JP2013175564A - リアクトル、コンバータ、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のコイル素子を有するコイルと磁性コアとの組合体を備えるリアクトルにおいて、従来よりも安定的に設置対象に固定できるリアクトルを提供する。
【解決手段】コイル２と環状の磁性コア３との組合体１０を備え、磁性コア３が、内側コア部３１，３１、および内側コア部３１，３１と閉磁路を形成する外側コア部３２，３２を有するリアクトル１である。このリアクトル１は、一面側が組合体１０を搭載する搭載面、他面側がリアクトル１を設置する設置対象への取り付け面となる非磁性金属の放熱板６と、組合体１０と放熱板６とを接合する絶縁性樹脂を含む接合層７と、を備える。そして、放熱板６は、組合体１０における設置対象側面よりも大きく、その放熱板６における組合体１０との接合領域外に、設置対象にリアクトル１を固定するための固定部材が挿通される第一挿通孔６１ｈが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対のコイル素子を有するコイルと、環状の磁性コアとの組合体を備えるリアクトル、このリアクトルを用いたコンバータ、およびこのコンバータを用いた電力変換装置に関する。

リアクトルやモータといった、コイルと、コイルが配置される磁性コアとを備える磁性部品が種々の分野で利用されている。例えば、特許文献１は、ハイブリッド自動車といった車両に載置されるコンバータの回路部品に利用されるリアクトルを開示している。この特許文献１のリアクトルは、一対のコイル素子を有するコイルと、環状の磁性コアとの組合体を備え、その磁性コアは、コイルの内部に配置される一対の内側コア部と、コイルから露出され、内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部と、を備える。このリアクトルはさらに、コイルにおけるリアクトルの設置対象（例えば、冷却ベース）側に配される放熱板と、コイルと磁性コアとの組合体の外周を覆う外側樹脂部とを備える。そして、この外側樹脂部には、リアクトルを設置対象に固定するための固定部材（ボルト）を挿通させる挿通孔を有する固定フランジが設けられている。

特開２０１１−９７９１号公報

リアクトルは、作動時にそれ自体が振動することはもちろん、車載される場合には車両の振動による影響を受けるため、設置対象に強固に固定する必要がある。このような要請に対して、上述のリアクトルでは、設置対象に予めネジ穴を形成しておき、ボルトを外側樹脂部の挿通孔に挿通して、設置対象のネジ穴に螺合させることで、リアクトルを設置対象に固定している。しかし、ボルトの締付力が挿通孔近傍の外側樹脂部に負荷されるため、上述した振動に伴って外側樹脂部にクラックが生じる場合がある。そのクラックが進展すると、リアクトルが設置対象から脱落する恐れもあるため、対策が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、一対のコイル素子を有するコイルと磁性コアとの組合体を備えるリアクトルにおいて、従来よりも安定的に設置対象に固定できるリアクトルを提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明リアクトルを用いたコンバータ、およびそのコンバータを用いた電力変換装置を提供することにある。

本発明リアクトルは、並列した状態で連結される一対のコイル素子を有するコイルと、コイル素子の内部に挿通される環状の磁性コアとの組合体を備え、磁性コアが、コイル素子の内部に配置される一対の内側コア部、およびコイル素子から露出され、内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部を有するリアクトルである。この本発明リアクトルは、一面側が組合体を搭載する搭載面、他面側がリアクトルを設置する設置対象への取り付け面となる非磁性金属の放熱板と、組合体と放熱板とを接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備える。そして、本発明リアクトルは、リアクトルに備わる放熱板が組合体における設置対象側面よりも大きく、その放熱板における組合体との接合領域外に、設置対象にリアクトルを固定するための固定部材が挿通される第一挿通孔が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、放熱板に形成される第一挿通孔にボルトなどの固定部材を挿通させることで、リアクトルを冷却ベースなどの設置対象に固定できる。ここで、放熱板は非磁性金属で形成されており、樹脂よりも固定部材の締付力に対して耐力を発揮するため、本発明リアクトルは、従来構成のリアクトルよりも安定して設置対象に固定することができる。

