JP2021019074A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を改善することができるリアクトルを提供する。【解決手段】コア２１とコイル２２とを有するリアクトル本体２と、リアクトル本体２が固定されているケース３と、を備えたリアクトル１であって、ケース３には、少なくともコイル２２の露出した部分を収容する収容凹部３１が形成されている。リアクトル本体２は、収容凹部３１の周縁部に向かって延在したフランジ部２４をさらに備える。フランジ部２４は、収容凹部３１を封止するように、ケース３に固定されている。収容凹部３１は、露出した部分に接触する冷媒が流れる冷却流路となっており、少なくともコイル２２は、フランジ部２４を介して、冷却流路内において宙吊り状態でケース３に固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトルに関する。

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行う回路部品としてリアクトルが適用されている。

このようなリアクトルの例として、例えば、特許文献１には、コアと、コイルと、コアを、封止樹脂体を介して支持する支持ケースと、支持ケースの下方に配設されたケースと、を備えたリアクトルが開示されている。このリアクトルでは、ケースに冷却流路が形成されており、コアおよびコイルは、冷却流路を流れる冷媒に直接的に接触するように、ケース内に配置されている。

特開２０１７−０３７８８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリアクトルでは、コアおよびコイルを安定した状態で固定するため、コイルを下方からケースで支持しつつ、このケースの支持部分に間隔を空けて複数の冷却流路が形成されている。これにより、ケースの支持部分に接触しているコイルの部分は、冷却流路を流れる冷媒に直接接触しないため、直接冷媒に接触しているコイルの部分に比べて、冷却効率は十分ではない。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、コイルを含むリアクトル本体の冷却効率をより高めることができるリアクトルを提供する。

前記課題を鑑みて、本発明に係るリアクトルは、コアとコイルとを有するリアクトル本体と、前記リアクトル本体が固定されているケースと、を備えたリアクトルであって、前記ケースには、少なくとも前記コイルの露出した部分を収容する収容凹部が形成されており、前記リアクトル本体は、前記収容凹部の周縁部に向かって延在したフランジ部をさらに備え、前記フランジ部が前記収容凹部を封止するように、前記ケースに固定されており、前記収容凹部は、前記露出した部分に接触する冷媒が流れる冷却流路となっており、少なくとも前記コイルは、前記フランジ部を介して、前記冷却流路内において宙吊り状態で前記ケースに固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、少なくともコイルは、フランジ部を介して、冷却流路内において宙吊り状態でケースに固定されている。このため、ケースにコイルを支える支持部分を設けた場合に比べて、コイルが冷媒に接触する接触面積を増加することができ、コイルを含むリアクトル本体の冷却効率を高めることができる。

本実施形態に係るリアクトルの模式的斜視図である。 （ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図であり、（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るリアクトルのフランジ部とケースとの接合構造の他の例を示す図２（ｂ）に対応する模式的断面図である。 本実施形態に係るリアクトルの製造方法を説明する模式的概念図である。 本実施形態の変形例に係るリアクトルを説明する図であって、（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図であり、（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 従来のリアクトルに係る実施形態の模式的断面図である。 従来のリアクトルに係る実施形態の他の例を示す模式的断面図である。

＜本実施形態＞
以下に、図１〜図３を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るリアクトル１の模式的斜視図である。なお、図１には、冷却流路を流れる冷媒Ｒを省略している。図２（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、本実施形態に係るリアクトル１のフランジ部２４とケース３との接合構造の他の例を示す模式的断面図である。

図１、および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のリアクトル１は、リアクトル本体２と、リアクトル本体２が収容され、固定されているケース３と、を少なくとも備えている。本実施形態では、ケース３そのものがリアクトル１の冷却器の機能を有しており、本願の図面では、ケース３のうち、リアクトル本体２と接触するケース３の底部のみを部分的に示している。リアクトル本体２は、コア２１と、コア２１に巻回されたコイル２２とを少なくとも備えている。コア２１の周囲には、絶縁性のボビン２５が配置されており、ボビン２５を介して、コイル２２がコア２１の周囲に配設されている。

コア２１は、Ｕ型コアやＩ型コアが、必要に応じてギャップ板（不図示の）を介して、略環状に構成されたものであり、バインダとなる樹脂と軟磁性粉末等から形成される。ここで、コア２１を構成する軟磁性粉末の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を挙げることができる。特に、その材料としては、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、フェライト等であることが好ましい。

