(57)【要約】【課題】省スペース化を図ることができるとともに、発熱素子の放熱性を向上させることができるリアクトルを提供すること。【解決手段】本発明の電力変換装置は、通電により磁束を発生するコイル２１と該コイル２１の内側及び外周に形成された磁性粉末混合樹脂からなるコア２２とコイル２１及びコア２２を内側に収容するケース２３とを有するリアクトル２と、通電により発熱する発熱素子１３とを備える。リアクトル２は、コア２２に接触配置された冷却部材２４を有する。発熱素子１３は、冷却部材２４に接触配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により磁束を発生するコイルと該コイルの内側及び外周に形成された磁性粉末混合樹脂からなるコアと上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルと、通電により発熱する発熱素子とを備えた電力変換装置であって、
上記リアクトルは、上記コアに接触配置された冷却部材を有し、
上記発熱素子は、上記冷却部材に接触配置していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設された中芯であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２において、上記発熱素子は、上記中芯に固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記発熱素子は、上記コアに埋設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記発熱素子は、上記電力変換装置に設けられたコンデンサにおける残留電荷を放電するための放電抵抗であることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するための電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
該電力変換装置は、通電により磁束を発生するコイルと該コイルの内側及び外周に形成された磁性粉末混合樹脂からなるコアと上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルと、通電により発熱する発熱素子とを備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９４４７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の電力変換装置には、以下のような問題があった。すなわち、上記コアには、磁気回路としてほとんど使用されていない部分、すなわちデッドスペースがあった。そして、このデッドスペースの存在により、上記リアクトルの体格、ひいては上記電力変換装置の体格が大きくなってしまうという問題点があった。
また、上記リアクトルのみならず、上記発熱素子も上記電力変換装置の内部にあって高温状態となるため、これらの冷却手段も課題の一つとして挙げられていた。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、省スペース化を図ることができるとともに、放熱性に優れた電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、通電により磁束を発生するコイルと該コイルの内側及び外周に形成された磁性粉末混合樹脂からなるコアと上記コイル及び上記コアを内側に収容するケースとを有するリアクトルと、通電により発熱する発熱素子とを備えた電力変換装置であって、
上記リアクトルは、上記コアに接触配置された冷却部材を有し、
上記発熱素子は、上記冷却部材に接触配置していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の作用効果について説明する。
上記リアクトルは、上記コアに接触配置された冷却部材を有する。それゆえ、かかる冷却部材により、コアの熱、すなわちリアクトルの熱を外部へと放出することができる。
また、上記発熱素子は、上記冷却部材に接触配置している。それゆえ、かかる冷却部材により、発熱素子の熱を外部へと放出することができる。
すなわち、リアクトルと発熱素子との双方の熱を冷却部材により外部へと放出することができるため、放熱性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【０００８】
また、上述したように、冷却部材はコアに接触配置されている。そのため、コアにおける、磁気回路としてほとんど使用されていない部分、すなわちデッドスペースに冷却部材を配設すれば、かかるデッドスペースを有効利用することができる。そしてさらに、本発明においては、発熱素子を冷却部材に接触させつつデッドスペースに配置することができる。このような構成とすることで、電力変換装置内に発熱素子を配設するためのスペースを新たに確保する必要がなくなり、電力変換装置の省スペース化を図ることができる。
その結果、電力変換装置の小型化を図ることができ、ひいては電力変換装置の低コスト化を図ることができる。
【０００９】
このように、本発明によれば、省スペース化を図ることができるとともに、放熱性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明（請求項１）において、上記電力変換装置として、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等がある。
