(57)【要約】【課題】本明細書は、リアクトルを冷却する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するリアクトル１０は、磁性体のコア２にコイル３を巻回したリアクトル本体５と、リアクトル本体を収容するケース４と、ケース４に備えられており、コイルの巻回軸方向端面３ａ（３ｂ）とその端面から突出しているコア突出部２ａ（２ｂ）の双方に対向する第１冷媒流路７ａ（７ｂ）を備える。このリアクトル１０は、コア２とコイル３の双方に対向する第１冷媒流路７ａ（７ｂ）を備えることで、コアとコイルをともに良く冷却することができる。この技術は、コイルを巻回軸方向から見たときの巻き線の面積が大きい、平角線をエッジワイズ巻きしたコイルを使ったリアクトルに好適である。【選択図】図１
2014027148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体のコアにコイルを巻回したリアクトル本体と、
リアクトル本体を収容するケースと、
ケースに設けられており、コイルの巻回軸方向端面及び前記端面から突出しているコア突出部の双方に対向する第１冷媒流路と、
を備えていることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
ケースが、前記端面と前記コア突出部の双方に接していることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
第１冷媒流路は、コイル両端の夫々においてコイルの巻回軸方向に交差する方向に延びており、
コイルの巻回軸方向に沿って延びており、コイル両端の第１冷媒流路を相互に接続する第２冷媒流路が前記ケースに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のリアクトル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のリアクトルと、
半導体素子を収めた複数の半導体カードと複数の平板型の冷却プレートが交互に積層しており、複数の冷却プレート貫いている第３冷媒流路が設けられている積層ユニットと、
を備えており、
積層ユニットの積層方向に隣接してリアクトルが配置されており、
第１冷媒流路と第３冷媒流路が繋がっていることを特徴とする電圧コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトル、及び、リアクトルを備える電圧コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧コンバータは、主として、リアクトルとスイッチング素子とダイオードの回路を備える。スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦでリアクトルに電気エネルギを蓄えたりその電気エネルギを放出させたりして、入力側の電圧を昇圧あるいは降圧して出力する。リアクトルは、コイルと、コイル内側を通る磁性体のコアで構成される。コイルに蓄えられる電気エネルギの一部は熱となる。それゆえ、例えば電気自動車用の電圧コンバータなど、大電流を扱う電圧コンバータでは、リアクトルを冷却する必要がある。
【０００３】
リアクトルの冷却に関する技術が例えば特許文献１〜３に開示されている。特許文献１には、ケースの中に２個のコイルが平行に配置されており、２個のコイルとそれらに対向するケース内面との間に形成される断面略三角形の空間に冷媒管を配置したコイル冷却構造が開示されている。その技術は、デッドスペースを利用して冷却管を配置することによって、小型化を図ることを目的としている。特許文献２には、コイルの内外を磁性粉末混合樹脂からなるコアで充填したリアクトルが開示されている。そのリアクトルでは、コアのコイル内側部分あるいはコイル外側部分の内部に冷却管を配置する。この技術は、コアを磁性粉末混合樹脂の焼成で作るため、冷却管の配置が自由である。また、特許文献３には、コイルの外側に沿って冷却管を設けたリアクトルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５６６７８号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５８３３号公報
