JP2014154757A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトルに関する。リアクトルは、コイルを利用した受動素子であり、インダクタと呼ばれることもある。 The present invention relates to a reactor. A reactor is a passive element using a coil, and is sometimes called an inductor.
リアクトルは、力率改善、高調波電流の抑制(直流電流の平滑化)等のために用いられる。リアクトルは、また、直流電圧を昇圧する回路に用いられることもある。 The reactor is used for power factor improvement, harmonic current suppression (direct current smoothing), and the like. The reactor may also be used in a circuit that boosts a DC voltage.
リアクトルは電気自動車の電子装置に用いられることもある。電気自動車はモータを駆動力とするため、駆動回路にリアクトルを備えることが多い。電気自動車では、数十キロワットクラスの高出力モータを利用するため、その駆動回路に用いるリアクトルも大容量となる。それゆえ、リアクトルの発熱量が大きい。なお、本明細書では、「電気自動車」には、モータとともにエンジンを備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含む。 A reactor is sometimes used for an electronic device of an electric vehicle. Since an electric vehicle uses a motor as a driving force, a drive circuit is often provided with a reactor. Since an electric vehicle uses a high-power motor of several tens of kilowatts, a reactor used for its drive circuit also has a large capacity. Therefore, the amount of heat generated by the reactor is large. In the present specification, the “electric vehicle” includes a hybrid vehicle including an engine together with a motor, and a fuel cell vehicle.
冷却のためにリアクトルに冷却器を取り付けることがある。なお、冷却器は、内部を冷媒が流れるタイプもあれば、単なる放熱板の場合もあり得る。後者の場合、リアクトルを固定する筐体(リアクトルを含む電子装置の筐体)が放熱板として機能する場合もある。例えば特許文献1では、樹脂で全体が覆われたコイルを筐体に接触させ、樹脂を通じてコイルの熱を筐体へ拡散させることが提案されている。 A cooler may be attached to the reactor for cooling. The cooler may be of a type in which a refrigerant flows inside, or may be a simple heat sink. In the latter case, the casing that fixes the reactor (the casing of the electronic device including the reactor) may function as a heat sink. For example, Patent Document 1 proposes that a coil that is entirely covered with a resin is brought into contact with the casing, and the heat of the coil is diffused to the casing through the resin.
樹脂よりも伝熱性の高い放熱シートを用いる技術も幾つか提案されている。特許文献2の技術によれば、リアクトルは、コイルの側面と筐体壁との間に放熱シートを挟んで筐体壁に取り付けられる。筐体内部でリアクトルの周囲に樹脂を充填し、リアクトルは放熱シートを含め樹脂で封止される。即ち、リアクトルの熱は放熱シートを介して筐体に拡散される。また、特許文献3の技術によれば、コイル側面とコアの側面を放熱性の接着剤で筐体壁に固定する。この技術では、接着剤を通じてコイルの熱を筐体に拡散させる。さらに、特許文献4の技術では、リアクトル全体が樹脂で覆われており、筐体壁と面する樹脂側面に、他の部分よりも熱伝達率が高い放熱層を形成する。リアクトルのコイルは、放熱層を挟んで筐体壁と対向することになり、コイルの熱は放熱層を介して筐体に拡散する。なお、特許文献1〜4の技術は、いずれも、筐体をリアクトルの放熱板として用いるものである。
Several techniques using a heat-dissipating sheet having higher heat conductivity than resin have been proposed. According to the technique of
最近の放熱シートの中には、柔軟性が高く引張強さの低い材質のものがある。例えば、サーコン(登録商標)と呼ばれるシリコンベースの放熱シートは、熱伝導率が17W/mKと高いが、引張強さは1〜10[MPa]程度である。ここで、引張強さは、破断するまでに要する応力の大きさで表される。ちなみに、天然ゴムの引張強さは1〜20[MPa]程度である。他方、伝熱性を高めるには、放熱シートを挟んでコイルを冷却器に強く圧着する必要がある。さらに、放熱性を高めるためには、冷却器に対向するコイルの一側面の全体が確実に放熱シートに接するように、放熱シートの大きさは、冷却器に対向するコイルの下面よりも広くなければならない。ここで、「下面」とは、説明の便宜上の呼称であり、リアクトルは、必ずしも、鉛直方向の下側で放熱シートに接しなくともよいことに留意されたい。放熱シートのサイズをコイル下面よりも大きくすると、放熱シートにおいて、コイル下面からはみ出た部分が引きちぎられ、コイルを設置した筐体内部で自由に動き得る異物となる虞がある。特に、車載の電子装置では、振動が大きいため、振動によって異物が筐体内を移動し、他のデバイスと接触する虞がある。本明細書は、引張強さの低い放熱シートを使った場合にその放熱シートの周縁が引きちぎれないようにする技術を提供する。 Some recent heat dissipation sheets are made of a material having high flexibility and low tensile strength. For example, a silicon-based heat dissipation sheet called Sarcon (registered trademark) has a high thermal conductivity of 17 W / mK, but a tensile strength of about 1 to 10 [MPa]. Here, the tensile strength is represented by the magnitude of the stress required to break. Incidentally, the tensile strength of natural rubber is about 1 to 20 [MPa]. On the other hand, in order to improve heat transfer, it is necessary to strongly press the coil to the cooler with the heat dissipation sheet interposed