【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路やコンバータ回路等に用いて好適なリアクトル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層巻鉄心とこの積層巻鉄心に巻回したコイルとを有するリアクトルは知られており、既に本出願人も、省エネルギ化，低損失化，低騒音化及び小型軽量化を実現できるリアクトルを特開２００２−２０３７２９号公報により提案した。
【０００３】
図１０及び図１１に同公報開示のリアクトル５０を示す。このリアクトル５０は、帯材５１ｐを、図１０に示すように円形のリング状に巻いて積層し、かつ積層断面Ｓの形状が図１１に示すように、円形（又はこの近似形状）となる巻鉄芯５１と、この巻鉄芯５１のほぼ全周に亘って、縦形の平角導線５２ｗを巻回させたコイル５２を備えている。
【特許文献１】
特開２００２−２０３７２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したリアクトル５０に用いるコイル５２は、圧延ロールなどにより平角導線５２ｗを湾曲加工しながら巻回して製造する関係上、コイル５２の曲率をあまり小さくできないため、コイル５２の端面形状は、図１１に仮想線で示すような円形となる。また、このような円形のコイル５２に断面四角形の巻鉄心を用いた場合には、コイル５２と巻鉄心間にかなりの隙間を生じ、結局、低損失化及び小型化を図れないことから、巻鉄心５１の積層断面Ｓの形状もコイル５２の端面形状に略相似する円形となるように形成している。
【０００５】
しかし、このようなリアクトル５０では、巻鉄心５１における積層断面Ｓの形状が円形となることから、巻鉄心５１の製造が容易でなく、製造工数の増加による生産性の低下及び製造コストの上昇を招くとともに、巻鉄心５１の製造において帯材５１ｐに１／４程度の無駄を生じる問題があった。
【０００６】
また、この種のリアクトルは、通常、放熱，遮音及び機械的保護等を目的としてケースの中に収容するとともに、さらに、ケースの中にはエポキシ樹脂等の充填材を充填しているが、十分な放熱性を得ることができない問題があった。
【０００７】
本発明は、このようなリアクトル５０に対して、省エネルギ化，低損失化及び低騒音化に対する改善効果をより高め、また、生産性の向上，製造コストの低減及び帯材の無駄解消を図るとともに、加えて、放熱性をより高めることができるリアクトル装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るリアクトル装置１は、鉄心２とこの鉄心２に巻回したコイル３とを有するリアクトル４を備えるリアクトル装置であって、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心２及びこの鉄心２の断面形状に沿って縦形の平角導線Ｗを周方向に巻回したコイル３を有するリアクトル４と、このリアクトル４を収容するケース５と、このケース５の内部に一体形成し、当該ケース５に収容されたリアクトル４の内側の空間Ｋに位置することにより当該リアクトル４の発熱をケース５の外部に放熱する放熱用突出部６を備えることを特徴とする。
【０００９】
この場合、好適な実施の形態により、放熱用突出部６には、ケース５の外部へ強制的に放熱を行う強制放熱手段１０を設けることができ、この強制放熱手段１０としては、ヒートパイプ１１，ヒートシンク１２及び冷却装置１３等を用いることができる。なお、ヒートパイプ１１は、少なくとも放熱用突出部６に埋設し、かつケース５の外部に露出させた露出部１１ｐに複数の放熱フィン１１ｆ…を設けて構成できる。また、ヒートシンク１２は、ケース５の外面５ｓであって、少なくとも放熱用突出部６の位置に設け、かつ複数の放熱フィン１２ｆ…により構成できる。さらに、冷却装置１３は、少なくとも放熱用突出部６の内部に設けた冷媒通路１３ｓとこの冷媒通路１３ｓに冷却用冷媒Ｌｓを流通させる冷却器１３ｃを備えて構成できる。一方、リアクトル４を収容したケース５の内部空間には、熱伝導性の充填材１４を充填することができる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明の好適な実施例に係るリアクトル装置１を挙げ、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
【００１１】
最初に、リアクトル装置１の製造方法について、各図を参照して具体的に説明する。図３は、製造工程のフローチャートであり、Ｃ１〜Ｃ５は巻線工程，Ｙ１〜Ｙ３は鉄心製造工程，Ａ１〜Ａ５はリアクトル装置組立工程を示す。
【００１２】
図４及び図５は、コイル巻線機３０の要部を示す。本実施例に係るリアクトル装置１に使用するコイル３は、このコイル巻線機３０により製造することができる。コイル巻線機３０において、３４は回転軸であり、回転駆動機構３５により低速回転する。回転軸３４の先端には、支持盤３６を一体に備え、この支持盤３６の先端面に固定盤３２を固定するとともに、この固定盤３２の中央から棒状の芯金３１を直角に突出させる。この芯金３１の断面形状は、後述する鉄心２の断面形状に略相似し、かつ当該断面形状よりも若干大きい断面形状を有する。この芯金３１は、製造するコイル３の種類に対応して交換可能である。また、この芯金３１には、この芯金３１に沿って変位可能な加圧盤３３を装填する。したがって、芯金３１は加圧盤３３の中央を貫通する。この加圧盤３３は、加圧機構３７により矢印Ｆｈ方向、即ち、固定盤３２の方向に加圧される。
【００１３】
