リアクトル、およびその製造方法
【課題】コイルの絶縁被覆における欠陥が抑制されたリアクトルを提供する。
【解決手段】コイル１０の内側に内側コア部２０ｉを、コイル１０の外側に外側コア部２０ｏを形成して、コイル１０の励磁により両コア部２０ｉ，２０ｏを通る閉磁路が形成されるように両コア部２０ｉ，２０ｏがつなげられたリアクトル１である。リアクトル１のコイル１０は、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体１０ｃと、導体１０ｃの巻回形状に沿って螺旋状に導体１０ｃの表面を覆う絶縁被覆１０ｒと、を備え、この絶縁被覆１０ｒは、電着塗装により形成されている。
【解決手段】コイル１０の内側に内側コア部２０ｉを、コイル１０の外側に外側コア部２０ｏを形成して、コイル１０の励磁により両コア部２０ｉ，２０ｏを通る閉磁路が形成されるように両コア部２０ｉ，２０ｏがつなげられたリアクトル１である。リアクトル１のコイル１０は、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体１０ｃと、導体１０ｃの巻回形状に沿って螺旋状に導体１０ｃの表面を覆う絶縁被覆１０ｒと、を備え、この絶縁被覆１０ｒは、電着塗装により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の昇圧動作や降圧動作を行う電力変換装置の構成部品などとして利用されるリアクトルと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う電力変換装置の構成部品としてリアクトルが使用されている。例えば、特許文献１には、磁性コア中にコイルを配置することで構成されるリアクトルが開示されている。このリアクトルの場合、コイルの励磁により、磁性コアにおけるコイルの内部に配される部分（以下、内側コア部）と、コイルの外側を覆う部分（以下、外側コア部）とを通る閉磁路が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３３０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のリアクトルでは、リアクトルの作製に使用するコイルが導体の表面に絶縁被覆を形成した巻線を巻回して形成されたものであるため、巻回時に絶縁被覆が損傷している恐れがある。特に、屈曲部の曲げ半径の内方側と外方側で、絶縁被覆に割れや剥離などの欠陥が生じる恐れがある。このように絶縁被覆に損傷があると、コイルの導体と、内側コア部や外側コア部との間に導通が生じ、リアクトルの磁気特性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、コイルの絶縁被覆における欠陥が抑制されたリアクトルと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明リアクトルは、コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルである。本発明リアクトルのコイルは、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の表面を覆う絶縁被覆と、を備え、この絶縁被覆は、導体を螺旋状に巻回した後電着塗装により形成されたものであることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、コイルの外周に形成される絶縁被覆に割れや剥離などの欠陥が殆ど生じていないリアクトルであるといえる。従来の構成では、外周に予め絶縁被覆を施した線状の導体を巻回するため、絶縁被覆に過大な曲げ応力が作用し、その曲げ応力が絶縁被覆の欠陥の原因となっていた。これに対して、本発明の構成では、導体の外周に設けられる絶縁被覆が、導体を巻回した後に形成されたものであるため、絶縁被覆にはそもそも曲げ応力が作用しない。これが、本発明におけるコイルの絶縁被覆に欠陥が殆どない理由である。
【０００８】
本発明リアクトルの一形態として、絶縁被覆は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂を含むことが好ましい。
【０００９】
これらエポキシ樹脂や、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂は、電着塗装に好適な水溶性で、かつ絶縁性に優れる。
【００１０】
本発明リアクトルの一形態として、外側コア部は、非磁性のマトリックス中に軟磁性粉末が分散されてなる構成としても良い。
【００１１】
後述する実施形態に示すように、内側コア部と外側コア部とは異なる磁気特性を有するように構成することができる。特に、外側コア部を、内側コア部よりも低い比透磁率とすることが好ましい。その場合、外側コア部を、マトリックス中に軟磁性粉末を分散させる構成とすると、内側コア部の磁気特性に最適化した外側コア部とすることができる。これは、マトリックス中に軟磁性粉末を分散させる構成は、両者の比率を調節することで、コア部の比透磁率を容易に変化させることができる構成であるからである。
【００１２】
本発明リアクトルの製造方法は、コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルを製造するためのリアクトルの製造方法である。この本発明リアクトルの製造方法は、螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆とを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、コイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程とを備える。コイル準備工程は更に、導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、螺旋状に巻回された導体の表面に、電着塗装により絶縁被覆を形成する被覆形成工程と、を有する。
【００１３】
本発明リアクトルの製造方法によれば、リアクトルに備わるコイルを準備するにあたり、導体をまず巻回してから、その巻回した導体の外周面を覆うように絶縁被膜を形成するため、絶縁被膜に殆ど欠陥のないコイルを備える本発明リアクトルを作製することができる。