一方、コア２１を構成するバインダとなる樹脂は、熱硬化性樹脂または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、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、中でも、耐熱性を有している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、ポリイミド樹脂が好ましい。

コイル２２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。なお、コイル２２は冷媒Ｒに接することから、その絶縁被膜は耐溶剤性を有しているのが好ましく、例えば、ポリアミドイミド、ポリイミド、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、フッ素樹脂等から形成されるのがよい。

本実施形態では、図１、および図２（ａ）、（ｂ）に示す如く、リアクトル本体２は、コア２１とコイル２２とが一体化するように形成された樹脂成形体２３をさらに備えている。樹脂成形体２３は、コア２１とコイル２２とを１つの部品として、ケース３に固定するための部材であり、コアおよびコイル２２を保護するための部材である。

本実施形態では、樹脂成形体２３は、図２（ａ）、（ｂ）の如く、コア２１に巻回したコイル２２のうちケース３側のコイル２２の部分以外のコイル２２およびコア２１を覆う被覆部２７が形成されている。これにより、リアクトル本体２には、ケース３側にコイル２２の露出した部分Ｅが形成されている。なお、本実施形態では、ケース３側のコイル２２の部分以外のコイル２２が、樹脂成形体２３の樹脂で覆われているが、これ以外の部分が露出していてもよい。

樹脂成形体２３の材料としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を挙げることができる。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、またはシリコーン樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、または液晶ポリマー等から選ばれる汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、またはスーパーエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。中でも、耐熱性の観点から、エンジニアリングプラスチック、またはスーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。また、上記に列挙した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の２種類以上を含むブレンド材やアロイ材でもよい。

樹脂成形体２３を多色成形する場合には、上記に列挙した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の２種類以上を選択することができる。また、製品の必要な性能に応じて、上記に列挙した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂にガラス繊維等の無機フィラーを混合させてもよい。本実施形態では、樹脂成形体２３の材料としては、成形の容易さを考慮して、熱可塑性樹脂が好ましい。

本実施形態では、さらに、リアクトル本体２は、収容凹部３１の周縁部３１Ａに向かって延在したフランジ部２４を備えている。図２（ａ）、（ｂ）の如く、フランジ部２４は、コア２１とコイル２２とを覆う被覆部２７のケース３側の端部から鍔状に延在している。このようなフランジ部２４を備えたリアクトル本体２では、コイル２２の露出した部分Ｅが、フランジ部２４の周縁部３１Ａとの対向面２４Ａからケース３に向かって突出している。

本実施形態では、フランジ部２４は、樹脂製であり、コア２１とコイル２２とを覆う被覆部２７に一体的に成形されている。このように構成することにより、フランジ部２４の成形を容易にすることができるとともに、フランジ部２４と、強度を確保することができる。なお、本実施形態では、樹脂成形体２３は、被覆部２７とフランジ部２４とを一体的に成形したものである。しかしながら、たとえば、樹脂成形体２３を被覆部のみで構成し、この樹脂成形体２３にフランジ部に相当するプレート材を接合してもよい。

被覆部２７と一体的に成形される場合には、フランジ部２４の材料は、上述した樹脂成形体２３と同様の材料である。また、フランジ部２４を、被覆部２７に接合する場合には、フランジ部２４は、上述した被覆部２７の樹脂の他に、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属材料、または、セラミックスなどであってもよい。

ケース３には、少なくともコイル２２の露出した部分Ｅを収容する収容凹部３１が形成されている。収容凹部３１は、露出した部分Ｅに接触する冷媒Ｒが流れる冷却流路となっている。具体的には、収容凹部３１には、冷媒Ｒを循環させるべく、冷媒Ｒの供給口（図示せず）と排出口（図示せず）とが形成されている。ケース３の材料としては、アルミニウムやその合金等の金属を挙げることができる。また、冷媒Ｒとしては、ラジエータ等からの冷却水や冷却した空気を挙げることができる。

本実施形態では、フランジ部２４が収容凹部３１を封止するように、ケース３に固定されている。本実施形態では、この封止の構造を実現するために、収容凹部３１を周回するように周縁部３１ＡにＯリング（封止部材）４１が配置されており、Ｏリング４１が、フランジ部２４の表面のうちケース３に対向する対向面２４Ａに押し潰されている。本実施形態では、フランジ部２４を周縁部３１Ａに配置した状態で、ボルト４２を締め込むことにより、Ｏリング４１が押し潰される。このようにして、ケース３の収容凹部３１は、リアクトル本体２により密閉状態となる。

