(57)【要約】【課題】電力変換装置の、体格（小型化）、漏れ磁束及び冷却性能のバランスを高める技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する電力変換装置２は、複数の冷却器１１と複数の半導体モジュール１２を交互に積層した積層ユニットと、積層ユニットに積層されて冷却器１１に冷却されるリアクトル２０と、を備える。リアクトル２０は、コイル２１、２２同士が互いに逆方向に巻回されるとともに直列に接続されて径方向に並べて配置される複数のコイル２１、２２と、これらの周囲を覆うコア２４を備えている。コア２４は、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａを露出させる露出窓２４ｂを有し、露出するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に接している。一対のコイル２１、２２に電流を流すと、互いに逆行する磁束ＭＦが両コイル２１、２２に発生して、それがコイル２１、２２に鎖交する１つの主ループを形成する。【選択図】図３
2015116040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却器と複数の半導体モジュールを積層した積層ユニットと、前記積層ユニットに積層されているリアクトルと、を備える電力変換装置であり、
前記リアクトルは、隣り合うコイル同士が互いに逆方向に巻回されているとともに直列に接続されており、コイル径方向に並べて配置される複数のコイルと、前記複数のコイルの周囲を覆うコアと、を備えており、前記コアは、前記コイルの外周面を露出させる露出部を有し、露出するコイルの外周面が冷却器に接していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトルは、前記積層ユニットの積層方向の端に積層されており、前記冷却器に対向する面以外の面がコアで覆われていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コアは、前記コイルの径方向におけるコイル外側部分の肉厚に比べてコイル軸線方向におけるコイル外側部分の厚みが厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記コイルは、平角線をエッジワイズに巻回したものであり、エッジワイズ巻きの各ピッチの平角線の幅狭の側面が前記露出する外周面に相当することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
コイルは、平角線をフラットワイズに巻回したものであり、フラットワイズ巻きの最外周に位置する平角線の幅広の側面が前記露出する外周面に相当することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【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、複数の冷却器と複数の半導体モジュールを積層した積層ユニットにさらにリアクトルが積層された電力変換装置に関する。なお、リアクトルとは、コイルを利用した受働素子であり、「インダクタ」と称されることもある。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車を含む電気自動車は、バッテリの出力電力を交流に変換して走行用モータに供給する電力変換装置を搭載している。電力変換装置は、直流を交流に変換するインバータ回路のほかに、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路を備えることがある。これらの回路は多数のスイッチング素子とリアクトルを有する。これらのデバイス群（スイッチング素子やリアクトル）には大電流が流れるので発熱量も多い。そのため、これらのデバイス群は冷却器で冷却される。これらのデバイス群を集約して冷却するユニットの一例が特許文献１に開示されている。この技術では、スイッチング素子を封止した平板型の複数の半導体モジュールと平板型の複数の冷却器を積層するとともに、積層ユニットの端において冷却器に接するようにリアクトルを取り付ける。平板型の複数の冷却器が半導体モジュールとリアクトルを冷却する。積層ユニットは、半導体モジュールと冷却器との接触面積を多く確保することができ、コンパクトでありながら高い冷却能力を達成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５２５９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、リアクトルの発熱はコイルによるものである。