(57)【要約】【課題】コアとコイルの絶縁性に優れ、コアとコイルが強固に固定され、さらにはコアやコイルからの放熱性に優れたリアクトルを提供する。【解決手段】コア１と、コア１に配設されたコイル２と、を少なくとも備えたリアクトル１０であって、コア１とコイル２の間には発泡放熱シート３が介在しており、発泡放熱シート３は、一層の発泡シート３ａと、発泡シート３ａを挟む二層の放熱シート３ｂから構成されており、発泡シート３ａは、熱硬化性樹脂３ａ１と気孔３ａ２から形成されており、放熱シート３ｂは、熱硬化性樹脂３ｂ１と、絶縁性および熱伝導性を有する無機フィラー３ｂ２から形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
コアに配設されたコイルと、を少なくとも備えたリアクトルであって、
コアとコイルの間には発泡放熱シートが介在しており、
発泡放熱シートは、一層の発泡シートと、発泡シートを挟む二層の放熱シートから構成されており、
発泡シートは、熱硬化性樹脂と気孔から形成されており、
放熱シートは、熱硬化性樹脂と、絶縁性および熱伝導性を有する無機フィラーから形成されているリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリアクトルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。
【０００３】
リアクトルには様々な形態が存在しており、その一例を挙げると、U型コアやI型コアをギャップを介して環状に組み付け（ギャップ板を接着剤にてコアに接続）、その周囲にコイルが形成された形態や、これがケース内に収容された形態、さらには、ケース内にモールド樹脂体が形成された形態などがある。いずれの形態であっても、コアおよびコイルの下方には冷却器が直接的に存在していたり、放熱材（放熱シート、放熱層）を介して冷却器が存在している。
【０００４】
リアクトルにおいては、コイルとコアが発熱源となり、それぞれに固有の損失で発熱し、コイルからコアへ、あるいはコアからコイルへ熱が伝わるため、特に温度の高い方に合わせて使用材料などを熱設計する必要がある。たとえば、コアに使用される接着剤などは、コアの損失による発熱のみであればそれに合わせて耐熱性を有する材料を選定すればよいが、コイルに流す電流を大きくしていくとコイルの損失発熱によってコイルからコアへ伝熱し、コアの温度上昇が顕著となってしまうことから、それに合わせて材料選定する必要が生じる。
【０００５】
コアに使用される接着剤以外で課題となるのは、コイルとコアの損失の温度特性による損失悪化である。具体的には、コイルの損失は、DC損やAC損などが挙げられ、電流を流したことによるジュール発熱によるものである。導体の抵抗率は温度依存性があり、温度の上昇に伴って抵抗値が上昇することから、その上昇分だけジュール発熱してしまい、さらに温度が上昇することになる。
【０００６】
一方、コアの損失については、渦電流損失やヒステリシス損失が発熱原因となるが、渦電流によるジュール発熱やヒステリシス損失では、温度によってコア中の磁区が方向を反転する反転のし易さが異なり、反転し易い温度では損失が小さく、反転し難い温度では損失が大きくなる。特に、ある温度でもっとも損失が小さくなる場合に、その後の温度上昇に伴って損失が大きくなる傾向がある。
【０００７】
以上のことより、コイル、コアのいずれも温度上昇によって損失が悪化し、さらに発熱して温度が上昇してしまうといった悪循環に陥ってしまうことにより、リアクトルとしての性能が確保できないといった課題を有している。
【０００８】
また、リアクトルのコイルはコアに巻装されて使用されるが、コイルとコアの絶縁性を確保するために、コイルに使用されるエナメル被膜だけでは十分な絶縁性が得られない場合などでは、絶縁性の樹脂材料で成形されたボビンにコイルを巻装し、ボビンを介してコアに組み付けている。このように組み付けられたコイルは往々にして固定が不十分となることから、モールド樹脂などで上から覆うなどして固定を図る必要があった。なお、このように、コアとコイルをボビンで絶縁しながら、樹脂モールドで固定されたリアクトルが特許文献１に開示されている。
【０００９】
しかしながら、コイルとコアの固定に際してモールド樹脂を用いた場合、冷却面積が限定されてしまい、効率的に冷却し難いといった課題がある。
【００１０】
従来のリアクトルでは、コイルとコアの固定をポッティング材やモールド材によって固定し、コイルとコアの絶縁を上記するボビンを介しておこなっていることから、コアとコイルの固定を図る手段と絶縁を図る手段を個別に用意する必要があり、このために製造工程が増加し、リアクトルの構造が煩雑になる傾向がある。
