JP6160605B2 - リアクトル - Google Patents

Description

本明細書では、リアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定したリアクトルを開示する。

特許文献１に、コアの周囲にボビンを被せ、ボビンの周囲にコイルを巻くことによってリアクトル本体を構成する技術が開示されている。このリアクトル本体は、動作すると発熱する。特許文献１では、リアクトル本体を放熱板に固定した装置を開示している。特許文献１では、リアクトル本体から放熱板までの熱抵抗を下げるために、両者の間に伝熱シースを介在させる。本明細書では、リアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定した装置をリアクトルという。

伝熱シートは、リアクトル本体と放熱板の双方に密着する必要があり、柔軟性を必要とする。リアクトル本体は、動作して発熱し、動作を終了して冷却される現象を繰り返すことから、伝熱シートも、加熱と冷却のサイクルに晒される。伝熱シートは柔軟であることから、熱膨張係数が大きい。熱膨張係数が大きい伝熱シートが熱サイクルに晒されために、伝熱シートは、拡大と収縮のサイクルを繰り返す。熱サイクルに伴って、伝熱シートを挟みつけているリアクトル本体と放熱板も拡大と収縮のサイクルを繰り返すことから、これもまた伝熱シートの拡大と縮小の幅を大きくする。伝熱シートには、拡大と縮小のサイクルに抗してリアクトル本体と放熱板の双方に密着し続けなければならない。

特許文献１では、伝熱シートの端縁を放熱板に設けた窪みの側面に当接させることによって伝熱シートの拡大を防止する。その側面を拡大規制壁とする。特許文献１では、矩形の伝熱シートを矩形の窪みに収容し、伝熱シートの四周において端縁が全長に亘って拡大規制壁に当接する構造を採用している。

特開２０１３−１１８２０８号公報

伝熱シートの四周の全てで端縁の全長を規制壁に当接させると、伝熱シートの寿命が延びる。ただしリアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定する作業が難しくなる。伝熱シートの四周の全てで規制されていると、伝熱シートにしわが寄ったり、局所的に引き伸ばされたりといった現象が生じてしまい、柔軟な伝熱シートにリアクトル本体を均一な接触圧で密着させることが難しい。

本明細書で開示する技術は、伝熱シートに加わる拡大時と収縮時の差（変形幅という）が伝熱シートの方向によって変化する現象を利用する。リアクトル本体が伝熱シートに当接する面には、コイル線が伸長している方向（第１方向という）と、コイルの軸線方向（第２方向）が存在する。観察の結果、伝熱シートの拡大を規制しない場合、伝熱シートの第１方向の変化幅が大きいのに対し、伝熱シートの第２方向の変化幅が小さいことが判明した。本明細書で開示する技術は、伝熱シートの寿命を延すためには、変化幅が大きい方向への拡大を規制するのが有効であることを利用する。変化幅が小さい方向への拡大を規制しなくても必要な寿命を確保できることが判明した。さらに本明細書で開示する技術は、変化幅が小さい方向への拡大を許容すると、リアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定する作業が容易化されることを利用する。

本明細書で開示するリアクトルは、上記に基づいて開発された。以下では、リアクトル本体の伝熱シートに当接する面におけるコイル線の伸長方向を第１方向とし、コイルの軸線方向を第２方向とする。本明細書で開示するリアクトルでは、伝熱シートの第１方向における両端縁に当接して伝熱シートの第１方向への拡大を規制する規制壁が放熱板に形成されている。その一方において、伝熱シートの第２方向への拡大が許容される。

伝熱シートの拡大を規制しない場合、第１方向への変化幅が大きく、第２方向への変化幅が小さい。上記のリアトルでは、変化幅が大きい第１方向では、放熱板に形成されている規制壁によって伝熱シートの拡大が規制される。伝熱シートの寿命が長期化される。その一方において、伝熱シートは第２方向へ拡大できる。拡大が許容されることによってリアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定する作業が容易化される。

第２方向への拡大を許容するという場合、後記する図１に例示するように、第２方向には規制壁を設けない場合と、図４に例示するように、第２方向における両端縁の一部に当接する規制壁を設けて、当接部以外での拡大を許容する場合が含まれる。また第１方向への拡大を規制するという場合、図１に例示するように、第１方向における両端縁の全長に亘って当接する規制壁を設ける場合と、図６に例示するように規制壁の一部に非当接部を設ける場合が含まれる。第１方向の規制壁と第２方向の規制壁を設ける場合、「規制壁に当接する伝熱シートの端縁距離／伝熱シートの端縁の全長」の比が、第１方向への拡大を規制する規制壁で大きく、第２方向への拡大を規制する規制壁で小さければ、伝熱シートの第１方向への拡大が規制され、第２方向への拡大が許容されるということができる。図１は、第１方向規制壁での前記比が１００％であり、第２方向規制壁での前記比が０％である実施例を例示している。

