JP2021082792A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと冷却器表面との間への充填剤の充填効率を向上させる。【解決手段】コイル外面が充填剤を介して冷却器表面に固定されているリアクトルであって、充填剤を介してコイル外面に対向する範囲内の冷却器表面に、コイル外面に向けて突出する凸部が形成されており、充填剤が凸部間に充填されている。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルに関する。

リアクトルは、通電時に発熱するために、リアクトルを冷却する技術が知られている。特許文献１に、コイルがケースに収容され、コイルとケースの間にポッティング材が充填されているリアクトルが開示されている。コイルの熱がポッティング材を介してケースに拡散するため、リアクトルが冷却される。

特開２０１５−１７６９８９号公報

リアクトルの冷却性能を向上させるためには、コイルとケース間の間隙を狭く設計するのが有利であるのに対し、その間隙を狭くすると、その間隙に充填材を流し込みにくいという背反問題が生じる。特許文献１には、その背反問題への対策が記載されていない。

本明細書が開示するリアクトルでは、コイル外面が充填剤を介して冷却器表面に固定されており、充填剤を介してコイル外面に対向する範囲内の冷却器表面にコイル外面に向けて突出する凸部が形成されており、充填剤が凸部間に充填されている。
ここでいう充填剤とは、前記凸部間を充填しているものをいい、流動性を持たないことがありえる。充填作業時に流動性を持っており、充填後に流動性を失ったものも、ここでいう充填剤の一種である。また、コイル外面という場合、コアに巻き付けた状態のコイルの表面が被覆されているような場合は、コイルを被覆している物の表面をいう。またケース自体が冷却器であることがあり、その場合は、ケース内面が冷却器表面となる。

以上の構成によると、冷却器表面に形成されている凸部によって、コイル外面と冷却器表面の間に間隙が確保される。この間隙の大きさ（狭さ）は凸部によって管理可能であり、間隙が狭すぎて充填剤を充填できないという問題の発生を防止することができる。冷却性と充填性を両立させることができる。

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〜第３実施例のリアクトルの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 第１実施例のケースの一部を示す斜視図である。 第２実施例のケースの一部を示す斜視図である。 第３実施例のケースの一部を示す斜視図である。

（第１実施例）第１実施例のリアクトルは、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、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、昇圧された直流電力を走行用モータの駆動電力（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。第１実施例のリアクトルは、例えば電力変換装置のコンバータ回路に使用される。

リアクトルの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、リアクトルの斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線におけるリアクトルの断面図である。図３は、ケース１０の一部の斜視図である。

図１及び図２に示すように、リアクトル本体２は、電力変換装置のケース１０内のキャビティ１１に収容されている。ケース１０は金属製である。キャビティ１１は、リアクトル本体２の底面近傍が収まり得る収容空間を形成している。本実施例では、金属製のケース１０がポッティング材１２（図２参照）を介してリアクトル本体２と接触することにより、冷却器として機能する。従って、リアクトル本体２に電流が流れることに起因して生じる熱がケース１０に拡散され、リアクトル本体２を冷却することができる。特許請求の範囲では、リアクトル本体２と、それを冷却するケース１０と、両者間に介在するポッティング材１２を総称してリアクトルという。

リアクトル本体２は、コア４、コイル６、樹脂カバー２０を備えている。コイル６は、平角線をエッジワイズに巻回したものであり、矩形筒状をなしている。コア４は、コイル６の周囲を囲むとともにコイル６の内側を通過している。コア４は、一対のＥ字形状の分割コア４ａ、４ａで構成される。コア４は、コイル６のインダクタンスを高めるための磁性体部材である。樹脂カバー２０は、コア４とコイル６の一部とを覆っている。図１に示すように、コイル６の上側の一部は樹脂カバー２０から露出している。また、図１では隠れて見えないが、コイル６の下側の一部は樹脂カバー２０から露出している。ここで、「上側」、「下側」とは、それぞれ、図１のＺ軸正の方向、Ｚ軸負の方向を意味する。

コイル６は矩形筒状をなしているので、６個の外表面を有する。ポッティング材１２を介してケース１０と接触する面をコイル底面６ｂ、コイル底面６ｂに平行な面をコイル上面６ａと称する。また、残りの４外側面のうち、コイル底面６ｂから湾曲部を介して連続している面をコイル側面６ｃと称する。

ポッティング材１２は、リアクトル本体２がキャビティ１１に収容されている状態で、充填口１４から充填される。図２に示すように、ケース１０のキャビティ１１の外周に沿う範囲に平面部が形成されており、そこにコイル６の外側を囲むコア４の下面と、樹脂カバー２０の下面が対向する。その位置関係で、コイル底面６ｂと、コイル側面６ｃのうちの一部分（コイル底面６ｂの近傍の一部であって、樹脂カバー２０の下面から露出している部分）が、キャビティ１１の表面に向かい合う。なお、ポッティング材１２の充填時には、後記する凸部１３の存在によって、キャビティ１１の外周に沿って延びている平面部とコイル６の外側を囲むコア４の下面の間、前記平面部と樹脂カバー２０の下面の間、コイル底面６ｂとキャビティ１１の内面の間、コイル側面６ｃの前記一部分とキャビティ１１の内面の間に、液状のポッティング材１２が流動する間隙が確保されている。ポッティング材１２は、充填時には液体であり、その後に硬化する充填剤である。ポッティング材１２は、例えば、シリコンを含む充填剤である。ポッティング材１２によって、コイル６で発生する熱がケース１０に効率よく伝わる。また、ポッティング材１２によって、リアクトル本体２の耐振動性を向上させることができる。

