JP7117516B2 - リアクトル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却されるリアクトルを有するリアクトル装置に関する。

近年電動機を走行用の主駆動源や補助駆動源として用いる電気自動車やハイブリッド車等が増加している。これらに用いられるリアクトルには、大電流に対応できるものが求められ、そのため大電流によって発生する熱への対策が重要となってくる。そのためリアクトルと冷却板とをゲルシート等の放熱部材で接続して冷却することが行なわれている。

上述のリアクトルに類似の従来のリアクトルは、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１１－６６２４２号公報

リアクトルは、コイルと、コイルが配置された磁性コアと、コイルと磁性コアとを収納するケースと、ケースに固定された冷却板と、コイルと冷却板との間に配置された絶縁シートと、コイルと冷却板との間に配置された圧縮可能なグラファイトシートと、冷却板をケースに固定するネジとを備える。ケースにはネジ穴と開口部とが形成されている。ネジはネジ穴に挿通されて冷却板をケースに固定する。コイルはケースの開口部を通して絶縁シートと接触する。グラファイトシートは冷却板と接触している。

このリアクトルは、高い冷却性能を有し、信頼性に優れる。

図１は実施の形態におけるリアクトル装置の側断面図である。 図２は実施の形態におけるリアクトル装置の下面図である。

図１は実施の形態におけるリアクトル装置１０１の側断面図である。図２はリアクトル装置１０１の下面図である。

リアクトル装置１０１は、リアクトル１１と、リアクトル１１が実装された冷却板２０と、リアクトル１１と冷却板２０との間に設けられた絶縁シート２１と、リアクトル１１と冷却板２０との間に設けられたグラファイトシート２２とを備える。図２は冷却板２０が無い状態でのリアクトル装置１０１を示す。リアクトル１１はエッジワイズ巻きされたコイル１２と、環状の磁性コア１５と、これらを収納するケース１６とからなっている。ケース１６は、コイル１２を囲む周辺部１８と、ケース１６を冷却板２０に取り付けるためのネジ穴部１９とからなっている。ケース１６には、コイル１２が露出する開口部１７が設けられている。周辺部１８は開口部１７を囲む。開口部１７とネジ穴部１９はリアクトル１１の実装面１１１となるケース１６の下面側に設けられている。

コイル１２は底面側から見たとき、実装面１１１とほぼ平行になる平坦部１３と、平坦部１３の両端部で上方に湾曲している曲げ部１４とを有する。開口部１７からは平坦部１３と曲げ部１４とが露出している。コイル１２の表面１２ｓは絶縁シート２１に接触する接触部１２ａを有する。コイル１２の表面１２ｓの接触部１２ａは、平坦な平坦部１３と、平坦部１３に繋がりかつ湾曲している曲げ部１４とを有する。

リアクトル１１を絶縁シート２１およびグラファイトシート２２を挟んで冷却板２０に取り付ける。図１の上から、リアクトル１１、絶縁シート２１、グラファイトシート２２、冷却板２０がこの順で配置されている。リアクトル１１のコイル１２が絶縁シート２１と接触し、グラファイトシート２２が冷却板２０と接触する。これにより、リアクトル１１のコイル１２が熱を発生しても、この熱が絶縁シート２１に伝わり、そのあとグラファイトシート２２に伝わる。グラファイトシート２２は面方向の熱伝導性に優れるので、熱は面方向に拡散した後に冷却板２０に伝わる。そのため前述の従来のリアクトルに比べて遥かに効率よくコイル１２を冷却することができる。

ケース１６のネジ穴部１９に形成されたネジ穴１９ａにネジ２３を通して冷却板２０に締め付けることにより、リアクトル１１に冷却板２０を取り付けて冷却板２０をケース１６とコイル１２に向かって押し付ける。絶縁シート２１は厚さ約１．５ｍｍのシリコーンからなり、その硬さはＪＩＳタイプＥで１５である。絶縁シート２１の熱伝導率は、約５Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。

グラファイトシート２２は厚さ約０．５ｍｍの熱分解グラファイトシートからなる。グラファイトシート２２に１ＭＰａの圧力を加えた場合のグラファイトシート２２の圧縮率は約６０％となっている。

ここで圧縮率ＰＣは、厚さｔ０のシートに圧力を加えた後にその圧力を取り除いた状態でのそのシートの厚さｔ１としたとき、ＰＣ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０の値がその圧力での圧縮率である。実施の形態では圧縮率ＰＣをパーセントで表示している。

