JP2015176989A - reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトルに関する。リアクトルとは、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受動素子である。リアクトルはまた、直流電圧を昇圧する装置に用いられることもある。リアクトルは、磁性体のコアと、コアに巻回されるコイルを備える。リアクトルの中にはコイルを保持するボビンを有するタイプもある。また、リアクトルは、絶縁や他のデバイスとの物理的接触からの保護を目的として樹脂で覆われることもある。 The reactor is a passive element used for power factor improvement, harmonic current suppression (direct current smoothing), and the like. The reactor may also be used in a device that boosts a DC voltage. The reactor includes a magnetic core and a coil wound around the core. Some reactors have a bobbin that holds a coil. The reactor may be covered with a resin for the purpose of insulation and protection from physical contact with other devices.
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車が本格的に実用化され、その利用台数が急増している。ハイブリッド自動車や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。それらの自動車では大容量のモータ(消費電力の大きいモータ)を駆動するため、容量の大きなリアクトルが必要となる。リアクトルの主要部品はコイルであり、そのコイルに交流電流を流すと発生する交流磁場によりリアクトル自体を振動させる力が発生する。ハイブリッド自動車や電気自動車ではリアクトルに大電流が流れるため、振動させる力も大きくなる。自励振動を起こさせる力に対抗してコイルの振動を抑制する必要がある。 In recent years, hybrid cars and electric cars have been put into full-scale use, and the number of them used is rapidly increasing. Since hybrid vehicles and electric vehicles use a motor as a driving force, a reactor is provided in the drive circuit. In these automobiles, a large capacity reactor (a motor with high power consumption) is driven, and thus a large capacity reactor is required. The main component of the reactor is a coil, and a force that vibrates the reactor itself is generated by an alternating magnetic field generated when an alternating current is passed through the coil. In a hybrid vehicle or an electric vehicle, a large current flows through the reactor, so that the vibration force is increased. It is necessary to suppress the vibration of the coil against the force causing the self-excited vibration.
リアクトル等の電子部品における耐振動性を向上させる技術の一つにポッティングと呼ばれる技術がある。特許文献1−3にその例が開示されている。ポッティングとは、ケース内にリアクトルなどの電子部品を置いた後、シリコン樹脂などの流動性絶縁体(後に固化する絶縁体)をケースに注入し、電子部品の全部あるいは一部を埋めてしまう技術である。なお、ポッティング材を介して電子部品の熱が拡散するので、ポッティング材は電子部品の冷却にも寄与する。 One technique for improving the vibration resistance of electronic components such as reactors is a technique called potting. Examples thereof are disclosed in Patent Documents 1-3. Potting is a technology in which an electronic component such as a reactor is placed in the case, and then a fluid insulator such as silicon resin (an insulator that solidifies later) is injected into the case to fill all or part of the electronic component. It is. Since the heat of the electronic component is diffused through the potting material, the potting material also contributes to cooling of the electronic component.
特許文献1−3のリアクトルは、いずれも次の共通の構成を有する。リアクトルは、一部が平行な環状のコアのその平行な2箇所にコイルを巻回したものである。そして、2個のコイルは、その軸線が水平面内で平行となるようにケース内に配置され、コイルの上部が露出するようにコイル下側の周囲とケース内面との隙間にポッティング材が充填されている。 The reactors of Patent Documents 1-3 all have the following common configuration. The reactor is obtained by winding a coil around two parallel portions of a partially parallel annular core. The two coils are arranged in the case so that the axes thereof are parallel to each other in the horizontal plane, and a potting material is filled in the gap between the lower side of the coil and the inner surface of the case so that the upper part of the coil is exposed. ing.
コイルを収容するケースは熱伝導性が高い金属、典型的にはアルミニウムで作られることが多い。他方、ポッティング材は金属製のケースほどには熱伝導性が高くはない。それゆえ、ケース内面とコイルの間の隙間はできるだけ狭くしてポッティング材の層の厚みを薄くする方がコイル放熱の点では有利である。しかし、ケース内側面とコイル側面が近接していると、ポッティング材の表面を介したコイルとケースの間の沿面距離が短くなり、ポッティング材の表面を伝ってコイルとケースの間に電流が流れてしまう虞がある。 The case that houses the coil is often made of a metal with high thermal conductivity, typically aluminum. On the other hand, the potting material is not as thermally conductive as the metal case. Therefore, it is advantageous in terms of heat dissipation of the coil that the gap between the inner surface of the case and the coil is made as narrow as possible to reduce the thickness of the potting material layer. However, if the inner surface of the case and the side surface of the coil are close, the creepage distance between the coil and the case via the surface of the potting material will be shortened, and current will flow between the coil and the case along the surface of the potting material. There is a risk that.
本明細書は上記課題に鑑みて創作された。本明細書は、リアクトルにおいて、ケース内側面とコイル側面との隙間を小さくして放熱性を高めることと、コイルとケースの沿面距離を確保することの両立を図る技術を提供する。 This specification was created in view of the above problems. The present specification provides a technique for reducing the clearance between the case inner side surface and the coil side surface in a reactor to improve heat dissipation and ensuring the creepage distance between the coil and the case.
本明細書が開示するリアクトルは、コイルが金属製のケースに収容されており、ケース内側面とコイルとの間に絶縁性のポッティング材が充填されている構造を有する。コイルは、その上部がポッティング材の上面から露出している。そして、本明細書が開示する新規なリアクトルは、ケースの内側面であってコイル側面と対向する内側面に段差が設けられている。この段差は、段差面より上側の内側面が段差面より下側の内側面よりもコイル側面から離れている。そして、ポッティング材が段差面よりも上まで充填されている。即ち、ポッティング材の上表面は、段差面よりも上方に位置している。なお、ここで、「段差面」とは、コイルとの距離が近いケース内側面の下側とコイルから遠いケース内側面の上側との境界を意味する。 The reactor disclosed in this specification has a structure in which a coil is accommodated in a metal case, and an insulating potting material is filled between the case inner surface and the coil. The upper part of the coil is exposed from the upper surface of the potting material. And the novel reactor which this specification discloses is provided with the level | step difference in the inner surface which is an inner surface of a case and opposes a coil side surface. In this step, the inner side surface above the step surface is farther from the coil side surface than the inner side surface below the step surface. Then, the potting material is filled up to above the step surface. That is, the upper surface of the potting material is located above the step surface. Here, the “step surface” means a boundary between the lower side of the case inner surface that is close to the coil and the upper side of the case inner surface that is far from the coil.
上記構造のリアクトルでは、ケース内側面の段差面より下側では内側面とコイル側面の隙間を小さくでき、放熱性を高めることができる。一方、段差面より上側ではポッティング材の上表面に沿って内側面とコイル側面との間の距離(沿面距離)を大きくすることができるので高い絶縁性が確保できる。 In the reactor having the above structure, the gap between the inner side surface and the coil side surface can be reduced below the step surface on the inner side surface of the case, and heat dissipation can be improved. On the other hand, since the distance (creeping distance) between the inner side surface and the coil side surface can be increased along the upper surface of the potting material above the step surface, high insulation can be ensured.
本明細書が開示する技術によれば、ケース内側面とコイル側面との間がポッティング材で充填されているリアクトルに関し、ケース内側面とコイル側面との隙間を小さくして放熱性を高めることと、コイルとケースの沿面距離を確保することの両立を図ることができる。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, with respect to a reactor in which a space between the case inner side surface and the coil side surface is filled with a potting material, the clearance between the case inner side surface and the coil side surface is reduced and heat dissipation is improved. In addition, it is possible to achieve a balance between the creepage distance between the coil and the case. 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を説明する。図1は実施例のリアクトル30の平面図である。図2は図1のII−II線における断面図である。そして、図3は図1のIII−III線における断面図である。リアクトル30は、リアクトル本体3をケース2に取り付け、リアクトル本体3とケース2の間にポッティング材5を充填することで構成される。リアクトル30は、電動車両に搭載される電力変換装置において、バッテリの直流電圧を昇圧し、さらに交流に変換してモータに供給する電力変換装置に内蔵された電圧コンバータ回路の一部品である。ケース2はその電力変換装置の筺体の一部である。リアクトル30には大電流が流れるため、熱が発生する。その熱はポッティング材5を介してケース2へと拡散する。ケース2はその熱を吸収するための冷却部材としての機能も有している。図では、ケース2の一部だけが示されている。また、図中には座標系が示されており、本明細書では適時その座標系を用いて、実施例の構成を説明する。
A reactor according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a
リアクトル本体3は、一部が平行な環状のコア6の平行部位の夫々をボビン7が覆っており、そのボビン7にコイル41、42が取り付けられて構成されている。ボビン7は、一対の筒状のコアカバー81、82と、フランジ91、92で構成されている。一対のコアカバー81、82は平行に並んで-おり、その両端がフランジ91、92により連結されている。ボビン7は樹脂で作られている。筒状のコアカバー81、82の中空部分をコア6の平行部位が貫通している。
The reactor
コア6は、図3に示すように、環状の周回方向と直交する断面の形状が四角形である。コア6は、磁性体で作られており、例えば、磁性体粒子を含む紛体を焼結や圧縮成形といった加工法により固めることで作られる。
As shown in FIG. 3, the
コイル41、42は、コアカバー81、82に銅からなる平角線12がエッジワイズ巻きに巻回されて構成されいている。即ち、コイル41、42では、平角線12の幅広の側面がコイルの巻回軸線の方向(以下、巻回軸方向)に向いて積層されるように平角線12が巻回されている。平角線12の幅広の側面の幅(線幅)は、リアクトル30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41、42は、巻回軸線方向(X軸方向)から見て矩形状(ほぼ正方形状)を成すように巻回されている。コイル41と42は、1本の平角線12で作られており、電気的には直列に接続されている。巻回されたコイル41、42は、巻回の径方向に並ぶように平行に配置される。なお、コイル41、42を構成している平角線12の端は、リアクトル30の外側に向かって伸びている。図2、3では、その平角線12の端が省略されていることに留意されたい。
The
ケース2は、熱伝導性の高い金属、具体的にはアルミニウムで作られている。リアクトル本体3のコイル41、42から発生した熱はリアクトル本体3とケース2の間に充填されたポッティング材5を介して拡散し、ケース2により吸収される。図2、3に示すように、ケース2の内面21には、リアクトル本体3が収容されている。2つのコイル41、42の一部である下側が内面21の内側に位置している。そして、コイル41の側面41b(以下、コイル側面41b)及びコイル42の側面42b(以下、コイル側面42b)は、内面21の内側面21bと対向している。また、コイル41、42は、その巻回軸線が内面21の底面21aと平行になるように配置されている。図1に示すように、リアクトル本体3は、ボビン7の四方であって、フランジ91、92のコイル並び方向(Y軸方向)の両端に設けられた取付板16によりケース2に取り付けられている。取付板16はボルト17によりケース2に締結されている。
ケース2の内面21とリアクトル本体3の間にはポッティング材5が充填されている。ポッティング材5はシリコン樹脂により生成された流動性の絶縁体である。ポッティング材5は充填された後に固化する。このポッティング材5により、リアクトル本体3の耐振動性が向上する。図3に示すように、ケース2の内面21の底面21aとコイル41の下面41a(コイル42の下面42a)の間には隙間があり、この隙間にポッティング材5が充填されている。また、内面21の内側面21bとコイル側面41b(コイル側面42b)の間にも隙間があり、この隙間にもポッティング材5が充填されている。また、ポッティング材5の上表面5aはケース2の内面21の内側に位置しており、コイル41、42はその上部がポッティング材5の上表面5aから露出している。
A
図4を参照して、ケース2に設けられた段差22について説明する。図4は、図3の破線IVで囲んだ範囲の拡大図である。図4に示すように、コイル側面41bと対向するケース2の内側面21bには、段差22が設けられている。段差22は、ケース2の底面21aよりも上方に位置する段差面22cを有しており、この段差面22cは底面21aと平行である。そして、図4に示すように、内側面21bにおいて、段差面22cよりも上側の内側面22bとコイル側面41bの間の距離L2は、段差面22cよりも下側の内側面22aとコイル側面41bの間の距離L1より大きい。即ち、段差面22cよりも上側の内側面22bが段差面22cよりも下側の内側面22aよりもコイル側面41bから離れている。段差22(段差面22a)は、別言すれば、コイル側面41bとの距離が近い下側の内側面22aとコイル側面41bから遠い上側の内側面22bとの境界を意味する。また、図4に示すように、ケース2の内側面21bとコイル41の間に充填されたポッティング材5は、段差面22cよりも上まで充填されている。即ち、ポッティング材5の上表面5aは、段差面22cよりも上方(Z軸正方向)に位置している。なお、コイル42の側面42bと対向する側の内側面21bについても同様の段差が設けられている。
With reference to FIG. 4, the level |
実施例の効果について説明する。ケースの内面とコイルの側面との距離は近いほど放熱の点で有利である。しかし、内面とコイルの側面との距離が短くなるとポッティング材の上表面を介した沿面距離が短くなる。即ち、内面とコイルの側面との距離を短くすることは絶縁性能の確保と背反の関係になる。実施例では、段差22を設けることにより、内側面21bにおいて、段差面22cより上側の内側面22bとコイル側面41bとの距離L2が段差面22cより下側の内側面22aとコイル側面41bとの距離L1より大きくなっている。距離L2を大きくすることで、内側面22bとコイル側面41bの間に位置するポッティング材5の上表面5aを介した沿面距離を長くし、絶縁性能を確保することができる。一方、距離L1は、距離L2とは独立して定めることができる。距離L1を距離L2より小さくすることで、放熱性能を高めることができる。なお、コイル41の下面41aと内面21の底面21aとの間の距離L3を小さくすることは、リアクトル30の放熱性能を高めることに寄与する。好ましくは、距離L2と距離L3を共に小さくすることで放熱性能を高めるとよい。このように、ポッティング材5の上表面5aを介した沿面距離を大きくし絶縁性を確保することとリアクトル30の放熱性能を高めることの両立を図ることができる。
The effect of the embodiment will be described. The closer the distance between the inner surface of the case and the side surface of the coil, the more advantageous in terms of heat dissipation. However, when the distance between the inner surface and the side surface of the coil becomes shorter, the creepage distance through the upper surface of the potting material becomes shorter. That is, shortening the distance between the inner surface and the side surface of the coil has a trade-off relationship with ensuring insulation performance. In the embodiment, by providing the
また、リアクトル30の組立時には、ポッティング材5は流動性の液体材料である。組立時において充填するポッティング材5の量がばらつくと、ポッティング材5の液面高さがばらつく。ポッティング材5の液面高さがばらつくと、ポッティング材5が固化した後の上表面5aがばらつき、リアクトル30の放熱性能がばらつく虞がある。実施例では、段差22を設けることで、ポッティング材5の上表面5aが位置するコア側面41b、42bと内側面21bの間の隙間を大きくしている。組立時において、ポッティング材5の液面はこの隙間に位置することになる。隙間を大きくすれば、充填するポッティング材の量のばらつきに起因する液面高さのばらつきを小さく抑えることができる。即ち、段差22を設けることにより、ポッティング材5の液面高さのばらつきを小さく抑えることができる。
Further, when the
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。ポッティング材5から露出しているコイル41、42の上部(コイル41、42のケース2の上面より上側の部分)は、樹脂製のカバーで覆われていてもよい。このカバーは、リアクトル本体3全体を覆う大きさであってもよい。
Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. Upper portions of the
また、ケース2の内側面21bにおいて、段差面22cより下側の内側面22aは、コイル側面41bの形状に沿って湾曲していても良い。コイル側面と内側面の間の距離を一定に保つことができ、リアクトル30の放熱性能の向上に寄与することができる。
In 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:ケース
3:リアクトル本体
5:ポッティング材
6:コア
7:ボビン
12:平角線
16:取付板
17:ボルト
30:リアクトル
21:内面
21b:内側面
22:段差
22c:段差面
22a、22b:内側面(段差面の下側及び上側)
41、42:コイル
41b、42b:コイル側面
2: Case 3: Reactor body 5: Potting material 6: Core 7: Bobbin 12: Flat wire 16: Mounting plate 17: Bolt 30: Reactor 21:
41, 42:
Claims (1)
前記コイルは、その上部が前記ポッティング材の上表面から露出しており、
前記ケースの内側面であって前記コイルの側面と対向する内側面に、段差面より上側の内側面が当該段差面より下側の内側面よりも前記コイルの側面から離れている段差が設けられており、
前記ポッティング材が前記段差面よりも上まで充填されていることを特徴とするリアクトル。 A coil is housed in a metal case, and is a reactor filled with an insulating potting material between the inner surface of the case and the coil,
The upper part of the coil is exposed from the upper surface of the potting material,
On the inner side surface of the case that faces the side surface of the coil, a step is provided in which the inner side surface above the step surface is farther from the side surface of the coil than the inner side surface below the step surface. And
The reactor, wherein the potting material is filled to a level above the step surface.
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