JP2022075188A - 昇圧リアクトル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ケース内に配置された、リアクトル本体全体を冷却用の熱伝導樹脂に浸漬させるとともに、装置のコンパクト化、低背化を実現する昇圧リアクトル装置を提供する。【解決手段】１対のＥ字型コアを対称形状に突き合せ、中脚コア部に、コイル部１０３Ａ等を巻回状態で装着した組立体１００Ａと、この組立体１００Ａの全体を収納し得る高さを有するとともに、コイル部１０３Ａ等の入出力端１０３Ｂ、Ｃを通過させる側の側壁部に、入出力端１０３Ｂ、Ｃを通過させる切欠き部（１１３）を備えた金属ケース本体１０８Ａ、および切欠き部（１１３）の縁部（１１４）に係合して支持され、入出力端１０３Ｂ、Ｃを、各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔（１１１Ｂ、Ｃ）を備えたブラケット１０８Ｂを組合せてなる金属ケース１０８と、金属ケース１０８内に、組立体１００Ａ全体を浸漬するまで充填される冷却用の充填剤（１１０）を備える。【選択図】図１Ｂ
Description
本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載される昇圧用のリアクトル装置に関し、詳しくは、閉磁路を構成するコアの一部に平角線からなるコイル部を巻回してなる昇圧リアクトル装置に関するものである。
例えば、ＨＥＶ用の昇圧リアクトル装置については、放熱効果を向上させることを目的として、アルミケース内にリアクトル本体を収容し、このアルミケース内に熱伝導樹脂を充填する構成のものが知られている。このような、従来の昇圧リアクトル装置のリアクトル本体の構成としては、１対のＵ型コアを、両脚部の先端部を互いに突き合せることにより環状のコア部とするとともに、Ｕ型コアの突き合せた脚部に各々、平角線からなるコイルを巻回するようにして、２つのコイル部を配したものが知られている（特許文献１を参照）。
一方、電子部品等の実装スペースをできる限りコンパクト化することがＨＥＶ車等に求められており、ＨＥＶ用の昇圧リアクトル装置等においては、少しでも低背化することが大命題とされていることから、上述したような構成とされた昇圧リアクトル装置の場合には、平角線コイルの入出力端末部分は巻回されたコイルの上面部から上方に持ち上げることなく水平に引き出される。
さらに、平角線コイルとアルミケースの間には絶縁をとる必要があるため、アルミケースの高さが平角線の入出力端末部分の引き出し位置よりも下方になるように配される。
一方、電子部品等の実装スペースをできる限りコンパクト化することがＨＥＶ車等に求められており、ＨＥＶ用の昇圧リアクトル装置等においては、少しでも低背化することが大命題とされていることから、上述したような構成とされた昇圧リアクトル装置の場合には、平角線コイルの入出力端末部分は巻回されたコイルの上面部から上方に持ち上げることなく水平に引き出される。
さらに、平角線コイルとアルミケースの間には絶縁をとる必要があるため、アルミケースの高さが平角線の入出力端末部分の引き出し位置よりも下方になるように配される。
このようにアルミケースの高さが平角線の引き出し位置よりも低くなることから、巻回コイルの上方部分はアルミケース内に充填された熱伝導樹脂から露出した状態となってしまう。このため、昇圧リアクトル装置の最大発熱部は巻回コイル上部に偏ることが一般的であり、装置の定格温度は最高温度が基準とされるため、巻回コイル上部の温度に合わせて昇圧リアクトル装置の出力を低下せざるを得ない。
したがって、装置の低背化を図りつつリアクトル本体を、なるべく上方まで上記熱伝導樹脂に浸漬し得る構成とすることが要請されていた。
このような要請に応じて構成された、従来の昇圧リアクトル装置本体の具体的な態様を表すと、大略、図９Ａ、Ｂ、Ｃに示すようなタイプのものが挙げられる。
したがって、装置の低背化を図りつつリアクトル本体を、なるべく上方まで上記熱伝導樹脂に浸漬し得る構成とすることが要請されていた。
このような要請に応じて構成された、従来の昇圧リアクトル装置本体の具体的な態様を表すと、大略、図９Ａ、Ｂ、Ｃに示すようなタイプのものが挙げられる。
しかしながら、図９Ａ、Ｂ、Ｃに示すような構成とされた従来のＨＥＶ用の昇圧リアクトル装置によっては以下のような問題があった。
すなわち、図９Ａ(ｂ)のように各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂを、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの長さを互いに等しくしたまま、エッジワイズ曲げにより折り曲げてリアクトルの同一側部側に引き出す場合、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分同士が交差しないように、この側部側から遠い方のコイル部３０３Ａの端末部分３０３Ｂは、近い方のコイル部３０４Ａの端末部分３０４Ｂよりも、少なくともコイル幅分は高い位置で引き出す必要があり、このため装置全体の高さが大きくなり低背化の要請に応えられなくなる。
一方、図９Ａ(ａ)のように、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂを、エッジワイズ曲げにより折り曲げて、各々のコイル部３０３Ａ、３０４Ａを近い側部側に引き出すようにすれば、低背化の要請には応えられるが、コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂに対応する端子台や絶縁樹脂部品等が、コイル部３０３Ａ、３０４Ａ毎に必要となるため、コスト的な面から採用することが困難である。
すなわち、図９Ａ(ｂ)のように各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂを、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの長さを互いに等しくしたまま、エッジワイズ曲げにより折り曲げてリアクトルの同一側部側に引き出す場合、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分同士が交差しないように、この側部側から遠い方のコイル部３０３Ａの端末部分３０３Ｂは、近い方のコイル部３０４Ａの端末部分３０４Ｂよりも、少なくともコイル幅分は高い位置で引き出す必要があり、このため装置全体の高さが大きくなり低背化の要請に応えられなくなる。
