特開 2023-2943 リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023002943

(43)【公開日】2023-01-11

(54)【発明の名称】リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 37/00 20060101AFI20221228BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20221228BHJP

【ＦＩ】

H01F37/00 C

H01F37/00 M

H01F37/00 J

H01F27/28 147

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021103804

(22)【出願日】2021-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116366

【弁理士】

【氏名又は名称】二島 英明

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 和宏

【テーマコード（参考）】

5E043

【Ｆターム（参考）】

5E043AB04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できるリアクトル、コンバータ及び電力変換装置を提供する。
【解決手段】リアクトルは、平角線で構成されたエッジワイズコイルと、磁性コアと、磁性コアの少なくとも一部を覆うモールド樹脂部５と、を備える。エッジワイズコイルは、矩形状に構成された複数のターン２０を備える。複数のターン２０の各々は、四つの直線部と、隣り合う直線部をつなぐ曲線状の四つの角部２２とを備える。四つの角部２２の各々は、隣り合うターン同士の間に隙間２３が設けられた外側領域２２１を備える。モールド樹脂部５は、少なくとも対角に位置する二つの隙間２３に入り込んでいる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平角線で構成されたエッジワイズコイルと、
磁性コアと、
前記磁性コアの少なくとも一部を覆うモールド樹脂部とを備え、
前記エッジワイズコイルは、矩形状に構成された複数のターンを備え、
前記複数のターンの各々は、四つの直線部と、隣り合う前記直線部をつなぐ曲線状の四つの角部とを備え、
前記四つの角部の各々は、隣り合う前記ターン同士の間に隙間が設けられた外側領域を備え、
前記モールド樹脂部は、少なくとも対角に位置する二つの前記隙間に入り込んでいる、
リアクトル。

【請求項2】

前記四つの角部の各々は、隣り合う前記ターン同士の間隔が前記隙間の間隔よりも狭い内側領域を備える、請求項１に記載のリアクトル。

【請求項3】

前記平角線の断面における長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが２以上である、請求項１又は請求項２に記載のリアクトル。

【請求項4】

前記四つの角部の各々の曲げ半径が１０ｍｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。

【請求項5】

隣り合う前記外側領域間の最大長さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。

【請求項6】

前記モールド樹脂部における前記隙間に入り込んでいる部分の長さが、前記平角線の断面における長辺の長さの２５％以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリアクトル。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリアクトルを備える、
コンバータ。

【請求項8】

請求項７に記載のコンバータを備える、
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、コイルと磁性コアと樹脂モールド部とを備えるリアクトルを開示する。磁性コアは、内側コア部と外側コア部とを備える。樹脂モールド部は、磁性コアの表面の少なくとも一部を覆い、内側コア部と外側コア部とを一体に保持している。樹脂モールド部は、コイルと磁性コアとの組物の外周を未固化の樹脂でモールドすることで構成されている。以下、樹脂モールド部をモールド樹脂部と呼ぶ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２７８３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モールド樹脂部を構成する際、コイルのターン間の隙間に異物が入り込む場合がある。異物は、例えば、モールド樹脂部を射出成形によって構成する場合、射出成形時の圧力で磁性コアの一部が欠けて脱落した欠片である。コイルのターン間に異物が存在すると、リアクトルの使用時において、外力又はコイルの励磁に伴う振動によって、ターン間で異物が摺動されることがある。この摺動によってコイルの絶縁被覆が損傷すると、ターン間でショートするおそれがある。

【0005】

本開示は、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できるリアクトルを提供することを目的の一つとする。本開示は、上記リアクトルを備えるコンバータを提供することを別の目的の一つとする。本開示は、上記コンバータを備える電力変換装置を提供することを別の目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のリアクトルは、
平角線で構成されたエッジワイズコイルと、
磁性コアと、
前記磁性コアの少なくとも一部を覆うモールド樹脂部とを備え、
前記エッジワイズコイルは、矩形状に構成された複数のターンを備え、
前記複数のターンの各々は、四つの直線部と、隣り合う前記直線部をつなぐ曲線状の四つの角部とを備え、
前記四つの角部の各々は、隣り合う前記ターン同士の間に隙間が設けられた外側領域を備え、
前記モールド樹脂部は、少なくとも対角に位置する二つの前記隙間に入り込んでいる。