【００１４】
本発明リアクトルの製造方法の一形態として、コイル成形工程において、螺旋状に巻回される導体のターン間に５〜３００μｍの隙間が形成されるように導体を巻回することが好ましい。
【００１５】
巻回された導体のターン間に隙間を設けることで、被覆形成工程において、導体の外周面のうち、隣接するターン間の対向する部分にも余すところなく絶縁被覆を形成できる。また、所定の隙間によって、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆が形成されることを確実に抑制でき、それによって導体の隣接するターン同士が絶縁被覆で一体にモールドされたようになることを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明リアクトルは、リアクトルに備わるコイルの絶縁被覆に殆ど欠陥が生じていないリアクトルである。そのため、本発明リアクトルは優れた磁気特性を有し、例えばハイブリット自動車における電圧変換装置の構成部品として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は実施形態に係るリアクトルの概略図、（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図、（Ｃ）はコイルのあるターンにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。実施形態のリアクトルは、ハイブリッド自動車などにおいて電圧の昇圧・降圧動作を行う電力変換装置の一部として利用されるリアクトルを想定している。
【００１９】
＜実施形態１＞
［全体構成］
図１に示すリアクトル１は、巻線を巻回してなるコイル１０と、磁性コア２０とを備える。磁性コア２０は、主にコイル１０内部に配される内側コア部２０ｉと、コイル１０の外周を覆う外側コア部２０ｏとに分けることができる。このリアクトル１のコイル１０に電流を流せば、図１（Ｂ）中の矢印に示すように、内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏを通る閉磁路が形成される。以下、このリアクトル１の各構成を詳細に説明し、次に、リアクトル１の製造方法を説明する。
【００２０】
（コイル）
コイル１０は、図１（Ｃ）の断面図に示すように、螺旋状に巻回された導電材料からなる線状の導体１０ｃと、その導体１０ｃの外周に形成される絶縁被覆１０ｒとを有する。絶縁被覆１０ｒは、後述するように、導体１０ｃを螺旋状に巻回した後に、電着塗装で導体１０ｃの外周に被覆される。このコイル１０の両端部１１，１２は、図１（Ａ）に示すように導通端子として磁性コア２０から引き出されている。
【００２１】
コイル１０に備わる導体１０ｃは、リアクトル１の使用態様に応じた導電性を有する線状体であれば良く、その材質や断面形状は特に限定されない。導体１０ｃの材質には、例えば、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金などを利用することができる。また、導体１０ｃの断面形状は、矩形を含む多角形であっても、円形を含む楕円形であっても良い。
【００２２】
また、導体１０ｃは、その外周面に絶縁被覆１０ｒを形成する前に、螺旋状に巻回される。その際の導体１０ｃの巻回形状も特に限定されない。具体的には、巻回された導体１０ｃを螺旋軸方向から見たときの端面形状が、略円形や、略楕円形、略矩形、レーストラック形となるように導体１０ｃを巻回すると良い。ここで、図１（Ａ）に例示される導体（コイル１０）は、端面が略円形となるように巻回された導体（コイル１０）である。その他、断面矩形の平角線（導体１０ｃ）をエッジワイズ巻すれば、端面が略矩形となるように巻回された導体となる。
【００２３】
上記巻回された導体１０ｃの外周面全体（コイル１０の端子となる両端部１１，１２の近傍以外）は、導体１０ｃを巻回した後に形成される絶縁被覆１０ｒに覆われている。絶縁被覆１０ｒは、導体１０ｃに巻回形状に沿って螺旋状に導体１０ｃの表面を覆っており、コイル１０における隣接するターン間で対向する絶縁被覆１０ｒは、一体化していない。
【００２４】
上記絶縁被覆１０ｒは、電着塗装で形成されたものである。そのことは、赤外線分光分析により、絶縁被覆１０ｒにおける吸収または反射スペクトルを調べることにより確認することができる。また、絶縁被覆１０ｒが、導体１０ｃを螺旋状に巻回した後に形成されたことは、絶縁被覆１０ｒに歪が入っていないこと、例えば、導体を螺旋状の直径方向に切断した断面の絶縁被膜の厚さが螺旋の外側が内側より薄くなく、均一であることにより確認することができる。通常、絶縁被覆を有する導体を巻回すれば、特に屈曲部の内周側で絶縁被覆に皺ができ易く、その皺を目視できることが多い。
【００２５】
上記絶縁被覆１０ｒの主材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、電着塗装に好適で、しかも優れた絶縁性を有する点で好ましい。また、絶縁被覆１０ｒの平均厚さは、コイル１０のターン間の絶縁を確保するために、部分放電開始電圧に応じた厚さにすることが好ましい。
【００２６】
（磁性コア）
リアクトル１の磁性コア２０は、既述のように内側コア部２０ｉと、外側コア部２０ｏとに分けられる。これら内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏは、同一の磁気特性を有するように構成しても良いし、異なる磁気特性を有するように構成しても良い。後者の場合、外側コア部２０ｏの比透磁率が、内側コア部２０ｉの比透磁率よりも小さくなるように両コア部２０ｉ，２０ｏを構成することが好ましい。ここで、一般に、比透磁率が高くなると、飽和磁束密度も高くなり、比透磁率が低くなると、飽和磁束密度も低くなる。つまり、『外側コア部２０ｏの比透磁率』＜『内側コア部２０ｉの比透磁率』とすると、『外側コア部２０ｏの飽和磁束密度』＜『内側コア部２０ｉの飽和磁束密度』となる。このような構成とすることで、両コア部２０ｉ，２０ｏの磁気特性を同一とした場合に比べて、同じ性能でありながらコンパクトなリアクトル１となる。