一方、図９Ａ(ａ)のように、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂを、エッジワイズ曲げにより折り曲げて、各々のコイル部３０３Ａ、３０４Ａを近い側部側に引き出すようにすれば、低背化の要請には応えられるが、コイル部３０３Ａ、３０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂに対応する端子台や絶縁樹脂部品等が、コイル部３０３Ａ、３０４Ａ毎に必要となるため、コスト的な面から採用することが困難である。
また、図９Ｂ（ａ）、（ｂ）に示すように、コイル部４０３Ａ、４０４Ａが配されないベースコア部４１０Ａ、Ｂのコアの体積を増やすように、この部分の高さを図９Ａ（ａ）、（ｂ）に示すものよりも高くして、コイル部４０３Ａ、４０４Ａの上面位置の高さと同等とする形状のものも工夫されているが、このような形状のものにおいても、上記図９Ａ（ａ）、（ｂ）と同様の問題が発生する。
また、図９Ａ（ａ）、（ｂ）や図９Ｂ（ａ）、（ｂ）における、コイル部３０３Ａ、３０４Ａ、４０３Ａ、４０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂ、４０３Ｂ、４０４Ｂの引き出し方向と直交する方向に配線を引き出す工夫もされているが、各コイル部３０３Ａ、３０４Ａ、４０３Ａ、４０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂ、４０３Ｂ、４０４Ｂの幅広面と端子台等のバスバーの幅広面を接合するような溶接方法をとる場合、平角線の幅広面が端子台のバスバー等と平行な状態となるように設定する必要があるが、このままでは平角線の幅広面がバスバーの幅広面と直交する状態に設定されてしまう。そのため、図９Ｃ（ａ）に示すように、コイル部５０３Ａ、５０４Ａの端末部分５０３Ｂ、５０４Ｂをフラットワイズ曲げにより折り曲げた後、上記所望の状態となるように９０°捩るような工夫がなされる。しかし、端末部分５０３Ｂ、５０４Ｂを９０°捩るような形状とした場合、端末部分５０３Ｂ、５０４Ｂの幅広面と端子台等のバスバーの幅広面を接合する溶接方法は可能となるものの、平角線を捩ったことにより、コイル部５０３Ａ、５０４Ａが配されないベースコア部５１０Ａ、Ｂの上方にスペースが余計に必要となりコンパクト化や低背化の要請に反するものとなってしまう。
また、図９Ｃ（ｂ）に示すように、図９Ｂ（ａ）、（ｂ）と同様に、コイル部５０３Ａ、５０４Ａが配されないベースコア部５１０Ａ、Ｂの高さを高くして、コイル部５０３Ａ、５０４Ａの上面位置の高さと同等とする形状のものにおいては、図９Ｃ（ａ）のものよりも、さらに端末部分５０３Ｂ、５０４Ｂの位置が高くなるため、よりコンパクト化や低背化の要請に反するものとなってしまう。
また、図９Ｃ（ｂ）に示すように、図９Ｂ（ａ）、（ｂ）と同様に、コイル部５０３Ａ、５０４Ａが配されないベースコア部５１０Ａ、Ｂの高さを高くして、コイル部５０３Ａ、５０４Ａの上面位置の高さと同等とする形状のものにおいては、図９Ｃ（ａ）のものよりも、さらに端末部分５０３Ｂ、５０４Ｂの位置が高くなるため、よりコンパクト化や低背化の要請に反するものとなってしまう。
このように、Ｕコアを用いた、図９Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの構成の昇圧リアクトル装置においても、磁気的なバランスをとるために設けられた２つのコイル部３０３Ａ、３０４Ａ、４０３Ａ、４０４Ａ、５０３Ａ、５０４Ａの端末部分３０３Ｂ、３０４Ｂ、４０３Ｂ、４０４Ｂ、５０３Ｂ、５０４Ｂの引き出し処理が、装置のコンパクト化や低背化を妨げるものとなってしまう。
さらに、上述した図９Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの構成の昇圧リアクトル装置においても、リアクトル本体全体を上述した熱伝導樹脂に浸漬することが困難であり、リアクトル本体上部の発熱低減効果を向上させることができず、昇圧リアクトル装置の出力を低下せざるを得ない。
さらに、上述した図９Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの構成の昇圧リアクトル装置においても、リアクトル本体全体を上述した熱伝導樹脂に浸漬することが困難であり、リアクトル本体上部の発熱低減効果を向上させることができず、昇圧リアクトル装置の出力を低下せざるを得ない。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであり、ケース内に配置された、コイル部を含むリアクトル本体全体を冷却用の熱伝導樹脂に浸漬させることを可能にしつつ、装置全体のコンパクト化および低背化を実現するとの課題を抜本的に改善し得る昇圧リアクトル装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る昇圧リアクトル装置は、
互いに対応する脚部の端面を突合せて閉磁路を構成する１対のＥ型コアと、
該１対のＥ型コアを互いに突合せて閉磁路を構成した状態において、該１対のＥ型コアの中脚部分に巻回した状態で装着される平角線からなる１つのコイル部と、
前記１対のＥ型コアと該コイル部を互いに組み合わせた組立体の全体を収納し得る高さを有するとともに、該コイル部の入力端および出力端を通過させる側の側壁部に、該入力端および該出力端を通過させる深さを有する切欠き部を備えた金属ケース本体、および該切欠き部に係合し、該切欠き部を塞いだ状態で該金属ケース本体に支持され、該入力端および該出力端に、各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔を備えたブラケット、とを組合せてなる金属ケースと、
該金属ケース内において、前記組立体の全体が浸漬されるまで充填された冷却用充填剤と、を備えたことを特徴とするものである。
互いに対応する脚部の端面を突合せて閉磁路を構成する１対のＥ型コアと、
