JP2009231495A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素化され、製造コストも廉価となり、放熱性に優れたリアクトルを提供する。
【解決手段】平面視が略環状のリアクトルコア１と、該リアクトルコア１の一部の外周を囲繞するボビン２と、該ボビン２周りに形成されたコイル３と、該コイル３が形成された姿勢のリアクトルコア１と接着される冷却器６と、からなるリアクトル１０であり、ボビン２で囲繞されていないリアクトルコア１の領域のうち、少なくとも冷却器側の領域１ａが樹脂部材４に収容されており、該樹脂部材４の外形は冷却器６側に向って末広がり形状を呈しており、該樹脂部材４の底面が冷却器６と接着されている。コイル３や樹脂部材４と冷却器６とは、絶縁性を有し、放熱性の高い接着剤５にて接着固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に搭載されるリアクトルに関するものである。

電力変換回路のリアクトルに関しては、一般に平面視が略横長環状のリアクトルコアの対向する２つの長手部にコイルが形成された姿勢でハウジング（ケース）内に収容され、このハウジング内に封止用の樹脂が注入されてモールドされた形態が一般的である。より具体的には、リアクトルコアに一体成形されたボビンの外周にコイルが形成されるのが一般的である。このリアクトルコアは複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる分割コアから構成されており、各分割コア間には非磁性素材のギャップ板が介装されており、ギャップ板とコアは接着剤にて接着固定されてリアクトルコアが形成されている。

上記するリアクトルコアの下面（底面）には放熱板（ヒートシンク）や、冷水や冷空を還流させる冷却器などが設けられている。リアクトルにおける発熱体は大きく２つ存在しており、一つはコイルであり、他の一つはコア自体である。このコイルで生じた熱は直接的に冷却器等へ伝熱されたり、ボビンを介してコアへ伝熱され、コアから封止樹脂を介して冷却器等へ伝熱される。一方、コアで生じた熱はコイルからボビンを介して伝熱された熱と同様に封止樹脂を介して冷却器等へ伝熱される。

たとえば、封止樹脂体にてリアクトルコアがモールドされた形態に関する従来技術が特許文献１に開示されている。封止樹脂体にてリアクトルコアをモールドすることにより、コイルやリアクトルコアからの発熱を効果的に冷却器等へ放熱でき、リアクトルコアを外部環境、特に外部の水分から防護できるという大きな効果が奏される反面で、この形態のリアクトルでは、リアクトル駆動に伴う振動や冷熱サイクル環境下における膨張や伸縮等による封止樹脂体におけるクラックの発生が懸念される。封止樹脂体にクラックが生じてしまうと、場合によってはコイルやリアクトルコアから冷却器等への放熱性が阻害されたり、クラックが外部から浸透する水道となってしまったり、あるいはモールドの一部が欠けて脱落することにより、リアクトルの性能低下や駆動停止に至り得る。

また、リアクトルを封止樹脂体にてモールドすることなく、冷却器にリアクトルコア搭載用の凹部を形成し、この凹部にシリコーン樹脂を含む伝熱シートを介してリアクトルコアを搭載してなるリアクトルが特許文献２に開示されている。このリアクトルでは、冷却器に設けられた凹部にリアクトルコアを落とし込んで載置すること、封止樹脂体を設けないことでリアクトル自体の体格を小さくできるという大きな利点がある。しかし、このリアクトルのごとく冷却器に凹部を設けることで冷却器は冷熱サイクル環境下で反り易くなり、リアクトルコアと伝熱シートとの接着界面で剥離が生じ易くなるという大きな課題を有している。さらに、冷却器に凹部を設けようとすると、製造工程での反りが大きくなってしまい、結果として冷却器とリアクトルの隙間が大きくなるという課題も有している。

上記するように、封止樹脂体にてリアクトルコアをモールドしてなる形態や冷却器の構造を工夫した形態には、それぞれに上記する固有の課題が存在することから、かかる課題を解消できるリアクトルの開発が切望されている。