【００２７】
磁性コア２０の両コア部２０ｉ，２０ｏの具体的な構成には、大きく分けて次の４つがある。まず、第一の構成は、絶縁被膜を有する複数の電磁鋼板を積層した積層鋼板を使用した構成である。
【００２８】
第二の構成は、軟磁性金属粒子の表面に絶縁性の膜を形成した軟磁性粉末を含む粉体を加圧成形し、その成形体を焼成することで得られる圧粉磁心を使用した構成である。軟磁性金属粒子としてはＦｅやＦｅ合金を使用でき、絶縁性の膜としてはリン酸塩やシリコーン樹脂を使用することができる。また、圧粉磁心の作製に使用する粉体は、更に酸化アルミニウムや窒化硼素、窒化アルミニウムなどの非磁性粉末のフィラーを含んでいても良く、この非磁性粉末の量によってコア部の磁気特性を変更することができる。
【００２９】
第三の構成は、軟磁性粉末を含む粉体を、粉体のままコア部として使用する構成である。例えば、粉体を加圧成形するが焼成はしないことで、第三の構成を備えるコア部となる。その他、コア部の外周形状を保持するケースを用意し、そのケースに粉体を充填することでも第三の構成を備えるコア部となる。なお、この第三の構成においても、粉体はフィラーを含んでいてかまわない。
【００３０】
第四の構成は、バインダとなる非磁性の樹脂中に、上記第二、第三の構成と同様の軟磁性粉末を含む粉体を混合した混合流体を作製し、その混合流体を射出成形や注型成形などで成形体とした後、樹脂を硬化させることで得られる成形硬化体とする構成である。この場合、成形硬化体は、非磁性の樹脂からなるマトリックス中に、軟磁性粉末が分散した構成を備える。非磁性のマトリックスの材質には、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シリコーン樹脂などを利用することができる。また、この非磁性のマトリックスは、酸化アルミニウムやシリカといったセラミックからなる非磁性粉末のフィラーを含んでいても良い。
【００３１】
ところで、上記第四の構成を採用した内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）であれば、この内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）自身にコイル１０を保持する機能を持たせることができる。これは、内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）の作製の際、混合流体がコイル１０の外周面に回り込むため、混合流体を硬化させたときに内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）とコイル１０とが密着するからである。ここで、本発明においては、コイル１０の絶縁被覆１０ｒに欠陥が少ないため、内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）とコイル１０とが密着する構成であっても何ら問題にならない。
【００３２】
上記４つの構成は必要に応じて選択することができる。例えば、第二の構成である圧粉磁心で内側コア部２０ｉを作製し、第四の構成である成形硬化体で外側コア部２０ｏを作製することが挙げられる。また、第一の構成である積層鋼板は一般に、高比透磁率で低飽和磁束密度であるので、この積層鋼板で内側コア部２０ｉを形成し、第二、第三、第四の構成で外側コア部２０ｏを形成しても良い。あるいは、第二、第三、第四の構成のいずれかで、両コア部２０ｉ，２０ｏを一体に形成してもかまわない。
【００３３】
以上の構成を備えるリアクトル１は、ハイブリッド自動車の電力変換回路に使用される。自動車用リアクトルへの通電条件は、最大電流（直流）：１００〜１０００Ａ、平均電圧：１００〜１０００Ｖ、使用周波数：５〜１００ｋＨｚとなっており、非常に過酷な条件である。このような過酷な条件であっても、上記リアクトル１は、欠陥が殆どない絶縁被覆を有するコイル１０を備えるため、自動車用リアクトルとして十分な特性を発揮すると期待される。
【００３４】
［リアクトルの製造方法］
上記リアクトル１は、大きく分けて、（１）螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆１０ｒとを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、（２）用意したコイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程と、を備える。本発明においては、これらの工程のうち、工程（１）に特徴がある。従って、以降の説明では工程（１）について詳細に説明し、工程（２）については簡単に述べる。
【００３５】
（コイル準備工程）
コイル準備工程はさらに、導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、螺旋状に巻回された導体の表面に電着塗装で絶縁被覆１０ｒを形成する被覆形成工程と、を備える。
【００３６】
コイル成形工程では、既に述べた材質・断面形状の導体１０ｃを巻回機により螺旋状に巻回する。但し、導体１０ｃを巻回する際は、巻回された導体１０ｃの各ターン間に隙間ができるようにする。これは、後述する被覆形成工程で、巻回された導体１０ｃの外周面に電着塗装で絶縁被覆１０ｒを形成する際、当該隙間に塗料を回り込ませ、導体１０ｃの外周面のうち、隣接するターン間の対向する部分にも絶縁被覆１０ｒを形成するためである。ターン間に形成する隙間の大きさは、５〜３００μｍとすることが好ましい。この大きさの隙間であれば、当該隙間に塗料を回り込ませられるだけでなく、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されることを防止できる。これに対して、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されると、巻回された導体１０ｃ全体が絶縁被覆１０ｒでモールドされたようになってしまう。そうなった場合には、例えば、熱により導体１０ｃがその螺旋軸方向に伸びる、即ちターン間の隙間が大きくなる方向に伸びたときに、絶縁被覆１０ｒが損傷する恐れがある。
【００３７】