第１実施例のリアクトルの分解斜視図である。 図１のリアクトルを図１のＩＩ−ＩＩ線でカットした断面図である。 図１のリアクトルを図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線でカットした断面図である。 第２実施例のリアクトルの分解斜視図である。 図４のリアクトルを図４のＶ−Ｖ線でカットした断面図である。 第３実施例のリアクトルの分解斜視図である。

以下に説明する実施例の特徴を最初に説明する。
（特徴１）第１方向における端縁の全長に亘って当接する規制壁が形成されている。
（特徴２）第１方向における端縁の一部に当接する規制壁が形成されている。規制壁に当接する伝熱シートの端縁距離＞規制壁に当接しない伝熱シートの端縁距離である。
（特徴３）第２方向における端縁に当接する規制壁が形成されていない。
（特徴４）第２方向における端縁の一部に当接する規制壁が形成されている。規制壁に当接する伝熱シートの端縁距離＜規制壁に当接しない伝熱シートの端縁距離である。
（特徴５）リアクトル本体の外表面のうちの伝熱シートに当接する面以外は、樹脂モールドで覆われている。伝熱シートに当接する面にはコイルが露出している。
（特徴６）伝熱シートは絶縁性である。
（特徴７）伝熱シートはシリコン樹脂製であり、柔軟である。

（第１実施例）
第１実施例のリアクトルは、モータで走行する自動車において、バッテリの電圧を変換するコンバータに用いられる。リアクトルには大電流が流れるので、内部抵抗の小さい平角線でコイルが形成されている。リアクトルの発熱量が大きいので放熱板を備えている。

図１は、リアクトル１０の分解斜視図である。リアクトル１０は、リアクトル本体１を備えている。リアクトル本体１は、高さ方向から見たときに陸上競技場のトラックの形状をしているコア４（図２，３参照）と、コア４の周囲を覆っているボビン９と、ボビン９の周りに巻かれたコイル３と、コア４とボビン９とコイル３を覆っている樹脂モールド１６を備えている。図２と図３に示すように、リアクトル本体１の下面は樹脂モールド１６で覆われておらず、コイル３が露出している。露出しているコイル３の下面が伝熱シート４０を介して放熱板２０の上面に向かいあう。放熱板２０の下面は、気体（例えば空気）または液体（例えば冷却液）の放熱媒体に晒される。図２では、コア４のうちの一対の直線部４ａ，４ｂと、ボビン９のうちの一対の筒部９ａ，９ｂと、筒部９ａの周りに巻かれているコイル３ａと、筒部９ｂの周りに巻かれているコイル３ｂを示す。コイル３ａとコイル３ｂは直列に接続され、実質的に一個のコイル３を構成する。図１の参照番号１３ａ，１３ｂは、コイル３の一対のリード端部を示している。以下の説明において、コイル３ａ，３ｂに共通する事象については添え字を省略する。他の参照番号についても同様である。

図２と図３に示すように、リアクトル本体１の下面近傍には樹脂モールド１６が形成されていない。リアクトル本体１の下面には、コイル３ａ、３ｂの下面が露出している。露出面において、コイル線は図１と図２に示す第１方向に伸長している。コイル３ａ，３ｂの軸は、図１と図３に示す第２方向に伸びている。

図１に示すように、樹脂モールド１６には、３個の取り付け部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）が形成されている。取り付け部５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ、孔６ａ、６ｂ、６ｃを有する。

放熱板２０は、リアクトル本体１を冷却する冷却器であり、熱伝導性が高い金属材料からなる。放熱板２０は、底板２２と側板２４ａ，２４ｂとを備えている。側板２４ａ，２４ｂは、底板２２の第２方向における両端縁に沿って設けられている。一方の側板２４ａの上面には１個の開口２５ａが設けられ、他方の側板２４ｂの上面には、開口２５ｂ、２５ｃが設けられている。リアクトル本体１を放熱板２０に載置した際に、開口２５ａが孔６ａに対応し、開口２５ｂが孔６ｂに対応し、開口２５ｃが孔６ｃに対応する位置関係となっている。