ケース３の収容凹部３１の封止構造は、フランジ部２４とケース３とにより、収容凹部３１の密閉性が確保されるのであれば、上述した構造に限定されない。例えば、Ｏリング４１およびボルト４２の代わりに、図３（ａ）に示すように、フランジ部２４に爪部４３を形成し、リアクトル１の周縁部３１Ａに、爪部４３を係止してもよい。

この結果、コア２１およびコイル２２の加熱および冷却に起因してフランジ部２４が伸縮しても、爪部４３の基端部がこの収縮に追従しつつ、爪部４３のアンカー効果により、フランジ部２４がケース３から外れることを防止することができる。

または、図３（ｂ）に示すリアクトル１の如く、接着剤４４を用いた接合構造でもよい。この場合には、上述のＯリングと同様に、収容凹部３１を周回するように周縁部３１Ａに配置された接着剤４４を介して、周縁部３１Ａとフランジ部２４の対向面２４Ａとが接着している。接着剤４４の材料としては、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂等から選ぶことができる。接着性を向上するために、周縁部３１Ａの表面やフランジ部２４の対向面２４Ａを粗化してもよい。

または、図には示していないが、周縁部３１Ａおよびフランジ部２４の接合部分を熱、超音波、レーザー等で溶着して、周縁部３１Ａおよびフランジ部２４を一体化してもよい。

このように、フランジ部２４が、ケース３に固定されることで、少なくともコイル２２は、フランジ部２４を介して、冷却流路（収容凹部３１）内において宙吊り状態でケース３に固定されている。これにより、図２（ａ）、（ｂ）の如く、フランジ部２４の対向面２４Ａからケース３に向かって突出したコイル２２の露出した部分Ｅは冷媒Ｒに直接接触することができる。

本実施形態によれば、フランジ部２４の固定により、コア２１およびコイル２２がケース３に直接的に固定されていない。そのため、コア２１およびコイル２２の加熱および冷却に起因したケース３の膨張および収縮を抑制することができる結果、ケース３と露出した部分Ｅとの間に隙間が発生することを防止することができる。この結果、この隙間に冷媒以外の空気などが入り込むことがなく、熱伝導性の低下を防止することができる。

ここで、図６および図７を参照して、従来のリアクトルについて説明する。なお、本実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

まず、図６に示す従来のリアクトル８０の場合には、コイル２２が巻回したコア２１が封止樹脂体８２を介して支持ケース８１に固定され、コア２１およびコイル２２が、支持ケース８１の下方に配設された冷却器８３で冷却されている。詳細には、支持ケース８１の底面に設けられた開口８４を介して、コア２１およびコイル２２を、冷却器８３に配置された複数の冷却流路８５を流れる冷媒Ｒに直接接触させて冷却している。

このリアクトル８０では、コア２１およびコイル２２を安定して固定するために、冷却器８３にコア２１およびコイル２２を載置した後、その周りに支持ケース８１を配置し、支持ケース８１とコア２１との間に、樹脂を封止し、封止樹脂体８２を成形する。この際、コア２１およびコイル２２の安定した載置状態を確保するために、冷却器８３には、支持部分８６を形成し、この支持部分８６に、冷却流路８５を形成している。

これに対して、本実施形態では、上述したように、少なくともコイル２２は、フランジ部２４を介して、冷却流路内において宙吊り状態でケース３に固定されている。これにより、従来のリアクトル８０の支持部分８６が不要となり、従来のリアクトル８０と比べて、少なくともコイル２２と冷媒Ｒとの接触面積を増加させることができ、リアクトルの冷却効率を高めることができる。

また、本実施形態では、支持部分８６が不要となることから、ケース３は、リアクトル８０の冷却器８３のような複雑な形状を採用する必要がない。特に、コイル２２の曲げ加工により、ケース３に向かって突出しているコイル２２の突出長さにバラつきが発生しやすいため、ケース３に支持部分８６がないことは利点である。

次に、図７（ａ）、（ｂ）に示す従来のリアクトル９０の場合には、コイル２２が巻回されたコア２１は、固定部材９３でアルミケース９１に固定されている。図７（ａ）に示す如く、リアクトル９０では、コア２１およびコイル２２は、アルミケース９１内に充填された放熱材９２を介してアルミケース９１の下面を流れる冷媒Ｒにコア２１およびコイル２２の熱が伝達されることで、冷却される。

