(57)【要約】【課題】温度センサが１つの場合であっても温度制御の効率を向上するリアクトルを提供する。【解決手段】本明細書で開示するリアクトル２では、センサユニット１０は、複数のギャップ３５〜３８のうちギャップ長が最も大きいギャップ板３５又はその近傍に設けられている。ギャップ長が最も大きいギャップ板３５やその近傍のコイル４の発熱温度は、他のギャップ板３６〜３８やその近傍のコイル４の発熱温度に比べて高い。これにより、ギャップ板３５〜３８などの発熱温度にバラツキが生じても、センサユニット１０は、発熱温度が最も高いギャップ板３５などの温度を計測することが可能になる。そのため、コイル４の通電制御のトリガになり得る閾値温度を最も高い温度に設定することが可能になり、一律に閾値温度を設定しても、コイル４の発熱温度が許容最高温度に達するまで通電制御を行うことができる。したがってリアクトル２の温度制御の効率が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のギャップを有するコアと、
前記コアに巻回されているコイルと、
前記複数のギャップのうちギャップ長が最も大きいギャップ又はその近傍に設けられている温度センサと、を備えていることを特徴とするリアクトル。
【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、複数のギャップを有するコアと温度センサを備えたリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のギャップを有するコアと温度センサを備えたリアクトルとして、例えば、下記特許文献１に開示される技術がある。この技術では、リング状のコアに２つのコイルが巻回されており、この２つのコイルの間に介在するセンサ保持スペーサに温度センサを保持させている。そして、このようなコイル間の温度に基づいて、リアクトルの通電制御を行う。これにより、この技術では、コイルに対する通電制御をコイルの温度が許容最高温度に達するまで可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コアがギャップを有する場合には、ギャップ付近の温度が他の部分に比べて上昇し易い。ギャップは、ギャップ部分の透磁率がコアのそれよりも桁違いに低くなることを利用し、コア全体の磁気抵抗を増加させることで磁気飽和の発生を抑制するために設けられる。しかしながら、ギャップ部分には漏れ磁束が発生する。そのため、漏れ磁束がコイルの渦電流損の原因となり銅損が増えてギャップ付近のコイル温度が上がる。これがギャップ付近の温度を上昇させ易くする原因である。
【０００５】
このため、ギャップやその付近の温度を計測することでもリアクトルの発熱温度に基づいた通電制御が可能になるが、コアが複数のギャップを有する場合には、どのギャップの温度が最も高くなるかについて判定することが難しい。複数の温度センサを夫々のギャップに対して設けることでこのような判定をすることは可能ではあるものの、温度センサの数の増加に伴い製品コストの上昇を招く。
【０００６】
また、温度センサが１つの場合には、温度センサを設けたギャップの発熱温度が最も高くなるとは限らない。そのため、温度センサの計測温度が低くても、他のギャップの発熱温度が温度センサの計測温度を超えて所定温度以上に高いときには、例えば、通電電流を低下させる制御を行う必要があり得る。即ち、温度センサを設けたギャップの発熱温度が、他のギャップの発熱温度よりも低くなり得る場合には、一律に設定する計測温度の判定閾値を本来の閾値温度よりも低い温度に設定せざるを得ない。他のギャップの発熱温度を考慮して低めの閾値温度を設定する必要が生じる。
【０００７】
