JP5434814B2

JP5434814B2 - リアクトル

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Publication number: JP5434814B2
Application number: JP2010140983A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎三田井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: JP2012004509A

Description

本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルに関する。

従来から、車両用のインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置等に用いられるリアクトルが知られている。
リアクトル９１としては、例えば、図１４、図１５に示すごとく、通電により磁束を発生する筒状のコイル９２と、絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル９２を内部に埋設してなるコア９３とを備えたものがある（特許文献１参照）。

特開２００８−１９８９８１号公報

上記構造のリアクトル９１では、図１４に示すごとく、コイル９２への通電により、コイル９２の周りに磁束Ｍが形成される。このとき、コイル９２の内側、特にコイル９２の軸心Ｘ周辺には、磁束Ｍが形成されない領域があった。すなわち、図１４、図１５に示すごとく、コイル９２の内側におけるコア９３部分には、磁気回路として無効なスペースＳが存在していた。そのため、この磁気回路として無効なスペースＳを磁気回路として有効に活用することにより、リアクトル９１の大型化を招くことなく磁気特性を向上させることが望まれていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、大型化することなく、インダクタンス特性の向上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。

本発明は、通電により磁束を発生する筒状の第１コイルと、
該第１コイルの内側に配置され、通電により磁束を発生する筒状の第２コイルと、
絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなり、上記第１コイル及び上記第２コイルを内部に埋設してなるコアとを有し、
上記第１コイルと上記第２コイルとは、電気的に直列に接続されており、
上記コアは、筒状の外側コアと、該外側コアの内側に配設され、該外側コアよりも高透磁率の内側コアとからなり、上記外側コアの内部に上記第１コイルを埋設し、上記内側コアの内部に上記第２コイルを埋設してなることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

本発明のリアクトルは、上記第１コイル及び上記第２コイルの２つのコイルを有しており、上記第１コイルの内側に上記第２コイルが配置されている。すなわち、従来は磁気回路として使用されていないスペースが存在していたコイル（第１コイル）の内側に、もう１つコイル（第２コイル）が配置されている。そして、上記第１コイルと上記第２コイルとは、電気的に直列に接続されている。

そのため、上記リアクトル全体のインダクタンスの値は、上記第１コイルのインダクタンスと上記第２コイルのインダクタンスとの和となり、上記第２コイルを追加した分のインダクタンスが増加する。これにより、従来は磁気回路として使用されていなかったスペースを磁気回路として有効に活用することができ、大型化することなく同体格でありながら、上記リアクトル全体のインダクタンス特性を向上させることができる。

また、上記第２コイル追加によるインダクタンス増加という本発明の効果を利用すれば、例えば、上記リアクトル全体のインダクタンスの値を維持しながら、上記第１コイルの体格を小さくすることが可能となる。すなわち、上記第１コイルの体格を小さくすることで該第１コイルのインダクタンスは減少するが、その減少分を上記第２コイルのインダクタンスで補い、上記リアクトル全体のインダクタンスの値を維持することができる。これにより、上記リアクトルの小型化を図ることができる。

また、上記第１コイルと上記第２コイルとは電気的に直列に接続されており、上記第１コイルの内側には上記第２コイルが配置されている。そのため、コイル端子の一端を上記第１コイルから取り出し、もう一端を上記第１コイルの内側の上記第２コイルから取り出すことができる（後述の図１等参照）。これにより、従来（前述の図１４、図１５参照）のように、コイル端子の一端をコイル（第１コイル）の外側から取り出す必要がなくなるため、その部分を覆うコアも必要なくなる。その結果、上記リアクトルの小型化及びコア材料削減によるコストダウンを図ることができる。

