JP2015170753A - Reactor with cooler and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、冷却器付きリアクトルと、その製造方法に関する。 The technique which this specification discloses is related with the reactor with a cooler, and its manufacturing method.
ハイブリッド車を含む電動車両には、バッテリの電力を走行用モータに供給する電力に変換するために電力変換器が搭載される。電動車両に搭載されるモータは高出力である。そのため、電力変換器には、インバータ回路と共にバッテリの電圧を昇圧するための電圧コンバータ回路が備えられることがある。電圧コンバータ回路は、典型的にはチョッパ型の昇圧コンバータ回路である。チョッパ型の昇圧コンバータ回路には、昇圧動作において電気エネルギを蓄えるためのリアクトルが備えられる。高出力のモータに対応するためリアクトルには大きな電流が流れる。そのため、その負荷によりリアクトルが発熱する。発熱によるリアクトルの温度上昇を抑制すべく、冷却部材を備えたリアクトルが特許文献1に開示されている。なお、電圧コンバータ回路には、走行用モータからの回生電力を降圧する降圧回路が含まれる場合もある。このような場合、電圧コンバータ回路は、チョッパ型の昇降圧コンバータ回路となる。 An electric vehicle including a hybrid vehicle is equipped with a power converter for converting the electric power of the battery into electric power supplied to the traveling motor. The motor mounted on the electric vehicle has a high output. Therefore, the power converter may be provided with a voltage converter circuit for boosting the voltage of the battery together with the inverter circuit. The voltage converter circuit is typically a chopper type boost converter circuit. The chopper type boost converter circuit is provided with a reactor for storing electric energy in the boost operation. A large current flows through the reactor to support high-output motors. Therefore, the reactor generates heat due to the load. Patent Document 1 discloses a reactor including a cooling member in order to suppress a temperature rise of the reactor due to heat generation. The voltage converter circuit may include a step-down circuit that steps down the regenerative power from the traveling motor. In such a case, the voltage converter circuit is a chopper type buck-boost converter circuit.
特許文献1に開示されるリアクトルは、コイルの内側及び外側に充填された磁性体粒子を含む樹脂(特許文献1では磁性粉末混合樹脂と称している)からなるコアに、当該リアクトルを冷却するための冷却部材(冷却管)が埋設されている。この構成により、リアクトルのコイルが発生した熱はコアに伝わり、その熱はコアに埋設された冷却部材が吸収する。また、特許文献1では、その製造方法も開示されている。先ず、ケース内の所定の位置にコイルと冷却部材が配置される。そして、ケース内に流動性の磁性粉末混合樹脂が注入され、その後、所定時間、所定温度を保持することで流動性の磁性粉末混合樹脂が固化する。固化した磁性粉末混合樹脂によりコアが形成される。この製造方法により、冷却部材を容易にコアに埋設することができる。そして、磁性粉末混合樹脂は、ケース内面や冷却部材の表面によく密着するため、コアから冷却部材やケースへの伝熱効率が向上する。 The reactor disclosed in Patent Document 1 is for cooling the reactor on a core made of a resin (referred to as magnetic powder mixed resin in Patent Document 1) containing magnetic particles filled inside and outside the coil. The cooling member (cooling pipe) is embedded. With this configuration, the heat generated by the coil of the reactor is transmitted to the core, and the heat is absorbed by the cooling member embedded in the core. Patent Document 1 also discloses a manufacturing method thereof. First, a coil and a cooling member are disposed at predetermined positions in the case. The fluid magnetic powder mixed resin is poured into the case, and then the fluid magnetic powder mixed resin is solidified by maintaining a predetermined temperature for a predetermined time. A core is formed by the solidified magnetic powder mixed resin. With this manufacturing method, the cooling member can be easily embedded in the core. And since magnetic powder mixed resin adheres well to the case inner surface and the surface of a cooling member, the heat-transfer efficiency from a core to a cooling member and a case improves.
特許文献1に示すような磁性粉末混合樹脂のコアは、磁性体の塊で作ったコアと比較すると透磁率が低く、磁束が漏れやすい。一方、冷却器の材料には熱伝導率が高い金属(典型的にはアルミニウムあるいは銅)が用いられる。特許文献1でも、冷却部材やケースはアルミニウム製がよいと述べられている。しかし、磁束の漏れやすい磁性粉末混合樹脂のコアに導電性の金属が密着していると、コアから漏れた磁束が金属内で渦電流を誘起し、その渦電流が発熱をもたらす。熱伝導率の高いアルミニウムを使用した冷却部材やケースをコアに密着させても、その冷却部材やケース自体が発熱してしまい、期待した冷却性能が得られない。 A magnetic powder mixed resin core as shown in Patent Document 1 has a lower magnetic permeability than a core made of a lump of magnetic material, and magnetic flux tends to leak. On the other hand, a metal having a high thermal conductivity (typically aluminum or copper) is used for the material of the cooler. Patent Document 1 also states that the cooling member and the case are preferably made of aluminum. However, if a conductive metal is in close contact with the magnetic powder mixed resin core where magnetic flux easily leaks, the magnetic flux leaked from the core induces eddy currents in the metal, and the eddy currents generate heat. Even if a cooling member or case using aluminum having high thermal conductivity is brought into close contact with the core, the cooling member or case itself generates heat, and the expected cooling performance cannot be obtained.
本明細書が開示する技術は、上記課題に鑑みて創作された。その目的は、磁性体粒子を含む樹脂からなるコアに冷却器が埋設されている冷却器付きリアクトルにおいて、当該コアから漏れる磁束により冷却器に渦電流が発生することを防止し、無駄な発熱を防止することにある。 The technology disclosed in this specification was created in view of the above problems. The purpose of the reactor is a reactor with a cooler in which a cooler is embedded in a core made of resin containing magnetic particles, preventing eddy currents from being generated in the cooler by magnetic flux leaking from the core, and generating unnecessary heat. It is to prevent.
