JP2007129149A - リアクトル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の小さいリアクトル装置を提供する。
【解決手段】リアクトル装置Ｙは、コア１およびコイル２を有するリアクトルＸと、リアクトルＸを収納するケース３と、リアクトルＸとケース３との間に介在する絶縁性の封止部材４とを備えている。リアクトル装置Ｙは、たとえばハイブリッド車に搭載される。封止部材４は、主要要素である樹脂と樹脂よりも比重の高い高比重フィラーとを含んでいる。封止部材４の比重が高いことにより、リアクトル装置Ｙから発生される騒音が低減されることが確認されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として燃料電池車やハイブリッド車などに搭載されるリアクトルの騒音を低減するための対策に関する。

近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池車のような直流電源でモータを駆動する自動車が開発されている。燃料電池車やハイブリッド車などに配置される昇圧コンバータは、電圧を変換するリアクトルを備えている。リアクトルは、複数の部分コアをギャップを挟んで重ねてなるコアと、コアの周囲に巻き付けられたコイルとを有している。コイルに電流が流れると、コア内部に磁界が発生し、ギャップを挟んだ部分コア同士の間に磁気吸引力が発生してリアクトルが振動を生じる。この振動が封止樹脂などをケースの外部に露出されている部分から騒音として放出されると考えられている。

そこで、この騒音をいかに低減させるかが１つの課題である。特に、１０ｋＨｚ付近（５〜２０ｋＨｚ）の高周波の騒音を低減させることが求められている。そこで、従来より、リアクトル装置が発生する騒音を低減させるための多くの提案がなされている。たとえば、特許文献１には、リアクトルを収納するケースの開口を、半連半独構造の発泡部材からなる蓋部材によって塞ぐことにより、内部の振動を抑制し、リアクトル装置から外方に漏れる騒音を低減しようとする技術が開示されている。

特許文献２では、リアクトル中のコア同士の間に防振剤を介在させることにより、騒音を抑制しようとする技術が開示されている。

特開２００５−７２１９８号公報

特開２００４−３１９６７９号公報

しかしながら、本発明者達の実験によると、振動のレベルと騒音のレベルとの間には必ずしも明確な相関関係がみられなかった。つまり、上記公報の技術を含める従来の技術においては、振動を防止することと騒音を防止することとが同一視されているなど、騒音を効果的に外に出さないための構造上の分析が不十分であったといえる。そのために、人の可聴範囲における高周波の騒音の発生を的確かつ効果的に低減することが困難であった。

本発明の目的は、高周波の騒音の発生を効果的に低減することができるリアクトル装置を提供することにある。

本発明の第１のリアクトル装置は、リアクトルとケースとの間に、樹脂と樹脂よりも比重が高いフィラーとを含む絶縁性の封止部材を介在させたものである。

これにより、封止部材の比重が増大することから、従来の樹脂のみからなる封止部材を有するリアクトル装置に比べて、リアクトル装置から発生される騒音が低減されることになる。

封止部材の樹脂がエポキシ樹脂であることにより、封止に汎用される樹脂ではもっとも比重の高い樹脂による，高い騒音低減効果を発揮することができる。

封止部材のフィラーが、樹脂よりも熱伝導率が高い材料からなることにより、封止部材を経た放熱効率を高めることができる。

封止部材のフィラーが無機材料であることにより、封止部材の絶縁性を高めつつ、比重の増大を図ることができる。また、封止部材の熱伝達率も向上する。

封止部材の比重は、２．０を超えていることが好ましい。

本発明の第２のリアクトル装置は、リアクトルとケースとの間に介在する封止部材として、比重が２．０を超えるものを備えている。

これにより、従来の樹脂のみからなる比重が１．９以下の封止部材を有するリアクトル装置に比べて、リアクトル装置から発生される騒音が低減されることになる。

第２のリアクトル装置においても、封止部材の樹脂はエポキシであることが好ましく、樹脂には樹脂よりも伝導率の高いフィラーが混練されていることにより、封止部材を経た放熱効率を高めることができる。

