本発明のリアクトル装置の製作工程例を� ��1から図5を使って説明する。図1は本発明の� ��アクトル装置の一例を示す斜視図である。� ��ルミニウム製の金属ケース10はリアクトル� �置の用途などにより形状が異なる。車載用� �は、本ケースの一部を水冷するか、あるい� �水冷された冷却装置(図示せず)に結合させる ことでリアクトル素体を冷却する。

 図2に図示したように、アルミニウム合金 性ケース10の内面には、絶縁性を有する高熱� ��導シート11が付着される。なお、本実施例� �は、側面のみに高熱伝導シート11を貼り付け たが、底面と側面の両方に貼り付けてもよい 。

 高熱伝導シート11としては、例えば、電� �化学工業(株)製の柔軟性シリコンシート、あ るいは、松下電器産業(株)製の絶縁性を付加� ��たグラファイトシートなどを用いることが� ��きる。高熱伝導シート11の厚さは、放熱性� �設置スペースとの兼ね合いから、0.1mmから3mm のものが好ましい。

 次に、図3に示した第1のコイル21aと第2の� ��イル21bを磁気的に結合して端部を繋いだコ� ��ル部12(絶縁被覆付き)を、高熱伝導シート11� ��付着されている面に接触するように設置す� ��。

 また、2つのコイル間の耐電圧性を向上さ せるために、図4Aと図5に示したように、2つ� �コイルの間に絶縁スペーサ13を配置する。

 次に、磁性粉末と樹脂との混合物14を、� �ルミニウム合金製ケース10に注入する。この とき、混合物14はコイル部12の平角電線間の� �間まで充填されるので、コイル部12はより強 固に固定保持される。

 図1は、混合物14が固まって本発明のリア� ��トル装置が完成した状態を示す。混合物を� ��填する際は重力によって流し込まれるので� ��本的には加圧は不要である。しかし、混合� ��を充填した後に空圧などをかけて充填率を� ��めてもよいし、減圧下において混合物の内� ��やコイルの巻線間の気泡などを抜いてもよ� ��。また、混合物は必ずしもコイル全体を埋� ��させる必要はなく、コイルの上面の一部が� ��えていても実用に耐えることができる。

 図4A及び図4Bはそれぞれ、図1に示したリ� �クトル装置のA-A断面図及びB-B断面図である� �図4A中に示した矢印は、コイル部12に電流を� ��したときの磁束の流れる向きを簡略して示� ��たものである。本発明のリアクトル装置は� ��2つのコイル21a,21bが磁気的に結合している� �で、コイルの内径部に磁束が通って還流す� �。一方の側から出た磁束はコイル12の端部と 金属ケース10の間に充填された混合物14を通� �して、他方のコイルの内径部に充填された� �合物を通って還流する。

 磁性粉末としては、例えば、純Feの粉、Fe -Si合金粉、Fe-Al合金粉、Fe-Si-Al合金粉、Fe-Ni合 金粉、Fe-Co合金粉、アモルファス軟磁性粉、� ��ノ結晶質軟磁性粉などを用いることができ� ��。また、これらの磁性粉末は、単独で用い� ��も良いし、適宜、組合せた粉末として用い� ��も良い。

 さらに、これらの磁性粉末は、アトマイ� ��によって作製された球状粉末でもよいし、� ��状の磁性薄帯材から粉砕して得たものを使� ��してもよい。充填率を上げるためには球状� ��磁性粉末が好ましいが、一律な粒径のもの� ��と磁性粉末間に隙間ができ易いので、その� ��間を埋めるような微細粉との混合粉とする� ��とが好ましい。

 また、磁性粉末及び樹脂の混成物に対し� ��非磁性フィラーを加えると、高磁界中でも� ��比透磁率を得ることができる。そのため、� ��品の仕様に応じて、非磁性フィラーを適当� ��添加して、磁気特性を適宜調整することが� ��きる。非磁性フィラーとしては、シリカ、� ��ルミナ、マグネシアなどのセラミック粉末� ��石英ガラス粉などが使用できる。

