リアクトル及びこれを内蔵した電力変換装置
【課題】放熱性に優れた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】通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と、コイル１１及びコア１２を内側に収容するケース１３と、コア１２に接触配置された冷却管１４（冷却部材）とを有することを特徴とするリアクトル１。また、半導体モジュールと冷却器とリアクトル１とを有する電力変換装置において、冷却器の一部がリアクトル１のコア１２に接触配置されている。
【解決手段】通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と、コイル１１及びコア１２を内側に収容するケース１３と、コア１２に接触配置された冷却管１４（冷却部材）とを有することを特徴とするリアクトル１。また、半導体モジュールと冷却器とリアクトル１とを有する電力変換装置において、冷却器の一部がリアクトル１のコア１２に接触配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの発熱を放熱する放熱部材を設けたリアクトル及びこれを内蔵した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトルは、例えば、磁性体からなるコアとこれに巻回したコイルとからなる。そして、コイルに通電することによりコアに沿った磁束を形成する。
コイルに通電してリアクトルを作動させると、これに伴いコイルからジュール熱が発生する。この発熱により、リアクトルの温度が上昇しすぎると、リアクトルの作動の安定性が損なわれるおそれがある。また、リアクトルの周囲の電子部品の温度上昇を招き、周囲の電子部品の作動安定性を損ねるおそれがある。
その結果、かかるリアクトルを内蔵する電力変換装置等の作動安定性を損ねるおそれがある。
【０００３】
そこで、リアクトルの温度上昇を抑制するために、放熱構造を設けたリアクトルが提案されている（特許文献１参照）。
この放熱構造を設けたリアクトルは、板状のヒートシンクに対して、リアクトルを配置して、リアクトルの外表面からの放熱を促進させている。
【０００４】
しかしながら、リアクトルの形状によっては、ヒートシンクとの接触面積を充分に確保することが困難となり、放熱効率の向上が困難となるおそれがある。
特に、コイルの発熱する熱は、コイルの内側に溜り易く、上記のごとく、リアクトルの外表面からの放熱だけでは、充分にリアクトルの温度上昇の抑制効果を得ることが困難となるおそれがある。そして、従来のように、例えば鉄心コアを用いる場合等には、コイルの内側に冷却部材を配設することは困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５０５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、放熱性に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、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充填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、
上記コアに接触配置された冷却部材とを有することを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。
【０００８】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルにおいては、上記冷却部材が、磁性粉末混合樹脂からなる上記コアに接触配置されている。そのため、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。即ち、上記コアが磁性粉末混合樹脂からなるため、例えば、その形状を冷却部材の表面に追従するように密着させることができる。これにより、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きくすることができる。
そして、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、コアに密着した冷却部材から放熱することができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトルの動作安定性を確保することができる。
【０００９】
以上のごとく、本発明によれば、放熱性に優れたリアクトルを提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、上記半導体モジュールに電気的に接続されたリアクトルとを有する電力変換装置であって、
上記リアクトルは、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充填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し、
上記冷却器の一部が上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項７）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルにおいては、上記冷却器の一部が磁性粉末混合樹脂からなる上記コアに接触配置されているため、冷却器とリアクトルとの接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。そのため、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトル及びその周囲の電子部品の動作安定性を確保し、電力変換装置の動作安定性を確保することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、リアクトルの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】
【００１３】
上記第１の発明（請求項１）、及び上記第２の発明（請求項７）において、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可硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１４】
また、上記第１の発明（請求項１）において、上記冷却部材は、上記コアに埋設されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができる。即ち、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、その内部に埋設された冷却部材の全周から放熱することができる。そのため、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
【００１５】
また、上記コアは上記磁性粉末混合樹脂からなるため、コアの内部に冷却部材を埋設することが容易となる。即ち、例えば、コイルと共にケース内の所定の位置に冷却部材を配置した状態で、上記磁性粉末混合樹脂を充填した後固化させることにより、コアの内部に容易に冷却部材を埋設することができる。
【００１６】
上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記リアクトルの放熱効率を一層向上させることができる。
即ち、コイルにより発熱される熱は、リアクトルの構造上、コイルの内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイルの内側に上記冷却部材を配置することにより、効率的にリアクトルの放熱を行うことができる。
また、コイルの内側に配設されるコアが上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるため、コイルの内側に、冷却部材を容易に埋設することができる。
【００１７】
また、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却部材と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。即ち、コイルへの通電によって生じる磁束の経路は、コイルの内側と外側とに略均等な状態でループ状に形成される。ところが、磁束が形成されるべき経路に冷却部材が存在すると、上記コアをその部分に存在させることができなくなる。特に、冷却部材を非磁性体によって構成した場合、磁束の形成を阻害することとなる。そこで、コイルの内側におけるコアの厚みを、外周の厚み以上に確保することにより、冷却部材が磁束の形成を阻害することを防ぐことができる。
それ故、リアクトルの性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
また、上記冷却部材は、内側に冷却媒体を流通させる冷却管からなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、一層冷却効率に優れたリアクトルを得ることができる。
【００１９】
また、上記冷却部材は、上記ケースと一体化された突起部からなるものであってもよい（請求項６）。
この場合には、コイルの内側に溜まった熱を、突起部を介してケースに逃がすことができる。
【００２０】
次に、上記第２の発明（請求項７）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、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。
また、上記半導体モジュールは、例えばＩＧＢＴ素子等の半導体素子を内蔵してなり、電力変換回路の一部を構成する。
【００２１】
