WO2013145586A1

WO2013145586A1 - リアクトル装置

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Publication number: WO2013145586A1
Application number: PCT/JP2013/001484
Authority: WO
Inventors: 篤志山島; 山口　雄司; 秀藏磯田
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-10-03
Also published as: JP2013201377A; EP2833380B1; EP2833380A4; EP2833380A1; US20150170817A1; CN104205261A

Abstract

　放熱性と絶縁性とを両立させることができるリアクトル装置。この装置では、リアクトルのコイル（１２０）全体を収容する絶縁性の樹脂を素材としたケース（２００）の底面部（２０４）の全面に渡って、放熱性の高い金属プレート（３００）を直接接触させることにより、リアクトル装置の放熱性を向上させている。底面部（２０４）と金属プレート（３００）の間には、放熱性接着剤が充填・硬化される。さらに、留め具（４００）により金属プレート（３００）を底面部（２０４）に固着する。

Description

リアクトル装置

　本発明は、コイルを備えるリアクトル装置に関する。

　近年、プラグインＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド自動車）やＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）が普及してきている。ＥＶまたはプラグインＨＥＶは、外部の交流電源を直流に変換して車両の蓄電池へ出力する車載充電装器を搭載している。

　ＨＥＶやＥＶの車載充電装器には、力率改善、もしくは、平滑化などのためのコイルを備えるリアクトル装置が実装される。

　ＨＥＶまたはＥＶの車載充電器に用いるリアクトル装置には、４００ボルト前後の非常に高い電圧が印加される。このため、コイルは発熱により高温となる。この場合、車載充電器内でのコイルの過熱を防ぐために、リアクトル装置に非常に高い放熱性を持たせることが重要となる。それと同時に、金属製の台座や放熱部材とコイルとの間で確実な電気的絶縁性を持たせることも重要となる。

　コイルを備えるリアクトル装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１には、コイルを巻回したコイルボビンと磁心を有するトランスが開示されている。トランス本体は、突起部分を数個有する絶縁保護ケース内に保持されている。その状態で、シリコン注型樹脂がトランス本体及び突起を覆うように絶縁保護ケース内に充填・硬化される。

実開平６－４４１１７号公報

　しかしながら、特許文献１のリアクトル装置は、絶縁性確保のために熱伝導率の低い樹脂を素材とするケースが用いられているため、側面および底面からの放熱性が不充分である。そこで、コイルを収納するケースの絶縁性と放熱性を両立させるために、該ケースを放熱性の高い絶縁性樹脂を素材として形成し、該ケースを金属製の放熱部材に取り付けることが考えられる。

　ところが、放熱性の高い絶縁性樹脂材で形成したケースはリアクトル装置の製造に際して割れやすく、表面が反り返りやすいという性質を持つ。従って、金属製放熱部材に該ケースを取り付ける際に、該ケースが割れたり、該ケースの表面の反り返りにより金属製放熱部材の取り付け面との間に空隙が生じたりして充分な放熱性と絶縁性を確保できない場合が発生する。

　また、コイルから発生した熱を効率的に外部に放出するためには、該ケースの表面の反り返りにより、該ケース表面から金属製放熱部材への熱伝導効率が低下しないようにしなくてはならないが、特許文献１はそのための構成を開示していない。

　本発明の目的は、放熱性と絶縁性とを両立させることができるリアクトル装置を提供することである。

　本発明のリアクトル装置は、導体線を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイルと、放熱性の樹脂の素材により側面部および底面部から成る片端が開口した筒状に形成され、前記側面部の外壁上から外に伸びる第１の締結部を有し、前記コイルを収容したケースと、前記ケースの内壁と前記コイルとの間に充填したポッティング樹脂材と、前記第１の締結部と締結される第２の締結部を有し、前記ケースの前記底面部の全面に渡って接触するように留め付けられた金属プレートと、前記ケースの前記底面部と前記金属プレートとの間に生じる空隙に充填した放熱性接着剤と、前記第１の締結部と前記第２の締結部とを留め付ける留め具と、を備える構成を採る。

　以上のように本発明においては、収納ケースの底面部が熱伝導性の高い放熱性樹脂で形成されることに加え、放熱性の高い金属製のプレートを上記底面部の全面に渡って直接接触させることにより、リアクトル装置の放熱性を向上させる。

　さらに本発明では、収納ケースの底面部と金属プレートの締結部同士を留め具で留め付けた際に、該底面部が反り返って金属プレートとの間に空隙が生じても、該底面部からの放熱を接着剤の層を介して金属プレートに効率的に熱伝導させている。具体的には、該反り返りにより生じる底面部と金属プレートとの間の空隙に放熱性接着剤を充填・硬化させることにより上記効果を達成する。その結果、収納ケースの底面部と金属プレートの全面に渡る直接接触が不完全であることによる収納ケースの放熱効率の低下を防いでいる。

