JP5692203B2 - リアクトルとその製造方法、及び、リアクトルを備えた電力変換装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度センサを有するリアクトルとその製造方法、及び、そのようなリアクトルを備えた電力変換装置とその製造方法に関する。特に、電気自動車の電力変換装置に内蔵されるリアクトルとその製造方法に関する。

リアクトルは、電子回路の力率改善、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受動素子である。リアクトルはまた、直流電圧を昇圧／降圧する電圧コンバータの部品として用いられることもある。なお、リアクトルは、「インダクタ」と呼ばれることもある。

リアクトルは、電気自動車にも用いられている。電気自動車は、駆動源としてモータを備えており、そのモータ用の電気回路（インバータ回路や電圧コンバータ回路）にリアクトルが用いられる。なお、特定のタイプの電気自動車では、モータの駆動電圧がバッテリの出力電圧よりも高く、それゆえ、バッテリの出力電圧を昇圧する電圧コンバータをインバータ回路の前段に備える。本明細書では、インバータ回路と電圧コンバータ回路を備えたモータ駆動装置を電力変換装置、あるいは、パワーコントロールユニット（略してＰＣＵ）と称する。

リアクトルは、発熱し易い素子である。特に、電気自動車のように大電流を扱う回路では、発熱量も大きい。そこで、リアクトルの温度を監視するために温度センサが取り付けられることがある（特許文献１−５）。

特許文献１に開示された技術は次の通りである。リアクトルは、平行部位を有するリング状のコアを備えており、その平行部分のそれぞれにボビンが取り付けられ、そのボビンにコイルが巻かれている。２個のボビンは端部のフランジで連結されており、フランジから２個のボビンの間を仕切る仕切り壁が延設されている。その仕切り壁にスリットが設けられ、そのスリット内に温度センサが設置されている。

特許文献２に開示されたリアクトルも、平行部位を有するコアを備えており、その平行部位にコイルが巻回されている。２個のコイルは樹脂で覆われており、２個のコイルの間で樹脂に孔が設けられており、そこに温度センサが埋設されている。また、特許文献３の技術では、コアに孔を設け、その中に温度センサを設置している。特許文献４、５に開示されたリアクトルも、コイルの一部が樹脂に覆われており、その樹脂に温度センサを埋設する孔が設けられている。

特開２０１０−２０３９９８号公報 特開２０１０−２１９２５１号公報 特開２００９−２６７３６０号公報 特開２０１０−２１９２５１号公報 特開平９−２２９７７５号公報

本明細書は、リアクトルへの温度センサの取り付け構造の改良を提供する。

本明細書が開示する技術の一つは、温度センサを有するリアクトルを低コストで作る方法を提供する。コイルの少なくとも一部を覆う樹脂がコイルと一体に成形されたリアクトルを製造する一つの方法は、コイルを金型に入れて樹脂を射出成形することによって作られる。その際、金型内でコイルを固定するために、コイルを両側から押さえ付ける。その状態で樹脂を射出成形して金型から取り出すと、押さえ付けた部分が樹脂から露出することになる。即ち、リアクトルの製造方法の典型的な製造方法は、コイルの外周面において、互いにコイルを挟む位置に位置する第１面と第２面とを樹脂射出成形用の金型のキャビティ空間において金型表面に当接させつつキャビティ空間に樹脂を射出し、第１面と第２面が露出しているとともに少なくとも第１面の周囲と第２面の周囲においてコイル表面が樹脂で覆われているコイル樹脂一体成形品を製造する工程を備える。そこで、本明細書が開示する技術は、その露出した面に温度センサを取り付ける。即ち、本明細書が開示する一つのリアクトル製造方法は、第１面に温度センサを取り付ける工程を有する。なお、第１面と第２面は、別言すれば、リアクトルの一面と、その一面とはコイルを挟んで反対側の面に相当する。リアクトルの一つの面を便宜上「第１面」と称するのであって、一の面とその背面のいずれを「第１面」と称してもよく、以後、温度センサを取り付ける側の面を第１面とする。

上記の製造方法は、コイル樹脂一体成形品を製造する際に必然的に生じる露出面（第１面と第２面）を利用し、コイル樹脂一体成型品を製造した後にそこに温度センサを配置する。温度センサを配置するための孔を設ける専用の工程を要しないので、低コストで製造することができる。

大電流を流すリアクトルでは、コイルには、リード線よりも内部抵抗が小さい平角線と呼ばれる平たく細長い金属板が用いられる。平角線はリード線とは異なり剛であるため、ボビン等に巻回せずともそれ自体でコイルの形状を保持できる。従って、そのような剛なコイルを採用する場合、ボビンを必要としないため、コイルを金型内に配置し、上記した方法（すなわち金型内にてコイルの両側を押さえながら樹脂を流し込む方法）でコイルの一部が樹脂で覆われているリアクトルを製造する。上記の製造方法は、平角線を用いたリアクトルの製造方法に特に適している。

本明細書が開示する技術の別の一側面は、上記の製造方法に適したリアクトルを提供する。そのリアクトルは、コイルの少なくとも一部を覆う樹脂がコイルと一体に成形されているリアクトルである。そして、そのリアクトルは、コイル表面の一部である第１面と、第１面の背面に位置するコイルの第２面とが露出しているとともに、少なくとも第１面の周囲と第２面の周囲においてコイル表面が樹脂で覆われているコイルと、第１面に対向するように取り付けられている温度センサを備える。以下、上記した製造方法、あるいは、上記したリアクトルのさらなる改良を説明する。