本明細書が開示する冷却器付きリアクトルは、コイルの内側を満たすと共に外側を覆うように磁性体粒子を含む樹脂で固められているコアと、コイルと対向するようにコアに埋設されている冷却器を備える。そして、その冷却器を、絶縁体の樹脂で作る。なお、「冷却器がコアに埋設されている」とは、冷却器の全てがコアで覆われている必要はなく、冷却器の一部がコアに埋まっていればよい。 The reactor with a cooler disclosed in this specification includes a core solidified with a resin containing magnetic particles so as to fill the inside of the coil and cover the outside, and a cooling embedded in the core so as to face the coil Equipped with a bowl. The cooler is made of an insulating resin. Note that “the cooler is embedded in the core” does not require that the entire cooler is covered with the core, and it is sufficient that a part of the cooler is embedded in the core.
この構成によれば、冷却器が埋設されている箇所は磁性体粒子を含む樹脂で満たされていないため、当該箇所から漏れる磁束が冷却器を通過する。しかし、冷却器の材料が絶縁性の樹脂(上記の磁性体粒子を含む樹脂とは異なる種類の樹脂)であるため、冷却器には渦電流が発生しない。したがって、渦電流による冷却器の発熱が防止される。 According to this structure, since the location where the cooler is embedded is not filled with the resin containing the magnetic particles, the magnetic flux leaking from the location passes through the cooler. However, since the material of the cooler is an insulating resin (a different type of resin from the resin including the magnetic particles), no eddy current is generated in the cooler. Therefore, heat generation of the cooler due to eddy current is prevented.
また、コイルから発生する磁束の磁束密度は、コイルに近い位置ほど高くなる。しかし、上記の構成によれば、冷却器の渦電流の発生が防止されるため、磁束密度が高い場所でも冷却器が発熱することはない。つまり、冷却器をコイルに近づけるほど、冷却性能向上の利点だけを享受できる。 Further, the magnetic flux density of the magnetic flux generated from the coil increases as the position is closer to the coil. However, according to the above configuration, since the eddy current is prevented from being generated in the cooler, the cooler does not generate heat even in a place where the magnetic flux density is high. That is, as the cooler is closer to the coil, only the advantage of improved cooling performance can be enjoyed.
冷却器だけなく、冷却器に冷媒を送るパイプ(冷媒供給管)や冷媒を冷却器から排出するパイプ(冷媒排出管)も、コアに埋設してコイルの冷却に寄与させることも好適である。即ち、上記のリアクトルは、冷却器のコイルと対向する面(コイル対向面)から冷媒供給管と冷媒排出管がコアを貫通するように伸びており、その冷媒供給管と冷媒排出管が、コイル対向面に直交する方向からみたときにコイルの両側に配置されているとよい。さらには、コイルを四角筒形状に形成し、冷却器と冷媒供給管と冷媒排出管を、コイルの四角筒形状の三方の側面を囲むように配置するとよい。冷却器だけでなく、冷媒供給管と冷媒排出管もコイルの熱を吸収するので冷却効率がさらに向上する。もちろん、冷媒供給管と冷媒排出管も絶縁体の樹脂で作られていることが好ましい。 Not only the cooler but also a pipe (refrigerant supply pipe) for sending the refrigerant to the cooler and a pipe (refrigerant discharge pipe) for discharging the refrigerant from the cooler are preferably embedded in the core to contribute to cooling of the coil. That is, the reactor extends from a surface (coil facing surface) facing the coil of the cooler so that the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe penetrate the core, and the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe are connected to the coil. It is good to arrange | position at the both sides of a coil, when it sees from the direction orthogonal to an opposing surface. Furthermore, the coil may be formed in a square cylinder shape, and the cooler, the refrigerant supply pipe, and the refrigerant discharge pipe may be disposed so as to surround the three side surfaces of the square cylinder shape of the coil. Since not only the cooler but also the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe absorb the heat of the coil, the cooling efficiency is further improved. Of course, the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe are preferably made of an insulating resin.
上記の冷却器付きリアクトルは、次の方法で製造することができる。先ず、コイルと冷却器(及び冷媒供給管と冷媒排出管)を型に入れる。その後に、所定の圧力、所定の温度により流動性の磁性体粒子を含む樹脂をその型に充填する。その後、磁性体粒子を含む樹脂が上記の型の形状に沿って固まることで上記の冷却器付きリアクトルが形成される。 Said reactor with a cooler can be manufactured with the following method. First, a coil and a cooler (and a refrigerant supply pipe and a refrigerant discharge pipe) are put into a mold. Thereafter, the mold is filled with resin containing fluid magnetic particles at a predetermined pressure and a predetermined temperature. Thereafter, the resin including the magnetic particles is hardened along the shape of the mold, whereby the reactor with the cooler is formed.
上記のごとく製造することで、コイルと冷却器(及び冷媒供給管と冷媒排出管、以下、冷媒供給管と冷媒排出管を合わせて冷媒管と称する)をコアに埋設し、冷却器(及び冷媒管)をリアクトルと一体に成形することができる。冷却器とリアクトルが一体で成形されることにより、冷却器付きリアクトルを複数個製造する場合において、コアに埋設されたコイルと冷却器(及び冷媒管)の間における距離のばらつきの管理を容易にすることができる。距離のばらつきは、リアクトルの放熱性能のばらつきの原因となる。 By manufacturing as described above, the coil and the cooler (and the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe, hereinafter, the refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe are collectively referred to as a refrigerant pipe) are embedded in the core, and the cooler (and the refrigerant Tube) can be formed integrally with the reactor. When a plurality of reactors with a cooler are manufactured by integrally forming the cooler and the reactor, it is easy to manage the variation in distance between the coil embedded in the core and the cooler (and the refrigerant pipe). can do. The variation in distance causes the variation in the heat dissipation performance of the reactor.
