JP2020053479A

JP2020053479A - リアクトル

Info

Publication number: JP2020053479A
Application number: JP2018179251A
Authority: JP
Inventors: 周治河村; Shuji Kawamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: JP7087880B2

Abstract

【課題】本明細書は、コイルとコアと冷却器を備えるリアクトルに関し、コイルの冷却性能を高める技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するリアクトルは、巻線が巻回されているコイルと、放熱シートと、冷却板を備えている。放熱シートは、コイルの側面に接している。冷却板は、放熱シートを挟んでコイルと対向しているとともに、コイルと対向している面の反対側の面に複数のフィンを備えている。それぞれのフィンは、コイルの巻線と平行になるように配置されているとともに、巻線と対向するように配置されている。本明細書が開示するリアクトルは、巻線に対向するようにフィンが設けられているため、巻線とフィンの間の距離が短くなる。それゆえ、巻線からフィンへ熱が伝わり易くなり、コイルの冷却効率が向上する。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、コイルと冷却板が放熱シートを挟んで対向しているリアクトルに関する。

コイルと冷却板が放熱シートを挟んで対向しているリアクトルが知られている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１のリアクトルでは、冷却板のコイル対向面とは反対側の面は、冷媒流路に面しており、その面にフィンが設けられている。特許文献２のリアクトルでは、冷却板のコイルに対向する面に、コイルの巻線に対向するように溝が設けられている。フィンや溝は、コイルに対する冷却効率を高めるために設けられている。

特開２０１７−１７４８８４号公報特開２０１５−２０１４９１号公報

本明細書は、従来よりもコイルの冷却効率のよいリアクトルを提供する。

本明細書が開示するリアクトルは、巻線が巻回されているコイルと、放熱シートと、冷却板を備えている。放熱シートは、コイルの側面に接している。冷却板は、放熱シートを挟んでコイルと対向しているとともに、コイルと対向している面の反対側の面に複数のフィンを備えている。それぞれのフィンは、コイルの巻線と平行になるように配置されているとともに、巻線と対向するように配置されている。本明細書が開示するリアクトルは、巻線に対向するようにフィンが設けられているため、巻線とフィンの間の距離が短くなる。それゆえ、巻線からフィンへ熱が伝わり易くなり、コイルの冷却効率が向上する。

本明細書が開示するリアクトルは、次の特徴を有しているとよい。冷却板のコイルと対向する面に、巻線に対向するように溝が設けられている。溝の表面と、その溝に対向する巻線の表面が略平行になっている。溝の表面と巻線が広い範囲に渡って狭い隙間で対向することで、巻線から溝への伝熱効率が高まる。

本明細書が開示するリアクトルは、さらに次の特徴を有しているとよい。ここで、コイルの巻線は１本であるが、説明の便宜上、ピッチ方向で隣り合う巻線を第１巻線、第２巻線と称する。第１巻線に対向するフィンを第１フィンと称し、第２巻線に対向するフィンを第２フィンと称する。コイルの軸線を通る断面において、軸線方向で第１巻線と当該第１巻線に対向する冷却板の表面との間隔が広がり始める境界点を始点としてコイル半径方向に対して４５度の傾きで第２フィンへ向かって延びる直線を第１直線と称する。第２巻線の第１巻線側の境界点（第２巻線と冷却板表面との間隔が広がり始める点）を始点としてコイル半径方向に対して４５度の傾きで第１フィンへ向かって延びる直線を第２直線と称する。第１直線と第２直線が冷却板の外側で交差するように構成されているとよい。

第１直線と第２直線が冷却板の外側で交差するという条件を満足すると、隣り合う巻線の熱が干渉し合って冷却板が局所的に高温になることが避けられる。上記条件の根拠は発明の詳細な説明にて述べる。

本明細書が開示するリアクトルでは、さらに、冷却板の溝の表面に微細な凹凸が設けられているとよい。微細な凹凸に放熱シートが入り込み、放熱シートから冷却板への伝熱効率がさらに向上する。

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。

コイル軸線に垂直な平面でカットしたリアクトルの断面図である。コイル軸線を含む平面でカットしたリアクトルの断面図である。図２の破線IIIの範囲の拡大図である。図３の破線IVの範囲の拡大図である。冷却板の第１変形例を示す拡大断面図である。冷却板の第２変形例を示す拡大断面図である。