なお、コイルの第１面と第２面は、コイルの巻回軸線方向の端面ではなく、巻回軸線に平行な面、即ちコイル側面のうちの対向する２つの面である。コイル端面ではなく、コイル側面の方が広い面積を確保し易く、面積が広い方が温度センサを取り付け易い。また、第１面と第２面に関し、リアクトルのコイルの横断面（コイルの巻回軸線に直交する断面）の形状は円や多角形など、様々な形状が考えられるが、温度センサは、広く平坦な面の方が取り付け易い。それゆえ、コイルを略四角柱状（断面が四角の筒状）に形成し、その一面に温度センサを取り付けるのがよい。別言すれば、略四角柱状のコイルの互いに平行な２つの側面を上記の第１面と第２面とすることが好ましい。

本明細書が開示するリアクトル製造方法のさらなる改良は、互いに平行な２つの側面のうち、温度センサを取り付けない第２面の有効利用法も提供する。リアクトルに大電流を流すと発熱量が大きいので、露出している第２面に放熱部材を取り付けることが好ましい。なお、この場合、温度センサは放熱部材が取り付けられた面（第２面）とは反対側に位置することになるので、温度分布を有するリアクトルの中で最も温度が高い部位に温度センサが位置することになる。リアクトルの温度を制御する場合であってリアクトルに温度分布が存在する場合には、高温部分の温度を計測する方がよい。第２面に放熱部材を配置し第１面に温度センサを配置する態様は、高温部分の温度を計測することができるという利点を有する。

また、第１面と第２面の面積が異なる場合は、面積が大きい方に放熱部材を取り付けるのがよい。面積の大きい面に放熱部材を取り付けることで冷却効率を高めることができる。

本明細書は、温度センサの取り付け方についても好適な態様を提供する。一つには、温度センサは、弾性部材によって第１面に押し付けられるのが好ましい。そのような態様のリアクトルを量産した場合、リアクトルの各部位の製造公差に依存せずどのリアクトルも温度センサがコイルに接するので、温度計測値の個体差（ばらつき）を小さくすることができる。

リアクトルの一態様は、一部が平行なリング型のコアを有しており、巻回軸線を平行にして横方向に並べた２個のコイルが巻回されている。そのようなコイルを採用する場合、弾性部材を支持する支持部材が、２個のコイルの間で樹脂に固定されていることが好ましい。２つのコイルの間は樹脂に厚みが確保されるため、その厚みを利用して支持部材を強固に固定することができる。別言すれば、温度センサを支持する部位を別途用意する必要がない。

温度センサの取り付け方の別の好適な態様では、第１面を覆う蓋を用意し、温度センサをその蓋に埋設する。露出している第１面を蓋で覆うことによって、第１面から外部漏れる熱量を抑制し、リアクトルの周囲に及ぼす熱の影響を抑制することができる。そのような態様は、リアクトルを電力変換装置に適用したときに効果を発揮する。本明細書は、上記したリアクトルを用いた新規な電力変換装置（及びその製造方法）も提供する。その電力変換装置では、ケースに、電流平滑用コンデンサ（平滑コンデンサあるいはフィルタコンデンサ）と基板とともにリアクトルが配置されている。また、そのリアクトルは、上記した第１面（温度センサが取り付けられた面）と第２面以外にも表面が露出している第３面を有している。そして、上記した蓋が取り付けられた第１面は、電流平滑用コンデンサと基板のいずれか１つに対して、第３面よりも近くに位置している。電流平滑用コンデンサや基板も熱に弱い。熱に弱い部品の近くの露出部（第１面）を蓋で覆うことで、それらの部品へ与える熱害を抑制することができる。

上記した電力変換装置においても、前述したようにリアクトルの第２面に放熱部材が取り付けられているとよい。

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。

リアクトルを備えるパワーコントロールユニットの斜視図である（樹脂カバー外した状態）。 パワーコントロールユニットの分解斜視図である。 リアクトルのコアとコイルの斜視図である。 温度センサ取り付け前のリアクトルの斜視図である。 温度センサ取り付けた後のリアクトルの斜視図である。 図１のVI−VI矢視におけるパワーコントロールユニットの断面図である。 リアクトル製造工程を説明する図である（金型へのコイル設置工程）。 リアクトル製造工程を説明する図である（コイル押圧工程）。 リアクトル製造工程を説明する図である（樹脂射出工程）。 リアクトル製造工程を説明する図である（金型外し工程）。 変形例のリアクトルを含むパワーコントロールユニットの斜視図である（温度センサ取り付け前）。 変形例のリアクトルを含むパワーコントロールユニットの斜視図である（温度センサ取り付け後）。

最初に、リアクトルを搭載したパワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＰＣＵ）を説明する。図１にパワーコントロールユニット２の斜視図（カバーを外した状態）を示し、図２にパワーコントロールユニット２の分解斜視図を示す。パワーコントロールユニット２は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を昇圧した後に交流に変換してモータに出力するデバイスである。以下、パワーコントロールユニット２を簡単にＰＣＵ２と称する。

ＰＣＵ２は、回路としては、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備える。ＰＣＵ２は、ハードウエア的には、スイッチング素子を樹脂で封止した平板型の複数の半導体カード６ａと平板型の複数の冷却プレート６ｂを交互に積層した積層ユニット６と、リアクトル１０と、コンデンサ３、４、及び、電子部品を搭載した制御基板（不図示）を有しており、それらはケース４０に格納されている。なお、図１、図２では、ケース内における部品のレイアウトが理解し易いように、ケース４０の側壁を実際よりも低く描いてある。

