JP7502058B2

JP7502058B2 - リアクトル

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Publication number: JP7502058B2
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Inventors: 泰雄大島; 洋有間
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Description

本発明は、リアクトルに関する。

リアクトルに使用されるコアとして、メタルコンポジットコア（以下、ＭＣコアという）と呼ばれるコアがある。このようなコアは、金属磁性粉末と樹脂を混合して固化させることにより製造される。ＭＣコアに、導体を巻回したコイルを埋設したリアクトルは、コアにコイルを巻き付けるトロイダルタイプのリアクトルよりも小型であることや、コアにフェライトを用いた積層タイプのリアクトルと比べて、高温域で磁気飽和し難い。

国際公開第２０１６－０３１９９３号

リアクトルのコアに流れる磁束は、コイルの内側となる内脚部においてコイルの巻軸方向に沿って流れるが、コイルに近い位置に集中するため、コアの上下のヨーク部よりも流れ難い。このため、リアクトルを薄型化すること、つまりコイルの巻軸方向の高さを低くして低背化することにより、磁束が流れ難い内脚部の磁路を低減して、全体として磁束を流れやすくすることが行われている。

ここで、電子機器を構成する各種の部品については、軽量化と低コスト化が求められている。低背化は、コア材料の低減による軽量化と低コスト化につながる。しかしながら、さらなる低背化によってコア材料を減らし、軽量化、低コスト化を図ることは、全体の磁路が削減されることになるため、リアクトルに要求される高いインダクタンス値を維持することが困難となる。

本発明は、上記のような課題を解決するために提案されたものであり、インダクタンス値を維持しつつ、軽量化と低コスト化を図ることのできるリアクトルを提供することを目的とする。

本発明のリアクトルは、コアと、前記コアの内部に埋設され、導体を巻回して成るコイルと、前記コイルの内周に位置する前記コアに形成された中穴と、を有し、前記コアは、前記コイルの軸方向の平均磁路長が、前記軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短い扁平形状であり、前記コイルの内周を覆う前記コアの中脚部及び前記中穴の前記軸方向に直交する端面の形状は、長手方向及び短手方向を含む形状であり、前記中脚部の短手方向の辺の長さに対して、前記中穴の短手方向の辺の長さの割合が、３３％～７６％であり、前記中脚部の長手方向の辺の長さに対して、前記中穴の長手方向の辺の長さの割合が、４２％～６１％である。

本発明によれば、インダクタンス値を維持しつつ、軽量化と低コスト化を図ることのできるリアクトルを提供することができる。

実施形態のリアクトルの斜視図実施形態のリアクトルのコイルを示す斜視図実施形態のリアクトルの長手方向の断面図（Ａ）、短手方向の断面図（Ｂ）実施形態のリアクトルの水平断面図中穴をトラック形状とした例（Ａ）、長方形状とした例（Ｂ）短手穴幅／短手中脚幅の相違とＬ／ｇ値の関係を示すグラフ長手穴幅／長手中脚幅の相違とＬ／ｇ値の関係を示すグラフ中穴の他の態様を示す断面図外脚の他の態様を示す水平断面図

実施形態のリアクトルを、図面を参照して説明する。図１はリアクトル１の外観斜視図であり、コア２の外観でもある。図２はコア２内に埋め込まれているコイル３の斜視図である。図中、コイル３の巻軸に平行な方向を軸方向、軸方向に直交する方向を水平方向とする。図３（Ａ）はリアクトル１の長手方向の断面図、つまり、図１のＡ－Ａのラインに沿って軸方向に切断した断面図である。図３（Ｂ）はリアクトル１の短手方向の断面図、つまり、図１のＢ－Ｂのラインに沿って軸方向に切断した断面図である。図４は、リアクトル１の各部の寸法を説明するための水平方向断面図である。

［リアクトルの形状］
本実施形態のリアクトル１は、図１及び図２に示すように、コア２、コイル３及び成形品４を有する。コア２は、軸方向に直交する端面が角丸長方形状の柱状体である。角丸長方形状とは、角が丸みを帯びた長方形状である。角丸長方形状には、トラック形状を含む。トラック形状とは、一対の同一形状の部分円を、凸側を相反する方向として離隔して配置して、それぞれの両端を、互いに平行で同一長の２直線で結んだ形状である（図4参照）。成形品４は、コイル３を収容し、コア２とコイル３との間に介在する絶縁性の樹脂部材である。つまり、成形品４は、コイル３が収容された状態でコア２に埋設され、コア２とコイル３とを絶縁するボビンとして機能する。

