JP6064943B2

JP6064943B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6064943B2
Application number: JP2014097742A
Authority: JP
Inventors: 辰哉上松
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2015216209A; TW201603063A; WO2015170566A1

Description

本発明は、コアと、コアに捲回されたコイルとを有するリアクトルやトランス等の誘導機器を備えた電子機器に関する。

電子機器は、コアと、コアに捲回されたコイルとを有するリアクトルやトランス等の誘導機器を備えている。誘導機器は、例えば、冷却器によって冷却されることで温度上昇が抑制されている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−１９２９３３号公報

ところで、従来から、誘導機器の小型化を図るために、コイルに電気的に接続されるスイッチング素子のスイッチング動作を行うために用いられるキャリア周波数を高周波化することが望まれている。しかし、コアは電気抵抗率が小さいため、キャリア周波数を高周波化すると、鉄損が大きくなってしまい、コアの鉄損に起因した発熱により、誘導機器が温度上昇してしまうため、キャリア周波数を高周波化することが困難なものとなっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、キャリア周波数の高周波化に起因した誘導機器の温度上昇を抑制することができる電子機器を提供することにある。

上記課題を解決する電子機器は、コアと、前記コアに捲回されるコイルとを有する誘導機器と、前記コイルに電気的に接続されるスイッチング素子と、を備える電子機器であって、前記コアは、第１コアと第２コアとを有し、前記第１コアは、平板部と、前記コイルが捲回され前記平板部から前記第２コアに向かって延びる複数の脚部とを有し、前記第２コアは、平板部と、前記コイルが捲回され前記平板部から前記第１コアに向かって延びる複数の脚部とを有し、前記第１コア及び第２コアは、前記第１コアの前記脚部における延設方向の先端面と前記第２コアの前記脚部における延設方向の先端面とがそれぞれ互いに対面するように配置され、前記スイッチング素子は、高周波化されたキャリア周波数を用いてスイッチング動作され、前記第１コアの前記平板部及び前記第２コアの前記平板部の少なくとも一方は、冷却器と面接触されている。

誘導機器の小型化を図るために、キャリア周波数を高周波化すると、コアの鉄損が大きくなって、コアの鉄損に起因した発熱が生じる。しかし、冷却器によってコアを効率良く冷却することができるため、キャリア周波数の高周波化に起因した誘導機器の温度上昇を抑制することができる。なお、「高周波」とは１０ｋＨｚ以上のキャリア周波数のことを言う。

上記電子機器において、前記冷却器は、第１プレートと該第１プレートに対向する第２プレートとの間に冷媒流路を有しており、前記冷却器の前記第１プレートは、前記第１コアの前記平板部及び前記第２コアの前記平板部の少なくとも一方と面接触され、前記冷却器の前記第２プレートには、前記スイッチング素子が基板を介して搭載されていることが好ましい。
これによれば、高周波化することで発熱するスイッチング素子を、冷却器によって冷却することができる。

上記電子機器において、前記冷却器が、前記コアを挟んだ前記コアの両側に一対備えられていることが好ましい。
これによれば、コアをさらに効率良く冷却することができ、誘導機器の温度上昇をさらに抑制し易くすることができる。

上記電子機器において、一対の前記冷却器によって挟まれる空間に前記誘導機器の全体が配置されており、前記コイルと前記冷却器との間に樹脂が介在されていることが好ましい。
これによれば、コイルからの熱が樹脂を介して冷却器へ放熱されるため、コイルを効率良く冷却することができる。その結果、誘導機器の温度上昇をさらに抑制し易くすることができる。
上記電子機器において、前記コイルは、導電板をエッジワイズ曲げして形成されていることが好ましい。

この発明によれば、キャリア周波数の高周波化に起因した誘導機器の温度上昇を抑制することができる。

実施形態におけるリアクトル装置の縦断面図。別の実施形態におけるリアクトル装置の縦断面図。

以下、電子機器を車載用のリアクトル装置に具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、リアクトル装置１０は、コアとしての第１コア２１及び第２コア２２と、コイルとしての第１コイル３１及び第２コイル３２とを有する誘導機器１１を備えている。第１コア２１及び第２コア２２はＵ型コアである。第１コア２１及び第２コア２２は磁性体であるとともに、圧粉磁芯により形成されている。

第１コア２１は、略矩形平板状をなす平板部２１ａと、平板部２１ａの長手方向の一端から第２コア２２に向かって延びる円柱状の第１脚部２１ｂと、平板部２１ａの長手方向の他端から第２コア２２に向かって延びる円柱状の第２脚部２１ｃとから形成されている。