therebetween. Furthermore, in order to improve heat dissipation, the size of the heat dissipation sheet must be wider than the lower surface of the coil facing the cooler so that the entire one side surface of the coil facing the cooler is in contact with the heat dissipation sheet. I must. Here, the “lower surface” is a name for convenience of explanation, and it should be noted that the reactor does not necessarily have to be in contact with the heat dissipation sheet on the lower side in the vertical direction. If the size of the heat radiating sheet is made larger than that of the lower surface of the coil, the portion of the heat radiating sheet that protrudes from the lower surface of the coil is torn off, and there is a risk of becoming a foreign object that can move freely inside the casing where the coil is installed. In particular, in an in-vehicle electronic device, since vibration is large, there is a possibility that a foreign object moves in the housing due to vibration and comes into contact with another device. This specification provides a technique for preventing the peripheral edge of a heat dissipation sheet from being torn when a heat dissipation sheet having a low tensile strength is used.
本明細書が開示する技術は、柔軟な放熱シートを介して冷却器に取り付けられているリアクトルを対象とする。ここで、柔軟な放熱シートとは、引張強さが約20[MPa]以下のシートを対象とする。そのようなシートは、周縁を残して中央部を圧迫すると、周縁が引きちぎれる虞がある。本明細書が開示するリアクトルは、コイル軸線に平行な側面が、放熱シートを挟んで冷却器の一面と間接的に接しているコイルと、リアクトルの上記側面(コイル軸線に平行な側面)に直交する方向からみてコイルの周囲を囲む樹脂カバーを備える。コイル軸線に平行な側面に直交する方向とは、別言すれば、冷却器の一面(リアクトル取付面)に直交する方向である。なお、以下では、説明の便宜上、冷却器と対向するコイル側面をコイル下面と称することがある。放熱シートの大きさは、コイルの下面よりも大きい。すなわち、冷却器のリアクトル取付面に直交する方向(コイル下面に直交する方向)からみたときに、放熱シートはコイルの下面の外側に拡がっている。そして、樹脂カバーのリアクトル取付面に対向する端面が、コイル下面の周囲で、放熱シートを冷却器に押し付ける。即ち、本明細書が開示するリアクトルは、コイルの周囲を覆う樹脂カバーがコイルの周囲で放熱シートの周縁を冷却器に押さえ付ける。そうして、放熱シートの周縁が引きちぎられることを防止する。なお、リアクトルは、樹脂カバーを通じて冷却器に固定される。 The technology disclosed in this specification is directed to a reactor attached to a cooler via a flexible heat dissipation sheet. Here, the flexible heat dissipation sheet is a sheet having a tensile strength of about 20 [MPa] or less. Such a sheet may be torn off when the center portion is pressed while leaving the periphery. In the reactor disclosed in this specification, the side surface parallel to the coil axis is orthogonal to the coil that is indirectly in contact with one surface of the cooler with the heat dissipation sheet interposed therebetween, and the side surface (side surface parallel to the coil axis) of the reactor. A resin cover is provided that surrounds the coil when viewed from the direction of the coil. In other words, the direction orthogonal to the side surface parallel to the coil axis is the direction orthogonal to one surface of the cooler (reactor mounting surface). Hereinafter, for convenience of explanation, the coil side surface facing the cooler may be referred to as a coil lower surface. The size of the heat dissipation sheet is larger than the lower surface of the coil. That is, when viewed from the direction orthogonal to the reactor mounting surface of the cooler (the direction orthogonal to the lower surface of the coil), the heat dissipation sheet spreads outside the lower surface of the coil. And the end surface facing the reactor mounting surface of the resin cover presses the heat radiation sheet against the cooler around the lower surface of the coil. That is, in the reactor disclosed in this specification, the resin cover that covers the periphery of the coil presses the periphery of the heat dissipation sheet against the cooler around the coil. Thus, the peripheral edge of the heat dissipation sheet is prevented from being torn off. The reactor is fixed to the cooler through a resin cover.