コイル３は、図２に示すように、導体の巻回部分を有し、巻回部分の外周３１及び内周３２が角丸長方形状となっている。なお、図２では、コイル３の巻回部分の形状のみを示し、コイル３の巻き始めの端部又は巻き終わりの端部である直線状の引出端は省略している。成形品４及びコア２には、引出端が引き出されて外部に露出するための孔が形成されているものとする。

コイル３は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コア２の内部に埋設されている。コア２は、コイル３の内周３２に位置する中穴２１を有している。中穴２１は貫通穴であり、中穴２１は水平方向の断面が、長方形状又は角丸長方形状である。なお、本実施形態の中穴２１は、コイル３の内周３２の形状の中心と同心に形成されている。

コイル３を覆うコア２は、一体的に、つまり共通の材料により連続して一続きに形成された中脚部２２、外脚部２３、第１のヨーク部２４、第２のヨーク部２５を有する。図３（Ａ）、（Ｂ）において、中脚部２２、外脚部２３、第１のヨーク部２４、第２のヨーク部２５が形成する長方形状の断面は、中穴２１を挟んで、左右対称に現れる。

この中脚部２２、第１のヨーク部２４、外脚部２３、第２のヨーク部２５に、環状の磁路が形成される。つまり、中脚部２２は、コイル３の内周３２を覆い、軸方向の磁路を形成する。外脚部２３は、コイル３の外周３１を覆い、軸方向の磁路を形成する。第１のヨーク部２４、第２のヨーク部２５は、コイル３の巻回部分の相反する水平面を覆い、水平方向の磁路を形成する。

ここで、コア２は、扁平形状により低背化されている。扁平形状とは、軸方向の平均磁路長が、軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短いことをいう。つまり、第１のヨーク部２４又は第２のヨーク部２５の平均磁路長よりも、中脚部２２又は外脚部２３の平均磁路長が短い。平均磁路長は、磁束が通る部分の平均的な長さである。

このような平均磁路長を模式的に示すと、図３（Ａ）、（Ｂ）の点線に示すようになる。つまり、図３（Ａ）に示すように、コア２の長辺方向の断面において、中穴２１を挟んで現れる左右の長方形状の断面のうち、一方の第１のヨーク部２４又は第２のヨーク部２５の外側の水平方向の長さをＬＭとし、内側、つまりコイル３側の水平方向の長さをｌＭとする。また、中脚部２２又は外脚部２３の外側の軸方向の長さをＬＮ、内側、つまりコイル３側の軸方向の長さをｌＮとする。

すると、軸方向の平均磁路長は（ＬＮ＋ｌＮ）／２、軸方向に直交する方向の平均磁路長は（ＬＭ＋ｌＭ）／２となり、両者の大小関係は（ＬＭ＋ｌＭ）／２＞（ＬＮ＋ｌＮ）／２となる。なお、これは平均磁路長の一部の大小関係であるが、平均磁路長の全長に亘っても同様の関係が成立する。

同様に、図３（Ｂ）に示すように、コア２の短辺方向の断面においても、第１のヨーク部２４又は第２のヨーク部２５の外側の水平方向の長さをＬｍとし、内側の水平方向の長さをｌｍとする。中脚部２２又は外脚部２３の外側の軸方向の長さをＬｎとし、内側の軸方向の長さをｌｎとする。すると、（Ｌｍ＋ｌｍ）／２＞（Ｌｎ＋ｌｎ）／２となっている。

また、図１及び図４に示すように、コア２の中脚部２２及び中穴２１の軸方向に直交する端面（断面も同様）の形状は、長手方向及び短手方向を有する形状である。長手方向及び短手方向を有する形状は、直交する方向の長さが相違する形状である。本実施形態では、中脚部２２の端面形状はトラック形状である。中穴２１の端面形状は長方形状である。

そして、中脚部２２の短手方向の辺の長さをＤとし、中穴２１の短手方向の辺の長さをｄとすると、Ｄに対するｄの割合（百分率）が、３０％～８５％である。また、中脚部２２の長手方向の辺の長さをＷ、中穴２１の長手方向の辺の長さをｗとすると、Ｗに対するｗの割合が、４０％～６２％である。ここでいう短手方向の辺、長手方向の辺とは、直線部分である。長方形状又はトラック形状の場合、短手方向の辺の長さは、対向する長手方向の２辺の間隔であり、短手方向の長さと同じである。

