JP2002050527A - 冷却装置付きリアクトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱効果を向上させることができると共に小
型化可能とし、周囲の電子機器類等への輻射を抑制して
電気的な安定性を向上させる。 【解決手段】 リアクトル１０を、通電により磁束を発
生するコイル１１及び磁路を形成するコア１２と、コイ
ル１１の外周面１１Ａに沿って対向しコイル１１からの
熱を奪うコイル対向面２４Ａを具備するコイル冷却部２
４、及び、コア１２の短手部１２ｂの側面１２Ｂに沿っ
て対向しコア１２からの熱を奪うコア対向面２５Ａを具
備するコア冷却部２３を備えた側部ハウジング１６とを
備えて構成した。側部ハウジング１６をヒートシンク５
に固定してコイル１１及びコア１２を支持すると共に、
コイル１１及びコア１２から奪った熱をヒートシンク５
に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体電力
変換装置等における冷却装置付きリアクトルに係り、特
に、冷却効率を向上することができる冷却装置付きリア
クトルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電気自動車や電車等の主回
路内にノイズ低減用の平滑フィルターとして配設された
大電力用のリアクトルでは放熱量が大きく、特に鉄心リ
アクトルではコイル及びコアからの発熱の寄与がある。
鉄芯リアクトルは、例えば珪素鋼板や鉄等の磁性体から
なるコアにコイルが巻回されて構成されている。ここ
で、鉄芯リアクトルのコイルにコイル電流が通電される
と、コアの磁性体内に磁束が発生し、この磁束の磁束密
度に時間的な変化が生じると磁性体内に起電力が発生し
て導電性を有する経路にて渦電流が発生する。これによ
り、鉄芯リアクトルには、コイルの巻線抵抗によるジュ
ール熱と、コアに生じた渦電流に対するジュール熱とに
起因する発熱が生じる。

【０００３】このリアクトルの発熱により、主回路内で
リアクトルの周囲に配された他の電子機器類がリアクト
ルからの輻射熱で加熱され、これらの電子機器類が過熱
状態になると電子機器類の正常な動作が損なわれるおそ
れがあり、さらに、リアクトル自体が過熱状態となるこ
とでリアクトルの動作の安定性が損なわれるおそれがあ
る。このような問題に対して、例えば特開平８−２２２
４４２号公報に開示された冷却装置付きリアクトルのよ
うに、コイルの外周に、フインを備えたカバーを樹脂に
より固着して、放熱面積を増大させた冷却装置付きリア
クトルが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の一例による冷却装置付きリアクトルにおいて
は、コイルからの放熱量を増大させているだけであっ
て、コアからの放熱量を増大させることは考慮されてお
らず、しかも、リアクトルの周囲に配置された他の電子
機器類に対するリアクトルからの輻射熱を有効に低減す
ることはできないという問題がある。特に、例えば電気
自動車等のように、リアクトルの電力容量の増大と、主
回路内での電子機器類の配置の高密度化とが要求される
場合であっても、周囲への熱影響が少なく、かつ、小型
化可能なリアクトルを提供することができないという問
題が生じる。本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、放熱効果を向上させることができると共に、小型化
可能であり、周囲の電子機器類等への輻射を抑制して電
気的な安定性を向上させることが可能な冷却装置付きリ
アクトルを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の冷却
装置付きリアクトルは、通電により磁束を発生するコイ
ル（例えば、後述する実施の形態におけるコイル１１）
と、磁路を形成するコア（例えば、後述する実施の形態
におけるコア１２）と、前記コイルの少なくともいずれ
かの面（例えば、後述する実施の形態におけるコイル１
１の外周面１１Ａ）に沿って対向し前記コイルからの熱
を奪うコイル冷却面（例えば、後述する実施の形態にお
けるコイル対向面２４Ａ）を具備するコイル冷却部材
（例えば、後述する実施の形態におけるコイル冷却部２
４）と、前記コアの少なくともいずれかの面（例えば、
後述する実施の形態における短手部１２ｂの側面１２
Ｂ）に沿って対向し前記コアからの熱を奪うコア冷却面
（例えば、後述する実施の形態におけるコア対向面２５
Ａ）を具備するコア冷却部材（例えば、後述する実施の
形態におけるコア対向部２５）と、前記コイル及び前記
コアを支持しつつ、前記コイル及び前記コアから奪った
前記熱を隣接して配置された冷却部材（例えば、後述す
る実施の形態におけるヒートシンク５）に伝達するハウ
ジング（例えば、後述する実施の形態における側部ハウ
ジング１６）とを備えている。