【００１１】
さらに、ボビンにコイルを組み付ける際に、ボビンの外径寸法とコイルの内径寸法の公差が小さいとコイルをボビンに組み付ける際にコイルのエナメル被膜に傷を付けてしまう惧れがあることから、組み付けの際の公差を大きくせざるを得ず、結果としてリアクトルの体格が大きくなってしまうといった課題も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１０３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、コアとコイルの絶縁性に優れ、コアとコイルが強固に固定され、さらにはコアやコイルからの放熱性に優れたリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、コアと、コアに配設されたコイルと、を少なくとも備えたリアクトルであって、コアとコイルの間には発泡放熱シートが介在しており、発泡放熱シートは、一層の発泡シートと、発泡シートを挟む二層の放熱シートから構成されており、発泡シートは、熱硬化性樹脂と気孔から形成されており、放熱シートは、熱硬化性樹脂と、絶縁性および熱伝導性を有する無機フィラーから形成されているものである。
【００１５】
本発明のリアクトルは、コアとコイルの間に一層の発泡シートと、発泡シートを挟む二層の放熱シートから構成された発泡放熱シートを介在させ、発泡放熱シートの一部をコアおよびコイルの下方にある冷却器に直接的もしくは間接的に接続した構成を適用したことにより、コアとコイルを発泡シートの膨張によって強固に固定することができ、放熱シートによってコアとコイルの絶縁が図られ、かつ冷却器への放熱が図られたものである。
【００１６】
ここで、「発泡放熱シートの一部が冷却器に直接的もしくは間接的に接続されている」とは、コアおよびコイルの下方に冷却器がある形態では発泡放熱シートの一部が直接的に冷却器に接続されることを意味している。また、コアおよびコイルの下方に放熱シート等の放熱材があり、放熱材の下方に冷却器がある形態では、発泡放熱シートの一部が放熱材に接続されることから、間接的に冷却器に接続されることを意味している。
【００１７】
発泡放熱シートを構成する一層の発泡シートは、バインダ樹脂である熱硬化性樹脂の内部に気孔が存在したものであり、この気孔は加熱によって発泡・硬化する発泡剤から形成される。
【００１８】
この熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００１９】
一方、気孔を形成する発泡剤としては、たとえばマイクロカプセル化されている発泡剤を適用し、カプセルが加熱時に内部の発泡剤の熱膨張によって破裂するものなどを適用できる。
【００２０】
なお、発泡シートの気孔を形成する発泡剤の発泡温度は、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低くなっているのが望ましく、コアとコイルの間に発泡放熱シートを挿入した後、加熱によって発泡剤を発泡させて発泡シートを膨張させることでコアとコイルの隙間を埋めながら、熱硬化性樹脂が硬化することでコアとコイルの強固な固定を実現することができる。
【００２１】
膨張した発泡剤により、コアとコイルの間の断熱を図ることも可能になり、コアとコイル間の熱のやりとりを勘案して双方の材料設定をおこなう際の設計困難性を緩和することにも繋がる。
【００２２】
また、一層の発泡シートの形態としては、熱硬化性樹脂内に気孔が分散した形態の他にも、熱硬化性樹脂内に気孔が分散した２つの層が樹脂製の基材を挟んだ形態や、熱硬化性樹脂内に気孔が分散した層を２つの基材が挟んだ形態などであってもよい。なお、これら複数層の積層形態も、本明細書では「一層の発泡シート」に含まれるものとする。
【００２３】
また、発泡シートを挟む二層の放熱シートは、バインダ樹脂である熱硬化性樹脂の内部に、絶縁性および熱伝導性を有する無機フィラーが分散されたものである。
【００２４】
無機フィラーは絶縁性および熱伝導性を有しており、針状や繊維状、板状で形状異方性のあるものを用いることができ、窒化ホウ素や窒化アルミ、アルミナなどから形成できる。
【００２５】
特に、熱硬化性樹脂の内部に無機フィラーを発泡シートの面方向に配向させることで、面方向への熱伝導率を高めることができる。
【００２６】
発泡放熱シートの一部は冷却器や放熱材に接続されていることから、たとえばコアやコイル等の発熱源からの熱を放熱シートの面方向に伝熱し、冷却器等へ効果的に放熱することが可能になる。
