特開 2024-143648 リアクトル、コンバータ、および電力変換装置

(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】P2024143648

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】リアクトル、コンバータ、および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 37/00 20060101AFI20241003BHJP

   H01F 27/32 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01F37/00 E

H01F37/00 M

H01F37/00 A

H01F27/32 150

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056424

(22)【出願日】2023-03-30

(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】高井 良典

(72)【発明者】

【氏名】山本 伸一郎

【テーマコード（参考）】

5E044

【Ｆターム（参考）】

5E044BA01

(57)【要約】

【課題】コイルと磁性コアとを一体化するモールド部材の一部が巻回部の内部に充填され易いリアクトルを提供する。
【解決手段】巻回部を有するコイルと、前記巻回部の内部に配置された内側コア部を有する磁性コアと、前記巻回部と前記内側コア部との間に配置された第一スペーサと、前記コイルと前記磁性コアとを一体化するモールド部材と、を備え、前記内側コア部は、四角柱形状を有し、第一端面を有する第一コア部と、前記第一端面と間隔を空けて配置される第二端面を有する第二コア部とで構成されており、前記第一スペーサは、前記内側コア部の３つの外周面に向き合う内周面を備える樋形状を有し、前記モールド部材の一部は、前記内側コア部における前記内周面が向き合っていない部分と前記巻回部との第一の隙間、および前記第一端面と前記第二端面との第二の隙間に配置されている、リアクトル。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置された内側コア部と前記巻回部の外部に配置された外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部と前記内側コア部との間に配置された第一スペーサと、
前記コイルと前記磁性コアとを一体化するモールド部材と、を備え、
前記内側コア部は、四角柱形状を有し、前記巻回部の内部に配置される第一端面を有する第一コア部と、前記第一端面と間隔を空けて配置される第二端面を有する第二コア部とで構成されており、
前記第一スペーサは、前記内側コア部の３つの外周面に向き合う内周面を備える樋形状を有し、
前記モールド部材の一部は、前記内側コア部における前記内周面が向き合っていない部分と前記巻回部との第一の隙間、および前記第一端面と前記第二端面との第二の隙間に配置されている、
リアクトル。

【請求項2】

前記第一スペーサは、前記内側コア部の周長の４５％以上を覆う、請求項１に記載のリアクトル。

【請求項3】

前記巻回部の端面と前記外側コア部との間に配置される第二スペーサを備え、
前記第一スペーサと前記第二スペーサとが一体物である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。

【請求項4】

前記第一スペーサの厚さは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。

【請求項5】

前記第一の隙間の幅は０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。

【請求項6】

前記第二の隙間の幅は０．８ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。

【請求項7】

前記磁性コアは、
前記外側コア部の一部と前記第一コア部とを含む第一コア片と、
前記外側コア部の一部と前記第二コア部とを含む第二コア片と、を組み合わせて構成されている、請求項１または請求項２に記載のリアクトル。

【請求項8】

請求項１または請求項２に記載のリアクトルを備える、
コンバータ。

【請求項9】

請求項８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、および電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、巻回部を有するコイルと磁性コアとを備えるリアクトルを開示する。磁性コアは、巻回部の内部に配置されるミドルコア部を備える。ミドルコア部は、第一ミドルコア片と第二ミドルコア片とで構成されている。巻回部の内部において、第一ミドルコア片の端面と第二ミドルコア片の端面とは間隔を空けて配置されている。

【0003】

上記リアクトルはさらに、磁性コアの少なくとも一部を覆うモールド樹脂部を備える。モールド樹脂部は、本明細書におけるモールド部材に相当する。モールド樹脂部を形成する際、モールド樹脂部を構成する樹脂は、巻回部の端面の位置から巻回部と内側コア部との隙間（以下、隙間Ａ）に入り込み、第一ミドルコア片の端面と第二ミドルコア片の端面との隙間（以下、隙間Ｂ）にいたる。隙間Ｂに入り込んだモールド樹脂部は、磁性コアの磁気特性を調整する樹脂ギャップとして機能する。モールド樹脂部の一部によって構成される樹脂ギャップは内側コア部の一部とみなすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１４１１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

リアクトルの小型化およびリアクトルの放熱性の向上のために、巻回部とミドルコア部との隙間Ａを小さくしたり、巻回部の内部における第一ミドルコア片の端面と第二ミドルコア片の端面との隙間Ｂを小さくしたいというニーズがある。その場合、隙間Ａに樹脂が充填され難くなる、また、隙間Ａと隙間Ｂとが直交しているため、隙間Ａを通って隙間Ｂに樹脂が充填され難い。隙間Ｂへの樹脂の充填が不十分で隙間Ｂに空隙が形成されると、リアクトルの放熱性が低下したり、樹脂ギャップの機能が低下したりするおそれがある。隙間Ｂに樹脂を十分に充填するために、コイルと磁性コアを外側からモールドする際の樹脂の圧力を高くし過ぎると、樹脂の圧力によって磁性コアが割れてしまうおそれがある。

