WO2019176203A1 - リアクトル装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a reactor device having a cooled reactor.
- Patent Document 1 A conventional reactor similar to the above-described reactor is disclosed in, for example, Patent Document 1.
- the reactor includes a coil, a magnetic core in which the coil is disposed, a case that houses the coil and the magnetic core, a cooling plate that is fixed to the case, and an insulating sheet that is disposed between the coil and the cooling plate, A compressible graphite sheet disposed between the coil and the insulating sheet, and a screw for fixing the cooling plate to the kale.
- a screw hole and an opening are formed in the case. The screw is inserted through the screw hole to fix the cooling plate to the kale.
- the coil contacts the insulating sheet through the opening of the case.
- the graphite sheet is in contact with the cold plate.
- This reactor has high cooling performance and excellent reliability.
- FIG. 1 is a side sectional view of a reactor device according to an embodiment.
- FIG. 2 is a bottom view of the reactor device according to the embodiment.
- FIG. 1 is a side sectional view of a reactor device 101 according to an embodiment.
- FIG. 2 is a bottom view of the reactor device 101.
- Reactor device 101 is provided between reactor 11, cooling plate 20 on which reactor 11 is mounted, insulating sheet 21 provided between reactor 11 and cooling plate 20, and between reactor 11 and cooling plate 20. And a graphite sheet 22.
- FIG. 2 shows the reactor device 101 without the cooling plate 20.
- the reactor 11 is composed of an edgewise coil 12, an annular magnetic core 15, and a case 16 for housing them.
- the case 16 includes a peripheral portion 18 surrounding the coil 12 and a screw hole portion 19 for attaching the case 16 to the cooling plate 20.
- the case 16 is provided with an opening 17 through which the coil 12 is exposed.
- the peripheral portion 18 surrounds the opening 17.
- the opening 17 and the screw hole 19 are provided on the lower surface side of the case 16 that becomes the mounting surface 111 of the reactor 11.
- the coil 12 has a flat portion 13 that is substantially parallel to the mounting surface 111 when viewed from the bottom surface side, and a bent portion 14 that is curved upward at both ends of the flat portion 13.
- the flat portion 13 and the bent portion 14 are exposed from the opening 17.
- the surface 12 s of the coil 12 has a contact portion 12 a that contacts the insulating sheet 21.
- the contact portion 12 a of the surface 12 s of the coil 12 has a flat flat portion 13 and a bent portion 14 connected to the flat portion 13 and curved.
- Reactor 11 is attached to cooling plate 20 with insulating sheet 21 and graphite sheet 22 interposed therebetween. From the top of FIG. 1, the reactor 11, the insulating sheet 21, the graphite sheet 22, and the cooling plate 20 are arranged in this order. The coil 12 of the reactor 11 is in contact with the insulating sheet 21, and the graphite sheet 22 is in contact with the cooling plate 20. Thereby, even if the coil 12 of the reactor 11 generates heat, this heat is transmitted to the insulating sheet 21 and then transmitted to the graphite sheet 22. Since the graphite sheet 22 is excellent in the thermal conductivity in the plane direction, the heat is transmitted to the cooling plate 20 after diffusing in the plane direction. Therefore, the coil 12 can be cooled much more efficiently than the conventional reactor described above.
- the screw plate 19 is tightened to the cooling plate 20 through the screw hole 19 a formed in the screw hole portion 19 of the case 16, thereby attaching the cooling plate 20 to the reactor 11 and pressing the cooling plate 20 toward the case 16 and the coil 12.
- the insulating sheet 21 is made of silicone having a thickness of about 1.5 mm, and its hardness is 15 according to JIS type E.
- the thermal conductivity of the insulating sheet 21 is about 5 W / m ⁇ K.
- the graphite sheet 22 is a pyrolytic graphite sheet having a thickness of about 0.5 mm.
- the compression rate of the graphite sheet 22 when a pressure of 1 MPa is applied to the graphite sheet 22 is about 60%.
