JP2012069786A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環状コイルと、環状コイルの周囲に一体化するように設けられ、磁性粉末を硬化してなるコアとを備えるリアクトルに関する。 The present invention relates to a reactor including an annular coil and a core that is provided so as to be integrated around the annular coil and is formed by curing magnetic powder.
従来から、エンジン及びモータを搭載し、エンジン及びモータの少なくとも一方を主駆動源として使用するハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、電源とモータとを含む電源回路に設ける昇圧回路を構成するために、電気エネルギを磁気エネルギとして蓄積可能なリアクトルを使用する場合がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a hybrid vehicle that includes an engine and a motor and uses at least one of the engine and the motor as a main drive source is known. In a hybrid vehicle, there is a case where a reactor capable of storing electric energy as magnetic energy is used to configure a booster circuit provided in a power supply circuit including a power supply and a motor.
例えば、特許文献１には、軟磁性複合材料からなるコアと、このコアに一体化して内包されるコイルとを備えるリアクトルである磁性素子の製造方法が記載されている。軟磁性複合材料は、軟磁性粉末と樹脂とを混合することで混合材料とし、この混合材料を型に充填し、大気圧以上、１ＭＰａ以下の圧力により樹脂を硬化させて成形体を得るとされている。また、コイルは、コイル素線をらせん状に形成し、軸方向に積層することにより構成されている。また、上記軟磁性複合材料によりコアを構成することで、非透磁率を５から３０の低透磁率材料とすることができ、ギャップを設けることなくコアの磁気飽和の問題を解消できるとされている。また、特許文献１には、コイルの断面形状として、円形や、矩形、六角形などが挙げられるとされている。 For example, Patent Document 1 describes a method of manufacturing a magnetic element that is a reactor including a core made of a soft magnetic composite material and a coil that is integrated and included in the core. A soft magnetic composite material is a mixed material obtained by mixing soft magnetic powder and a resin. The mixed material is filled in a mold, and the resin is cured at a pressure of atmospheric pressure or higher and 1 MPa or lower to obtain a molded body. ing. Moreover, the coil is formed by forming coil strands in a spiral shape and laminating them in the axial direction. In addition, by configuring the core with the soft magnetic composite material, a low permeability material having a non-permeability of 5 to 30 can be obtained, and the problem of magnetic saturation of the core can be solved without providing a gap. Yes. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 includes a circular shape, a rectangular shape, a hexagonal shape, and the like as the cross-sectional shape of the coil.
上記の特許文献１に記載された製造方法により製造されるリアクトルの場合、コイルは、コイル素線をらせん状に形成し、軸方向に積層することにより構成されている。このため、リアクトルを大型化することなく、高性能化を有効に図る面から改良の余地がある。すなわち、リアクトルの性能を規定するインダクタンスＬは、次式により決定される。 In the case of a reactor manufactured by the manufacturing method described in Patent Document 1, the coil is formed by forming coil strands in a spiral shape and laminating them in the axial direction. For this reason, there is room for improvement from the viewpoint of effectively achieving high performance without increasing the size of the reactor. That is, the inductance L that defines the performance of the reactor is determined by the following equation.
Ｌ＝μ・Ｎ2・Ｓ／ｄ ・・・（１）
ここで、μは、周囲の透磁率であり、Ｎはコイルの巻き数であり、Ｓは、コアの断面積であり、ｄは磁路長である。
L = μ · N 2 · S / d (1)
Here, μ is the surrounding magnetic permeability, N is the number of turns of the coil, S is the cross-sectional area of the core, and d is the magnetic path length.
また、環状コイルに電流を流すことで磁束が発生するが、環状コイルの径方向等、中心軸に対し直交する方向の長さである、コイル幅が小さくなるほど、環状コイルに鎖交する磁束が多くなり、交流損失として銅損が大きくなることが分かっている。このように銅損が大きくなると、インダクタンスＬの低下が生じ、リアクトルの性能が低下する。 In addition, a magnetic flux is generated by passing an electric current through the annular coil. However, as the coil width decreases, the magnetic flux interlinked with the annular coil decreases in length in the direction orthogonal to the central axis, such as the radial direction of the annular coil. It is known that the copper loss increases as the AC loss increases. Thus, when copper loss becomes large, the fall of the inductance L will arise and the performance of a reactor will fall.