半導体カード６ａに収められたスイッチング素子は、インバータ回路や電圧コンバータ回路に用いられるトランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。複数の半導体カード６ａと複数の冷却プレート６ｂを交互に積層した積層ユニット６は、強度確保のために厚みを増したケース側壁と支柱４１の間に板バネ５とともに挟持支持されている。

コンデンサ３は、電圧コンバータ回路に入力される電流の脈動を抑制し、平滑化する。コンデンサ４は、電圧コンバータ回路の出力電流の脈動を抑制し、平滑化する。両者とも、電気自動車の駆動用モータに供給する電流を平滑化するためのコンデンサである。前者は電圧コンバータ回路への入力電流を平滑化することからフィルタコンデンサと呼ばれることもある。従って、別言すれば、ＰＣＵ２は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と電圧コンバータ回路の出力を交流電力に変換するインバータ回路を備えるとともに、電圧コンバータ回路に入力される電流の脈動を抑制するフィルタコンデンサ３と、電圧コンバータ回路の出力電流の脈動を抑制する平滑化コンデンサ４を備える。フィルタコンデンサ３と平滑化コンデンサ４を、「電流平滑用コンデンサ」と総称する場合がある。

リアクトル１０は、電圧コンバータ回路の主要部品であり、モータを駆動するための電流が流れる。リアクトル１０は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより電気エネルギの蓄積／放出を繰り返し、電圧を高めたり低くしたりする。リアクトル１０の電気エネルギの蓄積／放出はコイルの磁気抵抗に起因するものであり、その磁気抵抗ゆえにリアクトルは発熱が大きい。リアクトル１０の大部分は樹脂製のカバー１３で覆われているが、下側ではコイル１２が露出している。ケース４０には窪み４０ｂが設けられており、リアクトル１０をケース４０に固定する際、露出部分は窪み４０ｂに収まる。窪み４０ｂの底には冷却器４３が配置されており、リアクトル１０のコイル１２の下面（図において下側に位置する面）が、放熱シート４２を介して冷却器４３と隣接する。冷却器４３が、放熱シート４２を介してコイル１２を冷却する。なお、カバー１３は、コイル１２とコア（後述）の周囲に射出成形された樹脂であり、コイル１２をケース４０に固定するための保持器の役割を果たしている。コイル１２の一側面は放熱シート４２を介して冷却器４３と隣接しているが、放熱シート４２は省略してもよく、それゆえ、技術的には、コイル１２の一側面（図におけるコイル下面）は冷却器４３と接している、と表現しても差し支えない。符号３０はリアクトル１０に取り付けられた温度センサモジュール３０を示している。

リアクトル１０の構造をさらに詳しく説明する。図３は、カバー１３を外したコア１１とコイル１２の斜視図である。実際にはコア１１とコイル１２の間は樹脂で充填されるが、図３はリアクトルの構造を説明する図であり、樹脂の図示は省いている。コア１１は、平行な部位（符号１１ａ、１１ｂが示す部位）を有する環状に作られており、その平行な部位の夫々に平角線がエッジワイズに巻回されてコイル１２（１２ａ、１２ｂ）が形成されている。別言すれば、リアクトル１０は、巻回軸線を平行にして横方向に並べた２個のコイル１２ａ、１２ｂを有している。なお、２個のコイル１２ａ、１２ｂは１本の平角線で構成されており電気的には一つのコイルであるが、構造的には２個のコイルが平角線で繋がっている。以後、２個のコイル１２ａ、１２ｂを区別なく一つのコイルとして扱う場合には「コイル１２」と表現する。

コア１１とコイル１２に樹脂製のカバー１３を取り付けた図を図４に示す。なお、図４では、コイル１２から延びるリード部の図示は省略している。前述したようにカバー１３は射出成型で形成される。カバー１３は、コイル１２の下側の一部と、上面の一部を除いてコイル１２を覆っているとともに、コア１１を覆っている。なお、コイル１２の端部から突出しているコア１１の下面も露出している。また、カバー１３の四隅からはフランジ１３ｅが延設されており、そのフランジ１３ｅにリアクトル１０を固定するボルトの挿通孔が設けられている。樹脂製のカバー１３を設ける理由の一つはコイル１２とコア１１を周囲の部品から絶縁することであり、他の一つは、フランジ１３ｅを設けてケース４０に固定するための支持構造を確保するためである。さらに、カバー１３を樹脂で一体成形する理由は、コア１１とコイル１２を固定するためである。

カバー１３の上面にはコイル１２が露出している窓１３ａ、１３ｂが存在するが、この窓は、カバー１３の射出成形プロセスの際、コイル１２の一側面であって冷却器４３と当接する面の平面度を高める工夫の副産物として形成されるものである。リアクトルの製造プロセスについては後に詳しく説明する。

上記したように、リアクトル１０は、３箇所でコイル１２の表面が露出している。窓１３ａ、１３ｂから露出する面を第１面２１ａと称し、放熱シート４２を介して冷却器４３と隣接する面を第２面２１ｂと称する（図４参照）。第２面２１ｂは、第１面２１ａとはコイル１２を挟んで反対側の面に相当する。別言すれば、第２面２１ｂは、第１面２１ａの背面に位置する面に相当する。第１面２１ａと第２面２１ｂは、略四角柱状のコイル１２の平行な一対の側面であり、その周囲ではコイル表面が樹脂製のカバー１３で覆われている。第２面２１ｂの面積は、第１面２１ａの面積よりも広い。なお、後述するように、２つの第１面２１ａのいずれか一方に温度センサ３１が取り付けられるが、２つの第１面２１ａのうち、温度センサ３１が取り付けられなかった面を第３面と称する場合がある。