【0007】

本開示のコンバータは、本開示のリアクトルを備える。

【0008】

本開示の電力変換装置は、本開示のコンバータを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示のリアクトルは、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できる。本開示のコンバータ及び本開示の電力変換装置は、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態のリアクトルの概略を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のリアクトルにおけるコイルとモールド樹脂部との関係を説明する図である。

【図3】図３は、図１のリアクトルにおけるコイルを構成する複数のターンの一つを示す概略端面図である。

【図4】図４は、図１のリアクトルにおけるコイルを構成する平角線を示す概略断面図である。

【図5】図５は、図２のＶ－Ｖ断面図である。

【図6】図６は、図２のＶＩ－ＶＩ断面図である。

【図7】図７は、ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す構成図である。

【図8】図８は、コンバータを備える電力変換装置の一例の概略を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0012】

（１）本開示の実施形態に係るリアクトルは、
平角線で構成されたエッジワイズコイルと、
磁性コアと、
前記磁性コアの少なくとも一部を覆うモールド樹脂部とを備え、
前記エッジワイズコイルは、矩形状に構成された複数のターンを備え、
前記複数のターンの各々は、四つの直線部と、隣り合う前記直線部をつなぐ曲線状の四つの角部とを備え、
前記四つの角部の各々は、隣り合う前記ターン同士の間に隙間が設けられた外側領域を備え、
前記モールド樹脂部は、少なくとも対角に位置する二つの前記隙間に入り込んでいる。

【0013】

本開示のリアクトルは、ターンにおける四つの角部のうち、少なくとも対角に位置する角部の外側領域の隙間にモールド樹脂部が入り込んでいることで、コイルのターン間の変位を抑制できる。コイルのターン間の変位を抑制できることで、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できる。

【0014】

（２）上記リアクトルの一形態として、
前記四つの角部の各々は、隣り合う前記ターン同士の間隔が前記隙間の間隔よりも狭い内側領域を備える、ことが挙げられる。

【0015】

上記形態では、言い換えると、四つの角部の外側領域は内側領域よりも広い隙間を備えている。よって、外側領域の隙間にモールド樹脂部が入り込み易い。

【0016】

（３）上記リアクトルの一形態として、
前記平角線の断面における長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが２以上である、ことが挙げられる。

【0017】

上記形態では、四つの角部の外側領域に隙間が構成され易い。

【0018】

（４）上記リアクトルの一形態として、
前記四つの角部の各々の曲げ半径が１０ｍｍ以下である、ことが挙げられる。

【0019】

上記形態では、四つの角部の外側領域に隙間が構成され易い。

【0020】

（５）上記リアクトルの一形態として、
隣り合う前記外側領域間の最大長さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、ことが挙げられる。

【0021】

上記形態では、四つの外側領域の隙間にモールド樹脂部が入り込み易い。

【0022】

（６）上記リアクトルの一形態として、
前記モールド樹脂部における前記隙間に入り込んでいる部分の長さが、前記平角線の断面における長辺の長さの２５％以上である、ことが挙げられる。

【0023】

上記形態では、コイルのターン間の変位がより抑制され易い。

【0024】

（７）本開示の実施形態に係るコンバータは、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載のリアクトルを備える。

【0025】

本開示のコンバータは、本開示のリアクトルを備えるため、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できる。

【0026】

（８）本開示の実施形態に係る電力変換装置は、上記（７）に記載のコンバータを備える。

【0027】

本開示の電力変換装置は、本開示のコンバータを備えるため、コイルのターン間に異物が存在する場合であっても、ターン間でのショートを防止できる。

【0028】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係るリアクトルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0029】

＜概要＞
実施形態のリアクトル１は、図１に示すように、コイル２と磁性コア４とモールド樹脂部５とを備える。コイル２は、図２に示すように、複数のターン２０を備える。実施形態のリアクトル１の特徴の一つは、図５に示すように、隣り合うターン２０同士における特定の箇所に隙間２３が設けられており、その隙間２３にモールド樹脂部５が入り込んでいる点にある。以下、各構成を詳細に説明する。

【0030】

図１はリアクトル１の一例を示している。図１では、モールド樹脂部５を簡略化して矩形状に示している。このリアクトル１では、コイル２の一部がモールド樹脂部５から露出されており、コイル２の残部及び磁性コア４がモールド樹脂部５の内部に配置されている。図１では、モールド樹脂部５の内部に配置されている部分は破線で示している。図２では、図１のリアクトル１のうち磁性コア４を省略している。各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。図面における各部の寸法比も実際と異なる場合がある。図中の同一符号は同一名称物を示す。