そのため、リアクトルのコイルは、冷却器との距離が近い方が望ましい。しかし、特許文献１の開示技術では、コイルと冷却器の間には、リアクトルを構成するコアが介在する。コイルと冷却器の間のコアの厚みを薄くすればコイル（リアクトル）の冷却効率が向上するが、コアは、その厚みを薄くすると、コイルの漏れ磁束が増加する。逆に、コアを厚くするほどコイルの漏れ磁束が減る。即ち、コアを厚くすると、リアクトルの損失が低減されるが、その分、電力変換装置が大型化したり、リアクトルに対する冷却性能が損なわれる。一方、冷却器に対向するコア部分を薄くすると、冷却性能が向上し、また、装置の大型化が避けられるが、漏れ磁束が増えてしまう。本明細書は、装置の体格（大型化の回避）と漏れ磁束対策、及び、冷却性能の双方に配慮したバランスのとれた電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電力変換装置は、複数の平板型の冷却器と複数の平板型の半導体モジュールを交互に積層した積層ユニットと、積層ユニットの冷却器に隣接して積層されるリアクトルを備える電力変換装置である。即ち、リアクトルも冷却器で冷却される。なお、複数の半導体モジュールと複数の冷却器は、完全に一つずつ交互に積層されていることが望ましいが、一部で半導体モジュール同士が積層されていることも許容する。
【０００６】
本明細書が開示する電力変換装置において、リアクトルは、隣り合うコイル同士が互いに逆方向に巻回されているとともに直列に接続されて径方向に並べて配置される複数のコイルと、複数のコイルの周囲（コイル内外）を覆うコアを備えている。なお、「コイル同士が互いに逆方向に巻回されている」とは、コイル軸線方向からみたときに、電流の流れる向きが互いに逆方向であるという意味である。コアは、コイルの外周面を露出させる露出部を有し、露出するコイルの外周面が冷却器に対向して接触している。互いに逆方向に巻回される一対のコイルに電流を流すと、両コイルには互いに逆方向に電流が流れることから、各コイルの内部には、互いに逆行する平行な磁束が発生する。それらの磁束は、コイルの軸線方向の外側で結合し、両コイルに鎖交する１つの主ループ（コイルが発生する磁束の多くが形成するループ）を形成する。これにより、磁束の主ループの外側に位置するコイルの外周面が露出部から露出しても、この露出部は磁束の主ループを避けたところに位置するため漏れ磁束が少なく、リアクトルの損失を抑制する。また、露出するコイルの外周面が冷却器に接しているため、この外周面を通してリアクトル（即ちコイル）が効率よく冷却される。そして、リアクトルは、平板型の冷却器と平板型の半導体モジュールの積層ユニットに積層されて冷却されるので、電力変換装置が大型化することがない。したがって、装置の体格（小型化）及び漏れ磁束対策と、冷却性能がバランスよく向上する。なお、露出しているコイル外周面は、放熱シートなどを介してリアクトルに接していてもよい。
【０００７】
また、本明細書が開示する電力変換装置では、リアクトルを、積層ユニットの積層方向の端に積層することが好適である。このとき、リアクトルの外周面のうち、冷却器に対向している面だけが露出しており、他の面は樹脂で覆われているのがよい。これにより、冷却器に対向するコア側面にだけコアの露出部が設けられるため、冷却器と接していないコア側面では漏れ磁束が低減される。その結果、リアクトルの損失が低減する。なお、露出部を除いてコイルの周囲が樹脂で覆われたリアクトルの外観は直方体に形成されることが多い。
【０００８】
また、コアは、コイルの径方向におけるコイル外側部分の肉厚に比べてコイル軸線方向におけるコイル外側部分の厚みを厚くしてもよい。コイル軸線方向の両側は、先に述べた主ループの経路に相当し、そこでのコアの厚みを増すことによって、磁束の漏れが抑えられる。そのため、より一層リアクトルの損失を抑制する。
【０００９】
コイルは、平角線をエッジワイズに巻回したものである場合と、平角線をフラットワイズに巻回する場合とがある。前者の場合、即ち、各ピッチ（コイル一巻き）の平角線の幅狭の側面がコアの露出部から露出する外周面になる。その場合には、各ピッチの平角線の幅狭の側面がそれぞれ冷却器に対向する。そのため、巻回数が多いほどコイル外周面の面積が増加し、コイルから冷却器への伝熱量が増加する。また、各ピッチの平角線のそれぞれがコイルの発熱を冷却器に放散するので、コイルの内外周にかかわりなくほぼ均一にコイルが冷却される。なお、エッジワイズ巻きとは、平角線の幅広の平坦面をコイルの軸線方向に向けて平坦な面が重なるように巻回することをいう。つまり、平角線の平坦面がコイルの軸線方向に積層される巻き方である。
【００１０】