上記リアクトルにおける上記磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させてなる材料である。そして、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等がある。また、上記樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１１】
また、上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設された中芯であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、省スペース化を充分に図ることができるとともに、放熱性に充分優れた電力変換装置を得ることができる。
すなわち、コイルの中心軸付近は、磁気回路としてはほとんど使用されていないデッドスペースであるため、かかるデッドスペースに冷却部材を配設すれば、電力変換装置の省スペース化を充分に図ることができる。
また、コイルの内側のコアは高温となりやすいが、かかる部位に冷却部材を配設することにより、コイルの内側のコアを充分に冷却することができる。その結果、電力変換装置の放熱性の向上を図ることができる。
【００１２】
また、上記発熱素子は、上記中芯に固定されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、電力変換装置の省スペース化を容易に図ることができる。
【００１３】
また、上記発熱素子は、上記コアに埋設されていてもよい（請求項４）。
この場合には、発熱素子を容易かつ充分に固定することができるとともに、発熱素子の熱を充分に放熱することができる。
【００１４】
また、上記発熱素子は、上記電力変換装置に設けられたコンデンサにおける残留電荷を放電するための放電抵抗とすることができる（請求項５）。
この場合には、放電抵抗の熱を外部へと効果的に放出するとともに、電力変換装置の小型化を実現することができる。
なお、上記コンデンサとしては、例えば、電力変換回路の直流電圧を平滑化するためのコンデンサがある。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
本発明の実施例に係る電力変換装置について、図１、図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すように、通電により磁束を発生するコイル２１と該コイル２１の内側及び外周に形成された磁性粉末混合樹脂からなるコア２２とコイル２１及びコア２２を内側に収容するケース２３とを有するリアクトル２と、通電により発熱する発熱素子１３とを備える。
リアクトル２は、コア２２に接触配置された冷却部材２４を有する。
そして、発熱素子１３は、冷却部材２４に接触配置されている。
【００１６】
本例の電力変換装置１における電力変換回路について、図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ３を有する。
該インバータ３は、図２に示すように、上記リアクトル２と、直流電圧を供給する電源１１と、直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサ１４１と、複数のスイッチング素子１５と、平滑化コンデンサ１４１における残留電荷を放電するための放電抵抗である発熱素子１３と、例えばハイブリッド自動車等の駆動輪を駆動するためのトルクを発生させる三相交流モータージェネレータ１２とを有する。
【００１７】
インバータ３は、例えば６個のスイッチング素子１５を有する主回路部３１と、電源１１から供給される直流電力を昇圧して主回路部３１へ送る昇圧部３２とを有する。
主回路部３１は、高電位側バスバー１６に接続された３個のスイッチング素子１５と、接地されている低電位側バスバー１７に接続された３個のスイッチング素子１５とを互いに直列接続して、三相のアームを形成している。また、各アームにおける一対のスイッチング素子１５の接続点から、三相交流モータージェネレータ１２の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電極とそれぞれ接続されている。
【００１８】
また、昇圧部３２は、高電位側バスバー１６と低電位側バスバー１７にそれぞれ接続された一対のスイッチング素子１５と、リアクトル２とによって構成されている。
そして、主回路部３１と昇圧部３２との間における高電位側バスバー１６と低電位側バスバー１７とを接続するように、平滑化コンデンサ１４１及び放電抵抗である発熱素子１３が互いに並列に接続されている。
また、電源１１と昇圧部３２との間には、電源電流を安定化させるためのフィルタコンデンサ１４２が配線されている。
【００１９】
次に、電力変換装置１に内蔵されるリアクトル２について、図１を用いて説明する。
リアクトル２は、上述したように、コイル２１と、コア２２と、ケース２３と、冷却部材２４とを有する。
コア２２を構成する上記磁性粉末混合樹脂は、磁性粉末を樹脂に混入させてなる材料である。そして、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等がある。また、上記樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００２０】