- the compression ratio PC is the thickness t1 of the sheet after the pressure is applied to the sheet having the thickness t0 and the pressure is removed
- the compression rate PC is displayed as a percentage.
- the insulating sheet 21 and the graphite sheet 22 are compressed and deformed by being tightened with the screws 23.
- the graphite sheet 22 is compressed only in the thickness direction with almost no change in area.
- the insulating sheet 21 is compressed in the thickness direction, a part of the insulating sheet 21 is deformed along the shape of the bent portion 14 of the coil 12, and the area is deformed so as to spread in the surrounding direction. Therefore, even if the insulating sheet 21 and the graphite sheet 22 have the same shape, the periphery of the graphite sheet 22 is covered with the insulating sheet, and the graphite powder 22 can be prevented from scattering.
- the coil 12 is made of a conductive wire wound around a magnetic core 15.
- the surface 12s including the contact portion 12a of the coil 12 has fine irregularities formed by a conducting wire wound and laminated.
- the insulating sheet 21 is deformed along the contact portion 12a of the coil 12 along the unevenness.
- the surface of the insulating sheet 21 that contacts the coil 12 is deformed along the irregularities between the bent portions 14 and the lines of the coil 12, thereby increasing the contact area between the coil 12 and the insulating sheet 21.
- the coil 12 can be efficiently cooled.
- the graphite sheet 22 is also compressed and deformed, so that even if the surface of the cooling plate 20 is uneven, the surface of the graphite sheet 22 is deformed along the unevenness, so that the space between the graphite sheet 22 and the cooling plate 20 is reduced.
- the contact thermal resistance can be lowered, and the coil 12 can be cooled more efficiently.
- the hardness of the insulating sheet 21 is desirably 2 or more and 25 or less in JIS type E.
- the hardness of the insulating sheet 21 exceeds 25 in JIS type E, it is difficult to be deformed sufficiently even if it is tightened with the screw 23, and the thermal conductivity from the coil 12 to the insulating sheet 21 may be lowered.
- the hardness of the insulating sheet 21 is less than 2, the insulating sheet 21 is deformed too much, the graphite sheet 22 is not sufficiently compressed, and the thermal conductivity from the graphite sheet 22 to the cooling plate 20 may be reduced. is there.
- the graphite sheet 22 has a compression rate of 50% or more when a pressure of 1 MPa is applied. By doing in this way, both the insulation sheet 21 and the graphite sheet 22 can be compression-deformed, and the coil 12 can be cooled efficiently.
- the insulating sheet 21 having a shape larger than that of the graphite sheet 22 and tightened with the screw 23 has a larger area than the contact portion 12a which is a region reaching the flat portion 13 and the bent portion 14 of the coil 12. It is desirable that the graphite sheet 22 has a smaller area than the flat portion 13. By doing in this way, the graphite sheet 22 is pressurized by the flat part 13, and the whole is compressed strongly.
- the region of the bent portion 14 of the insulating sheet 21 is a region where the pressure of the graphite sheet 22 is small, and the insulating sheet 21 and the cooling plate 20 are in direct contact with this region, so that the coil 12 can be efficiently cooled.
- the minimum thickness of the insulating sheet 21 after being tightened with the screw 23 is 1 to 5 times the thickness of the graphite sheet 22. If the minimum thickness of the insulating sheet 21 is smaller than 1 time, the insulating property may be excessively lowered. If it exceeds 5 times, the thermal conductivity is lowered, and the coil 12 may not be efficiently cooled.
- the thickness after tightening with the screw 23 means the thickness of the insulating sheet 21 and the graphite sheet 22 after the insulating sheet 21 is temporarily tightened with the screw 23 and the tightening is removed.
- an insulating sheet 21 is sandwiched between the peripheral portion 18 and the cooling plate 20.
- sandwiching the insulating sheet 21 between the peripheral portion 18 and the cooling plate 20 and tightening with the screw 23 a part of the insulating sheet 21 is pushed out toward the bent portion 14 and rises along the bent portion 14.
