(57)【要約】【課題】コアの周りに平角線を用いたコイルが巻回されたリアクトル本体と、底板を有するケースと、リアクトル本体のコイルとケースの底板の間に配置される放熱シートと、を備えたリアクトル装置において、少ない組み付け荷重でもって、十分な伝熱性（放熱性）が得られ、放熱シートにクリープ変形が生じるのも回避できるようにする。【解決手段】コア２ａ、２ｂの周りに平角線１０を用いたコイル３０が巻回されたリアクトル本体５０と、底板６１を有するケース６０と、リアクトル本体５０のコイル３０とケース６０の底板６１の間に配置される放熱シート２０と、を備えたリアクトル装置１００において、コイル３０は、平角線１０の幅狭面１１側が巻回方向に対向するように折り曲げて巻回されており、コイル３０における平角線１０の幅広面１２側が放熱シート２０に当接するようにされている。【選択図】図１
2020013930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周りに平角線を用いたコイルが巻回されたリアクトル本体と、
底板を有するケースと、
前記リアクトル本体の前記コイルと前記ケースの底板の間に配置される放熱シートと、
を備えたリアクトル装置であって、
前記コイルは、前記平角線の幅狭面側が巻回方向に対向するように折り曲げて巻回されており、前記コイルの前記平角線の幅広面側が前記放熱シートに当接している、
ことを特徴とするリアクトル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリアクトル装置にかかり、特に、リアクトル本体の放熱性を向上させるための放熱シートを備えたリアクトル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品のひとつとしてリアクトルがある。一般に、リアクトルはコアにコイルを巻回した構造を備えている。図１０は、リアクトルの一例であり、ここでは、リアクトル１は、磁心となる一対のＵ字状のコア２ａ、２ｂを備え、コア２ａ、２ｂの対向する脚部の周囲に、コイル３が巻回されている。通常、コア２ａ、２ｂの対向する脚部の間には、非磁性のギャップが介装されている。
【０００３】
コイル３の材料としては、銅の平角線が広く用いられる。リアクトルは、作動時に銅線の電気抵抗によって発熱する。この発熱に対する対策として、コイルを放熱シートに当接させ、放熱シートを介してコイルの放熱を行うようにしたリアクトル装置が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のリアクトル装置は、コアの周りに平角線を用いたコイルが巻回されたリアクトル本体と、コイルの熱を放熱する冷却板とを備え、コイルと冷却板との間に、放熱シート（伝熱シート）を介在させ、放熱シートを介してコイルの熱を冷却板に放熱（伝熱）するようになっている。
【０００４】
リアクトルにおいて、コアに対して平角線を巻回してコイルとする態様は、特許文献１に記載のリアクトルのように、リアクトル性能の体積効率を高めるために、平角線の幅広面がコイルの巻回方向に対向するように折り曲げていく態様（エッジワイズ曲げ）が一般的である。平角線の幅狭面が巻回方向に対向するように折り曲げていく態様（フラットワイズ曲げ）でコイルを形成することも提案されている。特許文献２には、平角線をフラットワイズ曲げによってコイルを形成するようにしたリアクトル装置が記載されている。そこでは、エッジワイズ曲げと同等の体積効率を得るために、平角線をフラットワイズ曲げによって厚み方向に複数回密接して重ね巻きし、重ね巻きした断面寸法において幅寸法に対し巻高さ寸法が大きくなるようにしている。特許文献２には、リアクトル装置において、コイルの放熱性を確保するために、ケースとコイルとの間に放熱シートを配置することについては、特に記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７７３３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のように、リアクトル本体に備えられたコイルが放熱シートに接触している形態のリアクトル装置において、当該コイルが平角線の幅広側がコイルの巻回方向に対向するように折り曲げられている（エッジワイズ曲げ）コイルである場合、コイルと放熱シートとの接触面積が小さくなる場合がある。図１１、図１２は、それを説明している。
【０００７】
