JP2022183479A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーとコイルの延出部との接続箇所がモールドされてないリアクトルにおいて、振動によるバスバーやコイルへの負荷を低減する。【解決手段】リアクトル４であって、コイル４ｃの充填部材から露出した部位から引き出された接続端部４ｃ３に接続されると共にコイル４ｃとの間に隙間Ｓを有して対向配置された第２バスバー４ｅ２を有し、コイル４ｃと第２バスバー４ｅ２との間の隙間Ｓに配置されてコイル４ｃ及び第２バスバー４ｅ２の振動を抑制する絶縁性の振動抑制片４ｆを備る。【選択図】図２

Description

本発明は、リアクトルに関するものである。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両には、バッテリとモータ等との間で電力変換を行う電力変換装置が設置されている。このような電力変換装置は、コンデンサやリアクトルを備えており、例えばバッテリから出力される直流電力を交流電力に変換してモータに給電する。特許文献１には、このような電力変換装置に設けられたリアクトルが開示されている。特許文献１に開示されたリアクトルは、コアに装着されるコイルと、コイルに電気的に接続されたバスバーとを備えている。

特開２０１９－１２１６６５号公報

ところで、特許文献１では、コイルを形成する巻線の端部がコイルの本体部から引き出されることで形成された延出部が設けられている。バスバーは、このように本体部から突出するように引き出された延出部と接合されている。また、コイルの本体部とケースとの間には延出部の引き出し箇所を露出させた状態で充填部材が充填されている。つまり、コイルは、延出部の引き出し箇所が充填部材でモールドされていない状態でケースに固定されている。このようなリアクトルでは、車両走行等に起因する外部振動が伝達されると、バスバーとコイルの延出部との接続箇所が振動しやすい。このため、バスバーやコイルへの負荷が大きくなる恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バスバーとコイルの延出部との接続箇所がモールドされてないリアクトルにおいて、振動によるバスバーやコイルへの負荷を低減することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の態様は、ケースと、上記ケースに収容されたコアユニットと、上記コアユニットの周囲に配置されたコイルと、上記コイルの一部を露出させた状態で上記コイルと上記ケースとの間に充填される充填部材とを有するリアクトルであって、上記コイルの上記充填部材から露出した部位から引き出された延出部に接続されると共に上記コイルとの間に隙間を有して対向配置されたバスバーと、上記コイルと上記バスバーとの間の上記隙間に配置されて上記コイル及び上記バスバーの少なくとも一方の振動を抑制する絶縁性の振動抑制部とを備えるという構成を採用する。

第２の態様は、上記第１の態様において、上記振動抑制部が、上記コアユニット及び上記充填部材のいずれかに対して一体的に成形されているという構成を採用する。

第３の態様は、上記第１の態様において、上記コアユニットが、導電性のコアと、上記コアを覆う樹脂製のコアカバーとを有し、上記振動抑制部が、上記コアカバーに対して一体的に成形されているという構成を採用する。

第４の態様は、上記第１～第３いずれかの態様において、上記振動抑制部が、上記コイルと上記バスバーとの少なくも一方と接触しているという構成を採用する。

第５の態様は、上記第１～第４いずれかの態様において、上記コイルが、巻線が筒状体に巻回されてなる本体部と、上記巻線の先端部により形成されると共に上記本体部から上記筒状体の軸芯に沿った方向に延出された上記延出部とを有し、上記本体部の上記延出部の根本が接続された部位と上記バスバーとが平行に対向配置され、上記本体部の上記延出部の根本が接続された部位と上記バスバーとの間に形成された上記隙間に上記振動抑制部が配置されているという構成を採用する。

