JP2019192867A - リアクトル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コア全体にコイルを巻回することが容易であり、磁束密度を均一に分布させることができるリアクトル装置を提供する。【解決手段】コイル部１０３、１０４と、該コイル部１０３、１０４内に挿通される部分が同一曲率の円弧状領域からなる、互いに同様の形状をなす２つの半円状コア部１０１Ａ、１０１Ｂと、これら２つの半円状コア部１０１Ａ、Ｂを組み合わせてトロイダル状のコア部を形成した際に、これら２つの半円状コア部１０１Ａ、１０１Ｂの対向する端面間に挟持され、該トロイダル状のコア部１０１Ａ、１０１Ｂ内を流れる磁束を、径方向の対向位置に導くように配された２つのＩコア部１０２Ａ、１０２Ｂと、を備えている。２つのＩコア部１０２Ａ、１０２Ｂはギャップを挟んで対向する位置に配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載されるリアクトル装置に関し、詳しくは、コイル内に磁路を構成するコアの一部が挿通されてなるリアクトル装置に関するものである。

車載の磁気結合型リアクトルには、従来よりＥコア形状（Ｕコア＋Ｉコア）のものが使用されており、それをベースとしたＵコア形状のリアクトル装置も知られている。例えば、下記特許文献１に示すように、３つの直線状部分と、その間の角部とを有する１対のＵコアにおいて、２つのＩコアを間に挟むように両脚部を突き合わせ、全体として環形状としたものが知られている。このようなコア形状では、環形状の四隅に角部が形成されることになる。

特開２０１６‐６６７２０号公報

このように角部を有するコア形状は、直線部分においてコイルを巻回することが容易となるものの、コアの角部にコイルを巻回することが難しく、コアの巻回領域が不均一となる。また、角部が存在するために磁気飽和が部分的に行われる（磁束密度にムラがある）ことから、コアとして余分な断面積が必要となる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、従来技術と比べて、コア全体にコイルを巻回することが容易であり、磁束密度を均一に分布させることができるリアクトル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るリアクトル装置は、
コイル部と、
該コイル部内に挿通される部分が同一曲率の円弧状領域からなる、互いに同様の形状をなす２つの半円状コア部と、
これら２つの半円状コア部を組み合わせてトロイダル状のコア部を形成した際に、該トロイダル状のコア部内を流れる磁束を、径方向の対向位置に導くように配されたサブコア部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記サブコア部が、前記２つの半円状コア部を組み合わせてトロイダル状のコア部を形成する際に、これら２つの半円状コア部の端面の対向部分に各々挟持される２つの板状コア部を備え、
前記２つの板状コア部が、ギャップを介して対向配置されることが好ましい。

なお、上記「トロイダル状のコア部」とは断面が真円となる円環形状のコアを半分に分割し、それらを元の形状に再び組み合わせたもの、あるいは、それらを元の形状に再び組み合わせる際に、半円状コア部の脚部の対向部分間に板状コア部等からなるサブコア部を挟持したコア部をいう。さらに、半円状コア部の脚部を板状コア部等からなるサブコア部と当接しやすいように、この当接部分を部分的に直線形状または円弧の曲率が大きくなるようにした態様も含む。

また、前記半円状コア部は、同一形状の半円状単位コアを各々複数重ねて構成してなり、各該半円状単位コアの積み重ね方向の上下面は平面形状とされていることが好ましい。

前記コイル部は平角線をエッジワイズ巻きすることにより形成されていることが好ましい。

また、前記コイル部は、第１の所定巻数の小径巻回部と第２の所定巻数の大径巻回部が交互に設けられているものとすることができる。
ここで、「第１の所定巻数」および「第２の所定巻数」とは、各々１以上の任意の数とすることができ、各位置の所定巻数が一定であっても一定でなくてもよい。
あるいは、前記コイル部の少なくとも外周部の包絡線が、円弧を描くように構成することが好ましい。

従来のリアクトル装置においては、コア部に、Ｅコアや、角部を有するＵコアを用いていたが、本発明のリアクトル装置においては、コイル部内に挿通されるコア部分が同一曲率の円弧状領域からなる、互いに同様の形状をなす２つの半円状コア部により構成しており、コアの全領域に角部がないのでコイルを巻回することが容易となり、コアの巻回領域を均一に配置することができる。
また、角部が存在しないので磁束密度を均一にし易く、磁気飽和が一様に進み、部分的な磁気飽和が生じるのを抑制することができる。このため、コアとして余分な断面積が不要となり、コンパクトで効率の良いリアクトル装置とすることができる。

