JP6493263B2 - リアクトルユニット - Google Patents

Description

本発明は、リアクトルユニットに関する。

リアクトルユニットは、複数のリアクトルを備え、それぞれのリアクトルは、例えば燃料電池を搭載した車両におけるＤＣ−ＤＣコンバータとして利用されている。リアクトルは、磁性体のコアにコイルを巻き付けて備え、コイルへの通電により発熱する。コイル発熱に伴うリアクトルの昇温は、コンバータとしての機能低下を招くことから、冷媒による積極的な冷却が通常なされている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１１８６１０号公報

上記の特許文献で提案された冷却手法では、リアクトルが載置される放熱部に冷媒を導き、冷媒に浸漬するフィンを設けることで冷却効率の向上を図っている。リアクトルユニットは、それぞれのリアクトルを冷媒の流れに沿って配設しているので、上記の特許文献で提案された冷却手法をリアクトルユニットに適用することで、コイルと同程度に拡張したコア端部を放熱部に接触させてコイル冷却を図ることができる。しかしながら、小型軽量化の要請から、コア端部をコイルが巻かれた部位と同じ大きさとすることが望ましいが、こうすると、コア端部が放熱部の冷却ベースのリアクトル載置面から離れてしまい、コア冷却が進まなくなる。こうしたことから、コイルが巻かれたコアの冷却効率を高める冷却手法が要請されるに到った。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、リアクトルユニットが提供される。このリアクトルユニットは、複数のリアクトルと、内部に冷媒を流通させる冷媒流路を有し、該冷媒流路を区画する区画壁の外面をリアクトル配設面とし、該リアクトル配設面に前記冷媒の流通方向に沿って前記複数のリアクトルが配設される冷却器とを備える。そして、前記複数のリアクトルは、磁性体のコアの巻線領域に巻き付けられたコイルが前記リアクトル配設面に熱的に接合するよう、且つ、前記巻線領域の前記コアが前記冷媒の流通方向に交差するように、前記リアクトル配設面に配設され、前記冷却器は、前記冷媒流路として、前記リアクトル配設面に接した前記コイルの冷却のために冷媒流通を起こすコイル冷却流路部と、該コイル冷却流路部に対して前記冷媒の流通方向に沿って並んで形成され前記コアの前記巻線領域から外れたコア端部部位の冷却のために冷媒流通を起こすコア端部冷却流路部とを備える。また、該コア端部冷却流路部は、前記リアクトル配設面から隆起して前記コア端部部位に熱的に接合すると共に、前記リアクトルを前記コア端部部位の側で前記冷却器に締結する締結部を前記リアクトル配設面から隆起したまま迂回する。

この形態のリアクトルユニットでは、コイル冷却流路部での冷媒流通によりコイルを冷却すると共に、コイル冷却流路部に並んで形成されたコア端部冷却流路部での冷媒流通によりコアを冷却する。コイル冷却流路部は、リアクトル配設面にリアクトルが冷媒の流通方向に沿って並ぶことから、冷媒の流通により、効率的にコイルを冷却する。コア端部冷却流路部は、リアクトル配設面から隆起してコア端部部位に熱的に接合した後において締結部を迂回するとはいえ、冷媒の流れに対して上下に繰り返して大きく屈曲した流路とはならないので、迂回流路域の冷媒通過の際の圧力損失を抑制できる。よって、この形態のリアクトルユニットによれば、コア端部部位に熱的に接合するコア端部冷却流路部により、コアについても効率的に冷却できる。また、コア端部冷却流路部を冷媒の流れに対して上下に繰り返して大きく屈曲した流路にしないので、冷媒の流れ方向が変わる箇所でのエアー溜まりを生じないようにでき、冷媒充填時のエアー抜け性や充填性も高まる。この形態のリアクトルユニットにおいてコイル或いはコアに熱的に接合することは、直接接することの他、何らかのシート状部材を介在させて間接的にコイル或いはコアに接することを意味する。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、リアクトルの冷却方法やリアクトルユニットを有する燃料電池システム、燃料電池搭載車両の形態で実現することができる。

リアクトルユニットを平面視して概略構成を示す説明図である。 図１における２−２線に沿ってリアクトルユニットを断面視して示す説明図である。 図１における３−３線の屈曲線に沿ってリアクトルユニットを断面視して示す説明図である。

図１はリアクトルユニット１００を平面視して概略構成を示す説明図であり、図２は図１における２−２線に沿ってリアクトルユニット１００を断面視して示す説明図であり、図３は図１における３−３線の屈曲線に沿ってリアクトルユニット１００を断面視して示す説明図である。図１では、紙面手前側をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向をリアクトルユニット１００の長手方向とし、Ｙ軸方向をリアクトルユニット１００の幅方向とする。図２と図３においても、これら各軸が示されている。なお、各図において、Ｘ軸方向は、後述する冷媒の流れ方向に沿った方向である。

