特許 7512964 リアクトルとその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】リアクトルとその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 37/00 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

H01F37/00 M

H01F37/00 S

H01F37/00 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021115116

(22)【出願日】2021-07-12

(65)【公開番号】P2023011318

(43)【公開日】2023-01-24

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中西 浩二

【審査官】古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９２３１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／０８－２７／２２

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ２７／２９－２７／３０

Ｈ０１Ｆ ３０／００－３８／１２

Ｈ０１Ｆ ３８／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

隣り合う巻線の間に隙間が確保されているコイルと、
前記コイルに挿通されているコアと、
前記コイルの側面に接している放熱材と、
を備えており、
前記放熱材は、前記コイルの隣り合う前記巻線の間に入り込んでおり、前記コイルの軸線方向のコイル外側における前記放熱材の厚みが、前記巻線の間における前記放熱材の厚みよりも薄く、
前記コイルの前記放熱材が接している側において、隣り合う前記巻線の間隔が前記コアから遠ざかるにつれて広くなっている、
リアクトル。

【請求項2】

前記コイルの軸線と前記放熱材を通る平面でカットした断面において前記放熱材が前記巻線を囲んでいる、請求項１に記載のリアクトル。

【請求項3】

前記放熱材が前記コアに接している、請求項２に記載のリアクトル。

【請求項4】

隣り合う巻線の間に隙間を有するコイルと、前記コイルに挿通されたコアを金型にセットする第１工程と、
前記コイルを側面視したときに前記隙間の一方の端が他方の端よりも広くなるように、前記コイルの軸線の片側に前記軸線に平行な方向の力を加えつつ、前記一方の側で前記コイルが露出するように前記コイルと前記コアを覆う樹脂カバーを形成する第２工程と、
前記コイルの前記樹脂カバーから露出している部位にて前記コイルの側面に接するとともに前記隙間に入り込む放熱材を形成する第３工程と、
を備えている、リアクトルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、コイルにコアが挿通されているリアクトルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、２に開示されたリアクトルは、コイルの側面に接する放熱材（放熱シート）を備えている。放熱材は、コイルの熱を吸収する。別言すれば、放熱材はコイルを冷却する。コイルを効果的に冷却するために、放熱材は、コイルの隣り合う巻線の間に入り込んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０５０２８６号公報

【文献】特開２０１６－０９２３１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本明細書は、さらに改善されたリアクトルと、その製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するリアクトルは、隣り合う巻線の間に隙間が確保されているコイルと、コイルに挿通されているコアと、放熱材を備える。放熱材は、コイルの側面に接している。放熱材は、コイルの隣り合う巻線の間に入り込んでいる。さらに、コイルの軸線方向のコイル外側における放熱材の厚みが、巻線の間における放熱材の厚みよりも薄い。コイル冷却への寄与が小さいコイル外側で放熱材を薄くすることで、コイルに対する冷却性能を下げることなく、放熱材の量を抑えることができる。

【0006】

本明細書が開示するリアクトルでは、コイルの軸線と放熱材を通る平面でカットした断面において放熱材が巻線を囲んでいるとよい。放熱材が巻線を囲んでいることで、放熱材が巻線から剥がれ難くなる。また、放熱材がコアに接していてもよい。放熱材がコアの冷却にも寄与することができる。

【0007】

本明細書が開示するリアクトルでは、コイルの放熱材が接している側において、隣り合う巻線の間隔がコアから遠ざかるにつれて広くなっているとよい。発明者の検討によると、巻線の間の間隔がコアから遠ざかるにつれて広くなっていると、巻線の間に充填された放熱材が剥がれ難くなる。

【0008】

本明細書は、隣り合う巻線の間隔がコアから遠ざかるにつれて広くなっているリアクトルに適した製造方法も提供する。その製造方法は、第１～第３工程を備える。第１工程では、隣り合う巻線の間に隙間を有するコイルと、コイルに挿通されたコアを金型にセットする。第２工程では、コイルを側面視したときに隙間の一方の端が他方の端よりも広くなるように、コイルの軸線の片側に軸線に平行な方向の力を加えつつ、一方の側でコイルが露出するようにコイルとコアを覆う樹脂カバーを形成する。第３工程では、コイルの樹脂カバーから露出している部位にてコイルの側面に接するとともに巻線の隙間に入り込む放熱材を形成する。