コイル巻線機３０を用いたコイル３の製造工程は次のようになる。まず、平角導線Ｗを用意する。平角導線Ｗは、厚さと幅の割合が１：５程度に形成した銅線を使用する。なお、縦形の平角導線Ｗとは、コイル３の軸方向に対して平角導線Ｗの厚さ方向が平行になる場合をいう。平角導線Ｗは、図４に示すように、支持盤３６側に先端Ｗｆを固定する（ステップＣ１）。そして、加圧機構３７により加圧盤３３を矢印Ｆｈ方向へ移動させ、同図に示すように、平角導線Ｗを固定盤３２と加圧盤３３間に挟んだ状態にして加圧する（ステップＣ２）。また、同時に平角導線Ｗを引張機構３８により矢印Ｆｂ方向へ引張るとともに（ステップＣ３）、この状態で芯金３１を回転駆動機構３５により矢印Ｆｒ方向へ低速で回転させる（ステップＣ４）。これにより、平角導線Ｗは芯金３１に巻付けられ、コイル３を製造することができる（ステップＣ５）。なお、得られたコイル３に対しては、絶縁被膜を塗布するなどの必要な仕上処理を行うとともに、コイル３の両端から導出するリード部３ｐ，３ｑ（図１）の先端に端子金具を取付ける。
【００１４】
他方、鉄心２に用いる分割鉄心部２ａ，２ｂ…２ｄの製造を行う。まず、珪素鋼板等の磁性帯板Ｐを用意する。この場合、磁性帯板Ｐは、長手方向に同一幅である。なお、必要により複数の幅を有する磁性帯板を用いてもよく、これにより、分割鉄心部２ａ…の断面形状を、例えば、複数の四角形の組合形状にすることが可能である。磁性帯板Ｐは、断面を角の無い長円形（図２ｅで示す形状）に形成した成形治具の周面に積層巻する（ステップＹ１）。この場合、磁性帯板Ｐは、円形に形成した成形治具の周面に積層巻し、この後、治具により長円形に成形してもよい。これにより、折曲部を有しない長円形のリング状となる積層巻基材が得られるため、この積層巻基材を四つのブロックに切断分割する（ステップＹ２）。図２に現れる２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが四つの分割鉄心部であり、いわば十字線により積層巻基材を四等分した形状となる（ステップＹ３）。このように分割することにより、分割鉄心部２ａ…の両端部における一対の分割面は、非平行面（直角関係）になり、分割鉄心部２ａ…の各ギャップにおける磁束の分極が原因で発生する吸着振動力のベクトル方向をそれぞれ異ならせることができる。この結果、発生する振動の重畳（共振）やハンマ効果が低減され、低騒音化に寄与することができる。なお、実施例は、鉄心２の形状として長円形（小判形）を例示したが、その他、円形，楕円形など、一般的には、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成することができる。また、分割鉄心部２ａ…を得るための分割数は任意に選定できるとともに、各分割面は、傾斜面にすることもできる。
【００１５】
そして、コイル３と四つの分割鉄心部２ａ，２ｂ…２ｄが得られたなら、リアクトル装置１の組立を行う。まず、コイル３と四つの分割鉄心部２ａ…を組合わせてリアクトル４を製造する（ステップＡ１）。この場合、各分割鉄心部２ａ…の相互間には、図２に示す厚さ０．５〜１〔ｍｍ〕前後のガラスエポキシ樹脂製のセパレータ２１…を介在させ、接着剤を用いて各分割鉄心部２ａ…の相互間を結合する。これにより、各分割鉄心部２ａ…の相互間には、セパレータ２１…の介在するギャップが形成される。この際、結合時には、分割鉄心部２ａ…を、コイル３の内部空間に収容するとともに、分割鉄心部２ａ…とコイル３間には、必要により絶縁紙等の絶縁材を介在させる。これにより、図１及び図２に示すリアクトル４が得られる。
【００１６】
このリアクトル４は、図１に示すように、折曲部（角部）を有しない長円形のリング状となる積層巻の鉄心２を備えるとともに、コイル３を構成する一巻分の各相互間隔は、内側が狭くなり、かつ外側が広くなる。この態様は鉄心２の直線部分でも同様となるため、鉄心２の全周に沿ってコイル３を構成する一巻分の各相互間には所定の間隔が生じることになる。
【００１７】
一方、ステップＡ１により得られたリアクトル４は、アルミニウムケース（放熱用ケース）５に収容する（ステップＡ２）。この場合、まず、アルミニウムケース５とリアクトルホルダ２２を用意する。アルミニウムケース５は、図１（図２）に示すように、平面視を矩形に形成し、上面から下方に窪んだリアクトル収容部５ｉを有する。リアクトル収容部５ｉは、内部底面５ｉｄの中央部位から上方へ一体形成した放熱用突出部６を有する。この放熱用突出部６は、アルミニウムケース５に収容されたリアクトル４の内側の空間Ｋを埋めるように形成することが望ましい。
【００１８】
また、放熱用突出部６には、強制的に放熱を行う強制放熱手段１０を構成するヒートパイプ１１を付設する。ヒートパイプ１１は、一端側を放熱用突出部６に埋設し、かつ他端側の一部をアルミニウムケース５の外部に露出させる。アルミニウムケース５から露出した部分は露出部１１ｐとなり、この露出部１１ｐに、複数の放熱フィン１１ｆ…を設ける。このヒートパイプ１１は、図６に示すように、密閉されたパイプ体１１ｓの内部に冷媒液Ｌｃを収容したものである。
【００１９】
他方、リアクトルホルダ２２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材により一体成形したものである。このリアクトルホルダ２２は、四つの鉄心保持部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有し、アルミニウムケース５のリアクトル収容部５ｉの内部底面５ｉｄ上に嵌着できる。これにより、各鉄心保持部２２ａ…は、鉄心２における四つのセパレータ２１…の各位置をそれぞれ支持するとともに、鉄心２の両側面部及び底面部を三点支持する。この結果、アルミニウムケース５とコイル３は非接触となる。また、コイル３を構成する平角導線Ｗは、図２に示すように、各鉄心保持部２２ａ…を避けて巻回されるため、コイル３（平角導線Ｗ）は、各分割鉄心部２ａ…同士の結合部位のギャップ（セパレータ２１…）、即ち、発熱部位から離されるため、局部的な温度上昇を回避できる。
【００２０】
