５に伝えることが可能となる。

１ リアクトル
１０ 底面側間隙
１１ 側面側間隙
２ コア
２０ コア底面
３ コイル
４ 中芯部材
５ 収納ケース
５０ ケース底面
６ 制振材

Claims (4)

1. 樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
   該コア内に埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
   上記コイルの内側に位置し、該コイルの軸線方向を向く柱状に形成されるとともに、軸線方向における少なくとも一方の端面を上記コアの底面から露出させた状態で該コア内に埋設された中芯部材と、
   上記コアを、上記コイルおよび上記中芯部材とともに収納する収納ケースとを備え、
   該収納ケースのケース底面と上記中芯部材の上記端面が直接的又は間接的に当接していると共に、その当接部位よりも外周側において上記ケース底面と上記コア底面との間に底面側間隙が設けられており、上記収納ケースの内周面と上記コアの外周面との間には側面側間隙が設けられており、上記底面側間隙と上記側面側間隙とには、上記コアよりもヤング率が小さい材料からなる制振材が充填されており、
   上記ケース底面は、上記当接部位がその外周側の部位よりも上記中芯部材側へ突出するよう構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、上記中芯部材の端部は上記コア底面から突出し、該端部が上記ケース底面に接触していることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は請求項２において、上記収納ケースは、上記収納ケースの底部にコア固定用の突起部を有し、上記中芯部材は、上記突起部に嵌合する凹部を有し、上記突起部の外面と上記凹部の内面との間に、上記制振材が充填されていることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項３において、上記突起部は、上記収納ケースの底部から突出する基幹部と、該基幹部の先端側に設けられ、該基幹部よりも外径が小さい縮径部とを備え、上記凹部は、上記基幹部と上記縮径部とに各々嵌合する段形状に形成され、上記縮径部と上記中芯部材との間隙は、上記基幹部と上記中芯部材との間隙よりも狭くなっていることを特徴とするリアクトル。

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