【0009】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施例のリアクトルの平面図である。

【図2】第１実施例のリアクトルの正面図である。

【図3】第１実施例のリアクトルの側面図である。

【図4】図１のIV－IV線に沿った断面図である。

【図5】第２実施例のリアクトルの断面図である。

【図6】第３実施例のリアクトルの断面図である。

【図7】リアクトルの製造方法の第１工程を説明する図である。

【図8】リアクトルの製造方法の第２工程を説明する図である。

【図9】リアクトルの製造方法の第２工程を説明する図である。

【図10】リアクトルの製造方法の第３工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施例）図面を参照して第１実施例のリアクトル２を説明する。図１－図３は、それぞれ、リアクトル２の平面図、正面図、側面図である。コア３とコイル４、５の一部が樹脂カバー６に覆われているが、理解を助けるため、樹脂カバー６は仮想線で描いてある。

【0012】

リアクトル２は、リング状のコア３、２個のコイル４、５、土台７、樹脂カバー６、放熱材９を備える。放熱材９は、図１－図３では見えず、断面図の図４で示される。コア３は、２個のコイル４、５に挿通されている。コア３は、コイル４（コイル５）の軸線方向においてコイル４（コイル５）よりも外側まで延びている。２個のコイル４、５は、１本の巻線８で作られており、電気的には１個のコイルを形成する。コイル４、５の引き出し線は図示を省略してある。

【0013】

コイル４、５は、隣り合う巻線８の間に隙間を有している。コア３とコイル４、５のアセンブリは、土台７に固定されている。土台７にスペーサ１１が固定されており、スペーサ１１の上面にコア３が固定されている。図では示していないが、樹脂カバー６にタブが設けられており、タブが土台７に固定されていてもよい。

【0014】

仮想線で示してある樹脂カバー６は、コイル４、５の下部と、コア３の下面を露出させつつ、コイル４、５の残部とコア３の残部を覆っている。

【0015】

図１のVI－IV線に沿った断面図を図４に示す。図４では、リアクトル２の断面の一部を省略してある。図４の一点鎖線ＡＬは、コイル４の軸線（軸線ＡＬ）を示している。図４では、いくつかの巻線には符号８を省略した。また、それぞれの巻線８を個別に示すときには、符号８ａ、８ｂを用いる。図４に示されているように、巻線８は、断面が扁平な平角線である。コイル４（コイル５）では、平角の巻線８がエッジワイズに巻回されている。エッジワイズ巻きとは、平角線の幅広面が軸線ＡＬの方向を向くように巻回することを意味する。

【0016】

コイル４の下面に、放熱材９が接している。図４は、コイル４の軸線ＡＬと放熱材９を通る平面でカットしたリアクトル２の断面である。図には示されていないが、放熱材９は、コイル５の下面にも接している。放熱材９とコイル５の構造的関係は、放熱材９とコイル４の構造的関係と同じである。それゆえ、以下では、放熱材９とコイル４の関係についてのみ説明する。

【0017】

放熱材９は、耐熱性が高く、熱伝導率が高く、柔軟な素材で作られている。放熱材９は、例えば、シリコンゴムで作られている。土台７に窪み７ａが設けられており、窪み７ａに放熱材９が配置されている。放熱材９は、コイル４の側面（下面）に接しているとともに、隣り合う巻線（例えば、巻線８ａ、８ｂ）の間にも入り込んでいる。放熱材９は、コイル４に接するとともに土台７にも接している。土台７は、熱伝導率の高いアルミニウムで作られている。コイル４に電流が流れると、コイル４が発熱する。コイル４の熱は、放熱材９を介して土台７に伝わる。コイル４の熱は、放熱材９と土台７を介して放出される。土台７の下に、水冷の冷却器が取り付けられていてもよい。

【0018】

放熱材９は、軸線ＡＬの方向にてコイル外側まで拡がっている。図４に示されているように、軸線ＡＬの方向のコイル外側における放熱材９の厚みＴ１は、隣り合う巻線（例えば巻線８ａ、８ｂ）の間における放熱材９の厚みＴ２よりも薄い。別言すれば、軸線ＡＬの方向のコイル外側における放熱材９の表面Ｓ１は、巻線（例えば巻線８ａ、８ｂ）の間の放熱材９の表面Ｓ２よりも、コア３から離れている。

