JP2008028308A - 車載用リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】高価な封止樹脂の使用量を減らして製造コストの低減を図ることができるとともに、放熱効果、絶縁効果等を向上させ、また、騒音の発生を抑制することのできるリアクトルを提供する。
【解決手段】環状のコア２と、上記コア２の外周に設けられるコイル３と、これらを収容するケース４とを備える車載用リアクトル１Ａであって、上記コア２及び上記コイル３を、上記ケース４内に充填した液状絶縁体５に浸漬するとともに、上記ケース４の開口部に、上記液状絶縁体５を封止する封止手段７ａを設けて形成される。
【選択図】図２

Description

本願発明は、ハイブリッド車や燃料電池自動車のような電気自動車に搭載される車載用リアクトルに関する。

近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池自動車等の直流電源でモータを駆動して走行する自動車が開発されている。上記のような自動車では、直流電源であるバッテリーの電圧を昇圧する昇圧コンバータが搭載されており、リアクトルはこの昇圧コンバータの主要部品である。

上記リアクトルは、環状コアの外周に絶縁部材であるボビンを介してコイルを装着して構成されている。車載用のリアクトルは、防水、絶縁及び放熱等の機能を付加するため、全体がケース内において樹脂封止されている。

特開２００６−４１３５３

上記特許文献１に記載されているリアクトルは、コア及びコイルの全体が樹脂によって封止されている。

ところが、車載用リアクトルは自動車内部に搭載されるとはいえ、大きな振動や温度変化に曝される。このため、上記封止構造を構成する樹脂材料には絶縁性のみならず耐熱性や耐候性が要求される。これら条件を満たすために、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等の高価な樹脂が使用されているが、リアクトルの製造コストを増加させる要因となっている。

また、上記ウレタン樹脂等は、上記コア及びコイルを埋め込むように充填されているが、金属材料に比べて熱伝導率が低く、充分な放熱性を確保することができない。

さらに、上記リアクトルは、作動中に上記コアが振動して騒音を発生することがあるが、従来の封止構造では、上記騒音を充分に抑えることができなかった。

本願発明は、高価な封止樹脂の使用量を低減させて製造コストの低減を図ることができるとともに、放熱効果、絶縁効果等を向上させ、また、騒音の発生を抑制することのできるリアクトルを提供することを課題としている。

本願発明に係る車載用リアクトルは、環状のコアと、上記コアの外周に設けられるコイルと、これらを収容するケースとを備える車載用リアクトルであって、上記コア及び上記コイルを、上記ケース内に充填した液状絶縁体に浸漬するとともに、上記ケースの開口部に、上記液状絶縁体を封止する封止手段を設けて形成される。

上記液状絶縁体として、ＪＩＳＣ２３２０に記載されているような絶縁油を使用することがでる。絶縁油は、一般の潤滑油とは異なり、電気的特性、酸化安定性等が要求されるとともに、数十年の耐久性も要求される。

たとえば、ナフテン系やパラフィン系の鉱油、シリコン油、アルキベンゼン等の合成油を使用することができる。また、上記絶縁油の他に、フロロカーボン等のフッ素系不活性液体等を使用することもできる。

従来の樹脂封止構造に代えて絶縁油等の液状絶縁体を使用することにより、リアクトルの製造コストを低減させることができる。また、一般に、液状絶縁体の熱伝導率は樹脂封止材より低いが、充填された空間を流動して対流循環できる。したがって、樹脂封止構造に比べて高い放熱性を発揮させることができる。しかも、リアクトルにおいては、発熱して温度が上昇するのは各コイルの巻線間の空間であり、この部分に介在する液状絶縁体を循環流動させることにより、コイルからケースの内面へ効率よく放熱させることが可能となる。

また、車載用リアクトルでは、走行中にコア等が振動して騒音を発生させることがある。本願発明では、上記液状絶縁体が上記振動を抑制し、あるいは吸収して、ケースの外部に漏れ出る騒音を低減させる効果を期待できる。

上記絶縁油は流動性があるため、ケースから漏れ出ないように、封止手段が要求される。上記封止手段としてケースを覆う蓋部材を設けることもできるが、部品点数及びコストを低減するため、請求項２に記載した発明のように、上記ケースの開口部を覆う樹脂封止層を備えて構成するのが好ましい。

上記樹脂封止層の構成及び材料は特に限定されることはない。たとえば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂から上記樹脂封止層を形成することができる。また、上記封止手段を樹脂材料のみで形成することもできるし、樹脂材料に補強材料等を加えて構成することもできる。