該１対のＥ型コアを互いに突合せて閉磁路を構成した状態において、該１対のＥ型コアの中脚部分に巻回した状態で装着される平角線からなる１つのコイル部と、
前記１対のＥ型コアと該コイル部を互いに組み合わせた組立体の全体を収納し得る高さを有するとともに、該コイル部の入力端および出力端を通過させる側の側壁部に、該入力端および該出力端を通過させる深さを有する切欠き部を備えた金属ケース本体、および該切欠き部に係合し、該切欠き部を塞いだ状態で該金属ケース本体に支持され、該入力端および該出力端に、各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔を備えたブラケット、とを組合せてなる金属ケースと、
該金属ケース内において、前記組立体の全体が浸漬されるまで充填された冷却用充填剤と、を備えたことを特徴とするものである。
また、前記金属ケース本体を形成する材料がアルミニウムからなり、前記ブラケットを形成する材料が絶縁性の樹脂からなることが好ましい。
また、前記ブラケットの、前記金属ケース本体との係合部には、該金属ケース本体の切欠き部の縁部と嵌合する、溝状のガイド部が形成されていることが好ましい。
また、前記ブラケットの、前記金属ケース本体との係合部には、該金属ケース本体の切欠き部の縁部と嵌合する、溝状のガイド部が形成されていることが好ましい。
また、前記冷却用充填剤が、流動性を有する樹脂からなることが好ましい。
また、前記ブラケットに設けられた１対の貫通孔は各々、前記平角線が立てられた状態で挿通されるように、前記金属ケース本体の高さ方向に長い細長形状とされていることが好ましい。
さらに、前記Ｅ型コアの外脚部分の高さを、前記中脚部分の高さよりも低く形成することが好ましい。
また、前記ブラケットに設けられた１対の貫通孔は各々、前記平角線が立てられた状態で挿通されるように、前記金属ケース本体の高さ方向に長い細長形状とされていることが好ましい。
さらに、前記Ｅ型コアの外脚部分の高さを、前記中脚部分の高さよりも低く形成することが好ましい。
上述したように、本発明の昇圧リアクトル装置では１対のＥ型コアと平角線よりなる１つのコイルを組み合せる構成を前提としている。
従来は、図９Ａ、Ｂ、Ｃを用いて説明したように、１対のＵ型コアと平角線よりなる２つのコイル部を組み合せる構成とすることが当業者の常識とされていたが、本発明において昇圧リアクトル装置に１対のＥ型コアと平角線よりなる１つのコイル部を組合せる構成を採用すれば本願発明の目的を達成し得るとの結論に至ったのには、本願発明者による発想の転換があり、それには以下のような時代背景が大きくかかわっている。
従来は、図９Ａ、Ｂ、Ｃを用いて説明したように、１対のＵ型コアと平角線よりなる２つのコイル部を組み合せる構成とすることが当業者の常識とされていたが、本発明において昇圧リアクトル装置に１対のＥ型コアと平角線よりなる１つのコイル部を組合せる構成を採用すれば本願発明の目的を達成し得るとの結論に至ったのには、本願発明者による発想の転換があり、それには以下のような時代背景が大きくかかわっている。
すなわち、従来であれば、１対のＥ型コアと平角線よりなる１つのコイルを組み合せて、本発明の目的を達成し得る昇圧リアクトル装置を構成するような発想が生まれる余地はなかったと考えられるが、コア材料の進化と動作周波数の変化という技術的な進歩に本願発明者が着目したことにより、発想を転換することができ、本発明に到達し得たものである。
まず、上記コア材料の進化とは、コアの形状の柔軟性が大幅に向上したことを意味する。すなわち、従来のコアとしては、ケイ素鋼板の板材を加工した「カットコア」が使用されており、板材を数十枚重ねてＯ字状に湾曲させて閉磁路を形成し、これを中央で切断して1対のＵ型コアを製造するようにしたものが一般的であった。
このため、昇圧リアクトル装置のコア形状（閉磁路構成形状）としては他の形状とすることが難しかった。また、このようなＵ型形状のコアと組み合わせ得るコイル部は、通常、各脚に各々巻回することになるため、１対の構成とされる。
しかし時代の変遷とともに、類似の材料を粉末にして混錬した圧粉コアが知られるようになってきている。圧粉コアは、磁性材料を金型で成型するタイプであり、異形状コアの成型が可能となってきたため、所望の特性が得られるコア形状を模索するようになってきている。
このため、昇圧リアクトル装置のコア形状（閉磁路構成形状）としては他の形状とすることが難しかった。また、このようなＵ型形状のコアと組み合わせ得るコイル部は、通常、各脚に各々巻回することになるため、１対の構成とされる。
しかし時代の変遷とともに、類似の材料を粉末にして混錬した圧粉コアが知られるようになってきている。圧粉コアは、磁性材料を金型で成型するタイプであり、異形状コアの成型が可能となってきたため、所望の特性が得られるコア形状を模索するようになってきている。
一方、上述した動作周波数の変化とは以下のようなものである。
従来より、動作周波数が低い時よりも高い時の方がリアクトルに要求されるインダクタンスが小さくなることが知られている。
一方、大きなパワーのON/OFFをスイッチングする素子は周波数が高くなると、パワーロスが大きくなって発熱が過大となるため、システムを構成する上で大きな障害が発生していた。
時代の変遷とともに、素子の改善等が行われ、パワーロスを軽減することが可能となり、高い周波数でスイッチングをするシステムが徐々に利用できるようになったことから、インダクタンスを小さくした、コンパクトなリアクトルを利用可能となってきている。
従来より、動作周波数が低い時よりも高い時の方がリアクトルに要求されるインダクタンスが小さくなることが知られている。
一方、大きなパワーのON/OFFをスイッチングする素子は周波数が高くなると、パワーロスが大きくなって発熱が過大となるため、システムを構成する上で大きな障害が発生していた。
時代の変遷とともに、素子の改善等が行われ、パワーロスを軽減することが可能となり、高い周波数でスイッチングをするシステムが徐々に利用できるようになったことから、インダクタンスを小さくした、コンパクトなリアクトルを利用可能となってきている。
このような技術の進歩に着目し、本願発明者は、コイルの１ターン当たりに取得できるインダクタンスが大きいＥ型コアを１対突き合わせたコイル構造の中脚部分に、１つの平角線コイル部を組み合わせた基本構造をなす、昇圧リアクトル装置を発明するに至ったものである。