成形品４は、内部にコイル３を収容するトラック形状の環状空間が形成されている。成形品４は、例えば、上面の開口からコイル３が収容され、蓋体によって封止される。なお、コイル３を収容した成形品４は、図示しない容器に収容され、コア２の材料が充填されることにより、コア２にコイル３が埋設される。このような容器は、リアクトル１の外装として用いることもできるし、取り外してコア２が露出したリアクトル１とすることもできる。

［各部の構成要素］
リアクトル１の各部の構成材料について、詳述する。
［コア］
コア２は、軟磁性粉末である第１粉末と第２粉末とを混合し、それを樹脂によって硬化させたＭＣコアである。硬化の方法としては、例えば、予め混合粉末と未硬化の樹脂を混合して、それを容器内に配置したコイル３の周囲に注入・固化させるものと、混合粉末を容器内に配置したコイル３の周囲に充填し、その状態で容器に振動を与えた後、混合粉末に未硬化の樹脂を含浸させて、硬化させるものがある。

（第１粉末）
第１粉末としては、Ｆｅ－６．５Ｓｉ及びＦｅ－３．５Ｓｉが好ましいが、その他の軟磁性粉末、例えば、純鉄、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ａｌ、Ｆｅ－Ｃｏ、Ｆｅ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｎ、Ｆｅ－Ｃ、Ｆｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ｐ、Ｆｅ－Ａｌ－ＳｉなどのＦｅ基合金粉末、あるいは希土類金属粉末、非晶質金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。

第１粉末の平均粒子径は、１００μｍ以上が好ましく、１００μ～３００μｍがより好ましい。第１粉末が大きすぎると、必然的に円形度が悪くなり、小さすぎると透磁率が低くなるからである。平均粒子径が３００μｍを超えると、粒子間の空隙が増加して、第２粉末がその空隙を埋めきることができず、軟磁性複合材料の密度が低下する。１００μｍに満たない場合には、粒子間の空隙を埋める第２粉末との粒径差が小さくなり、第１粉末と第２粉末との空隙が増加して、密度が低下する。平均粒子径を前記の範囲とすることに加えて、５００メッシュの篩にかけることで、５００メッシュを越える粒子の第１粉末を除去し、粒子径の均一化を図ることが好ましい。

第１粉末の平均円形度は０．８９５以上が好ましい。円形度がこれ以上低いと、第１粉末の表面の凹凸と、第２粉末との間に空隙が生じ、密度が低下する。第１粉末としては、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法あるいは水ガスアトマイズ法で製造されたものを使用することができるが、ガスアトマイズ法による軟磁性粉末は、ほぼ球状の粒子であることから、そのまま使用することが可能である。水アトマイズ法で製造された軟磁性粉末は、その表面に凹凸が形成された非球状の粒子であることから、ボールミルなどで粉砕して球状に形成した後、表面改質装置を用いて平均円形度を０．８９５以上とする。この点、以下に述べる第２粉末も同様である。

第１粉末としては、表面に絶縁被膜を形成したものと、形成しないもののいずれも使用することができる。絶縁被膜としては、粒子径が７ｎ～５００ｎｍのＭｇＯ、Ａｌ_２О_３、ＴｉО_２、ＣａＯ、ＳｉＯ_２などの無機絶縁粉末にシランカップリング剤を添加してなる絶縁被膜や、加熱硬化型のシリコーン樹脂被膜、フッ素系樹脂などが使用できる。

（第２粉末）
第２粉末としては、第１粉末と同一の材料を使用することができるが、異なる材料としても良い。第２粉末の平均粒子径は５μ～１２μｍが好ましい。平均粒子径が１２μｍを超えると、１００μ～３００μｍの大きさを有する第１粉末に比較して粒径が大き過ぎ、第２粉末が第１粉末間に形成される空隙を埋めきることができず、軟磁性複合材料の密度が低下する。５μｍに満たない場合には、第２粉末の製造が困難になると共に、容器を振動した場合に第２粉末が容器底部に集中して、得られた軟磁性複合材料の密度が不均一になる。

