JP2021072404A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの冷却性能を向上させる。【解決手段】リアクトル２は、巻回軸方向からみたときの角部４ｋが丸角状である二つのコイル４を備える。二つのコイル４は、各々のコイル４の一側面が伝熱シート２０を介して冷却部材に接触するとともに、巻回軸方向と交差する巻回経方向に並ぶように冷却部材上に配置されている。並列配置されている二つのコイル４の外側の両端と内側の両端に対向する部位では、冷却部材に、巻回軸方向に延びているとともにコイル４の角部４ｋの湾曲に沿って盛り上がる壁部３４が設けられており、冷却性能が高い。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルに関する。

リアクトルに電流が流れると、リアクトルは発熱する。このため、リアクトルを冷却する技術が知られている。例えば、特許文献１に、巻回軸方向からみたときの角部が丸角状であるコイルの一側面が伝熱シートを介して冷却部材に接触するリアクトルが開示されている。ここで、「角部が丸角状であるコイル」とは、コイルの側面を形成する範囲で導線が直線的に延びて平側面を形成し、隣接する平側面と平側面の間に位置する角部では導線が湾曲して延びているコイルをいう。すなわち、巻回軸方向からみたときに、平面、その平面から続く湾曲面、その湾曲面から続く平面が観測されるコイルをいう。特許文献１では、上記のような二つのコイルが、巻回軸方向と交差する巻回経方向に並んで配置されている。二つのコイルの巻回経方向における外側の両端に対向する部位の冷却部材には、巻回軸方向に延びているとともにコイルの角部の湾曲に沿って盛り上がる壁部が設けられている。これによってコイルと冷却部材との接触面積が増加するため、リアクトルの冷却性能が向上する。

特開２０１６−０４２５６３号公報

角部が丸角状のコイルが冷却部材上に二つ並んで配置される場合、コイルの角部は、並列配置されている二つのコイルの巻回経方向における外側の両端だけでなく、並列配置される二つのコイルの間（即ち、巻回経方向における内側の両端）にも位置する。特許文献１の技術は、外側の両端では冷却性能の改善を図っているが、内側の両端に対しては対策を講じていない。

本明細書は、冷却性能が改善されたリアクトルを開示する。このリアクトルは、巻回軸方向からみたときの角部が丸角状である二つのコイルを備える。二つのコイルは、各々のコイルの一側面が伝熱シートを介して冷却部材に接触するとともに、巻回軸方向と交差する巻回経方向に並ぶように冷却部材上に配置されている。並列配置されている二つのコイルには、巻回経方向における外側の両端と、巻回経方向における内側の両端に湾曲が存在する。冷却部材には、その湾曲に対向する部位において、巻回軸方向に延びているともにコイルの角部の湾曲に沿って盛り上がる壁部が設けられている。

上記の構成によると、並列配置されている二つのコイルの外側の両端のみならず、内側の両端でも、コイルの湾曲部が伝熱シートを介して冷却部材と接触する。接触面積が増加し、リアクトルの冷却性能がさらに向上する。

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。

第１及び第２実施例のリアクトルの上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における第１実施例のリアクトルの断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における第２実施例のリアクトルの断面図である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例のリアクトル２を説明する。第１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。ハイブリッド車や電気自動車は、走行用のモータとして三相交流モータを備える。そのため、これらの車両では、バッテリの出力する直流電力を昇圧するコンバータ回路や、昇圧されたバッテリの直流電力をモータの駆動電力（三相交流電力）に変換するインバータ回路等を備える電力変換装置を搭載している。例えば、リアクトル２は、電力変換装置の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及び図２を参照して説明する。図１は、リアクトル２の上面図を示しており、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線におけるリアクトル２の断面図を示している。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（Ｘ）それぞれの方向を示すものである。以下では、Ｘ軸方向を「巻回軸方向」、Ｙ軸方向を「巻回経方向」、Ｚ軸方向を「高さ方向」と称する。