【0031】

＜コイル＞
コイル２は、図２に示すように、平角線３で構成されたエッジワイズコイルである。コイル２は、矩形状に構成された複数のターン２０を備える。本例のコイル２は、コイル２の製造時、隣り合うターン２０同士が接触するようにエッジワイズ巻きされて構成される。隣り合うターン２０同士が接触するようにエッジワイズ巻きされたコイル２は、コイル２の内側において、隣り合うターン２０同士が近接又は接触するように構成されている。隣り合うターン２０同士が接触するようにエッジワイズ巻きされたコイル２は、複数のターン２０で構成されるコイル２の軸方向の長さが短く、小型である。

【0032】

〔平角線〕
平角線３は、横断面が矩形の巻線である。平角線３の横断面は、平角線３を平角線３の長手方向に直交する平面で切断した断面である。平角線３は、図４に示すように、平角線３の横断面において、一対の長辺３１と一対の短辺３２とを備える。

【0033】

平角線３の横断面におけるアスペクト比は、２以上であることが挙げられる。アスペクト比は、長辺３１の長さａと短辺３２の長さｂとの比率ａ／ｂである。アスペクト比は、エッジワイズ巻きされる前の平角線３におけるアスペクト比である。エッジワイズ巻きされる前の平角線３における長辺３１の長さａは、エッジワイズ巻きされた後の平角線３における長辺３１の長さａと略同等である。エッジワイズ巻きされる前の平角線３における短辺３２の長さｂは、エッジワイズ巻きされた後の平角線３のターン２０を構成する直線部２１（図３）の内側又は外側における短辺３２の長さｂと略同等である。エッジワイズ巻きされた後の平角線３のターン２０を構成する角部２２（図３）における短辺３２の長さは、エッジワイズ巻きされる前の平角線３における短辺３２の長さｂに対して、内側では大きくなり、外側では小さくなる。エッジワイズ巻きされた後の角部２２の短辺３２の長さが変わるのは、平角線３がエッジワイズ巻きされると、角部２２では、曲げの内側で圧縮力が作用し、曲げの外側で引張力が作用するからである。角部２２では、曲げの内側で圧縮力が作用することで平角線３が短辺３２方向に膨らみ、曲げの外側で引張力が作用することで平角線３が短辺３２方向に薄くなる。

【0034】

上記アスペクト比が２以上であると、エッジワイズ巻きされた平角線３は、上述したように角部２２において、外側の短辺３２の長さｂが小さくなる傾向にある。よって、後述する角部２２の外側領域２２１に隙間２３（図５）が構成され易い。上記アスペクト比は、更に４以上、５以上、特に７以上であることが挙げられる。上記アスペクト比は、平角線３をエッジワイズ巻きする関係上、２０以下、更に１５以下であることが挙げられる。上記アスペクト比は、２以上２０以下、更に４以上１５以下、５以上１２以下、特に７以上１０以下であることが挙げられる。

【0035】

長辺３１の長さａ及び短辺３２の長さｂは、上記アスペクト比を満たすように、適宜選択できる。長辺３１の長さａは、例えば３ｍｍ以上２０ｍｍ以下、更に５ｍｍ以上１５ｍｍ以下、特に７ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが挙げられる。短辺３２の長さｂは、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、更に０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下、特に０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが挙げられる。

【0036】

平角線３は、図２に示すように、導体線３８と絶縁被覆３９とを有する被覆線であることが挙げられる。導体線３８の構成材料は、銅等が挙げられる。絶縁被覆３９の構成材料は、ポリアミドイミド等の樹脂が挙げられる。コイル２の両端部において、絶縁被覆３９が剥がされて導体線３８が露出されている。この露出された導体線３８には図示しない端子が接続される。

【0037】

〔ターン〕
複数のターン２０の各々は、図３に示すように、四つの直線部２１と四つの角部２２とを備える。各ターン２０は矩形状に構成されている。各ターン２０は、平角線３がらせん状にエッジワイズ巻きして構成されている。よって、図３では、隣のターン２０に移行する箇所に、ターン２０の周方向を分断するように切断線を示している。各ターン２０は、各角部２２の曲げ半径Ｒが１０ｍｍ以下を満たす矩形状に構成されていることが挙げられる。各角部２２の曲げ半径Ｒが１０ｍｍ以下であることで、後述する角部２２の外側領域２２１に隙間２３が構成され易い。各角部２２の曲げ半径Ｒは、更に８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下であることが挙げられる。角部２２の曲げ半径Ｒは、平角線３をエッジワイズ巻きする関係上、１ｍｍ以上、更に２ｍｍ以上であることが挙げられる。角部２２の曲げ半径Ｒは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上８ｍｍ以下、３ｍｍ以上７ｍｍ以下、特に５ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが挙げられる。

