JP7405569B2

JP7405569B2 - リアクトル

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Publication number: JP7405569B2
Application number: JP2019205078A
Authority: JP
Inventors: 邦章服部
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2039-11-12
Also published as: JP2021077814A

Description

本発明は、リアクトルに関する。

リアクトルは、ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車の駆動システム等をはじめ、種々の用途で使用されている。例えば、車載用の昇圧回路に用いられるリアクトルとして、圧粉磁心から成る環状コアの周囲を樹脂によって被覆し、その外周にコイルを巻回したものが知られている。

リアクトルは、コイルに電流が流れることにより発熱する。リアクトルの温度が高くなると、コアの磁気特性が変化して、リアクトルの電気特性が低下する虞がある。そのため、リアクトルに発生する熱は、リアクトルの外部に放出する必要がある。

特開２０１７－０３７８６９号公報

リアクトルの熱を外部に放出するため、放熱シートや充填材を用いる構造が知られている。例えば、放熱シートを用いる場合、リアクトルを放熱シートの上に配置することで、コイルから発生した熱をリアクトルの底面から放熱シートを介して外部に放出する。また、充填材を用いる場合には、アルミニウムなどの金属製のケースの中にコアに巻回されたコイルを収容し、ケースの隙間に充填材を充填し、固化させることで、コイルから発生した熱を充填材を介してケースに伝導させることで外部に放出している。

リアクトルは様々な用途で使用され、設置箇所によっては振動を伴うことがある。この振動によって、放熱シートや充填材の界面が剥離する虞がある。界面剥離が生じると、リアクトルの熱を効率良く外部に放出できないという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放熱性の向上を図ることができるリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルは、上面が開口する冷却水路を備える設置対象物に、前記開口を塞ぐように固定され、冷却液と接触するリアクトルであって、コアと、前記コアに装着されるコイルと、前記コア又は前記コイルのうち一方を樹脂で被覆する第１の樹脂部材と、前記第１の樹脂部材に被覆された前記コア又は前記コイルと、前記第１の樹脂部材によって被覆されていない前記コア又は前記コイルとを一体に成形する第２の樹脂部材と、を備え、前記第１の樹脂部材又は前記第２の樹脂部材は、前記コイルが前記冷却液と接触する部分を被覆し、前記コイルの下面は、前記冷却水路に挿入され、前記コイルは、前記第１の樹脂部材又は前記第２の樹脂部材を介して前記冷却液に接触していること、を特徴とする。

本発明によれば、放熱性の向上を図ることができるリアクトルを得ることができる。

リアクトルが設置対象物に設置された状態を示す平面図である。設置対象物と封止部を示す模式図である。図１のＡ－Ａ断面図である。図１のＢ－Ｂ断面図である。他の実施形態におけるリアクトルの断面図である。他の実施形態におけるリアクトルの断面図である。

（第１の実施形態）
（概略構成）
本実施形態のリアクトルについて図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態に係るリアクトルの全体構成を示す平面図である。図２は、設置対象物と封止部を示す模式図である。図３は図１のＡ－Ａ断面図である。図４は、図１のＢ－Ｂ断面図である。なお、図１では、リアクトル１００の底面に設けられる封止部５も示している。

リアクトル１００は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、電圧の昇降圧等に使用される。本実施形態のリアクトル１００は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等で使用される大容量のリアクトルである。

リアクトル１００は、図１及び２に示すように、コア１、コイル２、第１の樹脂部材３、固定部４、封止部５及び第２の樹脂部材６を備える。コア１は、磁性体から成る、例えば、圧粉磁心である。コイル２は、エナメルなどで絶縁被覆した１本の導電性部材により構成される。コイル２の内外周面は、樹脂から成る第１の樹脂部材３に被覆され、コイル２はコア１に装着される。第１の樹脂部材３に被覆されたコイル２、コア１及び固定部４は、第２の樹脂部材６によって一体に成形される。即ち、リアクトル１００は、コイル２を第１の樹脂部材３で被覆させる１次モールドを行ったうえで、第１の樹脂部材３で被覆されたコイル２、コア１及び固定部４が第２の樹脂部材６で２次モールドされ一体成形された、所謂、二重モールド構造のリアクトルである。

