JP4946248B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、インバータエアコンの力率改善等に用いられるリアクトルに関する。

空調機等においては、使用されるインバータの力率改善等のためにリアクトルが利用される。

このようなリアクトルとしては、例えば、Ｅ型鉄心とＩ型鉄心とを備え、Ｅ型鉄心の中央脚部に対して絶縁材を介して巻線（銅線）を巻回した構造を有するものが存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３１０８１３号公報

しかしながら、このようなリアクトルにおいては、巻線がコアに囲まれる部分では放熱性能が悪いため、当該巻線部分の温度が上昇してしまうという問題がある。

そこで、この発明の課題は、放熱性能を向上させることが可能なリアクトルを提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、リアクトル（１）であって、コア（２）と、前記コアの脚部（２１）に巻回される巻線（３）と、前記脚部と前記巻線との間に設けられる伝熱部材（４；１４）とを備え、前記コアは、前記巻線が巻回される軸に平行な第１方向に対して垂直な第２方向に沿って、前記脚部から伸びる延在部（２ｆ，２ｉ）を備え、前記伝熱部材は前記第１方向において前記延在部とは重ならない位置のみに設けられ、前記伝熱部材（４；１４）は、前記巻線の外部に設けられた放熱部材（５；１５）に接続され、前記放熱部材は前記第１方向において前記伝熱部材と一体的に接触しつつ前記延在部に接触し、前記伝熱部材が前記第１方向に沿って前記巻線と前記脚部との間に挿入され、前記伝熱部材は、前記第１方向から見て、前記巻線に接触する側を曲面とする略Ｄ型断面を有していることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係るリアクトルにおいて、前記伝熱部材（４；１４）は、絶縁材で形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るリアクトルにおいて、前記リアクトルは、インバータに用いられるインバータ用のリアクトルである。

請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、伝熱部材が脚部と巻線との間に設けられるので、高い放熱効果を得ることができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、脚部と巻線との間の絶縁を行うための絶縁部材として伝熱部材が機能するため、脚部と巻線との間の絶縁を行うべき領域のうち少なくとも一部の領域において、絶縁部材を伝熱部材と別途に設ける必要がない。

また、請求項１に記載の発明によれば、伝熱部材は、巻線の外部に設けられた放熱部材に接続されるので、さらに高い放熱効果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るリアクトル１（１Ａとも称する）を示す分解斜視図である。図２はリアクトル１Ａの正面図であり、図３はリアクトル１Ａの側面図であり、図４はリアクトル１Ａの上面図である。また、図５は、正面側から見たリアクトル１Ａの断面図である。

これらの図１〜図５に示すように、リアクトル１Ａは、コア２と、コア２に巻回される巻線３とを備える。なお、図１においては、コア２および巻線３は、組み立てられた状態（すなわち非分解状態）で示されている。

コア２は、Ｅ型鉄心２ｅとＩ型鉄心２ｉとが組み合わせられて構成される。

Ｅ型鉄心２ｅは、略直方体形状の上面部２ｆと当該上面部２ｆ側から鉛直下方に向けて互いに略平行に伸びる略直方体形状の３本の脚部２１，２２，２３とが一体的に形成された構造を有しており、正面視において（より正確には縦横反転した状態で）略Ｅ型形状を有している。また、正面視において、３本の脚部２１，２２，２３のうち、最も左側の脚部２２は上面部２ｆの一端（左端）側に配置され、最も右側の脚部２３は上面部２ｆの他端（右端）側に配置されるとともに、中央の脚部２１（中央脚部とも称する）は、上面部２ｆの略中央に配置されている。また、上面部２ｆおよび脚部２１，２２，２３の奥行き方向の幅は略同一である。

Ｉ型鉄心２ｉは、略直方体形状を有しており、正面視において（より正確には縦横反転した状態で）略Ｉ型形状を有している。Ｉ型鉄心２ｉは、上面部２ｆと略同一サイズを有しており、Ｅ型鉄心２ｅの下端側において各脚部２１，２２，２３と接するようにＥ型鉄心２ｅと組み合わせられる。

巻線３は、例えば銅線で構成され、コア２の中央脚部２１に巻回されコイルとして形成される。巻線３は、脚部２１，２２相互間の空隙と脚部２１，２３相互間の空隙とに収容されつつ、中央脚部２１に巻回される（図４，図５も参照）。