これに対して、平角線をフラットワイズ巻きにしてコイルを形成する場合は、最外周に位置する平角線の幅広の側面がコアの露出部から露出する外周面に相当する。その場合には、最外周の平角線の平坦な側面が冷却器に対向する。そのため、この最外周の平角線の幅広側面からコイルの熱が冷却器に伝達される。この場合、より幅広の平角線を採用することで、コイル（即ちリアクトル）の冷却効率が向上する。なお、フラットワイズ巻きとは、平角線の幅広の側面コイルの径方向に向けて幅広側面が重なるように巻回することをいう。つまり、平角線の幅広側面がコイルの径方向に積層される巻き方である。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書が開示する技術によれば、装置の小型化と漏れ磁束対策、及び、冷却性能の双方に配慮したバランスのとれた電力変換装置が実現できる。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】
【００１２】
【図１】第１実施例の電力変換装置の斜視図である。
【図２】図１のII方向矢視による模式的な断面図である。
【図３】図２のIII方向矢視による模式的な部分断面図である。
【図４】コイルがエッジワイズ巻きの場合のリアクトルの斜視図である。
【図５】コイルがフラットワイズ巻きの場合のリアクトルの斜視図である。
【図６】第２実施例の電力変換装置の斜視図である。
【図７】ＸＹ平面で切断した第２実施例の電力変換装置のリアクトル周辺の部分断面図である。
【図８】図４においてコアを灰色で表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の電力変換装置を説明する。まず、電力変換装置２の構成概要について図１を参照して説明する。図１に電力変換装置２の斜視図を示す。電力変換装置２は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載されて、バッテリの直流電力を昇圧するとともに、走行用モータ（誘導モータやＰＭモータ等）の駆動に適した周波数の交流電力に変換する装置である。このため、典型的には、電力変換装置２は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含んで構成されている。これらの回路では、多数のパワー半導体素子を用いており、これらの素子は、例えば、平板型の複数の半導体モジュール１２に分散して収められている。各半導体モジュール１２は、１個又は複数個のパワー半導体素子を樹脂でモールドしたものである。パワー半導体素子は、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。図１においては、平板型の半導体モジュール１２が４個描かれている、そのうちの１個について符号１２を付しており、他の半導体モジュールでは符号を省略していることに留意されたい。
【００１４】
このように半導体モジュール１２はパワー半導体素子を収容している。また、半導体モジュール１２には大電流が流れるので発熱量が多い。そのため、電力変換装置２では、平板型の複数の半導体モジュール１２を平板型の複数の冷却器１１で交互に挟み込むように積層して積層ユニット１０を構成する。積層ユニット１０は、筐体３に収められている。本実施例では、積層ユニット１０には、半導体モジュール１２の他に、リアクトル２０も積層されている。リアクトル２０は、半導体モジュール１２と冷却器１１の積層ユニットの端であって、一つの冷却器１１に接するように積層される。リアクトル２０は、電圧コンバータ回路に用いられる素子であり、これにも大電流が流れる。そのため、半導体モジュール１２と同様に発熱量が多いことから、冷却器１１による冷却が必要になる。なお、本実施例では、リアクトル２０は、その一つの側面が絶縁性の放熱プレート１８を介して冷却器１１に接触している。その理由については後で説明する。
【００１５】
積層ユニット１０では、隣接する冷却器１１が連結パイプ１３で連結される。また、複数の冷却器１１のうち最外側の冷却器１１には、冷媒供給管１４と冷媒排出管１５が接続される。冷却器１１は、冷媒を通す流路が内部に形成されており、冷媒供給管１４から供給される冷媒（例えばＬＬＣ（Long Life Coolant））が冷媒供給管１４に近い側の連結パイプ１３を通じて全ての冷却器１１に拡がる。これにより、各冷却器１１を通る冷媒が半導体モジュール１２やリアクトル２０を冷却する。半導体モジュール１２等から熱を吸収した冷媒は、その後、各冷却器１１を通り抜け、反対側の連結パイプ１３を通じて冷媒供給管１４から外部に排出される。
【００１６】
