(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリアクトルと、
内部が冷媒の流路になっており、前記流路と外部とを隔てる側板の外面に前記複数のリアクトルが取り付けられているとともに、前記側板の前記流路側の面に複数のフィンが設けられている冷却器と、
を備えており、
前記複数のリアクトルの夫々は、平行な一対の直線部を有するリング状のコアと、前記一対の直線部の夫々に捲回されている四角筒状のコイルと、を備えており、
前記複数のリアクトルは、前記冷媒の流れ方向に沿って配置されているとともに、前記四角筒状のコイルの側面と、前記コアの前記コイルから突出している部分が前記側板に接しており、
前記フィンは、夫々の前記リアクトルの前記側板に接している部分と対向する位置に設けられているとともに、
前記側板の前記流路側の面の領域であって、前記一対の前記コイルの間の空隙に対応する第１領域、及び、前記側板を平面視したときの前記リアクトルの四隅の夫々に隣接する第２領域に、前記フィンが立設されていない平坦部が設けられている、リアクトルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、複数のリアクトルが冷却器に取り付けられているリアクトルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のリアクトルが冷却器に取り付けられているリアクトルユニットが特許文献１に開示されている。リアクトルは、コアにコイルが巻回されている受動素子である。特許文献１のリアクトルユニットは、燃料電池車において、燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータに用いられている。その昇圧コンバータでは、４個の昇圧回路を並列に接続し、ひとつひとつの昇圧回路の負荷を抑制している。ひとつの昇圧回路がひとつのリアクトルを有している。特許文献１の昇圧コンバータは４個のリアクトルを備えており、それら４個のリアクトルが冷却器とともにリアクトルユニットを構成している。
【０００３】
冷却器は、内部が冷媒の流路になっている箱型であり、流路と外部を隔てる一つの側板の外面に４個のリアクトルが取り付けられている。４個のリアクトルは、冷媒の流れ方向に一列に並べられている。リアクトルが取り付けられている側板の内面（流路側の面）には、複数のフィンが設けられている。隣接するリアクトルの間の空隙に対応する範囲は、フィンが設けられていない平坦部となっている。平坦部を設けないと、フィンの間の冷媒流が上流から下流まで一様になり、下流側で側板の近傍に温度境界層が形成される可能性がある。温度境界層が発達すると側板の温度が下がり難くなる。平坦部によって冷媒流が乱されるので、温度境界層を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書が開示するリアクトルユニットは、リアクトルの形状に着目し、特許文献１のリアクトルユニットよりもさらに温度境界層を抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するリアクトルユニットは、複数のリアクトルと冷却器を備えている。冷却器は、内部が冷媒の流路になっており、流路と外部を隔てる一つの側板の外面に複数のリアクトルが取り付けられている。また、リアクトルが取り付けられている側板の流路側の面に複数のフィンが設けられている。複数のリアクトルの夫々は、平行な一対の直線部を有するリング状のコアと、一対の直線部の夫々に巻回されている四角筒状のコイルを備えている。複数のリアクトルは、冷媒の流れ方向に沿って配置されている。四角筒状のコイルの側面と、コアのコイルから突出している部分が冷却器の側板に接している。冷却器のフィンは、夫々のリアクトルの側板と接している部分と対向する位置に設けられている。そして、側板の流路側の面の領域であって、一対のコイルの間の空隙に対応する第１領域、及び、側板を平面視したときのリアクトルの四隅の夫々に隣接する第２領域に、フィンが立設されていない平坦部が設けられている。