このように１対のＥ型コアと平角線よりなる１つの平角線コイル部を組合せた構成を採用する場合にも、Ｅ型コアの中脚部分に巻回されたコイルの両端部を、入力端および出力端として外部に取り出す必要があるが、本発明の昇圧コイルにおいては、ケース本体に切欠き部を設けて、その切欠き部に、絶縁樹脂により形成されたブラケットを係合し、そのブラケットに穿設した貫通孔を通して、上記コイル部の入力端および出力端を外部に引き出し、それら入力端および出力端を外部端子と接続させるように構成することにより、コイルの巻回部上部位置から、その入力端および出力端を高さ方向に持ち上げることなくケース外部に引き出すことができる。
また、このように、ケースを金属製のケース本体と絶縁樹脂製のブラケットに分割することで、ケース本体とコイル端末部分（入力端および出力端）間の絶縁性を確保することができる。
さらに、リアクトル本体全体をケース内に収容することができ、リアクトル本体全体が浸漬するように熱伝導樹脂を充填し、全体的に熱分布の均一化を図ることによって、最大発熱部の温度を低下させることができるので、装置の定格温度の低下を抑制しつつ装置の低背化を図ることが可能となる。
さらに、リアクトル本体全体をケース内に収容することができ、リアクトル本体全体が浸漬するように熱伝導樹脂を充填し、全体的に熱分布の均一化を図ることによって、最大発熱部の温度を低下させることができるので、装置の定格温度の低下を抑制しつつ装置の低背化を図ることが可能となる。
＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態に係る昇圧リアクトル装置について、図１Ａ、Ｂおよび図２～５を適宜用いて説明する。本実施形態の昇圧リアクトル装置１００は、上部が開口した金属（アルミニウム等）製等の熱伝導性の良い材料からなる金属ケース１０８と、その内部に収納された主にＥ型コア１０１Ａ，Ｂ（図５（ａ）を参照）とコイル部１０３からなるリアクトル組立体１００Ａと、前記金属ケース１０８およびリアクトル組立体１００Ａの間に注入された絶縁性を有する冷却用の充填剤１１０とを備えてなる。
以下、本発明の実施形態に係る昇圧リアクトル装置について、図１Ａ、Ｂおよび図２～５を適宜用いて説明する。本実施形態の昇圧リアクトル装置１００は、上部が開口した金属（アルミニウム等）製等の熱伝導性の良い材料からなる金属ケース１０８と、その内部に収納された主にＥ型コア１０１Ａ，Ｂ（図５（ａ）を参照）とコイル部１０３からなるリアクトル組立体１００Ａと、前記金属ケース１０８およびリアクトル組立体１００Ａの間に注入された絶縁性を有する冷却用の充填剤１１０とを備えてなる。
＜コア部＞
本発明の実施形態に係る昇圧リアクトル装置１００は、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂを備える（図５（ｂ）を参照）。両Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂは、各ベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４から直角に突出した各脚部（外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３、および外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２）の先端が互いに対向するように端面を突き合わせる配置とすることで、図５（ｂ）に示すように、日字状のコア部が形成されて閉磁路が構成される。また、突き合わせられた棒状の中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の外周に、図５（ａ）に示す１つのコイル部１０３が巻回されるように装着されて、図５（ｃ）に示すように、リアクトル組立体１００Ａが構成される。
なお、図５（ｃ）に示すように、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの外側には、後述の樹脂成型体１０４Ａ、Ｂ（ボビンとＥ型コアの一体成形品）が装着され、コイル部１０３との絶縁が行われる。
本発明の実施形態に係る昇圧リアクトル装置１００は、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂを備える（図５（ｂ）を参照）。両Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂは、各ベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４から直角に突出した各脚部（外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３、および外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２）の先端が互いに対向するように端面を突き合わせる配置とすることで、図５（ｂ）に示すように、日字状のコア部が形成されて閉磁路が構成される。また、突き合わせられた棒状の中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の外周に、図５（ａ）に示す１つのコイル部１０３が巻回されるように装着されて、図５（ｃ）に示すように、リアクトル組立体１００Ａが構成される。
なお、図５（ｃ）に示すように、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの外側には、後述の樹脂成型体１０４Ａ、Ｂ（ボビンとＥ型コアの一体成形品）が装着され、コイル部１０３との絶縁が行われる。
また、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂを構成するコア部材は、鉄材によって形成されている。鉄系を用いることにより、高い磁気密度を実現し、かつ本構造により低下しやすい結合度を高く設定することができる。鉄系材料としては、電磁鋼板、圧粉磁心(純鉄、Fe-Si-AL系合金、Ni-Fe-Mo系合金、Ni-Fe系合金)、アモルファス等を用いることができる。