次に、被覆形成工程では、電着塗装により螺旋状に巻回された導体１０ｃの表面に絶縁被覆１０ｒを形成する。電着塗装は、塗料と被塗装物にそれぞれ異なる極性の静電気を帯びさせた上で、水性塗料中に被塗装物を入れて塗装する方法である。電着塗装の特徴は、溶剤塗装などに比べて均一な厚さの塗膜を形成でき、しかもその塗膜の厚さの均一性が被塗装物の形状に左右され難い点にある。従って、螺旋状に巻回された立体的な形状の導体１０ｃであっても、導体１０ｃの表面に均一な塗膜を形成できる。塗膜は、乾燥・焼付工程を経て絶縁被覆１０ｒとなる。
【００３８】
一回の電着塗装で形成される絶縁被膜１０ｒの厚さは、塗料の材質により変化する。そのため、一回の電着塗装で所望の厚さの絶縁被覆１０ｒが形成できないのであれば、所望の厚さの絶縁被膜１０ｒとなるように複数回の電着塗装を行えば良い。複数回の電着塗装を行う場合、巻回された導体１０ｃのターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されないようにする。但し、電着塗装で形成される絶縁被覆１０ｒは非常に薄いため、導体１０ｃの巻回時にターン間の隙間を５〜３００μｍとしておけば、実質的にターン間を繋ぐような絶縁被覆１０ｒは形成されない。なお、次の組立工程で、巻回した導体１０ｃに絶縁被覆１０ｒを形成することで作製したコイル１０を磁性コア２０と組み合わせてリアクトル１とする際は、当該コイル１０を軸方向に圧縮するなどして、コイル１０の各ターン間に隙間ができないように各ターンを密着させることが好ましい。コイル１０を軸方向に圧縮することで、コイル１０の軸長を短くでき、その結果リアクトル１の小型化を図ることができる。また、コイル１０の軸方向への熱伝導を円滑にし、リアクトル１の放熱性を高めることもできる。
【００３９】
上述したコイル成形工程と被覆形成工程を備えるコイル準備工程によれば、導体１０ｃの外周に形成される絶縁被覆１０ｒに殆ど損傷を生じさせることがない。それは、導体１０ｃを巻回した後に、導体１０ｃの外周面に絶縁被覆１０ｒを形成するからで、導体１０ｃを巻回する際の曲げ応力がそもそも絶縁被覆１０ｒに作用しないからである。
【００４０】
（組立工程）
組立工程は、内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏを同一の部材で構成するか、それとも別個の部材で構成するか、あるいは各コア部をどのような部材で構成するかなどによって種々のバリエーションが考えられる。代表的な手順として、両コア部２０ｉ，２０ｏの少なくとも一方を成形硬化体とする場合を以下に説明する。
【００４１】
まず、両コア部２０ｉ，２０ｏを同一の部材とする場合を説明する。その場合には、両コア部２０ｉ，２０ｏを成形硬化体で一体に形成すると良い。例えば、金型内にコイル１０を配置し、軟磁性粉末を含む粉体を非磁性の樹脂中に混合した混合流体を、金型とコイル１０の隙間に充填する。そして、樹脂を硬化させることで、成形硬化体中にコイル１０が保持されたリアクトル１を作製できる。また、金型としてリアクトル１の一部になるケースを用意して、そのケース中にコイル１０を配置し、ケースとコイル１０の隙間に混合流体を充填しても良い。なお、コイル１０をその軸方向に圧縮して、コイル１０のターン間に隙間ができないようにしておいても良い。
【００４２】
次に、両コア部２０ｉ，２０ｏを異なる部材とする場合を説明する。その場合には、予め圧粉磁心や積層鋼板で内側コア部２０ｉを作製し、この内側コア部２０ｉをコイル１０の内部に収納した組付体を作製する。そして、別途用意した金型に組付体を配置し、金型内に上記混合流体を充填し、樹脂を硬化させる。その他、圧粉磁心で有底筒状の外側コア部２０ｏを作製し、その外側コア部２０ｏの内部にコイル１０を配置した後、コイル１０の内部に混合流体を充填して内側コア部２０ｉを作製しても良い。
【００４３】
以上説明したリアクトルの製造方法によれば、図１に示すリアクトル１を作製することができる。
【００４４】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。例えば、図１を参照するリアクトル１に備わるコイル１０は一つであるが、複数としても良い。その場合、磁性コア部のうち、各コイルの内側に配される部分が内側コア部、両コイルの外側に配される部分が外側コア部となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明リアクトルは、直流電流の昇圧回路や降圧回路の構成部品として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ リアクトル
１０ コイル １１，１２ コイル端部
１０ｃ 導体 １０ｒ 絶縁被覆
２０ 磁性コア
２０ｉ 内側コア部
２０ｏ 外側コア部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の昇圧動作や降圧動作を行う電力変換装置の構成部品などとして利用されるリアクトルと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う電力変換装置の構成部品としてリアクトルが使用されている。例えば、特許文献１には、磁性コア中にコイルを配置することで構成されるリアクトルが開示されている。このリアクトルの場合、コイルの励磁により、磁性コアにおけるコイルの内部に配される部分（以下、内側コア部）と、コイルの外側を覆う部分（以下、外側コア部）とを通る閉磁路が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３３０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のリアクトルでは、リアクトルの作製に使用するコイルが導体の表面に絶縁被覆を形成した巻線を巻回して形成されたものであるため、巻回時に絶縁被覆が損傷している恐れがある。特に、屈曲部の曲げ半径の内方側と外方側で、絶縁被覆に割れや剥離などの欠陥が生じる恐れがある。