WO2014024341A1 - リアクトル装置 - Google Patents

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reactor
core
reactor device
heat
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篤志 山島
山口　雄司
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パナソニック株式会社
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

Definitions

  • the present invention relates to a reactor device having excellent heat dissipation performance.
  • PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle
  • EV Electric Vehicle
  • the PHEV or EV is equipped with an in-vehicle charger that converts an external AC power source into DC and outputs it to a storage battery of the vehicle.
  • a reactor device including a coil for power factor improvement or smoothing is mounted on the in-vehicle charger.
  • a very high voltage of about 400 volts is applied to a reactor device used in a PHEV or EV on-vehicle charger. For this reason, a coil becomes high temperature by heat_generation
  • Patent Document 1 The technology disclosed in Patent Document 1 is known as a reactor device including a coil.
  • the reactor apparatus disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
  • the bracket 12 surrounding the transformer core 14 placed on the heat sink 13 includes a holding portion 12a formed so as to be in close contact with the transformer core 14, and a heat transfer portion 12b extending from both ends of the holding portion 12a to the heat sink 13 side. And.
  • the lower end part (fixing part 12c) of each heat transfer part 12b is being fixed to the heat sink 13 with the volt
  • a mounting hole 23 is formed at a position where the transformer core 14 is disposed, and a transformer core mounting table 25 is disposed in the mounting hole 23.
  • the transformer core 14 is sandwiched between the transformer core mounting table 25 urged toward the bracket 12 by the compression coil spring 28 and the holding portion 12 a of the bracket 12 and is fixed to the heat sink 13.
  • the reactor device disclosed in Patent Document 1 has the above-described configuration, so that even if the outer dimensions of the transformer core 14 are not uniform, the holding unit 12a and the upper core 14a are fixed to the heat sink 13 while closely contacting each other. be able to. Therefore, the heat generated in the transformer 11 can be easily released to the heat sink 13 through the bracket 12.
  • Patent Document 2 discloses a reactor device using a resin having high thermal conductivity in order to improve heat dissipation.
  • the reactor apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described with reference to FIG.
  • the reactor device includes a pedestal 1, a core 2, a coil 3, and fixing members 4A and 4B. Both ends 2A and 2B of the core 2 are placed on the holding portions 1A and 1B of the base 1, and the pressing surface 41A of the fixing member 4A presses the end 2A of the core 2 against the holding portion 1A, and the pressing surface 41B of the fixing member 4B. Presses the end 2B of the core 2 against the holding portion 1B.
  • the pedestal 1, the core 2, the coil 3, and the fixing members 4A and 4B are integrally molded with an unsaturated polyester resin having a high thermal conductivity.
  • the reactor device disclosed in Patent Document 2 can efficiently dissipate heat generated in the core 2 to the pedestal 1 through the holding portions 1A and 1B and the resin by having the above configuration.
  • the compression coil spring 28 is fixed to a boss portion 21b formed to protrude inside the heat sink 13, and the position of the transformer core 14 is defined by the position of the compression coil spring 28. Therefore, there is a problem that the degree of freedom of arrangement of the transformer core is lowered. In addition, there is a problem in that heat dissipation is not sufficiently performed at the metal-to-metal contact due to metal unevenness.
  • the reactor device disclosed in Patent Document 2 has a problem that the price of the reactor device is increased because a large amount of expensive unsaturated polyester resin is used.
  • An object of the present invention is to provide an inexpensive reactor device having a high degree of freedom in arrangement of a transformer core and high heat dissipation.
  • a reactor device is filled in a transformer core in which an upper core and a lower core are coupled, a case for accommodating the transformer core from one opened surface, and a gap between the accommodated transformer core and the case. And a heat radiating member having thermal conductivity in contact with the upper core and the filled resin material.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the entire reactor device of FIG.
  • FIG. 3 is a top view, a front view, and a right side view of the reactor device as a whole.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the entire reactor device
  • FIG. 8 is a top view, a front view, and a right side view of the reactor device as a whole.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the entire reactor device of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the entire reactor device 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view thereof
  • FIG. 5 is a sectional view of the reactor device 100 as a whole.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a region surrounded by a circle in the cross-sectional view of FIG. 5.
  • 7A is a top view of the entire reactor apparatus 100 in FIG. 1
  • FIG. 7B is a front view of the entire reactor apparatus 100 in FIG. 1
  • FIG. 7C is a right side of the entire reactor apparatus 100 in FIG.
  • the transformer 101 is formed by combining a pair of an upper E core 102 and a lower E core 103 having an E-shaped cross section. , 103-1, a coil (not shown) is wound around.