図面を参照して実施例のリアクトル２を説明する。図１と図２に、リアクトル２の断面図を示す。図１は、コイル軸線ＣＬに垂直な平面でリアクトル２をカットした断面図である。図２は、コイル軸線ＣＬを含む平面でリアクトル２をカットした断面図である。リアクトル２は、例えばチョッパタイプの電圧コンバータで用いられる。大電流が流れるリアクトル２は、コイル３の発熱量が多いので、コイルを冷却する冷却器８を備えている。

リアクトル２は、コア１２と、コイル３と、冷却器８を備えている。コア１２は、磁性粉を樹脂で固めたものである。コア１２は、四角柱形状をなしている。コイル３は、巻線４を巻回したものである。コイル３の両端の引き出し線は図示を省略している。コア１２は、コイル３に挿通されている。四角柱形状のコア１２に巻回されたコイル３も、四角柱形状を有している。従ってコイル３は、４個の平坦な側面を有している。コイル３とコア１２のアセンブリは、下面を除いて樹脂カバー９で覆われている。アセンブリの下面、すなわち、コイル３の下側の側面に冷却器８が固定されている。樹脂カバー９はボルト９１で冷却器８に固定されている。

冷却器８の上板を冷却板５と称する。コイル３は、放熱シート７を挟んで冷却板５に対向している。放熱シート７は、例えば、絶縁性を有するとともに高い伝熱性を有するシリコンゴムで作られている。放熱シート７は、金属製のコイル３と冷却板５の間に挟まれており、両者の間の伝熱を助ける。

説明の便宜上、冷却板５のコイル３と対向している面をおもて面５ａと称し、その反対側の面を裏面５ｂと称する。冷却器８の内部は冷媒流路Ｃｈになっており、冷却板５の裏面５ｂは冷媒流路Ｃｈに面している。裏面５ｂには、薄板状の複数のフィン６が設けられている。板状のフィン６は、それらの長手方向がコイル軸線ＣＬと直交するように配置されている。別言すれば、複数のフィン６は、巻線４と平行になるように配置されている。また、それぞれのフィン６は、それぞれの巻線４と対向するように配置されている。別言すれば、隣り合うフィン６の間隔が巻線４のピッチ間隔と同じであり、巻線４の直下にフィン６が位置するように配置されている。巻線４の直下にフィン６を配置することで、巻線４とフィン６の距離が最短となり、巻線４（コイル３）からフィン６への伝熱効率が高まる。巻線４の直下にフィン６を設けることで、コイル３に対する冷却性能が向上する。

冷却板５のおもて面５ａと裏面５ｂのそれぞれには、溝が設けられているが、図１、図２では、溝の図示を省略している。図３と図４を参照しつつ、冷却板５に設けられた溝について説明する。図３は、図２の破線IIIの範囲の拡大図である。図３では、コア１２の図示は省略した。巻線４の断面は円形である。

冷却板５のおもて面５ａには複数の溝１３が設けられている。溝１３は、巻線４の延設方向、すなわち、コイル軸線ＣＬ（図２参照）と直交する方向（図中のＹ方向）に延びている。溝１３は、延設方向（図中のＹ方向）に直交する断面の形状が円弧状をなしており、その半径は、巻線４の断面の半径と略同じである。別言すれば、溝１３は、その表面が巻線４の表面と略平行となるように設けられている。それゆえ、溝幅Ｗにわたって溝１３の表面と巻線４が一定の距離ｄを保つことになる。溝１３の表面と巻線４の表面が溝幅Ｗにわたって短い距離ｄで対向するため、巻線４（コイル３）から冷却板５への伝熱効率が高くなる。なお、溝１３の表面と巻線４の間には放熱シート７が挟まれている。

冷却板５の裏面５ｂにも溝１４が設けられている。溝１４も、コイル軸線ＣＬ（図２参照）と直交する方向（図中のＹ方向）に延びている。溝１４の役割を、図４を参照して説明する。