また、本発明リアクトルでは、放熱板が金属製であるため、リアクトルで発生した熱を設置対象に効率的に放熱させることができる。近年、ハイブリッド自動車などに利用されるリアクトルは、高周波・大電流で使用されることが多く、リアクトルに備わるコイルや磁性コアの発熱量が増大する傾向にある。これに対して、本発明リアクトルは、リアクトルで発生した熱を設置対象に効率的に放熱させることができる構成であるため、例えば１００Ａ以上の大電流で使用した場合でも、その動作が不安定になり難い。なお、本発明リアクトルにおける組合体と放熱板との間の絶縁は、絶縁性樹脂を含む接合層により担保される。

本発明リアクトルの一形態として、一端側が放熱板に取り付けられ、他端側が外側コア部の上面を放熱板側に向かって押圧する押え部材を備え、この押え部材には、コイルの端部に接続され、リアクトルを他の電気機器と電気的に接続させるための端子部材が埋設されている形態を挙げることができる。

上記押え部材によって、組合体を放熱板に向かって押圧することで、組合体を放熱板に強固に固定することができる。

また、押え部材に端子部材が埋設されていることで、放熱板に対する端子部材の位置が決まるので、本発明リアクトルを他の電気機器に接続し易くすることができる。上記放熱板は第一挿通孔を備え、固定部材によって設置対象における決められた位置に固定されるので、この放熱板に対して取り付けられる押え部材も、設置対象上の所定位置に配置される。即ち、押え部材に埋設される端子部材も設置対象上の所定位置に配置されるため、同じ設置対象上に取り付けられる他の電気機器に端子部材を接続し易い。

本発明リアクトルの一形態として、押え部材は、放熱板の第一挿通孔に重複する第二挿通孔を備える形態を挙げることができる。

上記構成によれば、固定部材を押え部材の第二挿通孔に挿通させれば、固定部材は放熱板の第一挿通孔にも挿通されるので、固定部材によって押え部材と放熱板を一体に設置対象に固定することができる。

上記本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータとして、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを備え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである形態が挙げられる。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置として、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを備え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである形態が挙げられる。

放熱性に優れる本発明リアクトルを用いた本発明コンバータ、及び本発明電力変換装置は、これらを備える機器（例えば、ハイブリット自動車などの車両）の高周波化・大電流化に寄与する。

本発明リアクトルは、設置対象に安定して固定することができる。また、本発明リアクトルは、高周波・大電流で使用した場合でも、コイルとコアに発生する熱を効率的にリアクトル外に放熱できる。

実施形態１に係るリアクトルの概略斜視図である。 実施形態１に係るリアクトルの分解斜視図である。 実施形態１に係るリアクトルに備わる組合体の分解斜視図である。 実施形態１に係るリアクトルに備わる押え部材の概略斜視図である。 実施形態２に係るリアクトルの分解斜視図である。 ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。 本発明コンバータを備える本発明電力変換装置の一例を示す概略回路である。

以下、本発明の実施形態をより具体的に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

＜実施形態１＞
図１〜４を参照して、実施形態１のリアクトル１を説明する。図１，２に示すリアクトル１は、一対のコイル素子２Ａ，２Ｂを備えるコイル２と、コイル２の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア３との組合体１０を、放熱板６上に配置した構成を備える。このリアクトル１の特徴とするところは、放熱板４と組合体１０とが接合層７（図２を参照）を介して接合され、かつ放熱板６における組合体１０との接合領域外に、設置対象にリアクトル１を固定するための固定部材が挿通される第一挿通孔６１ｈが設けられていることである。以下、本実施形態１のリアクトル１の各構成を詳細に説明する。

≪組合体≫
本実施形態の組合体１０は、図３の分解斜視図に示すように、コイル２と、このコイル２に組付けられる磁性コア３と、を備える。

〔コイル〕
コイル２は、一対のコイル素子２Ａ，２Ｂと、両コイル素子２Ａ，２Ｂを連結するコイル素子連結部２ｒとを備える。各コイル素子２Ａ，２Ｂは、互いに同一の巻数、同一の巻回方向で中空筒状に形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている。また、コイル素子連結部２ｒは、コイル２の他端側（図３において紙面右側）において両コイル素子２Ａ，２Ｂを繋ぐＵ字状に屈曲された部分である。このコイル２は、接合部の無い一本の巻線を螺旋状に巻回して形成しても良いし、各コイル素子２Ａ，２Ｂを別々の巻線により作製し、各コイル素子２Ａ，２Ｂの巻線の端部同士を半田付けや圧着などにより接合することで形成しても良い。

