JP2011142193A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのような電力変換装置の構成部品に用いられるリアクトルに関する。 The present invention relates to a reactor used for a component part of a power conversion device such as a vehicle-mounted DC-DC converter.
ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などでは、走行用モータの駆動やバッテリの充電に、昇圧動作や降圧動作を行うコンバータが必要になる。燃料電池車でも、燃料電池の出力を昇圧することになる。そのコンバータの部品の一つにリアクトルがある。リアクトルとしては、Ｏ字状の磁性コアの外周に巻線を巻回してなる一対のコイルが並列に配置された形態が挙げられる。 In a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and the like, a converter that performs a step-up operation or a step-down operation is required for driving a driving motor or charging a battery. Even in a fuel cell vehicle, the output of the fuel cell is boosted. One of the converter components is a reactor. As a reactor, the form by which a pair of coil formed by winding a coil | winding around the outer periphery of an O-shaped magnetic core is arrange | positioned in parallel is mentioned.
特許文献１は、一つのコイルの内側に挿通された円柱状の内側コア部と、そのコイルの外周を覆うように配置される円筒状の外側コア部と、そのコイルの両端面に配置される一対の円板状の連結コア部とを有する断面Ｅ字状の磁性コア、所謂ポット型コアを備えるリアクトルを開示している。ポット型コアでは、連結コア部により、同心状に配置された内側コア部及び外側コア部が連結されて閉磁路を形成する。 Patent document 1 arrange | positions at the cylindrical inner core part inserted in the inside of one coil, the cylindrical outer core part arrange | positioned so that the outer periphery of the coil may be covered, and the both end surfaces of the coil. A reactor including a so-called pot-type core having an E-shaped cross-section having a pair of disk-shaped connecting core portions is disclosed. In the pot type core, the inner core portion and the outer core portion arranged concentrically are connected by the connecting core portion to form a closed magnetic circuit.
特許文献１のリアクトルでは、内側コア部及びコイルが外側コア部及び連結コア部により覆われる。このような構造では、銅損や鉄損によってリアクトル内部に発生する熱が放散され難い。特に車載向けコンバータでは数百アンペア程度の電流がリアクトルに流されることもあり、コイルの発熱も大きく、リアクトルの内部温度が１００℃以上の高温にまで上昇してしまう可能性がある。 In the reactor of patent document 1, an inner core part and a coil are covered with an outer core part and a connection core part. In such a structure, heat generated in the reactor due to copper loss and iron loss is difficult to dissipate. In particular, in a converter for in-vehicle use, a current of about several hundred amperes may flow through the reactor, heat generation of the coil is large, and the internal temperature of the reactor may rise to a high temperature of 100 ° C. or higher.
本発明は、このような問題を解決するために、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、リアクトル内部で発生する熱を効果的に放散することのできるリアクトルを提供する。 In order to solve such a problem, the present invention provides a reactor that can effectively dissipate heat generated inside the reactor even when the outside of the coil is covered with a core material.
本発明の提供するリアクトルは、コイルがコアにより覆われたリアクトルであって、コアの内部から外側へ熱を放散するための放散片をコアの内部に備える。このリアクトルでは、コアの内部から外側へ熱を放散するための放熱片を備えるので、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、リアクトル内部で発生する熱を効果的に放散することが可能である。 The reactor provided by the present invention is a reactor in which a coil is covered with a core, and includes a dissipating piece for dissipating heat from the inside of the core to the outside. Since this reactor includes a heat dissipation piece for dissipating heat from the inside of the core to the outside, even when the outside of the coil is covered with the core material, the heat generated inside the reactor can be effectively dissipated. Is possible.
このリアクトルの一実施態様において、放熱片は、コイルの熱をコアの外側のケースへ放散するのに用いられる。これによって、車載向けコンバータのようにコイルの発熱が大きくなる場合でも、リアクトル自体のケースや、リアクトルに加えてその他の部品も収容するケースに、コイルやその付近からの熱を効果的に放散することができる。 In one embodiment of this reactor, the heat dissipation piece is used to dissipate the heat of the coil to the case outside the core. This effectively dissipates the heat from the coil and its vicinity in the case of the reactor itself and the case that accommodates other components in addition to the reactor, even when the heat generation of the coil increases as in an in-vehicle converter. be able to.
放熱片は、コイルの軸方向に沿ってコイルと近接して配置することができる。この場合、コイル付近の熱をコイルの軸方向に偏りを少なくして放散することが可能となる。
放熱片に、棒状のものを用い、その一部をケースと接触させてもよい。これにより、磁束の流れをほとんど阻害せず、且つ、外側コア部を介さずに直接的に、コイルやその付近からの熱を放散することが可能となる。
The heat dissipating piece can be disposed close to the coil along the axial direction of the coil. In this case, the heat in the vicinity of the coil can be dissipated with less deviation in the axial direction of the coil.
A rod-shaped thing may be used for a heat dissipation piece, and the one part may be made to contact a case. As a result, it is possible to dissipate heat from the coil and its vicinity directly without disturbing the flow of the magnetic flux and without going through the outer core portion.