特開２００７−２２７６４０号公報 特開２００７−１２９１４６号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、封止樹脂体にてリアクトルコアをモールドしないことで該封止樹脂体にクラックが生じ得るという課題を回避でき、しかも放熱性に優れ、冷却器等の反りを抑止しながら、放熱性に優れたリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルは、平面視が略環状のリアクトルコアと、該リアクトルコアの一部の外周を囲繞するボビンと、該ボビン周りに形成されたコイルと、該コイルが形成された姿勢のリアクトルコアと接着される冷却器と、からなるリアクトルであって、前記ボビンで囲繞されていないリアクトルコアの領域のうち、少なくとも冷却器側の領域が樹脂部材に収容されており、該樹脂部材の外形は冷却器側に向って末広がり形状を呈しており、該樹脂部材の底面が冷却器と接着されているものである。

本発明のリアクトルは、リアクトルコアを収容するハウジングや該ハウジング内への樹脂モールドを不要とし、その代わりに、リアクトルコアの一部を予め成形された樹脂部材に収容し、この樹脂部材とコイルとを冷却器に固定した形態のリアクトルである。ここで、冷却器とは、放熱板（ヒートシンク）や、冷水や冷空などの冷媒を還流させる冷却器、さらにはそれらのユニット体などを含むものである。

リアクトルコアは、磁性を有する２つのＵ型コア、またはこれに加えてさらにＩ型コアがギャップ板を介して接着剤にて接合されて形成されるものである。このＵ型コアやＩ型コアは、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよく、軟磁性金属粉末または軟磁性金属酸化物粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成してもよい。なお、この軟磁性金属粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、ギャップ板は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックスで成形することができる。

ボビンおよび樹脂部材は、絶縁性を有する適宜の樹脂素材から成形されるものであり、この樹脂部材は、ボビンが形成されていないコア領域の一部で少なくとも冷却器側のコア領域を収容するものであり、リアクトルコアの一部がこの樹脂部材に収容されることにより、リアクトルコアと樹脂部材、冷却器が固定される。

ここで、樹脂部材の外形は、冷却器側に向って末広がり形状を呈しており、樹脂部材の最も広い底面と同程度の平面を有する冷却器とが接着固定される。

コアで生じた熱やコイルから伝熱された熱はこの樹脂部材を介して冷却器に伝熱されるが、樹脂部材が末広がりな形状を呈していることにより、樹脂部材と冷却器との接触面積を大きくとることで放熱性能を向上させることができる。

なお、コアのうち、樹脂部材に収容されず、ボビンに囲繞されていない領域、すなわち、外部に曝されているコア領域には、防錆用のコーティングなどが施されているのがよい。

また、樹脂部材が、ボビンで囲繞されていないリアクトルコアの領域の全部を収容した形態であってもよい。この場合には、外部に曝されるコア領域は存在せず、コアで生じた熱やコイルからボビンを介して伝熱された熱は、より効果的に、コアの外周の樹脂部材を介して冷却器に伝熱されることとなる。

また、ボビンが末広がり形状の樹脂部材を含んでいる形態であってもよい。これは、コイルが巻装される部位と末広がり形状の樹脂部材とが同一の樹脂材料から一体に成形されてボビンをなすものであり、この一体成形により、製作工程の簡素化を図ることができる。

また、本発明によるリアクトルは、前記コイルおよび前記樹脂部材が、絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されているものである。

この接着剤は、絶縁性を有し、放熱性に優れた接着剤であることが望ましい。特に、コイルと冷却器との間は絶縁されることが必須となる。

このような性質の接着剤として、シリコーン樹脂やウレタン樹脂をその素材とした接着剤を使用することができる。シリコーン樹脂系、ウレタン樹脂系の接着剤は、弾性（可撓性）を有していることから、冷熱環境下や、リアクトル駆動時に該リアクトルが変形した場合でも、その変形を接着剤にて吸収することができ、樹脂部材やコイルへ過度の変形応力を作用させない。尤も、本発明にかかるリアクトルにおいては、既述する特許文献２に開示のリアクトルのごとく、冷却器に凹部を設けることはないため、冷却器が反り易くなるという課題は生じ得ない。

上記する接着剤の放熱性をより高めるために、シリカやアルミナ、窒化アルミや窒化ホウ素などからなるフィラーをシリコーン樹脂等に混ぜた接着剤を使用するのが好ましい。

さらに、本発明によるリアクトルは、前記コイルが、絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されており、前記樹脂部材が、非絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されているものである。