ケース２３は、図１に示すように、略平板状の底面部２３１と、該底面部２３１の端縁から垂直に立ち上がる側面部２３２とを有する。また、底面部２３１と対向する位置には、開口部２３３が形成されている。
また、ケース２３は、例えば放熱性に優れ、かつ、非磁性体であるアルミニウムを用いて形成することができる。
底面部２３１の内側面の略中央には、底面部２３１から開口部２３３に向かって突出してなる台座部２３０が形成されている。
【００２１】
冷却部材２４は、コイル２１の内側に配設された中芯２４０である。そして、中芯２４０は、中芯２４０においてケース２３の開口部２３３から底面部２３１に向かって貫通するよう形成された貫通孔２４１に、ビス２５１を挿通することによってケース２３に固定されている。
また、冷却部材２４も、ケース２３と同様、例えば放熱性に優れ、かつ、非磁性体であるアルミニウムを用いて形成することができる。
【００２２】
本例においては、冷却部材２４は、軸方向における中心付近の外径が最も小さくなるように外形が湾曲してなる外側面２４２を有する。すなわち、図１に示すように、コイル２１に通電することによりコア２２内部に略楕円形状の磁束φが形成されることとなるが、かかる磁束φの形状に沿うような形状にて冷却部材２４の外側面２４２が形成されている。
また、冷却部材２４は、該冷却部材２４におけるケース２３の開口部２３３側の軸方向の端部において、底面部２３１側へと窪んだ凹部２４４を有する。
【００２３】
発熱素子１３は、図１に示すように、冷却部材２４である中芯２４０に固定されている。具体的には、発熱素子１３は、中芯２４０における凹部２４４の内側に嵌合してある。そして、発熱素子１３は、ケース２３の開口部２３３側における中芯２４０の軸方向の端部において、例えばビス２５２等により固定されている。
【００２４】
また、発熱素子１３は、上述したように、放電抵抗である。該放電抵抗（発熱素子１３）は、例えば電源１１が故障等した場合においても、平滑化コンデンサ１４１に蓄積された電荷によって感電することがないようその電荷を放電する。そして、正常動作時においても電流が放電抵抗（発熱素子１３）へと流れることにより、発熱が生じる。
なお、発熱素子１３の配線１３１は、リアクトル２の表面に露出しており、コイル２１の配線（図示略）とは別配線となっている。
【００２５】
次に、リアクトル２の作製手順の例について説明する。
例えば、まず、ケース２３の底面部２３１側に配設されるように形成した冷却部材２４の嵌合部２４３と、底面部２３１の内側の略中央に形成した台座部２３０とを嵌合して、ケース２３に冷却部材２４を組付ける。
次いで、ビス２５１を、ケース２３の開口部２３３側から、冷却部材２４の貫通孔２４１を介して台座部２３０へと挿通し、冷却部材２４をケース２３に固定する。
【００２６】
次いで、冷却部材２４の外側面２４２を取り囲むようにコイル２１を配設した後、半液体状の磁性粉末混合樹脂をケース２３の開口部２３３からケース２３の内側に充填していく。
次いで、磁性粉末混合樹脂を固化させることにより、コア２２が形成され、本例の電力変換装置１におけるリアクトル２が形成される。
【００２７】
なお、発熱素子１３は、冷却部材２４をケース２３に固定する前、後のいずれにおいても冷却部材２４に固定することができる。
また、上述した作製手順の例においては、冷却部材２４をケース２３に固定した後にコイル２１をケース２３の内側に収容したが、例えば、コイル２１をケース２３の内側に収容した後に、冷却部材２４をケース２３に固定することもできる。
【００２８】
次に、本例の作用効果について説明する。
リアクトル２は、コア２２に接触配置された冷却部材２４を有する。それゆえ、かかる冷却部材２４により、コア２２の熱、すなわちリアクトル２の熱を外部へと放出することができる。
また、発熱素子１３は、冷却部材２４に接触配置している。それゆえ、かかる冷却部材２４０により、発熱素子１３の熱を外部へと放出することができる。
すなわち、リアクトル２と発熱素子１３との双方の熱を、冷却部材２４により外部へと放出することができ、放熱性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
【００２９】
また、上述したように、冷却部材２４はコア２２に接触配置されている。本例では、コア２２における、磁気回路としてほとんど使用されていない部分、すなわちコイル２１の内側に冷却部材２４を配設してあるため、このデッドスペースを有効利用することができる。そしてさらに、コイル２１の内側には、発熱素子１３が配設されている。それゆえ、電力変換装置１内に冷却部材２４を配設するためのスペースを新たに確保する必要がなく、電力変換装置１の省スペース化を図ることができる。
その結果、電力変換装置１の小型化を図ることができ、ひいては電力変換装置１の低コスト化を図ることができる。
【００３０】
また、冷却部材２４は、コイル２１の内側に配設された中芯２４０であるため、電力変換装置１の省スペース化を充分に図ることができるとともに、放熱性に充分優れた電力変換装置１を得ることができる。
すなわち、コイル２１の内側のコア２２は、磁気回路としてはほとんど使用されていないデッドスペースであるため、かかるデッドスペースに冷却部材２４を配設すれば、電力変換装置１の省スペース化を充分に図ることができる。