２個の矩形の伝熱シート４０ａ、４０ｂが、底板２２の上面に配置されている。伝熱シート４０ａ、４０ｂの第２方向の長さは、コイル３の第２方向の長さに略等しい。伝熱シート４０ａ、４０ｂの第１方向の長さは、コイル３の第１方向の長さに略等しい。リアクトル本体１を放熱板２０に載置した際に、伝熱シート４０ａはコイル３ａと放熱板２０の間に介在し、伝熱シート４０ｂはコイル３ｂと放熱板２０の間に介在する。

放熱板２０に、３個の規制壁２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられている。３個の規制壁２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、第１方向における伝熱シート４０ａ、４０ｂの両端縁に沿う位置に形成されている。規制壁２６ｂは、伝熱シート４０ａ、４０ｂの中間に位置し、伝熱シート４０ａ，４０ｂの中央寄りの端縁に当接する。規制壁２６ａは、伝熱シート４０ａの外側の端縁に当接する。規制壁２６ｃは、伝熱シート４０ｂの外側の端縁に当接する。規制壁２６ａ，２６ｂ，２６ｃの長さは、伝熱シート４０の第２方向の長さに略等しい。規制壁２６ａ，２６ｂは、伝熱シート４０ａの第１方向における両端縁の全長に亘って当接して伝熱シート４０ａが第１方向へ拡大するのを規制する。規制壁２６ｂ，２６ｃは、伝熱シート４０ｂの第１方向における両端縁の全長に亘って当接して伝熱シート４０ｂが第１方向へ拡大するのを規制する。

図１と図３に示すように、リアクトル本体１と規制壁２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々の上面との間に、伝熱シート４１ａ，４１ｂ，４１ｃが挟まれている。樹脂モールド１６は、３個の伝熱シート４１に押し付けられている。リアクトル本体１で発生する熱は、伝熱シート４０、４１を介して、放熱板２０に放出される。

孔６ａ、６ｂ、６ｃから開口２５ａ、２５ｂ、２５ｃにねじ７ａ，７ｂ，７ｃがねじ込まれることによって、リアクトル本体１が伝熱シート４０，４１を介して放熱板２０に取り付けられる。樹脂モールド１６から突出しているコイル３ａは伝熱シート４０ａを押しつぶしながら伝熱シート４０ａに密着し、コイル３ｂは伝熱シート４０ｂを押しつぶしながら伝熱シート４０ｂに密着している。

伝熱シート４０は、コイル３に押圧されることにより、第１方向と第２方向に拡大しようする。第１方向では、伝熱シート４０の端縁が規制壁２６に接する。これにより、伝熱シート４０は第１方向へは拡大できない。仮に、放熱板２０に規制壁２６が設けられていないとすると、リアクトル本体１に熱サイクルが加わったときに、伝熱シート４０は第１方向に大きく拡大して大きく収縮する。この変形によって伝熱シート４０が劣化し、伝熱シート４０の寿命が短くなる。本実施例では、第１方向では、伝熱シート４０の両端縁が規制壁２６に当接しているために変形が規制されている。これによって伝熱シート４０の寿命が引き伸ばされる。その一方において、伝熱シート４０は第２方向へ拡大することができる。伝熱シート４０が第２方向へ拡大可能であると、リアクトル本体１を伝熱シート４０を介して放熱板２０に固定する作業が容易化される。伝熱シート４０は第２方向へ拡大することができるために、リアクトル本体１に熱サイクルが加わったときに、伝熱シート４０は第２方向に拡大して収縮する。しかしながら、この変形量は小さく、その変形によって伝熱シート４０の寿命が敏感に短くなることはない。

（第２実施例）
第１実施例と異なる点を中心に説明する。図４は、第２実施例のリアクトル１０の分解斜視図である。第２実施例の放熱板２０は、規制壁２６ａ，２６ｂ，２６ｃに加えて、４個の規制壁２９が設けられている。４個の規制壁２９は、放熱板２０に形成されている。４個の規制壁２９は、第２方向における伝熱シート４０ａ、４０ｂの両端縁に沿う位置に設けられている。各規制壁２９は、両端に２個の切欠２７を有している。即ち、各規制壁２９の長さは、伝熱シート４０の第１方向の長さよりも短くなっている。リアクトル本体１が放熱板２０に取り付けられると、規制壁２９が存在する位置では、伝熱シート４０の第２方向への拡大が規制される。一方において、切欠２７が占める位置では、伝熱シート４０が切欠２７内に拡大できるために、伝熱シート４０の第２方向への拡大は許容されている。