【０００６】上記構成の冷却装置付きリアクトルによれ
ば、コイルに対向して配置されたコイル冷却面、及び、
コアに対向して配置されたコア冷却面から、コイル及び
コアのそれぞれから効果的に熱を奪い、この熱を例えば
ヒートシンク等の冷却部材に伝達することができる。す
なわち、コイルに加えてコアからも有効に熱を奪うこと
で、リアクトルの周囲に配置された他の電子機器類に対
する輻射熱の影響を抑制することができ、主回路内での
電子機器類の配置を高密度化することが可能となる。し
かも、リアクトルの放熱性能が向上されることから、大
電力でありながらも小型化することができ、リアクトル
の小型化により、より一層、周囲の電子機器類への輻射
を抑制することができると共に、電子機器類の配置を高
密度化することができる。

【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明の冷却装
置付きリアクトルは、前記コイルと前記コイル冷却面と
の間、及び、前記コアと前記コア冷却面との間に、通電
を妨げる絶縁部材（例えば、後述する実施の形態におけ
る絶縁伝熱シート１３、絶縁紙１５）を備えている。

【０００８】上記構成の冷却装置付きリアクトルによれ
ば、例えばコイルからの漏れ電流やコアでの渦電流によ
って、リアクトルと周囲の電子機器類等との間に短絡が
発生することを防止することができ、小型化かつ高密度
配置が可能であることに加えて、電気的な動作の安定性
を向上させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の冷却装置付きリア
クトルの一実施形態について添付図面を参照しながら説
明する。図１は本発明の一実施形態に係る冷却装置付き
リアクトル１０を備えた燃料電池自動車Ｆを示す構成図
であり、図２は図１に示す冷却装置付きリアクトル１０
を備えた燃料電池自動車Ｆの要部ブロック構成図であ
り、図３は本発明の一実施形態に係る冷却装置付きリア
クトル１０を示す斜視図であり、図４は図３に示す冷却
装置付きリアクトル１０の分解斜視図であり、図５は図
３に示す冷却装置付きリアクトル１０の側面図であり、
図６は図３に示す冷却装置付きリアクトル１０の正面図
である。

【００１０】本実施の形態による冷却装置付きリアクト
ル１０（以下においては、単に、リアクトル１０とも呼
ぶ。）は、例えば図１及び図２に示すように、燃料電池
自動車Ｆのエンジンルームのパワーコントロールユニッ
ト（ＰＣＵ）２内に配置されている。図２に示すよう
に、走行用のメインモータ１はパワーコントロールユニ
ット（ＰＣＵ）２を介して、燃料電池スタック（ＦＣＳ
ＴＫ）３及び電力回生等のためのバッテリ（ＢＡＴＴ）
４に接続されている。パワーコントロールユニット２は
熱伝導率の高い、例えば、アルミ製のヒートシンク５を
備えている。このヒートシンク５はクーラントが流れる
通路を有し、いずれかの面としての上面に接触した状態
で実装される熱源体としての電子機器類から熱を奪うも
のである。

【００１１】図４に示すように、本実施の形態による冷
却装置付きリアクトル１０は、例えば、コイル１１と、
コア１２と、絶縁伝熱シート１３，１３と、上部ハウジ
ング１４と、絶縁紙１５，…，１５と、側部ハウジング
１６，１６と、側部遮熱板１７，１７と、遮熱板１８と
を備えて構成されている。

