JP2010129782A - リアクトル、及びこれを内蔵した電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動の伝播を抑制することのできるリアクトル、及びこれを内蔵した電力変換装置を提供すること。
【解決手段】本発明のリアクトル２は、導体線２１０を螺旋状に巻回してなる巻回部２１１と巻回部２１１の形状から外れるよう巻回部２１１の巻回軸方向における端部である巻回端部２１２から導体線２１０を飛び出させてなる一対の取出部２１３とを有するとともに通電により磁束を発生するコイル２１と、コイル２１の内側及び外側に配されるとともに、磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコア２２とを有する。一対の取出部２１３のうち少なくともいずれか一方の取出部２１３は、巻回端部２１２に隣接して形成される取出基端部２１４が巻回部２１１を巻回軸方向に投影してなる投影領域Ｓの内側又は外側に向かうよう形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧の昇圧に用いられるリアクトル、及びこれを内蔵した電力変換装置に関する。

従来から、入力電圧の昇圧に用いられ、図１０、図１１に示すようなコイル９２とコア９３とを有するリアクトル９が知られている（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、コイル９２は、図１０（ａ）、図１１に示すように、導体線９２０を螺旋状に巻回してなる巻回部９２１と巻回部９２１の巻回軸方向における端部である巻回端部９２３から導体線９２０を飛び出させてなる一対の取出部９２２とを有し、通電により磁束を発生する。
コア９は、図１０（ｂ）に示すように、コイル９２の内側及び外側に配されるとともに、磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなる。

特開２００８−１９８９８１号公報

ところが、かかる従来のリアクトル９には、以下のような問題点があった。すなわち、一対の取出部９２２は、巻回部９２１を巻回軸方向に投影してなる投影領域（図１０（ａ）に示す符号Ｓ参照）内において、巻回端部９２３から巻回軸方向に平行に導体線９２０を飛び出させてなる。具体的には、一対の取出部９２２は、互いに反対側の巻回端部９２３から導体線９２０を飛び出させてなる。

かかるコイル９２に通電した場合、巻回部９２１の巻回軸方向において隣り合う導体線９２０同士が互いに引き合う（図１１における符号ｆ参照）。このとき、コイル９２に通電される電流の大きさが変わると、隣り合う導体線９２０同士が互いを引き合う力が変化して巻回部９２１が巻回軸方向に振動する。ここで、上記投影領域Ｓ上では特に振動が大きく発生し、一対の取出部９２２に、巻回部９２１にて発生した振動がそのまま伝播していた。
さらに、その振動は、一対の取出部９２２と電気的に接続されるバスバー（図示略）を介して上記リアクトル９を備えた電力変換装置や車両等に伝わってしまっていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、振動の伝播を抑制することのできるリアクトル、及びこれを内蔵した電力変換装置を提供しようとするものである。

第一の発明は、導体線を螺旋状に巻回してなる巻回部と該巻回部の形状から外れるよう該巻回部の巻回軸方向における端部である巻回端部から上記導体線を飛び出させてなる一対の取出部とを有するとともに、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側に配されるとともに、磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアとを有し、
上記一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部は、上記巻回端部に隣接して形成される取出基端部が上記巻回部を上記巻回軸方向に投影してなる投影領域の内側又は外側に向かうよう形成されていることを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部は、上記取出基端部が上記巻回部を上記巻回軸方向に投影してなる投影領域の内側又は外側に向かうよう形成されている。そのため、巻回部にて発生した振動の伝播を抑制することのできるリアクトルを提供することができる。
すなわち、コイルに通電される電流の大きさが変わると、巻回軸方向において隣り合う導体線同士が互いを引き合う力が変化して巻回部が巻回軸方向に振動する。そして、特に上記投影領域上では比較的大きな振動が発生する。

そこで、本発明のように取出基端部を投影領域の内側又は外側に向かうように形成すれば、振動が大きく発生する投影領域上を避けて、振動の影響が比較的小さい部分、すなわち、投影領域の内側又は外側に、一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部を配置することができる。
これにより、投影領域の内側又は外側に配される取出部に、巻回部にて発生した振動が直接伝播することを抑制することができる。また、これにより、本発明のリアクトルを内蔵する電力変換装置などにその振動が伝播することをも抑制することができる。