以上の構成において、絶縁シート２１およびグラファイトシート２２がネジ２３で締め付けられることにより圧縮変形する。グラファイトシート２２は、面積はほとんど変わらずに厚さ方向にのみ圧縮される。一方、絶縁シート２１は厚さ方向に圧縮され、絶縁シート２１の一部はコイル１２の曲げ部１４の形状に沿って変形し、面積は周囲の方向に広がるように変形される。そのため絶縁シート２１とグラファイトシート２２が同一形状であっても、グラファイトシート２２の周囲は絶縁シートで覆われるようになり、グラファイトシート２２からグラファイトの粉が飛散することを防ぐことができる。コイル１２は磁性コア１５に巻回された導線よりなる。コイル１２の接触部１２ａを含む表面１２ｓは巻回されて積層された導線により形成される細かい凹凸を有する。絶縁シート２１はその凹凸に沿うようにコイル１２の接触部１２ａに沿って変形する。

絶縁シート２１のコイル１２に接触する面が、コイル１２の曲げ部１４や線間の凹凸形状に沿って変形することにより、コイル１２と絶縁シート２１との間の接触面積が増えて接触熱抵抗を下げることができ、効率的にコイル１２を冷却することができる。

さらにグラファイトシート２２も圧縮変形されることにより、冷却板２０の表面に凹凸があってもその凹凸に沿ってグラファイトシート２２の表面が変形することにより、グラファイトシート２２と冷却板２０との間の接触熱抵抗を下げることができ、さらに効率的にコイル１２を冷却することができる。

絶縁シート２１の硬度は、ＪＩＳタイプＥで２以上、２５以下とすることが望ましい。絶縁シート２１の硬度がＪＩＳタイプＥで２５を超えると、ネジ２３で締め付けても十分に変形しにくくなり、コイル１２から絶縁シート２１への熱伝導性が低くなる可能性がある。一方、絶縁シート２１の硬度が２よりも小さくなると絶縁シート２１が変形しすぎ、グラファイトシート２２が十分に圧縮されにくくなり、グラファイトシート２２から冷却板２０への熱伝導性が低くなる可能性がある。

またグラファイトシート２２は１ＭＰａの圧力を加えた場合の圧縮率が５０％以上とすることが望ましい。このようにすることにより、絶縁シート２１およびグラファイトシート２２の両方を圧縮変形させることができ、効率的にコイル１２を冷却することができる。

またグラファイトシート２２よりも大きな形状の絶縁シート２１を用い、ネジ２３で締め付けた後の絶縁シート２１は、コイル１２の平坦部１３と曲げ部１４に至る領域である接触部１２ａよりも大きな面積を有し、グラファイトシート２２は平坦部１３よりも小さい面積を有するようにすることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート２２は平坦部１３で加圧されるため全体が強く圧縮される。絶縁シート２１の曲げ部１４の領域はグラファイトシート２２の加圧が小さい領域であり、この領域は絶縁シート２１と冷却板２０が直接接触するので、効率的にコイル１２を冷却することができる。

さらにネジ２３で締め付けたあとの、絶縁シート２１の最小厚みはグラファイトシート２２の厚みの１倍以上５倍以下とすることが望ましい。絶縁シート２１の最小厚みが１倍よりも小さいと絶縁性が過度に低くなる可能性がある。５倍を超えると熱伝導性が低くなり、効率的にコイル１２を冷却することができなくなる場合がある。ここでネジ２３で締め付けたあとの厚みとは、ネジ２３で絶縁シート２１を一旦締め付け、その締め付けを取り払った後の絶縁シート２１およびグラファイトシート２２の厚みをいう。

さらに周辺部１８と冷却板２０との間には、絶縁シート２１が挟まれているようにすることが望ましい。周辺部１８と冷却板２０との間に絶縁シート２１を挟んでネジ２３で締め付けることにより、絶縁シート２１の一部が曲げ部１４の方に押し出され、曲げ部１４に沿って上がるため、より効率的にコイル１２を冷却することができる。

ゲルシートを用いている前述の従来のリアクトルでは、ゲルシートの熱伝導性が十分ではない。さらに、コイルが発熱、冷却を繰り返すと、その膨張により、次第にゲルシートが外側に押し出され、熱伝導性が低くなる可能性がある。

実施の形態におけるリアクトル装置１０１では、前述のように、効率的にコイル１２すなわちリアクトル１１を冷却することができる。

なお、実施の形態におけるグラファイトシート２２は、ゲルシートと、ゲルシートに内蔵された熱伝導性フィラーであるグラファイト粉とを有するシートであってもよく、そのシートは高熱伝導性と電気伝導性を有する。