第２粉末の平均円形度は０．８９５以上で、特に、０．９０８以上が好ましい。円形度は、第１粉末と第２粉末とで等しくする必要はない。第２粉末の円形度がこれ以上低いと、第１粉末の表面と第２粉末との間に空隙が生じ、密度が低下する。第２粉末として、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法あるいは水ガスアトマイズ法で製造されたものを使用することができる点は、第１粉末と同様である。

第１粉末と第２粉末の配合比率は、第１粉末が５０～１００ｗｔ％、第２粉末が０～５０ｗｔ％である。なお、第２粉末が０ｗｔ％、つまり第２粉末を含まないものも本発明の一態様である。好ましくは第１粉末を６０～８０ｗｔ％、第２粉末を２０～４０ｗｔ％とすると良い。第１粉末と第２粉末の平均粒子径と平均円形度によると、両者の配合比率がこの範囲を大小いずれの方向に外れても、得られた軟磁性複合材料の密度が低下する。

第２粉末としては、第１粉末と同様に、表面に絶縁被膜を形成したものと、形成しないもののいずれも使用することができる。絶縁被膜としては、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉО_２、ＣａＯ、ＳｉＯ_２などの無機絶縁粉末にシランカップリング剤を添加してなる絶縁被膜や、加熱硬化型のシリコーン樹脂被膜、フッ素系樹脂などが使用できる。

第１粉末及び第２粉末は、全体が均質に混合されていることが好ましく、そのようにすると、混合粉末に樹脂を添加してできあがった軟磁性複合材料の密度が均質になり、透磁率などの性能のばらつきが生じない利点がある。

軟磁性複合材料を構成する粉末は、第１粉末と第２粉末を含んでいれば、３種類以上でも良い。その場合、３つ以上の粉末の粒子径をそれぞれ変えたものを使用する。これにより、粉末間の隙間をなくし、密度を上げることができる。３種類以上の粉末を使用する場合、同じ種類の軟磁性粉末を使用しても良いし、別の種類の軟磁性粉末を使用しても良い。言い換えると、軟磁性粉末の粒度分布のピークが２つあると良く、３つ以上あっても良い。この場合、第１粉末と第２粉末の粒子径は、前記の平均粒子径の範囲に限定されないもので、３つ以上の粉末を混合させた場合に、最も密度が高くなる平均粒子径を選択することが望ましい。

（樹脂）
樹脂は、第１粉末と第２粉末を均質に混合した状態で保持するものである。この樹脂としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。紫外線硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系の樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミドやフッ素系樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を使用することが好ましい。硬化剤を添加することにより硬化するエポキシ樹脂は、硬化剤の添加量などによってその粘度を調整できることから、本発明に適している。

樹脂には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮなどの高熱伝導率材料を添加することができる。また、粘度調整材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮ、ＺｎО、ＴｉＯ_２などを使用することができる。フィラーの平均粒子径は、第２粉末の平均粒子径以下、好ましくは１／３以下が良い。フィラーの粒子径が大きいと、得られた軟磁性複合材料の密度が低下するからである。

混合粉末と樹脂を混合する場合に、軟磁性粉末との混合時における樹脂の粘度が５０ｍ～５０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が５０ｍＰａ・ｓ未満であると、混合時において樹脂が軟磁性粉末に絡みつくことがなく、容器内に注入した軟磁性複合材料の低層部分に片寄ってしまい、軟磁性複合材料の密度や強度にバラツキが生じる。粘度が５０００ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が高くなりすぎ、平均粒子径が小さい第２粉末が平均粒子径の大きな第１粉末の隙間に円滑に入り込むことができなくなり、得られた軟磁性複合材料の密度が低下する。

含浸の場合は、樹脂の種類にもよるが、混合粉末への含浸時における粘度が、３３５０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以下が更に良く、２０ｍ～１００ｍＰａ・ｓがそれよりも良い。粘度が３３５０ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が高くなりすぎ、樹脂が混合粉末の隙間に円滑に含浸されなくなり、得られた軟磁性複合材料の密度が低下する。混合粉末に対する浸透時間を考えると、樹脂がアクリル樹脂またはシリコーン樹脂の場合は、混合粉末への含浸時における粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、樹脂がエポキシ樹脂の場合は、混合粉末への含浸時における粘度が３３５０ｍＰａ・ｓ以下が好ましいが、浸透時間に制限がない場合には、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂でも３３５０ｍＰａ・ｓ以下であれば良い。

