JP6439725B2 - 磁気回路部品の温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に組込まれ、磁性コアとこの磁性コアに巻装されたコイルとを含む磁気回路部品の、温度を調整するための磁気回路部品の温度調整装置に関する。

例えば、駆動源として内燃機関と電気モータとの両方を有するハイブリッド自動車や、駆動源として電気モータを備えた自動車等では、電気モータを駆動制御するパワーコントロールユニットと称される駆動装置が搭載される。この種のパワーコントロールユニットとしては、ケース内に、大容量のインバータ装置やＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置を組込んで構成されるものがある（例えば特許文献１参照）。

このとき、電力変換装置を構成する部品のうち、特に、スイッチング素子を含むパワーモジュールやリアクトルといった発熱源となる部品を冷却するための冷却装置が設けられる。そのような冷却装置として、特許文献１では、複数個のパワーモジュールを挟むように設けられる積層型の第１冷却器と、リアクトルに添接される第２冷却器とを設ける構成が開示されている。この構成では、冷媒供給装置から、配管を通して冷媒（水）を第１冷却器に導入し、第１冷却器から排出された冷媒を第２冷却器に導入し、第２冷却器から排出された冷媒を冷媒供給装置に戻すという循環を行わせるようになっている。

特開２０１３−５１８４８号公報

ところで、磁気回路部品としてのリアクトルを構成する磁性コアにあっては、フェライト系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金系、アモルファス系等の各種の材料が採用されるが、材質による相違はあるものの、温度によって電力損失が変動することが知られている。近年の研究においては、低温度でリアクトルの損失が大きくなり、耐熱温度よりもやや低い、８０〜１００℃程度で、損失が最低となることが指摘されてきている。

そのため、例えば冬季における始動時などにおいては、リアクトルの温度が１０℃以下となっていることがあり、そのような低温では電力損失が比較的大きく、むしろ早く昇温させた方が、損失低減の面で有利となる。つまり、磁気回路部品の磁性コアについては、低温時においては、冷却を行わずに、むしろ昇温を図った方が、効率が良くなることになる。しかし、特許文献１の冷却装置にあっては、パワーモジュール及びリアクトルに対して、冷却が常に同様に行われるため、リアクトルの電力損失が大きい状態で運転されてしまうことが起こっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気回路の電力損失を比較的低く抑えることができる磁気回路部品の温度調整装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の磁気回路部品の温度調整装置は、電力変換装置（１）に組込まれ、磁性コア（１５）と、この磁性コア（１５）に巻装されたコイル（１６）とを含む磁気回路部品（１０）の、温度を調整するためのものであって、前記磁気回路部品（１０）を冷却するための冷却装置（２５，７２）と、前記磁気回路部品（１０）の温度を推定する温度推定手段（１９）と、前記磁気回路部品（１０）の温度と損失との関係から損失が小さくなる目標温度を決定する目標温度決定手段（３６）と、前記温度推定手段（１９）が推定した前記磁気回路部品（１０）の温度が、前記目標温度よりも低い所定温度以下であったときに、前記目標温度となるように前記冷却装置（２５）による該磁気回路部品の冷却を抑制する冷却抑制手段（３４，４６，５１，７９）とを備えるところに特徴を有する。

ここで、磁気回路部品（１０）においては、磁性コア（１５）の材質により相違するが、温度と損失との関係を示す温度特性は、低温において損失が比較的大きくなり、耐熱温度よりもやや低い、例えば８０〜１００℃程度で、損失が最低となる(図６参照)。

上記構成によれば、電力変換装置（１）に組込まれた磁気回路部品（１０）は、冷却装置（２５）によって冷却される。このとき、目標温度決定手段（３６）により、損失が小さくなる目標温度が決定され、温度推定手段（１９）により推定された磁気回路部品（１０）の温度が、前記目標温度よりも低い所定温度以下であったときに、前記目標温度となるように、冷却抑制手段（３４，４６，５１，７９）により冷却装置（２５，７２）による冷却が抑制される。

従って、冷却が抑制されることによって、目標温度までの上昇が速やかに行われるようになり、この結果、磁気回路の電力損失を比較的低く抑えることができる。

本発明の第１の実施形態を示すもので、インバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 冷却装置の構成を概略的に示す図 冷却抑制器に対する制御手順を示すフローチャート パワーコントロールユニットの全体的な回路構成を概略的に示す図 リアクトルを概略的に示す断面図 ＭｎＺｎ系フェライトからなる磁性コア（ａ）、及びＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる磁性コア（ｂ）に関する温度特性を示す特性図 アモルファス系磁性コア単体（ａ）及びそれを用いたリアクトル（ｂ）に関する温度特性を示す特性図 第２の実施形態を示すもので、インバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 冷却装置の構成を概略的に示す図 第３の実施形態を示すもので、インバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 冷却抑制器部分の構成を概略的に示す図 第４の実施形態におけるインバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 第５の実施形態を示すもので、インバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 加熱装置部分の構成を概略的に示す図 第６の実施形態におけるインバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 第７の実施形態を示すもので、インバータ装置における冷却構造を模式的に示す図 リアクトルに対する冷却装置の構造を概略的に示す図 第８の実施形態におけるインバータ装置における冷却構造を模式的に示す図

（１）第１の実施形態
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各実施形態では、本発明を、車両としてのハイブリッド車に搭載される電力変換装置としてのインバータ装置に適用したものである。図４は、パワーコントロールユニットと称されるハイブリッド車の駆動装置の全体的な回路構成を概略的に示している。この駆動装置は、モータ・ジェネレータ駆動用の、本実施形態に係る電力変換装置としてのインバータ装置１を含んでいる。