本明細書が開示するリアクトルでは、さらに、リアクトル取付面側から見てコイルの周囲と樹脂カバー端面との間に窪みが設けられていることが好ましい。そのような窪みを設けることによって、その窪みに、冷却器とコイル下面の挟み込みの圧力により放熱シートの変形した部位が侵入する。窪みに浸入した放熱シートは、コイルの下面の縁で下面から湾曲(屈曲)する側面に接することになり、コイルの冷却効果がさらに高まる。 In the reactor disclosed in this specification, it is preferable that a recess is provided between the periphery of the coil and the end surface of the resin cover as viewed from the reactor mounting surface side. By providing such a depression, the deformed portion of the heat dissipation sheet enters into the depression due to the pressure between the cooler and the lower surface of the coil. The heat dissipation sheet that has entered the recess comes into contact with the side surface that is curved (bent) from the lower surface at the edge of the lower surface of the coil, further enhancing the coil cooling effect.
車載のリアクトルでは、略四角柱状に形成されているコイルが用いられることがある。そのようなコイルのリアクトルに本明細書が開示する技術を適用する場合、四角柱のコイルの一側面が放熱シートを挟んで冷却器のリアクトル取付面と対向していることが好ましい。四角柱の一側面全体で放熱シートを介して熱を冷却器に拡散させることができる。 In a vehicle-mounted reactor, a coil formed in a substantially quadrangular prism shape may be used. When the technology disclosed in this specification is applied to the reactor of such a coil, it is preferable that one side surface of the rectangular column coil is opposed to the reactor mounting surface of the cooler with the heat dissipation sheet interposed therebetween. Heat can be diffused to the cooler through the heat dissipation sheet on the entire side surface of the quadrangular column.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例のリアクトル2を説明する。リアクトル2は、電気自動車において、バッテリの直流電力を昇圧し、さらに交流に変換してモータに供給するパワーコントロールユニットに内蔵された電圧コンバータ回路の一部品である。リアクトル2は、パワーコントロールユニットの筐体8に取り付けられる。なお、図では、筐体8の一部、即ち、リアクトル2を取り付ける面(リアクトル取付面)だけを描いてある。部筐体8は冷媒を通す冷媒流路の壁を兼ねており、筐体自体が、リアクトル2を含む発熱体の冷却器を兼ねている。
The
図1に、リアクトル2の三面図を示す。図1(A)、(B)、(C)は、夫々、リアクトル2の平面図、側面図、正面図を示す。リアクトル2の主要な部品は、環状のコア4、2連のコイル3、樹脂カバー5である。コア4とコイル3は樹脂カバー5で覆われているので、図1ではコア4とコイル3は破線で描かれている。
FIG. 1 shows a three-sided view of the
環状のコア4は、フェライトなどの磁性体で作られている。コア4は、一つのリングで構成されていてもよいし、複数のパーツに分割されていてもよい。例えば、コア4は、一対のU字型パーツと、端面を対向させた一対のU字型パーツの間に配置されるI字型パーツで構成されていてもよい。環状のコア4は、平行な部位を有し、その平行な部位に、夫々コイル3が巻回されている。2つのコイルは1本の巻き線で作られており、3aがその連結部に相当する。なお、図では、コイル3のリード部(コイル端部の引き出し線)の図示は省略している。コイル3は、全体が略四角柱に形成されている。
The
