JP4924949B2

JP4924949B2 - リアクトル

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Publication number: JP4924949B2
Application number: JP2007321537A
Authority: JP
Inventors: 卓司神頭; 和彦二井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: JP2009147041A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車においてコンバータの構成部品などに利用されるリアクトルに関する。

従来、磁性材料からなるコアとこのコアに巻線を巻回してなるコイルとを備えるリアクトルが知られている。ハイブリッド自動車などに利用される、大型で、大電流で使用されるリアクトルの場合、コアとコイルの発熱量が大きくなるので、放熱性能を高くする必要がある。

一般的なリアクトルの構造としては、開口部を有するアルミケース内にリアクトルを収容し、アルミケース内に樹脂を注入してリアクトルを封入する構造が採用されている。このようなリアクトルでは、リアクトルで発生した熱を樹脂、アルミケースを経由して外部に放熱している。

また、アルミケースを省略した構造のリアクトルも提案されている（例えば、特許文献１,２を参照）。特許文献１には、保持部を有する台座上にコアの両端を固定し、樹脂でモールドした構造のリアクトルが開示されている。特許文献２には、コアから冷却器に向けて突出する伝熱部を備え、リアクトルの周囲を樹脂部で覆うと共に、この樹脂部を冷却器に固定することで冷却器上に直接搭載した構造のリアクトルが開示されている。特許文献２に記載のリアクトルでは、ケースだけでなく台座も省略している。

特開２００４‐９５５７０号公報特開２００７‐１８０２２４号公報

しかし、最近では、リアクトルをより大電流で使用する傾向にあり、リアクトルの更なる放熱性能の向上が求められている。

従来のリアクトルでは、コイルの周囲が樹脂で覆われた構造であり、リアクトルが搭載される搭載部（アルミケースの底板、台座、冷却器を含む）と反対側に位置するコイルの一部分は、搭載部から離れているため、搭載部を介して外部に放熱することが難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、放熱性能が高いリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルは、対向し合うコイル巻回部を有し、閉磁路を形成するコアと、前記コイル巻回部に巻線を巻回してなるコイルとを備える。そして、コイルは、リアクトルが搭載される搭載部側に位置する設置面と、この設置面の反対側に位置する取り付け面とを有しており、この取り付け面に放熱部材が配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、従来放熱することが難しかった搭載部と反対側に位置するコイルの一部分から放熱部材に熱を伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能を高めることができる。

本発明のより好ましい形態は、放熱部材が搭載部側に延びる熱伝導部材を有し、この熱伝導部材が搭載部に固定されている構成である。

この構成によれば、放熱部材が吸収した熱を、熱伝導部材を介して搭載部に伝導させることができるので、放熱部材の冷却性能を高め、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。また、熱伝導部材を搭載部に固定することで、コイルの取り付け面が放熱部材により押し付けられ、外部振動の影響によりリアクトルが搭載部から外れたりずれたりすることを防止できる。

本発明のより好ましい形態は、熱伝導部材がコイル巻回部に巻回された対向し合うコイル間の間隙に挿通するように配置されている構成である。

コイル同士が対向し合う箇所は、熱がこもり易く放熱効率が低いので、この箇所の熱を効率的に放熱させることが好ましい。そこで、熱伝導部材をコイル間の間隙に挿通するように配置することで、コイル同士が対向し合う箇所の熱を熱伝導部材に伝導させ、熱伝導部材が吸収した熱を搭載部に伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

本発明のより好ましい形態は、放熱部材が表面に放熱フィンを有する構成である。

放熱部材の表面に放熱フィンを設けることで、放熱部材の冷却性能を高めることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

本発明のより好ましい形態は、コアのコイル巻回部以外の箇所において、搭載部側のコアの設置面がコイルの設置面と面一になっている構成である。

この構成によれば、コアが搭載部に直接接触し、コアの熱を搭載部に直接伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

本発明のより好ましい形態は、コアのコイル巻回部以外の箇所において、搭載部と反対側の面が放熱部材と接触している構成である。

この構成によれば、搭載部と反対側に位置するコアの一部分からも放熱部材に熱を伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