平角線１０は、図１１（ａ）に示すように、断面長方形であり、比較して幅狭である幅ｔの幅狭面１１と、比較して幅広である幅ｗ（＞幅ｔ）の幅広面１２とを有する。通常、幅狭面１１と幅広面１２との交差部は面取り加工がなされており、図１２にも示すように、幅狭面１１の断面形状はほぼ弧状をなしている。エッジワイズ曲げにより形成されるコイル３は、コア２ａ、２ｂの周囲に、幅狭面１１側がコア２ａ、２ｂの周面に接するようにして、言い換えれば、平角線１０の幅広面１２側がコイル３の巻回方向であるＺ方向で対向（対面）するように折り曲げられて巻き込まれている。
【０００８】
図１２（ａ）は、エッジワイズ曲げによって形成されたコイル３の側面図であり、図１２（ｂ）（ｃ）は、その一部の領域（図１２（ａ）の枠で囲まれた部分）を拡大して示している。コイル３の外周面には平角線１０の幅狭面１１が露出しており、前記のように、幅狭面１１はほぼ弧状をなしている。そのために、図１２（ｂ）に示すように、放熱シート２０とコイル３とを対向させた後、両者を接近させるとき、特に加圧することなく単に両者が当接したままの状態では、両者間に多くの隙間１５が存在し、両者間の接触面積は隙間１５の分だけ小さくなり、十分な伝熱性（放熱性）が得られない。接触面積を大きくして十分な伝熱性（放熱性）を確保するためには、図１２（ｃ）に示すように、一方を他方に向けて前記隙間１５の深さｈだけ互いに圧着（圧接）することが必要となる。そのためには、大きな組み付け荷重を必要とするとともに、放熱シート２０へかかる応力が大きくなるために、放熱シート２０にクリープ変形が生じるのを避けられない。このようなクリープ変形が生じると、経時的に、コイル３と放熱シート２０の密着性が低下し、両者間に隙間（空気層）が発生して、放熱性が低下する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、コアの周りに平角線を用いたコイルが巻回されてなるリアクトル本体と、コイルに当接する放熱シートとを少なくとも備えたリアクトル装置において、上記の課題を解決することのできるリアクトル装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるリアクトル装置は、コアの周りに平角線を用いたコイルが巻回されたリアクトル本体と、底板を有するケースと、前記リアクトル本体の前記コイルと前記ケースの底板の間に配置される放熱シートと、を備えたリアクトル装置であって、前記コイルは、前記平角線の幅狭面側が巻回方向に対向するように折り曲げて巻回されており、前記コイルの前記平角線の幅広面側が前記放熱シートに当接している、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるリアクトル装置では、ケースとコイルとの間に放熱シートを備えたリアクトル装置でありながら、小さな組み付け荷重でもって、コイルと放熱シートの間に大きな接触面積を確保することが可能となり、高い放熱性を確保することができる。また、組み付け荷重が小さいことで、放熱シートにクリープ変形が生じるのも回避することができ、結果、高い放熱性を長期にわたって維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態のリアクトル装置の要部を示す側面図。
【図２】平角線の巻回方向を説明する図。
【図３】コイルと放熱シートの圧接状態を説明する図。
【図４】リアクトル本体を説明する図。
【図５】放熱シートを圧接する部材の表面が平面である場合と凹凸面である場合での荷重の時間変化を知るために行った試験装置の概念図。
【図６】試験で得られた荷重の時間変化を示すグラフ。
【図７】リアクトル本体の他の形態を示す斜視図。
【図８】リアクトル本体のさらに他の形態を示す斜視図。
【図９】リアクトル本体のさらに他の形態を示す斜視図。
【図１０】リアクトル本体の一例を示す平面図。
【図１１】従来のリアクトルでの平角線の巻回方向を説明するための図。
【図１２】従来のリアクトルでのコイルと放熱シートとの圧接状態を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本実施の形態のリアクトル装置１００は、図１に示すように、リアクトル本体５０と、底板６１を有するケース６０と、放熱シート２０とを、基本構成とする。リアクトル本体５０の平面視での形状は、図１０に示したリアクトル１と基本的に同じであってよく、磁心となる一対のＵ字状のコア２ａ、２ｂを備え、コア２ａ、２ｂの対向する脚部の周囲に、コイル３０、３０が巻回されている（図１には、一方のコイル３０のみが示される）。コア２ａ、２ｂの対向する脚部の間には、非磁性のギャップが介装されている。図１は、リアクトル装置１００を側方から見て、すなわち、図１０に、矢印Ａで示した方向から見て、示している。
【００１５】