そして、リアクトル４をアルミニウムケース５に収容する際には、リアクトル４の下方から鉄心２に対してリアクトルホルダ２２を嵌着し、この後、リアクトル４をアルミニウムケース５のリアクトル収容部５ｉに収容する。これにより、リアクトルホルダ２２はリアクトル収容部５ｉの内部底面５ｉｄ上に嵌着される。また、リアクトル収容部５ｉの内部には充填材、望ましくは、シリコン樹脂１４ｘに６０〜９０重量パーセントの熱伝導用粉材１４ｙを含有させた弾性樹脂（充填材）１４を充填する（ステップＡ３）。実施例は、最も効果的な７５重量パーセントの熱伝導用粉材１４ｙを含有させている。この場合、シリコン樹脂１４ｘは、二液混合の加熱硬化型或いは一液性常温硬化型のシリコンゴムを用いる。また、熱伝導用粉材１４ｙは、粒子が０．２〔ｍｍ〕以下の酸化アルミニウム（アルミナ）を用いる。熱伝導用粉材１４ｙは、熱伝導率（放熱性）をより高めるものであり、他の材料としてはボロン材等を用いることができる。
【００２１】
弾性樹脂１４の充填が終了したなら、アルミニウムケース５の上に蓋２３を載せ、不図示のネジにより両者を固定する（ステップＡ４）。この際、コイル３の両端から導出されるリード部３ｐ，３ｑは、蓋２３に形成したリード引出孔２４…（図１）を通して外部に導出させるとともに、弾性樹脂１４の充填量を設定することにより、蓋２３をアルミニウムケース５の上に載せた際に、弾性樹脂１４の一部がリード引出孔２４…内に進入するようにする。これにより、コイル３のリード部３ｐ，３ｑと蓋２３間の絶縁性が確保される。なお、図示は省略したが、リード部３ｐ，３ｑには、絶縁チューブを装着して当該リード部３ｐ，３ｑを被覆することが望ましい。以上の製造工程により、リアクトル装置１が得られる（ステップＡ５）。
【００２２】
次に、本実施例に係るリアクトル装置１の機能及び特長について述べる。まず、騒音が低減されるとともに高い放熱性が得られる。本実施例では、アルミニウムケース５に弾性樹脂１４を充填するため、リアクトル４から発生する騒音は、遮音材として機能する弾性樹脂１４により吸収される。また、弾性樹脂１４は、シリコン樹脂１４ｘに所定量の熱伝導用粉材１４ｙを含有するため、熱伝導率（放熱性）がより高められる。
【００２３】
一方、充填材として弾性樹脂１４のみでリアクトル４を固定（保持）した場合、弾性を有するが故に、外部から付与される大きな振動や衝撃等に対して機械的強度や耐久性を確保しにくい。本実施例では、リアクトル４（鉄心２）は、リアクトルホルダ２２により保持（固定）されるため、外部から付与される大きな振動や衝撃等に対しても機械的強度及び耐久性が飛躍的に高められる。
【００２４】
さらに、本実施例に係るリアクトル装置１は、リアクトル４の内側の空間Ｋに放熱用突出部６を有するとともに、この放熱用突出部６に埋設したヒートパイプ１１を有するため、より放熱効果を高めることができる。即ち、リアクトル装置１を、図６に示すように放熱フィン１１ｆ…を上側にして設置すれば、リアクトル４の内側の熱は、放熱用突出部６に伝わり、この放熱用突出部６に埋設されたヒートパイプ１１の冷媒液Ｌｃと熱交換されるとともに、熱交換により加熱された冷媒液Ｌｃは、露出部１１ｐ側へ流動する。これにより、露出部１１ｐ側へ流動した冷媒液Ｌｃは、放熱フィン１１ｆ…により冷却され、矢印Ｄａ方向へ放熱される。一方、放熱フィン１１ｆ…により冷却された露出部１１ｐ側の冷媒液Ｌｃは、放熱用突出部６の内部側へ流動する。このように、パイプ体１１ｓの内部で冷媒液Ｌｃが対流することにより、放熱用突出部６は強制的に冷却される。このようなヒートパイプ１１はエネルギ消費を伴わない利点がある。
【００２５】
なお、コイルの内部寸法を同一条件とした場合、積層断面の形状が四角形となる本実施例に係るリアクトル装置１におけるリアクトル４は、図１０及び図１１に示した積層断面Ｓの形状が円形となる巻鉄心５１を有する従来のリアクトル５０に比べ、積層断面の面積が約２７〔％〕大きくなるため、磁束密度が小さくなって鉄損が減少する。しかも、放熱効果が高められるため、流せる電流も大きくなり、従来のリアクトル５０に対して実質２倍程度の電流を流すことができ、結果的に、より省エネルギ化及び低損失化が改善される。また、従来のリアクトル５０では、巻鉄心５１における積層断面Ｓの形状が円形となることから、巻鉄心５１の製造が容易でなく、製造工数の増加による生産性の低下及び製造コストの上昇を招くとともに、巻鉄心５１の製造において帯材５１ｐに１／４程度の無駄を生じる問題があったが、本実施例に係るリアクトル装置１では、これらの問題が全て解消され、材料コストが低減される。
【００２６】
次に、本発明の変更実施例について、図７〜図９を参照して説明する。図７は強制放熱手段１０を設けない基本的な実施例を示す。したがって、放熱用突出部６のみとなる。この場合、放熱用突出部６を設けなければ、リアクトル４の発熱は、リアクトル４の内側で籠もることになり、十分な放熱性を確保できない。しかし、放熱用突出部６を設けることにより、リアクトル４の発熱は、放熱用突出部６に伝わり、図７に示すように、放熱用突出部６に位置するアルミニウムケース５の外面５ｓから矢印Ｄｂ方向に放熱される。したがって、放熱用突出部６を設けることにより、この放熱用突出部６が無い場合よりもより高い放熱効果を得ることができる。
【００２７】
一方、図８及び図９は、強制放熱手段１０の変更実施例を示す。図８は、強制放熱手段１０として、ヒートシンク１２を用いたものである。このヒートシンク１２は、複数の放熱フィン１２ｆ…により構成し、アルミニウムケース５の外面５ｓであって、少なくとも放熱用突出部６の位置に取付ける。これにより、放熱用突出部６に伝わった熱は、アルミニウムケース５の外面５ｓに取付けたヒートシンク１２を通して矢印Ｄｃ方向に放熱される。したがって、図７に示す放熱用突出部６のみの場合よりも、より放熱効果を高めることができる。なお、ヒートシンク１２は、前述したヒートパイプ１１と同様にエネルギ消費を伴わない利点がある。
【００２８】