本発明のリアクトルは、搭載部と反対側に位置するコイルの取り付け面に放熱部材が配設されているので、コイルで発生した熱を効果的に放熱することができ、リアクトルの放熱性能を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係るリアクトルの概略斜視図、図２は、このリアクトルの側面図、図３は、このリアクトルの分解斜視図である。

リアクトル1は、コイル巻回部を有し、閉磁路を形成するコア2と、このコイル巻回部に巻線を巻回してなるコイル3と、コイル3に配設された放熱部材4とを備える。また、搭載部Lは、リアクトル1が搭載される部材である。

コア2は、対向し合う直線状部分と、各直線状部分の端部同士を繋ぐU字状部分とからなる環状の部材であり、各直線状部分がコイル巻回部となる。その他、別形状のコアとして、例えば円環状のコアを用いることができ、この場合も対向する部分がコイル巻回部となる。

このコア2は、磁性材料からなり、ケイ素鋼板を積層した積層体や、鉄粉等の磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉成形体を用いることができる。また、コア2において、コアの磁気特性を調整するために、一部にギャップを形成してもよい。このギャップは、ガラスエポキシ樹脂やアルミナなどの非磁性材料で構成することができる。

コイル3は、巻線を巻回することで形成されており、巻線には、表面に絶縁被覆を有する丸線や平角線を用いることができる。特に、平角線をエッジワイズ巻きしたコイルは、丸線を用いたコイルより占積率がよく、好適である。また、コイル3は、搭載部L側に位置する設置面3iと、この設置面の反対側に位置する取り付け面3oとを有している。

また、上記コア2は、U字状部分において、搭載部L側の設置面2iが突出しており、この設置面2iがコイル3の設置面3iと面一になっている。そのため、コア2の設置面2iが搭載部Lに直接接触し、コア2の熱を搭載部Lに直接伝導させることができる。

放熱部材4は、コイル3の取り付け面3oに配設され、搭載部Lと反対側に位置するコイル3の一部分からの熱を受熱して放熱する部材である。この放熱部材4は、アルミナ製の平板状であり、例えばエポキシ系の接着剤などによりコイル3に固定されている。また、放熱部材4は、平板状とする他、ブロック状など種々の形状とすることができる。

放熱部材4の材質は、熱伝導率が高い材質、例えば25℃での熱伝導率が10W/m・K以上のものを選択することが好ましい。このような熱伝導率を有する材質で放熱部材4を構成することにより、コイル3からの熱を効率良く放熱させることができる。より好ましい熱伝導率は20W/m・K以上、さらに好ましい熱伝導率は30W/m・K以上である。放熱部材4を構成する具体的な材料としては、絶縁性を有するセラミックス材料、例えばアルミナ(Al₂O₃)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素（BN）、窒化珪素(Si₃N₄)および炭化珪素（SiC）よりなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。また、コイル3の巻線には絶縁被覆を有することから、例えばアルミニウム、銅、これらの合金、あるいはオーステナイト系ステンレス（SUS304など）などの金属材料で放熱部材4を構成してもよい。このような金属材料で構成する場合、コイル3と接触する放熱部材4の表面に絶縁被覆を形成しておくことで、コイル3と放熱部材4との間の絶縁を確実に維持することができる。絶縁被覆は、放熱部材4への熱伝導が阻害されないように、上記セラミックス材料で構成することが好ましい。

搭載部Lは、ケースの底板や、ヒートシンクの台座、冷却器などであり、上面（リアクトル1が搭載される面）が平面になっている。また、搭載部を構成する材料としては、熱伝導率の高い金属材料（アルミニウムやステンレスなど）や上記セラミックス材料などで構成することができる。金属材料で構成する場合、コイル3と接触する搭載部Lの表面に絶縁被覆を形成しておくことで、コイル3と搭載部Lとの間の絶縁を確実に維持することができる。絶縁被覆は、搭載部Lへの熱伝導が阻害されないように、上記セラミックス材料で構成することが好ましい。