これに対して、環状コイルの断面の直径を大きくしたり、環状コイルのコイル幅を大きくすれば、インダクタンスＬの低下を防止できる可能性はある。ただし、この場合には、環状コイルを中心軸を含む平面で切断した場合の積層部分の断面積（以下、「積層部分断面積」という場合がある。）が大きくなり、リアクトル全体が大型化する原因となる。 On the other hand, if the diameter of the cross section of the annular coil is increased or the coil width of the annular coil is increased, the inductance L may be prevented from decreasing. However, in this case, the cross-sectional area of the laminated portion (hereinafter sometimes referred to as “laminated partial cross-sectional area”) when the annular coil is cut along a plane including the central axis is increased, and the entire reactor is enlarged. Cause.
一方、環状コイルを、断面矩形状である平角線のコイル素線をエッジワイズ状に巻き形成するとともに、コイル素線のアスペクト比を小さくすることで、コイル幅を大きくすることも考えられる。ここで、「アスペクト比」とは、平角線のコイル素線の長さ方向に対し直交する平面で切断した矩形状の断面形状において、幅と、幅よりも長さが小さい厚さとを考えた場合での、幅Ａに対する厚さＢの比（Ｂ／Ａ）をいう（以下、本明細書全体で同じとする）。ただし、このようなアスペクト比Ｂ／Ａを有するコイル素線を、エッジワイズ状に巻き形成する、すなわち、コイル素線に幅Ａ方向に荷重を加えて曲げるように巻き形成する場合、アスペクト比Ｂ／Ａが小さくなる、すなわち幅Ａが厚さＢに対して大きくなればなるほど、曲げ加工は難しくなる。このため、必要な加工性を確保しつつ、アスペクト比Ｂ／Ａを小さくするには限界がある。このため、コイルと鎖交する磁束を少なくする面で、コイル幅を十分に大きくできず、リアクトルの高性能化を有効に図る面から改良の余地がある。 On the other hand, it is also conceivable to increase the coil width by winding an annular coil with a rectangular wire having a rectangular cross section in an edgewise manner and reducing the aspect ratio of the coil wire. Here, the “aspect ratio” is considered to be a width and a thickness smaller than the width in a rectangular cross-sectional shape cut by a plane orthogonal to the length direction of the rectangular coil wire. The ratio (B / A) of the thickness B to the width A in the case (hereinafter, the same throughout the present specification). However, when the coil strand having such an aspect ratio B / A is wound in an edgewise manner, that is, when the coil strand is wound and bent in the width A direction, the aspect ratio B Bending becomes more difficult as / A becomes smaller, that is, the width A becomes larger than the thickness B. For this reason, there is a limit to reducing the aspect ratio B / A while ensuring the necessary workability. For this reason, in terms of reducing the magnetic flux interlinking with the coil, the coil width cannot be sufficiently increased, and there is room for improvement from the viewpoint of effectively improving the performance of the reactor.
いずれにしても、上記の特許文献１に記載されたような、コイルが、コイル素線をらせん状に形成し、軸方向に積層することにより構成されている場合には、コイル幅を大きくすることは難しく、リアクトルを大型化することなく、高性能化を有効に図る面からは改良の余地がある。 In any case, when the coil is formed by spirally forming the coil wires and laminating them in the axial direction as described in Patent Document 1, the coil width is increased. This is difficult, and there is room for improvement in terms of effectively improving performance without increasing the size of the reactor.
本発明に係るリアクトルは、大型化することなく、高性能化を有効に図ることを目的とする。 The reactor which concerns on this invention aims at achieving high performance effectively, without enlarging.
