JP5167843B2

JP5167843B2 - リアクトルの取付構造

Info

Publication number: JP5167843B2
Application number: JP2008023987A
Authority: JP
Inventors: 睦伊藤; 雅幸加藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: JP2009188033A

Description

本発明は、昇降圧を行うコンバータなどの部品に用いられるリアクトルの取付構造に関するものである。特に、放熱特性に優れ、冷却ベースへの取り付けが容易かつ確実なリアクトルの取付構造に関するものである。

近年、普及が進みつつあるハイブリッド自動車におけるコンバータの部品として、リアクトルが用いられている。このリアクトルには、対向し合うコイル巻回部を有して閉ループ状に形成されるコアと、コイル巻回部に形成されたコイルとを備える構成が知られている（特許文献1）。この特許文献１には、リアクトルのコアがボルトにてヒートシンク（冷却ベース）に固定されることが記載されている。

特開２００４−２４１４７５号公報明細書００１０

しかし、従来のリアクトルの取付構造では、リアクトルの放熱特性が十分ではないという問題があった。

リアクトルの作動時、コイルおよびコアが発熱する。この熱は、速やかに放熱されることが好ましいが、従来の取付構造では、ボルトでコアをヒートシンクに固定することが述べられているに止まり、放熱特性に優れた具体的な取付構造は示されていない。

一方、特許文献１は、コアを冷却ベースに固定するのではなく、コアに設けたボルト孔にボルトを通すことで、コアをケースに固定する構成を開示している。しかし、この構成では、ケースを必須とするため、リアクトルが大型化すると共に、ケース自体が放熱を妨げる虞もあり、さらにはケースを冷却ベースに固定する必要がある。そのため、ケースを用いることなく、取付作業性と放熱特性に優れたリアクトルの取付構造が望まれていた。特に、大電流に対応できるリアクトルの取付構造とするには、より一層の放熱特性の改善が求められる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、放熱特性に優れたリアクトルの取付構造を提供することにある。

本発明のリアクトルの取付構造は、対向し合うコイル巻回部を有して閉ループ状に形成されるコアと、コイル巻回部に形成されるコイルと、コイルの形成されたコアが取り付けられる冷却ベースとを備えるリアクトルの取付構造である。この取付構造は、コイルおよびコアの少なくとも一方に当接される押え部材と、対向し合うコイル間において、押え部材と冷却ベースとを連結してコイルの形成されたコアを押え部材と冷却ベースとの間に固定する連結部材とを備える。そして、コイルの形成されたコアが収納されるケースを有さないことを特徴とする。

この構成によれば、コイルの形成されたコアは、冷却ベースにケースを介することなく固定されるため、コイルまたはコアの熱を速やかに冷却ベースに伝導することができ、効率的な放熱を行うことができる。また、熱のこもりやすいコイル間に連結部材を配置し、この連結部材を冷却ベースに連結することで、連結部材を通じて効果的な放熱を行うことができる。さらに、この連結部材は、放熱時の熱伝導路としての機能に加え、コイルの形成されたコアを冷却ベースに固定する固定手段の機能も果たすため、放熱時の熱伝導路となる部材と固定手段とを個別の部材とする必要がない。

本発明のリアクトルの取付構造において、前記連結部材は、押え部材に貫通されると共に、一端が押え部材に係合され、他端が冷却ベースに螺合されるボルトであることが好ましい。

この構成によれば、連結部材をボルトとすることで、容易かつ堅固に、押さ部材と冷却ベースとの間にリアクトルを固定することができる。

本発明のリアクトルの取付構造において、前記連結部材は、対向し合うコイル間に介在される扁平部材としてもよい。

この構成によれば、対向し合うコイル間に扁平状の連結部材を介在させることで、コイルと連結部材の接触面積を大きくとることができ、効率的な放熱を行うことができる。

本発明のリアクトルの取付構造において、前記冷却ベースは冷媒が流通される循環路を備え、前記連結部材が循環路にまで到達していることも好ましい。

この構成によれば、連結部材が冷媒の循環路にまで到達していることで、コイル間の熱を、連結部材を介して直接冷媒に伝導させることができ、効率的な放熱を行うことができる。

本発明のリアクトルの取付構造において、前記押え部材と連結部材とが一体であることが好ましい。

この構成によれば、少ない部品点数で、組立作業性に優れるリアクトルの取付構造とすることができる。

本発明のリアクトルの取付構造において、前記冷却ベースは、リアクトルの少なくとも一部が収納される収納凹部を備え、この収納凹部にコイルの形成されたコアが収納されることも挙げられる。