一実施態様において、リアクトルは、コアが、コイルの内側に配置される内側コア部、及びコイルの外側を覆う外側コア部を有し、内側コア部が、外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部が、内側コア部よりも透磁率が低く、かつ磁性材料と樹脂との混合物から構成され、放熱片が、外側コア部の内部に配置された構成とするようにしてもよい。 In one embodiment, the reactor has an inner core portion arranged inside the coil and an outer core portion covering the outside of the coil, and the inner core portion has a higher saturation magnetic flux density than the outer core portion. The outer core portion may have a lower magnetic permeability than the inner core portion, and may be composed of a mixture of a magnetic material and a resin, and the heat dissipating piece may be disposed inside the outer core portion.
外側コア部を磁性材料と樹脂との混合物により構成することで、外側コア部の熱伝導率が比較的低くなり、外側コア部の温度が上昇し易くなる。その場合でも、放熱片を外側コア部の内部に配置することで、リアクトル全体としてリアクトル内部の熱をより効果的に放散することができる。 By configuring the outer core portion with a mixture of a magnetic material and a resin, the thermal conductivity of the outer core portion becomes relatively low, and the temperature of the outer core portion is likely to rise. Even in that case, the heat inside the reactor can be dissipated more effectively as the entire reactor by disposing the heat dissipating piece inside the outer core portion.
本発明によれば、上述のように、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、コア内部で発生する熱を効果的に放散することができる。 According to the present invention, as described above, even when the outside of the coil is covered with the core material, the heat generated inside the core can be effectively dissipated.
本発明の前述やその他の目的、特徴および利点は、以下で添付図面を参照して説明する実施の形態でより明らかにする。図面において、同一の符号は異なる図面においても同一部分を示す。
図１は本発明の実施の形態に係るリアクトルの設置状態を示す図である。本実施の形態に係るリアクトル１０１は、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの部品として用いることができる。リアクトル１０１は、他の部品とともにアルミニウム製のコンバータケース１０２に収容されている。この実施の形態において、リアクトル１０１は、それ自体、アルミニウム製で例えば箱蓋状のケース１０３に収容され、そのケース１０３をコンバータケース１０２の内底面１０４にボルトで固定することにより、コンバータケース１０２内に配置されている。ケース１０３の底面はコンバータケース１０２の内底面１０４に面接触している。
FIG. 1 is a diagram showing an installation state of a reactor according to an embodiment of the present invention.
車載用コンバータでは、リアクトル１０１に数百アンペアの電流が通電されることがあり、リアクトル１０１は高熱を発する。リアクトル１０１やその他の部品を冷却するために、コンバータケース１０２外底面には冷却水１０５が導入される。リアクトル１０１の発する熱は、ケース１０３底面を介してコンバータケース１０２へ伝えられ冷却水１０５により放散される。
In an in-vehicle converter, a current of several hundred amperes may be passed through the
図２は本実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す図である。リアクトル１０１は、コイル２０１と、コイル２０１の内側に配置される内側コア部２０２、及びコイル２０１の外側を覆う外側コア部２０３を有するコア２０４とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the reactor according to the present embodiment. The
このリアクトル１０１において、コイル２０１は、１本の連続する巻線２０１ｗを２箇所で螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子２０１Ａ，２０１Ｂを有しており、巻線２０１ｗの両端はコンバータの半導体素子及びバッテリに接続される。両コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂは、それぞれの軸方向２０５がケース１０３の底面の法線方向と平行となるように横並びに形成されている。巻線２０１ｗには、銅やアルミニウムといった導電性材料からなる導体の外周に絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を用いるのがよい。ここでは、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメルからなる被覆平角線を巻線２０１ｗに利用している。各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂは、端面形状が角を丸めた矩形状（トラック形状）となっている。
In the
巻線２０１ｗには、導体が平角線からなるもの以外に、断面が円形状、多角形状などの種々の形状のものを利用できる。また、各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂを別々の巻線により形成し、巻線の端部を溶接などにより接合することで、一体のコイルとすることができる。その溶接には、例えば、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などを用いることができる。その他、圧着、冷間圧接、振動溶着などにより、巻線の端部同士を接合してもよい。ここでは、一対のコイル素子２０１Ａ，２０１Ｂを備えるコイル２０１を説明しているが、コイル素子を一つのみ備える構成としてもよい。
As the winding 201w, in addition to a conductor made of a rectangular wire, various shapes such as a circular shape and a polygonal shape can be used. In addition, the
コイル２０１を形成する巻線２０１ｗの両端部は、ターンから適宜引き延ばされて外側コア部２０３の外側に引き出され、絶縁被覆が剥がされて露出された導体部分に、銅やアルミニウムなどの導電性材料からなる端子部材が接続される。この端子部材を介して、コイル２０１はバッテリなどに接続される。巻線２０１ｗの両端部と端子部材との接続には、ＴＩＧ溶接などの溶接の他、圧着などが利用できる。
Both ends of the winding 201w forming the
コア２０４は、内側コア部２０２及び外側コア部２０３が一体化されていることにより閉磁路を形成する。本実施の形態では、内側コア部２０２と外側コア部２０３とで構成材料が異なっており、磁気特性が異なっている。具体的には、内側コア部２０２は、外側コア部２０３よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部２０３は、内側コア部２０２よりも透磁率が低い。