また、上記Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、両先端部間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを設けてもよい。
また、上記Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、両先端部間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを設けてもよい。
＜コイル部＞
また、上記コイル部１０３は平角線をエッジワイズ巻きによって巻回することにより形成されている。平角線は、図１等に示すように帯状の扁平な導線であって、例えば、厚みが0.5～6.0mm、幅が1.0～16.0mm等とされたものが一般的に用いられる。平角線を用いることで占積率が向上し、コンパクト化を図ることができるとともに表皮効果についても優位とすることができる。ただし、丸線や角線等の他の断面形状のものを用いることも可能である。
また、上記コイル部１０３は平角線をエッジワイズ巻きによって巻回することにより形成されている。平角線は、図１等に示すように帯状の扁平な導線であって、例えば、厚みが0.5～6.0mm、幅が1.0～16.0mm等とされたものが一般的に用いられる。平角線を用いることで占積率が向上し、コンパクト化を図ることができるとともに表皮効果についても優位とすることができる。ただし、丸線や角線等の他の断面形状のものを用いることも可能である。
上記コイル部１０３は、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂに対して１つであり、突き合わせた中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に跨るように組付けられる。コイル部１０３は、平角線が矩形状に順次巻回されてなる巻回部１０３Ａと、その両端に位置する入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃとからなり、両端の入出力端１０３Ｂ、Ｃが巻回部１０３Ａからそのまま縦向きでコイル上面と平行に引き出されている。
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂと組み付けられたコイル部１０３の入出力端１０３Ｂ、Ｃは、図５（ｃ）に示すように、その下端はＥ型コア１０１Ａ、Ｂに対応する樹脂成型体１０４Ａ、Ｂの上面に若干の間隙をもって外側に向けて通り、先端が金属ケース１０８を貫通して図１Ａ、Ｂに示すように外部端子１０３Ｄ、Ｅにそれぞれ溶接等によって互いの幅広面同士が接続される。
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂと組み付けられたコイル部１０３の入出力端１０３Ｂ、Ｃは、図５（ｃ）に示すように、その下端はＥ型コア１０１Ａ、Ｂに対応する樹脂成型体１０４Ａ、Ｂの上面に若干の間隙をもって外側に向けて通り、先端が金属ケース１０８を貫通して図１Ａ、Ｂに示すように外部端子１０３Ｄ、Ｅにそれぞれ溶接等によって互いの幅広面同士が接続される。
上記コイル部１０３の巻回部１０３Ａは予め筒状に巻回されていて、金属ケース１０８に収納される際に、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に巻回部１０３Ａを嵌挿してコアと組み合わせ、その入出力端１０３Ｂ、Ｃをケース本体１０８Ａの切欠き部１１３に係合するブラケット１０８Ｂの貫通孔１１１Ｂ、Ｃに挿通して、ケース外に導き外部端子１０３Ｄ、Ｅと接続してなる。
＜樹脂成型体＞
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂは、樹脂成型体（コイル部１０３のボビンや、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂのカバーを含む）１０４Ａ、Ｂ内に嵌め込まれた状態で収容されており、コイル部１０３と組付けられてなるリアクトル組立体１００Ａの状態で、金属ケース１０８中にセットされ、内部空間に流動性樹脂による充填剤１１０が金属ケース本体１０８Ａの上縁の部位にまで充填されることにより、全体が一体化される。
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂとコイル部１０３は、樹脂成型体１０４Ａ、Ｂが、間に介在することにより絶縁される。樹脂成型体材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)等及び上記樹脂成形体材料にガラス及び熱伝導性フィラーを添加したものを用いることができる。
なお、上記樹脂成型体１０４Ａ、Ｂは、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂに対応して１対の分割構造１０４Ａ、Ｂに形成される（図５（ｃ）を参照）。
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂは、樹脂成型体（コイル部１０３のボビンや、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂのカバーを含む）１０４Ａ、Ｂ内に嵌め込まれた状態で収容されており、コイル部１０３と組付けられてなるリアクトル組立体１００Ａの状態で、金属ケース１０８中にセットされ、内部空間に流動性樹脂による充填剤１１０が金属ケース本体１０８Ａの上縁の部位にまで充填されることにより、全体が一体化される。
Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂとコイル部１０３は、樹脂成型体１０４Ａ、Ｂが、間に介在することにより絶縁される。樹脂成型体材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)等及び上記樹脂成形体材料にガラス及び熱伝導性フィラーを添加したものを用いることができる。
なお、上記樹脂成型体１０４Ａ、Ｂは、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂに対応して１対の分割構造１０４Ａ、Ｂに形成される（図５（ｃ）を参照）。
＜金属ケース＞