【0038】

〔ターンの角部〕
各ターン２０の角部２２は、隣り合う直線部２１をつなぐ曲線状に構成されている。各角部２２は、図５に示すように、複数のターン２０における角部２２を含む縦断面において、外側領域２２１、内側領域２２２、及び中央領域２２３を備える。複数のターン２０の縦断面は、複数のターン２０をターン２０の軸方向に平行な平面で切断した断面である。外側領域２２１はターン２０の外側に位置する。内側領域２２２はターン２０の内側に位置する。中央領域２２３は外側領域２２１と内側領域２２２との間に位置する。外側領域２２１、内側領域２２２、及び中央領域２２３は、図４に示す平角線３の長辺３１の長さａを三等分した領域である。

【0039】

外側領域２２１は、ターン２０の内側から外側に向かって先細るように構成されている。つまり、外側領域２２１は、ターン２０の内側から外側に向かって漸次的に小さくなるような厚さを有する。厚さは平角線３の短辺３２（図４）に沿った長さである。外側領域２２１の先端は曲線状に構成されている。

【0040】

外側領域２２１では、隣り合うターン２０同士の間に隙間２３が設けられている。隙間２３は、例えばターン２０の外側から内側に向かって狭まるように構成されている。本例の隙間２３は、外側領域２２１に加えて、中央領域２２３の間にまで設けられている。隙間２３には、後述するモールド樹脂部５が入り込んでいる。

【0041】

隣り合う外側領域２２１の最大長さＬ１は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが挙げられる。上記最大長さＬ１は、隣り合う外側領域２２１の各々における曲線状の先端と直線状の側面との変曲点Ｐ間の長さである。上記最大長さＬ１は、隙間２３における複数のターン２０の軸方向に沿った長さでもある。上記最大長さＬ１が１０μｍ以上であることで、隙間２３が確保され易く、隙間２３に後述するモールド樹脂部５が入り込み易い。隙間２３の上記長さが大きくなると、相対的に外側領域２２１の厚さが小さくなる。上記最大長さＬ１が１０００μｍ以下であることで、相対的に外側領域２２１の厚さが確保される。上記最大長さＬ１は、更に２０μｍ以上９００μｍ以下、特に３０μｍ以上８００μｍ以下であることが挙げられる。上記最大長さＬ１は、１０μｍ以上で、平角線３の短辺３２の長さｂ（図４）以下であってもよい。ここでの短辺３２の長さｂは、直線部２１（図３）の内側又は外側における短辺３２の長さｂにおける全ターン２０の平均値である。

【0042】

内側領域２２２は、エッジワイズ巻きされる前の平角線３における短辺３２の長さｂ（図４）と同等の厚さを有する。内側領域２２２は、外側領域２２１よりも大きい厚さを有する。内側領域２２２の厚さは、例えば外側領域２２１の１．０５倍以上、更に１．１倍以上、特に１．２倍以上であることが挙げられる。

【0043】

内側領域２２２では、隣り合うターン２０同士の間隔が上記隙間２３よりも狭い。内側領域２２２では、隣り合うターン２０同士の間隔がゼロである場合もある。つまり、内側領域２２２では、隣り合うターン２０同士が接している場合もある。本例の内側領域２２２では、隣り合うターン２０同士が接している。内側領域２２２において隙間が構成されている場合、その隙間に後述するモールド樹脂部５が入り込んでいてもよいし、入り込んでいなくてもよい。例えば、内側領域２２２では、隙間が構成されていたとしても、モールド樹脂部５の構成樹脂の粘度等によっては、モールド樹脂部５が入り込むことができない隙間である場合がある。

【0044】

〔ターンの直線部〕
各ターン２０の直線部２１は、図６に示すように、複数のターン２０における直線部２１を含む上記縦断面において、外側領域２１１、内側領域２１２、及び中央領域２１３を備える。外側領域２１１はターン２０の外側に位置する。内側領域２１２はターン２０の内側に位置する。中央領域２１３は外側領域２２１と内側領域２２２との間に位置する。
外側領域２１１、内側領域２１２、及び中央領域２１３は、図４に示す平角線３の長辺３１の長さａを三等分した領域である。

