JP2017028221A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの上方付近の空気が熱せられるのが抑制され、かつ、作動時に騒音や振動の少ないリアクトルを提供する。
【解決手段】底面４ａと側面４ｂ，４ｃと上蓋４ｄとから構成されるケース４と、ケース４内に配設されたコイル２を具備するコア１と、からなるリアクトル１０であって、ケース４を構成する底面４ａ、側面４ｂ，４ｃ、上蓋４ｄとコイル２の間にそれぞれ放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明はリアクトルに関するものである。

車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。

リアクトルの一般的な構成形態として、U型コアやI型コアの周囲にコイルが形成され、これがケース内に収容され、コアやコイルとケースの底面の間に放熱性を有する封止樹脂体がモールドされ、ケースの下方に冷却器が配設された形態を挙げることができる。

この構成を図１０を参照して説明する。図示するリアクトルＲＴは、コイルＣｉが配設されたコアＣｏがステイＳを介してケースＣａにボルトＢで締結されており、コアＣｏとコイルＣｉとケースＣａの底面の間に放熱材である封止樹脂体Ｒｅがモールドされ、ケースＣａの下方には冷媒Ｒが還流する冷却器Ｃｌが配設されてその全体が構成されている。また、特許文献１においても、コイルの下面が放熱材を介してケースに固定されたリアクトルが開示されている。

特開２００９−２３１４９５号公報

図１０で示すように、リアクトルＲＴは通常、コイルＣｉから発生する熱を放熱材である封止樹脂体Ｒｅを介してケースＣａの下方の冷却器Ｃｌに伝達し、冷却している。しかしながら、リアクトルＲＴにおいて冷却器Ｃｌは下方にのみ存在することから、放熱経路は下方へのルートのみとなっている。

そのため、ケースＣａの下方（冷却器Ｃｌ側）と上方（開放側）で温度差が生じる。そして、リアクトルＲＴを高温使用するにつれて温度差は大きくなり、リアクトルＲＴの上方部分の温度上昇によって付近の空気が熱せられ、リアクトルＲＴの隣接部品であるコンデンサなどへの受熱影響（熱害）が発生してしまう。たとえばリアクトルＲＴが急過熱した際の温度上昇などにはリアクトルＲＴの上方部分は対応し切れず、瞬間的に発熱する結果、周辺の空気が合わせて熱せられることになる。

また、図１０で示すように、コアＣｏが比較的剛性のあるステイＳを介してケースＣａに固定されているために、リアクトルＲＴ作動時に発生する振動がケースＣａに伝達され易く、リアクトルＲＴの低振動・低騒音性能（いわゆるNV性能）低下の一つの要因となっている。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、リアクトルの上方付近の空気が熱せられるのが抑制され、かつ、作動時に騒音や振動の少ないリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、底面と側面と上蓋とから構成されるケースと、ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、ケースを構成する底面、側面、上蓋とコイルの間にそれぞれ放熱シートが配設されているものである。

本発明のリアクトルは、上方が開放したケースでなく、上蓋を備えたケース内にコアおよびコイルを収容する構成、および、コイルとケース構成部材の間に放熱シートを介在させた構成に特徴を有するものである。

直方体状のケースは、底面と４つの側面と上蓋の計６つの面を有しているが、断面が矩形のコアに対してその周囲に形成されたコイルも矩形の外周面を有しており、したがって、４つの外周面を有している。

したがって、たとえばコアに対して１つのコイルが形成されている形態では、コイルの４つの外周面と、ケースを構成する底面と左右２つの側面と上蓋の４つの内面のそれぞれの隙間において、計４つの放熱シートが配設される。なお、ケースの残りの２つの側面とコアの間の隙間にも、放熱シートがさらに配設されてもよい。

また、環状のコアに２つのコイルが形成されている形態では、２つのコイルのそれぞれ上面と下面、右側コイルの右側側面と左側コイルの左側側面と、ケースの間に計６つの放熱シートが配設される。また、この形態では、２つのコイルの間にも放熱シートが配設され、計７つの放熱シートが配設されてもよい。