本発明によれば、コイルとバスバーとの間の隙間に絶縁性の振動抑制部が配置されている。コイルの延出部とバスバーとの接続箇所が振動した場合あるいは振動しようとした場合に、振動抑制部によってコイルあるいはバスバーの移動が規制される。このため、本発明によれば、コイルの延出部とバスバーとの接続箇所との振動を抑制することができる。したがって、本発明によれば、バスバーとコイルの延出部との接続箇所がモールドされてないリアクトルにおいて、振動によるバスバーやコイルへの負荷を低減することが可能になる。

本発明の一実施形態におけるリアクトルを備える電力変換装置の概略的な構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態におけるリアクトルの模式的な平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 （ａ）が振動抑制片を含む模式的な拡大斜視図であり、（ｂ）が（ａ）の第２バスバーを省略した図である。 図４（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態におけるリアクトルの変形例を示す図５と同位置での模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るリアクトルの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のリアクトル４を備える電力変換装置１の概略的な構成を示す分解斜視図である。電力変換装置１は、電気自動車等の車両に搭載され、不図示のモータ（負荷）とバッテリとの間に設けられている。このような電力変換装置１は、図１に示すように、インテリジェントパワーモジュール２と、コンデンサ３と、リアクトル４と、ＤＣＤＣコンバータ５と、本体ケース６とを備えている。

インテリジェントパワーモジュール２は、パワーモジュール１０、ゲートドライバ基板１１、ＥＣＵ基板１２等を備えている。パワーモジュール１０は、パワー半導体素子を有する複数のパワーデバイス１０ａと、これらのパワーデバイス１０ａを収容する樹脂製のパワーモジュールケース１０ｂと、パワーデバイス１０ａと接続されたバスバー１０ｃとを備えている。また、パワーモジュール１０は、バスバー１０ｃの短絡を防ぐ絶縁樹脂部材、及び、冷却用のウォータジャケット等を備えている。

ゲートドライバ基板１１は、パワーデバイス１０ａによって形成される昇降圧コンバータやインバータの駆動信号を生成するゲートドライバが設けられた基板である。このようなゲートドライバ基板１１は、パワーモジュール１０に積層されている。ＥＣＵ基板１２は、ゲートドライバ基板１１の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）が設けられた基板である。このＥＣＵ基板１２は、ゲートドライバ基板１１に積層されている。

コンデンサ３は、インテリジェントパワーモジュール２と接続されており、パワーモジュール１０の側方に配置されている。本実施形態のリアクトル４は、インテリジェントパワーモジュール２の下方に配置されている。本実施形態のリアクトル４の構成については、後に詳細に説明する。ＤＣＤＣコンバータ５は、リアクトル４の側方であって、インテリジェントパワーモジュール２の下方に配置されている。なお、ＤＣＤＣコンバータ５は、バッテリ電力を周囲の電子部品（ゲートドライバ基板１１やＥＣＵ基板１２に実装された電子部品等）に適した電圧に変換する。

本体ケース６は、インテリジェントパワーモジュール２、コンデンサ３、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５を収容するケースであり、上部ケース６ａと、中央ケース６ｂと、下部ケース６ｃとを備えている。これらの上部ケース６ａ、中央ケース６ｂ及び下部ケース６ｃは、パワーモジュール１０とゲートドライバ基板１１とＥＣＵ基板１２の積層方向に分割可能に接続されている。上部ケース６ａは、ＥＣＵ基板１２側からインテリジェントパワーモジュール２を覆っており、中央ケース６ｂと締結されている。中央ケース６ｂは、インテリジェントパワーモジュール２、コンデンサ３、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５の周囲を覆っている。下部ケース６ｃは、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５を下方から覆っており、インテリジェントパワーモジュール２と不図示のモータとを接続するための接続コネクタが設けられ、中央ケース６ｂに締結されている。

図２は、本実施形態のリアクトル４の模式的な平面図である。また、図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。なお、図２において、リアクトルケース４ａの蓋部４ａ２は省略されている。図２及び図３に示すように、本実施形態のリアクトル４は、リアクトルケース４ａと、コアユニット４ｂと、コイル４ｃと、充填部材４ｄと、バスバー４ｅと、振動抑制片４ｆ（振動抑制部）とを備えている。