また、このリアクトル１Ａは、２つの伝熱部材４をさらに備えている。

各伝熱部材４は、それぞれ、コア２の中央脚部２１と巻線３との間に挿入された状態で設けられる。一方の伝熱部材４は中央脚部２１の正面側（手前側）に設けられ、他方の伝熱部材４は中央脚部２１の背面側（奥側）に設けられる。

このように、伝熱部材４をコア２の中央脚部２１と巻線３との間に設けることによれば、中央脚部２１付近で発生した熱を伝熱部材４によって放熱板５（後述）側に効率的に伝達して放出することができる。すなわち、高い放熱効果を得ることができる。したがって、中央脚部２１付近の温度上昇を効率的に抑制することができる。

また、伝熱部材４は、略Ｄ型断面（あるいは略弓形断面とも称される）の略柱状形状を有している。伝熱部材４は、中央脚部２１に接する側が平面で構成されており、巻線３に接する側が曲面で構成されている。したがって、伝熱部材４は、中央脚部２１と巻線３との双方に接触するように配置されている。そのため、中央脚部２１付近で発生した熱が伝熱部材４に効率的に伝達され、温度上昇の抑制効率をさらに向上させることができる。

また、ここでは伝熱部材４の材料として、高熱伝導性樹脂を採用する。これによれば、熱伝導性が高いので、中央脚部２１付近で発生した熱をリアクトル１Ａの外部に向けて非常に効率的に伝達することが可能である。なお、伝熱部材４の材料としては、これに限定されず、金属（銅あるいはアルミニウム等）を用いてもよい。

なお、この高熱伝導性樹脂は樹脂であり絶縁材としても機能する。そのため、巻線３と中央脚部２１とを絶縁するために、中央脚部２１の全周囲にわたって別途の絶縁材（例えば、絶縁紙および絶縁用樹脂など）を配置する必要がない。換言すれば、巻線３と中央脚部２１との間の絶縁を行うべき領域のうち少なくとも一部の領域において絶縁材を伝熱部材と別個に設ける必要がない。例えば、中央脚部２１のうち、伝熱部材４が配置されない部分（すなわち中央脚部２１の左側面と右側面と）にのみ別途の絶縁材を設ける一方で、絶縁材として機能する伝熱部材４が配置される部分（すなわち中央脚部２１の正面と背面と）には別途の絶縁材を設けないようにしてもよい。

また、リアクトル１Ａは、放熱板５（放熱部材）をさらに備えている。

この放熱板５は、巻線３の外部（巻線３に包囲された内部空間を除く空間）に（ここではコア２の底面側に）設けられた略板状の放熱部材であり、この放熱板５には伝熱部材４が接続されている。そのため、巻線３への通電中において中央脚部２１付近で発生した熱は、伝熱部材４によって放熱板５側に伝達され、放熱板５で放出される。このように、巻線３の外部に設けられた放熱板５を伝熱部材４に接続して配置することによれば、放熱効果をさらに向上させ、その温度上昇を効率的に抑制することができる。

なお、ここでは、放熱板５は、伝熱部材４と同一の材料（具体的には、高熱伝導性樹脂）で形成され、且つ、伝熱部材４と一体化された状態で形成されているものとする。伝熱部材４と放熱板５とが一体化されたこの部材は、放熱部材６とも称される。ただし、このような態様に限定されず、放熱板５を伝熱部材４とは別の材料（例えば、金属（アルミニウムあるいは銅など））で形成してもよく、および／または、伝熱部材４とは別の部材として形成してもよい。

以上のように、リアクトル１によれば、高い放熱効果を得ることができる。

また、中央脚部２１付近の温度上昇を抑制するための対策としては巻線を大径化する手法があるが、この手法のみを採用するとリアクトルが大型化してしまうという問題が発生する。これに対して、上記のリアクトル１によれば、高い放熱効果によって中央脚部２１付近の温度上昇を抑制できるので、伝熱部材４を用いない場合に比べて巻線の小径化を図ることが可能である。したがって、装置の小型化および軽量化を図ることが可能であり、コストダウンを図ることが可能である。