 樹脂は、上述した磁性粉の表面を被覆し� ��粉末相互間を絶縁状態する役割をもつ。磁� ��全体の交流磁化に対する渦電流の発生を抑� ��るよう、充分に大きな電気抵抗を付与する� ��う絶縁することが好ましい。また、樹脂は� ��れら磁性粉末を結着する結合剤としても機� ��する。

 樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、� ��リアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエス� ��ル樹脂、シリコン樹脂など各種の樹脂を用� ��ることができる。これらの樹脂は、単独で� ��用しても良いし、適宜組合せて使用しても� ��い。

 コイル部12は、絶縁性をもつ熱伝導性シ� �トを介してケースの底部および一対の側面� �隣接するように配置することが好ましい。� �イル部12の底部と側面が金属ケース10(または 熱伝導性シート11)に接して熱的に結合してい るため、コイル部12の銅損熱が効率的にリア� ��トル外部に放熱される。熱伝導性シート11� �0.5W/(m・K)以上の熱伝導性を持つものが好ま� �い。

 また、コイル部12は、熱伝導性シート11を 介して金属ケース10に接触することとなるた� ��、コイル部12の絶縁皮膜がケースとの摺動� �よって剥れることがなく、リアクトル特性� �経年劣化を抑制できる。

 さらに、コイルは平角銅線が矩形状に巻� ��れており、コイルの外周側面が平らになっ� ��いる。このため、ケース(熱伝導性シート)� �隣接する面積が大きく、冷却性能が高い。� �角銅線は、薄肉の厚さ方向がコイルの軸方� �と平行になるように巻くことが好ましい。� �えば、図3や図6で示すような、平角電線を縦 巻きにしたコイルが好ましい。

 また、コイルとコイルの間に絶縁部材13� �設けると、コイル間の耐電圧性が向上して� �アクトル性能が高くなる。従って、大電流� �流したときでもコイルの温度上昇が抑制さ� �る。したがって、このような構造を採用し� �本発明のリアクトル装置は、高い信頼性を� �つことになる。このようなリアクトル装置� �、車載用やパワーコンディショナー用とし� �用いることが特に有用である。

 以下に、本発明を実施例によって具体的� ��説明するが、これら実施例により本発明が� ��定されるものではない。

(実施例1)
 本実施例のリアクトル装置では、筐体とし� ��、幅86mm、長さ123~206mm、高さ53mmのアルミニ� �ム製の金属ケース10を用いた。この金属ケー ス10の肉厚は3mmである。金属ケース10の内面� �は、厚さ1mmの高熱伝導シート11が貼り付けら れている。なお、高熱伝導シート11は、電気� ��学工業(株)製の柔軟性シリコンシートであ� �。

 上記の金属ケース10の内部には、コイル� �12が配置される。コイル部12は、2つのコイル 21a,21bを並列に磁気的に繋げて構成されてい� �。コイル21a,21bは何れも、平角銅線(幅6mm、厚 さ1.6mm)を矩形状に巻いたものであり、幅36mm� �長さ72.2~155.8mm、高さ48mmの38巻きのコイルで� �る。従って、コイル部12の全巻数は76巻とな� ��。

 このコイル部12における平角銅線の厚さ� �向の間隔は、表1に示したように、0.3mm(実施� ��1-1)、0.6mm(実施例1-2)、1.0mm(実施例1-3)、1.5mm(� ��施例1-4)、2.0mm(実施例1-5)、2.5mm(実施例1-6)で� ��る。

(表1)

 このコイル部12を、アルミニウム製の金� �ケース10の中央で、かつ、コイル部12の外周� ��(側面のみ)が高熱伝導シート11に接触するよ うに設置した。また、2つのコイル21a,21bの間� ��は、これらコイル間の耐電圧性を向上させ� ��ために、絶縁部材(絶縁性のスペーサ)13を設 置した。