また、コイルとケースの構成部材の間に放熱シートが介在することに加えて、ケース内に放熱性の封止樹脂材料がモールドされ、封止樹脂体が形成されてもよい。この形態では、放熱シートと放熱性の封止樹脂体という二種類の放熱部材がケース内に存在することになる。

本発明のリアクトルにおいても、ケースの底面下方には冷媒が還流する冷却器が配設される形態が望ましい。

本発明のリアクトルによれば、放熱経路がケース下方の冷却器へ向かうルートのみならず、コイルの上面から放熱シート、ケースの上蓋を介して放熱される上方へのルートや、コイルの左右の側面から左右の放熱シート、ケースの側面を介して放熱される側方へのルートを有することから、放熱性能に優れたリアクトルとなる。

また、リアクトルの上方部分が温度上昇して付近の空気が熱せられるのが解消されることにより、リアクトルの隣接部品であるコンデンサなどへの受熱影響（熱害）の発生も生じ得ない。

さらに、比較的軟らかい放熱シートを介してコイル（およびコア）がケースの内面に固定されること、すなわち、従来のリアクトルのようにコアがステイを介してケースにボルト締結等されないことから、リアクトル作動時の振動が放熱シートで吸収されてケースへ伝播され難く、このことに起因して騒音の発生も抑制される。したがって、騒音・振動抑制効果の高いリアクトルとなる。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、上蓋を備えたケース内にコアおよびコイルを収容し、コイルの外周面とケース構成部材の間にそれぞれ放熱シートを介在させたことにより、コイルやコア等の発熱源からの放熱ルートが下方の冷却器側へのルートのみならず、上方へのルートや左右側方へのルートも確保され、放熱性能に優れたリアクトルとなる。そして、リアクトルの上方部分の空気が熱せられることがなくなり、隣接部品に対する熱害も発生しない。さらに、放熱シートを介してコイル（およびコア）がケースに固定されていることから、リアクトル作動時の騒音や振動に対する抑制効果が高くなり、NV性能に優れたリアクトルとなる。

本発明のリアクトルの実施の形態１の縦断面図である。 図１のII−II矢視図である。 （ａ）、（ｂ）の順に実施の形態１のリアクトルの製造方法を説明した図である。 本発明のリアクトルの実施の形態２の縦断面図である。 本発明のリアクトルの実施の形態３の縦断面図である。 本発明のリアクトルの実施の形態４の縦断面図である。 本発明のリアクトルの実施の形態５の縦断面図である。 本発明のリアクトルの実施の形態６の縦断面図である。 NV性能を検証した実験結果を示した図である。 従来のリアクトルの実施の形態の縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態１〜６を説明する。

（リアクトルの実施の形態１）
図１は本発明のリアクトルの実施の形態１の縦断面図であり、図２は図１のII−II矢視図である。図示するリアクトル１０は、ケース４と、絶縁樹脂製のボビン３を介してコイル２が配設されたコア１と、ケース４の下方に配設されて冷媒が還流する冷却器７とから大略構成されている。

コア１は、U型コアやI型コアが不図示のギャップ板を介して略環状に構成されたものであり、樹脂と軟磁性粉末等から形成される。ここで、軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。一方、樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。また、ギャップ板は、例えばアルミナ（AL₂O₃）やジルコニア（ZrO₂）などのセラミックスで成形することができる。なお、ギャップ板なしの構造にてリアクトルコアの電磁気特性、すなわちインダクタンスを保証できる場合には、コア間のギャップ板の介在は不要となる。

コイル２は、銅製の導線と、導線の周囲に形成されたエナメル被膜等の絶縁被膜から構成されており、占積率の高い平角線が好適である。

冷却器７は、その内部に流路が形成され、冷媒が流路を還流することで伝熱されてきた熱をクーリングする。ここで、冷媒としては、ラジエータ等からのクーリング水やクーリングエアが適用できる。

