JP2020088116A - Reactor unit - Google Patents

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出 増井
真吾 宮本
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Abstract

To make a reactor unit using a flatwise coil compact, while improving cooling efficiency of the flatwise coil.SOLUTION: A reactor unit 10 includes a reactor consisting of a core 110 and a flatwise coil 120, a cooler 200, and a heat transmission sheet 300. The cooler cools the reactor. The core has a rectangular annular shape having a pair of long sides and a pair of short sides. The flatwise coil is wound around one short side of the core. The cooler has a cooling surface 201 and a recess 205. The cooling surface is supporting an end face of the flatwise coil where the narrow faces of flat winding in the flatwise coil are lined up. The recess is formed in the cooling surface, and fitted to one long side part of the core. The heat transmission sheet is sandwiched between the end face of the flatwise coil and the cooling surface.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書は、リアクトルユニットに関する技術を開示する。 This specification discloses the technique regarding a reactor unit.

特許文献１には、リアクトルユニットに関し、リアクトルのエッジワイズコイルの外周面の一部を冷却器の凹部に収めることによって小型化を図る技術が開示されている。エッジワイズコイルは、平角巻線をその幅広面がコイル軸線方向を向くように巻回したコイルである。これに対して、フラットワイズコイルは、平角巻線をその幅広面がコイル半径方向を向くように巻回したコイルである（例えば特許文献２）。 Patent Document 1 discloses a technique for reducing the size of a reactor unit by accommodating a part of the outer peripheral surface of an edgewise coil of the reactor in a recess of a cooler. The edgewise coil is a coil in which a rectangular winding is wound such that its wide surface faces the coil axis direction. On the other hand, the flatwise coil is a coil in which a rectangular winding is wound such that its wide surface faces the coil radial direction (for example, Patent Document 2).

特開２００７−１２９１４６号公報JP 2007-129146 A 特開２０１６−１１５８７４号公報JP, 2016-115874, A

リアクトルユニットに対して更なる小型化を図るために、リアクトルを構成するコイルに、エッジワイズコイルより比較的に厚みを小さくできるフラットワイズコイルを用いることが考えられるものの、フラットワイズコイルを冷却することについて十分な検討がなされていなかった。 To further reduce the size of the reactor unit, it is conceivable to use a flatwise coil that can make the thickness relatively smaller than the edgewise coil as the coil that constitutes the reactor, but cool the flatwise coil. Was not sufficiently examined.

本明細書に開示する一形態は、リアクトルユニットである。このリアクトルユニットは、リアクトルと、冷却器と、伝熱層を備えている。冷却器は、リアクトルを冷却する。リアクトルは、コアとフラットワイズコイルを備えている。コアは、一対の長辺部と一対の短辺部とを有する矩形環状を成している。フラットワイズコイルは、コアの一方の短辺部に巻回されている。冷却器は、冷却面と凹部を備えている。冷却面は、フラットワイズコイルにおいて平角巻線の幅狭面が並んでいる端面を支持している。凹部は、冷却面に形成されており、コアの一方の長辺部に嵌合する。伝熱層は、フラットワイズコイルの端面と冷却面との間に挟まれている。 One form disclosed in this specification is a reactor unit. This reactor unit includes a reactor, a cooler, and a heat transfer layer. The cooler cools the reactor. The reactor has a core and a flatwise coil. The core has a rectangular ring shape having a pair of long side portions and a pair of short side portions. The flatwise coil is wound around one short side portion of the core. The cooler includes a cooling surface and a recess. The cooling surface supports the end surface of the flatwise coil where the narrow surfaces of the rectangular windings are arranged. The recess is formed on the cooling surface and fits into one long side of the core. The heat transfer layer is sandwiched between the end surface of the flatwise coil and the cooling surface.

上記形態のリアクトルユニットによれば、コアの長辺部が冷却器の凹部に嵌合することで、必然的にフラットワイズコイルの端面が冷却面と対向することになる。フラットワイズコイルとコアが密接に冷却器と組み合わされ、小型化が図れるとともに、フラットワイズコイルの端面と冷却器の冷却面の間の伝熱層が熱を効果的に冷却器に伝えることができる。 According to the reactor unit of the above aspect, the long side of the core fits into the recess of the cooler, so that the end face of the flatwise coil inevitably faces the cooling face. The flatwise coil and the core are closely combined with the cooler for downsizing, and the heat transfer layer between the end face of the flatwise coil and the cooling surface of the cooler can effectively transfer heat to the cooler. ..