The
内側コア部２０２は、各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂ内にそれぞれ挿通される内側コア２０２Ａ，２０２Ｂを有する。内側コア２０２Ａ，２０２Ｂはそれぞれ、コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂの内周面の形状に沿った外形を有する。ここでは、端面形状が角を丸めた矩形（トラック形状）の直方体のような外形を有する。円柱状やその他の形状であってもよい。内側コア部２０２は、その全体が圧粉成形体から構成されており、ギャップ材やエアギャップ、接着材が介在していない。
The
圧粉成形体は、代表的には、表面に絶縁被膜を備える軟磁性粉末を成形後、絶縁被膜の耐熱温度以下で焼成することにより得られる。軟磁性粉末に加えて適宜結合剤を混合した混合粉末を利用したり、絶縁被膜としてシリコーン樹脂などからなる被膜を有する粉末を利用したりすることができる。圧粉成形体の飽和磁束密度は、軟磁性粉末の材質や、軟磁性粉末と結合剤との混合比、種々の被膜の量などを調整することで変化させることができる。例えば、飽和磁束密度の高い軟磁性粉末を用いたり、結合剤の配合量を低減して軟磁性材料の割合を高めたりすることで、飽和磁束密度が高い圧粉成形体が得られる。その他、成形圧力を変える、具体的には成形圧力を高くすることでも飽和磁束密度を高められる傾向にある。所望の飽和磁束密度となるように軟磁性粉末の選択や成形圧力の調整などを行うとよい。 The green compact is typically obtained by forming a soft magnetic powder having an insulating coating on the surface and firing it at a temperature lower than the heat resistance temperature of the insulating coating. A mixed powder in which a binder is appropriately mixed in addition to the soft magnetic powder can be used, or a powder having a coating made of a silicone resin or the like can be used as an insulating coating. The saturation magnetic flux density of the green compact can be changed by adjusting the material of the soft magnetic powder, the mixing ratio of the soft magnetic powder and the binder, the amount of various coatings, and the like. For example, a powder compact with a high saturation magnetic flux density can be obtained by using a soft magnetic powder with a high saturation magnetic flux density or by increasing the proportion of the soft magnetic material by reducing the blending amount of the binder. In addition, the saturation magnetic flux density tends to be increased by changing the molding pressure, specifically, by increasing the molding pressure. It is preferable to select a soft magnetic powder and adjust a molding pressure so as to obtain a desired saturation magnetic flux density.
軟磁性粉末は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉといった鉄族金属粉末の他、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｓｉ−ＡｌなどのＦｅ基合金粉末、或は希土類金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。特に、Ｆｅ基合金粉末は、飽和磁束密度が高い圧粉成形体を得易い。このような粉末は、アトマイズ法（ガス又は水）や、機械的粉砕法などにより製造することができる。結晶がナノサイズであるナノ結晶材料からなる粉末、好ましくは異方性ナノ結晶材料からなる粉末を用いると、高異方性で低保磁力の圧粉成形体が得られる。軟磁性粉末に形成される絶縁被覆には、例えば燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物又は硼素化合物などが用いられる。結合剤には、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂又は高級脂肪酸などを用いることができる。この結合剤は、焼成により消失したり、シリカなどの絶縁物に変化したりする。圧粉成形体は、絶縁被膜などの絶縁物が存在することで、軟磁性粉末同士が絶縁されて、渦電流損失を低減することができ、コイルに高周波の電力が通電される場合であっても、損失を少なくすることができる。 The soft magnetic powder is an iron group metal powder such as Fe, Co, Ni, Fe-based alloy powder such as Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al, Or rare earth metal powder, ferrite powder, etc. can be used. In particular, the Fe-based alloy powder is easy to obtain a green compact with a high saturation magnetic flux density. Such a powder can be produced by an atomizing method (gas or water), a mechanical pulverization method, or the like. When a powder made of a nanocrystalline material having a nanosized crystal, preferably a powder made of an anisotropic nanocrystalline material, a compact with a high anisotropy and a low coercive force is obtained. For the insulating coating formed on the soft magnetic powder, for example, a phosphoric acid compound, a silicon compound, a zirconium compound, or a boron compound is used. As the binder, a thermoplastic resin, a non-thermoplastic resin, a higher fatty acid, or the like can be used. This binder disappears upon firing, or changes to an insulator such as silica. The compacted body is a case in which an insulating material such as an insulating film is present so that soft magnetic powders are insulated from each other, eddy current loss can be reduced, and high-frequency power is applied to the coil. However, the loss can be reduced.
