JP2009032922A - リアクトルコアおよびリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、しかもコイルを含むリアクトル自体の大きさを大きくすることなく、効果的に漏れ磁束とコイルの鎖交面積を低減することのできるリアクトルコアと該リアクトルコアを具備してなるリアクトルを提供する。
【解決手段】複数の磁性を有するコア材１，２と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板３と、から形成され、コア材１，２の対向面とギャップ板３の対向面が接着剤層４を介して固定されるリアクトルコアにおいて、ギャップ板の対向面以外の周面に、コア材から漏れた漏れ磁束を引き寄せて隣接するコア材に該漏れ磁束を流すための、漏れ磁束の引き寄せ伝達手段６が形成されている。この引き寄せ伝達手段６の実施例として、強磁性体の無端状突起を挙げることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リアクトルコアとリアクトルに関するものである。

電力変換回路のリアクトルは、一般に平面視が略横長環状のリアクトルコアの２つの長手部にコイルが形成された姿勢でハウジング内に収容されている。このリアクトルコアは複数の電磁鋼板の積層体もしくは圧粉磁心からなる分割コアから構成される。また、各分割コア間には非磁性素材のギャップ板が介装されており、ギャップ板とコアは接着剤にて接着固定されてリアクトルコアが形成されている。より具体的には、図６に示すように、平面視が略Ｕ型のコアａ（Ｕ型コア）と平面視が矩形のコアｂ（Ｉ型コア）とがギャップ板ｃを介して接着剤ｄによって固定されており、その長手部にコイルｅが形成される。かかる構成のリアクトルコアに関する従来例として、例えば特許文献１に開示のリアクトルコアを挙げることができる。

ところで、上記する磁性を有するコアと非磁性を有するギャップ板とが接着固定されてなる環状のリアクトルコアにおいては、非磁性のギャップ板を通過せず、磁性コアから磁束が外部へ漏れてしまう、いわゆる漏れ磁束が生じ易く、この漏れ磁束は、コア外周に形成されたコイルと交差することによってコイルの発熱を招来するといった問題の原因となる。この漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を図６のVII−VII断面である図７に示している。同図において、ギャップ板ｃを介して隣接する一方のコアｂから出る漏れ磁束ｆが、コイルｅと大きく鎖交した後に他方のコアａに流れるものである。そこで、漏れ磁束とコイルとの鎖交面積を低減すべく、コイルとコア材間の距離を確保する方策もあるが、この距離を大きく設定してしまうと、コイルを含むリアクトル自体の大きさが大きくなり、リアクトルの小型化に逆行することとなる。

この漏れ磁束を低減することを目的とした高圧トランスに関する技術が特許文献１に開示されている。具体的には、２つのＣ型コアを２つのスペーサを介して環状コアに形成するものにおいて、コイルが形成される側のスペーサは非磁性の素材から形成し、他方は磁性の素材から形成するものである。

特開２００４−２４１４７５号公報 特開平７−９４３５５号公報

特許文献２に開示の高圧トランスでは、磁性素材のスペーサ領域では漏れ磁束の低減が図れるものの、コイルが形成される非磁性素材のスペーサ領域では依然として漏れ磁束の低減が解消されず、これがコイルに交差して発熱を生じるといった上記課題は解消されない。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で、しかもコイルを含むリアクトル自体の大きさを大きくすることなく、効果的に漏れ磁束とコイルの鎖交面積を低減することのできるリアクトルコアと該リアクトルコアを具備してなるリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルコアは、複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板と、から形成され、コア材の対向面とギャップ板の対向面が接着剤層を介して固定されるリアクトルコアにおいて、ギャップ板の前記対向面以外の周面に、コア材から漏れた漏れ磁束を引き寄せて隣接するコア材に該漏れ磁束を流すための、漏れ磁束の引き寄せ伝達手段が形成されていることを特徴とするものである。

本発明は、磁性を有する２つのコア間に介装されたギャップ板側に漏れ磁束を引き寄せ、かつ隣接コアへ伝達するための手段（漏れ磁束の引き寄せ伝達手段）を具備してなるリアクトルコアに関する。

たとえばギャップ板の周面が４つの面からなる場合に、漏れ磁束の引き寄せ伝達手段はすべての面に形成されていてもよいし、いずれか一つの面に形成されていてもよい。たとえば、各面に突起状に引き寄せ伝達手段が形成されている実施の形態や、これが無端状にギャップ板の周面に形成された実施の形態などがある。

ここで、磁性を有するコアは、珪素鋼板を積層してなる積層体から形成してもよく、軟磁性金属粉末または軟磁性金属酸化物粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成してもよい。なお、この軟磁性金属粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、ギャップ板は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックスで成形することができる。さらに、接着剤は、耐熱性の高いエポキシ樹脂系接着剤等を使用することができる。