また、コイル２１の内側のコア２２は高温となりやすいが、かかる部位に冷却部材２４を配設することにより、コイル２１の内側のコア２２を充分に冷却することができる。その結果、電力変換装置１の放熱性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、発熱素子１３は、中芯２４０に固定されている。これにより、電力変換装置１の省スペース化を容易に図ることができる。
また、発熱素子１３は、電力変換装置１に設けられた平滑化コンデンサ１４１における残留電荷を放電するための放電抵抗であるため、放電抵抗の熱を外部へと効果的に放出するとともに、電力変換装置１の小型化を実現することができる。
【００３２】
このように、本例によれば、省スペース化を図ることができるとともに、発熱素子の放熱性を向上させることができるリアクトルを提供することができる。
【００３３】
（実施例２）
本例は、図３に示すように、実施例１の電力変換装置１におけるリアクトル２とは別形態のリアクトル２の例である。すなわち、本例においては、ケース２３の底面部２３１に形成された台座部２３０を介して、冷却部材２４に形成した貫通孔２４１にケース２３の底面部２３１から開口部２３３に向かってビス２５１を挿通させることにより、冷却部材２４がケース２３に固定されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００３４】
（実施例３）
本例は、図４に示すように、発熱素子１３が、冷却部材２４だけではなく、ケース２３の底面部２３１にも接触配置しているリアクトル２の例である。すなわち、発熱素子１３は、冷却部材２４におけるケース２３の底面部２３１側の端部に形成された嵌合部２４３に嵌合させた状態で固定してある。
【００３５】
また、冷却部材２４には軸方向に貫通する貫通孔２４１が形成されている。そして、かかる貫通孔２４１に、発熱素子１３に通電するための配線１３１が挿通してある。
なお、本例においては、冷却部材２４は、ケース２３の底面部２３１と別部材である中芯２４０を、例えば接着等を行うことにより底面部２３１に固定してあるが、冷却部材２４をケース２３の底面部２３１と一体的に形成することもできる。さらに、冷却部材２４は、実施例２のようにケース２３の底面部２３１から開口部２３３に向かってビスを挿通させることによりケース２３に固定することもできる。
その他は、実施例１と同様である。
【００３６】
本例の場合には、発熱素子１３の熱を、ケース２３の底面部２３１を介して容易に放出することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３７】
（実施例４）
本例は、図５、図６に示すように、実施例３におけるリアクトル２とは別形態のリアクトル２の例である。
すなわち、軸方向に貫通するよう形成された冷却部材２４の貫通孔２４１には、発熱素子１３の配線１３１が挿通されているとともに、冷却部材２４をケース２３の底面部２３１に固定するためのビス２５１が挿通されている。
また、本例のリアクトル２は、発熱素子１３を二つ有している。そして、これらは、冷却部材２４におけるケース２３の底面部側に形成された嵌合部２４３に嵌合されているとともに、互いに並列に接続されている。
その他は、冷却部材２４におけるケース２３の底面部２３１側の端部に形成した嵌合部２４３に冷却部材２４が配設されているなど、実施例３と同様の構成を有する。また、その他、実施例３と同様の作用効果を有する。
【００３８】
（実施例５）
本例は、図７に示すように、発熱素子１３が、コア２２に埋設されているリアクトル２の例である。すなわち、本例のリアクトル２においては、冷却媒体が流通する冷却管１８が、リアクトル２のコア２２内に配設されている。また、発熱素子１３は、コア２２に埋設された状態で上記冷却管１８に接触配置されている。
なお、上記冷却管１８は、電力変換装置１の主回路部３１におけるスイッチング素子１５をも冷却することができるよう構成することができる。
その他は、実施例１と同様である。
なお、本例において使用した符号は、図２において使用した符号に準ずる。
【００３９】
本例の場合には、発熱素子１３を容易かつ充分に固定することができるとともに、発熱素子１３の熱を充分に放熱することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１における、リアクトルの縦断面図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の電力変換回路を示す説明図。
【図３】実施例２における、リアクトルの縦断面図。
【図４】実施例３における、リアクトルの縦断面図。
【図５】実施例４における、リアクトルの縦断面図。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面図。
【図７】実施例５における、リアクトルの横断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１  電力変換装置
１３  発熱素子
２  リアクトル
２１  コイル
２２  コア
２３  ケース
２４  冷却部材
【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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