JP2012124401A - リアクトルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトル駆動時にリアクトルコアからハウジングに振動が直接伝播され難く、かつ放熱性にも優れたリアクトルとその製造方法を提供する。
【解決手段】 ハウジング４と、ハウジング４内に配設された絶縁性を有する放熱性シート３と、コイル２を具備するリアクトルコア１であって放熱性シート３上にコイル２が配設されたリアクトルコア１と、ハウジング４とリアクトルコア１の間を閉塞する封止樹脂体５とからなり、封止樹脂体５に比して放熱性シート３が高い放熱性を有しているリアクトル１０である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に搭載されるリアクトルの製造方法に関するものである。

電力変換回路のリアクトルは、一般に平面視が略環状のリアクトルコアにコイルが形成された姿勢でハウジング（もしくはケース）内に収容されている。このリアクトルコアは複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる分割コアから構成されており、各分割コア間にはたとえば非磁性素材のギャップ板が介装され、ギャップ板とコアが接着剤にて接着固定されたリアクトルコアなどが存在する。

このハウジングの底面下方には放熱板（ヒートシンク）が設けてあり、あるいはハウジングの底面自体がヒートシンクとなっており、さらにその下方には冷却水やエアを還流させる冷却器が設けられており、コイルに電流が印加された際の発熱を該コイルまたはリアクトルコアからこの放熱板を介し、冷却器を介してクーリングしながら外部へ逃がす構造が一般的である。

ここで、ハウジングと該ハウジング内に収容されたリアクトルコアの間には封止樹脂体がモールド成形されており、コイルまたはリアクトルコアからの熱はこの封止樹脂体を介して放熱板に伝熱される。なお、リアクトルコアに設けられたコイルと放熱板との間に隙間が形成され、この隙間に上記封止樹脂体が介在してなる、いわゆるフロート構造のリアクトルも存在し、たとえば特許文献１にその一例が開示されている。

上記するフロート構造のリアクトルにおいては、コイルまたはリアクトルコアとハウジングとの間に放熱性に優れた封止樹脂体を介在させることでリアクトルの放熱性能は向上する。さらに、リアクトルコアとハウジングの底面が当接しておらず、封止樹脂体を介して間接的に接続されていることから、リアクトル駆動時の振動はハウジングに直接作用せず、リアクトル全体の振動が低減されるとともにこれに起因して騒音低減効果をも奏することができる。

しかし特許文献１で開示されるリアクトルの構成からも明らかなように、リアクトルコアをハウジングの底面からフロートさせることはできても、リアクトルコアは依然としてハウジングのいずれかの箇所にて直接的に固定されることを余儀なくされている。このことを図４を参照してより具体的に説明する。

同図には、従来のフロート構造のリアクトルを示している。このリアクトルＲＴは、ハウジングＨの内部下方に突状の支持固定部Ｈ’を具備し、コイルＣが形成されたリアクトルコアＲに固定されたステイＦがこの支持固定部Ｈ’にボルトＢを介して固定され、ハウジングＨ内に封止樹脂体Ｓが形成されてその全体が構成されている。図示するリアクトル構成において、リアクトルコアＲに固定されたステイＦがハウジングＨに直接的に支持固定されていることから、リアクトル駆動時の振動は、リアクトルコアＲからステイＦおよび支持固定部Ｈ’を経てハウジングＨに伝播され易い（Ｘ方向）。

したがって、フロート構造を採用しているにも関わらず、実際には、大幅な振動低減効果および騒音低減効果は得られ難いのである。

特開２００９−９９７９３号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、リアクトル駆動時にリアクトルコアからハウジングに振動が伝播され難く、もしくは従来構造のリアクトルに比してハウジングに伝播される振動を大幅に低減することができ、もって振動に起因する騒音も大幅に低減しながら、放熱性にも優れたリアクトルとその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、ハウジングと、該ハウジング内に配設された絶縁性を有する放熱性シートと、コイルを具備するリアクトルコアであって該放熱性シート上にコイルが配設されたリアクトルコアと、ハウジングとリアクトルコアの間を閉塞する封止樹脂体とからなり、該封止樹脂体に比して前記放熱性シートが高い放熱性を有しているものである。