図４は、温度センサモジュール３０を取り付ける前のリアクトル１０を示している。図５は温度センサモジュール３０を取り付けた後のリアクトル１０を示している。温度センサモジュール３０は、リアクトルの温度を計測するために取り付けられる。温度センサ３１のセンサデータはコントローラ（不図示）に送られ、様々な制御（例えば冷却器４３の冷却性能の調整や過熱検知など）に用いられる。温度センサの本体（温度センサ３１）は、支持部材３３と板バネ３２によって支持される。特に、温度センサ３１は、カバー１３に設けられた窓１３ｂを通して、板バネ３２によって、コイル１２の第１面２１ａに押し付けられる。図５によく示されているように、温度センサ３１は、カバー１３に設けられた窓１３ｂの枠（窓を画定している周囲の樹脂の壁）の内側でコイル１２の第１面２１ａに押し付けられており、窓１３ｂの枠が、温度センサ３１（及び板バネ３２）が他の部品と接触してコイル１２と離反してしまうことがないように、温度センサ３１を保護している。なお、符号３５が示す窪みは、センサデータを伝達するケーブルのプラグが係合するコネクタである。温度センサ３１からコネクタ３５までは信号を伝達するリード線が延びているが、図ではそのリード線の図示は省略している。

支持部材３３は、その下面に位置決めピン３３ａを備えているとともに、ボルト孔３３ｂを備えている。位置決めピン３３ａをカバー１３に設けられた孔１３ｃに挿通し、支持部材３３（温度センサモジュール３０）の位置を確定し、支持部材３３のボルト孔３３ｂとカバー１３のボルト孔１３ｄにボルト３６を通し、温度センサモジュール３０が固定される。

図６に図１のVI−VI矢視における断面図を示す。先に述べたように、ケース４０には窪み４０ｂが設けられており、リアクトル１０の露出しているコイル１２の下部が窪み４０ｂに収まる。窪み４０ｂには冷却器４３が設置されており、コイル１２の下面が放熱シート４２を介して冷却器４３と接触する。リアクトル１０（特にコイル１２）は、放熱シート４２を介して冷却器４３によって冷却される。なお前述したように、放熱シート４２は省略してもよく、それゆえ、コイル１２は冷却器４３に接触して冷却される、と表現してもよい。以後、放熱シート４２を介して冷却器４３と接触するコイル１２の下面である第２面２１ｂを冷却器当接面と称する場合がある。

また、図６によく示されているように、温度センサ３１は、コイル１２を挟んで冷却器４３とは反対側のコイル側面（窓１３ｂを通して露出している第１面２１ａ）に押し付けられている。別言すれば、温度センサ３１は、冷却器当接面（第２面２１ｂ）とは反対側のコイル側面に押し付けられる。コイル１２は冷却器４３によって冷却されるが、温度センサ３１が接している部分（第１面２１ａ）は冷却器４３から最も遠い部位であるからコイル１２の部位の中で比較的温度の高い部位である。過熱を警戒するには、コイル１２に温度分布が存在する中で比較的高い温度を検知できることが望ましい。実施例のリアクトル１０は、温度センサ３１が上記のごとく冷却器４３から最も離れた位置でコイル１２に接しているので、コイル１２の温度分布の中で最も高い温度を計測することができる。

また、温度センサモジュール３０の支持部材３３は、２個のコイルの間に位置する。２個のコイルの間はカバー１３の樹脂で充填されており、肉厚部１３ｆを形成している。支持部材３３の位置決めピン３３ａとボルト３６（図４参照）は、２個のコイル１２の間でコイルと平行に並んでおり、肉厚部１３ｆに埋設される。細長の位置決めピン３３ａとボルト３６を肉厚部１３ｆに位置させることができるので、温度センサモジュール３０をしっかりとカバー１３に固定することができる。別言すれば、樹脂と嵌合する位置決めピン３３ａが支持部材３３から延びており、支持部材３３をカバー１３に固定するボルト３６と位置決めピン３３ａがコイル１２と平行に並んでいる。そのような構成によって、位置決めピン３３ａとボルト３６の双方をカバー１３の肉厚部１３ｆに配置でき、温度センサモジュール３０をカバー１３にしっかりと固定することができる。

図６によく示されているように、コア１１とコイル１２の間の隙間にもカバー１３の射出成形時に樹脂１３ｇが充填される。なお、コア１１にボビンを取り付け、そのボビンにコイル１２を巻回してもよいが、本実施例ではボビンは省略する。

以上説明したように、リアクトル１０では、コイル１２の温度を計測する温度センサ３１が板バネ３２によってコイル１２の側面に押し付けられているので、コイルの温度を正確に計測することができる。また、温度センサ３１を板バネ３２で押し付けることによって、リアクトルを量産した場合であっても多数のリアクトルの寸法公差や温度センサモジュール３０の組立公差などに関わらず、温度センサ３１は確実にコイル１２の側面（第１面２１ａ）に接する。従って上記した温度センサ取り付け構造を採用すれば、量産した多数のリアクトルにおける個体差間の温度計測のばらつきを小さくすることができる。

また、温度センサ３１は、コイル１２を冷却する冷却器４３とは反対側においてコイル側面（窓１３ｂを通して露出しているコイル第１面２１ａ）で接触する。それゆえ、温度センサ３１は、コイルの温度分布中の最も高い温度を計測する。また、温度センサ３１は、樹脂製のカバー１３に設けられた窓１３ｂを通じてコイル１２に押し付けられている。カバー１３の窓１３ｂの枠（窓を確定する樹脂の壁）が、温度センサ３１が他のデバイスと接触することを防いでいる。上記した温度センサ取り付け構造は、リアクトル１０において適切な場所（温度分布中の最も高い温度を計測できる場所であって他のデバイスとの接触を回避できる場所）に温度センサ３１を取り付けることができる。