このように、本発明によれば、大型化することなく、インダクタンス特性の向上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１における、リアクトルの構造を示す断面説明図。実施例１における、リアクトルの構造を示す上面説明図。実施例１における、通電により発生する磁束を示す断面説明図。実施例１における、成形型内に第１コイル及び第２コイルを配置した状態を示す説明図。実施例１における、成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填した状態を示す説明図。実施例１における、電流とインダクタンスとの関係を示す説明図。実施例２における、リアクトルの構造を示す断面説明図。実施例２における、通電により発生する磁束を示す断面説明図。実施例２における、内側コア用の成形型内に第２コイルを配置した状態を示す説明図。実施例２における、内側コア用の成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填した状態を示す説明図。実施例２における、第２コイルを埋設してなる内側コアを示す説明図。実施例２における、外側コア用の成形型内に第１コイル及び内側コアを配置した状態を示す説明図。実施例２における、外側コア用の成形型内に磁性粉末混合樹脂を充填した状態を示す説明図。従来における、リアクトルの構造を示す断面説明図。従来における、リアクトルの構造を示す上面説明図。

本発明において、上記リアクトルは、例えば、車両用のインバータ、ＤＣ−ＤＣコ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、上記コアを構成する上記磁性粉末混合樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂に鉄粉等の磁性粉末を混合して分散させたものを用いることができる。

また、上記第２コイルは、上記第１コイルの内側に配置されている。このとき、上記第１コイルに発生する磁束と上記第２コイルに発生する磁束とができる限り干渉しないように上記第２コイルを配置することが好ましい。これは、磁束の干渉によって上記第２コイル追加によるインダクタンス増加効果を十分に発揮することができないおそれがあるからである。

また、上記コアは、筒状の外側コアと、該外側コアの内側に配設され、該外側コアよりも高透磁率の内側コアとからなり、上記外側コアの内部に上記第１コイルを埋設し、上記内側コアの内部に上記第２コイルを埋設してなる。
これにより、上記内側コアを高透磁率とすることにより、上記第２コイルのインダクタンスを向上させることができる。すなわち、上記第１コイルの内側はスペースが限られているため、上記第２コイルの体格を大きくする等してインダクタンスを向上させることは困難である。そのため、上記第１コイルに発生する磁束の磁路となる上記外側コアと上記第２コイルに発生する磁束の磁路となる上記内側コアとを別々に設け、該内側コアを高透磁率とすることにより、限られたスペースの中で上記第２コイルのインダクタンスを効果的に向上させることができる。

なお、上記内側コアを上記外側コアよりも高透磁率とする方法としては、例えば、上記内側コアにおける磁性粉末混合樹脂中に占める磁性粉末の体積率を上記外側コアよりも高くする方法等がある。

また、上記第２コイルは、上記第１コイルと軸心を一致させた状態で該第１コイルの内側に配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記第１コイルの内側のスペースをできる限り有効に活用することができる。また、上記第１コイルに発生する磁束と上記第２コイルに発生する磁束との干渉防止を図ることができる。これにより、上記第２コイル追加によるインダクタンス増加効果を十分かつ確実に得ることができる。

また、上記第１コイルの内周側に発生する磁束の流れ方向と上記第２コイルの外周側に発生する磁束の流れ方向とが同じ方向であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記第１コイルに発生する磁束と上記第２コイルに発生する磁束とが互いに打ち消し合って上記第２コイル追加によるインダクタンス増加効果が低下することを防止することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるリアクトルについて、図を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１、図２に示すごとく、通電により磁束を発生する筒状の第１コイル２１と、第１コイル２１の内側に配置され、通電により磁束を発生する筒状の第２コイル２２と、絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなり、第１コイル２１及び第２コイル２２を内部に埋設してなるコア３とを有する。第１コイル２１と第２コイル２２とは、電気的に直列に接続されている。
以下、これを詳説する。

図１、図２に示すごとく、リアクトル１は、例えば、車両用のインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置等に用いられるものである。
リアクトル１は、通電により磁束を発生する第１コイル２１及び第２コイル２２と、第１コイル２１及び第２コイル２２への通電により発生した磁束の磁路を構成するコア３とを有する。

