JP5505716B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、リアクトルに関する。

従来、ハイブリッド自動車又は電気自動車に適用されるモータを駆動制御する電力変換装置の昇圧回路に用いられるリアクトルが公知である。
特許文献１に記載のリアクトルは、コイルを収容するケースの開口に熱伝導率の高い材料から形成された蓋部材を取り付け、コイルの発する熱を蓋部材を経由してケースに伝熱している。ケースの側面又は底側には冷却水の流れる水路が設けられ、ケースを冷却している。
特許文献２に記載のリアクトルは、蓋部材に外側フィン及び内側フィンを設け、コイルの発する熱を外側フィン及び内側フィンから外気に放熱している。これにより、リアクトルが安定して作動するようにしている。

特開２００５−３０３２１２号公報 特開２００８−１１２８１８号公報

しかしながら、特許文献１、２では、ケースにめねじを形成し、蓋部材側からねじを締め付けることで、蓋部材とケースとを締結している。このため、ケースにめねじを形成するための板厚が必要となるので、ケースの体格が大きくなる。また、ねじを締め付ける工具を使用するための空間が必要となるので、リアクトルを用いて構成される電力変換装置の体格が大きくなる。
また、ケースと蓋部材とを締結するねじにより、部品点数が増加し、製造上のコストが高くなる。蓋部材とケースとをねじで締結する加工コストが高くなる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケースと蓋部材とを締結するねじを廃止し、体格を小型化することの可能なリアクトルを提供することにある。

請求項１に係る発明によると、通電により磁束を発生するコイルを収容するケースは、有底筒状に形成され、底部及びこの底部の外縁から一方に延びる筒部を有する。蓋部材は、ケースと当接する。磁性粉末混合樹脂からなるダストコアは、ケースの内側に充填され、コイルの発生する磁束の流れる磁路を形成するとともに、蓋部材の底部側の面と密着し且つ蓋部材の反底部側の全面と密着することでケースと蓋部材とを固定する。
中芯は、コイルの径内側に設けられ、一端が底部に接続し、他端が蓋部材に当接する。
さらに、蓋部材は底部側の面及び反底部側の全面においてダストコアと密着しており、中芯とも当接している。
これにより、従来、ケースと蓋部材とを締結していたねじを廃止することができる。したがって、ケースのめねじを廃止し、ケースの板厚を薄くすることで、リアクトルの体格を小さくすることができる。
ねじを締め付けるための工具を使用する空間が不要となるので、リアクトルを用いる電力変換装置の体格を小型化することができる。
ねじの廃止により部品点数を少なくし、製造上のコストを低減するとともに、ねじの締め付けによる加工工数を低減することができる。
さらに、ダストコアがケースの内側に充満し、ダストコアと蓋部材とが密着することで、コイルの発する熱はダストコアから蓋部材へ伝熱し、その蓋部材からケースへ伝熱する。したがって、コイルの放熱性が向上するので、リアクトルを安定して作動させることができる。
また、コイルの径内側に設けられる中芯は、一端が底部に接続し、他端が蓋部材に当接する。これにより、コイルの発する熱は、蓋部材から中芯を経由し、底部に伝熱する。蓋部材の放熱面積が広くなるので、コイルの放熱性が向上し、リアクトルを安定して作動させることができる。

請求項２に係る発明によると、ダストコアは、ケース及び蓋部材と接合可能な磁性粉末混合樹脂である。したがって、ケースと蓋部材とをねじを使用することなく固定することができる。

請求項３に係る発明によると、蓋部材は、板厚方向に通じる通孔を有する。ダストコアは通孔内に充填されている。これにより、ケースの内側にダストコアが充満していることを通孔から確認することが可能となる。したがって、ダストコアの液面の管理を確実に行うことができる。

請求項４に係る発明によると、ダストコアは、ケースの内側から蓋部材の通孔を通じ、蓋部材のケース外側の面に露出する。これにより、ダストコアが蓋部材のケース内側の面と外側の面とを挟み、蓋部材とダストコアとが離れることを防ぐことができる。