第２コア２２は、略矩形平板状をなす平板部２２ａと、平板部２２ａの長手方向の一端から第１コア２１に向かって延びる円柱状の第１脚部２２ｂと、平板部２２ａの長手方向の他端から第１コア２１に向かって延びる円柱状の第２脚部２２ｃとから形成されている。

第１コア２１及び第２コア２２は同一形状である。そして、第１コア２１及び第２コア２２は、各第１脚部２１ｂ，２２ｂにおける延設方向の先端面、及び各第２脚部２１ｃ，２２ｃにおける延設方向の先端面がそれぞれ互いに対面するように配置されている。

各第１脚部２１ｂ，２２ｂの先端面、及び各第２脚部２１ｃ，２２ｃの先端面の間には、ギャップ板１３がそれぞれ介在されている。各ギャップ板１３は非磁性体（例えばセラミック）であるとともに、各第１脚部２１ｂ，２２ｂ及び各第２脚部２１ｃ，２２ｃと同じ外径である円板状に形成されている。各ギャップ板１３は、各第１脚部２１ｂ，２２ｂの先端面、及び各第２脚部２１ｃ，２２ｃの先端面の間でギャップを形成している。

第１コア２１には第１ボビン４１が装着されるとともに、第２コア２２には第２ボビン４２が装着されている。第１ボビン４１及び第２ボビン４２は樹脂製である。本実施形態では、第１ボビン４１及び第２ボビン４２は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）により形成されている。

第１ボビン４１は、平板状をなす平板部４１ａと、平板部４１ａから突出するとともに内部に第１コア２１の第１脚部２１ｂが挿入される円筒状の第１筒状部４１ｂと、平板部４１ａから突出するとともに内部に第１コア２１の第２脚部２１ｃが挿入される円筒状の第２筒状部４１ｃとを有する。

第２ボビン４２は、平板状をなす平板部４２ａと、平板部４２ａから突出するとともに内部に第２コア２２の第１脚部２２ｂが挿入される円筒状の第１筒状部４２ｂと、平板部４２ａから突出するとともに内部に第２コア２２の第２脚部２２ｃが挿入される円筒状の第２筒状部４２ｃとから形成されている。

第１ボビン４１及び第２ボビン４２は、各第１筒状部４１ｂ，４２ｂにおける突出方向の先端部、及び各第２筒状部４１ｃ，４２ｃにおける突出方向の先端部がそれぞれ互いに対向するように配置されている。

第１コイル３１は円環状であるとともに、各第１筒状部４１ｂ，４２ｂを介して各第１脚部２１ｂ，２２ｂ周りに捲回されている。第２コイル３２は円環状であるとともに、各第２筒状部４１ｃ，４２ｃを介して各第２脚部２１ｃ，２２ｃ周りに捲回されている。なお、本実施形態では、第１コイル３１及び第２コイル３２は、一本の導電板をエッジワイズ曲げして形成され、その先端部同士が連結部３３にて連結されている。連結部３３は、第１脚部２１ｂ，２２ｂに捲回された第１コイル３１と、第２脚部２１ｃ，２２ｃに捲回された第２コイル３２とが径方向に隣り合って形成される隙間に設けられている。また、第１コイル３１及び第２コイル３２の捲回方向はそれぞれ異なっている。なお、連結部３３で連結されていない構成、すなわち、一本の導電板をエッジワイズ曲げして第１コイル３１及び第２コイル３２を一体形成したものでもよい。

リアクトル装置１０は一対の冷却器５１，５２を備える。一方の冷却器５１は、第１コア２１と熱的に結合されている。他方の冷却器５２は、第２コア２２と熱的に結合されている。

各冷却器５１，５２は、扁平であるとともに四角箱状の本体部５１ａ，５２ａを有する。本体部５１ａ，５２ａはアルミニウム製である。本体部５１ａ，５２ａは、第１プレート５１ｂ，５２ｂと、第２プレート５１ｃ，５２ｃと、波板状のインナーフィン５１ｄ，５２ｄとを有している。本体部５１ａ，５２ａは、第１プレート５１ｂ，５２ｂと第２プレート５１ｃ，５２ｃとの間でインナーフィン５１ｄ，５２ｄがろう付けされるとともに、第１プレート５１ｂ，５２ｂの外周縁部と第２プレート５１ｃ，５２ｃの外周縁部とがろう付けされることで構成されている。そして、第１プレート５１ｂ，５２ｂ、第２プレート５１ｃ，５２ｃ及びインナーフィン５１ｄ，５２ｄによって、本体部５１ａ，５２ａの内部に冷媒としての冷却水が流れる冷媒流路５１ｅ，５２ｅが形成されている。