以上のとおり、本発明によれば、振動の伝播を抑制することのできるリアクトルを提供することができる。

第二の発明は、第一の発明に記載のリアクトルと、該リアクトルの上記一対の取出端部と接続されるバスバーと、上記リアクトル及び上記バスバーが固定される筐体とを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項５）。

本発明の電力変換装置は、第一の発明に記載したリアクトルを有するため、巻回部にて発生した振動は、一対の取出部及びこれと接続されるバスバーには伝播しにくいため、電力変換装置にもほとんど伝播することがない。これにより、かかる電力変換装置を備えた車両等に振動が伝播することをも抑制することができる。

第一の発明において、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等を用いることができる。
また、上記磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等を用いることができる。
また、上記導体線としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀などを用いることができる。

また、第一の発明において、上記一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部は、上記取出基端部が上記投影領域の外側に向かうよう形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、十分な磁束を形成して十分なインダクタンスを得ることができるとともに、振動の伝播を十分に抑制することのできるリアクトルを得ることができる。すなわち、上記投影領域の外側は、その内側に比べて、形成される磁力線の密度が疎となっている。そのため、このような投影領域の外側に一対の取出部のいずれか一方を配置することで、磁力線の形成を阻害させることなく、振動の伝播を十分に抑制することができる。

また、上記一対の取出部の双方は、それぞれの上記取出基端部が上記投影領域の内側又は外側に向かうよう形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、一対の取出部の双方を、振動が比較的小さい部分に配置することができるため、振動の伝播を一層抑制することのできるリアクトルを得ることができる。

また、上記一対の取出部の双方は、それぞれの上記取出基端部が上記投影領域の外側に向かうよう形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、十分なインダクタンスを得ることができるとともに、振動の伝播をより一層抑制することのできるリアクトルを得ることができる。

（実施例１）
本発明のリアクトルに係る実施例について、図１〜図６とともに説明する。
本例のリアクトル２は、以下のコイル２１とコア２２とを有する。

すなわち、コイル２１は、図２に示すように、導体線２０を螺旋状に巻回してなる巻回部２１１と巻回部２１１の形状から外れるよう巻回部２１１の巻回軸方向における端部である巻回端部２１２から導体線２１０を飛び出させてなる一対の取出部２１３とを有する。また、コイル２１は、通電により磁束を発生する。
コア２２は、図１、図３に示すように、コイル２１の内側及び外側に配されるとともに、磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなる。

そして、図２に示すように、巻回端部２１２に隣接して形成される取出基端部２１４が、巻回部２１１を巻回軸方向に投影してなる投影領域Ｓの内側又は外側に向かうよう、一対の取出部２１３のうち少なくともいずれか一方の取出部２１３が形成されている。本例では、一対の取出部２１３の双方が、上記投影領域Ｓの外側に向かうよう取出基端部２１４が形成されている。

以下、詳細に説明する。
本例のリアクトル２は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置１等に配設して入力電圧の昇圧に用いることができる。
具体的には、本例の電力変換装置１は、例えば、自動車に用いられるインバータである。

まず、本例の電力変換装置１について、図４、図５とともに説明する。
電力変換装置１は、上記リアクトル２のほか、図５に示すように、複数の電子部品１２と該複数の電子部品１２を冷却するための冷却媒体を内部に流通させる複数の冷却管１１１とを交互に積層してなる積層型冷却器１１と、電子部品１２の接続端子１２０と電気的に接続されて電力ラインを構成するバスバー１３１と、上記一対の取出部２１３と電気的に接続されるバスバー１３２と、リアクトル２や積層型冷却器１１を内側に収容する筐体１４とを有する。

本例において、上記電子部品１２は、例えば、インバータ素子を内蔵したものとすることができる。特に、上記電子部品１２は、例えば、ＩＧＢＴ（電力スイッチング素子）とＦＷＤ（ダイオード素子）とを内蔵したインバータ用半導体モジュールとすることができる。

かかるインバータ用半導体モジュールは、例えば、自動車用インバータ、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータなど、種々のものに用いることができる。

また、上記電子部品１２は、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）又は電気自動車（ＥＶ）等におけるバッテリ（電池）とすることができる。
また、上記電子部品１２は、上記とは異なり、モジュール化していない半導体とすることもでき、かかる場合には、例えば、サイリスタ、パワートランジスタ、パワーＦＥＴ、ＩＧＢＴなど、種々のものとすることができる。