リアクトル１００は、固定部４によって設置対象物７に固定される。設置対象物７は、例えば、車に搭載されたＰＣＵケースなどを挙げることができる。設置対象物７には、冷却液が流れる冷却水路８が形成されている。冷却水路８は、リアクトル１００が固定される平面から窪んでおり、底面と、底面の縁から立ち上がる側面と、を有し、上面が開口している。リアクトル１００は、この開口からコイル２を冷却水路内に挿入し、開口を塞ぐように、冷却水路８の上に設置される。即ち、リアクトル１００が冷却水路８の上に設置された際に、コイル２は、冷却液と直接接触する。封止部５は、設置対象物７と、設置対象物７と接触するリアクトル１００の底面の間に配置され、冷却液が漏れだすことを防止する。

（詳細構成）
コア１は、一対のＵ字型コアによって構成される。このＵ字型コアの端部を接合することで、環状形状となっている。なお、本実施形態では、コア１は一対のＵ字型コアにより構成されているが、これに限定されず、例えば、Ｅ字型コア、Ｉ字型コアなど種々の形状のコアを用いることができる。

Ｕ字型コアの端部は、第１の樹脂部材３によって内外周面を被覆されたコイル２の内部に挿入される。即ち、コア１の外周とコイル２の内周の間には第１の樹脂部材３が介在し、コア１の外周には第１の樹脂部材３が設けられている。もっとも、コア１の下面１１は、図３及び４に示すように、第１の樹脂部材３に覆われていない。つまり、コア１の下面１１は露出している。コア１の下面１１とは、リアクトル１００の設置面と平行であり、後述する冷却液と接触するコイル２の内周面と対向する面である。

コイル２は、２つ設けられている。この２つのコイル２は、巻軸方向が平行になるように隙間を介して横並びに配置される。コイル２の下面２２は、リアクトル１００を設置対象物７に設置した際に、冷却水路８内に挿入される。即ち、コイル２の一部は、冷却水路８内を流れる冷却液に第１の樹脂部材３を介して直接接する。コイル２の下面２２とは、冷却水路８の底面と対向するコイル２の外周面である。図３に示すように、冷却水路８内に挿入されたコイル２は、巻軸方向が冷却液の流れ方向と平行になるように挿入されている。なお、図３に示す矢印の方向が、冷却液の流れ方向を示す。

コイル２の内外周面は、１次モールドにより第１の樹脂部材３によって被覆されている。もっとも、コイル２は、第１の樹脂部材３によって被覆されていない露出面２１を有する。露出面２１は、コイル２の上面に設けられている。即ち、露出面２１は、コイル２の下面２２の反対側のコイル２の外周面である。

第１の樹脂部材３で被覆されたコイル２の内部にコア１を挿入することで、コイル２はコア１に装着される。コイル２の内周面とコア１の外周面は、第１の樹脂部材３を介して密接に配置される。第１の樹脂部材３によってコイル２とコア１の絶縁が図られる。

もっとも、図３及び図４に示すように、コア１の下面１１とこの下面１１と対向するコイル２の内周面の底面２３は、離間している。即ち、コア１の下面１１とコイル２の底面２３との間に隙間がある。このように、下面１１と底面２３の間に隙間を設けることで、当該隙間に冷却液を流入させることができる。

第１の樹脂部材３を構成する樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（ＰｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（ＰｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。特に、熱伝導性の高い樹脂を用いることが望ましい。熱伝導性の高い樹脂でコイル２を被覆することで、より効率良くコイル２の熱を冷却液に伝達することができる。