- the coil 12 can be efficiently cooled.
- the thermal conductivity of the gel sheet is not sufficient. Furthermore, if the coil repeats heat generation and cooling, the gel sheet is gradually pushed out due to its expansion, which may lower the thermal conductivity.
- the coil 12, that is, the reactor 11 can be efficiently cooled as described above.
- the graphite sheet 22 in the embodiment may be a sheet having a gel sheet and graphite powder which is a heat conductive filler incorporated in the gel sheet, and the sheet has high thermal conductivity and electrical conductivity.
- the reactor device 101 includes the coil 12, the magnetic core 15 in which the coil 12 is disposed, the case 16 that houses the coil 12 and the magnetic core 15, the cooling plate 20 that is fixed to the case 16,
- the insulating sheet 21 disposed between the coil 12 and the cooling plate 20, the compressible graphite sheet 22 disposed between the coil 12 and the insulating sheet 21, and the screw hole 19 a of the case 16 are inserted and cooled.
- An opening 17 is formed in the case 16.
- the coil 12 contacts the insulating sheet 21 through the opening 17 of the case 16.
- the graphite sheet 22 is in contact with the cooling plate 20.
- the surface 12 s of the coil 12 has a contact portion 12 a that contacts the insulating sheet 21.
- the contact portion 12a of the coil 12 has a flat flat portion 13 and a bent portion 14 connected to the flat portion 13 and curved.
- the insulating sheet 21 has a larger area than the contact portion 12 a of the coil 12.
- the graphite sheet 22 has a smaller area than the flat portion 13.
- the insulating sheet 21 is deformed along the shape of the contact portion 12a of the coil 12.
- the graphite sheet 22 has a surface in contact with the insulating sheet 21 and facing the flat portion 13 through the insulating sheet 21.
- the minimum thickness of the insulating sheet 21 is 1 to 5 times the thickness of the graphite sheet 22 in a state where the tightening with the screw 23 is released after the tightening with the screw 23.