　しかも、絶縁材である樹脂を素材とした収納ケースの底面部がリアクトルの導電性コイルと金属プレートの間を完全に隔てることにより、絶縁性も確実なものとすることができる。

　従って、金属プレートと導電性のコイルとの間の絶縁を確実にしながら、収納ケース内においてコイルを安定的に保持する構造を容易に実現することができる。その結果、上記リアクトル装置の製造工程も大幅に簡略化され、製造の歩留まりを高く維持することができる。

本発明の一実施の形態によるリアクトル装置全体の斜視図図１のリアクトル装置全体の分解図図１のリアクトル装置全体の断面図図１のリアクトル装置全体の六面図

　（本実施の形態の概略）
　図１は、本発明の一実施の形態によるリアクトル装置全体の斜視図であり、図２はその分解図であり、図３は図１のリアクトル装置全体の断面図である。図４は、図１のリアクトル装置全体の六面図であり、図４（ａ）が上面図、図４（ｂ）が底面図、図４（ｃ）が正面図、図４（ｄ）が右側面図、図４（ｅ）が左側面図である。

　本実施の形態は、リアクトル１００の導電性のコイル１２０を熱伝導率の高い放熱性樹脂により形成された収納ケース２００に収容して保持することにより、コイル１２０と収納ケース２００の外部との絶縁性を確保する。その上で、樹脂製収納ケース２００の底面に熱伝導性の高い金属性のプレート３００を貼り付け、収納ケース２００の底面部２０４により、コイル１２０と金属プレート３００との間の絶縁性を維持する。金属プレート３００は、冷却機構を備えた台座（図示せず）に据え付けられて固定される。この時、樹脂製収納ケース２００の底面部２０４の厚みを、格納されたコイル１２０の重量に耐えてコイル１２０を支えるのに必要最小限の厚みとすることにより、リアクトルからの放熱が放熱部材である金属プレート３００に可能な限り効率的に熱伝導できるようにするのが好適である。その結果、樹脂製収納ケース２００の放熱性を向上させると共に、コイル１２０と金属プレート３００との間の確実な絶縁性を達成することができる。

　さらに、ＨＥＶやＥＶに加わる衝撃や振動によって、収納ケース２００とリアクトル１００が、金属プレート３００を含む台座部分から外れることがないように強固に固定する必要がある。従って、収納ケース２００の底面部２０４に金属プレート３００を貼り付ける手段としては、軽い衝撃で簡単に剥がれてしまう放熱性接着剤のみによる接着では不適当である。

　本実施の形態では、収納ケース２００の底面部２０４の外縁から該底面部２０４の水平方向に外に向かって伸びる脚状の締結部２１０を形成し、該締結部２１０に留め具としてカラー４００を通す孔部２２０を設ける。金属プレート３００の外縁にも収納ケース２００の底面部の外縁に形成された締結部２１０と上下に重なり合う同じ位置に同型状の締結部３１０および孔部３２０を形成する。そして、締結部２１０の孔部２２０に挿入したカラー４００に設けられたネジ孔に対して、収納ケース２００と反対の側から孔部３２０に通したネジを留め付けることにより、収納ケース２００の底面部２０４を金属プレート３００に留め付ける。

　ただし、金属プレート３００上に留め付けられた樹脂製の収納ケース２００の底面部２０４は、金属プレート３００の水平面に対して湾曲して反り返る。そして、該反り返りにより、収納ケース２００の底面部２０４と金属プレート３００の表面との間に薄い空隙が生じ、収納ケース２００の底面部２０４と金属プレート３００との間の全面に渡る直接接触が不完全となるおそれがある。該空隙は収納ケース２００の底面部２０４から金属プレート３００に伝わる放熱の熱伝導を途中で妨げ、収納ケース２００からの放熱を非効率なものとする。そこで、該空隙に熱伝導性の高い放熱性接着剤を充填・硬化させ、充填・硬化された放熱性接着剤の層を経由して収納ケース２００からの放熱が金属プレート３００と冷却機構を備えた台座へ効率的に伝わるようにする。そして、これにより、樹脂製の収納ケース２００の放熱性をより一層向上させる。このような放熱性接着剤としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等を主成分とする接着剤が考えられる。