本発明に係るリアクトルは、環状コイルと、環状コイルの周囲に一体化するように設けられ、磁性粉末を硬化してなるコアとを備え、環状コイルは、コイル素線を渦巻き状に形成し、中心軸に対し直交する方向に積層することにより構成されていることを特徴とするリアクトルである。なお、「直交する方向」とは、本明細書及び特許請求の範囲全体で、ほぼ９０度をなす角度をいい、少し９０度よりもずれるものも含む。 The reactor according to the present invention includes an annular coil and a core that is provided so as to be integrated around the annular coil and hardens magnetic powder, and the annular coil forms a coil wire in a spiral shape, It is a reactor characterized by being laminated | stacked on the direction orthogonal to a central axis. The term “perpendicular direction” refers to an angle that forms approximately 90 degrees throughout the present specification and claims, and includes those that deviate slightly from 90 degrees.
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、環状コイルは、平角線をフラットワイズ状に曲げ形成することにより構成されている。 In the reactor according to the present invention, preferably, the annular coil is formed by bending a rectangular wire into a flatwise shape.
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、コアは、少なくとも磁場強度の予め設定された所定範囲で、磁性粉末のみを含む磁性材料を加圧成形することにより構成する圧粉コアの透磁率よりも低い透磁率を有する。 Further, in the reactor according to the present invention, preferably, the core has a magnetic permeability of a dust core formed by pressure-molding a magnetic material containing only magnetic powder in at least a predetermined range of magnetic field strength. Also has a low permeability.
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、コアは、磁性粉末と樹脂との混合粉末を硬化させることにより構成されている。 In the reactor according to the present invention, the core is preferably configured by curing a mixed powder of magnetic powder and resin.
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、環状コイルは、コイル軸方向長さと、中心軸を含む平面で切断した場合のコイル断面での軸方向に対し直交する方向の長さであるコイル幅とが互いに等しい。 In the reactor according to the present invention, preferably, the annular coil has a coil width that is a length in a direction perpendicular to the axial direction in the coil cross section when the coil is cut along a plane including the central axis. Are equal to each other.
本発明に係るリアクトルによれば、環状コイルは、コイル素線を渦巻き状に形成し、中心軸に対し直交する方向に積層することにより構成されているので、環状コイルの積層部分断面積を大きくすることなく、中心軸に対し直交する方向のコイル幅を大きくでき、磁束とコイルとが鎖交しにくくなる。このため、交流損としてのコイル銅損を小さくできるため、インダクタンスを高くでき、リアクトルの高性能化を有効に図れる。 According to the reactor of the present invention, the annular coil is formed by forming the coil strands in a spiral shape and laminating them in a direction orthogonal to the central axis, so that the laminated partial cross-sectional area of the annular coil is increased. Therefore, the coil width in the direction orthogonal to the central axis can be increased, and the magnetic flux and the coil are less likely to be linked. For this reason, since the coil copper loss as an AC loss can be reduced, the inductance can be increased and the performance of the reactor can be improved effectively.