本発明のリアクトル装置によると、リアクトルとケースとの間に介在する封止部材の比重を高めることにより、リアクトル装置から発生される騒音の低減を図ることができる。

図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態におけるリアクトル装置の組立工程を示す斜視図である。

図１（ａ）に示す工程で、２つの積層鋼板１０と３つのギャップスペーサ１１とを交互に重ねてなる，１対の内側部分コア１ａを形成する。積層鋼板１０は、多数の鋼板を含浸ワニスや、エポキシ系又はアクリル系の含浸接着剤によって接着することにより構成されている。ギャップスペーサ１１は、セラミックス，ガラス，ガラスエポキシ基板等の非磁性かつ絶縁性材料によって構成されている。

次に、図１（ｂ），（ｃ）に示す工程で、各内側部分コア１ａの積層鋼板１０の外周を被覆する，樹脂製の内側ボビン１３を取り付ける。このとき、積層鋼板１０の最外方のギャップスペーサ１１は内側ボビン１３に覆われずにはみ出た状態となっている。

次に、図1（ｄ）に示す工程で、コイル２を準備する。コイル２は、角柱状の空間を囲むように螺旋状に巻かれて積層された２つの環状部分２１と、環状部分２１を接続する接続部分２２と、両端の端子２３とによって構成されている。コイル２は、ほぼ全体が絶縁性膜で覆われており、１対の端子２１のみが絶縁性膜から露出している。

次に、図２（ａ）に示す工程で、コイル２の各環状部分２１によって囲まれる空間内に、ボビン１３によって覆われた各内側部分コア１ａを嵌合させる。このとき、各内側部分コア１ａの両端のギャップスペーサ１１が、コイル２の環状部分２１内で空間に露出した状態となっている。

次に、図２（ｂ）に示す工程で、２つの外側部分コア１ｂを、各内側部分コア１ａの各ギャップスペーサ１１に跨るように、取り付ける。これにより、２つの内側部分コア１ａと２つの外側部分コア１ｂとにより、閉環状のコア１が構成される。また、外側部分コア１ｂとコイル２とを相互に固定する，２つの樹脂製の外側ボビン１５を取り付ける。これにより、リアクトルＸが形成され、リアクトルＸのコイル２に電流が流れたときには、閉環状のコア１にリアクトルＸの磁路が形成されることになる。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、ケース３内にリアクトルＸを収納する。ケース３は、ＣｕまたはＣｕ合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性が良好な材料によって構成されており、リアクトルＸで発生した熱をケース３から外方に逃すように構成されている。

次に、図２（ｄ）に示す工程で、加熱しつつポッティングを行なって、リアクトルＸとケース３との間の空隙を、封止部材４によって満たす。このとき、本実施の形態では、リアクトルＸのうち、端子２３およびこれに近接する部分と、外側部分コア１ｂの底面とを除くほぼ全体は封止部材４中にほぼ封止されている。本実施の形態においては、封止部材４は、エポキシ樹脂を主材料とし、フィラーとして、エポキシ樹脂に一般的に添加される各種物質と、エポキシ樹脂よりも比重の高い高比重フィラーであるアルミナとを含んでいる。これにより、リアクトル装置Ｙが形成される。

なお、本実施の形態では、樹脂に高比重フィラーであるアルミナを添加したことにより、粘性が高くなっているので、樹脂等を加熱しつつポッティングを行なったが、樹脂に大気圧を超える圧力を印加して圧入してもよい。

