JP6696330B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルに関する。

特許文献１は、一対のコイルを有するリアクトル本体が伝熱シートを介して筐体に接するように構成されているリアクトルを開示する。伝熱シートは、コイルと筐体の間に挟持されており、リアクトル本体の熱を筐体に向けて伝熱する。

特開２０１６−０３９２９４号公報

伝熱シートの伝熱特性を向上させるためには、伝熱シートとコイルの接触面積を増大させることが望まれる。本明細書は、伝熱シートとコイルの接触面積を増大させ、伝熱シートの伝熱特性を向上させる技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルの一実施形態は、伝熱シート、リアクトル本体及びコイル間部材を備える。伝熱シートは、筐体上に設けられる。リアクトル本体は、巻回軸方向からみたときに底面と側面の間の角部が湾曲するとともに前記側面同士が対向するように配置されている一対のコイルを有する。一対のコイルの底面が伝熱シートに接するように構成されている。コイル間部材は、一対のコイルの角部の間に配置されており、巻回軸方向に沿って伸びており、伝熱シートに接するように構成されている。コイル間部材は、土台部と凸部を有する。土台部は、筐体側に配置される。凸部は、土台部上に設けられており、一対のコイル間方向の幅が土台部よりも小さい。

上記実施形態のリアクトルは、コイル間部材を備えることを特徴とする。コイル間部材は、伝熱シートがコイルと筐体の間で圧接されたときに、挟持されている部分から延出する伝熱シートの一部をコイル側に押し上げることができる。これにより、押し上げられた伝熱シートの一部がコイルと接触することができるので、伝熱シートとコイルの接触面積が増大する。さらに、上記実施形態のリアクトルでは、コイル間部材が土台部と凸部を有することを特徴とする。例えば、凸部を有しないコイル間部材の場合、そのコイル間部材の高さを大きくすれば、伝熱シートの一部がそのコイル間部材の側面に沿って高く押し上げられるかもしれない。しかしながら、コイルの角部が湾曲していることから、そのようなコイル間部材の高さを高くしただけでは、コイル間部材がコイルに接触し、その接触箇所によって伝熱シートの一部の押し上げが禁止される。一方、上記実施形態のリアクトルでは、コイル間部材が幅狭な凸部を有するので、コイル間部材とコイルの接触が回避され、伝熱シートの一部が高く押し上げられる。これにより、伝熱シートとコイルの接触面積が増大するので、伝熱シートは高い伝熱特性を有することができる。

本明細書が開示するリアクトルの分解斜視図である。 図１のリアクトルを図１のＩＩ−ＩＩ線でカットした断面図である。 図１のリアクトルを図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットした断面図である。 図１のリアクトルを図１のＩＶ−ＩＶ線でカットした断面図である。 押さえ枠の仕切り枠近傍の要部拡大断面図である。

以下で説明するリアクトルは、ハイブリッド車や電気自動車に搭載される電力変換装置に用いられる。ハイブリッド車や電気自動車は、走行用モータとして、誘導モータやＰＭモータ等の交流モータを備える。このため、これらの車両では、バッテリの直流電力を昇圧するコンバータ回路と、直流電力を走行用モータの駆動に適した周波数の交流電力に変換するインバータ回路とを含む電力変換装置を搭載する。例えば、以下で説明するリアクトルは、電力変換装置のコンバータ回路に使用される。このような用途のリアクトルは大電流を扱うので、リアクトルが備えるコイルは内部抵抗の小さい平角線で形成されている。

以下、図面を参照して、リアクトル１０の構成について説明する。これらの図において表されている座標系は、リアクトル１０の長さ、幅、高さの夫々の方向を示すものである。以下、リアクトル１０の長さ方向を「巻回軸方向」、リアクトル１０の幅方向を「巻回径方向」、リアクトル１０の高さ方向を「高さ方向」と称する。なお、「巻回径方向」は、特許請求項の範囲に記載の「コイル間方向」の一例に対応する。