また、上記冷却器の一部は、上記コアに埋設されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
【００２２】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールの両面に接触配置される複数の冷却チューブと、該複数の冷却チューブを互いに連結する連結管と、冷却媒体を導入する導入管と、冷却媒体を排出する排出管とを有し、上記導入管及び上記排出管の一部が、上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、リアクトルを効率的に冷却することができると共に、電力変換装置のコンパクト化を図ることが容易となる。
【００２３】
また、上記冷却器の一部は、上記コイルの内側に配設されていることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、リアクトルの冷却効率に一層優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２４】
また、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却器の一部と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。
【００２５】
また、上記冷却部材は、上記コイルの内側に充填された上記コアの内側に埋設された磁性体からなり、該磁性体は、上記ケースと接触又は接続していることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、リアクトルの小型化を図ることができるとともに、インダクタンス性能を確保しつつ放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイルの外径を小さくしてコイルに囲まれる面積を小さくした場合、リアクトルのインダクタンス値は低下する。
【００２６】
しかしながら、上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるコアの内側に磁性体を埋設すれば、磁性粉末混合樹脂からなるコアと磁性体とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、外径を小さくしてコイルを磁性体に近付けることにより、該コイルの巻き数を増やさなくても充分なインダクタンス性能を得ることができる。また、これにより、リアクトルの小型化をも図ることができる。
【００２７】
さらに、上記磁性体はケースと接触又は接続しているため、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。すなわち、コイルの内側においては磁束が集中して形成されるため、当該部分は高温となり、磁性体も高温となる。ここで、上記磁性体はケースと接触又は接続しているため、比較的放熱されにくいコイルの内側の熱を、磁性体からケースへと伝えることができる。それゆえ、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。
なお、上記磁性体として、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、パーメンジュール、フェライト、アモルファス磁性合金、センダスト等を用いることができる。
【００２８】
また、上記磁性体は、上記磁性粉末混合樹脂からなるコアよりも透磁率が高いことが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記磁性体を配設することにより、磁性粉末混合樹脂からなるコアと磁性体とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつリアクトルの小型化を充分に図ることができる。
【００２９】
また、上記ケースは、上記コイル及び上記コアを内側に収容する収容凹部を有する本体部と、該本体部の開口部を閉塞するための蓋部とからなり、上記磁性体は、上記ケースの本体部に接触又は接続される第一磁性体と上記ケースの蓋部に接触又は接続される第二磁性体とからなり、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが対向配置されてなることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上記磁性体を所定の位置に容易に配置することができるため、上記リアクトルを容易に形成することができる。また、第一磁性体からケースの本体部を介して形成される放熱経路、及び第二磁性体からケースの蓋部を介して形成される放熱経路を確保して、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。
【００３０】
また、上記磁性体は、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが離隔配置されることによって上記第一磁性体と上記第二磁性体との間に形成されるギャップを有することが好ましい（請求項１５）。
この場合には、コイルの内側における磁気飽和を防ぐことができ、大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトルを得ることができる。
【００３１】
上記のごとくコイルの内側に透磁率の高い上記磁性体を埋設する場合には、以下のような問題が生じることがある。すなわち、回路に大電流が流れたとき、磁性体において磁束が極端に集中して磁気飽和が生じ、リアクトルのインダクタンス値が低下するという問題が生じる。
【００３２】
これに対して、上記のごとくギャップを設けることにより、コイルの内側において磁束が集中している部分から磁束が比較的集中していない部分へと、ギャップを介して磁束を分散させることができる。そのため、コイルの内側において磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。そして、これにより、コイルの内側における磁気飽和を防ぐことができ、コイルに大電流が流れても、充分なインダクタンス性能を有するリアクトルを得ることができる。
【００３３】
なお、上記ギャップは、磁性粉末混合樹脂からなるコアによって充填されていてもよく、非磁性体など別部材によって充填されていてもよい。また、上記ギャップは、中空状となっていてもよい。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
本発明の実施例に係るリアクトル及びこれを用いた電力変換装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と、コイル１１及びコア１２を内側に収容するケース１３と、コア１２に接触配置された冷却部材としての冷却管１４とを有する。
冷却管１４は、コア１２に埋設されていると共に、内側に冷却媒体１４１を流通させるよう構成されている。
【００３５】
コア１２を構成する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、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、樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱可硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００３６】
また、ケース１３及び冷却管１４は、例えばアルミニウムからなる。また、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を用いることができる。
【００３７】
また、上記リアクトル１を内蔵した本例の電力変換装置２につき説明する。
電力変換装置２は、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵する半導体モジュール２１と、半導体モジュール２１を冷却する冷却器３と、半導体モジュール２１に電気的に接続されたリアクトル１とを有する。
【００３８】
冷却器３は、半導体モジュール２１の両面に接触配置される複数の冷却チューブ３１と、該複数の冷却チューブ３１を互いに連結する連結管３２と、冷却媒体１４１を導入する導入管３３と、冷却媒体１４１を排出する排出管３４とを有する。そして、導入管３３及び排出管３４の一部が、リアクトル１のコア１２に埋設されている。即ち、導入管３３及び排出管３４の一部が、図１における上記冷却管１４となる。
【００３９】
電力変換装置２は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却チューブ３１とを交互に積層配置してなる。そして、冷却器３には、導入管３３から冷却媒体１４１が導入され、各冷却チューブ３１に分配されながら流通する。この間に、各冷却チューブ３１に接触配置された半導体モジュール２１と冷却媒体１４１とが熱交換を行い、半導体モジュール２１が冷却される。
【００４０】
また、冷却チューブ３１を通過して半導体モジュール２１から受熱した冷却媒体１４１は、排出管３４を通って排出される。
このように、冷却媒体１４１は、導入管３３から導入され、排出管３４から排出される。そして、冷却媒体１４１が導入管３３及び排出管３４を流通する間に、リアクトル１と冷却媒体１４１とが熱交換を行い、リアクトル１の冷却を行う。
【００４１】
次に、本例のリアクトル１の製造方法につき、図３を用いて説明する。
まず、ケース１３内における所定の位置に、コイル１１をセットする。次いで、ケース１３内に、磁性粉末混合樹脂液１２０を注入し、所定加熱温度に所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液１２０を固化させて、コア１２を形成する。