また、図９は、強制放熱手段１０として、少なくとも放熱用突出部６の内部に設けた冷媒通路１３ｓと、この冷媒通路１３ｓに冷却用冷媒（水，オイル等）Ｌｓを流通させる冷却器１３ｃを備える冷却装置１３を用いたものである。この場合、冷媒通路１３ｓは、放熱用突出部６の内部のみならず、アルミニウムケース５の他の部位にも設けることが望ましい。したがって、アルミニウムケース５は、全体を肉厚形成する。なお、冷却器１３ｃは、冷却用冷媒Ｌｓを冷却する冷却部及び冷却した冷却用冷媒Ｌｓを送出するポンプ部等を内蔵している。これにより、放熱用突出部６に伝わった熱は、冷媒通路１３ｓを流通する冷却用冷媒Ｌｓと熱交換されて冷却されるとともに、アルミニウムケース５の他の部位に伝わった熱も、他の冷媒通路１３ｓを流通する冷却用冷媒Ｌｓと熱交換されて冷却される。冷却装置１３は、エネルギ消費を伴う不利な面もあるが、高い冷却効果を得れる利点がある。
【００２９】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，材料，数量，数値，手法等おいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００３０】
例えば、鉄心２として、アモルファス，パーマロイ，ナノ結晶合金，フェライト，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金，純鉄等を用いた焼結タイプを排除するものではない。また、アルミニウムケース５を例示したが、他の放熱用素材により形成したケースを排除するものではない。一方、充填材として、弾性樹脂１４、特に、シリコン樹脂１４ｘに熱伝導用粉材１４ｙを含有させた弾性樹脂１４を例示したが、他の充填材としては、絶縁油、望ましくは、上述した熱伝導用粉材を４０〜９０重量パーセント含有させた絶縁油を用いることもできるし、セラミックス又はセメントを用いることもできる。セラミックスを用いる場合には、アルミニウムケース５の内部に粉材を充填した後、加熱することにより固化させればよい。さらに、実施例は、一つのリアクトル４を用いたリアクトル装置１を例示したが、例えば、アルミニウムケース５の上面に複数のリアクトル収容部５ｉ…を並べて形成し、単一のアルミニウムケース５に複数のリアクトル４…を収容してもよい。また、強制冷却手段１０は、例示以外の他の任意の冷却手段を利用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
このように、本発明に係るリアクトル装置は、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心及びこの鉄心の断面形状に沿って縦形の平角導線を周方向に巻回したコイルを有するリアクトルと、このリアクトルを収容するケースと、このケースの内部に一体形成し、当該ケースに収容されたリアクトルの内側の空間に位置することにより当該リアクトルの発熱をケースの外部に放熱する放熱用突出部を備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３２】
（１） 従来のリアクトル（図１０及び図１１のリアクトル５０）に対して、省エネルギ化，低損失化及び低騒音化における改善効果をより高めることができるとともに、生産性の向上，製造コストの低減及び帯材の無駄解消を図ることができる。
【００３３】
（２） ケースに設けた放熱用突出部により、リアクトルの内側に熱を籠もらせることなく、放熱性をより高めることができる。
【００３４】
（３） 好適な実施の形態により、放熱用突出部に、ケースの外部へ強制的に放熱を行う強制放熱手段を付設すれば、放熱用突出部における放熱性をより高めることができる。特に、ヒートパイプやヒートシンクを用いれば、エネルギ消費を伴わない利点があるとともに、冷却装置を用いれば、高い冷却効果を得れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るリアクトル装置の断面正面図、
【図２】同リアクトル装置の蓋を除いた状態における一部を省略した平面図、
【図３】同リアクトル装置の製造方法に係る製造工程のフローチャート、
【図４】同リアクトル装置の製造方法に用いるコイル巻線機の要部を示す一部断面側面図、
【図５】同コイル巻線機の要部を示す斜視図、
【図６】同リアクトル装置の作用説明用模式図、
【図７】本発明の変更実施例に係るリアクトル装置の模式図、
【図８】同リアクトル装置における強制放熱手段の変更実施例を示す模式図、
【図９】同リアクトル装置における強制放熱手段の他の変更実施例を示す模式図、
【図１０】従来の技術に係るリアクトルの一部を省略した平面図、
【図１１】同リアクトルの一部を省略した断面側面図、
【符号の説明】
１ リアクトル装置
２ 鉄心
３ コイル
４ リアクトル
５ ケース
５ｓ ケースの外面
６ 放熱用突出部
１０ 強制放熱手段
１１ ヒートパイプ
１１ｆ… 放熱フィン
１１ｐ 露出部
１２ ヒートシンク
１２ｆ… 放熱フィン
１３ 冷却装置
１３ｓ 冷媒通路
１３ｃ 冷却器
１４ 充填材
Ｗ 平角導線
Ｋ 空間
Ｌｓ 冷却用冷媒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor device suitable for use in an inverter circuit, a converter circuit, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a reactor having a laminated core and a coil wound around the laminated core is known, and the applicant of the present invention has already realized a reactor capable of realizing energy saving, low loss, low noise, and reduction in size and weight. Was proposed by JP-A-2002-203729.