さらに、絶縁紙には、温度によるグレードが存在し、高温になるにつれて高いグレードのもの、すなわち、高価なものを用いる必要がある。これに対して、上記のリアクトル１によれば、高い放熱効果によって温度上昇を抑制することができるので、絶縁紙を別途の絶縁材として用いる場合であっても、比較的低いグレードの比較的安価な絶縁紙を用いることが可能である。

＜２．第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係るリアクトル１（１Ｂ）を示す分解斜視図である。リアクトル１Ｂは、リアクトル１Ａと同様の構成を有しており、以下では、相違点を中心に説明する。

第２実施形態に係るリアクトル１Ｂは、第１実施形態に係るリアクトル１Ａと同様に、コア２と、コア２に巻回される巻線３とを備える。

また、リアクトル１Ｂは、伝熱部材１４と放熱板１５とをさらに備える。

伝熱部材１４は、中央脚部２１よりも一回り大きな断面外形を有する略筒状部材として形成されており、その中央には垂直方向に伸びる貫通穴１４ｈを有している。貫通穴１４ｈは、中央脚部２１と略同一の大きさを有しており、中央脚部２１は貫通穴１４ｈに嵌合するように組み立てられる。

この伝熱部材１４は、部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが一体化されて形成された樹脂部品として形成されている。

伝熱部材１４の正面側の部材１４ａおよび背面側の部材１４ｂはそれぞれ第１実施形態の伝熱部材４と同様の形状を有している。また、両側面の部材１４ｃ，１４ｄは、それぞれ、部材１４ａと部材１４ｂとの間において中央脚部２１の各側面を覆う略板状部材であり、両部材１４ａ，１４ｂを接続する。また、両側面の部材１４ｃ，１４ｄは、中央脚部２１と略同一の高さを有しており、一方、正面側の部材１４ａと背面側の部材１４ｂとは、いずれも、高さ方向において中央脚部２１よりも長く、中央脚部２１の下端面（したがってＩ型鉄心２ｉの上面）よりも底面側に突出している。この突出部分はコアのＩ型鉄心２ｉの厚さと同等（あるいは同等以上）の突出長を有しており、伝熱部材１４は、当該突出部分を介して放熱板１５に接続されている。

図６においては、巻線３の図示を省略しているが、この伝熱部材１４の周囲には、巻線３が巻回される。詳細には、巻線３は、左側の脚部２２および左側の部材１４ｃの間の空隙と右側の脚部２３および右側の部材１４ｄの間の空隙とに収容されつつ、伝熱部材１４に巻回される。換言すれば、巻線３は、中央脚部２１を覆う伝熱部材１４の周囲に巻回されコイルとして形成される。

このように、伝熱部材１４をコア２の中央脚部２１と巻線３との間に設けることによれば、中央脚部２１付近で発生した熱を伝熱部材１４によって効率的に伝達して、高い放熱効果を得ることができる。したがって、中央脚部２１付近の温度上昇を効率的に抑制することができる。

また、伝熱部材１４は、中央脚部２１を覆う筒状部材として形成されているため、中央脚部２１の周囲四方に伝熱部材が配置されており、高い伝熱効果（放熱効果）を得ることができる。したがって、中央脚部２１付近の温度上昇をより効率的に抑制することができる。特に、中央脚部２１は伝熱部材１４の貫通穴１４ｈに嵌合しており、伝熱部材１４は中央脚部２１に密着した状態になっているので、中央脚部２１付近で発生した熱が伝熱部材４に効率的に伝達される。

また特に、巻線３は伝熱部材１４の外周表面に密着して巻回されている。したがって、巻線３で発生した熱が伝熱部材４に効率的に伝達される。このように、中央脚部２１付近で発生した熱が伝熱部材４に効率的に伝達されるので、温度上昇の抑制効率をさらに向上させることができる。

また、ここでは伝熱部材１４の材料として、高熱伝導性樹脂を採用する。これによれば、中央脚部２１付近で発生した熱をリアクトル１Ｂの外部に向けて非常に効率的に伝達することが可能である。なお、伝熱部材１４の材料としては、これに限定されず、例えば、金属（銅、あるいはアルミニウム等）を用いてもよい。