なお、コイル１１の巻線端部である引出リード部１１１は、コア１２の外側に突出するようにする。
【００４２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記リアクトル１においては、上記冷却管１４が上記コア１２に埋設されている。そのため、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きく確保することができると共に、コア１２の内部からリアクトル１の放熱を行うことができる。即ち、コイル１１への通電によって発生する熱がコア１２に伝わり、コア１２の熱を、その内部に埋設された冷却管１４の全周から放熱することができる。そのため、リアクトル１の放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトル１の動作安定性を確保することができる。
【００４３】
また、コア１２は磁性粉末混合樹脂からなるため、コア１２の内部に冷却管１４を埋設することが容易となる。即ち、例えば、コイル１１と共にケース１３内の所定の位置に冷却管１４を配置した状態で、磁性粉末混合樹脂を充填した後固化させることにより、コア１２の内部に容易に冷却管１４を埋設することができる。
【００４４】
また、本例の電力変換装置２は、半導体モジュール２１を冷却する冷却器３の一部を、リアクトル１の冷却にも用いることができるため、装置の小型化が容易となる。
更に、冷却器３の導入管３３及び排出管３４の一部をリアクトル１のコア１２内に埋設するため、リアクトル１を効率的に冷却することができると共に、電力変換装置２の一層のコンパクト化が容易となる。
【００４５】
以上のごとく、本例によれば、放熱性に優れたリアクトル及びこれを用いた電力変換装置を提供することができる。
【００４６】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、冷却管１４をコイル１１の上下位置におけるコア１２内に埋設した例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、上記実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、冷却管１４を扁平状に形成して、コイル１１の外側におけるコア１２内に埋設した例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、コイル１１から発生する熱を、より均一に放熱しやすくなり、効率的な冷却を行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、冷却管１４をコイル１１の内側におけるコア１２内に埋設した例である。
即ち、冷却器３（図２参照）の導入管３３及び排出管３４の一部である２本の冷却管１４が、リアクトル１のコイル１１の内側を貫通している。
【００４９】
また、コイル１１と冷却管１４との位置関係については、図６、図７に示すごとく、種々の位置関係をとることができるが、好ましくは以下の関係を満たすよう配置する。即ち、コイル１１の巻き線方向に直交する直線上において、冷却管１４とコイル１１との間の距離Ｂ、Ｄは、コイル１１とケース１３との間の距離Ａ、Ｃ以上とする。つまり、Ｂ≧Ａ、Ｄ≧Ｃであることが好ましい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５０】
本例の場合には、リアクトル１の放熱効率を一層向上させることができる。
即ち、コイル１１により発熱される熱は、リアクトル１の構造上、コイル１１の内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイル１１の内側に冷却管１４を配置することにより、効率的にリアクトル１の放熱を行うことができる。
【００５１】
また、コイル１１の内側に配設されるコア１２が上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるため、コイル１１の内側に、冷却管１２を容易に埋設することができる。即ち、従来のように鉄心等からなるコアの周囲にコイルを巻回してなるリアクトルの場合、コイルの内側に冷却管を通すことは困難であるが、本発明によれば、コイル１１の内側への冷却管１２の配設が容易となる。
【００５２】
また、コイル１１の巻き線方向に直交する直線上において、冷却管１４とコイル１１との間の距離Ｂ、Ｄは、コイル１１とケース１３との間の距離Ａ、Ｄ以上である。それ故、コイル１１の内側に配設した冷却管１４が、コイル１１の内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。即ち、コイル１１への通電によって生じる磁束の経路は、コイル１１の内側と外側とに略均等な状態でループ状に形成される。ところが、磁束が形成されるべき経路に冷却管１４が存在すると、上記コア１２をその部分に存在させることができなくなる。特に、冷却管１４が非磁性体によって構成してなるため、磁束の形成を阻害することとなる。
【００５３】
そこで、コイル１１の内側におけるコア１２の厚みＢ、Ｄを、外周の厚みＡ、Ｃ以上に確保することにより、冷却管１４が磁束の形成を阻害することを防ぐことができる。
それ故、リアクトル１の性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
（実施例５）
本例は、図８、図９に示すごとく、リアクトル１を冷却する冷却部材を、ケース１３と一体化された突起部１４０によって構成した例である。
即ち、リアクトル１のコア１２に埋設して、リアクトル１の放熱を行うための冷却部材として、上記突起部１４０を設けた。突起部１４０は、アルミニウムからなるケース１３と一体化されており、突起部１４０自体もアルミニウムからなる。
【００５５】
また、突起部１４０は、図９に示すごとく、ケース１３の底面から突出形成されており、コイル１１の内側に配置されている。なお、突起部１４０は、ケース１３の底面に限らず、上面あるいは側面から突出形成されていてもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５６】
本例の場合には、コイル１１の内側に溜まった熱を、突起部１４０を介してケース１３に逃がすことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、突起部１４０をコイル１１の内側に配置した例を示したが、突起部１４０をコイル１１の外側においてコア１２に食込ませる構成とすることもできる。
【００５７】
（実施例６）
本例は、図１０に示すごとく、冷却管１４を、コイル１１の外側におけるコア１２に接触配置した例である。
そして、コア１２は、冷却管１４の表面の一部に追従するように密着している。
その他は、実施例１と同様である。
【００５８】
本例のリアクトル１においても、冷却管１４が、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２に接触配置されているため、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。即ち、コア１２が磁性粉末混合樹脂からなるため、その形状を冷却管１４の表面に追従するように密着させることができる。これにより、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きくすることができる。
そして、コイル１１への通電によって発生する熱がコア１２に伝わり、コア１２の熱を、コア１２に密着した冷却管１４から放熱することができ、リアクトル１の放熱を効率的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５９】
（実施例７）
本例は、図１１に示すごとく、リアクトル１を冷却する冷却部材を、ケース１３と接触又は接続している磁性体１５によって構成した例である。
すなわち、リアクトル１のコア１２に埋設してリアクトル１の放熱を行うための冷却部材として、上記磁性体１５を設けた。
【００６０】
磁性体１５は、例えばアルミニウムからなるケース１３の本体部１３１及び蓋部１３２と、接触又は例えば溶接等により接続してある。磁性体１５は、例えば、鉄からなり、コア１１よりも透磁率が高い。
また、磁性体１５は、図１１に示すごとく、コイル１１の内側に埋設されている。そして、磁性体１５は、コア１２の中心穴１２３に挿嵌され、その両端をケース１３に接触あるいは接続してある。
なお、本例のリアクトル１は、磁性体１５の一端のみをケース１３に接触又は接続することによって構成することもできる。
その他は、実施例５と同様である。
【００６１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
冷却部材は、コイル１１の内側に充填されたコア１２の内側に埋設された磁性体１５からなり、該磁性体１５は、図１１に示すごとく、ケース１３と接触又は接続している。これにより、リアクトル１の小型化を図ることができるとともに、その放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイル１１の外径を小さくしてコイル１１に囲まれる面積を小さくした場合、リアクトル１のインダクタンス値は低下する。
【００６２】
しかしながら、上記のごとくコア１２の内側に磁性体１５を埋設すれば、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と磁性体１５とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、外径を小さくしてコイル１１を磁性体１５に近付けることにより、コイル１１の巻き数を増やさなくても充分なインダクタンス性能を確保するとともに、リアクトル１の小型化をも図ることができる。
【００６３】