[0003]
10 and 11 show a reactor 50 disclosed in the publication. This reactor 50 is formed by winding a strip 51p into a circular ring shape as shown in FIG. 10 and laminating the same, and as shown in FIG. 11, the cross section S has a circular shape (or an approximate shape thereof) as shown in FIG. An iron core 51 and a coil 52 around which a vertical rectangular conducting wire 52w is wound over substantially the entire circumference of the wound iron core 51 are provided.
[Patent Document 1]
JP-A-2002-203729
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the coil 52 used in the reactor 50 described above is manufactured by winding the flat conducting wire 52w while curving it with a rolling roll or the like, the curvature of the coil 52 cannot be reduced so much. A circle as shown by a virtual line in FIG. Further, when a wound iron core having a square cross section is used for such a circular coil 52, a considerable gap is generated between the coil 52 and the wound iron core. The shape of the lamination section S of the iron core 51 is also formed to be a circle substantially similar to the end face shape of the coil 52.
[0005]
However, in such a reactor 50, since the shape of the lamination cross section S in the wound core 51 is circular, it is not easy to manufacture the wound core 51, and a decrease in productivity and an increase in manufacturing cost due to an increase in the number of manufacturing steps. At the same time, there is a problem that about 1/4 of waste is generated in the band material 51p in manufacturing the wound core 51.
[0006]
This type of reactor is usually housed in a case for the purpose of heat dissipation, sound insulation, mechanical protection, etc., and the case is filled with a filler such as epoxy resin. There was a problem that it was not possible to obtain a high heat dissipation.
[0007]
The present invention further enhances the effects of improving energy saving, loss reduction, and noise reduction in such a reactor 50, and also improves productivity, reduces manufacturing costs, and eliminates waste of strips. In addition, another object of the present invention is to provide a reactor device capable of further improving heat dissipation.
[0008]
Means and Embodiments for Solving the Problems
A reactor device 1 according to the present invention is a reactor device provided with a reactor 4 having an iron core 2 and a coil 3 wound around the iron core 2, and has a non-polygonal ring shape having no bent portion. 2 and a reactor 4 having a coil 3 in which a vertical rectangular conductor W is wound in the circumferential direction along the cross-sectional shape of the iron core 2, a case 5 for accommodating the reactor 4, and integrally formed inside the case 5. A heat radiating projection 6 is disposed in the space K inside the reactor 4 accommodated in the case 5 to radiate heat generated by the reactor 4 to the outside of the case 5.
[0009]
In this case, according to a preferred embodiment, the heat radiating projection 6 can be provided with a forced radiating means 10 for forcibly radiating heat to the outside of the case 5. , A heat sink 12 and a cooling device 13 can be used. The heat pipe 11 can be constituted by providing at least a plurality of radiating fins 11 f in an exposed portion 11 p which is embedded at least in the heat radiation projecting portion 6 and is exposed to the outside of the case 5. The heat sink 12 is provided on the outer surface 5s of the case 5 at least at the position of the heat radiating protrusion 6, and can be constituted by a plurality of heat radiating fins 12f. Further, the cooling device 13 can be configured to include at least a refrigerant passage 13s provided inside the heat radiating protrusion 6 and a cooler 13c for flowing the cooling refrigerant Ls through the refrigerant passage 13s. On the other hand, the interior space of the case 5 containing the reactor 4 can be filled with a thermally conductive filler 14.
[0010]
【Example】
Next, a reactor device 1 according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0011]
First, a method for manufacturing the reactor device 1 will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart of the manufacturing process. C1 to C5 indicate a winding process, Y1 to Y3 indicate an iron core manufacturing process, and A1 to A5 indicate a reactor device assembling process.
[0012]
4 and 5 show the main part of the coil winding machine 30. The coil 3 used in the reactor 1 according to the present embodiment can be manufactured by the coil winding machine 30. In the coil winding machine 30, reference numeral 34 denotes a rotation shaft, which is rotated at a low speed by a rotation drive mechanism 35. A support plate 36 is integrally provided at the end of the rotating shaft 34, and the fixed plate 32 is fixed to the end surface of the support plate 36, and the bar-shaped cored bar 31 projects at a right angle from the center of the fixed plate 32. The cross-sectional shape of the core metal 31 is substantially similar to the cross-sectional shape of the iron core 2 described later, and has a cross-sectional shape slightly larger than the cross-sectional shape. The metal core 31 is replaceable in accordance with the type of the coil 3 to be manufactured. Further, a pressure plate 33 that can be displaced along the metal core 31 is mounted on the metal core 31. Therefore, the core metal 31 passes through the center of the pressure plate 33. The pressure plate 33 is pressed by a pressure mechanism 37 in the direction of arrow Fh, that is, in the direction of the fixed plate 32.
