(57)【要約】【課題】放熱機能の高いリアクトル装置をできるだけ安価に提供する。【解決手段】リアクトル装置Ａは、コア１およびコイル２を有するリアクトルＢと、ケース３とを備えている。コア１は、サイド部分コア１２と、中間部分コア１０と、ギャップスペーサ１１とを有している。コイル２は、角柱状の空間を囲むように螺旋状に巻かれて積層された２つの環状部分２１と、環状部分２１を接続する接続部分２２と、上方に突出する両端の端子２３とによって構成されている。コイル２の各環状部分２１の中央部上側のコーナー部からケース３の内側面に亘る領域には、熱伝導率の高い放熱用樹脂層３０が設けられている。【選択図】図１
2008028290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆領域を有するコアと、
前記コアの前記被覆領域の周囲に巻回された環状部分を有するコイルと、
前記コア及びコイルを支持して収納するとともに、外部の放熱部材に接続されたケースと、
前記コイルの環状部分の特定領域から、前記コアの被覆領域以外の部分に達する領域上に形成された放熱用樹脂層と、
を備えているリアクトル装置。
【請求項２】
請求項１記載のリアクトル装置において、
前記コイルの環状部分の特定領域は、最高温度領域を含んでいる、リアクトル装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のリアクトル装置において、
前記コアは、被覆領域となる２つの直線部、および各直線部の両端において直線部につながる２つの曲線部からなるトラック形状を有しており、
前記コイルの環状部分は、前記２つの直線部の周囲に巻回された２つの環状部分であり、
前記特定領域は、コイルの各環状部分の中央部上側のコーナー部であり、
前記被覆領域以外の部分は、前記コアの少なくとも一方の曲線部である、リアクトル装置。
【請求項４】
請求項３記載のリアクトル装置において、
前記被覆領域以外の部分は、前記コアの両側の曲線部である、リアクトル装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトル装置において、
前記放熱用樹脂層は、前記コアの被覆領域以外の部分から前記ケースの内側面まで達している、リアクトル装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のリアクトル装置において、
前記放熱用樹脂層は、金属充填材を含むエポキシ樹脂からなる、リアクトル装置。
【請求項７】
被覆領域を有するコアと、コアの被覆領域を囲む環状部分を有するコイルとを組み立てる工程（ａ）と、
前記コアおよびコイルをケースに収納する工程（ｂ）と、
前記コイルの特定領域から、前記コアの被覆領域以外の部分に達する領域上に樹脂を供給して放熱用樹脂層を形成する工程（ｃ）と、
を含むリアクトル装置の組立方法。
【請求項８】
請求項７記載のリアクトル装置の組立方法において、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の後で、前記樹脂をケースの内側面に達するまで供給するように行われる、リアクトル装置の組立方法。
【請求項９】
請求項７記載のリアクトル装置の組立方法において、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の前に、前記樹脂をコアの曲線部の途中まで達するまで供給するように行われる、リアクトル装置の組立方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載のリアクトル装置の組立方法において、
前記工程（ｃ）では、前記樹脂として金属充填材を含むエポキシ樹脂を用いる、リアクトル装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として燃料電池車やハイブリッド車などに搭載されるリアクトルの放熱対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池車のような直流電源でモータを駆動する自動車が開発されている。燃料電池車やハイブリッド車などに配置される昇圧回路は、電圧変換の効率を上げるためのリアクトル装置を備えている。
【０００３】