【特許文献１】特開２００９−１８８０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書は、上記の特許文献が開示する構造とは異なるリアクトル冷却構造を提供する。特に、コイルとコアの双方を効率よく冷却するリアクトルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、一つにはリアクトルに具現化することができる。その一態様は、磁性体のコアにコイルを巻回したリアクトル本体と、リアクトル本体を収容するケースと、コイルの巻回軸方向端面及びその端面から突出しているコア突出部の双方に対向する第１冷媒流路を備える。第１冷媒流路はケースに設けられている。このリアクトルは、コアとコイルの双方に対向する第１冷媒流路をケースに備えることで、コアとコイルを共に良く冷却することができる。この技術は、コイルをその巻回軸方向から見たときの巻き線の面積が大きい、平角線をエッジワイズ巻きしたコイルを使ったリアクトルに好適である。なお、コイルの巻回軸とは、別言すればコイルの中心軸線である。
【０００７】
第１冷媒流路が設けられたケースは、上記したコイル端面とコア突出部の双方と接しているとよい。具体的には、ケースの壁に冷媒流路が埋設されているとよい。ケースの壁内に第１流路を埋設することで冷媒管を敷設するスペースを不要とし、装置を小型化することができる。
【０００８】
上記のリアクトルは、さらに、第１冷媒流路が、コイル両端の夫々においてコイルの巻回軸方向に交差する方向に延びており、コイル両端の第１冷媒流路を接続する第２冷媒流路がコイルの巻回軸方向に沿って設けられているとよい。コイルに沿った第２冷媒流路を備えることで冷却性能がさらに向上する。なお、第２冷媒流路もケースに埋設されているとよい。
【０００９】
電圧コンバータのなかには、半導体素子を収めた複数の半導体カードと複数の平板型の冷却プレートが交互に積層しており、複数の冷却プレート貫いている第３冷媒流路が設けられている積層ユニットを備えるものがある。そのような積層ユニットは、半導体カードをその両面から冷却することができるので、特に電気自動車など、大電流を扱う電圧コンバータに適している。本明細書が開示する他の技術は、電圧コンバータに具現化することができる。その電圧コンバータは、前述したリアクトルと、上記した積層ユニットを備え、積層ユニットの積層方向に隣接してリアクトルが配置されており、第１冷媒流路と第３冷媒流路が繋がっている。積層ユニットの冷却プレートとリアクトルの冷却器（冷媒流路を備えたケース）をつなぎ、同じ冷媒で双方を冷却することができる。
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のリアクトルの３面図である。図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２】リアクトル本体の斜視図である。
【図３】リアクトルケースの図である。図３（Ａ）は平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】電圧コンバータの平面図である。
【図５】変形例のリアクトルを示す図である。図５（Ａ）は平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図６】変形例のリアクトルのケースの３面図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例のリアクトル１０を説明する。図１にリアクトル１０の３面図を示し、図２にリアクトル本体の斜視図を示す。図１（Ａ）はリアクトル１０の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図１では、コイル３から延びているリード（図２の符号９８が示す部分）の図示を省略している。図３以降でもリード線は図示を省略している。
【００１３】
リアクトル１０は、例えば電圧コンバータの部品として用いられる。図２に示すように、リアクトル本体５は、平角線をリング状のコア２の２箇所に巻回した構造を有している。平角線を使っているため、コイル３の両端面３ａ、３ｂは、広い面積を有している。コイル３の端面３ａ、３ｂは、コイルの巻回軸ＣＬ（中心軸線ＣＬ）の方向での端面を意味する。コア２は、磁性体の粒子を焼結したものや、あるいは、薄い鋼板を重ねて作られる。コアを構成する磁性体の粒子や鋼板は絶縁コーティングされている。これは、コア内部に発生する渦電流を抑制するためである。また、コイル３を構成する巻き線も絶縁コーティングが施されている。なお、リング状のコア２において、コイル端面３ａ、３ｂから突出している部分をコア突出部２ａ、２ｂと称する。