ここで、ハイブリッド車には、走行用及び発電用の２個のモータ・ジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が設けられていると共に、動力源用のＨＶバッテリ２、前記インバータ装置１等を制御する制御装置３が設けられている。また、ヘッドランプ等の補機類（車載電装品）４、補機用バッテリ５、補機駆動用のＤＣ−ＤＣコンバータ６等も設けられている。尚、前記ＨＶバッテリ２の電圧は、例えば２０１．６Ｖとされ、前記補機用バッテリ５の電圧は、例えば１２Ｖとされている。ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、前記ＨＶバッテリ２の直流高電圧を、低電圧（例えば１４Ｖ）に変換し、補機類４に供給したり、補機用バッテリ５に充電したりするものである。

前記インバータ装置１は、前記ＨＶバッテリ２の電圧を、例えば最大６５０Ｖに昇圧する昇圧コンバータ７、昇圧された直流電圧を三相交流に変換して前記各モータ・ジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動する２組の三相のインバータ回路８、８を備えており、それらは前記制御装置３により制御される。

そのうち、前記昇圧コンバータ７は、入力コンデンサ９、磁気回路部品としてのリアクトル１０、２個のＩＧＢＴ等のスイッチング素子１１，１１、それらスイッチング素子１１，１１に夫々逆並列接続されたダイオード１２，１２、出力コンデンサ１３を備えている。このとき、図２にも示すように、２組のスイッチング素子１１，１１及びダイオード１２，１２は、薄型パッケージ内にモールドされた半導体モジュール１４として構成されている。詳しく図示はしないが、このパッケージには、両面又は片面に位置して、アルミ、銅等の金属製の冷却プレートが配置されている。

図５、図２に示すように、前記リアクトル１０は、例えば、２個の巻回隙間を有するＥＥ型の磁性コア１５と、隣り合う巻回隙間に巻回されたコイル１６とを備えて構成されている。前記コイル１６に対し、図５に示す方向に電流を通電すると、磁性コア１５には、図に矢印で示すような閉磁路をもつ磁束が発生する。図示はしないが、コイル１６の一対の端子が外部に引出され、他の電気素子と接続されている。

尚、前記磁性コア１５の材質としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅのアモルファス、Ｆｅ−Ｓｉ合金の粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、Ｆｅのアモルファスの粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、フェライト、又は積層鉄心などが採用されている。また、図２に模式的に示すように、リアクトル１０の底部は、数μｍから数ｍｍ程度の厚みの絶縁層１７を介して、後述する冷却プレート３１に熱的に接続されている。前記絶縁層１７は、樹脂内に熱伝導性を高めるフィラーを含む放熱樹脂から構成されている。リアクトル１０を金属製のケース内に収容する構成としても良い。

そして、リアクトル１０には、該リアクトル１０の内部の温度を検出するための例えばサーミスタ等の温度センサ１９（図１、図４参照）が設けられている。本実施形態では、この温度センサ１９が、リアクトル１０の温度を推定する温度推定手段として機能する。温度センサ１９としては、は、サーミスタ以外でも、熱伝対、白金測温抵抗体などのセンサを利用することができる。温度センサ１９は、リアクトル１０のうち、磁性コア１５の表面、磁性コア１５の内部、コイル１６を含むリアクトル１０の表面、リアクトル１０の内部、に設けることができる。或いは、リアクトル１０の近傍の温度を検出し、そこからリアクトル１０温度を推定する構成としても良い。

前記各インバータ回路８は、周知のように、６個のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２０と、それら各スイッチング素子２０に夫々逆並列接続されたダイオード２１とを有して構成されている。このとき、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に関し、上下アームを構成するスイッチング素子２０とダイオード２１との並列接続回路を直列接続した回路が、半導体モジュール２２（図２参照）として供される。詳しい図示は省略するが、半導体モジュール２２は、２組のスイッチング素子２０及びダイオード２１を薄型のパッケージ内にモールドして構成されると共に、パッケージの両面又は片面に金属製の冷却プレートを配して構成されている。

さて、前記インバータ装置１は、図示しないケース内に、昇圧コンバータ７及びインバータ回路８、８を組込むと共に、それらを構成する各部品を冷却するための冷却機構２３（図１、図２参照）を組込んでユニット化されている。図１、図２に示すように、本実施形態では、冷却機構２３は、前記各半導体モジュール１４，２２を冷却するモジュール冷却装置２４と、前記リアクトル１０を冷却するための冷却装置たるリアクトル冷却装置２５と、それらモジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５に対して低温の冷却流体としての冷媒（例えば不凍液）を供給する冷媒供給装置２６とを含む。

そのうちモジュール冷却装置２４は、周知の積層型冷却器から構成されている。即ち、図２に示すように、モジュール冷却装置２４は、図で左右方向に並んで並列配置される複数個（図で８個）の冷却プレート２７を備えている。詳しく図示はしないが、冷却プレート２７は、アルミニウム等の金属から、図で左右方向に薄型（偏平）の中空状に構成されており、その図で後端部側に、冷媒の入口部が設けられると共に、図で前端部側に、冷媒の出口部が設けられている。各冷却プレート２７の入口部は、図で奥側に位置して図で左右方向に長い入口側ヘッダ部に接続されている。また、各冷却プレート２７の出口部は、図で手前側に位置して図で左右方向に長い出口側ヘッダ部２８に接続されている。