コイル２は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を具える被覆線を好適に利用できる。本実施形態では、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる被覆平角線を利用し、各コイル素子２Ａ，２Ｂは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルである。また、各コイル素子２Ａ，２Ｂの端面形状を長方形の角部を丸めた形状としているが、端面形状は、円形状など適宜変更することができる。

コイル２の両端部２ａ，２ｂは、ターン形成部分から引き延ばされて、後述する押え部材８に埋設される端子部材９Ａ，９Ｂに接続されている（図１を参照）。この端子部材９Ａ，９Ｂを介して、コイル２に電力供給を行なう電源などの外部装置（図示せず）が接続される。

〔磁性コア〕
磁性コア３は、各コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に配置される一対の内側コア部３１，３１と、コイル２から露出されている一対の外側コア部３２，３２とを環状に組み合わせて形成される。ここで、本実施形態では、内側コア部３１，３１は、その外周面に一体に形成される被覆樹脂５Ａを備えるコア部品４Ａ，４Ｂの形態で用いられている。被覆樹脂５Ａは、いわば従来構成におけるボビンと同じ役割を果たすものと考えて良い。これらコア部品４Ａ，４Ｂは同形状の部材であり、コア部品４Ａを水平方向に１８０°回転させれば、コア部品４Ｂになる。従って、コア部品４Ｂの各部にはコア部品４Ａと同一の符号を付し、以降はコア部品４Ａを例にして説明する。

［コア部品］
図３に示すように、コア部品４Ａは、柱状の内側コア部３１の外周面に被覆樹脂５Ａを一体に形成した部材である。端的に言えば内側コア部３１と、筒状ボビンと、枠状ボビンとが一体に形成された部材がコア部品４Ａである。

内側コア部３１は、図３の右下の点線丸囲みに示すように、略直方体状の磁性材料からなるコア片３１ｍと、コア片３１ｍよりも低透磁率のギャップ材３１ｇとを交互に連結した積層柱状体である。本例ではコア片３１ｍとギャップ材３１ｇの数が同数となっており、内側コア部３１の一端面（紙面左側端面）にはギャップ材３１ｇが、他端面（紙面右側端面）にはコア片３１ｍが配置されている。なお、点線丸囲みの内側コア部３１は、図中のコア部品４Ｂに配置されたときの向きで示されている。つまり、コア部品４Ａにおける内側コア部３１は、図示する内側コア部３１を水平方向に１８０°回転させた向き、即ち紙面左側端部にコア片３１ｍが、紙面右側端部にギャップ板３１ｇが配置される。

内側コア部３１に一体化された被覆樹脂５Ａは、枠状部５２Ａと、周面被覆部５１ｏＡと、係合筒部５３Ａと、台座５４Ａと、を備える。周面被覆部５１ｏＡと係合筒部５３Ａとは、枠状部５２Ａの一面側から並列された状態で突出している。また、台座５４Ａは、枠状部５２Ａの上端側で、周面被覆部５１ｏＡとは反対側に庇状に突出している。

周面被覆部５１ｏＡは、上述した内側コア部３１の周面を、その長手方向のほぼ全長に亘って覆っている。つまり、周面被覆部５１ｏＡは、従来構成における筒状ボビンの役割を担っている。この周面被覆部５１ｏＡは、枠状部５２Ａから所定の長さに亘るベース被覆部５１３と、そのベース被覆部５１３に連続する係合部５１７とからなる。係合部５１７の外径はベース被覆部５１３の外径よりも小さく、係合部５１７の内径はベース被覆部５１３の内径と等しい。つまり、係合部５１７は、ベース被覆部５１３よりも薄肉に形成されており、この係合部５１７を、コア部品４Ａに対向するコア部品４Ｂの係合筒部５３Ａに挿入できるようになっている。そのため、コア部品４Ａ，４Ｂを互いに近づけると、両コア部品４Ａ，４Ｂの係合筒部５３Ａと係合部５１７とが嵌め合わされ、両コア部品４Ａ，４Ｂが環状に繋がった状態となる。