また、コイルと冷却器を型に入れてそこに流動性の樹脂(コア用の磁性体粒子を含む樹脂)を流し込んで固化させる方が、冷却器とコアを個別に作って後で接着するよりも、コアと冷却器の密着性が高まるのでコアと冷却器の間の熱伝達性が向上する。 Also, it is better to put a coil and a cooler into a mold, and then flow and solidify a fluid resin (resin containing magnetic particles for the core) into the mold and then bond the cooler and the core separately. However, since the adhesiveness between the core and the cooler is increased, the heat transfer between the core and the cooler is improved.
本明細書は、上記の冷却器付きリアクトルを活用した積層ユニットも提供する。その構造の一例は次の通りである。積層ユニットは、上記したリアクトルと、複数の冷却プレートと、スイッチング素子を収容した複数のパワーカードを備えている。リアクトルと複数の冷却プレートと複数のパワーカードは積層されている。積層ユニットは各冷却プレートに冷媒を供給する冷却プレート用供給管と、各冷却プレートから冷媒を集めて排出する冷却プレート用排出管を備える。冷却プレート用供給管と冷却プレート用排出管は、積層方向に沿って複数の冷却プレートを貫通している。冷却プレート用供給管は、リアクトルの冷媒供給管と中心線が一致するように接続されており、冷却プレート用排出管は、冷媒排出管と中心線が一致するように接続されている。そして、複数の冷却プレートの一つが、冷却器とは反対側のリアクトルの側面に接している。ここで、冷却プレートとリアクトルの側面は放熱シートを介して接していてもよい。リアクトルのコイルは、埋設された冷却器と積層ユニットの冷却プレートで挟まれ、さらに効率よく冷却される。 This specification also provides the lamination | stacking unit using the reactor with said cooler. An example of the structure is as follows. The stacked unit includes the above-described reactor, a plurality of cooling plates, and a plurality of power cards that accommodate switching elements. The reactor, the plurality of cooling plates, and the plurality of power cards are stacked. The stacking unit includes a cooling plate supply pipe for supplying a refrigerant to each cooling plate, and a cooling plate discharge pipe for collecting and discharging the refrigerant from each cooling plate. The cooling plate supply pipe and the cooling plate discharge pipe penetrate the plurality of cooling plates along the stacking direction. The cooling plate supply pipe is connected such that the center line of the cooling medium supply pipe matches the reactor supply pipe, and the cooling plate discharge pipe is connected so that the center line of the cooling plate discharge pipe matches. One of the plurality of cooling plates is in contact with the side surface of the reactor opposite to the cooler. Here, the cooling plate and the side surface of the reactor may be in contact with each other via a heat dissipation sheet. The coil of the reactor is sandwiched between the embedded cooler and the cooling plate of the laminated unit, and is cooled more efficiently.
本明細書が開示する技術によれば、磁性体粒子を含む樹脂からなるコアに冷却器が埋設されている冷却器付きリアクトルにおいて、コアから漏れる磁束により冷却器に渦電流が発生するを防止し、冷却器が発熱してしまうことを防止することができる。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。 According to the technology disclosed in this specification, in a reactor with a cooler in which a cooler is embedded in a core made of resin containing magnetic particles, eddy current is prevented from being generated in the cooler due to magnetic flux leaking from the core. It is possible to prevent the cooler from generating heat. 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冷却器付きリアクトル200を説明する。図1に、冷却器付きリアクトル200の斜視図を示す。図1に示す斜視図は、冷却器付きリアクトル200の外郭であるコア3の外形が2点鎖線で描かれており、コア3が模式的に透明で描かれることで冷却器付きリアクトル200の内部構造を見やすくした図である。図2は、図1のII−II線における断面図を表し、図3は、図2のIII−III線における断面図を表し、図4はIV−IV線における断面図を表す。図1に示すように、冷却器付きリアクトル200は、コイル2と冷却器4と冷媒供給管5と冷媒排出管6を備えている。そして、冷却器付きリアクトル200の外郭を構成するように磁性体粒子を含む樹脂(以下、磁性体混合樹脂)で固められた直方体形状のコア3が備えられている。コア3は、磁性体混合樹脂がコイル2の内側を満たすと共に外側を覆うように固められている。図2、3に示すように、コイル2の内側は、磁性体混合樹脂で固められた内部コア3aで満たされている。また、図2、3に示すように、コイル2の巻回径方向(巻回軸線WLと直交する方向)の外側及び巻回軸方向の外側は、磁性体混合樹脂で固められた外部コア3bで覆われている。内部コア3aと外部コア3bは合わせて一つの塊であり、説明の便宜上、分けているに過ぎないことに留意されたい。