一般に、リアクトル装置は、特許文献１に開示されているように、コアとコアの周囲に巻回されたコイルとからなるリアクトルを、ケース内に収納して構成されている。ハイブリッド車等に搭載されるリアクトル装置は、１０ｋＨｚ程度の高周波かつ大電力信号の変換時の力率向上のために配置されるものであり、コイルおよびコアの発熱量が大きい。そこで、特許文献１に開示されているように、リアクトルが収納されているケースに、充填材を含有した放熱用樹脂（ポッティング樹脂）を満たし、放熱用樹脂からヒートシンクにつながるケースに熱を放出しようとするものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７２１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、ポッテイング樹脂を介してコイルやコアの熱をケース側に放熱することができる。しかしながら、ケース内に多量のエポキシ樹脂などの樹脂を満たすので、コストも相当に大きい。ところが、本発明者の実証試験によると、コイルの各部で温度上昇が均一ではなく、相当のばらつきがあることがわかった。
【０００６】
本発明の目的は、リアクトル中の温度分布を考慮した適切な放熱構造を採ることにより、必要な放熱量を確保しつつ、製造コストの削減が可能なリアクトル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のリアクトル装置は、コア及びコイルを支持・収納し、放熱部材に接続されたケース内において、コアの被覆領域の周囲に巻回された環状部分の特定領域から、コアの被覆領域以外の部分に達する領域上に、放熱用樹脂層を設けたものである。
【０００８】
これにより、リアクトル中の温度分布を考慮して、上記環状部分の特定領域として高温領域を選定しておけば、環状部分の当該特定領域から、ケースを経て外部の放熱部材につながる放熱経路が形成されるので、所望の放熱機能を確保することができる。しかも、ケース内をポッテング樹脂で満たすのに比べると、放熱用樹脂の使用量が激減し、製造コストの削減を図ることができる。
【０００９】
コイルの環状部分のうち放熱用樹脂層が形成される特定領域が、最高温度領域を含んでいることにより、放熱効率が向上する。
【００１０】
コアが被覆領域となる直線部および曲線部からなるトラック形状を有する場合には、コイルの各環状部分の中央部上側のコーナー部付近の温度上昇が最大であるので、この特定領域から放熱用樹脂層が形成されていればよい。
【００１１】
放熱用樹脂層は、コアの両側の曲線部に達する領域上に形成されていることにより、さらに放熱機能が向上する。
【００１２】
放熱機能をより高めるためには、放熱用樹脂層が、前記ケースの内側面まで達していることが好ましい。
【００１３】
放熱用樹脂層が、金属充填材を含むエポキシ樹脂からなることにより、放熱機能を確保しつつ、製造コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明のリアクトル装置の製造方法は、コアとコイルとを組み立てる工程、コアおよびコイルをケースに収納する工程に加えて、コイルの特定領域から、コアの被覆領域以外の部分に達する領域上に樹脂を供給して放熱用樹脂層を形成する工程を含んでいる。
【００１５】
この方法により、従来のケース内をポッティング樹脂で満たしていた組立方法に比べて、樹脂の使用量の低減だけでなく、樹脂を硬化させる時間が短縮されることによる製造コストの削減を図ることができる。
【００１６】
放熱用樹脂層をケースの内側面に達するように形成する場合には、ケース内にコア及びコイルを収納してから樹脂を供給する。
【００１７】
放熱用樹脂層をコアの途中まで形成する場合には、放熱用樹脂層を形成する工程は、コア及びコイルをケース内に収納する工程の前でも後でもよい。
【００１８】
放熱用樹脂を形成する際に、樹脂として金属充填剤を含むエポキシ樹脂を使用することにより、放熱機能の高い放熱樹脂層を低コストで形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のリアクトル装置またはその製造方法によると、ケース内にポッティング樹脂を満たす代わりに、コイルの特定領域からコアの一部に放熱用樹脂層を形成するようにしたので、放熱機能を高く維持しつつ、製造コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態）
−リアクトル装置の構造−