本発明のリアクトルは、従来構造のリアクトルのようにハウジングの支持固定部に対してリアクトルコアに装着されたステイを固定して内部を封止樹脂体で閉塞する構造を廃し、ハウジングの底面の内側に絶縁性を有する放熱性シートが配され、この上にコイルを具備するリアクトルコアが載置され、ハウジング内に封止樹脂体が形成されることにより、放熱性シート上に載置されたリアクトルコアが封止樹脂体を介してハウジングに固定された構造を呈するものである。リアクトルコアが振動吸収性のある放熱性シート上に載置されたことで、リアクトル駆動時の振動源であるリアクトルコアからの振動を振動吸収性のある放熱性シートで吸収することができ、ハウジングへの振動伝播の効果的な抑制とこれに起因する騒音抑制を図ることができる。さらに、この放熱性シートを介して発熱源であるコイルからの熱を効果的にハウジングの底面に放熱することができる。

放熱性シートと封止樹脂体はともに放熱性を有する樹脂材から形成されるものであるが、本発明のリアクトルでは、封止樹脂体に比して相対的に放熱性の高い放熱性シートを適用している。この樹脂材は特に限定されるものでないが、耐熱性に優れ、熱伝導性が良く、弾力性のある樹脂材であればよく、シリコーン樹脂やウレタン樹脂などを挙げることができる。

たとえばシリコーン樹脂に関してさらに説明するに、このシリコーン樹脂（シリコーンポリマー）は、ケイ素と酸素が交互に結合してポリマーが形成されたシロキサン結合構造を主骨格としたものであるが、加硫剤等の添加剤の有無や種類によって、シート状のもの、ペースト状のものが存在しており、封止樹脂体を形成するシリコーンとしてはペースト状のシリコーンが使用できる。また、シリコーンポリマー自体の熱伝導率は0.16W/mKと小さいものの、これにシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーが混合されることで、この混合量（混合割合）に応じて高い放熱性を有するシリコーンとなる。

したがって、封止樹脂体成形用のシリコーンとしては、そのハウジング内における流動成形性を保証する観点からもフィラー含有率の相対的に低いペースト状のシリコーンを使用し、その一方で放熱性シートにはフィラー含有率の相対的に高いシート状のシリコーンを適用するのがよい。

そして、リアクトルコアに装着されたコイルを放熱性シート上に位置決めすることで、コイルから放熱性の高い放熱性シートを介してハウジングの底面へ向かう主たる放熱ルートが形成され（一方で、封止樹脂体を介してハウジングの側面へ放熱される従たる放熱ルートもある）、放熱性に優れたリアクトルとなる。

ここで、リアクトルコアは、たとえば磁性を有する２つのＵ型コア、またはこれに加えてさらにＩ型コアがたとえばギャップ板を介して接着剤にて接合されて形成されるものである。このＵ型コアやＩ型コアは、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよく、軟磁性金属粉末または軟磁性金属酸化物粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成してもよい。

また、ハウジングはアルミニウムやその合金などから成形することができ、その下方（下面）には、このハウジングと別体に成形された、または一体に成形された放熱性台座が設けられていてもよく、ハウジングが側面と別体の放熱性台座からなる場合は、この放熱性台座上に放熱性シートが配設されることになる。なお、この放熱性台座のさらに下方に、ラジエータ等からのクーリング水やクーリングエアが循環する冷却器が設けられている形態であってもよい。

また、本発明はリアクトルの製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、ハウジングの底面の内側に絶縁性を有する放熱性シートを配し、前記放熱性シート上にコイルを具備するリアクトルコアを該コイルが放熱シート上に直接位置するようにして配し、ハウジングとリアクトルコアの間に放熱性シートよりも放熱性の低い封止樹脂材を充填して封止樹脂体を形成してリアクトルを製造するものである。

既述するように、本発明のリアクトルの製造方法は、ハウジングの支持固定部にリアクトルコアに装着されたステイを取り付けるものでなく、ハウジングの底面の内側に放熱性シートを配設し、この上にコイルを具備するリアクトルコアの該コイルを位置決めし、次いで、ハウジング内にたとえばペースト状のシリコーン等からなる封止樹脂材を充填するものである。

ハウジングはステイを支持する支持固定部を必要としない構造であることからシンプルな箱形状であってよく、その製造コストも安価となる。

また、リアクトルコアにはステイを装着する必要もないし、このステイとハウジングの支持固定部をボルト等で緊結する必要もないことから、ステイの製作やリアクトルコアへの装着が不要となり、ハウジングの支持固定部とステイをボルト固定する工程も不要となる。