リアクトルケース４ａは、コアユニット４ｂ、コイル４ｃ、充填部材４ｄ及び振動抑制片４ｆを収容するケースである。このリアクトルケース４ａは、本体部４ａ１と、蓋部４ａ２とを有している。本体部４ａ１は、一面が開放された略方形の容器状に形成されており、内部にコアユニット４ｂ、コイル４ｃ、充填部材４ｄ及び振動抑制片４ｆを収容している。蓋部４ａ２は、本体部４ａ１に着脱可能に取り付けられており、本体部４ａ１の開放面を開閉する。なお、リアクトルケース４ａは、図２及び図３では図示を省略しているが、コアユニット４ｂの取付部や、本体部４ａ１と蓋部４ａ２との締結部等の構造を有している。

コアユニット４ｂは、例えば図３に示すように、コア４ｂ１と、コアカバー４ｂ２とを有している。コア４ｂ１は、導電性の金属によって形成された芯材であり、コイル４ｃに挿通状態で配置されている。なお、本実施形態においては、コアユニット４ｂは、２本のコア４ｂ１を有している。コアカバー４ｂ２は、コア４ｂ１を覆う樹脂製のカバー部材である。コアカバー４ｂ２は、各々のコア４ｂ１を覆うように設けられている。このコアカバー４ｂ２は、リアクトルケース４ａの本体部４ａ１に対して不図示のビス等によって締結されている。

コイル４ｃは、巻線４ｃ１が巻回されることによって形成されており、本体部４ｃ２と、接続端部４ｃ３（延出部）とを有している。本実施形態では、２つのコイル４ｃが設けられている。各々のコイル４ｃは、２つの本体部４ｃ２と、２つの接続端部４ｃ３とを有している。本体部４ｃ２は、巻線４ｃ１が筒状体に巻回されてなる部位であり、コアカバー４ｂ２が間に配置された状態でコア４ｂ１が挿通されている。なお、図２及び図３に示すように、１つのコイル４ｃに設けられる２つの本体部４ｃ２には、異なるコア４ｂ１が挿通されている。

接続端部４ｃ３は、巻線４ｃ１の先端部によって形成されており、バスバー４ｅと接合される部位である。この接続端部４ｃ３は、図２に示すように、本体部４ｃ２から引き出されるようにして、筒状の本体部４ｃ２の軸芯Ｌに沿った方向に延出されている。このように、接続端部４ｃ３は、筒状の本体部４ｃ２の端面に対して屈曲するように接続されている。このような接続端部４ｃ３は、本体部４ｃ２の上部（リアクトルケース４ａの蓋部４ａ２側）から引き出されるように配置されている。

充填部材４ｄは、コイル４ｃの下部（リアクトルケース４ａの本体部４ａ１の底部側）を埋設するように設けられており、コイル４ｃとリアクトルケース４ａの本体部４ａ１との間に充填された樹脂製の部材である。つまり、充填部材４ｄは、コイル４ｃの上部を露出させた状態で、コイル４ｃとリアクトルケース４ａの本体部４ａ１との間に充填されている。つまり、充填部材４ｄは、接続端部４ｃ３が接続された本体部４ｃ２の上部を露出させた状態で、本体部４ｃ２の下部をモールドしている。

バスバー４ｅは、コイル４ｃと、リアクトル４の外部とを接続するための配線部材である。このバスバー４ｅの一方の端部は、コイル４ｃの接続端部４ｃ３と接合されている。また、バスバー４ｅの他方の端部は、リアクトル４を外部機器と接続するための外部接続端子が設けられている。

本実施形態においては、バスバー４ｅが複数設けられている。図２に示すように、本実施形態のリアクトル４は、バスバー４ｅとして第１バスバー４ｅ１と、第２バスバー４ｅ２とを備えている。これらの第１バスバー４ｅ１と第２バスバー４ｅ２とは、異なる接続端部４ｃ３に接合されている。