内側コア部２０２は、その全体がコイル（素子）内に配置されるものだけでなく、その一部がコイル（素子）から突出するものも含む。図２に示す例では、内側コア２０２Ａ，２０２Ｂにおけるコイル素子２０１Ａ，２０１Ｂの軸方向の長さが各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂよりも大きく、各内側コア２０２Ａ，２０２Ｂの両端部が各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂの端面から突出している。内側コア部２０２の長さは、各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂと等しくしてもよいし、若干短くしてもよい。内側コア部２０２の長さが各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂと同等以上であることにより、コイル２０１が作る磁束を内側コア部２０２に十分に通過させることができる。
The
外側コア部２０３は、本実施の形態において、コイル２０１及び内側コア部２０２を実質的に全て覆うように形成されている。即ち、外側コア部２０３は、コイル２０１の外周全体、コイル２０１の両端面及び内側コア部２０２の両端面をほぼ覆う。内側コア部２０２と外側コア部２０３とは接着材を介在することなく、外側コア部２０３の構成樹脂により接合される。その接合により、コア２０４は、その全体に亘ってギャップを介することなく一体化される。
In the present embodiment,
外側コア部２０３は、ケースの内壁面にあわせて直方体の外形を有しているが、閉磁路を形成することができれば、外側コア部２０３の形状は特に問わない。コイル２０１の外側の一部が外側コア部２０３により覆われず露出された形態であってもよい。コイル素子が一つのみである場合も、外側コア部２０３によりコイルの全体を覆ってもよいし（所謂ポット型コア）、コイルの一部を露出してもよい。
The
外側コア部２０３は、その全体を磁性材料と樹脂との混合物（成形硬化体）により形成することができる。成形硬化体は、代表的には、射出成形、注型成形により形成することができる。射出成形は、通常、軟磁性粉末（必要に応じて更に非磁性粉末を加えた混合粉末）と流動性のあるバインダ樹脂とを混合し、この混合流体を、所定の圧力をかけて成形型に流し込んで成形した後、バインダ樹脂を硬化させる。注型成形は、射出成形と同様の混合流体を得た後、この混合流体を、圧力をかけることなく成形型に注入して成形・硬化させる。いずれの成形手法も、バインダ樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適に利用できる。バインダ樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。バインダ樹脂に常温硬化性樹脂或は低温硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、成形体を常温〜比較的低温に放置して樹脂を硬化させる。成形硬化体は、非磁性材料であるバインダ樹脂が多く残存するため、圧粉成形体と同じ軟磁性粉末を用いたとしても、圧粉成形体よりも飽和磁束密度が低く、かつ透磁率も低くなる。
The entire
射出成形や注型成形を利用する場合も、焼結させない場合は、軟磁性粉末（或いは非磁性粉末）とバインダ樹脂との配合を変えることで、焼結させる場合は、軟磁性粉末と非磁性粉末との配合を変えることで、外側コア部の透磁率を調整することができる。例えば、軟磁性粉末の配合量を減らすと、透磁率は小さくなる傾向にある。リアクトル１０１が所望のインダクタンスを有するように、外側コア部２０３の透磁率を調整するとよい。
Even when using injection molding or cast molding, if not sintered, the soft magnetic powder and non-magnetic can be combined by changing the blend of soft magnetic powder (or non-magnetic powder) and binder resin. By changing the blending with the powder, the magnetic permeability of the outer core portion can be adjusted. For example, when the blending amount of the soft magnetic powder is reduced, the magnetic permeability tends to decrease. The magnetic permeability of the
外側コア部２０３に利用する軟磁性粉末は、上述した内側コア部２０２に利用する軟磁性粉末と同様のものを利用することができる。
コア２０４がコイル２０１と接触する箇所には、両者間の絶縁性をより高めるために絶縁物を介在させることが好ましい。例えばコイル２０１の内・外周面に絶縁性テープを貼り付けたり、絶縁紙や絶縁シートを配置したりする。内側コア部２０２の外周に絶縁性材料からなるボビンを配置してもよい。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などの絶縁性樹脂が好適に利用できる。
As the soft magnetic powder used for the
It is preferable to interpose an insulator at a location where the
このようなリアクトル１０１は、内側コア部２０２の飽和磁束密度が外側コア部２０３よりも高いことで、全体の飽和磁束密度が均一的な磁性コアと同じ磁束を得る場合、内側コア部２０２の断面積（磁束が通過する面）を小さくすることができる。内側コア部２０２の小型化によりコア２０４を小型にすることができ、ひいてはリアクトル１０１の小型化を図ることが可能となる。また、リアクトル１０１は、内側コア部２０２の飽和磁束密度が高いと共に、外側コア部２０３の透磁率が低いことで、所望のインダクタンスを有することができる。更に、リアクトル１０１は、コア２０４の全体に亘って、接着剤を含むギャップが一切存在しないことで、ギャップ箇所での漏れ磁束がコイル２０１に影響を及ぼすことがないため、内側コア部２０２とコイル２０１の内周面とを近付けて配置することができる。従って、内側コア部２０２の外周面とコイル２０１の内周面との隙間を小さくでき、このことからも、リアクトル１０１の小型化が可能となる。特に、リアクトル１０１では、内側コア部２０２を圧粉成形体とし、この内側コア部２０２の外形を、コイル２０１の内周面の形状に沿った角丸め形状としたことで、その隙間を更に小さくできる。
In such a
かつ、リアクトル１０１は、接着剤を一切用いない構成とし、内側コア部２０２の形成にあたり、ギャップ材の接合工程などが不要であることから、生産性に優れる。特に、リアクトル１０１では、外側コア部２０３の形成と同時に、外側コア部２０３の構成樹脂により内側コア部２０２と外側コア部２０３とを接合してコア２０４を形成し、その結果リアクトル１０１を製造することができるため、製造工程が簡素化され、この点からも生産性が向上する。