【0006】

本開示の目的の一つは、コイルと磁性コアとを一体化するモールド部材の一部が巻回部の内部に充填され易いリアクトルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のリアクトルは、
巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置された内側コア部と前記巻回部の外部に配置された外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部と前記内側コア部との間に配置された第一スペーサと、
前記コイルと前記磁性コアとを一体化するモールド部材と、を備え、
前記内側コア部は、四角柱形状を有し、前記巻回部の内部に配置される第一端面を有する第一コア部と、前記第一端面と間隔を空けて配置される第二端面を有する第二コア部とで構成されており、
前記第一スペーサは、前記内側コア部の３つの外周面に向き合う内周面を備える樋形状を有し、
前記モールド部材の一部は、前記内側コア部における前記内周面が向き合っていない部分と前記巻回部との第一の隙間、および前記第一端面と前記第二端面との第二の隙間に配置されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示のリアクトルは、コイルと磁性コアとを一体化するモールド部材の一部が巻回部の内部に十分に充填されたリアクトルである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態１に記載されるリアクトルの概略斜視図である。

【図2】図２は、モールド部材を除くリアクトルの分解斜視図である。

【図3】図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】図４は、図４のＩＶ－ＩＶ断面図である。

【図5】図５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6】図６は、コンバータを備える電力変換装置の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［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。

【0011】

＜１＞実施形態に係るリアクトルは、
巻回部を有するコイルと、
前記巻回部の内部に配置された内側コア部と前記巻回部の外部に配置された外側コア部とを有する磁性コアと、
前記巻回部と前記内側コア部との間に配置された第一スペーサと、
前記コイルと前記磁性コアとを一体化するモールド部材と、を備え、
前記内側コア部は、四角柱形状を有し、前記巻回部の内部に配置される第一端面を有する第一コア部と、前記第一端面と間隔を空けて配置される第二端面を有する第二コア部とで構成されており、
前記第一スペーサは、前記内側コア部の３つの外周面に向き合う内周面を備える樋形状を有し、
前記モールド部材の一部は、前記内側コア部における前記内周面が向き合っていない部分と前記巻回部との第一の隙間、および前記第一端面と前記第二端面との第二の隙間に配置されている。

【0012】

実施形態に係るリアクトルでは、四角柱形状の内側コア部と巻回部との隙間に樋形状を有する第一スペーサが配置され、その第一スペーサが隙間の一部をふさいでいる。第一スペーサによって狭くなった隙間は、モールド部材を形成する際、モールド部材を構成する樹脂が通る第一の隙間である。狭くなった隙間からなる第一の隙間では、樹脂の充填圧力が高く維持され易い。そのため、コイルと磁性コアとを外側からモールドする際の樹脂の圧力を高くしなくとも、第一の隙間に樹脂が充填され易い。また、第一の隙間を通った高圧の樹脂は、内側コア部を構成する第一コア部の第一端面と第二コア部の第二端面との間に形成される第二の隙間に入り込み易い。コイルと磁性コアとを外部からモールドする際の樹脂の圧力が高くなり過ぎないことで、樹脂の圧力によって磁性コアが損傷することが抑制される。また、実施形態に係るリアクトルでは、第一の隙間と第二の隙間に樹脂が十分に充填され、第二の隙間に配置されたモールド部材に空隙などの欠陥が生じ難い。第二の隙間に配置された欠陥の少ないモールド部材の一部は、樹脂ギャップとして所望の特性を発揮する。

【0013】

モールド部材は、巻回部の内部から外部に向かう熱の伝達路として機能する。巻回部の内部においてモール部材に空隙などの欠陥が少なければ、欠陥に起因する熱の伝達路としてのモールド部材の機能が低下し難い。

【0014】

モールド部材の一部と第一スペーサとによって巻回部と内側コア部との電気絶縁距離を確保することで、巻回部と内側コア部との距離を小さくできる。その結果、巻回部を小型化することができる。従って、実施形態に係るリアクトルは小型である。

【0015】

＜２＞上記＜１＞に記載されるリアクトルにおいて、
前記第一スペーサは、前記内側コア部の周長の４５％以上を覆っていても良い。

【0016】

内側コア部の周長とは、内側コア部の軸線に直交する断面で内側コア部を切断したときの輪郭線の長さである。第一スペーサが内側コア部の周長の４５％以上を覆っていれば、第一の隙間における樹脂の充填圧力が高く維持され、第二の隙間に樹脂が十分に行きわたり易い。