【0019】

巻線８の間に充填される放熱材９は、両側の巻線（例えば巻線８ａ、８ｂ）の熱を吸収する。一方、軸線ＡＬ方向のコイル外側における放熱材９は、片側でのみ、巻線８（軸線ＡＬの方向における最外側の巻線）のみに接する。コイル４の軸線ＡＬの方向のコイル外側の放熱材９は、隣り合う巻線８の間における放熱材９よりもコイル冷却への寄与が小さい。コイル冷却への寄与が小さい部位で放熱材９の厚みを薄くすることで、コイル４に対する冷却性能を下げることなく、放熱材９の量を抑えることができる。

【0020】

（第２実施例）図５に、第２実施例のリアクトル２ａの断面図を示す。図５の断面は、図４の断面に対応する。リアクトル２ａでは、コイル４の軸線ＡＬと放熱材９ａを通る平面でカットした断面において、放熱材９ａがコイル４の巻線（例えば巻線８ａ、８ｂ）を囲んでいる。別言すれば、軸線ＡＬの方向で巻線の両側に位置する放熱材９ａが、巻線とコア３の間でつながっている。さらに別言すれば、図５の断面において、放熱材９ａは、軸線ＡＬの方向で端に位置する巻線８ｃを除き、他の巻線８の周囲に充填されている。放熱材９ａが巻線８（端の巻線８ｃを除く）を囲んでいることで、放熱材９ａが巻線８から剥がれ難くなる。

【0021】

また、放熱材９ａは、コア３に接している。放熱材９ａがコア３に接していることで、放熱材９ａはコア３の熱も吸収することができる。なお、第２実施例のリアクトル２ａでも、軸線ＡＬの方向のコイル外側における放熱材９ａの厚みＴ１は、巻線８の間における放熱材９の厚みＴ２よりも薄い。

【0022】

（第３実施例）図６に、第３実施例のリアクトル２ｂの断面図を示す。図６の断面は、図４の断面に対応する。リアクトル２ｂでは、放熱材９が接している側において、隣り合う巻線８の間隔が、コア３から遠ざかるにつれて広くなっている。例えば、巻線８ａと巻線８ｃにおいて、コア３から遠い側の間隔Ｇ２は、コア３に近い側の間隔Ｇ１よりも広くなっている。巻線８ａと巻線８ｂの間の隙間も、コア３から離れるにつれて広くなっている。その他の巻線についても同じである。巻線８の間の間隔がコア３から遠ざかるにつれて広くなっていると、巻線８の間に充填された放熱材９が剥がれ難くなる。なお、少なくとも一対の巻線の隙間において、コア３から離れるにつれて隙間が広くなっていればよい。いくつかの隙間では、間隔が一定であってもよい。なお、第３実施例のリアクトル２ｂでも、軸線ＡＬの方向のコイル外側における放熱材９の厚みＴ１は、巻線８の間における放熱材９の厚みＴ２よりも薄い。

【0023】

次に、図７から図１０を参照しつつ、リアクトル１２の製造方法を説明する。リアクトル１２は、直線状のコア１３と、１個のコイル１４と、樹脂カバー１６と、放熱材１９を備えている（図１０参照）。

【0024】

（第１工程）まず、隣り合う巻線の間に隙間を有するコイル１４と、コイル１４に挿通されたコア１３を金型２０にセットする（図７）。金型２０は、第１型２１と、第２型２２で構成される。図７は、コイル１４とコア１３のアセンブリを第１型２１にセットした状態を示している。コイル１４の下端は、第１金型２１に覆われている。第１型２１には、後にコイル１４を軸線ＡＬ（コイル１４の軸線ＡＬ）の方向に押圧する加圧ピン２３が設けられている。第２型２２には、加圧ピン２３とともにコイル１４を挟み込む受けピン２４が設けられている。また、第２型２２には、溶融樹脂を蓄えるプランジャ２５が取り付けられている。金型２０が閉じる前は、プランジャ２５のゲート２６は閉じられている。