リアクトル装置１００では、コア２ａ、２ｂの対向する脚部の周囲に形成するコイル３０の形態が、図１０〜図１２に示したリアクトル１の場合と相違する。すなわち、リアクトル１では、コイル３は、平角線１０の幅広面１２側がコイル３の巻回方向であるＺ方向で対向（対面）するように折り曲げられて（エッジワイズ曲げ）形成されているが、リアクトル装置１００でのコイル３０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、同じ断面形状の平角線１０が、幅広面１２側がコア２ａ、２ｂの周面に接するようにして、言い換えれば、平角線１０の幅狭面１１がコイル３０の巻回方向であるＺ方向で対向（対面）するように折り曲げられて（フラットワイズ曲げ）巻き込まれている。また、巻き込み態様は、重ね巻きすることなく１層で巻き込まれている。
【００１６】
リアクトル本体５０は、さらに、コア２ａ、２ｂとコイル３０を固定するための樹脂材料からなるモールド３１を備える。モールド３１は、コア２ａ、２ｂおよびコイル３０の４周の側面および天面を覆うようにして形成されており、底面側にはモールド３１は形成されていない。モールド３１は、周辺下部には、下方に向けて突出する脚部３２が一体成形されている。
【００１７】
リアクトル本体５０は、平面視で矩形状のケース６０内に収容されている。ケース６０は底面６１と立ち上がり壁６２を有する。底面６１は平坦な面であり、リアクトル本体５０をケース６０内に収容した状態で、コア２ａ、２ｂに巻回されたコイル３０の底面とケース６０の底面６１とは互いに平行となるようにされている。好ましくは、ケース６０の底面６１側には、冷却水７０のための流路（不図示）が形成される。ケース６０の底面６１とリアクトル本体５０との間には、前記した放熱シート２０が配置されている。
【００１８】
リアクトル装置１００の組み付けは、次のようにして行う。最初に、ケース６０の底面６１上に放熱シート２０を配置する。配置位置は、ケース６０内にリアクトル本体５０を組み付けたときに、コイル３０が底面６１に対向することとなる位置である。放熱シート２０を配置した後、上方からリアクトル本体５０をケース６０内に落とし込む。
【００１９】
リアクトル本体５０をケース６０内に落とし込んだ状態で、コイル３０の外周面は放熱シート２０の上に乗った姿勢となる。なお、その姿勢で、モールド３１に形成した脚部３２の下端は、ケース６０の底面６１から少し浮いた状態となるように、脚部３２の長さを設定しておく。その後、リアクトル本体５０を、ケース６０の底面６１側に向けて、モールド３１の脚部３２が底面６１に当接するまで押し付け、脚部３２が底面６１に当接した状態で、適宜の手段により、リアクトル本体５０をケース６０に対して固定する。固定手段は任意である。この押し付けるときの荷重が、本明細書でいう組み付け荷重である。
【００２０】
前記したように、リアクトル本体５０では、平角線１０の幅広面１２がコア２ａ、２ｂの周面に接するようにして一層に巻回されてコイル３０が形成されている。そのために、図３（ａ）に示すように、コイル３０では、広い放熱面が確保できるとともに、図１２に示した従来のリアクトル１でのコイル３（平角線１０の幅狭面１１がコア２ａ、２ｂの周面に接するようにして巻回されて形成されている）と比較して、Ｚ方向、すなわち平角線１０の巻回方向での単位長さあたりに存在する凹部１５の数が少なくなる。また、凹部１５の深さも、コイル３の場合と比較して、一般的に浅い。
【００２１】
先に、図１２を参照して説明したように、従来のリアクトル１では、コイル３の冷却面での凹部１５が多数であること、および凹部１５は比較して深いことから、コイル３の表面と放熱シート２０との間での十分な接触面積を確保するために、放熱シート２０の大きな圧縮量（図１２（ｃ）での距離ｈ）が必要となり、高い組み付け荷重を必要としていたが、リアクトル本体５０では、凹部１５の数が比較して少なく、また凹部１５の深さが浅いことから、放熱シート２０の圧縮量（図３でのｈａ）が低減でき、結果、小さい組み付け荷重でもって、広い放熱面積を確保した状態で、ケース６０に対するリアクトル本体５０の組み付けを終えることができる。同時に、放熱シート２０の厚みを薄くすることも可能となる。
【００２２】
また、従来のコイル３では、コア２ａ、２ｂの表面とコイル３の表面との段差が大きく、その段差を収容するために、ケース底面にも所要の段差を形成すること、放熱シート２０もコイル３の表面部とコア２ａ、２ｂの表面部とに分割して配置すること、などが求められていたが、本実施の形態でのリアクトル本体５０では、コア２ａ、２ｂの表面とコイル３０の表面との段差が比較して小さくなることから、ケース６０の底面６１の構成も簡素化することができ、また、放熱シート２０も１枚ものを用いることで、所要の放熱機能を確保することが可能となる。モールド３１の形状も簡素化することができる。