In addition, the
また、リアクトル１０１では、内側コア部２０２を圧粉形成体とすることで、飽和磁束密度の調整を簡単に行える上に、複雑な三次元形状であっても容易に形成することができる。加えて、外側コア部２０３が樹脂成分を備えることで、粉塵や腐食といった外部環境からの保護や機械的保護を図ることができる。特に、リアクトル１０１では、コイル２０１の全体を外側コア部２０３に覆われる形態とすることで、外側コア部２０３の形成が容易である上に、コイル２０１の保護を十分に図ることができる。このようにリアクトル１０１は様々な利点を有する。
Further, in the
更に、リアクトル１０１は、コイル２０１全体を外側コア部２０３で覆っていても、その内部温度を抑え易くなっている。図１で説明したようにリアクトル１０１は、その底面を冷却しているので、底面側は内部温度を比較的低減し易い。一方、リアクトル１０１の上面側は、底面から最も遠く、特に中央部分はケース１０３の側壁からも離れている。熱の放散は主に、内側コア部２０２から底面への経路や、外側コア部２０３及びケースの側壁を介して底面に至る経路で行われることになり、比較的温度が上昇し易い。特に外側コア部２０３を磁性材料と樹脂との混合物により成形する場合、内側コア部２０２と比較して熱伝導率が低くなり、その傾向が大きくなる。
Furthermore, even if the
このような内部温度の上昇を低減するため、本実施の形態におけるリアクトル１０１は、コア２０４内部に、コイル２０１やその付近からの熱をコア２０４の外側のケース１０３へ放散する放熱片２０６を備える。リアクトル１０１は、各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂに対する放熱片２０６として、それぞれ４本のアルミニウム製の直線状棒部材を備える。各放熱片２０６は各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂの外側四隅に近接する位置にそれぞれ配置されている。
In order to reduce such an increase in internal temperature,
放熱片２０６の素材としては、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金などのその他の金属材料や、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素などのセラミックスを用いることができる。放熱片２０６は、リアクトル１０１のコイル２０１やコア２０４、リアクトル１０１自体のケース１０３と別体となっており、コイル２０１やコア２０４で発生した熱を構造的にコア２０４外に伝えたり、内部温度の偏りを少なくしたりするのに用いられる。
In addition to aluminum, other metal materials such as an aluminum alloy, and ceramics such as silicon nitride, alumina, aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide can be used as the material of the
このリアクトル１０１を製造するときは、例えば、まずコイル２０１、圧粉成形体からなる内側コア部２０２を用意し、コイル２０１に内側コア部２０２を挿入する。この際、コイル２０１と内側コア部２０２との間に適宜絶縁物を配置してもよい。このコイル２０１と内側コア部２０２との組物をケース１０３に収容すると共に、コイル２０１の外側四隅近傍に、コイル２０１の軸方向２０５に沿って棒状の放熱片２０６を配置する。放熱片２０６に金属材料を用いる場合には、放熱片２０６とコイル２０１との間も絶縁が必要となる。その状態でケース１０３内に、外側コア部２０３を構成する磁性材料とバインダ樹脂との混合流体を適宜流し込む。これにより、所定の形状の外側コア部２０３に成形した後、バインダ樹脂を硬化することで、放熱片２０６をコア内に有するリアクトル１０１が得られる。
When manufacturing the
図３はケースに収容されたリアクトルの断面図であり、リアクトル内における放熱片の配置例を説明する。この例において、各放熱片２０６の下側の端部３０１は、ケース１０３の底面３０２と接触している。これによって、内部温度の上昇し易い例えばコイル２０１の上側３０３付近と、冷却水１０５によって直接的に冷却されるコンバータケース１０２とが、熱伝導率の高い放熱片２０６によって構造的に連結される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the reactor housed in the case, and an example of the arrangement of the heat radiation pieces in the reactor will be described. In this example, the
このため、外側コア部２０３、ケース１０３の側壁３０４、底面３０４を介してコンバータケース１０２に至る経路で主に伝える場合と比べて、リアクトル１０１内部の熱をより効果的に放散することが可能となる。しかも、２つのコイル素子の外側四隅に放熱片２０６を配置することで、両コイル素子間にはより高密度で放熱片２０６を設けている。両コイル素子間は、コイル素子に挟まれているだけでなく、ケース１０３の側壁３０４から最も離れており、内部温度がより上昇し易い。他の部分よりも高密度に放熱片２０６を設けることで、局部的にも効果的に熱を放散することができる。さらに放熱片２０６をコイル２０１の軸方向に沿って配置しているので、コイル２０１の軸方向にほぼ偏りなく熱を放散することが可能である。また内側コア部２０２より熱伝導率の低い外側コア部２０３に放熱片２０６を配置しているので、リアクトル１０１全体としてより効果的に内部の熱を放散することができる。
For this reason, it is possible to dissipate the heat inside the
放熱片２０６は棒部材であるので、放熱片２０６に金属材料を用いる場合でも、その放熱片２０６が、磁束３０５の流れをコイル２０１の周囲全体にわたって遮断することは通常ない。複数の放熱片２０６を外側コア２０３内部に設けても、放熱片２０６の間で磁束３０５が流れることができる。すなわち、このような放熱片２０６を外側コア部２０３内に設けても磁気特性が実質的に損なわれない。
Since the
コア内に放熱片２０６をこのように設けることで様々な利点が得られるが、放熱片２０６の構成はこれに限られるものではない。例えば放熱片２０６の下側の端部３０１はケース１０３の底面３０２と接触するのが好ましいが、その下側の端部３０１が底面３０２から離れていてもよい。下側の端部３０１が底面３０２から離れていても、コイル２０１の軸方向にわたって放熱片２０６を配置すれば、その区間において熱の偏りを減らすことができる。また放熱片２０６の各コイル素子に対する本数は４本に限られるものではなく、放熱性能等を考慮して定めればよい。放熱片２０６はコイル素子ごとに設けなくてもよく、コイル素子ごとに放熱片２０６の本数やサイズ、配置を同じにする必要も無い。