リアクトルユニット１００は、冷却器１１０と、複数のリアクトル２００とを備え、複数のリアクトル２００は、冷却器１１０の長手方向に沿って配設されている。リアクトル２００は、図示しない平滑コンデンサやスイッチングデバイスと併用されて昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、スイッチングデバイスのスイッチングにより例えば燃料電池の出力電圧を昇圧し、スイッチング周期のデューティの変更により、昇圧程度を可変とする。

それぞれのリアクトル２００は、磁性体のコア２０２の巻線領域２０３にコイル２０４を複数巻数で巻き付けて備え、コア下端面２０２ａとこの下端面より−Ｚ軸方向のコイル巻線部下端２０４ａを除き、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide：ポリフェニレンサルファイド樹脂）のカバー２２０で被覆されている。コア２０２は、図１における−Ｚ軸方向の平面視においてＵ字状をなしたツーパーツ品であり、湾曲したコア端部部位２０２ｂの両側からコイル巻回部位２０２ｃを迫り出しし、その迫り出したコイル巻回部位２０２ｃの領域を巻線領域２０３とする。コイル２０４は、コイル巻回部位２０２ｃが入り込む形状でコイル空隙が残るよう、複数巻数で巻かれて形成されており、このコイル空隙に、両側からコイル巻回部位２０２ｃが入り込むようにして、ツーピースのコア２０２が組み込まれる。こうしてコイル２０４にコア２０２が組み込まれた形態において、コア２０２は、図２に示すように、Ｚ軸方向において巻線領域２０３から外れたコア端部部位２０２ｂとコイル巻回部位２０２ｃ（巻線領域２０３）が同じ大きさとなり、コイル２０４は、Ｚ軸方向においてコア２０２より大きくなる。

冷却器１１０へのリアクトル２００の装着位置とコイル巻き取りの様子を対比して説明すると、それぞれのリアクトル２００は、コイル２０４が巻かれた巻線領域２０３のコア２０２（コイル巻回部位２０２ｃ）が図１におけるＹ軸に沿うよう、冷却器１１０のリアクトル配設面１１１に列状に配設されている。この場合、Ｙ軸と交差するＸ軸は、後述するように冷却器１１０における冷媒の流れ方向であることから、コイル２０４が巻かれた巻線領域２０３のコア２０２は、冷却器１１０における冷媒の流通方向に交差する。そして、それぞれのリアクトル２００は、いずれも巻線領域２０３のコア２０２が冷却器１１０における冷媒の流通方向に交差するようリアクトル配設面１１１に配設されていることから、コイル２０４の巻線方向も同じとなる。リアクトル２００の配設・固定については後述する。

冷却器１１０は、非磁性であって熱伝導性を備える金属材料（例えば、アルミ合金）を用いて形成された第１プレート材１１２と第２プレート材１１４とを向かい合わせて、冷却水等の冷媒を流通させる冷媒流路１２０を冷却器の内部に形成する。つまり、第１プレート材１１２と第２プレート材１１４は、冷媒流路１２０を区画する区画壁として機能する。図１に示すリアクトル配設面１１１は、冷媒流路１２０を区画する区画壁である第１プレート材１１２の外面であって、冷媒流路１２０は、リアクトル配設面１１１の並びに沿ったＸ軸方向を冷媒の流れ方向とする。こうした冷媒の流れを起こすよう、冷却器１１０は、図１における右方側を冷媒流通の上流側とし、この上流側に、コイル冷却流路部１２１とコア端部冷却流路部１２３の流路上流に繋がる冷媒流入管１１５を備え、下流側に、コイル冷却流路部１２１とコア端部冷却流路部１２３の流路末端に繋がる冷媒流出管１１６を備える。そして、冷却器１１０は、冷媒流入管１１５から流入した冷媒を冷媒流路１２０におけるコイル冷却流路部１２１とコア端部冷却流路部１２３に流し込み、それぞれの流路部を流れた冷媒を冷媒流出管１１６から外部に排出する。