この構成によれば、リアクトルの少なくとも一部を冷却ベースに収納することができ、リアクトルの冷却ベースからの突出量を小さくすることができる。

この収納凹部にリアクトルを収納した本発明のリアクトルの取付構造において、押え部材と冷却ベースの各表面が面一に構成されていることが好ましい。

この構成によれば、リアクトルを冷却ベースに埋設した状態とすることができ、かつ押え部材と冷却ベースの表面同士が面一となることで、突出箇所のない冷却ベースとすることができる。

本発明のリアクトルの取付構造によれば、ケースを用いることなく、放熱性に優れたリアクトルの取付構造とできる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。各図において、共通する部材には同一符号を付している。

＜実施例１＞
図１、図２を参照して、本発明取付構造の実施例を説明する。この取付構造は、図１に示すように、コア1、コイル2、押え板3（押え部材）、連結ボルト4（連結部材）、冷却ベース5を主要構成部品としている。

まず、コア1は、対向し合うコイル巻回部を有して閉ループ状に形成された部材で、磁性体部とギャップ部（図示略）とからなる。そのうち、磁性体部は、軟磁性粉末の圧粉成形体や電磁鋼板の積層体からなり、直方体状のノーマルブロック片と、屈曲されたＵ字状ブロック片1Uとを有する。特に、本例では、Ｕ字状ブロック片1Uをノーマルブロック片よりも下方に突出させ、コイル2の形成されたコア1を冷却ベース5上に設置した際、コア1とコイル2とが面一となって冷却ベース5に接触するようにしている。一方、ギャップ部は、アルミナなどの非磁性材料からなる矩形板で構成される。本例では、４つのノーマルブロック片と、２つのＵ字状ブロック片1Uとを用い、一対のＵ字状ブロック片1Uの間に、一対ずつ並列したノーマルブロック片を配置し、全てのブロック片の間に合計６枚のギャップ部を介在させて互いに接着することで閉ループ状のコア1としている。

このコア1のうち、ノーマルブロック片とＵ字状ブロック片1Uの両端部とで形成されたコイル巻回部の外周に巻線を巻回してなるコイル2が配置される。本例では、平角銅線の表面にエナメル被覆を形成した巻線をエッジワイズ巻きにすることでコイル2を形成した。この巻線は、図1では簡略化しているが、実際には、図２に示すように、コア1の一方のコイル巻回部1Cにおける一端側から他端側に向かって一方向に巻回され、そのまま他方のコイル巻回部1Cに移行して、他方のコイル巻回部1Cの他端側から一端側に向かって逆方向に巻回されることで、コア1の両コイル巻回部1Cを覆うコイル2を形成している。このコイル2をコイル巻回部1Cに形成した結果、コア1のコイル巻回部がコイル2に覆われ、Ｕ字状ブロック片1Uの大半がコイル2から露出した状態とされている。

また、このコア1とコイル2の組立体には、インシュレータ6も設けられている。このインシュレータ6は、コア1の外周を覆う筒状の胴部（図示略）と、コイル2の端部に当接される板状のつば部6F（図２参照）とを備える。胴部は、半割れの角筒片同士を係合することでコア1のコイル巻回部1Cの外周を覆う。つば部6Fは胴部の両端部に対面されると共に、コイル2の各端部に当接する一対の矩形枠である。インシュレータ6の材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマー(LCP)などが利用できる。

この組立体は、冷却ベース5の表面に固定される（図１）。冷却ベース5は、ほぼ角柱状の金属部材で、内部に冷媒の循環路5Cを備える。ここでは、アルミ合金鋳物からなる冷却ベース5とし、循環路5C内で図１の左から右側に向かって冷媒が流通される。ただし、循環路5Cの経路は特に限定されない。冷媒の循環には、図示しないポンプが用いられ、リアクトルから熱を吸収して昇温された冷媒の冷却には、図示しないラジエータが用いられる。また、この冷却ベース5の上面には、複数のボルト穴5Hが形成されている。これらのボルト穴5Hは、冷媒の循環路5Cには達しておらず、次述する連結ボルト4がねじ結合される。

