JP6519416B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本発明はリアクトルに関するものである。

車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。

リアクトルの一般的な構成形態として、U型コアやI型コアの周囲にコイルが形成され、これがケース内に収容され、コアやコイルとケースの底面の間に放熱性を有する封止樹脂体がモールドされ、ケースの下方に冷却器が配設された形態を挙げることができる。なお、特許文献１においても、放熱材を介してコイルが配設されたコアがケースに載置され、ステイを介してケースにボルト締結されたリアクトルが開示されている。

現状のリアクトルはたとえば10kHz以下で駆動されているが、20〜30kHz程度の高周波駆動が実現することで、現状のリアクトルにおいて重要な性能である、低振動・低騒音性能（いわゆるNV性能）が重要ではなくなってくるものと推察される。そのため、低振動・低騒音性能を確保する方策の一つである、コイル−ケース間に隙間を確保することが不要となり、ケースにコイルが直接当接された形態のリアクトルが期待される。

このようにケースのたとえば底面にコイルが直接当接されると、発熱源であるコイルからケースへ熱が直接伝達されることから、放熱性能に優れたリアクトルが得られる。

このように放熱性能に優れたリアクトルが期待される一方で、ケースの底面にコイルが直接当接される形態のリアクトルでは、以下で示す幾つかの課題が懸念される。このことを図４〜６を参照して説明する。

図４で示すリアクトルＲＴは、ボビンＢｏを介してコイルＣｉが配設されたコアＣｏがステイＳを介してケースＣａにボルトＢで締結されており、コイルＣｉの下端Ｃｉ’がケースＣａの底面Ｃａ’に直接当接し、ケースＣａの下方には冷媒Ｒが還流する冷却器Ｃｌが配設されてその全体が構成されている。すなわち、図示するリアクトルＲＴでは、放熱材である封止樹脂体がケースＣａ内にモールドされていない。

発熱源であるコイルＣｉの下端Ｃｉ’がケースＣａの底面Ｃａ’に直接当接していることから、コアＣｏやコイルＣｉで生じた熱はケースＣａの底面Ｃａ’に速やかに伝熱され（Ｘ１方向）、冷却器Ｃｌでクーリングされることになる。

特開２０１５−０９０９１２号公報

図４で示す形態のリアクトルＲＴによれば、封止樹脂体を介してコア−コイルからケースの底面および冷却器に伝熱される形態のリアクトルに比して放熱性能は格段に向上する。しかしながら、コイルの熱膨張や熱収縮により、様々な課題が生じ得る。

図５は、コイルＣｉが熱収縮した状態を示している。同図で示すように、低温雰囲気下においてはコイルＣｉが熱収縮することにより（Ｙ１方向）、当接していたコイルＣｉとケースＣａの底面Ｃａ’が離れ、コイルＣｉと底面Ｃａ’の間に隙間Ｇが生じることになる。

このようにコイルＣｉとケースＣａの底面Ｃａ’の間に隙間Ｇが生じることで、コイルＣｉから底面Ｃａ’や冷却器Ｃｌへの放熱ルートが無くなり、リアクトルＲＴの放熱性が大きく損なわれる。

一方、図６は、コイルＣｉが熱膨張した状態を示している。同図で示すように、高温雰囲気下においてはコイルＣｉが熱膨張することにより（Ｙ２方向）、熱膨張したコイルＣｉがケースＣａの底面Ｃａ’に押し付けられ（押し付け力Ｐ）、その反力でコイルＣｉの内部に応力が発生し、この内部応力でコイルＣｉが損傷する可能性がある。

また、コイルＣｉの熱膨張によってコアＣｏが上方に持ち上げられ、このことに伴ってステイＳも上方へ引っ張られて塑性変形し、ボルトＢによる締結部の緩みや締結部の破損に繋がり得る。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、放熱性を有する封止樹脂体を具備しないリアクトルに関し、コイルが熱膨張や熱収縮した場合でも放熱性が阻害されたり、コイルがケースの底面に押し付けられるといった問題が生じないリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、底面と側面とから構成されるケースと、ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、固定部と浮き部を備えた金属板がケースの底面の内側に該固定部を介して固定され、金属板の固定状態において浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態となっており、コイルを具備するコアが浮き部の上に載置されているものである。

本発明のリアクトルは、コイルを具備するコアを、固定部と浮き部を備えた金属板を介してケースの底面に載置した構成に特徴を有するものである。ここで、金属板は、たとえば板バネなどから形成できる。