  • a bobbin 104 made of an insulating material is disposed on the outer periphery of the coil.
  • the bobbin 104 is a cylindrical body that covers the outer periphery of the coil.
  • the heat radiating plate 105 covering the upper surface and the left and right side surfaces of the transformer 101 having such a configuration is fitted to the outer periphery of the transformer 101.
  • the heat radiating plate 105 is formed by bending a metal material so that the cross-sectional shape is U-shaped.
  • a typical metal material employed as the heat radiating plate 105 aluminum that is excellent in thermal conductivity and inexpensive can be used.
  • the transformer 101 is accommodated in the reactor case 106, and a potting resin material (not shown) is poured into the gap between the side wall of the reactor case 106 and the transformer 101, and is filled and cured. At this time, the potting resin material is filled until the lower end portion of the heat radiating plate 105 is immersed (see FIG. 6), and is filled so that the upper E core 102 is not immersed. Specifically, it is conceivable that the height of the transformer 101 is filled to 1 ⁇ 4 or more and less than 1 ⁇ 2. Thereby, sufficient heat dissipation characteristics are obtained, and the amount of expensive potting resin material used can be suppressed to a small amount.
  • the hardened potting resin material can fix the heat radiating plate 105 and transmit the heat generated in the transformer 101 from the heat radiating plate 105 to the reactor case 106.
  • a potting resin material silicon-type or epoxy-type general resin is mentioned.
  • the reactor case 106 has a bottom surface made of a metal plate having high thermal conductivity, is provided with a side wall extending vertically from the bottom surface, and accommodates the transformer 101 from one open surface.
  • the bottom surface of the reactor case 106 is fixed by being installed on a pedestal (not shown) provided with a cooling mechanism. That is, in the present embodiment, it is only necessary to fix the bottom surface of the reactor case 106 so that the bottom surface of the reactor case 106 is in contact with a pedestal (such as a heat sink). It is not necessary to fix with the bolt B1 etc. so that it may contact
  • the degree of freedom of arrangement of the reactor device 100 can be increased, and design changes can be easily performed.
  • the reactor case 106 can transfer the heat transmitted from the potting resin material from the metal plate on the bottom surface to the pedestal and cool it.
  • the side wall of the reactor case 106 has a height approximately equal to the height of the lower E core 103, and at least has a height at which the potting resin material can immerse the lower end portion of the heat sink 105. That's fine. With this configuration, it is possible to reduce the height of the reactor case side wall and contribute to space saving of the reactor device 100.
  • the reactor device 100 having such a configuration, heat generated in the transformer 101 is transmitted to the heat radiating plate 105 in contact with the upper surface and the side surface of the transformer 101, and sequentially transmitted from the lower end of the heat radiating plate to the potting resin material, the reactor case 106, and the base. As a result, the transformer 101 including the upper E core 102 can be cooled.
  • the heat sink 105 is brought into contact with the outer periphery of the upper E core 102 forming the upper portion of the transformer 101, and potting is performed until the lower end of the heat sink 105 is immersed in the gap between the transformer 101 and the reactor case 106. Fill with resin material.
  • the transformer 101 is accommodated from the opened surface of the reactor case 106, and the reactor case 106 is fixed to the pedestal. Thereby, the freedom degree of arrangement
  • FIG. 8 is a perspective view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 10A is a top view of the entire reactor apparatus in FIG. 8
  • FIG. 8 is a front view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 10C is a right side view of the entire reactor apparatus of FIG.
  • two heat sinks having an L-shaped cross-section may be combined and bonded along the top surface and the left and right side surfaces of the transformer. According to this configuration, since the heat sink can be bent at one place, the heat sink can be brought into close contact with the upper surface and the side surface of the transformer. As a result, heat dissipation can be further improved. 8 to 10 show the case where two L-shaped heat sinks are combined, one L-shaped heat sink may be bonded along the upper surface and one side surface of the transformer.
  • FIG. 11 is a perspective view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 13A is a top view of the entire reactor apparatus in FIG. 11
  • FIG. 11 is a front view of the entire reactor apparatus
  • FIG. 13C is a right side view of the entire reactor apparatus of FIG.
  • a heat radiating plate having an I-shaped cross section may be bonded along both side surfaces of the transformer. According to this configuration, since the height of the reactor device can be reduced, it is effective when there is a restriction in the height direction when the reactor device is mounted on PHEV or EV. 11 to 13 show the case where two I-shaped heat sinks are combined, but one I-shaped heat sink may be bonded along one side surface of the transformer.
  • the reactor device according to the present invention can be applied to a vehicle such as PHEV or EV, for example.