請求項３に記載した発明のように、上記液状絶縁体の比重が、上記樹脂封止層を構成する樹脂材料の比重より大きいものを採用することにより、上記液状絶縁体をケース内に注入した後、上記樹脂材料を上記液状絶縁体の上部に流し込んで硬化させることにより、上記樹脂封止層を形成することができる。

また、樹脂封止層を構成する樹脂の比重が液状絶縁体の比重より大きい場合等には、請求項４に記載した発明のように、上記液状絶縁体と上記樹脂封止層の間に仕切層を設けることができる。上記仕切層を設けることにより、樹脂材料及び液状絶縁体の比重に左右されることなく、樹脂封止層を形成することが可能となる。

また、樹脂封止層の放熱性を高めるために、これを構成する上記樹脂材料に金属粉体等を混入するのが望ましい。ところが、金属粉体を樹脂材料に混入すると比重が大きくなる。さらに、上記金属粉体が上記樹脂封止層から離脱して液状絶縁体に混入するとコイルの絶縁破壊につながる。上記仕切層を設けることにより、比重が問題となることはなく、また、上記金属粒子等が上記液状絶縁体に混入する恐れもなくなる。したがって、樹脂封止層に種々の放熱材料を混入して放熱性を高めることも可能となる。

上記仕切層は、上記液状絶縁体より比重が小さい樹脂を上記液状絶縁体の液面で硬化させることにより形成することができる。上記仕切層は、ケースに対する接合強度等が要求されることはない。したがって、厚さを薄く形成することができ、シリコン樹脂等の安定性の高い高価な樹脂材料を使用してもコストを増加させる恐れは少ない。

請求項５に記載した発明は、上記樹脂封止層を、上記コア又はコイルの一部を埋め込むように構成したものである。車載用リアクトルは、装置全体が大きな振動や温度変化等に曝される恐れがある。このため、樹脂封止層のケースに対する接合強度が要求される。通常、樹脂封止層の周縁部がケース内面に接着されて保持されることになるが、接着面が剥離等すると、液状絶縁体が漏れ出たり樹脂封止層が脱落したりする恐れがある。上記樹脂封止層を、上記コア又はコイルの一部を埋め込むように構成することにより、上記樹脂封止層を上記コアないしは上記コイルによって保持できることになり、樹脂封止層の補強構造を構成できる。

請求項６に記載した発明のように、上記樹脂封止層を補強部材を含んで構成することができる。たとえば、上記補強部材として、封止樹脂に強化繊維を混入して繊維強化樹脂とすることができる。また、シート状の補強材料を樹脂封止層の一部に埋め込んで補強構造を形成することができる。

請求項７に記載した発明は、上記ケースの内周部に、上記樹脂封止層を保持する保持手段を設けたものである。上記樹脂封止層は、周縁部が上記ケースの内周面に接着されて上記ケースと一体化される。この部分の接着強度が低い場合には、上記樹脂封止層がケースから外れたり接着面に隙間が生じたりして、上記液状絶縁体が漏れ出る恐れがある。上記保持手段を設けることにより、上記樹脂封止層と上記ケース内面との接合強度を高めることができる。

上記保持手段は特に限定されることはなく、たとえば、ケースの内周面に凹凸を形成して上記樹脂封止層との接着面積を増加させるように構成することができる。また、ケース内周面に段部を形成して、上記樹脂封止層をこの段部を挟むように形成することにより、樹脂封止層の脱落を防止することもできる。

請求項８に記載した発明は、上記封止手段が、上記ケースに連結されて上記開口部の一部又は全部を覆う蓋部材を備えて形成されるものである。

上記蓋部材は、上記開口部の一部又は全部を覆うように設けることができる。上記ケースに連結されるとともに上記開口部の一部を覆う蓋部材と、上記樹脂封止層とを組み合わせることにより、強度の高い封止構造を形成することができる。また、上記蓋部材を金属等の放熱性の高い材料で形成するとともに上記液状絶縁体に接するように配置することにより、循環流動する液状絶縁体からの放熱面積が増大し、放熱高価を高めることも可能となる。

発明の実施の形態

図１に示すように、リアクトル１は、環状のコア２と、このコア２の周囲に装着されたコイル３とを備えて構成される。通常、上記コア２と上記コイル３との間には、上記コイル３を上記コアの外周部に所定間隔をあけて保持するためのボビンが介挿されるとともに箱状のケースに収容されている。従来は、上記ケース内で上記コア２及び上記コイル３の全体が樹脂封止されていた。