【0045】

直線部２１では、外側領域２１１の厚さと内側領域２１２の厚さとは略同等である。中央領域２１３の厚さは、外側領域２１１の厚さ及び内側領域２１２の厚さと同等以下である。本例の中央領域２１３は、外側領域２１１の厚さ及び内側領域２１２の厚さと同等である。

【0046】

外側領域２１１及び内側領域２１２では、隣り合うターン２０同士の間隔が、角部２２における外側領域２２１よりも狭い。外側領域２１１及び内側領域２１２では、隣り合うターン２０同士の間隔がゼロである場合もある。つまり、外側領域２１１及び内側領域２１２では、隣り合うターン２０同士が接している場合もある。本例の外側領域２１１及び内側領域２１２では、隣り合うターン２０同士が接している。外側領域２１１及び内側領域２１２において隙間が構成されている場合、その隙間に後述するモールド樹脂部５が入り込んでいてもよいし、入り込んでいなくてもよい。例えば、外側領域２１１及び内側領域２１２では、隙間が構成されていたとしても、モールド樹脂部５の構成樹脂の粘度等によっては、モールド樹脂部５が入り込むことができない隙間である場合がある。

【0047】

＜磁性コア＞
磁性コア４は、コイル２の複数のターン２０の内側に配置された部分と、複数のターン２０の外側に配置された部分とを備える。磁性コア４は、コイル２がつくる磁束が通過する閉磁路を構成している。

【0048】

本例の磁性コア４は、全体としてθ状に構成されている。θ状の磁性コア４は、図１に示すように、一つのミドルコア部４１と、二つのサイドコア部４２，４３と、二つのエンドコア部４４，４５とを備える。ミドルコア部４１は、複数のターン２０の内側に配置されている部分を有する。二つのサイドコア部４２，４３の各々は、複数のターン２０の外側でミドルコア部４１と並んで配置されている。二つのエンドコア部４４，４５の各々は、複数のターン２０の外側でミドルコア部４１と二つのサイドコア部４２，４３とをつなぐように配置されている。磁性コア４は、ミドルコア部４１と二つのサイドコア部４２，４３と二つのエンドコア部４４，４５とが接続されることで、コイル２を励磁した際に磁束が流れ、閉磁路が形成される。磁束は、ミドルコア部４１からエンドコア部４４に流れ、エンドコア部４４から二つのサイドコア部４２，４３の各々に流れ、各サイドコア部４２，４３からエンドコア部４５に流れ、エンドコア部４５からミドルコア部４１に流れる。

【0049】

ミドルコア部４１の形状は、複数のターン２０の内周形状に概ね対応した形状である。複数のターン２０の内周面とミドルコア部４１の外周面との間には隙間が存在する。この隙間には、例えば後述するモールド樹脂部５が入り込んでいる。本例のミドルコア部４１の形状は矩形柱状であり、ミドルコア部４１を軸方向から見た端面形状が矩形状である。ミドルコア部４１の角部は、複数のターン２０の角部２２に沿うように丸められている。

【0050】

サイドコア部４２，４３の形状は、複数のターン２０の外側で複数のターン２０の軸方向に延びる形状であれば、特に限定されない。本例のサイドコア部４２，４３は、複数のターン２０の軸方向に延びる直方体状である。サイドコア部４２，４３は、複数のターン２０の外周面を構成する四面のうち、複数のターン２０の軸を挟んで向かい合う位置にある二面に面するように配置されている。つまり、サイドコア部４２，４３は、複数のターン２０の外周面を構成する四面のうち、複数のターン２０の軸を挟んで向かい合う位置にある二面を外側から挟むように配置されている。複数のターン２０におけるサイドコア部４２，４３に向き合わない面は、磁性コア４から露出されている。

【0051】

エンドコア部４４，４５の形状は、一つのミドルコア部４１及び二つのサイドコア部４２，４３の各端部同士をつなぐ形状であれば、特に限定されない。本例のエンドコア部４４，４５は、一つのミドルコア部４１及び二つのサイドコア部４２，４３の並び方向に長い直方体状である。