さらに、磁性体１５はケース１３と接触又は接続しているため、リアクトル１の放熱効率を向上させることができる。すなわち、コイル１１の内側においては磁束が集中して形成されるため、当該部分は高温となり、磁性体１５も高温となる。ここで、磁性体１５はケース１３と接触又は接続しているため、比較的放熱されにくいコイル１１の内側の熱を磁性体１５からケース１３へと充分に伝えることができる。それゆえ、リアクトル１の放熱効率を向上させることができる。
【００６４】
また、磁性体１５は、コア１２よりも透磁率が高いため、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と磁性体１５とによる全体の透磁率を充分に増加させることができる。それゆえ、リアクトル１のインダクタンス性能を確保しつつリアクトル１の小型化を充分に図ることができる。
その他、実施例５と同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施例８）
本例は、図１２に示すごとく、磁性体１５が二つの部材からなるリアクトル１の例である。
すなわち、磁性体１５は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ケース１３の本体部１３１に接続された第一磁性体１５１とケース１３の蓋部１３２に接続された第二磁性体１５２とからなる。
【００６６】
そして、磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが離隔配置されることによって第一磁性体１５１と第二磁性体１５２との間に形成されるギャップ１６を有する。
本例のリアクトル１の製造方法の一例を以下に示す。
例えば、図１２（ａ）に示すごとく、第一磁性体１５１をケース１３の本体部１３１に溶接等により接続しておくとともに、第二磁性体１５２を蓋部１３２に溶接等により接続しておく。次いで、コイル１１をケース１３の本体部１３１の内部の所定の位置に配設した後、ケース１３内に、磁性粉末混合樹脂液１２０を注入する。
【００６７】
所定量の磁性粉末混合樹脂液１２０を注入した後、第二磁性体１５２が接続されたケース１３の蓋部１３２を本体部１３１の開口部１３３に固定する。このとき、第二磁性体１５２を磁性粉末混合樹脂液１２０に沈み込ませて第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが対向するよう配置する。そして、所定加熱温度にて所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液１２０を固化させることにより、図１２（ｂ）に示すような本例のリアクトル１が形成される。
その他は、実施例７と同様である。
【００６８】
次に、本例の作用効果につき説明する。
磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、ケース１３の本体部１３１に接続される第一磁性体１５１とケース１３の蓋部１５２に接続される第二磁性体１５２とからなり、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが対向配置されてなる。これにより、磁性体１５を所定の位置に容易に配置することができ、リアクトル１を容易に形成することができる。
【００６９】
また、磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部との間に形成されるギャップ１６を有する。これにより、コイル１１の内側における磁気飽和を防ぐことができ、大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトル１を得ることができる。
【００７０】
上記のごとくコイル１１の内側に透磁率の高い磁性体１５を埋設する場合には、以下のような問題が生じることがある。すなわち、回路に大電流が流れたとき、磁性体１５において磁束が極端に集中して磁気飽和が生じ、リアクトル１のインダクタンス値が低下するという問題が生じる。
【００７１】
これに対して、上記のごとくギャップ１６を設けることにより、コイル１１の内側において磁束が集中している部分から磁束が比較的集中していない部分へと、ギャップ１６を介して磁束を分散させることができる。そのため、コイル１１の内側部分において磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。そして、これにより、コイル１１の内側部分における磁気飽和を防ぐことができ、コイル１１に大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトル１を得ることができる。
その他、実施例７と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１における、リアクトルの断面説明図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の斜視説明図。
【図３】実施例１における、リアクトルの製造方法の説明図。
【図４】実施例２における、リアクトルの断面説明図。
【図５】実施例３における、リアクトルの断面説明図。
【図６】実施例４における、リアクトルの断面説明図。
【図７】実施例４における、コイルと冷却管との位置関係についての断面説明図。
【図８】実施例５における、リアクトルの断面説明図。
【図９】図８のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図１０】実施例６における、リアクトルの断面説明図。
【図１１】実施例７における、リアクトルの断面説明図。
【図１２】実施例８における、（ａ）リアクトルの製造方法を示す説明図、（ｂ）リアクトルの断面説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１ リアクトル
１１ コイル
１２ コア
１３ ケース
１４ 冷却管
１４０ 突起部
２ 電力変換装置
３ 冷却器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの発熱を放熱する放熱部材を設けたリアクトル及びこれを内蔵した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトルは、例えば、磁性体からなるコアとこれに巻回したコイルとからなる。そして、コイルに通電することによりコアに沿った磁束を形成する。
コイルに通電してリアクトルを作動させると、これに伴いコイルからジュール熱が発生する。この発熱により、リアクトルの温度が上昇しすぎると、リアクトルの作動の安定性が損なわれるおそれがある。また、リアクトルの周囲の電子部品の温度上昇を招き、周囲の電子部品の作動安定性を損ねるおそれがある。
その結果、かかるリアクトルを内蔵する電力変換装置等の作動安定性を損ねるおそれがある。
【０００３】
そこで、リアクトルの温度上昇を抑制するために、放熱構造を設けたリアクトルが提案されている（特許文献１参照）。
この放熱構造を設けたリアクトルは、板状のヒートシンクに対して、リアクトルを配置して、リアクトルの外表面からの放熱を促進させている。
【０００４】
しかしながら、リアクトルの形状によっては、ヒートシンクとの接触面積を充分に確保することが困難となり、放熱効率の向上が困難となるおそれがある。
特に、コイルの発熱する熱は、コイルの内側に溜り易く、上記のごとく、リアクトルの外表面からの放熱だけでは、充分にリアクトルの温度上昇の抑制効果を得ることが困難となるおそれがある。そして、従来のように、例えば鉄心コアを用いる場合等には、コイルの内側に冷却部材を配設することは困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５０５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、放熱性に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、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充填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、
上記コアに接触配置された冷却部材とを有することを特徴とするリアクトルにある（請求項１）。
【０００８】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルにおいては、上記冷却部材が、磁性粉末混合樹脂からなる上記コアに接触配置されている。そのため、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。即ち、上記コアが磁性粉末混合樹脂からなるため、例えば、その形状を冷却部材の表面に追従するように密着させることができる。これにより、冷却部材とリアクトルとの接触面積を大きくすることができる。
そして、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、コアに密着した冷却部材から放熱することができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトルの動作安定性を確保することができる。
【０００９】
以上のごとく、本発明によれば、放熱性に優れたリアクトルを提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、上記半導体モジュールに電気的に接続されたリアクトルとを有する電力変換装置であって、
上記リアクトルは、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充填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し、