このように絶縁被覆に損傷があると、コイルの導体と、内側コア部や外側コア部との間に導通が生じ、リアクトルの磁気特性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、コイルの絶縁被覆における欠陥が抑制されたリアクトルと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明リアクトルは、コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルである。本発明リアクトルのコイルは、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の表面を覆う絶縁被覆と、を備え、この絶縁被覆は、導体を螺旋状に巻回した後電着塗装により形成されたものであることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、コイルの外周に形成される絶縁被覆に割れや剥離などの欠陥が殆ど生じていないリアクトルであるといえる。従来の構成では、外周に予め絶縁被覆を施した線状の導体を巻回するため、絶縁被覆に過大な曲げ応力が作用し、その曲げ応力が絶縁被覆の欠陥の原因となっていた。これに対して、本発明の構成では、導体の外周に設けられる絶縁被覆が、導体を巻回した後に形成されたものであるため、絶縁被覆にはそもそも曲げ応力が作用しない。これが、本発明におけるコイルの絶縁被覆に欠陥が殆どない理由である。
【０００８】
本発明リアクトルの一形態として、絶縁被覆は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂を含むことが好ましい。
【０００９】
これらエポキシ樹脂や、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂は、電着塗装に好適な水溶性で、かつ絶縁性に優れる。
【００１０】
本発明リアクトルの一形態として、外側コア部は、非磁性のマトリックス中に軟磁性粉末が分散されてなる構成としても良い。
【００１１】
後述する実施形態に示すように、内側コア部と外側コア部とは異なる磁気特性を有するように構成することができる。特に、外側コア部を、内側コア部よりも低い比透磁率とすることが好ましい。その場合、外側コア部を、マトリックス中に軟磁性粉末を分散させる構成とすると、内側コア部の磁気特性に最適化した外側コア部とすることができる。これは、マトリックス中に軟磁性粉末を分散させる構成は、両者の比率を調節することで、コア部の比透磁率を容易に変化させることができる構成であるからである。
【００１２】
本発明リアクトルの製造方法は、コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルを製造するためのリアクトルの製造方法である。この本発明リアクトルの製造方法は、螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆とを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、コイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程とを備える。コイル準備工程は更に、導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、螺旋状に巻回された導体の表面に、電着塗装により絶縁被覆を形成する被覆形成工程と、を有する。
【００１３】
本発明リアクトルの製造方法によれば、リアクトルに備わるコイルを準備するにあたり、導体をまず巻回してから、その巻回した導体の外周面を覆うように絶縁被膜を形成するため、絶縁被膜に殆ど欠陥のないコイルを備える本発明リアクトルを作製することができる。
【００１４】
本発明リアクトルの製造方法の一形態として、コイル成形工程において、螺旋状に巻回される導体のターン間に５〜３００μｍの隙間が形成されるように導体を巻回することが好ましい。
【００１５】
巻回された導体のターン間に隙間を設けることで、被覆形成工程において、導体の外周面のうち、隣接するターン間の対向する部分にも余すところなく絶縁被覆を形成できる。また、所定の隙間によって、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆が形成されることを確実に抑制でき、それによって導体の隣接するターン同士が絶縁被覆で一体にモールドされたようになることを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明リアクトルは、リアクトルに備わるコイルの絶縁被覆に殆ど欠陥が生じていないリアクトルである。そのため、本発明リアクトルは優れた磁気特性を有し、例えばハイブリット自動車における電圧変換装置の構成部品として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は実施形態に係るリアクトルの概略図、（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図、（Ｃ）はコイルのあるターンにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。実施形態のリアクトルは、ハイブリッド自動車などにおいて電圧の昇圧・降圧動作を行う電力変換装置の一部として利用されるリアクトルを想定している。
【００１９】
＜実施形態１＞
［全体構成］
図１に示すリアクトル１は、巻線を巻回してなるコイル１０と、磁性コア２０とを備える。磁性コア２０は、主にコイル１０内部に配される内側コア部２０ｉと、コイル１０の外周を覆う外側コア部２０ｏとに分けることができる。このリアクトル１のコイル１０に電流を流せば、図１（Ｂ）中の矢印に示すように、内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏを通る閉磁路が形成される。以下、このリアクトル１の各構成を詳細に説明し、次に、リアクトル１の製造方法を説明する。
【００２０】
（コイル）
コイル１０は、図１（Ｃ）の断面図に示すように、螺旋状に巻回された導電材料からなる線状の導体１０ｃと、その導体１０ｃの外周に形成される絶縁被覆１０ｒとを有する。絶縁被覆１０ｒは、後述するように、導体１０ｃを螺旋状に巻回した後に、電着塗装で導体１０ｃの外周に被覆される。このコイル１０の両端部１１，１２は、図１（Ａ）に示すように導通端子として磁性コア２０から引き出されている。