【0017】

＜３＞上記＜１＞または＜２＞に記載されるリアクトルにおいて、
前記巻回部の端面と前記外側コア部との間に配置される第二スペーサを備え、
前記第一スペーサと前記第二スペーサとが一体物であっても良い。

【0018】

第二スペーサは、巻回部の端面と外側コア部との間の電気絶縁距離を十分に確保することができる。第一スペーサと第二スペーサとが一体物であれば、リアクトルを作製する際、巻回部の内部における第一スペーサの位置が固定され易い。従って、モールド部材を構成する樹脂が巻回部の内部に充填されたときに、第一スペーサが動き難い。

【0019】

＜４＞上記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第一スペーサの厚さは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であっても良い。

【0020】

第一スペーサの厚さが０．５ｍｍ以上であれば、巻回部と内側コア部との電気絶縁距離が十分に確保される。第一スペーサの厚さが２．０ｍｍ以下であれば、内側コア部の熱が巻回部に逃げ易い。従って、リアクトルの放熱性が向上する。第一スペーサの厚さが２．０ｍｍ以下であることは、巻回部が小さいことを意味する。従って、第一スペーサの厚さが２．０ｍｍ以下であるリアクトルは小型である。

【0021】

＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第一の隙間の幅は０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であっても良い。

【0022】

第一の隙間の幅は、内側コア部の外周面と巻回部の内周面との距離である。第一の隙間の幅が０．５ｍｍ以上であれば、モールド部材を形成する際、モールド部材を構成する樹脂が第一の隙間に配置され易い。第一の隙間の幅が４．０ｍｍ以下であれば、内側コア部の熱が巻回部に逃げ易い。従って、リアクトルの放熱性が向上する。第一の隙間の幅が４．０ｍｍ以下であることは、巻回部が小さいことを意味する。従って、第一の隙間の幅が４．０ｍｍ以下であるリアクトルは小型である。

【0023】

＜６＞上記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記第二の隙間の幅は０．８ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であっても良い。

【0024】

第二の隙間の幅が０．８ｍｍ以上であれば、モールド部材を形成する際、第二の隙間にモールド部材を構成する樹脂が配置され易い。第二の隙間の幅が４．０ｍｍ以下であれば、第二の隙間における磁束の漏れが低減される。そのため、漏れ磁束による損失が低減される。

【0025】

＜７＞上記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載されるリアクトルにおいて、
前記磁性コアは、
前記外側コア部の一部と前記第一コア部とを含む第一コア片と、
前記外側コア部の一部と前記第二コア部とを含む第二コア片と、を組み合わせて構成されていても良い。

【0026】

磁性コアが二つのコア片によって構成されることで、リアクトルを作製する際、磁性コアをコイルに組み付ける作業が容易になる。従って、リアクトルの生産性が向上する。

【0027】

＜８＞実施形態に係るコンバータは、上記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載のリアクトルを備える。

【0028】

実施形態に係るリアクトルは小型である。従って、実施形態に係るリアクトルを備えるコンバータも小型である。実施形態に係るリアクトルは放熱性に優れる。従って、実施形態に係るリアクトルを備えるコンバータは、安定して動作する。

【0029】

＜９＞実施形態に係る電力変換装置は、上記＜８＞に記載されるコンバータを備える。

【0030】

実施形態に係るコンバータを備える電力変換装置は、小型で、安定して動作する。

【0031】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示のリアクトル、コンバータ、および電力変換装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。

【0032】

＜実施形態１＞
図１および図２に示される本例のリアクトル１は、コイル２と磁性コア３と第一スペーサ４とモールド部材５とを備える。本例の特徴の一つは、第一スペーサ４の配置および形状、ならびにモールド部材５の形成状態にある。以下、本例のリアクトル１の詳細を説明する。

【0033】

≪コイル≫
コイル２は、図２に示されるように、少なくとも一つの巻回部２１を有する。本例のコイル２は、一つの巻回部２１を備える。巻回部２１は巻線を螺旋状に巻回して構成される。巻線は、公知の巻線を利用できる。本形態の巻線は、絶縁被覆を有する導体線からなる被覆平角線である。導体線は例えば、銅製の平角線で構成されている。絶縁被覆は例えば、エナメルからなる。本例の巻回部２１は、被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルである。