【0025】

（第２工程）コイル１４を側面視したときに巻線間の隙間の一方の端（図中の下端）が他方の端（図中の上端）よりも広くなるように、コイル１４の軸線ＡＬの片側に軸線ＡＬに平行な方向の力を加えつつ、金型２０のキャビティ２９に溶融樹脂を射出し、一方の側（図中の下端）でコイル１４が露出するようにコイル１４とコア１３を覆う樹脂カバー１６を形成する。図８に示すように、加圧ピン２３と受けピン２４で、コイル１４の軸線ＡＬより上側に、軸線ＡＬと平行な力を加える。図８の白矢印がコイル１４に加える力を示している。別言すれば、軸線ＡＬの上側にて、加圧ピン２３と受けピン２４でコイル１４を挟み込む。そうすると、コイル１４は、巻線の間隔が軸線ＡＬよりも上側で狭まる。すなわち、コイル１４の下端における巻線間隔は、コイル１４の上端における巻線間隔よりも広くなる。その状態でゲート２６を開き、溶融した樹脂をプランジャ２５からキャビティ２９に射出する。コイル１４の下端は、第１型２１で覆われているので、溶融樹脂から隔離される。樹脂が固まると、コイル１４の下側が露出し、コイル１４の残部とコア１３が覆われた樹脂カバー１６が形成される。金型２０を開き、樹脂カバー１６が形成されたサブアセンブリ１２ａを取り出す（図９参照）。

【0026】

（第３工程）コイル１４の露出した部分に放熱材１９を取り付ける（図１０）。放熱材１９は、コイル１４の隣り合う巻線の間に入り込んでおり、軸線ＡＬの方向のコイル外側における放熱材１９の厚みＴ１が、巻線の間の放熱材１９の厚みＴ２よりも薄くなるように、取り付けられる。図示は省略するが、最後に、リアクトル１２を土台に取り付ける。こうして、リアクトル１２が完成する。

【0027】

上記の製造方法により製造されるリアクトル１２では、樹脂カバー１６から露出している部位では、コイル１４の隣り合う巻線間の隙間が、コア１３から遠ざかるにつれて拡がっている。間隔が徐々に広がっている隙間に放熱材１９が充填されている。放熱材１９が巻線から剥がれ難い。

【0028】

コイル１４の露出している部位に、放熱材１９が取り付けられる。放熱材１９は、軸線ＡＬの方向のコイル外側における厚みＴ１が、巻線の間における厚みＴ２よりも薄くなっている。それゆえ、コイル１４の冷却性能に影響を与えずに、放熱材１９の使用量を抑えることができる。

【0029】

図７－図９では、コイル１３の軸線ＡＬの片側を押圧するのに１本の加圧ピン２３のみが描かれている。軸線ＡＬの片側でコイル１３を軸線方向に押すのに複数のピンを用いてもよい。あるいは、軸線ＡＬの片側でコイル１３を軸線方向に押すのに、幅広の１本のピンを用いてもよい。

【0030】

軸線ＡＬの方向の最外側の巻線は、中央の巻線に対して１度以上傾いていることが好ましい。

【0031】

実施例の製造方法に用いる金型２０は、従来の金型に加圧ピン２３と受けピン２４を追加するだけで実現できる。実施例の製造方法に用いる装置は低コストで実現可能である。

【0032】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のリアクトルはリング状のコアと、２個のコイルを有している。本明細書が開示する技術は、直線状のコアと１個のコイルを備えるリアクトルに適用することもできる。

【0033】

放熱材は、シート状のものであってよい。放熱材は、最初はゲル状であり、空気に触れると（あるいは加熱すると）固化するポッティング材であってもよい。

【0034】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0035】

２、２ａ、２ｂ、１２：リアクトル ３、１３：コア ４、５、１４：コイル ６、１６：樹脂カバー ７：土台 ７ａ：窪み ８、８ａ、８ｂ、８ｃ：巻線 ９、９ａ、１９：放熱材 １１：スペーサ １２ａ：サブアセンブリ ２０：金型 ２１：第１型 ２２：第２型 ２３：加圧ピン ２４：受けピン ２５：プランジャ ２６：ゲート ２９：キャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】