リアクトル1は、例えば樹脂モールドすることにより搭載部Lに固定される。その他、接着剤により固定したり、コア2をねじ止めすることにより固定してもよい。

以上説明した実施例１に係るリアクトル1によれば、搭載部と反対側に位置するコイル3の取り付け面3oからコイル3の熱を放熱部材4に伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能を高めることができる。

＜実施例２＞
図４は、本発明の実施例２に係るリアクトルを説明するための図であり、上記実施例１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

リアクトル11は、放熱部材4が熱伝導部材5lを有する点で図１〜３に示すリアクトル1と異なる。

熱伝導部材5lは、放熱部材4の四隅に配置される脚状の部材であり、一端側が放熱部材4に固定され、他端側が搭載部Lに固定される。熱伝導部材5lの一端側、他端側を固定する手段としては、例えば溶接や、接着剤、ねじ止めなどが挙げられる。この熱伝導部材5lは、熱伝導率が高い材料、例えば放熱部材4と同じ材料で構成することができ、熱伝導部材5lを放熱部材4と一体に成形してもよい。

熱伝導部材5lは、搭載部Lに固定されるので、コイル3の取り付け面3oが放熱部材4により押し付けられる。そのため、放熱部材4をコイル3の取り付け面3oに接着剤により固定しなくとも、放熱部材4がコイル3に固定され、また、樹脂モールドや接着剤などを用いなくても、リアクトル11を搭載部Lに固定することができる。

以上説明した実施例２に係るリアクトル11によれば、放熱部材4が吸収した熱を、熱伝導部材5lを介して搭載部Lに伝導させることができるので、放熱部材4の冷却性能を高め、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。また、熱伝導部材5lを搭載部Lに固定することで、コイル3の取り付け面3oが放熱部材4により押し付けられ、外部振動の影響によりリアクトル11が搭載部Lから外れたりずれたりすることを防止できる。

＜実施例３＞
図５は、本発明の実施例３に係るリアクトルを説明するための図であり、上記実施例１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

リアクトル12は、熱伝導部材の形状と配置箇所が図４に示すリアクトル11と異なる。

熱伝導部材5pは、対向し合うコイル3間の間隙に挿通するように配置される板状の部材であり、搭載部Lに立設されている。この熱伝導部材5pは、例えば溶接や、接着剤などの手段により搭載部Lに固定されている。また、この熱伝導部材5pの上側（搭載部Lとの反対側）には、放熱部材4が固定される。放熱部材4を固定する手段としては、例えば接着剤やねじ止めなどが挙げられる。この熱伝導部材5pは、熱伝導率が高い材料、例えば放熱部材4と同じ材料で構成することができ、熱伝導部材5pを放熱部材4と一体に成形してもよい。

以上説明した実施例３に係るリアクトル12によれば、熱がこもり易く放熱効率が低いコイル3同士が対向し合う箇所の熱を、熱伝導部材5pを介して搭載部Lに伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

＜変形例３−１＞
次に、上記実施例３に係るリアクトルの変形例を図６を参照して説明する。

リアクトル13は、熱伝導部材の形状が図５に示すリアクトル12と異なる。

熱伝導部材5sは、対向し合うコイル3間の間隙に挿通するように配置されるねじ状の部材である。また、放熱部材4にはこの熱伝導部材5sが挿通される孔が、搭載部Lにはこの熱伝導部材5sと螺合するねじ穴が、それぞれ形成されている。そして、この熱伝導部材5sは、放熱部材4の上側から挿通され、コイル3間の間隙を通って、搭載部Lのねじ穴に螺合されることで固定される。

この構成によれば、放熱部材4をコイル3に簡単に固定でき、また、熱伝導部材5sを搭載部Lに簡単に固定することができるので、リアクトルの組立作業性を向上させることができる。