【0034】

巻回部２１の形状は角筒形状である。すなわち、本例の巻回部２１の端面形状は矩形枠状である。本例の巻回部２１の角部は丸められている。巻回部２１の形状が角筒形状であることで、巻回部が同じ断面積の円筒状である場合に比較して、巻回部２１と設置対象との接触面積が大きくなり易い。そのため、リアクトル１は、巻回部２１を介して設置対象に放熱し易い。また、設置対象に対する巻回部２１の設置状態が安定し易い。

【0035】

ここで、コイル２を基準にしてリアクトル１における方向を規定する。まず、巻回部２１の軸線に沿って巻回部２１の第一の端部から第二の端部に向かう方向がＸ１方向である。巻回部２１の第一の側面から第二の側面に向かう方向がＹ１方向である。巻回部２１の底面から上面に向かう方向がＺ１方向である。Ｘ１方向とＹ１方向とＺ１方向は互いに直交している。Ｘ２方向、Ｙ２方向、およびＺ２方向はそれぞれ、Ｘ１方向の反対方向、Ｙ１方向の反対方向、およびＺ１方向の反対方向である。

【0036】

本例では、巻回部２１のＸ１方向に配置される巻線の端部２２は、巻回部２１からＸ１方向に向かって引き出されている。また、本例では、巻回部２１のＸ２方向に配置される端部２３は、Ｙ２方向に向かって引き出されている。端部２２，２３では絶縁被覆が剥がされて導体線が露出している。露出した導体線には、図示しない端子部材が接続される。

【0037】

本例とは異なり、巻回部２１が例えば二つある場合、二つの巻回部２１はそれぞれ独立した電源につながっていても良いし、一つの電源につながっていても良い。

【0038】

≪磁性コア≫
磁性コア３は、その内部に閉磁路が形成される磁性体である。磁性コア３は、圧粉成形体または複合材料の成形体である。磁性コア３は、圧粉成形体からなるコア片と、複合材料の成形体からなるコア片とを組み合わせて構成しても良いし、圧粉成形体からなるコア片の外周を複合材料で覆うことで構成しても良い。

【0039】

圧粉成形体は、軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧成形したものである。軟磁性粉末は例えば、純鉄または鉄合金である。鉄合金は例えば、Ｆｅ（鉄）－Ｓｉ（シリコン）合金、またはＦｅ－Ｎｉ（ニッケル）合金である。原料粉末には潤滑剤が含まれていても良い。圧粉成形体における軟磁性粉末の含有量は、圧粉成形体全体を１００体積％としたとき、例えば８０体積％超、さらには８５体積％以上である。

【0040】

複合材料の成形体は、軟磁性粉末と未固化の樹脂との混合物を金型に充填し、樹脂を固化させたものである。複合材料の成形体では、軟磁性粉末が樹脂中に分散されている。樹脂は例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ナイロン６やナイロン６６といったポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂である。樹脂は、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムでも良い。複合材料における軟磁性粉末の含有量は、複合材料全体を１００体積％としたとき、例えば３０体積％以上８０体積％以下である。複合材料における軟磁性粉末の含有量はさらに、５０体積％以上、６０体積％以上、または７０体積％以上でも良い。

【0041】

磁性コア３は、内側コア部３１と外側コア部３２とを備える。内側コア部３１は、コイル２の巻回部２１の内部に配置され、巻回部２１の軸線に沿っている。内側コア部３１の数は巻回部２１の数と同じである。本例の巻回部２１の数は一つなので、本例の内側コア部３１の数も一つである。本例では、磁性コア３のうち、巻回部２１の軸線に沿った部分の両端部が巻回部２１の端面から突出している。その突出する部分も内側コア部３１の一部である。

【0042】

内側コア部３１の形状は、四角柱形状である。本例の巻回部２１は角筒形状であるため、内側コア部３１の形状は巻回部２１の内部形状に沿った形状である。この内側コア部３１は、第一コア部３１１と第二コア部３１２とで構成されている。図４に示されるように、内側コア部３１と巻回部２１との間には隙間８が形成されている。この隙間８の一部は、後述する第一スペーサ４によってふさがれている。隙間８のうち、第一スペーサ４によってふさがれていない第一の隙間８１には、後述するモールド部材５の一部が配置されている。

【0043】

第一の隙間８１の幅Ｗ１は例えば、０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。幅Ｗ１が０．５ｍｍ以上であれば、モールド部材５を形成する際、モールド部材５を構成する樹脂が第一の隙間８１に配置され易い。幅Ｗ１が４．０ｍｍ以下であれば、内側コア部３１の熱が巻回部２１に逃げ易い。そのため、リアクトル１の放熱性が向上する。幅Ｗ１が４．０ｍｍ以下であれば、巻回部２１の内寸を小さくでき、それに伴い巻回部２１の外寸を小さくできる。従って、幅Ｗ１が４．０ｍｍ以下であるリアクトル１は小型である。さらに幅Ｗ１は０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下でも良い。