A
コイル2について説明する。コイル2は、銅からなる平角線21をエッジワイズ巻きに巻回したコイルである。即ち、コイル2では、平角線21の幅広の側面がコイル2の巻回軸線WLの方向(以下、巻回軸方向)を向いて積層されるように平角線21を巻回している。平角線21の幅広の側面の幅(線幅)は、冷却器付きリアクトル200の電気的な特性若しくは仕様によって適宜設定される。本実施例では、コイル2は、巻回軸線WLを筒の中心線とした四角筒形状を成すように巻回されている。また、コイル2には外部の電子機器と電気的に接続するための引出線21a、21bが設けられている。引出線21aは、コイル2の巻回軸方向における一方の端面から巻回軸方向に沿って延伸している。そして、引出線21bは、コイル2の巻回軸方向における他方の端面からコイル2の巻回径方向の側面へ回り込み、上記の引出線21aが延伸している端面に向かって、巻回軸方向に沿って延伸している。つまり、引出線21a、21bは、同一方向に向かって平行に伸びている。
The
また、コイル2は、巻回軸方向における一方の端面がコア3の上面(Z軸正方向の側面)と対向するように配置されている。別言すれば、図1におけるZ軸方向とコイル2の巻回軸線WLの方向が一致する。この配置に対応し、上記の引出線21a、21bはコア3の上面を貫通し、コア3の外側へ突出している。
The
冷却器4について説明する。冷却器4は一方向に薄い直方体である。図2に示すように、冷却器4は、その幅広の側面4aがコイル2の巻回径方向の一側面2aと対向するように配置されている。そして、冷却器4はコア3(外部コア3b)に埋設されている。具体的には、図2、図3に示すように、冷却器4のコイル2と対向する幅広の側面4a及びその側面4aの端辺から厚み方向(Y軸方向)に延びる4つの側面が、外部コア3bに覆われている。これらの側面は外部コア3bと密着している。一方、冷却器4において、側面4aの反対側に位置する側面4bは、外部コア3bに覆われていない。つまり、冷却器4の側面4bは、コア3の後面(Y軸負方向の側面)と面一となっている。
The
また、冷却器4は、絶縁体の樹脂で作られている。この絶縁体の樹脂は、コア3の材料である磁性体混合樹脂とは異なる種類の樹脂である。冷却器4の内部を通過する冷媒によりコア3から熱を吸収するため、この絶縁体の樹脂は熱伝導率が高い材料であるほうが良い。さらに、好ましくは、耐熱性の高い材料であるほうが良い。
The
また、図3に示すように、冷却器4の内部には波形状の放熱フィン7が備えられている。この波形状は冷却器4の短手方向(Z軸方向)に沿って並んでおり、波形状の頂部は冷却器4の幅広の側壁(側面4a、4bを有している側壁)の内面に接触している。放熱フィン7により、冷却器4の内部の表面積が拡大し、冷却器4の内部を通過する冷媒と冷却器4の内部の面との接触面積が拡大する。よって、冷却器4の冷却性能が向上する。
Further, as shown in FIG. 3, wave-shaped
冷媒供給管5及び冷媒排出管6について説明する。冷媒供給管5及び冷媒排出管6は中空の円管である。冷媒供給管5及び冷媒排出管6は、冷却器4のコイル2と対向する幅広の側面4aから、この側面4aと直交する方向(Y軸方向)にコア3(外部コア3)を貫通するように伸びている。別言すれば、冷媒供給管5及び冷媒排出管6は、コイル2の巻回軸方向(Z軸方向)と直交しつつ冷却器4からコア3の前面(冷却器4が配置されている側と反対側の側面)に向かって伸びるように配置されている。そして、冷却器4の側面4aの長手方向(X軸方向)における両端部には穴が設けられており、その穴から冷媒供給管5及び冷媒排出管6が伸びている。つまり、冷却器4の内部空間と冷媒供給管5及び冷媒排出管6の内部空間が連通している。図2、図4に示すように、冷媒供給管5及び冷媒排出管6の外周面はコア3(外部コア3)に埋設されている。冷媒供給管5及び冷媒排出管6の外周面は外部コア3bに密着している。そして、冷媒供給管5の一端5aはコア3の前面から突出しており、冷媒排出管6の一端6aもコア3の前面から突出している。また、図4に示すように、冷媒供給管5及び冷媒排出管6は、冷却器4の幅広の側面4aに直交する方向(Y軸方向)から見たときにコイル2を挟んで、その両側に配置されている。そして、図2に示すように、冷却器4と冷媒供給管5と冷媒排出管6が、コイル2の四角筒形状の三方の側面2a、2b、2cを囲むように配置されている。つまり、冷却器4はコイル2の巻回径方向における一方の側面2aと対向し、冷媒供給管5はコイル2の巻回径方向における他方の側面2bと対向し、冷媒排出管6はコイル2の側面2bとは反対側の側面2cと対向している。
The
また、冷媒供給管5及び冷媒排出管6は、絶縁体の樹脂で作られている。好ましくは、上記の冷却器4と同一の材料で作られているとよい。
The
冷却器4、冷媒供給管5及び冷媒排出管6を通過する冷媒について説明する。図1の矢印で示すように、冷媒供給管5の一端5aから流入した冷媒は、冷媒供給管5の中を通り冷却器4の内部へ流入する。その冷媒は冷却器4の内部を通過し、冷媒排出管6が接続されている冷却器4の側面4aに設けられた穴から冷媒排出管6の中へ流入する。そして、冷媒排出管6に流入した冷媒は、冷媒排出管6の中を通り、その一端6aから流出する。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。
The refrigerant that passes through the
冷却器4は、コア3(外部コア3b)に埋設されていると共に、外部コア3bに密着している。よって、コア3の熱は冷却器4の側面から冷却器4内を通過する冷媒に伝わり、この冷媒に吸収される。一方、冷媒供給管5及び冷媒排出管6もコア3(外部コア3b)に埋設されていると共に、冷媒供給管5及び冷媒排出管6の外周面は外部コア3bに密着している。よって、コア3の熱は冷媒供給管5及び冷媒排出管6の外周面からも冷媒供給管5及び冷媒排出管6の内部を通過する冷媒に伝わり、この冷媒に吸収される。したがって、コア3の熱は、冷却器4だけでなく冷媒供給管5及び冷媒排出管6によっても吸収される。
The
