JP2008186904A - リアクトルおよび空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、たとえリアクトルが発熱したとしても、放熱効果が高いリアクトルを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るリアクトルＬは、コア部１と、巻線部２と、冷却部材３とを備えている。巻線部２は、コア部の周囲に巻回されている。また、冷却部材３は、冷却プレート４と冷却管５とから構成されている。冷却管５は、冷却プレート４に配設される。また、冷却管５には、冷却材が流れる。また、冷却部材３は、コア部１と巻線部２との間に存している。
【選択図】図４

Description

この発明は、リアクトルおよび空調機に係る発明であり、例えばインバータ化された空調機に適用することが可能である。

現在の空調機の多くは、インバータ化されている。つまり、空調機にはインバータ回路が備えられており、当該インバータ回路により、商用電源交流を一旦直流に変換し、再度交流に変換している。当該インバータ回路が配設されていることにより、商用電源の周波数によらずに、広範囲の電源周波数を発生することができる。つまり、当該インバータ化された空調機を用いることにより、可変速運転（つまり、冷房・暖房能力の可変）が可能となり、室内の快適性を向上させることができる。

ところで、商用電源交流を直流に変換する機能は、インバータ回路内のコンバータ部が有している。また、商用電源から当該コンバータ部に入力される電源電流波形に整形化の（より具体的には、入力電源電流の変化をなまらせる）ために、当該コンバータ部は、リアクトルが設けられている。

なお、本発明に関連する先行技術（つまり、冷却機能を有するリアクトルに係る先行技術）として、特許文献１が存在する。

特開平7−３０７２３２号公報

ところで、リアクトルは、コア部で発生する鉄損と巻線部で発生する銅損とにより、発熱する。当該リアクトルの発熱により、巻線部の導線を被覆する絶縁被覆や、コア部と巻線部との間に介在する絶縁樹脂がダメージを受ける。このように、絶縁部が発熱によりダメージを受けると、巻線部における絶縁性を大きく低下させる。特に、巻線部において発熱が当該絶縁部のダメージの観点から深刻な問題となっている。

また、当該発熱に起因した問題は、リアクトルの小型化のためにより顕著なものになっている。つまり、リアクトルを小型化すると、磁束密度の上昇し、また巻線断面積の減少に起因して鉄損や銅損がより上昇する（つまり、発熱温度がより上昇する）。更には、当該リアクトルの小型化により表面積（換言すれば、放熱面積）も当然減少するので、発熱したリアクトルを効率良く冷却できなくなってきている。

そこで、本発明は、たとえリアクトルが発熱したとしても、放熱効果が高いリアクトル、および当該リアクトルを有する空調機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のリアクトルは、コア部（１）と、前記コア部の周囲に巻回される巻線部（２）と、冷却プレート（４）と、前記冷却プレートに配設され、冷却材が流れる冷却管（５）とを、備える冷却部材（３）とを、備えており、前記冷却部材は、前記コア部と前記巻線部との間に存する。

また、請求項２に記載のリアクトルは、請求項１に記載のリアクトルであって、前記冷却部材は、前記コア部および前記巻線部に接している。

また、請求項３に記載のリアクトルは、請求項１に記載のリアクトルであって、前記コア部は、Ｅ型コアとＩ型コアとを組み合わせた構成体であり、前記巻線部は、前記Ｅ型コアの中央脚部に巻回されている。

また、請求項４に記載のリアクトルは、請求項１に記載のリアクトルであって、前記冷却管は、前記冷却プレート内部に埋設されている。

また、請求項５に記載のリアクトルは、請求項１に記載のリアクトルのリアクトルであって、前記冷却プレートの表面内には、溝が形成されており、前記冷却管は、前記溝に配置されている。

また、請求項６に記載の空調機は、インバータ回路を備える空調機であって、前記インバータ回路は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のリアクトルを備えている。

本発明の請求項１に記載のリアクトルは、コア部と、コア部の周囲に巻回される巻線部と、冷却プレートと、冷却プレートに配設される冷却材が流れる冷却管とを、備える冷却部材とを、備えており、冷却部材は、コア部と巻線部との間に存する。

したがって、コア部と巻線部とを同時に冷却することが出来ると共に、所定の空隙において熱が篭ることも抑制できる。つまり、放熱効果の高いリアクトル提供することができる。これにより、リアクトルの構成要素である各絶縁部の絶縁性も維持することが可能となる。