【0044】

図３に示されるように、第一コア部３１１の第一端面３１１Ｅは、巻回部２１の内部に配置さている。同様に、第二コア部３１２の第二端面３１２Ｅも、巻回部２１の内部に配置されている。第一端面３１１Ｅと第二端面３１２Ｅとは、内側コア部３１の軸線に沿った方向に離れている。すなわち、第一端面３１１Ｅと第二端面３１２Ｅとの間に第二の隙間８２が形成されている。第二の隙間８２には、後述するモールド部材５の一部が配置される。第二の隙間８２に配置されたモールド部材５は、磁性コア３の磁気特性を調整するギャップとして機能する。

【0045】

第二の隙間８２の幅Ｗ２は例えば、０．８ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。幅Ｗ２が０．８ｍｍ以上であれば、モールド部材５を形成する際、第二の隙間８２にモールド部材５を構成する樹脂が入り込み易い。幅Ｗ２が４．０ｍｍ以下であれば、第二の隙間８２における磁束の漏れが低減される。そのため、漏れ磁束による損失が低減される。さらに幅Ｗ２は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下でも良い。

【0046】

外側コア部３２は、磁性コア３のうち、巻回部２１の外部に配置される部分である。外側コア部３２の形状は、内側コア部３１の端部をつなぐ形状であれば特に限定されない。図２に示されるように、本例の外側コア部３２は、巻回部２１におけるＸ１方向の端面に臨むエンドコア部と、巻回部２１におけるＸ２方向の端面に臨むエンドコア部と、巻回部２１におけるＹ１方向の側面に臨むサイドコア部と、巻回部２１におけるＹ２方向の側面に臨むサイドコア部とで構成されている。この外側コア部３２は、Ｚ２方向に見たときに矩形環状である。本例とは異なり、サイドコア部の数は一つでも良い。その他、巻回部２１の数と内側コア部３１の数が二つである場合、外側コア部３２は例えば、二つの内側コア部３１，３１のＸ１方向の端部をつなぐエンドコア部と、二つの内側コア部３１，３１のＸ２方向の端部をつなぐエンドコア部とで構成される。

【0047】

本例の磁性コア３は、第一コア片３Ａおよび第二コア片３Ｂによって構成される。第一コア片３Ａは、内側コア部３１の第一コア部３１１と、外側コア部３２の一部とを含む。第一コア片３Ａは、Ｚ２方向に見て略『Ｔ』字形状である。第二コア片３Ｂは、内側コア部３１の第二コア部３１２と、外側コア部３２の一部とを含む。第二コア片３Ｂは、Ｚ２方向に見て略『Ｅ』字形状である。コア片３Ａ，３Ｂの形状は特に限定されない。例えば、第一コア片３Ａと第二コア片３Ｂの両方が、Ｚ２方向に見て略『Ｅ』字形状でも良い。その他、磁性コア３は、三つ以上の分割コアから構成されていても良い。巻回部２１の数と内側コア部３１の数が二つである場合、第一コア片３Ａおよび第二コア片３Ｂの各々は、例えばＵ字状である。

【0048】

本例の第一コア片３Ａは圧粉成形体によって構成されている。本例の第二コア片３Ｂは複合材料によって構成されている。

【0049】

≪第一スペーサ≫
第一スペーサ４は、図３に示されるように、巻回部２１と内側コア部３１との間に配置される。本例の第一スペーサ４は、内側コア部３１の軸線に沿った全長とほぼ同じ長さを有する。本例とは異なり、本例の第一スペーサ４の長さは、内側コア部３１の全長よりも短くても良い。

【0050】

第一スペーサ４は、図４に示されるように、内側コア部３１の４つの外周面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのうち、３つの外周面３１ａ，３１ｂ，３１ｃに向き合う内周面４１を備える樋形状を有する。内側コア部３１の外周面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとは、巻回部２１の内周面に向き合う面である。外周面３１ａは、Ｚ２方向を向く面である。外周面３１ｂはＹ１方向を向く面である。外周面３１ｃはＹ２方向を向く面である。外周面３１ｄはＺ１方向を向く面である。

【0051】

第一スペーサ４の内周面４１は、外周面３１ａの全面と、外周面３１ｂの少なくとも一部と、外周面３１ｃの少なくとも一部を覆っている。つまり、樋形状を有する第一スペーサ４は、四角柱形状の内側コア部３１の３つの外周面３１ａ，３１ｂ，３１ｃを押えている。そのため、巻回部２１内における内側コア部３１が所定位置に配置される。従って、モールド部材５を構成する樹脂が第一の隙間８１に充填される際、内側コア部３１の位置が動き難い。

