JP2020038884A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】コイルから冷却器への伝熱効率の向上と、絶縁膜除去面同士の短絡防止を両立したリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル２は、絶縁膜で被覆されている巻線４が巻回されたコイル５と、冷却器６と放熱シート１２を備えている。冷却器６は、コイル５の平坦な下面５ｄに対向している。放熱シート１２は、冷却器６とコイル５の下面５ｄの間に挟まれている。コイル５の下面５ｄにおいて、巻線４の露出した導体４２がピッチ方向で隣り合わないように巻線４の絶縁膜４１が部分的に除去されている。冷却器６と対向する面に導体４２が露出した絶縁膜除去面４ａを設けることで伝熱効率が向上する。絶縁膜除去面４ａがピッチ方向で隣り合わないので、絶縁膜除去面４ａ同士の短絡が防止される。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルに関する。特に、コイルの一つの平坦な側面に放熱シートを挟んで冷却器が対向しているリアクトルに関する。

角柱形状に巻回されたコイルの一つの側面に放熱シートを挟んで冷却器が対向しているリアクトルが知られている（例えば、特許文献１）。放熱シートは、コイルから冷却器への伝熱を補助するために採用されている。コイルを構成する巻線は、ピッチ方向で隣り合う巻線と短絡しないように絶縁膜で被覆されている。絶縁膜はコイルから放熱シートへの伝熱効率を下げるので、特許文献１のリアクトルでは、コイルの放熱シートに対向している側面において絶縁膜が除去されている。なお、本明細書では、コイルの軸線に平行な面を「コイルの側面」と称する。また、巻線において、絶縁膜が除去されて導体が露出している面を絶縁膜除去面と称する。

特開２０１６−９２３１３号公報

巻線は絶縁膜で被覆されているため、巻線の導体と、ピッチ方向で隣接する巻線の導体との間は、絶縁膜の膜厚の２倍の距離が離れている。特許文献１のリアクトルでは、ピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面の間は、絶縁膜の膜厚の２倍の距離を隔てることになるが、コイル側面に塵埃などが付着していると、隣り合う絶縁膜除去面が短絡するおそれがある。また、放熱シート内に小さな気泡（ミクロボイド）が存在すると、巻線と冷却器の間でコロナ放電が生じることがある。コロナ放電は樹脂や絶縁膜の炭化を生じ、ピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面の短絡を誘発してしまうおそれがある。本明細書は、コイルから冷却器への伝熱効率の向上と、絶縁膜除去面同士の短絡防止を両立する技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルは、絶縁膜で被覆されている巻線が巻回されたコイルと、冷却器と、放熱シートを備えている。コイルは、少なくとも一つの平坦な側面を有している。冷却器は、コイルの平坦な側面に対向している。放熱シートは、コイルの側面と冷却器の間に挟まれている。コイルの冷却器に対向している側面において、巻線を覆う絶縁膜の一部が除去されている。巻線の絶縁膜は、露出した導体がピッチ方向で隣り合わないように除去されている。例えば、冷却器に対向するコイル側面において、ピッチ方向で一本おきに（あるいは数本おきに）巻線の絶縁膜が除去されている。一つの絶縁膜除去面と、ピッチ方向で隣接する絶縁膜除去面の間には、絶縁膜で被覆された巻線が少なくとも１本は存在するので、絶縁膜除去面同士が短絡する可能性を大きく下げることができる。冷却器に対向しているコイル側面において、千鳥格子状に巻線の被膜が除去されていてもよい。

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斜視図である。 実施例のリアクトルの斜視図である（コアと樹脂カバーなし）。 図１のIII−III線に沿った断面図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。 第１変形例のリアクトルのコイルの断面図である。 第２変形例のリアクトルのコイルの底面図である。 第３変形例のリアクトルのコイルの底面図である。 コイルの成形工程の説明図である。