図１に示されるように、リアクトル１０は、放熱板２０上に搭載されており、一対の伝熱シート３０、押さえ枠４０、リアクトル本体５０及び樹脂カバー６０を備える。

放熱板２０は、筐体の一部を構成しており、底板２２及び一対の側板２４を備える。一対の側板２４は、底板２２の巻回軸方向における両端縁に沿って設けられており、その上面には開口２６が形成されている。放熱板２０の下面は、気体（例えば空気）または液体（例えば冷却液）の伝熱媒体に晒されている。後述するように、樹脂カバー６０で被覆されるリアクトル本体５０が放熱板２０に固定されるときに、放熱板２０の開口２６の各々は、樹脂カバー６０に形成されている孔６４の各々に対応する位置関係に形成されている。

一対の伝熱シート３０は、放熱板２０の底板２２の上面に配置されており、例えば、シリコンを基材にした平面状のラバー部材である。伝熱シート３０の各々の巻回軸方向の長さは、後述するコイル５６の巻回軸方向の長さよりも長い。伝熱シート３０の各々の巻回径方向の長さは、コイル５６の巻回径方向の長さよりも長い。このように、伝熱シート３０は、高さ方向から観測したときに、コイル５６の存在範囲を含むように配置されている。樹脂カバー６０で被覆されるリアクトル本体５０が放熱板２０に固定されたときに、伝熱シート３０はコイル５６と放熱板２０の間に挟持される。伝熱シート３０は、抵抗損失及び渦電流損によって生じるコイル５６の熱を放熱板２０に伝熱する。そのため、伝熱シート３０には、熱伝導率が高く、柔軟性も高い材料が選択される。また、伝熱シート３０には、絶縁性の材料が選択される。

押さえ枠４０は、伝熱シート３０を放熱板２０に向けて押さえるように構成されており、周囲枠４２と仕切り枠４４を有する。周囲枠４２は、巻回軸方向に沿って伸びる一対の枠部分と巻回径方向に沿って伸び一対の枠部分で構成されており、矩形状の形態を有する。樹脂カバー６０で被覆されるリアクトル本体５０が放熱板２０に固定されるときに、周囲枠４２の一部に樹脂カバー６０が接触する。これにより、押さえ枠４０が伝熱シート３０を放熱板２０に向けて押さえることができる。仕切り枠４４は、周囲枠４２内を巻回軸方向に沿って伸びており、周囲枠４２の内部を一対の窓領域４６に区画する。窓領域４６の各々は、矩形状の形態を有しており、１つの伝熱シート３０よりも若干小さく形成されている。このため、押さえ枠４０が伝熱シート３０を放熱板２０に向けて押さえるときに、窓領域４６を構成する４つの辺が伝熱シート３０の周縁部に沿って一巡するように接する。換言すれば、高さ方向から観測したときに、窓領域４６の各々が伝熱シート３０の存在範囲内に位置するように、押さえ枠４０と伝熱シート３０の位置関係が設定されている。仕切り枠４４は、土台部４４ａと凸部４４ｂを有する。土台部４４ａの頂面は、周囲枠４２の頂面と同一平面内に位置する。凸部４４ｂは、土台部４４ａ上に設けられており、土台部４４ａの頂面から高さ方向に沿って突出するように構成されている。凸部４４ｂの巻回軸方向の長さは、コイル５６の巻回軸方向の長さ以上であるのが望ましい。巻回軸方向からみたときに、凸部４４ｂは半球状の形態を有する。土台部４４ａと凸部４４ｂは一体成形されている。なお、仕切り枠４４は、特許請求の範囲に記載のコイル間部材の一例である。仕切り枠４４についての詳細は、後述する。

図２，３及び４に示されるように、リアクトル本体５０は、コア５２、ボビン５４及び一対のコイル５６を有する。コア５２は、コイル５６のインダクタンスを高めるための磁性体部材であり、トラック状の形態を有する。このため、コア５２は、一対の直線部分と一対のコーナー部分で構成されている。ボビン５４は、コア５２の一対の直線部分の各々の周囲を覆うように構成された一対の角筒形状部分を有する。一対のコイル５６のうちの一方がボビン５４の角筒形状部分の一方の周りに巻かれており、他方のコイル５６がボビン５４の角筒形状部分の他方の周りに巻かれている。このように、一対のコイル５６は、直列に接続されており、実質的に１つのコイルを構成する。図１の参照番号５６ａは、一対のコイル５６の一対のリード端部を示す。