[0013]
The manufacturing process of the coil 3 using the coil winding machine 30 is as follows. First, a rectangular conducting wire W is prepared. As the rectangular conductor W, a copper wire having a thickness and width ratio of about 1: 5 is used. Note that the vertical rectangular conductor W refers to a case where the thickness direction of the rectangular conductor W is parallel to the axial direction of the coil 3. As shown in FIG. 4, the flat wire W has a tip Wf fixed to the support board 36 side (step C1). Then, the pressurizing plate 33 is moved in the direction of the arrow Fh by the pressurizing mechanism 37 to press the rectangular conducting wire W between the fixed platen 32 and the pressurizing plate 33 as shown in the figure (step C2). At the same time, the flat wire W is pulled in the direction of the arrow Fb by the pulling mechanism 38 (step C3), and in this state, the core metal 31 is rotated at a low speed in the direction of the arrow Fr by the rotation drive mechanism 35 (step C4). Thereby, the flat conducting wire W is wound around the metal core 31, and the coil 3 can be manufactured (Step C5). The obtained coil 3 is subjected to necessary finishing processing such as coating of an insulating film, and terminal fittings are attached to the tips of the leads 3p and 3q (FIG. 1) derived from both ends of the coil 3. .
[0014]
On the other hand, the split core portions 2a, 2b... 2d used for the iron core 2 are manufactured. First, a magnetic strip P such as a silicon steel sheet is prepared. In this case, the magnetic strips P have the same width in the longitudinal direction. If necessary, a magnetic strip having a plurality of widths may be used, so that the sectional shape of the divided core portions 2a can be, for example, a combination of a plurality of squares. The magnetic strip P is layered and wound around the peripheral surface of a forming jig whose cross section is formed into an oval (shape shown in FIG. 2E) having no corner (step Y1). In this case, the magnetic strip P may be laminated and wound around the peripheral surface of a circular forming jig, and then formed into an oblong shape by the jig. As a result, an oval ring-shaped laminated base material having no bent portion is obtained, and the laminated wound base material is cut and divided into four blocks (step Y2). 2a, 2b, 2c, and 2d appearing in FIG. 2 are four divided iron core portions, which have a shape obtained by dividing the laminated wound base material into four parts by a crosshair (step Y3). By dividing in this manner, a pair of divided surfaces at both ends of divided iron core portions 2a become non-parallel surfaces (perpendicular relationship), and are generated due to polarization of magnetic flux in each gap of divided iron core portions 2a. The vector directions of the suction vibration force can be different from each other. As a result, the superposition (resonance) of the generated vibration and the hammer effect are reduced, which can contribute to lower noise. In the embodiment, the shape of the iron core 2 is an ellipse (oval shape). However, the iron core 2 is generally formed in a non-polygonal ring shape having no bent portion, such as a circular shape or an elliptical shape. be able to. Further, the number of divisions for obtaining the divided core portions 2a can be arbitrarily selected, and each divided surface can be an inclined surface.
[0015]
When the coil 3 and the four divided core portions 2a, 2b,... 2d are obtained, the reactor device 1 is assembled. First, the reactor 4 is manufactured by combining the coil 3 and the four divided core portions 2a (Step A1). In this case, a glass epoxy resin separator 21 having a thickness of about 0.5 to 1 [mm] as shown in FIG. 2 is interposed between the divided core portions 2a, and each divided portion is formed using an adhesive. The core portions 2a are connected to each other. As a result, a gap is formed between the divided core portions 2a with the separators 21 interposed therebetween. At this time, at the time of coupling, the split core portions 2a are accommodated in the internal space of the coil 3, and an insulating material such as insulating paper is interposed between the split core portions 2a and the coil 3 as necessary. Thereby, the reactor 4 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
[0016]
As shown in FIG. 1, the reactor 4 has an oval ring-shaped laminated core 2 having no bent portion (corner portion) and a mutual interval of one turn constituting the coil 3. Has a narrow inside and a wide outside. Since this aspect is the same for the straight portion of the iron core 2, a predetermined interval is generated between each of the turns constituting the coil 3 along the entire circumference of the iron core 2.
[0017]
On the other hand, the reactor 4 obtained in Step A1 is housed in an aluminum case (heat dissipation case) 5 (Step A2). In this case, first, the aluminum case 5 and the reactor holder 22 are prepared. As shown in FIG. 1 (FIG. 2), the aluminum case 5 is formed in a rectangular shape in a plan view, and has a reactor accommodating portion 5i that is recessed downward from the upper surface. The reactor accommodating portion 5i has a heat radiation projecting portion 6 integrally formed upward from a central portion of the inner bottom surface 5id. It is desirable that the heat radiating projection 6 be formed so as to fill the space K inside the reactor 4 housed in the aluminum case 5.
[0018]
In addition, the heat radiating projection 6 is provided with a heat pipe 11 constituting a forced radiating means 10 for forcibly radiating heat. The heat pipe 11 has one end buried in the heat-radiating projection 6, and a part of the other end exposed outside the aluminum case 5. The portion exposed from the aluminum case 5 becomes an exposed portion 11p, and a plurality of radiating fins 11f are provided in the exposed portion 11p. As shown in FIG. 6, the heat pipe 11 contains a refrigerant liquid Lc inside a sealed pipe body 11s.
