JP2006147634A

JP2006147634A - リアクトル用コア

Info

Publication number: JP2006147634A
Application number: JP2004331831A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imanishi; 啓之今西; Yasuhiko Nishi; 康彦西; Shinichiro Yamamoto; 伸一郎山本; Takao Nishioka; 隆夫西岡; Toru Maeda; 前田　　徹; Toru Shimizu; 亨清水
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】コア断面全体の平均磁束密度の向上が図れ、コア体積が削減できるリアクトル用コアを提供する。
【解決手段】このリアクトル用コア１１は、内周側１１ａの透磁率よりも外周側１１ｂの透磁率が高く設定されている。より具体的には、コア１１は、その径方向に対して層構造を有しており、透磁率が異なる略トロイダル形の複数の分割体１７ａ，１７ｂを組み合わせて構成されている。そして、その内周側１１ａの分割体１７ａに比して、外周側１１ｂの分割体１７ｂほど透磁率が高くなるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトル用コアに関する。

図５は従来のリアクトル用コアを用いたリアクトルの平面図である。図５に示すように、従来のリアクトル用コア１では、ギャップの部分を除いてほぼ均一な磁性材料により略トロイダル形に構成されている。なお、図５中の符号３はコイルを示している。

このようなトロイダル形のコア１の場合、コア１中に生成される磁束は、磁路の長さの関係から磁気抵抗が小さいコア１の内周部１ａから通り始める。このため、リアクトルの設計においては、コア１の内周側１ａを基準として、所定の電流をコイル３に流したときの内周側１ａの磁束密度がコア１の飽和磁束密度以下になるように設計が行われる。なお、磁界がかけられた際に磁性体中に生じる磁束は、図６に示すように、飽和領域Ａに達すると磁束の生成効率が低下するため、コア１中（この場合は、コア１の内周側１ａ）の磁束密度が飽和しないようにリアクトルの設計が行われる。

その結果、仮にコア１の内周側１ａの磁束密度が飽和した場合でも、外周側１ｂの磁束密度は低い状態に止まることとなり、コア１の外周側１ｂの利用効率が悪い。このため、コア１全体の平均磁束密度が飽和磁束密度に対して大幅に低い状態でコア１が使用されることとなり、コア１の体積が増大する。ここで、図７は、従来のコア１の径方向の各位置における磁束密度の分布状態を示すグラフであり、横軸ｒはコア１の径方向の位置を示し（図５参照）、縦軸Ｂはコア１中の対応する部分に生成される磁束密度を示している。

そこで、本発明の解決すべき課題は、コア断面全体の平均磁束密度の向上が図れ、コア体積が削減できるリアクトル用コアを提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、略トロイダル形のリアクトル用コアにおいて、内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高い。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るリアクトル用コアにおいて、透磁率の異なる複数の金属磁性体を用いて構成されているこを特徴とするリアクトル用コア。

また、請求項３の発明では、請求項１の発明に係るリアクトル用コアにおいて、透磁率の異なる複数の圧粉磁性体を用いて構成されている。

また、請求項４の発明では、請求項１の発明に係るリアクトル用コアにおいて、透磁率の異なる複数の酸化物磁性体を用いて構成されている。

また、請求項５の発明では、請求項１の発明に係るリアクトル用コアにおいて、金属磁性体、圧粉磁性体及び酸化物磁性体のうちの２種類以上の磁性体を用いて構成されている。

また、請求項６の発明では、請求項２ないし５のいずれかの発明に係るリアクトル用コアにおいて、前記リアクトル用コアを構成する前記磁性体が接着剤で互いに接着されている。

請求項１に記載の発明によれば、コアの内周側に偏りやすい磁束を外周側に分散させてコアの径方向について磁束密度が均一化されるため、コア断面全体の平均磁束密度の向上が図れ、これによってコア体積が削減できる。

請求項２に記載の発明によれば、透磁率の異なる複数の金属磁性体を用いることにより、内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高いリアクトル用コアを容易に作製することができる。

請求項３に記載の発明によれば、透磁率の異なる複数の圧粉磁性体を用いることにより、内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高いリアクトル用コアを容易に作製することができる。特に、圧粉磁性体は加工性に優れているため、コアの製造コストを削減できる。