コア4とコイル3は、コイルの下面を除き、樹脂カバー5で覆われている。樹脂カバー5は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂で作られている。図1(A)の平面図において、即ち、筐体8(リアクトル取付面)に直交する方向からみて、樹脂カバー5は、コイル3とコア4を囲んでいる。樹脂カバー5は、コイル3とコア4のアセンブリを金型に入れ、その金型に樹脂を射出して成形される。即ち、樹脂カバー5は、コイル3とコア4のアセンブリに一体化するものとして作られる。樹脂カバー5は、コイル3の下面を除き、コイル3の全体を覆っている。別言すれば、コイル3の下面は樹脂カバー5から露出している。ここで、コイル3は略四角柱に形成されており、その下面とは、四角柱の一側面に相当する。
The
図1(A)の平面視に良く示されているように、樹脂カバー5の四隅にはリブ6が設けられており、リアクトル2は、リブ6を通じてボルト7で筐体8に固定されている。
As well shown in the plan view of FIG. 1A,
図1(B)、図1(C)に示されているように、コイル3の下面と筐体8(リアクトル取付面)の間には放熱シート9が配置されている。別言すれば、コイル3は、放熱シート9を介して筐体8に間接的に接している。放熱シート9は、シリコンをベースとしたラバー状のシートであり、熱伝導率が高く、柔軟性が高い。放熱シートの一例は、サーコン(登録商標)シートである。放熱シート9の熱伝導率は約17W/mk程度であり、放熱シート9の柔軟性は、ゴム硬度(JIS A)で表すと、約20〜100[Hs]程度である。コイル3の下面と筐体8の間に柔軟で熱伝導率が高い放熱シート9を挟むことによって、コイル3の隣接する巻き線間の窪みにも放熱シートが密着し、コイル3から筐体8への熱伝導が促進される。
As shown in FIGS. 1B and 1C, a
一方、柔軟な放熱シートは、引張強さが高くはなく、概ね1〜10[MPa]程度である。ちなみに、アルミニウムのヤング率は、70.3[GPa](ギガパスカル)であり、3桁も異なる。コイル3から筐体8への伝熱効率を高めるためには、放熱シート9を挟んでコイル3の下面を筐体8に押し付けることが必要であるが、柔軟な放熱シート9を強く挟み込むと、放熱シート9の周縁が千切れる虞がある。そこで、リアクトル2では、放熱シート9はコイル3の周囲まで拡がるサイズを有しており、コイル3の周囲において、放熱シート9の周縁を樹脂カバー5の端面で押さえ付ける。ここで、樹脂カバー5の端面とは、筐体8に対向する樹脂カバー端面を意味する。放熱シート9の周縁を樹脂カバー5の端面で押さえ付けることにより、放熱シート9の縁が千切れることを防止する。
On the other hand, the flexible heat-dissipating sheet does not have a high tensile strength and is approximately 1 to 10 [MPa]. By the way, the Young's modulus of aluminum is 70.3 [GPa] (Giga Pascal), which is different by 3 digits. In order to increase the heat transfer efficiency from the
放熱シート9と樹脂カバー5の関係を、図2〜図5を使って詳しく説明する。図2は、図1のII−II線における断面図である。図3は、図2の断面において、コイル3とコア4と樹脂カバー5のアセンブリを筐体8に取り付ける前の図(組立前図)である。図3に良く示されているように、樹脂カバー5には、コイル3と樹脂カバー端面5tとの間に窪み5aが設けられている。放熱シート9を樹脂カバー5と筐体8の間で挟み込み、圧力を加えると、放熱シート9が変形し、変形部分9aが窪み5aに侵入する。図2に良く示されているように、変形部位9aは、コイル3の軸方向端面の一部に接する。このことがさらにコイル3から筐体8への熱伝達率を高めることに寄与する。なお、ボルト7を締め込むことにより、放熱シート9に加える圧力を高めることができる。
The relationship between the
図4は、図1のIV−IV線における断面図である。図5は、図4の断面において、コイル3とコア4と樹脂カバー5のアセンブリを筐体8に取り付ける前の図(組立前図)である。図4の断面において、図2の断面と同様に、樹脂カバー5に、コイル3と樹脂カバー端面5tの間に窪み5bが設けられている。また、2連コイルの間にも窪み5cが設けられている。放熱シート9を樹脂カバー5と筐体8の間で挟み込み、圧力を加えると、放熱シート9が変形し、変形部分9bが窪み5bに侵入し、2連コイルの間では変形部分9cが窪み5cに侵入する。図4によく示されているように、変形部位9b、9cは、コイル3の側面の一部に接する。図2と図4から理解されるように、樹脂カバー5において筐体8と対向する端面5tには、コイル3を囲むように窪み(5a、5b、5c)が設けられており、その窪みに、放熱シート9の変形部位が侵入する。コイル3を囲むように接する変形部位が、コイル3から筐体8への熱伝達率を高める。