＜変形例３−２＞
さらに、図７に示すように、熱伝導部材5sをコイル3の外側側面にも配置されるように設けてもよい。

このようなリアクトル14では、放熱部材4をコイル3に安定して固定できると共に、搭載部Lに対するリアクトル14の固定状態も安定する。また、コイル3の外側側面からコイル3の熱を、コイル3の外側側面に位置する熱伝導部材5sを介して搭載部Lに伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

＜実施例４＞
図８は、本発明の実施例４に係るリアクトルを説明するための図であり、上記実施例１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

リアクトル15,16は、放熱部材が放熱フィンを有する点で図１〜３に示すリアクトル11と異なる。

リアクトル15の放熱部材4は、表面に棒状の放熱フィン4fが立設されている（図８（A）を参照）。また、リアクトル16の放熱部材4は、表面に板状の放熱フィン4fが立設されている（図８（B）を参照）。いずれも放熱部材4の表面積が増加し、放熱部材の冷却性能を高めることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。また、放熱フィン4fは、熱伝導率が高い材料、例えば放熱部材4と同じ材料で構成することができ、放熱フィン4fを放熱部材4と一体に成形してもよい。

＜実施例５＞
図９は、本発明の実施例５に係るリアクトルを説明するための図であり、上記実施例１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

リアクトル17は、コアの形状が図１〜３に示すリアクトル11と異なる。

リアクトル17のコア2は、U字状部分において、搭載部Lと反対側の面も突出しており、この面が放熱部材4と直接接触している。そのため、搭載部Lと反対側に位置するコア2の一部分からも放熱部材4に熱を伝導させることができるので、リアクトルの放熱性能をより高めることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した各実施例の構成を複数組み合わせて用いてもよい。

本発明のリアクトルは、放熱性能が高く、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などのコンバータに使用されるリアクトルに好適に利用できる。

本発明の実施例１に係るリアクトルの概略斜視図である。本発明の実施例１に係るリアクトルの概略側面図である。本発明の実施例１に係るリアクトルの概略分解斜視図である。本発明の実施例２に係るリアクトルの概略分解斜視図である。本発明の実施例３に係るリアクトルの概略分解斜視図である。熱伝導部材の変形例を示す概略分解斜視図である。熱伝導部材の別の変形例を示す概略斜視図である。本発明の実施例４に係るリアクトルの概略斜視図であり、（A）は放熱部材の表面に棒状の放熱フィンを設けた例を示し、（B）は放熱部材の表面に板状の放熱フィンを設けた例を示す。本発明の実施例５に係るリアクトルの概略側面図である。

符号の説明

1,11,12,13,14,15,16,17 リアクトル L 搭載部
2 コア 2i 設置面
3 コイル 3i 設置面 3o 取り付け面
4 放熱部材 4f 放熱フィン
5l,5p,5s 熱伝導部材

Claims

対向し合うコイル巻回部を有し、閉磁路を形成するコアと、前記コイル巻回部に巻線を巻回してなるコイルとを備えるリアクトルであって、
前記コイルは、リアクトルが搭載される搭載部側に位置する設置面と、この設置面の反対側に位置する取り付け面とを有し、
前記取り付け面に、放熱部材が配設されており、
前記放熱部材は、前記搭載部側に延びる熱伝導部材を有し、
前記熱伝導部材は、前記コイル巻回部に巻回された対向し合うコイル間の間隙に挿通するように配置されると共に、前記搭載部に固定されていることを特徴とするリアクトル。
前記熱伝導部材が、コイルの外側側面にも配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記熱伝導部材が、前記搭載部に形成されたねじ穴に螺合されるねじ状の部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。
前記放熱部材が表面に放熱フィンを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトル。
前記コアのコイル巻回部以外の箇所において、前記搭載部側のコアの設置面が前記コイルの設置面と面一になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリアクトル。
前記コアのコイル巻回部以外の箇所において、前記搭載部側と反対側の面が前記放熱部材と接触していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリアクトル。
前記放熱部材は、25℃での熱伝導率が10W/m・K以上の材質で構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のリアクトル。
前記搭載部は、金属材料又はセラミックス材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のリアクトル。