Various advantages can be obtained by providing the
図４は放熱片の他例として種々の棒状の放熱片を備えるリアクトルを示す図である。複数種類の放熱片は例示のために一つのリアクトル内に混在しており実際の構成とは必ずしも一致しない。この例において、放熱片４０１は分岐片４０２を有している。放熱片４０１は、その下側の端部３０１がケース１０３の底面３０２と接触するだけでなく、分岐片４０２によってケース１０３の側壁３０４とも接触している。放熱片４０３は、直線状ではなくＬ字状に屈曲した棒部材であり、その端部４０４はケース１０３の底面３０２ではなく、側壁３０４と接触している。またコイル素子間に配置された放熱片４０５は、直線状である点で図３の例と共通するものの、他の放熱片よりも太くなっている。これにより、放熱片４０５は、２つのコイル素子の両方に近接している。また放熱片４０５は下端部に矩形板部４０６を有しており、ケース１０３の底面３０２との接触面積が大きくなっている。この他、放熱片をコイル２０１の軸方向に沿って配置せず傾けて配置してもよい。
FIG. 4 is a view showing a reactor including various rod-like heat radiation pieces as another example of the heat radiation pieces. A plurality of types of heat dissipating pieces are mixed in one reactor for illustration and do not necessarily match the actual configuration. In this example, the
図５は放熱片の更なる他例として筒状の放熱片を備えるリアクトルを示す図である。放熱片は棒部材である必要はなく、板状や筒状など他の形状を有していてもよい。この例では、コイル２０１の周りを囲むように角を丸めた矩形状（トラック形状）の断面形状を有する筒部材を放熱片５０１に用いている。コイル２０１及び内側コア部２０２は放熱片５０１に挿通された状態となっており、放熱片５０１の短辺及び長辺の中心線はコイル２０１と合わされている。このような放熱片５０１を用いることで、放熱片５０１の表面積を増やすことができ、広い範囲にわたって温度を均一化することができる。放熱片５０１は、磁束３０５の流れを阻害しないようにその端面５０２がケース１０３と接触していない。しかしながら、放熱片の形状が筒状などの形状である場合にも、磁束３０５の流れを阻害しないように放熱片の一部がケース１０３と接触することもできる。例えば放熱片５０３は、ケース１０３と接触する突設片５０４及び５０５を有する。突設片５０４はケース１０３の底面３０２と接触し、突設片５０５はケース１０３の側壁３０４と接触する。これにより、外側コア部２０３を介さずに放熱片５０３の熱をケース１０３に逃がすことができる。なお、放熱片５０３は、２つの突設片５０４及び５０５を有するが、一方のみであってもよい。
FIG. 5 is a view showing a reactor including a cylindrical heat radiating piece as still another example of the heat radiating piece. The heat dissipating piece need not be a bar member, and may have other shapes such as a plate shape or a cylindrical shape. In this example, a cylindrical member having a rectangular (track shape) cross-sectional shape with rounded corners so as to surround the
図６は放熱片の他の構成例としてコイルの内側に配置される放熱片を説明する図である。これまでの例では、放熱片はコア２０４内部でコイル２０１の外側に配置していたが、コイル２０１の内側に配置するようにしてもよい。放熱片は、コア２０４内部、すなわち外側コア部２０４の内部又はその内側にあればよい。図６の例では、放熱片６０１を各コイル素子の内側四隅に配置している。これによって、内側コア部２０２の熱を放熱片６０１により放散することができる。更にコイル２０１の内側と外側の両方に放熱片６０１を設けるようにしてもよい。
FIG. 6 is a view for explaining a heat dissipating piece arranged inside the coil as another example of the heat dissipating piece. In the examples so far, the heat radiating piece is disposed outside the
図７は放熱片の更に他の構成例としてケースの蓋に接触する放熱片を説明する図である。これまでの例では、ケース１０３は上方が開放されており、外側コア部２０３の一部が露出していた。図７の例では、ケース１０３の上方が例えばアルミニウム製の蓋７０１で閉じられており、リアクトル１０１の上面が蓋７０１と面接触している。蓋７０１には、例えば放熱片と同様の材料を用いることができる。この蓋７０１によって、リアクトル１０１の上面の熱は、蓋７０１、ケース１０３の側壁３０４、底面３０２を経てコンバータケース１０２に至る経路でも放散される。このため、冷却面から最も離れたリアクトル１０１上面の放熱が容易となる。
FIG. 7 is a view for explaining a heat dissipating piece in contact with the lid of the case as still another configuration example of the heat dissipating piece. In the examples so far, the
この例において、放熱片７０２はその下端がケース１０３の底面３０２と接触するだけでなく、その上端が蓋７０１と接触している。このように放熱片を蓋７０１とも接触させることにより、コイル２０１付近の熱をさらに効果的に放散することが可能となる。
In this example, the lower end of the
図８は放熱片の更に他の構成例としてコンバータケースと接触する放熱片を説明する図である。これまでの例では、リアクトル１０１はそれ自体のケースに収容されており、そのケースをコンバータケース１０２に固定することにより、リアクトル１０１がコンバータケース１０２内に配置されていた。しかしながら、リアクトル１０１は、リアクトル自体のケースを用いずにコンバータケース１０２内に固定することも可能である。
FIG. 8 is a view for explaining a heat radiating piece in contact with the converter case as still another configuration example of the heat radiating piece. In the examples so far, the