このリアクトルユニットは、隣接するリアクトルの間だけでなく、夫々のリアクトルの一対のコイルの間の空隙に対応する領域にも平坦部を設けてある。このリアクトルユニットの冷却器は、特許文献１のリアクトルユニットの冷却器に比べて平坦部が多い。即ち、本明細書が開示するリアクトルユニットは、乱流が生じる領域を増やし、温度境界層を抑制する。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】リアクトルの斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿ったリアクトルの断面図である。
【図３】リアクトルユニットの底面図である。
【図４】リアクトルユニットの側面図である。
【図５】図３のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図３のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】ＸＹ平面に平行な平面でカットしたリアクトルユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例のリアクトルユニットを説明する。まず、リアクトル２について説明する。図１にリアクトル２の斜視図を示し、図２に、図１のII−II線に沿った断面図を示す。リアクトル２は、リング状のコア４の２か所にコイル３ａ、３ｂが巻回された受動素子である。２個のコイル３ａ、３ｂを区別なく表すときにはコイル３と表記する。
【００１０】
コア４は、２個のＵ字コア４ａ、４ｂと、２個のＩ字コア４ｃと、４個のスペーサ６で構成されている。２個のＵ字コア４ａ、４ｂは、Ｕ字の腕の先端が対向するように配置され、先端同士の間にＩ字コア４ｃが挟まれるように配置されている。Ｕ字コア４ａ、４ｂの先端とＩ字コア４ｃの間にはスペーサ６が挟まれている。Ｕ字コア４ａ、４ｂとＩ字コア４ｃは、スペーサ６で接合されており、コア４の全体はリング状を成している。Ｉ字コア４ｃの部分は、リング状のコア４において、一対の平行部分をなす。その平行部分（Ｉ字コア４ｃ）は、２個の筒部を有するボビン５で覆われており、そのボビン５の夫々の筒部にコイル３ａ、３ｂが巻回されている。２個のコイル３ａ、３ｂは、１本の平角線で作られており、電気的には１個のコイルに相当する。一対のコイル３ａ、３ｂの間に空隙が確保されている。コイル３は四角筒状をなしており、コア４の断面も矩形である。
【００１１】
図３にリアクトルユニット１００の底面図を示し、図４にリアクトルユニット１００の側面図を示す。リアクトルユニット１００は、４個のリアクトル２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、冷却器１０を備えている。リアクトルユニット１００は、多相昇圧コンバータで用いられる。多相昇圧コンバータは、４個の昇圧回路が並列に接続されたデバイスであり、夫々の昇圧回路が１個のリアクトル２を備えている。４個の昇圧回路の４個のリアクトル２が、リアクトルユニット１００に集約されている。図３以降では、リアクトル２のボビン５の図示は省略した。
【００１２】
冷却器１０の一つの側板に、４個のリアクトル２が取り付けられている。リアクトルユニット１００は、多相昇圧コンバータの筐体の内部で冷却器１０がリアクトル２の上に位置する姿勢で保持される。それゆえ、冷却器１０に重なるようにリアクトル２が見えている図３は底面図に相当し、図４の側面図では、リアクトル２が冷却器１０の下に位置するように描かれている。以下、リアクトル２が取り付けられている側板を底板１４と称する。底板１４と対向する側板を上板１５と称する。上板１５の外側の面にはインバータ５０が取り付けられている。インバータ５０も、冷却器１０の冷却対象である。
【００１３】
冷却器１０は、中空の箱型であり、内部に冷媒の流路１３が形成されている。底板１４と上板１５は、流路１３と外部を隔てる側板に相当する。図中のＸ軸方向の一端側に冷媒供給口１１が設けられており、反対側に冷媒排出口１２が設けられている。冷媒は、不図示の循環装置から冷媒供給口１１を通じて流路１３に供給される。流路１３を流れる間にリアクトル２とインバータ５０から熱を吸収し、冷媒排出口１２を通じて不図示の循環装置に戻される。冷媒は、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。