第１実施例のリアクトルユニットの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the reactor unit of 1st Example. 図１のＦ２−Ｆ２断面において切断したリアクトルユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the reactor unit cut|disconnected in the F2-F2 cross section of FIG. 図２のＦ３−Ｆ３断面において切断したリアクトルユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the reactor unit cut|disconnected in the F3-F3 cross section of FIG. 第２実施例におけるリアクトルユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the reactor unit in 2nd Example. 第３実施例におけるリアクトルユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the reactor unit in 3rd Example.

（第１実施例）図１は、リアクトルユニット１０の構成を示す平面図である。図２は、図１のＦ２−Ｆ２断面において切断したリアクトルユニット１０の構成を示す断面図である。図３は、図２のＦ３−Ｆ３断面において切断したリアクトルユニット１０の構成を示す断面図である。リアクトルユニット１０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。典型的にはリアクトルユニット１０は、電気自動車において電源電力の電圧を走行用のモータの駆動電圧まで昇圧する昇圧コンバータで用いられる。電気自動車で用いられるリアクトルユニット１０は、電流容量が大きく、大型で発熱量が多い。それゆえ、リアクトルユニット１０は、冷却器２００を伴っている。リアクトルユニット１０は、リアクトル１００と、冷却器２００と、伝熱シート３００を備えている。リアクトル１００は、コア１１０と、フラットワイズコイル１２０を備えている。 (First Embodiment) FIG. 1 is a plan view showing the structure of a reactor unit 10. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the reactor unit 10 taken along the line F2-F2 in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor unit 10 taken along the line F3-F3 in FIG. The reactor unit 10 is used, for example, in a chopper type voltage converter. Typically, reactor unit 10 is used in a boost converter that boosts the voltage of power supply to the drive voltage of a running motor in an electric vehicle. The reactor unit 10 used in an electric vehicle has a large current capacity, a large size, and a large amount of heat generation. Therefore, the reactor unit 10 is accompanied by the cooler 200. The reactor unit 10 includes a reactor 100, a cooler 200, and a heat transfer sheet 300. The reactor 100 includes a core 110 and a flatwise coil 120.

リアクトル１００のコア１１０は、一対の長辺部１１３、１１４と一対の短辺部１１１、１１２を有している矩形環状を成している。短辺部１１１は、短辺部１１２に向かい合う部位である。短辺部１１２の中央には、間隙ＧＰが形成されている。長辺部１１３は、長辺部１１４に向かい合う部位である。長辺部１１４の内周面１１５は、長辺部１１３に対向する面である。図２に示すように、内周面１１５は、伝熱シート３００を介してフラットワイズコイル１２０を支持している。 The core 110 of the reactor 100 has a rectangular ring shape having a pair of long side portions 113 and 114 and a pair of short side portions 111 and 112. The short side portion 111 is a portion facing the short side portion 112. A gap GP is formed in the center of the short side portion 112. The long side portion 113 is a portion facing the long side portion 114. The inner peripheral surface 115 of the long side portion 114 is a surface facing the long side portion 113. As shown in FIG. 2, the inner peripheral surface 115 supports the flatwise coil 120 via the heat transfer sheet 300.

リアクトル１００のフラットワイズコイル１２０は、平角巻線をその幅広面がコイル半径方向を向くように巻回したコイルである。別言すれば、フラットワイズコイル１２０は、平角線の矩形断面の長辺がピッチごとに隣り合うように巻回されたコイルである。フラットワイズコイル１２０は、コア１１０における短辺部１１２を中心に巻回されている。フラットワイズコイル１２０は、平角巻線の両端にそれぞれ端子を有しているが、端子の図示は省略している。 The flatwise coil 120 of the reactor 100 is a coil in which a rectangular winding is wound such that its wide surface faces the coil radial direction. In other words, the flatwise coil 120 is a coil wound such that the long sides of the rectangular cross section of the rectangular wire are adjacent to each other at each pitch. The flatwise coil 120 is wound around the short side portion 112 of the core 110. The flatwise coil 120 has terminals at both ends of the rectangular winding, but the terminals are not shown.

フラットワイズコイル１２０は、内周面１２１と、外周面１２２と、端面１２３、１２４を有している。内周面１２１は、フラットワイズコイル１２０における内周側の面である。第１実施例のリアクトルユニット１００では、内周面１２１は露出している。後述する第２、第３実施例のリアクトルユニットでは、コイルの内側空間が樹脂やポッティング材で満たされている。 The flatwise coil 120 has an inner peripheral surface 121, an outer peripheral surface 122, and end surfaces 123 and 124. The inner peripheral surface 121 is a surface on the inner peripheral side of the flatwise coil 120. In the reactor unit 100 of the first embodiment, the inner peripheral surface 121 is exposed. In the reactor units of the second and third embodiments described later, the inner space of the coil is filled with resin or potting material.