後述するように、冷媒供給装置２６から供給される低温の冷媒は、冷却経路を構成する第１供給管２９を通して入口側ヘッダ部に供給され、各冷却プレート２７内を図で奥側から手前に向けて流れ、出口側ヘッダ部２８から、冷却経路を構成する中間排出管３０に対して排出されるようになっている。各冷却プレート２７同士間のなす７つの空間部に、図で左から順に、半導体モジュール１４、６個の半導体モジュール２２が夫々配置されており、モジュール冷却装置２４により半導体モジュール１４及び各半導体モジュール２２が冷却されるようになっている。

これに対し、前記リアクトル冷却装置２５は、前記リアクトル１０の底部に熱的接触状態で配置された冷却部材たる冷却プレート３１を備えている。この冷却プレート３１は、アルミニウム等の金属から、薄型の中空状に構成されており、その内部に冷媒を供給、排出するための冷媒入口部及び出口部を有している。図で奥側の冷媒入口部は、冷却経路を構成する第２供給管３２に接続され、第２供給管３２から冷却プレート３１内に冷媒が供給される。そして、図で手前側の冷媒出口部に、冷却経路を構成する第２排出管３３が接続され、冷却プレート３１内から冷媒が排出されるようになっている。

前記冷媒供給装置２６は、詳しく図示はしないが、冷媒を、冷却経路を通して循環供給させるためのポンプや、高温の冷媒を冷却するための熱交換器（ラジエータ）を備えている。本実施形態では、冷却経路は、モジュール冷却装置２４の冷却経路とリアクトル冷却装置２５の冷却経路とを接続した形態で設けられている。即ち、図１にも示すように、冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、第１供給管２９を通して、モジュール冷却装置２４に供給され、モジュール冷却装置２４から排出された冷媒は、中間排出管３０を通して冷却抑制手段としての冷却抑制器３４に供給される。

この冷却抑制器３４は、この場合、例えば１個の入口と、第１及び第２の２個の出口とを有する切替弁からなり、入口から入った流体（冷媒）を第１、第２のどちらか一方の出口に選択的に流すように切替え可能に構成されている。例えば、第１の出口は、中間戻り管３５に接続されており、第２の出口は、前記第２供給管３２に接続されている。これにて、冷却抑制器３４が第１の出口側に切替えられている状態(これを「第１状態」という)では、図２に矢印Ａ、矢印Ｂで示すように、モジュール冷却装置２４に供給された後の中間排出管３０からの冷媒が、そのまま冷媒供給装置２６に戻されるように構成されている。つまり、モジュール冷却装置２４にのみ冷媒が供給され、各半導体モジュール１４，２２が冷却される。

これに対し、冷却抑制器３４が第２の出口側に切替えられている状態（これを「第２状態」という）では、図２に矢印Ａ、矢印Ｃで示すように、モジュール冷却装置２４に供給された後の中間排出管３０から排出された冷媒が、第２供給管３２を通してリアクトル冷却装置２５に供給され、その後第２排出管３３から冷媒供給装置２６に戻されるように構成されている。つまり、冷媒は、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５の双方に供給され、各半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０の双方が冷却される。

このとき、冷却抑制器３４は、前記制御装置３により切替え制御されるようになっている。制御装置３には、前記リアクトル１０の温度を検出する温度センサ１９の検出信号が入力されるようになっている。そして、制御装置３は、主としてそのソフトウエア的構成により、前記リアクトル１０の目標温度を決定する目標温度決定手段としての目標温度算出部３６を有している。

詳しくは次の作用説明にて述べるように、目標温度を決定するにあたっては、リアクトル１０の耐熱温度、及び、リアクトル１０（磁性コア１５、或いはリアクトル１０全体）の温度と電力損失との関係を示す温度特性から、損失が最小となる温度付近、即ち最小点よりもやや低い温度に決定するようになっている。尚、リアクトル１０の耐熱温度は、コイル１６の被膜や、磁性コア１５のキュリー点、磁性コア１５成形している樹脂等のバインダ材の耐熱温度等から決定される。但し、リアクトル１０の周辺に耐熱温度が低い部品があれば、その周辺部品の耐熱温度に応じた耐熱温度が設定される。

そして、制御装置３は、通常時には、前記冷却抑制器３４を第２状態にしているのであるが、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度（例えば１０℃）以下であるときに、目標温度まで早期に温度上昇させるように、前記冷却抑制器３４を第１状態に切替えることで、リアクトル冷却装置２５に対する冷媒の流通を遮断する、つまりリアクトル１０の冷却を抑制するようになっている。これにて、リアクトル冷却装置２５や冷却抑制器３４、制御装置３等から、本実施形態に係るリアクトル１０の温度調整装置が構成されている。

次に、上記構成の作用について、図３、図６、図７も参照して述べる。ここでまず、リアクトル１０の電力損失と温度との関係について述べる。図６に示すように、リアクトル１０等の磁気回路部品においては、磁性コア１５の材質により相違するが、温度と損失との関係を示す温度特性は、低温例えば２０℃程度において損失が比較的大きくなり、例えば１００℃までの間で、温度が高くなるにつれ、損失が低減する傾向を示すことが知られている（例えば、日本国特開２００７−５１０５２号公報、国際公開ＷＯ２０１１／０１６２０７Ａ１公報参照）。