本実施例では、冷却器１１による冷却効率を高めるため、積層ユニット１０がその積層方向（図１に示す座標系においてＸ軸方向）に加圧される。即ち、筐体３の支柱４に支えられた板バネ５が積層ユニット１０の一端側に圧接することにより、積層ユニット１０の他端側（リアクトル２０）を筐体３の内壁に押し当てて積層ユニット１０を筐体３内に狭持する。積層ユニット１０はその積層方向に加圧されるため、半導体モジュール１２と冷却器１１の密着度、及び、リアクトル２０と冷却器１１の密着度が高められて、冷却器１１への熱伝達性能が向上する。このように本実施例では、積層ユニット１０により半導体モジュール１２やリアクトル２０を冷却する構成を採ることによって、電力変換装置２の小型化を実現している。
【００１７】
なお、符号７は、前述したインバータ回路や電圧コンバータ回路に用いられる大容量タイプの平滑コンデンサを示しており、電力変換装置２は、コンデンサ７も筐体３に収められている。なお、電力変換装置２は、これらのデバイスの他に、電圧コンバータ回路やインバータ回路を制御する制御基板を有するが、図１では、制御基板や筐体３のカバーは図示を省略していることに留意されたい。
【００１８】
次に、リアクトル２０について図２〜４を参照して説明する。図２に、積層ユニット１０の模式的な断面図を示す。この断面図は、図１に示す一点鎖線で積層ユニット１０を切断した場合に、II方向矢視により現れるリアクトル２０の断面を模式的に表したものである。また図３に、積層ユニット１０の模式的な部分断面図を示す。この断面図は、図２に示す一点鎖線でリアクトル２０を切断したときにIII方向矢視により現れるリアクトル２０の断面及びその周囲の積層ユニット１０の平面を模式的に表したものである。さらに図４に、リアクトル２０の斜視図を示す。なお、理解を助けるため、図４において、ケース２５は上下方向の中央でカットし、上半分を省略して描いてある。
【００１９】
リアクトル２０は、その外観が直方体である。リアクトル２０は、２つのコイル２１、２２、コア２４、ケース２５により構成されている。コイル２１、２２は、平角線２３をエッジワイズ巻きにした巻線コイルである。即ち、これらのコイル２１、２２では、平角線２３の幅広の側面がコイル軸線ＣＬの方向（図２〜４に表す座標系においてＺ軸方向）を向いて積層されるように平角線２３が巻回されている。コイル２１、２２は、例えば、コイル軸線ＣＬの方向から見てほぼ正方形状を成すように巻回される。本実施例では、これらのコイル２１、２２を互いに逆方向に巻回して、かつ、それらの径方向に並べて直列に接続する。コイル２１、２２は、ケース２５内に収容されており、その周囲は、一部を除いてコア２４により覆われている。
【００２０】
なお、「コイルを互いに逆方向に巻回する」とは、コイル軸線方向から見たときに電流の流れる向きが互いに逆向きになることを意味する。このことを図４を参照して説明する。図４に示されているように、コイル２１とコイル２２は、１本の平角線で作られている。符号２３ｓが巻回の始点を表し、符号２３ｅが巻回の終点を表すと仮定する。コイル２１とコイル２２は共に、Ｚ軸の正方向に向かって右回りに巻回される。しかし、巻回の始点２３ｓから終点２３ｅへと向かって見ると、コイル２１は右回りとなり、コイル２２は左回りとなり、互いに逆向きとなる。巻回の始点２３ｓから終点２３ｅへ、とは、電流の流れる向きを意味する。このように「コイルを互いに逆向きに巻回する」とは、電流の流れる方向において巻回方向が逆向きということである。別言すれば、コイル２１と２２は、通電したときに夫々のコイル内に発生する磁束が互いに逆方向を向くように巻回されている。
【００２１】
コア２４は、軟磁性体粒子を混合した樹脂を固めたものである。固化前の粉体状の樹脂（軟磁性体粒子を含む樹脂粉体）をケース２５内に充填し、コイル２１、２２の周囲（コイルの内外）のほぼ全体を覆うコア２４が形成される。別言すれば、コア２４は、コイル２１、２２を樹脂モールドしている。なお、図においてコア２４は、ケース２５の内部空間全体に相当するが、コア２４の内部のコイルや説明のための破線（磁束を表す破線）を見やすくするため、コア２４は２点鎖線でその輪郭だけを表していることに留意されたい。なお、図８に、図４においてコア２４を灰色で示した図を示すので参照されたい。図８はコア２４を灰色で示した以外は図４と同一である。本実施例のコア２４は、全体が直方体であり、その一側面２４ａにコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが外部に露出する露出窓２４ｂが形成されている。露出窓２４ｂについては特に図８を参照されたい。図８では、灰色のコア２４に設けられた露出窓２４ｂからコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが露出していることがよく示されている。