JP2010182941A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】コイルから発生した熱を効果的に冷却できるとともに、インダクタンスの低下を防止できるリアクトルを提供する。
【解決手段】絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコア１３を備える。通電により磁束が発生するコイル１１がコア１３に埋設されている。また、コア１３よりも熱伝導率が高い材料からなる板状の放熱フィン２が、コア１３内に複数個設けられている。放熱フィン２は、その主表面がコイル１１の軸線Ａに平行であり、かつ該軸線Ａを中心とした放射状となるようにコア１３内に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルの発熱を冷却しやすく、インダクタンスの低下を防止しやすい構造を有するリアクトルに関する。

リアクトルは、例えば、磁性体からなるコアとこれに巻回したコイルとからなる。そして、コイルに通電することにより磁束を形成する。
コイルに通電してリアクトルを作動させると、これに伴いジュール熱が発生する。この発熱により、リアクトルの温度が上昇しすぎると、リアクトルの作動の安定性が損なわれるおそれがある。また、リアクトルの周囲の電子部品の温度上昇を招き、その電子部品の作動安定性を損ねるおそれがある。
その結果、かかるリアクトルを内蔵する電力変換装置等の作動安定性を損ねるおそれがある。

そこで、リアクトルの温度上昇を抑制するために、放熱部材を設けたリアクトルが提案されている。

特開２００７−３３５８３３号公報

従来のリアクトルの例を図１８、図１９に示す。この例では、樹脂材料中に磁性体の粉末を分散させた磁性粉末混合樹脂からなるコア９２と、コイル９３とをケース９１内に収納している。ケース９１の底面にはリング状の放熱部材９４が形成されている。ケース９１と放熱部材９４は、例えばアルミニウムからなる。
この構成にすると、コイル９３から発生した熱がコア９２（磁性粉末混合樹脂）を通って放熱部材９４に伝わり、さらにケース９１に伝わるため、上記コイル９３を冷却することができる。

しかしながら、上記リアクトル９０は、放熱部材９４が磁束Φの流れを妨げるため、インダクタンスが低下しやすいという問題がある。放熱部材９４のサイズを大きくするとインダクタンスが低下するので、図１９に示すごとく放熱部材９４を小さくせざるを得ず、放熱性を向上させることが難しい。
また、磁束Φが放熱部材９４を通過すると渦電流が生じ、放熱部材９４が発熱する等の問題も生じる。
そのため、放熱性を向上でき、かつインダクタンスの低下を防止できるリアクトルが求められている。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、コイルから発生した熱を効果的に冷却できるとともに、インダクタンスの低下を防止できるリアクトルを提供することを課題とする。

第１の発明は、絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
該コアに埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
上記コアよりも熱伝導率が高い材料からなり、上記コア内に複数個設けられた板状の放熱フィンと、
を備え、該放熱フィンは、その主表面が上記コイルの軸線に平行であり、かつ該軸線を中心とした放射状となるように上記コア内に設けられていることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルにおいては、板状の放熱フィンを、その主表面がコイルの軸線に平行であり、かつ該軸線を中心とする放射状となるように設けた。このようにすると、コイルの周りに発生した磁束が放熱フィンを横切る面積を最小限にすることができる。そのため、放熱フィンによって磁束の流れが阻害されにくくなり、インダクタンスの低下を防止できる。

放熱フィンは、例えばアルミニウム等の、熱伝導性の高い金属で形成されている。そのため、コイルおよびコアから発生する熱を効率よく冷却することができる。アルミニウムはコアよりも磁気抵抗が大きいため、磁束が通過しにくい。そのため従来は、放熱フィンの面積を大きくしたり、枚数を増やしたりするとコア内の磁束密度が低くなり、インダクタンスが低下しやすくなるという問題があった。しかし、上述のように放熱フィンを配置することにより、放熱フィンが磁束の流れに逆らわないようにすることができる。すなわち、磁束が横切る放熱フィンの面積を最小限にすることができ、インダクタンスの低下を抑制できる。

また、上記構成によると、従来例（図１８、図１９参照）と比較して、大きい放熱フィンを用いた場合でも磁束の流れを妨げない。そのため、インダクタンスの低減を防止しつつ放熱効率を上げることが可能である。