一方の冷却器５１の第１プレート５１ｂは、図示しない放熱グリースを介して第１コア２１の平板部２１ａにおける第２コア２２とは反対側に面接触した状態で密着している。他方の冷却器５２の第２プレート５２ｃは、図示しない放熱グリースを介して第２コア２２の平板部２２ａにおける第１コア２１とは反対側に面接触した状態で密着している。よって、本実施形態において、リアクトル装置１０は、冷却器５１，５２を、第１コア２１及び第２コア２２を挟んだ第１コア２１及び第２コア２２の両側に一対備える。

一方の冷却器５１の第２プレート５１ｃには、基板５３ａを介してスイッチング素子５３（例えばＩＧＢＴ）が搭載されている。よって、一方の冷却器５１は、スイッチング素子５３と熱的に結合されている。スイッチング素子５３は、第１コイル３１及び第２コイル３２に電気的に接続されている。さらに、一方の冷却器５１の第２プレート５１ｃには、スイッチング素子５３に電気的に接続される制御基板５４が搭載されている。制御基板５４は、スイッチング素子５３のスイッチング動作を制御する。そして、本実施形態では、制御基板５４は、高周波化されたキャリア周波数（例えば１０ｋＨｚ以上のキャリア周波数）を用いてスイッチング素子５３のスイッチング動作の制御を行う。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態において、リアクトル装置１０は、誘導機器１１の小型化を図るために、スイッチング素子５３のスイッチング動作を行うキャリア周波数を高周波化している。すると、第１コア２１及び第２コア２２の電気抵抗率が小さいため、キャリア周波数を高周波化することにより、第１コア２１及び第２コア２２の鉄損が大きくなってしまい、第１コア２１及び第２コア２２の鉄損に起因した発熱が生じる。

そこで、本実施形態では、第１コア２１は一方の冷却器５１に熱的に結合されるとともに、第２コア２２は他方の冷却器５２に熱的に結合されている。これによれば、一方の冷却器５１の冷媒流路５１ｅを流れる冷却水によって第１コア２１が効率良く冷却されるとともに、他方の冷却器５２の冷媒流路５２ｅを流れる冷却水によって第２コア２２が効率良く冷却される。

また、スイッチング素子５３は、高周波化することにより発熱量が増大するが、一方の冷却器５１の冷媒流路５１ｅを流れる冷却水によって冷却されるため、スイッチング素子５３の温度上昇が抑制される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）スイッチング素子５３は、高周波化されたキャリア周波数を用いてスイッチング動作される。第１コア２１は一方の冷却器５１に熱的に結合されるとともに、第２コア２２は他方の冷却器５２に熱的に結合されている。これによれば、一方の冷却器５１によって第１コア２１を効率良く冷却することができるとともに、他方の冷却器５２によって第２コア２２を効率良く冷却することができる。その結果、キャリア周波数の高周波化に起因した誘導機器１１の温度上昇を抑制することができる。

（２）一方の冷却器５１は、スイッチング素子５３と熱的に結合されている。これによれば、高周波化することで発熱するスイッチング素子５３を、一方の冷却器５１によって冷却することができる。

（３）リアクトル装置１０は、冷却器５１，５２を、第１コア２１及び第２コア２２を挟んだ第１コア２１及び第２コア２２の両側に一対備える。これによれば、第１コア２１及び第２コア２２をさらに効率良く冷却することができ、誘導機器１１の温度上昇をさらに抑制し易くすることができる。

（４）一方の冷却器５１の第１プレート５１ｂは、第１コア２１の平板部２１ａにおける第２コア２２とは反対側に面接触している。他方の冷却器５２の第２プレート５２ｃは、第２コア２２の平板部２２ａにおける第１コア２１とは反対側に面接触している。これによれば、第１コア２１及び第２コア２２の温度分布を均一化し易くすることができる。その結果、第１コア２１及び第２コア２２における局所的な渦電流損の増加を抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図２に示すように、第１コイル３１と冷却器５１，５２との間、及び第２コイル３２と冷却器５１，５２との間に樹脂５５が介在されていてもよい。樹脂５５は、例えば、ガラスフィラー入りのポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）や、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）等の熱可塑性樹脂である。また、樹脂５５は、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。これによれば、第１コイル３１及び第２コイル３２からの熱が樹脂５５を介して冷却器５１，５２へ放熱されるため、第１コイル３１及び第２コイル３２を効率良く冷却することができる。その結果、誘導機器１１の温度上昇をさらに抑制し易くすることができる。