上記周面被覆部５１ｏＡが繋がる枠状部５２Ａの部分には、内側コア部３１の端面３１ｅを被覆する端部被覆部５１ｅＡが形成されており、コア部品４Ａの内側コア部３１の端面３１ｅが直接外側コア部３２に接触しないようになっている。この端部被覆部５１ｅＡは、内側コア部３１と外側コア部３２の間に配置されるギャップの役割を果たす。なお、端面被覆部５１ｅＡの中心部には、内側コア部３１の端面３１ｅよりも小さな中空孔５１０が形成されている。これは、コア部品４Ａを作製する際に、内側コア部３１をその軸方向に圧縮して支持するための支持部材の名残である。

上記係合筒部５３Ａが繋がる枠状部５２Ａの部分には、内側コア部３１を挿通させることができる大きさの貫通孔５３０が形成されている。ここで、コア部品４Ａの係合筒部５３Ａに挿入されるコア部品４Ｂの内側コア部３１の端面にはギャップ材３１ｇが配置されているので、コア部品４Ｂの内側コア部３１はギャップ材３１ｇを介して外側コア部３２に繋がる。

枠状部５２Ａにおける周面被覆部５１ｏＡと係合筒部５３Ａとの間には仕切り部５６Ａが設けられている。仕切り部５６Ａは、コア部品４Ａ，４Ｂに嵌め込まれるコイル２の両コイル素子２Ａ，２Ｂの間に配置され、両コイル素子２Ａ，２Ｂの離隔状態を保持するものである。これによって、両コイル素子２Ａ，２Ｂ間の絶縁を確実にすることができる。

上記被覆樹脂５Ａに備わる台座５４Ａは、コア部品４Ａとコア部品４Ｂとで機能が異なる。コア部品４Ａの台座５４Ａは、後述する押え部材８によって押圧されることによって、組合体１０を放熱板６に向かって押さえつける機能を有する（図１を参照）。一方、コア部品４Ｂの台座５４Ａは、図１に示すように、コイル２のコイル素子連結部２ｒを支持する機能を有する。

以上説明した被覆樹脂５Ａの構成材料には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ナイロン６、ナイロン６６、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの熱可塑性樹脂を利用することができる。

［外側コア部］
外側コア部３２，３２は、例えばその上面が略ドーム状の柱状コア片である。紙面左側に配置される一方の外側コア部３２は、内側コア部３１，３１の一端側（紙面左側）の面に対向し、紙面右側に配される他方の外側コア部３２は、上記内側コア部３１，３１の他端側（紙面右側）に対向している。その結果、内側コア部３１，３１と外側コア部３２，３２とで環状の磁性コア３が形成される。

［コア片の材質］
上記内側コア部３１と外側コア部３２を構成する各コア片には、鉄などの鉄属金属やその合金などに代表される軟磁性粉末を用いた圧粉成形体や、軟磁性粉末を含む樹脂からなる成形硬化体、絶縁被膜を有する磁性薄板（例えば、電磁鋼板）を複数積層した積層体などが利用できる。

内側コア部３１，３１を構成するコア片３１ｍと、外側コア部３２，３２とは、磁気特性を異ならせても良い。例えば、コア片３１ｍと外側コア部３２とで使用する材質を異ならせることで両者の磁気特性を異ならせても良いし、コア片３１ｍを成形硬化体、外側コア部３２を圧粉成形体とすることで両者の磁気特性を異ならせても良い。一般に、成形硬化体に含まれる磁性粉末の量は、圧粉成形体と比較して少ない傾向にあるため、『成形硬化体の比透磁率＜圧粉成形体の比透磁率』となる。そのため、内側コア部３１を成形硬化体、外側コア部３２を圧粉成形体とすれば、大電流で使用した場合でも磁気飽和し難い磁性コア３（リアクトル１）とすることができる。なお、内側コア部を成形硬化体で構成する場合、成形硬化体からなる一つのコア片と、そのコア片の一端側に貼り合わされる一枚のギャップ材とで内側コア部を形成しても良い。

≪放熱板≫
放熱板６は、組合体１０を支持しつつ、組合体１０から設置対象への放熱経路として機能する板状の部材で、組合体の設置対象側面よりも大きい。具体的には、図２に示すように、放熱板６の一面側（紙面上方側）が組合体１０を搭載する搭載面であり、放熱板６の他面側（紙面下方側）がリアクトル１を冷却する設置対象（図示せず）への取り付け面である。