内周面１２１は、コア１１０との間に空隙を形成する。外周面１２２は、フラットワイズコイル１２０における最外周側の面である。外周面１２２も露出している。端面１２３は、フラットワイズコイル１２０において平角巻線の幅狭面が並んでいる面である。端面１２３も外部に露出している。端面１２４は、フラットワイズコイル１２０において平角巻線の幅狭面が並んでいる面であり、端面１２３の反対側に位置する。端面１２３は、伝熱シート３００に密着している。 The inner peripheral surface 121 forms a space between itself and the core 110. The outer peripheral surface 122 is the outermost peripheral surface of the flatwise coil 120. The outer peripheral surface 122 is also exposed. The end surface 123 is a surface on which the narrow surfaces of the rectangular windings are arranged in the flatwise coil 120. The end face 123 is also exposed to the outside. The end face 124 is a face on which the narrow faces of the rectangular windings are arranged in the flatwise coil 120 and is located on the opposite side of the end face 123. The end surface 123 is in close contact with the heat transfer sheet 300.

冷却器２００は、リアクトル１００から伝わる熱を吸収することによってリアクトル１００を冷却する。冷却器２００は、冷却面２０１と、冷却フィン２０２と、凹部２０５を備えている。冷却面２０１は、伝熱シート３００を介してフラットワイズコイル１２０の端面１２４を支持する平面である。 Cooler 200 cools reactor 100 by absorbing heat transmitted from reactor 100. The cooler 200 includes a cooling surface 201, a cooling fin 202, and a recess 205. The cooling surface 201 is a flat surface that supports the end surface 124 of the flatwise coil 120 via the heat transfer sheet 300.

冷却フィン２０２は、冷却面２０１の裏側に形成された凸条である。凹部２０５は、冷却面２０１に形成された窪みである。凹部２０５は、コア１１０の長辺部１１４に嵌合する。より詳しくは、長辺部１１４は、そのコイル軸線方向を向く面が凹部２０５の底面と対向するように嵌合する。長辺部１１４が凹部２０５に嵌合した状態において、長辺部１１４の内周面１１５は、冷却面２０１と同じ高さに位置する。 The cooling fin 202 is a ridge formed on the back side of the cooling surface 201. The recess 205 is a recess formed on the cooling surface 201. The concave portion 205 fits into the long side portion 114 of the core 110. More specifically, the long side portion 114 is fitted such that its surface facing the coil axis direction faces the bottom surface of the recess 205. When the long side portion 114 is fitted in the recess 205, the inner peripheral surface 115 of the long side portion 114 is located at the same height as the cooling surface 201.

伝熱シート３００は、フラットワイズコイル１２０の端面１２４と冷却器２００の冷却面２０１との間に挟まれている。伝熱シート３００は、フラットワイズコイル１２０の端面１２４および冷却器２００の冷却面２０１に密着している。伝熱シート３００の材質は、シリコン系樹脂である。伝熱シート３００の熱伝達率は、２．０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。 The heat transfer sheet 300 is sandwiched between the end surface 124 of the flatwise coil 120 and the cooling surface 201 of the cooler 200. The heat transfer sheet 300 is in close contact with the end surface 124 of the flatwise coil 120 and the cooling surface 201 of the cooler 200. The material of the heat transfer sheet 300 is silicon resin. The heat transfer coefficient of the heat transfer sheet 300 is preferably 2.0 W/mK or more.

以上説明したリアクトルユニット１０の特徴を述べる。リアクトル１００のフラットワイズコイル１２０は、コア１１０の短辺部１１２に巻回されている。コア１１０の長辺部１１４が冷却器２００の凹部２０５に嵌合している。この構造によって、フラットワイズコイル１２０の端面１２４が冷却面２０１に密着し、小型化が図れる。また、フラットワイズコイル１２０の端面１２４において冷却器２００の冷却面２０１へと熱を伝える表面積を伝熱シート３００が拡張するためフラットワイズコイル１２０を冷却する効率を向上させることができる。 The features of the reactor unit 10 described above will be described. The flatwise coil 120 of the reactor 100 is wound around the short side portion 112 of the core 110. The long side 114 of the core 110 is fitted in the recess 205 of the cooler 200. With this structure, the end surface 124 of the flatwise coil 120 is in close contact with the cooling surface 201, and the size can be reduced. Further, since the heat transfer sheet 300 expands the surface area of the end face 124 of the flatwise coil 120 that transfers heat to the cooling surface 201 of the cooler 200, the efficiency of cooling the flatwise coil 120 can be improved.