即ち、コイル軸線ＣＬの方向からコア２４を見た場合、コイル２１、２２がコア２４の一側面２４ａに偏って位置することから、一側面２４ａにおいてはコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａがコア２４に覆われることなくコア２４の外に露出する（図３、４参照）。なお、コア２４はケース２５の内側空間に満たされているが、図４では、図を理解し易くするため、コア２４の図示を省略し、コイル２１、２２を描いてある。また、符号２４ａの矢印は、直方体のコア２４の側面のうち、図中のＹＺ平面に平行であってＸ軸の正方向に位置する側面を指し示している。さらにまた、露出窓２４ｂを示す矩形の外側は、コア２４で満たされており、露出窓２４ｂを示す矩形の内側以外ではコイル２１、２２は、外からは見えない。コイル２１、２２を中心に見るとコア２４はその短手方向の形状が非対称に形成されている。このような露出窓２４ｂを含めたコア２４の一側面２４ａは、コア２４をモールド成形する工程で形成してもよいし、モールド成形後にコア２４をカット乃至研磨することにより形成してもよい。なお、露出窓２４ｂを形成するために除かれたコア２４の一部を、以下、便宜的に「カット部分」と称する。
【００２２】
また、コア２４は、このようなカット部分を除いて、コイル２１、２２の径方向外側に位置する部分の肉厚（図３における範囲Ｔ２及びＴ３）が比較的薄く（小さく）設定されている。これにより、コア２４の肉厚が厚い場合に比べて熱抵抗が小さくなるため、コア２４の熱をケース２５に伝わり易くしている。これに対して、コア２４は、コイル軸線ＣＬの方向のコイル外側の肉厚（図２に示す範囲Ｔ１）を厚く設定している。コイル軸線ＣＬ方向のコイル外側におけるコア２４の厚みＴ１を大きくすることで、この方向の漏れ磁束を低減させている。コイル外側の厚みの比較は、Ｔ１＞Ｔ２、Ｔ１＞Ｔ３である。
【００２３】
ケース２５は、金属板を直方体の箱状に形成したものであり、例えば、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料により作られている。本実施例では、ケース２５は、その一側面にほぼ全面に亘って開口する開口部２５ａを有する。この開口部２５ａから、コア２４の一側面２４ａが露出しており、さらに、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが外部に露出する。これらの外周面２１ａ、２２ａは、エッジワイズ巻きに巻回された平角線２３の各ピッチ（一巻き）の幅狭の側面２３ａがコイル軸線ＣＬの方向に積層されて構成されたものである。なお、ケース２５では、コイル２１、２２を所定位置に保持する必要がある。そのため、ケース２５内にコイル２１、２２を保持する支持部を形成してもよい。これにより、ケース２５内におけるコイル２１、２２の位置決めが容易になる。なお、ケース２５の底面には、コイル２１、２２の両端部から引き出された平角線２３を通す貫通孔又は切欠き部が形成されているが、図４では図示を省略している。
【００２４】
本実施例では、リアクトル２０をこのように構成することによって、ケース２５の開口部２５ａからはコア２４の外周面の一部（一側面２４ａ）が露出し、さらにその一側面２４ａに形成される露出窓２４ｂからコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａの一部が露出する。そのため、前述したように、リアクトル２０を冷却器１１に積層することによって、露出するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に対向することから、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に接触する。なお、「外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に接する」とは、それらの間に放熱シート等が挟まれている場合を含む。放熱シートも冷却器１１の一部と解することができるからである。
【００２５】
なお、本実施例では、エッジワイズ巻きに巻回したコイル２１、２２をリアクトル２０に採用する。これにより、巻回数が多いほど外周面２１ａ、２２ａの面積が増加する。そのため、巻回数の増加に伴い冷却器１１に対する放熱効果が高まる。また、積層された平角線２３の各ピッチ（一巻き）それぞれがコイル２１、２２の熱を冷却器１１に放散するため、コイル２１、２２の内外周にかかわりなくほぼ均一に放熱する。
【００２６】