上記放熱板６は、磁束の遮蔽性、熱伝導性の観点から非磁性金属で構成する。具体的な金属としては、例えば、アルミニウム（熱伝導率：２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）やその合金が好ましく、その他、マグネシウム（１５６Ｗ／ｍ・Ｋ）やその合金、銅（３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）やその合金、銀（４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）やその合金、鉄やオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４：１６．７Ｗ／ｍ・Ｋ）であってもよい。上記アルミニウムやマグネシウム、その合金を利用すると、リアクトル１を軽量化することがでる。特に、アルミニウムやその合金は、耐食性に優れ、マグネシウムやマグネシウム合金は制振性に優れるため、車載部品に好適に利用できる。これらの金属材料で構成される放熱板６は、ダイキャストといった鋳造の他、プレス加工などの塑性加工により形成することができる。

上記放熱板６の厚さは、放熱板６の材質によって適宜選択することができる。例えば、アルミニウムなどの非磁性金属で放熱板６を構成する場合、放熱板６の厚さを１〜５ｍｍ程度とすると、十分な強度と磁束の遮蔽性を有する放熱板６とすることができる。

上記放熱板６の四隅で、組合体１０との接合領域外には、第一挿通孔６１ｈが設けられている。この第一挿通孔６１ｈに固定部材（例えば、ボルト）１０Ｃを挿通させ、固定部材１０Ｃを設置対象にネジ留めすることで、リアクトル１を設置対象に固定することができる。ここで、放熱板６は金属製であるため剛性が高く、固定部材１０Ｃによる締付力に高い耐性を示す。そのため、リアクトル１を設置対象に非常に強固に固定することができるし、固定した後、リアクトル１を動作させてリアクトル１が振動しても、リアクトル１が設置対象から脱落し難くすることができる。

その他、放熱板６には、後述する押え部材８を取り付けるための押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈが設けられている。この押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈも、組合体１０の接合領域外に設けられている。

≪接合層≫
接合層７は、組合体１０のうち放熱板６に対向する部分（即ち、コイル素子２Ａ，２Ｂの下面、および外側コア部３２の下面）と、放熱板６との間に形成され、組合体１０と放熱板６とを接合させる層である。

本実施形態では、非磁性金属からなる放熱板６と組合体１０との間の絶縁を確保するための絶縁シート７Ａと、その絶縁シート７Ａ上に組合体１０を接着するための接着シート７Ｂとで接合層７を形成した。絶縁シート７Ａは接着剤などで放熱板６に貼り付けられる。一方、接着シート７Ｂは、その両面が粘着質で柔らかく、複雑な凹凸形状を有する組合体１０を絶縁シート７Ａに強固に密着させる機能を有する。

絶縁シート７Ａには所定の耐電圧特性（リアクトル１においては２．５ｋＶ／５０μｍ以上）が求められる。また、絶縁シート７Ａは、コイル２（コイル素子２Ａ，２Ｂ）で発生した熱を効果的に放熱板６に伝達できるように、優れた熱伝導性を有することが好ましく、その熱伝導率は高いほど好ましい。例えば、熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好ましくは２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

上記絶縁シート７Ａの厚さは、放熱板６とコイル部材２との間に要求される絶縁特性を満たすように、適宜選択することができる。この絶縁シート７Ａの厚さは、絶縁シート７Ａの材質に何を用いるかによって変化するが、概ね１０μｍ以上とすれば十分である。絶縁シート７Ａはあまり厚くても意味がないので、絶縁シート７Ａの厚みの上限は１００μｍとすると良い。また、絶縁シート７Ａの厚さは、使用する材質の熱伝導率も考慮に入れて設定すると良い。例えば、絶縁シート７Ａの熱伝導率が高ければ（例えば、エポキシ樹脂の絶縁シート＝０．７Ｗ／ｍ・Ｋ）、絶縁シート７Ａは厚め（例えば、１００〜３００μｍ）として良いが、熱伝導率が低ければ（例えば、ポリイミド樹脂の絶縁シート＝０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ）、リアクトル１のコイル２と放熱板６との間で絶縁を確保できる範囲で、絶縁シート７Ａを薄くする（例えば、１０〜５０μｍ）。