請求項５に係る発明によると、ダストコアは、蓋部材のケース外側の面を覆う。これにより、コイルの発する熱が蓋部材のケース外側の面から外気へ放熱されることを抑制することができる。したがって、リアクトルを用いて構成された電力変換装置の他の電子部品に熱の影響を与えることを抑制することができる。

請求項６に係る発明によると、ダストコアは、ケースの径方向内側の内壁と蓋部材との間に充填される。これにより、ケースと蓋部材とをダストコアにより確実に固定することができる。また、蓋部材とケースとの熱伝導性を向上することができる。
さらに、蓋部材の大きさを精密に形成する必要がないので、蓋部材の製造上のコストを低減することができる。

請求項７に係る発明によると、蓋部材は、ケースの径方向内側の内壁に圧入される。これにより、蓋部材とケースとの接触面積が広くなり、コイルの放熱性が向上する。このため、リアクトルを安定して作動させることができる。
また、ダストコアの接着性によるケースと蓋部材との固定に加え、圧入による固定がされるので、蓋部材とケースとを確実に固定することができる。

請求項８に係る発明によると、リアクトルの製造方法は、コイルをケース内に収容する収容工程と、筒部の底部と反対側の開口を蓋部材により塞ぐ閉塞工程と、蓋部材の板厚方向に通じる通孔からケース内に液状のダストコアを注入する注入工程と、ダストコアを硬化させ、ケースと蓋部材とを固定する硬化工程と、を含む。
蓋部材をケースに取り付けた後、蓋部材の通孔からダストコアを注入するので、ダストコアの液面の管理を確実に行うことができる。したがって、ダストコアを蓋部材に密着させ、ケースと蓋部材とをダストコアによって確実に固定することができる。

本発明の第１実施形態によるリアクトルの断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 リアクトルが用いられる昇圧回路の回路図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 本発明の参考例によるリアクトルの断面図である。 本発明の第２実施形態によるリアクトルの断面図である。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるリアクトルを図１〜図４に示す。
まず、本実施形態のリアクトル１０の用いられる電力変換装置の昇圧回路を図３に基づいて説明する。昇圧回路１は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車に適用されるモータを駆動制御する電力変換装置において、バッテリ２の直流電圧を昇圧し、インバータ回路３に出力する回路である。

リアクトル１０は、エネルギーの蓄積、放出に伴って電圧を誘起する素子である。リアクトル１０の入力端は、バッテリ２から供給される電源の電圧変動を抑制するコンデンサ５、及び電源リレー４を介してバッテリ２に接続されている。リアクトル１０の出力端は、第１ＩＧＢＴ６のコレクタ及び第２ＩＧＢＴ７のエミッタに接続されている。第２ＩＧＢＴ７のコレクタは、昇圧された電圧を平滑するための出力用コンデンサ８及びインバータ回路３に接続されている。

第１ＩＧＢＴ６と第２ＩＧＢＴ７とは、昇圧制御装置９のデューティ制御信号によって交互にオン／オフする。第１ＩＧＢＴ６がオンし第２ＩＧＢＴ７がオフすると、バッテリ２からリアクトル１０に電流が流れ、エネルギーが蓄積される。その後、第１ＩＧＢＴ６がオフし第２ＩＧＢＴ７がオンすると、リアクトル１０に誘起された電圧がバッテリ２の電圧に重畳される。そして、リアクトル１０は、蓄積されたエネルギーを放出しながら出力用コンデンサ８を充電する。この動作が繰り返され、昇圧電圧が目標値まで上昇する。昇圧電圧はインバータ回路３に出力され、インバータ回路３は図示しない交流モータを駆動制御する。

次に、リアクトル１０の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、リアクトル１０は、コイル２０、ケース３０、蓋部材４０、及びダストコア５０等から構成されている。
コイル２０は、導線を巻回すことで略円筒状に形成された巻回部２１と、この巻回部２１の一端側の導線及び他端側の導線からそれぞれ引き出された２本の端子２２を有している。
巻回部２１は、絶縁被膜された平角線からなる導線をエッジワイズ巻きすることで形成されている。２本の端子２２は、略円筒状の巻回部２１の軸方向に延びている。