しかし、コア２１およびコイル２２の加熱および冷却により、これらの膨張および収縮が繰り返される。コイル２２の収縮の際に、放熱材９２がコイル２２に引っ張られ、図７（ｂ）の如く、アルミケース９１の底面から放熱材９２が剥離してしまうことがある。この剥離により、コア２１およびコイル２２に発生した熱が冷媒Ｒまで伝達し難くなる。

これに対して、本実施形態では、上述したように、少なくともコイル２２は冷却流路内で宙吊り状態なので、コイル２２の露出した部分Ｅは、コイル２２で発生した熱を、冷媒Ｒに直接伝導することができる。このため、従来のリアクトル９０のような放熱材９２は不要となり、コストを低減することができ、コア２１およびコイル２２の膨張および収縮が繰り返されても熱伝導性を確保することができる。

図４を参照して、本実施形態のリアクトル１の製造方法（組み付け方法）を説明する。本実施形態に係るリアクトル１の製造方法では、まず、図４（ａ）の上側に示すリアクトル本体２と、図４（ａ）の下側に示すケース３とを準備する。ここでは、樹脂成形体２３とフランジ部２４とを、射出成形により一体成形したリアクトル本体２を準備する。準備したリアクトル本体２では、コイル２２の露出した部分Ｅがフランジ部２４の対向面２４Ａから突出するように、コア２１とコイル２２とを樹脂成形体２３で一体化している。一方、準備したケース３には、収容凹部３１の周縁部３１Ａに収容凹部３１を囲むようにＯリングが配置されている。

次に、準備したリアクトル本体２とケース３とを組付ける。具体的には、フランジ部２４の対向面２４Ａと、収容凹部３１の周縁部３１Ａの表面とが重なるように位置合わせをして、リアクトル本体２とケース３とを組付ける。

次に、図４（ｂ）に示すように、リアクトル本体２とケース３とを接合する。具体的には、フランジ部２４の対向面２４ＡにＯリング４１を接触させ、フランジ部２４の対向面２４Ａと収容凹部３１の周縁部３１Ａと対向させる。この際、Ｏリング４１はリアクトル本体２により、完全に押し潰されていない。この状態で、図１および図２（ａ）（ｂ）に示すように、複数のボルト４２を締め込み、Ｏリング４１を介して、フランジ部２４により、収容凹部３１を封止する。締結後、図２に示す如く、収容凹部３１に、冷媒Ｒを供給する。

＜本実施形態の変形例＞
図５を参照して、本実施形態の変形例に係るリアクトル１について説明する。図５は、本実施形態の変形例に係るリアクトル１を説明する図であって、図５（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図であり、図５（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。

図５に示すように、本変形例に係るリアクトル１が上述した実施形態のものと相違する点は、露出した部分Ｅに、コイル２２とともにコア２１も含まれる点である。よって、以下に相違点について説明し、上述した実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図５（ａ）、（ｂ）に示す如く、ケース３側のコイル２２の部分とともに、コア２１のうちケース３側のコア２１の部分が、フランジ部２４の対向面２４Ａからケース３に向かって突出するように露出している。

本変形例では、コア２１およびコイル２２がフランジ部２４を介して冷却流路内において宙吊り状態でケース３に固定されている。これにより、コア２１とコイル２２との露出した部分Ｅから、コア２１およびコイル２２で発生した熱を冷媒Ｒに直接伝導することができるため、効率的に、コア２１およびコイル２２を冷却することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：リアクトル、２：リアクトル本体、３：ケース、２１：コア、２２：コイル、２４：フランジ部、３１：収容凹部、３１Ａ：周縁部、Ｅ：露出した部分、Ｒ：冷媒

Claims (1)

1. コアとコイルとを有するリアクトル本体と、
   前記リアクトル本体が固定されているケースと、を備えたリアクトルであって、
   前記ケースには、少なくとも前記コイルの露出した部分を収容する収容凹部が形成されており、
   前記リアクトル本体は、前記収容凹部の周縁部に向かって延在したフランジ部をさらに備え、前記フランジ部が前記収容凹部を封止するように、前記ケースに固定されており、
   前記収容凹部は、前記露出した部分に接触する冷媒が流れる冷却流路となっており、
   少なくとも前記コイルは、前記フランジ部を介して、前記冷却流路内において宙吊り状態で前記ケースに固定されていることを特徴とするリアクトル。

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