上記冷却器の一部が上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項７）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記リアクトルにおいては、上記冷却器の一部が磁性粉末混合樹脂からなる上記コアに接触配置されているため、冷却器とリアクトルとの接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。そのため、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトル及びその周囲の電子部品の動作安定性を確保し、電力変換装置の動作安定性を確保することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、リアクトルの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】
【００１３】
上記第１の発明（請求項１）、及び上記第２の発明（請求項７）において、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可硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１４】
また、上記第１の発明（請求項１）において、上記冷却部材は、上記コアに埋設されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができる。即ち、コイルへの通電によって発生する熱がコアに伝わり、コアの熱を、その内部に埋設された冷却部材の全周から放熱することができる。そのため、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
【００１５】
また、上記コアは上記磁性粉末混合樹脂からなるため、コアの内部に冷却部材を埋設することが容易となる。即ち、例えば、コイルと共にケース内の所定の位置に冷却部材を配置した状態で、上記磁性粉末混合樹脂を充填した後固化させることにより、コアの内部に容易に冷却部材を埋設することができる。
【００１６】
上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記リアクトルの放熱効率を一層向上させることができる。
即ち、コイルにより発熱される熱は、リアクトルの構造上、コイルの内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイルの内側に上記冷却部材を配置することにより、効率的にリアクトルの放熱を行うことができる。
また、コイルの内側に配設されるコアが上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるため、コイルの内側に、冷却部材を容易に埋設することができる。
【００１７】
また、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却部材と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。即ち、コイルへの通電によって生じる磁束の経路は、コイルの内側と外側とに略均等な状態でループ状に形成される。ところが、磁束が形成されるべき経路に冷却部材が存在すると、上記コアをその部分に存在させることができなくなる。特に、冷却部材を非磁性体によって構成した場合、磁束の形成を阻害することとなる。そこで、コイルの内側におけるコアの厚みを、外周の厚み以上に確保することにより、冷却部材が磁束の形成を阻害することを防ぐことができる。
それ故、リアクトルの性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
また、上記冷却部材は、内側に冷却媒体を流通させる冷却管からなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、一層冷却効率に優れたリアクトルを得ることができる。
【００１９】
また、上記冷却部材は、上記ケースと一体化された突起部からなるものであってもよい（請求項６）。
この場合には、コイルの内側に溜まった熱を、突起部を介してケースに逃がすことができる。
【００２０】
次に、上記第２の発明（請求項７）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、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。
また、上記半導体モジュールは、例えばＩＧＢＴ素子等の半導体素子を内蔵してなり、電力変換回路の一部を構成する。
【００２１】
また、上記冷却器の一部は、上記コアに埋設されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、冷却部材とリアクトルとの接触面積を、より大きく確保することができると共に、コアの内部からリアクトルの放熱を行うことができ、リアクトルの放熱を効率的に行うことができる。
【００２２】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールの両面に接触配置される複数の冷却チューブと、該複数の冷却チューブを互いに連結する連結管と、冷却媒体を導入する導入管と、冷却媒体を排出する排出管とを有し、上記導入管及び上記排出管の一部が、上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、リアクトルを効率的に冷却することができると共に、電力変換装置のコンパクト化を図ることが容易となる。
【００２３】
また、上記冷却器の一部は、上記コイルの内側に配設されていることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、リアクトルの冷却効率に一層優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２４】
また、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却器の一部と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記コイルの内側に配設した冷却部材が、コイルの内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。
【００２５】
また、上記冷却部材は、上記コイルの内側に充填された上記コアの内側に埋設された磁性体からなり、該磁性体は、上記ケースと接触又は接続していることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、リアクトルの小型化を図ることができるとともに、インダクタンス性能を確保しつつ放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイルの外径を小さくしてコイルに囲まれる面積を小さくした場合、リアクトルのインダクタンス値は低下する。
【００２６】
しかしながら、上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるコアの内側に磁性体を埋設すれば、磁性粉末混合樹脂からなるコアと磁性体とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、外径を小さくしてコイルを磁性体に近付けることにより、該コイルの巻き数を増やさなくても充分なインダクタンス性能を得ることができる。また、これにより、リアクトルの小型化をも図ることができる。
【００２７】
さらに、上記磁性体はケースと接触又は接続しているため、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。すなわち、コイルの内側においては磁束が集中して形成されるため、当該部分は高温となり、磁性体も高温となる。ここで、上記磁性体はケースと接触又は接続しているため、比較的放熱されにくいコイルの内側の熱を、磁性体からケースへと伝えることができる。それゆえ、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。
なお、上記磁性体として、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、パーメンジュール、フェライト、アモルファス磁性合金、センダスト等を用いることができる。
【００２８】
また、上記磁性体は、上記磁性粉末混合樹脂からなるコアよりも透磁率が高いことが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記磁性体を配設することにより、磁性粉末混合樹脂からなるコアと磁性体とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、リアクトルのインダクタンス性能を確保しつつリアクトルの小型化を充分に図ることができる。
【００２９】
また、上記ケースは、上記コイル及び上記コアを内側に収容する収容凹部を有する本体部と、該本体部の開口部を閉塞するための蓋部とからなり、上記磁性体は、上記ケースの本体部に接触又は接続される第一磁性体と上記ケースの蓋部に接触又は接続される第二磁性体とからなり、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが対向配置されてなることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上記磁性体を所定の位置に容易に配置することができるため、上記リアクトルを容易に形成することができる。また、第一磁性体からケースの本体部を介して形成される放熱経路、及び第二磁性体からケースの蓋部を介して形成される放熱経路を確保して、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。