すると、温度センサを設けたギャップの発熱温度が、最も高くなるリアクトルにおいても、本来の閾値温度よりも低い温度で通電電流を低下させる制御などが行われてしまう。そのため、このようなリアクトルでは、例えば、コイルの温度がまだ許容最高温度に達していないにもかかわらず通電電流が減少してしまうため、温度制御の効率が下がる。本明細書は、温度センサが１つの場合であっても温度制御の効率を向上する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示するリアクトルは、複数のギャップを有するコアと、コアに巻回されているコイルと、温度を計測する温度センサと、を備えている。温度センサは、複数のギャップのうちギャップ長が最も大きいギャップ又はその近傍に設けられている。コアのギャップは、そのギャップ長が大きいほど漏れ磁束が増える。そのため、ギャップ長が最も大きいギャップは、その付近に巻回されているコイルに生じる渦電流損によりコイル温度が他のギャップよりも上昇し易い。このようなギャップ又はその付近の温度を温度センサで計測することにより、コアが複数のギャップを有する場合であっても、最も高い発熱温度を温度センサで計測することが可能になる。ギャップには、典型的には、ギャップ板、ギャップ材又はギャップ空間などが存在する。
【０００９】
これにより、複数のギャップに対して、個々に温度センサを設けなくても最も温度が高いギャップの温度を１つの温度センサで計測することが可能になる。そのため、他のギャップに関係なく、例えば、計測温度の判定閾値をコイルの許容最高温度付近に設定することが可能になる。そのような温度センサが計測した温度に基づいたコイルの通電制御を行うことによって、温度センサが１つの場合であっても、リアクトルの温度制御の効率が向上する。尚、本明細書において、ギャップとは、コアが複数のコア部材で構成されている場合にコア部材の端部間に存在する隙間のことである。そのため、本明細書に記載のギャップは、複数のコイルがコアに巻回されている場合におけるコイル同士の間に形成される隙間とは異なるものである。
【００１０】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のリアクトルの斜視図である。
【図２】実施例のリアクトルの平面図である。
【図３】リアクトルを構成するコアの平面図である。
【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を説明する。図１に、実施例のリアクトル２の斜視図を示す。図２に、リアクトル２の平面図を示す。リアクトル２は、例えば、電気自動車に搭載される電力変換装置を構成する巻線部品（コイル部品）である。電力変換装置は、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換する。リアクトル２は、例えば、電力変換装置を構成する電圧コンバータに用いられる。電圧コンバータは、バッテリの出力電圧を走行用モータの駆動に適した電圧まで昇圧する。リアクトル２は、数十アンペア以上の電流許容値を有する大電流用であり、コイル４の線材には平角線が用いられる。平角線は、断面が矩形の導線であり、電気抵抗が小さい。実施例のリアクトル２では、平角線の幅広の面をコイル軸線方向に向けて巻く（エッジワイズ巻き）。
【００１３】
リアクトル２は、主に、上記したコイル４と、環状のコア３と、コア３及びコイル４を覆う樹脂カバー７と、センサユニット１０と、から構成されている。環状のコア３は、後で図３を参照して説明するように、先端部分同士を対向させて向き合うＵ字コア部３１、３２と、これらのＵ字コア部３１、３２に長手方向から挟まれるように平行に位置するＩ字コア部３３、３４と、４枚のギャップ板３５〜３８と、から構成されている。本実施例では、Ｉ字コア部３３、３４は、夫々が樹脂製のボビン５により覆われており、このボビン５にコイル４が巻回されている。
【００１４】
コイル４は、電気的に直列に接続された２つのコイルで構成されている。ボビン５のコイル軸線方向の両側には、ボビン５の一部としてフランジが設けられており、これらのフランジがコイル４の両端を規制している。一方のフランジには、コイル４の両端に設けられるリード部４ａを、コイル４の軸線方向に引き出し得るスリット（不図示）が設けられている。このスリットの周囲はマスク板６が覆っている。リード部４ａには、例えば、電圧コンバータを構成するコンデンサやスイッチング素子などが電気的に接続される。
【００１５】
リアクトル２は、コイル４の底部と上面の一部を除いて樹脂カバー７で覆われている。樹脂カバー７は、コイル４を巻回したボビン５と、ボビン５に挿通したコア３とを、金型に入れて射出成形することにより一体に形成される。即ち、樹脂カバー７は、主に、Ｕ字コア部３１、３２を覆うコアカバー部８と、ボビン５の一対のフランジの間でコイル４を覆うコイルカバー部９と、により構成されており、これらは一体形成されている。マスク板６は、射出成形時において、ボビン５のスリットとリード部４ａの間から溶融樹脂が漏れないように封止する。