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a diagram (pre-assembly diagram) before the assembly of the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示するリアクトル2の利点の一つは以下の通りである。略四角柱のコイル3の一側面(コイル下面)を筐体8に対向させ、その一側面よりも面積が大きい放熱シート9を挟み込む。筐体8の直交方向からみて、放熱シート9はコイル3の周囲に張り出しており、その張り出し部分を樹脂カバー5の端面5tで押さえる。そのような構造により、コイル3の一側面の全面に放熱シート9を接触させることができるとともに、コイル3から張り出した周縁が、コイル/筐体間の圧力でも千切れない。
Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. One of the advantages of the
また、樹脂カバー5には、筐体8と対向する端面5tに、コイル3を囲む窪み9a〜9cが設けられている。平面視において窪みの内側はコイル3が放熱シート9を押さえ付けており、窪みの外側は樹脂カバーの端面5tが放熱シート9を押さえ付けている。放熱シート9を強く押さえると、柔軟な放熱シート9は、コイル3で押し付けられている部分と端面5tで押し付けられている部分の間で変形する。その変形した部位が窪み9a〜9cに侵入する。放熱シート9はコイル3の筐体8に対向する側面だけでなく、その側面から湾曲(屈曲)する別の側面にも接することにより、コイル3から筐体8への伝熱効率が高められる。放熱シート9をさらに強く押さえ付けると、放熱シートの変形した部位が窪み9a〜9cに充填される。そうすると、コイル3から筐体8への伝熱効率がさらに高められる。
The
本明細書が開示する技術は、柔軟であって引っ張りに対して強くない放熱シート、特に、引張強さが1〜10[MPa]以下の放熱シートを採用するリアクトルに好適である。 The technology disclosed in this specification is suitable for a reactor that employs a heat-dissipating sheet that is flexible and not strong against pulling, particularly a heat-dissipating sheet having a tensile strength of 1 to 10 [MPa] or less.
実施例のリアクトル2は、リング状のコア4の平行部分に2連のコイル3を巻回した構造を有する。本明細書が開示する技術は、直線状のコアに一つのコイルを巻回したリアクトルに適用することも好適である。
The
リアクトル2は、電気自動車においてモータに交流電力を供給するパワーコントロールユニットに搭載される。ここでのパワーコントロールユニットは、リアクトルを備える電子装置であり、その筐体8は、リアクトルの冷却器を兼ねている。即ち、筐体8が、リアクトルを冷却する冷却器の一例に相当する。また、本明細書が開示する技術は、リアクトル2の冷却器への固定構造という表現も可能である。
樹脂カバー5は、コイル3の下面を除く部位を全部覆っている必要はない。また、平面視においてコイル3の周囲の少なくとも一部で放熱シート9を押さえ付けていればよい。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:リアクトル
3:コイル
4:コア
5:樹脂カバー
5a、5b、5c:窪み
5t:樹脂カバー端面
6:リブ
8:筐体(冷却器)
9:放熱シート
9a、9b、9c:変形部位
2: Reactor 3: Coil 4: Core 5:
9: Heat
Claims (3)
コイル軸線に平行な側面が、放熱シートを挟んで冷却器と接しているコイルと、
前記側面に直交する方向からみて、コイルの周囲を囲んでいる樹脂カバーと、
を備えており、
樹脂カバーの冷却器に対向する端面が、コイルの前記側面の周囲で、放熱シートを冷却器に押し付けている、
ことを特徴とするリアクトル。 It is a reactor attached to the cooler via a heat dissipation sheet,
A coil whose side surface parallel to the coil axis is in contact with the cooler with the heat dissipation sheet interposed therebetween;
A resin cover surrounding the coil as seen from the direction orthogonal to the side surface;
With
The end surface facing the cooler of the resin cover is pressing the heat dissipation sheet against the cooler around the side surface of the coil.
A reactor characterized by that.
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