【００１４】
図１に示すように、リアクトル１０は、コア２とコイル３で構成されるリアクトル本体５と、これを収めるケース４で構成される。リアクトル本体５は、締結具９９でケース４に固定される。ケース４は例えばアルミニウムなど、熱伝導率の高い金属で作られている。ケース４は、リアクトル本体５の上面以外を覆っている。図１（Ｂ）に示すように、ケース４は、コア２の突出部２ａ、２ｂ、及び、コイル３の端面３ａ、３ｂと接している。また、図１（Ｃ）に示すように、ケース４は、コイル３の側面と底面にも接している。ただし、前述したようにコア２とコイル３は絶縁体でコーティングされており、ケース４とは絶縁されている。
【００１５】
ケース４には、２本の第１冷媒流路７ａ、７ｂが設けられている。第１冷媒流路７ａ、７ｂは、コイル３の巻回軸線ＣＬの方向（図中のＸ軸方向）に対して直交する方向（図中のＹ軸方向）に延びている。別言すれば、第１冷媒流路７ａ、７ｂは、２個のコイル３の並んだ端面に対向するように延びている。図１（Ｂ）に示すように、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）の断面はＬ字型に屈曲している。Ｌ字の屈曲部の鋭角側の面は、コア突出部２ａ（２ｂ）の側面から低面に沿っている。そして、Ｌ字の下側の端部は、コイル３の端面３ａ（３ｂ）に対向している。別言すれば、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）は、コイル端面３ａ（３ｂ）とコア突出部２ａ（２ｂ）の双方に対向するように延びている。なお、図３に、リアクトル本体５を除いたケース４の平面図（図４（Ａ））と断面図（図４（Ｂ））を示すので参照されたい。
【００１６】
リアクトル１０が電圧コンバータなどの装置の筐体に組みこまれる際、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）は、冷却器と接続され、冷媒が供給される。第１冷媒流路７ａ（７ｂ）は、コア突出部２ａ（２ｂ）とコイル端面３ａ（３ｂ）の双方と対向しているため、コア２とコイル３の双方を効率よく冷却することができる。なお、「第１冷媒流路７ａ（７ｂ）がコア突出部２ａ（２ｂ）とコイル端面３ａ（３ｂ）の双方と対向している」とは、別言すれば、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）がコア２とコイル３の双方に隣接している、ということである。
【００１７】
リアクトル１０の適用例を説明する。図４は、リアクトル１０を組み込んだ電圧コンバータ２０の平面図である。電圧コンバータ２０は、積層ユニット３０、大容量コンデンサ２２、及び、先に説明したリアクトル１０を含む。それらのユニットは筐体２１に収められている。積層ユニット３０には、ＩＧＢＴやダイオードが収められており、それらの半導体素子と大容量コンデンサ２２とリアクトル１０によって昇圧回路あるいは降圧回路が構成される。昇圧回路や降圧回路は良く知られているので詳しい回路構成は説明を省略する。
【００１８】
積層ユニット３０は、ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子を樹脂でモールドした複数の半導体カード３１と内部を冷媒が通る複数の冷却プレート３２を交互に積層した構造を有している。積層ユニット３０は、板バネ９７によって積層方向に荷重を受けながら筐体２１に支持されている。積層ユニット３０が積層方向に荷重を受けることによって、半導体カード３１の両面が冷却プレート３２と密着し、高い冷却性能が得られる。
【００１９】
積層ユニット３０では、半導体カード３１の両側でチューブ３３ａ、３３ｂが複数の冷却プレート３２を積層方向に貫いている。一方のチューブ３３ａから供給される冷媒が複数の冷却プレート３２の内部を流れ、他方のチューブ３３ｂから排出される。チューブ３３ａ、３３ｂが第３冷媒流路に相当する。
【００２０】
積層ユニット３０の積層方向に隣接してリアクトル１０が配置されている。リアクトル１０に設けられた２本の第１冷媒流路７ａ、７ｂはそれぞれ、積層ユニット３０のチューブ（第３冷媒流路）３３ａ、３３ｂの夫々と繋がっている。第１冷媒流路７ａ、７ｂの他端は電圧コンバータの筐体２１の側壁を貫いている接続管２３ａ、２３ｂと接続している。接続管２３ａ、２３ｂの先端には冷媒を電圧コンバータ２０に供給する供給パイプと、冷媒を電圧コンバータ２０から排出する排出パイプが接続されるが、それらは図示を省略している。