 次に、平均粒径が60μmのFe-6.5%Si粉末(タップ� ��度5.0g/cm ³ )に、エポキシ樹脂を10重量部添加し、磁性粉 末と樹脂からなる混合物14を得た。なお、こ� ��混合物14の磁性粉末占積率は67%である。

 この混合物14を、コイル部12を設置したア ルミニウム製の金属ケース10の中に注ぎ、そ� ��上面がコイル部12の上面と同じ高さになる� �で流し込んだ。その後、この金属ケース10全 体を120℃に熱し、タッピングして、平角銅線 の銅線間の隙間に混合物14を充填させた。こ� ��充填の後、120℃の状態で2時間保ち、樹脂を 硬化させた。

 このようにして製作したリアクトル装置� ��インダクタンスを、LCRメータを用いて測定� ��た。測定条件は、周波数10kHz、電圧0.5Vrms、� ��流重畳電流0Aである。得られた結果を、表1� ��示した。

 表1から分かるように、実施例1-1~1-6のイ� �ダクタンスは、200~450μHの範囲に入っている� ��従って、これら実施例のものは、リアクト� ��装置として動作させるのに適していること� ��理解できる。

 次に、このリアクトル装置を、駆動周波� ��10kHzのブースト型DC-DCコンバータのインダク タとして搭載し、入力電圧200V、直流重畳電� �20A、周波数10kHzにおいて駆動させたところ、 コンバータ出力として電圧500Vを得た。そし� �、この条件の下で、リアクトル動作時のリ� �クトル損失を調べた。

 その結果、表1に示すように、実施例1-1~1- 6のもののリアクトル損失は31~35Wであり、低� �失であることが確認された。

(比較例1)
 筐体の長さ寸法を119~225mmと変えた以外は、� ��施例1(1-1~1-6)のものと同じ形状のアルミニウ ム製の金属ケースを用いた。また、実施例1� �同様に、金属ケースの内面には高熱伝導シ� �トが貼り付けられている。

 金属ケースの内部には、コイル部が配置� ��れる。実施例1と同様に、コイル部は、2つ� �コイルを並列に磁気的に結合させて構成さ� �ている。これらのコイルは何れも、平角銅� �(幅6mm、厚さ1.6mm)を矩形状に巻いたものであ� ��、幅36mm、高さ48mmの38巻きのコイルである。 従って、コイル部の全巻数は76巻となる。な� ��、比較例1-1のコイルは長さ68.4mm(平角銅線間 の隙間0.2mm)とし、比較例1-2のコイルは長さ174 .8mm(隙間3.0mm)として、2種類のコイル部を作製 した。

 実施例1と同様に、このコイル部を、アル ミニウム製の金属ケースの中央で、かつ、コ イル部の外周面(側面のみ)が高熱伝導シート� ��接触するように設置した。そして、実施例1 と同じ混合物14を準備し、実施例1と同様にし てリアクトル装置を作製した。

 なお、比較例1-1及び比較例1-2では平角銅� ��間の隙間に混合物14を充填し、比較例1-3で� �銅線間の隙間を樹脂のみで埋めた。

 表1から分かるように比較例1-1及び比較例 1-2のインダクタンスは200~450μHの範囲に入っ� �いないので、リアクトルとして動作させる� �に適していないことが分かる。同様にして� �アクトル損失を調べると、表1に示すように� ��較例1-3のリアクトル損失は43Wであり、平角� ��線間の隙間に磁性粉末を充填した場合と比� ��して損失が高いことが確認できる。

 本発明の実施例のリアクトル装置と比較� ��のリアクトル装置のそれぞれについて、電� ��界解析を行った。

 図7は、本発明の実施例1-2と比較例1-3のリ アクトル装置をモデルとして、コイルを構成 する平角銅線内部に進入する磁束を計算した 結果(磁束分布計算値)を示した図である。

 この結果から明らかなように、実施例の� ��のでは銅線内部に進入する磁束は少ないの� ��対して、比較例のものでは銅線内部に進入� ��る磁束が実施例のものよりも多い。実施例� ��リアクトル装置が低損失である理由は、平� ��銅線の厚さ方向に充填した磁性粉末が銅線� ��部に進入する磁束を抑制し、それにより生� ��る渦電流損失を低減させたためと推察され� ��。