実施例の冷却器付きリアクトル200において、コイル2から発生する磁束について説明する。図3の太線矢印で示す閉曲線がコイル2により発生する磁束MFを表す。以下、太線矢印で表した磁束は、その太線矢印の方向に沿って発生すると仮定する。図3に示すように、磁束MFは、コイル2の巻回軸方向(Z軸方向)に沿った断面の周囲を囲むように形成される。しかし、磁性体混合樹脂で作られたコアは、磁性体の塊(例えば、鉄粉を焼結したフェライトや電磁鋼)で作ったコアと比較すると透磁率が低く、磁束が漏れやすい。ここで冷却器4はコア3(外部コア3b)に埋設されているため、冷却器4が配置されている箇所は、磁性体混合樹脂で満たされていない。そのため、冷却器4の幅広の側面4aと密着している外部コア3bの側面3cから、磁束が漏れる。外部コア3bの側面3cから漏れる磁束(以下、漏れ磁束)は、図3の符号MF1が付された太線矢印で示すように、側面3cから冷却器4に向かって湾曲するように発生する。したがって、漏れ磁束MF1は冷却器4の側面4aを通過する。なお、図において漏れ磁束MF1を表す太線矢印は、理解を助けるために漏れ磁束の向きを模式的に表しており、正確ではないことに留意されたい。以降の図においても同様である。
In the
一方、図4の太線矢印で示す閉曲線のように、冷却器4の幅広の側面4aと直交する方向(Y軸方向)から見たときも、磁束MFは、コイル2の断面の周囲を囲むように形成される。ここで冷媒供給管5はコア3(外部コア3b)に埋設されているため、冷媒供給管5が配置されている箇所は、磁性体混合樹脂で満たされていない。そのため、冷媒供給管5の外周面と密着している外部コア3bの側面では漏れ磁束MF2が発生する。この漏れ磁束MF2は、図4の太線矢印で示すように、冷媒供給管5を通過する。また、図4に示すように冷媒排出管6においても、冷媒供給管5と同様に、漏れ磁束MF2が冷媒排出管6を通過する。
On the other hand, the magnetic flux MF surrounds the periphery of the cross section of the
一般に、金属等の導体を磁束が通過すると、この磁束が通過した箇所に渦電流が発生する。この渦電流は発熱をもたらす。しかし、実施例の冷却器付きリアクトル200に備えられている冷却器4は絶縁体の樹脂で作られている。そのため、冷却器4には渦電流が発生しない。よって、渦電流による冷却器4の発熱が防止される。このことは、冷却器付きリアクトル200内部での無駄な発熱を防止し、冷却器付きリアクトル200の放熱性能低下の防止に寄与する。
Generally, when a magnetic flux passes through a conductor such as metal, an eddy current is generated at a location where the magnetic flux has passed. This eddy current causes heat generation. However, the
一方、冷媒供給管5及び冷媒排出管6も絶縁体の樹脂で作られている。そのため冷媒供給管5及び冷媒排出管6には渦電流が発生しない。よって、上記の冷却器4と同様に、冷媒供給管5及び冷媒排出管6の発熱が防止される。このことは、冷却器4と同様に、冷却器付きリアクトル200内部での無駄な発熱を防止する。
On the other hand, the
また、コイル2から発生する磁束MFの磁束密度は、コイル2に近いほど高くなる。上記の構成によれば、冷却器4には渦電流が発生しないため、磁束密度が高い場所でも冷却器4が発熱することはない。つまり、冷却器4をコイル2に近づけるほど、冷却性能向上の利点だけを享受できる。また、冷却器4をコイル2に近づけることができるため、冷却器付きリアクトル200の冷却器4とコイル2の並び方向(Y軸方向)におけるサイズを小さくすることができる。よって、冷却器4を樹脂製とすることは、冷却器付きリアクトル200の小型化にも寄与する。
Further, the magnetic flux density of the magnetic flux MF generated from the
その他の本実施例の構成による効果について説明する。上記のように、冷却器4と冷媒供給管5及び冷媒排出管6は、コイル2の四角筒形状の三方の側面2a、2b、2cを囲むように配置されている(図2参照)。つまり、コイル2の三方の側面を囲むように冷媒の経路が構成される。コイル2から発生する熱はコイル2の外側の全方位を覆う外部コア3bに拡散する。したがって、コイル2の三方の側面を囲むように冷媒が通過することで、拡散する熱を効率よく吸収することができる。
Other effects of the configuration of the present embodiment will be described. As described above, the
実施例の冷却器付きリアクトル200の製造方法について説明する。図5は、冷却器付きリアクトル200の製造方法を表した模式図である。先ず、予め四角筒形状に巻回されたコイル2と、冷媒供給管5及び冷媒排出管6が接続された冷却器4を下型12の中に入れる。その後、上型により下型12の開口部が覆われる。なお、図5では、上型の図示が省略されていることに留意されたい。そして、下型12に設けられた流入管12aから、所定の温度、所定の圧力により流動性の磁性体粒子を含む樹脂(磁性体混合樹脂)が充填される。その後、磁性体混合樹脂が上型及び下型12の形状沿って固まることで実施例の冷却器付きリアクトル200が形成される。
The manufacturing method of the
上記の製造方法により、コイル2と冷却器4と冷媒供給管5及び冷媒排出管6をコアに埋設し、冷却器4と冷媒供給管5及び冷媒排出管6をリアクトルと一体に成形した実施例の冷却器付きリアクトル200が製造される。冷却器4とリアクトルが一体で成形されることにより、冷却器付きリアクトル200を複数個製造する場合において、コア3に埋設されたコイル2と冷却器4の間における距離のばらつきの管理を容易にすることができる。同様に、冷媒供給管5及び冷媒排出管6とコイル2の間における距離のばらつきの管理も容易にすることができる。距離のばらつきは、リアクトルの放熱性能のばらつきの原因となる。したがって、上記の製造方法により一体で成形することにより、冷却器付きリアクトル200の放熱性能のばらつきを小さく抑えることができる。
Example in which the
また、上記の製造方法の方が、冷却器4とコア3を個別に作って後で接着するよりも、コア3と冷却器4の密着性が高まる。したがって、上記の製造方法により、コア3と冷却器4の間の熱伝達性を向上させることができる。
In addition, the above manufacturing method improves the adhesion between the
図6を参照して、実施例の冷却器付きリアクトル200の変形例について説明する。変形例の冷却器付きリアクトル201は、冷媒供給管及び冷媒排出管の形状が異なる以外は、実施例の冷却器付きリアクトル200と同様の構成である。以下、冷却器付きリアクトル201の冷媒供給管25及び冷媒排出管26について説明する。図6は、図4と同様の方向(Y軸方向)から見た冷却器付きリアクトル201の断面図である。冷媒供給管25は、その横断面(冷媒供給管25の延伸方向に直交する断面)がコイル2の巻回軸方向(Z軸方向)に沿って細長い矩形である四角管である。冷媒供給管25の横断面の長手方向(Z軸方向)の長さは、コイル2の巻回軸方向の長さと同じである。同様に、冷媒排出管26も、その横断面がコイル2の巻回軸方向に沿って細長い矩形である四角管であり、その横断面の長手方向の長さは、コイル2の巻回軸方向の長さと同じである。図6に示すように、冷媒供給管25の幅広の側面25aは、コイル2の四角筒形状の一方の側面2bと対向しており、冷媒排出管26の幅広の側面26aは、コイル2の四角筒形状の他方の側面2cと対向している。
