JP6206267B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、リアクトルに関する。リアクトルとは、コイルを利用した受動素子であり、「インダクタ」と呼ばれることもある。

リアクトルは、力率改善、高調波電流の抑制（直流電流の平滑化）等のために用いられる受動素子である。リアクトルはまた、直流電圧を昇圧する装置に用いられることもある。リアクトルは、磁性体のコアと、コアに巻回されるコイルを備える。リアクトルの中にはコイルを保持するボビンを有するタイプもある。また、リアクトルは、絶縁や他のデバイスとの物理的接触からの保護を目的として樹脂で覆われることもある。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車が本格的に実用化され、その利用台数が急増している。ハイブリッド自動車や電気自動車はモータを駆動力とするため、駆動回路にリアクトルを備える。それらの自動車では大容量のモータ（消費電力の大きいモータ）を駆動するため、容量の大きなリアクトルが必要となる。リアクトルの主要部品はコイルであり、そのコイルに交流電流を流すと発生する交流磁場によりリアクトル自体を振動させる力が発生する。ハイブリッド自動車や電気自動車ではリアクトルに大電流が流れるため、振動させる力も大きくなる。自励振動を起こさせる力に対抗してコイルの振動を抑制する必要がある。

リアクトル等の電子部品における耐振動性を向上させる技術の一つにポッティングと呼ばれる技術がある。特許文献１−３にその例が開示されている。ポッティングとは、ケース内にリアクトルなどの電子部品を置いた後、シリコン樹脂などの流動性絶縁体（後に固化する絶縁体）をケースに注入し、電子部品の全部あるいは一部を埋めてしまう技術である。なお、ポッティング材を介して電子部品の熱が拡散するので、ポッティング材は電子部品の冷却にも寄与する。

特許文献１−３のリアクトルは、いずれも次の共通の構成を有する。リアクトルは、一部が平行な環状のコアのその平行な２箇所にコイルを巻回したものである。そして、２個のコイルは、その軸線が水平面内で平行となるようにケース内に配置され、コイルの上部が露出するようにコイル下側の周囲とケース内面との隙間にポッティング材が充填されている。

特開２０１３−０２１２１７号公報 特開２０１３−０３８３２４号公報 特開２０１０−２７２５８４号公報

コイルを収容するケースは熱伝導性が高い金属、典型的にはアルミニウムで作られることが多い。他方、ポッティング材は金属製のケースほどには熱伝導性が高くはない。それゆえ、ケース内面とコイルの間の隙間はできるだけ狭くしてポッティング材の層の厚みを薄くする方がコイル放熱の点では有利である。しかし、ケース内側面とコイル側面が近接していると、ポッティング材の表面を介したコイルとケースの間の沿面距離が短くなり、ポッティング材の表面を伝ってコイルとケースの間に電流が流れてしまう虞がある。

本明細書は上記課題に鑑みて創作された。本明細書は、リアクトルにおいて、ケース内側面とコイル側面との隙間を小さくして放熱性を高めることと、コイルとケースの沿面距離を確保することの両立を図る技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルは、コイルが金属製のケースに収容されており、ケース内側面とコイルとの間に絶縁性のポッティング材が充填されている構造を有する。コイルは、その上部がポッティング材の上面から露出している。そして、本明細書が開示する新規なリアクトルは、ケースの内側面であってコイル側面と対向する内側面に段差が設けられている。この段差は、段差面より上側の内側面が段差面より下側の内側面よりもコイル側面から離れている。そして、ポッティング材が段差面よりも上まで充填されている。即ち、ポッティング材の上表面は、段差面よりも上方に位置している。なお、ここで、「段差面」とは、コイルとの距離が近いケース内側面の下側とコイルから遠いケース内側面の上側との境界を意味する。

上記構造のリアクトルでは、ケース内側面の段差面より下側では内側面とコイル側面の隙間を小さくでき、放熱性を高めることができる。一方、段差面より上側ではポッティング材の上表面に沿って内側面とコイル側面との間の距離（沿面距離）を大きくすることができるので高い絶縁性が確保できる。

本明細書が開示する技術によれば、ケース内側面とコイル側面との間がポッティング材で充填されているリアクトルに関し、ケース内側面とコイル側面との隙間を小さくして放熱性を高めることと、コイルとケースの沿面距離を確保することの両立を図ることができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のリアクトルの平面図である。 図１のII−II線における断面図である。 図１のIII−III線における断面図である。 図３の破線IVで囲んだ範囲の拡大図である。