また、請求項２に記載のリアクトルでは、冷却部材は、コア部および巻線部に接している。

したがって、コア部と巻線部とで発生した熱をより効率良く冷却することができると共に、コア部と巻線部との間における熱の篭りをより防止できる。

また、請求項３に記載のリアクトルでは、コア部は、Ｅ型コアとＩ型コアとを組み合わせた構成体であり、巻線部は、Ｅ型コアの中央脚部に巻回されている。

したがって、Ｅ型コアとＩ型コアとを組み合わせた構成体から成るコア部に対しても、コア部と巻線部とを同時に冷却することが出来ると共に、所定の空隙において熱が篭ることも防止できる。

また、請求項４に記載のリアクトルでは、冷却管は、冷却プレート内部に埋設されている。

したがって、冷却プレートの全ての面において均等な冷却効率を有する冷却部材を提供できる。

また、請求項５に記載のリアクトルでは、冷却プレート表面内には、溝が形成されており、冷却管は、前記溝に配置されている。

したがって、当該冷却プレートの所定の面には、冷却管が露出することになる。よって、冷却プレートに容易に冷却管を配設することができる。

また、請求項６に記載の空調機は、インバータ回路を備える空調機であって、インバータ回路は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のリアクトルを備えている。

したがって、リアクトル自身が発熱したとしても当該リアクトルの絶縁性性能が変化することがないので、当該発熱の影響を受けずに、インバータ化された空調機の正常運転を長期間継続して実施できる。

上述したように、インバータ回路を備える空調機では、当該インバータ回路において、図１に示すようなコンバータ部１００を有している。コンバータ部１００は、商用電源交流を直流に変換することができ、リアクトルＬ、複数のダイオード、および複数のコンデンサーから構成されている。

ここで、リアクトルＬは、入力電源交流を整流するために用いられる。より具体的に、リアクトルＬは、図２に例示するような急激な電流波形が変化する商用電源交流を、図３に例示するような入力電源電流波形のように波形をなまらせるために用いられる。なお、図３の波形は、図２の波形に対応するものでないことに注意されたい（単に、図２，３は、波形のなまりの様子を説明するための図面である）。

上述したように、当該リアクトルＬの冷却機能の向上を図ることが本発明の課題であり、以下、この発明（つまり、冷却機能を有するリアクトルＬ）をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
図４，５は、本実施の形態に係るリアクトルＬの構成を示す図である。より具体的には、図４は、冷却部材３とリアクトル本体部（コア部１＋巻線部２）とが分離した状態を示す斜視図である。また、図５は、冷却部材３とリアクトル本体部（コア部１＋巻線部２）とが組み合わさった状態を示す斜視図である。

図４，５に示すように、リアクトルＬは、コア部１と、コア部１に巻回される巻線部２と、コア部１と巻線部２との間に形成される所定の空隙に存する冷却部材３とを備えている。

コア部１は、Ｅ型鉄心１ｅとＩ型鉄心１ｉとが組み合わさった構成体（構造体）である。

Ｅ型鉄心１ｅは、略直方体形状の下面部１ｆと当該下面部１ｆ側から鉛直上方に向けて互いに略平行に伸びる略直方体形状の３本の脚部２１，２２，２３とが一体的に形成された構造を有しており、正面視において略Ｅ型形状を有している。また、正面視において、３本の脚部２１，２２，２３のうち、最も左側の脚部２１は下面部１ｆの一端（左端）側に配置され、最も右側の脚部２３は下面部１ｆの他端（右端）側に配置されるとともに、中央の脚部２２（中央脚部とも称する）は、下面部１ｆの略中央に配置されている。

Ｉ型鉄心１ｉは、略直方体形状を有しており、正面視において（より正確には縦横反転した状態で）略Ｉ型形状を有している。Ｉ型鉄心１ｉは、下面部１ｆと略同一サイズを有しており、Ｅ型鉄心１ｅの上端側において各脚部２１，２２，２３と接するようにＥ型鉄心１ｅと組み合わせられる。

巻線部２は、例えば銅線で構成され、コア部１の周囲に巻回されている。より具体的には、巻線部２は、コア部１の中央脚部２１に巻回されコイルとして形成される。なお、巻線部２は、脚部２１，２２相互間の空隙と脚部２１，２３相互間の空隙とに収容されつつ、中央脚部２１に巻回される。