次に、図７〜図１０を参照してリアクトル１０の製造方法を説明する。

（金型へのコイル設置工程）まず、コイル１２とコア１１を準備し、それらを金型（上型５５と下型５０）のキャビティ５１にセットする。なお、コイル１２に対してコア１１の位置を固定するため、コアに樹脂製のボビンを被せ、そのボビンにコイル１２を嵌め込む場合があるが、本実施例ではボビンは説明を省略する。

下型５０には窪み５０ａが設けられており、２つのコイル夫々の下面（第２面２１ｂ）から深さＷまでの部位がその窪み５０ａに嵌合する。窪み５０ａに嵌った部位の周囲には樹脂が流れ込まず、完成時に露出する部位となる。窪み５０ａの底面と接触するコイル下面が、上記した冷却器当接面に相当する。

上型５５には、キャビティ５１に樹脂を誘導するゲート５６が設けられている。また、上型のキャビティ面の中央、２個のコイルの間には、温度センサモジュール３０の支持部材３３に設けられた位置決めピン３３ａを挿通する孔１３ｃを形成するための突起５５ｂが設けられている。

さらに、上型５５のコイル側面に対向するキャビティ面には、貫通孔５５ａが設けられている。この貫通孔５５ａは、後述するようにコイル１２の第１面２１ａを上から押圧する押圧棒５７を通すために設けられている。なお、符号５６が示す部品は、押圧棒５７を上下させるアクチュエータである。アクチュエータ５８は、上型５５の上方に上型と一体に構成されている。アクチュエータの詳細な構造は図示と説明を省略する。

（コイル押圧工程）アクチュエータ５８が押圧棒５７を下げ、コイル１２の第１面２１ａを上から押圧してコイル１２を固定する（図８参照）。コイル１２を上から押圧することによって、コイル１２の下面（第２面２１ｂ）が下型５０の窪み５０ａの底面に強く押し当てられる。別言すれば、コイル１２は、キャビティ５１の空間にて、その側面の両側が金型表面に当接して固定される。コイル１２は略四角柱状であり、その平行な一対の側面に相当する第１面２１ａと第２面２１ｂは、一方の面に対して他方の面が背面に相当する。

先に述べたようにコイル１２は平角線をエッジワイズに巻回したものであり、剛性が高い。それゆえ、コイル外側面が巻き線の一巻き一巻きごとに正確にそろわず、コイル側面の平坦度が低い。即ち、平角線をエッジワイズに巻回したコイルではコイル側面の凹凸が大きい。図６にて説明したように、リアクトル１０をＰＣＵ２のケース４０に搭載したとき、コイル１２の下面（第２面２１ｂ）は放熱シート４２（あるいは冷却器４３）と接するが、第２面２１ｂの平坦度が低いと、放熱シート４２（あるいは冷却器４３）との接触面積が小さくなり放熱効果が損なわれる。そこで、キャビティ内において樹脂を射出する前に、コイル１２を上から（第２面２１ｂとは反対側から）押圧し、コイル側面に相当する巻き線の表面を揃え、第２面２１ｂの平坦度を高める。第２面２１ｂの平坦度が高まることによって、コイル１２から放熱シート４２（あるいは冷却器４３）への伝熱効率が高まる、即ち、コイル１２の冷却性能が高まる。このように、コイル１２の両面をキャビティ５１の内部において金型表面で挟持し固定することは、コイル１２に樹脂製のカバー１３を一体に射出成形するのに必須の工程である。その工程は、さらに、コイル１２の側面の平坦度を上げるのに有用な工程である。

（樹脂射出工程）押圧棒５７でコイル１２の上面を押圧しながら樹脂を射出する（図９参照）。樹脂６３は、不図示のプランジャから押し出され、ゲート５６を通ってキャビティ５１に充填される。コア１１とコイル１２の間の空間にも樹脂６３（図６の符号１３ｇに相当）が充填される。樹脂６３が固化するまで押圧棒５７でコイル１２を押圧し続ける。樹脂６３が固化すると、コイル１２の大部分が樹脂で固められるので、下型５０の窪み５０ａの底面に押し当てられて平坦度が増した第２面２１ｂが、平坦度が増した状態で固定される。従って、完成した後も第２面２１ｂの高められた平坦度が維持される。

（金型外し工程）樹脂６３が固化した後、金型を開いてリアクトル１０（温度センサモジュールは未装着）を取り出す（図１０参照）。充填された樹脂６３（図９参照）は、カバー１３となる。最後に温度センサモジュール３０を第１面２１ａに取り付けてリアクトル１０が完成する。図１０に示すように、金型内では、コイルの第１面２１ａと第２面２１ｂが金型表面に当接していたので、それらは露出部となり、その露出部の周囲にてコイル表面が樹脂で覆われる。別言すれば、押圧棒５７（図７〜図９参照）がコイルの上面を押圧していた第１面２１ａは、周囲を樹脂に囲まれた窓１３ａ、１３ｂとなる。第１面２１ａ、第２面２１ｂが露出するのは、前述したように、射出成形において金型のキャビティ内でコイルを固定するがゆえに結果的に生じることである。