一方、接着シート７Ｂには、コイル２と放熱板６との間を十分に絶縁可能な程度の絶縁特性と、リアクトル１の使用時における最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性が求められる。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの熱可塑性の絶縁性樹脂が接着シート７Ｂに好適に利用できる。この絶縁性樹脂には、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも１種のセラミックスフィラーが含有されていても良く、そうすることで、接着シート７Ｂの絶縁性および放熱性を向上させることができる。接着シート７Ｂの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、最も好ましくは２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

≪押え部材≫
押え部材８は、図１，２に示すように、組合体１０の外側コア部３２を放熱板６に向かって押圧して、組合体１０を放熱板６に強固に固定するための部材である。また、押え部材８には、コイル２の端部２ａ，２ｂに接続される端子部材９Ａ，９Ｂが埋設されており、当該押え部材８は、リアクトル１のコイル２と、図示しない電源などの外部機器とを電気的に接続する際の端子台としての役割も兼ねる。

上記押え部材８は、図４に示すように、放熱板６（図１，２参照）への取付部となる脚部８１と、脚部８１の上端側で組合体１０（図１，２参照）に向かって迫り出す押圧部８２と、押圧部８２とは反対側に迫り出す端子台部８３とを備える。

脚部８１には、コイル素子２Ａ，２Ｂ（図１，２参照）の並列方向に張り出す張出部８１Ａ，８１Ｂを備え、その張出部８１Ａ，８１Ｂには、第二挿通孔８Ａｈ，８Ｂｈが形成されている。図２に示すように、この第二挿通孔８Ａｈ，８Ｂｈに固定部材１０Ａ，１０Ｂであるボルトを挿通させ、その固定部材１０Ａ，１０Ｂを放熱板６の押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈにネジ留めすることで、押え部材８を放熱板６に固定することができる（図１を合わせて参照）。

押圧部８２は、図１に示すように、放熱板６に押え部材８を固定したときに、コア部品４Ａの台座５４Ａに当接し、台座５４Ａごと外側コア部３２を放熱板６に向かって押圧する。つまり、この押圧部８２と放熱板６とで組合体１０を挟み込みことができ、その結果、放熱板６からの組合体１０の脱落が抑制される。

端子台部８３は、図４に示すように、コイル２の端部２ａ，２ｂに接続される端子部材９Ａ，９Ｂと、電源などから伸びるリード線の端子とを接続させるときの台座となる。この端子台部８３の上面には、押え部材８に埋設される端子部材９Ａ，９Ｂの一部が露出している。また、その端子部材９Ａ，９Ｂのうち、端子台部８３とは反対側の端部は、押圧部８２から突出し、上方に屈曲しており、その突出部分には、図１，２に示すように、コイル２の端部２ａ，２ｂが接続される。そのため、端子台部８３に露出する端子部材９Ａ，９Ｂにリード線を接続すれば、端子部材９Ａ，９Ｂを介してコイル２に通電される。なお、端子台部８３における端子部材９Ａ，９Ｂの露出した部分の下面には、ネジ溝を切ったカラーが埋設されており、リード線の端子と端子部材９Ａ，９Ｂとをネジ留めできるようになっている。

また、端子台部８３の中間部における端子部材９Ａ，９Ｂの間には、仕切り板８３Ｆが形成されている。この仕切り板８３Ｆによって端子部材９Ａ，９Ｂ間の絶縁を確保できるし、端子部材９Ａ，９Ｂにそれぞれ接続されるリード線の端子同士が接触・導通することを回避できる。

≪用途≫
上記構成を備えるリアクトル１は、通電条件が、例えば、最大電流（直流）：１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧：１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数：５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。この用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが、１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが、０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。

≪効果≫
以上説明した実施形態１のリアクトル１では、リアクトル１を設置対象に固定する固定部材を挿通させる挿通孔（第一挿通孔６１ｈ）を金属製の放熱板６に設けている。そのため、本実施形態１のリアクトル１は、樹脂部分に固定部材の挿通孔が形成された従来構成よりも、設置対象に安定して固定することができる。さらに、本実施形態１では、リアクトル１に備わる組合体１０を押え部材８によって放熱板６に押し付けているため、設置対象に対するリアクトル１の固定状態がより安定的になっている。