 また、図8に、実施例1-2のリアクトル装置 の直流重畳特性を示した。

(比較例2)
 図9A及び図9Bは、比較例2として作製した、� �来のリアクトル装置の概略図である。この� �アクトル装置では、金属ケース、コイル、� �び高熱伝導シートは実施例1-2と同じものを� �いており、磁心には圧粉体を用いている。� �イル内部に配置する磁心脚部16の断面積は20. 5mm×32mmとし、磁心脚部16には磁気ギャップ15� �設け、その磁気ギャップ15の幅は各1.1mmとし� ��計8箇所で配置した。また、磁心脚部16と磁� ��継部17の間にも磁気ギャップ15(幅1.1mm)を設� �た。

 磁心継部17は、縦方向の幅が60mmで高さは3 2mmのブロックである。磁心継部17は直方体形� ��ではなく、コイル内部に向けて突出部が形� ��されている。

 表2は、実施例1-2のリアクトル装置と、上 述の構成の比較例2のリアクトル装置それぞ� �の、直流銅損、交流銅損、磁心損失、コイ� �鎖交磁束損失を測定した結果である。また� �これらの損失を総計して損失の総和を求め� �。

(表2)

 本発明の実施例1-2のリアクトル装置の方� ��、比較例2のリアクトル装置2に比較して損� �の総和が少なく、高いリアクトル性能が得� �れている。

(実施例2)
 実施例2として、アルミニウム製の金属ケー スとコイル形状を変えた以外は実施例1と同� �にして、本発明のリアクトル装置を製作し� �。用いた金属ケース、熱伝導シート、絶縁� �ペーサ、及び磁性粉末と樹脂の混合物とも� �実施例1と同じものを用いている。

 具体的には、幅86mm、長さ142mm、高さ53の� �ルミニウム製の金属ケース10を用い、コイル は実施例1と同じ、幅6mm、厚さ1.6mmの平角銅線 が幅36mm、長さ91.2mm、高さ48mmになるように巻� ��れた38巻きのコイルを2つ準備し、それを並� ��に繋げて76巻きとした。但し、この各コイ� �の中央部での平角銅線間の隙間は0.6mmとし、 コイルの端部での平角銅線間の隙間は1.0mmと� ��えている。そして、平角銅線を、中央部か� ��端部に向かって徐々にその間隔が広がるよ� ��に矩形状に巻いた。

 このコイルを用いたリアクトル装置を、� ��施例1で説明したのと同様の条件(周波数10kHz 、電圧0.5Vrms、直流重畳電流0A)で、LCRメータ� �よるインダクタンス測定を行なった。

 実施例2のリアクトル装置のリアクトル損 失は31Wであり、表1に示した実施例1-2のリア� �トル装置(平角銅線の隙間を一律0.6mmにした� �の)よりも、遥かに低損失である。実施例2の リアクトル装置の損失は、実施例1-3のリアク トル装置(平角銅線の隙間を一律1.0mmにしたも の)のものと略同じ値である。この事実は、� �部側の平角銅線の隙間を広げることで効率� �く漏れ磁束を少なくできるとともに、コイ� �の全長を短くできるので小型化を図ること� �できることを意味している。

(実施例3)
 実施例3では、平角銅線の間に混合物14を充� ��した場合と充填しなかった場合に、リアク� ��ルの放熱性がどのように変わるかを調べた� ��本実施例においても、実施例1と同様の手順 により、リアクトルを製作した。

 実施例3においては、平均粒径が60μmでタッ� ��密度が5.0g/cm ³ のFe-6.5%Si粉末に、平均粒径が0.2μmのマグネシ ア粉末を6重量部、エポキシ樹脂を10重量部添 加し、磁性粉末と絶縁酸化物粉末と樹脂から なる混合物14を得た。この混合物14の磁性粉� �占積率は63%である。そして、この混合物14を コイル部12の設置してあるアルミニウム製の� ��属ケース10の中に注ぎ、その上面がコイル� �12の上面と同じ高さになるまで流し込んだ。 この他は、用いた金属ケース、熱伝導シート 、絶縁スペーサともに、実施例1と同じもの� �ある。