ケース４はアルミニウムやその合金などから形成され、図１の断面において、底面４ａ、左右の側面４ｂ、４ｃと、上蓋４ｄから構成されており、図２で示すようにさらに側面４ｅ，４ｆを有している。

図１において、コイル２の外形は略矩形であり、その４つの外周面がそれぞれ、ケース４の底面４ａ、左右の側面４ｂ、４ｃ、および上蓋４ｄに対向している。

リアクトル１０では、これら４つのコイル２とケース４の対向箇所に放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配設されており、これら放熱シート５ａ等でコイル２（およびコア１）がケース４に固定されている。すなわち、図１０で示す従来のリアクトルＲＴのように、ステイＳを介したボルトＢによる締結にてコアＣｏおよびコイルＣｉがケースＣａに固定されるものではない。

ここで、放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、湿気硬化型、常温硬化型（1液タイプ、2液混合タイプのいずれであってもよい）であれば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等をベース樹脂とした材料から形成される。

ここで、シリコーン樹脂に関してさらに説明すると、このシリコーン樹脂（シリコーンポリマー）は、ケイ素と酸素が交互に結合してポリマーが形成されたシロキサン結合構造を主骨格としたものであるが、加硫剤等の添加剤の有無や種類によって、シート状のものやペースト状のもの、液状のものが存在しており、放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを形成するシリコーンとしてはシート状のシリコーンが使用できる。また、シリコーンポリマー自体の熱伝導率は0.16W/mKと小さいものの、これにシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーが混合されることで、この混合量（混合割合）に応じて高い放熱性を有するシリコーンとなることから、所望の放熱性を満足するように適宜のフィラーが含有された樹脂材料を使用するのが好ましい。

たとえば、熱伝導率λ≧0.5W/mK、絶縁性（体積固有抵抗）≧10¹²Ωcm、初期硬さ（デュロメータTypeA）≦50の物性を備えた放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを適用できる。

図１，２で示すリアクトル１０によれば、上蓋４ｄを備えたケース４内にコア１およびコイル２を収容し、コイル２の外周面とケース構成部材の間にそれぞれ放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを介在させたことにより、コイル２やコア１等の発熱源からの放熱ルートが下方の冷却器７側へのルートのみならず、上方へのルートや左右側方へのルートも確保され、放熱性能に優れたリアクトル１０となる。そして、リアクトル１０の上方部分の空気が熱せられることがなくなり、隣接部品に対する熱害も生じ得ない。さらに、放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを介してコイル２（およびコア１）がケース４に固定されていることから、リアクトル１０作動時の騒音や振動に対する抑制効果が高くなり、NV性能に優れたリアクトル１０となる。

次に、図３を参照してリアクトル１０の製造方法を概説する。

まず、図３（ａ）で示すように、上蓋４ｄが開放されたケース４のうち、底面４ａの内側と左右の側面４ｂ、４ｃの内側に放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃを貼り付け、ボビン３を介してコイル２を備えたコア１をケース４内に収容する（Ｘ１方向）。

次に、図３（ｂ）で示すようにコイル２の上面に放熱シート５ｄを貼り付けた後、上蓋４ｄを組み付けることで図１，２で示すリアクトル１０が製造される。なお、上蓋４ｄの内面に放熱シート５ｄを貼り付け、これをコイル２の上面に設置する方法であってもよい。

このように、図示するリアクトル１０では、コアやコイルをステイを介してケースにボルト締結して固定するものでないことから、ボルト締結用の孔をケースに設ける必要もないし、締結用のボルトも不要となる。そして、放熱シート５ａ，５ｂ，５ｃ、５ｄを所定の位置に貼り付け、コイル２をこれらに貼り付けるだけでケース４とコイル２（およびコア１）の固定がおこなわれることから、組み付けも極めて容易である。

（リアクトルの実施の形態２）
図４は本発明のリアクトルの実施の形態２の縦断面図である。図示するリアクトル１０Ａは、図１，２で示すリアクトル１０に対し、コア１の２つの端面とケース４の側面４ｅ，４ｆの間にも放熱シート５ｅ，５ｆを配設したものである。