【００３０】
また、上記磁性体は、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが離隔配置されることによって上記第一磁性体と上記第二磁性体との間に形成されるギャップを有することが好ましい（請求項１５）。
この場合には、コイルの内側における磁気飽和を防ぐことができ、大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトルを得ることができる。
【００３１】
上記のごとくコイルの内側に透磁率の高い上記磁性体を埋設する場合には、以下のような問題が生じることがある。すなわち、回路に大電流が流れたとき、磁性体において磁束が極端に集中して磁気飽和が生じ、リアクトルのインダクタンス値が低下するという問題が生じる。
【００３２】
これに対して、上記のごとくギャップを設けることにより、コイルの内側において磁束が集中している部分から磁束が比較的集中していない部分へと、ギャップを介して磁束を分散させることができる。そのため、コイルの内側において磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。そして、これにより、コイルの内側における磁気飽和を防ぐことができ、コイルに大電流が流れても、充分なインダクタンス性能を有するリアクトルを得ることができる。
【００３３】
なお、上記ギャップは、磁性粉末混合樹脂からなるコアによって充填されていてもよく、非磁性体など別部材によって充填されていてもよい。また、上記ギャップは、中空状となっていてもよい。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
本発明の実施例に係るリアクトル及びこれを用いた電力変換装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のリアクトル１は、図１に示すごとく、通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と、コイル１１及びコア１２を内側に収容するケース１３と、コア１２に接触配置された冷却部材としての冷却管１４とを有する。
冷却管１４は、コア１２に埋設されていると共に、内側に冷却媒体１４１を流通させるよう構成されている。
【００３５】
コア１２を構成する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、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、樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱可硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００３６】
また、ケース１３及び冷却管１４は、例えばアルミニウムからなる。また、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を用いることができる。
【００３７】
また、上記リアクトル１を内蔵した本例の電力変換装置２につき説明する。
電力変換装置２は、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵する半導体モジュール２１と、半導体モジュール２１を冷却する冷却器３と、半導体モジュール２１に電気的に接続されたリアクトル１とを有する。
【００３８】
冷却器３は、半導体モジュール２１の両面に接触配置される複数の冷却チューブ３１と、該複数の冷却チューブ３１を互いに連結する連結管３２と、冷却媒体１４１を導入する導入管３３と、冷却媒体１４１を排出する排出管３４とを有する。そして、導入管３３及び排出管３４の一部が、リアクトル１のコア１２に埋設されている。即ち、導入管３３及び排出管３４の一部が、図１における上記冷却管１４となる。
【００３９】
電力変換装置２は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却チューブ３１とを交互に積層配置してなる。そして、冷却器３には、導入管３３から冷却媒体１４１が導入され、各冷却チューブ３１に分配されながら流通する。この間に、各冷却チューブ３１に接触配置された半導体モジュール２１と冷却媒体１４１とが熱交換を行い、半導体モジュール２１が冷却される。
【００４０】
また、冷却チューブ３１を通過して半導体モジュール２１から受熱した冷却媒体１４１は、排出管３４を通って排出される。
このように、冷却媒体１４１は、導入管３３から導入され、排出管３４から排出される。そして、冷却媒体１４１が導入管３３及び排出管３４を流通する間に、リアクトル１と冷却媒体１４１とが熱交換を行い、リアクトル１の冷却を行う。
【００４１】
次に、本例のリアクトル１の製造方法につき、図３を用いて説明する。
まず、ケース１３内における所定の位置に、コイル１１をセットする。次いで、ケース１３内に、磁性粉末混合樹脂液１２０を注入し、所定加熱温度に所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液１２０を固化させて、コア１２を形成する。
なお、コイル１１の巻線端部である引出リード部１１１は、コア１２の外側に突出するようにする。
【００４２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記リアクトル１においては、上記冷却管１４が上記コア１２に埋設されている。そのため、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きく確保することができると共に、コア１２の内部からリアクトル１の放熱を行うことができる。即ち、コイル１１への通電によって発生する熱がコア１２に伝わり、コア１２の熱を、その内部に埋設された冷却管１４の全周から放熱することができる。そのため、リアクトル１の放熱を効率的に行うことができる。
その結果、リアクトル１の動作安定性を確保することができる。
【００４３】
また、コア１２は磁性粉末混合樹脂からなるため、コア１２の内部に冷却管１４を埋設することが容易となる。即ち、例えば、コイル１１と共にケース１３内の所定の位置に冷却管１４を配置した状態で、磁性粉末混合樹脂を充填した後固化させることにより、コア１２の内部に容易に冷却管１４を埋設することができる。
【００４４】
また、本例の電力変換装置２は、半導体モジュール２１を冷却する冷却器３の一部を、リアクトル１の冷却にも用いることができるため、装置の小型化が容易となる。
更に、冷却器３の導入管３３及び排出管３４の一部をリアクトル１のコア１２内に埋設するため、リアクトル１を効率的に冷却することができると共に、電力変換装置２の一層のコンパクト化が容易となる。
【００４５】
以上のごとく、本例によれば、放熱性に優れたリアクトル及びこれを用いた電力変換装置を提供することができる。
【００４６】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、冷却管１４をコイル１１の上下位置におけるコア１２内に埋設した例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、上記実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、冷却管１４を扁平状に形成して、コイル１１の外側におけるコア１２内に埋設した例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、コイル１１から発生する熱を、より均一に放熱しやすくなり、効率的な冷却を行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、冷却管１４をコイル１１の内側におけるコア１２内に埋設した例である。
即ち、冷却器３（図２参照）の導入管３３及び排出管３４の一部である２本の冷却管１４が、リアクトル１のコイル１１の内側を貫通している。
【００４９】
また、コイル１１と冷却管１４との位置関係については、図６、図７に示すごとく、種々の位置関係をとることができるが、好ましくは以下の関係を満たすよう配置する。即ち、コイル１１の巻き線方向に直交する直線上において、冷却管１４とコイル１１との間の距離Ｂ、Ｄは、コイル１１とケース１３との間の距離Ａ、Ｃ以上とする。つまり、Ｂ≧Ａ、Ｄ≧Ｃであることが好ましい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５０】
本例の場合には、リアクトル１の放熱効率を一層向上させることができる。
即ち、コイル１１により発熱される熱は、リアクトル１の構造上、コイル１１の内側に溜り易い。そこで、熱の溜まりやすいコイル１１の内側に冷却管１４を配置することにより、効率的にリアクトル１の放熱を行うことができる。
【００５１】
また、コイル１１の内側に配設されるコア１２が上記のごとく磁性粉末混合樹脂からなるため、コイル１１の内側に、冷却管１２を容易に埋設することができる。即ち、従来のように鉄心等からなるコアの周囲にコイルを巻回してなるリアクトルの場合、コイルの内側に冷却管を通すことは困難であるが、本発明によれば、コイル１１の内側への冷却管１２の配設が容易となる。
【００５２】
また、コイル１１の巻き線方向に直交する直線上において、冷却管１４とコイル１１との間の距離Ｂ、Ｄは、コイル１１とケース１３との間の距離Ａ、Ｄ以上である。それ故、コイル１１の内側に配設した冷却管１４が、コイル１１の内側と外周とにわたって生じる磁束の形成を阻害するおそれがない。即ち、コイル１１への通電によって生じる磁束の経路は、コイル１１の内側と外側とに略均等な状態でループ状に形成される。ところが、磁束が形成されるべき経路に冷却管１４が存在すると、上記コア１２をその部分に存在させることができなくなる。特に、冷却管１４が非磁性体によって構成してなるため、磁束の形成を阻害することとなる。