図４は、図３の破線IVの範囲の拡大図である。図４では、理解を助けるために、放熱シート７は図示を省略した。コイル３は１本の巻線４で構成されているが、説明の便宜上、図の左側の巻線を第１巻線４ａと称し、図の右側の巻線を第２巻線４ｂと称する。第１巻線４ａと第２巻線４ｂは、コイル軸線ＣＬ（図１、図２参照）を含むとともにフィン６の延設方向と直交する平面でリアクトル２をカットした断面（図４）において、ピッチ方向で隣り合う巻線に相当する。第１巻線４ａと第２巻線４ｂを含む巻線全体を示す場合には巻線４と称する。

第１巻線４ａに対向する溝を第１溝１３ａと称し、第２巻線４ｂに対向する溝を第２溝１３ｂと称する。また、第１巻線４ａに対向するフィンを第１フィン６ａと称し、第２巻線４ｂに対向するフィンを第２フィン６ｂと称する。

図４の点Ｐａは、第１巻線４ａに対向する第１溝１３ａのピッチ方向（図中のＸ方向）の端に相当する。別言すれば、点Ｐａは、第１巻線４ａと、冷却板５のおもて面５ａとの距離が広がり始める境界点に相当する。点Ｐａを以下では境界点Ｐａと称する。点Ｐｂは、第２巻線４ｂに対向する第２溝１３ｂのピッチ方向（図中のＸ方向）の端に相当する。点Ｐｂは、第２巻線４ｂと、冷却板５のおもて面５ａとの距離が第１巻線４ａの側にて広がり始める境界点に相当する。点Ｐｂも以下では境界点Ｐｂと称する。

図４の直線Ｒａ（Ｒｂ）は、コイル３の半径方向の直線であって境界点Ｐａ（Ｐｂ）を通る直線である。図の第１直線Ｌａは、境界点Ｐａを通り、コイル半径方向（直線Ｒａ）に対して４５度の傾きで隣の第２フィン６ｂへ向かって延びる直線である。第２直線Ｌｂは、境界点Ｐｂを通り、コイル半径方向（直線Ｒｂ）に対して４５度の傾きで隣の第１フィン６ａへ向かって延びる直線である。溝１４を設けることによって、第１直線Ｌａと第２直線Ｌｂの交点Ｐｘが、冷却板５の外側に位置することになる。そのような条件が成立することで、巻線４（コイル３）から冷却板５への伝熱効率が向上する。以下、その理由を説明する。

コイル軸線ＣＬ（図２参照）を通る断面（図４）において、第１巻線４ａ（第２巻線４ｂ）の熱は、第１巻線４ａ（第２巻線４ｂ）から放射状に拡がる。先に述べたように、第１巻線４ａ（第２巻線４ｂ）の熱は、距離の近い第１溝１３ａ（第２溝１３ｂ）の表面によく伝達される。境界点Ｐａと境界点Ｐｂの間では、巻線４ａ、４ｂと冷却板５の距離が離れているので、この間では、比較的に熱が冷却板５に伝わり難い。境界点Ｐａ、Ｐｂでは、熱がよく伝わる方向は、図中のＺ方向に対して４５度の角度までである。

第１直線Ｌａよりも左側で第１巻線４ａから冷却板５に多くの熱が伝達される。第１直線Ｌａよりも右側では、第１巻線４ａから冷却板５へ伝達される熱量は比較的に少ない。同様に、第２直線Ｌｂよりも右側で第２巻線４ｂから冷却板５に多くの熱が伝達される。第２直線Ｌｂよりも左側では、第２巻線４ｂから冷却板５へ伝達される熱量は比較的に少ない。第１直線Ｌａ、第２直線Ｌｂに重ねられた太矢印線が、伝熱方向を示している。溝１４が設けられていない場合、第１直線Ｌａと第２直線Ｌｂの交点Ｐｘは、冷却板５の内部に位置する。その場合、第１巻線４ａから放射される熱と、第２巻線４ｂから放射される熱が交点Ｐｘの近傍で干渉しあう。その結果、冷却板５の内部の交点Ｐｘ近傍の温度が局所的に上昇する。第１フィン６ａ、第２フィン６ｂから離れた箇所で冷却板５の温度が局所的に上昇すると、第１フィン６ａ、第２フィン６ｂを通じた放熱の効率が低下する。逆に、第１直線Ｌａと第２直線Ｌｂの交点Ｐｘが冷却板５の外側に位置する場合、冷却板５の内部で第１巻線４ａからの熱と第２巻線４ｂからの熱の干渉が生じることがなく、冷却板５の局所的な昇温が抑制される。その結果、放熱効率の低下が生じない。以上のとおり、溝１４を設け、第１直線Ｌａと第２直線Ｌｂの交点Ｐｘが冷却板５の外部に位置する構造とすることで、巻線４（すなわちコイル３）の冷却効率が向上する。