【００１６】
本実施例では、樹脂カバー７の上部に２つの窓部９ａが設けられており、これらの窓部９ａからコイル４の上面が露出している。これにより、コイル４の発熱を外部に放出し易くするとともに、ギャップ板３５やその付近の温度をセンサユニット１０により計測可能にしている。樹脂カバー７のコアカバー部８には、ステー８ａ、８ｂ、８ｃも一体に形成されている。例えば、これらのステー８ａ、８ｂ、８ｃに挿通した３本のボルトを電力変換装置のケースにねじ締結することで、同ケースにリアクトル２が固定される。尚、電力変換装置のケースやボルトは、図示されていない。
【００１７】
センサユニット１０は、本実施例では温度センサである。センサユニット１０は、本体部１１と検出部１２により構成されている。検出部１２は、例えば、温度の上昇に対して抵抗値が緩やかに減少するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）タイプのサーミスタを備えている。本実施例では、検出部１２からコイル４の方向に突出するサーミスタの先端（不図示）は、ギャップ板３５の近傍のコイル４の表面に接している。すなわち、センサユニット１０は、コイル４のギャップ板３５の近傍の箇所の温度を計測する。コイル４のギャップ板３５の近傍の箇所とは、より具体的には、コイル４のギャップ板３５に面した箇所である。本体部１１は、例えば、検出部１２のサーミスタに対し所定電流を供給して変動するサーミスタの抵抗値に基づいた電圧信号（アナログ値）を出力可能に構成されている。
【００１８】
なお、検出部１２からコイル４の方向に突出するサーミスタの先端は、ギャップ板３５の近傍に位置してコイル４を構成する平角線の巻回隙間に介在するように構成してもよい。これにより、ギャップ板３５の近傍で発熱するコイル４の温度を直接的に検知（計測）することが可能になる。さらに、サーミスタの先端は、コイル４を構成する平角線の巻回隙間を通ってギャップ板３５の内部に収容されていてもよい。その場合、ギャップ板３５には、サーミスタの先端を挿入可能な筒状の穴部（不図示）が形成される。そのような構成によると、ギャップ板３５の温度を直接に計測することが可能となる。なお、サーミスタの先端をコイル４の表面に接する構成は、ギャップ板３５やその近傍に位置するコイル４に対してサーミスタが存在することによる磁気回路的な影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００１９】
図３に示すように、コア３は、Ｕ字コア部３１、３２、Ｉ字コア部３３、３４及びギャップ板３５〜３８により構成されている。図３には、コア３の平面図が図示されている。同図において、ギャップ板３５〜３８の存在を明確に表現するため、ギャップ板３５〜３８の部分をグレーに着色していることに注意されたい。また、センサユニット１０の取付位置を二点鎖線で表現している。
【００２０】
Ｕ字コア部３１、３２及びＩ字コア部３３、３４は、例えば、軟磁性金属粒子を樹脂材とともに所定形状に固めた軟磁性体である。本実施例では、Ｕ字コア部３１、３２はアルファベットのＵ字形状に形成されており、またＩ字コア部３３、３４はアルファベットのＩ字形状に形成されている。尚、Ｉ字コア部３３は、ギャップ板３５とギャップ板３８の板厚の違いに起因して、その長さがＩ字コア部３４に比べてやや短い。
【００２１】
ギャップ板３５〜３８は、例えば、セラミック製の板状部材である。アルミナやジルコニアなどのセラミック材を平板形状に成形したものである。本実施例では、４枚のギャップ板３５〜３８のうち、ギャップ板３５だけその板厚を厚く設定している。つまり、ギャップ板３５だけが、他のギャップ板３６〜３８に比べて板厚が厚い。例えば、ギャップ板３５の板厚は、ギャップ板３６〜３８の板厚の２倍〜３倍に設定されている。これにより、ギャップ板３５が介在するギャップ部分の長さ、つまりギャップ長Ｇａを、ギャップ板３６〜３８が介在するギャップ部分のギャップ長Ｇｂよりも、長く（大きく）している。