この漏れ磁束の引き寄せ伝達手段として、ギャップ板の前記周面から突出した強磁性体の突起からなる形態を適用することができる。

ここで、強磁性体の素材としては、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか一種、または、これらの合金のいずれか一種から選定することができる。

上記素材は、強磁性を有し、したがって、隣接する磁性コア材間の漏れ磁束を効果的に引き寄せてコイルとの鎖交面積を低減でき、しかも材料コストが比較的安価であることから、リアクトルコアの大量生産にも好適である。

本発明者等の実験によれば、上記強磁性体からなる突起をギャップ板の外周面に取付けたリアクトルコアとすることにより、コイルと漏れ磁束との鎖交面積を従来構造（強磁性体からなる突起のない構造）に比して大きく低減できるとともに、従来構造のリアクトルコアと同程度の電磁気特性を確保（一定のインダクタンスを確保）できることが実証されている。なお、上記する素材の強磁性体の突起を既述のごとくギャップ板周面に無端状に形成することで、すべての面における漏れ磁束をこの無端状突起で引き寄せ、隣接するコア材に流すことができ、漏れ磁束の引き寄せ伝達効果が顕著となる。

本発明のリアクトルコアによれば、コイルと漏れ磁束（の大きな磁束領域）が鎖交することによって生じる既述の問題を効果的に解消できるとともに、リアクトルコア自体の体格も増大させることなく、さらには、その電磁気特性を損なうことのないリアクトルコアを得ることができる。

なお、ギャップ板を挟んで隣接するコア材間を繋ぐように上記強磁性体を形成する形態とした場合には、磁束がギャップ板を通らなくなってしまい（コア材から強磁性体を通ってコア材へ磁束が流れるようになる）、一定のインダクタンスを確保するために必要な所定の磁気抵抗を確保することができなくなるため、好ましくない。よって、上記する強磁性体はコア材とは完全に離れたギャップ板部位に形成される必要がある。

また、上記するリアクトルコアを具備し、該リアクトルコアにコイルが形成されてなるリアクトルとすることで、小規模体格で、漏れ磁束が低減され、かつ所望の電磁気特性を有するリアクトルが得られる。よって、このリアクトルは、その小型化、高性能化が要求されている昨今のハイブリッド自動車や電気自動車への搭載に好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルコアおよびリアクトルによれば、簡易な構造でかつ製造コストも安価で、その電磁気特性を損なうことなく、その体格も増大させることなく、漏れ磁束とコイルとの鎖交面積を効果的に低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のリアクトルコアの一実施の形態の平面図であり、図２は図１のリアクトルコアのII−II斜視図であって、漏れ磁束の引き寄せ効果を説明した図である。図３は本発明のリアクトルコアの漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を解析した磁場解析結果を示した図であり、図４は従来のリアクトルコアの漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を解析した磁場解析結果を示した図である。図５は本発明と従来の各リアクトルコアの電磁気特性を示したグラフである。なお、図示する漏れ磁束の引き寄せ伝達手段は強磁性体の無端状突起であるが、かかる引き寄せ伝達手段が図示例に限定されるものでないことは勿論である。また、リアクトルコアの構成が図示例に限定されるものでないことは言うまでもない。

図１は、本発明のリアクトルの一実施の形態を示している。このリアクトル１０は、所定の離間を置いて配設された２つのＵ型コア１，１の該離間に２つのＩ型コア２，２が配設され、Ｕ型コア１とＩ型コア２の間およびＩ型コア２，２間には所定幅のギャップ板３，…が各コア材と接着剤層４を介して接続されることでリアクトルコアが形成され、これにコイル５が形成されたものである。このギャップ板３の幅や各コア１，２の長さは、所望の磁路長およびインダクタンスから決定される。

Ｕ型コア１およびＩ型コア２は、珪素鋼板を積層してなる積層体や、軟磁性金属粉末または軟磁性金属酸化物粉末が樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成される。また、ギャップ板は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックスで成形される。さらに、接着剤としては、耐熱性の高いエポキシ樹脂系接着剤等が使用される。

リアクトル１０に形成されるコイル５は、たとえばＩ型コア２，２とギャップ板３とからなるコアユニットの外周に不図示で非磁性のコイルボビンが設けられ、これに導線が所定のリターン数だけ巻装されて形成されている。このコイルボビンによってコイルとコア材との距離が確保される。

本発明のリアクトル１０では、ギャップ板３の外周（接着剤層４と接触しない４つの面）に強磁性体の無端状突起６が形成されている。

この無端状突起６は、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか一種、または、これらの合金のいずれか一種から成形されている。

図２は、図１に示すリアクトル１０において、ギャップ板３を挟む一方のＩ型コア２からの漏れ磁束ｆを強磁性体の無端状突起６にて効果的に引き寄せ、かつ他方のＵ型コア１に引き寄せられた漏れ磁束ｆを流している状況を模擬した図である。