【００１２】コア１２は、例えば珪素鋼板や鉄等の磁性
体からなり、扁平した略円環板状の閉路鉄心をなしてい
る。すなわち、コア１２は、対向して配置された２つの
長手部１２ａ，１２ａ、及び、対向して配置された２つ
の短手部１２ｂ，１２ｂを備えて構成されており、各長
手部１２ａ，１２ａにコイル１１，１１が巻回されてい
る。そして、各コイル１１，１１の外周面１１Ａ，１１
Ａに当接するようにして２つの絶縁伝熱シート１３，１
３が装着されている。絶縁伝熱シート１３は電気的な絶
縁性を有する一方で熱伝導性に優れた材質から形成され
ており、例えばコア１２の長手部１２ａに沿った方向に
対する断面が略半円形となるように滑らかに曲げられて
なる形状を有しており、コイル１１の外周面１１Ａに沿
ってこれを覆うようにして配置されている。なお、コア
１２は、例えば２つの各長手部１２ａ，１２ａが鉛直方
向の上方及び下方に位置するように配置されている。そ
して、２つの絶縁伝熱シート１３，１３のうち、一方の
絶縁伝熱シート１３はコイル１１の外周面１１Ａを鉛直
方向の上方から覆うようにして配置され、他方の絶縁伝
熱シート１３はコイル１１の外周面１１Ａを鉛直方向の
下方から覆うようにして配置されている。

【００１３】上部ハウジング１４は、例えばアルミニウ
ムからなり、水平面状の上面１４ａ上には、鉛直方向上
方に向かい突出する複数の放熱用のフィン２１，…，２
１が備えられている。フィン２１は、コア１２の長手部
１２ａに沿った方向に交差する方向に伸びる略板状に形
成され、複数のフィン２１，…，２１が長手部１２ａに
沿った方向に相互に隣接するようにして配置されてい
る。上部ハウジング１４の下面１４ｂは、コイル１１の
外周面１１Ａを覆うようにして配置された絶縁伝熱シー
ト１３に対して面接触するように形成されており、絶縁
伝熱シート１３を鉛直方向上方から覆うようにして配置
されている。すなわち、コイル１１の外周面１１Ａは鉛
直方向上方から絶縁伝熱シート１３を介して上部ハウジ
ング１４によって覆われるようにして固定されている。
なお、図３に示すように、上部ハウジング１４の外観略
長方形状の上面１４ａの４隅には鉛直方向に貫通するボ
ルト穴１４Ａ，…，１４Ａが設けられており、このボル
ト穴１４Ａ，…，１４Ａに挿入されたボルト１４Ｂ，
…，１４Ｂによって、後述する側部ハウジング１６，１
６に接続されている。

【００１４】２つの側部ハウジング１６，１６は、例え
ばアルミニウムからなり、コイル１１が巻回されたコア
１２を、絶縁紙１５，…，１５を介して水平方向すなわ
ちコア１２の長手部１２ａ及び短手部１２ｂのそれぞれ
に沿った方向と直交する方向において、両側から挟み込
むようにして配置されている。ここで、側部ハウジング
１６は、例えば、底部２２と、２つのコア冷却部２３，
２３と、コイル冷却部２４とを備えて構成されている。

【００１５】２つのコア冷却部２３、２３は底部２２の
表面上から鉛直方向上方に向かい突出するように形成さ
れており、各コア冷却部２３が絶縁紙１５を介してコア
１２の短手部１２ｂに当接するように、２つの各コア冷
却部２３，２３は所定距離だけ離間して配置されてい
る。すなわち、コア冷却部２３は鉛直方向に対する断面
が略Ｌ字状となるように、例えば鉛直方向に伸びる２つ
の略板状のコア対向部２５及び離間部２６が互いに直交
するように接続されて構成されている。そして、コア対
向部２５は、コア１２の短手部１２ｂの側面１２Ｂと対
向するコア対向面２５Ａを備えており、短手部１２ｂの
側面１２Ｂとコア対向面２５Ａとは絶縁紙１５を介して
互いに面接触している。なお、短手部１２ｂの側面１２
Ｂとは、コア１２の外周面の一部をなす短手部１２ｂの
外周面と交差稜辺を形成する２つの表面１２Ｂ，１２Ｂ
のうちの一方の表面１２Ｂであって、コア１２の長手部
１２ａ及び短手部１２ｂのそれぞれに沿った方向と直交
する方向で対向する２つの表面１２Ｂ，１２Ｂのうちの
一方の表面１２Ｂである。