 コイルの平角銅線間の距離は、0.4mm(実施� ��3-1)、0.8mm(実施例3-2)、1.2mm(実施例3-3)、1.6mm(� ��施例3-4)、2.0mm(実施例3-4)と変えて本実施例� �リアクトルを作製した。なお、これらの実� �例との対比のため、比較例として、平角銅� �の隙間を樹脂で埋めて実質的に透磁率1とし� ��それ以外は上記と同様のリアクトル(比較例 3-1~3-5)を作製した。

 これらのリアクトルを、駆動周波数10kHz� �ブースト型DC-DCコンバータのインダクタとし て搭載し、入力電圧200V、直流重畳電流20A、� �波数10kHzにおいて駆動し、コンバータ出力と して電圧500Vを得て、この条件でのリアクト� �動作時のリアクトル内部とリアクトル表面� �温度差を調べた。

 上記条件下での評価結果は、表3に示すと おりである。

 実施例3-1~3-5のものは何れも、リアクトル 内部とアルミニウム製ケース10の表面の温度� ��が比較例のものと比較して小さい。これは� ��平角銅線の厚さ方向に充填した磁性粉末が� ��リアクトルのコイル及び磁性粉末で発生し� ��熱を効率良くアルミニウム製ケースに伝導� ��たためである。また、比較例よりも狭い銅� ��間隔で同等の放熱性が得られることから、� ��アクトルの小型化に適していることがわか� ��。

 なお、放熱性は、コイルの軸断面形状を� ��えて、コイル側面と熱伝導シートとの接触� ��積を増やすことにより、さらに向上する。� ��イルの外周面の面積が30%以上熱伝導シート� ��接触していると、要求される放熱性を満た� ��リアクトルが得られる。但し、コイル形状� ��重畳特性などのリアクトル性能にも影響を� ��えるため、求められる要求値を満たすよう� ��適宜設計する必要がある。

(表3)

(実施例4)
 実施例4では、コイルの軸がケース底面に対 して垂直になるように配置される本発明のリ アクトル装置を製作した。

 図10は、本実施例で用いた金属ケースを� �す斜視図で、本実施例のリアクトル装置に� �、幅86mm、長さ136mm、高さ44~81mmのアルミニウ� ��製の金属ケース10を用いた。このケースの� �厚は3mmである。金属ケースは内面に厚さ1mm� �高熱伝導シートが貼り付けられている。こ� �高熱伝導シートは電気化学工業(株)製の柔軟 性シリコンシートである。

 図6は、上述の金属ケースの内部に配置さ れるコイル部12の形状を示す斜視図で、この� ��イル部12は、幅6mm、厚さ1.2mmの平角銅線を矩 形状に巻いたものであり、幅50mm、長さ26~63mm� ��高さ78mmになるよう巻かれた17巻きのコイル2 2a,22bを2つ並列に繋げて34巻きとした。このコ イル部12における平角銅線の厚さ方向の間隔� ��、表4に実施例4-1~4-5として示した値とした� �

 このコイル部12は、アルミニウム製の金� �ケースの中央で、かつ、コイル部12の外周面 が高熱伝導シートに接触するように設置され る。また、各コイル22a,22bの間には、2つのコ� ��ル間の耐電圧性を向上させるため、間に絶� ��性スペーサ13が設置される。このコイルが� �置された金属ケース10の内部には、実施例3� �同じ磁性粉末と絶縁酸化物粉末と樹脂から� �る混合物14が流し込まれる。その混合物の上 面は金属ケースの上面と同じ高さとした。

 その後、このアルミケースは、全体を120� ��に熱せられ、タッピングされて、平角銅線� ��銅線間の隙間に磁性粉末と樹脂の混合物が� ��填される。この充填の後、120℃の状態で2時 間保持され、樹脂が硬化されてリアクトル装 置となる。