- the case 16 has a peripheral portion 18 surrounding the coil 12.
- the insulating sheet 21 is sandwiched between the peripheral portion 18 of the case 16 and the cooling plate 20.
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Abstract
リアクトルは、コイルと、コイルが配置された磁性コアと、コイルと磁性コアとを収納するケースと、ケースに固定された冷却板と、コイルと冷却板との間に配置された絶縁シートと、コイルと絶縁シートとの間に配置された圧縮可能なグラファイトシートと、冷却板をケールに固定するネジとを備える。ケースにはネジ穴と開口部とが形成されている。ネジはネジ穴に挿通されて冷却板をケールに固定する。コイルはケースの開口部を通して絶縁シートと接触する。グラファイトシートは冷却板と接触している。このリアクトルは、高い冷却性能を有し、信頼性に優れる。
Description
本発明は、冷却されるリアクトルを有するリアクトル装置に関する。
近年電動機を走行用の主駆動源や補助駆動源として用いる電気自動車やハイブリッド車等が増加している。これらに用いられるリアクトルには、大電流に対応できるものが求められ、そのため大電流によって発生する熱への対策が重要となってくる。そのためリアクトルと冷却板とをゲルシート等の放熱部材で接続して冷却することが行なわれている。
上述のリアクトルに類似の従来のリアクトルは、例えば、特許文献1に開示されている。
リアクトルは、コイルと、コイルが配置された磁性コアと、コイルと磁性コアとを収納するケースと、ケースに固定された冷却板と、コイルと冷却板との間に配置された絶縁シートと、コイルと絶縁シートとの間に配置された圧縮可能なグラファイトシートと、冷却板をケールに固定するネジとを備える。ケースにはネジ穴と開口部とが形成されている。ネジはネジ穴に挿通されて冷却板をケールに固定する。コイルはケースの開口部を通して絶縁シートと接触する。グラファイトシートは冷却板と接触している。
このリアクトルは、高い冷却性能を有し、信頼性に優れる。
図1は実施の形態におけるリアクトル装置101の側断面図である。図2はリアクトル装置101の下面図である。
リアクトル装置101は、リアクトル11と、リアクトル11が実装された冷却板20と、リアクトル11と冷却板20との間に設けられた絶縁シート21と、リアクトル11と冷却板20との間に設けられたグラファイトシート22とを備える。図2は冷却板20が無い状態でのリアクトル装置101を示す。リアクトル11はエッジワイズ巻きされたコイル12と、環状の磁性コア15と、これらを収納するケース16とからなっている。ケース16は、コイル12を囲む周辺部18と、ケース16を冷却板20に取り付けるためのネジ穴部19とからなっている。ケース16には、コイル12が露出する開口部17が設けられている。周辺部18は開口部17を囲む。開口部17とネジ穴部19はリアクトル11の実装面111となるケース16の下面側に設けられている。
コイル12は底面側から見たとき、実装面111とほぼ平行になる平坦部13と、平坦部13の両端部で上方に湾曲している曲げ部14とを有する。開口部17からは平坦部13と曲げ部14とが露出している。コイル12の表面12sは絶縁シート21に接触する接触部12aを有する。コイル12の表面12sの接触部12aは、平坦な平坦部13と、平坦部13に繋がりかつ湾曲している曲げ部14とを有する。
リアクトル11を絶縁シート21およびグラファイトシート22を挟んで冷却板20に取り付ける。図1の上から、リアクトル11、絶縁シート21、グラファイトシート22、冷却板20がこの順で配置されている。リアクトル11のコイル12が絶縁シート21と接触し、グラファイトシート22が冷却板20と接触する。これにより、リアクトル11のコイル12が熱を発生しても、この熱が絶縁シート21に伝わり、そのあとグラファイトシート22に伝わる。グラファイトシート22は面方向の熱伝導性に優れるので、熱は面方向に拡散した後に冷却板20に伝わる。そのため前述の従来のリアクトルに比べて遥かに効率よくコイル12を冷却することができる。
ケース16のネジ穴部19に形成されたネジ穴19aにネジ23を通して冷却板20に締め付けることにより、リアクトル11に冷却板20を取り付けて冷却板20をケース16とコイル12に向かって押し付ける。絶縁シート21は厚さ約1.5mmのシリコーンからなり、その硬さはJISタイプEで15である。絶縁シート21の熱伝導率は、約5W/m・Kとなっている。