【００１６】また、離間して配置された２つのコア冷却
部２３，２３の各離間部２６，２６には、所定距離をお
いて互いに対向する各離間面２６Ａ，２６Ａが備えられ
ており、これらの離間面２６Ａ，２６Ａによって両側か
ら挟み込まれるようにしてコイル冷却部２４が配置され
ている。なお、コア１２とコア冷却部２３との間に挿入
された絶縁紙１５は、コア対向面２５Ａ及び離間面２６
Ａを覆うようにして装着されている。

【００１７】底部２２の表面上に設けられたコイル冷却
部２４は、鉛直方向下方のコイル１１の外周面１１Ａを
覆うようにして配置された絶縁伝熱シート１３に対して
面接触するコイル対向面２４Ａを備えており、コイル対
向面２４Ａは絶縁伝熱シート１３を鉛直方向下方から覆
うようにして配置されている。すなわち、コイル対向面
２４Ａは、コア１２の長手部１２ａに沿った方向に対す
る断面が略１／４円形となるような滑らかな凹曲面状に
形成されており、コイル１１の外周面１１Ａは鉛直方向
下方から絶縁伝熱シート１３を介してコイル冷却部２４
によって覆われるようにして固定されている。

【００１８】そして、コア対向部２５の鉛直方向におけ
る２つの隅部には、コア１２の長手部１２ａ及び短手部
１２ｂのそれぞれに沿った方向と直交する方向にハウジ
ング固定用ボルト穴１６Ａが貫設されており、コア１２
を両側から挟み込む２つの側部ハウジング１６，１６に
対して、一方の側部ハウジング１６のハウジング固定用
ボルト穴１６Ａから挿入されたハウジング固定用ボルト
１６Ｂが、他方の側部ハウジング１６のハウジング固定
用ボルト穴１６Ａに挿入されて、ハウジング固定用ボル
ト１６Ｂのねじ部にナット１６Ｃが螺着されることで、
２つの側部ハウジング１６，１６が固定されている。さ
らに、側部ハウジング１６の２つのコア冷却部２３，２
３の上面には、上部ハウジング１４のボルト穴１４Ａに
臨み、このボルト穴１４Ａと連通するねじ穴１６Ｄが設
けられており、上部ハウジング１４のボルト穴１４Ａに
挿入されたボルト１４Ｂのねじ部が側部ハウジング１６
のねじ穴１６Ｄに螺着されることで、上部ハウジング１
４と側部ハウジング１６とが接続されている。また、側
部ハウジング１６の底部２２の表面上には、鉛直方向に
貫通する固定用ボルト穴１６Ｅが設けられており、この
固定用ボルト穴１６Ｅに挿入された固定用ボルト１６Ｆ
が側部ハウジング１６の鉛直方向下方に備えられたヒー
トシンク５に螺着されることで、側部ハウジング１６が
ヒートシンク５に接続されている。

【００１９】さらに、側部ハウジング１６には、離間し
て配置された２つのコア冷却部２３、２３の間の空隙部
分を覆うようにして側部遮熱板１７が装着されており、
この側部遮熱板１７は、２つのコア冷却部２３、２３の
各離間部２６，２６に対してボルト１７Ａ，…，１７Ａ
によって固定されている。また、コア１２を両側から挟
み込む２つの側部ハウジング１６，１６の間の空隙部分
を覆うようにして遮熱板１８が装着されており、この遮
熱板１８は、２つの側部ハウジング１６，１６の各コア
冷却部２３、２３のコア対向部２５，２５に対してボル
トによって固定されている。