以上のごとく、本発明によれば、コイルから発生した熱を効果的に冷却できるとともに、インダクタンスの低下を防止できるリアクトルを提供することができる。

実施例１における、リアクトルの横断面図。 図１の要部拡大図。 図１のａ−ａ断面図。 図１のｂ−ｂ断面図。 実施例１における、リアクトルを用いた電力変換装置の回路図。 実施例１における、リアクトルの製造工程説明図。 図６に続く図。 図７に続く図。 図８に続く図。 実施例２における、コイルの内側にのみ放熱フィンを設けたリアクトルの横断面図。 図１０のｃ−ｃ断面図。 実施例２における、コイルの外側にのみ放熱フィンを設けたリアクトルの横断面図。 図１２のｄ−ｄ断面図。 実施例３における、リアクトルの断面図。 実施例４における、リアクトルの一部省略斜視図。 実施例４における、放熱板の側面図。 図１６のｅ−ｅ矢視図。 従来例における、リアクトルの横断面図。 図１８のｆ−ｆ断面図。

上述した各発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、上記磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を絶縁樹脂に分散させたもので、磁性粉末としては、例えばフェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。また、上記絶縁樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。

本発明のリアクトルは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される電力変換装置に使用することができる。自動車の電力変換装置は大電流が流れる場合があるため、コイルの発熱量が多く、本発明によって得られる効果が特に大きい。

また、本発明において、上記コアを収納する収納ケースを備え、該収納ケースと上記放熱フィンとが接触していることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、コイルおよびコアから発生した熱が放熱フィンを伝わって収納ケースに移動するため、冷却効率を高めることができる。例えば、収納ケースの底壁に放熱フィンが接触したり、側壁に接触したりするように構成できる。

また、上記放熱フィンは、上記コイルの内側と外側との双方に配置されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、放熱フィンの数が多くなるため、放熱効率を高めることができる。なお、コイルの内側に配置された内側放熱フィンと、コイルの外側に配置された外側放熱フィンとが同一面上に位置することが好ましい。このようにすれば、互い違いに配置した場合と比較して、磁束がコア内を通過しやすくなるため、インダクタンスが低下しにくくなる。また、外側に設けた放熱フィンは、収納ケースの底壁や側壁に接触させることができる。このようにすると、底壁と側壁の両方から熱が伝わるため、冷却効率が高くなる。

また、上記放熱フィンは、上記コイルの内側と外側とのいずれか一方にのみ配置されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、コイルの内側と外側との双方に放熱フィンを設けた場合と比較して放熱効率は低下するものの、磁気抵抗が高いアルミニウム製の放熱フィンの枚数が少ないため、インダクタンスの低下を抑制しやすい。そのため、放熱効率は低くてもインダクタンスを高めたい場合等に好適に使用できる。

また、上記コイルの軸線方向における、上記放熱フィンの端面に接続された板状の冷却部材を備え、該放熱フィンは、上記軸線方向において上記端面に向かうほど径方向幅が長くなる形に形成されていることが好ましい（請求項５）。
このようにすると、放熱フィンに用いる部材（金属）の量を減らすことができるため、低コスト化を達成できる。また、放熱フィンの端面にて冷却部材が接触しており、この端面の長さは長いため、放熱効率を高くすることができる。

また、上記放熱フィンは、上記コイルの外周面または内周面に接触するコイル接触部を有することが好ましい（請求項６）。
このようにすると、放熱フィンとコイルとの接触面積が大きくなるため、コイルから発生した熱の冷却効率を向上させることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるリアクトルにつき、図１〜図５を用いて説明する。図１は本例に係るリアクトル１の横断面図であり、図２はその部分拡大図である。また、図３は図１のａ−ａ断面図であり、図４は図１のｂ−ｂ断面図である。
図１〜図４に示すごとく、本例のリアクトル１は、絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコア１３を備える。また、通電により磁束Φが発生するコイル１１がコア１３に埋設されている。さらに、コア１３よりも熱伝導率が高い材料からなる板状の放熱フィン２がコア１３内に複数個設けられている。この放熱フィン２は、その主表面２０（図２参照）がコイル１１の軸線Ａに平行であり、かつ軸線Ａを中心とした放射状となるようにコア１３内に設けられている。

また、放熱フィン２は、コイル１１の内側と外側との双方に配置されている。内側に設けられた内側放熱フィン２ａと、外側に設けられた外側放熱フィン２ｂとは、同一面上に位置している。

さらに、本例は図３に示すごとく、コア１３を収納する収納ケース１４を備え、この収納ケース１４と放熱フィン２とが接触している。
より詳しくは、底部放熱フィン２ｃによって内側放熱フィン２ａと外側放熱フィン２ｂとが接続されており、この底部放熱フィン２ｃが収納ケース１４の底壁１４ａに接続されている。
また、外側放熱フィン２ｂは収納ケース１４の側壁１４ｂに接触している。