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明に係る実施の形態の１例を示している。図１に示すように、リアクトル１０は、環状コイル１２と、環状コイル１２に一体化されたコア１４とを備える。図２、図３に示すように、環状コイル１２は、平角線であるコイル素線をフラットワイズ状に曲げ形成することにより、渦巻状で全体を円環状に形成するように構成するフラットワイズ型としている。すなわち、環状コイル１２は、後述する図８を参照して示すように、断面矩形状の平角線であるコイル素線１５で全長にわたって厚さ方向（図８の矢印α方向）に荷重を加えながら、丸く曲げ形成するように渦巻状に形成し、中心軸Ｏに対し直交する方向である、径方向に積層することにより構成されている。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 show an example of an embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
また、コア１４は、磁性粉末と樹脂との混合粉末を加圧成形する等により硬化してなる。このようなコア１４は、図１に示すように、環状コイル１２の周囲に一体化するように設けている。逆にいえば、コア１４の内側に環状コイル１２を包埋している。コア１４を上記の材料により構成するため、コア１４は、少なくとも磁場強度の予め設定された所定範囲で、例えば、少なくとも０から所定磁場強度Ｈａの範囲で、磁性粉末のみを含む磁性材料を加圧成形することにより構成する圧粉コアの透磁率μ１よりも、低い透磁率μ２を有する（μ２＜μ１）ようにしている。このため、コア１４中にギャップ板を設けることなく、磁気飽和を有効に防止できる。また、図示は省略するが、環状コイル１２の両端は、コア１４の外部に取り出して、図示しない回路に接続可能としている。図１で、コア１４の内部に示した実線矢印及び破線矢印は、磁束の流れる方向を表している。
The
なお、環状コイルの形状は、図３に示すような円環状に限定するものではなく、例えば、図４に示すように、矩形状等、周方向の複数個所に角部を有する多角形状の渦巻状とすることもできる。この場合も、環状コイル１２は、コイル素線を、厚さ方向に荷重を加えて曲げ形成するように渦巻状に形成し、中心軸Ｏ（図４）に対し直交する方向に積層することにより構成されている。
The shape of the annular coil is not limited to the annular shape as shown in FIG. 3. For example, as shown in FIG. 4, a polygonal spiral having corners at a plurality of locations in the circumferential direction, such as a rectangular shape. It can also be made into a shape. Also in this case, the
また、本実施の形態では、環状コイル１２は、コイル素線を渦巻き状に形成し、中心軸Ｏに対し直交する方向に積層することにより構成されている。このため、環状コイル１２を中心軸Ｏを含む平面で切断した場合の積層部分断面２４，２６（図１）の断面積（積層部分断面積）を大きくすることなく、図１に示すように、環状コイル１２の径方向等、中心軸Ｏに対し直交する方向の長さである、コイル幅ａを大きくできる。すなわち、図１に示すように、積層部分断面２４，２６が、中心軸Ｏに対し直交する方向に長い長方形や、中心軸Ｏに対し直交する方向の長さと軸方向長さとが等しい正方形となり、コイル幅ａを大きくできる。「コイル幅ａ」は、環状コイル１２の中心に位置する中心コア部１６と、環状コイル１２の径方向外側に位置する外周コア部１８との間の長さである。また、図８を参照して示すように、環状コイル１２を構成するコイル素線１５の断面形状の幅Ａ１に対する厚さＢ１の比である、アスペクト比Ｂ１／Ａ１が大きい場合でも、コイル幅ａを大きくできる。このため、図１に破線矢印で模式的に示すように、環状コイル１２に鎖交する磁束を少なくでき、磁束と環状コイル１２とが鎖交しにくくなり、交流損失として、コイル銅損を十分に小さくできる。したがって、リアクトル１０のインダクタンスＬを高くでき、リアクトル１０の高性能化を有効に図れる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本実施の形態では、上記のように環状コイル１２をフラットワイズ型としている。すなわち、環状コイル１２は、平角線をフラットワイズ状に曲げ形成することにより構成されている。このため、コイル素線１５（図８参照）の曲げ加工性を考慮しても、コイル素線１５の幅Ａ１に対する厚さＢ１の比である、アスペクト比Ｂ１／Ａ１を十分に小さくできる。例えば、図８の実線で示すコイル素線１５を、図８の二点鎖線で示すコイル素線１５のように変えることができ、アスペクト比Ｂ１／Ａ１をアスペクト比Ｂ１´／Ａ１´に小さくできる。このようにアスペクト比Ｂ１／Ａ１、Ｂ１´／Ａ１´が小さくなっても、コイル素線１５の厚さ方向（図８の矢印α方向）に荷重を加えて曲げ形成するので、幅方向（図８の矢印β方向）に荷重を加えて曲げ形成する場合と異なり、加工性が悪化することがない。このようにアスペクト比Ｂ１／Ａ１を十分に小さくできるので、同じコイル幅ａでも環状コイル１２の巻き数Ｎを大きくできる。また、このように環状コイル１２をフラットワイズ型の積層構造としているので、コイル配置空間での導体充填密度を高くできる。