樹脂の添加量は、第１粉末と第２粉末からなる混合粉末に対して３～７ｗｔ％であることが好ましい。３ｗｔ％未満であると、軟磁性粉末の接合力が不足し、得られた軟磁性複合材料の強度が低下する。７ｗｔ％を超えると、第１粉末間に形成された隙間に樹脂が入り込み、その隙間を第２粉末が埋めることができなくなり、軟磁性複合材料の密度が低下する。含浸の場合は、含浸した樹脂が、容器内に充填した混合粉末の表面まで行き渡るような量が必要である。混合粉末と樹脂量が容器の同一レベルにまで充填された状態において、その樹脂量は、樹脂の種類にもよるが、混合粉末の質量（第１粉末と第２粉末との合計質量）の３ｗｔ％以上が好ましい。３ｗｔ％未満であると、軟磁性粉末の接合力が不足し、得られた軟磁性複合材料の強度が低下する。樹脂の添加量を多くすることで、容器内における混合粉末が充填された高さよりも高い位置まで樹脂を充填することにより、軟磁性複合材料の表面に樹脂の保護層を形成することができる。ただ、混合粉末に対して必要以上の樹脂を添加すると混合粉末に浸透しきれなかった樹脂が上澄みとなって現れ、保護層が厚くなり過ぎる。また、１０ｗｔ％を超えると軟磁性複合材料の密度が低下することが考えられる。これらを考慮すると、含浸の場合には、樹脂の添加量は混合粉末に対し、３～１０ｗｔ％が好ましい。

［コイル］
コイル３は、銅線などの導体に絶縁被覆を形成したものを使用する。導体としては、丸線や平角線などの表面にポリイミド樹脂などの絶縁ワニスを形成したものを使用することが好ましい。コイル３は、容器の内部に成形品４であるコイルケースを収納し、このコイルケース内にコイル３を配置した状態で、容器の周囲に絶縁樹脂を注入・固化したものでも良いし、シリコーン樹脂などの絶縁樹脂内に予め埋設したものを使用しても良い。外装ケース内部にコイルケースを収納し、このコイルケース内にコイル３を配置した状態で、コイル３の周囲に絶縁樹脂を注入・固化したものでも良い。コイル３を絶縁樹脂で被覆する場合には、導体の表面に絶縁ワニスなどをコーティングしなくても良い。本実施形態では、特に、平角線から成る導体をエッジワイズ巻にて巻回することで、リアクトル１内におけるコイル３の見掛けの断面積を小さくして、リアクトル１の小型化を図ると共に、導体径の長辺に当たる線幅を冷却面と並行にすることでコイル３の放熱性向上を可能としている。

本発明はコイル３の巻き数や層数や断面形状には限定されない。コイル３としては、エッジワイズ巻きしたα巻きのコイル３や、フラットワイズ巻きしたα巻きのコイル３を使用できる。コイル３をα巻きとして、偶数層にすることで余分なスペースを生じさせることなく、コイル３の引出をコイル３の外周３１から行えるため、コイル３の低背化が可能となる。また、コイル３の断面を四角形とすることにより、導体同士を密接させて、放熱性の向上を図っている。また平角線以外の導体も使用可能で、丸線を数回巻回して上下や左右に積層したコイル３も使用可能である。比較的小電流である場合には丸線を用いても良く、丸線を用いることで費用を抑えることができる。また、断面形状が小さな丸線を使った場合は、より小型化することができるといった利点もある。

［成形品及び容器］
成形品４及び容器の主材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の絶縁性の樹脂を用いることができる。

なお、容器については、全部または一部に、アルミニウムやマグネシウムなどの熱伝導性の高い金属を使用することができる。これらの金属と容器内のコア２とを直接接触させることで、放熱性の向上を図ることができる。容器の形状は、製造するリアクトル１の形状に合わせて各種の形状の容器を使用することができる。容器をそのままリアクトル１の外装ケースとして使用することも可能である。容器を外装ケースとして使用すれば、コア２の硬化後に容器を取り外す必要がない利点がある。

［リアクトルの製造方法］
以上のような本実施形態のリアクトル１の製造方法の一例を説明する。まず、コイル３は、導体である銅線の表面に絶縁ワニスをコーティングした２本の平角線を、それぞれ巻回部分がトラック形状となるようにα巻として、重ね合わせる。コイル３の両端部は、図示はしないが、コイル３の巻回部分の一方の短辺側に、コイル３の最外周部分を延長する方向に引き出されている。

