JP2015090912A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、リアクトルにおいて放熱材が接していない側のコイルの温度上昇を抑える技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するリアクトル２は、コア３に巻回されているコイル４の一側面が放熱材５に接している。放熱材５に接している側におけるコイル４の内周面４ａとコア３の外周面３ａとの間隔Ｄ２が、コイル４の中心軸線を挟んで放熱材５の反対側における間隔Ｄ１よりも狭い。この構造により、磁束密度が放熱材寄りに偏り、放熱材に近い側で高く、放熱材から遠い側で低くなる。従って、コイルの発熱量が放熱材寄りに偏り、放熱材から遠い部位におけるコイル発熱が抑制される。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術はリアクトルに関する。リアクトルは、コイルを利用した受動素子であり、インダクタと呼ばれることもある。

リアクトルは、力率改善、高調波電流の抑制（直流電流の平滑化）等のために用いられる。リアクトルは、また、直流電圧を昇圧する回路に用いられることもある。

リアクトルは電気自動車の電子装置に用いられることもある。電気自動車はモータを駆動力とするため、駆動回路にリアクトルを備えることが多い。電気自動車では、数十キロワットクラスの高出力モータを利用するため、その駆動回路に用いるリアクトルも大容量となる。それゆえ、リアクトルの発熱量が大きい。なお、本明細書では、「電気自動車」には、モータとともにエンジンを備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含む。

冷却のためにリアクトルに放熱材を取り付けることがある。なお、放熱材は、内部を冷媒が流れる冷却器の場合もあれば、単なる放熱板（あるいは放熱シート）の場合もあり得る。後者の場合、リアクトルを固定する筐体（リアクトルを含む電子装置の筺体）が放熱板として機能する場合もある。例えば、特許文献１では、筐体とコイルの間に放熱シートを備え、放熱シートを介してコイルの熱を筐体へ拡散させることが提案されている。

特開２０１３−１１８２０８号公報

特許文献１におけるリアクトルは、コイルの一側面（コイル外周面）に放熱材が取り付けられている。このようなリアクトルでは、コイルの放熱材に近い部位と放熱材から遠い部位において放熱効率に差が生じる。当然に、放熱材から離れている部位では放熱材に近い部位に比べて放熱効率が低く、高温になる場合がある。本明細書は、伝熱材から遠い側におけるコイルの発熱を抑える技術を提供する。

一般に、磁束密度が高いほど発熱量も大きい。これは、コアから漏れてコイル巻き線を貫く磁束が増大し、その磁束によって生じる渦電流が増大するためである。なお、コイル内側でコアにギャップを有する場合にその影響が大きい。そこで、本明細書が開示する技術は、放熱材に近い部位でコイル近傍の磁束密度を高め、そのかわりに放熱材から遠い部位でコイル近傍の磁束密度を低減し、放熱材から遠い側でのコイル発熱を抑制する。

本明細書が開示するリアクトルは、コアに巻回されているコイルの一側面が放熱材に接しているリアクトルであり、放熱材に接している側におけるコイルの内周面とコアの外周面との間隔が、コイルの中心軸線を挟んで放熱材の反対側における上記間隔よりも狭い。別言すれば、コアの中心軸線がコイルの中心軸線よりも放熱材側に偏っている。それゆえ、磁束密度の分布も放熱材寄りに偏り、磁束密度は放熱材に近い側で高く、放熱材から遠い側で低くなる。従って、コイルの発熱量が放熱材寄りに偏り、放熱材から遠い部位におけるコイル発熱が抑制される。

本明細書が開示する技術によれば、放熱シートが接していないコイル外周面の発熱を抑えることができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のリアクトルの上面図である。 実施例のリアクトルの模式的側面図である。 図１のIII−III線における実施例のリアクトルの断面図である。

図面を参照して実施例のリアクトル２を説明する。リアクトル２は、電気自動車において、バッテリの直流電流を昇圧し、さらに交流に変換してモータに供給するパワーコントロールユニットに内蔵された電圧コンバータ回路の一部品である。図１に示すように、リアクトル２は、後述する円環状のコア３と、コア３に巻回されているコイル４を備えている。図２に示すようにリアクトル２は、パワーコントロールユニットの筺体６に、放熱材５を挟んで取り付けられている。ここで、筐体６は、リアクトル２の熱を散逸させる冷却器の役割を果たしている。放熱材５により、リアクトル２から発する熱は筐体６に伝達される。なお、各図面では、筐体６は、リアクトル２に取り付けられている部分のみを描いていることに留意されたい。パワーコントロールユニットと電圧コンバータ回路について説明は省略する。また、Ｘ軸方向がコイル４の巻回軸方向と一致している。

コア３は、一部が平行な円環形状である。この平行部位の夫々をボビン７が覆っている。ボビン７は、コア３の平行部位の夫々を覆う筒形状の２つのコアカバー８と、その２つのコアカバー８を連結する２つのフランジ部９により構成されている。フランジ部９は、２つのコアカバー８が互いに平行になるように、筒形状のコアカバー８の両端に連結される。コア３の２本の平行部位は、コアカバー８の内部に位置する。なお、コア３は強磁性体の鉄製であり、ボビン７は絶縁体の樹脂製である。また、図３によく表されているように、コア３の横断面形状は、矩形である。

コイル４は、コアカバー８に導線１２を巻き掛けることで形成されている。２つのコイル４は夫々平行に並んでいる。リアクトル２は幾何学的には２つのコイル４を有するが、それらのコイル４は１本の導線１２で構成されている。つまり、電気的には１つのコイルに相当する。本実施例では、導線１２は平角線であり、コイル４は、平角線の幅広面をコイル軸線方向に向けて巻回されるエッジワイズ巻きで作られている。コイル４は、四角柱状であり、外周面が４つの平面で構成される。以下に説明するように、コイル４は、その外周面の４つの平面のうちの一つに放熱材５が密着している。