With reference to FIG. 6, the modification of the
このような構成によれば、コイル2の側面と対向する冷媒供給管25及び冷媒排出管26の側面の面積を先の実施例の円管に比べて拡大することができる。したがって、コイル2からコア3(外部コア3b)に伝わる熱が効率よく冷媒供給管25及び冷媒排出管26に伝わり、冷却器付きリアクトルの放熱性能を先の実施例に比べ高めることができる。
According to such a structure, the area of the side surface of the refrigerant | coolant supply pipe |
図面を参照して、実施例の冷却器付きリアクトル200を備えた積層ユニット及び電力変換器について説明する。図7は、実施例の冷却器付きリアクトル200を備えた電力変換器300の電力系のブロック図である。電力変換器300は、電動車両800に搭載されている。電動車両800は、2個の三相交流モータ(以下、モータ)83a、83bを備えている。2個のモータ83a、83bの出力は、動力分配機構85で合成されて車軸86(即ち駆動輪)へと伝達される。
With reference to drawings, the lamination | stacking unit provided with the
電力変換器300は、システムメインリレー82を介してバッテリ81と接続されている。電力変換器300は、バッテリ81の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路91と、昇圧後の直流電力を交流に変換する2セットのインバータ回路92a、92bを含む。2セットのインバータ回路92a、92bは、夫々モータ83a、83bに接続されている。なお、インバータ回路92a、92bは、車両の制動時にモータ83a、83bが発生した電力(回生電力)を直流に変換することもある。この場合、変換された電力は、電圧コンバータ回路91により降圧されバッテリ81に充電される。
The
電圧コンバータ回路91は、2個のスイッチング素子T7、T8の直列回路を備えている。また、電圧コンバータ回路91は、一端がその直列回路の中点に接続されており他端が高電位側の入力端に接続されているリアクトルを備えている。このリアクトルとして実施例の冷却器付きリアクトル200が利用される。また、電圧コンバータ回路91は、高電位側の入力端と低電位側の入力端の間に接続されているフィルタコンデンサ87、高電位側の出力側と低電位側の出力側の間に接続されている平滑コンデンサ88、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードを備えている。低電位側のラインは電圧コンバータ回路91の入力側と出力側で直接接続されており、これらは回路のグランド電位に保持される。ここで、符号PC7が示す破線矩形の範囲の回路が、ハードウエアとして後述するパワーカードPC7に対応する。
The
電圧コンバータ回路300は、バッテリ81の電圧を昇圧してインバータ回路92a(92b)へ供給する動作(昇圧動作)と、インバータ回路92a(92b)側から入力される直流電力(モータ83a又は83bが発生する回生電力)を降圧してバッテリ81へ供給する動作(降圧動作)の双方を行うことができる。前者の場合はスイッチング素子T8が主に貢献し、後者の場合はスイッチング素子T7が主に貢献する。図7の電圧コンバータ回路はよく知られているので詳細な説明は省略する。このように電圧コンバータ回路300において電流はバッテリ側からインバータ回路側へ流れる場合とインバータ回路側からバッテリ側へ流れる場合がある。説明の便宜上、電圧コンバータ回路300のバッテリ側の端子を入力端(入力側)と称し、電圧コンバータ回路のインバータ回路側の端子を出力端(出力側)と称することに留意されたい。
The
インバータ回路92aは、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している(T1とT4、T2とT5、T3とT6)。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。3セットの直列回路の高電位端が電圧コンバータ回路91の高電位側の出力端に接続されており、3セットの直列回路の低電位端は電圧コンバータ回路91の低電位側の出力端に接続されている。3セットの直列回路の中点から三相交流(U相、V相、W相)が出力される。ここで、符号PC1、PC2、PC3が示す破線矩形の範囲の直列回路の夫々が、ハードウエアとして後述するパワーカードPC1、PC2、PC3に対応する。
The
インバータ回路92bの構成はインバータ回路92aと同じであるため、図7では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路92bもインバータ回路92aと同様に、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。各直列回路に対応するハードウエアのモジュールをパワーカードPC4、PC5、PC6と称する。なお、図7のインバータ回路92a、92bはよく知られているので詳細な説明は省略する。
Since the configuration of the
スイッチング素子T1からT8は、トランジスタであり、典型的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、他のトランジスタ、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよい。 The switching elements T1 to T8 are transistors, typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
図8を参照して電力変換器300に備えられる積層ユニットのハードウエア構成について説明する。電力変換器300は、複数のスイッチング素子を効率よく冷却するため、複数のスイッチング素子を収容した7枚のパワーカードPC1からPC7と複数の冷却プレート31と実施例の冷却器付きリアクトル200を積層した積層ユニット400を備えている。図8は、その積層ユニット400の積層方向と直交する方向から見た平面図である。なお、各パワーカードに設けられた各端子と冷却器付きリアクトル200の引出線21a、21bをバスバで接続することで、図7に示す回路配線を構成することができるが、図8ではそのバスバの図示が省略されていることに留意されたい。
With reference to FIG. 8, the hardware configuration of the stacked unit provided in