【0052】

磁性コア４は、第一コア片と第二コア片とが組み合わされて構成されることが挙げられる。第一コア片及び第二コア片の各々の形状は、種々の組み合わせから選択できる。図１に示す磁性コア４は、Ｅ字状の第一コア片と、Ｔ字状の第二コア片とを組み合わせたＥ－Ｔ型である。Ｅ字状の第一コア片は、ミドルコア部４１の一部と、二つのサイドコア部４２，４３と、エンドコア部４４とを備える。Ｔ字状の第二コア片は、ミドルコア部４１の残部と、エンドコア部４５とを備える。その他の組み合わせとしては、例えば、Ｅ－Ｕ型、Ｅ－Ｉ型、Ｔ－Ｕ型などがある。

【0053】

磁性コア４は、軟磁性材料を含む成形体で構成されている。軟磁性材料としては、鉄や鉄合金等の金属、フェライト等の非金属が挙げられる。鉄合金は、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金等が挙げられる。軟磁性材料を含む成形体としては、圧粉成形体や複合材料の成形体等が挙げられる。

【0054】

圧粉成形体は、軟磁性材料からなる粉末、即ち軟磁性粉末を圧縮成形することで得られる。圧粉成形体は、複合材料に比較して、コア片に占める軟磁性粉末の割合が高い。圧粉成形体中の軟磁性粉末の含有量は、圧粉成形体を１００体積％とすると、例えば８０体積％超、更に８５体積％以上であることが挙げられる。

【0055】

複合材料の成形体では、軟磁性粉末が樹脂中に分散している。複合材料の成形体は、未固化の樹脂中に軟磁性粉末を混合して分散させた原料を金型に充填し、樹脂を固化させることで得られる。複合材料は、樹脂中の軟磁性粉末の含有量を調整することによって、磁気特性、例えば比透磁率や飽和磁束密度を制御し易い。複合材料の成形体中の軟磁性粉末の含有量は、複合材料を１００体積％とすると、例えば、３０体積％以上８０体積％以下であることが挙げられる。

【0056】

軟磁性粉末は、軟磁性粒子の集合体である。軟磁性粒子は、その表面に絶縁被覆を有する被覆粒子であってもよい。絶縁被覆の構成材料は、リン酸塩等が挙げられる。複合材料の樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂（例、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン９Ｔ等）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。複合材料は、樹脂に加えて、フィラーを含有してもよい。フィラーを含有することで、複合材料の放熱性を向上させることができる。フィラーは、例えば、セラミックスやカーボンナノチューブ等の非磁性材料からなる粉末を利用できる。セラミックスは、例えば、金属又は非金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。酸化物の一例として、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム等が挙げられる。窒化物の一例として、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が挙げられる。炭化物の一例として、炭化珪素等が挙げられる。

【0057】

磁性コア４の少なくとも一部は圧粉成形体で構成されていることが挙げられる。圧粉成形体で構成された磁性コア４は、リアクトル１の製造過程において、後述するモールド樹脂部５を射出成形によって構成する場合、射出成形時の圧力で磁性コア４の一部が欠けることがある。よって、磁性コア４の少なくとも一部が圧粉成形で構成されたリアクトル１では、後述する実施形態の効果が発揮され易い。

【0058】

＜モールド樹脂部＞
モールド樹脂部５は、図１に示すように、磁性コア４の少なくとも一部を覆っている。モールド樹脂部５は、磁性コア４を外部環境から保護する機能を有する。モールド樹脂部５は、更にコイル２を覆っていてもよい。モールド樹脂部５がコイル２と磁性コア４との間に介在されていれば、コイル２と磁性コア４との絶縁を確保し易い。モールド樹脂部５がコイル２と磁性コア４との間に跨って存在していれば、コイル２と磁性コア４とを互いに位置決めし易い。また、モールド樹脂部５が、第一コア片と第二コア片との間に跨って存在していれば、第一コア片と第二コア片とを互いに固定できる。

【0059】

本例のモールド樹脂部５は、コイル２と磁性コア４とを含む組物の外周を覆っている。本例の組物は、モールド樹脂部５によって外部環境から保護される。また、本例の組物は、モールド樹脂部５によってコイル２と磁性コア４とが一体化されて構成されている。磁性コア４の外周面の少なくとも一部、又はコイル２の外周面の少なくとも一部がモールド樹脂部５から露出していてもよい。本例では、コイル２の複数のターン２０におけるサイドコア部４２，４３に向き合わない面の一部がモールド樹脂部５から露出している。

【0060】

モールド樹脂部５は、図５に示すように、複数のターン２０の角部２２の外側領域２２１に設けられた隙間２３に入り込んでいる。隙間２３に入り込んだモールド樹脂部５は、各平角線３の長辺３１（図４）に接触している。隙間２３に入り込んだモールド樹脂部５は、隣り合うターン２０間の変位を抑制する機能を有する。ターン２０間の変位とは、ターン２０同士が複数のターン２０の軸方向に変位することである。