コイルと冷却器との間に介在する接着剤には絶縁性が要求される一方で、樹脂部材と冷却器との間に介在する接着剤には必ずしも絶縁性は必要ない。

そこで、本実施の形態は、樹脂部材と冷却器との間の接着剤には、非絶縁性の接着剤を使用するものである。

ここで、非絶縁性の接着剤とは、絶縁性の接着剤と同様にシリコーン樹脂やウレタン樹脂をその素材としながら、アルミニウムや鉄、銅などの金属素材のフィラーを含有してなる接着剤である。

この金属素材フィラーを使用することで、シリカ等のフィラーを使用した接着剤よりも一層熱伝導率の高い接着剤とすることができ、さらには、同程度の熱伝導率で比較した場合に、シリカ等のフィラーを含有する接着剤よりも廉価な接着剤とすることができる。

上記する本発明のリアクトルは、ハウジングやポッティング樹脂を不要とすることで部品点数の低減、製作工程の低減を図ることができ、しかも、上記のごとく放熱性能に優れたリアクトルとなる。さらには、冷却器が反り難いこと、および、弾性接着剤を使用することで該冷却器と樹脂部材やコイルとの接着界面での剥離も生じ難く、耐久性の高いリアクトルとなる。このことより、本発明にかかるリアクトルは、高性能で耐久性のある搭載機器を有することを課題とする近時のハイブリッド車や電気自動車への適用に最適である。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、構造が簡素化され、製造コストも廉価となり、放熱性に優れたリアクトルが得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のリアクトルの一実施の形態の斜視図であり、図２は図１の側面図であり、熱の流れを示した図である。なお、図示例では、冷媒を還流させる冷却器が示されているが、この冷却器の上方に放熱板（ヒートシンク）が載置された形態であってもよい。さらに、樹脂部材の末広がり形状も、図示例に限定されるものでないことは勿論のことである。

図示するリアクトル１０は、ボビン２の外周に形成されたコイル３を有するリアクトルコア１と、このリアクトルコア１の短手領域の下部を収容する樹脂部材４，４と、この樹脂部材４，４とコイル３とが接着剤５を介して接着固定された冷却器６と、から大略構成されている。冷却器６の内部には、ラジエータ等からのクーリング水が還流され、この冷熱によってコイル３やコア１から伝熱された熱がクーリングされる。

リアクトルコア１は、平面視がＵ型の２つのＵ型コアの端部同士をギャップ板を介して接着剤にて固着して全体が円環状に形成されている。このＵ型コアは、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されており、ギャップ板はセラミックスから成形されている。

樹脂部材４は、その内部にリアクトルコア１の下方部分、すなわち、冷却器側の領域１ａを収容するための凹溝を有しており、その外形は、冷却器側に末広がりな形状を呈している。なお、樹脂部材４を成形する素材樹脂は特に限定されるものではなく、絶縁性を有した素材であればよい。

接着剤５は、シリコーン樹脂系接着剤もしくはウレタン樹脂系接着剤であり、さらにその内部にシリカやアルミナ、窒化アルミや窒化ホウ素などからなるフィラーが含有されて放熱性の高い接着剤となっている。

また、リアクトルコア１のうち、ボビン２や樹脂部材４に収容されずに外部に曝された領域には防錆用のコーティングＣが施されている。

図２は、コイルに通電され、リアクトルの駆動時に発熱体であるコイル３やコア１から生じる熱の伝熱の流れを示している。

コイル３からの熱の一部は高放熱性の接着剤５を介して冷却器６へ矢印Ｘの流れで伝熱される。一方、コイル３からのその他の熱やコア１で生じた熱は樹脂部材４を介し、接着剤５を介して冷却器６へ矢印Ｙの流れで伝熱される。

図示するように、放熱部材である樹脂部材４が冷却器６側に末広がりな形状を呈していることにより、特にコア１からの放熱性能が向上し、リアクトル全体の放熱性能が高められる。

図３は、リアクトルの他の実施の形態を示している。このリアクトル１０Ａは、コイル３が巻装されるコイル形成部２１と、図１で示す樹脂部材４に相当する放熱部２２が一体に成形されたボビン２Ａを有するリアクトルである。絶縁性を有する適宜の樹脂素材を使用し、たとえば射出成形にてこのボビン２Ａが製作される。