また、コア部を、上述したような形状とすると、多重ギャップ構成とすることが難しいが、半円状コア部の脚部の対向部分に各々挟持される２つの断面Ｉ状の板状コア部間にギャップを設けていることから、リアクトル装置の中央部分にギャップを設けることができるので、多重ギャップの構成とすることは必ずしも要しない。

本発明の実施形態に係るリアクトル装置を示す斜視図である。 図１に示すリアクトル装置の平面図である。 本発明の実施形態に係るリアクトル装置のコア部分を示す斜視図である。 図３に示すリアクトル装置のコア部分の平面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るリアクトル装置を示す斜視図である。 図５に示すリアクトル装置の平面図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係るリアクトル装置を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態に係るリアクトル装置について、図１〜４を参照しながら説明する。

〈リアクトル装置の主要構成〉
本発明の一実施形態に係るリアクトル装置１００の主要部は、図１および図２に示すように、半円状コア部１０１Ａ、Ｂを、脚部（左右脚部１１１Ａ、Ｂおよび１１２Ａ、Ｂ）の先端が互いに対向するように配置され、合わせてトロイダル状のコア部が形成される。
これら対向する脚部（左右脚部１１１Ａ、Ｂおよび１１２Ａ、Ｂ）間に、板状のＩコア部１０２Ａ、Ｂがそれぞれ厚み方向に挟持されてなる。これら１対の板状のＩコア部１０２Ａ、Ｂは、トロイダル状のコア部の中心部において、互いにギャップ１０５を介して対向するように配置される。これにより、コア部は、Ｉコア部１０２Ａ、Ｂが中脚として機能し、全体として１対のＥ型コアを対向配置させたような形状となる

各半円状コア部１０１Ａ、Ｂの周囲には、平角線をエッジワイズ巻きとすることにより形成したコイル部１０３、１０４が配設される。すなわち、コイル部１０３は半円状コア部１０１Ａの大部分の領域を取り巻くように配置され、一方、コイル部１０４は半円状コア部１０１Ｂの大部分の領域を取り巻くように配置される。
このように、本実施形態のリアクトル装置においては、コア部がトロイダルコア状となるように構成しているので、このコア部の周囲に配設されるコイル部１０３、１０４の各巻回部を均等に配置することができ、磁気特性を良好なものとすることができる。

また、角部がないことから、磁気飽和が一様に進み、一部分のみが磁気的に飽和するという不都合を回避することができる。

上述した各要素について、さらに詳しく説明する。
＜半円状コア部＞
上述した半円状コア部１０１Ａ、Ｂは、真円状のトロイダルコアを、互いに対称形状となるように２つに分割したものと同様の形状とされている。
もっとも、これら対向する半円状コア部１０１Ａ、Ｂの脚部１１１Ａ、Ｂ，１１２Ａ、Ｂは、これら脚部１１１Ａ、Ｂ，１１２Ａ、Ｂの対向部分が、間に挟持する板状のＩコア部１０２Ａ、Ｂと互いに良好に当接し、容易に接着され得るように、一部が直線的、または直線に近い形状となっている。しかしながら、このように、直線的、または直線に近い形状となっている脚部１１１Ａ、Ｂ，１１２Ａ、Ｂの部分は、Ｉコア部１０２Ａ、Ｂと当接する領域付近に限った短い距離とされており、コイル１０３、１０４が巻回されている領域においては、同一曲率の円弧形状となっている。

また、半円状コア部１０１Ａ、Ｂは、略同一形状の２つの半円状単位コア１０１Ａ１、Ａ２，１０１Ｂ１、Ｂ２を各々重ねることにより形成されており、これにより、製造工程の簡易化を図りつつ鎖交する磁束の量を大きくすることができる。なお、半円状単位コアを１段とすること、あるいは３段以上積み重ねることももちろん可能である。

＜Ｉコア部＞
前述したように、Ｉコア部１０２Ａ、Ｂは、図３に示すように、扁平な形状をなしており、厚み方向に、半円状コア部１０１Ａ、Ｂの脚部１１１Ａ、Ｂ，１１２Ａ、Ｂにより挟持されるように構成され、その状態で、１対のＩコア部１０２Ａ、Ｂの側面が、間にギャップ１０５を介して対向するように配される。また、Ｉコア部１０２Ａ、Ｂと半円状コア部１０１Ａ、Ｂの脚部１１１Ａ、Ｂ，１１２Ａ、Ｂとは接着剤によって直接接着されているが、スペーサを介して互いに接着されていてもよい。