　（本実施の形態に係るリアクトル装置の詳細な説明）
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

　リアクトル１００は、巻線構造のコイル１２０およびコイル１２０と他の回路素子との間を接続するための端子としてのリード線１１０を備える。

　収納ケース２００は、片端が開口した円筒形状として形成される。該円筒形状は、底面部２０４と側面部２０２を有する。そして、収納ケース２００がコイル１２０を収容するための内部空間２０５が、底面部２０４と側面部２０２により形成される。このとき、収納ケース２００の底面部２０４の厚みは、コイル１２０の重量に応じて、コイル１２０の重量に耐えてコイル１２０を下から支えるのに必要最小限の厚みとするのが好適である。

　収納ケース２００は、底面部２０４の水平面と平行に底面部の外縁から外に向かって伸びる複数の脚状の締結部２１０を備える。締結部２１０の各々には、留め具を通すための円形の孔部２２０が設けられている。底面部２０４の内壁中央部分には突起状の中心固定部材２０６が形成されている。

　収納ケース２００は、放熱性の高い難燃性の樹脂を素材として形成される。難燃性の樹脂材とは、典型的には、リアクトル発熱時の定格温度である１５０℃程度の高温に耐えられる樹脂材である。難燃性が高い樹脂の例としては、熱伝導率が０．３(W/m・K)以上のＰＢＴ＋ＡＢＳ－ＧＦ３０（ＩＳＯ（ＪＩＳ）材質表示）がある。放熱性と難燃性が共に高い樹脂の例としては、熱伝導率が３．０(W/m・K)以上のＰＰＳ（ＧＦ＋ＭＤ）（ＩＳＯ（ＪＩＳ）材質表示）がある。

　図３（ａ）の磁芯１０５および導線部１０６はそれぞれ、収納ケース２００内に収容されたコイル１２０を構成する磁芯と巻線構造の導線部分である。図３（ａ）において、収納ケース２００内に収容されたコイル１２０の側面は、収納ケース２００の側面部２０２の内面に接触しており、収容されたコイル１２０の底面は、収納ケース２００の底面部２０４に接触している。

　収納ケース２００内に収容されたコイル１２０と収納ケース２００の内壁との間にはポッティング樹脂材（図示せず）が流し込まれ、充填・硬化される。該ポッティング樹脂材の例は、シリコン系またはエポキシ系の一般的な樹脂である。

　金属プレート３００は、収納ケース２００の底面部２０４と互いに平行面を成して上下に対向している（図２）。金属プレート３００は、プレート水平面と平行に金属プレート外縁から外に向かって伸びる複数の脚状の締結部３１０を備え、締結部３１０の各々には留め具を通すための円形の孔部３２０が設けられている（図２）。収納ケース２００の底面部２０４が金属プレート３００に貼り付けられた際、互いに対向して上下に重なり合う一対の締結部２１０と３１０のそれぞれに設けられた一対の孔部２２０と３２０は、収納ケース２００を真上から見た時の中心位置が互いに同一となるように形成される。

　収納ケース２００の底面部２０４と金属プレート３００との間は、放熱性接着剤（図示せず）を使用した接着により、全面に渡って貼り付けられ、その結果、収納ケースの底面部２０４と金属プレート３００の接着面との間の隙間には上記放熱性接着剤が充填・硬化される（図２、図３）。

　図２、図３に示すカラー４００は、収納ケース２００の底面部２０４に金属プレート３００を留め付けるための留め具である。カラー４００は、鉄材であるSPCC（冷間圧延鋼板）などの一般的な金属を素材とし、中心軸に沿ってネジ孔が貫通した円筒形状である。カラー４００は、収納ケース２００のモールド成形の際に締結部２１０の孔部２２０に挿入され、締結部２１０と一体化される。収納ケース２００の底面部２０４が金属プレート３００に貼り付けられた際に、孔部２２０に挿入され一体化されたカラー４００のネジ孔は、孔部３２０と上下に重なり合う。図３（ａ）のＢの部分は、収納ケース２００の底面部２０４に金属プレート３００が貼り付けられた状態で、孔部２２０に挿入されたカラー４００のネジ孔と締結部３１０の孔部３２０が、上下に重なり合っている部分である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＢの部分の拡大図であり、上記留め付けの際に、上下に重なり合うカラー４００のネジ孔と孔部３２０が締結部２１０と締結部３１０とを貫通する一本の孔を形成している状態が図示されている。

　（本実施の形態に係るリアクトル装置の組み立てプロセスの詳細な説明）
　樹脂を素材として収納ケース２００を成型する際に、収納ケース２００の外壁上に形成される締結部２１０の孔部２２０にカラー４００を挿入して収納ケース２００とカラー４００を一体的にモールド成形する。この時、孔部２２０に挿入されたカラー４００の上端は締結部２１０上面部から僅かに突出する。