なお、この高熱伝導性樹脂は樹脂であり絶縁材としても機能する。そのため、巻線３と中央脚部２１とを絶縁するために、中央脚部２１の全周囲にわたって別途の絶縁材（例えば、絶縁紙および絶縁用樹脂など）を配置する必要がない。例えば、中央脚部２１の周囲には、伝熱部材１４を配置すれば十分であり、別途の絶縁材を配置する必要がない。

また、放熱板１５は、巻線３の外部に（より詳細にはコア２の底面側に）設けられた略板状の放熱部材であり、この放熱板１５には伝熱部材１４が接続されている。そのため、巻線３への通電中において中央脚部２１付近で発生した熱は、伝熱部材１４によって放熱板１５側に伝達され、放熱板１５で放出される。このような放熱板１５を伝熱部材１４に接続して設けることによれば、中央脚部２１付近の排熱効果をさらに向上させ、その温度上昇を効率的に抑制することができる。

なお、ここでは、放熱板５は、伝熱部材４と別の材料（例えば、アルミニウム）で形成され、且つ、伝熱部材４とは別部材として形成されているものとする。ただし、これに限定されず、放熱板１５を伝熱部材１４と同一の材料で形成してもよく、および／または、伝熱部材１４と一体化された部材として形成してもよい。

＜３．その他＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態においては、放熱板５，１５をも備える場合を例示しているが、これに限定されず、必ずしも放熱板５，１５を設けることを要しない。詳細には、例えば、第１実施形態において、伝熱部材４を設ける一方で放熱板５を設けないようにしてもよい。この場合であっても、伝熱部材４の上端側あるいは下端側から、或る程度の熱が放出可能であり、温度上昇の抑制効果を得ることが可能である。ただし、伝熱部材４だけでなく放熱板５をも設ける方が、放熱板５の放熱効果によって、中央脚部２１付近の排熱効果をさらに向上させることができる。

また、上記各実施形態において、巻線３の外部に設ける放熱部材として略板状の放熱板５，１５を採用する場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、略板状の放熱板５の一部においてフィン等を設けて放熱効果を高めた放熱部材を採用するようにしてもよい。あるいは、放熱板５をさらに別の放熱部材（ヒートシンク等）に接続するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、巻線３と中央脚部２１との間に伝熱部材を設ける場合を例示したが、これに限定されない。具体的には、中央脚部２１以外の脚部（例えば左側の脚部２２）に巻線が巻回される場合には、当該脚部（例えば左側の脚部２２）と当該脚部に巻回される巻線との間に伝熱部材を設けるようにしてもよい。

第１実施形態に係るリアクトルの概略構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態に係るリアクトルの正面図である。 第１実施形態に係るリアクトルの側面図である。 第１実施形態に係るリアクトルの上面図である。 第１実施形態に係るリアクトルの断面図である。 第２実施形態に係るリアクトルの概略構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ リアクトル
２ コア
３ 巻線
４，１４ 伝熱部材
５，１５ 放熱板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 部材
１４ｈ 貫通穴
２１ 脚部（中央脚部）
２２，２３ 脚部
２ｅ Ｅ型鉄心
２ｆ 上面部
２ｉ Ｉ型鉄心

Claims (3)

1. リアクトル（１）であって、
   コア（２）と、
   前記コアの脚部（２１）に巻回される巻線（３）と、
   前記脚部と前記巻線との間に設けられる伝熱部材（４；１４）と、
   を備え、
   前記コアは、前記巻線が巻回される軸に平行な第１方向に対して垂直な第２方向に沿って、前記脚部から伸びる延在部（２ｆ，２ｉ）を備え、前記伝熱部材は前記第１方向において前記延在部とは重ならない位置のみに設けられ、
   前記伝熱部材（４；１４）は、前記巻線の外部に設けられた放熱部材（５；１５）に接続され、
   前記放熱部材は前記第１方向において前記伝熱部材と一体的に接触しつつ前記延在部に接触し、前記伝熱部材が前記第１方向に沿って前記巻線と前記脚部との間に挿入され、
   前記伝熱部材は、前記第１方向から見て、前記巻線に接触する側を曲面とする略Ｄ型断面を有していることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１に記載のリアクトルにおいて、
   前記伝熱部材（４；１４）は、絶縁材で形成されることを特徴とするリアクトル。
3. 前記リアクトルは、インバータに用いられるインバータ用のリアクトルである、請求項１又は２に記載のリアクトル。

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