また、本実施形態１のリアクトル１では、熱伝導性に優れる金属製の放熱板６を介して組合体１０を設置対象に固定するため、使用時にリアクトル１のコイル２および磁性コア３で発生した熱を効率的に設置対象に逃がすことができる。そのため、リアクトル１を例えば１００Ａ以上の大電流で使用したとしても、熱によりリアクトル１の動作が不安定になることを回避できる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、接合層７として、絶縁シート７Ａと接着シート７Ｂの二層構造とした（図２参照）。これに対して、実施形態２では、絶縁性樹脂からなる一層構造の接合層７’を備えるリアクトル１’を図５に基づいて説明する。

本実施形態２では、アルミニウムなどの非磁性金属でできた放熱板６’の上に、絶縁性樹脂の接着剤で接合層７’を形成し、その接合層７’の上に直接、組合体１０を載置している。そうすることで、接合層７’を介して組合体１０と放熱板６’とを接合している。接合層７’の材質としては、実施形態１の接着シート７Ｂ（図２参照）と同様の絶縁性樹脂を利用できる。もちろん、接合層７’を構成する絶縁性樹脂はセラミックスフィラーを含有していても良い。

接合層７’を形成する構成の場合、その接合層７’の形成領域を粗面化処理することが好ましい。放熱板６’に粗面化領域６ｒを形成することで、当該領域６ｒ上に接合層７’を形成したとき、当該領域６ｒの凹凸に接合層７’が入り込んで、放熱板６’と接合層７’との密着性が増す。また、放熱板６’と接合層７’の接触面積が増大するので、放熱板６’と接合層７’との間の伝熱効率が向上する。

放熱板６’の粗面化領域６ｒにおける粗さは、算術平均粗さＲａで１μｍ以上とすることが好ましく、より好ましいＲａは３μｍ以上である。そうすることで、単に放熱板６’上に接合層７’を形成するよりも顕著に放熱板６’と接合層７’との密着性、および伝熱効率を向上させることができる。ここで、上記粗面化領域６ｒのＲａの上限は１０μｍとすることが好ましい。粗面化領域６ｒが粗すぎると、粗面化領域６ｒの凹凸に上手く接合層７’が入り込まない可能性が僅かながらもあるからである。

放熱板６’の粗面化処理方法としては、（１）アルマイト処理に代表される陽極酸化処理、（２）公知の手法による針状めっき、（３）公知の手法による分子接合化合物の植え付け、（４）レーザによる微細な溝加工、（５）公知の特殊溶液を用いたナノオーダーのディンプル形成、（６）エッチング処理、（７）サンドブラストやショットブラスト、（８）鑢がけ、（９）水酸化ナトリウムによる艶消し処理、（１０）金属ブラシによる表面への傷付け処理など、金属と樹脂との密着性を高めるための公知の手法を利用することができる。特に、（６）のエッチング処理が好ましい。

さらに、本実施形態２では、放熱板６’における押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈが、リアクトル１’を設置対象に固定するための第一挿通孔６１ｈ，６１ｈを兼ねる構成としている。また、押え部材８を放熱板６’に取り付けるための固定部材１０Ａ’，１０Ｂ’の軸方向長さは、実施形態１の固定部材１０Ａ，１０Ｂよりも長くなっている。そのため、放熱板６’に押え部材８を取り付け、放熱板６’の押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈの軸線と、押え部材８の第二挿通孔８Ａｈ，８Ｂｈの軸線とをほぼ一致させた状態として、固定部材１０Ａ’，１０Ｂ’によるネジ留めを行なえば、押え部材８と放熱板６’が一体に設置対象に固定される。なお、第二挿通孔８Ａｈ，８Ｂｈの内径は、押え部材取付穴６Ａｈ，６Ｂｈの内径よりも大きい方が、固定部材１０Ａ’，１０Ｂ’を取り付け易い。

以上説明した実施形態２のリアクトル１’によれば、実施形態１のリアクトル１よりも効率的にリアクトル１’で発生した熱を設置対象に放熱させることができる。それは、組合体１０と放熱板６’とが一層の接合層７’で接合されており、かつ粗面化領域６ｒの存在により、放熱板６’と接合層７’との接触面積が大きくなっているからである。