ケース３０は、熱伝導率の高い例えばアルミから形成され、底部３１及びこの底部３１の外延から底部３１の板厚方向の一方に延びる筒部３２を有している。
ケース３０は、外側の形状が略直方体状に形成されている。また、ケース３０は、筒部３２の径方向内側の内壁が円筒状に形成されている。筒部３２の底部３１と反対側に段差部３３が設けられている。段差部３３の内径は、筒部３２の内径よりも大きく形成されている。筒部３２の内径と段差部３３の内径との差により、筒部３２の軸方向に対して垂直な段差面３４が形成される。

コイル２０の径内側には、底部３１の中央部からコイル２０の軸方向に延びる中芯３５が設けられている。中芯３５は例えばアルミから形成されている。また、中芯３５はケース３０と一体に形成されている。中芯３５の底部３１と反対側の端部は蓋部材４０に当接している。

蓋部材４０は、例えばアルミから円盤状に形成されている。蓋部材４０の外径は、ケース３０の段差部３３の内径よりも小さく形成されている。蓋部材４０のケース内側の面４１は、ケース３０の段差面３４及び中芯３５に当接している。これにより、蓋部材４０はケース３０の開口３６を塞ぐ。
蓋部材４０は、板厚方向に通じる通孔４２、及び２つの端子孔４３を有している。２つの端子孔４３には、それぞれ、コイル２０の２本の端子２２が挿通している。

ダストコア５０は、磁性粉末混合樹脂からなる。磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させた液状の材料を硬化させたものである。磁性粉末としては、例えばフェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等が用いられる。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、或いは熱可塑性樹脂が用いられる。樹脂には、ケース３０及び蓋部材４０を形成するアルミを接着可能な材料が含まれる。ダストコア５０は、蓋部材４０の通孔４２からケース３０内に液体の状態で充填された後、硬化され固体になる。

ダストコア５０は、ケース３０の内側に充満し、蓋部材４０のケース内側の面４１に密着する。ダストコア５０は、その接着力によりケース３０と蓋部材４０とを固定する。
また、ダストコア５０は、蓋部材４０の通孔４２を通じて蓋部材４０のケース外側の面４４に露出する。したがって、ダストコア５０は、ケース３０の筒部３２内の内側ダストコア５１と、蓋部材４０のケース外側の面４４を覆う外側ダストコア５２とにより、蓋部材４０を上下から挟んでいる。内側ダストコア５１と外側ダストコア５２とは、図４に示すように、通孔４２の内側及び端子孔４３の内側の接続ダストコア５３により接続されている。また、外側ダストコア５２は、段差部３３の径方向内側の内壁と蓋部材４０との間にも充填される。これにより、ダストコア５０は、ケース３０と蓋部材４０とを確実に固定する。

リアクトル１０は、コイル２０に通電されると、コイル２０の回りに磁界を発生させる。ダストコア５０により磁路が形成され、この磁路に磁束が流れる。図３に示す昇圧回路１において、第１ＩＧＢＴ６と第２ＩＧＢＴ７とのスイッチング動作によりコイル２０に流れる電流が変化すると、これに伴って磁界が変化し、コイル２０に誘導電圧が発生する。この誘導電圧がバッテリ２の電圧と重畳し、昇圧電圧が発生する。

リアクトル１０の製造方法について説明する。
リアクトル１０の製造方法は、収容工程、閉塞工程、注入工程及び硬化工程などを含んでいる。
先ず、収容工程では、ケース３０の開口３６を重力方向上側に向け、ケース３０を図示しない載置台に載置する。次に、コイル２０をケース３０に収容する。