【００１４】
冷媒は、流路１３を図中のＸ方向に流れる。４個のリアクトル２は、冷媒の流れの方向に沿って一列に並んでいる。４個のリアクトル２は、底板１４の外面に取り付けられる。底板１４の内面（即ち、流路１３の側の面）には、複数のフィンが設けられている。図５に、図３のV−V線に沿った断面図を示し、図６に、図３のVI−VI線に沿った断面図を示す。図５は、コイルの軸線に直交する平面でコイル３をカットした断面を示している。図６は、リアクトル２ｃの一対のコイル３ａ、３ｂの間を通る平面でリアクトル２ｃをカットした断面を示している。図３では、リアクトル２ｃにのみ、コイルを示す符号３ａ、３ｂと、Ｕ字コア４ａ、４ｂを示す符号を付し、他のリアクトルにはそれらの符号は省略した。
【００１５】
図６に示されているように、冷却器１０の底板１４には、コア４のＵ字コア４ａ、４ｂへ向けて突出している凸部１６が設けられている。底板１４は、凸部１６でリアクトル２ｃのコア（Ｕ字コア４ａ、４ｂ）と接している。なお、Ｕ字コア４ａ、４ｂの一部はコイル３ａ、３ｂの内側に入り込んでいるが、以降では、Ｕ字コア４ａ、４ｂを、リング状のコア４においてコイル３から露出している部位として扱うことにする。
【００１６】
また、図５に示されているように、コイル３ａ、３ｂは、四角筒状であり、その一側面が冷却器１０の底板１４に接している。底板１４は、四角筒状のコイル３ａ、３ｂの夫々の一側面と、Ｕ字コア４ａ、４ｂと接している。コイル３ａ、３ｂとＵ字コア４ａ、４ｂは、コイル３ａ、３ｂに通電されると発熱する部分である。冷却器１０は、リアクトル２の発熱する部位に接しているので、リアクトル２を良く冷却することができる。
【００１７】
フィン３１は、底板１４の内面の全体に設けられているのではない。図５と図６に示されているように、底板１４の内面において、一対のコイル３ａ、３ｂの間の空隙Ｓｐ１に対応する領域（第１領域）には、フィンの無い第１平坦部２１が設けられている。また、図５に示されているように、リアクトル２ｂとリアクトル２ｃの間の空隙Ｓｐ２に対応する領域（第３領域）にも、フィンの無い第３平坦部２３が設けられている。
【００１８】
図７に、図中のＸＹ平面で冷却器１０の上板１５をカットしたリアクトルユニット１００の断面図を示す。図７は、上方からリアクトルユニット１００を見た図であり、４個のリアクトルは破線で描いてある。図７において、全ての太い波線がフィン３１を表している。図７に示されているように、複数のフィン３１は、平板が波打つように湾曲しているウエーブフィンである。図７では、ひとつのウエーブフィンにのみ符号３１を付し、その他のウエーブフィンには符号を省略した。また、図７では、左側のリアクトル２ａにのみ、コイルを示す符号３ａ、３ｂと、Ｕ字コアを示す符号４ａ、４ｂを付し、他のリアクトルでは、それらの符号は省略した。
【００１９】
図７に示されているようにフィン３１は、底板１４のコイル３ａ、３ｂに接している領域の内面に設けられている。また、フィン３１は、底板１４のＵ字コア４ａ、４ｂに接している領域の内面にも設けられている。一方、一対のコイル３ａ、３ｂの間の空隙Ｓｐ１に対向する底板１４の領域（第１領域）には、フィンの無い第１平坦部２１が設けられている。底板１４を平面視したときの夫々のリアクトル２の四隅に隣接する領域（第２領域）にもフィンの無い第２平坦部２２が設けられている。さらに、隣接するリアクトル２の間の空隙Ｓｐ２に対応する底板１４の領域（第３領域）にも、フィンの無い第３平坦部２３が設けられている。そして、一列に並んだ４個のリアクトル２ａ−２ｄの最上流側のリアクトル２ａの上流側と、最下流側のリアクトル２ｄの下流側にも、第４平坦部２４が設けられている。
【００２０】