【００２２】
即ち、Ｕ字コア部３１は、２本の先端部の一方に対してギャップ板３５を介在させてＩ字コア部３３の一端側が接続されており、同先端部の他方に対してギャップ板３８を介在させてＩ字コア部３４の一端側が接続されている。また、Ｕ字コア部３２は、２本の先端部の一方に対してギャップ板３６を介在させてＩ字コア部３３の他端側が接続されており、同先端部の他方に対してギャップ板３７を介在させてＩ字コア部３４の他端側が接続されている。そして、Ｕ字コア部３１、３２、Ｉ字コア部３３、３４は、ギャップ板３５〜３８を４箇所に介在させながら、例えば丸角形状の矩形環を成すように接続されている。そのため、Ｉ字コア部３３は、ギャップ板３５とギャップ板３８の板厚に違いだけ、その軸長が短い。
【００２３】
このようにコア３を構成するＵ字コア部３１、３２、Ｉ字コア部３３、３４の間に介在するギャップ板３５〜３８のうち、１枚だけ板厚を厚く設定することにより、他の３枚のギャップ板３６〜３８によるギャップ長Ｇｂよりも、ギャップ板３５のギャップ長Ｇａを大きくすることが可能になる。これにより、ギャップ長Ｇａが最も大きいギャップ板３５やその付近においては、漏れ磁束の磁束密度が他のギャップ板３６〜３８に比べて増加することから、コイル４を通過する漏れ磁束も多くなりそのコイル線材に生じる渦電流損も他のギャップ板３６〜３８に比べて増える。特に、コイル４のコイル線材は、平ベルト状に形成されている平角線である。そのため、断面形状が円形状の丸線に比べて漏れ磁束を受け易くに渦電流損よる発熱量が多い。
【００２４】
したがって、４枚のギャップ板３５〜３８のうち、ギャップ板３５やその付近の温度が他のギャップ板３６〜３８などよりも上昇し易くなる。そのため、本実施例では、ギャップ板３５の近傍のコイル４の温度をセンサユニット１０で計測する。これにより、ギャップ板３５〜３８に対して、個々にセンサユニット１０を設けなくても最も温度が高いギャップ板３５の近傍の温度を１つのセンサユニット１０で計測することが可能になり、他のギャップ板３６〜３８に関係なく、例えば、計測温度の判定閾値をコイル４の許容最高温度付近に設定することが可能になる。本実施例では、このようなセンサユニット１０が計測した温度に基づいたコイル４（リアクトル２）の通電制御を行う。
【００２５】
リアクトル２のコイル４に対する通電制御は、センサユニット１０から出力される電圧信号が入力されるコントローラ（不図示）によって、例えば以下のように行われる。尚、このコントローラは、典型的には、マイクロコンピュータを中心にＲＡＭ、ＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリや、入出力インタフェースなどを備えた制御装置である。当該コントローラは、本実施例では、例えば、リアクトル２を回路部品の一部として用いる電圧コンバータの昇圧動作や降圧動作を制御したり、電圧コンバータと走行用モータの間に介在するインバータに対して走行用モータの出力トルクを制御したりする。
【００２６】
例えば、当該コントローラは、センサユニット１０から入力される電圧信号に基づく、ギャップ板３５の温度又はギャップ板３５近傍のコイル４の温度が所定の閾値温度よりも高い場合には、コイル４に流れる電流（コイル電流）を減少させる制御信号を、電圧コンバータのスイッチング素子に出力する。より具体的には、例えば、スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させて低電圧側から高電圧側（又は高電圧側から低電圧側）に流れる電流を減少させる。所定の閾値温度は、コイル４の許容最高温度付近の低温側に予め設定されている。
【００２７】
これに対して、ギャップ板３５の温度又はギャップ板３５近傍のコイル４の温度が所定の閾値温度よりも低い場合には、当該コントローラは、コイル４に流れる電流（コイル電流）を増加させる制御信号を、電圧コンバータのスイッチング素子に出力する。例えば、スイッチング素子のスイッチング周波数を上昇させて低電圧側から高電圧側（又は高電圧側から低電圧側）に流れる電流を増加させる。このような温度制御をコントローラに行わせることによって、例えば、コイル４に対する通電制御をコイル４の温度が許容最高温度付近に達するまで行うことが可能になるので、センサユニット１０が１つの場合であってもリアクトル２の温度制御の効率を向上させることができる。