【００５３】
そこで、コイル１１の内側におけるコア１２の厚みＢ、Ｄを、外周の厚みＡ、Ｃ以上に確保することにより、冷却管１４が磁束の形成を阻害することを防ぐことができる。
それ故、リアクトル１の性能を低下させることなく、冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
（実施例５）
本例は、図８、図９に示すごとく、リアクトル１を冷却する冷却部材を、ケース１３と一体化された突起部１４０によって構成した例である。
即ち、リアクトル１のコア１２に埋設して、リアクトル１の放熱を行うための冷却部材として、上記突起部１４０を設けた。突起部１４０は、アルミニウムからなるケース１３と一体化されており、突起部１４０自体もアルミニウムからなる。
【００５５】
また、突起部１４０は、図９に示すごとく、ケース１３の底面から突出形成されており、コイル１１の内側に配置されている。なお、突起部１４０は、ケース１３の底面に限らず、上面あるいは側面から突出形成されていてもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５６】
本例の場合には、コイル１１の内側に溜まった熱を、突起部１４０を介してケース１３に逃がすことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、突起部１４０をコイル１１の内側に配置した例を示したが、突起部１４０をコイル１１の外側においてコア１２に食込ませる構成とすることもできる。
【００５７】
（実施例６）
本例は、図１０に示すごとく、冷却管１４を、コイル１１の外側におけるコア１２に接触配置した例である。
そして、コア１２は、冷却管１４の表面の一部に追従するように密着している。
その他は、実施例１と同様である。
【００５８】
本例のリアクトル１においても、冷却管１４が、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２に接触配置されているため、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きく確保することができ、効率的に放熱を行うことができる。即ち、コア１２が磁性粉末混合樹脂からなるため、その形状を冷却管１４の表面に追従するように密着させることができる。これにより、冷却管１４とリアクトル１との接触面積を大きくすることができる。
そして、コイル１１への通電によって発生する熱がコア１２に伝わり、コア１２の熱を、コア１２に密着した冷却管１４から放熱することができ、リアクトル１の放熱を効率的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５９】
（実施例７）
本例は、図１１に示すごとく、リアクトル１を冷却する冷却部材を、ケース１３と接触又は接続している磁性体１５によって構成した例である。
すなわち、リアクトル１のコア１２に埋設してリアクトル１の放熱を行うための冷却部材として、上記磁性体１５を設けた。
【００６０】
磁性体１５は、例えばアルミニウムからなるケース１３の本体部１３１及び蓋部１３２と、接触又は例えば溶接等により接続してある。磁性体１５は、例えば、鉄からなり、コア１１よりも透磁率が高い。
また、磁性体１５は、図１１に示すごとく、コイル１１の内側に埋設されている。そして、磁性体１５は、コア１２の中心穴１２３に挿嵌され、その両端をケース１３に接触あるいは接続してある。
なお、本例のリアクトル１は、磁性体１５の一端のみをケース１３に接触又は接続することによって構成することもできる。
その他は、実施例５と同様である。
【００６１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
冷却部材は、コイル１１の内側に充填されたコア１２の内側に埋設された磁性体１５からなり、該磁性体１５は、図１１に示すごとく、ケース１３と接触又は接続している。これにより、リアクトル１の小型化を図ることができるとともに、その放熱効率を向上させることができる。すなわち、ただ単にコイル１１の外径を小さくしてコイル１１に囲まれる面積を小さくした場合、リアクトル１のインダクタンス値は低下する。
【００６２】
しかしながら、上記のごとくコア１２の内側に磁性体１５を埋設すれば、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と磁性体１５とによる全体の透磁率を増加させることができる。それゆえ、外径を小さくしてコイル１１を磁性体１５に近付けることにより、コイル１１の巻き数を増やさなくても充分なインダクタンス性能を確保するとともに、リアクトル１の小型化をも図ることができる。
【００６３】
さらに、磁性体１５はケース１３と接触又は接続しているため、リアクトル１の放熱効率を向上させることができる。すなわち、コイル１１の内側においては磁束が集中して形成されるため、当該部分は高温となり、磁性体１５も高温となる。ここで、磁性体１５はケース１３と接触又は接続しているため、比較的放熱されにくいコイル１１の内側の熱を磁性体１５からケース１３へと充分に伝えることができる。それゆえ、リアクトル１の放熱効率を向上させることができる。
【００６４】
また、磁性体１５は、コア１２よりも透磁率が高いため、磁性粉末混合樹脂からなるコア１２と磁性体１５とによる全体の透磁率を充分に増加させることができる。それゆえ、リアクトル１のインダクタンス性能を確保しつつリアクトル１の小型化を充分に図ることができる。
その他、実施例５と同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施例８）
本例は、図１２に示すごとく、磁性体１５が二つの部材からなるリアクトル１の例である。
すなわち、磁性体１５は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ケース１３の本体部１３１に接続された第一磁性体１５１とケース１３の蓋部１３２に接続された第二磁性体１５２とからなる。
【００６６】
そして、磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが離隔配置されることによって第一磁性体１５１と第二磁性体１５２との間に形成されるギャップ１６を有する。
本例のリアクトル１の製造方法の一例を以下に示す。
例えば、図１２（ａ）に示すごとく、第一磁性体１５１をケース１３の本体部１３１に溶接等により接続しておくとともに、第二磁性体１５２を蓋部１３２に溶接等により接続しておく。次いで、コイル１１をケース１３の本体部１３１の内部の所定の位置に配設した後、ケース１３内に、磁性粉末混合樹脂液１２０を注入する。
【００６７】
所定量の磁性粉末混合樹脂液１２０を注入した後、第二磁性体１５２が接続されたケース１３の蓋部１３２を本体部１３１の開口部１３３に固定する。このとき、第二磁性体１５２を磁性粉末混合樹脂液１２０に沈み込ませて第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが対向するよう配置する。そして、所定加熱温度にて所定時間保持して、磁性粉末混合樹脂液１２０を固化させることにより、図１２（ｂ）に示すような本例のリアクトル１が形成される。
その他は、実施例７と同様である。
【００６８】
次に、本例の作用効果につき説明する。
磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、ケース１３の本体部１３１に接続される第一磁性体１５１とケース１３の蓋部１５２に接続される第二磁性体１５２とからなり、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部とが対向配置されてなる。これにより、磁性体１５を所定の位置に容易に配置することができ、リアクトル１を容易に形成することができる。
【００６９】
また、磁性体１５は、図１２（ｂ）に示すごとく、第一磁性体１５１の先端部と第二磁性体１５２の先端部との間に形成されるギャップ１６を有する。これにより、コイル１１の内側における磁気飽和を防ぐことができ、大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトル１を得ることができる。
【００７０】
上記のごとくコイル１１の内側に透磁率の高い磁性体１５を埋設する場合には、以下のような問題が生じることがある。すなわち、回路に大電流が流れたとき、磁性体１５において磁束が極端に集中して磁気飽和が生じ、リアクトル１のインダクタンス値が低下するという問題が生じる。
【００７１】
これに対して、上記のごとくギャップ１６を設けることにより、コイル１１の内側において磁束が集中している部分から磁束が比較的集中していない部分へと、ギャップ１６を介して磁束を分散させることができる。そのため、コイル１１の内側部分において磁束が集中して形成されることを防ぐことができる。そして、これにより、コイル１１の内側部分における磁気飽和を防ぐことができ、コイル１１に大電流が流れても充分なインダクタンス性能を有するリアクトル１を得ることができる。
その他、実施例７と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１における、リアクトルの断面説明図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の斜視説明図。
【図３】実施例１における、リアクトルの製造方法の説明図。
【図４】実施例２における、リアクトルの断面説明図。
【図５】実施例３における、リアクトルの断面説明図。
【図６】実施例４における、リアクトルの断面説明図。
【図７】実施例４における、コイルと冷却管との位置関係についての断面説明図。