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Abstract

　トランスコアの配置の自由度が高く、また、放熱性の高い、安価なリアクトル装置を提供する。トランス（１０１）上部を形成する上部Ｅコア（１０２）の上面及び両側面に、断面形状がＵ字型の放熱板（１０５）を接触させ、リアクトルケース（１０６）の開口した一面から放熱板（１０５）を備えたトランス（１０１）を収容し、トランス（１０１）とリアクトルケース（１０６）との間隙に放熱板（１０５）の下端部が浸かるまでポッティング樹脂材を充填する。トランス（１０１）を収容したリアクトルケース（１０６）は、冷却機構を備える台座に据え付けられて固定される。

Description

リアクトル装置
　本発明は、放熱性能に優れたリアクトル装置に関する。
　近年、プラグインハイブリッド自動車（以下、「ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）」という）及び電気自動車（以下、「ＥＶ（Electric Vehicle）」という）が普及してきている。ＰＨＥＶ又はＥＶ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器を搭載している。この車載充電器には、力率改善又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。
　ＰＨＥＶ又はＥＶの車載充電器に用いられ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、リアクトル装置に高い放熱性を持たせることが重要となる。それと同時に、コイルとそのハウジング部材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に開示の技術が知られている。以下、特許文献１に開示のリアクトル装置について図１を用いて説明する。
　ヒートシンク１３に載置されたトランスコア１４を囲うブラケット１２は、トランスコア１４に密着可能に形成された保持部１２ａと、該保持部１２ａの両端からヒートシンク１３側に延設された伝熱部１２ｂとを備えている。各伝熱部１２ｂの下端部（固定部１２ｃ）は、ボルトＢ１によりヒートシンク１３に固定されている。また、ヒートシンク１３において、トランスコア１４が配置される位置には、取付孔２３が形成されており、該取付孔２３には、トランスコア載置台２５が配設されている。そして、トランスコア１４は、圧縮コイルばね２８によりブラケット１２側に付勢されるトランスコア載置台２５と、ブラケット１２の保持部１２ａとの間に狭持されるとともに、ヒートシンク１３に固定される。
　特許文献１に開示のリアクトル装置は、上記構成を有することにより、トランスコア１４の外形寸法が不均一であったとしても、保持部１２ａと上側コア１４ａとを密着させつつ、ヒートシンク１３に固定することができる。よって、トランス１１で発生する熱を、ブラケット１２を通してヒートシンク１３へ逃しやすくすることができる。
　また、放熱性を高めるため、熱伝導率の高い樹脂を用いたリアクトル装置が特許文献２に開示されている。以下、特許文献２に開示のリアクトル装置について図２を用いて説明する。
　リアクトル装置は、台座１と、コア２と、コイル３と、固定部材４Ａ，４Ｂとを備える。コア２の両端２Ａ，２Ｂは、台座１の保持部１Ａ，１Ｂ上に載せられ、固定部材４Ａの押付面４１Ａは、コア２の端２Ａを保持部１Ａに押付け、固定部材４Ｂの押付面４１Ｂは、コア２の端２Ｂを保持部１Ｂに押付ける。そして、台座１、コア２、コイル３、固定部材４Ａ，４Ｂは、熱伝導率が高い不飽和ポリエステル系の樹脂により一体的にモールドされる。
　特許文献２に開示のリアクトル装置は、上記構成を有することにより、コア２で発生した熱を保持部１Ａ，１Ｂ及び樹脂を介して台座１に効率良く放熱することができる。
特開２０１０－１０４５３号公報 特開２００４－９５５７０号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示のリアクトル装置では、圧縮コイルばね２８がヒートシンク１３内部に突出形成されたボス部２１ｂに固定されており、この圧縮コイルばね２８の位置によってトランスコア１４の位置が規定されるため、トランスコアの配置の自由度が低下するという問題がある。また、金属同士の接点では、金属の凹凸などにより放熱が十分に行われないという問題がある。
　また、上記特許文献２に開示のリアクトル装置では、高価な不飽和ポリエステル系樹脂を大量に使用するため、リアクトル装置の価格が高くなるという問題がある。