【００２１】
コイル１０に備わる導体１０ｃは、リアクトル１の使用態様に応じた導電性を有する線状体であれば良く、その材質や断面形状は特に限定されない。導体１０ｃの材質には、例えば、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金などを利用することができる。また、導体１０ｃの断面形状は、矩形を含む多角形であっても、円形を含む楕円形であっても良い。
【００２２】
また、導体１０ｃは、その外周面に絶縁被覆１０ｒを形成する前に、螺旋状に巻回される。その際の導体１０ｃの巻回形状も特に限定されない。具体的には、巻回された導体１０ｃを螺旋軸方向から見たときの端面形状が、略円形や、略楕円形、略矩形、レーストラック形となるように導体１０ｃを巻回すると良い。ここで、図１（Ａ）に例示される導体（コイル１０）は、端面が略円形となるように巻回された導体（コイル１０）である。その他、断面矩形の平角線（導体１０ｃ）をエッジワイズ巻すれば、端面が略矩形となるように巻回された導体となる。
【００２３】
上記巻回された導体１０ｃの外周面全体（コイル１０の端子となる両端部１１，１２の近傍以外）は、導体１０ｃを巻回した後に形成される絶縁被覆１０ｒに覆われている。絶縁被覆１０ｒは、導体１０ｃに巻回形状に沿って螺旋状に導体１０ｃの表面を覆っており、コイル１０における隣接するターン間で対向する絶縁被覆１０ｒは、一体化していない。
【００２４】
上記絶縁被覆１０ｒは、電着塗装で形成されたものである。そのことは、赤外線分光分析により、絶縁被覆１０ｒにおける吸収または反射スペクトルを調べることにより確認することができる。また、絶縁被覆１０ｒが、導体１０ｃを螺旋状に巻回した後に形成されたことは、絶縁被覆１０ｒに歪が入っていないこと、例えば、導体を螺旋状の直径方向に切断した断面の絶縁被膜の厚さが螺旋の外側が内側より薄くなく、均一であることにより確認することができる。通常、絶縁被覆を有する導体を巻回すれば、特に屈曲部の内周側で絶縁被覆に皺ができ易く、その皺を目視できることが多い。
【００２５】
上記絶縁被覆１０ｒの主材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、電着塗装に好適で、しかも優れた絶縁性を有する点で好ましい。また、絶縁被覆１０ｒの平均厚さは、コイル１０のターン間の絶縁を確保するために、部分放電開始電圧に応じた厚さにすることが好ましい。
【００２６】
（磁性コア）
リアクトル１の磁性コア２０は、既述のように内側コア部２０ｉと、外側コア部２０ｏとに分けられる。これら内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏは、同一の磁気特性を有するように構成しても良いし、異なる磁気特性を有するように構成しても良い。後者の場合、外側コア部２０ｏの比透磁率が、内側コア部２０ｉの比透磁率よりも小さくなるように両コア部２０ｉ，２０ｏを構成することが好ましい。ここで、一般に、比透磁率が高くなると、飽和磁束密度も高くなり、比透磁率が低くなると、飽和磁束密度も低くなる。つまり、『外側コア部２０ｏの比透磁率』＜『内側コア部２０ｉの比透磁率』とすると、『外側コア部２０ｏの飽和磁束密度』＜『内側コア部２０ｉの飽和磁束密度』となる。このような構成とすることで、両コア部２０ｉ，２０ｏの磁気特性を同一とした場合に比べて、同じ性能でありながらコンパクトなリアクトル１となる。
【００２７】
磁性コア２０の両コア部２０ｉ，２０ｏの具体的な構成には、大きく分けて次の４つがある。まず、第一の構成は、絶縁被膜を有する複数の電磁鋼板を積層した積層鋼板を使用した構成である。
【００２８】
第二の構成は、軟磁性金属粒子の表面に絶縁性の膜を形成した軟磁性粉末を含む粉体を加圧成形し、その成形体を焼成することで得られる圧粉磁心を使用した構成である。軟磁性金属粒子としてはＦｅやＦｅ合金を使用でき、絶縁性の膜としてはリン酸塩やシリコーン樹脂を使用することができる。また、圧粉磁心の作製に使用する粉体は、更に酸化アルミニウムや窒化硼素、窒化アルミニウムなどの非磁性粉末のフィラーを含んでいても良く、この非磁性粉末の量によってコア部の磁気特性を変更することができる。
【００２９】
第三の構成は、軟磁性粉末を含む粉体を、粉体のままコア部として使用する構成である。例えば、粉体を加圧成形するが焼成はしないことで、第三の構成を備えるコア部となる。その他、コア部の外周形状を保持するケースを用意し、そのケースに粉体を充填することでも第三の構成を備えるコア部となる。なお、この第三の構成においても、粉体はフィラーを含んでいてかまわない。
【００３０】
第四の構成は、バインダとなる非磁性の樹脂中に、上記第二、第三の構成と同様の軟磁性粉末を含む粉体を混合した混合流体を作製し、その混合流体を射出成形や注型成形などで成形体とした後、樹脂を硬化させることで得られる成形硬化体とする構成である。この場合、成形硬化体は、非磁性の樹脂からなるマトリックス中に、軟磁性粉末が分散した構成を備える。非磁性のマトリックスの材質には、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シリコーン樹脂などを利用することができる。また、この非磁性のマトリックスは、酸化アルミニウムやシリカといったセラミックからなる非磁性粉末のフィラーを含んでいても良い。
【００３１】
ところで、上記第四の構成を採用した内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）であれば、この内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）自身にコイル１０を保持する機能を持たせることができる。これは、内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）の作製の際、混合流体がコイル１０の外周面に回り込むため、混合流体を硬化させたときに内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）とコイル１０とが密着するからである。ここで、本発明においては、コイル１０の絶縁被覆１０ｒに欠陥が少ないため、内側コア部２０ｉ（外側コア部２０ｏ）とコイル１０とが密着する構成であっても何ら問題にならない。