　次に、金属プレート３００が、放熱性接着剤を使用した接着により、収納ケース２００の底面部２０４に直接接触するように貼り付けられる（図２、図３）。この際、金属プレート３００の締結部３１０と収納ケース２００の締結部２１０との間も放熱性接着剤を使用した接着により直接接触とされる。図３（ａ）を参照すると、貼り付けられた金属プレート３００とコイル１２０の底面は、導電性のコイル１２０と金属プレート３００との間の絶縁状態を確保する役割を果たす収納ケース２００の底面部２０４を挟んで互いに平行面を成して対向している。

　この時、孔部２２０に挿入されたカラー４００のネジ孔と締結部３１０の孔部３２０が、上下に重なり合い、カラー４００のネジ孔と孔部３２０とが繋がって、締結部２１０と締結部３１０とを貫通する一本の孔を形成する（図３（ｂ））。

　さらに、底面部２０４と金属プレート３００との間をより強固に固着するために、締結部２１０とは反対の側から孔部３２０にネジを通し、該ネジを締結部２１０に挿入されたカラー４００に切られたネジ孔にネジ止めする。これにより、底面部２０４と金属プレート３００との間がカラー４００を留め具として留め付けられる。前述のごとく、樹脂製の収納ケース２００は割れやすい材質である。このため、収納ケース２００と金属プレート３００との接合を金属製のカラー４００を介してネジ止めを行う。これにより、ネジ止めによる力が金属間の接合部分にかかり、収納ケース２００に直接、力がかからないため割れを防止できるという効果がある。カラー４００は収納ケース２００とモールド成形されているため確実に固定されている。

　この時、締結部２１０上面部から僅かに突出したカラー４００の上端と、締結部２１０上面部との間の空隙にも放熱性接着剤が充填・硬化される。

　リアクトル１００のコイル１２０は、収納ケース２００中に上から嵌め込まれるようにして収容される（図２、図３）。この時、トロイダル形状のコイル１２０の中央に開いた孔に収納ケース２００の底面部２０４の内壁中央部から突出する中心固定部材２０６が嵌まることにより、トロイダル形状のコイル１２０が収納ケース２００内部の中央位置に固定される。その後、ポッティング樹脂材が、収納ケース２００内に流し込まれ、該ポッティング樹脂材がコイル１２０と収納ケース２００の内壁との間に充填・硬化される。この時、トロイダル形状のコイル１２０が収納ケース２００内部の中央位置に固定されているので、ポッティング樹脂材が充填されるコイル１２０と収納ケース２００の内壁との間の隙間はコイル１２０の全周囲にわたって均等となる。

　（本実施の形態の第１の作用効果）
　以上より、本実施の形態では、収納ケース２００の底面部２０４が熱伝導性の高い放熱性樹脂で形成されることに加え、上記底面部２０４の厚みがリアクトル重量を下から支持するのに必要最小限の厚みとされる。その上で、冷却機構を備えた台座部分と一体を成す放熱性の高い金属プレート３００を上記底面部２０４の全面に渡って直接接触させる。これにより、リアクトル装置の放熱性が向上すると共に、導電性のコイル１２０と金属プレート３００との間に収納ケース２００の底面部２０４を挟むことにより、導電性のコイル１２０と金属プレート３００との間の確実な絶縁性を達成する。

　同時に、底面部２０４と金属プレート３００との間に生じた空隙に熱伝導性の高い放熱性接着剤を充填・硬化させ、充填・硬化された放熱性接着剤の層を経由して収納ケース２００からの放熱が金属プレート３００と冷却機構を備えた台座へ効率的に伝わるようにする。これにより、樹脂製収納ケース２００の放熱性をより一層向上させ、リアクトル装置の絶縁性と放熱性を両立させる。

　（本実施の形態の第２の作用効果）
　また、本実施の形態に係るリアクトル装置の組み立てプロセスでは、収納ケース２００内にコイル１２０を嵌め込むようにして収容し、収納ケース２００の底面部２０４に金属プレートを放熱性接着剤で貼り付ける。さらに、金属製のカラー４００に設けられたネジ孔に対する金属同士のネジ止め固着手段により、収納ケース２００の締結部２１０と金属プレート３００の締結部３１０との間を留め付けるだけでリアクトル装置を製造することができる。

　従って、樹脂のような脆い素材で形成された収納ケース２００の締結部２１０に直にネジ孔を設け、該ネジ孔に金属プレート３００の孔部３２０から通したネジをネジ止めする場合と異なり、ネジ止めした際に収納ケース２００にヒビが入って割れてしまうことを防ぐことができる。