第１の樹脂部材３は、露出面２１を除いて、コイル２の内外周面を被覆する。なお、本実施形態では、第１の樹脂部材３は、露出面２１を除いてコイル２の内外周面を被覆しているが、少なくとも、コイル２が冷却液と接触する箇所のみ第１の樹脂部材３で被覆すれば足りる。この場合、第２の樹脂部材６をコア１の外周とコイル２の内周との間に介在させることで、コア１とコイル２の絶縁を図ることができる。

固定部４は、リアクトル１００を設置対象物７に固定する。固定部４には、ネジ挿入孔が設けられ、このネジ挿入穴に金属製の円筒状のカラーが埋め込まれている。本実施形態では、固定部４は４つ設けられており、リアクトル１００の四隅にそれぞれ設けられている。設置対象物７にも、固定部４と同数のネジ挿入孔７１が形成されている。このネジ挿入孔７１と固定部４のネジ挿入孔を重ね合わせ、ここにネジが挿入され、ネジ締結されることでリアクトル１００が設置対象物７に固定される。

封止部５は、リアクトル１００の底面に設けられる。リアクトル１００の底面とは、リアクトル１００が設置対象物７に設置された際に、設置対象物７と接触する端面である。封止部５は、図２に示すように、冷却水路８の開口の形状に倣っている。もっとも、封止部５の形状は、開口よりも若干大きく、封止部５がこの開口を囲うようにリアクトル１００は設置対象物７に固定される。

封止部５は、リアクトル１００が設置対象物７に設置された際に、設置対象物７と当接し、設置対象物７に押し付けられる。封止部５が設置対象物７に押し付けられることで、冷却水路８から冷却液が外部に漏れ出すことを防止する。なお、封止部５は、例えば、ゴムリングなど、冷却液が冷却水路８から漏れ出すことを防止できるものであれば種々のものを用いることができる。

第２の樹脂部材６は、第１の樹脂部材３に被覆されたコイル２と、コア１及び固定部４といったリアクトル１００を構成する部材を一体に成形する。第２の樹脂部材６によって、リアクトル１００を構成する各部材は固定される。つまり、一体に成形するとは、リアクトルを構成する各部材を互いに固定することを意味する。

なお、本実施形態では、封止部５は第２の樹脂部材６によって一体に成形されておらず、別体となっている。第２の樹脂部材６には、封止部５が挿入される溝が形成されており、封止部５はその溝に挿入される。そして、リアクトル１００を設置対象物７に設置することで、封止部５は、リアクトル１００の底面と設置対象物７の間に配置され、冷却液が漏れ出すことを防止する。

第２の樹脂部材６は、コイル２の露出面２１は被覆していない。また、第２の樹脂部材６は、コイル２が冷却液と接触する箇所は被覆していない。即ち、コイル２が冷却液と接触する箇所は、第１の樹脂部材３のみによって被覆されている。

第２の樹脂部材６を構成する樹脂の種類は、第１の樹脂部材３として用いることができる種類の樹脂を挙げることができる。そして、第２の樹脂部材６は、第１の樹脂部材３と同じ種類の樹脂を用いてもよいし、異なる種類の樹脂を用いてもよい。

（作用）
リアクトル１００は、コイル２に電流が流れることにより発熱する。また、コア１もリアクトル１００の温度上昇の要因の１つとなる。リアクトル１００の温度が高くなると、コア１の磁気特性が変化して、リアクトル１００の効率が低下する。そのため、リアクトル１００に発生する熱は、リアクトル１００の外部に放出する必要がある。

本実施形態のリアクトル１００は、上面が開口する冷却水路８を備える設置対象物７に、開口を塞ぐように固定され、冷却液に接触するコイル２と、コイル２のうち少なくとも冷却液と接触する部分を樹脂で被覆する第１の樹脂部材３と、を備える。このように、本実施形態では、コイル２を第１の樹脂部材３を介して冷却液に直接接触させる。これにより、リアクトル１００の発熱源であるコイル２から効率良く冷却液に伝達させることができる。よって、リアクトル１００の放熱性が向上する。