図６（ａ）は、磁性コア１５の材質が、ＭｎＺｎ系フェライトの場合の、温度特性、つまり２０℃における損失を１とした場合の損失比を示している。２０℃から温度が上昇するにつれ、電力損失が低下し、１００℃付近に損失の最低点が存在する。この場合、リアクトル１０の耐熱温度が１５０℃と設定されているとすると、目標温度が、最低点である１００℃よりもやや低い８０℃に決定される。

また、図６（ｂ）は、磁性コア１５の材質が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の場合の、温度特性、つまり２０℃における損失を１とした場合の損失比を示している。この材質の場合には、１２０℃付近に損失の最低点が存在する。この場合も、リアクトル１０の耐熱温度が１５０℃と設定されているとすると、目標温度が、最低点である１２０℃よりもやや低い１００℃に決定される。

これに対し、図７は、磁性コア１５の材質が、アモルファス系の場合を示している。図７（ａ）は、磁性コア１５単体における電力損失と温度との関係、つまり０℃における損失を１とした場合の温度特性である損失比を示している。このアモルファス系の磁性コア１５の場合、温度による損失にあまり変化はなく、磁性コア１５単体では温度依存性はほとんど見られない。

ところが、本発明者の研究によれば、アモルファス系コアの場合、磁性コア１５単体では、電力損失に温度依存性がなくても、リアクトル１０としてインバータ装置１（ユニット）に組込んだ場合に、温度上昇に応じて損失が減少する現象が見られた．図７（ｂ）は、アモルファス系の磁性コア１５を例えばエポキシ樹脂等の絶縁層で封止したリアクトル１０を、ケース内に組込んだ場合の温度特性（３０℃における損失を１とした場合の損失比）を示している。３０℃から温度が上昇するにつれ、電力損失が低下し、８０℃付近に損失の最低点が存在する。

このような現象が生ずる理由としては、磁性コア１５を封止する絶縁樹脂の硬化収縮時や、リアクトル１０の固定時において、磁性コア１５に応力が印加され、ヤング率が高い低温時においては、残存する応力によって磁性コア１５に歪みが生じて損失が大きくなる。ところが、温度上昇に伴い、ヤング率が低くなり、磁性コア１５にかかる応力が緩和されることによって、損失が減少するものと推測される。このような場合にも、やはり耐熱温度を考慮して、目標温度が、例えば最低点である８０℃よりもやや低い６０℃に決定される。

さて、インバータ装置１が動作されると、制御装置３は、通常時においては、冷却抑制器３４の切替弁を第２状態（第２の出口側）にしており、図２に矢印Ａ、矢印Ｃに示すように、冷媒が、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５の双方に供給される。これにて、冷却機構２３により、発熱部品である半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０の冷却が図られる。

これに対し、制御装置３は、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度（例えば１０℃）以下であるときに、目標温度まで早期に温度上昇させるように、前記冷却抑制器３４を動作させる。これにより、開閉弁が第１状態（第１の出口側）に切替えられ、冷媒の流れが、図２に矢印Ａ、矢印Ｂで示す方向、つまりリアクトル冷却装置２５を通らない循環形態に切替えられる。従って、リアクトル冷却装置２５に冷媒が供給されなくなり、リアクトル１０の冷却が抑制される、つまりリアクトル１０の温度上昇が促進されるようになる。

図３のフローチャートは、制御装置３が実行する、リアクトル１０に対する温度調整、つまり冷却抑制器３４の弁の切替えに関する制御手順を示している。即ち、ステップＳ１では、リアクトル１０の耐熱温度、例えば１５０℃が設定される。次のステップＳ２では、目標温度が算出される。この目標温度は、上記したように、リアクトル１０の耐熱温度よりも低い温度であり、且つ、磁性コア１５単体或いはリアクトル１０全体の温度特性から、損失の最低点よりもやや低い温度に決定される。

具体例を上げると、図６（ａ）に示したように、磁性コア１５の材質がＭｎＺｎ系フェライトの場合には、目標温度を８０℃とすることができる。図６（ｂ）に示したように、磁性コア１５の材質がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の場合には、目標温度を１００℃とすることができる。更に、図７（ｂ）に示したように、磁性コア１５の材質がアモルファス系の場合には、目標温度を６０℃とすることができる。図６、図７に示したような温度特性を、事前に実験的に測定しておき、リアクトル１０或いは周辺部品の耐熱温度を考慮に入れた上で、目標温度を算出・決定することができる。

図３に戻って、ステップＳ３では、前記温度センサ１９が検出したリアクトル１０の温度が、所定温度以下かどうかが判断される。所定温度とは、目標温度よりも低い所定温度であり、この場合、冬季における車両の始動時等を考慮して、例えば１０℃に設定される。リアクトル１０の温度が、所定温度を超えている場合には（ステップＳ３にてＮｏ）、冷却抑制器３４は動作せず、第２状態のままとされる。これにより、上記のように、冷媒が、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５の双方に供給され、半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０の冷却が図られる。

これに対し、リアクトル１０の温度が、所定温度以下の場合には（ステップＳ３にてＹｅｓ）、ステップＳ４にて、冷却抑制器３４を動作させ、第１状態に切替えられる。これにより、冷媒が、モジュール冷却装置２４側にのみ供給され、リアクトル冷却装置２５に供給されなくなる。これにて、各半導体モジュール１４，２２に対する冷却は継続される一方、リアクトル１０の温度上昇が図られる。次のステップＳ５では、温度センサ１９が検出したリアクトル１０の温度が目標温度に達したか、又は異常動作が検出されたかどうかが判断される。

