JP4921154B2 - リアクトル及びこれを内蔵した電力変換装置 - Google Patents
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Description
コイルに通電してリアクトルを作動させると、これに伴いコイルからジュール熱が発生する。この発熱により、リアクトルの温度が上昇しすぎると、リアクトルの作動の安定性が損なわれるおそれがある。また、リアクトルの周囲の電子部品の温度上昇を招き、周囲の電子部品の作動安定性を損ねるおそれがある。
その結果、かかるリアクトルを内蔵する電力変換装置等の作動安定性を損ねるおそれがある。
この放熱構造を設けたリアクトルは、板状のヒートシンクに対して、リアクトルを配置して、リアクトルの外表面からの放熱を促進させている。
特に、コイルの発熱する熱は、コイルの内側に溜り易く、上記のごとく、リアクトルの外表面からの放熱だけでは、充分にリアクトルの温度上昇の抑制効果を得ることが困難となるおそれがある。そして、従来のように、例えば鉄心コアを用いる場合等には、コイルの内側に冷却部材を配設することは困難である。
該コイルの内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースと、
上記コイルの内側に接触する上記コアの内側に接触配置された冷却部材とを有し、
上記冷却部材は、上記ケースに形成された突起部からなり、
上記突起部は、上記コイルの内側に接触する上記コアの内側に配置されるように、上記コイルの巻き回しの中心軸方向に突出して形成されており、
該冷却部材が、上記コイルへの通電によって発生する熱を、上記コアを介して該コアの内側から放熱するよう構成されていることを特徴とするリアクトルにある(請求項1)。
上記リアクトルにおいては、上記冷却部材が、磁性粉末混合樹脂からなる上記コアに接触配置されている。そのため、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。即ち、上記コアが磁性粉末混合樹脂からなるため、例えば、その形状を冷却部材の表面に追従するように密着させることができる。これにより、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きくすることができる。
そして、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、コアに密着した冷却部材から放熱することができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトルの動作安定性を確保することができる。
この場合には、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができる。即ち、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、その内部に埋設された冷却部材の全周から放熱することができる。そのため、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
この場合には、上記リアクトルの放熱効率を一層向上させることができる。
即ち、コイルにより発熱される熱は、リアクトルの構造上、コイルの内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイルの内側に上記冷却部材を配置することにより、効率的にリアクトルの放熱を行うことができる。
また、コイルの内側に配設されるコアが上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるため、コイルの内側に、冷却部材を容易に埋設することができる。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。即ち、コイルへの通電によって生じる磁束の経路は、コイルの内側と外側とに略均等な状態でループ状に形成される。ところが、磁束が形成されるべき経路に冷却部材が存在すると、上記コアをその部分に存在させることができなくなる。特に、冷却部材を非磁性体によって構成した場合、磁束の形成を阻害することとなる。そこで、コイルの内側におけるコアの厚みを、外周の厚み以上に確保することにより、冷却部材が磁束の形成を阻害することを防ぐことができる。
それ故、リアクトルの性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
この場合には、一層冷却効率に優れたリアクトルを得ることができる。
この場合には、コイルの内側に溜まった熱を、突起部を介してケースに逃がすことができる。
また、上記半導体モジュールは、例えばIGBT素子等の半導体素子を内蔵してなり、電力変換回路の一部を構成する。
これにより、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
この場合には、リアクトルを効率的に冷却することができると共に、電力変換装置のコンパクト化を図ることが容易となる。
この場合には、リアクトルの冷却効率に一層優れた電力変換装置を得ることができる。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。
この場合には、リアクトルの小型化を図ることができるとともに、インダクタンス性能を確保しつつ放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイルの外径を小さくしてコイルに囲まれる面積を小さくした場合、リアクトルのインダクタンス値は低下する。