複数のバスバー４ｅの１つである第２バスバー４ｅ２は、第２バスバー４ｅ２が接合される接続端部４ｃ３に連続する本体部４ｃ２の巻線４ｃ１に対向配置されている。より詳細には、第２バスバー４ｅ２が接続される接続端部４ｃ３が引き出された本体部４ｃ２では、本体部４ｃ２を形成する巻線４ｃ１の終端部（以下、本体終端部４ｃ４と称する）に第２バスバー４ｅ２が対向配置されている。つまり、接続端部４ｃ３が屈曲して接続された本体終端部４ｃ４（接続端部４ｃ３の根本が接続された本体部４ｃ２の部位）に、第２バスバー４ｅ２が隙間Ｓを介して対向配置されている。なお、比較のために説明すると、第１バスバー４ｅ１は、第１バスバー４ｅ１が接合される接続端部４ｃ３が引き出された本体部４ｃ２の本体終端部４ｃ４とは対向配置されていない。

振動抑制片４ｆは、図２に示すように、第１バスバー４ｅ１と本体部４ｃ２の本体終端部４ｃ４との間に形成された隙間Ｓに配置されている。図４（ａ）は、振動抑制片４ｆを含む模式的な拡大斜視図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の第２バスバー４ｅ２を省略した図である。また、図５は、図４（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。これらの図に示すように、振動抑制片４ｆは、コアユニット４ｂのコアカバー４ｂ２から突出して設けられた片状の部位である。

この振動抑制片４ｆは、樹脂によって形成された絶縁性の部材であり、コアカバー４ｂ２に一体的に設けられている。例えば、振動抑制片４ｆをコアカバー４ｂ２と同一材料によって形成することで、コアカバー４ｂ２と同時に振動抑制片４ｆを一体成形することが可能になる。ただし、振動抑制片４ｆをコアカバー４ｂ２と別材料によって形成することも可能である。また、コアカバー４ｂ２の形成後に振動抑制片４ｆをコアカバー４ｂ２に接合することも可能である。

図５に示すように、振動抑制片４ｆは、根本部４ｆ１と先端部４ｆ２とを有している。振動抑制片４ｆの根本部４ｆ１は、先端部４ｆ２よりも厚さ寸法が大きく、先端部４ｆ２を支持する台部として機能する。先端部４ｆ２は、根本部４ｆ１に立設されており、第１バスバー４ｅ１と本体部４ｃ２の本体終端部４ｃ４との間に配置されている。なお、図６（ａ）に示すように、振動抑制片４ｆは、コイル４ｃの本体終端部４ｃ４と接触していても良い。また、図６（ｂ）に示すように、振動抑制片４ｆは、第２バスバー４ｅ２と接触していても良い。また、図６（ｃ）に示すように、振動抑制片４ｆは、コイル４ｃの本体終端部４ｃ４と第２バスバー４ｅ２との両方に接触していても良い。

このような振動抑制片４ｆは、コイル４ｃの接続端部４ｃ３と第２バスバー４ｅ２との接続箇所が振動した場合あるいは振動しようとした場合に、コイル４ｃの接続端部４ｃ３と第２バスバー４ｅ２との移動を規制する。つまり、振動抑制片４ｆは、接続端部４ｃ３及び第２バスバー４ｅ２の振動を抑制する。

以上のような本実施形態のリアクトル４は、リアクトルケース４ａと、リアクトルケース４ａに収容されたコアユニット４ｂと、コアユニット４ｂの周囲に配置されたコイル４ｃとを備えている。さらに、本実施形態のリアクトル４は、コイル４ｃの一部を露出させた状態でコイル４ｃとリアクトルケース４ａとの間に充填される充填部材４ｄを有している。