図面を参照して実施例のリアクトル２を説明する。図１に、リアクトル２の斜視図を示す。リアクトル２は、コイル５にコア２０が挿通された受動素子である。図１では、コア２０とコイル５は樹脂カバー３で覆われており、見えない。リアクトル２は、例えば電気自動車に搭載されるチョッパ型の昇圧コンバータに用いられる。電気自動車の走行用モータは数十キロワットの出力が可能であり、リアクトル２のコイル５には数十キロワットの電力が流れる。大電力が流れるコイル５は発熱量が大きい。それゆえ、リアクトル２は、冷却器６を備えている。図２に、樹脂カバー３とコア２０を除去したリアクトル２の斜視図を示す。また、図３に、図１のIII−III線に沿った断面図を示す。図２では、コア２０は仮想線で描いてある。

図２、図３を参照してリアクトル２の構造を説明する。コイル５は、平角の巻線４をエッジワイズに巻回したものである。エッジワイズとは、平角の幅広面をコイル軸線方向に向けて巻回する巻き方である。巻線４は、四角柱形状に巻回されている。すなわち、コイル５は、四角柱形状を有している。

コイル５は四角柱形状を有しており、４個の平側面を有している。「コイル５の平側面」とは、コイル５の軸線Ｃａに平行な平坦面を意味する。説明の便宜上、図中の座標系の＋Ｚ方向を向く平側面を上面５ａと称し、−Ｚ方向を向く平側面を下面５ｄと称する。また、＋Ｙ方向を向く平側面を右側面５ｂと称し、−Ｙ方向を向く平側面を左側面５ｃと称する。

冷却器６は、放熱シート１２を挟んでコイル５の下面５ｄと対向している。別言すれば、コイル５の下面５ｄが放熱シート１２を挟んで冷却器６に熱的に接している。また、コア２０の下面が放熱シート１３を挟んで冷却器６に熱的に接している。冷却器６の下面には複数のフィン７が設けられている。図示は省略しているが、冷却器６の下面は冷媒流路に面しており、フィン７は液体冷媒に晒される。

放熱シート１２、１３は、耐熱性と柔軟性を有するシリコンゴムで作られている。コイル５と冷却器６はともに金属製であるため、直接に接しても隙間が生じてしまう。そこで、コイル５と冷却器６の間に柔軟な放熱シート１２を挟み、コイル５から冷却器６への伝熱を補助する。放熱シート１３も同様の目的を有している。

巻線４は、隣接する巻線との短絡を防ぐために、絶縁膜で覆われている。絶縁膜は、典型的にはエナメル被膜である。ただし、絶縁膜は、冷却器６の金属や放熱シート１２と比較して伝導率が高くない。リアクトル２では、コイル５から冷却器６への伝熱効率を高めるために、コイル５の冷却器６と対向する下面５ｄにおいて、巻線４の絶縁膜の一部を除去している。

図４に図３のIV−IV線に沿った断面図を示す。コイル５の下面５ｄにおいて、巻線４のピッチ方向（図中のＸ方向）で１本おきに、巻線４の絶縁膜４１が除去されており、導体４２が下面５ｄに露出している。巻線４の絶縁膜４１が除去された面を、絶縁膜除去面４ａと称する。図４に表れているように、巻線４のピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面４ａの間には、絶縁膜４１で被覆された巻線４が必ず存在するので、ピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面４ａ同士が短絡してしまう可能性は小さい。実施例のリアクトル２では、コイル５が冷却器６と対向する下面５ｄにおいて、ピッチ方向で絶縁膜除去面４ａが隣り合わないように、巻線４の絶縁膜４１の一部が除去されている。下面５ｄにて絶縁膜４１の一部が除去されていることでコイル５から冷却器６への伝熱効率が高まる一方で、隣り合う絶縁膜除去面４ａ同士が短絡してしまうことが防止される。

（第１変形例）図５に、第１変形例のリアクトル２ａの断面図を示す。図５の断面図は、図４の断面図に相当する。第１変形例のリアクトル２ａでは、ピッチ方向で２本おきに、巻線４の絶縁膜４１が除去されている。別言すれば、下面５ｄにおいて、ピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面４ａの間には、絶縁膜４１で覆われた２本の巻線４が存在する。図５のリアクトル２ａでは、隣り合う絶縁膜除去面４ａの間に、導体４２が絶縁膜４１で完全に被覆された巻線４が２本介在するので、より一層、短絡が生じ難くなっている。