すなわち、ケース４は上蓋４ｄを含めて六面体であるが、この六面全ての内面に放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが配設されている。

このようにケース４の六面全ての内面に放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆを配設し、これらを介してコア１やコイル２を固定したことにより、リアクトル１０Ａ作動時の騒音や振動に対する抑制効果は一層高くなり、より一層NV性能に優れたリアクトル１０Ａとなる。

（リアクトルの実施の形態３）
図５は本発明のリアクトルの実施の形態３の縦断面図である。図示するリアクトル１０Ｂは、図１，２で示すリアクトル１０に対し、ケース４内に封止樹脂材料をモールドして、放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ以外に封止樹脂体６を形成したものである。

ここで、封止樹脂体６も放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと同様、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等をベース樹脂とした材料から形成される。

また、このように、放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと封止樹脂体６が混在する形態では、放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの熱伝導率が封止樹脂体６の熱伝導率よりも高くなるように双方の材料を選定するのが好ましい。

リアクトル１０Ｂによれば、放熱シート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと封止樹脂体６がケース４内に配設されたことにより、より一層放熱性能に優れたリアクトル１０Ｂとなる。

また、図示を省略するが、リアクトル１０Ｂの製造過程において、ケース内に封止樹脂材料をモールドし、上蓋を閉塞した際に、封止樹脂材料の一部が上蓋と側面の間に漏れ出し、これが硬化することで上蓋の固定を図ることができる。すなわち、上蓋の固定に際してシール工程や接着工程などが不要となる。

（リアクトルの実施の形態４，５，６）
図６は本発明のリアクトルの実施の形態４の縦断面図である。図示するリアクトル１０Ｃは、ケース４内に環状のコア１に配設された２つのコイル２，２が内在するものである。

したがって、リアクトル１０Ｃでは、図６において左側のコイル２の左側側面とケース４の側面４ｂの間に放熱シート５ｂが介在し、右側のコイル２の右側側面とケース４の側面４ｃの間に放熱シート５ｃが介在し、さらに、各コイル２の上下面とケース４の上蓋４ｄ、底面４ａの間にそれぞれ、放熱シート５ｄ、５ａが介在している。

一方、図７は本発明のリアクトルの実施の形態５の縦断面図である。図示するリアクトル１０Ｄは、リアクトル１０Ｃに対し、さらに２つのコイル２，２間にも放熱シート５ｇが介在したものである。

さらに、図８は本発明のリアクトルの実施の形態６の縦断面図である。図示するリアクトル１０Ｅは、リアクトル１０Ｄに対し、ケース４内に封止樹脂体６が形成されたものである。

いずれのリアクトル１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいても、リアクトル１０，１０Ａ，１０Ｂと同様、放熱性能に優れ、NV性能に優れたリアクトルとなる。

（NV性能を検証した実験とその結果）
本発明者等はNV性能を検証した実験をおこなった。この実験では、図１，２で示す本発明のリアクトル（実施例であって、コイルの外周の４面がケースに固定された形態）と、図１０で示す従来のリアクトル（比較例であって、コアがステイを介してケースにボルト締結された形態）を製作し、双方のリアクトルを作動させて振動を測定した。

図９に実験結果を示す。ここで、図９においては、比較例の振動の最大値を100とし、実施例の振動の最大値はこの100に対する比率で示している。

比較例の100に対し、実施例は44となり、56%も振動低減が図られることが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…コア、２…コイル、３…ボビン、３ａ…ボルト、４…ケース、４ａ…底面、４ｂ、４ｃ、４ｅ，４ｆ…側面、４ｄ…上蓋、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ…放熱シート、６…封止樹脂体、７…冷却器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…リアクトル

Claims (1)

1. 底面と側面と上蓋とから構成されるケースと、
   ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、
   ケースを構成する底面、側面、上蓋とコイルの間にそれぞれ放熱シートが配設されているリアクトル。

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