上記説明したように、カバー１３に設けられた窓１３ａ、１３ｂは、製造時にコイルの第２面２１ｂ（冷却器当接面）の平坦度を高めるために副次的に形成される形状である。具体的には、窓１３ａ、１３ｂは、コイル１２を金型に入れて樹脂を射出成形するときに、キャビティ内でコイル１２を金型に押し付ける押圧棒５７の周りに樹脂６３が充填され樹脂が固化した後に押圧棒５７を引き抜いた跡である。また、上記した製造過程から明らかな通り、窓１３ａ、１３ｂは、必然的に、冷却器４３に接する第２面２１ｂ（冷却器当接面）とは反対側に形成される。リアクトル１０では、コイルの側面（第１面２１ａ）が露出する窓１３ｂを通して、板バネ３２で温度センサ３１をコイル側面に押し当てる。前述したように窓１３ａ、１３ｂ（第１面２１ａが露出すること）は、樹脂カバー１３を射出成形する過程で生じるものである。そこに温度センサを取り付けることで、温度センサを取り付けるための孔を設ける工程が必要ない。即ち、樹脂カバーを形成する際に副次的に生じる露出面（第１面２１ａ）を温度センサの取り付け用に活用することによって、温度センサを備えるリアクトルの製造コストを抑えることができる。

また、窓１３ｂを利用することによって、温度センサ３１は冷却器４３から最も遠い位置でコイルに接することとなり、コイルの温度分布中の最も高い温度を計測することになる。即ち、窓１３ａあるいは１３ｂ（第１面２１ａあるいは２１ｂ））は、コイルの過熱か監視する場所として適切な場所であり、温度センサ３１はその場所でコイル１２に接することとなる。

図１１、図１２を利用して変形例の温度センサ取り付け構造を説明する。図１〜図６で説明したリアクトルでは、温度センサ３１は板バネ３２によりコイル１２の側面に押し付けられた。図１１、図１２の例では、コイルのカバー１３に設けられた窓１３ａが蓋１３０によって塞がれており、その蓋１３０に温度センサ１３１が埋設されている。別言すれば、コイル１２の第１面２１ａの一つが蓋１３０によって覆われ、このとき、温度センサ１３１は第１面２１ａに対向する。蓋１３０は、例えばＰＰＳ（耐熱樹脂）で作られており、接着剤で窓１３ａに固定される。なお、蓋１３０からは温度センサ１３１のセンサ信号を伝えるケーブル１３２が延びている。図１１は、温度センサ付きの蓋１３０を取り付ける前のＰＣＵ２ａの斜視図を示しており、図１２は、温度センサ付きの蓋１３０を取り付けた後のＰＣＵ２ａの斜視図を示している。ケーブル１３２の先は図示を省略しているが、制御基板に接続している。なお、２つの第１面２１ａのうち、蓋１３０が取り付けられていない方の第１面を以下では第３面２１ｃと称する場合がある。また、図１２に示す仮想線は、電圧コンバータ回路やインバータ回路を制御する回路を搭載した基板２２を示している。図１２では基板より下の部品レイアウトを理解し易いように、基板２２を仮想線で描いてある。

本変形例のリアクトル１０ａは、温度センサモジュール３０の代わりに温度センサ付き蓋１３０を備える点を除いて図１のリアクトル１０と同じ構造である。リアクトル１０ａのカバー１３は複数の窓（１３ａ、１３ｂ）を有するが、温度センサ付きの蓋１３０は窓１３ａに取り付けられる。窓１３ａは窓１３ｂと比べて、周囲に存在する電子部品（コンデンサ）の数が多い。図１１、図１２に示すように、一方の窓１３ｂ（第３面２１ｃ）の周囲には、コンデンサ４が配置されているだけであるが、他方の窓１３ａ（第１面２１ａ）の周囲にはコンデンサ３と４が配置されている。コイル１２が発する熱は窓１３ａ、１３ｂを通して周囲に拡散するが、隣接する電子部品（コンデンサ）の数が多い方の窓（図１１、図１２の場合は窓１３ａ）を蓋１３０で塞ぐことによって、電子部品の近傍での熱拡散を防ぎ、リアクトルが発する熱の他の電子部品への影響を抑える。

別言すれば、ＰＣＵ２ａのケース４０には、平滑コンデンサ、フィルタコンデンサ（コンデンサ３、４）、電圧コンバータ回路やインバータ回路のスイッチング素子を集積した積層ユニット６、電圧コンバータ回路やインバータ回路を制御するための基板２２、及び、リアクトル１０ａが配置される。そして、温度センサ１３１を埋設した蓋１３０を取り付ける第１面２１ａは、平滑コンデンサとフィルタコンデンサ（コンデンサ３、４）と基板２２のいずれか１つに対して、第３面２１ｃよりも近くに位置している。

また、図１２のＰＣＵ２ａにおいても、図１のＰＣＵ２と同様に、リアクトルの温度センサ１３１はコイルを挟んで冷却器４３（図１１、図１２では不図示であるが、図２を参照されたい）とは反対側に配置される。即ち、略四角柱のコイル１２の平行な２つの側面（第１面２１ａと第２面２１ｂ）の一方の面（第１面２１ａ）に温度センサ１３１が配置され、他方の面（第２面２１ｂ）には冷却器４３が接することになる。それゆえ、冷却器４３によってコイル１２に温度分布が生じるが、温度センサ１３１は温度分布中の最も高い温度を計測する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図１〜６に示したリアクトル１０においても、図１１、図１２で示したリアクトル１０ａにおいても、温度センサ３１（温度センサ１３１）はコイル１２を覆う樹脂製のカバー１３に設けられた窓（窓１３ａあるいは１３ｂ）に配置される。図１１、図１２の例では、温度センサ１３１は、窓１３ａを覆う蓋１３０に埋設される。