前記１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂを互いに突き合わせて閉磁路を構成する際に、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に１つのコイル部１０３を組付けてリアクトル組立体１００Ａを形成されるが、金属ケース本体１０８Ａは、このリアクトル組立体１００Ａを収容し得る高さと平面的広さを有するように構成される。金属ケース本体１０８Ａ（側壁部）は、底板１０９Ｃの周囲に板状のアルミニウムが立設されてなる略箱状に形成され、四方の外側下端部には取付孔１０９Ｂを有する取付ボス部１０９Ａが設置されている。底板１０９Ｃの形状はリアクトル組立体１００Ａの外形に相当した形状とされているが、より詳細には、底板１０９Ｃとリアクトル組立体１００Ａの間に、充填剤１１０が充填され得る程度のクリアランス（例えば２～４mm程度）が設けられた状態とされている。
前記１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂを互いに突き合わせて閉磁路を構成する際に、Ｅ型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に１つのコイル部１０３を組付けてリアクトル組立体１００Ａを形成されるが、金属ケース本体１０８Ａは、このリアクトル組立体１００Ａを収容し得る高さと平面的広さを有するように構成される。金属ケース本体１０８Ａ（側壁部）は、底板１０９Ｃの周囲に板状のアルミニウムが立設されてなる略箱状に形成され、四方の外側下端部には取付孔１０９Ｂを有する取付ボス部１０９Ａが設置されている。底板１０９Ｃの形状はリアクトル組立体１００Ａの外形に相当した形状とされているが、より詳細には、底板１０９Ｃとリアクトル組立体１００Ａの間に、充填剤１１０が充填され得る程度のクリアランス（例えば２～４mm程度）が設けられた状態とされている。
金属ケース本体１０８Ａ（側壁部）の上縁は、リアクトル組立体１００Ａのコイル部１０３の巻回部１０３Ａの上面より高い位置にあり、後に内部に充填される充填剤１１０にリアクトル組立体１００Ａの全体が埋没し、露出しないように設定されている。そして、前記コイル部１０３の入出力端１０３Ｂ、Ｃを通過させる部位のケース本体１０８Ａの上縁部を除去して、ブラケット１０８Ｂを設置するための切欠き部１１３（図４を参照）を設け、この切欠き部１１３の両端がブラケット１０８Ｂを係合保持する縁部１１４となる。
＜ブラケット＞
上記ブラケット１０８Ｂは、絶縁性樹脂により成形されている。なお、図３、図４はブラケット１０８Ｂを金属ケース本体１０８Ａへ組み付ける際の前後の状態を示している。図１に示すように、該ブラケット１０８Ｂは、上部分が横長の基部１０７Ａとなり、下端部に水平方向の端子台１０７Ｂを有する。基部１０７Ａの両端部の端面に、前記金属ケース本体１０８Ａの切欠き部１１３の両端の縁部１１４に係合保持される溝状のガイド部１１２を備えている。
上記ブラケット１０８Ｂは、絶縁性樹脂により成形されている。なお、図３、図４はブラケット１０８Ｂを金属ケース本体１０８Ａへ組み付ける際の前後の状態を示している。図１に示すように、該ブラケット１０８Ｂは、上部分が横長の基部１０７Ａとなり、下端部に水平方向の端子台１０７Ｂを有する。基部１０７Ａの両端部の端面に、前記金属ケース本体１０８Ａの切欠き部１１３の両端の縁部１１４に係合保持される溝状のガイド部１１２を備えている。
また、基部１０７Ａは、切欠き部１１３に跨るような前後２つ折れの形状に構成されることで、金属ケース１０８からの充填剤１１０の漏れの防止効果を向上させるように構成されている。
また、基部１０７Ａの両端部近傍の内側には、前記コイル部１０３の入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃを、縦向きの状態で各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔１１１Ｂ、Ｃを備える。この密着状態は、形成される隙間が金属ケース１０８内に充填される流動性を有する充填剤１１０が漏れ出ない程度とされる。
また、基部１０７Ａの両端部近傍の内側には、前記コイル部１０３の入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃを、縦向きの状態で各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔１１１Ｂ、Ｃを備える。この密着状態は、形成される隙間が金属ケース１０８内に充填される流動性を有する充填剤１１０が漏れ出ない程度とされる。
また、上記端子台１０７Ｂには、前記貫通孔１１１Ｂ、Ｃを通って外部に突出した入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃの先端部がＴＩＧ溶接等によって接続固定されるＬ字状の外部端子１０３Ｄ、Ｅが固定されるもので、その水平方向部分を横方向から係合固定して縦方向部分の上部に、上記入出力端１０３Ｂ、Ｃが接続される構造である。
＜充填剤＞
また、金属ケース１０８内には、この金属ケース１０８の内部に収納されたリアクトル組立体１０８Ａの熱分布の均一化を図り得る充填剤１１０が充填されている。この充填剤１１０としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等およびこれらの樹脂材に熱伝導性フィラーを添加したもの等が用いられ、充填時には液状やゲル状の流動性を有する状態とされ、その後の処理により固化した状態とされる。
また、金属ケース１０８内には、この金属ケース１０８の内部に収納されたリアクトル組立体１０８Ａの熱分布の均一化を図り得る充填剤１１０が充填されている。この充填剤１１０としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等およびこれらの樹脂材に熱伝導性フィラーを添加したもの等が用いられ、充填時には液状やゲル状の流動性を有する状態とされ、その後の処理により固化した状態とされる。
本実施形態においては、リアクトル組立体１００Ａの全体が充填剤１１０に浸漬されるように構成され、これにより熱分布の均一化が図られる。