第２実施例では、第１実施例とは異なり、伝熱シート４０の第２方向への拡大をある程度規制している。従って、リアクトル本体１を伝熱シート４０を介して放熱板２０に取り付ける際に必要な加圧量は、第１実施例と比較して大きくなる。しかしながら、伝熱シート４０の耐久性を第１実施例と比較してより向上させることができる。この実施例では、第１方向への拡大を規制する規制壁２６については、「規制壁２６に当接する伝熱シート４０の端縁距離／伝熱シート４０の端縁の全長」の比が１００％であり、第２方向への拡大を規制する規制壁２９については、「規制壁２９に当接する伝熱シート４０の端縁距離／伝熱シート４０の端縁の全長」の比が「規制壁２９の長さ／（規制壁２９の長さ＋切欠２７の長さの２倍）」であり、前者＞後者の関係になっている。

（第３実施例）第１実施例と異なる点を中心に説明する。図６は、第３実施例のリアクトル１０の分解斜視図である。第３実施例の各規制壁２６は、中央に切欠２８を有している。以下では、切欠２８を挟んだ物理的に２個の規制壁２６を１個の規制壁２６として考える。各規制壁２６の長さ（即ち、上記の物理的に２個の規制壁２６を足し合わせた長さ）は、伝熱シート４０の第２方向の長さよりも短くなっている。リアクトル本体１が放熱板２０に取り付けられると、規制壁２６が存在する位置では、伝熱シート４０の第１方向への拡大が規制される。一方において、切欠２８が占める位置では、伝熱シート４０が切欠２８内に拡大できるために、伝熱シート４０の第１方向への拡大は許容されている。

第３実施例では、第１実施例とは異なり、伝熱シート４０の第１方向への拡大をある程度許容している。従って、伝熱シート４０の耐久性は、第１実施例と比較して低くなる。しかしながら、リアクトル本体１を伝熱シート４０を介して放熱板２０に取り付ける際に必要な加圧量は、第１実施例と比較して小さくすることができる。この実施例では、第１方向への拡大を規制する規制壁２６について、「規制壁２６に当接する伝熱シート４０の端縁距離／伝熱シート４０の端縁の全長」の比が「規制壁２６の長さ／（規制壁２６の長さ＋切欠２８の長さ）」であり、第２方向への拡大は規制されていない。

第１実施例において、伝熱シート４０と規制壁２６との間に溜まった空気を抜くための切欠が規制壁２６に設けられていてもよい。当該切欠は十分に短いため、リアクトル本体１が放熱板２０に取り付けられても、伝熱シート４０の拡大した部位は当該切欠に入り込まない。この場合では、第１方向への拡大を規制する規制壁２６について、「規制壁２６に当接する伝熱シート４０の端縁距離／伝熱シート４０の端縁の全長」の比が１００％であるも同然である。

第２実施例の規制壁２６は切欠２７を有するが、これに代えて、例えば、孔を有していてもよい。即ち、伝熱シート４０の第２方向への拡大を許容する手段は切欠に限らない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、本明細書又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、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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。

１：リアクトル本体
３、３ａ、３ｂ：コイル
４：コア
４ａ、４ｂ：直線部
５、５ａ、５ｂ、５ｃ：取り付け部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ：孔
９：ボビン
９ａ、９ｂ：筒部
１０：リアクトル
１３：リード部
１６：樹脂モールド
２０：放熱板
２２：底板
２４ａ、２４ｂ：側板
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：開口
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２９：規制壁
２７、２８：切欠
４０、４０ａ、４０ｂ、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２：伝熱シート

Claims (1)

1. リアクトル本体を伝熱シートを介して放熱板に固定したリアクトルであり、
   前記リアクトル本体の前記伝熱シートに当接する面におけるコイル線の伸長方向を第１方向とし、コイルの軸線方向を第２方向としたときに、前記伝熱シートの前記第１方向における両端縁に当接して前記伝熱シートの前記第１方向への拡大を規制する規制壁と、前記第２方向への拡大を規制する規制壁と、が前記放熱板に形成されており、
   「規制壁に当接する伝熱シートの端縁距離／伝熱シートの端縁の全長」の比が、前記第１方向への拡大を規制する規制壁で大きく、前記第２方向への拡大を規制する規制壁で小さく、
   前記伝熱シートの前記第２方向への拡大が許容されることを特徴とするリアクトル。

Images