【0061】

モールド樹脂部５は、四つの角部２２の少なくとも対角に位置する角部２２に設けられた二つの隙間２３に入り込んでいる。言い換えると、モールド樹脂部５は、四つの隙間２３のうち少なくとも対角に位置する二つの隙間２３に設けられている。四つの隙間２３のうち少なくとも対角に位置する二つの隙間２３は、隣り合うターン２０を構成する四つの角部２２に対応する隙間である。モールド樹脂部５は、対角に位置する二つ隙間２３に加えて、残りの二つの隙間２３の少なくとも一方にも入り込んでいてもよい。モールド樹脂部５は、四つの隙間２３の全てに入り込んでいてもよい。

【0062】

モールド樹脂部５における隙間２３に入り込んでいる部分の長さＬ２は、平角線３の横断面における長辺３１の長さａ（図４も参照）の２５％以上であることが挙げられる。上記長さＬ２は、隣り合うターン２０の外側領域２２１の先端を結んだ線からモールド樹脂部５の隙間２３に入り込んだ平角線３の幅方向に沿った最大長さである。平角線３の幅は平角線３の長辺３１方向の長さである。上記長さＬ２が長さａの２５％以上であることで、ターン２０間の変位が抑制され易い。上記長さＬ２が長いほど、ターン２０間の変位が抑制され易い。上記長さＬ２は、長さａの更に３０％以上、４０％以上、特に５０％以上であることが挙げられる。上記長さＬ２は、平角線３をエッジワイズ巻きする関係上、７５％以下、更に７０％以下、特に６５％以下であることが挙げられる。上記長さＬ２は、長さａの２５％以上７５％以下、更に３０％以上７５％以下、４０％以上７０％以下、特に５０％以上６５％以下であることが挙げられる。

【0063】

モールド樹脂部５を構成する樹脂は、例えば、上述した複合材料の樹脂と同様の樹脂が挙げられる。モールド樹脂部５の構成材料は、複合材料と同様に、上述したフィラーを含有していてもよい。

【0064】

＜コンバータ・電力変換装置＞
上述した実施形態のリアクトル１は、以下の通電条件を満たす用途に利用できる。通電条件としては、例えば、最大直流電流が１００Ａ以上１０００Ａ以下程度であり、平均電圧が１００Ｖ以上１０００Ｖ以下程度であり、使用周波数が５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下程度であることが挙げられる。実施形態のリアクトル１は、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車等の車両等に載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用できる。

【0065】

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両１２００は、図７に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジン１３００を備える。図７では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態とすることができる。

【0066】

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。本例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ～３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の入力電圧を４００Ｖ～７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される入力電圧をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。入力電圧は、直流電圧である。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

【0067】

コンバータ１１１０は、図８に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトル１１１５とを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しにより入力電圧の変換を行う。入力電圧の変換とは、ここでは昇降圧を行う。スイッチング素子１１１１には、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のパワーデバイスが利用される。リアクトル１１１５は、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。リアクトル１１１５として、上述した実施形態のリアクトル１を備える。

【0068】

車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ－ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ－ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ－ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上述した実施形態のリアクトル１と同様の構成を備え、適宜、大きさや形状等を変更したリアクトルを利用できる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上述した実施形態のリアクトル１を利用することもできる。

【0069】

＜実施形態の効果＞
実施形態のリアクトル１は、ターン２０を構成する四つの角部２２の少なくとも対角に位置する角部２２の隙間２３にモールド樹脂部５が入り込んでいることで、ターン２０間の変位を抑制できる。例えば、実施形態のリアクトル１は、リアクトル１の使用時における外力やコイル２の励磁に伴う振動によっても、ターン２０間の変位を抑制できる。ターン２０間の変位が抑制されることで、ターン２０間に異物が存在する場合であっても、ターン２０間で異物が摺動されず、異物が平角線３の絶縁被覆３９を損傷させることを抑制できる。よって、実施形態１のリアクトル１は、ターン２０間に異物が存在する場合であっても、ターン２０間でのショートを防止できる。