本例において、上記冷却管１１１内に流す冷却媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒など、種々のものを用いることができる。

上記積層型冷却器１１は、電子部品１２をその両主面１２１から冷却するものである。
そして、積層型冷却器１１は、電子部品１２をそれぞれ挟持して冷却するための複数の冷却管１１１を備えている。
複数の冷却管１１１は、この複数の冷却管１１１へ冷却媒体を供給する冷媒供給パイプ１１２と、当該複数の冷却管１１１から冷却媒体を排出する冷媒排出パイプ１１３とによって積層固定してある。
また、上記冷却管１１１は、電子部品１２を配置するための配置スペース１１０を有している。

本例において電子部品１２は、自動車用インバータの一部を構成するものであり、例えば、ＩＧＢＴ（電力スイッチング素子）とＦＷＤ（ダイオード素子）とを内蔵した半導体モジュールとすることができる。

また、本例の電子部品１２は、冷却管１１１に直接接触させてある。これ以外にも、電子部品１２は、絶縁材（セラミックス板等）又は熱伝導グリス等を介して冷却管１１１に接触させることができる。
そして、電子部品１２の接続端子１２０とバスバー１３１とが接触して電力ラインを構成している。

また、図５に示すように、積層型冷却器１１は、その端面１１５がばね部材１５によって積層方向に押圧されており、これにより、電子部品１２の主面１２１と冷却管１１１とが密着するように構成されている。

筐体１４は、例えば、アルミニウム等の軽金属又は強化樹脂等からなる略直方体形状のものとすることができる。
なお、リアクトル２の一対の取出部２１３と電気的に接続されるバスバー１３２は、例えば、ボルト２６２によって筐体１４に固定されている。
また、本例のリアクトル２は、図４、図５に示すように、冷媒供給パイプ１１２と冷媒排出パイプ１１３と筐体１４（リアクトルケース２３）との間において、これらに囲まれた状態で筐体１４に固定されている。

なお、本例の電力変換装置１は、上記の形状や構成に限られるものではなく、種々の形状や構成にて形成することができる。
また、図４、図５においては、説明の便宜上、部位を簡略化して描いてあり、さらに電力変換装置１を構成する部位を種々省略してあることを付け加えておく。

次に、本例のリアクトル２について、図１〜図５とともに説明する。
リアクトル２は、前述したコイル２１及びコア２２のほか、図４に示すように、コイル２１及びコア２２を自身の内側に収容するとともに、筐体１４と一体的に形成してなるリアクトルケース２３を有する。
このリアクトルケース２３として、例えば、放熱性に優れたアルミニウム等の金属からなるものを用いることができる。

また、リアクトルケース２３は、図４に示すように、略円形状の底面部２３１と、その端縁から一方に向かって立設された側面部２３２とを有する。
そして、リアクトルケース２３の一面には、リアクトル２と略同形状にて構成される開口部２３３が形成されている。
なお、リアクトルケース２３は、上記の構成に限られるものではなく、その一例を示したにすぎない。

また、リアクトル２は、図５に示すように、リアクトルケース２３の開口部２３３を覆う略四角形状の蓋部２５を有する。
かかる蓋部２５は、一対の取出部２１３及び後述する一対の取手部２４１を挿通するための開口孔２５１と、固定用のボルト２６２を挿通するための開口孔２５２とを有する。

そして、一対の取出部２１３を挿通するための開口孔２５１と、一対の取手部２４１を挿通するための開口孔２５１とは、図５に示すように、略同一直線上に形成されている。特に一対の取出部２１３を挿通するための開口孔２５１は、略四角形状の蓋部２５の四隅のうちの二つの部分に形成されている。さらに言えば、かかる蓋部２５の四隅のうちの二つの部分は、リアクトルケース２３のデッドスペース（図４、図５における符号Ｄ参照）に該当する部分であるため、かかるデッドスペースに一対の取出部２１３を配置することでスペースの有効利用を図ることができる。

また、コア２２を構成する磁性粉末混合樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等の磁性粉末を混入したものを用いることができる。

コイル２１を構成する導体線２１０は、図２に示すように、例えば平角状の銅からなる。
そして、かかる導体線２１０を、例えば、螺旋状に巻回して略円筒状の巻回部２１１が構成されている。