リアクトル１０の温度が目標温度にまで達していない場合、或いは異常動作が検出されない場合には（ステップＳ５にてＮｏ）、ステップＳ４に戻り、冷却抑制器３４の動作（第１状態）が継続される。そして、リアクトル１０の温度が目標温度に達した場合，或いは異常動作が検出された場合には（ステップＳ５にてＹｅｓ）、冷却抑制器３４が通常の第２状態に戻され、処理が終了する。

このように本実施形態によれば、リアクトル１０の電力損失が小さくなる目標温度が決定され、リアクトル１０の温度が、前記目標温度よりも低い所定温度以下であるときには、冷却抑制器３４によりリアクトル１０の冷却を抑制するように構成した。これにより、リアクトル１０の目標温度までの上昇が速やかに行われるようになり、例えば冬季の始動時などにおいて、リアクトル１０の温度がなかなか上昇せずに、損失が大きくなってしまうことを防止し、リアクトル１０の電力損失を比較的低く抑えることができる。

また、本実施形態では、目標温度を、損失が最小となる温度よりもやや低い温度に設定するようにした。目標温度を最小点に設定してしまうと、実際のリアクトル１０の温度が、その目標温度を超えてしまい、損失が急激に増加して熱暴走する虞があるが、本実施形態のように目標温度を最小点よりもやや低い温度に設定することにより、そのような不具合を防止することができる。もちろん事前測定した結果、ばらつきを考慮しても最小点付近で不具合が無い場合は目標温度を最小点付近に設定しても良い。

特に本実施形態では、リアクトル１０を構成する磁性コア１５単体における温度と損失との関係を利用するだけでなく、磁性コア１５の材質がアモルファスの場合において、リアクトル１０全体としての温度と損失との関係を利用して、目標温度を設定するようにした。これにより、磁性コア１５単体では、電力損失に温度依存性がない場合でも、リアクトル１０として電力変換装置に組込んだ場合に、温度上昇に応じて損失が減少する関係を利用して、同様に、リアクトル１０の電力損失を低く抑えることができる。

更に、本実施形態では、リアクトル冷却装置２５及びモジュール冷却装置２４（冷却機構２３）の具体的構成として、冷媒を循環供給するための冷却経路を直列につなぎ、切替弁からなる冷却抑制器３４により、リアクトル冷却装置２５側への冷媒の流通を遮断することにより、リアクトル１０の冷却を抑制するように構成した。これにより、冷媒供給装置２６や冷却経路の一部を、リアクトル冷却装置２５とモジュール冷却装置２４との間で共用でき、比較的簡単な構成により、冷却機構２３を構成することができる。また、冷却抑制器３４の動作時（第１状態）においては、冷却経路の短縮による半導体モジュール１４，２２に対する冷却効率の向上、言い換えれば冷媒供給装置２６ポンプの駆動電力の低減を図ることができる。

（２）第２の実施形態
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態が、上記第１の実施形態と異なるところは、半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０を冷却するための、冷却機構４１の冷却経路の構成にある。上記第１の実施形態では、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５に対し、冷媒供給装置２６からの冷媒をいわば直列に流すようにしていたが、この第２の実施形態の冷却機構４１では、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５に対しいわば並列に冷媒を流すように構成されている。

即ち、冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、図９に矢印Ａで示すように、第１供給管４２を通して、モジュール冷却装置２４（入口側ヘッダ部）に供給され、出口側ヘッダ部２８から排出された冷媒は、第１排出管４３を通して冷媒供給装置２６に戻される。前記第１供給管４２の途中から分岐するようにして、第２供給管４４が設けられ、図９に矢印Ｃで示すように、冷媒がこの第２供給管４４を通してリアクトル冷却装置２５に供給される。リアクトル冷却装置２５から排出される冷媒は、第２排出管４５を通して第１排出管４３の途中部位に合流し、冷媒供給装置２６に戻される。このとき、前記第２供給管４４の途中部に、冷却抑制手段としての冷却抑制器４６が設けられている。

この冷却抑制器４６は、第２供給管４４を開閉する開閉弁からなり、制御装置３により開閉制御される。通常時においては、冷却抑制器４６は開状態にあり、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５の双方に冷媒が供給され、冷媒供給装置２６に戻される循環が行われる。そして、制御装置３は、上記第１の実施形態と同様に、目標温度算出部３６を有し、冷却抑制器４６を制御する。これにて、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度、例えば１０℃以下であるときに、目標温度まで早期に温度上昇させるように、冷却抑制器４６が動作される。

これにより、冷却抑制器４６の開閉弁が閉状態に切替えられ、第２供給管４４の冷媒の流通が遮断される。この状態では、モジュール冷却装置２４のみに冷媒が供給されて、半導体モジュール１４，２２が冷却されると共に、リアクトル冷却装置２５に冷媒が供給されなくなり、リアクトル１０の冷却が抑制される、つまりリアクトル１０の温度上昇が促進されるようになる。従って、この第２の実施形態によっても、上記第１の実施形態と同様に、リアクトル１０の電力損失を比較的低く抑えることができる等の作用・効果を得ることができる。

（３）第３、第４の実施形態
図１０及び図１１は、本発明の第３の実施形態を示している。この第３の実施形態では、冷却抑制手段としての冷却抑制器５１を含む冷却機構５２の構成が、上記第１の実施形態等と異なっている。即ち、本実施形態では、図１１に示すように、冷却抑制器５１は、リアクトル冷却装置２５の冷却プレート３１に対し、リアクトル１０を接離方向に移動させる移動機構５３及びその駆動源を備えて構成されている。