（第１変形例）図５を参照して第１変形例の冷却板１０５を説明する。リアクトルの全体の構造は、実施例のリアクトル２と同じである。図５の断面は、図４の断面に対応する。ただし、図５では、放熱シート７も図示してある。冷却板１０５は、冷却板５と同様に、おもて面１０５ａに溝１３が設けられており、裏面１０５ｂに溝１４が設けられている。冷却板１０５の溝１３、１４は、実施例のリアクトル２の冷却板５の溝１３、１４と同じ効果を奏する。

冷却板５は、おもて面１０５ａに微細な凹凸１１５を有している。微細な凹凸のすきまに放熱シート７が入り込むことで、おもて面１０５ａと放熱シート７の接触面積が増大する。このことにより、放熱シート７から冷却板１０５への伝熱効率が高まる。

（第２変形例）図６を参照して第２変形例の冷却板２０５を説明する。リアクトルの全体の構造は、実施例のリアクトル２と同じである。図６の断面は、図３の断面に対応する。冷却板２０５は、冷却板５と同様に、おもて面２０５ａに溝１３が設けられており、裏面２０５ｂに溝２１４が設けられている。冷却板２０５の溝１３、２１４は、実施例のリアクトル２の冷却板５の溝１３、１４と同じ効果を奏する。

冷却板５は、裏面１０５ｂに複数のフィン２０６を有している。それぞれのフィン２０６は、巻線４に対向している。図６に示すように、フィン２０６の断面形状（フィン長手方向に直交する断面の形状）は、波型であり、フィン２０６の付け根と溝２１４の縁が滑らかに連続している。本明細書が開示するリアクトルの冷却板が有するフィンは、図６のように、断面が曲線で構成される形状であってもよい。

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：リアクトル
３：コイル
４、４ａ、４ｂ：巻線
５、１０５、２０５：冷却板
５ａ、１０５ａ、２０５ａ：おもて面
５ｂ、１０５ｂ、２０５ｂ：裏面
６、６ａ、６ｂ、２０６：フィン
７：放熱シート
８：冷却器
９：樹脂カバー
１２：コア
１３、１３ａ、１３ｂ、１４、２１４：溝
１１５：凹凸

Claims

巻線が巻回されているコイルと、
前記コイルの側面に接している放熱シートと、
前記放熱シートを挟んで前記コイルと対向しているとともに、前記コイルと対向している面の反対側に複数のフィンを備えている冷却板と、
を備えており、
それぞれの前記フィンは、前記巻線と平行となるように配置されているとともに、それぞれの前記巻線と対向するように配置されている、リアクトル。
前記冷却板の前記コイルと対向する面に、前記巻線に対向するように溝が設けられており、
前記溝の表面と前記巻線の表面が略平行になっている、請求項１に記載のリアクトル。
ピッチ方向で隣り合う第１巻線および第２巻線と、
前記第１巻線に対向している第１フィンと、
前記第２巻線に対向している第２フィンと、
を備えており、
前記コイルの軸線を通る断面において、前記軸線方向で前記第１巻線と当該第１巻線に対向する前記冷却板の表面との間隔が広がり始める境界点を始点として前記コイルの半径方向に対して４５度の傾きで前記第２フィンへ向かって延びる第１直線と、前記第２巻線の前記第１巻線側の前記境界点を始点として前記半径方向に対して４５度の傾きで前記第１フィンへ向かって延びる第２直線が前記冷却板の外側で交差する、請求項２に記載のリアクトル。
前記溝の表面に微細な凹凸が設けられている、請求項２又は３に記載のリアクトル。