また、コイル２１、２２は、それぞれの巻回方向が互いに逆巻きであることから、コイル２１、２２に電流を流すと、コイル２１、２２には相互に逆方向の電流が流れる。そのため、互いに逆行する磁束ＭＦがコイル２１、２２の内部に発生して（図３参照）、１つの磁束ＭＦの主ループを形成する（図２参照）。互いに逆方向の電流が流れるコイル２１、２２から生じる磁束は、図２において隣り合うコイル同士（コイル２１と２２とが互いに対向するコア中央部分）で互いに同方向に強め合う主ループを形成する。一方、図２において、コア外方に配置するコイル２１、２２から生じる磁束は、主ループの磁束と比較して弱い磁束となる。
【００２７】
これにより、コイル２１、２２が個々に小さなリアクトルの和として機能するのではなく、コイル２１及びコイル２２が一つの大きなリアクトルとして機能する。この磁束ＭＦの主ループが通るコア２４は、そのコイル軸線ＣＬに沿ったコイル外側の部分の肉厚（図２の範囲Ｔ１）が厚いため、主ループの漏れ磁束は低減される。また、コア２４の一側面２４ａに形成される露出窓２４ｂを含めたコア２４のカット部分は、磁束ＭＦの主ループを避けた位置に存在する。そのため、一側面２４ａにコア２４が存在しない構成でも、その影響が磁束ＭＦの主ループに及び難い。即ち、主ループの磁束ＭＦは、コア２４の一側面２４ａ（カット部分）から漏れ出ないか、又は漏れ磁束が少ない。
【００２８】
本実施例では、金属製の冷却器１１に対して電気的な絶縁性を確保するため、冷却器１１とリアクトル２０の間に放熱プレート１８を介在させる（図３参照）。放熱プレート１８は、熱伝導特性が高い絶縁材料からなる薄板状絶縁板である。これにより、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが露出窓２４ｂを介して放熱プレート１８に接触することで、コイル２１、２２の熱が冷却器１１に伝達されるため、コイル２１、２２は冷却器１１に冷却される。なお、冷却器１１の表面に電気的な絶縁処理が施されている場合には、放熱プレート１８を省略することも可能である。その場合には、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に直接接触するため、コイル２１、２２の発熱が冷却器１１に直接的に伝達されて冷却器１１による冷却効率が高められ得る。
【００２９】
以上のとおり、本実施例の電力変換装置２は、複数の平板型の冷却器１１と複数の平板型の半導体モジュール１２を交互に積層した積層ユニット１０と、積層ユニット１０の積層方向端部に積層されて冷却器１１に冷却されるリアクトル２０を備える。そして、リアクトル２０は、隣り合うコイル２１、２２同士が互いに逆方向に巻回されるとともに直列に接続されて径方向に並べて配置される複数のコイル２１、２２と、これらの周囲（コイル内外）を覆うコア２４を備えている。コア２４は、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａを露出させる露出窓２４ｂを有し、露出するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に対向する。コイルの外周面２１ａ、２２ａは、冷却器１１に接する。そのため、２連のコイル２１、２２に電流を流すと、コイル２１、２２には互いに逆方向に電流が流れることから、互いに逆行する磁束ＭＦがコイル２１、２２に発生して、それがコイル２１、２２に鎖交する１つの主ループを形成する。
【００３０】
これにより、磁束ＭＦの主ループの外側に位置するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが露出窓２４ｂから露出しても、この露出窓２４ｂは磁束ＭＦの主ループを避けたところに位置するため、漏れ磁束による鎖交磁束が減少してリアクトル２０の損失が抑制される。また、露出するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが冷却器１１に対向するため、この外周面２１ａ、２２ａを冷却器１１に接触させることで、コイル２１、２２の発熱を冷却器１１に放散させてリアクトル２０を冷却する。これにより、リアクトル２０は、冷却器１１と半導体モジュール１２の積層ユニット１０に積層されて冷却されるので、電力変換装置２が小型化する。したがって、電力変換装置２の体格（大型化の回避）、漏れ磁束及び冷却性能のバランスを高められる。
【００３１】
また、本実施例の電力変換装置２では、リアクトル２０を構成するコア２４において、コイル２１、２２の径方向の外側に位置する部分の肉厚を薄くしている（ただし、コイル側面が露出している側を除く）。これにより、コア２４の肉厚が厚い場合に比べて熱抵抗が小さくなるため、コア２４の熱をケース２５に伝わり易くして冷却性能を向上している。また、これに対して、コイル軸線ＣＬの方向でコア２４のコイル外側部分の肉厚を厚くしている。これにより、コイル軸線ＣＬ方向の漏れ磁束を低減させている。
【００３２】