リアクトル１０１は、外側コア部２０３に樹脂成分を有することから、適宜な形状の金型を利用することで、三次元形状を容易に実現することが可能である。コンバータケース１０２やその他の冷却ベースにリアクトル１０１を例えばボルトで直接固定する場合、外側コア部２０３と一体的に、ボルト孔の設けられた取付部８０１を形成することが可能である。
Since the
図８の例において、放熱片８０２の下端面は外側コア部２０３の表面と同一面を形成する形で露出しており、リアクトル１０１をコンバータケース１０２内に固定した場合には、コンバータケース１０２の内底面１０４と接触する。この放熱片８０２は、コイル２０１やその付近からの熱を、コアの外側のコンバータケース１０２へ直接的に放散する。このように放熱片８０２は、リアクトル自体のケースではなく、コンバータケース１０２のようにコアの外側にあるリアクトルの設置対象へ、リアクトル１０１内部の熱を放散することも可能である。コアの外側にあるリアクトルの設置対象に放熱片を接触させる場合には、その設置対象において冷却水等によって冷却される放熱面や領域に接触させるのが好ましい。
In the example of FIG. 8, the lower end surface of the
なお、リアクトル１０１をそれ自体のケースに収容しない場合、その外側の少なくとも一部を更に樹脂で覆うようにしてもよい。その外側樹脂部の構成樹脂には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、更に、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも１種のセラミックスからなるフィラーを混合したものなどを利用することができる。フィラーを含有することで、リアクトルの放熱性を高められる。
Note that when the
外側樹脂部を備えるリアクトルは、コイルや内側コア部だけでなく、外側コア部をも外部環境から保護したり、機械的に保護したりすることができる。外側樹脂部を備える場合、コイルを構成する巻線の両端部は、外側樹脂部から露出させて端子部材の取り付けができるようにする。また、上述した取付部を備える形態とする場合、取付部は、外側樹脂部に一体に設けてもよい。 The reactor including the outer resin portion can protect not only the coil and the inner core portion but also the outer core portion from the external environment or mechanically protect. When the outer resin portion is provided, both end portions of the winding constituting the coil are exposed from the outer resin portion so that the terminal member can be attached. Moreover, when it is set as the form provided with the attachment part mentioned above, you may provide an attachment part integrally in an outer side resin part.
上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、本発明のリアクトルは、車載向けコンバータに限らず、空調機のコンバータのように比較的高い出力の電力変換装置にも適用することができる。また放熱片の配置位置はコイルの付近に限られず、例えば鉄損によりコアの発熱が大きいような場合には、コアの放熱を優先するためにコイルから離れて配置するようにしてもよい。更に、ケースに収容されたリアクトルは、コイルとコアとの組合体を用意してケース内に収納し、別途用意したポッティング樹脂を充填することでも製造することができる。ポッティング樹脂には、上述した外側樹脂部と同様の樹脂を利用することができる。更に、本発明は、コイルの軸方向をケースの底面の法線方向と平行にする形でケースに収容されたリアクトルだけでなく、例えばコイルの軸方向をケースの底面と平行にする形でケースに収容されたリアクトルに適用することも可能である。 The above-described embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications are possible within the scope of the present invention. For example, the reactor of the present invention can be applied not only to a vehicle-mounted converter but also to a power converter having a relatively high output, such as an air conditioner converter. Further, the arrangement position of the heat dissipating piece is not limited to the vicinity of the coil. For example, when the heat generation of the core is large due to iron loss, the heat dissipating piece may be arranged away from the coil in order to give priority to the heat dissipation of the core. Furthermore, the reactor accommodated in the case can also be manufactured by preparing a combination of a coil and a core, storing it in the case, and filling a potting resin prepared separately. As the potting resin, the same resin as the outer resin portion described above can be used. Furthermore, the present invention is not limited to a reactor housed in the case so that the axial direction of the coil is parallel to the normal direction of the bottom surface of the case. For example, the case where the axial direction of the coil is parallel to the bottom surface of the case. It is also possible to apply to a reactor housed in the reactor.