本発明のリアクトルは、放熱性の封止樹脂体をケース内に形成しないことから、封止樹脂体の材料コスト低減、封止樹脂材料のポッティング工程削減、リアクトル全体の重量軽減などを図ることができる。

コアおよびコイルが載置される金属板は、固定部と浮き部を備えていればその形態は多様に存在する。たとえば、金属板の中央に固定部があり、固定部の左右に２つの浮き部があり、左右の浮き部に環状のコアが載置される形態や、金属板の左右端に固定部があり、中央にフラットな浮き部がある形態、金属板の左右端に固定部があり、中央に上方に湾曲した浮き部がある形態などを挙げることができる。

浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態となっていることから、浮き部の上に載置されたコイルが熱膨張した場合でも、コイルの膨張によって浮き部が下方に変位することにより、コイルがケースの底面に押し付けられることはない。

一方、浮き部の上に載置されたコイルが熱収縮した場合は、コイルおよび浮き部とケースの底面の間に依然として隙間が存在するものの、コイル−金属板の固定部−ケースの底面という放熱ルートが確保されていることから、リアクトルの放熱性が阻害されることはない。

本発明のリアクトルにおいても、ケースの底面下方には冷媒が還流する冷却器が配設される形態が望ましい。また、コアとコイルの間に介層されるボビンに繋がるステイがケースの側面にボルト締結されるのが好ましい。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、コイルを具備するコアを固定部と浮き部を備えた金属板を介してケースの底面に載置し、金属板の固定状態において浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態となっていることにより、放熱性を有する封止樹脂体を廃すことができ、コイルが熱膨張や熱収縮した場合でも放熱性が保証され、コイルがケースの底面に押し付けられて損傷するといった問題は生じ得ない。

本発明のリアクトルの実施の形態の縦断面図である。 図１のII−II矢視図であって、図１と直交する方向から見た縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、金属板の実施の形態を説明した模式図である。 従来のリアクトルの実施の形態の縦断面図である。 従来のリアクトルにおいて、コイルが熱収縮した状態を示した縦断面図である。 従来のリアクトルにおいて、コイルが熱膨張した状態を示した縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。

（リアクトルの実施の形態）
図１は本発明のリアクトルの実施の形態の縦断面図であり、図２は図１のII−II矢視図であって、図１と直交する方向から見た縦断面図である。また、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、金属板の実施の形態を説明した模式図である。

図示するリアクトル１０は、ケース４と、絶縁樹脂製のボビン３を介してコイル２が配設されたコア１と、ケース４の下方に配設されて冷媒Ｒが還流する冷却器５とから大略構成されている。

コア１は、U型コアやI型コアが不図示のギャップ板を介して略環状に構成されたものであり、樹脂と軟磁性粉末等から形成される。ここで、軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。

一方、樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げるこができる。

また、ギャップ板は、例えばアルミナ（AL₂O₃）やジルコニア（ZrO₂）などのセラミックスで成形することができる。なお、ギャップ板なしの構造にてリアクトルコアの電磁気特性、すなわちインダクタンスを保証できる場合には、コア間のギャップ板の介在は不要となる。

コイル２は、銅製の導線と、導線の周囲に形成されたエナメル被膜等の絶縁被膜から構成されており、占積率の高い平角線が好適である。

冷却器５は、その内部に流路５ａが形成され、冷媒Ｒが流路５ａを還流することで伝熱されてきた熱をクーリングする。ここで、冷媒としては、ラジエータ等からのクーリング水やクーリングエアが適用できる。

ケース４はアルミニウムやその合金などから形成され、底面４ａとたとえば４つの側面４ｂを備えている。

ケース４の底面４ａ上には、中央の固定部６ａと固定部６ａの左右にある浮き部６ｂから構成され、板バネから形成された金属板６が固定部６ａを介して固定されている。

金属板６は、アルミ、鉄、銅やそれらの合金などから形成できるが、SUS304-CSP、SUS301-CSP等の熱伝導性の良好な金属素材から形成されるのが好ましい。また、金属板６は、その表面にクロムメッキ処理などを施し、耐摩耗性の高いものが好ましい。さらに、金属板６の板厚は、長期信頼性の観点から0.5mm以上の厚みであって、かつ、部品組み付け時の過剰スペースを要するのを解消するべく3mm以下の厚みであるのが好ましい。