冷却部材３は、冷却プレート４と、冷却プレート４に配設される冷却管５とから構成されている。冷却管５には、たとえば水等の冷却材が循環する。ここで、本実施の形態では図４，５に示すように、冷却管５は、冷却プレート４の内部に埋設されるように配設されている。

各冷却部材３は、図５に示すように、コア部１の中央脚部２１と巻線部２との間に形成された所定の空隙に存する。なお、コア部１に巻線部２を巻回した後に、図４に示すように、当該冷却部材３と上記所定の空隙に挿入させても良い。また、図５に示す形態と成るように、コア部１と冷却部材３とを重ね合わせた状態で、巻線部２をコア部１に巻回させても良い。図５において、一方の冷却部材３は中央脚部２１の正面側（手前側）に設けられ、他方の冷却部材３は中央脚部２１の背面側（奥側）に設けられる。

このように、冷却部材３をコア部１の中央脚部２１と巻線部２との間に設けることによれば、中央脚部２１付近で発生した熱を冷却部材３によって効率的に冷却することができる。すなわち、高い冷却効果を得ることができる。したがって、中央脚部２１付近の温度上昇を効率的に抑制することができる。また、当然に、コア部１（より具体的に中央脚部２１）と巻線部２との間に熱が篭ることも防止できる。

また、冷却部材３は、コア部１および巻線部２に接している。冷却部材３（より具体的には、冷却プレート４）は、略Ｄ型断面（あるいは略弓形断面とも称される）の略柱状形状を有している。冷却部材３は、中央脚部２１に接する側が平面で構成されており、巻線部２に接する側が曲面で構成されている。したがって、冷却部材３は、中央脚部２１と巻線部２との双方に接触するように配置されている。そのため、中央脚部２１付近で発生した熱が冷却部材３に効率的に伝達され、温度上昇の抑制効率をさらに向上させることができる。

また、ここでは冷却プレート４および冷却管５の材料として、金属（銅あるいはアルミニウム等）を採用することができる。また、冷却プレート４および冷却管５の材料として、高熱伝導性樹脂を採用しても良い。これらの材料は熱伝導性が高いので、中央脚部２１付近で発生した熱を非常に効率的に伝達することが可能である。

なお、高熱伝導性樹脂は樹脂であり絶縁材としても機能する。そのため、巻線部２と中央脚部２１とを絶縁するために、中央脚部２１の全周囲にわたって別途の絶縁材を配置する必要がない。

以上のように、本実施の形態に係るリアクトルＬでは、コア部１に巻線部２を巻回する際に通常発生する所定の空隙６に冷却部材３を挿入している。

したがって、リアクトルＬの大きさを変更せずに、当該リアクトルＬの熱を放熱することができる。

また、冷却部材３には冷却管５が配設されており、当該冷却管５には冷却材が循環している。よって、放熱板等を設けるよりもリアクトル全体の大きさを小さくでき、常に冷却管５に冷却材を循環させることにより、放熱効率を向上させることができる。

また、冷却部材３は、コア部１と巻線部２との間に存在するので、コア部１で発生する熱および巻線部２から発生する熱を放熱させることができ、さらにコア部１と巻線部２との間における熱の篭りを抑制できる。つまり、放熱効果の高いリアクトルＬを提供することができる。これにより、リアクトルＬの構成要素である各絶縁部の絶縁性も維持することが可能となる。

また、本実施の形態に係るリアクトルＬでは、冷却部材３は、コア部１および巻線部２に接している。

したがって、コア部１と巻線部２とで発生した熱をより効率良く冷却することができると共に、コア部１と巻線部２との間における熱の篭りを防止できる。なお、放熱部材３とコア部１との接触面積および冷却部材３と巻線部２との接触面積が大きければ大きい程、前記効果は高くなる。よって、コア部１と巻線部２との間に生じ得る全ての空隙に冷却部材３を介在させ、かつ冷却部材３がコア部１および巻線部２とほぼ完全に接触していることが、冷却効果の観点から望ましい。

また、本実施の形態に係るリアクトルＬでは、コア部１は、Ｅ型コア１ｅとＩ型コア１ｉとを組み合わせた構成体であり、巻線部２は、Ｅ型コア１ｅの中央脚部２１に巻回されている。