【００２８】
以上のとおり、本実施例のリアクトル２では、複数のギャップ板３５〜３８を有するコア３と、コア３に巻回されているコイル４と、温度を計測するセンサユニット１０と、を備えており、センサユニット１０は、複数のギャップ板３５〜３８のうちギャップ長Ｇａが最も大きいギャップ板３５又はその近傍に設けられている。ギャップ長Ｇａが最も大きいギャップ板３５又はその近傍に位置するコイル４の発熱温度は、上述したように、他のギャップ板３６〜３８又はその近傍に位置するコイル４の発熱温度に比べて高い。
【００２９】
これにより、例えば、ギャップ板３５〜３８又はそれらの近傍に位置するコイル４の発熱温度にバラツキが生じたとしても、センサユニット１０は、発熱温度が最も高いギャップ板３５又はその付近の温度を計測することが可能になる。そのため、コイル４の通電制御のトリガになり得る閾値温度を最も高い温度に予め設定することができるので、一律に閾値温度を設定しても、例えば、コイル４に対する通電制御をコイル４の温度が許容最高温度付近に達するまで行うことができる。したがって、センサユニット１０が１つの場合でもリアクトル２の温度制御の効率が向上する。
【００３０】
尚、上記の実施例では、コア３が有するギャップとして、Ｕ字コア部３１とＩ字コア部３３、３４の間にギャップ板３５、３８が介在したり、またＵ字コア部３２とＩ字コア部３３、３４の間にギャップ板３６、３７が介在したりする構成を例示して説明したが、これらのギャップ板３５〜３８に代えて、例えば、ギャップ材を充填したり、ギャップ空間を形成したりする構成を採ってもよい。これらの場合には、センサユニット１０を構成する検出部１２のサーミスタは、例えば、その先端がギャップ材やギャップ空間の中に位置したり、ギャップ材やギャップ空間の近傍に位置してコイル４を構成する平角線の巻回隙間に介在したりするように構成する。また、同サーミスタの先端が、ギャップ材やギャップ空間の付近に巻回されているコイル４の表面に接触するように構成してもよい。
【００３１】
また、上記の実施例では、コア３が有するギャップとして、４枚のギャップ板３５〜３８が存在する構成を例示して説明したが、ギャップ板が複数枚であれば、その枚数は、例えば、２枚や３枚でもよいし、又は５枚以上でもよい。ギャップ材やギャップ空間の場合も、複数箇所であれば、２箇所や３箇所でもよいし、又は５箇所以上でもよい。
【００３２】
さらに、上記の実施例では、温度センサとして、検出部１２がサーミスタである場合を例示して説明したが、ギャップ板３５又はコイル４の発熱温度を計測可能なものであれば、例えば、検出部１２が、測温抵抗体、リニア抵抗器や熱電対であってもよい。これらの場合、本体部１１は、測温抵抗体、リニア抵抗器や熱電対に適した構成に採る必要があり、また本体部１１から出力される信号（情報）を、センサユニット１０に接続されるコントローラが情報処理可能に構成されている必要がある。
【００３３】
実施例技術に関する留意点を述べる。実施例のセンサユニット１０は、複数のギャップのうちギャップ長が最も大きいギャップ板３５の近傍に設けられている。ギャップ板３５の近傍とは、より具体的には、コイル４のギャップ板３５と対向する箇所である。センサユニット１０の検出部１２は、コイル４のギャップ板３５と対向する箇所に接するように配置されている。
【００３４】
センサユニット１０が温度センサの一例に相当する。ギャップ板３５、３６、３７、３８が複数のギャップの一例に相当する。ギャップ板３５が、ギャップ長が最も大きいギャップの一例に相当する。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
２：リアクトル
３：コア
４：コイル
５：ボビン
７：樹脂カバー
８：コアカバー部
９：コイルカバー部
９ａ：窓部
１０：センサユニット
１１：本体部
１２：検出部
３１、３２：Ｕ字コア部
３３、３４：Ｉ字コア部
３５、３６、３７、３８：ギャップ板
Ｇａ、Ｇｂ：ギャップ長
【図１】
2018026504.tif 000003
【図２】
2018026504.tif 000004
【図３】
2018026504.tif 000005