同図で示すように、ギャップ板３の外周に強磁性体の無端状突起６が形成されていることで、漏れ磁束ｆのすべてがこの無端状突起６に引き寄せられる結果、漏れ磁束ｆとコイル５との鎖交面積を従来のリアクトル（たとえば図６，７に示すリアクトル）に比して格段に低減させることができる。

また、この強磁性体の無端状突起６を設けることにより、漏れ磁束ｆの流れのルートがコア２側に引き寄せられたことで、コイル５とコア２との間の離間をより狭く設計することも可能となり、リアクトルの小型化にも繋がる。

[磁場解析とその結果およびインダクタンス特性に関する解析結果]
本発明者等は、図６，７に示す従来構造のリアクトルと図１，２で示す本発明のリアクトルを試作し、双方の磁場解析を実施してその結果を比較照査するとともに、双方のインダクタンス特性も測定して比較照査した。

まず、図３は本発明のリアクトル１０の場合の磁場解析結果を、図４は従来例のリアクトルの磁場解析結果をそれぞれ示している。図３，４を比較すると、図４で示す従来例では鎖交する磁束領域が０．０４〜０．０５Ｔの磁束領域であるのに対して、図３で示すリアクトル１０の場合には、コイル５と鎖交する漏れ磁束が０．０３〜０．０４Ｔの磁束領域となっており、０．０５Ｔ以上の磁束密度の鎖交を防止していることが分かる。

これは強磁性体の無端状突起６にて漏れ磁束が引き寄せられた結果、より小さな磁束領域とコイル５とが鎖交するようになったことを示しており、これにより、漏れ磁束による損失の低減を図ることができる。

次に、本発明のリアクトルと従来のリアクトルにて、重畳電流を変化させた場合の双方のインダクタンスの値を検証した結果を図５に示している。図５において、グラフＸは従来のリアクトルの場合を、グラフＹは本発明のリアクトルの場合をそれぞれ示している。

図５より、ギャップ板に強磁性体の無端状突起を設けた場合であっても、従来リアクトルと同程度のインダクタンス特性を示すことが明らかとなり、強磁性体の無端状突起を設けたことによる電磁気特性への影響は殆ど無く、所望のインダクタンスが得られることが特定された。

上記する本発明のリアクトルによれば、ギャップ板の外周面に強磁性体の無端状突起を設けるだけの極めて簡易な構造によって、漏れ磁束を効果的にコア材側に引き寄せることが可能となり、その結果として漏れ磁束（の大きな磁束領域）とコイルとの鎖交面積を格段に低減することが可能となる。

よって、リアクトルにおける漏れ磁束による損失を低減することができ、コイルの発熱やＥＭＩ障害の発生を抑止することができる。

さらには、コイルとリアクトルコアを構成するコア材間の離間を可及的に小さくすることも可能となり、このことはリアクトルの小型化に繋がるものである。

このように小型化、高性能化が実現できる本発明のリアクトルは、例えば高性能化、小型化、軽量化が日々追求され、生産が急増しているハイブリッド自動車等に搭載されるのが好適であり、品質の高いハイブリッド自動車の量産に寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明のリアクトルコアの一実施の形態の平面図である。 図１のリアクトルコアのII−II斜視図であって、漏れ磁束の引き寄せ効果を説明した図である。 本発明のリアクトルコアの漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を解析した磁場解析結果を示した図である。 従来のリアクトルコアの漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を解析した磁場解析結果を示した図である。 本発明と従来の各リアクトルコアの電磁気特性を示したグラフである。 従来のリアクトルコアの平面図である。 図６のVII−VII矢視図であって、漏れ磁束とコイルとの鎖交状態を示した図である。

符号の説明

１…Ｕ型コア、２…Ｉ型コア、３…ギャップ板、４…接着剤層、５…コイル、６…強磁性体の無端状突起（漏れ磁束の引き寄せ伝達手段）、１０…リアクトル、ｆ…漏れ磁束

Claims (5)

1. 複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板と、から形成され、コア材の対向面とギャップ板の対向面が接着剤層を介して固定されるリアクトルコアにおいて、
   ギャップ板の前記対向面以外の周面に、コア材から漏れた漏れ磁束を引き寄せて隣接するコア材に該漏れ磁束を流すための、漏れ磁束の引き寄せ伝達手段が形成されていることを特徴とするリアクトルコア。
2. 前記漏れ磁束の引き寄せ伝達手段が、前記周面から突出した強磁性体からなる突起である、請求項１に記載のリアクトルコア。
3. 前記突起が、ギャップ板の前記対向面以外の周面に無端状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリアクトルコア。
4. 前記突起が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか一種、またはこれらの合金のいずれか一種からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリアクトルコア。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトルコアを具備し、該リアクトルコアにコイルが形成されてなるリアクトル。

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