Further, in the present embodiment, the
また、リアクトル１０のインダクタンスＬは、上記のコイル銅損等の損失等を考慮しないと、上記の（１）式で説明したように、周囲の透磁率μ、コイルの巻き数Ｎ、コアの断面積Ｓ、磁路長ｄにより定まることが分かっている。ここで、巻き数Ｎ及びコアの断面積Ｓは、それぞれ予めある範囲に設定される場合が多い。例えば、本実施の形態のリアクトル１０は、上記のハイブリッド車両に搭載される昇圧回路等の電気回路の一部を構成するために使用される。このようなハイブリッド車用のリアクトル１０の場合、コイル巻き数Ｎ及びコア断面積Ｓが、それぞれ予めある範囲に設定される場合が多い。また、上記のように、コアが低い透磁率μ２を有するようにしているので、周囲の透磁率μは低くなる。
In addition, the inductance L of the
また、磁路長ｄは、図１で示すように、点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｔを通る経路の全長である。すなわち、この経路は、中心コア部１６の中心と、コア１４一端部（図１の上端部）の厚さ方向（図１の上下方向）中央と、外周コア部１８の厚さ方向（図１の左右方向）中央と、コア１４他端部（図１の下端部）の厚さ方向（図１の上下方向）中央とを通る。また、上記の（１）式から明らかなように、上記の磁路長ｄを小さくするほど、リアクトル１０のインダクタンスＬを大きくできる。このため、このインダクタンスＬを高くするためには、磁路長ｄを小さくすることが有効である。
Further, the magnetic path length d is the total length of the path passing through the points P, Q, R, and T as shown in FIG. That is, this path includes the center of the
本実施の形態では、上記のようにアスペクト比Ｂ１／Ａ１、Ｂ１´／Ａ１´（図８）を小さくできるので、環状コイル１２の積層部分断面２４，２６（図１）で、軸方向長さＵを、積層方向長さであるコイル幅ａの大きさに近づくように、大きくできる。このため、図１に示す積層部分断面２４，２６の形状を、扁平な長方形から正方形に近づく形状にできる。したがって、積層部分断面２４，２６の断面積を一定とする場合に、磁路長ｄを小さくすることができ、インダクタンスＬの更なる向上を図れる。また、磁路長ｄを小さくすることで、上記の（１）式からも明らかなように、インダクタンスＬを一定とする場合に、コア１４に必要とされるコア断面積Ｓを小さくでき、リアクトル１０の小型化を図れる。
In the present embodiment, since the aspect ratios B1 / A1 and B1 ′ / A1 ′ (FIG. 8) can be reduced as described above, the axial length of the laminated
より具体的には、リアクトル１０のインダクタンスＬは、上記の（１）式で示したように表され、透磁率μが小さくなるほどＬは小さくなり、コイルの巻き数Ｎやコア１４の断面積Ｓが大きくなるほどＬは大きくなる。また、磁路長ｄが小さくなるほどＬは大きくなる。この場合、積層部分断面２４，２６の断面積を一定とすると、積層部分断面２４，２６の形状が、扁平な長方形から正方形に近づくほど、この積層部分断面２４，２６の外周長さは徐々に小さくなる。そしてこれに伴って、磁路長ｄも小さくなる。このように磁路長ｄを小さくできるので、インダクタンスＬを大きくでき、リアクトル１０の性能をさらに高くできる。
More specifically, the inductance L of the
次に、本実施の形態のリアクトル１０の効果を、図５、図６に示す従来構造のリアクトル２０との比較で、より詳しく説明する。まず、図５は、従来構造のリアクトル２０の１例を概略的に示す断面図である。図６は、図５から環状コイル２２を取り出して概略的に示す斜視図である。この従来構造の場合、リアクトル２０は、環状コイル２２を、角線であるコイル素線をエッジワイズ状、すなわち、図７で示すように、コイル素線１５に幅方向（図７の矢印β方向）に荷重を加えながら、丸く曲げ形成し、全体をらせん状に形成し、軸方向に積層することにより構成するエッジワイズ型としている。なお、図５の例の環状コイル２２の巻き数は、図１のリアクトル１０の環状コイル１２の巻き数と同じにしている。
Next, the effect of the