同図に示すごとく、第１コイル２１及び第２コイル２２は、それぞれ導体線２１０、２２０としての平板状の銅線を螺旋状に巻回して円筒状に形成されている。第１コイル２１の内側には、第２コイル２２が配置されている。第２コイル２２は、第１コイル２１と軸心を一致させた状態で配置されている。すなわち、第２コイル２２の軸心Ｘ２は、第１コイル２１の軸心Ｘ１と同じ位置である。

同図に示すごとく、コア３は、絶縁樹脂としてのエポキシ樹脂に磁性粉末としての鉄粉を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなる。コア３は、第１コイル２１及び第２コイル２２の周りを覆うように形成されている。すなわち、第１コイル２１及び第２コイル２２は、コア３の内部に埋設されている。

同図に示すごとく、第１コイル２１と第２コイル２２とは、電気的に直列に接続されている。
具体的には、第１コイル２１における導体線２１０の一方の端部（第１端部）２１１は、コア３の上面３０１から突出している。また、第１コイル２１における導体線２１０の他方の端部（第２端部）２１２は、第２コイル２２における導体線２２０の一方の端部（第１端部）２２１に接続されている。本例では、両者は、ＴＩＧ溶接により接合固定されている。また、第２コイル２２における導体線２２０の他方の端部（第２端部）２２２は、コア３の上面３０１から突出している。

図３に示すごとく、第１コイル２１及び第２コイル２２への通電を行った場合には、第１コイル２１及び第２コイル２２の周りにそれぞれ磁束Ｍ１、Ｍ２が発生する。このとき、第１コイル２１の内周側に発生する磁束Ｍ１の流れ方向と第２コイル２２の外周側に発生する磁束Ｍ２の流れ方向とは、同じ方向である。
なお、同図には、第１コイル及び第２コイル２２に発生する磁束Ｍ１、Ｍ２の流れ方向を矢印で示してある。

次に、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。
本例のリアクトル１を製造するに当たっては、まず、図４に示すごとく、第１コイル２１と第２コイル２２とを電気的に直列に接続する。具体的には、第１コイル２１における導体線２１０の第２端部２１２と第２コイル２２における導体線２２０の第１端部２２１とをＴＩＧ溶接により接合固定する。

次いで、同図に示すごとく、電気的に直列に接続した第１コイル２１及び第２コイル２２をコア成形用の成形型４１内の所定の位置に配置する。このとき、第１コイル２１における導体線２１０の第１端部２１１及び第２コイル２２における導体線２２０の第２端部２２２を成形型４１内から上方へ突出させておく。

次いで、図５に示すごとく、成形型４１内に液状の磁性粉末混合樹脂３０を充填し、第１コイル２１及び第２コイル２２を磁性粉末混合樹脂３０内に埋設する。そして、磁性粉末混合樹脂３０を熱処理により硬化させ、コア３を成形する。その後、成形型４１をコア３から取り外す。
以上により、図１のリアクトル１を得る。

次に、本例のリアクトル１における作用効果について説明する。
本例のリアクトル１は、第１コイル２１及び第２コイル２２の２つのコイルを有しており、第１コイル２１の内側に第２コイル２２が配置されている。すなわち、従来は磁気回路として使用されていないスペースが存在していたコイル（第１コイル２１）の内側に、もう１つコイル（第２コイル２２）が配置されている。そして、第１コイル２１と第２コイル２２とは、電気的に直列に接続されている。

そのため、図６に示すごとく、リアクトル１全体のインダクタンスの値Ｌは、第１コイル２１のインダクタンスＬ１と第２コイル２２のインダクタンスＬ２との和となり、第２コイル２２を追加した分（インダクタンスＬ２分）のインダクタンスが増加する。これにより、従来は磁気回路として使用されていなかったスペースを磁気回路として有効に活用することができ、大型化することなく、同体格でありながらリアクトル１全体のインダクタンス特性を向上させることができる。