この場合、リアクトル１０は、スライドレール５４によって冷却プレート３１に対し図で上下方向に移動可能に支持されている。そして、リアクトル１０は、移動機構５３によって、冷却プレート３１に接触する下降位置と、冷却プレート３１から物理的に離間する上昇位置との間で移動される。前記移動機構５３は、図示しないモータやソレノイド、油圧機構などを駆動源として構成することができ、図１０に示すように、目標温度算出部３６を有する制御装置３により制御される。

図１０に示すように、前記冷却機構５２は、上記第１の実施形態の冷却機構２３（図１参照）に対し、中間戻り管３５及び冷却抑制器３４を取り除いた構成を備えている。即ち、冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、モジュール冷却装置２４（入口側ヘッダ部）に供給され、出口側ヘッダ部２８から排出された冷媒は、第２供給管５５を通してリアクトル冷却装置２５の冷却プレート３１に供給される。冷却プレート３１から排出された冷媒は、第２排出管３３を通して冷媒供給装置２６に戻される循環が行われる。

制御装置３は、通常時においては、リアクトル１０を下降位置に位置させており、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置２５によって、半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０が冷却される。そして、制御装置３は、上記第１の実施形態と同様に、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度以下であるときに、冷却抑制器５１を動作させ、リアクトル１０を上昇位置に移動させる。これにより、リアクトル１０が冷却プレート３１から離間して冷却が抑制され、目標温度まで早期に温度上昇されるようになる。従って、この第３の実施形態によっても、上記第１の実施形態等と同様に、リアクトル１０の電力損失を比較的低く抑えることができる等の作用・効果を得ることができる。また、比較的簡単な構成で、所期の目的を達成することができる。

図１２は、本発明の第４の実施形態を示すもので、上記第３の実施形態と異なるところは、冷却機構５６の構成にある。即ち、この第４の実施形態の冷却機構５６では、上記第２の実施形態における、冷却抑制器４６（図８参照）に代えて、第３の実施形態と同様の冷却抑制器５１を備えている。

冷却機構５６においては、第２の実施形態とほぼ同様に、冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、第１供給管４２を通して、モジュール冷却装置２４（入口側ヘッダ部）に供給され、出口側ヘッダ部２８から排出された冷媒は、第１排出管４３を通して冷媒供給装置２６に戻される。前記第１供給管４２の途中から分岐する第２供給管４４が設けられ、冷媒がこの第２供給管４４を通してリアクトル冷却装置２５の冷却プレート３１に供給される。リアクトル冷却装置２５から排出される冷媒は、第２排出管４５を通して第１排出管４３の途中部位に合流し、冷媒供給装置２６に戻される。

制御装置３は、通常時においては、リアクトル１０を下降位置に位置させている。そして、制御装置３は、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度以下であるときに、冷却抑制器５１を動作させ、リアクトル１０を上昇位置に移動させて冷却を抑制する。従って、この第４の実施形態によっても、上記第１の実施形態等と同様に、リアクトル１０の電力損失を比較的低く抑えることができる等の作用・効果を得ることができる。

（４）第５、第６の実施形態
図１３及び図１４は、本発明の第５の実施形態を示している。この第５の実施形態が、上記第１の実施形態と異なるところは、冷却機構２３を設けることに加えて、前記リアクトル１０を加熱するための加熱手段としての加熱装置６１を設けるようにした点にある。この加熱装置６１は、図１４に示すように、例えばアルミや銅等から中空状に構成された加熱プレート６２、この加熱プレート６２に加熱媒体を供給するための熱供給管６３、この熱供給管６３の途中部に設けられた開閉弁６４を備えて構成されている。

このとき、前記加熱プレート６２は、リアクトル１０のうち、磁性コア１５の図で上面部分に熱的に接触されている。前記熱供給管６３には、車両の排気熱又は燃焼熱を利用して高温とされた加熱媒体が供給されるようになっている。通常時においては、開閉弁６４は閉塞状態とされている。開閉弁６４が開放されることにより、高温の加熱媒体が熱供給管６３を通して加熱プレート６２に供給され、リアクトル１０の磁性コア１５が加熱される。

図１３に示すように、前記開閉弁６４は、制御装置３により開閉制御されるようになっている。制御装置３は、冷却抑制器３４に対しては、上記第１の実施形態と同様の制御を行うと共に、開閉弁６４を次のように制御する。即ち、通常時においては、制御装置３は、冷却抑制器３４を第２状態とすると共に、開閉弁６４を閉塞状態としている。そして、制御装置３は、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度以下であるときに、冷却抑制器３４を第１状態に切替えて冷媒の供給を停止すると共に、開閉弁６４を開放状態とする。

これにより、リアクトル１０の冷却が抑制(停止)されると共に、リアクトル１０の磁性コア１５が強制的に加熱されるようになり、目標温度までより速やかに温度上昇されるようになる。温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度に達したときに、冷却抑制器３４が第２状態に戻され、開閉弁６４は閉塞状態とされる。従って、この第５の実施形態によれば、上記第１の実施形態の作用・効果に加えて、リアクトル１０の目標温度までの温度上昇をより促進することができ、電力損失の低減の面で、より効果的となる。また、加熱手段の熱源に、車両の排気熱又は燃焼熱を利用するようにしたので、排熱の有効利用を図ることができる。

図１５は、本発明の第６の実施形態を示すものである。この第６の実施形態においては、上記第２の実施形態と同様の冷却機構４１を備えると共に、上記第５の実施形態と同様の、リアクトル１０を加熱する加熱手段としての加熱装置６１を備えている。この場合、制御装置３は、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温以下であるときに、目標温度まで早期に温度上昇させるように、冷却抑制器４６を閉状態にすると共に、加熱装置６１の開閉弁６４を開放状態とする。