図５に、本例のリアクトル１を用いた車両用電力変換装置８０の回路図を示す。この車両用電力変換装置８０はインバータ部８６と、コンバータ部８１とから構成されており、直流電源８２の電圧をコンバータ部８１で昇圧した後、インバータ部８６で交流電圧に変換している。そして、交流電力を使って３相交流モータ８３，８４を駆動し、車両を走行させる。リアクトル１は、コンバータ部８１に用いられている。
インバータ部８６は複数個の半導体モジュール５から構成されている。各々の半導体モジュール５は、ＩＧＢＴ素子５１とフライホイールダイオード５２とを備える。図示するごとく、一方の半導体モジュール５ａのコレクタ端子５０ａと、他方の半導体モジュール５ｂのエミッタ端子５３ｂが直流入力端子となっている。また、一方の半導体モジュール５ａのエミッタ端子５３ａと他方の半導体モジュール５ｂのコレクタ端子５０ｂとが接続され、交流出力端子となっている。上記三相交流モータ８３は、この交流出力端子に接続されている。

次に、本例のリアクトル１の製造方法について説明する。
まず、図６に示すごとく型８（収納ケース１４とは異なる）を用意し、この中に放熱フィン２およびコイル１１を入れる。この際、放熱フィン２を放射状に配置し、その主表面２０がコイル１１の軸線Ａに対して平行になるようにする。
その後、図７に示すごとく、液状の絶縁性樹脂の中に磁性体の粉末を分散させた液状コア１３’を型８に流し込む。絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。液状コア１３’を型８に流し込んだ後、加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化し、放熱フィン２と、コイル１１と、コア１３とが一体になって固まる。
固化した後、図８に示すごとく、放熱フィン２と、コイル１１と、コア１３とが一体となった部材６を型８から取り出す。冷却するとコア１３の体積が多少縮むため、型８から比較的容易に取り出すことができる。
一方、収納ケース１４を別途用意し、その中に液状の接着剤７を少量入れておく。接着剤としては、例えばウレタン樹脂を用いることができる。この状態で、収納ケース１４に上記部材６を収納する。これにより、部材６と収納ケース１４の隙間に接着剤７が充填し、部材６と収納ケース１４とを接着することができる。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例のリアクトル１は、板状の放熱フィン２を、その主表面２０がコイル１１の軸線Ａに平行であり、かつ軸線Ａを中心とする放射状となるように設けた。このようにすると、図２に示すごとく、コイル１１の周りに発生した磁束Φが放熱フィン２を横切る面積を最小限にすることができる。そのため、放熱フィン２によって磁束Φの流れが阻害されにくくなり、インダクタンスの低下を防止できる。

放熱フィン２は、例えばアルミニウム等の、熱伝導性の高い金属で形成されている。そのため、コイル１１およびコア１３から発生する熱を効率よく冷却することができる。アルミニウムはコア１３よりも磁気抵抗が大きいため、磁束が通過しにくい。そのため従来は、放熱フィン２の面積を大きくしたり、枚数を増やしたりするとコア１３内の磁束密度が低くなり、インダクタンスが低下しやすくなるという問題があった。しかし、本例のように放熱フィン２を配置することにより、放熱フィン２が磁束Φの流れに逆らわないようにすることができる。すなわち、磁束Φが横切る放熱フィン２の面積を最小限にすることができ、インダクタンスの低下を抑制できる。

また、上記構成によると、従来例（図１８、図１９参照）と比較して、広い放熱フィン２を用いた場合でも磁束Φの流れを妨げない。そのため、インダクタンスの低減を防止しつつ放熱効率を上げることが可能である。

また、本例では図１、図２に示すごとく、放熱フィン２を、コイル１１の内側と外側との双方に配置している。
このようにすると、放熱フィン２の数を多くすることができるため、放熱効率を高めることができる。なお、本例では、コイルの内側に配置された内側放熱フィン２ａと、コイルの外側に配置された外側放熱フィン２ｂとが同一面上に位置している。このようにすれば、互い違いに配置された場合と比較して、インダクタンスの低下を防止しやすくなる。