コイル３は成形品４内に収容され、さらに、成形品４が容器に収容される。成形品４は、位置決め用の突起等によって支持されることにより、成形品４の周囲に、コア２の材料が充填される間隙が形成されている。さらに、容器には、中穴２１を形成するための柱状部分が、成形品４の内周を貫通するように設けられている。

コア２の材料として、磁性粉末と樹脂とを混合した混合粉末を作成しておく。本実施形態の磁性粉末は、上記のように、平均粒子径の異なる第１粉末と第２粉末という２種類の磁性粉末から構成される。この場合、例えば、第１粉末と第２粉末とを混合して磁性粉末を構成し、磁性粉末に対して樹脂を添加することにより、磁性粉末と樹脂とを混合する。この混合工程により、磁性粉末と樹脂との粘土状の混合物（以下、複合磁性材料ともいう）を得ることができる。

このように、予め用意した複合磁性材料を、容器内における容器と成形品４との隙間に充填することにより成型する。なお、容器に、磁性粉末と樹脂とを充填して混合することにより、混合工程とともに成型しても良い。そして、容器内に充填した複合磁性材料を硬化させる。硬化は、乾燥雰囲気中において、所定時間乾燥させることにより行う。また、樹脂として熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂などを使用した場合には、充填後に所定の温度に加熱したり、紫外線照射を行うことで、樹脂を硬化する。なお、容器に充填された複合磁性材料を、押圧部材で押圧することにより、見かけ密度を向上させてもよい。つまり、容器に複合磁性材料を充填後、加圧しなくてもよいし、加圧してもよい。

［作用効果］
（１）本実施形態のリアクトル１は、コア２と、コア２の内部に埋設され、導体を巻回して成るコイル３と、コイル３の内周３２に位置するコア２に形成された中穴２１とを有し、コア２は、コイル３の軸方向の平均磁路長が、軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短い扁平形状である。

このようにコア２に中穴２１が形成されているため、コア２の材料を減らして、軽量化を図ることができる。また、コイル３の内周３２の領域においては、コア２を流れる磁束は、コイル３に近い位置に集中する。このため、この領域に中穴２１を形成したとしても、磁束の流れが影響を受けにくく、インダクタンス値を維持できる。

発明者は、扁平形状のコア２のさらなる材料の削減、軽量化は困難であるところ、コア２の中央、つまりコイル３の内周３２の領域においては、磁束の流れがコイル３に近い位置に集中し、中心では磁束がほとんど流れないことに着目した。そして、鋭意検討した結果、コア２のコイル３の内周３２の領域に対応する位置に、コイル３が露出しない程度の穴を形成しても、穴の周囲のコア材料の残存部分に磁束が流れるため、インダクタンス値に影響を与え難いことを見出した。そして、後述するように、材料の削減に対するインダクタンス値の維持の新たな指標として、コア２の質量に対するインダクタンス値を示すＬ／ｇの値、短手穴幅／短手中脚幅、長手穴幅/長手中脚幅を用いて、所望のＬ／ｇの値を得るために適した穴の寸法と形状を検証した。

（２）コイル３の内周３２を覆うコア２の中脚部２２及び中穴２１の軸方向に直交する端面の形状は、長手方向及び短手方向を有する形状であり、中脚部２２の短手方向の辺の長さに対して、中穴２１の短手方向の辺の長さの割合が、３０％～８５％である。これにより、コア２の質量に対するインダクタンス値の割合（百分率）を４９％以上に維持することができる。

（３）コア２の中脚部２２及び中穴２１の軸方向に直交する端面の形状は、長手方向及び短手方向を有する形状であり、中脚部２２の長手方向の辺の長さに対する中穴２１の長手方向の辺の長さの割合が、４０％～６２％である。これにより、コア２の質量に対するインダクタンス値の割合を４９％以上に維持することができる。

（４）中穴２１の軸方向に直交する面は、角丸長方形状である。これにより、インダクタンス値を維持しつつ、曲線部分において、矩形とするよりもコア２の材料を削減できる。

（５）コア２が、軟磁性粉末と樹脂を混合して、容器内に充填して硬化させたものである。このため、高価な型や高い圧力による加圧が必要となる圧粉磁心等に比べて、中穴２１の形成、寸法の調整等を容易に行うことができる。