グラファイトシート22は厚さ約0.5mmの熱分解グラファイトシートからなる。グラファイトシート22に1MPaの圧力を加えた場合のグラファイトシート22の圧縮率は約60%となっている。
ここで圧縮率PCは、厚さt0のシートに圧力を加えた後にその圧力を取り除いた状態でのそのシートの厚さt1としたとき、PC=(t0-t1)/t0の値がその圧力での圧縮率である。実施の形態では圧縮率PCをパーセントで表示している。
以上の構成において、絶縁シート21およびグラファイトシート22がネジ23で締め付けられることにより圧縮変形する。グラファイトシート22は、面積はほとんど変わらずに厚さ方向にのみ圧縮される。一方、絶縁シート21は厚さ方向に圧縮され、絶縁シート21の一部はコイル12の曲げ部14の形状に沿って変形し、面積は周囲の方向に広がるように変形される。そのため絶縁シート21とグラファイトシート22が同一形状であっても、グラファイトシート22の周囲は絶縁シートで覆われるようになり、グラファイトシート22からグラファイトの粉が飛散することを防ぐことができる。コイル12は磁性コア15に巻回された導線よりなる。コイル12の接触部12aを含む表面12sは巻回されて積層された導線により形成される細かい凹凸を有する。絶縁シート21はその凹凸に沿うようにコイル12の接触部12aに沿って変形する。
絶縁シート21のコイル12に接触する面が、コイル12の曲げ部14や線間の凹凸形状に沿って変形することにより、コイル12と絶縁シート21との間の接触面積が増えて接触熱抵抗を下げることができ、効率的にコイル12を冷却することができる。
さらにグラファイトシート22も圧縮変形されることにより、冷却板20の表面に凹凸があってもその凹凸に沿ってグラファイトシート22の表面が変形することにより、グラファイトシート22と冷却板20との間の接触熱抵抗を下げることができ、さらに効率的にコイル12を冷却することができる。
絶縁シート21の硬度は、JISタイプEで2以上、25以下とすることが望ましい。絶縁シート21の硬度がJISタイプEで25を超えると、ネジ23で締め付けても十分に変形しにくくなり、コイル12から絶縁シート21への熱伝導性が低くなる可能性がある。一方、絶縁シート21の硬度が2よりも小さくなると絶縁シート21が変形しすぎ、グラファイトシート22が十分に圧縮されにくくなり、グラファイトシート22から冷却板20への熱伝導性が低くなる可能性がある。
またグラファイトシート22は1MPaの圧力を加えた場合の圧縮率が50%以上とすることが望ましい。このようにすることにより、絶縁シート21およびグラファイトシート22の両方を圧縮変形させることができ、効率的にコイル12を冷却することができる。
またグラファイトシート22よりも大きな形状の絶縁シート21を用い、ネジ23で締め付けた後の絶縁シート21は、コイル12の平坦部13と曲げ部14に至る領域である接触部12aよりも大きな面積を有し、グラファイトシート22は平坦部13よりも小さい面積を有するようにすることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート22は平坦部13で加圧されるため全体が強く圧縮される。絶縁シート21の曲げ部14の領域はグラファイトシート22の加圧が小さい領域であり、この領域は絶縁シート21と冷却板20が直接接触するので、効率的にコイル12を冷却することができる。
さらにネジ23で締め付けたあとの、絶縁シート21の最小厚みはグラファイトシート22の厚みの1倍以上5倍以下とすることが望ましい。絶縁シート21の最小厚みが1倍よりも小さいと絶縁性が過度に低くなる可能性がある。5倍を超えると熱伝導性が低くなり、効率的にコイル12を冷却することができなくなる場合がある。ここでネジ23で締め付けたあとの厚みとは、ネジ23で絶縁シート21を一旦締め付け、その締め付けを取り払った後の絶縁シート21およびグラファイトシート22の厚みをいう。
さらに周辺部18と冷却板20との間には、絶縁シート21が挟まれているようにすることが望ましい。周辺部18と冷却板20との間に絶縁シート21を挟んでネジ23で締め付けることにより、絶縁シート21の一部が曲げ部14の方に押し出され、曲げ部14に沿って上がるため、より効率的にコイル12を冷却することができる。
ゲルシートを用いている前述の従来のリアクトルでは、ゲルシートの熱伝導性が十分ではない。さらに、コイルが発熱、冷却を繰り返すと、その膨張により、次第にゲルシートが外側に押し出され、熱伝導性が低くなる可能性がある。
実施の形態におけるリアクトル装置101では、前述のように、効率的にコイル12すなわちリアクトル11を冷却することができる。
なお、実施の形態におけるグラファイトシート22は、ゲルシートと、ゲルシートに内蔵された熱伝導性フィラーであるグラファイト粉とを有するシートであってもよく、そのシートは高熱伝導性と電気伝導性を有する。