図２に示されるように、コイル５６は、例えば、銅からなる平角線をエッジワイズ巻きに巻回した巻線コイルである。即ち、コイル５６では、平角線の幅広の平坦面が巻回軸方向を向いて積層されるように平角線を巻回する。コイル５６は、ボビン５４の角筒形状部分に嵌合するように、角筒形状に形成されている。角筒形状を成すように巻回しても、巻回軸方向から見たときに、側面と底面の間に所定の曲率で湾曲する角部５６Ｒが形成される（図５参照）。このように巻回された一対のコイル５６は、巻回径方向に並ぶように配置される。換言すれば、一対のコイル５６は、巻回軸方向からみたときに角部５６Ｒから延びる側面が対向するように配置される。コイル５６の底面は、伝熱シート３０を挟んで放熱板２０に接する。

図１〜４に示されるように、樹脂カバー６０は、コイル５６の各々の側面及び上面を覆うように構成されている。また、樹脂カバー６０は、一対のコイル５６の間に配置されており、一対のコイル５６を隔てるように構成されている中央壁６０ａを有する。図１に示されるように、樹脂カバー６０には、３個の取り付け部６２が形成されている。取り付け部６２の各々には孔６４が形成されている。樹脂カバー６０で被覆されるリアクトル本体５０を放熱板２０に固定するときに、取り付け部６２の孔６４を通って放熱板２０の開口２６にボルト６６が挿入される。樹脂カバー６０は、放熱板２０にボルト６６でねじ締結されて固定される。

このように構成されるリアクトル１０は、次の手順で組み付けられる。図１に示されるように、まず、放熱板２０上の所定位置に伝熱シート３０及び押さえ枠４０を順に載置する。次に、樹脂カバー６０で被覆されたリアクトル本体５０を放熱板２０上に載置する。このとき、一対のコイル５６のうちの一方のコイル５６の底面が押さえ枠４０の一方の窓領域４６を通って伝熱シート３０の上面に接触し、他方のコイル５６の底面が押さえ枠４０他方の窓領域４６を通って伝熱シート３０の上面に接触する。次に、ボルト６６を用いて樹脂カバー６０と放熱板２０を固定する。

伝熱シート３０の厚さは、リアクトル本体５０を放熱板２０上に載置した状態において、コイル５６の底面と放熱板２０の上面との間に形成される隙間間隔よりも大きく（厚く）なるように選定されている。換言すると、コイル５６の底面と放熱板２０の上面の間に挟持される伝熱シート３０に圧縮荷重が加わるように、コイル５６の底面と放熱板２０の上面の隙間間隔が選定される。

このため、樹脂カバー６０で被覆されたリアクトル本体５０が放熱板２０に固定されるときに、コイル５６の底面と放熱板２０の上面の間にある伝熱シート３０の一部が、圧縮荷重を受けて変形し、挟持されている部分の周囲に延出する。挟持部分の周囲に押さえ枠４０が配置されているので、延出した伝熱シート３０の一部が押さえ枠４０の側面に沿ってコイル５６側に押し上げられる。押し上げられた伝熱シート３０の一部がコイル５６の角部５６Ｒと接触することができるので、伝熱シート３０とコイル５６の接触面積が増大する。

さらに、リアクトル１０では、押さえ枠４０の仕切り枠４４が土台部４４ａと凸部４４ｂを有することを特徴とする。図５に示されるように、仕切り枠４４では、土台部４４ａと凸部４４ｂの間に段差面が形成されるように、凸部４４ｂの巻回径方向の幅Ｗ２が土台部４４ａの幅Ｗ１よりも小さく構成されている。ここで、巻回径方向の幅とは、土台部４４ａと凸部４４ｂが接する面、即ち段差面内における巻回径方向の長さである。例えば、凸部４４ｂを有しない仕切り枠４４を想定する。この場合、仕切り枠４４の高さを大きくすると、コイル５６の角部５６Ｒに接触してしまう。一方、凸部４４ｂを有する場合、コイル５６の角部５６Ｒとの接触を回避しながら、仕切り枠４４の高さを大きくすることができる。これにより、延出した伝熱シート３０の一部が仕切り枠４４の側面に沿って高く押し上げられるので、伝熱シート３０とコイル５６の接触面積が増大する。