図１〜図６に示したリアクトル１０の場合、支持部材３３から樹脂製のカバー１３と係合する位置決めピン３３ａが延びており、支持部材３３をカバー１３に固定するボルト３６と位置決めピン３３ａがコイル１２と平行に並んでいる。そのような構造により、位置決めピン３３ａとボルト３６の双方を２個のコイルの間の肉厚部１３ｆに配置でき、支持部材３３をカバー１３にしっかり固定することができる。

実施例で説明したリアクトル１０、１０ａは次の特徴も有する。コイル１２が樹脂（カバー１３）で覆われており、樹脂の一部にコイルが露出している窓１３ａ、１３ｂが設けられており、その窓にコイルの温度を計測する温度センサ３１、１３１が配置されている。即ち、温度センサ３１、１３１は、窓１３ａ（１３ｂ）から露出している第１面２１ａに対向するように配置される。温度センサ１３１は、窓を塞ぐ蓋１３０に取り付けられている。

実施例で説明したＰＣＵ（パワーコントロールユニット）は、次の特徴も有する。ＰＣＵは、電気自動車に搭載され、走行用モータに駆動電力を供給するためのデバイスである。そのＰＣＵは、モータを駆動する電流が流れる上述のリアクトル１０（１０ａ）とモータを駆動する電流を平滑化するコンデンサ３、４がＰＣＵのケース４０に収容されている。リアクトル１０ａには複数の窓１３ａ、１３ｂが設けられており、蓋１３０は、周囲に存在する電子部品の数が多い方の窓（コンデンサ３、４に近い方の窓１３ａ）に取り付けられている。また、ＰＣＵは、上述のリアクトル１０（１０ａ）と、リアクトルを冷却する冷却器４３を備えており、コイルの一側面（第２面２１ｂ）が冷却器４３に接しており、窓１３ａあるいは１３ｂ（第１面２１ａ）は、コイル１２を挟んで冷却器４３と反対側のコイル側面に位置する。

温度センサ３１をコイル１２に押し付ける板バネ３２が「弾性部材」の一例に相当する。パワーコントロールユニットが、リアクトルを備える「電力変換装置」の一例に相当する。また、放熱シート４２あるいは冷却器４３が放熱部材の一例に相当する。第２面２１ｂへの冷却器４３の取り付けは、コイルに樹脂を一体成形した後に行われる。

コイル１と樹脂製のカバー１３が一体成形された構造体を製造する、金型へのコイル設置工程、コイル押圧工程、及び、樹脂射出工程を合わせた工程が、「コイル樹脂一体成形品を製造する工程」の一例に相当する。

実施例では、コイルの第１面と第２面は、略四角柱状のコイルの互いに平行な２側面に相当する。この２つの面は、別言すると、コイルの外周面において、互いにコイルを挟む位置に位置する面（第１面と第２面）に相当する。温度センサを設置する第１面と、これの背面に相当する第２面は、コイルの両端面であってもよい。特に平角線をエッジワイズに巻回したコイルでは、平角線の幅広の面がコイル端面に表れるので、その面に温度センサを取り付ければよい。

大電流を流すリアクトルの場合、コイルには平角線と呼ばれる平たく細長い金属板が用いられる。平角線は、リード線よりも内部抵抗が小さく、大電流を流してもリード線と比較すると発熱量が小さい。なお、リード線と比較すると発熱量が小さいとはいえ、走行用のモータを駆動するだけの大電流を流せば相応に発熱するので熱制御が必要となる。平角線はリード線とは異なり剛であるため、ボビン等に巻回せずともそれ自体でコイルの形状を保持できる（なお、平角線によるコイルは、ボビンの採用を否定するものではないことに留意されたい）。そのようなコイルをコア（及びボビン）と組み合わせる場合、多数のリアクトルを製造したときにリアクトル各所の寸法公差にばらつきがでる。そのようなリアクトルに温度センサを取り付ける場合、温度センサとコイルの間の距離がばらつくことになり、量産された多数のリアクトルにおいてコイル温度の計測精度にばらつきが生じる。本明細書が開示する技術の一つの実施態様の温度センサ取り付け構造は、弾性部材によって温度センサをコイルに押し付けることを特徴とする。そのようなリアクトルは、量産したいずれのリアクトルも温度センサがコイルに接するようになるので計測精度の均一化が図れる。すなわち、温度センサをコイルに押し付けることによって、量産時のコイル温度の計測精度のばらつきを抑えることができる。

また、前述したように、コイルにコアを組み付けた際に隙間があり、互いの位置がずれるおそれがある。そのため、コイルを樹脂で覆い、コアとの隙間を埋めて互いの位置を固定する方法がある。樹脂カバーは、コイル全体であってもよいし、また、コイルの一部を覆うものであってもよい。コイルを樹脂で覆う場合、後述するように樹脂の一部にコイルが露出する窓が形成されることがある。弾性部材はその窓を通して温度センサをコイルに押し付けるように配置されているとよい。

さらに、コイルを樹脂で覆う場合、弾性部材を支持する支持部材を樹脂に固定するとよい。リアクトルが、平行部位を有するリング状のコアの平行部位の夫々にコイルが巻回されており２個のコイルに樹脂が一体的に射出成形されている構成を有する場合、弾性部材を支持する支持部材は２個のコイルの間の樹脂部分に固定されることが好ましい。２個のコイルの間では樹脂が肉厚となり、その肉厚部分に支持部材をしっかりと固定できるからである。