　しかも、上記した簡単な組み立てプロセスにより、金属プレート３００と導電性のコイル１２０との間の絶縁を確実にしながら、収納ケース２００内においてコイル１２０を安定的に保持する構造を容易に製造することができる。その結果、上記リアクトル装置の製造工程も大幅に簡略化され、製造の歩留まりを高く維持することができる。

　（本実施の形態の第３の作用効果）
　ＥＶやＨＥＶの車載充電装置と一体化された電気駆動装置内において容易に収容可能とするには、リアクトルとその収納ケースを可能な限り小型化しなくてはならない。その際に、リアクトル装置を図１、図２に図示した上記実施の態様とすることにより、小型化された場合であっても、収納ケース２００とコイル１２０との間の絶縁を確実にすることができる。具体的には、収納ケース２００と金属プレート３００を小型化しても、絶縁材である樹脂を素材とする底面部２０４が導電性のコイル１２０と金属プレート３００の間を完全に隔てながら、収納ケース２００がコイル１２０を安定的に保持することができる。それにより、小型化された収納ケース２００の内側の非常に狭い空間内において、コイル１２０と外部との間の絶縁を完全に維持したまま保持することが可能となる。しかも、単にリアクトル装置の製造工程において、収納ケース２００内にコイル１２０を嵌め込むだけで、そのような小型かつ確実な絶縁性を有する構造を容易に形成することができる。

　（本実施の形態の第４の作用効果）
　本発明に係るリアクトル装置は、収納ケース２００の形状およびコイル１２０の形状を選ばずに実現することができる。そのため、螺旋形状のみならず、トロイダル形状のような任意のコイル形状において、高い放熱性と絶縁性を簡単な構造と形成方法で製造できるリアクトル装置を実現することができる。

　２０１２年３月２６日出願の特願２０１２－７００２４の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明は、モータ駆動回路のインダクタンス素子として使用されるリアクトルの、電気駆動装置内での収納、保持構造等として利用することができる。

　１００　リアクトル
　１０５　磁芯
　１０６　導線部
　１１０　リード線
　１２０　コイル
　２００　収納ケース
　２０２　側面部
　２０４　底面部
　２０６　中心固定部材
　２１０　締結部
　２２０　孔部
　３００　金属プレート
　３１０　締結部
　３２０　孔部
　４００　カラー

Claims

　導体線を環状に巻回してなり通電によって磁束を発生するコイルと、
　放熱性の樹脂の素材により側面部および底面部から成る片端が開口した筒状に形成され、前記側面部の外壁上から外に伸びる第１の締結部を有し、前記コイルを収容したケースと、
　前記ケースの内壁と前記コイルとの間に充填したポッティング樹脂材と、
　前記第１の締結部と締結される第２の締結部を有し、前記ケースの前記底面部の全面に渡って接触するように留め付けられた金属プレートと、
　前記ケースの前記底面部と前記金属プレートとの間に生じる空隙に充填した放熱性接着剤と、
　前記第１の締結部と前記第２の締結部とを留め付ける留め具と、
　を備えるリアクトル装置。
　前記第１と第２の締結部には、前記ケースを前記金属プレートに締結する際に中心位置が同一となる円形の孔がそれぞれ形成され、
　前記留め具は、中心軸に沿ってネジ孔が設けられ、前記第１の締結部の孔に挿入され、前記第１の締結部と一体的にモールド成型された金属製のカラーであり、前記ネジ孔に対して前記第２の締結部の孔から通したネジをネジ止めすることにより、前記第１の締結部を前記第２の締結部に留め付ける、
　請求項１記載のリアクトル装置。
　前記カラーの上端部は前記第１の締結部の前記孔から前記第１の締結部の上面部より上に突出し、前記突出した前記カラーの上端部と前記第１の締結部の前記上面部との間に生じる空隙に放熱性接着剤が充填される、
　請求項２記載のリアクトル装置。
　前記第１の締結部は、前記ケースの前記底面部の水平面と平行に前記底面部の外縁から突出して伸びる脚状に形成され、
　前記第２の締結部は、前記金属プレートの水平面と平行に前記金属プレートの外縁から突出して伸びる脚状に形成される、
　請求項２記載のリアクトル装置。
　前記コイルはトロイダル形状のコイルであり、
　前記ケースは、
　底面中央部から突出するように形成され、前記コイルの中心の孔に嵌まることにより、前記コイルを前記ケース内部の中心位置に固定する中心固定部材を有する、
　請求項１記載のリアクトル装置。