図面を参照して実施例のリアクトルを説明する。図１は実施例のリアクトル３０の平面図である。図２は図１のII−II線における断面図である。そして、図３は図１のIII−III線における断面図である。リアクトル３０は、リアクトル本体３をケース２に取り付け、リアクトル本体３とケース２の間にポッティング材５を充填することで構成される。リアクトル３０は、電動車両に搭載される電力変換装置において、バッテリの直流電圧を昇圧し、さらに交流に変換してモータに供給する電力変換装置に内蔵された電圧コンバータ回路の一部品である。ケース２はその電力変換装置の筺体の一部である。リアクトル３０には大電流が流れるため、熱が発生する。その熱はポッティング材５を介してケース２へと拡散する。ケース２はその熱を吸収するための冷却部材としての機能も有している。図では、ケース２の一部だけが示されている。また、図中には座標系が示されており、本明細書では適時その座標系を用いて、実施例の構成を説明する。

リアクトル本体３は、一部が平行な環状のコア６の平行部位の夫々をボビン７が覆っており、そのボビン７にコイル４１、４２が取り付けられて構成されている。ボビン７は、一対の筒状のコアカバー８１、８２と、フランジ９１、９２で構成されている。一対のコアカバー８１、８２は平行に並んで-おり、その両端がフランジ９１、９２により連結されている。ボビン７は樹脂で作られている。筒状のコアカバー８１、８２の中空部分をコア６の平行部位が貫通している。

コア６は、図３に示すように、環状の周回方向と直交する断面の形状が四角形である。コア６は、磁性体で作られており、例えば、磁性体粒子を含む紛体を焼結や圧縮成形といった加工法により固めることで作られる。

コイル４１、４２は、コアカバー８１、８２に銅からなる平角線１２がエッジワイズ巻きに巻回されて構成されいている。即ち、コイル４１、４２では、平角線１２の幅広の側面がコイルの巻回軸線の方向（以下、巻回軸方向）に向いて積層されるように平角線１２が巻回されている。平角線１２の幅広の側面の幅（線幅）は、リアクトル３０の電気的な特性若しくは仕様によって適宜設定される。本実施例では、コイル４１、４２は、巻回軸線方向（Ｘ軸方向）から見て矩形状（ほぼ正方形状）を成すように巻回されている。コイル４１と４２は、１本の平角線１２で作られており、電気的には直列に接続されている。巻回されたコイル４１、４２は、巻回の径方向に並ぶように平行に配置される。なお、コイル４１、４２を構成している平角線１２の端は、リアクトル３０の外側に向かって伸びている。図２、３では、その平角線１２の端が省略されていることに留意されたい。

ケース２は、熱伝導性の高い金属、具体的にはアルミニウムで作られている。リアクトル本体３のコイル４１、４２から発生した熱はリアクトル本体３とケース２の間に充填されたポッティング材５を介して拡散し、ケース２により吸収される。図２、３に示すように、ケース２の内面２１には、リアクトル本体３が収容されている。２つのコイル４１、４２の一部である下側が内面２１の内側に位置している。そして、コイル４１の側面４１ｂ（以下、コイル側面４１ｂ）及びコイル４２の側面４２ｂ（以下、コイル側面４２ｂ）は、内面２１の内側面２１ｂと対向している。また、コイル４１、４２は、その巻回軸線が内面２１の底面２１ａと平行になるように配置されている。図１に示すように、リアクトル本体３は、ボビン７の四方であって、フランジ９１、９２のコイル並び方向（Ｙ軸方向）の両端に設けられた取付板１６によりケース２に取り付けられている。取付板１６はボルト１７によりケース２に締結されている。

ケース２の内面２１とリアクトル本体３の間にはポッティング材５が充填されている。ポッティング材５はシリコン樹脂により生成された流動性の絶縁体である。ポッティング材５は充填された後に固化する。このポッティング材５により、リアクトル本体３の耐振動性が向上する。図３に示すように、ケース２の内面２１の底面２１ａとコイル４１の下面４１ａ（コイル４２の下面４２ａ）の間には隙間があり、この隙間にポッティング材５が充填されている。また、内面２１の内側面２１ｂとコイル側面４１ｂ（コイル側面４２ｂ）の間にも隙間があり、この隙間にもポッティング材５が充填されている。また、ポッティング材５の上表面５ａはケース２の内面２１の内側に位置しており、コイル４１、４２はその上部がポッティング材５の上表面５ａから露出している。