【0052】

上述したように、第一スペーサ４は、内側コア部３１の外周面３１ａの全面と、外周面３１ｂ，３１ｃの少なくとも一部に向き合う内周面４１を有する。つまり、第一スペーサ４は、内側コア部３１の周長の２５％超を覆っている。言い換えれば、内側コア部３１の軸線に直交する横断面における第一スペーサ４の内周面４１の長さは、内側コア部３１の周長の２５％超である。一方、第一スペーサ４は、内側コア部３１の外周面３１ｄを覆っていない。従って、上記横断面における第一スペーサ４の内周面４１の長さは、内側コア部３１の周長の７５％以下である。上記横断面における第一スペーサ４の内周面４１の長さは例えば、内側コア部３１の周長の３０％以上でも良いし、３５％以上でも良いし、４５％以上でも良いし、６５％以上でも良い。特に、上記横断面における第一スペーサ４の内周面４１の長さが、内側コア部３１の周長の４５％以上であれば、第二の隙間８２の大きさによらず、第二の隙間８２にモールド部材５が入り込み易い。

【0053】

本例では、第一スペーサ４と内側コア部３１との間、および第一スペーサ４と巻回部２１との間には実質的に隙間が形成されていない。本明細書において『二つの部材の間に実質的に隙間が形成されていない』とは、二つの部材の間の隙間が０．１ｍｍ以下であることを意味する。本例とは異なり、第一スペーサ４と内側コア部３１との間、および第一スペーサ４と巻回部２１との間に隙間が形成されていても良い。その場合の隙間は例えば０．５ｍｍ以下である。

【0054】

第一スペーサ４の厚さｔは例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。厚さｔが０．５ｍｍ以上であれば、巻回部２１と内側コア部３１との電気絶縁距離が十分に確保される。厚さｔが２．０ｍｍ以下であれば、内側コア部３１の熱が巻回部２１に逃げ易い。そのため、リアクトル１の放熱性が向上する。厚さｔが２．０ｍｍ以下であれば、巻回部２１の内寸を小さくでき、それに伴い巻回部２１の外寸を小さくできる。従って、厚さｔが２．０ｍｍ以下であるリアクトル１は小型である。厚さｔはさらに、０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下でも良い。

【0055】

第一スペーサ４は、絶縁性の材料によって構成されている。当該材料は例えば、ＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ、ＰＡ樹脂、ＰＢＴ樹脂、またはＡＢＳ樹脂である。その他、第一スペーサ４の材料は例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂であっても良い。これらの樹脂にセラミックスフィラーが含有されていても良い。セラミックスフィラーは例えば、アルミナまたはシリカなどの非磁性粉末である。

【0056】

本例の第一スペーサ４は、後述する第二スペーサ６に一体化されている。この場合、第二スペーサ６の材料は、第一スペーサ４の材料と同じである。第二スペーサ６の構成については後述する。

【0057】

≪モールド部材≫
モールド部材５は、図１に示されるように、図２に示されるコイル２と磁性コア３とを一体化する。モールド部材５は、コイル２の外周面の少なくとも一部、および磁性コア３の外周面の少なくとも一部を覆っている。本例では、コイル２の巻回部２１の一部がモールド部材５から露出している。巻回部２１におけるモールド部材５から露出する部分は、リアクトル１の放熱性の向上に寄与する。

【0058】

モールド部材５は例えば、ＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ、ＰＡ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂によって構成される。その他、モールド部材５は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂などで構成されていても良い。これらの樹脂にセラミックスフィラーが含有されることで、モールド部材５の放熱性が向上される。セラミックスフィラーは例えば、アルミナまたはシリカなどの非磁性粉末である。

【0059】

モールド部材５の一部は、図３に示されるように、第一の隙間８１および第二の隙間８２に配置される。モールド部材５を形成する場合、コイル２と磁性コア３との組物を金型に配置し、モールド部材５を構成する樹脂を金型内に充填する。樹脂は、図３に破線矢印で示されるように、巻回部２１の端部における第一の隙間８１から巻回部２１の内部に充填される。さらに、樹脂は、下向きの破線矢印で示されるように、第一の隙間８１から第二の隙間８２に充填される。