一方、コア1とコイル2の組立体を冷却ベース5に固定するには、押え板3と連結ボルト4からなる固定手段を用いる。押え板3は、コイル2の上面に当接される矩形板である。この押え板3は、コイルの上面の全面を覆う程度の大きさを有し、かつ連結ボルト4の貫通孔3Hが複数形成されている。本例では、平板状の押え板3としているが、折曲状の押え板として、コア1とコイル2の双方に当接する押え板としてもよい。この構成により、コア1→押え板3→連結ボルト4→冷却ベース5という放熱経路も確保できる。連結ボルト4は、一端にヘッド部4Hを備え、他端に前記ボルト穴5Hに螺合する雄ねじ部4Tを有する。連結ボルト4の本数は、リアクトルの冷却効率を考慮すると、コイル2間に挿入できる限り多い方が好ましい。

これら押え板3と連結ボルト4の材質は、熱伝導性に優れる非磁性材料が好適である。具体的には、その熱伝導性は10W/m・K以上、より好ましくは20W/m・K以上、さらに好ましくは30W/m・K以上のものが選択されればよい。ちなみに、ゴム系材料などの有機材料や絶縁紙の熱伝導率は1W/m・K未満である。

高熱伝導性の非磁性材料の具体例として、絶縁性部材では、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。アルミナの熱伝導率は20〜30W/m・K程度、窒化アルミニウムの熱伝導率は100〜250W/m・K程度、窒化ホウ素の熱伝導率は50〜65W/m・K程度、窒化珪素の熱伝導率は40〜150W/m・K程度、炭化珪素の熱伝導率は50〜130W/m・K程度である。特に、コイル2を励磁した際、コア1の外部への漏洩磁束を低減できるよう、絶縁性部材が好ましい。また、導電性部材では、アルミ（236W/m・K）、銅（390W/m・K）、これらの合金、オーステナイト系ステンレス（16.7W/m・K＠SUS304）が挙げられる。

リアクトルを冷却ベース5に固定する際、まず、コア1とコイル2の組立体を冷却ベース5の上面に載せ、対向するコイル2間の隙間をボルト穴5Hに位置合わせする。必要に応じて、コイル2と連結ボルト4の接触面や、組立体と冷却ベース5との接触面に、高熱伝導性のペーストやシートを介在させてもよい。

次に、コイル2の上面に押え板3を載せる。その際、貫通孔3Hを、対向するコイル間の隙間に位置合わせする。

次に、コイルの上部から貫通孔3Hに連結ボルト4を通し、その先端の雄ねじ部4Tをボルト穴5Hにねじ込む。

この連結ボルト4の締め付けにより、コア1とコイル2の組立体は、押え板3と冷却ベース5との間に挟みこまれて固定される。そして、組立体の周囲には、従来用いられていた容器状のケースはもちろん、コイルの底面と側面を覆うボビンカバーも用いられていない。そのため、組立体が冷却ベース5に固定された状態では、U字状ブロック片1Uの大半およびコイル2の両側面は露出されている。

このような取付構造によれば、ケースを用いることなく、コイル2の形成されたコア1を直接冷却ベース5に固定するため、ケースが不要で、リアクトルの小型化を達成でき、かつコイル1およびコア2の熱を直ちに冷却ベース5に伝導させることができる。そのため、効率的な放熱を行うことができる。

また、連結ボルト4が熱のこもりやすい箇所、つまり対向するコイル2同士の間に配されているため、連結ボルト4を冷却ベース5への熱伝導路として利用することができ、効率的な放熱が期待できる。もちろん、連結ボルト4は、コア1とコイル2を冷却ベース5に固定する機能も備えているため、熱伝導路と固定手段とを一つの部材で構成することができる。

＜変形例１＞
図３に、実施例1の変形例を示す。この変形例は、連結ボルト4が冷媒の循環路5C内に突出している点で実施例1と異なり、他の点は実施例１と同様の構成である。

つまり、冷却ベース5に構成したボルト孔5HLが冷却ベース5の上面から冷媒の循環路5Cにまで達している。このボルト孔5HLに連結ボルトの雄ねじ部4Tを螺合して、循環路内に同ボルト4の先端部を突出させれば、連結ボルト4の先端部が直接冷媒Cに浸漬された状態とできるため、連結ボルト4を熱伝導路とした効果的な放熱が可能になる。なお、ボルト孔5HLと連結ボルト4の間は、適宜パッキンなどの止水手段を設ければよい。