このようなエッジワイズ型の環状コイル２２の場合、コイル素線１５に長さが大きい、幅方向（矢印β方向）に荷重を加えながら曲げ形成するので、コイル素線１５の幅Ａ２に対する厚さＢ２の比である、アスペクト比Ｂ２／Ａ２を十分に小さくすることが難しい。すなわち、エッジワイズ型でアスペクト比Ｂ２／Ａ２を小さくすると、幅Ａ２が厚さＢ２に対してより大きくなるので、曲げ加工して巻き形成することが困難になる。このため、このようなエッジワイズ型ではアスペクト比Ｂ２／Ａ２の最小値には、加工性の面から限界がある。すなわち、アスペクト比Ｂ２／Ａ２の最小値は、図１の実施の形態の場合のアスペクト比Ｂ１／Ａ１、Ｂ１´／Ａ１´の最小値よりも大きくなる。例えば、アスペクト比は、エッジワイズ型では、通常０．２程度と比較的大きい。
In the case of such an edgewise
このようにアスペクト比が比較的大きい従来構造の場合には、エッジワイズの縦積みにより、環状コイル２２の積層部分断面２８，３０（図５）で、中心軸Ｏに対し直交する方向（図５の左右方向）の長さである、コイル幅ａ´に対する軸方向長さＵ´の比率（Ｕ´／ａ´）がかなり大きくなる。このため、従来構造では、上記の図１に示した第１の実施の形態の場合と異なり、積層部分断面２８，３０が軸方向に細長い矩形状となる。したがって、コイル幅ａ´は小さくなるので、図５にコア１４中に破線矢印で模式的に示すように、磁束と環状コイル２２とが鎖交しやすくなる。この結果、図５、図６に示した従来構造では、上記の図１から図４に示した実施の形態と異なり、コイル銅損が大きくなり、インダクタンスＬが低下しやすくなる。
In the case of the conventional structure having a relatively large aspect ratio as described above, a direction perpendicular to the central axis O in the laminated
さらに、図５、図６に示した従来構造では、アスペクト比Ｂ２／Ａ２（図７）が大きくなるので、環状コイル２２の積層部分断面２８，３０（図５）の形状を、扁平な長方形から正方形に近づけることが難しい。このため、磁路長ｄが大きくなり、上記の（１）式で表されるインダクタンスＬが小さくなる。これに対して、上記の図１から図４に示した実施の形態によれば、アスペクト比Ｂ１／Ａ１、Ｂ１´／Ａ１´（図８）を十分に小さく、
、例えば０．０８よりも小さくすることを容易に行える。このため、上記のような不都合を防止でき、コイル幅ａ（図１）を大きくして、コイル銅損を小さくできるとともに、磁路長ｄを小さくでき、インダクタンスＬをより高くできる。このため、リアクトル１０の高性能化を有効に図れる。
Further, in the conventional structure shown in FIGS. 5 and 6, the aspect ratio B2 / A2 (FIG. 7) is increased, so that the shape of the laminated
For example, it can be easily made smaller than 0.08. For this reason, the above inconveniences can be prevented, the coil width a (FIG. 1) can be increased, the coil copper loss can be reduced, the magnetic path length d can be reduced, and the inductance L can be further increased. For this reason, the high performance of the
しかも、コア１４として、上記のように透磁率が低い材料を使用するので、ギャップ板を使用することなく、磁気飽和が生じることを防止できる。
Moreover, since the material having a low magnetic permeability as described above is used as the
また、本実施の形態において、環状コイル１２として、積層部分断面２４，２６の形状を正方形にする、すなわち、環状コイル１２は、軸方向長さＵと、中心軸Ｏを含む平面で切断した場合のコイル断面での軸方向に対し直交する方向の長さであるコイル幅ａとが互いに等しい（Ｕ＝ａ）の構成を採用する場合には、磁路長ｄを最小とすることができる。このため、インダクタンスＬをさらに大きくでき、リアクトル１０の性能をさらに高くできる。
Further, in the present embodiment, as the
次に、本実施の形態の効果を確認するために行ったシミュレーションを説明する。シミュレーションには、図９に諸元を示す実施の形態のリアクトル（実施例リアクトル）１０と、図１０に諸元を示す従来構造のリアクトル（従来例リアクトル）２０とを用いて行った。図９、図１０にコア１４中に示す数値は、対応する寸法を表し、単位はｍｍである。図９に示すように、実施例リアクトル１０では、コイル幅、コイル軸方向長さ、及び、コイル内径は、互いに等しくなっており、積層部分断面２４，２６の形状が正方形となっている。これに対して、図１０に示すように、従来例リアクトル２０では、コイル幅に対してコイル軸方向長さがかなり大きくなっており、積層部分断面２８，３０の形状が細長の矩形状となっている。これは、従来例リアクトル２０がエッジワイズ型であるのに対して、実施例リアクトル１０がフラットワイズ型である理由による。なお、図９の構造では、コイル幅、コイル軸方向長さ、及び、コイル内径が、互いに等しくなっているが、本実施の形態では、コイル内径は、コイル幅及びコイル軸方向長さに対して異ならせてもよく、例えば小さくすることもできる。