図8に示すように、各パワーカードPC1からPC7は積層方向(Y軸方向)に薄い直方体形状をしている。そして、各パワーカードは積層方向に薄い直方体形状をしている8枚の冷却プレート31と交互に積層されている。各パワーカードはその両側を冷却プレート31により挟まれている。複数の冷却プレートは熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで作られており、その内部は冷媒が通る空洞である。冷却プレート31はその長手方向の両側に積層方向に沿った孔が設けられており、隣り合う冷却プレート31が、その孔に接続された連結管34a、34bで連結されている。図中で積層方向(Y軸方向)の下端に位置する冷却プレート31には冷媒流入管32と冷媒流出管33が接続されている。ここで、図中右側に位置する連結管34a及び冷媒流入管32は円管であり、その中心線は一致している。連結管34a及び冷媒流入管32をまとめて冷却プレート用供給管36と称する。冷却プレート用供給管36は複数の冷却プレート31の長手方向(X軸方向)の一方の端部を積層方向(Y軸方向)に沿って貫通しており、冷却プレート用供給管36の内部空間は各冷却プレート31の内部空間と連通している。また、図中左側に位置する連結管34b及び冷媒流出管33は円管であり、その中心線は一致している。連結管34b及び冷媒流出管33をまとめて冷却プレート用排出管37と称する。冷却プレート用排出管37は複数の冷却プレート31の長手方向(X軸方向)の他方の端部を積層方向(Y軸方向)に沿って貫通しており、冷却プレート用排出管37の内部空間は各冷却プレート31の内部空間と連通している。
As shown in FIG. 8, each power card PC1 to PC7 has a thin rectangular parallelepiped shape in the stacking direction (Y-axis direction). Each power card is alternately stacked with eight cooling
冷却器付きリアクトル200は、積層方向における端に位置し冷媒流入管32及び冷媒流出管33が設けられていない側の冷却プレート31の外側に、その冷却プレート31と隣接するように配置されている。冷却器付きリアクトル200の冷媒供給管5は外側に位置する冷却プレート31に設けられた上記の孔に連結しており、冷却器付きリアクトル200の冷媒排出管6もこの冷却プレート31に設けられた上記の孔に連結している。冷媒供給管5と上記の冷却プレート用供給管36はその中心線が一致しており、冷媒排出管6と上記の冷却プレート用排出管37もその中心線が一致している。そして、冷媒供給管5の内部空間と冷却プレート用供給管36の内部空間は連通しており、冷媒排出管6の内部空間と冷却プレート用排出管37の内部空間も連通している。よって、冷媒流入管32から流入した冷媒は連結管34a及び冷媒供給管5により、複数の冷却プレート31及び冷却器付きリアクトル200の冷却器4に分配される。冷媒は、各冷却プレート31及び冷却器4の内部を通過する間に隣接する各パワーカードPC1からPC7及びコア3の熱を吸収し、他方の連結管34b及び冷媒排出管6を通じて冷媒流出管33より流出する。図8が示すように、冷却器付きリアクトル200は冷媒の流れに対して複数の冷却プレート31よりも下流側に位置している。
The
また、冷却器付きリアクトル200において、冷却器4とはコイル2を挟んで反対側のコア3の側面3dが冷却プレート31の積層方向の側面31aと放熱シート35を介して接触している。このような構成によれば、コア3の側面3dからもコア3の熱を吸収することができる。したがって、冷却器付きリアクトル200をより効率的に冷却することができる。
In the
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。冷却器の内部に設けられる放熱フィンの形状は、図3にあるような波形状以外の形状であっても良い。例えば、櫛形状の放熱フィンであっても良い。この場合、櫛形状は冷却器4の短手方向(Z軸方向)に沿って並んでおり、少なくとも冷却器4のコイル2と対向する側壁の内面に設けられていると良い。
Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. The shape of the radiation fin provided inside the cooler may be a shape other than the wave shape as shown in FIG. For example, a comb-shaped heat radiation fin may be used. In this case, the comb shape is arranged along the short side direction (Z-axis direction) of the
また、実施例において冷却器4の側面4bは、コア3の後面と面一になっていたが、冷却器4の側面4bがコア3の後面の内側若しくは外側に位置していても良い。さらにまた、冷却器4の全面が、コア3(外部コア3b)に覆われていても良い。少なくとも、冷却器4のコイル2と対向する側面4aがコア3(外部コア3b)に覆われていればよい。
In the embodiment, the
また、実施例のコイル2は1個であったが、複数であっても良い。例えば、2個のコイルを直列に繋いで、その巻回径方向に平行に並べた一対のコイルであっても良い。また、実施例のコイル2は平角線21を巻回したエッジワイズ巻きのコイルであったが、丸線を巻回したコイルであっても良い。
Moreover, although the number of the
また、積層ユニットにおける冷却器付きリアクトルの配置も、図8に示す位置には限られない。例えば、冷却器付きリアクトルは、冷媒の流れに対して冷却プレートよりも上流側に位置してもよい。つまり、図8における冷媒流入管32及び冷媒流出管33が設けられている冷却プレート31に隣接するように冷却器付きリアクトル200が配置されても良い。この場合、冷媒供給管5及び冷媒排出管6は冷却器4を貫通するようにコア3の外側に延伸しており、この延伸した箇所から冷媒が流入し冷媒が冷却器4及び冷却プレート31に分配されることになる。冷却器付きリアクトル200が冷媒の流れに対して上流側に位置することで、各パワーカードよりも優先して冷却器付きリアクトル200を冷却することができる。
Further, the arrangement of the reactor with a cooler in the stacked unit is not limited to the position shown in FIG. For example, the reactor with a cooler may be located upstream of the cooling plate with respect to the flow of the refrigerant. That is, the
また、積層ユニットの冷却プレートは、冷却器付きリアクトルの冷却器と同じ絶縁体の樹脂で作られても良い。 Further, the cooling plate of the stacked unit may be made of the same insulating resin as the cooler of the reactor with the cooler.