図３は、本実施の形態におけるリアクトル装置Ｙの概略構造を示す縦断面図である。ただし、見やすくするために、リアクトルＸは断面構造ではなく側面図で示している。同図に示すように、ケース３の内面の底面には、リアクトルＸのコイル２が入り込むための凹部が設けられており、リアクトルＸのコア１（外側部分コア１ｂ）がケース３の内面の底面と接触して支持されている。そして、コイル２とケース３の凹部底面との間には、封止部材４が回り込んで介在している。図示されていないが、ケース３はヒートシンクの上に設置されていて、コア１とケース３とが接触していることにより、リアクトルＸで発生した熱がケース３からヒートシンクに効率よく放熱される。

本実施形態のリアクトル装置Ｙは、リアクトルＸとケース３との間の空隙が、エポキシ樹脂に高比重フィラーとしてのアルミナを添加した封止部材４によって埋められていることにより、後述するように、リアクトル装置Ｙから発生する騒音を低減することができる。その効果について、データを示しながら、以下に説明する。

−実験例−
図４は、本発明の過程において行なった封止部材としての封止樹脂の種類と騒音変化量との関係を調べた実験結果を表にして示す図である。同図における騒音低減効果の数値（ｄＢ）は、リアクトル装置の封止樹脂がないときの騒音（周波数１０ｋＨｚ）に対する騒音変化量を表している。同図において、ウレタン樹脂Ａ，Ｂは、それぞれサンユレック社製の品番ＳＺ−１４４３，ＵＦ−１０９７のものである。ウレタン樹脂Ｃは、日本合成化工社製の品番Ｕ−３３１のものである。発泡ウレタンは、第一工業製薬社製の品番Ｈ−９５１９のものである。エポキシ樹脂は、菱電化成社製の品番Ｒ−４１１のものである。シリコーンＲＴＶゴムは、信越シリコーン社製の品番ＫＥ−１８４３のものである。同図に示すように、封止樹脂の比重が大きいほど騒音変化量（低減量）が大きい傾向がある。なお、同時に、振動の低減効果についても実験を行った結果、振動低減効果と騒音低減効果とは一致しているわけではなく、振動低減効果が大きいにもかかわらず、騒音低減効果の小さいサンプルや、騒音低減効果が大きいにもかかわらず振動低減効果の小さいサンプルがある。すなわち、封止樹脂の比重と振動の低減効果との間には、明確な相関関係は認められていない。特許文献１，２では、振動を低減する手段を求めることで、騒音の低減を実現することができると記載されているが、実際に実験を行うと、その認識は必ずしも正しいとはいえないことがわかった。

図５は、図４のデータから作成した，封止部材の比重と騒音低減効果との相関関係を示すグラフである。同図の横軸は比重を表し、縦軸は、リアクトル装置の封止部材がないときの騒音に対する騒音低減効果（ｄＢ）を表している。同図に示されるように、封止部材の比重とリアクトル装置の騒音低減効果との間には、有意性のある相関関係が見られる。

現在、汎用されている封止樹脂は図４，図５に示すウレタン樹脂Ａであるが、本実験の結果から、封止部材としてウレタン樹脂Ａをエポキシ樹脂に代えることにより、騒音量が低減されることがわかった。

一方、騒音量としては、ウレタン樹脂Ａを用いたものよりも５デシベル程度以上低いことが望ましいが、封止部材中の樹脂をウレタン樹脂Ａからエポキシ樹脂に代えても、３．７ｄＢの騒音低減量である。しかしながら、封止部材として、主材料である樹脂を高比重の樹脂に置き換えるだけで、封止部材全体としての比重の増大を図るには限界がある。特に、現存するプラスチックで、かつ、リアクトル装置の封止部材として実用的な樹脂の種類は、それほど多くない。

そこで、本発明者達は、封止部材のフィラーとして、樹脂よりも比重の高い高比重フィラーを添加することにより、封止部材の比重を高めて、騒音の低減を図ることを想到するに至った。フィラーとして比較的比重の大きいものを選択すれば、相当の比重増大を果たすことができるからである。また、フィラーとして熱伝導率の高い材料を選択すると、放熱効果の増大も期待することができる。

