JP7158366B2 - リアクトル構造 - Google Patents
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Description
従来のリアクトルとして、コアと、コアに装着されるコイルとを備えたリアクトル本体と、リアクトル本体を収容するとともに、リアクトル本体の一部が外部に突出する開口を有するケースと、コイルに電気的に接続された導電性の部材であり、開口から突出したリアクトル本体の側面の一部を覆うバスバーと、バスバーの一部が埋め込まれた樹脂材料により形成され、開口の縁部に沿って設けられた延設部を有するとともに、バスバーと外部との電気的な接続部分を支持する端子台とを有するものがあった(特許文献1参照)。
そして特許文献1においては、充填剤の流れ防止の掘り込みされたケース等に、コアとコイル設置し、充填剤を流し込んで固めた形態を採用することが多い。そしてケースは電力変換装置の冷却器に取り付けられ、発熱体であるコイル及びコアは、充填剤及びケースを介し冷却器によって冷却される。
前記巻き線冷却部及び前記コア冷却部を除いて前記コイルおよび前記コアを覆う樹脂モールド部材は前記コイルおよび前記コアを保持すると共に、前記コイルおよび前記コアを前記冷却器に固定し、
前記巻き線冷却部及び前記コア冷却部を有する面を除き、前記コイルの端部および前記コアの端部より10mm以内に金属部材を有さない領域を有することにより、少なくとも前記コイルの端部及び前記コアの端部から10mm以内の空間を、漏れ磁束によるインダクタンス値として利用しているものである。
以下、本実施の形態による電力変換装置を図面に基づいて説明する。各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して、重複する説明を省略する。本実施の形態は、電力変換装置に用いられるリアクトルの小型化及び低コスト化を図るものである。図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示す概略図である。図1において、電力変換装置2は直流入力電源1の直流電力を昇圧し、負荷3に供給する一石型昇圧DC/DCコンバータである。
図2は、昇圧リアクトル4の構造を示す分解斜視図である。図2において、昇圧リアクトル4は昇圧リアクトル本体200、冷却器210、コア冷却部材220a、220bとコイル冷却部材230a、230bによって構成される。また昇圧リアクトル本体200は、サーミスタ101、コイル102、樹脂モールド部材201、ねじ202、ねじ穴203を有している。
即ちリプル電流と巻き線損失の関係については、巻き線に発生する損失は、直流電流成分による直流損と、リプル成分による交流損に分けられる。交流損をWcoil_ac[W]とし、Rcoil[Ω]を巻き線抵抗、Irip[Arms]をリプル電流値とすると、交流損Wcoil_ac[W]は下記(1)式で表される。
Wcoil_ac=Irip2×Rcoil・・・・・・・・(1)
このように交流損はリプル電流値の二乗に比例するためリプル電流の増大が損失の増大につながる。
Wco=Ico2×ESRco・・・・・・・・・・(2)
コンデンサに流れる電流Icoは、入力電力平滑コンデンサ6と出力電力平滑コンデンサ7共に、リアクトルのリプル電流の増加に応じて増えるため、リプル電流が増えると、それぞれの損失は増える。
半導体スイッチング素子についても上記と同様であり、リアクトルのリプル電流が増えれば、半導体スイッチング素子に流れる電流のリプルが大きくなり、半導体スイッチング素子を構成する部材の損失が増大する。
以上より損失及び発熱の観点からは自己インダクタンスLを大きくし、リプル電流を小さくした方がよい。
L=N2×(μr・μ0・S)/lc・・・・・・・(3)
ここで、lcはコア磁路長、μrはコアの比透磁率、μ0は真空透磁率である。
インダクタンスLを大きくするにあたって、一般にはコイル巻き数Nの増大させる、もしくはコア断面積Sを大きくする手法がとられる。
コアモールド部材303は、コアを覆っており、コア表面の保護とコイル102の位置決めの機能を有する。充填剤302は、例えばシリコーン系のポッティングで構成されており、コイル102およびコアを冷却し、コアを固定する機能を有する。ケース301は充填剤302が流出することを防止する機能を有する。
図9において、一般的な昇圧リアクトルは、充填剤302がコイル及びコアの固定の機能を有するため、リアクトルの側面まで金属製のケース301により覆う必要がある。このためコイルおよびコアから発生する漏れ磁束9においては、ケース301によりY軸方向の漏れ磁束が遮断された状態となる。
さらに、金属製のケースが不要となるので、リアクトル本体を小型化でき、安価に生産することが出来る。
上記のように本実施の形態によれば、高い放熱性を維持しつつ多くの漏れ磁束を活用できる構造とすることで、コイル並びにコアの材料、構造の変更を伴わずインダクタンス値を増大させ、損失を低減することができる。即ち本実施の形態によるリアクトル構造によれば、リアクトルの保持機構を樹脂部材とした構成とすることで、漏れ磁束を遮断せずインダクタンス値を増加させることができる。またコイル及びコアを、冷却部材を介して冷却器で直接冷却できるため、冷却性能を向上させることができる。更にリアクトル構造の小型化を図ることができ、安価に生産することができる。
上記においては、電力変換装置の昇圧リアクトル本体200は、2つの巻き線103a、103bが和動接続され、1つのコイルを形成する場合について説明した。和動接続はコア内部に磁路を形成することが前提となる。これに対して、コア外部に磁路を形成し、漏れ磁束をインダクタンスとして利用することを前提とした電力変換装置及びリアクトル構成に適用する場合、さらに高い効果を奏する。即ち更にインダクタンス値を大きくすることができる。漏れ磁束をインダクタンスとして利用することを前提としたリアクトルは、漏れ磁束の絶対量が大きく、コアで発生するインダクタンス値に対する割合が大きくなる。そのため相対的に本実施の形態においては、漏れ磁束の増加の効果を大きく得ることができる。
更に本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
104a,104b 巻き線冷却部、105 コア、106a,106b コア部材、
107a,107b コア冷却部、201 樹脂モールド部材、210 冷却器、
220a,220b コア冷却部材、230a,230b コイル冷却部材。
Claims (6)
- コイルが巻回されたコアを有するとともに、漏れ磁束をインダクタンスとして利用したリアクトル構造であって、
前記コイルを冷却するための巻き線冷却部は非流動材料で構成されるコイル冷却部材を介して冷却器に接するとともに、
前記コアを冷却するためのコア冷却部は非流動材料で構成されるコア冷却部材を介して前記冷却器に接し、
前記巻き線冷却部及び前記コア冷却部を除いて前記コイルおよび前記コアを覆う樹脂モールド部材は前記コイルおよび前記コアを保持すると共に、前記コイルおよび前記コアを前記冷却器に固定し、
前記巻き線冷却部及び前記コア冷却部を有する面を除き、前記コイルの端部および前記コアの端部より10mm以内に金属部材を有さない領域を有することにより、少なくとも前記コイルの端部及び前記コアの端部から10mm以内の空間を、漏れ磁束によるインダクタンス値として利用しているリアクトル構造。 - 前記コアは複数のコア部材によって構成されるものであり、
複数の前記コア部材の端部同士を突き合わせた状態で前記樹脂モールド部材によって前記コアを保持する請求項1記載のリアクトル構造。 - 前記コアはダストコアで構成された請求項1又は請求項2に記載のリアクトル構造。
- 前記ダストコアはセンダストである請求項3に記載のリアクトル構造。
- 前記リアクトル構造を用いた電力変換装置の駆動周波数は1kHz以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル構造。
- 前記リアクトル構造は複数の前記コイルが発生させる磁束が打ち消しあうよう差動接続された磁気結合型リアクトルで構成された請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル構造。
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