上述のように、リアクトル装置101は、コイル12と、コイル12が配置された磁性コア15と、コイル12と磁性コア15とを収納するケース16と、ケース16に固定された冷却板20と、コイル12と冷却板20との間に配置された絶縁シート21と、コイル12と絶縁シート21との間に配置された圧縮可能なグラファイトシート22と、ケース16のネジ穴19aに挿通されて冷却板20をケース16に固定するネジ23とを備える。ケース16には開口部17が形成されている。コイル12はケース16の開口部17を通して絶縁シート21と接触する。グラファイトシート22は冷却板20と接触している。
コイル12の表面12sは絶縁シート21に接触する接触部12aを有する。コイル12の接触部12aは、平坦な平坦部13と、平坦部13に繋がりかつ湾曲している曲げ部14とを有する。絶縁シート21は、コイル12の接触部12aより大きな面積を有する。グラファイトシート22は平坦部13よりも小さい面積を有する。
絶縁シート21は、コイル12の接触部12aの形状に沿って変形している。
グラファイトシート22は、絶縁シート21に接触してかつ絶縁シート21を介して平坦部13に対向する面を有する。
ネジ23で締め付けたあとでネジ23による締め付けを解除した状態でのときの、絶縁シート21の最小厚みはグラファイトシート22の厚みの1倍以上5倍以下である。
ケース16はコイル12を囲む周辺部18を有する。絶縁シート21はケース16の周辺部18と冷却板20との間に挟まれている。
11 リアクトル
12 コイル
13 平坦部
14 曲げ部
15 磁性コア
16 ケース
17 開口部
18 周辺部
19 ネジ穴部
19a ネジ穴
20 冷却板
21 絶縁シート
22 グラファイトシート
23 ネジ
101 リアクトル装置
12 コイル
13 平坦部
14 曲げ部
15 磁性コア
16 ケース
17 開口部
18 周辺部
19 ネジ穴部
19a ネジ穴
20 冷却板
21 絶縁シート
22 グラファイトシート
23 ネジ
101 リアクトル装置
Claims (10)
- コイルと、
前記コイルが配置された磁性コアと、
前記コイルと前記磁性コアとを収納して、ネジ穴と開口部とが形成されたケースと、
前記ケースに固定された冷却板と、
前記コイルと前記冷却板との間に配置された絶縁シートと、
前記コイルと前記絶縁シートとの間に配置された圧縮可能なグラファイトシートと、
前記ネジ穴に挿通されて前記冷却板を前記ケースに固定するネジと、
を備え、
前記コイルは前記ケースの前記開口部を通して前記絶縁シートと接触し、
前記グラファイトシートは前記冷却板と接触している、リアクトル装置。 - 前記絶縁シートはJISタイプEで2以上、25以下の硬度を有する、請求項1に記載のリアクトル装置。
- 前記グラファイトシートに1MPaの圧力を加えた場合の前記グラファイトシートの圧縮率が50%以上である、請求項1または2に記載のリアクトル装置。
- 前記グラファイトシートの周囲は前記絶縁シートで覆われている、請求項1から3のいずれか1項に記載のリアクトル装置。
- 前記絶縁シートは前記グラファイトシートに接触している、請求項1から3のいずれか1項に記載のリアクトル装置。
- 前記コイルの表面は前記絶縁シートに接触する接触部を有し、
前記コイルの前記接触部は、平坦な平坦部と、前記平坦部に繋がりかつ湾曲している曲げ部とを有し、
前記絶縁シートは、前記コイルの前記接触部より大きな面積を有し、
前記グラファイトシートは前記平坦部よりも小さい面積を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載のリアクトル装置。 - 前記絶縁シートの一部は、前記コイルの前記接触部の形状に合わせて変形している、請求項6に記載のリアクトル装置。
- 前記グラファイトシートは、前記絶縁シートに接触してかつ前記絶縁シートを介して前記平坦部に対向する面を有する、請求項6または7に記載のリアクトル装置。
- 前記ネジで締め付けたあとで前記ネジによる締め付けを解除した状態でのときの、前記絶縁シートの最小厚みは前記グラファイトシートの厚みの1倍以上5倍以下である、請求項1から8のいずれか1項に記載のリアクトル装置。
- 前記ケースは前記コイルを囲む周辺部を有し、
前記絶縁シートは前記ケースの前記周辺部と前記冷却板との間に挟まれている、請求項1から9のいずれか1項に記載のリアクトル装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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