【００３２】
上記４つの構成は必要に応じて選択することができる。例えば、第二の構成である圧粉磁心で内側コア部２０ｉを作製し、第四の構成である成形硬化体で外側コア部２０ｏを作製することが挙げられる。また、第一の構成である積層鋼板は一般に、高比透磁率で低飽和磁束密度であるので、この積層鋼板で内側コア部２０ｉを形成し、第二、第三、第四の構成で外側コア部２０ｏを形成しても良い。あるいは、第二、第三、第四の構成のいずれかで、両コア部２０ｉ，２０ｏを一体に形成してもかまわない。
【００３３】
以上の構成を備えるリアクトル１は、ハイブリッド自動車の電力変換回路に使用される。自動車用リアクトルへの通電条件は、最大電流（直流）：１００〜１０００Ａ、平均電圧：１００〜１０００Ｖ、使用周波数：５〜１００ｋＨｚとなっており、非常に過酷な条件である。このような過酷な条件であっても、上記リアクトル１は、欠陥が殆どない絶縁被覆を有するコイル１０を備えるため、自動車用リアクトルとして十分な特性を発揮すると期待される。
【００３４】
［リアクトルの製造方法］
上記リアクトル１は、大きく分けて、（１）螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆１０ｒとを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、（２）用意したコイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程と、を備える。本発明においては、これらの工程のうち、工程（１）に特徴がある。従って、以降の説明では工程（１）について詳細に説明し、工程（２）については簡単に述べる。
【００３５】
（コイル準備工程）
コイル準備工程はさらに、導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、螺旋状に巻回された導体の表面に電着塗装で絶縁被覆１０ｒを形成する被覆形成工程と、を備える。
【００３６】
コイル成形工程では、既に述べた材質・断面形状の導体１０ｃを巻回機により螺旋状に巻回する。但し、導体１０ｃを巻回する際は、巻回された導体１０ｃの各ターン間に隙間ができるようにする。これは、後述する被覆形成工程で、巻回された導体１０ｃの外周面に電着塗装で絶縁被覆１０ｒを形成する際、当該隙間に塗料を回り込ませ、導体１０ｃの外周面のうち、隣接するターン間の対向する部分にも絶縁被覆１０ｒを形成するためである。ターン間に形成する隙間の大きさは、５〜３００μｍとすることが好ましい。この大きさの隙間であれば、当該隙間に塗料を回り込ませられるだけでなく、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されることを防止できる。これに対して、隣接するターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されると、巻回された導体１０ｃ全体が絶縁被覆１０ｒでモールドされたようになってしまう。そうなった場合には、例えば、熱により導体１０ｃがその螺旋軸方向に伸びる、即ちターン間の隙間が大きくなる方向に伸びたときに、絶縁被覆１０ｒが損傷する恐れがある。
【００３７】
次に、被覆形成工程では、電着塗装により螺旋状に巻回された導体１０ｃの表面に絶縁被覆１０ｒを形成する。電着塗装は、塗料と被塗装物にそれぞれ異なる極性の静電気を帯びさせた上で、水性塗料中に被塗装物を入れて塗装する方法である。電着塗装の特徴は、溶剤塗装などに比べて均一な厚さの塗膜を形成でき、しかもその塗膜の厚さの均一性が被塗装物の形状に左右され難い点にある。従って、螺旋状に巻回された立体的な形状の導体１０ｃであっても、導体１０ｃの表面に均一な塗膜を形成できる。塗膜は、乾燥・焼付工程を経て絶縁被覆１０ｒとなる。
【００３８】
一回の電着塗装で形成される絶縁被膜１０ｒの厚さは、塗料の材質により変化する。そのため、一回の電着塗装で所望の厚さの絶縁被覆１０ｒが形成できないのであれば、所望の厚さの絶縁被膜１０ｒとなるように複数回の電着塗装を行えば良い。複数回の電着塗装を行う場合、巻回された導体１０ｃのターン間を繋ぐように絶縁被覆１０ｒが形成されないようにする。但し、電着塗装で形成される絶縁被覆１０ｒは非常に薄いため、導体１０ｃの巻回時にターン間の隙間を５〜３００μｍとしておけば、実質的にターン間を繋ぐような絶縁被覆１０ｒは形成されない。なお、次の組立工程で、巻回した導体１０ｃに絶縁被覆１０ｒを形成することで作製したコイル１０を磁性コア２０と組み合わせてリアクトル１とする際は、当該コイル１０を軸方向に圧縮するなどして、コイル１０の各ターン間に隙間ができないように各ターンを密着させることが好ましい。コイル１０を軸方向に圧縮することで、コイル１０の軸長を短くでき、その結果リアクトル１の小型化を図ることができる。また、コイル１０の軸方向への熱伝導を円滑にし、リアクトル１の放熱性を高めることもできる。
【００３９】
上述したコイル成形工程と被覆形成工程を備えるコイル準備工程によれば、導体１０ｃの外周に形成される絶縁被覆１０ｒに殆ど損傷を生じさせることがない。それは、導体１０ｃを巻回した後に、導体１０ｃの外周面に絶縁被覆１０ｒを形成するからで、導体１０ｃを巻回する際の曲げ応力がそもそも絶縁被覆１０ｒに作用しないからである。
【００４０】
（組立工程）
組立工程は、内側コア部２０ｉと外側コア部２０ｏを同一の部材で構成するか、それとも別個の部材で構成するか、あるいは各コア部をどのような部材で構成するかなどによって種々のバリエーションが考えられる。代表的な手順として、両コア部２０ｉ，２０ｏの少なくとも一方を成形硬化体とする場合を以下に説明する。
【００４１】