上記した冷媒流路１２０は、リアクトル配設面１１１の下方側において、第１プレート材１１２とこれに向かい合う第２プレート材１１４でコイル冷却流路部１２１を形成し、このコイル冷却流路部１２１に、冷媒の流れ方向に沿って複数列のフィン１２２を有する。フィン１２２は、冷媒の流れ方向に沿って波状に曲がりくねった壁面を有するウェーブフィンである。この他、冷媒流路１２０は、コイル冷却流路部１２１と連通してコイル冷却流路部１２１の両側（図２参照）に位置するコア端部冷却流路部１２３をコイル冷却流路部１２１の両側に備え（図２参照）、このコア端部冷却流路部１２３を、第１プレート材１１２のリアクトル配設面１１１から隆起した隆起部１４０と第２プレート材１１４のコイル冷却流路部１２１の底壁から隆起した隆起部１４１とで形成する。コア端部冷却流路部１２３は、図１に示すように、リアクトル配設面１１１を取り囲むようにＸＹ平面において迂回した上で、コイル冷却流路部１２１に対して冷媒の流通方向に沿って並び、リアクトル配設面１１１を取り囲む。冷媒流路１２０は、このコア端部冷却流路部１２３においても、冷媒の流れ方向に沿って複数列のフィン１４２を有する。フィン１４２は、コア端部冷却流路部１２３の流路幅がコイル冷却流路部１２１に比して狭いので、流れ方向に沿った直線状のフィンであり、少なくともコア端部部位２０２ｂに対応する領域に形成されている。

次に、上記した冷却器１１０へのリアクトル２００の配設・固定について説明する。リアクトル２００は、カバー２２０の側壁から固定脚２２２を３方向に突出して備える。それぞれの固定脚２２２は、冷却器１１０のリアクトル配設面１１１へのリアクトル固定に用いられ、コア２０２におけるコア端部部位２０２ｂの側方（Ｘ軸方向）の側に突出して形成されている。リアクトル２００は、それぞれの固定脚２２２をリアクトル配設面１１１に接触させて、ボルト２２４にて固定されている。この固定の様子は、図３に示されており、ボルト２２４は、平座金２２５を介在させて固定脚２２２を貫通し、第１プレート材１１２のネジ孔ブロック２２６に螺合されることで、リアクトル２００を第１プレート材１１２のリアクトル配設面１１１にコア端部部位２０２ｂの側でネジ締め締結する。ネジ孔ブロック２２６は、第１プレート材１１２に設けられているが、締結対象である固定脚２２２がコア端部部位２０２ｂの側方に位置することから、コイル冷却流路部１２１における冷媒の流れを阻害しない。リアクトル固定を図るボルト２２４とネジ孔ブロック２２６および固定脚２２２は、本発明における締結部に相当する。

こうした固定を経て、それぞれのリアクトル２００は、コイル２０４のコイル巻線部下端２０４ａを、放熱シート１２４を介在させて第１プレート材１１２のリアクトル配設面１１１に接触させると共に（図２参照）、コア２０２におけるコア端部部位２０２ｂのコア下端面２０２ａを、放熱シート１５０を介在させて隆起部１４０の頂上面１４３に接触させる（図２、図３参照）。つまり、コイル２０４は、コイル巻線部下端２０４ａに放熱シート１２４を介在させた状態で、リアクトル配設面１１１に熱的に接合する。コア２０２は、コア端部部位２０２ｂのコア下端面２０２ａに放熱シート１５０を介在させた状態で、隆起部１４０が形成するコア端部冷却流路部１２３に熱的に接合する。しかも、コア端部冷却流路部１２３は、隣り合うリアクトル２００の間において、リアクトル配設面１１１から隆起したままボルト２２４および固定脚２２２を迂回する（図１、図２参照）。上記の放熱シート１２４、１５０としては、シリコン系のシート等が用いられる。放熱シート１２４、１５０に代えてシリコン系のポッティング(樹脂盛り）を用いてもよい。

以上説明した本実施形態のリアクトルユニット１００は、冷却器１１０のリアクトル配設面１１１に配設・固定された複数のリアクトル２００に対して、コイル冷却流路部１２１において冷媒を流通させる。コイル冷却流路部１２１における冷媒流通により、コイル２０４は、リアクトル配設面１１１に放熱シート１２４を介してリアクトル配設面１１１に接したコイル巻線部下端２０４ａを経て、冷却される。コイル冷却流路部１２１は、リアクトル配設面１１１に複数のリアクトル２００が冷媒の流通方向に沿って列状に並ぶことから、効率的にコイル２０４を冷却する。このコイル冷却は、コイル冷却流路部１２１のフィン１２２により高い効率でなされる。