【００２７】
このように、コアとコイルの間に発泡放熱シートを介在させたことにより、コアとコイルをボビンで絶縁しながら、樹脂モールドで固定するといった絶縁手段と固定手段が別部材となることが解消され、発泡放熱シートのみでコアとコイルの絶縁と固定を図ることができ、さらにはコアやコイルからの効果的な放熱を図ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルは、コアとコイルの間に一層の発泡シートと、発泡シートを挟む二層の放熱シートから構成された発泡放熱シートを介在させたものである。この構成により、コアとコイルを発泡シートの膨張によって強固に固定するとともにコアとコイルの断熱も図ることができ、放熱シートによってコアとコイルの絶縁を図ることができ、冷却器への効果的な放熱を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のリアクトルの実施の形態の斜視図である。
【図２】（ａ）は発泡放熱シートを構成する発泡シートを説明した模式図であり、（ｂ）は発泡放熱シートを構成する放熱シートを説明した模式図である。
【図３】（ａ）はコアとコイルの間に発泡放熱シートが配設され、発泡シートが加熱される前の状態を示した模式図であり、（ｂ）は発泡シートが加熱され、コアとコイルが固定された状態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。なお、図示例のリアクトルはコアとコイル、放熱材、冷却器から構成されるものであるが、さらにケースを具備する形態や、モールド樹脂材にてコアやコイルが封止された形態などであってもよいことは勿論のことである。
【００３１】
（リアクトルの実施の形態）
図１は本発明のリアクトルの実施の形態の斜視図であり、図２（ａ）は発泡放熱シートを構成する発泡シートを説明した模式図であり、図２（ｂ）は発泡放熱シートを構成する放熱シートを説明した模式図である。さらに、図３（ａ）はコアとコイルの間に発泡放熱シートが配設され、発泡シートが加熱される前の状態を示した模式図であり、図３（ｂ）は発泡シートが加熱され、コアとコイルが固定された状態を示した模式図である。
【００３２】
図示するリアクトル１０は、コア１と、コア１に配設されたコイル２，２と、コア１およびコイル２の下方に配設された放熱材４と、放熱材４の下方に配設された冷却器５とから大略構成されている。
【００３３】
コア１は、樹脂と軟磁性粉末等からなる形成される。ここで、軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。一方、樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げるこができる。
【００３４】
コイル２は、銅製の導線と、導線の周囲に形成されたエナメル被膜等の絶縁被膜から構成されており、占積率の高い平角線が好適である。
【００３５】
冷却器５は、その内部に不図示の流路が形成され、冷媒が流路を還流することで伝熱されてきた熱をクーリングする。
【００３６】
図１で示すように、図示するリアクトル１０では、コア１とコイル２の間に三層構造の発泡放熱シート３が介在しており、その一部は放熱材４に接続する接続箇所３’となっている。
【００３７】
発泡放熱シート３は、中央にある一層の発泡シート３ａと、発泡シート３ａを挟む二層の放熱シート３ｂ、３ｂから構成されている。
【００３８】
まず、発泡シート３ａについて説明する。
【００３９】
発泡シート３ａは、図２（ａ）で示すように、加熱によって硬化する熱硬化性樹脂３ａ１からなるバインダ材に、加熱によって発泡する発泡剤から形成された気孔３ａ２が分散されて形成されたものである。
【００４０】
ここで、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを適用できる。
【００４１】
一方、気孔３ａ２を形成する発泡剤としては、公知の発泡剤を用いることができるが、中でもマイクロカプセル化されている発泡剤を用いるのが好ましい。このようなマイクロカプセル化されている発泡剤としては、例えば、イソブタン、プロパン、ペンタン等の、加熱によって容易にガス化して膨脹する物質を弾性を有する殻内に内包させた微小球（「熱膨張性微小球」と称する場合がある）が挙げられる。
【００４２】