従って、この第６の実施形態によっても、上記第５の実施形態と同様に、リアクトル１０の目標温度までの温度上昇をより促進することができ、電力損失の低減の面で、より効果的となる等の優れた効果を得ることができる。

（５）第７、第８の実施形態、その他の実施形態
図１６及び図１７は、本発明の第７の実施形態を示すものである。この第７の実施形態が上記第１の実施形態と異なるところは、冷却機構７１の冷却経路及びリアクトル冷却装置７２の構成等にある。前記リアクトル冷却装置７２は、リアクトル１０の磁性コア１５を冷却するためのコア冷却部７３と、コイル１６を冷却するためのコイル冷却部７４とを備えている。

図１７に示すように、コア冷却部７３は、アルミニウム等の金属から中空状に構成された冷却部材たる冷却プレートを、磁性コア１５底部に熱的接触状態で備えている。また、コイル冷却部７４は、アルミニウム等の金属から中空状に構成された冷却部材たる冷却プレートを、コイル１６底部に熱的接触状態で備えている。そして、図１６にも示すように、コイル冷却部７４（冷却プレート）には、コイル側供給管７５により冷媒が供給され、コイル側排出管７６を通して冷媒が排出されるようになっている。

これに対し、前記コイル冷却部７４の冷却経路と並列状態に、コア冷却部７３には、コア側供給管７７により冷媒が供給され、コア側排出管７８を通して冷媒が排出されるようになっている。コア側供給管７７の途中部に、開閉弁からなる冷却抑制器７９が設けられている。冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、第１供給管２９を通して、モジュール冷却装置２４に供給され、半導体モジュール１４，２２の冷却に供される。モジュール冷却装置２４から排出された冷媒は、中間排出管３０を通して排出される。

中間排出管３０から２つに分岐するように、前記コイル側供給管７５とコア側供給管７７とが接続される。また、前記コイル側排出管７６の先端部は、前記冷媒供給装置２６に接続され、コア側排出管７８の先端部は、前記コイル側排出管７６の途中部に接続されている。これにて、冷却抑制器７９の開閉弁の開放状態では、中間排出管３０を通った冷媒が、コイル側供給管７５を通してコイル冷却部７４に供給されると共に、コア側供給管７７を通してコア冷却部７３に供給され、リアクトル１０のコイル１６及び磁性コア１５の双方が冷却される。冷却に寄与した冷媒は、コイル側排出管７６及びコア側排出管７８を通して冷媒供給装置２６に戻される。

これに対し、冷却抑制器７９の開閉弁の閉塞状態では、中間排出管３０を通った冷媒が、コイル側供給管７５を通してコイル冷却部７４に供給されてコイル１６を冷却するが、コア側供給管７７の冷媒の流通が遮断され、コア冷却部７３には供給されることがなくなり、磁性コア１５に対する冷却が抑制される。この場合、冷媒は、コイル側排出管７６を通して冷媒供給装置２６に戻される。

前記冷却抑制器７９は、制御装置３により開閉制御される。即ち、制御装置３は、通常時においては、冷却抑制器７９を開放状態としており、モジュール冷却装置２４及びリアクトル冷却装置７２によって、半導体モジュール１４，２２並びにリアクトル１０が冷却される。このとき、コア冷却部７３及びコイル冷却部７４の双方に冷媒が供給されることにより、リアクトル１０の磁性コア１５及びコイル１６の双方が冷却される。

そして、制御装置３は、温度センサ１９により検出したリアクトル１０の検出温度が、目標温度よりも低い所定温度以下であるときに、冷却抑制器７９を動作させ、開閉弁を閉塞状態とする。これにより、リアクトル冷却装置７２においては、コイル冷却部７４に対する冷媒の供給がなされ、コア冷却部７３に対する冷媒供給が停止される。ここで、リアクトル１０において、磁性コア１５に関しては低温で電力損失が大きくなる事情があるが、コイル１６に関しては、高温で抵抗値が増加し損失が大きくなるので、冷却することが望ましい。

本実施形態では、リアクトル１０の温度が所定温度以下であるときにも、リアクトル１０のうち磁性コア１５のみの冷却が抑制され、コイル１６については冷却が実行される。これにより、コイル１６の温度上昇が抑えられながら、磁性コア１５が、目標温度まで早期に温度上昇されるようになる。従って、この第７の実施形態によれば、コア冷却部７３とコイル冷却部７４とを設けて、それらを個別に制御することによって、より損失を減少して効率を高めることができる。

図１８は、本発明の第８の実施形態を示すものであり、上記第７の実施形態と異なる点は、冷却機構８１の冷媒流路の構成にある。この第８の実施形態では、上記第７の実施形態と同様に、コア冷却部７３とコイル冷却部７４とを有するリアクトル冷却装置７２を備えており、冷却抑制器７９によってそれらに対する冷媒の流通が制御されるようになっている。

この場合、冷媒供給装置２６から吐出された冷媒は、第１供給管４２を通して、モジュール冷却装置２４に供給され、第１排出管４３を通して冷媒供給装置２６に戻される。第１供給管４２の途中から分岐するようにして、第２供給管４４が設けられ、この第２供給管４４から２つに分岐するように、コイル側供給管７５とコア側供給管７７とが接続される。コア側供給管７７の途中部に冷却抑制器７９が設けられている。また、コア側排出管７８の先端部は、コイル側排出管７６の途中部に接続され、コイル側排出管７６の先端部は、第１排出管４３の途中部に接続されている。このような構成によっても、上記第７の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