また、コイル２が冷却液と接触する箇所は第１の樹脂部材３によって被覆されている。これにより、コイル２が冷却液と接触しても、ターン間に冷却液が入り込んで、噴き出すことを防止できる。

さらに、本実施形態のように、コイル２を冷却液に接触させて冷却することで、放熱シートといった放熱部材を削減することができるので、部品点数を削減することができ、コスト削減を図ることができる。また、放熱部材を削減することで、リアクトル１００と放熱部材を組立てる工程を削減することができるので、作業効率が向上する。

コア１の下面１１と、コア１の下面１１と対向するコイル２の内周面の底面２３は離間しており、隙間が設けられている。そのため、冷却液はこの隙間に流入することができる。よって、冷却液は、コイル２の外周面だけではなく、内周面にも接触する。即ち、コイル２と冷却液が接する表面積を増加させることができる。そのため、リアクトル１００の熱は、コイル２の外周面からだけではなく、内周面からも放出できる。したがって、リアクトル１００の放熱性をより向上させることができる。

特に、本実施形態では、コイル２は、巻軸方向が冷却液の流れ方向と平行となるように冷却水路７内に挿入される。コイル２の巻軸方向と冷却液の流れ方向とを平行にすることにより、冷却液が下面１１と底面２３の隙間に流入しやすい。仮に、コイル２の巻軸方向を冷却液の流れ方向と直交するように、コイル２を冷却水路８に挿入すると、コイル２の外周面が障壁となり、圧力損失が大きくなる。圧力損失が大きくなると、冷却液の循環が悪化し、放熱効果が低下する。

しかし、本実施形態のように、巻軸方向を冷却液の流れ方向と平行にすることで、冷却液が流れに沿ってスムーズにコア１の下面１１とコイル２の底面２３の隙間に流入することができ、圧力損失を低減させることができる。よって、圧力損失を低減しつつ、リアクトル１００の放熱性を向上させることができる。

ここで、一般的に、コア１とコイル２の距離が遠ざかるとインダクタンス値が低下すると言われている。コア１とコイル２の距離を遠ざけて配置する場合において、インダクタンス値を低下させないためには、コイル２の巻数を増加させる必要があり、その分コイルの全長が長くなる虞がある。また、発熱が大きい場合、コイルを構成する導電性部材の板厚を厚くする必要がある。

しかし、本実施形態では、上述のとおり放熱性を向上させることができるので、コイル２を構成する導電性部材の板厚を薄くすることができる。そのため、巻数を増やしたとしても、板厚を薄くすることで、結果として、インダクタンス値が低下することを抑制しつつ、コイル２の全長の長さを短くすることができる。よって、良好な電気特性を維持しつつ、リアクトル１００の小型化を図ることができる。

さらに、コア１の下面１１は、第１の樹脂部材３及び第２の樹脂部材６に被覆されず露出している。そのため、コア１の下面１１とコイル２の底面２３の間の隙間に流入した冷却液は、コア１の下面１１に直接接触する。コア１もリアクトル１００の温度上昇の要因の１つなので、コア１の下面１１に冷却液を直接接触させることでコア１から効率良く熱を冷却液に伝達させることができる。よって、リアクトル１００の放熱性が向上する。

リアクトル１００の底面に設けられた封止部５は、リアクトル１００が設置対象物７に設置された際に、設置対象物７と当接して、押し付けられている。そのため、冷却水路８の開口から冷却液が外部に漏れることをより確実に防止することができる。

冷却液が、外部に漏れ出すと、コイルやコア等といった冷却したい部分に向かう冷却液の流量が減るため、コイルやコアから冷却液に伝達させることができる熱が少なくなる。そのため、リアクトルの放熱性が悪化する虞がある。また、冷却液が外部に漏れることで、外部機器のショートを招く虞がある。しかし、本実施形態では、封止部５によって、冷却液が外部に漏れ出すことを防止できる。よって、外部機器のショートを防止できるとともに、コイル２やコア１を直接冷却することによる放熱性向上の効果を維持することができる。