さらに、本実施形態のリアクトル４は、コイル４ｃの充填部材４ｄから露出した部位から引き出された接続端部４ｃ３に接続されると共にコイル４ｃとの間に隙間Ｓを有して対向配置された第２バスバー４ｅ２を有している。さらに、本実施形態のリアクトル４は、コイル４ｃと第２バスバー４ｅ２との間の隙間Ｓに配置されてコイル４ｃ及び第２バスバー４ｅ２の少なくとも一方の振動を抑制する絶縁性の振動抑制片４ｆを備えている。

このような本実施形態のリアクトル４においては、コイル４ｃと第２バスバー４ｅ２との間の隙間Ｓに絶縁性の振動抑制片４ｆが配置されている。コイル４ｃの接続端部４ｃ３と第２バスバー４ｅ２との接続箇所が振動した場合あるいは振動しようとした場合には、振動抑制片４ｆによってコイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２の移動が規制される。

このため、本実施形態のリアクトル４によれば、コイル４ｃの接続端部４ｃ３と第２バスバー４ｅ２との接続箇所との振動を抑制することができる。したがって、本実施形態のリアクトル４によれば、第２バスバー４ｅ２とコイル４ｃの接続端部４ｃ３との接続箇所がモールドされてないリアクトルにおいて、振動による第２バスバー４ｅ２やコイル４ｃへの負荷を低減することが可能になる。

また、コイル４ｃと第２バスバー４ｅ２との間の隙間Ｓに絶縁性の振動抑制片４ｆが配置されているため、コイル４ｃと第２バスバー４ｅ２の途中部位との絶縁距離を確保することが可能となる。

また、本実施形態のリアクトル４では、振動抑制片４ｆは、コアユニット４ｂに対して一体的に成形されている。このため、振動抑制片４ｆをコアユニット４ｂによって支持することができ、振動抑制片４ｆを支持する支持部を別に設ける必要がない。このため、本実施形態のリアクトル４を小型化することが可能になる。

また、本実施形態のリアクトル４では、コアユニット４ｂは、導電性のコア４ｂ１と、コア４ｂ１を覆う樹脂製のコアカバー４ｂ２とを有している。また、振動抑制片４ｆが、コアカバー４ｂ２に対して一体的に成形されている。このため、コアカバー４ｂ２と同時に振動抑制片４ｆを形成することができ、簡易に振動抑制片４ｆを備えるリアクトル４を形成することが可能になる。

また、本実施形態のリアクトル４では、振動抑制片４ｆは、コイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２と接触していても良い。振動抑制片４ｆがコイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２と接触することで、振動抑制片４ｆがコイル４ｃ及び第２バスバー４ｅ２から離れている場合と比較して、コイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２の振動による移動をより確実に規制することが可能となる。したがって、本実施形態のリアクトル４によれば、振動抑制片４ｆがコイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２と接触することで、振動によるコイル４ｃあるいは第２バスバー４ｅ２への負荷をさらに低減することが可能になる。

また、本実施形態のリアクトル４では、コイル４ｃは、巻線が筒状体に巻回されてなる本体部４ｃ２と、巻線の先端部により形成されると共に本体部４ｃ２から筒状体の軸芯Ｌに沿った方向に延出された接続端部４ｃ３とを有している。また、本体部４ｃ２の接続端部４ｃ３の根本が接続された部位（本体終端部４ｃ４）と第２バスバー４ｅ２とが平行に対向配置されている。さらに、本体終端部４ｃ４と第２バスバー４ｅ２との間に形成された隙間Ｓに振動抑制片４ｆが配置されている。