図２は、本願発明の第１の実施例を示すものであり、図１に示すコア２及びコイル３をケース４に収納して構成されるリアクトル１Ａを示す断面図である。

この実施例に係るリアクトル１Ａは、アルミで形成された箱状のケース４に上記コア２及びコイル３を収容するとともに絶縁油５を注入し、上記コア２及び上記コイル３を上記絶縁油５に浸漬した状態で、上記ケース４の開口部６に樹脂封止層７ａを設けて形成されている。上記コア２及びコイル３は、コイル３の両側に設けられる保持部材９を介して、上記ケース４内の所定位置に連結保持されている。

本実施例では、上記液状絶縁体として絶縁油５が採用されている。上記絶縁油５の種類は特に限定されることはなく、たとえば、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油及び、シリコン油等の合成油系のものを採用できる。また、液状絶縁体として、フロロカーボン等のフッ素系不活性液体を使用することもできる。

上記樹脂封止層７ａは、エポキシ樹脂等の流動性のある樹脂材料１０を、上記液状絶縁体５の液面に流し込んで硬化させることにより形成されている。エポキシ樹脂の比重は１．０〜１．７であるため、上記液状絶縁体５は、比重が上記樹脂材料１０より大きいものが採用されている。

車載用のリアクトルは、走行等に伴う振動等に曝され、また、屋外で使用されるものであるため温度変化も大きい。したがって、上記樹脂封止層７ａを上記ケース４に確実に保持できるように構成する必要がある。本実施例に係る樹脂封止層７ａは、周縁部が上記ケース４の開口部６の内面に接着されるとともに、上記コイル３の上部を埋め込むようにして形成されている。

上記コア２及び上記コイル３は、上記保持部材９を介して上記ケース４の底部に連結固定されている。このため、上記樹脂封止層７を上記コイル３の上部を埋め込むようにして形成することにより、上記樹脂封止層７の中央部が上記コイル３ないしコア２を介して上記ケース４に連結保持されることになる。また、樹封止層７ａの中央部の保形強度も高まる。上記構成を採用することにより、長期間使用しても液状絶縁体５が漏れ出ない封止構造を構成することが可能となる。

本実施例に係るリアクトル１Ａは、大部分が液状絶縁体に浸漬した状態で封止されているため、従来の樹脂封止構造に比べて封止樹脂の使用量が大幅に少なくなり、製造コストを低減させることができる。

また、上記液状絶縁体５は上記封止空間内を流動することができる。このため、上記コイル３あるいはコア２の温度上昇によって、これら部材の近傍とケース４の内面との間で対流が生じ、コイル３あるいはコア２からの放熱を効率よく行うことができる。

図３に、本願発明の第２の実施例に係るリアクトル１Ｂを示す。この実施例では、上記ケース４の開口部６の近傍において内方へ突出する凸部１３を形成するとともに、上記凸部１３を挟むようにして樹脂封止層７ｂを形成している。上記凸部１３が上記樹脂封止層７ｂに食い込むように配置されているため、上記樹脂封止層７ｂが上記ケース４から脱落しにくくなる。また、上記樹脂封止層７ｂの周縁部と上記ケース４の内周部との接着面積も大きくなり、ケースに対する保持強度が高まる。

上記第１の実施例及び第２の実施例では、上記絶縁油５の液面に樹脂材料１０を流し込んで硬化させることにより、樹脂封止層７ａ，７ｂが形成される。したがって、上記絶縁油５の比重が上記樹脂材料１０の比重より小さい場合には、樹脂封止層を形成することができなくなる。

図４に本願発明の第３の実施例を示す。本実施例は、樹脂封止層７ｃと絶縁油５との間に、上記絶縁油５より比重の低い樹脂材料で仕切層１１を設けることにより、樹脂材料１０及び絶縁油５の比重に制限されることなく、樹脂封止層７ｃを形成できるようにしたものである。

特に、放熱性を高めるために樹脂封止層に金属粉等を混入する場合には、樹脂材料１０の比重が大きくなるばかりでなく、上記絶縁油５に上記金属粉が混入する恐れがあったが、上記仕切層１１を設けることにより、金属粉等を混入した放熱性の高い樹脂封止層７ｃを設けることが可能となった。