＜変形実施形態＞
実施形態１，２では、コア部品４Ａ，４Ｂを利用して磁性コア３を作製したが、これらコア部品４Ａ，４Ｂを用いることなく磁性コア３を作製しても良い。具体的には、二つの内側コア部３１，３１と二つの外側コア部３２，３２とを単に組み合わせて磁性コア３を作製する。その場合、磁性コア３とコイル２との間の絶縁は、磁性コア３とは別個に用意したボビンによって確保すると良い。

＜実施形態３＞
実施形態１，２のリアクトル１，１’は、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用することができる。

例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図６に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを備える。なお、図６では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

コンバータ１１１０は、図７に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上記実施形態に記載のリアクトル１，１’を用いる。軽量で扱い易いこれらリアクトル１，１’を用いることで、電力変換装置１１００（コンバータ１１１０を含む）の軽量化を図ることができる。

ここで、上記車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上記実施形態や変形例のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態のリアクトルなどを利用することもできる。

なお、本発明は、上述した実施の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で適宜変更することが可能である。

本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。

１，１’ リアクトル
１０ 組合体
２ コイル
２Ａ，２Ｂ コイル素子 ２ａ，２ｂ 端部 ２ｒ コイル素子連結部
３ 磁性コア
３１ 内側コア部 ３１ｅ 端面 ３１ｍ コア片 ３１ｇ ギャップ材
３２ 外側コア部
４Ａ，４Ｂ コア部品
５Ａ 被覆樹脂
５１ｏＡ 周面被覆部 ５１３ ベース被覆部 ５１７ 係合部
５１ｅＡ 端部被覆部
５２Ａ 枠状部 ５１０ 中空穴 ５３０ 貫通孔
５３Ａ 係合筒部
５４Ａ 台座
５６Ａ 仕切り部
６，６’ 放熱板
６１ｈ 第一挿通孔 ６Ａｈ，６Ｂｈ 押え部材取付穴 ６ｒ 粗面化領域
７，７’ 接合層 ７Ａ 絶縁シート ７Ｂ 接着シート
８ 押え部材
８１ 脚部 ８１Ａ，８１Ｂ 張出部 ８Ａｈ，８Ｂｈ 第二挿通孔
８２ 押圧部 ８３ 端子台部 ８３Ｆ 仕切り板
９Ａ，９Ｂ 端子部材
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ａ’，１０Ｂ’ 固定部材
１１００ 電力変換装置
１１１０ コンバータ １１１１ スイッチング素子 １１１２ 駆動回路
Ｌ リアクトル
１１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両
１２１０ メインバッテリ
１２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ
１２４０ 補機類
１２５０ 車輪

Claims (5)

1. 並列した状態で連結される一対のコイル素子を有するコイルと、前記コイル素子の内部に挿通される環状の磁性コアとの組合体を備え、
   前記磁性コアが、前記コイル素子の内部に配置される一対の内側コア部、および前記コイル素子から露出され、前記内側コア部と閉磁路を形成する一対の外側コア部を有するリアクトルであって、
   一面側が前記組合体を搭載する搭載面、他面側がリアクトルを設置する設置対象への取り付け面となる非磁性金属の放熱板と、
   前記組合体と前記放熱板とを接合する絶縁性樹脂を含む接合層と、を備え、
   前記放熱板は、前記組合体における設置対象側面よりも大きく、その放熱板における前記組合体との接合領域外に、前記設置対象にリアクトルを固定するための固定部材が挿通される第一挿通孔が設けられていることを特徴とするリアクトル。
2. 一端側が前記放熱板に取り付けられ、他端側が前記外側コア部の上面を前記放熱板側に向かって押圧する押え部材を備え、
   前記押え部材には、前記コイルの端部に接続され、前記リアクトルを他の電気機器と電気的に接続させるための端子部材が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。
3. 前記押え部材は、前記放熱板の第一挿通孔に重複する第二挿通孔を備え、
   前記固定部材によって、前記押え部材と前記放熱板を一体に前記設置対象に固定することができるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル。
4. スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを備え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
   前記リアクトルは、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。
5. 入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを備え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
   前記コンバータは、請求項４に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。

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