なお、上記磁性体として、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、パーメンジュール、フェライト、アモルファス磁性合金、センダスト等を用いることができる。
この場合には、上記磁性体を配設することにより、磁性粉末混合樹脂からなるコアと磁性体とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつリアクトルの小型化を充分に図ることができる。
この場合には、上記磁性体を所定の位置に容易に配置することができるため、上記リアクトルを容易に形成することができる。また、第一磁性体からケースの本体部を介して形成される放熱経路、及び第二磁性体からケースの蓋部を介して形成される放熱経路を確保して、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。
この場合には、コイルの内側における磁気飽和を防ぐことができ、大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトルを得ることができる。
本発明の実施例に係るリアクトル及びこれを用いた電力変換装置につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例のリアクトル1は、図1に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル11と、コイル11の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア12と、コイル11及びコア12を内側に収容するケース13と、コア12に接触配置された冷却部材としての冷却管14とを有する。
冷却管14は、コア12に埋設されていると共に、内側に冷却媒体141を流通させるよう構成されている。
電力変換装置2は、図2に示すごとく、半導体素子を内蔵する半導体モジュール21と、半導体モジュール21を冷却する冷却器3と、半導体モジュール21に電気的に接続されたリアクトル1とを有する。
このように、冷却媒体141は、導入管33から導入され、排出管34から排出される。そして、冷却媒体141が導入管33及び排出管34を流通する間に、リアクトル1と冷却媒体141とが熱交換を行い、リアクトル1の冷却を行う。
まず、ケース13内における所定の位置に、コイル11をセットする。次いで、ケース13内に、磁性粉末混合樹脂液120を注入し、所定加熱温度に所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液120を固化させて、コア12を形成する。
なお、コイル11の巻線端部である引出リード部111は、コア12の外側に突出するようにする。
上記リアクトル1においては、上記冷却管14が上記コア12に埋設されている。そのため、冷却管14とリアクトル1との接触面積を大きく確保することができると共に、コア12の内部からリアクトル1の放熱を行うことができる。即ち、コイル11への通電によって発生する熱がコア12に伝わり、コア12の熱を、その内部に埋設された冷却管14の全周から放熱することができる。そのため、リアクトル1の放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトル1の動作安定性を確保することができる。
更に、冷却器3の導入管33及び排出管34の一部をリアクトル1のコア12内に埋設するため、リアクトル1を効率的に冷却することができると共に、電力変換装置2の一層のコンパクト化が容易となる。
本例は、図4に示すごとく、冷却管14をコイル11の上下位置におけるコア12内に埋設した例である。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、上記実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図5に示すごとく、冷却管14を扁平状に形成して、コイル11の外側におけるコア12内に埋設した例である。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、コイル11から発生する熱を、より均一に放熱しやすくなり、効率的な冷却を行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図6に示すごとく、冷却管14をコイル11の内側におけるコア12内に埋設した例である。
即ち、冷却器3(図2参照)の導入管33及び排出管34の一部である2本の冷却管14が、リアクトル1のコイル11の内側を貫通している。
その他は、実施例1と同様である。
即ち、コイル11により発熱される熱は、リアクトル1の構造上、コイル11の内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイル11の内側に冷却管14を配置することにより、効率的にリアクトル1の放熱を行うことができる。
それ故、リアクトル1の性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図8、図9に示すごとく、リアクトル1を冷却する冷却部材を、ケース13と一体化された突起部140によって構成した例である。
即ち、リアクトル1のコア12に埋設して、リアクトル1の放熱を行うための冷却部材として、上記突起部140を設けた。突起部140は、アルミニウムからなるケース13と一体化されており、突起部140自体もアルミニウムからなる。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、突起部140をコイル11の内側に配置した例を示したが、突起部140をコイル11の外側においてコア12に食込ませる構成とすることもできる。