さらに、放熱性シートに接着性は不要であり、ハウジングの底面の適所に放熱性シートを配設し、この上にコイルを具備するリアクトルコアの該コイルを位置決めした状態で封止樹脂材をハウジング内に流し込むだけでよいことから、その製造効率は極めて高い。

本発明の製造方法により、既述のごとく放熱性能に優れ、かつ振動および騒音低減効果に優れたリアクトルが効率的に製造される。このように放熱性に優れ、振動および騒音低減効果に優れ、しかもその製造コストも安価なリアクトルは、車室内環境の一層の快適性とコスト低減を課題とする近時のハイブリッド車や電気自動車への適用に好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルとその製造方法によれば、効率的かつ可及的に安価な製造コストのもとで、放熱性と振動および騒音低減効果の双方に優れたリアクトルを得ることができる。

本発明のリアクトルの製造方法を説明した模式図である。 図１のII−II矢視図である。 図１に続いてリアクトルの製造方法を説明した模式図であり、かつ製造されたリアクトルを示す図である。 従来構造のリアクトルを示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトルとその製造方法の実施の形態を説明する。図１は本発明のリアクトルの製造方法を説明した模式図であり、図２は図１のII−II矢視図であり、図３は図１に続いてリアクトルの製造方法を説明した模式図であり、かつ製造されたリアクトルを示す図である。

図示するリアクトルの製造方法においては、まず、コイル２を具備するリアクトルコア１を用意する。このリアクトルコア１は、２つのＵ型コアの端部同士をギャップ板を介して、あるいはギャップ板を介すことなく直接的に接着剤で固着して全体が円環状に形成された形態、もしくは、２つのＵ型コアとＩ型コアをギャップ板を介して接着剤にて固着して全体が円環状に形成された形態などからなる。

このＵ型コアやＩ型コアは、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されており、ギャップ板を使用する場合はこれがセラミックスから成形されている。この磁性粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、ギャップ板は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックスで成形することができる。なお、ギャップ板なしの構造にてリアクトルコアの電磁気特性、すなわちインダクタンスを保証できる場合には、コア間のギャップ板の介在は不要となる。

不図示の絶縁ボビンもしくは絶縁紙を介して、リアクトルコア１の周囲にコイル２が形成されて、コイル２を具備するリアクトルコア１が用意される。

アルミニウムやその合金などから形成された枠状の側面４１と、この枠状の側面４１に対してその底面位置に固定されたアルミニウム製の放熱性台座４２とからハウジング４が構成されており、この放熱性台座４２の内側に絶縁性を有する放熱性シート３を配設する。

放熱性シート３は、シリコーンポリマー内にシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーが混合されてなる高放熱性のシリコーンシートであり、所望する放熱性能に応じて添加されるフィラー量が調整されている。また、このシリコーン素材の放熱性シートは可撓性にも優れており、リアクトル駆動時のリアクトルコアの振動をこの放熱性シートで効果的に吸収することができる。なお、この放熱性シート３は、放熱性台座４２に貼り付け自在な接着性を有するものであってもよく、放熱性シート３を放熱性台座４２の表面に貼り付けることで封止樹脂材をポッティングする際に放熱性シート３がずれるのを解消することができる。

放熱性台座４２の内側に配設された放熱性シート３の上に、用意されたコイル２を具備するリアクトルコア１のコイル２を位置決めしながらハウジング４内に収容することにより、図１，２で示す製造過程の姿勢が形成される。

次に、図３で示すように、ハウジング４とリアクトルコア１の間に放熱性シート３よりも放熱性の低い封止樹脂材を充填して封止樹脂体５を形成することにより、放熱性シート３とリアクトルコア１が封止樹脂体５を介してハウジング４に固定されたリアクトル１０が製造される。

ここで、封止樹脂体５を形成する封止樹脂材は、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂などのうちのいずれか一種を使用でき、放熱性をより一層向上させるために、これらの樹脂材に対して、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのうちのいずれか一種または複数のフィラーを含有したものが使用できる。この樹脂材へのフィラー含有に際しては、ハウジング内における封止樹脂材の充填良好性と材料コストの観点から、たとえばフィラー含有量を放熱性シートよりも少なくし、放熱性シート３に比して放熱性能の低い樹脂素材を適用するのがよい。