[0019]
On the other hand, the reactor holder 22 is integrally formed of an insulating material such as a glass epoxy resin. The reactor holder 22 has four iron core holding portions 22a, 22b, 22c, and 22d, and can be fitted on the inner bottom surface 5id of the reactor accommodating portion 5i of the aluminum case 5. Thereby, each iron core holding part 22a supports each position of the four separators 21 in the iron core 2, respectively, and also supports three points on both sides and the bottom surface of the iron core 2. As a result, the aluminum case 5 and the coil 3 come out of contact. Further, as shown in FIG. 2, the flat wire W constituting the coil 3 is wound around each of the core holding portions 22a..., So that the coil 3 (flat wire W) is separated from each of the divided core portions 2a. Is separated from the gap (separator 21...) Of the bonding site, that is, the heat generating site, so that a local temperature rise can be avoided.
[0020]
When housing reactor 4 in aluminum case 5, reactor holder 22 is fitted to iron core 2 from below reactor 4, and thereafter, reactor 4 is housed in reactor housing portion 5 i of aluminum case 5. . Thereby, reactor holder 22 is fitted on inner bottom surface 5id of reactor accommodating portion 5i. Further, the inside of the reactor accommodating portion 5i is filled with a filler, desirably, an elastic resin (filler) 14 containing 60 to 90% by weight of a heat conducting powder material 14y in a silicon resin 14x (step A3). . The embodiment contains 75% by weight of the most effective thermal conductive powder 14y. In this case, as the silicon resin 14x, a two-component heat-curable or one-component normal-temperature-curable silicone rubber is used. Further, as the heat conducting powder material 14y, aluminum oxide (alumina) having particles of 0.2 [mm] or less is used. The heat-conductive powder material 14y further enhances the heat conductivity (heat dissipation), and a boron material or the like can be used as another material.
[0021]
When the filling of the elastic resin 14 is completed, the lid 23 is placed on the aluminum case 5 and both are fixed by screws (not shown) (step A4). At this time, the lead portions 3p and 3q led out from both ends of the coil 3 are led out through lead lead holes 24 formed in the lid 23 (FIG. 1), and the filling amount of the elastic resin 14 is set. When the lid 23 is placed on the aluminum case 5, a part of the elastic resin 14 enters the lead extraction holes 24. Thereby, insulation between the lead portions 3 p and 3 q of the coil 3 and the lid 23 is ensured. Although not shown, it is preferable that an insulating tube be attached to the leads 3p and 3q to cover the leads 3p and 3q. The reactor device 1 is obtained by the above manufacturing process (Step A5).
[0022]
Next, functions and features of the reactor device 1 according to the present embodiment will be described. First, noise is reduced and high heat dissipation is obtained. In this embodiment, since the aluminum case 5 is filled with the elastic resin 14, noise generated from the reactor 4 is absorbed by the elastic resin 14 functioning as a sound insulating material. In addition, since the elastic resin 14 contains a predetermined amount of the heat conductive powder 14y in the silicon resin 14x, the thermal conductivity (heat dissipation) is further improved.
[0023]
On the other hand, when the reactor 4 is fixed (held) only with the elastic resin 14 as the filler, it has difficulty in securing mechanical strength and durability against large vibrations and shocks applied from the outside due to its elasticity. In the present embodiment, the reactor 4 (iron core 2) is held (fixed) by the reactor holder 22, so that the mechanical strength and durability against a large vibration and impact applied from the outside are greatly improved. Can be
[0024]
Further, the reactor device 1 according to the present embodiment has the heat radiating protrusion 6 in the space K inside the reactor 4 and has the heat pipe 11 embedded in the heat radiating protrusion 6, so that the heat radiating effect is further improved. be able to. That is, if the reactor device 1 is installed with the radiating fins 11f on the upper side as shown in FIG. 6, the heat inside the reactor 4 is transmitted to the radiating projection 6, and is buried in the radiating projection 6. The refrigerant liquid Lc of the heat pipe 11 is exchanged with the refrigerant liquid Lc, and the refrigerant liquid Lc heated by the heat exchange flows toward the exposed portion 11p. As a result, the refrigerant liquid Lc flowing toward the exposed portion 11p is cooled by the radiation fins 11f and radiated in the direction of the arrow Da. On the other hand, the refrigerant liquid Lc on the side of the exposed portion 11p cooled by the radiating fins 11f flows to the inside of the radiating protrusion 6. In this way, the convection of the coolant liquid Lc inside the pipe body 11s cools the heat radiation projection 6 forcibly. Such a heat pipe 11 has an advantage that it does not involve energy consumption.
[0025]
When the internal dimensions of the coil are set to the same condition, the reactor 4 in the reactor device 1 according to the present embodiment, in which the shape of the laminated cross section is square, is such that the shape of the laminated cross section S shown in FIGS. Compared with the conventional reactor 50 having the wound core 51, the area of the lamination cross section is increased by about 27%, so that the magnetic flux density is reduced and the iron loss is reduced. In addition, since the heat radiation effect is enhanced, the current that can flow is also increased, and the current that is substantially twice as large as that of the conventional reactor 50 can be flown. As a result, energy saving and lower loss can be further improved. . Further, in the conventional reactor 50, since the shape of the lamination cross section S in the wound core 51 is circular, it is not easy to manufacture the wound core 51, which leads to a decrease in productivity and an increase in manufacturing cost due to an increase in the number of manufacturing steps. At the same time, there was a problem that about 1/4 of the band material 51p was wasted in the production of the wound core 51. However, in the reactor device 1 according to the present embodiment, all of these problems are solved, and the material cost is reduced. .
[0026]
Next, a modified embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a basic embodiment in which the forced heat radiation means 10 is not provided. Therefore, only the heat projecting portion 6 is provided. In this case, if the heat radiation projection 6 is not provided, the heat generated by the reactor 4 will be trapped inside the reactor 4, and sufficient heat radiation cannot be secured. However, by providing the heat radiating protrusion 6, the heat generated by the reactor 4 is transmitted to the heat radiating protrusion 6, and as shown in FIG. 7, the arrow Db is drawn from the outer surface 5s of the aluminum case 5 located at the heat radiating protrusion 6. Dissipated in the direction. Therefore, by providing the heat-dissipating protrusion 6, a higher heat-dissipating effect can be obtained than when the heat-dissipating protrusion 6 is not provided.