また、図３に示すごとく、本例のリアクトル１はコア１３を収納する収納ケース１４を備え、収納ケース１４と放熱フィン２とが接触している。
このようにすると、コイル１１およびコア１３から発生した熱が放熱フィン２を伝わって収納ケース１４に移動するため、冷却効率を高めることができる。収納ケース１４には、冷媒等を使った冷却装置（図示しない）を設けることができる。これにより、コイル１１およびコア１３の放熱効率を一層、高めることができる。

以上のごとく、本例によれば、コイル１１から発生した熱を効果的に冷却できるとともに、インダクタンスの低下を防止できるリアクトル１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、放熱フィン２の配置を変えた例である。図１０はコイル１１の内側にのみ放熱フィン２を設けたリアクトル１の横断面図であり、図１１は図１０のｃ−ｃ断面図である。
また、図１２はコイル１１の外側にのみ放熱フィン２を設けたリアクトル１の横断面図であり、図１３は図１２のｄ−ｄ断面図である。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

上述の構成にすると、コイル１１の内側と外側との双方に放熱フィン２を設けた場合と比較して、放熱効率は低下するものの、磁気抵抗が高いアルミニウム製の放熱フィンの枚数が少ないため、インダクタンスの低下を抑制しやすい。そのため、放熱効率は低くてもインダクタンスを高めたい場合等に好適に使用できる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、放熱フィン２の形状を変えた例である。図１４に示すごとく、本例のリアクトル１は、コイル１１の軸線方向における、放熱フィン２の端面２１に接続された板状の冷却部材３を備えている。放熱フィン２は、軸線方向において端面２１に向かうほど径方向幅Ｗが長くなる形に形成されている。
冷却部材３は、例えばアルミニウム製の板であり、収納ケース１４と接触している。収納ケース１４には図示しない冷却装置が設けられており、この冷却装置によって、収納ケース１４および冷却部材３が冷却されている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

このようにすると、放熱フィン２に用いる部材（金属）の量を減らすことができるため、低コスト化を達成できる。また、冷却部材３と放熱フィン２とは端面２１にて接続しており、この端面２１の長さは長いため、放熱効率が高い。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、放熱フィン２の形状を変えた例である。図１５に、本例のリアクトル１の一部省略斜視図を示す。この図１５では、リアクトルの手前側に存在している放熱フィン２を省略して書いてある。また、図１６に放熱フィン２の側面図を示し、図１７に図１６のｅ−ｅ矢視図を示す。
図示するごとく、本例の放熱フィン２は、コイル１１の内周面１１ａに接触するコイル接触部４を有する。
より詳しくは、本例の放熱フィン２は、図１６、図１７に示すごとく、本体部２４を有し、この本体部２４に切欠部２３が形成されている。切欠部２３には、コイル１１が嵌合する。また、本体部２４は、端面２１にて上記冷却部材３と接続するようになっている。本例の放熱フィン２は、実施例３と同様に、端面２１に向かうほど径方向幅が長くなる形に形成されている。そして、本体部２４にコイル接触部４が形成されている。
なお、図示しないが、コイル１１の外周面１１ｂにコイル接触部４が接触する構成にしてもよい。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

このようにすると、放熱フィン２とコイル１１との接触面積がコイル接触部４によって大きくなるため、コイル１１から発生した熱の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

１ リアクトル
１１ コイル
１３ コア
１４ 収納ケース
２ 放熱フィン
２０ （放熱フィンの）主表面
２１ 端面
２３ 切欠部
３ 冷却部材
４ コイル接触部
Φ 磁束
Ａ 軸線

Claims (6)

1. 絶縁樹脂の中に磁性体の粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
   該コアに埋設され、通電により磁束が発生するコイルと、
   上記コアよりも熱伝導率が高い材料からなり、上記コア内に複数個設けられた板状の放熱フィンと、
   を備え、該放熱フィンは、その主表面が上記コイルの軸線に平行であり、かつ該軸線を中心とした放射状となるように上記コア内に設けられていることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記コアを収納する収納ケースを備え、該収納ケースと上記放熱フィンとが接触していることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１または請求項２において、上記放熱フィンは、上記コイルの内側と外側との双方に配置されていることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１または請求項２において、上記放熱フィンは、上記コイルの内側と外側とのいずれか一方にのみ配置されていることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記コイルの軸線方向における、上記放熱フィンの端面に接続された板状の冷却部材を備え、該放熱フィンは、上記軸線方向において上記端面に向かうほど径方向幅が長くなる形に形成されていることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、上記放熱フィンは、上記コイルの外周面または内周面に接触するコイル接触部を有することを特徴とするリアクトル。

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