同図からも明らかなように、リアクトル１０を構成するリアクトルコア１とハウジング４はステイやそれを支持する支持固定部がボルト等で固定された構造となっておらず、可撓性に富む放熱性シート３上に載置された構成となっていることから、振動源であるリアクトルコアからの振動が放熱性シート３に吸収され、ハウジング４への伝播は効果的に抑制される。また、封止樹脂体５もシリコーン素材の樹脂材から形成し、特に常温でゲル状のシリコーン樹脂から形成することで、封止樹脂体５を介してハウジング４の側面４１に振動が伝播されるのを抑制することができる。

また、高い放熱性能を有する放熱性シート３上にコイル２が直接載置されていることから、この放熱性シート３を介してコイル２で生じた熱を放熱性台座４２へ効果的に導くことができる（図３の矢印Ｙの流れ）。

[放熱性と振動低減効果を確認する実験とその結果]
本発明者等は、以下の表１で示す仕様で実施例１，２と比較例１，２，３の５種類のリアクトルを試作し、それらの放熱性能と振動低減効果を確認する実験をおこなった。なお、以下の表１には実施例および比較例の仕様に加えてその下欄に実験結果を示している。

表１で説明するように、比較例１，２はリアクトルコアが封止樹脂体で封止されるものの放熱性シートを具備しない形態であり、比較例３は逆に放熱性シートを具備するものの封止樹脂体の無い形態であり、さらに、比較例１〜３はいずれもリアクトルコアにステイが装着され、これがハウジングの支持固定部に結合された構造を呈するものである。

封止樹脂体を形成する封止樹脂材、放熱性シートを形成する樹脂材のベースとなる樹脂素材はいずれもシリコーンを適用している。このうち、封止樹脂材は２液タイプ（A/B）を使用し、注型前にＡ液とＢ液を混合し、脱泡をおこなっている。なお、真空下で注型する場合はその後の脱泡は不要であるが、常圧下で注型する場合は注型後のさらなる脱泡を要する。１２０℃の高温雰囲気下で１時間放置することによって封止樹脂材を硬化させ、実施例１，２と比較例１，２が製作されている。

製作された各リアクトルの騒音振動（ＮＶ）評価をおこなうに当たり、３０℃雰囲気下でコイルに通電した際のリアクトルの振動をピックアップにて測定した。なお、測定箇所はリアクトル上面の隅角部近傍位置である。

さらに、各リアクトルの放熱性評価をおこなうに当たり、コイルの初期温度を６５℃とし、通電後のコイルの飽和温度を測定した。なお、測定箇所はコイルの真横位置である。
表１下欄の実験結果で示すように、実施例１，２の各コイル温度は２５度、１５度の温度上昇に留まっているのに対して、比較例１，２，３の各コイル温度は６２度、３５度、５９℃の温度上昇が測定され、比較例に比して実施例の放熱性が格段に向上していることが実証されている。

また、振動に関しても、比較例１，２，３の各振動：1Gに対して実施例１，２はいずれも0.8Gと２０％もの振動低減効果が得られることが実証されている。これは、ハウジングとリアクトルコアの接合構造、すなわちステイの有無によるものである。

このように、以上で説明したリアクトルの製造方法により、ステイの製作やそのリアクトルコアへの装着、ステイとハウジングの支持固定部とのボルト結合の全てを廃すことができ、ハウジング底面内側へ放熱性シートを配し、この上にコイルを具備するリアクトルコアを配し、ハウジング内に封止樹脂材を充填するだけの極めて簡易な製法にて、放熱性と振動騒音低減効果に優れたリアクトルを得ることができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…リアクトルコア、２…コイル、３…放熱性シート、４…ハウジング、４１…側面、４２…放熱性台座（底面）、５…封止樹脂体、１０…リアクトル

Claims (2)

1. ハウジングと、該ハウジング内に配設された絶縁性を有する放熱性シートと、コイルを具備するリアクトルコアであって該放熱性シート上にコイルが配設されたリアクトルコアと、ハウジングとリアクトルコアの間を閉塞する封止樹脂体とからなり、該封止樹脂体に比して前記放熱性シートが高い放熱性を有しているリアクトル。
2. ハウジングの底面の内側に絶縁性を有する放熱性シートを配し、
   前記放熱性シート上にコイルを具備するリアクトルコアを該コイルが放熱シート上に直接位置するようにして配し、
   ハウジングとリアクトルコアの間に放熱性シートよりも放熱性の低い封止樹脂材を充填して封止樹脂体を形成してリアクトルを製造するリアクトルの製造方法。

Images