Ｉコア部１０２Ａ、Ｂの上下方向（トロイダル状のコア部の軸方向）の高さは、トロイダル状のコア部（半円状コア部）１０１Ａ、Ｂの高さよりも大きくなるように形成されており、コア部全体としてＥ型コアを突き合せた形状とみなした場合には、このＩコア部１０２Ａ、Ｂを、各Ｅ型コアの中脚部とみることができる。
各Ｉコア部１０２Ａ、Ｂの、半円状コア部１０１Ａ、Ｂの表面から突出した部分の肩部１０２Ｃ、Ｄの角は磁束が流れにくいので、この肩部１０２Ｃ、Ｄの角を除去してコア全体をコンパクト化するように面取りが施されている。
また、半円状コア部１０１Ａ、Ｂの外周面はＩコア部１０２Ａ、Ｂの外側面と面一となるように形成されている。

＜コア部の構成材料＞
本実施形態においては、半円状コア部１０１Ａ、ＢとＩコア部１０２Ａ、Ｂの構成材料としてダストコアを圧粉したものを用いているが、フェライトやケイ素鋼を積層した積層コアを用いることができる。半円状コア部１０１Ａ、ＢとＩコア部１０２Ａ、Ｂは、互いに同一材料により構成してもよいし、異なる材料により構成してもよい。

また、１対のＩコア部１０２Ａ、Ｂの側面間に設けたギャップ１０５は、エアギャップとしてもよいし、スペーサを設けたギャップとしてもよい。

＜コイル部＞
また、上記コイル部１０３、１０４は平角線をエッジワイズ巻きにより巻回することにより形成されている。平角線は、図１等に示すように帯状の扁平な導線であって、例えば、厚みが0.5〜6.0mm、幅が1.0〜16.0mm等とされたものが一般的に用いられる。もちろん、丸線等の他の断面形状のものを用いることが可能である。
コイル部１０３の両端部は、一端部１０３Ａが内周部に位置し、他端部１０３Ｂが外周部に位置する。コイル部１０４においても、その両端部は、一端部１０４Ａが内周部に位置し、他端部１０４Ｂが外周部に位置する。ただし、上記の配線方法に限られず、各コイルから発生する磁束の方向が互いに打ち消し合う方向となるような巻線の巻回方向および電流の通電方向であれば採用可能である。

なお、コイル部１０３、１０４は半円状コア部１０１Ａ、Ｂの周囲に均一に（Ｉコア１０１Ａ、Ｂとの当接部近傍を除く）巻回される。このコイル部１０３、１０４が巻回される半円状コア部１０１Ａ、Ｂの領域は、同一曲率の円弧とされているので、コイル部１０３、１０４を容易に均一に巻回することができる。
２つのコイル部１０３、１０４は、発生する直流の磁束が互いに打ち消しあうような方向に巻回することになるので、平角線を逆向きに巻回して、両コイル部１０３、１０４に通電される電流の向きを同じとしてもよいし、平角線を同じ向きに巻回して、両コイル部１０３、１０４に通電される電流の向きを逆向きとしてもよい。

半円状コア部１０１Ａ、Ｂとコイル部１０３、１０４の組立工程においては、半円状コア部１０１Ａ、ＢとＩコア部１０２Ａ、Ｂの接着を行う前工程において、筒状に形成しておいたコイル部１０３、１０４に、半円状コア部１０１Ａ、Ｂを挿通し、これにより、コイル部１０３、１０４が半円状コア部１０１Ａ、Ｂの周囲に巻回された状態となる。

＜変形例＞
図５および図６は、本発明の上記実施形態の変形例に係るリアクトル装置２００を示す斜視図および平面図である。
この変形例は、上述した実施形態のものと共通（対応）する部材も多いので、そのような共通（対応）する部材については、上記実施形態における部材の付番に１００を加えた付番を本実施例の部材の付番とし、その詳しい説明は省略する。
すなわち、この変形例に係るリアクトル装置２００は、上記実施形態のリアクトル装置１００と類似した構成とされているが、コイル部２０３、２０４の一部の形状が、上記実施形態のリアクトル装置１００とは異なっている。

コイル部２０３、２０４の各巻回部が基本的には小径の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃとされているが、５ターン毎に小径の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃに替えて（または加えて）、大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄが設けられている。
ただし、大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄの外周面は、小径の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃの外周面と揃えられるようになっている。
このように、大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄを設けた場合、その内周部が小径部の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃの内周部よりも内側に位置して、小径部の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃの内周部と重ならないようにすることができるので、製品の外形寸法（ただし、高さ寸法は大となる）は同一のまま巻数を増やすことができる。これは、電線の厚みをより大きくした場合には小径部の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃの巻数は減少するものの、大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄを追加することにより、コイルの巻数の減少を補償することができ、銅損を低く抑えることができる。