なお、同図に示すごとく、第１コイル２１及び第２コイル２２のインダクタンスＬ１、Ｌ２は、電流が大きくなると低下していく（直流重畳特性）。そして、第２コイル２２のインダクタンスＬ２は、第２コイル２２に発生する磁束Ｍ２が通過するコア３部分の磁気飽和により一定となる。すなわち、第２コイル２２は、第１コイル２１の内側という限られたスペースに配置するため、体格が小さい分だけ磁気飽和も早く起こる。しかしながら、通常使用する電流の領域（常用電流領域：例えば、０〜１００Ａ程度の領域）で磁気飽和が起こるおそれはないため、第２コイル２２の追加によるインダクタンス増加効果を十分に発揮することができる。

また、第２コイル２２の追加によるインダクタンス増加効果を利用すれば、例えば、リアクトル１全体のインダクタンスの値を維持しながら、第１コイル２１の体格を小さくすることが可能となる。すなわち、第１コイル２１の体格を小さくすることで第１コイル２１のインダクタンスは減少するが、その減少分を第２コイル２２のインダクタンスで補い、リアクトル１全体のインダクタンスの値を維持することができる。これにより、リアクトル１の小型化を図ることができる。

また、第１コイル２１と第２コイル２２とは電気的に直列に接続されており、第１コイル２１の内側には第２コイル２２が配置されている。そのため、コイル端子の一端（第１端部２１１）を第１コイル２１から取り出し、もう一端（第２端部２２２）を第１コイル２１の内側の第２コイル２２から取り出すことができる。これにより、従来は、図１４、図１５に示すごとく、コイル端子の一端９２１をコイル９２の外側から取り出し、その部分をコア９３で覆っていたが、これらの必要がなくなる。その結果、リアクトル１の小型化及びコア材料削減によるコストダウンを図ることができる。

また、本例では、第２コイル２２は、第１コイル２１と軸心を一致させた状態で第１コイル２１の内側に配置されている。そのため、第１コイル２１の内側のスペースをできる限り有効に活用することができる。また、第１コイル２１に発生する磁束Ｍ１と第２コイル２２に発生する磁束Ｍ２との干渉防止を図ることができる。これにより、第２コイル２２の追加によるインダクタンス増加効果を十分かつ確実に得ることができる。

また、第１コイル２１の内周側に発生する磁束Ｍ１の流れ方向と第２コイル２２の外周側に発生する磁束Ｍ２の流れ方向とが同じ方向である。これにより、第１コイル２１に発生する磁束Ｍ１と第２コイル２２に発生する磁束Ｍ２とが互いに打ち消し合って第２コイル２２の追加によるインダクタンス増加効果が低下することを防止することができる。

このように、本例によれば、大型化することなく、インダクタンス特性の向上を図ることができるリアクトル１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、コア３の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア３は、略円筒状の外側コア３１と、外側コア３１の内側に配設され、外側コア３１よりも高透磁率の略円柱状の内側コア３２とからなる。内側コア３２は、軸方向中央部の径が軸方向両端部の径よりも小さく絞られており、外側コア３１が内側コア３２から脱落しないように構成されている。
また、外側コア３１及び内側コア３２は、磁性粉末混合樹脂からなる。内側コア３２は、外側コア３１よりも磁性粉末混合樹脂中に占める磁性粉末の体積率が高くなっていることから、外側コア３１よりも高透磁率となっている。

同図に示すごとく、外側コア３１の内部には、第１コイル２１が埋設されている。第１コイル２１における導体線２１０の第１端部２１１は、外側コア３１の上面３１１から突出している。
また、内側コア３２の内部には、第２コイル２２が埋設されている。第２コイル２２における導体線２２０の第２端部２２２は、内側コア３２の上面３２１から突出している。

図８に示すごとく、第１コイル２１及び第２コイル２２への通電を行った場合には、第１コイル２１及び第２コイル２２の周りにそれぞれ磁束Ｍ１、Ｍ２が発生する。このとき、第１コイル２１の磁束Ｍ１は外側コア３１の内部に発生し、第２コイル２２の磁束Ｍ２は内側コア３２の内部に発生する。
その他は、実施例１と同様の構成である。

次に、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。
本例のリアクトル１を製造するに当たっては、まず、図９に示すごとく、内側コア成形用の成形型４２を準備する。成形型４２は、複数の型枠４２１を組み合わせて構成されている。

