JP2015149419A - リアクトルの固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、放熱性接着剤でリアクトルをケースに固定する方法に関する。【解決手段】リアクトル１０は、四角柱形状のコイル１２を有しており、その一部が樹脂カバー１３に覆われている。樹脂カバー１３は、コイル１２の一側面（下面１２ａ）を露出させているとともに、その一側面の反対側にコイル側面の一部を露出する２個の窓１３ａ、１３ｂが設けられている。リアクトル１０をケース４０に固定する方法は、まず、コイルの下面１２ａを放熱性接着剤２５でケース底面４０ｃに接着するとともに２個の窓１３ａ、１３ｂから露出しているコイル面を放熱性接着剤２５で覆う。次いで、一方の窓１３ａに温度センサ２２を埋設した蓋２１を嵌め込む。そして、コイル１２に通電してコイル１２を発熱させて放熱性接着剤２５を硬化させる。【選択図】図５

Description

本発明は、リアクトルのケースへの固定方法に関する。リアクトルは、コイルを利用した受動素子である。

リアクトルは、電圧コンバータ等に使われる。電動車両の走行用モータに電力を供給する電圧コンバータ付の電力変換器では、扱う電力が大きいためリアクトルの発熱量が大きい。他方、リアクトルは、電力変換器のケースに固定される。そこで、リアクトルを冷却する技術として、リアクトルの熱をケースに効率よく拡散させる技術が例えば特許文献１や２に開示されている。特許文献１は、放熱シートを介してリアクトルをケースに固定する技術を開示している。特許文献２は、放熱性接着剤でリアクトルをケースに固定する技術を開示している。放熱性接着剤の例としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。

なお、リアクトルの冷却とは直接には関係ないが、本明細書が開示する技術はコイルの発熱を積極的に利用するものであり、その点で関連する技術（特許文献３）を紹介しておく。特許文献３は、コイルを覆う樹脂カバーを製造する方法を開示している。その方法は、コイルを配置した金型に放熱性の樹脂を流し込み、コイルに通電することでコイルの温度を高め、樹脂を硬化させて樹脂カバーを形成する。

特開２０１３−１２５８５７号公報 特開２０１３−２０１３７７号公報 特開平０３−１９０１１５号公報

本明細書が開示する技術は、放熱性接着剤でリアクトルをケースに固定する技術に関し、その製造時間を短縮する技術を提供する。

放熱性接着剤でリアクトルをケースに固定する場合、接着剤の温度を高めることで接着時間（接着剤が硬化するまでに要する時間）を短縮することができる。そこで、本明細書が開示する技術では、コイルに通電し、コイルの発熱を利用して放熱性接着剤の硬化までの時間を短縮する。そして、本明細書が開示する技術は、コイルに通電する時間を的確に見極めるために、放熱性接着剤をケースとリアクトルの間以外の直接に触れることができる箇所にも塗布する。直接に触れることのできる放熱性接着剤の硬化の進行具合を直に確かめることができるので、硬化が完了するタイミングを適切に判定することができる。本明細書が開示する技術は、さらに同時に、コイルの温度を計測する温度センサも放熱性接着剤で固定する。即ち、リアクトルのケースへの固定と温度センサの取り付けを一工程で行う。本明細書が開示する技術は、リアクトルのケースへの固定と温度センサの取り付けを同時に行うとともに、コイルに通電してコイルの温度を高めている際、接着剤が硬化するタイミングを適切に判定することができるようにする。

本明細書が開示する技術は、四角柱形状のコイルの一部が樹脂カバーで覆われているタイプのリアクトルを対象とする。ここで、樹脂カバーは、コイルの一側面を露出させているとともに、その一側面の反対側に、コイル側面の一部を露出する２個の窓が設けられている。２個の窓は、樹脂カバーを射出成形する際に金型内でコイルを抑える部材を外した跡である。本明細書が開示する技術は、そのような樹脂カバーの形状を利用する。本明細書が開示するリアクトルのケースへの固定方法は、コイルの露出している一側面を放熱性接着剤でケース底面に接着するとともに上記の２個の窓の夫々から露出しているコイル面を放熱性接着剤で覆う。そして、一方の窓に温度センサを埋設した蓋を嵌め込む。最後に、コイルに通電してコイルを発熱させて放熱性接着剤を硬化させる。上記の固定方法によれば、窓から露出している放熱性接着剤の硬化の具合（品質）をチェックすることで、適切なタイミングでリアクトルのケース底面への接着を終了させることができる。

本明細書が開示する技術は、放熱性接着剤でリアクトルをケースに固定する技術に関し、その製造時間を短縮する。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。

リアクトルを備える電力変換器の斜視図である。 リアクトルを備える電力変換器の分解斜視図である。 コアとコイルのアセンブリの斜視図である。 図１のIV−IV線に沿った断面図である。 図４の断面に対応する分解図である。

最初に、リアクトルを搭載した電力変換器を説明する。図１に電力変換器２の斜視図を示し、図２に電力変換器２の分解斜視図を示す。なお、図１では、筐体の内部の部品レイアウトがよく理解できるように、電力変換器のカバーを外した状態で示されている。電力変換器２は、電動車両に搭載され、バッテリの直流電力を昇圧した後に交流に変換してモータに出力するデバイスである。