［実施例］
本発明の実施例を、上記の図１～図４に加えて、表１～表３及び図５～図７を参照して説明する。以下の実施例、比較例は、コア２、コイル３、成形品４及び容器として、共通の材料、共通の製造方法で、中穴２１の寸法を変えて作製したリアクトル１である。

（コアの寸法）
図４及び図５に示すように、コア２の外形はトラック形状である。コア２の外形寸法は、長手方向の長さＸ＝１５０ｍｍ（半円部の半径Ｒ×２＝５０ｍｍ×２、直線部分の辺Ｘｓの長さ５０ｍｍ）、短手方向の長さＹ＝１００ｍｍである。なお、コア２の厚さ、つまり巻軸方向の長さは１８ｍｍである。

短手穴幅／短手中脚幅は、中脚部２２の短手方向の長さＤに対する中穴２１の短手方向の長さｄの割合である。長手穴幅／長手中脚幅は、中脚部２２の長手方向の辺の長さＷに対する中穴２１の長手方向の辺の長さｗの割合である。

（コイルの寸法）
コイル３の巻回部分の形状も、トラック形状である。コイル３の外形寸法は、長手方向の長さｘ＝１４１ｍｍ（半円部の半径ｒ×２＝４５．５ｍｍ×２、直線部分の辺の長さｘｓ＝５０ｍｍ）、短手方向の長さｙ＝９１ｍｍである。コイル３のトラック形状の内周３２の寸法は、長手方向の長さ７３ｍｍ（直線部の長さ５０ｍｍ、半円部の半径１１．５ｍｍ）、短手方向の長さ２３ｍｍである。なお、単一のコイル３の厚さ、つまり巻軸方向の長さは３．６ｍｍであり、これが２つ重ねられている。

（測定値）
密度は、コア２の質量を体積で除して算出した見かけ密度である。Ｌ値は、電流値３０Ａでのインダクタンス値であり、Ｌ／ｇは、インダクタンス値Ｌをコア２の質量で除した値である。質量の測定は、秤（ＡＳＰＲＯＡＳＰ１２３Ｆ）を用いた。インダクタンス値Ｌは、コイル３が４８ターン、コア２の透磁率が３０の場合の解析値である。

（短手穴幅を変えた場合の比較）
中脚部２２の短手方向の長さＤ＝２１ｍｍ、中穴２１の長手方向の長さｗ＝３６ｍｍを固定とする。そして、表１に示すように、中穴２１の短手方向の長さｄ、短手穴幅／短手中脚幅については、実施例１は７ｍｍ、３３％、実施例２は１４ｍｍ、６７％、実施例３は１５ｍｍ、７１％、実施例４は１６ｍｍ、７６％とした。

比較例１は、中穴２１が無い場合で０％、比較例２は短手方向の長さｄが１９ｍｍで９０％である。比較例３は短手方向の長さｄが２１ｍｍで１００％、つまり中穴２１の直線部分にコア２材料が無い場合である。

（表１）

表１及び図６に示すように、実施例１～４は、０．４９以上のＬ／ｇ値が得られている。比較例１はＬ／ｇ値が０．４７８０２であり、実施例１はＬ／ｇ値が０．４９０５９であることから、図６の比較例１から実施例１への変化率を考慮すると、短手穴幅／短手中脚幅が３０％以上あれば、Ｌ／ｇ値が０．４９以上となると考えられる。また、実施例４はＬ／ｇ値が０．４９７２９であり、比較例２はＬ／ｇ値が０．４８３４１であることから、実施例４から比較例２への変化率を考慮すると、短手穴幅／短手中脚幅が８５％以下であれば、Ｌ／ｇ値が０．４９以上となると考えられる。従って、短手穴幅／短手中脚幅は、３０％以上、８５％以下が好ましい。３３％以上、７６％以下であれば、０．４９より大きなＬ／ｇ値が得られるために、より好ましい。７０％～７２％であれば、０．５０以上のＬ／ｇ値が得られると考えられるために、さらに好ましい。