コイル２は、第１の樹脂部材３に被覆されていない露出面２１を有する。コイル２の内外表面が第１の樹脂部材３で全て被覆されると、熱膨張係数の違いから第１の樹脂部材３にひびが入ったり、割れてしまったりする場合があり、当該箇所が冷却液と接触する箇所の場合、冷却液がコイル２のターン間に入り込んで噴き出す虞がある。しかし、本実施形態では、露出面２１を設けたことで、第１の樹脂部材３が割れてしまうことを防止できる。

また、この露出面２１は、第２の樹脂部材６によっても被覆されていない。即ち、露出面２１は、外気に触れている。そのため、この露出面２１からもリアクトル１００の熱を放出することができるので、リアクトル１００の放熱性が向上する。

（効果）
本実施形態のリアクトル１００は、上面が開口する冷却水路８を備える設置対象物７に、開口を塞ぐように固定され、冷却液と接触するリアクトル１００であって、コア１と、コア１に装着され、冷却液に接触するコイル２と、コイル２のうち少なくとも冷却液と接触する部分を樹脂で被覆する第１の樹脂部材３と、コア１と第１の樹脂部材３によって被覆されたコイル２を一体に成形する第２の樹脂部材６と、を備える。

これにより、コイル２に直接冷却液を接触させることができるので、発熱源であるコイル２の熱を効率良く冷却液に伝達させることができる。よって、リアクトル１００の放熱性が向上する。また、放熱部材が不要となるので、部品点数を削減することができ、コスト削減を図ることができる。さらに、放熱部材が不要となるので、リアクトル１００と放熱部材を組立てる工程を削減することができ、作業効率が向上する。

また、コイル２の冷却液と接触する部分は第１の樹脂部材３で覆われ、コア１と第１の樹脂部材３に覆われたコイル２は第２の樹脂部材６によって一体に成形されている。そのため、コイル２のターン間の隙間やコア１とコイル２を組付けた際に生じる隙間は、第１の樹脂部材３又は第２の樹脂部材６によって埋められている。よって、リアクトル１００を設置対象物７に設置するのみで、当該隙間から冷却液が漏れ出すことを防止できるともに、コイル２を冷却液に直接接触させることができる。

コア１の下面１１と、コア１の下面１１と対向するコイル２の内周面は離間して設けられている。これにより、コア１の下面１１とコイル２の内周面の隙間に冷却液を流入させることができる。そのため、コイル２の内周面にも冷却液を接触させることができるので、冷却液と接触するコイル２の表面積を増加させることができる。よって、より多くのリアクトル１００の熱を冷却液に伝達させることができるので、リアクトル１００の放熱性を更に向上させることができる。

コア１の下面１１は、樹脂に被覆されず露出している。即ち、コア１の下面１１は、樹脂を介在することなく冷却液と接触する。これにより、コア１の下面１１からも効率良く熱を冷却液に放出することができるので、リアクトル１００の放熱性を向上させることができる。

本実施形態のリアクトル１００は、リアクトル１００の底面に設けられた封止部５を備え、封止部５は、リアクトル１００が設置対象物７に設置された際に、設置対象物７と当接している。これにより、冷却水路８から冷却液が漏れだすことをより確実に防止することができる。

本実施形態のリアクトル１００は、設置対象物７にリアクトルを固定する固定部４を更に備え、第２の樹脂部材６は、コア１及び第１の樹脂部材３に被覆されたコイル２とともに、固定部４を一体に成形している。このように、本実施体形態のリアクトル１００は、第２の樹脂部材６によってリアクトル１００を構成する各部材が固定される二重モールド構造のリアクトルである。即ち、ケースやケース内に充填する充填材が不要となる。そのため、ケース等を削減する分、リアクトル１００の低背化を図ることができる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

本実施形態では、コア１の下面１１は樹脂で覆わず、露出させていた。しかし、図５に示すように、コア１の下面１１は、露出させず、第１の樹脂部材３に被覆されていてもよい。また、コア１の下面１１は、第１の樹脂部材３に被覆されるのではなく、第２の樹脂部材６によって被覆されていてもよい。