続いて、閉塞工程では、蓋部材４０をケース３０の段差面３４に設置し、ケース３０の開口３６を塞ぐ。コイル２０の２つの端子２２は、蓋部材４０の端子孔４３から突出する。
次に、注入工程では、蓋部材４０の通孔４２から液状のダストコア５０をケース３０内に注入する。このとき、ケース３０内の空気は端子孔４３及び通孔４２からケース３０の外へ排出される。したがって、ダストコア５０内にボイドの発生が抑制され、ダストコア５０と蓋部材４０のケース内側の面４１とが密着する。
ダストコア５０は、蓋部材４０のケース外側の面４４よりも多量に供給される。これにより、ダストコア５０は蓋部材４０を覆い、段差部３３の径方向内側の内壁と蓋部材４０との間にも充填される。
その後、硬化工程では、ケース３０を例えば乾燥炉などで所定温度で所定時間加熱し、ダストコア５０を硬化させ、蓋部材４０とケース３０とをダストコア５０によって固定する。

次に、コイル２０の発生する熱の伝導経路について図４を参照して説明する。
コイル２０に通電されると、コイル２０はジュール熱を発する。この熱は、矢印Ａに示すように、ダストコア５０を経由し、蓋部材４０に伝熱する。そして、矢印Ｂに示すように、蓋部材４０からケース３０の筒部３２へ伝熱する。また、矢印Ｃに示すように、蓋部材４０から中芯３５を経由し、ケース３０の底部３１へ伝熱する。

なお、リアクトル１０が電力変換装置に設置された状態で、ケース３０の底部３１及び筒部３２の外側には、冷却水の流れる図示しない水路が設けられる。これによりコイル２０の発する熱は、蓋部材４０、中芯３５及びケース３０を経由し、水路を流れる冷却水に放熱される。

本実施形態では、以下の効果を奏する。
（１）ダストコア５０がケース３０の内側に充満し、蓋部材４０と密着することでケース３０と蓋部材４０とがダストコア５０の接着力によって固定される。これにより、従来、ケース３０と蓋部材４０とを締結していたねじを廃止することができる。このため、ケース３０のめねじを廃止し、ケース３０の板厚を薄くすることができる。したがって、リアクトル１０の体格を小さくすることができる。
（２）ねじの廃止により、ケース３０と蓋部材４０とをねじで締め付けるために工具を使用する空間が不要となる。このため、リアクトル１０を用いて構成される電力変換装置の体格を小型化することができる。
（３）ねじの廃止により、部品点数を少なくし、製造上のコストを低減するとともに、ねじの締め付けによる加工コストを低減することができる。
（４）内側ダストコア５１と外側ダストコア５２とによって蓋部材４０が挟まれるので、蓋部材４０とケース３０とを強固に固定することができる。

（５）ダストコア５０と蓋部材４０とが密着することで、コイル２０の発する熱はダストコア５０から蓋部材４０に伝熱し、蓋部材４０からケース３０に伝熱する。したがって、コイル２０の放熱性が向上するので、リアクトル１０を安定して作動させることができる。
（６）ケース３０の底部３１から延びる中芯３５が蓋部材４０に当接することにより、コイル２０の発する熱は蓋部材４０から中芯３５を経由し、ケース３０に伝熱する。このように、蓋部材４０の放熱面積が広くなることで、コイル２０の放熱性が向上し、リアクトル１０を安定して作動させることができる。

（７）蓋部材４０をケース３０に取り付けた後、蓋部材４０の通孔４２からダストコア５０を注入するので、ダストコア５０の液面の管理を確実に行うことができる。したがって、ダストコア５０を蓋部材４０に密着させ、ケース３０と蓋部材４０とをダストコア５０の接着力によって確実に固定することができる。