（第２実施例）図４は、第２実施例におけるリアクトルユニット１０Ｂの構成を示す断面図である。図４の断面図は、第１実施例における図２の断面図に対応する。第２実施例のリアクトルユニット１０Ｂは、樹脂４００を備える点を除き、第１実施例のリアクトルユニット１０と同様である。 (Second Embodiment) FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a reactor unit 10B in the second embodiment. The sectional view of FIG. 4 corresponds to the sectional view of FIG. 2 in the first embodiment. The reactor unit 10B according to the second embodiment is similar to the reactor unit 10 according to the first embodiment except that the reactor unit 10B includes the resin 400.

リアクトルユニット１０Ｂの樹脂４００は、コア１１０およびフラットワイズコイル１２０の周りに射出成形によって形成されている。樹脂４００の材料は、非磁性で高耐熱性を有する熱可塑性樹脂（例えば、ポリフェニレンサルファルド（ＰＰＳ）など）である。樹脂４００は、コア１１０の長辺部１１３の全域と、短辺部１１１における長辺部１１３側の部分と、短辺部１１２における間隙ＧＰを含む長辺部１１３側の部分とを覆っている。樹脂４００は、フラットワイズコイル１２０の端面１２３の全域と、フラットワイズコイル１２０の内周面１２１および外周面１２２のほぼ全域とを覆っている。樹脂４００は、コア１１０とフラットワイズコイル１２０との隙間に充填されている。 The resin 400 of the reactor unit 10B is formed around the core 110 and the flatwise coil 120 by injection molding. The material of the resin 400 is a non-magnetic thermoplastic resin having high heat resistance (for example, polyphenylene sulphalde (PPS) or the like). The resin 400 covers the entire long side portion 113 of the core 110, the portion of the short side portion 111 on the long side portion 113 side, and the portion of the short side portion 112 on the long side portion 113 side including the gap GP. .. The resin 400 covers the entire area of the end surface 123 of the flatwise coil 120, and almost the entire area of the inner peripheral surface 121 and the outer peripheral surface 122 of the flatwise coil 120. The resin 400 is filled in the gap between the core 110 and the flatwise coil 120.

以上説明したリアクトルユニット１０Ｂによれば、樹脂４００がリアクトル１００を覆う形態であっても、第１実施形態と同様に、小型化を図ることができるとともに、フラットワイズコイル１２０を冷却する効率を向上させることができる。 According to the reactor unit 10B described above, even when the resin 400 covers the reactor 100, the size can be reduced and the efficiency of cooling the flatwise coil 120 can be improved as in the first embodiment. Can be made

（第３実施例）図５は、第３実施例におけるリアクトルユニット１０Ｃの構成を示す断面図である。図５の断面図は、第１実施例における図２の断面図に対応する。第３実施例のリアクトルユニット１０Ｃは、冷却器２００に代えて冷却器２００Ｃを備える点、ならびに、ポッティング材５００を備える点を除き、第１実施例のリアクトルユニット１０と同様である。 (Third Embodiment) FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a reactor unit 10C in the third embodiment. The sectional view of FIG. 5 corresponds to the sectional view of FIG. 2 in the first embodiment. The reactor unit 10C of the third embodiment is the same as the reactor unit 10 of the first embodiment except that it includes a cooler 200C instead of the cooler 200 and a potting material 500.

リアクトルユニット１０Ｃの冷却器２００Ｃは、平面２０６と、凹部２０７とを有する点を除き、第１実施例の冷却器２００と同様である。平面２０６は、リアクトル１００を囲む面である。平面２０６は、フラットワイズコイル１２０の端面１２３と同じ高さに位置する。凹部２０７は、平面２０６に形成された窪みである。冷却面２０１は、凹部２０７の底面に相当する。 The cooler 200C of the reactor unit 10C is the same as the cooler 200 of the first embodiment except that it has a flat surface 206 and a recess 207. The flat surface 206 is a surface that surrounds the reactor 100. The flat surface 206 is located at the same height as the end surface 123 of the flatwise coil 120. The recess 207 is a recess formed in the flat surface 206. The cooling surface 201 corresponds to the bottom surface of the recess 207.