前述した窓は、典型的には、コイルを金型に入れて樹脂を射出成形する際に、キャビティ内でコイルを金型に押し付ける棒の周りに樹脂が充填され樹脂が固化した後に棒を引き抜いた跡である。コイルの一側面を金型に押し付けるのは、その一側面の全体を樹脂カバーから露出させるためであり、露出した一側面は、ＰＣＵに組み込まれたときに冷却器に接する面となる。そのような一面が前述した冷却器当接面に相当する。冷却器によって冷却されるコイルには、冷却器当接面付近の温度が最も低く、冷却器当接面から離れるに従って温度が高くなる温度分布が生じる。上記の窓は、コイルを挟んで冷却器当接面とは反対側のコイル側面に形成される。従って、窓から露出しているコイル側面は、冷却器から最も遠くに位置する部位であり、温度が比較的に高くなる部位である。そのような部位に温度センサを接触させることによって、コイルに生じる温度分布のなかでも比較的に高い温度を計測することができる。熱制御を行うには、コイルにおける比較的に高い温度を計測できる方がよい。冷却器から最も遠い窓の中は、リアクトルの熱制御を目的として温度センサを設置する位置として好適な位置である。このように、本明細書は、新規なＰＣＵに関する技術も提供する。ＰＣＵは、上記したリアクトルであってモータを駆動する電流が流れるリアクトルと、リアクトルを冷却する冷却器を備える。そして、コイルの一側面（冷却器当接面）が冷却器に接しており、上記した窓は、コイルを挟んで冷却器と反対側のコイル側面に位置する。そして弾性部材がその窓を通じて温度センサをコイルに押し当てる。

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：パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
３：コンデンサ（平滑化コンデンサ）
４：コンデンサ（フィルタコンデンサ）
５：板バネ
６：積層ユニット
６ａ：半導体カード
６ｂ：冷却プレート
１０、１０ａ：リアクトル
１１：コア
１２、１２ａ、１２ｂ：コイル
１２ｃ：冷却器当接面
１３：カバー
１３ａ、１３ｂ：窓
１３ｄ：ボルト孔
１３ｅ：フランジ
１３ｆ：肉厚部
１３ｇ：樹脂
３０：温度センサモジュール
３１：温度センサ
３２：板バネ（弾性部材）
３３：支持部材
３３ａ：位置決めピン
３３ｂ：ボルト孔
３６：ボルト
４０：ケース
４０ａ：側壁
４２：放熱シート
４３：冷却器
５０：下型（金型）
５１：キャビティ
５５：上型（金型）
５５ａ：貫通孔
５６：ゲート
５７：押圧棒
５８：アクチュエータ
６３：樹脂
１３０：温度センサ付き蓋
１３１：温度センサ

Claims (14)

1. コイルの少なくとも一部を覆う樹脂がコイルと一体に成形されているリアクトルの製造方法であって、
   コイル外周面において、互いにコイルを挟む位置に位置する第１面と第２面とを樹脂射出成形用の金型のキャビティ空間において金型表面に当接させつつコイルを両側から押さえ付け、キャビティ空間に樹脂を射出し、第１面と第２面が露出しているとともに少なくとも第１面の周囲と第２面の周囲においてコイル表面が樹脂で覆われているコイル樹脂一体成形品を製造する工程と、
   コイル樹脂一体成型品を製造した後に、第１面に対向するように温度センサを取り付ける工程と、
   を備えていることを特徴とするリアクトルの製造方法。
2. 第１面と第２面は、コイル側面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. コイルは、略四角柱状であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. コイル樹脂一体成形品を製造する工程の後に、コイルの第２面に放熱部材を取り付ける工程をさらに有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. コイルの少なくとも一部を覆う樹脂がコイルと一体に成形されているリアクトルであり、
   コイル表面の一部である第１面と、第１面の背面に位置するコイルの第２面とが露出しているとともに、少なくとも第１面の周囲と第２面の周囲においてコイル表面が樹脂で覆われているコイルと、
   前記樹脂が成形された後に、第１面に対向するように取り付けられている温度センサと、
   を備えており、
   第１面と第２面は、コイルを金型に入れて樹脂を射出成形する際にキャビティ空間内にて金型の表面に当接させてコイルを両側から押さえ付けつつ樹脂を射出することによって、樹脂成形後に露出することを特徴とするリアクトル。
6. 第１面と第２面は、コイル側面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のリアクトル。
7. コイルは、略四角柱状であることを特徴とする請求項６に記載のリアクトル。
8. 第２面には放熱部材が取り付けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のリアクトル。
9. 樹脂から露出している第２面の面積が樹脂から露出している第１面の面積よりも広いことを特徴とする請求項８に記載のリアクトル。
10. 温度センサが弾性部材によって第１面に押し付けられていることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載のリアクトル。
11. 巻回軸線を平行にして横方向に並べた２個のコイルを有しており、弾性部材を支持する支持部材が、２個のコイルの間で樹脂に固定されていることを特徴とする請求項１０に記載のリアクトル。
12. 温度センサは、第１面を覆う蓋に埋設されていることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載のリアクトル。
13. 請求項１２に記載されたリアクトルを含む電力変換装置であり、
    リアクトルは、前記第１面と第２面以外にも表面が露出している第３面を有しており、
    電力変換装置のケースに、電流平滑用コンデンサと基板とともにリアクトルが配置されており、前記蓋が取り付けられる第１面は、平滑コンデンサとフィルタコンデンサと基板のいずれか１つに対して、第３面よりも近くに位置していることを特徴とする電力変換装置。
14. 請求項５から７のいずれか１項に記載されたリアクトルを含む電力変換装置であり、リアクトルの前記第２面に放熱部材が取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。

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