上述した実施例では、リアクトル２０のコイル２１、２２として、平角線２３をエッジワイズ巻きにした巻線コイルを採用した。本実施例の改変例として、平角線をフラットワイズ巻きにした巻線コイルを採用してもよい。即ち、この改変例では、図５に示すように、平角線３３をフラットワイズ巻きにしたコイル３１、３２の周囲をコア２４により覆い、それをケース２５に収容してリアクトル３０を構成する。平角線３３は、その幅広の側面がコイル３１、３２の径方向（図５に示す座標系においてＹ軸方向）を向いて積層されるように巻回される。図５にリアクトル３０の斜視図を示す。図５においても、図４と同様にケース２５の上半分をカットし、また、コア２４は二点鎖線による輪郭線で表現している。なお、上述のリアクトル２０と実質的に同一の構成部分には同じ符号を付してそれらの説明を省略する。また、図４と同様に、図を理解し易くするため、コア２４の図示を省略し、コイル３１、３２を描いてある。また、露出窓２４ｂを示す矩形の外側は、コア２４の樹脂で満たされており、露出窓２４ｂを示す矩形の内側以外ではコイル３１、３２は、外からは見えない。
【００３３】
この改変例のリアクトル３０も、リアクトル２０と同様に、これらのコイル３１、３２を互いに逆方向に巻回し、かつ、直列に接続する。「逆方向に巻回」の意味は前述した通りである。コイル３１、３２は、ケース２５内に収容されており、その周囲は、一部を除いてコア２４により覆われている。リアクトル３０においても、コア２４の一側面２４ａに形成される露出窓２４ｂからコイル３１、３２の外周面３１ａ、３２ａが外部に露出する。そのため、前述したように、リアクトル３０を冷却器１１に積層することによって、露出するコイル３１、３２の外周面３１ａ、３２ａが冷却器１１に対向することから、コイル３１、３２の外周面３１ａ、３２ａが冷却器１１に接触する。ただし、コイル３１、３２は、フラットワイズ巻きで巻回されるため、これらの外周面３１ａ、３２ａは、巻回される平角線３３のうち、最外周に位置する平角線３３の幅広側面である外周面３３ａが外周面３１ａ、３２ａとして露出窓２４ｂから露出する。そのため、特に、平角線３３の幅広側面の幅が大きい場合には、冷却器１１と接触する平角線３３の面積が広くなることから、この外周面３１ａ、３２ａからコイル３１、３２の熱を冷却器１１に放散して効率よく放熱することが可能になる。
【００３４】
上述した実施例やその改変例の電力変換装置２では、コイル２１、２２（又はコイル３１、３２）の外周面２１ａ、２２ａ（又は外周面３１ａ、３２ａ）を露出させるコア２４の露出窓２４ｂを、コア２４の一側面２４ａに設け、その反対側には露出窓２４ｂを設けない構成を採用した。つまり、コア２４の一側面２４ａだけにカット部分を形成してコア２４の短手方向（Ｘ軸方向）の形状を非対称にした。なお、コア２４の一側面２４ａ以外の側面ではコイル２１、２２はコア２４で覆われている。これにより、冷却器１１に対向する一側面２４ａにだけ露出窓２４ｂが設けられるため、反対側にはコア２４が存在することにより漏れ出る磁束が低減する。
【００３５】
（第２実施例）次に、図６、図７を用いて第２実施例の電力変換装置２ａを説明する。図６は、電力変換装置２ａの斜視図である。図７は、ＸＹ平面で切断した電力変換装置２ａの部分断面図である。図７は、電力変換装置２ａにおいてリアクトル４０の周辺の部分断面図である。なお、リアクトル４０の構造は、第１実施例におけるリアクトル２０の構造と同一であるので、リアクトル各部を示す符号には、第１実施例のリアクトル２０と同じ符号を用いた。
【００３６】
第１実施例の電力変換装置２では、リアクトル２０は、積層ユニット１０の端に積層されていた。即ち、リアクトル２０は、その一側面だけが冷却器１１に接していた。これに対して第２実施例の電力変換装置２ａでは、リアクトル４０の両側に冷却器１１が配置されるようにリアクトル４０を積層する。リアクトル４０の両側に冷却器１１を接触させることで、リアクトル４０の冷却効果がさらに高まる。
【００３７】
第１、２実施例の電力変換装置２、２ａでは、コイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａを露出させるコア２４の露出窓２４ｂを、コア２４の一側面２４ａに設け、その反対側には露出窓２４ｂを設けない構成を採用した。つまり、コア２４の一側面２４ａだけにカット部分を形成してコア２４の短手方向（Ｘ軸方向）の形状を非対称にした。これにより、冷却器１１に対向する一側面２４ａの側にだけ露出窓２４ｂが設けられるため、反対側にはコア２４が存在することにより漏れ出る磁束が低減する。したがって、コア２４の短手方向両側に露出窓２４ｂを形成する場合に比べて、漏れ磁束が減少することによりリアクトル４０の損失を一層抑制する。そのため、リアクトル２０（又はリアクトル４０）の損失をさらに低減することが可能になる。