上述のように、リアクトル装置１０１は、コイル１２と、コイル１２が配置された磁性コア１５と、コイル１２と磁性コア１５とを収納するケース１６と、ケース１６に固定された冷却板２０と、コイル１２と冷却板２０との間に配置された絶縁シート２１と、コイル１２と絶縁シート２１との間に配置された圧縮可能なグラファイトシート２２と、ケース１６のネジ穴１９ａに挿通されて冷却板２０をケース１６に固定するネジ２３とを備える。ケース１６には開口部１７が形成されている。コイル１２はケース１６の開口部１７を通して絶縁シート２１と接触する。グラファイトシート２２は冷却板２０と接触している。

コイル１２の表面１２ｓは絶縁シート２１に接触する接触部１２ａを有する。コイル１２の接触部１２ａは、平坦な平坦部１３と、平坦部１３に繋がりかつ湾曲している曲げ部１４とを有する。絶縁シート２１は、コイル１２の接触部１２ａより大きな面積を有する。グラファイトシート２２は平坦部１３よりも小さい面積を有する。

絶縁シート２１は、コイル１２の接触部１２ａの形状に沿って変形している。

グラファイトシート２２は、絶縁シート２１に接触してかつ絶縁シート２１を介して平坦部１３に対向する面を有する。

ネジ２３で締め付けたあとでネジ２３による締め付けを解除した状態でのときの、絶縁シート２１の最小厚みはグラファイトシート２２の厚みの１倍以上５倍以下である。

ケース１６はコイル１２を囲む周辺部１８を有する。絶縁シート２１はケース１６の周辺部１８と冷却板２０との間に挟まれている。

１１ リアクトル
１２ コイル
１３ 平坦部
１４ 曲げ部
１５ 磁性コア
１６ ケース
１７ 開口部
１８ 周辺部
１９ ネジ穴部
１９ａ ネジ穴
２０ 冷却板
２１ 絶縁シート
２２ グラファイトシート
２３ ネジ
１０１ リアクトル装置

Claims (10)

1. コイルと、
   前記コイルが配置された磁性コアと、
   前記コイルと前記磁性コアとを収納して、ネジ穴と開口部とが形成されたケースと、
   前記ケースに固定された冷却板と、
   前記コイルと前記冷却板との間に配置された絶縁シートと、
   前記コイルと前記冷却板との間に配置された圧縮可能なグラファイトシートと、
   前記ネジ穴に挿通されて前記冷却板を前記ケースに固定するネジと、
   を備え、
   前記コイルは前記ケースの前記開口部を通して前記絶縁シートと接触し、
   前記グラファイトシートは前記冷却板と接触している、リアクトル装置。
2. 前記絶縁シートはＪＩＳタイプＥで２以上、２５以下の硬度を有する、請求項１に記載のリアクトル装置。
3. 前記グラファイトシートに１ＭＰａの圧力を加えた場合の前記グラファイトシートの圧縮率が５０％以上である、請求項１または２に記載のリアクトル装置。
4. 前記グラファイトシートの周囲は前記絶縁シートで覆われている、請求項１から３のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
5. 前記絶縁シートは前記グラファイトシートに接触している、請求項１から３のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
6. 前記コイルの表面は前記絶縁シートに接触する接触部を有し、
   前記コイルの前記接触部は、平坦な平坦部と、前記平坦部に繋がりかつ湾曲している曲げ部とを有し、
   前記絶縁シートは、前記コイルの前記接触部より大きな面積を有し、
   前記グラファイトシートは前記平坦部よりも小さい面積を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
7. 前記絶縁シートの一部は、前記コイルの前記接触部の形状に合わせて変形している、請求項６に記載のリアクトル装置。
8. 前記グラファイトシートは、前記絶縁シートに接触してかつ前記絶縁シートを介して前記平坦部に対向する面を有する、請求項６または７に記載のリアクトル装置。
9. 前記ネジで締め付けたあとで前記ネジによる締め付けを解除した状態でのときの、前記絶縁シートの最小厚みは前記グラファイトシートの厚みの１倍以上５倍以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
10. 前記ケースは前記コイルを囲む周辺部を有し、
    前記絶縁シートは前記ケースの前記周辺部と前記冷却板との間に挟まれている、請求項１から９のいずれか１項に記載のリアクトル装置。

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