Next, a simulation performed to confirm the effect of this embodiment will be described. The simulation was performed using the reactor (example reactor) 10 of the embodiment whose specifications are shown in FIG. 9 and the reactor (conventional reactor) 20 of the conventional structure whose specifications are shown in FIG. The numerical values shown in the core 14 in FIGS. 9 and 10 represent the corresponding dimensions, and the unit is mm. As shown in FIG. 9, in
このような諸元を有する各リアクトル１０，２０で積層部分断面２４，２６，２８，３０の全周長さ（以下、「周回路」と呼ぶ場合がある。）を考えた場合、図１０に示す従来例リアクトル２０で周回路が１００ｍｍとなるのに対し、図９に示す実施例リアクトル１０で周回路が８０ｍｍとなり、実施例リアクトル１０で、従来例リアクトル２０に対して２０％低減できる。すなわち、積層部分断面２４，２６，２８，３０の面積が一定でも、エッジワイズ型の周回路とフラットワイズ型の周回路との比は、１００：８０となる。このことからも本実施の形態では磁路長ｄを、従来構造の場合よりも小さくできることが分かる。また、実施例リアクトル１０で、コイル幅は２０ｍｍとなり、従来例リアクトル２０のコイル幅の１０ｍｍに対して大きくできる。このため、環状コイル１２に鎖交する磁束が少なくなり、コイル銅損の減少を図れることも分かる。
When considering the total circumferential length of the laminated
このような図９、図１０のリアクトル１０，２０を用いて、環状コイル１２，２２に流れる直流電流と、インダクタンスＬとの関係を求めたシミュレーション結果を、図１１に示している。図１１において、実線Ｖは、図９の実施例リアクトル１０の場合を示しており、破線Ｗは、図１０の従来例リアクトル２０の場合を示している。
The simulation result which calculated | required the relationship between the direct current which flows into the
図１１に示す結果からも明らかなように、実施例リアクトル１０によれば、直流電流の全域でインダクタンスＬを増大でき、直流重畳特性を向上できることが分かる。例えば、インダクタンスＬは、実施例リアクトル１０で、従来例リアクトル２０に対して２０％程度向上できる。
As is apparent from the results shown in FIG. 11, according to the
また、上記の（１）式から明らかなように、本実施の形態によれば、透磁率μと、コイル巻き数Ｎとをそれぞれ一定とする場合に、磁路長ｄを小さくできるので、コア１４断面積Ｓを小さくしても、所望の大きさのインダクタンスＬを確保できる。このため、本実施の形態のリアクトルによれば、小型で低コスト化が可能となる、すなわち、従来構造と同等の性能を維持しつつ、低コストで、かつ小型のリアクトル１０を製造することが可能となる。
Further, as apparent from the above equation (1), according to the present embodiment, the magnetic path length d can be reduced when the magnetic permeability μ and the number of turns N of the coil are kept constant. 14 Even if the cross-sectional area S is reduced, an inductance L having a desired size can be secured. Therefore, according to the reactor of the present embodiment, it is possible to reduce the size and cost, that is, it is possible to manufacture the
なお、本発明では、コア１４は、上記のように磁性粉末と樹脂との混合粉末を硬化させることにより構成するものに限定しない。例えば、コアとしてアモルファスを含む、またはアモルファスのみからなる、少なくとも磁場強度の予め設定された所定範囲で、磁性粉末のみを含む磁性材料を加圧成形することにより構成する圧粉コアの透磁率よりも低い、透磁率を有するコアを使用することもできる。例えば、コアの特性を表すＢ−Ｈ曲線で考えた場合に、磁場強度が少なくとも０から５０００Ａ／ｍの範囲で、上記の圧粉コアの透磁率よりも低い透磁率を有するコアを使用できる。このように低透磁率を有するコアを使用する場合、本発明の構成を採用することにより得られる効果が顕著になる。なお、上記のように、コアについて、少なくとも磁場強度の所定範囲で、透磁率が圧粉コアの場合よりも低いとする理由は、磁場強度の全範囲で、透磁率が圧粉コアの透磁率よりも低い場合を含むだけでなく、例えば、少なくとも０を含む所定の磁場強度の範囲で、透磁率が圧粉コアの透磁率よりも低い場合を含めば、他の磁場強度の範囲での透磁率の大小にかかわらず、実用上、磁気飽和を防止できるからである。