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:コイル
3:コア
4:冷却器
5:冷媒供給管
6:冷媒排出管
7:放熱フィン
12:下型
21:平角線
31:冷却プレート
32:流入管
33:流出管
34a、34b:連結管
35:放熱シート
36:冷却プレート用供給管
37:冷却プレート用排出管
81:バッテリ
82:システムメインリレー
83a、83b:モータ
85:動力分配機構
86:車軸
91:電圧コンバータ回路
92a、92b:インバータ回路
200:冷却器付きリアクトル
300:電力変換器
400:積層ユニット
MF:磁束
MF1、MF2:漏れ磁束
WL:巻回軸線
T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8:スイッチング素子
PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8:パワーカード
2: Coil 3: Core 4: Cooler 5: Refrigerant supply pipe 6: Refrigerant discharge pipe 7: Heat radiation fin 12: Lower mold 21: Rectangular wire 31: Cooling plate 32: Inflow pipe 33:
Claims (7)
前記コイルの内側を満たすと共に外側を覆うように磁性体粒子を含む樹脂で固められているコアと、
前記コイルと対向するように前記コアに埋設されている冷却器と、
を備えており、
前記冷却器が絶縁体の樹脂で作られていることを特徴とする冷却器付きリアクトル。 Coils,
A core filled with a resin containing magnetic particles so as to fill the inside of the coil and cover the outside;
A cooler embedded in the core so as to face the coil;
With
A reactor with a cooler, wherein the cooler is made of an insulating resin.
前記冷媒供給管と前記冷媒排出管は、前記対向する面に直交する方向からみたときにコイルの両側に配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の冷却器付きリアクトル。 A refrigerant supply pipe and a refrigerant discharge pipe extend from the surface of the cooler facing the coil so as to penetrate the core,
The refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe are arranged on both sides of the coil when viewed from a direction orthogonal to the facing surface.
The reactor with a cooler of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記冷却器と前記冷媒供給管と前記冷媒排出管が、前記コイルの四角筒形状の三方の側面を囲むように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却器付きリアクトル。 The coil has a rectangular tube shape,
The reactor with a cooler according to claim 2, wherein the cooler, the coolant supply pipe, and the coolant discharge pipe are arranged so as to surround three side surfaces of the rectangular tube shape of the coil.
前記コイルと前記冷却器を型の中に入れる工程と、
磁性体粒子を含む流動性の樹脂を前記型に充填する工程と、
を含むことを特徴とする冷却器付きリアクトルの製造方法。 It is a manufacturing method of the reactor with a cooler according to any one of claims 1 to 5,
Placing the coil and the cooler in a mold;
Filling the mold with a fluid resin containing magnetic particles;
The manufacturing method of the reactor with a cooler characterized by including.
複数の冷却プレートと、
スイッチング素子を収容した複数のパワーカードと、
を備えており、
前記リアクトルと前記複数の冷却プレートと前記複数のパワーカードが積層されており、
冷却プレート用供給管と冷却プレート用排出管が積層方向に沿って前記複数の冷却プレートを貫通しているとともに、当該冷却プレート用供給管が前記冷媒供給管と中心線が一致するように接続されており、前記冷却プレート用排出管が前記冷媒排出管と中心線が一致するように接続されており、
前記複数の冷却プレートの一つが、前記冷却器とは反対側の前記リアクトルの側面に接している、
ことを特徴とする積層ユニット。 The reactor with a cooler according to any one of claims 2 to 4,
Multiple cooling plates;
A plurality of power cards containing switching elements;
With
The reactor, the plurality of cooling plates, and the plurality of power cards are laminated,
A cooling plate supply pipe and a cooling plate discharge pipe pass through the plurality of cooling plates along the stacking direction, and the cooling plate supply pipe is connected so that a center line coincides with the refrigerant supply pipe. And the cooling plate discharge pipe is connected so that the center line of the refrigerant discharge pipe coincides,
One of the plurality of cooling plates is in contact with the side surface of the reactor opposite to the cooler,
A laminated unit characterized by that.
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WO2019097989A1 (en) * | 2017-11-20 | 2019-05-23 | 株式会社デンソー | Electric power converter |
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- 2014-03-07 JP JP2014045118A patent/JP2015170753A/en active Pending
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