図２、図３に示すように、放熱材５は、コイル４と筐体６の間に配置されている。放熱材５は、シリコンをベースとしたラバー状のシートであり、熱伝導率が高く、柔軟性が高い。放熱材５の一例は、サーコン（登録商標）シートである。放熱材５の柔軟性は、ゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）で表すと約２０から１００Ｈｓ程度である。放熱材５の上面は、コイル４の下面の全面を覆うようにコイル４に接触している。そして、放熱材５の下面は、筐体６の底面に接触している。

また、ボビン７のフランジ部９の外側の４箇所には、支持部材１３が取り付けられている。支持部材１３にはボルト孔が形成されている。ボビン７は、この支持部材１３を介してボルト１４により筐体６に取り付けられている。ボルト１４の締付力により、放熱材５は、コイル４の下面及び筐体６の底面に密着する。さらに、放熱材５の柔軟性により、コイル４の隣接する巻かれた導線間の窪みにも放熱材５が密着する。よって、コイル４から筐体６への熱伝導が促進される。

コア３とコイル４の位置関係について説明する。図３に示すように、コア３の外周面３ａとコイル４の内周面４ａとの間の間隔は、コイル４の放熱材５が接している側とその反対側で異なっている。放熱材５が接している側の間隔Ｄ２は、コイル４の巻回軸を挟んで反対側における間隔Ｄ１よりも狭くなっている。別言すれば、コア３の横断面形状における中心軸線Ｃ１が、コイル４の横断面形状における中心軸線Ｃ２よりも、放熱材５が配置されている側に偏っている。図３では、図中左側のコイルにのみ、間隔を示す記号Ｄ１、Ｄ２を付し、図中右側のコイルにのみ、中心軸線を示す記号Ｃ１、Ｃ２を付してあるが、左右のコイルは同じ配置である。即ち、図３に示すように、平行に並んでいる２つのコア３はどちらも同様に、放熱材５が配置されている側に偏っている。

コイル４が発生する磁束密度の大部分はコア３の内部を通る。それゆえ、このような構成によれば、コイル４の内側の磁束密度の分布が放熱材５の側に偏り、コイル４の放熱材５が接している側（間隔Ｄ２の位置する側）の磁束密度が高くなり、放熱材５が接している側とは反対側（間隔Ｄ１の位置する側）の磁束密度が低くなる。コイル４の発熱量は、近傍に発生する磁束密度の大きさに依存する。それゆえ、コイル４は、コイルとコアが同軸に配置されている構成と比較して、放熱材５が接している側で発熱量が増え反対側で減少する。したがって、コイル４の上面（放熱材５から遠い側）は、コイル４の下面（放熱材５に近い側）に比べ、発熱しにくくなる。一方、コイル４の下面は、間隔Ｄ２が狭いため、コイル４の他の側面と比べて発熱量が高くなる。しかし、コイル４の下面は、放熱材５と接しているため、ここで発生した熱は、放熱材５を介して、筐体６に効率よく伝達される。筐体６は冷却器としての機能を有しているため、放熱材５から伝達された熱は、筐体６により冷却される。したがって、コイル４全体として、部分的に温度が上昇することが防止される。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。上述の実施例ではコイル４及びコア３の横断面形状が略四角形状が好ましいが、その他の多角形状や円形状であってもよい。また、筐体６の内側に、冷媒が通る冷媒通路が設けられてもよい。この構成により、コイル４を冷却する効率をより高めることができる。

なお、図示は省略したが、コア３は、コイル４の内側にギャップを有している。ギャップとは、コアがその軸線方向で有する隙間である。なお、隙間は、空間でなくとも絶縁物質で満たされていてもよい。ギャップの周囲においては、コア３の径方向外側（コアの中心軸線に直交する方向でコアの外側）に磁束線が湾曲する。それゆえ、ギャップの周囲ではコイル４の巻き線を貫く磁束線が増える。コイル４の巻き線を貫く磁束線の量は、コイル４とコア３の間隔（図３中の記号Ｄ１、Ｄ２が示す間隔）が近いほど増大する。コイル４の巻き線を貫く磁力線は巻き線内に渦電流を発生させる。渦電流はコイルの損失をもたらすとともに、その損失は熱エネルギとなってコイルを発熱させる。放熱板５から遠い側におけるコイル内周面とコア外周面の間隔Ｄ１が放熱板５に近い側の間隔Ｄ２よりも広い実施例の技術は、特にコイル内部でコアがギャップを有するリアクトルに対して有効である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：リアクトル
３：コア
３ａ：外周面
４：コイル
４ａ：内周面
５：放熱材
６：筺体
７：ボビン
８：コアカバー
９：フランジ部
１２：導線
１３：支持部材
１４：ボルト
Ｃ１：コア３の中心軸線
Ｃ２：コイル４の中心軸線
Ｄ１：コイル４の内周面とコア３の外周面との間隔（放熱材から遠い側）
Ｄ２：コイル４の内周面とコア３の外周面との間隔（放熱材に近い側）

Claims (1)

1. コアに巻回されているコイルの一側面が放熱材に接しているリアクトルであり、前記放熱材に接している側における前記コイルの内周面と前記コアの外周面との間隔が、前記コイルの中心軸線を挟んで前記放熱材の反対側における前記間隔よりも狭いことを特徴とするリアクトル。

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