図１は、実施の形態のリアクトル装置Ａの斜視図である。図１に示すように、リアクトル装置Ａは、コア１と、コア１の周囲を環状に取り巻くコイル２と、コア１，コイル２等を収納する中ケース４と、全体を収納するケース３とを備えている。リアクトルＢは、コア１と、コア１の周囲を環状に取り巻くコイル２とを備えている。コイル２は、角柱状の空間を囲むように螺旋状に巻かれて積層された２つの環状部分２１と、環状部分２１を接続する接続部分２２と、上方に突出する両端の端子２３とによって構成されている。コイル２は、ほぼ全体が絶縁性膜で覆われており、１対の端子２３のみが絶縁性膜から露出している。コイル２は、２つの環状部分２１が接続部２２で接続されて一体化されており、通電時には、一方の端子２３から、順次２つの環状部分２２を経て、他方の端子２３に交流電流が流れる。
【００２１】
また、コイル２の各環状部分２１の中央部上側のコーナー部から、サイド部分コア１２の曲線部Ｒｂを経てケース３の内側面に亘る領域には、熱伝導率の高い放熱用樹脂層３０が設けられている。
【００２２】
図２は、実施の形態におけるリアクトルＢ中のコア１を抜き出して示す斜視図である。図２に示すように、コア１は、平面形状がほぼトラック形をしていて、２つの直線部Ｒａと、２つの直線部Ｒａの両端部において直線部Ｒａ同士を接続する曲線部Ｒｂとを有している。また、コア１は、２つの直線部Ｒａの各端部および曲線部Ｒｂに亘るサイド部分コア１２と、各直線部Ｒａにおいてサイド部分コア１２間に交互に配置される中間部分コア１０およびギャップスペーサ１１とを備えている。また、後述する図４に示すように、コア１の各直線部Ｒａは、樹脂製の内側ボビン１３によってそれぞれ周囲を覆われており、内側ボビン１３の外側にコイル２が巻回された状態となっている。そして、コイル２の各環状部分２１は、コア１の各直線部Ｒａの周囲に巻回されているので、各直線部Ｒａがコイル２の環状部分２１によって被覆される被覆領域であり、各曲線部Ｒｂはコイル外に露出した，被覆領域以外の部分である。また、コイル２の両端は、外側ボビン１５によって挟まれ、コア１のサイド部分コア１２は、外側ボビン１５の開口を貫通して外側に露出した状態となっている。
【００２３】
すなわち、本実施の形態のコア１及びコイル２は、大電流かつ高周波領域における交流−直流間の変換の際の負荷を緩和するためのリアクトルに適した構造であり、ハイブリッド車などに搭載されるものである。そして、このトラック形状のリアクトルＢにおいては、トラックを縦方向に分割する中心線付近を中央部とすると、放熱用樹脂層が形成されていない状態においては、コア１の被覆領域（直線部Ｒａ）の周囲に巻回されたコイル２の環状部分２１のうち、中央部上側のコーナー部が最高温度領域であることが知られている。
【００２４】
−リアクトル装置の各部の材質−
上記コア１の各サイド部分コア１２および中間部分コア１０は、高透磁率材料ともいわれる軟磁性材料によって構成されている。軟磁性材料の例としては、純鉄、軟鉄、磁性鋼、珪素鋼、パーマロイ、センダスト、フェライト、磁性合金のアモルファス材料、などがある。ハイブリッド車のエンジン駆動用など、高周波かつ大電力を要求されるリアクトルには、１ｋＨｚ以上の周波数領域における鉄損が小さいことが求められる。また、振動を抑制するためには、コア１の磁歪が小さいことが好ましい。かかる条件に適合する軟磁性材料として、無方向性珪素鋼板のうちでも、珪素が約６％の無歪み珪素鋼板が、磁歪が０に近いことから、多用されている。ただし、この無歪み珪素鋼板は、製造コストが高くつくために、高価であることが難点である。
【００２５】
一方、本実施の形態においては、上記コア１の各サイド部分コア１２および中間部分コア１０は、いずれも焼結軟磁性材料によって構成されている。本実施の形態では、焼結軟磁性材料として、アトマイズ法で作製した鉄系軟磁性粉末を、リン酸塩絶縁被膜および樹脂バインダで表面被覆し、その表面被覆粉末をプレス成形後、高温で焼結したものを用いている。この材料は、低保持力特性を有するとともに、無歪み珪素鋼板よりも安価である。
【００２６】
なお、ギャップスペーサ１１は、セラミックス，ガラス，ガラスエポキシ基板等の非磁性かつ絶縁性材料によって構成されている。ギャップスペーサ１１は、周波数に応じてインダクタンスを調整するために必要な部材である。また、コア１全体として、設計上、必要なギャップスペーサ１１の合計厚みが定まるので、１つのギャップスペーサ１１の厚みが過剰な漏れ電流の発生を生じることがないように、ギャップスペーサ１１の数が定められている。本実施の形態においては、ギャップスペーサ１１の厚みは約１．３１μｍ、接着剤層の厚みは約０．０２μｍであって、各ギャップの寸法が１．３５μｍに設定されている。
【００２７】