電力変換器２は、回路としては、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備える。電力変換器２は、バッテリの出力電圧を電圧コンバータ回路で昇圧し、その後、インバータ回路で交流電力に変換する。電力変換器２で変換された交流電力がモータに供給される。電力変換器２は、ハードウエア的には、スイッチング素子を樹脂で封止した平板型の複数の半導体カード６ａと平板型の複数の冷却プレート６ｂを交互に積層した積層ユニット６と、リアクトル１０と、コンデンサ３、４、及び、電子部品を搭載した制御基板（不図示）を有しており、それらはケース４０に格納されている。なお、図１、図２では、ケース内における部品のレイアウトが理解し易いように、ケース４０の側壁を実際よりも低く描いてある。

半導体カード６ａに収められたスイッチング素子は、インバータ回路や電圧コンバータ回路に用いられるトランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。複数の半導体カード６ａと複数の冷却プレート６ｂを交互に積層した積層ユニット６は、強度確保のために厚みを増したケース側壁と支柱４１の間に板バネ５とともに挟持支持されている。

コンデンサ３は、電圧コンバータ回路に入力される電流の脈動を抑制し、平滑化する。コンデンサ４は、電圧コンバータ回路の出力電流の脈動を抑制し、平滑化する。両者とも、電動車両の駆動用モータに供給する電流を平滑化するためのコンデンサである。前者は電圧コンバータ回路への入力電流を平滑化することからフィルタコンデンサと呼ばれることもある。

リアクトル１０は、電圧コンバータ回路の主要部品であり、モータを駆動するための電流が流れる。リアクトル１０は、スイッチング素子のＯＮとＯＦＦの切り換えにより電気エネルギの蓄積と放出を繰り返し、電圧を高めたり低くしたりする。リアクトル１０の電気エネルギの蓄積と放出はコイル１２の磁気抵抗に起因するものであり、その磁気抵抗ゆえにリアクトルは発熱が大きい。リアクトル１０のコイル１２の大部分は樹脂製の樹脂カバー１３で覆われているが、下側ではコイル１２が露出している。ケース４０には窪み４０ｂが設けられており（図２参照）、リアクトル１０をケース４０に固定する際、コイル１２の露出部分は窪み４０ｂに収まる。なお、詳しくは後述するが、コイル１２は四角柱形状をなしており、４つの側面は平坦である。ケース４０の底板４０ａには不図示の冷媒流路が組み込まれており、リアクトル１０のコイル１２の一つの側面（ケースの底板に対向する下面１２ａ）が、放熱性接着剤（後述）を介してケース底板４０ａと隣接する。底板４０ａが、放熱性接着剤を介してコイル１２を冷却する。なお、リアクトル１０は、不図示のボルトとともに、放熱性接着剤で底板４０ａに固定される。放熱性接着剤は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などを主成分とする接着剤である。また、ケース４０は熱伝導率の高いアルミニウムで作られている。

樹脂カバー１３は、コイル１２とコア（後述）の周囲に射出成形された樹脂であり、コイル１２をケース４０に固定するための保持器と絶縁の役割を果たしている。樹脂カバー１３には、底板４０ａと接する下面１２ａとは反対側にコイルを露出させる２個の窓１３ａ、１３ｂが設けられている。一方の窓１３ａは、樹脂製の蓋２１で封止される。その蓋２１の内部には温度センサ２２が埋設されている。温度センサ２２は、典型的にはサーミスタである。符号２３は、温度センサから伸びるケーブルを示している。ケーブル２３は、不図示の制御基板に接続している。詳しくは後述するが、窓１３ａ、１３ｂから露出するコイル１２の部位も放熱性接着剤で覆われている。蓋２１は、その放熱性接着剤で窓１３ａに固定されている。

樹脂カバー１３の上面に設けられたコイルを露出させる窓１３ａ、１３ｂは、樹脂カバー１３の射出成形プロセスの際に形成される。射出成形プロセスにおいて、コイル下面１２ａの平面度を高めるため、コイル１２の下面１２ａを金型の平面に押し付ける。射出成形の際、下面１２ａと反対側の面を治具で押圧する。窓１３ａ、１３ｂは、その治具を取り去った痕跡である。

また、樹脂カバー１３からは、コイル１２の２本の引出線１２ｂが伸びている。引出線１２ｂは、他のデバイスと接続されるが、図では引出線１２ｂは途中から図示を省略している。

リアクトル１０について、樹脂カバー１３以外の部品について説明する。図３は、樹脂カバー１３を外したコア１１とコイル１２の斜視図である。実際にはコア１１の周囲を囲むようにボビンが取り付けられ、そのボビンに平角線が巻かれてコイル１２が形成される。図３ではボビンの図示は省略している。コア１１は、平行な部位（符号１１ａ、１１ｂが示す部位）を有する環状に作られており、その平行な部位の夫々にボビン（不図示）が巻かれ、さらにその上に平角線がエッジワイズに巻回されて２個のコイル１２が形成される。なお、２個のコイル１２は１本の平角線で構成されており電気的には一つのコイルであるが、構造的には２個のコイルが平角線で繋がっている。コイル１２からは２本の引出線１２ｂが伸びている。この引出線１２ｂに他の部品、例えば半導体カード６ａのトランジスタ等が接続される。