先に述べたように、冷媒は、４個のリアクトル２の並び方向に流れる。冷媒の流れが上流から下流にわたって一様であると、下流に向かうにつれて底板１４の近傍に流れが遅く、他の場所よりも温度が高い温度境界層が成長することがある。温度境界層は、下流に向かうにつれてその厚みが増大する。実施例のリアクトルユニット１００では、底板１４にフィンの無い平坦部（第１平坦部２１、第２平坦部２２、第３平坦部２３）が多数設けられている。隣接するフィン３１の間を通ってきた冷媒は、フィン３１の無い平坦部（第１平坦部２１、第２平坦部２２、第３平坦部２３）において、フィン３１で仕切られた隣の空隙を流れてきた冷媒と合流し、流れに乱れが生じる。即ち、平坦部（第１平坦部２１、第２平坦部２２、第３平坦部２３）で流れが乱される。その結果、温度境界層の成長を抑制することができる。以下では、第１平坦部２１、第２平坦部２２、第３平坦部２３、第４平坦部２４を単に平坦部２１−２４と表記することがある。
【００２１】
リアクトルユニット１００のリアクトル２は、平行に延びる一対のコイル３ａ、３ｂを備えており、それらコイル３ａ、３ｂの間に空隙がある。リアクトルユニット１００は、コイル間の空隙を利用している。空隙に対応する領域に平坦部（第１平坦部２１）を設けることで、リアクトル２に対する冷却性能の低下を抑えている。実施例のリアクトルユニット１００では、発熱部位であるコイル３ａ、３ｂとコア４（Ｕ字コア４ａ、４ｂ）に対向する領域にはフィンが設けられている。それゆえ、平坦部２１−２４を設けることによる冷却性能の低下が抑えられる。
【００２２】
また、多数のフィン３１が設けられている底板１４を射出成形技術で製造する場合、フィンの無い平坦部が多数存在することは、フィン３１が設けられた底板１４を金型から抜き出すのに好都合である。
【００２３】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。冷却器１０は、対向する底板１４と上板１５を備えている。底板１４の外面に複数のリアクトル２が取り付けられており、内面には複数のフィン３１が設けられている。上板１５の外面にはインバータ５０が取り付けられており、内面にはフィン３１が設けられていない。４個のリアクトル２の発熱量は、インバータ５０の発熱量よりもはるかに大きい。流路１３の上板１５と底板１４の間の空間を、リアクトル２を冷却するためのフィン３１で占めることにより、底板１４の冷却性能を高め、高発熱体のリアクトル２を強力に冷却できるようになっている。
【００２４】
上板１５に取り付ける発熱体は、インバータ５０以外のデバイスであってもよい。
【００２５】
また、上板１５にフィンを設けないことで、冷却器１０の高さを抑えることができる。このことは、収容スペースが小さい燃料電池車などへの搭載に適している。
【００２６】
実施例のリアクトルユニット１００の冷却器１０では、ウエーブフィンを採用している。ウエーブフィンは、冷媒との接触面積が大きいため、高発熱体（リアクトル２）の冷却に適している。しかし、本明細書が開示する技術では、ストレートフィン、ピンフィン、突起フィンなど、別のタイプのフィンを採用してもよい。
【００２７】
リアクトル２の一対のコイル３ａ、３ｂの間の空隙は樹脂で満たされていてもよい。また、コイル３とコア４の間の空隙も、樹脂で満たされていてもよい。さらには、リアクトル２の冷却器１０と接していない部分が樹脂で覆われていてもよい。
【００２８】
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】
【００２９】
２、２ａ−２ｄ：リアクトル
３、３ａ、３ｂ：コイル
４：コア
４ａ、４ｂ：Ｕ字コア
４ｃ：Ｉ字コア
５：ボビン
６：スペーサ
１０：冷却器
１３：流路
１４：底板
１５：上板
１６：凸部
２１：第１平坦部
２２：第２平坦部
２３：第３平坦部
２４：第４平坦部
３１：フィン
５０：インバータ
１００：リアクトルユニット
【図１】
0006988432.tif 000002
【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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