【００３８】
これに対して、第２実施例のリアクトル４０のように、その両側に冷却器１１を配置するとともに、次の構成を採用することも好適である。即ち、コア２４の短手方向（Ｘ軸方向）の両側にカット部分を形成してコア２４の形状を短手方向に対称にする。この構成を採る場合には、コア２４の短手方向両側に位置するコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａのいずれについても、平角線２３の側面２３ａが露出窓２４ｂから露出する。そのため、リアクトル４０を狭持する両側の冷却器１１に対してコイル２１、２２の外周面２１ａ、２２ａが対向することから、両側から冷却器１１でコイル２１、２２を冷却することが可能になり、冷却性能がより高められる。なお、この構成において、冷却器１１に対して電気的な絶縁を確保する必要があるときには、リアクトル４０の両側に放熱プレート１８を介在させて冷却器１１に接触させる。上記のごとくリアクトルの平行な２平面でコイルを露出し、夫々の側面で冷却器に接触させる構造は、コイルをフラットワイズに巻回した図５のリアクトルでも実現することができる。
【００３９】
上述した実施例やその改変例の電力変換装置２では、リアクトル２０（又はリアクトル３０、４０）を２連直列のコイル２１、２２（又は２連直列のコイル３１、３２）を用いて構成したが、多連直列のコイルを用いてリアクトルを構成してもよい。例えば、エッジワイズ巻き又はフラットワイズ巻きに巻回されたコイルを径方向に３個以上並べて、これらのうち隣り合うコイル同士の巻回方向が互いに逆方向になるように並び位置を決めこれらのコイルを全て直列に接続する。このように構成された多連直列のコイルを用いてリアクトルを構成する。このようなリアクトルにおいても、上述したようにコア２４の一側面２４ａに露出窓２４ｂを形成してその露出窓２４ｂから、それぞれのコイルの外周面を露出させることによりそれらの外周面が冷却器１１に対向する。そのため、これらの外周面を直接的又は間接的に冷却器１１に接触させることで、これらのコイルの発熱を冷却器１１に放散させてリアクトルを冷却する。これにより、このような多連直列のコイルを用いたリアクトルであっても、冷却器１１と半導体モジュール１２の積層ユニット１０に積層されて冷却されるので、電力変換装置の大型化が回避される。したがって、電力変換装置の体格、漏れ磁束及び冷却性能のバランスが高められる。
【００４０】
さらに、上述した実施例やその改変例の電力変換装置２では、リアクトル２０（又はリアクトル３０、４０）を構成するコイル２１、２２（又はコイル３１、３２）は、コイル軸線ＣＬの方向から見てほぼ正方形状を成すように巻回した。これに対して、例えば、リアクトル２０（又はリアクトル３０、４０）の長手方向（各図に示す座標系においてＹ軸方向）に伸びて形成されるほぼ長方形状を成すように、リアクトルのコイルを巻回してもよい。これにより、リアクトルの短手方向（各図に示す座標系においてＸ軸方向）の長さが短くなり、リアクトル２０、３０、４０に比べてリアクトルの体格が薄くなる。そのため、冷却器１１に狭持される幅が小さくなり積層ユニット１０の長手方向（各図に示す座標系においてＸ軸方向）の長さを短くすることから、電力変換装置の小型化を一層向上させることが可能になる。
【００４１】
実施例技術に関する留意点を述べる。積層ユニット１０が積層ユニットの一例に相当する。また、露出窓２４ｂが露出部の一例に相当する。さらに、一側面２４ａが「冷却器に対向する一方のコア側面」の一例に相当する。また、リアクトルのコア２４の強度が十分に高い場合には、金属製のケース２５を不要としてもよい。
【００４２】
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】
【００４３】
２、２ａ：電力変換装置
３：筐体
４：支柱
５：板バネ
７：コンデンサ
１０：積層ユニット
１１：冷却器
１２：半導体モジュール
１３：連結パイプ
１４：冷媒供給管
１５：冷媒排出管
１８：放熱プレート
２０、３０、４０：リアクトル
２１、２２、３１、３２：コイル
２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ：外周面
２３、３３：平角線
２３ａ：平角線側面
２４：コア
２４ａ：一側面
２４ｂ：露出窓
２５：ケース
２５：開口部
３３ａ：外周平面
ＣＬ：コイル軸線
ＭＦ：磁束
【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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