本実施形態のリアクトルユニット１００は、コア端部冷却流路部１２３において冷媒を流通させる。コア端部冷却流路部１２３における冷媒流通により、コア２０２は、コア端部冷却流路部１２３を形成する隆起部１４０の頂上面１４３に放熱シート１５０を介して接したコア下端面２０２ａを有するコア端部部位２０２ｂを経て、冷却される。コア端部冷却流路部１２３の冷却対象であるコア端部部位２０２ｂは、複数のリアクトル２００の並びに沿って点在し、隣り合うリアクトル２００の間にはボルト２２４により固定された固定脚２２２が存在する。本実施形態のリアクトルユニット１００は、コア端部冷却流路部１２３を、リアクトル配設面１１１から隆起してコア端部部位２０２ｂのコア下端面２０２ａに接した後において固定脚２２２とボルト２２４を迂回させる。よって、本実施形態のリアクトルユニット１００は、コア端部冷却流路部１２３を、冷媒の流れに対して上下に繰り返して屈曲した流路とはしない。仮に、冷媒の流れに対して上下に屈曲した流路とすれば、その流路は、リアクトル配設面１１１から隆起した後において、図３に示すネジ孔ブロック２２６を避けるよう大きく上下に屈曲する。しかしながら、本実施形態のリアクトルユニット１００は、コア端部冷却流路部１２３を、固定脚２２２とボルト２２４を迂回させるとはいえ、冷媒の流れに対して上下に繰り返して大きく屈曲した流路とはしない。よって、コア端部冷却流路部１２３が固定脚２２２とボルト２２４を迂回する迂回流路域において、冷媒通過の際の圧力損失を抑制できる。この結果、本実施形態のリアクトルユニット１００によれば、コア端部部位２０２ｂに放熱シート１５０を介して接するコア端部冷却流路部１２３により、コア２０２についても効率的に冷却できる。このコア冷却は、コア端部冷却流路部１２３のフィン１４２により高い効率でなされる。また、コア端部冷却流路部１２３を冷媒の流れに対して上下に繰り返して大きく屈曲した流路にしないので、冷媒の流れ方向が変わる箇所でのエアー溜まりを生じないようにできる。エアー溜まりは、コア端部冷却流路部１２３への冷媒充填を妨げ得るが、本実施形態のリアクトルユニット１００によれば、エアー溜まりを生じさせないので、コア端部冷却流路部１２３を真空状態としてから冷媒充填を行うような必要がなくなり、冷媒充填時のエアー抜け性や充填性も高まる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

既述した実施形態では、冷却器１１０のリアクトル配設面１１１に複数のリアクトル２００を一列の列状で配設したが、複数のリアクトル２００を複数の列でそれぞれ列状に配列してもよい。また、１列のリアクトル２００の個数も４に限定されるものではなく、４個以下であっても４個以上であってもよい。

既述した実施形態では、放熱シート１２４を用いて、リアクトル配設面１１１にコイル２０４のコイル巻線部下端２０４ａとリアクトル配設面１１１を間接的に接合させ、放熱シート１５０を用いて、コア端部冷却流路部１２３の頂上面１４３にコア２０２におけるコア端部部位２０２ｂのコア下端面２０２ａを間接的に接合させたが、リアクトル配設面１１１にコイル巻線部下端２０４ａを、コア端部冷却流路部１２３の頂上面１４３にコア下端面２０２ａを,それぞれ、直接、接合するようにしてもよい。

１００…リアクトルユニット
１１０…冷却器
１１１…リアクトル配設面
１１２…第１プレート材
１１４…第２プレート材
１１５…冷媒流入管
１１６…冷媒流出管
１２０…冷媒流路
１２１…コイル冷却流路部
１２２…フィン
１２３…コア端部冷却流路部
１２４…放熱シート
１４０…隆起部
１４１…隆起部
１４２…フィン
１４３…頂上面
１５０…放熱シート
２００…リアクトル
２０２…コア
２０２ａ…コア下端面
２０２ｂ…コア端部部位
２０２ｃ…コイル巻回部位
２０３…巻線領域
２０４…コイル
２０４ａ…コイル巻線部下端
２２０…カバー
２２２…固定脚
２２４…ボルト
２２５…平座金
２２６…ネジ孔ブロック

Claims (1)

1. リアクトルユニットであって、
   複数のリアクトルと、
   内部に冷媒を流通させる冷媒流路を有し、該冷媒流路を区画する区画壁の外面をリアクトル配設面とし、該リアクトル配設面に前記冷媒の流通方向に沿って前記複数のリアクトルが配設される冷却器とを備え、
   前記複数のリアクトルは、磁性体のコアの巻線領域に巻き付けられたコイルが前記リアクトル配設面に熱的に接合するよう、且つ、前記巻線領域の前記コアが前記冷媒の流通方向に交差するように、前記リアクトル配設面に配設され、
   前記冷却器は、前記冷媒流路として、前記リアクトル配設面に接した前記コイルの冷却のために冷媒流通を起こすコイル冷却流路部と、該コイル冷却流路部に対して前記冷媒の流通方向に沿って並んで形成され前記コアの前記巻線領域から外れたコア端部部位の冷却のために冷媒流通を起こすコア端部冷却流路部とを備え、
   該コア端部冷却流路部は、前記リアクトル配設面から隆起して前記コア端部部位に熱的に接合すると共に、前記リアクトルを前記コア端部部位の側で前記冷却器に締結する締結部を前記リアクトル配設面から隆起したまま迂回する、リアクトルユニット。

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