【００２１】
図４の電圧コンバータでは、リアクトル１０の第１冷媒流路７ａ、７ｂと積層ユニット３０のチューブ（第３冷媒流路）３３ａ、３３ｂが繋がっている。そして、積層ユニットのチューブ３３ａ、３３ｂは、複数の冷媒プレート３２を介して繋がっている。第１冷媒流路７ａ、７ｂとチューブ（第３冷媒流路）３３ａ、３３ｂによって、冷媒の循環路が構成される。図４の電圧コンバータ２０では、半導体素子を収めている積層ユニット３０とリアクトル１０が一つの冷媒循環路で繋がっており、両者が効率よく冷却される。
【００２２】
図５と図６を参照して変形例のリアクトル１０ａを説明する。図５（Ａ）はリアクトル１０ａの平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図６（Ａ）はケース４ａの平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００２３】
リアクトル１０ａは、第１冷媒流路７ａ、７ｂに加えて第２冷媒流路８を備えている。いずれの流路もケース４ａに設けられている。第２冷媒流路８は、コイル３の巻回軸ＣＬの方向に沿って延びており、リアクトル本体５の両端に位置する２本の第１冷媒流路７ａ、７ｂを相互に接続する。第２冷媒流路８を備えることによって、リアクトル１０ａでは、コイル３の冷却性能が向上する。
【００２４】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のリアクトル１０（１０ａ）は、コイル端面３ａ（３ｂ）と、コイル端面から突出するコア突出部２ａ（２ｂ）の双方に接する第１冷媒流路７ａ（７ｂ）を備える。第１冷媒流路７ａ（７ｂ）は、別言すると、図１（Ｂ）によく示されているように、コイルの巻回軸ＣＬの方向と直交する方向から見たときに、コア突出部２ａ（２ｂ）の角に沿って屈曲しており、一端がコア端面３ａ（３ｂ）に面している屈曲した断面を有する。さらに、実施例のリアクトル１０（１０ａ）は、リング状のコア２に巻回された平行な２個のコイル３を有しており、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）は、２個のコイルの並び方向に延びているとともに双方のコイルの端面に面している。
【００２５】
実施例のリアクトル１０では、第１冷媒流路７ａ（７ｂ）がケース４に埋設されている。リアクトル１０ａでは、第２冷媒流路８もケース４ａに埋設されている。ケースの壁の中に冷媒流を設けることによって省スペースで冷媒流路を備えることができる。さらに、コイル端面３ａ（３ｂ）及びコア突出部２ａ（２ｂ）に接するケース内に冷媒流路を設けることで、コイル及びコアと冷媒流路を近接させることができる。さらに、ケース４（４ａ）は広い面でコイル端面３ａ（３ｂ）及びコア突出部２ａ（２ｂ）と接しているので冷却効率がよい。
【００２６】
第１、第２冷媒流路は、ケースの壁の中にパイプを通したものでもよいし、ケース成形時に同時に成形されてもよい。即ち、第１、第２冷媒流路は、アルミニウムのケース４（４ａ）の射出成形時に同時に形成されるものであってもよい。
【００２７】
実施例のリアクトルはリング状のコアを備えており、そのコアの２箇所に巻き線が巻回されている。本明細書が開示する技術は、直線的なコイルに巻き線が巻回されたタイプのリアクトルに適用することも好適である。
【００２８】
また、実施例のリアクトル１０は、第１冷媒流路７ａ、７ｂがケース４に埋設されている。また、変形例のリアクトル１０ａでは、第２冷媒流路８もケース４ａに埋設されている。冷媒流路はケースに埋設されている代わりに、ケースとは別の冷媒管で構成されていてもよい。
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
２：コア
２ａ、２ｂ：コア突出部
３：コイル
３ａ、３ｂ：コイル端面
４、４ａ：ケース
５：リアクトル本体
７ａ、７ｂ：第１冷媒流路
８：第２冷媒流路
１０、１０ａ：リアクトル
２０：電圧コンバータ
２１：筐体
２２：大容量コンデンサ
２３ａ、２３ｂ：接続管
３０：積層ユニット
３１：半導体カード
３２：冷却プレート
３２：冷媒プレート
３３ａ、３３ｂ：チューブ（第３冷媒流路）
【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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