（参考例）
参考例によるリアクトルを図５に示す。以下、参考例及び複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
参考例のリアクトル１１では、ダストコア５０は、蓋部材４０のケース外側の面４４に露出していない。
ダストコア５０は、ケース３０の内側に充満し、少なくとも蓋部材４０のケース内側の面４１よりも多量に充填されている。このため、ダストコア５０は、蓋部材４０のケース内側の面４１に密着し、かつ、通孔４２内に露出している。
ケース３０の内側にダストコア５０が充満していることを通孔４２から確認することで、ダストコア５０の液面の管理を確実に行うことが可能である。
参考例においても、ケース３０と蓋部材４０とをダストコア５０の接着力によって固定することができる。したがって、従来、ケース３０と蓋部材４０とを締結していたねじを廃止し、リアクトル１１の体格を小さくすることができる。また、製造コストを低減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるリアクトルを図６に示す。
本実施形態のリアクトル１２では、段差部３３の径方向内側の内壁に蓋部材４５が圧入されている。
通電によりコイル２０の発する熱は、矢印Ａに示すように、ダストコア５０を経由し、蓋部材４５に伝熱する。そして、矢印Ｂ及び矢印Ｄに示すように、蓋部材４１からケース３０の筒部３２及び段差部３３へ伝熱する。
本実施形態では、蓋部材４５とケース３０との接触面積が広くなることで、コイル２０の放熱性が向上する。このため、リアクトル１２を安定して作動させることができる。
また、ダストコア５０の接着性によるケース３０と蓋部材４５との固定に加え、圧入による固定がされるので、蓋部材４５とケース３０とを確実に固定することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、ケース３０の段差面３４に蓋部材４０を設置した後、蓋部材４０の通孔４２からダストコア５０を注入した。これに対し、本発明は、ケース内にダストコアを注入した後、ケースの段差面に蓋部材を設置してもよい。
上述した実施形態では、蓋部材４０に１個の通孔４２と２個の端子孔４３を設けた。これに対し、本発明は、通孔及び端子孔の個数及び形状に制限は無い。ダストコアにボイドが発生しないように、蓋部材に複数の空気抜き孔を設けてもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０、１１、１２・・・リアクトル
２０ ・・・コイル
３０ ・・・ケース
３１ ・・・底部
３２ ・・・筒部
３６ ・・・開口
４０、４５ ・・・蓋部材
４２ ・・・通孔
５０ ・・・ダストコア

Claims (8)

1. 通電により磁束を発生するコイルと、
   有底筒状に形成され、底部及びこの底部の外縁から一方に延びる筒部を有し、前記コイルを収容するケースと、
   前記ケースと当接する蓋部材と、
   前記ケースの内側に充填され、前記コイルの発生する磁束の流れる磁路を形成するとともに、前記蓋部材の底部側の面と密着し且つ前記蓋部材の反底部側の全面と密着することで前記ケースと前記蓋部材とを固定する磁性粉末混合樹脂からなるダストコアと、
   前記コイルの径内側に設けられ、一端が前記底部に接続し、他端が前記蓋部材に当接する中芯と、を備え、
   前記蓋部材は底部側の面及び反底部側の全面において前記ダストコアと密着しており、前記中芯とも当接していることを特徴とするリアクトル。
2. 前記ダストコアは、前記ケース及び前記蓋部材と接合可能な磁性粉末混合樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記蓋部材は、板厚方向に通じる通孔を有し、
   前記ダストコアは、前記通孔内に充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル。
4. 前記ダストコアは、前記ケースの内側から前記蓋部材の前記通孔を通じ、前記蓋部材のケース外側の面に露出することを特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
5. 前記ダストコアは、前記ケースの内側から前記蓋部材の前記通孔を通じ、前記蓋部材の前記ケース外側の面を覆うことを特徴とする請求項４に記載のリアクトル。
6. 前記ダストコアは、前記ケースの径方向内側の内壁と前記蓋部材との間に充填されることを特徴とする請求項５に記載のリアクトル。
7. 前記蓋部材は、前記ケースの径方向内側の内壁に圧入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリアクトル。
   
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のリアクトルの製造方法であって、
   前記コイルを前記ケース内に収容する収容工程と、
   前記筒部の前記底部と反対側の前記開口を前記蓋部材により塞ぐ閉塞工程と、
   前記蓋部材の板厚方向に通じる通孔から前記ケース内に液状の前記ダストコアを注入する注入工程と、
   前記ダストコアを硬化させ、前記ケースと前記蓋部材とを固定する硬化工程と、を含むリアクトルの製造方法。

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