また、コイル２１は、前述した巻回部２１１のほか、その巻回端部２１２から巻回部２１１の形状から外れるよう導体線２１０を飛び出させてなる一対の取出部２１３を有する。
一対の取出部２１３の双方は、それぞれの取出基端部２１４が巻回部２１１を巻回軸方向に投影してなる投影領域Ｓの外側に向かうよう形成されている。すなわち、２つの取出基端部２１４はともに、巻回部２１１の巻回方向、つまり、円形状から反れるように形成されている（図２における矢印Ｘ、Ｙ参照）。
また、一対の取出部２１３は、ともに筐体１４に固定されたバスバー１３２と電気的に接続されて電力ラインを構成している。

かかるコイル２１の作製手順について、図２とともに簡単に説明する。
導体線２１０である取出部２１３ａを投影領域Ｓとなる部分の外側において巻回軸方向に対して直角に折り曲げて投影領域Ｓ内へと向かうよう形成した後、図５に示すように、複数回導体線２１０を巻回して巻回部２１１を形成する。
次いで、取出部２１３ａが形成されている巻回端部２１２ａと反対側の巻回端部２１２ｂから、導体線２１０を投影領域Ｓ内の外側に向かうよう飛び出させる。

次いで、上記のように飛び出させた導体線２１０を巻回軸方向に沿うよう折り曲げて、他方の取出部２１３ｂを形成する。具体的には、取出部２１３ａが形成されている側に向かって導体線２１０を折り曲げる。
以上の手順によりコイル２１を作製することができる。

また、コイル２１は、図１、図３、図４に示すように、コア２２にインサート成形された把持部２４の周囲を取り囲むようにして配設してある。
すなわち、把持部２４は、コイル２１の内側にあって、例えばアルミニウムを成形してなる。そして、把持部２４の一方の端面には、コア２２に埋設された状態でリアクトル２全体を把持する一対の取手部２４１が形成されている。

さらに、把持部２４は、その中央にボルト２６２を挿通するための被固定部２４２が形成されている。
そして、蓋部２５を介してボルト２６２を被固定部２４２に挿通させるとともに、底面部２３１に形成された被固定部２３５にボルト２６２を嵌合してリアクトル２が固定してある。
本例においては、リアクトル２は、略四角形状の開口部２３３における対角線上であって、かつ、投影領域Ｓの外側に、一対の取出部２１３を配置した状態で固定されている。

なお、図示は省略するが、リアクトル２とリアクトルケース２３との間には、例えば、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等の放熱性に優れる樹脂が充填することが好ましい。この場合には、リアクトル２の熱をリアクトルケース２３に十分に伝達することができる。

なお、コイル２１の形状は上記に限られるものではない。すなわち、例えば、図６に示すように、取出基端部２１４ａが投影領域Ｓの側に向かうよう取出部２１３ａが形成されていなくても、取出基端部２１４ａの一端からすぐに投影領域Ｓの外側に向かうよう導体線２１０が折り曲げられている場合には、実質的に取出部２１３ａに振動が伝播しにくくすることができる。したがって、かかる構成であっても本発明の技術的範囲に含まれるものである。

以下に、本例の作用効果について説明する。
一対の取出部２１３の双方は、取出基端部２１４が巻回部２１１を巻回軸方向に投影してなる投影領域Ｓの外側に向かうよう形成されている。そのため、巻回部２１１にて発生した振動の伝播を抑制することのできるリアクトル１を提供することができる。
すなわち、コイル２１に通電される電流の大きさが変わると、巻回軸方向において隣り合う導体線２１０同士が互いを引き合う力が変化して巻回部２１１が巻回軸方向に振動する。そして、特に投影領域Ｓ上では比較的大きな振動が発生する。

そこで、本例のように取出基端部２１４を投影領域Ｓの外側に向かうように形成すれば、振動が大きく発生する投影領域Ｓ上を避けて、振動の影響が比較的小さい部分、すなわち、投影領域Ｓの外側に、一対の取出部２１３の双方を配置することができる。
これにより、投影領域Ｓの外側に配される取出部２１３に、巻回部２１１にて発生した振動が直接伝播することを抑制することができる。また、これにより、本例のリアクトル２を内蔵する電力変換装置１などにその振動が伝播することをも抑制することができる。

本例の電力変換装置１においては、上記のとおり、巻回部２１１にて発生した振動は、一対の取出部２１３及びこれと接続されるバスバー１３２には伝播しにくいため、電力変換装置１にもほとんど伝播することがない。これにより、かかる電力変換装置１を備えた車両等に振動が伝播することをも抑制することができる。