図６は、エポキシ樹脂（菱電化成社製の品番Ｒ−４１１）に各種フィラーを混入してなる封止部材を用いたときの騒音変化量（周波数１０ｋＨｚ）を表にして示す図である。同図において、騒音低減効果は封止部材を用いなかったときのリアクトル装置の騒音からの騒音低減効果を表している。比重２．５のサンプルおよび比重３．０のサンプルは、エポキシ樹脂にアルミナをフィラーとして添加したものである。いずれも、比重を所定値にするようにフィラーの添加量を調整している。

図６に示されるように、封止部材として、エポキシ樹脂にアルミナをフィラーとして添加したものを用いることにより、ウレタン樹脂Ａを用いたときよりも、リアクトル装置の騒音を５ｄＢ以上低減することができる。特に、比重２．５以上に調整したものを用いることにより、リアクトル装置の騒音の低減を図ることができる。

（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態では、本発明のリアクトル装置における封止部材の主要素である樹脂を特定のエポキシ樹脂として説明したが、本発明の封止部材の主要素である樹脂は、他のエポキシ樹脂，各種ウレタン樹脂，シリコーンＲＴＶゴムなど、他の樹脂であってもよい。

実施の形態では、本発明のリアクトル装置における封止部材の高比重フィラーとしてアルミナを用いた場合を例にとって説明したが、本発明の高比重フィラーを構成する材料は、他の各種材料であってもよい。たとえば、金属フィラーを用いても、封止部材の絶縁性を損なわないものであれば、不具合は生じない。

本発明のリアクトル装置は、ハイブリッド車、燃料電池車や、工場・家庭用電力供給システムにおいて、たとえば昇圧コンバータなどの一部品として利用することができる。

（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態におけるリアクトル装置の組立工程の前半部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態におけるリアクトル装置の組立工程の後半部を示す断面図である。 実施の形態におけるリアクトル装置の概略構造を示す縦断面図である。 本発明の過程において行なった封止部材としての封止樹脂の種類と騒音変化量との関係を調べた実験結果を表にして示す図である。 図４のデータから作成した，封止樹脂の比重と騒音低減効果との相関関係を示すグラフである。 エポキシ樹脂に高比重フィラーを混入してなる封止部材を用いたときの騒音低減量を表にして示す図である。

符号の説明

Ｘ リアクトル
Ｙ リアクトル装置
１ コア
１ａ 内側部分コア
１ｂ 外側部分コア
２ コイル
３ ケース
４ 封止部材
１０ 積層鋼板
１１ ギャップスペーサ
１３ 内側ホビン
１５ 外側ホビン
２１ 環状部分
２２ 接続部分
２３ 端子

Claims (8)

1. コイルおよびコアを有するリアクトルと、
   前記リアクトルを収納するケースと、
   前記リアクトルとケースとの間に介在する，樹脂と該樹脂よりも比重が高い高比重フィラーとを含む絶縁性の封止部材と
   を備えているリアクトル装置。
2. 請求項１記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材の前記樹脂は、エポキシ樹脂である、リアクトル装置。
3. 請求項１又は２記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材の前記高比重フィラーは、前記樹脂よりも熱伝導率が高い物質である，リアクトル装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材の前記高比重フィラーは、無機材料からなる、リアクトル装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材の比重は、２．０を超えている、リアクトル装置。
6. コイルおよびコアを有するリアクトルと、
   前記リアクトルを収納するケースと、
   前記リアクトルとケースとの間に介在する，樹脂を主要素として含み比重２．０を超える絶縁性の封止部材と
   を備えているリアクトル装置。
7. 請求項６記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材の前記樹脂は、エポキシ樹脂である、リアクトル装置。
8. 請求項６又は７記載のリアクトル装置において、
   前記封止部材には、前記樹脂よりも熱伝導率の高いフィラーが混練されている、リアクトル装置。

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