　本発明の目的は、トランスコアの配置の自由度が高く、また、放熱性の高い、安価な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、上部コアと下部コアとが結合されたトランスコアと、開口された一面から前記トランスコアを収容するケースと、収容された前記トランスコアと前記ケースとの間隙に充填される樹脂材と、前記上部コア及び充填された前記樹脂材に接触し、熱伝導性を有する放熱部材と、を具備する構成を採る。
　本発明によれば、トランスコアの配置の自由度が高く、また、放熱性の高いリアクトル装置を安価に提供することができる。
特許文献１に開示のリアクトル装置の構成図 特許文献２に開示のリアクトル装置の構成図 本発明の一実施の形態に係るリアクトル装置全体の斜視図 図３のリアクトル装置全体の分解斜視図 図３のリアクトル装置全体の断面図 図５の断面図において円で囲んだ領域の拡大図 図３のリアクトル装置全体の上面図、正面図及び右側面図 断面形状がＬ字型の放熱板を用いたリアクトル装置全体の斜視図 図８のリアクトル装置全体の断面図 図８のリアクトル装置全体の上面図、正面図及び右側面図 断面形状がＩ字型の放熱板を用いたリアクトル装置全体の斜視図 図１１のリアクトル装置全体の断面図 図１１のリアクトル装置全体の上面図、正面図及び右側面図
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（一実施の形態）
　図３は、本発明の一実施の形態に係るリアクトル装置１００全体の斜視図であり、図４は、その分解斜視図であり、図５は、リアクトル装置１００全体の断面図であり、図６は、図５の断面図において円で囲んだ領域の拡大図である。図７（ａ）は、図１のリアクトル装置１００全体の上面図、図７（ｂ）が図１のリアクトル装置１００全体の正面図、図７（ｃ）が図１のリアクトル装置１００全体の右側面図である。
　トランス１０１は、図５に示すように、断面形状がＥ型の上部Ｅコア１０２、下部Ｅコア１０３を一対結合してなり、上部Ｅコア１０２及び下部Ｅコア１０３の各中脚部１０２－１、１０３－１の周囲に図示せぬコイルが巻回されている。このコイルの外周には、絶縁性材料からなるボビン１０４が配置される。ボビン１０４は、コイルの外周を覆う筒状体である。
　このような構成を有するトランス１０１の上面及び左右両側面を覆う放熱板１０５がトランス１０１の外周に嵌合される。放熱板１０５は、図５に示すように、断面形状がＵ字型となるように、金属材料が折り曲げ形成される。放熱板１０５として採用される代表的な金属材料としては、熱伝導性に優れ、かつ、安価なアルミなどが挙げられる。
　また、トランス１０１は、リアクトルケース１０６に収容され、リアクトルケース１０６の側壁とトランス１０１との間隙に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。このとき、ポッティング樹脂材は、放熱板１０５の下端部が浸かるまで充填され（図６参照）、かつ、上部Ｅコア１０２が浸からないように充填される。具体的には、トランス１０１の高さの１／４以上１／２未満の高さまで充填されることが考えられる。これにより、十分な放熱特性が得られ、高価なポッティング樹脂材の使用量を少量に抑えることができる。また、硬化したポッティング樹脂材は、放熱板１０５を固定し、トランス１０１で発生した熱を放熱板１０５からリアクトルケース１０６に伝えることができる。なお、ポッティング樹脂材としては、シリコン系またはエポキシ系の一般的な樹脂が挙げられる。
　リアクトルケース１０６は、底面が熱伝導性の高い金属性のプレートで構成され、底面から垂直に延伸する側壁が設けられ、開口した一面からトランス１０１を収容する。リアクトルケース１０６は、その底面が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。すなわち、本実施の形態では、リアクトルケース１０６の底面が台座（ヒートシンクなど）に接するように固定するだけで良く、特許文献１のように、ブラケット１２（本発明における放熱板１０５）が、ヒートシンク１３（本発明における台座）に接するようにボルトＢ１などで固定する必要はない。
　このように、リアクトル装置１００の配置の自由度を高めることができ、設計変更などを容易に行うことができる。また、リアクトルケース１０６は、ポッティング樹脂材から伝わる熱を底面の金属プレートから台座に伝え、冷却することができる。
　また、リアクトルケース１０６の側壁は、下部Ｅコア１０３の高さと同程度の高さを備えており、少なくとも、ポッティング樹脂材が放熱板１０５の下端部を浸すことが可能な高さを備えていればよい。この構成により、リアクトルケース側壁の高さを低減することができ、リアクトル装置１００の省スペース化に寄与することができる。
　このような構成を有するリアクトル装置１００では、トランス１０１で発生した熱がトランス１０１の上面及び側面に接する放熱板１０５に伝わり、放熱板下端部からポッティング樹脂材、リアクトルケース１０６、台座へと順次伝わることにより、上部Ｅコア１０２を含むトランス１０１を冷却することができる。