上記仕切層１１は、上記樹脂封止層７ｃを構成する樹脂材料と同一の材料を採用することもできるし、異なる材料を用いて形成することもできる。たとえば、上記樹脂封止層７ｃを構成する樹脂材料１０として、強度及び接着性の高いエポキシ樹脂を採用する一方、上記仕切層１１に、シリコン樹脂等の安定性の高い樹脂を採用することができる。

また、第３の実施例では、上記樹封止層７ｃの厚さ方向中央部に強化繊維等の補強材１２を配置することにより上記樹脂封止層７ｃの強度を高めている。これにより、上記樹脂封止層７ｃ自体の強度も格段に高まる。

図５に、第４の実施例を示す。この実施例は、上記ケース４の開口部近傍に、上記第２の実施例と同様の凸部１３を設けるとともに、凸部１３に係止される蓋部材１４を上記絶縁油５に接するように設け、この蓋部材１４を埋め込むようにして、樹脂封止層７ｄが形成されている。

上記蓋部材１４は、上記ケース４の内周部に対応した矩形枠状に形成されており、外周部が上記凸部１３に係合させられて、上記ケース４と一体化させられている。上記樹脂封止層７ｄは、上記ケース４の開口部近傍の内面と、上記凸部１３、上記蓋部材１４の上面及び縁部に接着されている。このため、上記樹脂封止層７ｄの上記ケース４に対する実質的な接着面積が大幅に増加し、強度の高い樹脂封止層７ｄが形成されている。上記蓋部材１４の形態及び材料は限定されることはなく、樹脂成形体等を採用できる。また、上記蓋部材１４をケース４と同じアルミ等の金属材料で形成することにより、上記絶縁油５のケース４に対する実質的な放熱面積が増加し、上記絶縁油５の放熱効果を高めることもできる。

本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。実施例では、アルミ製のケース４内に保持部材９を介してコア２及びコイル３を固定したが、他の手段を用いて連結固定することができる。

また、第２及び第３の実施例では、ケースの開口部６の内周近傍に凸部１３を設けたが、凹部を設けることができる。また、複数の凹凸を設けることもできる。

また、実施例では、各樹脂封止層を上記絶縁油５を封止する構造として形成したが、上記コア２及び上記コイル３を上記ケース４内に位置決め固定するために設けることもできる。たとえば、上記コア２及び上記コイル３をケース４内に収容して、ケース４の底部に所定厚さで封止樹脂を流し込み硬化させることにより、上記コア２及び上記コイル３をケースに位置決め保持できる。その後、絶縁油を注入し、上述の実施例と同様に開口部近傍に絶縁油の封止構造としての樹脂封止層を形成する。この場合、下方の樹脂封止層と上方の樹脂封止層の間に形成される空間に、絶縁油が保持されることになる。

リアクトルの主要部分をしめす全体斜視図である。 第１の実施例を示す要部の断面図である。 第２の実施例を示す要部の断面図である。 第３の実施例を示す要部の断面図である。 第４の実施例を示す要部の断面図である。

符号の説明

１Ａ リアクトル
２ コア
３ コイル
４ ケース
５ 絶縁油（液状絶縁体）
７ａ 封止手段

Claims (8)

1. 環状のコアと、上記コアの外周に設けられるコイルと、これらを収容するケースとを備える車載用リアクトルであって、
   上記コア及び上記コイルを、上記ケース内に充填した液状絶縁体に浸漬するとともに、
   上記ケースの開口部に、上記液状絶縁体を封止する封止手段を設けた、車載用リアクトル。
2. 上記封止手段が、上記ケースの開口部を覆う樹脂封止層を備えて形成されている、請求項１に記載の車載用リアクトル。
3. 上記液状絶縁体の比重が、上記樹脂封止層を構成する樹脂材料の比重より大きい、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車載用リアクトル。
4. 上記液状絶縁体と上記樹脂封止層の間に仕切層を設けた、請求項２又は請求項３のいずれかに記載の車載用リアクトル。
5. 上記樹脂封止層は、上記コア又はコイルの一部を埋め込むように形成されている、請求項２から請求項４のいずれかに記載の車載用リアクトル。
6. 上記樹脂封止層は、補強部材を含んで形成されている、請求項２から請求項５のいずれかに記載の車載用リアクトル。
7. 上記ケースの内周部に、上記樹脂封止層を保持する保持手段を設けた、請求項２から請求項６のいずれかに記載の車載用リアクトル。
8. 上記封止手段は、上記ケースに連結されて上記開口部の一部又は全部を覆う蓋部材を備えて形成されている、請求項１から請求項７のいずれかに記載の車載用リアクトル。
   
   
   

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