【００２０】本実施の形態による冷却装置付きリアクト
ル１０は上記構成を備えており、次に、この冷却装置付
きリアクトル１０の動作について添付図面を参照しなが
ら説明する。

【００２１】燃料電池スタック３からメインモータ１に
電力が供給されると、パワーコントロールユニット２で
は、リアクトル１０の温度が上昇する。ここで、リアク
トル１０のコイル１１に対しては、絶縁伝熱シート１３
を介してコイル１１を覆うようにして配置された上部ハ
ウジング１４及び２つの側部ハウジング１６，１６の各
コイル冷却部２４，２４によって熱を奪い、この熱を上
部ハウジング１４に備えられたフィン２１，…，２１を
介して外部に放熱、又は、側部ハウジング１６が固定さ
れたヒートシンク５に伝達する。さらに、リアクトル１
０のコア１２に対しては、特にコア１２の短手部１２ｂ
の側面１２Ｂに対向して配置され、この側面１２Ｂに絶
縁紙１５を介して面接触するコア対向部２５のコア対向
面２５Ａから熱を奪い、この熱をヒートシンク５に伝達
する。

【００２２】上述したように、本実施の形態による冷却
装置付きリアクトル１０によれば、リアクトル１０にて
発生した熱を所定の経路に沿って外部に放熱することが
でき、リアクトル１０の放熱性能を向上させることによ
って、リアクトル１０の小型化が可能となる。しかも、
リアクトル１０からの放熱によって周囲に配置された各
電子機器類の温度が上昇してしまうことを抑制すること
ができる。すなわち、コイル１１に加えてコア１２から
も有効に熱を奪うことで、リアクトル１０の周囲に配置
された他の電子機器類に対する輻射熱の影響を抑制する
ことができ、リアクトル１０が配置された主回路内での
電子機器類の配置を高密度化することが可能となる。

【００２３】しかも、リアクトル１０の放熱性能が向上
されることから、大電力でありながらも小型化すること
ができ、リアクトル１０の小型化により、より一層、周
囲の電機部品への輻射を抑制することができると共に、
電子機器類の配置を高密度化することができる。また、
コイル１１が巻回されたコア１２は、絶縁伝熱シート１
３及び絶縁紙１５を介して上部ハウジング１４及び側部
ハウジング１６，１６により支持されているため、例え
ばコイル１１からの漏れ電流やコア１２での渦電流によ
って、リアクトル１０と周囲の電子機器類等との間に短
絡が発生することを防止することができ、リアクトル１
０の小型化かつ電子機器類等の高密度配置が可能である
ことに加えて、電気的な動作の安定性を向上させること
ができる。

【００２４】以下に、本実施の形態に係る冷却装置付き
リアクトル１０において、コア対向面２５Ａの有無に応
じて、リアクトル１０の近傍に配置された制御基板表面
の温度を測定した結果について説明する。ここで、コア
対向面２５Ａが設けられていない場合には制御基板表面
の温度が１００℃程度まで上昇したことに対して、上述
したリアクトル１０のようにコア対向面２５Ａを設けた
場合には８５℃程度までの温度上昇に抑制することがで
きる。すなわち、コア１２から有効に熱を奪うことによ
って、周囲に配置された電子機器類等に対する輻射の影
響を抑制することができたと結論できる。