請求項４に記載の発明によれば、透磁率の異なる複数の酸化物磁性体を用いることにより、内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高いリアクトル用コアを容易に作製することができる。

請求項５に記載の発明によれば、金属磁性体、圧粉磁性体及び酸化物磁性体のうちの２種類以上の磁性体を用いることにより、内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高いリアクトル用コアを容易に作製することができる。

請求項６に記載の発明によれば、リアクトル用コアを構成する磁性体が接着剤で互いに接着されるため、リアクトル用コアの組み立てを容易に行うことができる。

図１は本発明の一実施形態に係るリアクトル用コア（以下、単に「コア」という）の平面図であり、図２はそのコアを用いたリアクトルの平面図であり、図３は図１のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。

このコア１１は、図１ないし図３に示すように、略トロイダル形（例えば、略矩形環状のトロイダル形）の形状を有し、その一部の外周部にコイル１３が装着されるようになっている。またコア１１が形成する環状の磁気経路中には、磁気ギャップを形成する複数のギャップ部材１５が介挿されている。そして、このコア１１は、例えば電圧変換装置のリアクトル等に用いられる。

本実施形態では、コア１１は、内周側１１ａの透磁率よりも外周側１１ｂの透磁率が高く設定されている。より具体的には、コア１１は、その径方向に対して層構造を有しており、透磁率が異なる略トロイダル形の複数の分割体（図１ないし図３の図示例では２層構成の分割体）１７ａ，１７ｂを組み合わせて構成されている。そして、その内周側１１ａの分割体１７ａに比して、外周側１１ｂの分割体１７ｂほど透磁率が高くなるように設定されている。

各分割体１７ａ，１７ｂを構成する磁性材料としては、透磁率の異なる複数（例えば、２つ）の金属磁性体を用いてもよく（例えば、分割体１７ａに珪素鋼板を用い、分割体１７ｂにパーマロイを用いる等）、透磁率の異なる複数（例えば、２つ）の圧粉磁性体（ダストコア）を用いてもよく、透磁率の異なる複数の酸化物磁性体（例えば、フェライト系）を用いてもよく、あるいは、金属磁性体、圧粉磁性体及び酸化物磁性体のうちの２種類以上の磁性体を組み合わせて使用してよい。

ここで、圧粉磁性体とは、金属磁性粉末、又は所定の被膜（例えば、燐酸化合物被膜）で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合したものであり、圧粉磁性体材料を所定の成形用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより所定形状に成形される。圧粉磁性体の透磁率の調節は、金属磁性粉末の材料を変更することにより行える。

分割体１７ａと分割体１７ｂと間は、接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）によって接着される。ギャップ部材１５により分割されるコア１１の各部分とギャップ部材１５との間も接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）によって接着される。

このようなコア１１を用いたリアクトルでは、コア１１の内周側１１ａの部分に比して外周側１１ｂの部分の透磁率が高く設定されているため、コア１１の内周側１１ａに偏りやすい磁束を外周側１１ｂに効果的に分散させることができ、これによって、コア１１の径方向についての磁束密度の分布が均一化されるようになっている。図４は、図１のコア１１の径方向の各位置における磁束密度の分布状態を示すグラフであり、横軸ｒはコア１１の径方向の位置を示し（図２参照）、縦軸Ｂはコア１１中の対応する部分に生成される磁束密度を示している。図４のグラフからも分かるように、コア１１の径方向に対する磁束密度分布が均一化されている。

実際には、例えば、コア１１の外周側１１ｂの部分（例えば、分割体１７ｂ）の透磁率は変更せずに、内周側１１ａの部分（例えば、分割体１７ａ）について、従来のコアよりも透磁率を低く設定する構成が採用される（なぜなら、透磁率が低い方がリアクトル駆動時にコア１１が飽和し難いためである）。そして、これに伴って、ギャップ部材１５の厚みや数を減少させ、これによってコア１１全体の磁気抵抗が調節される。