また、コイル部１０３の巻回部１０３Ａから引き出される入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃも、その全体がこの充填剤１１０に浸漬されるので、その一部だけが充填剤１１０に浸漬された場合に、充填剤１１０と空気の界面において生じる剥離問題も防止することができる。
また、コイル部１０３の巻回部１０３Ａから引き出される入力端１０３Ｂおよび出力端１０３Ｃも、その全体がこの充填剤１１０に浸漬されるので、その一部だけが充填剤１１０に浸漬された場合に、充填剤１１０と空気の界面において生じる剥離問題も防止することができる。
＜温度分布の対比結果＞
上述したように、本実施形態に係る昇圧リアクトル装置においては、リアクトル組立体１００Ａの全体が、金属ケース１０８内に注入された充填剤１１０に埋没するように構成されているため、温度分布を均一化する効果を奏することができる。
図６Ａ、Ｂ（本実施形態の対比例）と図７Ａ、Ｂ（本実施形態）とは、リアクトル組立体１００Ａ´、１００Ａの上部が、充填剤１１０から露出している場合（本実施形態の対比例）と、充填剤１１０に埋没している場合（本実施形態）とで、リアクトル組立体１００Ａ´、１００Ａの温度分布が大きく変化することを示すために行ったシミュレーション結果を表すものである。
上述したように、本実施形態に係る昇圧リアクトル装置においては、リアクトル組立体１００Ａの全体が、金属ケース１０８内に注入された充填剤１１０に埋没するように構成されているため、温度分布を均一化する効果を奏することができる。
図６Ａ、Ｂ（本実施形態の対比例）と図７Ａ、Ｂ（本実施形態）とは、リアクトル組立体１００Ａ´、１００Ａの上部が、充填剤１１０から露出している場合（本実施形態の対比例）と、充填剤１１０に埋没している場合（本実施形態）とで、リアクトル組立体１００Ａ´、１００Ａの温度分布が大きく変化することを示すために行ったシミュレーション結果を表すものである。
なお、図６Ａは、対比例において、連続負荷をかけている状態を示すリアクトル組立体１００Ａ´の温度分布を表すものであり、図６Ｂは、対比例において、連続負荷をかけた後、さらに短時間（１～３０秒程度）に亘って大負荷をかけた状態におけるリアクトル組立体１００Ａ´の温度分布を表すものである。
また、同様に、図７Ａは、本実施形態において、連続負荷をかけている状態を示すリアクトル組立体１００Ａの温度分布を表すものであり、図７Ｂは、本実施形態において、連続負荷をかけた後、さらに短時間（１～３０秒程度）に亘って大負荷をかけた状態におけるリアクトル組立体１００Ａの温度分布を表すものである。
いずれの図も、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は断面平面図、（ｃ）は断面側面図を示すものである。
また、同様に、図７Ａは、本実施形態において、連続負荷をかけている状態を示すリアクトル組立体１００Ａの温度分布を表すものであり、図７Ｂは、本実施形態において、連続負荷をかけた後、さらに短時間（１～３０秒程度）に亘って大負荷をかけた状態におけるリアクトル組立体１００Ａの温度分布を表すものである。
いずれの図も、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は断面平面図、（ｃ）は断面側面図を示すものである。
図６Ａの対比例においては、各断面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、１３３℃の温度分布の範囲がコイル１０３Ａ´の上部を中心として大きく広がっており、また、図６Ｂの対比例においては、各断面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、１５０℃の温度分布の範囲が広く確認できる。
一方、図７Ａ、Ｂの本実施形態においては、各断面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、１５０℃の温度分布の範囲が確認できず、図６Ａ、Ｂの対比例に比して、１３３℃の範囲が縮小していることが確認でき、上記対比例に比べると、温度分布の均一化が大幅に改善されていることが明らかである。
一方、図７Ａ、Ｂの本実施形態においては、各断面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、１５０℃の温度分布の範囲が確認できず、図６Ａ、Ｂの対比例に比して、１３３℃の範囲が縮小していることが確認でき、上記対比例に比べると、温度分布の均一化が大幅に改善されていることが明らかである。
なお、上記実施形態のリアクトル組立体１００ＡにおけるＥ型コア１０１Ａ、Ｂの具体的な形状としては、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、種々の態様のものを採用することができる。なお、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、Ｅ型コア６０１Ａ、Ｂ、７０１Ａ、Ｂ、８０１Ａ、Ｂとコイル６０３、７０３、８０３との位置関係を主眼に示すものであるため、前述したボビン等の樹脂成型体は省略されている。
すなわち、図８（ａ）のコア６０１Ａ、Ｂにおいては、中脚部６０１Ａ３（、６０１Ｂ３（図示せず））、両外脚部６０１Ａ１、２、６０１Ｂ１、２およびこれらの脚部を接続するベースコア部６０１Ａ４、Ｂ４の高さが互いに一致しているため、上面が略平坦となるように形成されている。
一方、図８（ｂ）のコア７０１Ａ、Ｂにおいては、中脚部７０１Ａ３（、７０１Ｂ３（図示せず））とベースコア部７０１Ａ４、７０１Ｂ４の高さは一致しているが、両外脚部７０１Ａ１、２、７０１Ｂ１、２は一段低く形成されている。このように、中脚部７０１Ａ３（、７０１Ｂ３（図示せず））よりも両外脚部７０１Ａ１、２、７０１Ｂ１、２の高さを一段低く形成することにより、コイル部７０３Ａの端末部分７０３Ｂの引き出し処理が容易となる。