【図８】実施例５における、リアクトルの断面説明図。
【図９】図８のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図１０】実施例６における、リアクトルの断面説明図。
【図１１】実施例７における、リアクトルの断面説明図。
【図１２】実施例８における、（ａ）リアクトルの製造方法を示す説明図、（ｂ）リアクトルの断面説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１ リアクトル
１１ コイル
１２ コア
１３ ケース
１４ 冷却管
１４０ 突起部
２ 電力変換装置
３ 冷却器
【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充填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、
上記コアに接触配置された冷却部材とを有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却部材は、上記コアに埋設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項４】
請求項３において、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却部材と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることを特徴とするリアクトル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却部材は、内側に冷却媒体を流通させる冷却管からなることを特徴とするリアクトル。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却部材は、上記ケースと一体化された突起部からなることを特徴とするリアクトル。
【請求項７】
半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、上記半導体モジュールに電気的に接続されたリアクトルとを有する電力変換装置であって、
上記リアクトルは、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充填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し、
上記冷却器の一部が上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７において、上記冷却器の一部は、上記コアに埋設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項９】
請求項７又は８において、上記冷却器は、上記半導体モジュールの両面に接触配置される複数の冷却チューブと、該複数の冷却チューブを互いに連結する連結管と、冷却媒体を導入する導入管と、冷却媒体を排出する排出管とを有し、上記導入管及び上記排出管の一部が、上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項において、上記冷却器の一部は、上記コイルの内側に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０において、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却器の一部と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１又は２において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に充填された上記コアの内側に埋設された磁性体からなり、該磁性体は、上記ケースと接触又は接続していることを特徴とするリアクトル。
【請求項１３】
請求項１２において、上記磁性体は、上記磁性粉末混合樹脂からなるコアよりも透磁率が高いことを特徴とするリアクトル。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、上記ケースは、上記コイル及び上記コアを内側に収容する収容凹部を有する本体部と、該本体部の開口部を閉塞するための蓋部とからなり、上記磁性体は、上記ケースの本体部に接触又は接続される第一磁性体と上記ケースの蓋部に接触又は接続される第二磁性体とからなり、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが対向配置されてなることを特徴とするリアクトル。
【請求項１５】
請求項１４において、上記磁性体は、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが離隔配置されることによって上記第一磁性体と上記第二磁性体との間に形成されるギャップを有することを特徴とするリアクトル。
【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充填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、
上記コアに接触配置された冷却部材とを有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却部材は、上記コアに埋設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に配設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項４】
請求項３において、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却部材と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることを特徴とするリアクトル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却部材は、内側に冷却媒体を流通させる冷却管からなることを特徴とするリアクトル。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却部材は、上記ケースと一体化された突起部からなることを特徴とするリアクトル。
【請求項７】
半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、上記半導体モジュールに電気的に接続されたリアクトルとを有する電力変換装置であって、
上記リアクトルは、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充填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し、
上記冷却器の一部が上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７において、上記冷却器の一部は、上記コアに埋設されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項９】
請求項７又は８において、上記冷却器は、上記半導体モジュールの両面に接触配置される複数の冷却チューブと、該複数の冷却チューブを互いに連結する連結管と、冷却媒体を導入する導入管と、冷却媒体を排出する排出管とを有し、上記導入管及び上記排出管の一部が、上記リアクトルの上記コアに接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項において、上記冷却器の一部は、上記コイルの内側に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０において、上記コイルの巻き線方向に直交する直線上において、上記冷却器の一部と上記コイルとの間の距離は、上記コイルと上記ケースとの間の距離以上であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１又は２において、上記冷却部材は、上記コイルの内側に充填された上記コアの内側に埋設された磁性体からなり、該磁性体は、上記ケースと接触又は接続していることを特徴とするリアクトル。
【請求項１３】
請求項１２において、上記磁性体は、上記磁性粉末混合樹脂からなるコアよりも透磁率が高いことを特徴とするリアクトル。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、上記ケースは、上記コイル及び上記コアを内側に収容する収容凹部を有する本体部と、該本体部の開口部を閉塞するための蓋部とからなり、上記磁性体は、上記ケースの本体部に接触又は接続される第一磁性体と上記ケースの蓋部に接触又は接続される第二磁性体とからなり、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが対向配置されてなることを特徴とするリアクトル。
【請求項１５】
請求項１４において、上記磁性体は、上記第一磁性体の先端部と上記第二磁性体の先端部とが離隔配置されることによって上記第一磁性体と上記第二磁性体との間に形成されるギャップを有することを特徴とするリアクトル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−３３５８３３（Ｐ２００７−３３５８３３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４７９００（Ｐ２００６−３４７９００）
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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