左右の浮き部６ｂ、６ｂにはそれぞれ、環状のコア１の周りに配設された左右のコイル２，２が載置されている。そして、このようにコイル２が浮き部６ｂに載置された状態において、浮き部６ｂは底面４ａから隙間Ｇを介して浮いた状態となっている。たとえば、高さ10μm程度の隙間Ｇを有しているのがよい。

また、コア１とコイル２の間に介層されたボビン３に繋がるステイ７を介して、コア１はケース４の側面４ｂにボルト８にて締結されている。

金属板６の浮き部６ｂが底面４ａから隙間Ｇを介して浮いた状態となっていることから、浮き部６ｂの上に載置されたコイル２が熱膨張した場合（図１のＹ２方向）、コイル２の膨張によって浮き部６ｂが下方に変位するだけで（Ｚ２方向）、コイル２がケース４の底面４ａに押し付けられることはない。

一方、浮き部６ｂの上に載置されたコイル２が熱収縮した場合（図１のＹ１方向）、コイル２および浮き部６ｂとケース４の底面４ａの間に依然として隙間Ｇが存在するものの、コイル２−金属板６の浮き部６ｂ−固定部６ａ−ケース４の底面４ａという放熱ルート（図１のＸ２方向）が確保されていることから、リアクトル１０の放熱性が阻害されることはない。

次に、図３を参照して金属板の他の実施の形態を説明する。

図３（ａ）で示す金属板６Ａは、左右端に固定部６ａ、６ａがあり、中央部にフラットな浮き部６ｂがあり、浮き部６ｂと底面４ａの間に隙間Ｇが介在している形態である。

この金属板６Ａによっても、コイル２の熱膨張を浮き部６ｂの変位が吸収し、コイル２が底面４ａに押し付けられることはない。また、コイル２の熱収縮の際にも、固定部６ａを介した放熱ルートは保証される。

また、図３（ｂ）で示す金属板６Ｂは、左右端の固定部６ａ、６ａに加えて中央部にも別途の固定部６ａがあり、固定部６ａ、６ａ間にフラットな浮き部６ｂがあり、浮き部６ｂと底面４ａの間に隙間Ｇが介在している形態である。

この形態では、環状のコア１の左右それぞれの直線部が各浮き部６ｂの上に載置される。

また、図３（ｃ）で示す金属板６Ｃは、左右端に固定部６ａ、６ａがあり、中央部に上方に湾曲した浮き部６ｂがあり、浮き部６ｂと底面４ａの間に隙間Ｇが介在している形態である。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…コア、２…コイル、３…ボビン、４…ケース、４ａ…底面、４ｂ…側面、５…冷却器、５ａ…流路、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…金属板、６ａ…固定部、６ｂ…浮き部、７…ステイ、８…ボルト、１０…リアクトル、Ｇ…隙間、Ｒ…冷媒

Claims (6)

1. 底面と側面とから構成されるケースと、
   ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、
   固定部と浮き部を備えた金属板がケースの底面の内側に該固定部を介して固定され、金属板の固定状態において浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態となっており、
   コイルを具備するコアが、浮き部の上に且つコイルは浮き部に直接当接した状態で載置されているリアクトル。
2. 底面と側面とから構成されるケースと、
   ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、
   固定部と浮き部を備えた金属板が、固定部は底面に直接当接し、金属板の固定状態において浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態で、ケースの底面の内側に該固定部を介して固定され、
   コイルを具備するコアが浮き部の上に載置されているリアクトル。
3. 底面と側面とから構成されるケースと、
   ケース内に配設されたコイルを具備するコアと、からなるリアクトルであって、
   固定部と浮き部を備えた金属板がケースの底面の内側に該固定部を介して固定され、金属板の固定状態において浮き部は底面から隙間を介して浮いた状態となっており、
   コイルを具備するコアが浮き部の上に載置されており、
   ケース内に封止樹脂体が形成されていないリアクトル。
4. 前記金属板は、中央の固定部と、固定部の左右の浮き部とから構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のリアクトル。
5. 前記金属板は、中央のフラットまたは上方に湾曲した浮き部と、浮き部の左右の固定部とから構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のリアクトル。
6. 前記金属板は、中央の固定部と、固定部の左右の浮き部と、浮き部の更に左右の別途の固定部とから構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のリアクトル。

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