【0060】

≪第二スペーサ≫
本例のリアクトル１はさらに、図２に示されるように、二つの第二スペーサ６，７を備える。

【0061】

第二スペーサ６，７は、貫通孔６０，７０を有する枠状の部材である。第二スペーサ６，７は、巻回部２１の端面と外側コア部３２のエンドコア部との間に配置される。第二スペーサ６，７によって、巻回部２１と外側コア部３２との間の電気絶縁が確保される。第二スペーサ６，７は、第一スペーサ４に使用可能な材料によって構成される。貫通孔６０，７０は、内側コア部３１の断面よりも大きく、巻回部２１の内周よりも小さい。貫通孔６０，７０には内側コア部３１が貫通される。

【0062】

第二スペーサ６，７は、端部２２，２３が通されるスロット６１，７１を備える。スロット６１はＸ１方向に延びる孔を有する。第二スペーサ６のスロット６１に端部２２が通されることで、コイル２に対する第二スペーサ６の位置が決まる。スロット７１はＹ２方向に延びる孔を有する。第二スペーサ７のスロット７１に端部２３が通されることで、コイル２に対する第二スペーサ７の位置が決まる。

【0063】

第二スペーサ６，７の貫通孔６０，７０の内周面には、貫通孔６０，７０の内方に向かって突出する押え部６２，７２が設けられている。この押え部６２，７２は、図３に示されるように、巻回部２１と外側コア部３２との間に第二スペーサ６，７が配置されたとき、内側コア部３１の外周面３１ｄを押える。すなわち、内側コア部３１は、第一スペーサ４の内周面４１と、第二スペーサ６，７の押え部６２，７２とによって四方向から支持される。従って、巻回部２１の内部における内側コア部３１の位置が決まる。

【0064】

本例では、この第二スペーサ６と第一スペーサ４とが一体物である。第一スペーサ４の端部は、第二スペーサ７の貫通孔７０にはまり込む。この嵌め合いによって、第一スペーサ４と第二スペーサ６と第二スペーサ７とが機械的に連結され、互いの位置が決まる。この場合、リアクトル１を作製する際、巻回部２１の内部における第一スペーサ４の位置が固定され易い。そのため、モールド部材５を構成する樹脂が巻回部２１の内部に充填されたとき、第一スペーサ４が動き難い。

【0065】

本例とは異なり、第二スペーサ６と第二スペーサ７のそれぞれに第一スペーサ４が一体化されていても良い。例えば、図３の第一スペーサ４の一部が第二スペーサ６と一体物であり、第一スペーサ４の残部が第二スペーサ７と一体物であっても良い。その場合、巻回部２１の内部において、第二スペーサ６に一体化された第一スペーサ４の端面と、第二スペーサ７に一体化された第一スペーサ４の端面とが付き合わされる。

【0066】

≪リアクトルの製造方法≫
上記リアクトル１を作製する場合、コイル２と磁性コア３と第一スペーサ４と第二スペーサ６，７とを組み合わせた組物を作製し、その組物を金型内に配置する。次いで、金型内に、モールド部材５の材料となる樹脂を充填する。樹脂は、図３の破線矢印に示されるように、巻回部２１の端部から第一の隙間８１の内部に入り込む。このとき、第一スペーサ４によって隙間８を狭くすることで構成された第一の隙間８１では、樹脂の圧力が高く維持される。そのため、金型内に充填する樹脂の圧力を高くしなくとも、第一の隙間８１に樹脂が充填され易い。圧力が高く保たれた樹脂は、第一の隙間８１から第二の隙間８２に勢いよく入り込む。そのため、第二の隙間８２の全体に樹脂が行きわたり、樹脂が固化することで第二の隙間８２に形成されたモールド部材５に空隙などの欠陥が形成され難い。モールド部材５は、巻回部２１の外部から第一の隙間８１を通って第二の隙間８２までつながっている。しかも第二の隙間８２に配置されたモールド部材５は、第一コア部３１１と第二コア部３１２とを接着する。従って、モールド部材５によってコイル２と磁性コア３とが強固に一体化されたリアクトル１が作製される。

【0067】

第二の隙間８２に配置されたモールド部材５は熱の伝達路として機能し、内側コア部３１の熱を内側コア部３１の外部に逃がす。第二の隙間８２の全体に配置されるモールド部材５は、リアクトル１の放熱性を向上させる。特に、本例のリアクトル１では、巻回部２１の内部における第二の隙間８２に配置されるモールド部材５に空隙などの欠陥が形成され難い。そのため、欠陥に起因する内側コア部３１の内部から外部への熱伝導性の低下、およびモールド部材５の樹脂ギャップとしての機能の低下を抑制できる。