【0070】

実施形態のリアクトル１は、ターン２０の直線部２１の内側及び外側、及び角部２２の内側では隣り合うターン２０同士が接しているため、小型である。リアクトル１が小型であるのは、隣り合うターン２０同士が接していることで、複数のターン２０で構成されるコイル２の軸方向の長さが短いからである。隣り合うターン２０同士が接しているのは、コイル２の製造時、隣り合うターン２０同士が接触するようにエッジワイズ巻きしたからである。

【0071】

実施形態のリアクトル１は、以下の条件を満たすことで、コイル２の軸方向の長さが短く、かつターン２０の角部２２の外側に隙間２３が構成され易い。一つ目の条件は、平角線３の横断面におけるアスペクト比が２以上を満たすことである。二つ目の条件は、各角部２２の曲げ半径Ｒが１０ｍｍ以下を満たすことである。上記条件を満たすことで、例えば、隣り合う外側領域２２１の最大長さＬ１が１０μｍ以上１０００μｍ以下となり易く、隙間２３にモールド樹脂部５が入り込み易い。モールド樹脂部５における隙間２３に入り込んでいる部分の長さＬ２が平角線３の横断面における長辺３１の長さａの２５％以上となり易い。隙間２３にモールド樹脂部５が良好に入り込んでいることで、ターン２０間の変位を良好に抑制できる。

【0072】

実施形態の電力変換装置１１００、及び実施形態のコンバータ１１１０は、実施形態のリアクトル１を備えることで、コイル２のターン２０間に異物が存在する場合であっても、ターン２０間でのショートを防止でき、信頼性が高い。

【符号の説明】

【0073】

１ リアクトル
２ コイル、２０ ターン、２１ 直線部、２２ 角部
２１１，２２１ 外側領域、２１２，２２２ 内側領域、２１３，２２３ 中央領域
２３，２４ 隙間
３ 平角線、３１ 長辺、３２ 短辺、３８ 導体線、３９ 絶縁被覆
４ 磁性コア
４１ ミドルコア部、４２，４３ サイドコア部、４４，４５ エンドコア部
５ モールド樹脂部
ａ，ｂ，Ｌ１，Ｌ２ 長さ、Ｒ 曲げ半径、Ｐ 変曲点
１１００ 電力変換装置、１１１０ コンバータ、１１１１ スイッチング素子
１１１２ 駆動回路、１１１５ リアクトル、１１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ、１１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両、１２１０ メインバッテリ、１２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ、１２４０ 補機類、１２５０ 車輪、１３００ エンジン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2022-05-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0057】

磁性コア４の少なくとも一部は圧粉成形体で構成されていることが挙げられる。圧粉成形体で構成された磁性コア４は、リアクトル１の製造過程において、後述するモールド樹脂部５を射出成形によって構成する場合、射出成形時の圧力で磁性コア４の一部が欠けることがある。よって、磁性コア４の少なくとも一部が圧粉成形体で構成されたリアクトル１では、後述する実施形態の効果が発揮され易い。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0069】

＜実施形態の効果＞
実施形態のリアクトル１は、ターン２０を構成する四つの角部２２の少なくとも対角に位置する角部２２の隙間２３にモールド樹脂部５が入り込んでいることで、ターン２０間の変位を抑制できる。例えば、実施形態のリアクトル１は、リアクトル１の使用時における外力やコイル２の励磁に伴う振動によっても、ターン２０間の変位を抑制できる。ターン２０間の変位が抑制されることで、ターン２０間に異物が存在する場合であっても、ターン２０間で異物が摺動されず、異物が平角線３の絶縁被覆３９を損傷させることを抑制できる。よって、実施形態のリアクトル１は、ターン２０間に異物が存在する場合であっても、ターン２０間でのショートを防止できる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0073】

１ リアクトル
２ コイル、２０ ターン、２１ 直線部、２２ 角部
２１１，２２１ 外側領域、２１２，２２２ 内側領域、２１３，２２３ 中央領域
２３ 隙間
３ 平角線、３１ 長辺、３２ 短辺、３８ 導体線、３９ 絶縁被覆
４ 磁性コア
４１ ミドルコア部、４２，４３ サイドコア部、４４，４５ エンドコア部
５ モールド樹脂部
ａ，ｂ，Ｌ１，Ｌ２ 長さ、Ｒ 曲げ半径、Ｐ 変曲点
１１００ 電力変換装置、１１１０ コンバータ、１１１１ スイッチング素子
１１１２ 駆動回路、１１１５ リアクトル、１１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ、１１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両、１２１０ メインバッテリ、１２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ、１２４０ 補機類、１２５０ 車輪、１３００ エンジン