図４を参照して、ケース２に設けられた段差２２について説明する。図４は、図３の破線IVで囲んだ範囲の拡大図である。図４に示すように、コイル側面４１ｂと対向するケース２の内側面２１ｂには、段差２２が設けられている。段差２２は、ケース２の底面２１ａよりも上方に位置する段差面２２ｃを有しており、この段差面２２ｃは底面２１ａと平行である。そして、図４に示すように、内側面２１ｂにおいて、段差面２２ｃよりも上側の内側面２２ｂとコイル側面４１ｂの間の距離Ｌ２は、段差面２２ｃよりも下側の内側面２２ａとコイル側面４１ｂの間の距離Ｌ１より大きい。即ち、段差面２２ｃよりも上側の内側面２２ｂが段差面２２ｃよりも下側の内側面２２ａよりもコイル側面４１ｂから離れている。段差２２（段差面２２ａ）は、別言すれば、コイル側面４１ｂとの距離が近い下側の内側面２２ａとコイル側面４１ｂから遠い上側の内側面２２ｂとの境界を意味する。また、図４に示すように、ケース２の内側面２１ｂとコイル４１の間に充填されたポッティング材５は、段差面２２ｃよりも上まで充填されている。即ち、ポッティング材５の上表面５ａは、段差面２２ｃよりも上方（Ｚ軸正方向）に位置している。なお、コイル４２の側面４２ｂと対向する側の内側面２１ｂについても同様の段差が設けられている。

実施例の効果について説明する。ケースの内面とコイルの側面との距離は近いほど放熱の点で有利である。しかし、内面とコイルの側面との距離が短くなるとポッティング材の上表面を介した沿面距離が短くなる。即ち、内面とコイルの側面との距離を短くすることは絶縁性能の確保と背反の関係になる。実施例では、段差２２を設けることにより、内側面２１ｂにおいて、段差面２２ｃより上側の内側面２２ｂとコイル側面４１ｂとの距離Ｌ２が段差面２２ｃより下側の内側面２２ａとコイル側面４１ｂとの距離Ｌ１より大きくなっている。距離Ｌ２を大きくすることで、内側面２２ｂとコイル側面４１ｂの間に位置するポッティング材５の上表面５ａを介した沿面距離を長くし、絶縁性能を確保することができる。一方、距離Ｌ１は、距離Ｌ２とは独立して定めることができる。距離Ｌ１を距離Ｌ２より小さくすることで、放熱性能を高めることができる。なお、コイル４１の下面４１ａと内面２１の底面２１ａとの間の距離Ｌ３を小さくすることは、リアクトル３０の放熱性能を高めることに寄与する。好ましくは、距離Ｌ２と距離Ｌ３を共に小さくすることで放熱性能を高めるとよい。このように、ポッティング材５の上表面５ａを介した沿面距離を大きくし絶縁性を確保することとリアクトル３０の放熱性能を高めることの両立を図ることができる。

また、リアクトル３０の組立時には、ポッティング材５は流動性の液体材料である。組立時において充填するポッティング材５の量がばらつくと、ポッティング材５の液面高さがばらつく。ポッティング材５の液面高さがばらつくと、ポッティング材５が固化した後の上表面５ａがばらつき、リアクトル３０の放熱性能がばらつく虞がある。実施例では、段差２２を設けることで、ポッティング材５の上表面５ａが位置するコア側面４１ｂ、４２ｂと内側面２１ｂの間の隙間を大きくしている。組立時において、ポッティング材５の液面はこの隙間に位置することになる。隙間を大きくすれば、充填するポッティング材の量のばらつきに起因する液面高さのばらつきを小さく抑えることができる。即ち、段差２２を設けることにより、ポッティング材５の液面高さのばらつきを小さく抑えることができる。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。ポッティング材５から露出しているコイル４１、４２の上部（コイル４１、４２のケース２の上面より上側の部分）は、樹脂製のカバーで覆われていてもよい。このカバーは、リアクトル本体３全体を覆う大きさであってもよい。

また、ケース２の内側面２１ｂにおいて、段差面２２ｃより下側の内側面２２ａは、コイル側面４１ｂの形状に沿って湾曲していても良い。コイル側面と内側面の間の距離を一定に保つことができ、リアクトル３０の放熱性能の向上に寄与することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ケース
３：リアクトル本体
５：ポッティング材
６：コア
７：ボビン
１２：平角線
１６：取付板
１７：ボルト
３０：リアクトル
２１：内面
２１ｂ：内側面
２２：段差
２２ｃ：段差面
２２ａ、２２ｂ：内側面（段差面の下側及び上側）
４１、４２：コイル
４１ｂ、４２ｂ：コイル側面

Claims (1)

1. コイルが金属製のケースに収容されており、ケースの内側面と前記コイルの間に絶縁性のポッティング材が充填されているリアクトルであり、
   前記コイルは、その上部が前記ポッティング材の上表面から露出しており、
   前記ケースの内側面であって前記コイルの側面と対向する内側面に、段差面より上側の内側面が当該段差面より下側の内側面よりも前記コイルの側面から離れている段差が設けられており、
   前記ポッティング材が前記段差面よりも上まで充填されていることを特徴とするリアクトル。

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