本実施形態では、コア１の下面１１とコイル２の内周面の底面２３は離間して設けていたが、図６に示すように、コア１の下面１１とコイル２の底面２３は、隙間を設けなくともよい。即ち、コア１の下面１１も含めてコア１の外周面とコイル２の内周面との間に、第１の樹脂部材３を介在させてもよい。

本実施形態では、第２の樹脂部材６と別体であった封止部５は、第２の樹脂部材６の溝に挿入させたが、第２の樹脂部材６には封止部５を挿入する溝を設けなくてもよい。この場合、設置対象物７の冷却水路８の周囲を囲うように溝を形成し、その溝に封止部５を挿入して、その上からリアクトル１００を設置対象物７に設置してもよい。このようにしても、封止部５は、リアクトル１００の底面と設置対象物７の間に配置され、冷却液が冷却水路８から漏れ出すことを防止できる。

また、封止部５は、第２の樹脂部材６によって一体に成形されず、別体としていたが、第２の樹脂部材６によって一体に成形してもよい。例えば、封止部５を設ける箇所の第２の樹脂部材６に弾性を有する樹脂を用いて一体に成形してもよい。

本実施形態では、コイル２は１次モールドによって第１の樹脂部材に覆われていたが、１次モールドによって第１の樹脂部材に覆われているのは、コア１であってもよい。即ち、コア１を１次モールドによって第１の樹脂部材３によって被覆し、第１の樹脂部材３に被覆されたコア１にコイル２を装着して、固定部４とともに２次モールドとして第２の樹脂部材６によって一体に成形させてもよい。この場合、コイル２が冷却液と接触する部分を第２の樹脂部材６によって覆うことで、コイル２のターン間から冷却液が漏れ出すことを防止できる。

本実施形態では、封止部５を設けたが、封止部５を設けなくても、冷却液が冷却水路８から漏れ出すことを防止できる。例えば、リアクトル１００と設置対象物７の接触面を凹凸のない平面にし、リアクトル１００と設置対象物７を密着させることで、冷却液が漏れ出すことは防止できる。

１００リアクトル
１コア
１１下面
２コイル
２１露出面
２２下面
２３底面
３第１の樹脂部材
４固定部
５封止部
６第２の樹脂部材
７設置対象物
７１ネジ挿入孔
８冷却水路

Claims

上面が開口する冷却水路を備える設置対象物に、前記開口を塞ぐように固定され、冷却液と接触するリアクトルであって、
コアと、
前記コアに装着されるコイルと、
前記コア又は前記コイルのうち一方を樹脂で被覆する第１の樹脂部材と、
前記第１の樹脂部材に被覆された前記コア又は前記コイルと、前記第１の樹脂部材によって被覆されていない前記コア又は前記コイルとを一体に成形する第２の樹脂部材と、
を備え、
前記第１の樹脂部材又は前記第２の樹脂部材は、前記コイルが前記冷却液と接触する部分を被覆し、
前記コイルの下面は、前記冷却水路に挿入され、
前記コイルは、前記第１の樹脂部材又は前記第２の樹脂部材を介して前記冷却液に接触していること、
を特徴とするリアクトル。
前記コアの下面と、前記コアの下面と対向する前記コイルの内周面は離間して設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記コアの下面は、樹脂に被覆されず露出していること、
を特徴とする請求項２に記載のリアクトル。
前記リアクトルの底面に設けられた封止部を更に備え、
前記封止部は、前記リアクトルが前記設置対象物に設置された際に、前記設置対象物と当接していること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のリアクトル。
前記設置対象物に前記リアクトルを固定する固定部を更に備え、
前記第２の樹脂部材は、前記第１の樹脂部材に被覆された前記コア又は前記コイル及び前記第１の樹脂部材に被覆されていない前記コア又は前記コイルとともに、前記固定部を一体に成形していること、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のリアクトル。