本体終端部４ｃ４と第２バスバー４ｅ２とが対向配置された構成では、振動抑制片４ｆを設けないと、第２バスバー４ｅ２に対して振動による負荷が大きいことが確かめられた。本実施形態のリアクトル４では、本体終端部４ｃ４と第２バスバー４ｅ２との間に形成された隙間Ｓに振動抑制片４ｆが配置されているため、負荷が大きな部位が発生することを防止することが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、振動抑制片４ｆがコアカバー４ｂ２に対して一体的に設けられた構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、充填部材４ｄに対して振動抑制片４ｆが一体的に設けられていても良い。また、コアカバー４ｂ２及び充填部材４ｄと別体の振動抑制片４ｆを設けるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、片状の振動抑制片４ｆを備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ブロック状等の片状と異なる他の形状の振動抑制片４ｆを設けるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、本体終端部４ｃ４と対向配置される第２バスバー４ｅ２とコイル４ｃの本体部４ｃ２との間にのみ振動抑制片４ｆを設置する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コイル４ｃと第１バスバー４ｅ１との間の隙間に振動抑制片４ｆを設置する構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、振動抑制片４ｆが第２バスバー４ｅ２に対して接触している構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コイル４ｃや第２バスバー４ｅ２が振動していない場合に、振動抑制片４ｆがコイル４ｃ及び第２バスバー４ｅ２と接触していない構成を採用することも可能である。このような場合には、例えば、コイル４ｃや第２バスバー４ｅ２が振動している場合に振幅が大きくならないように、振幅が小さい状態で振動抑制片４ｆがコイル４ｃ及び第２バスバー４ｅ２と接触するように配置する。

また、本実施形態においては、振動抑制片４ｆが第２バスバー４ｅ２に接触せずにコイル４ｃの本体終端部４ｃ４に接触した構成を採用することも可能である。また、振動抑制片４ｆが本体終端部４ｃ４及び第２バスバー４ｅ２の両方に接触した構成を採用することも可能である。

１……電力変換装置、２……インテリジェントパワーモジュール、３……コンデンサ、４……リアクトル、４ａ……リアクトルケース（ケース）、４ｂ……コアユニット、４ｂ１……コア、４ｂ２……コアカバー、４ｃ……コイル、４ｃ１……巻線、４ｃ２……本体部、４ｃ３……接続端部、４ｃ４……本体終端部、４ｄ……充填部材、４ｅ……バスバー、４ｅ１……第１バスバー、４ｅ２……第２バスバー、４ｆ……振動抑制片（振動抑制片）、４ｆ１……根本部、４ｆ２……先端部、Ｌ……軸芯、Ｓ……隙間

Claims (5)

1. ケースと、前記ケースに収容されたコアユニットと、前記コアユニットの周囲に配置されたコイルと、前記コイルの一部を露出させた状態で前記コイルと前記ケースとの間に充填される充填部材とを有するリアクトルであって、
   前記コイルの前記充填部材から露出した部位から引き出された延出部に接続されると共に前記コイルとの間に隙間を有して対向配置されたバスバーと、
   前記コイルと前記バスバーとの間の前記隙間に配置されて前記コイル及び前記バスバーの少なくとも一方の振動を抑制する絶縁性の振動抑制部と
   を備えることを特徴とするリアクトル。
2. 前記振動抑制部は、前記コアユニット及び前記充填部材のいずれかに対して一体的に成形されていることを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
3. 前記コアユニットは、導電性のコアと、前記コアを覆う樹脂製のコアカバーとを有し、
   前記振動抑制部は、前記コアカバーに対して一体的に成形されている
   ことを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
4. 前記振動抑制部は、前記コイルと前記バスバーとの少なくも一方と接触していることを特徴とする請求項１～３いずれか一項に記載のリアクトル。
5. 前記コイルは、
   巻線が筒状体に巻回されてなる本体部と、
   前記巻線の先端部により形成されると共に前記本体部から前記筒状体の軸芯に沿った方向に延出された前記延出部と
   を有し、
   前記本体部の前記延出部の根本が接続された部位と前記バスバーとが平行に対向配置され、
   前記本体部の前記延出部の根本が接続された部位と前記バスバーとの間に形成された前記隙間に前記振動抑制部が配置されている
   ことを特徴とする請求項１～４いずれか一項に記載のリアクトル。

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