尚、図示は省略するが、本発明は次のような拡張、変更が可能である。即ち、上記各実施形態では、リアクトル冷却装置に対する冷媒の流通を遮断することにより、リアクトルの冷却を抑制するように構成したが、冷却抑制手段を、例えば流量調整弁等により冷媒流通量を低減させるように構成しても良い。冷却方法としては、冷媒の流通に限らず、ファン等により冷却風を供給する空冷式であっても良く、この場合、冷却風の遮断や流量の低減により、冷却を抑制するように構成することができる。加熱手段としては、専用のヒータを設けるようにしても良い。

また、上記実施形態では、ハイブリッド車両用のインバータ装置に適用したが、電力変換装置としては、電力を直流−直流変換する装置、交流−交流変換する装置等であっても良い。更に、磁気回路部品としても、昇圧コンバータのリアクトルに限らず、充電器に搭載されるＰＦＣ用リアクトルや平滑チョーク、絶縁型コンバータのトランス部品などに適用することも可能である。その他、冷却装置や冷却経路の具体的構成等の詳細な構成については、上記した以外にも様々な変形が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１はインバータ装置(電力変換装置)、３は制御装置、７は昇圧コンバータ、８はインバータ回路、１０はリアクトル(磁気回路部品)、１４，２２は半導体モジュール、１５は磁性コア、１６はコイル、１９は温度センサ(温度推定手段)、２３、４１，５２，５６，７１，８１は冷却機構、２４はモジュール冷却装置、２５、７２はリアクトル冷却装置(冷却装置)、３１は冷却プレート(冷却部材)、３４，４６，５１、７９は冷却抑制器(冷却抑制手段)、３６は目標温度算出部(目標温度決定手段)、６１は加熱装置(加熱手段)、７３はコア冷却部、７４はコイル冷却部を示す。

Claims (8)

1. 電力変換装置（１）に組込まれ、磁性コア（１５）と、この磁性コア（１５）に巻装されたコイル（１６）とを含む磁気回路部品（１０）の、温度を調整するための磁気回路部品の温度調整装置であって、
   前記磁気回路部品（１０）を冷却するための冷却装置（２５，７２）と、
   前記磁気回路部品（１０）の温度を推定する温度推定手段（１９）と、
   前記磁気回路部品（１０）の温度と損失との関係から損失が小さくなる目標温度を決定する目標温度決定手段（３６）と、
   前記温度推定手段（１９）が推定した前記磁気回路部品（１０）の温度が、前記目標温度よりも低い所定温度以下であったときに、前記目標温度となるように前記冷却装置（２５）による該磁気回路部品の冷却を抑制する冷却抑制手段（３４，４６，５１，７９）とを備えることを特徴とする磁気回路部品の温度調整装置。
2. 前記目標温度決定手段（３６）は、予め測定された、前記磁気回路部品（１０）の磁性コア（１５）の温度と損失との関係、或いは、前記磁気回路部品（１０）全体の温度と損失との関係に基づいて、目標温度を、損失が最小となる温度又はその近傍温度に設定することを特徴とする請求項１記載の磁気回路部品の温度調整装置。
3. 前記冷却装置（２５、７２）は、冷却経路に対して冷却流体を流すことにより前記磁気回路部品（１０）を冷却するように構成され、
   前記冷却抑制手段（３４，４６，５１，７９）は、前記冷却経路に対する冷却流体の流通を遮断する、或いは、減少させることにより、該磁気回路部品（１０）の冷却を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気回路部品の温度調整装置。
4. 前記冷却装置（２５）は、前記磁気回路部品の近傍に冷却部材（３１）を配置して構成され、
   前記冷却抑制手段（５１）は、前記磁気回路部品（１０）を前記冷却部材（３１）から物理的に離間させることにより、該磁気回路部品（１０）の冷却を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気回路部品の温度調整装置。
5. 前記電力変換装置（１）は、半導体素子を内蔵したモジュール（１４，２２）を備えていると共に、当該モジュール（１４，２２）を冷却するためのモジュール冷却装置（２４）を備え、
   前記冷却装置（２５，７２）と前記モジュール冷却装置（２４）とは、冷却経路を接続した形態で設けられており、
   前記冷却抑制手段（３４，４６，５１，７９）は、前記冷却経路のうち該冷却装置（２５，７２）側に対する制御により、前記磁気回路部品（１０）の冷却を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気回路部品の温度調整装置。
6. 前記温度推定手段（１９）が推定した前記磁気回路部品（１０）の温度が、前記目標温度よりも低い所定温度以下であったときに、前記目標温度となるように当該磁気回路部品（１０）を加熱するための加熱手段（６１）を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気回路部品の温度調整装置。
7. 前記電力変換装置（１）は、車両に搭載されるものであって、
   前記加熱手段（６１）は、当該車両の排気熱又は燃焼熱を利用して加熱を行うように構成されていることを特徴とする請求項６記載の磁気回路部品の温度調整装置。
8. 前記冷却装置（７２）は、前記磁気回路部品（１０）の前記磁性コア（１５）を冷却するためのコア冷却部（７３）と、前記コイル（１６）を冷却するためのコイル冷却部（７４）とを備えており、
   前記冷却抑制手段（７９）は、前記コア冷却部（７３）における冷却を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気回路部品の温度調整装置。

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