（中穴の円弧部分の有無）
表２、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中穴２１の水平断面が長方形状である場合と、トラック形状である場合とを比較した。中穴２１の長手方向の辺の長さｗは３６ｍｍ、短手方向の長さｄは１５ｍｍ、トラック形状の半円部分（円弧部分）の半径は７．５ｍｍである。すると、両者のＬ／ｇ値は、ほぼ同様の０．５以上であった。このため、コア２に形成する中穴２１をトラック形状として、材料を低減しても特性が低下しないことがわかる。

（表２）

（長手穴幅を変えた場合の比較）
上記の実施例でＬ／ｇ値について良好な結果が得られた中脚部２２の長手方向の長さＷ＝７１ｍｍ、中穴２１の短手方向の長さｄ＝１５ｍｍで固定する。そして、中穴２１の長手方向の長さｗ、長手穴幅／長手中脚幅について、実施例５は３０ｍｍ、４２％、実施例６は３３ｍｍ、４６％、実施例７は３６ｍｍ、５１％、実施例８は４０ｍｍ、５６％、実施例９は４３ｍｍ、６１％とした。比較例５は、長手方向の長さｗ、長手穴幅／長手中脚幅は、５０ｍｍ、７０％とした。

（表３）

表３及び図７に示すように、実施例５～９は、０．４９以上のＬ／ｇ値を得ることができた。実施例５～７へのＬ／ｇ値の変化率を考慮すると、長手穴幅／長手中脚幅は４０％以上あれば、０．４９以上となると考えられる。実施例９はＬ／ｇ値が０．４９９７１であり、比較例５はＬ／ｇ値が０．４８６７３であり、実施例９から比較例５への変化率を考慮すると、６２％以下であれば、Ｌ／ｇ値が０．４９以上となると考えられる。従って、長手穴幅／長手中脚幅は、４０％以上、６２％以下が好ましい。４２％以上、６１％以下であれば、０．４９より大きなＬ／ｇ値が得られるために、より好ましい。４２％以上、５６％以下であれば、０．５０以上の大きなＬ／ｇ値が得られるために、さらに好ましい。

［他の実施形態］
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は例として提示したものであって、その他の様々な形態で実施されることが可能である。発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。下記は、その一例である。

（１）中穴２１、中脚部２２の軸に直交する断面又は端面の形状は、長手方向及び短手方向を含む形状であればよく、楕円形であっても、六角形などの多角形であってもよい。また、中穴２１は、貫通穴でなくてもよい。つまり、磁路を阻害せず、コア２材料の低減を図ることができれば、凹形状、窪み形状であってもよい。さらに、図８に示すように、コア２の内部が中空となるように形成された中穴２１としてもよい。

（２）コア２に埋設しているコイル３は１つでも、２つ以上でもよく、複数のコイル３を、上下に重ねても、左右に並べてもよい。

（３）外脚部２３は、コイル３の外周３１の一部のみに配置してもよい。例えば、図９（Ａ）に示すように、コイル３の四隅に外脚部２３を設けてもよいし、図９（Ｂ）に示すように、コイル３の長手方向に沿って一対の外脚部２３を設けてもよいし、図９（Ｃ）に示すように、コイル３の短手方向に沿って一対の外脚部２３を設けてもよい。なお、図９の例に示すように、コア２の外形の形状についても、角丸長方形状には限定されず、長方形状などの角を有する形状であってもよい。

１リアクトル
２コア
３コイル
４成形品
２１中穴
２２中脚部
２３外脚部
２４第１のヨーク部
２５第２のヨーク部
３１外周
３２内周

Claims

コアと、
前記コアの内部に埋設され、導体を巻回して成るコイルと、
前記コイルの内周に位置する前記コアに形成された中穴と、
を有し、
前記コアは、前記コイルの軸方向の平均磁路長が、前記軸方向に直交する方向の平均磁路長よりも短い扁平形状であり、
前記コイルの内周を覆う前記コアの中脚部及び前記中穴の前記軸方向に直交する端面の形状は、長手方向及び短手方向を含む形状であり、
前記中脚部の短手方向の辺の長さに対して、前記中穴の短手方向の辺の長さの割合が、３３％～７６％であり、
前記中脚部の長手方向の辺の長さに対して、前記中穴の長手方向の辺の長さの割合が、４２％～６１％であることを特徴とするリアクトル。
前記中穴の前記軸方向に直交する端面が、角丸長方形状であることを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
前記コアは、容器内に充填されて硬化した軟磁性粉末と樹脂の混合物によって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリアクトル。