JP2016039294A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと冷却部材の間に挟まれている伝熱シートの端部の千切れを抑制する技術を提供する。【解決手段】リアクトル２は、コイル４の下側面４ｂを除いてコイル４を覆う樹脂カバー１０を備える。樹脂カバー１０は、コイル４の下側面４ｂから立ち上がる横側面４ｃに沿って設けられている側壁部１２を有する。コイルの角部４ｋと側壁部１２の下端１２ａとの間にケース３０に対向するように開口する溝が形成される。ケース３０には、溝と対向する凸条３３が設けられている。伝熱シート２０のコイル巻回軸方向に伸びる側縁部が、溝と凸条３３に挟まれている。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルに関する。

リアクトルは、コイルを利用した受働素子であり、高周波電流の抑制、直流電流の平滑化や直流電圧の昇圧等の用途に使用される。リアクトルはインダクタと称されることもある。このようなリアクトルは、コイルの抵抗分による損失によって発熱したり、また幅広の平角線を巻回してコイルを構成する場合には渦電流損により発熱したりする。そのため、リアクトルの発熱を外部に拡散させる技術として、下記特許文献１〜特許文献３に開示されるものがある。特許文献１と特許文献２の技術では、伝熱シートや放熱性シート（以下「伝熱シート等」と称する）を挟んでコイルを放熱板やケース（以下「放熱板等」と称する）に設置し、コイルの熱を拡散させる構成を採る。また、特許文献３の技術では伝熱シート等の代わりにコイルを放熱性の高い接着剤で放熱板等に接着する。コイルの熱を、接着剤の層を通じて放熱板等に拡散させる。

特開２０１３−１１８２０８号公報 特開２０１２−１２４４０１号公報 特開２００９−２３１４９５号公報

特許文献１、２の構成では、伝熱シート等に接触するコイルの一側面よりも面積が広い伝熱シート等を、コイルと放熱板等の間に挟み込む。そのため、伝熱シート等の側縁部はコイルの一側面からはみ出す。このはみ出した側縁部は、コイルと放熱板等の間に狭持されることなく、自由に可動する。このような側縁部は、狭持された部分との境界において千切れ易い。特に、そのようなリアクトルが車両に搭載される場合、走行中に振動を受けるのでより一層千切れ易くなる。本明細書は、伝熱シートの側端部を千切れ難くする技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルは、角部が丸角の四角柱状に巻回されているコイルと、そのコイルの巻回径方向の一側面を除いてコイルを覆うカバーと、を備えており、コイルの一側面が伝熱シートを介して冷却部材に接触している。そして、カバーは、コイルの一側面から立ち上がるコイル側面に沿っている側壁部を有する。側壁部は、その下端とコイルの丸角の角部との間に、冷却部材に対向して開口するとともにコイル巻回軸方向に沿って伸びる溝が形成されている。冷却部材には、この溝に対向するように、コイル巻回軸方向に沿って畝状に形成されている凸条が設けられている。そして、伝熱シートのコイル巻回軸方向に沿って伸びている側縁部が、溝と凸条との間に圧縮されつつ挟まれている。これにより、伝熱シートの側縁部は固定され、自由に動くことができなくなる。したがって、伝熱シートの側縁部が千切れ難くなる。

さらに、伝熱シートの側縁部は、凸条によって押し上げられ、コイルの丸角の角部にも接触する。そのため、熱伝導効率が向上し放熱性能が高められる。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例のリアクトルの上面図である。 図１のII−II線における実施例のリアクトルの断面図である。 図１のIII−III線における実施例のリアクトルの断面図である。 （Ａ）は、図３のIV線内の拡大図である。（Ｂ）は、図３のIV線内の拡大図に相当する比較例である。

図面を参照して実施例のリアクトルを説明する。本実施例のリアクトル２は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載される電力変換装置に用いられるものである。ハイブリッド車や電気自動車は、走行用モータとして、誘導モータやＰＭモータ等の交流モータを備える。そのため、これらの車両では、バッテリの直流電力を昇圧する電圧コンバータ回路と、走行用モータの駆動に適した周波数の交流電力に変換するインバータ回路とを含むパワーコントロールユニットを搭載している。例えば、リアクトル２は、パワーコントロールユニットの電圧コンバータ回路に使用される。

リアクトル２の構成について図１〜３を参照して説明する。図１に実施例のリアクトル２の上面図を示す。図２及び図３にリアクトル２の断面図を示す。図２は、図１のII−II線による断面を表しており、また図３は、図１のIII−III線による断面を表している。これらの図において表されている座標系Ｘ、Ｙ、Ｚは、リアクトル２の長さ（Ｘ）、幅（Ｙ）、高さ（Ｚ）の夫々の方向を示すものである。以下、Ｘ軸方向を「巻回軸方向」、Ｙ軸方向を「巻回径方向」、Ｚ軸方向を「高さ方向」、と夫々称する。

図１及び図２に示すように、リアクトル２は、パワーコントロールユニットのケース３０のキャビティ３１内に収容されている。ケース３０は、金属製であり、それに形成されるキャビティ３１は、リアクトル２が収まり得る収容空間を成す。本実施例では、リアクトル２のコイル４が、伝熱シート２０を介してケース３０に接触することで、ケース３０は冷却部材として機能する（図２を参照のこと）。これについては後で詳述する。

リアクトル２は、コア３、コイル４、ボビン６、樹脂カバー１０等から構成されている。コア３は、コイル４のインダクタンスを高めるための磁性体部材であり、一部が平行を成す円環形状に形成されている。平行に位置する２つのコア中央部は、ボビン６に覆われている。図３に示すように、ボビン６は、角筒形状のコアカバー７と、コアカバー７の両端に接続される一対のフランジ８と、により構成されている。本実施例では、これらのフランジ８には、リアクトル２をケース３０に固定する支持部材９が夫々形成されている。これらの支持部材９を介して、リアクトル２はケース３０にボルト４０でねじ締結されて固定される。

コイル４は、例えば、銅からなる平角線５をエッジワイズ巻きに巻回した巻線コイルである。即ち、コイル４では、平角線５の幅広の平坦面が巻回軸方向（Ｘ軸方向）を向いて積層されるように平角線５を巻回している。本実施例では、コイル４は、ボビン６の四角柱状のコアカバー７に嵌合するように四角柱形状に形成される。コイル４では、平角線５をエッジワイズ巻きに巻回する。そのため、四角柱状を成すように巻回しても角部４ｋには、所定の曲率で湾曲する丸角部が形成される（図３を参照のこと）。このように巻回された２つのコイル４は、巻回径方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置され直列に接続されてボビン６のコアカバー７（コア３）に装着される。

コイル４は四角柱状なので、４個の側面を有する。ケース３０に対向する側面を下側面４ｂと称し、下側面４ｂと平行な側面を上側面４ａと称する。残りの２面を横側面４ｃと称する。

樹脂カバー１０は、対向するフランジ８の間において、コアカバー７に巻回されたコイル４の周囲を覆う耐熱性の合成樹脂から成るカバーである。樹脂カバー１０は、コイル４とボビン６のアセンブリを金型に入れた後、溶融樹脂を射出して成形される。本実施例では、樹脂カバー１０は、下側面４ｂを除いてコアカバー７に巻回されたコイル４の上側面４ａおよび横側面４ｃを覆う。即ち、図３に示すように、コイル４の巻回径方向の断面形状においては、樹脂カバー１０は、２つのコイル４の上側面４ａを覆う上壁部１１、夫々のコイル４の横側面４ｃを覆う側壁部１２、及び、両方のコイル４の間に位置する仕切壁１３、により構成されるＥ形状を成す。側壁部１２の下端１２ａには、後述するような特徴がある。なお、図１においては、ＸＹ平面に拡がる２つのコイル側面である、上側面４ａ及び下側面４ｂのうち、高さ方向（Ｚ軸方向）上側の上側面４ａを破線で表現している。また、図２においては、側壁部１２の断面に重なって、下側面４ｂから高さ方向（Ｚ軸方向）に立ち上がってＸＺ平面に拡がる横側面４ｃを破線で表している。

伝熱シート２０は、例えば、シリコンを基材にした平面状のラバー部材である。伝熱シート２０は、ケース３０のキャビティ３１の底面に敷かれてコイル４とケース３０の間に介在する。本実施例では、伝熱シート２０の上面には、樹脂カバー１０に覆われていないコイル４の下側面４ｂが接触し、また下面にはキャビティ３１の底面が接触する。コイル４が発する熱は、伝熱シート２０を通じてケース３０に拡散される。そのため、伝熱シート２０には、熱伝導率が高くまた柔軟性も高い材料が選択される。さらに、伝熱シート２０には、絶縁性の材料が選択される。

伝熱シート２０の厚さは、リアクトル２をケース３０に収容した状態において、コイル４の下側面４ｂとキャビティ３１の底面との間に形成される隙間間隔よりも大きく（厚く）なるように選定されている。換言すると、リアクトル２をケース３０に固定したときに、コイル４の下側面４ｂが伝熱シート２０を圧縮可能な間隔になるように、下側面４ｂとケース３０の隙間間隔が選定される。

このようにケース３０のキャビティ３１に収容されるリアクトル２は、そのコイル４の下側面４ｂが伝熱シート２０を介してケース３０に接触することによって、抵抗損失や渦電流損により発熱したコイル４の熱をケース３０に拡散（放熱）し得る構成を採る。ここで、伝熱シート２０は、前述したように平面状のラバー部材である。そのため、コイル４の下側面４ｂに対しては容易に接触するものの、下側面４ｂから立ち上がる横側面４ｃや、下側面４ｂと横側面４ｃを接続する角部４ｋには、伝熱シート２０が接触し難い。なお、下側面４ｂから立ち上がる横側面４ｃは、別言すれば、下側面４ｂに隣接する側面（横側面４ｃ）である。

そこで、本実施例では、ケース３０のキャビティ３１側の底面において、収容されるリアクトル２のコイル４の角部４ｋに対応する位置にコイル４の巻回軸方向（Ｘ軸方向）に沿って畝状に伸びる凸条３３を形成している。この畝状の凸条３３は、図１においては、太破線で表現されており、また図２においては凸条３３の断面が図示されている。凸条３３は、図３に示すように、コイル４の巻回径方向における断面形状が、上底が湾曲した台形状を成す。ここで、図４（Ａ）を参照して、凸条３３がケース３０に形成されることによる作用及び効果について説明する。図４（Ａ）に図３のIV線内の拡大図を表す。なお、図４においては、伝熱シート２０の部分を明確にするため灰色にしている。

図４（Ａ）に示すように、ケース３０には、コイル４の角部４ｋに対応する位置にコイル４の巻回軸方向（Ｘ軸方向）に沿って畝状に伸びる凸条３３が形成されている。これにより、伝熱シート２０は、巻回軸方向に沿って伸びる側縁部２３（巻回軸に平行な側縁部２３）が凸条３３によってコイル４の方向に押し上げられる。なお、伝熱シート２０の側縁部２３とは、矩形の伝熱シートの一側端を含む所定の幅を有する部分である。別言すれば、側縁部２３とは、コイル４の下側面４ｃとケース３０で挟まれる部分からはみ出る部分である。

凸条３３によって押し上げられた伝熱シート２０の側縁部２３は、コイル４の丸角の角部４ｋに接触することが可能になる。伝熱シート２０がコイルの下側面４ｂに加えて丸角の角部４ｋにも接触することで熱伝導効率が向上する。角部４ｋにも接触する伝熱シート２０を介してコイル４の熱がケース３０に放熱されるため、ケース３０による放熱性能が高まる。なお、凸条３３の高さは、伝熱シート２０の側縁部２３を可能な限りコイル４の角部４ｋや横側面４ｃに近づけるために極力高い方がよい。ただし、コイル４との間において予め設定された絶縁耐圧を確保可能な距離を凸条３３とコイル４の間において維持する。

また、本実施例では、樹脂カバー１０には、側壁部１２の下端１２ａとコイル４の角部４ｋとの間、つまり下端１２ａの内側に、巻回軸方向に沿って伸びる溝Ｓを形成するように、切欠部１２ｂが設けられている。溝Ｓは、ケース３０に向けて開口する。また、ケース３０に設けられた畝状の凸条３３は、溝Ｓに対向するように位置している。そのため、凸条３３により押し上げられた伝熱シート２０の側縁部２３は、溝Ｓに入り込む。

また、下端１２ａの先端に近づくほど溝Ｓの幅が拡がるように切欠部１２ｂの形状を構成する。これにより、凸条３３の台形状に合わせた溝Ｓの空間形状を形成することが可能になるので、溝Ｓに側縁部２３が入り込み易くなる。下端１２ａの位置や切欠部１２ｂの形状は、リアクトル２をケース３０に収容した状態において、下端１２ａと凸条３３の間に形成される隙間間隔が伝熱シート２０の厚さよりも小さくなるように設定されている。これにより、溝Ｓと凸条３３の間において、伝熱シート２０は、圧縮されつつ、狭持されることになる。本来は樹脂カバー１０の側壁部１２の外側にはみ出てしまう伝熱シート２０の側縁部２３は、自由に動くことができなくなり、千切れ難くなる。

このように伝熱シート２０の側縁部２３が溝Ｓに入り込むことによって、本来は樹脂カバー１０の側壁部１２の外側にはみ出てしまう伝熱シート２０の側縁部２３の側端２１も側壁部１２の内側に引き込まれる。そのため、伝熱シート２０の側端２１は、ケース３０の凸条３３と側壁部１２の下端１２ａの間に狭持される。伝熱シート２０は、側端２１に至るまで固定されるので、側縁部２３が千切れる可能性は限りなく小さくなる。

さらに、本実施例の樹脂カバー１０では、側壁部１２の下端１２ａにおいて形成されている切欠部１２ｂの底は、コイル４の横側面４ｃに接触する位置に存在し、かつ、その底を平らな平坦部１２ｃに形成している。これにより、樹脂カバー１０の樹脂成形工程において用いる成形型を、例えば、上型と下型から構成される簡素なものにすることが可能になる。このことを、比較例として描いた図４（Ｂ）を図４（Ａ）と対比してより詳しく説明する。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に対応する拡大図であり、凸条３３をケース１３０に形成しない場合を示している。このとき、伝熱シート２０の側端２１までを樹脂カバー１１０の下端１１２ａとケース１３０の間に挟持しようとすると、下端１１２ａの内側に形成する切欠は、その底部をケース１３０に近づけなければならない。この場合、側壁部１１２とコイル４との境界は、コイルの横側面ではなく、丸角の角部４ｋとなる。樹脂カバー１１０を射出成形で作る場合、樹脂カバー１１０とコイル４との境界は隙間なく密着していなければならない。コイルの湾曲した丸角の角部４ｋに境界を形成する場合、角部４ｋではコイル４を形成する平角線の側面がきれいに揃うように、上型と下型の他に「当てコマ」と称される部材を角部４ｋに押し当てながら溶融樹脂を射出成形する。これに対して上記した実施例のリアクトルでは、樹脂カバー１０とコイル４の境界は、平角線が揃い易い平坦な横側面４ｃに形成すればよいので、上記した「当てコマ」が必要なくなる。実施例のリアクトル２は、製造コストの点でも優れている。

以上説明したように、本実施例のリアクトル２によると、樹脂カバー１０は、コイル４の下側面４ｂから立ち上がる横側面４ｃに沿っている側壁部１２であって、この側壁部１２の下端１２ａとコイル角部４ｋとの間にケース３０に対向して開口しているとともにコイル巻回軸方向に伸びている溝Ｓを形成する側壁部１２を有する。また、ケース３０には、溝Ｓに対向して畝状に伸びている凸条３３が設けられている。伝熱シート２０のコイル巻回軸方向に伸びる側縁部２３が、溝Ｓと凸条３３の間で、圧縮されつつ挟持される。伝熱シート２０の側端２１は、凸条３３と下端１２ａの内側（溝Ｓの側面）の間に狭持される。これにより、伝熱シート２０の側端２１まで固定されるため、自由に動くことができなくなる。この構造により、伝熱シート２０の側縁部２３が千切れ難くなる。また、伝熱シート２０の側縁部２３は、コイル４の角部４ｋと樹脂カバー１０の下端１２ａとの間に形成される溝Ｓに入り込み、コイル４の角部４ｋにも接触する。そのため、熱伝導効率が向上し放熱性能が高められる。

実施例技術に関する留意点を述べる。コイル４の下側面４ｂが「コイルの一側面」の一例に相当する。コイル４の横側面４ｃが「コイル側面」の一例に相当する。樹脂カバー１０がカバーの一例に相当する。ケース３０が冷却部材の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、本明細書又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、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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：リアクトル
３：コア
４：コイル
４ａ：上側面
４ｂ：下側面
４ｃ：横側面
４ｋ：角部
５：平角線
６：ボビン
８：フランジ
１０：樹脂カバー
１２：側壁部
１２ａ：下端
１２ｂ：切欠部
１２ｃ：平坦部
２０：伝熱シート
２１：側端
２３：側縁部
３０：ケース
３１：キャビティ
３３：凸条
Ｓ：溝

Claims (1)

1. 巻回軸方向からみたときの角部が丸角のコイルと、当該コイルの巻回径方向の一側面を除いて前記コイルを覆うカバーと、を備えており、前記コイルの一側面が伝熱シートを介して冷却部材に接触しているリアクトルであり、
   前記カバーは、前記コイルの一側面から立ち上がるコイル側面に沿っている側壁部であって、当該側壁部の下端と前記コイルの角部との間に、前記冷却部材に対向して開口するとともに前記コイルの巻回軸方向に伸びる溝を形成する側壁部を備えており、
   前記冷却部材は、前記溝に対向するとともに前記コイルの巻回軸方向に沿って畝状に形成されている凸条を備えており、
   前記伝熱シートの前記コイルの巻回軸方向に沿って伸びている側縁部が、前記溝と前記凸条との間に圧縮されつつ挟まれていることを特徴とするリアクトル。