上述した実施の形態では、内側コア部が圧粉成形体により構成されるリアクトルについて本発明を説明した。その他、内側コア部として、珪素鋼板に代表される電磁鋼板を積層させた積層体からなるものを利用することもできる。電磁鋼板は、圧粉成形体と比較して、飽和磁束密度が高い磁性コアを得易い。更に、既述のリアクトルは、内側コア部が外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部が内側コア部よりも透磁率が低く構成されていたが、本発明の適用されるリアクトルはその例に限られるものではない。例えば外側コア部だけでなく内側コア部も磁性材料と樹脂との混合物から構成するようにしてもよい。 In embodiment mentioned above, this invention was demonstrated about the reactor by which an inner core part is comprised with a compacting body. In addition, what consists of a laminated body which laminated | stacked the electromagnetic steel plate represented by the silicon steel plate can also be utilized as an inner core part. The magnetic steel sheet is easy to obtain a magnetic core having a high saturation magnetic flux density as compared with the green compact. Furthermore, in the reactor described above, the inner core portion has a higher saturation magnetic flux density than the outer core portion, and the outer core portion has a lower magnetic permeability than the inner core portion, but the reactor to which the present invention is applied is It is not limited to that example. For example, not only the outer core part but also the inner core part may be composed of a mixture of a magnetic material and a resin.
また内側コア部を挿通したコアの少なくとも一部を覆う内側樹脂部を設けたリアクトルに放熱片を備えるようにしてもよい。内側樹脂部の構成樹脂には、コイルやコアの最高到達温度に対して軟化しない程度の耐熱性を有し、トランスファー成形や射出成形が可能な絶縁性材料が好適に利用できる。例えば、エポキシなどの熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰなどの熱可塑性樹脂が好適に利用できる。また、内側樹脂部の構成樹脂に上述したようなフィラーを混合したものを利用すると、コイルの熱を放出し易くなる。 Moreover, you may make it provide a thermal radiation piece in the reactor which provided the inner side resin part which covers at least one part of the core which penetrated the inner core part. As the constituent resin of the inner resin portion, an insulating material having heat resistance that does not soften with respect to the maximum temperature of the coil or the core and capable of transfer molding or injection molding can be suitably used. For example, a thermosetting resin such as epoxy, or a thermoplastic resin such as PPS resin or LCP can be suitably used. In addition, if the above-described filler mixed with the constituent resin of the inner resin portion is used, the heat of the coil is easily released.
本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車といった車両や空調機に搭載されるコンバータのような電力変換装置の構成部品に利用することができる。 The reactor of this invention can be utilized for the components of power converters, such as a converter mounted in vehicles, such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle, and an air conditioner.
１０１ リアクトル １０２ コンバータケース １０３ リアクトルのケース
１０４ コンバータケースの内底面
２０１ コイル
２０１Ａ，２０１Ｂ コイル素子 ２０１ｗ 巻線
２０２ 内側コア部
２０２Ａ，２０２Ｂ 内側コア
２０３ 外側コア部
２０４ コア ２０５ コイルの軸方向
２０６ 放熱片
３０１ 放熱片の下端部
３０２ ケースの底面 ３０３ コイルの上側 ３０４ ケースの側壁
３０５ 磁束
４０１、４０３、４０５、５０１、５０３、６０１、７０２、８０２ 放熱片
７０１ 蓋
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記コアの内部から外側へ熱を放散するための放散片を前記コアの内部に備えるリアクトル。 A reactor whose coil is covered by a core,
A reactor including a dissipating piece for dissipating heat from the inside to the outside of the core.
前記内側コア部が、前記外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、
前記外側コア部が、前記内側コア部よりも透磁率が低く、かつ磁性材料と樹脂との混合物から構成され、
前記放熱片が、前記外側コア部の内部に配置された請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリアクトル。 The core has an inner core portion disposed inside the coil, and an outer core portion covering the outside of the coil;
The inner core portion has a higher saturation magnetic flux density than the outer core portion,
The outer core portion has a lower magnetic permeability than the inner core portion, and is composed of a mixture of a magnetic material and a resin,
The reactor of any one of Claims 1 thru | or 4 with which the said thermal radiation piece was arrange | positioned inside the said outer core part.
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