図４は、リアクトルのさらに他の実施の形態を示している。このリアクトル１０Ｂは、樹脂部材４と冷却器６との間の接着剤５Ａとして非絶縁性の接着剤を使用し、コイル３と冷却器６との間の接着剤５Ｂとして絶縁性の接着剤を使用したものである。

非絶縁性の接着剤５Ａは、接着剤５と同様にシリコーン樹脂系接着剤もしくはウレタン樹脂系接着剤であり、鉄やアルミニウム等の金属素材のフィラーが含有されたものである。金属素材のフィラーが含有されていることで、シリカやアルミナ等のフィラーが含有された接着剤５より高い熱伝導性を有しており、しかも、可及的に安価な接着剤となる。

一方、コイル３と冷却器６の間の接着剤５Ｂは接着剤５と同様に絶縁性の接着剤であり、シリカやアルミナ等のフィラーがシリコーン樹脂系接着剤等に含有されたものである。

図５は、リアクトルのさらに他の実施の形態を示している。このリアクトル１０Ｃは、ボビン２に囲繞されないリアクトルコア１の全領域を樹脂部材４Ａで包囲した形態のリアクトルである。

このリアクトル１０Ｃによれば、ボビン２で囲繞されないリアクトルコア１の全領域から樹脂部材４Ａに熱を逃がすことができ、図１で示すリアクトル１０に比して、より広い放熱面積の樹脂部材４Ａから冷却器６へ放熱することが可能となる。

なお、このリアクトル１０Ｃにおいても、リアクトル１０Ｂのごとく、樹脂部材４Ａと冷却器６の間に非絶縁性の接着剤を介在させてもよい。さらに、リアクトル１０Ａのごとく、樹脂部材４Ａとコイル３が同一の樹脂材料から一体に成形されたものであってもよい。

上記するリアクトル１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによれば、リアクトルコアを収容するハウジングや該ハウジング内に注入されるポッティング樹脂が存在しないことで、部品点数の削減、製造工程の削減を図ることが可能となる。

しかも、その放熱性に優れており、特に、リアクトル１０Ｂのごとく、部位ごとに絶縁性、非絶縁性の接着剤を使い分けることにより、より一層の放熱性の向上と製作コストの削減を図ることが可能となる。

さらには、冷却器６に凹溝を設けることで反り易くなるといった問題もなく、使用される接着剤が弾性接着剤であることも相俟って、接着界面に剥離等が生じる可能性は極めて低いものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明のリアクトルの一実施の形態の斜視図である。 図１の側面図であり、熱の流れを示した図である。 本発明のリアクトルの他の実施の形態の斜視図である。 本発明のリアクトルのさらに他の実施の形態の斜視図である。 本発明のリアクトルのさらに他の実施の形態の斜視図である。

符号の説明

１…リアクトルコア、１ａ…冷却器側の領域、２，２Ａ…ボビン、２１…コイル形成部、２２…放熱部、３…コイル、４，４Ａ…樹脂部材、５，５Ａ，５Ｂ…接着剤、６…冷却器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…リアクトル

Claims (5)

1. 平面視が略環状のリアクトルコアと、該リアクトルコアの一部の外周を囲繞するボビンと、該ボビン周りに形成されたコイルと、該コイルが形成された姿勢のリアクトルコアと接着される冷却器と、からなるリアクトルであって、
   前記ボビンで囲繞されていないリアクトルコアの領域のうち、少なくとも冷却器側の領域が樹脂部材に収容されており、該樹脂部材の外形は冷却器側に向って末広がり形状を呈しており、該樹脂部材の底面が冷却器と接着されている、リアクトル。
2. 前記樹脂部材が、前記ボビンで囲繞されていないリアクトルコアの領域の全部を収容している、請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記ボビンが末広がり形状の前記樹脂部材を含んでいる、請求項１または２に記載のリアクトル。
4. 前記コイルおよび前記樹脂部材が、絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されている、請求項１〜３のいずれかに記載のリアクトル。
5. 前記コイルが、絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されており、前記樹脂部材が、非絶縁性および放熱性を有する接着剤を介して冷却器に接着されている、請求項１〜３のいずれかに記載のリアクトル。

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