リアクトル本体２の冷却性能を向上させるためには、リアクトル本体２とキャビティ１１の間隙を狭く設計するのが有利である。ところが、その間隙を狭くすると、その間隙にポッティング材１２（液状）を効率よく充填することが難しいという問題が生じる。さらに、コイル６は平角線をエッジワイズに巻回したものであるため、コイル６の側面は複雑な形状を有している。このことも、コイル底面６ｂ又はコイル側面６ｃの一部分と、キャビティ１１の間の間隙にポッティング材１２を効率よく充填することを困難にする一因となる。

そこで、図３に示すように、第１実施例のキャビティ１１の表面には、複数の凸部１３が形成されている。複数の凸部１３のそれぞれは、図３のＹ軸方向に沿って延びている。それぞれの凸部１３は、対向するコイル底面６ｂ又はコイル側面６ｃの前記一部分に向けて突出している。図３ではケース１０の一部のみを図示しているが、図示省略されている範囲のキャビティ１１の表面にも同様の凸部１３が形成されている。なお、図３では、複数の凸部１３はＹ軸方向に沿って延びているが、このような形態には限られない。

リアクトル本体２をキャビティ１１に収容する際に、凸部１３によって、コイル底面６ｂとキャビティ１１の表面の間、並びにコイル側面６ｃの前記一部分とキャビティ１１の表面の間に、間隙が確保され、充填経路１５が形成される。この間隙のサイズは凸部１３によって管理でき、間隙が狭すぎて充填口１４から充填される液体のポッティング材１２が流れないという問題の発生を防止できる。凸部１３によって、コイル６とキャビティ１１の間の間隙にポッティング材１２を確実に充填することができる。未充填空間が残る事態の発生が防止できる。なお、充填作業は、真空チャンバ内で実施するのが好ましい。間隙に気泡が残ることを防止できる。

（第２実施例）続いて、図４を参照して第２実施例のリアクトルを説明する。第２実施例のリアクトルは、キャビティ１１１の表面に形成されている凸部の態様が第１実施例と異なる点を除いて、第１実施例のリアクトルと同様である。

第２実施例のキャビティ１１１の表面には、一本の凸部１１３が形成されている。図４ではケース１１０及び凸部１１３の一部のみを図示しているが、図示省略されている範囲のキャビティ１１１の表面には、図４で図示している凸部１１３と連続している凸部１１３が形成されている。凸部を湾曲させることによって凸部の本数を少なくすることができる。

第１実施例と同様に、凸部１１３によって、コイル底面６ｂとキャビティ１１１の表面の間、並びにコイル側面６ｃの前記一部分とキャビティ１１１の表面の間に、間隙が確保され、充填経路１１５が形成される。この間隙のサイズは凸部１１３によって管理でき、間隙が狭すぎて充填口１１４から充填される液体のポッティング材１２が流れないという問題の発生を防止できる。凸部１１３によって、コイル６とキャビティ１１１の間の間隙にポッティング材１２を確実に充填することができる。

（第３実施例）続いて、図５を参照して、第３実施例のリアクトル本体２を説明する。第３実施例のリアクトルは、キャビティ２１１の表面に形成されている凸部の態様が第１実施例と異なる点を除いて、第１実施例のリアクトルと同様である。

第３実施例のキャビティ２１１の表面には、複数の凸部２１３が斑点状に形成されている。図５では、３つの凸部のみに符号２１３を付し、その他の凸部には符号２１３を省略した。なお、図５ではケース２１０の一部のみを図示しているが、図示省略されている範囲のキャビティ２１１の表面にも同様の凸部２１３が形成されている。なお、図５では、キャビティ２１１の表面に斑点状に形成される複数の凸部２１３は規則的に配置されているが、複数の凸部２１３は不規則に配置されてもよい。

第１実施例と同様に、凸部２１３によって、凸部２１３によって、コイル底面６ｂとキャビティ２１１の表面の間、並びにコイル側面６ｃの前記一部分とキャビティ２１１の表面の間に、間隙が確保され、充填経路２１５が形成される。この間隙のサイズは凸部２１３によって管理でき、間隙が狭すぎて充填口２１４から充填される液体のポッティング材１２が流れないという問題の発生を防止できる。凸部２１３によって、コイル６とキャビティ２１１の間の間隙にポッティング材１２を確実に充填することができる。

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６の４個の側面であるコイル上面６ａ、コイル底面６ｂ、及びコイル側面６ｃが、「コイル外面」の一例である。ケース１０のキャビティ１１の表面が、「冷却器表面」の一例である。ポッティング材１２が、「充填剤」の一例である。

本実施例では、間隙に充填する際には流動性を持ち、充填後に流動性を失うポッティング材１２を使用したが、充填後も流動性を失わない充填剤を使用してもよい。例えば伝熱グリスは適度な粘性を備えており、間隙に充填することができるととともに、間隙に充填された後には間隙から抜け出さない。本明細書に記載の技術は、この種の充填剤にも有効である。本実施例では、キャビティ１１の表面に、露出しているコイル底面６ｂが対向しているが、絶縁材等で被覆された面がキャビティ１１の表面に対向していてもよい。

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：リアクトル本体
４：コア
４ａ：分割コア
６：コイル
６ａ：コイル上面
６ｂ：コイル底面
６ｃ：コイル側面
１０、１１０、２１０：ケース
１１、１１１、２１１：キャビティ
１２：ポッティング材
１４、１１４、２１４：充填口
１５、１１５、２１５：充填経路
２０：樹脂カバー

Claims (1)

1. コイル外面が充填剤を介して冷却器表面に固定されており、
   前記充填剤を介して前記コイル外面に対向する範囲内の前記冷却器表面に、前記コイル外面に向けて突出する凸部が形成されており、
   前記充填剤が前記凸部間に充填されているリアクトル。

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