[0027]
On the other hand, FIGS. 8 and 9 show a modified embodiment of the forced heat radiation means 10. FIG. 8 uses a heat sink 12 as the forced heat radiation means 10. The heat sink 12 is composed of a plurality of radiating fins 12f, and is attached to at least the position of the radiating projection 6 on the outer surface 5s of the aluminum case 5. As a result, the heat transmitted to the heat radiating projection 6 is radiated in the direction of arrow Dc through the heat sink 12 attached to the outer surface 5s of the aluminum case 5. Therefore, the heat radiation effect can be further enhanced as compared with the case where only the heat radiation protrusion 6 shown in FIG. 7 is used. Note that the heat sink 12 has an advantage that it does not involve energy consumption like the heat pipe 11 described above.
[0028]
FIG. 9 shows, as the forced heat radiating means 10, a refrigerant passage 13s provided at least inside the heat radiating projection 6, and a cooler 13c for flowing a cooling refrigerant (water, oil, etc.) Ls through the refrigerant passage 13s. The cooling device 13 provided is used. In this case, it is desirable that the refrigerant passage 13s be provided not only inside the heat radiation projection 6 but also in other parts of the aluminum case 5. Therefore, the entire thickness of the aluminum case 5 is formed. The cooler 13c includes a cooling unit that cools the cooling refrigerant Ls, a pump unit that sends out the cooled cooling refrigerant Ls, and the like. As a result, the heat transmitted to the heat radiating projection 6 is cooled by being exchanged with the cooling refrigerant Ls flowing through the refrigerant passage 13s, and the heat transmitted to other parts of the aluminum case 5 is also reduced by another refrigerant. The heat is exchanged with the cooling refrigerant Ls flowing through the passage 13s to be cooled. The cooling device 13 has a disadvantage in that it consumes energy, but has an advantage that a high cooling effect can be obtained.
[0029]
Although the embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and departs from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, numerical value, method, and the like. It can be arbitrarily changed, added, or deleted as long as it is not performed.
[0030]
For example, as the iron core 2, a sintered type using amorphous, permalloy, nanocrystalline alloy, ferrite, Fe-Al-Si alloy, pure iron or the like is not excluded. In addition, although the aluminum case 5 has been exemplified, a case formed of another heat radiation material is not excluded. On the other hand, as the filler, the elastic resin 14, in particular, the elastic resin 14 in which the heat conductive powder material 14y is contained in the silicon resin 14x is illustrated, but as the other filler, an insulating oil, preferably the above-described heat An insulating oil containing 40 to 90% by weight of a conductive powder material can be used, or ceramics or cement can be used. In the case where ceramics is used, the inside of the aluminum case 5 may be filled with a powder material and then solidified by heating. Further, in the embodiment, the reactor apparatus 1 using one reactor 4 is illustrated. For example, a plurality of reactor accommodating portions 5i... Reactors 4 ... may be accommodated. Further, as the forced cooling means 10, any other cooling means other than the examples can be used.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the reactor device according to the present invention includes a core formed in a non-polygonal ring shape having no bent portion, and a coil in which a vertical rectangular conductor is circumferentially wound along the cross-sectional shape of the core. A reactor having a reactor, a case accommodating the reactor, and a radiator that is integrally formed inside the case and dissipates heat generated by the reactor to the outside of the case by being located in a space inside the reactor accommodated in the case. The provision of the protrusion has the following remarkable effects.
[0032]
(1) As compared with the conventional reactor (reactor 50 in FIGS. 10 and 11), the effects of improvement in energy saving, low loss, and low noise can be further enhanced, and productivity is improved and manufacturing cost is reduced. It is possible to reduce the amount of waste and the waste of the band material.
[0033]
(2) The heat radiation protrusions provided on the case can further enhance the heat radiation without keeping heat inside the reactor.
[0034]
(3) According to the preferred embodiment, if the forced radiating means for forcibly radiating heat to the outside of the case is attached to the radiating projection, the radiating property of the radiating projection can be further improved. In particular, when a heat pipe or a heat sink is used, there is an advantage that no energy is consumed, and when a cooling device is used, there is an advantage that a high cooling effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional front view of a reactor device according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a plan view of the reactor device with a lid removed, with a part thereof omitted;
FIG. 3 is a flowchart of a manufacturing process according to a method of manufacturing the reactor device,
FIG. 4 is a partial cross-sectional side view showing a main part of a coil winding machine used in the method of manufacturing the reactor device.
FIG. 5 is a perspective view showing a main part of the coil winding machine;
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the reactor device,
FIG. 7 is a schematic view of a reactor device according to a modified embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a schematic view showing a modified embodiment of the forced radiator in the reactor.
FIG. 9 is a schematic diagram showing another modified embodiment of the forced heat radiation means in the reactor device.
FIG. 10 is a plan view in which a part of a reactor according to the related art is omitted.
FIG. 11 is a sectional side view in which a part of the reactor is omitted.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor device 2 Iron core 3 Coil 4 Reactor 5 Case 5s Case outer surface 6 Radiation projection 10 Forced radiation means 11 Heat pipe 11f ... Radiation fin 11p Exposed part 12 Heat sink 12f ... Radiation fin 13 Cooling device 13s Refrigerant passage 13c Cooler 14 Filler W Flat conductor K Space Ls Cooling refrigerant