ここで、各分割体１７ａ，１７ｂのより具体的な材料例としては、次の構成が考えられる。

［第１の具体例］
全ての分割体１７ａ，１７ｂを圧粉磁性体で構成する場合には、例えば、内周側１１ａの分割体１７ａを鉄−シリコンの合金系の金属磁性粉末を用いて形成し、外周側１１ｂの分割体１７ｂを純鉄系の金属性粉末の金属磁性粉末を用いて形成する構成が考えられる。なお、圧粉磁性体の特性により、鉄−シリコン合金系粉末材料よりも、純鉄系粉末材料を用いた方が高い透磁率が得られる。

［第２の具体例］
また、全ての分割体１７ａ，１７ｂを金属磁性体で構成する場合には、例えば、内周側１１ａの分割体１７ａをシリコン含有率が低い鉄−シリコン合金を材料とした積層鋼板で構成し、外周側１１ｂの分割体１７ｂをシリコン含有率が高い（約６．５％）の鉄−シリコン合金を材料とした積層鋼板で構成する構成が考えられる。

［第３の具体例］
また、内周側１１ａの分割体１７ａを圧粉磁性体で構成し、外周側１１ｂの分割体１７ｂを金属磁性体で構成する場合には、前記第１及び第２の具体例の構成を利用した次のようような構成が考えられる。すなわち、分割体１７ａに用いる磁性体粉末材料に関する前記第１の具体例に係る２通りの選択肢と、分割体１７ｂを構成する金属磁性体に関する前記第２の具体例に係る２通りの選択肢とを組み合わせることにより、４通りの構成が考えられる。なお、このように４通りの組み合わせが可能なのは、一般に圧粉磁性体よりも金属磁性体の方が透磁率が高いためである。

以上のように、本実施形態によれば、コア１１の内周側１１ａに偏りやすい磁束を外周側１１ｂに分散させてコア１１の径方向について磁束密度が均一化されるため、コア断面全体の平均磁束密度の向上、すなわちコア１１断面の利用効率の向上が図れ、これによってコア体積の削減及びリアクトルの小型化が図れる。

また、圧粉磁性体を用いてコア１１の分割体１７ａ，１７ｂの一方又は両方を作製する構成の場合は、圧粉磁性体は加工性に優れているため、コア１１の製造コストを削減できる。

また、分割体１７ａ，１７ｂを圧着させることもできるが、接着剤で互いに接着する構成が取れるため、コア１１の組み立てを容易に行うことができる。特に、接着剤としてエポキシ系接着剤を用いた場合には、エポキシ系接着剤は耐熱性、接着強度に優れているため、磁歪、発熱が生じやすいリアクトルの信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るリアクトル用コアの平面図である。図１のリアクトル用コアを用いたリアクトルの平面図である。図１のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。図１のリアクトル用コアにおけるコアの径方向に対する磁束密度の分布状態を示すグラフである。従来のリアクトル用コアを用いたリアクトルの平面図である。一般的なコアのＢ−Ｈ特性を示すグラフである。図５のリアクトル用コアにおけるコアの径方向に対する磁束密度の分布状態を示すグラフである。

符号の説明

１１リアクトル用コア
１３コイル
１５ギャップ部材
１７ａ，１７ｂ分割体

Claims

略トロイダル形のリアクトル用コアにおいて、
内周側の透磁率よりも外周側の透磁率が高いことを特徴とするリアクトル用コア。
請求項１に記載のリアクトル用コアにおいて、
透磁率の異なる複数の金属磁性体を用いて構成されていることを特徴とするリアクトル用コア。
請求項１に記載のリアクトル用コアにおいて、
透磁率の異なる複数の圧粉磁性体を用いて構成されていることを特徴とするリアクトル用コア。
請求項１に記載のリアクトル用コアにおいて、
透磁率の異なる複数の酸化物磁性体を用いて構成されていることを特徴とするリアクトル用コア。
請求項１に記載のリアクトル用コアにおいて、
金属磁性体、圧粉磁性体及び酸化物磁性体のうちの２種類以上の磁性体を用いて構成されていることを特徴とするリアクトル用コア。
請求項２ないし５のいずれかに記載のリアクトル用コアにおいて、
前記リアクトル用コアを構成する前記磁性体が接着剤で互いに接着されていることを特徴とするリアクトル用コア。