本例は、図10に示すごとく、冷却管14を、コイル11の外側におけるコア12に接触配置した例である。
そして、コア12は、冷却管14の表面の一部に追従するように密着している。
その他は、実施例1と同様である。
そして、コイル11への通電によって発生する熱がコア12に伝わり、コア12の熱を、コア12に密着した冷却管14から放熱することができ、リアクトル1の放熱を効率的に行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図11に示すごとく、リアクトル1を冷却する冷却部材を、ケース13と接触又は接続している磁性体15によって構成した例である。
すなわち、リアクトル1のコア12に埋設してリアクトル1の放熱を行うための冷却部材として、上記磁性体15を設けた。
また、磁性体15は、図11に示すごとく、コイル11の内側に埋設されている。そして、磁性体15は、コア12の中心穴123に挿嵌され、その両端をケース13に接触あるいは接続してある。
なお、本例のリアクトル1は、磁性体15の一端のみをケース13に接触又は接続することによって構成することもできる。
その他は、実施例5と同様である。
冷却部材は、コイル11の内側に充填されたコア12の内側に埋設された磁性体15からなり、該磁性体15は、図11に示すごとく、ケース13と接触又は接続している。これにより、リアクトル1の小型化を図ることができるとともに、その放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイル11の外径を小さくしてコイル11に囲まれる面積を小さくした場合、リアクトル1のインダクタンス値は低下する。
その他、実施例5と同様の作用効果を有する。
本例は、図12に示すごとく、磁性体15が二つの部材からなるリアクトル1の例である。
すなわち、磁性体15は、図12(a)、(b)に示すごとく、ケース13の本体部131に接続された第一磁性体151とケース13の蓋部132に接続された第二磁性体152とからなる。
本例のリアクトル1の製造方法の一例を以下に示す。
例えば、図12(a)に示すごとく、第一磁性体151をケース13の本体部131に溶接等により接続しておくとともに、第二磁性体152を蓋部132に溶接等により接続しておく。次いで、コイル11をケース13の本体部131の内部の所定の位置に配設した後、ケース13内に、磁性粉末混合樹脂液120を注入する。
その他は、実施例7と同様である。
磁性体15は、図12(b)に示すごとく、ケース13の本体部131に接続される第一磁性体151とケース13の蓋部152に接続される第二磁性体152とからなり、第一磁性体151の先端部と第二磁性体152の先端部とが対向配置されてなる。これにより、磁性体15を所定の位置に容易に配置することができ、リアクトル1を容易に形成することができる。
その他、実施例7と同様の作用効果を有する。
11 コイル
12 コア
13 ケース
14 冷却管
140 突起部
2 電力変換装置
3 冷却器
Claims (7)
- 通電により磁束を発生するコイルと、
該コイルの内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコアと、
上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースと、
上記コイルの内側に接触する上記コアの内側に接触配置された冷却部材とを有し、
上記冷却部材は、上記ケースに形成された突起部からなり、
上記突起部は、上記コイルの内側に接触する上記コアの内側に配置されるように、上記コイルの巻き回しの中心軸方向に突出して形成されており、
該冷却部材が、上記コイルへの通電によって発生する熱を、上記コアを介して該コアの内側から放熱するよう構成されていることを特徴とするリアクトル。 - 請求項1において、上記冷却部材は、上記コアに埋設されていることを特徴とするリアクトル
- 請求項1又は2において、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却部材と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1又は2において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に充填された上記コアの内側に埋設された磁性体からなり、該磁性体は、上記ケースと接触又は接続していることを特徴とするリアクトル。
- 請求項4において、上記磁性体は、上記磁性粉末混合樹脂からなるコアよりも透磁率が高いことを特徴とするリアクトル。
- 請求項4又は5において、上記ケースは、上記コイル及び上記コアを内側に収容する収容凹部を有する本体部と、該本体部の開口部を閉塞するための蓋部とからなり、上記磁性体は、上記ケースの本体部に接触又は接続される第一磁性体と上記ケースの蓋部に接触又は接続される第二磁性体とからなり、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが対向配置されてなることを特徴とするリアクトル。
- 請求項6において、上記磁性体は、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが離隔配置されることによって上記第一磁性体と上記第二磁性体との間に形成されるギャップを有することを特徴とするリアクトル。
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