＜実施例２＞
次に、図４に基づいて実施例２を説明する。この実施例２は、実施例１における連結ボルトの代わりに扁平連結部材を用いている点が主たる相違点であり、他の構成は実施例１と実質的に同一である。

この扁平連結部材4Fは、対向するコイル2間の隙間に挿入できる厚さで、コイル巻回部の幅に相当する幅を有し、材質は実施例１の連結ボルトと同様である。本例では、扁平連結部材4Fの下端に雄ねじ部4MTが突設され、上端に雌ねじ部4FTが形成されている。また、扁平連結部材4の表面は、図４では平面としているが、波形としてもよい。一方、押え板3は、コイル2の上面を覆うような矩形板で、中央にボルト7の貫通孔3Hが形成されている。この押え板3の材質も実施例１と同様である。また、冷却ベース5の上面には、ボルト穴5Hが一つ形成されている。そして、コイル2と扁平連結部材4Fの接触面や、組立体と冷却ベース5との接触面に、高熱伝導性のペーストやシートを介在させてもよい。

リアクトルを冷却ベース5に固定する際、まず、扁平連結部材の雄ねじ部4MTを冷却ベースのボルト穴5Hにねじ込み、扁平連結部材4Fを冷却ベース5に固定する。

次に、この扁平連結部材4Fが、対向し合うコイル2間の隙間に介在されるように、コア1とコイル2の組立体を冷却ベース上に設置する。

続いて、コイル2の上面に押え板3を配置し、貫通孔3Hにボルト7を通して、そのボルト7を扁平連結部材の雌ねじ部4FTに螺合する。これにより、押え板3と冷却ベース5の間にコア1とコイル2の組立体を固定する。

この取付構造によれば、連結部材が扁平状であるため、コイル2と大きい接触面積を確保することができ、より効率的な放熱を期待することができる。また、複数の連結ボルトを用いた実施例１に比べ、連結部材を一つの部材とできるため、部品点数の減少と取付作業性の向上も実現できる。

＜変形例２＞
上記の実施例２では、押え板3と扁平連結部材4Fとを別部材とし、ボルト7により両者を連結したが、押え板と扁平連結部材とが一体成形されたものとしてもよい（図示略）。押え板と扁平連結部材とを一体にするには、金属材料であればダイキャスト成形や押え板と扁平連結部材の溶接により、セラミックス材料であれば押え板と扁平連結部材の一体焼結や接着により実現できる。

本例の取付構造を組み立てるには、押え板と扁平連結部材の一体部材のうち、扁平連結部材をリアクトルの上方から対向するコイル間の隙間に差し込み、押え板をコイル上面に当接させて、その状態で雄ねじ部を冷却ベースのボルト穴に螺合すればよい。その際、実施例２のボルト7は用いる必要がない。

この構成によれば、実施例２よりも部品点数を削減でき、コアとコイルの組立体を冷却ベースに取り付ける際の作業性にも優れる。

＜実施例３＞
次に、図５に基づいて実施例３を説明する。実施例３は、リアクトル自体の構成は実施例１と実質的に共通であり、そのリアクトルを冷却ベースに設けた収納凹部に収納した点が主たる相違点である。

本例の冷却ベース5には、上部が開口したほぼ直方体状の収納凹部5Rが形成されている。この収納凹部5Rの底面は、図５の左右端部が高く、中央が低い段差5Bが構成されている。この底面の段差5Bは、コア1とコイル2の段差にほぼ相当する高さである。そして、底面の中央部には、複数のボルト穴5Hが並列されている。また、収納凹部5Rの開口縁部にも段差5Uが形成されている。この開口縁部の段差5Uは、押え板3の厚さにほぼ相当する高さである。本例での押え板3は、中央部に複数の貫通孔3Hが形成されている点で実施例１と同じであるが、その貫通孔3Hには連結ボルト4のヘッド部4Hが収納される座ぐり3Rが形成され、かつ押え板3の面積がコア1とコイル2の組立体よりも広い点で実施例１と相違する。

一方、本例での冷媒Cの循環路5Cは、蛇行状に形成されている。つまり、例えば図５の左側の循環路5Cが上流側で、紙面の貫通方向に迂回して、下流側となる右側の循環路5Cにつながっている。このような循環路5Cは、ほぼ収納凹部5Rを挟む両側に形成されている。

リアクトルを冷却ベース5に固定する際、まず、コア1とコイル2の組立体を収納凹部5Rの底面に載せ、対向するコイル2間の隙間をボルト穴5Hに位置合わせする。必要に応じて、コイル1と連結ボルト4との接触面や、組立体と冷却ベース5との接触面に、高熱伝導性のペーストやシートを介在させてもよい。