以上のとおり、本例によれば、振動の伝播を抑制することのできるリアクトル、及びこれを内蔵した電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図７、図８に示すように、一対の取出部２１３のうち一方の取出部２１３ａが巻回端部２１２ａから巻回軸方向に沿って形成されており、他方の取出部２１３ｂはその取出基端部２１４が巻回端部２１２ｂから投影領域Ｓの外側に向かうよう形成されているリアクトル２の例である。

具体的には、取出部２１３ａは、その取出基端部２１４ａが巻回端部２１２ａから巻回軸方向に沿うように形成されている。
一方、取出部２１３ｂは、取出部２１２ａが形成されている側と反対側の巻回端部２１２ｂから投影領域Ｓの外側に向かうよう取出基端部２１４ｂを形成した後、巻回軸方向と平行となるように導体線２１０を立ち上げて形成してある。
取出部２１３の形状以外の他の構成要素及び作用効果については、実施例１と同様である。

（実施例３）
本例は、図９に示すように、一対の取出部２１３が、巻回部２１１の巻回軸方向と略直交する方向に向かって形成されたリアクトル２の例である。
すなわち、コイル２１においては、導体線２１０（取出部２１３ａ）をストレート形状のまま投影領域Ｓへと進入させて巻回部２１１を形成した後、上記取出部２１３ａが形成される方向と同方向に向かって導体線２１０を飛び出させて取出部２１３ｂが形成されている。
また、リアクトルケース２３は、巻回部２１１の形状である円形状に沿うような形状にて底面部２３１、側面部２３２が形成されている。

また、上記実施例１とは異なり、リアクトルケース２３（筐体１４）の開口部２３３の開口方向と直交する方向であって積層型冷却器１１の積層方向に平行に巻回部２１１の巻回軸方向を向けて、リアクトル２をリアクトルケース２３に収納させてある。

そして、側面部２３２に形成された被固定部２３４にボルト２６２を嵌合するとともに、リアクトル２の内側にインサート成形された把持部２４の中央に形成された被固定部２４２にボルト２６２を挿通する（図９における矢印Ｚ参照）ことにより、リアクトル２を固定している。
その他の構成要素及び作用効果については、実施例１と同様である。

実施例１における、リアクトルの平面図。 実施例１における、コイルの斜視図。 実施例１における、リアクトルの斜視図。 実施例１における、電力変換装置の展開斜視図。 実施例１における、電力変換装置の平面図。 実施例１における、別形態のコイルの斜視図。 実施例２における、コイルの斜視図。 実施例２における、リアクトルの斜視図。 実施例３における、電力変換装置の展開斜視図。 従来例における、（ａ）コイルの斜視図、（ｂ）リアクトルの斜視図。 従来例における、隣り合う導体線同士が引き合っている状態を示す説明図。

符号の説明

１ 電力変換装置
１１ 積層型冷却器
１１１ 冷却管
１２ 電子部品
１３２ バスバー
２ リアクトル
２１ コイル
２１０ 導体線
２１１ 巻回部
２１２ 巻回端部
２１３ 取出部
２１４ 取出基端部
２２ コア
Ｓ 投影領域

Claims (5)

1. 導体線を螺旋状に巻回してなる巻回部と該巻回部の形状から外れるよう該巻回部の巻回軸方向における端部である巻回端部から上記導体線を飛び出させてなる一対の取出部とを有するとともに、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側に配されるとともに、磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアとを有し、
   上記一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部は、上記巻回端部に隣接して形成される取出基端部が上記巻回部を上記巻回軸方向に投影してなる投影領域の内側又は外側に向かうよう形成されていることを特徴とするリアクトル。
2. 請求項１において、上記一対の取出部のうち少なくともいずれか一方の取出部は、上記取出基端部が上記投影領域の外側に向かうよう形成されていることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１又は２において、上記一対の取出部の双方は、それぞれの上記取出基端部が上記投影領域の内側又は外側に向かうよう形成されていることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項３において、上記一対の取出部の双方は、それぞれの上記取出基端部が上記投影領域の外側に向かうよう形成されていることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のリアクトルと、該リアクトルの上記一対の取出端部と接続されるバスバーと、上記リアクトル及び上記バスバーが固定される筐体とを有することを特徴とする電力変換装置。

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