○ 実施形態において、一方の冷却器５１の第１プレート５１ｂは、第１コア２１の平板部２１ａにおける第２コア２２とは反対側に、少なくとも一部が接触していればよく、互いに面接触している必要はない。

○ 実施形態において、他方の冷却器５２の第２プレート５２ｃは、第２コア２２の平板部２２ａにおける第１コア２１とは反対側に、少なくとも一部が接触していればよく、互いに面接触している必要はない。

○ 実施形態において、一対の冷却器５１，５２のどちらかを削除してもよい。
○ 実施形態において、他方の冷却器５２にスイッチング素子５３が搭載されていてもよい。

○ 実施形態において、スイッチング素子５３が冷却器５１，５２と熱的に結合されていなくてもよい。
○ 実施形態において、インナーフィン５１ｄ，５２ｄの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、ピンフィンであってもよい。

○ 実施形態において、冷却器５１，５２が空冷式であってもよい。このように構成した場合、冷媒流路５１ｅ，５２ｅには、冷媒としての空気などの冷却用気体が流れることになる。

○ 実施形態において、冷却器５１，５２がアルミダイカスト製であってもよい。
○ 実施形態において、第１コア２１及び第２コア２２は同一形状でなくてもよい。
○ 実施形態において、誘導機器１１は、一つのコアに第１コイル３１及び第２コイル３２が捲回されているものであってもよい。

○ 実施形態において、誘導機器１１は、三つ以上のコアを有していてもよい。
○ 実施形態において、誘導機器１１は、三つ以上のコイルを有していてもよい。
○ 実施形態において、第１コイル３１及び第２コイル３２は、丸線を捲回したものであってもよい。

○ 実施形態において、スイッチング素子５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。
○ 実施形態において、スイッチング素子５３は、制御基板５４に実装されていてもよい。

○ 実施形態において、制御基板５４は、一方の冷却器５１の第２プレート５１ｃに搭載されずに、例えば、筐体等の別の部材に固定されていてもよい。
○ 実施形態において、誘導機器１１を、リアクトル以外（例えばトランス）に適用してもよい。

○ 実施形態において、リアクトル装置１０は、車載用以外のものであってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記コアと前記冷却器とが面接触している。

１０…電子機器としてのリアクトル装置、１１…誘導機器、２１…コアとしての第１コア、２２…コアとしての第２コア、３１…コイルとしての第１コイル、３２…コイルとしての第２コイル、５１，５２…冷却器、５３…スイッチング素子、５５…樹脂。

Claims

コアと、前記コアに捲回されるコイルとを有する誘導機器と、
前記コイルに電気的に接続されるスイッチング素子と、を備える電子機器であって、
前記コアは、第１コアと第２コアとを有し、
前記第１コアは、平板部と、前記コイルが捲回され前記平板部から前記第２コアに向かって延びる複数の脚部とを有し、
前記第２コアは、平板部と、前記コイルが捲回され前記平板部から前記第１コアに向かって延びる複数の脚部とを有し、
前記第１コア及び第２コアは、前記第１コアの前記脚部における延設方向の先端面と前記第２コアの前記脚部における延設方向の先端面とがそれぞれ互いに対面するように配置され、
前記スイッチング素子は、高周波化されたキャリア周波数を用いてスイッチング動作され、
前記第１コアの前記平板部及び前記第２コアの前記平板部の少なくとも一方は、冷却器と面接触されていることを特徴とする電子機器。
前記冷却器は、第１プレートと該第１プレートに対向する第２プレートとの間に冷媒流路を有しており、前記冷却器の前記第１プレートは、前記第１コアの前記平板部及び前記第２コアの前記平板部の少なくとも一方と面接触され、前記冷却器の前記第２プレートには、前記スイッチング素子が基板を介して搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記冷却器が、前記コアを挟んだ前記コアの両側に一対備えられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
一対の前記冷却器によって挟まれる空間に前記誘導機器の全体が配置されており、
前記コイルと前記冷却器との間に樹脂が介在されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電子機器。
前記コイルは、導電板をエッジワイズ曲げして形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電子機器。