また、上記実施形態のリアクトル装置１００においては図２からも明らかなように、内周側にコイル部１０３、１０４が配されない大きなスペースが生じているが、この変形例に係るリアクトル装置２００においては、図６からも明らかなように、そのスペース部分に大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄが入り込んで、このスペースが有効に利用されるように構成されている。
したがって、リアクトル装置２００が径方向に大型化することはない。
ただし、大径の巻回部２０３Ｄ、２０４Ｄの上面は、小径の巻回部２０３Ｃ、２０４Ｃの上面よりも上方に飛び出るように構成されている。

図７は、本発明の上記実施形態の他の変形例に係るリアクトル装置３００を示す概念図である。
この変形例のリアクトル装置３００の基本的機能は、上記実施形態のものと同様であるが、上述した実施形態におけるＩコア部１０２Ａ、Ｂに替えて円柱状の棒コア３０２が設けられている。すなわち、コイル部３０３、３０４（巻回されている様子を描くことなく、クロスハッチングにより巻回されている状態を表す）に１対の半円状コア部３０１Ａ、Ｂが挿入された状態で、該１対の半円状コア部３１０Ａ、Ｂの端面同士がＩコア部を挟むことなく直接接着されており、接着を行うことにより形成されたトロイダルコアの中心部分には、円柱状の棒コア３０２が配されている。

なお、この場合の磁束は、一方の境界部３１０Ａから棒コア３０２を介して他方の境界部３１０Ｂに流れるように、またはその逆向きに流れるように形成される。
このような変形例においても、１対の半円状コア部３０１Ａ、Ｂによりトロイダルコアが形成されるので、その作用効果は、上記実施形態のものと同様である。

本発明のリアクトル装置としては上記実施形態および上記変更例の形状のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、半円状コア部の断面形状は矩形でなくてもよく円などの他の形状とすることも可能である。

Ｉコア部の形状としても上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の
形状に変更が可能である。
上記では、各半円状コアに各々１つのコイル部が巻回されているが、各半円状コアに２つ以上のコイル部を設けるようにしてもよい。
上記他の変更例の棒状コアの断面形状としては、必ずしも円でなくともよく、矩形や他の形状とすることも可能である。

１００、２００、３００ リアクトル装置
１０１Ａ、Ｂ，２０１Ａ、Ｂ,３０１Ａ、Ｂ 半円状コア部
１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ｂ１、１０１Ｂ２ 半円状単位コア
１０２Ａ、Ｂ，２０２Ａ、Ｂ Ｉコア部
１０２Ｃ、Ｄ 肩部
１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４ コイル部
１０３Ａ、１０４Ａ、２０３Ａ、２０４Ａ 一端部
１０３Ｂ、１０４Ｂ、２０３Ｂ、２０４Ｂ 他端部
２０３Ｃ、２０４Ｃ 小径部
２０３Ｄ、２０４Ｄ 大径部
３０２ 棒コア
３１０Ａ、Ｂ 境界部

Claims (6)

1. コイル部と、
   該コイル部内に挿通される部分が同一曲率の円弧状領域からなる、互いに同様の形状をなす２つの半円状コア部と、
   これら２つの半円状コア部を組み合わせてトロイダル状のコア部を形成した際に、該トロイダル状のコア部内を流れる磁束を、径方向の対向位置に導くように配されたサブコア部と、を備えたことを特徴とするリアクトル装置。
2. 前記サブコア部が、前記２つの半円状コア部を組み合わせてトロイダル状のコア部を形成する際に、これら２つの半円状コア部の端面の対向部分に各々挟持される２つの板状コア部を備え、
   前記２つの板状コア部が、ギャップを介して対向配置されることを特徴とする請求項１記載のリアクトル装置。
3. 前記半円状コア部は、同一形状の半円状単位コアを各々複数重ねて構成してなり、各該半円状単位コアの積み重ね方向の上下面は平面形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のリアクトル装置。
4. 前記コイル部は平角線をエッジワイズ巻きすることにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のリアクトル装置。
5. 前記コイル部は、第１の所定巻数の小径巻回部と第２の所定巻数の大径巻回部が交互に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のリアクトル装置。
6. 前記コイル部の少なくとも外周部の包絡線が、円弧を描くことを特徴とする請求項５に記載のリアクトル装置。

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