In the present invention, the
また、上記では、コイルとして角線を使用するものを説明したが、本発明はこの構成に限定しない。例えば、本発明では、一般的にコイルに使用される断面丸形の丸線と呼ばれるコイルを使用することもできる。また、本発明では、コイルの寸法やコイル巻き数は特に限定せず、種々の寸法及び巻き数を採用できる。 Moreover, although what used the square wire as a coil was demonstrated above, this invention is not limited to this structure. For example, in the present invention, a coil called a round wire having a round cross section generally used for a coil can be used. Moreover, in this invention, the dimension of a coil and the number of coil turns are not specifically limited, A various dimension and number of turns are employable.
１０ リアクトル、１２ 環状コイル、１４ コア、１５ コイル素線、１６ 中心コア部、１８ 外周コア部、２０ リアクトル、２２ 環状コイル、２４，２６，２８，３０ 積層部分断面。 10 reactors, 12 annular coils, 14 cores, 15 coil strands, 16 central core parts, 18 outer core parts, 20 reactors, 22 annular coils, 24, 26, 28, 30 laminated partial cross sections.
Claims (5)
環状コイルの周囲に一体化するように設けられ、磁性粉末を硬化してなるコアとを備え、
環状コイルは、コイル素線を渦巻き状に形成し、中心軸に対し直交する方向に積層することにより構成されていることを特徴とするリアクトル。 An annular coil;
It is provided so as to be integrated around the annular coil, and includes a core formed by curing magnetic powder,
The annular coil is configured by forming coil strands in a spiral shape and stacking them in a direction perpendicular to the central axis.
環状コイルは、平角線をフラットワイズ状に曲げ形成することにより構成されていることを特徴とするリアクトル。 The reactor according to claim 1,
The annular coil is configured by bending a rectangular wire into a flat-wise shape.
コアは、少なくとも磁場強度の予め設定された所定範囲で、磁性粉末のみを含む磁性材料を加圧成形することにより構成する圧粉コアの透磁率よりも低い透磁率を有することを特徴とするリアクトル。 In the reactor according to claim 1 or 2,
The core has a magnetic permeability lower than a magnetic permeability of a dust core formed by pressure-molding a magnetic material containing only magnetic powder at least in a predetermined range of magnetic field strength. .
コアは、磁性粉末と樹脂との混合粉末を硬化させることにより構成されていることを特徴とするリアクトル。 In the reactor according to any one of claims 1 to 3,
A reactor characterized in that the core is formed by curing a mixed powder of magnetic powder and resin.
環状コイルは、軸方向長さと、中心軸を含む平面で切断した場合のコイル断面での軸方向に対し直交する方向の長さであるコイル幅とが互いに等しいことを特徴とするリアクトル。 In the reactor according to any one of claims 1 to 4,
The reactor is characterized in that the annular coil has an axial length equal to a coil width which is a length in a direction perpendicular to the axial direction in the coil cross section when cut along a plane including the central axis.
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