【００２３】
図４に示すように、リアクトル装置１００では、平角線１０の巻回状態の違いから、リアクトル性能の体積効率を確保するために、リアクトル本体５０でのコイル３０は、従来のリアクトル１でのコイル３と比較して、長さＬが長いものとなる。しかし、一方において、コイル３０の高さＨは低いものとなるので、全体としての体格が増加するのは回避できる。
【００２４】
ちなみに、本発明者は、図５に示すように、表面が平坦なＡｌ板１０１と表面が凹凸（Ｒａ＝９．９）であるＡｌ板１０２の上に、放熱シート２０と同じ材質のシート１０３を置き、シート１０３の上にガラス板１０４を配置して、ガラス板１０４を介してシート１０３に荷重を負荷する試験を行った。図５（ａ）は表面が平坦なＡｌ板の場合であり、図５（ｂ）は表面が凹凸あり（Ｒａ＝９．９）の場合である。その結果を、経時的な荷重の変化と共に、図６に示した。
【００２５】
表面が凹凸であるＡｌ板１０２の場合には、シート１０３を表面の凹凸に馴染ませるために、元厚さから８５％の圧縮を必要とし、押圧力もＭａｘ８１３８Ｎを必要としたが、表面が平坦なＡｌ板１０１の場合には、Ｍａｘ４６９３Ｎの荷重で、所要の密着性を得ることができた。このことからも、本実施の形態のリアクトル装置１００において、組み付け荷重の低減が可能なことがわかる。
【００２６】
［他の実施の形態］
上記したリアクトル装置１００では、磁心となるコアとして、一対のＵ字状のコア２ａ、２ｂを示したが、コアの形状はこれに限らず、従来知られている、例えば、図７に示すようなＥ型のコア２ａ、２ｂであってもよく、また、Ｉ型であってもよい。さらに、図４に基づき説明したように、リアクトル装置１００では、リアクトル本体５０は細長いものとなる。それを利用して、例えば、図８に示すように、ＰＣＵケースの隙間に配置するようなＬ字型のリアクトル本体５０ａとすることも可能となる。また、エッジワイズ曲げでは鋭角を持つ形状とすることは困難であるが、フラットワイズ曲げでは曲げやすい方向にコイル３０を作製することが容易である。そのために、断面が正方形あるいは長方形ではなく、図９に示すように、断面が台形型のコイル３０ａを作製することも可能となる。この形態のコイル３０ａでは、長辺側を放熱シート２０と接触するようにしてリアクトル装置を組み立てることで、放熱面積をより大きくすることが可能となり、さらに放熱性能が向上したリアクトル装置を得ることができる。
【００２７】
また、図示しないが、ケース６０の底面６１に放熱シート２０を収容できる凹所を形成することもできる。凹所の深さは、リアクトル本体５０をケース６０に組み付けた後での放熱シート２０の狙い厚さ以下であることが必要である。
【００２８】
さらに、樹脂でモールド３１を形成する場合、モールドする材料は、熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ）であって、引張強度１３０ＭＰａ以上のものが好ましい。絶縁性は、１０ｋＶ／ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１５ｋＶ／ｍｍ以上、最も好ましくは２０ｋＶ／ｍｍ以上である。
【００２９】
以上に説明したリアクトル装置１００では、コイル３０は、平角線１０を径方向に重ね巻きすることなく、径方向は１層の平角線１０で形成されるようにしたが、断面が、幅狭である幅ｔの幅狭面１１と幅広である幅ｗ（＞幅ｔ）の幅広面１２とである平角線１０において、幅Ｗ＞２×幅ｔである平角線を用いる場合には、重ね巻きしたコイルの断面寸法において、幅寸法よりも巻高さ寸法が大きくならないことを条件に、２重以上に重ね巻きしてもよい。その場合、内側に巻かれた平角線の熱を十分に逃がすことができるよう放熱面積を大きくした、例えば図９（ａ）に示した断面が台形型のコイル３０ａのようなコイル形状とすれば、十分に所期の目的は達成可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１００…リアクトル装置、
２ａ、２ｂ…磁心となる一対のＵ字状のコア、
１０…平角線、
１１…平角線の幅狭面、
１２…平角線の幅広面、
２０…放熱シート、
３０…コイル、
３１…樹脂材料からなるモールド、
３２…モールドの脚部、
５０…リアクトル本体、
６０…ケース、
６１…ケースの底板、
６２…ケースの立ち上がり壁、
７０…冷却水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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