また、ケース３は、ＣｕまたはＣｕ合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性が良好な材料によって構成されており、リアクトルＢで発生した熱をケース３から外方に逃すように構成されている。
【００２８】
本実施形態において、放熱用樹脂層３０は、一般には、金属充填剤を含むエポキシ樹脂が用いられ、熱伝導率が０．５〜２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）の範囲にある。上記放熱用樹脂層３０を構成する樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂にアルミニウム，窒化アルミニウムなどを充填したものを用いることができ、市販の樹脂材料としては、たとえば株式会社オーデック社の商品名アレコムボンド５６８，８０５，８６０がある。アレコムボンド５６８，８０５，８６０の熱伝導率は、順に、１５．６（Ｗ／ｍ・Ｋ），２１．６（Ｗ／ｍ・Ｋ），１４．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、本発明の放熱用樹脂層３０の材料として適している。
【００２９】
本実施形態のリアクトル装置Ａは、コイル２の環状部分２１の中央部上側のコーナー部から放熱用樹脂層３０−ケース３（及び放熱用樹脂層３０−サイド部分コア１２−ケース３）に亘って放熱経路が形成されている点が特徴である。上述のように、コイル２の環状部分２１の中央部上側のコーナー部は、コイル２の最高温度領域である。ただし、最高温度領域とは、放熱用樹脂層が形成されていない状態における温度が最も高くなる領域のことを言う。このように、コイル３の最高温度領域である中央部上側のコーナー部からケース３に至る放熱経路を設けることにより、ケース３内の間隙部全体を放熱用樹脂で満たしていた従来の構造に比べると、少ない樹脂使用量で効果的な放熱を行うことができ、製造コストの削減を図ることができる。
【００３０】
なお、放熱用樹脂層３０は、コイル２の環状部分２１の中央部上下のコーナー部に亘って形成されていてもよい。図５に示されるように、環状部分２１の中央部下方のコーナー部は最高温度領域ではなく、しかもケース３に近接しているので比較的放熱性が良好であるが、この部分も相当の高温に達するからである。
【００３１】
−リアクトル装置Ａの組立手順−
図３は、リアクトルＢを中ケース４に収納する手順を説明するための斜視図である。図４は、リアクトルＢを中ケース４に収納したときの状態を、一部破断して示す斜視図である。図３に示す状態から図４に示す状態までの組立手順は、以下の通りである。まず、中間部分コア１０とギャップスペーサ１１とを貼り合わせてから、内側ボビン１３によって被覆する。その後、コイル２の各環状部分２１によって囲まれる空間内に、内側ボビン１３とギャップスペーサ１１と各中間部分コア１０との集合体を嵌合させる。このとき、両端のギャップスペーサ１１が、コイル２の環状部分２１内で空間に露出した状態となっている。次に、２つのサイド部分コア１２を、上記集合体の両端で露出しているギャップスペーサ１１に跨るように、取り付ける。これにより、図３の中央部に示す組立体が組み立てられる。また、閉環状のコア１ができあがる。これにより、リアクトルＢが形成される。その後、図５に示すように、サイド部分コア１２とコイル２とを相互に固定する外側ボビン１５を取り付け、その全体を中ケース４に収納し、中ケース４に収納されたリアクトルＢをケース３に収納する。
【００３２】
図５は、リアクトル装置Ａの最終的な組立が終了した状態を概略的に示す断面図である。ただし、図５において、中ケース４など主要部材でない部材の図示は省略されている。図５に示すように、ケース３の内面の底面には、リアクトルＢのコイル２が入り込むための凹部が設けられており、リアクトルＢのコア１（サイド部分コア１２）がケース３の内面の底面と接触して支持されている。図示されていないが、ケース３はヒートシンクの上に設置されていて、コア１とケース３とが接触していることにより、リアクトルＢで発生した熱がケース３からヒートシンクに効率よく放熱される。
【００３３】
その後、図５に示すように、コイル１２の環状部分２１の中央部上側のコーナー部からサイド部分コア１２を経てケース３の内側面に亘る領域に、熱伝導率の高い樹脂を塗布し、放熱用樹脂層３０を形成する。このとき、コイル２の端子２３に接する一方の外側ボビン１５の端部は、コイル２の環状部分２１よりも上方まで延びているので、放熱用樹脂層３０は、一方の外側ボビン１５の内側面から、他方の外側ボビン１５を超えてケース３の内側面に達するように塗布されている。これにより、図１に示すリアクトル装置Ａが組み立てられる。