　このように、本実施の形態では、トランス１０１上部を形成する上部Ｅコア１０２の外周に放熱板１０５を接触させ、トランス１０１とリアクトルケース１０６との間隙に放熱板１０５の下端部が浸かるまでポッティング樹脂材を充填する。これにより、リアクトル装置１００の放熱性が向上すると共に、高価なポッティング樹脂材の使用量を少量に抑えることができるので、安価なリアクトル装置１００を提供することができる。
　また、リアクトルケース１０６の開口した一面からトランス１０１を収容し、リアクトルケース１０６を台座に固定する。これにより、リアクトル装置１００の配置の自由度を高めることができ、設計変更などを容易に行うことができる。
　なお、本実施の形態では、断面形状がＵ字型の放熱板を用いる構成について説明したが、本発明はこれに限るものではない。以下、断面形状がＬ字型について説明する。
　図８は、リアクトル装置全体の斜視図であり、図９は、リアクトル装置全体の断面図であり、図１０（ａ）は、図８のリアクトル装置全体の上面図、図１０（ｂ）が図８のリアクトル装置全体の正面図、図１０（ｃ）が図８のリアクトル装置全体の右側面図である。
　これらの図に示すように、断面形状がＬ字型の放熱板を２つ組み合わせてトランスの上面及び左右両側面に沿って接着してもよい。この構成によれば、放熱板の折り曲げを１箇所で済ませることができるので、放熱板がトランスの上面及び側面により密着することができる。この結果、放熱性をより高めることができる。図８～１０では、Ｌ字型の放熱板を２つ組み合わせる場合を示したが、Ｌ字型の放熱板１つをトランスの上面及び一側面に沿って接着するようにしてもよい。
　次に、断面形状がＩ字型について説明する。図１１は、リアクトル装置全体の斜視図であり、図１２は、リアクトル装置全体の断面図であり、図１３（ａ）は、図１１のリアクトル装置全体の上面図、図１３（ｂ）が図１１のリアクトル装置全体の正面図、図１３（ｃ）が図１１のリアクトル装置全体の右側面図である。
　これらの図に示すように、断面形状がＩ字型の放熱板をトランスの両側面に沿って接着してもよい。この構成によれば、リアクトル装置の高さを低減することができるので、ＰＨＥＶまたはＥＶにリアクトル装置を搭載する際、高さ方向に制限がある場合に有効である。図１１～１３では、Ｉ字型の放熱板を２つ組み合わせる場合を示したが、Ｉ字型の放熱板１つをトランスの一側面に沿って接着するようにしてもよい。
　上記いずれの放熱板を用いる場合においても、放熱板の一部が上部Ｅコアに接し、放熱板の下端部がポッティング樹脂材に浸かっている必要がある。
　２０１２年８月１０日出願の特願２０１２－１７８１３８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。
　本発明にかかるリアクトル装置は、例えば、ＰＨＥＶまたはＥＶ等の車両に適用できる。
　１００　リアクトル装置
　１０１　トランス
　１０２　上部Ｅコア
　１０３　下部Ｅコア
　１０４　ボビン
　１０５　放熱板
　１０６　リアクトルケース
 

Claims (7)

  1. 　上部コアと下部コアとが結合されたトランスコアと、
    　開口された一面から前記トランスコアを収容するケースと、
    　収容された前記トランスコアと前記ケースとの間隙に充填される樹脂材と、
    　前記上部コア及び充填された前記樹脂材に接触し、熱伝導性を有する放熱部材と、
    　を具備するリアクトル装置。
  2. 　前記トランスコアは、２つのＥコアが結合された、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
  3. 　前記樹脂材は、前記トランスコアの半分の高さ未満となる量が充填される、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
  4. 　前記放熱部材は、前記樹脂材が硬化することによって固定される、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
  5. 　前記放熱部材は、アルミである、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
  6. 　前記放熱部材は、断面がＵ字型、Ｌ字型、または、Ｉ字型のいずれかの形状を有する、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
  7. 　前記ケースは、冷却構造を有する台座に据え付けられて固定される、
    　請求項１に記載のリアクトル装置。
     
PCT/JP2013/001482 2012-08-10 2013-03-08 リアクトル装置 WO2014024341A1 (ja)

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