【0068】

本例では、モールド部材５を形成する際、第一スペーサ４によって巻回部２１の内部における内側コア部３１の位置が決まっている。そのため、内側コア部３１と巻回部２１との距離を小さくできる、すなわち巻回部２１のサイズを小さくできる。従って、本例のリアクトル１は小型でかつ軽量である。

【0069】

＜実施形態２＞
≪コンバータ・電力変換装置≫
上記実施形態に係るリアクトル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。実施形態に係るリアクトル１は、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車両などに載置されるコンバータの構成部品、または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される。

【0070】

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１２００は、図５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５では、車両１２００の充電箇所はインレットであるが、プラグを備える形態でも良い。

【0071】

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。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ以上３００Ｖ以下程度のメインバッテリ１２１０の入力電圧を４００Ｖ以上７００Ｖ以下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。

【0072】

コンバータ１１１０は、図６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など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、実施形態に係るリアクトル１を備える。

【0073】

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、実施形態に係るリアクトル１などと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状など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、実施形態に係るリアクトル１などを利用することもできる。

【0074】

＜試験例＞
試験例では、株式会社ＪＳＯＬのＭｏｌｄｅｘ３Ｄによって、第二の隙間８２への樹脂の充填状態に及ぼす第一スペーサ４の影響を調べた。Ｍｏｌｄｅｘ３Ｄは、樹脂流動解析ソフトウェアである。

【0075】

調べた試料の主要部の寸法は以下の通りである。幅Ｗ１は第一の隙間８１の幅である。幅Ｗ２は第二の隙間８２の幅である。高さ割合は、内側コア部３１のＺ１方向の長さを１００％としたとき、第一スペーサ４が内側コア部３１の外周面３１ｂ、３１ｃを覆う割合である。被覆割合は、内側コア部３１の軸線に直交する横断面において、内側コア部３１の周長を１００％としたとき、第一スペーサ４が内側コア部３１を覆う割合である。
・試料１…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝２．０ｍｍ、高さ割合＝８０％、被覆割合＝６５％
・試料２…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝２．０ｍｍ、高さ割合＝４０％、被覆割合＝４５％
・試料３…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝２．０ｍｍ、高さ割合＝２０％、被覆割合＝３５％
・試料４…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝１．５ｍｍ、高さ割合＝８０％、被覆割合＝６５％
・試料５…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝１．５ｍｍ、高さ割合＝４０％、被覆割合＝４５％
・試料６…幅Ｗ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝１．５ｍｍ、高さ割合＝２０％、被覆割合＝３５％

【0076】

試料１から試料５では、第二の隙間８２全体に樹脂が十分に充填されることが分かった。一方、試料６では、第二の隙間８２におけるＺ２方向の端部において樹脂が充填されていない部分が形成されることが分かった。試料１から試料５における内外の圧力差を調べたところ、試料１から試料３における内外の圧力差は０．４ＭＰａ以下、試料４および試料５における内外の圧力差は２．０ＭＰａ以下であった。『内外の圧力差』とは、外側コア部３２の外周における樹脂の圧力と、第二の隙間８２のＺ１方向の中央における樹脂の圧力との圧力差である。一方、試料６における内外の圧力差は２．０ＭＰａ超であった。これらのことから、上記内外の圧力差が２ＭＰａ以下であることが、第二の隙間８２全体に樹脂が充填されることの指標であることが分かった。

【0077】

試験の結果から、第一スペーサ４が内側コア部３１の周長の４５％以上を覆う大きさを有すれば、第二の隙間８２の厚さにかかわらず、第二の隙間８２に十分に樹脂を充填できることが分かった。一方、第二の隙間８２の幅Ｗ２が２．０ｍｍである試料３と、第二の隙間８２の幅Ｗ２が１．５ｍｍである試料６との比較から、第二の隙間８２の幅Ｗ２によっては、第一スペーサ４が内側コア部３１の周長の４５％以下を覆う大きさであっても、第二の隙間８２に十分に樹脂を充填できる可能性があることが分かった。

【符号の説明】

【0078】

１ リアクトル
２ コイル
２１ 巻回部
２２，２３ 端部
３ 磁性コア
３Ａ 第一コア片
３Ｂ 第二コア片
３１ 内側コア部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 外周面
３１１ 第一コア部
３１１Ｅ 第一端面
３１２ 第二コア部
３１２Ｅ 第二端面
３２ 外側コア部
４ 第一スペーサ
４１ 内周面
５ モールド部材
６，７ 第二スペーサ
６０，７０ 貫通孔
６１，７１ スロット
６２，７２ 押え部
８ 隙間
８１ 第一の隙間
８２ 第二の隙間
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
ｔ 厚さ
Ｗ１，Ｗ２ 幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図3】