熱膨張性微小球の殻は、通常、熱可塑性物質、熱溶融性物質、熱膨脹により破裂する物質等で形成される場合が多い。また、熱膨張性微小球の殻を形成する物質としては、たとえば塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスルホン等が挙げられる。熱膨張性微小球は、例えば、コアセルベーション法、界面重合法等により製造される。このような発泡剤の市販品としては、たとえば、商品名「マツモトマイクロスフェアF」（松本油脂製薬株式会社製）、商品名「エクスパンセルDu」（Akzo Nobel Surface Chemistry AB社製）等が挙げられる。
【００４３】
発泡シート３ａには、要求される絶縁性やシートの剛性に応じて樹脂基材などが用いられても良く、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミドフィルムなどを基材として用いることができる。発泡シート３ａの構成としては、図２（ａ）で示す構成の他にも、気孔３ａ２が分散された熱硬化性樹脂３ａ１からなる層/基材/気孔３ａ２が分散された熱硬化性樹脂３ａ１からなる層といった積層構成や、基材/気孔３ａ２が分散された熱硬化性樹脂３ａ１からなる層/基材といった積層構成などであってもよい。なお、これらの構成形態のものも、本明細書では、「一層の発泡シート」に含まれる意味である。 
【００４４】
また、発泡シート３ａの気孔３ａ２を形成する発泡剤の発泡温度は、バインダ樹脂である熱硬化性樹脂３ａ１の硬化温度よりも低く、図３（ａ）で示すように、リアクトル１０のコア１とコイル２の隙間に挿入した後、加熱されることにより、図３（ｂ）で示すように発泡して隙間を埋めた後（発泡シート３ａの膨張δ）、熱硬化性樹脂３ａ１が硬化してコア１とコイル２を強固に固定するようになっている。
【００４５】
さらに、発泡シート３ａによって、コア１とコイル２のそれぞれの発熱が他方へ伝熱されるのを断熱する効果が得られる。そのため、たとえばコイル２の絶縁被膜やコア１の接着剤といった耐熱性が要求される材料の選定に当たり、それぞれの発熱温度に合わせて材料選定をおこなうことができるため、材料の選定自由度が大きくなる。
【００４６】
次に、放熱シート３ｂについて説明する。
【００４７】
放熱シート３ｂは、図２（ｂ）で示すように、針状や繊維状、板状といった形状異方性のある熱伝導率の高い無機フィラー３ｂ２が熱硬化性樹脂３ｂ１内に分散され、構成されている。
【００４８】
熱硬化性樹脂３ｂ１としては、既述する発泡シート３ａと同様の素材の樹脂が適用できる。
【００４９】
一方、無機フィラー３ｂ２としては、窒化ホウ素や窒化アルミ、アルミナなどの熱伝導率が高く、高い絶縁性を有しているものが好適である。
【００５０】
また、図２（ｂ）で示すように、熱硬化性樹脂３ｂ１内に無機フィラー３ｂ２をシートの面方向に配向させることで、面方向への熱伝導率を高めることができ、コア１やコイル２といった熱源からの熱を放熱シート３ｂの面方向に伝熱し、接続箇所３’を介して効果的に放熱材に放熱することができる。
【００５１】
また、絶縁性を有する無機フィラー３ｂ２が適用されることで、リアクトル１０のコア１とコイル２間の絶縁性を確保することができる。
【００５２】
このように、コア１とコイル２の間に発泡放熱シート３が介在したリアクトル１０によれば、発泡シート３ａの膨張によってコア１とコイル２を強固に固定するとともに、コア１とコイル２の断熱も図ることができる。また、放熱シート３ｂによってコア１とコイル２の絶縁を図ることができ、冷却器５への効果的な放熱を図ることができる。
【００５３】
また、発泡放熱シート３がコア１とコイル２の固定手段と絶縁手段の双方を担うことから、これらの手段を個別の製造工程で製作していた従来のリアクトル（絶縁手段はボビン、固定手段は樹脂モールドの充填）に比して製造の簡素化を実現できる。
【００５４】
さらに、発泡シート３ａの発泡によってコア１とコイル２の固定を図ることから、コア１とコイル２の組み付け時の隙間を適度に確保した上で、組み付け後に発泡シート３ａを発泡させて隙間を充填しながら固定できるため、双方の組み付け時にコア１やコイル２を傷付けるのを解消でき、リアクトル１０の体格増大を抑制することができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１…コア、２…コイル、３…発泡放熱シート、３ａ…発泡シート、３ｂ…放熱シート、３’…接続箇所、４…放熱材、５…冷却器、１０…リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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