ポッティング材５００は、冷却器２００Ｃの凹部２０７に充填された樹脂である。ポッティング材５００は、冷却器２００Ｃの平面２０６の高さまで充填されている。ポッティング材５００は、コア１１０の間隙ＧＰにも充填されている。ポッティング材５００は、フラットワイズコイル１２０の内周面１２１、外周面１２２、端面１２４を覆っている。ポッティング材５００は、フラットワイズコイル１２０の端面１２４と冷却器２００の冷却面２０１との間にも充填されている。端面１２４と冷却面２０１との間に充填されているポッティング材５００は、第１実施例の伝熱シート３００と同じ機能を有している。 The potting material 500 is a resin filled in the recess 207 of the cooler 200C. The potting material 500 is filled up to the height of the plane 206 of the cooler 200C. The potting material 500 is also filled in the gap GP of the core 110. The potting material 500 covers the inner peripheral surface 121, the outer peripheral surface 122, and the end surface 124 of the flatwise coil 120. The potting material 500 is also filled between the end surface 124 of the flatwise coil 120 and the cooling surface 201 of the cooler 200. The potting material 500 filled between the end surface 124 and the cooling surface 201 has the same function as the heat transfer sheet 300 of the first embodiment.

以上説明したリアクトルユニット１０Ｃによれば、第１実施例と同様に小型化を図ることができる。また、フラットワイズコイル１２０の内周面１２１、外周面１２２および端面１２４において冷却器２００の冷却面２０１へと熱を伝える表面積をポッティング材５００によって拡張できるためフラットワイズコイル１２０を冷却する効率を向上させることができる。 According to the reactor unit 10C described above, size reduction can be achieved as in the first embodiment. In addition, since the surface area of the flatwise coil 120 that transmits heat to the cooling surface 201 of the cooler 200 can be expanded by the potting material 500 on the inner peripheral surface 121, the outer peripheral surface 122, and the end surface 124, the efficiency of cooling the flatwise coil 120 is improved. Can be made

第１、第２実施例の伝熱シート３００と、第３実施例において端面１２４と冷却面２０１との間に充填されているポッティング材５００が伝熱層に相当する。 The heat transfer sheet 300 of the first and second examples and the potting material 500 filled between the end surface 124 and the cooling surface 201 in the third example correspond to the heat transfer layer.

以上、実施形態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、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面において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、出願時の請求項に記載した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おいて説明した技術は、複数の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。 The embodiments 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 above-described embodiment. Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique described in the present specification or the drawings achieves a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes has technical utility.

１０、１０Ｂ、１０Ｃ：リアクトルユニット
１００：リアクトル
１１０：コア
１１１、１１２：短辺部
１１３、１１４：長辺部
１１５、１２１：内周面
１２０：フラットワイズコイル
１２２：外周面
１２３、１２４：端面
２００、２００Ｃ：冷却器
２０１：冷却面
２０２：冷却フィン
２０５、２０７：凹部
２０６：平面
３００：伝熱シート
４００：樹脂
５００：ポッティング材
ＧＰ：間隙 10, 10B, 10C: Reactor unit 100: Reactor 110: Core 111, 112: Short side part 113, 114: Long side part 115, 121: Inner peripheral surface 120: Flatwise coil 122: Outer peripheral surface 123, 124: End surface 200 , 200C: Cooler 201: Cooling surface 202: Cooling fin 205, 207: Recess 206: Flat surface 300: Heat transfer sheet 400: Resin 500: Potting material GP: Gap

Claims (1)

リアクトルと、
前記リアクトルを冷却する冷却器と、
伝熱層と、
を備えており、
前記リアクトルは、
一対の長辺部と一対の短辺部とを有している矩形環状を成すコアと、
前記コアの一方の前記短辺部に巻回されているフラットワイズコイルと、
を備えており、
前記冷却器は、
前記フラットワイズコイルにおける平角巻線の幅狭面が並んでいる端面を支持している冷却面と、
前記冷却面に形成されており、前記コアの一方の前記長辺部に嵌合する凹部と、
を備えており、
前記伝熱層は、前記フラットワイズコイルの前記端面と前記冷却面とに挟まれている、リアクトルユニット。 Reactor,
A cooler for cooling the reactor,
A heat transfer layer,
Is equipped with
The reactor is
A core having a rectangular ring shape having a pair of long side portions and a pair of short side portions,
A flatwise coil wound around the one short side of the core;
Is equipped with
The cooler is
A cooling surface supporting an end surface where the narrow surfaces of the rectangular windings in the flatwise coil are arranged,
A recess that is formed on the cooling surface and that fits into one of the long sides of the core,
Is equipped with
The reactor unit, wherein the heat transfer layer is sandwiched between the end surface of the flatwise coil and the cooling surface.
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