 図11は、上述の手順で得られたリアクト� �装置の概略図である。また、図12A及び図12B� �それぞれ、図11に示したリアクトル装置のC-C 断面及びD-D断面の模式図である。このリアク トル装置を、駆動周波数10kHzのブースト型DC-D Cコンバータのインダクタとして搭載した。� �力電圧200V、直流重畳電流20A、周波数10kHzに� �いて駆動し、コンバータ出力として電圧500V� ��得た。そして、この条件でのリアクトル動� ��時のリアクトル内部とリアクトル表面の温� ��差を調べた。その結果を表4に示す。

 なお、比較のため、平角銅線間を樹脂埋� ��して、磁性粉末を平角銅線間に充填させな� ��ったリアクトル装置(比較例4-1~4-5)も作製し� ��、実施例のものと同様に評価した。

 表4に纏めた結果から、実施例3で説明し� �結果と同様に、混合物を充填させた本発明� �リアクトル装置は、従来のリアクトル装置� �比較して、放熱性能が高いことが解る。

(表4)

 図13は、実施例3-1と実施例4-1のリアクト� �装置の直流重畳特性を、周波数10kHz、信号電 圧0.5Vrmsの条件で測定した結果を示す図であ� �。

(実施例5)
 実施例5では、コイルの軸を金属ケースの底 面に平行にした実施例3-1のリアクトル装置と 、コイルの軸を金属ケースの底面に垂直にし た実施例4-1のリアクトル装置を比較した。当 該比較において、金属ケース10は同じ寸法と� ��、かつ、コイル部12の直流抵抗を同じ条件� �したときに、どちらのリアクトル損失が大� �いかを解析により評価した。

 図14A及び図14Bは、リアクトル損失の解析� ��果の模式図である。これらの図は、リアク� ��ル装置を稼動させた場合のケース損を測定� ��た結果であり、図14Aは、実施例3-1のリアク� ��ル装置を稼動させたときに金属ケースの底� ��10aで発生するケース損を表示したものであ� ��。また、図14Bは、実施例4-1のリアクトル装� ��を稼動させたときに金属ケースの底面10bで� ��生するケース損を表示したものである。

 実施例3-1のリアクトル装置は、コイルの� ��部同士の間でケース損失が大きくなってい� ��ものの部分的な損失に留まっている。一方� ��実施例4-1のリアクトル装置は、やはりコイ� ��の端部同士の間でケース損失が大きくなっ� ��おり、それに加えて、ケース底面を両断す� ��ようにケース損失の大きい部分が現れてい� ��。

 なお、ケース損失が0.5MW/m ³ を超える部分の面積は、明らかに、実施例4-1 のリアクトル装置の方が大きい。

 表5に、これら実施例3-1及び実施例4-1のリ アクトル装置の、直流銅損、交流銅損、磁心 損失、コイル鎖交磁束損失、ケース損失をそ れぞれ測定した結果を纏めた。

 直流銅損、交流銅損、磁心損失、コイル� ��交磁束損失の和は、実施例4-1のリアクトル� ��置よりも実施例3-1のリアクトル装置の方が� ��さい。また、ケース損失も、実施例3-1のリ� ��クトル装置の方が小さい。さらに、全ての� ��失の総和では、コイルをケース底面に並行� ��配置した実施例3-1のリアクトル装置の方が� ��実施例4-1のリアクトル装置よりも30%以上小� ��い。

 これは、コイルの軸をケース底面に垂直� ��配置する実施例4-1のリアクトル装置では、� ��イルの端部がケースの底面近くに配置され� ��しまうため、還流する磁束が一方のコイル� ��ら他方のコイルに流れづらく、ケース10の� �に漏れてしまうためである。

 よって、外形寸法が同じである場合には� ��コイルの軸をケース底面に平行にさせたリ� ��クトル装置の方が損失は小さくなる。

(表5)