したがって、Ｅ型コア１ｅとＩ型コア１ｉとを組み合わせた構成体から成るコア部１に対しても、コア部１と巻線部２とを同時に冷却することが出来ると共に、所定の空隙において熱が篭ることも抑制・防止できる。

また、コア部１に冷却部材３を重ね合わせた状態で、当該コア部１に巻線部２を巻回させることにより、巻線部２がコア部１の角部に直接接触することを防止できる。これにより、当該角部における巻線部２の巻回により、巻線部２自身が損傷を受けることを防止できる。

また、本実施の形態に係るリアクトルＬでは、冷却管５は、冷却プレート４内部に埋設されている。

したがって、冷却プレート４の全ての面において均等な冷却効率を有する冷却部材３を提供できる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、冷却管５を冷却プレート４の内部に埋設することにより冷却部材３が構成されていた。

本実施の形態では、冷却プレート４の表面内には溝が形成されており、冷却管５を当該溝に配置させることにより冷却部材３が構成されている。図６は、本実施の形態に係る冷却部材３の構成を示す斜視図である。

図６に示すように、冷却プレート４の表面内には溝が形成されている。つまり、外観において当該溝を視認することができる。また、図６に示すように、当該溝には冷却管５が配設されている。したがって、当該冷却プレート４に配設されている状態おいて、冷却管５は、当該溝が形成されている冷却プレート４の面から露出する。

上記以外のリアクトルＬの構成は実施の形態１と同様なので、ここでの説明は省略する。

以上のように、本実施の形態では、冷却プレート４の表面内には溝が形成されており、冷却管５は当該溝に配置されている。

したがって、当該冷却プレート４の所定の面には、冷却管５が露出することになる。よって、実施の形態１に係る冷却部材３よりも容易に、冷却プレート４に冷却管５を配設することができる。つまり、より低コストで簡便に冷却部材３を製造することができる。

なお、各実施の形態においた記載したリアクトルＬを含めてインバータ回路を構成し、当該インバータ回路を空調機に配設する。これにより、リアクトルＬ自身が発熱したとしても当該リアクトルＬの絶縁性性能が変化することがない。よって、当該発熱の影響を受けずに、インバータ化された空調機の正常運転を長期間継続して実施できる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるわけではなく、コア部と当該コア部に巻回された巻線部とからなり、当該コア部と巻線部との間に所定の空隙が生じ、当該所定の空隙に冷却部材３が存するリアクトル全般に適用できる。よって、コア部は、Ｅ型鉄心１ｅとＩ型鉄心１ｉとが組み合わさった構成体（構造体）でなくても良い。

インバータ回路の一部としてリアクトルが配設されている様子を示す回路図である。 リアクトルが配設されていないときの入力電源電流波形を示す図である。 リアクトルが配設されているときの入力電源電流波形を示す図である。 本発明に係るリアクトルの構成を示す分解斜視図である。 本発明に係るリアクトルの構成を示す斜視図である。 実施の形態２に係る冷却部材の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ コア部
１ｅ Ｅ型コア
１ｉ Ｉ型コア
２ 巻線部
３ 冷却部材
４ 冷却プレート
５ 冷却管

Claims (6)

1. コア部（１）と、
   前記コア部の周囲に巻回される巻線部（２）と、
   冷却プレート（４）と、前記冷却プレートに配設され、冷却材が流れる冷却管（５）とを、備える冷却部材（３）とを、備えており、
   前記冷却部材は、
   前記コア部と前記巻線部との間に存する、
   ことを特徴とするリアクトル。
2. 前記冷却部材は、
   前記コア部および前記巻線部に接している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記コア部は、
   Ｅ型コアとＩ型コアとを組み合わせた構成体であり、
   前記巻線部は、
   前記Ｅ型コアの中央脚部に巻回されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
4. 前記冷却管は、
   前記冷却プレート内部に埋設されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
5. 前記冷却プレートの表面内には、溝が形成されており、
   前記冷却管は、
   前記溝に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
6. インバータ回路を備える空調機であって、
   前記インバータ回路は、
   請求項１ないし請求項５の何れかに記載のリアクトルを備えている、
   ことを特徴とする空調機。

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