さらに、図８（ｃ）のコア８０１Ａ、Ｂにおいては、中脚部８０１Ａ３（、８０１Ｂ３（図示せず））と両外脚部８０１Ａ１、２、８０１Ｂ１、２の高さは一致しているが、ベースコア部８０１Ａ３、Ｂ３が一段高く形成されている。コア８０１Ａ、Ｂの上面を、コイル部８０３Ａの上面と同等まで体積を増やすように、高く形成し、長手方向（コイル部軸方向）を薄くすることにより、断面積が同等でありながら長手方向の寸法を削減してコンパクト化を図っても、電気的特性が同程度の昇圧リアクトル装置を形成することができる。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す、上記いずれの態様においても、コイル部６０３Ａ、７０３Ａ、８０３Ａの上面と同程度の高さで端末部分６０３Ｂ、７０３Ｂ、８０３Ｂを引き出すことができ、装置の低背化を図ることができる。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す、上記いずれの態様においても、コイル部６０３Ａ、７０３Ａ、８０３Ａの上面と同程度の高さで端末部分６０３Ｂ、７０３Ｂ、８０３Ｂを引き出すことができ、装置の低背化を図ることができる。
本発明の昇圧リアクトル装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、金属ケース１０８の形状としても図３に記載されたものに限られるものではなく、リアクトル本体１００Ａを設置収納し得る形状のものであればよい。
また、金属ケース１０８のブラケット１０８Ｂの形状としても上記に限られるものではなく、例えば、上記実施形態において、各貫通孔１１１Ｂ、１１１Ｃの近傍の領域をカバーする、１対の小型のブラケットを金属ケース本体１０８Ａに各々係合するように形成してもよい。
例えば、金属ケース１０８の形状としても図３に記載されたものに限られるものではなく、リアクトル本体１００Ａを設置収納し得る形状のものであればよい。
また、金属ケース１０８のブラケット１０８Ｂの形状としても上記に限られるものではなく、例えば、上記実施形態において、各貫通孔１１１Ｂ、１１１Ｃの近傍の領域をカバーする、１対の小型のブラケットを金属ケース本体１０８Ａに各々係合するように形成してもよい。
１００ 昇圧リアクトル装置
１００Ａ、１００Ａ´ リアクトル本体（組立体）
１０１Ａ、Ｂ Ｅ型コア
１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 外脚コア部
１０１Ａ３、Ｂ３ 中脚コア部
１０１Ａ４、Ｂ４ ベースコア部
１０３ コイル部
１０３Ａ 巻回部
１０３Ｂ 入力端
１０３Ｃ 出力端
１０３Ｄ、Ｅ 外部端子
１０４Ａ、Ｂ 樹脂成型体（ボビンを含む）
１０７Ａ 基部
１０７Ｂ 端子台
１０８ 金属ケース
１０８Ａ 金属ケース本体（側壁部）
１０８Ｂ ブラケット
１０９Ａ 取付ボス部
１０９Ｂ 取付孔
１１０ 充填剤
１１１Ｂ、Ｃ 貫通孔
１１２ ガイド部
１１３ 切欠き部
１１４ 縁部
１００Ａ、１００Ａ´ リアクトル本体（組立体）
１０１Ａ、Ｂ Ｅ型コア
１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 外脚コア部
１０１Ａ３、Ｂ３ 中脚コア部
１０１Ａ４、Ｂ４ ベースコア部
１０３ コイル部
１０３Ａ 巻回部
１０３Ｂ 入力端
１０３Ｃ 出力端
１０３Ｄ、Ｅ 外部端子
１０４Ａ、Ｂ 樹脂成型体（ボビンを含む）
１０７Ａ 基部
１０７Ｂ 端子台
１０８ 金属ケース
１０８Ａ 金属ケース本体（側壁部）
１０８Ｂ ブラケット
１０９Ａ 取付ボス部
１０９Ｂ 取付孔
１１０ 充填剤
１１１Ｂ、Ｃ 貫通孔
１１２ ガイド部
１１３ 切欠き部
１１４ 縁部
Claims (6)
- 互いに対応する脚部の端面を突合せて閉磁路を構成する１対のＥ型コアと、
該１対のＥ型コアを互いに突合せて閉磁路を構成した状態において、該１対のＥ型コアの中脚部分に巻回した状態で装着される平角線からなる１つのコイル部と、
前記１対のＥ型コアと該コイル部を互いに組み合わせた組立体の全体を収納し得る高さを有するとともに、該コイル部の入力端および出力端を通過させる側の側壁部に、該入力端および該出力端を通過させる深さを有する切欠き部を備えた金属ケース本体、および該切欠き部に係合し、該切欠き部を塞いだ状態で該金属ケース本体に支持され、該入力端および該出力端に、各々密着させつつ挿通させる１対の貫通孔を備えたブラケット、とを組合せてなる金属ケースと、
該金属ケース内において、前記組立体の全体が浸漬されるまで充填された冷却用充填剤と、を備えたことを特徴とする昇圧リアクトル装置。 - 前記金属ケース本体を形成する材料はアルミニウムからなり、前記ブラケットを形成する材料が絶縁性の樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の昇圧リアクトル装置。
- 前記ブラケットの、前記金属ケース本体との係合部には、該金属ケース本体の切欠き部の縁部と嵌合する、溝状のガイド部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の昇圧リアクトル装置。
- 前記冷却用充填剤が、流動性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の昇圧リアクトル装置。
- 前記ブラケットに設けられた１対の貫通孔は各々、前記平角線が立てられた状態で挿通し得るように、前記金属ケース本体の高さ方向に長い細長形状とされていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の昇圧リアクトル装置。
- 前記Ｅ型コアの外脚部分の高さを、前記中脚部分の高さよりも低く形成したことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の昇圧リアクトル装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020185811A JP2022075188A (ja) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 昇圧リアクトル装置 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2024122508A1 (ja) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | リアクトル、コンバータ、および電力変換装置 |
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