【００３４】
ここで、樹脂の供給方法には、ノズルからの押し出し、刷毛塗り、スプレーなどがあり、いずれの方法を用いてもよい。
【００３５】
本実施の形態の組立工程によると、従来のようにケース３内の空隙部全体を放熱用樹脂で満たすのに比べると、樹脂の充填時間、硬化時間が短縮されるので、組立時間も短縮される。したがって、工程の短縮による製造コストの削減をも図ることができる。
【００３６】
（第１の変形例）
図６は、上記実施の形態の第１の変形例におけるリアクトル装置Ａ１の断面図である。上記実施の形態では、放熱用樹脂層３０がケース３の内側面まで達するように形成されていたが、本変形例では、コア１のサイド部分コア１２の途中までしか形成されていない。このような構造であっても、放熱用樹脂層３０からサイド部分コア１２を経て、ケース３の底面からヒートシンクにつながる放熱経路が形成されるので、上記実施の形態と同様の放熱効果を発揮することができる。
【００３７】
本変形例のリアクトル装置を組み立てる工程では、図４に示すリアクトルＢを組み立てた状態で、放熱用樹脂層３０を形成してもよい。
【００３８】
（第２の変形例）
本変形例の図は省略するが、図５または図６において、両側の外側ボビン１５を超えて、少なくともサイド部分コア１２に達する放熱樹脂層３０を形成してもよい。このような構造は、たとえば端子２３に接している側の外側ボビン１５の２つの端子２３間の部分を掘り下げておき、樹脂を塗布することにより、容易に実現することができる。これにより、さらに放熱機能の向上を図ることができる。
【００３９】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００４０】
上記実施の形態においては、トラック形状のコア１と、２つの環状部分２１を有するコイル２とを備えたリアクトル装置Ａについて説明したが、本発明は、トラック形状だけでなく、他の形状を有するコアとコイルとを有するものに適用することができる。その場合にも、ケース全体にポッティング樹脂を充填する代わりに、コイルの最高温度領域あるいはその付近からケースに至る放熱経路を形成することにより、製造コストの低減を図ることができるからである。
【００４１】
上記実施の形態においては、トラック形状のコア１を備えたものを前提として、コイル２の環状部分２１の中央部上側のコーナー部全体に放熱用樹脂層３０を形成したが、必ずしもコイル２の環状部分２１の中央部上側のコーナー部の全体に放熱用樹脂層３０が設けられている必要はない。たとえば、環状部分２１の中央部上側のコーナー部の一部に放熱用樹脂層が形成されていない部分があっても、一定の放熱機能があれば、本発明の基本的な効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のリアクトルおよびリアクトル装置は、ハイブリッド車、燃料電池車や、工場・家庭用電力供給システムにおいて、たとえば昇圧回路などの一部品として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態におけるリアクトル装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態におけるコアの構造を示す斜視図である。
【図３】リアクトルを中ケースに収納する手順を説明するための斜視図である。
【図４】リアクトルを中ケースに収納したリアクトル装置の状態を、一部破断して示す斜視図である。
【図５】リアクトル装置の最終的な組立が終了した状態を概略的に示す断面図である。
【図６】実施の形態の第１の変形例におけるリアクトル装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ    リアクトル装置
Ｂ    リアクトル
１    コア
２    コイル
３    ケース
４    中ケース
１０  中間部分コア
１１  ギャップスペーサ
１２  サイド部分コア
１５  外側ボビン
２１  環状部分
２２  接続部分
２３  端子
３０  放熱用樹脂層
Ｒａ  直線部
Ｒｂ  曲線部
Ｒｐ  平面部
【図１】
2008028290.tif 000003
【図２】
2008028290.tif 000004
【図３】
2008028290.tif 000005
【図４】
2008028290.tif 000006
【図５】
2008028290.tif 000007
【図６】
2008028290.tif 000008