次いで、同図に示すごとく、第２コイル２２を成形型４２内の所定の位置に配置する。このとき、第２コイル２２における導体線２２０の第１端部２２１を成形型４２に設けた貫通孔４２２に挿通させて側方に取り出しておくと共に、導体線２２０の第２端部２２２を成形型４２内から上方へ突出させておく。

次いで、図１０に示すごとく、成形型４２内に内側コア用の液状の磁性粉末混合樹脂３２０を充填し、第２コイル２２を磁性粉末混合樹脂３２０内に埋設する。そして、磁性粉末混合樹脂３２０を熱処理により硬化させ、内側コア３２を成形する。その後、成形型４２を内側コア３２から取り外す。
これにより、図１１に示すごとく、第２コイル２２を埋設してなる円柱状の内側コア３２を得る。

次いで、図１２に示すごとく、第１コイル２１と内側コア３２に埋設した第２コイル２２とを電気的に直列に接続する。具体的には、第１コイル２１における導体線２１０の第２端部２１２と第２コイル２２における導体線２２０の第１端部２２１とをＴＩＧ溶接により接合固定する。

次いで、同図に示すごとく、第１コイル２１及び内側コア３２を外側コア成形用の成形型４３内の所定の位置に配置する。このとき、第１コイル２１における導体線２１０の第１端部２１１及び第２コイル２２における導体線２２０の第２端部２２２を成形型４３内から上方へ突出させておく。

次いで、図１３に示すごとく、成形型４３内に外側コア用の液状の磁性粉末混合樹脂３１０を充填し、第１コイル２１を磁性粉末混合樹脂３１０内に埋設する。そして、磁性粉末混合樹脂３１０を熱処理により硬化させ、外側コア３１を成形する。その後、成形型４３を外側コア３１から取り外す。これにより、第１コイル２１を埋設してなる円筒状の外側コア３１を得る。
以上により、図７のリアクトル１を得る。

次に、本例のリアクトル１における作用効果について説明する。
本例のリアクトル１において、コア３は、筒状の外側コア３１と、外側コア３１の内側に配設され、外側コア３１よりも高透磁率の内側コア３２とからなり、外側コア３１の内部に第１コイル２１を埋設し、内側コア３２の内部に第２コイル２２を埋設してなる。このように内側コア３２を高透磁率とすることにより、第２コイル２２のインダクタンスを向上させることができる。

すなわち、第１コイル２１の内側はスペースが限られているため、第２コイル２２の体格を大きくする等してインダクタンスを向上させることは困難である。そのため、第１コイル２１に発生する磁束Ｍ１の磁路となる外側コア３１と第２コイル２２に発生する磁束Ｍ２の磁路となる内側コア３２とを別々に設け、内側コア３２を高透磁率とすることにより、限られたスペースの中で第２コイル２２のインダクタンスを効果的に向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

１リアクトル
２１第１コイル
２２第２コイル
３コア

Claims

通電により磁束を発生する筒状の第１コイルと、
該第１コイルの内側に配置され、通電により磁束を発生する筒状の第２コイルと、
絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させた磁性粉末混合樹脂からなり、上記第１コイル及び上記第２コイルを内部に埋設してなるコアとを有し、
上記第１コイルと上記第２コイルとは、電気的に直列に接続されており、
上記コアは、筒状の外側コアと、該外側コアの内側に配設され、該外側コアよりも高透磁率の内側コアとからなり、上記外側コアの内部に上記第１コイルを埋設し、上記内側コアの内部に上記第２コイルを埋設してなることを特徴とするリアクトル。
請求項１に記載のリアクトルにおいて、上記第２コイルは、上記第１コイルと軸心を一致させた状態で該第１コイルの内側に配置されていることを特徴とするリアクトル。
請求項２に記載のリアクトルにおいて、上記第１コイルの内周側に形成される磁束の流れ方向と上記第２コイルの外周側に形成される磁束の流れ方向とが同じ方向であることを特徴とするリアクトル。