図１及び図２に示すように、リアクトル２は、電力変換装置のケース３０内のキャビティ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なす。本実施例においては、金属製のケース３０は、伝熱シート２０を介してリアクトル２と接触することにより、冷却部材として機能する。

リアクトル２は、コア３、コイル４、ボビン６を備えている。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る。コア３は、一部が平行をなす環形状である。ボビン６はコア３の周囲を覆っている。ボビン６の周りには、例えば、銅からなる平角線５がエッジワイズに巻回されており、巻回されている平角線５によってコイル４が形成されている。

平角線５は、コイル４が略四角柱状になるようにボビン６の周りに巻回されている。このように巻回された二つのコイル４が、巻回経方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置され、直列に接続される。コイル４は略四角柱状であるので、４個の側面を有する。伝熱シート２０を介してケース３０と接触する側面をコイル底面４ｂ、コイル底面４ｂに平行な側面をコイル上面４ａと称する。また、残りの２側面をコイル側面４ｃと称する。各コイル４の４個の側面４ａ，４ｃ，４ｂ，４ｃはいずれも平面である。コイル４の角部４ｋでは、平角線５の外面が所定の曲率で湾曲している。図２に示すように、並列配置されている二つのコイル４，４を巻回軸方向から（Ｘ軸に沿って）見た場合、外側の両端と内側の両端に角部４ｋが存在する。コイル底面４ｂとコイル側面４ｃの間に位置するコイル４の角部４ｋのうち、巻回経方向（Ｙ軸方向）において外側の両端に位置する角部４ｋを外側角部４ｋｏと称する。巻回経方向（Ｙ軸方向）において内側の両端に位置する角部４ｋを内側角部４ｋｉと称する。

伝熱シート２０は、例えばシリコンからなる平面状の柔軟な部材である。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、リアクトル２（コイル底面４ｂ）とケース３０との間に介在する。即ち、伝熱シート２０の上面はコイル底面４ｂと接触しており、下面は冷却部材を兼用するケース３０と接触している。このような構成により、リアクトル２において発生する熱は、コイル底面４ｂと伝熱シート２０を介してケース３０に拡散される。従って、リアクトル２は冷却される。このような構成では、伝熱シート２０を介したリアクトル２とケース３０との接触面積が大きいほど、リアクトル２の冷却性能が向上する。

上述の通り、伝熱シート２０は平面状の部材であるため、コイル底面４ｂと伝熱シート２０とは容易に接触するが、所定の曲率で湾曲しているコイル４の角部４ｋにおいては、角部４ｋと伝熱シート２０とは接触し難い。即ち、コイル４の角部４ｋにおいて、伝熱シート２０を介したケース３０との接触面積を増加させることが難しい。

そこで、第１実施例においては、リアクトル２を収容するケース３０のキャビティ３１の底面に、壁部３３、３４が設けられる。壁部３３は、巻回経方向（Ｙ軸方向）においてキャビティ３１の底面の外側の両端に設けられており、巻回軸方向（Ｘ軸方向）に延びている。即ち、キャビティ３１の底面には、二つの壁部３３が設けられている。既に述べたように、コイル４の角部４ｋは所定の曲率で湾曲する丸角状である。図２に示すように、一方の壁部３３は、図２の左側のコイル４の外側角部４ｋｏの湾曲に沿って盛り上がる壁部であり、他方の壁部３３は、図２の右側のコイル４の外側角部４ｋｏの湾曲に沿って盛り上がる壁部である。換言すると、それぞれの壁部３３には、コイル４の外側角部４ｋｏと対向する部分に、外側角部４ｋｏの湾曲に沿った湾曲部３３ａが設けられている。即ち、湾曲部３３ａの湾曲の曲率は、外側角部４ｋｏの湾曲の曲率と等しい。これにより、二つのコイル４の外側角部４ｋｏにおいて、伝熱シート２０を介したリアクトル２とケース３０との接触面積を増加させることができる。即ち、リアクトル２の冷却性能を向上させることができる。