まず、両コア部２０ｉ，２０ｏを同一の部材とする場合を説明する。その場合には、両コア部２０ｉ，２０ｏを成形硬化体で一体に形成すると良い。例えば、金型内にコイル１０を配置し、軟磁性粉末を含む粉体を非磁性の樹脂中に混合した混合流体を、金型とコイル１０の隙間に充填する。そして、樹脂を硬化させることで、成形硬化体中にコイル１０が保持されたリアクトル１を作製できる。また、金型としてリアクトル１の一部になるケースを用意して、そのケース中にコイル１０を配置し、ケースとコイル１０の隙間に混合流体を充填しても良い。なお、コイル１０をその軸方向に圧縮して、コイル１０のターン間に隙間ができないようにしておいても良い。
【００４２】
次に、両コア部２０ｉ，２０ｏを異なる部材とする場合を説明する。その場合には、予め圧粉磁心や積層鋼板で内側コア部２０ｉを作製し、この内側コア部２０ｉをコイル１０の内部に収納した組付体を作製する。そして、別途用意した金型に組付体を配置し、金型内に上記混合流体を充填し、樹脂を硬化させる。その他、圧粉磁心で有底筒状の外側コア部２０ｏを作製し、その外側コア部２０ｏの内部にコイル１０を配置した後、コイル１０の内部に混合流体を充填して内側コア部２０ｉを作製しても良い。
【００４３】
以上説明したリアクトルの製造方法によれば、図１に示すリアクトル１を作製することができる。
【００４４】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。例えば、図１を参照するリアクトル１に備わるコイル１０は一つであるが、複数としても良い。その場合、磁性コア部のうち、各コイルの内側に配される部分が内側コア部、両コイルの外側に配される部分が外側コア部となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明リアクトルは、直流電流の昇圧回路や降圧回路の構成部品として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ リアクトル
１０ コイル １１，１２ コイル端部
１０ｃ 導体 １０ｒ 絶縁被覆
２０ 磁性コア
２０ｉ 内側コア部
２０ｏ 外側コア部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルであって、
前記コイルは、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の表面を覆う絶縁被覆と、を備え、
前記絶縁被覆は、導体を螺旋状に巻回した後で電着塗装により形成されたものであることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記絶縁被覆は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記外側コア部は、非磁性のマトリックス中に軟磁性粉末が分散されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項４】
コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルを製造するためのリアクトルの製造方法であって、
螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆とを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、
コイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程と、を有し、
前記コイル準備工程はさらに、
導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、
螺旋状に巻回された導体の表面に、電着塗装により絶縁被覆を形成する被覆形成工程と、
を有することを特徴とするリアクトルの製造方法。
【請求項５】
コイル成形工程において、螺旋状に巻回される導体のターン間に５〜３００μｍの隙間が形成されるように導体を巻回することを特徴とする請求項４に記載のリアクトルの製造方法。
【請求項１】
コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルであって、
前記コイルは、螺旋状に巻回された導電性を有する線状の導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の表面を覆う絶縁被覆と、を備え、
前記絶縁被覆は、導体を螺旋状に巻回した後で電着塗装により形成されたものであることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記絶縁被覆は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記外側コア部は、非磁性のマトリックス中に軟磁性粉末が分散されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項４】
コイルの内側に内側コア部を、コイルの外側に外側コア部を形成して、コイルの励磁により両コア部を通る閉磁路が形成されるように両コア部がつなげられたリアクトルを製造するためのリアクトルの製造方法であって、
螺旋状に巻回された導体と、導体の巻回形状に沿って螺旋状に導体の外周を覆う絶縁被覆とを備えるコイルを用意するコイル準備工程と、
コイルの内部に内側コア部を配置すると共に、この内側コア部に繋がるようにコイルの外側に外側コア部を配置する組立工程と、を有し、
前記コイル準備工程はさらに、
導電性を有する線状の導体を螺旋状に巻回するコイル成形工程と、
螺旋状に巻回された導体の表面に、電着塗装により絶縁被覆を形成する被覆形成工程と、
を有することを特徴とするリアクトルの製造方法。
【請求項５】
コイル成形工程において、螺旋状に巻回される導体のターン間に５〜３００μｍの隙間が形成されるように導体を巻回することを特徴とする請求項４に記載のリアクトルの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−６９５９８（Ｐ２０１２−６９５９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１２３８（Ｐ２０１０−２１１２３８）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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