図１のIV−IV線に沿った断面を図４に示す。図４の断面に対応する分解図を図５に示す。図５によく示されているように、コイル１２の横断面は角が丸くなった矩形である。別言すれば、コイル１２は四角柱形状である。リアクトル１０では、コイル１２が樹脂製の樹脂カバー１３で覆われているが、コイル１２の一側面（下面１２ａ）が樹脂カバー１３から露出している。また、樹脂カバー１３には、その一側面（下面１２ａ）とは反対側の面にコイル１２が露出する２つの窓１３ａ、１３ｂが設けられている。

リアクトル１０のケース４０への固定方法を説明する。底板４０ａの底面４０ｃに放熱性接着剤２５を塗布し、コイル１２の下面１２ａがその放熱性接着剤２５と密着するようにリアクトル１０を底板４０ａに設置する。リアクトル１０の樹脂カバー１３の側面からリブ１３ｅが延設されており、そのリブ１３ｅにボルト２７を通し、そのボルト２７を底板４０ａに固定する。同時に、コイル下面１２ａとは反対側で窓１３ａ、１３ｂから露出しているコイル面にも放熱性接着剤２５が塗布され、一方の窓１３ａは温度センサ２２が埋設された蓋２１で塞がれる。

次に、放熱性接着剤２５の硬化までの時間を短縮するため、コイル１２に電流を流す。コイル１２の２つの引出線１２ｂを通じて電流を流す。所定の電流を流すことによってコイル１２が発熱し、その熱で放熱性接着剤２５の硬化が促進される。コイル下面１２ａと接している放熱性接着剤２５は底板４０ａの窪み４０ｂの内側に位置するので触れることができないが、樹脂カバー１３の一方の窓１３ｂの放熱性接着剤２５は直接触れることができる。コイル１２に通電中、窓１３ｂを通じて放熱性接着剤２５の硬化の具合（品質）を確認することができる。なお、硬化の品質とは、別言すれば、硬化した接着剤の状態であり、一つの指標として強度（硬さ）がある。リアクトル１０では、ケース４０に配置したときのコイル１２の上方はほとんど樹脂カバー１３に覆われているが、その一部が窓１３ｂを通じて露出している。その露出したコイル面にコイル下面１２ａを接着するのと同じ放熱性接着剤２５が塗布されている。リアクトル１０では、上面に露出している放熱性接着剤２５で硬化の品質を確認し、硬化が完了したことを確認してコイル１２への通電を停止する。こうして、放熱性接着剤２５を短時間で適切に硬化させることができる。

また、上記の固定方法では、リアクトル１０をケース４０の底板４０ａに固定するのと同時に、温度センサ２２付きの蓋２１をリアクトル１０に固定することができる。上記の固定方法は、２つの固定（リアクトル１０のケース４０への固定と、温度センサ付き蓋２１のリアクトル１０への固定）を同時に行うことができ、リアクトル取り付け処理の短縮が図られる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。放熱性接着剤を硬化するための通電工程で同時にリアクトル１０の検査を行ってもよい。検査とは、例えば、コイルの導通チェックや、交流通電時に生じるコイルの振動や騒音の確認などである。

実施例のリアクトル１０は、環状のコア１１に２個のコイル１２が巻回されている。コアは環状のものに限らず、コイルも２個に限られない。本明細書が開示する技術は、例えば、直線的なコアに一つのコイルが巻回されているリアクトルに適用することもできる。また、樹脂カバーに設けられている窓も２個に限られない。リアクトルは、３個以上の窓を有していてもよい。

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。

２：電力変換器
３、４：コンデンサ
５：板バネ
６：積層ユニット
６ａ：半導体カード
６ｂ：冷却プレート
１０：リアクトル
１１：コア
１２：コイル
１２ａ：コイル下面
１２ｂ：引出線
１３：樹脂カバー
１３ａ、１３ｂ：窓
１３ｅ：リブ
２１：蓋
２２：温度センサ
２５：放熱性接着剤
２７：ボルト
４０：ケース
４０ａ：底板
４０ｃ：底面
４１：支柱

Claims (1)

1. コイルの一部が樹脂カバーで覆われているリアクトルのケースへの固定方法であり、
   前記コイルは、四角柱形状であり、
   前記樹脂カバーは、前記コイルの一側面を露出させているとともに、前記一側面の反対側にコイル側面の一部を露出する２個の窓が設けられており、
   前記一側面を放熱性接着剤でケース底面に接着するとともに前記２個の窓から露出しているコイル面を放熱性接着剤で覆い、
   一方の前記窓に温度センサを埋設した蓋を嵌め込み、
   前記コイルに通電してコイルを発熱させて前記放熱性接着剤を硬化させる、
   ことを特徴とするリアクトルの固定方法。

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