（第２変形例）図６に、第２変形例のリアクトル２ｂのコイル５の底面図（下面５ｄの図）を示す。図６に示したコイル下面５ｄが、冷却器６と対向する。ハッチングを施してある部分が絶縁膜除去面４ａを示している。第２変形例のリアクトル２ｂでは、絶縁膜除去面４ａが千鳥格子状に設けられている。いずれの絶縁膜除去面４ａも、ピッチ方向（Ｘ方向）の両隣には絶縁膜で被覆されている巻線４が位置している。したがって、ピッチ方向で隣り合う絶縁膜除去面４ａが短絡する可能性は小さい。また、ピッチ方向で隣り合う巻線４の絶縁膜除去面４ａは、巻線の延設方向（図中のＹ方向）で距離ｄＬだけ離れているので、短絡する可能性は小さい。

（第３変形例）図７に、第３変形例のリアクトル２ｃのコイル５の底面図（下面５ｄの図）を示す。ハッチングを施してある部分が絶縁膜除去面４ａを示している。絶縁膜除去面４ａは、ピッチ方向（Ｘ方向）で１本おきの巻線４に設けられている。図７には、コイル５に挿通されるコア２０を破線で示してある。コア２０は、コアブロック２１、２２に分割されており、コイル５の内部で一方のコアブロック２１の先端２１ａと他方のコアブロック２２の先端２２ａが対向している。コアブロック２１とコアブロック２２は、それらの間のギャップＧａが、コイル５の下面５ｄを平面視したときに絶縁膜除去面４ａと重なるように配置されている。コアのギャップＧａ付近では漏れ磁束による渦電流損失が発生するので発熱量が大きい。発熱量の大きい箇所の近くに絶縁膜除去面４ａを配置することで、コイル５とコア２０の冷却性能が向上する。

巻線４の絶縁膜４１は、コイル５を形成後にレーザなどによって除去してもよいし、巻線４をコイル５の形状に曲げる工程において除去してもよい。図８（Ａ）−（Ｃ）に、コイルの成形工程を示す。直線状の平角の巻線４が、一方の幅狭面が円筒状のシャフト５１の側面に当接するように支持される。巻線４の他方の幅狭面は、固定コマと呼ばれる固定支持部５２と、曲げコマと呼ばれる可動支持部５３に当接する。別言すれば、直線状の巻線４は、一方の幅狭面にシャフト５１が当接し、他方の幅狭面に支持部５２、５３が当接して支持される（図８（Ａ））。その状態から可動支持部５３がシャフト５１の軸線を中心にして直角に回転し、平角の巻線４がエッジワイズに屈曲される（図８（Ｂ））。そして、巻線４は、次の屈曲点がシャフト５１に当接するように送られる。巻線４を送るときに、カッター５４ａを幅狭面に押し当て、絶縁膜を除去する（図８（Ｃ））。カッター５４ａの位置は、巻線４を送る方向（図８（Ｃ）の矢印方向）に対して固定支持部５２よりも後ろであってもよいし、固定支持部５２よりも先（破線５４ｂが示す位置）であってもよい。コイル５の下面５ｄに相当する巻線の部位であって、ピッチ方向の１本おきの部位が通過する毎にカッター５４ａを当て、必要な箇所だけ絶縁膜を除去する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例では、コイル５の下面５ｄが冷却器６に対向する、と説明した。「下面５ｄ」とは、説明の便宜上の呼称であり、コイル５の平坦な側面が冷却器に対向していればよい。実施例のコイル５は、四角柱形状を有している。本明細書が開示する技術は、少なくとも一つの平坦な側面を有するコイルを含むリアクトルに適用可能である。コイル５の巻線４は平角線に限られない。

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、２ａ−２ｃ：リアクトル
３：樹脂カバー
４：巻線
４ａ：絶縁膜除去面
５：コイル
６：冷却器
７：フィン
１２、１３：放熱シート
２０：コア
２１、２２：コアブロック
４１：絶縁膜
４２：導体

Claims (1)

1. 絶縁膜で被覆されている巻線が巻回されたコイルであって平坦な側面を有しているコイルと、
   前記側面に対向している冷却器と、
   前記側面と前記冷却器の間に挟まれている放熱シートと、
   を備えており、
   前記側面において、前記巻線の露出した導体がピッチ方向で隣り合わないように前記巻線の前記絶縁膜が部分的に除去されている、リアクトル。

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