リアクトル１０の特徴を整理する。
（１）一対のコイル５６は、巻回軸方向から見たときに角部が湾曲した矩形形状を有しており、夫々のコイル５６の巻回軸が平行であるとともに、一つの側面同士が対向するように配置されている。一対のコイル５６の前記側面に続く底面に伝熱シート３０を挟んで放熱板２０が取り付けられている。放熱板２０と、夫々のコイル５６の側面と底面に挟まれた湾曲した角部５６Ｒの間に、巻回軸方向に沿って延びており、伝熱シート３０に接しているコイル間部材４４が配置されている。コイル間部材４４は、筐体側に配置される土台部４４ａと、その土台部上で巻回軸方向に延びている凸部４４ｂを有している。巻回軸方向からみたときの凸部４４ｂの幅が土台部４４ａの幅よりも小さく、伝熱シート凸部４４ｂと一対のコイル５６の角部５６Ｒの間で伝熱シート３０が圧縮されつつ挟まれている。
（２）巻回軸方向からみたときの仕切り枠４４の土台部４４ａの側面、即ち、コイル５６の角部５６Ｒに対向する面が、土台部４４ａが凸部４４ｂ側に向けて先細りのテーパ形状となるように傾斜しているのが望ましい。この場合、仕切り枠４４とコイル５６の角部５６Ｒの接触をさらに回避しながら、仕切り枠４４の高さを大きくすることができる。
（３）樹脂カバー６０の中央壁６０ａと仕切り枠４４の凸部４４ｂが接触しないように構成されているのが望ましい。この場合、中央壁６０ａと凸部４４ｂの間に延出した伝熱シート３０を受け入れる空間が確保されるので、伝熱シート３０が高く押し上げられ、伝熱シート３０とコイル５６の接触面積を増大させることができる。
（４）コイル５６の角部５６Ｒと仕切り枠４４の最短距離が１ｍｍ以上であるのが望ましい。延出した伝熱シート３０が侵入する経路が確保されるので、伝熱シート３０が高く押し上げられ、伝熱シート３０とコイル５６の接触面積を増大させることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、本明細書又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、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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。

１０：リアクトル
２０：放熱板
３０：伝熱シート
４０：押さえ枠
４２：周囲枠
４４：仕切り枠
４４ａ：土台部
４４ｂ：凸部
４６：窓領域
５０：リアクトル本体
５２：コア
５４：ボビン
５６：コイル
５６Ｒ：角部
６０：樹脂カバー
６０ａ：中央壁
７０：樹脂カバー

Claims (1)

1. 筐体の平坦な底板上に設けられる第１及び第２の伝熱シートと、
   巻回軸方向からみたときに底面と側面の間の角部が湾曲するとともに前記側面同士が対向するように配置されている第１及び第２のコイルを有しており、前記第１のコイルの前記底面が前記第１の伝熱シートに接し、前記第２のコイルの前記底面が前記第２の伝熱シートに接するように構成されているリアクトル本体と、
   前記第１のコイルの前記角部と前記第２のコイルの前記角部の間に配置されており、前記巻回軸方向に沿って伸びており、前記第１及び第２の伝熱シートの各々に接しており、前記伝熱シートを前記底板に押さえるための押さえ枠の一部として構成されているコイル間部材と、を備えており、
   前記コイル間部材は、
   前記筐体側に配置される土台部と、
   前記土台部上に設けられており、前記第１及び第２のコイル間方向の幅が前記土台部よりも小さい凸部と、を有しており、
   前記第１の伝熱シートの一部が、前記第１のコイルの前記角部と前記凸部の間に挟まれており、
   前記第２の伝熱シートの一部が、前記第２のコイルの前記角部と前記凸部の間に挟まれている、リアクトル。
   

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