【００２５】なお、本実施の形態においては、側部ハウ
ジング１６が、コア冷却部２３，２３と、コイル冷却部
２４とを備えて構成されているとしたが、これに限定さ
れず、側部ハウジング１６と、コア冷却部２３，２３及
びコイル冷却部２４とは別体とされていても良く、例え
ば、コイル１１が巻回されたコア１２を支持する側部ハ
ウジング１６と、コイル１１及びコア１２と間に、コア
冷却部２３，２３及びコイル冷却部２４とが配置されて
も良い。この場合、コア冷却部２３，２３及びコイル冷
却部２４と、側部ハウジング１６とが適宜に接続される
ことで、コア冷却部２３，２３及びコイル冷却部２４に
よってコイル１１及びコア１２から奪われた熱が、側部
ハウジング１６を介してヒートシンク５に伝達されても
良いし、コア冷却部２３，２３及びコイル冷却部２４が
ヒートシンク５に直接に接続されることで熱が伝達され
ても良い。なお、本実施の形態においては、冷却装置付
きリアクトル１０を燃料電池自動車１に搭載するとした
が、これに限定されず、例えば電気自動車等のその他の
車両に搭載されても良く、さらに、車両に搭載されるこ
とに限定されず、例えば設置型の燃料電池スタック等に
適用可能である。なお、本実施の形態においては、コア
１２を形成する磁性体は珪素鋼板であるとしたが、これ
に限定されず、その他の軟磁性体、例えば鉄等であって
も良い。また、本実施の形態においては、コイル１１が
巻回されたコア１２は、絶縁紙１５を介して側部ハウジ
ング１６，１６により支持されるとしたが、これに限定
されず、絶縁紙１５の代わりに絶縁性の樹脂等のその他
の絶縁材を使用しても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明の冷却装置付きリアクトルによれば、コイルに加
えてコアからも有効に熱を奪うことで、リアクトルの周
囲に配置された他の電子機器類に対する輻射熱の影響を
抑制することができ、リアクトルが配置された主回路内
での電子機器類の配置を高密度化することが可能とな
る。しかも、リアクトルの放熱性能が向上されることか
ら、大電力でありながらも小型化することができ、リア
クトルの小型化により、より一層、周囲の電機部品への
輻射を抑制することができると共に、電子機器類の配置
を高密度化することができる。さらに、請求項２に記載
の本発明の冷却装置付きリアクトルによれば、リアクト
ルと周囲の電子機器類等との間に短絡が発生することを
防止することができ、小型かつ高密度配置が可能である
ことに加えて、電気的な動作の安定性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る冷却装置付きリア
クトルを備えた燃料電池自動車を示す構成図である。

【図２】 図１に示す冷却装置付きリアクトルを備えた
燃料電池自動車の要部ブロック構成図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る冷却装置付きリア
クトルを示す斜視図である。

【図４】 図３に示す冷却装置付きリアクトルの分解斜
視図である。

【図５】 図３に示す冷却装置付きリアクトルの側面図
である。

【図６】 図３に示す冷却装置付きリアクトルの正面図
である。

【符号の説明】

５ ヒートシンク（冷却部材） １０ 冷却装置付きリアクトル（リアクトル） １１ コイル １１Ａ 外周面（いずれかの面） １２ コア １２Ｂ 側面（いずれかの面） １３ 絶縁伝熱シート（絶縁部材） １４ 上部ハウジング １５ 絶縁紙（絶縁部材） １６ 側部ハウジング（ハウジング） ２４ コイル冷却部（コイル冷却部材） ２４Ａ コイル対向面（コイル冷却面） ２５ コア対向部（コア冷却部材） ２５Ａ コア対向面（コア冷却面）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により磁束を発生するコイルと、磁
   路を形成するコアと、 前記コイルの少なくともいずれかの面に沿って対向し前
   記コイルからの熱を奪うコイル冷却面を具備するコイル
   冷却部材と、 前記コアの少なくともいずれかの面に沿って対向し前記
   コアからの熱を奪うコア冷却面を具備するコア冷却部材
   と、 前記コイル及び前記コアを支持しつつ、前記前記コイル
   及び前記コアから奪った前記熱を隣接して配置された冷
   却部材に伝達するハウジングとを備えたことを特徴とす
   る冷却装置付きリアクトル。
2. 【請求項２】 前記コイルと前記コイル冷却面との間、
   及び、前記コアと前記コア冷却面との間に、通電を妨げ
   る絶縁部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
   冷却装置付きリアクトル。