また、壁部３４は、巻回経方向（Ｙ軸方向）に並列配置されている二つのコイル４、４の間に位置するキャビティ３１の底面に設けられており、巻回軸方向（Ｘ軸方向）に延びている。図２に示すように、壁部３４は、二つのコイル４、４の内側角部４ｋｉと対向している。壁部３４は、二つのコイル４、４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って盛り上がる壁部である。換言すると、壁部３４には、コイル４の内側角部４ｋｉと対向する部分に、内側角部４ｋｉの湾曲に沿った湾曲部３４ａが設けられている。即ち、壁部３４には二つの湾曲部３４ａ、３４ａが設けられている。一方の湾曲部３４ａは図２の左側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って湾曲しており、他方の湾曲部３４ａは図２の右側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って湾曲している。即ち、湾曲部３４ａの湾曲の曲率は、それぞれが対向する内側角部４ｋｉの湾曲の曲率と等しい。これにより、二つのコイル４の内側角部４ｋｉにおいても、伝熱シート２０を介したリアクトル２とケース３０との接触面積を増加させることができる。即ち、リアクトル２の冷却性能を向上させることができる。

以上によると、リアクトル２が収容されるキャビティ３１の底面には、コイル４の外側角部４ｋｏの湾曲に沿って盛り上がる壁部３３が設けられるとともに、コイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って盛り上がる壁部３４が設けられている。これにより、巻回経方向（Ｙ軸方向）の外側の両端に位置するコイル４の角部４ｋ（即ち外側角部４ｋｏ）だけでなく、並列配置される二つのコイル４の間に位置するコイル４の角部４ｋ（即ち内側の両端における角部４ｋ（内側角部４ｋｉ））においても、伝熱シート２０を介したリアクトル２とケース３０との接触面積を増加させることができる。即ち、リアクトル２の冷却性能を向上させることができる。

（第２実施例）続いて、図３を参照して第２実施例のリアクトル１０２を説明する。第２実施例のリアクトル１０２は、第１実施例のリアクトル２のケース３０に設けられている壁部３４に代えて、リアクトル１０２のケース３０に二つの壁部１３４、１３５が設けられている点を除いて、第１実施例のリアクトル２と同様である。

壁部１３４、１３５は、巻回経方向（Ｙ軸方向）に並列配置されている二つのコイル４の間に位置するキャビティ３１の底面に設けられており、巻回軸方向（Ｘ軸方向）に延びている。図３に示すように、壁部１３４は、図３の左側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って盛り上がる壁部であり、壁部１３５は、図３の右側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿って盛り上がる壁部である。換言すると、壁部１３４には、図３の左側のコイル４の内側角部４ｋｉと対向する部分に左側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿った湾曲部１３４ａが設けられており、壁部１３５には、右側のコイル４の内側角部４ｋｉと対向する部分に、右側のコイル４の内側角部４ｋｉの湾曲に沿った湾曲部１３５ａが設けられている。これにより、二つのコイル４の内側角部４ｋｉにおいて、伝熱シート２０を介したリアクトル２とケース３０との接触面積を増加させることができる。即ち、リアクトル２の冷却性能を向上させることができる。

上記の実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。コイル４のコイル底面４ｂが「コイルの一側面」の一例である。ケース３０が「冷却部材」の一例である。

以上、本明細書が開示する技術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：コア
４：コイル
４ａ：コイル上面
４ｂ：コイル底面
４ｃ：コイル側面
４ｋ：角部
５：平角線
６：ボビン
２０：伝熱シート
３０：ケース
３１：キャビティ
３３、３４、１３４、１３５：壁部
３３ａ、３４ａ、１３４ａ、１３５ａ：湾曲部

Claims (1)

1. 巻回軸方向からみたときの角部が丸角状である二つのコイルを備えており、
   前記二つのコイルは、各々の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するとともに、前記巻回軸方向と交差する巻回経方向に並ぶように前記冷却部材上に配置されており、
   前記二つのコイルの前記巻回経方向における外側の両端と内側の両端に対向する部位の前記冷却部材に、前記巻回軸方向に延びているとともに前記コイルの前記角部の湾曲に沿って盛り上がる壁部が設けられているリアクトル。

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