次に、コイル2の上面に押え板3を載せる。その際、押え板3は周縁部が開口縁部の段差5Uに支持され、中央部はコイル2に支持される。そして、押え板3の貫通孔3Hは対向するコイル2間の隙間に位置合わせされる。

次に、コイル2の上部から貫通孔3Hに連結ボルト4を通し、その先端の雄ねじ部4Tをボルト穴5Hにねじ込む。その際、連結ボルトのヘッド部4Hは、押え板3の貫通孔3Hに形成された座ぐり3Rに収められる。その結果、冷却ベース5の上面と押え板3の上面が面一となり、これら上面の上に突出する部材がない状態となる。

この連結ボルト4の締め付けにより、コア1とコイル2の組立体は、押え板3と冷却ベース5との間に挟みこまれて固定される。必要に応じて、収納凹部5Rの空スペースに高熱伝導性の充填材を充填してもよい。

本例の取付構造によれば、冷却ベース5にリアクトルを収納することができ、冷却ベース5と押え板3により、リアクトルの全周から熱を吸収することができる。特に、収納凹部5Rの底面に段差5Bを設けることで、コア1とコイル2の双方を収納凹部5Rの底面に接触させることができ、コア1とコイル2の双方から冷却ベース5への放熱を行うことができる。もちろん、ケースを用いず、連結ボルト4を介して放熱を行える点は実施例１と同様である。そのため、一層効率的なリアクトルの冷却を行うことができる。さらに、冷却ベース5の上面と押え板3の上面が面一となり、冷却ベース5から部材が突出することを回避できる。

なお、上述した各実施例は、本発明の具体例にすぎず、他の種々の変更が可能なことはいうまでもない。

本発明は、放熱特性に優れたリアクトルの取付構造として利用することができる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車用リアクトルの取付構造として好適に利用することができる。

実施例１に係る取付構造の分解斜視図である。実施例１において、リアクトルを構成するコアとコイルとの組立体の斜視図である。変形例１に係る取付構造の断面図である。実施例２に係る取付構造の分解斜視図である。実施例３に係る取付構造の断面図である。

符号の説明

１コア
1U Ｕ字状ブロック片 1C コイル巻回部
2 コイル
3 押え板
3H 貫通孔 3R 座ぐり
4 連結ボルト
4H ヘッド部 4T 雄ねじ部
4F 扁平連結部材
4MT 雄ねじ部 4FT 雌ねじ部
5 冷却ベース
5C 循環路 5H ボルト穴 5HL ボルト孔 5R 収納凹部
5B 段差 5U 段差
6 インシュレータ
6F つば部
7 ボルト
C 冷媒

Claims

対向し合うコイル巻回部を有して閉ループ状に形成されるコアと、コイル巻回部に形成されるコイルと、コイルの形成されたコアが取り付けられる冷却ベースとを備えるリアクトルの取付構造であって、
少なくともコイルに当接される押え部材と、
対向し合うコイル間において、押え部材と冷却ベースとを連結してコイルの形成されたコアを押え部材と冷却ベースとの間に固定する連結部材とを備え、
前記コイルは平角線をエッジワイズ巻きした断面が矩形状の一対のコイルで、各コイルはその軸方向が平行になるように配置され、
前記押え部材および連結部材は、熱伝導率が10W・m／K以上の材料からなり、
コイルの形成されたコアが収納されるケースを有さないことを特徴とするリアクトルの取付構造。
前記連結部材は、押え部材に貫通されると共に、一端が押え部材に係合され、他端が冷却ベースに螺合されるボルトであることを特徴とする請求項１に記載のリアクトルの取付構造。
前記連結部材は、前記コイルと接触されてい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の取付構造。
前記冷却ベースは冷媒が流通される循環路を備え、
前記連結部材が循環路にまで到達してい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の取付構造。
前記押え部材と連結部材とが一体であ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の取付構造。
前記冷却ベースは、リアクトルの少なくとも一部が収納される収納凹部を備え、
この収納凹部にコイルの形成されたコアが収納され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の取付構造。
押え部材と冷却ベースの表面が面一に構成されていることを特徴とする請求項６に記載のリアクトルの取付構造。
前記押え部材および連結部材は、非磁性材料からな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の取付構造。