JP2006351959A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】 コアの突合せコーナ部の内側における磁束の集中を緩和し、コイルを通過する漏れ磁束の発生を解消することが可能なコア構造を有するリアクトルを提供する。
【解決手段】 ブロックコア１３ａの、Ｉ型ブロックコア１４に対向する端面の内側部分に、切欠部として傾斜領域１６が設けられている。この傾斜領域１６は、コアに形成されるループ状の磁束経路に沿った方向におけるギャップＧの長さが、磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リアクトルに関し、コアの構造の改良に関する。

リアクトルは、電圧を昇圧させる回路に用いられものであり、たとえば、積層ケイ素鋼板などからなる鉄心（以下、単にコアと称する）にコイルを捲回することにより形成される。ここで、図７に、リアクトル１００Ａの概略構成を示す。Ｕ字形状のコア１０１とコア１０２とが、所定のギャップＧを形成するように合わせられ、両側に形成される直線状のコア領域に、第１のコイル１０３および第２のコイル１０４がそれぞれ捲回されている。

コアを積層形成するケイ素鋼板の材料利用の効率を向上させる観点から、図８に示すリアクトル１００Ｂのように、Ｉ型のコア１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６を組み合わせながら適宜ギャップＧを形成し、コア１１３とコア１１４との直線領域、および、コア１１５とコア１１６との直線領域に、第１のコイル１１７および第２のコイル１１８をそれぞれ捲回させる構造も採用されている。なお、ギャップＧには、樹脂等の材料が充填されている。上記図８に示すようなリアクトルに近似する構造を開示するものとして、下記特許文献１が挙げられる。

しかしながら、上記構成からなるリアクトルにおいては、以下に示すような問題が懸念される。コイルに電流が流れた際には、リアクトルには磁束経路Ｍが形成される。この磁束経路Ｍは、形成される磁束経路の抵抗が低くなるように、磁束はコアの最短経路（コアの内周経路）を通過する。このため、図９に示すように、ギャップＧが形成される、コア１１１に対向配置されるコア１１５の端面の内側コーナ部（図９中Ｐで囲まれた領域）に磁束が集中することとなる（他の３つの内側コーナ部においても同様）。その結果、このコーナ部の近傍に位置するコイル１１８中を通過する磁束、つまり漏れ磁束が発生し、コイル内で渦電流が発生してジュール損失が生じる。そのため、リアクトルの性能が低下することとなる。
特開平４−２０６５０９号公報

したがって、本発明が解決しようとする課題は、コアの突合せコーナ部の内側において磁束が集中し、コイルを通過する漏れ磁束が発生する点にある。よって、本願発明の目的は、コアの突合せコーナ部の内側における磁束の集中を緩和し、コイルを通過する漏れ磁束の発生を解消することが可能なコア構造を有するリアクトルを提供することにある。

この発明に基づいたリアクトルの一つの局面においては、コイルとコアとを有するリアクトルであって、上記コアは、上記コイルが捲回される第１コア部と、上記第１コア部に対し、所定のギャップを規定するように配置される第２コア部とを有し、磁束経路に沿った方向における上記ギャップ長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられている。

この発明に基づいたリアクトルの他の局面においては、コイルとコアとを有するリアクトルであって、上記コアは、上記コイルが捲回される第１コア部と、上記第１コア部に対して所定のギャップを規定するように配置される第２コア部とを有し、上記第１コア部の端部に対して、上記第２コア部が付き合わされるように配置され、上記第１コア部の端部は、上記コイルが捲回される領域の断面積よりも、上記第１コア部の端部面積の方が大きく設けられている。

この発明に基づいたリアクトルの一つの局面によれば、磁束経路に沿った方向におけるギャップ長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられることで、内側のギャップ長さが大きい領域は抵抗が大きくなるため、磁束の通過経路は外側に移動することとなる。その結果、ギャップ長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられた領域での、内側への磁束の集中が緩和され、磁束経路の内側に位置するコイルから磁束が引き離され、コイルを通過する漏れ磁束の発生を解消することが可能となる。これにより、リアクトルの性能を最大限引き出すことを可能とする。

また、この発明に基づいたリアクトルの他の局面によれば、第１コア部の端部は、コイルが捲回される領域の断面積よりも、第１コア部の端部面積の方が大きく設けられている。ここで、コアを流れる磁束の量は、コイルが捲回される領域の断面積により決定される。したがって、コイルが捲回される領域の断面積よりも、第１コア部の端部面積の方を大きく設けることで、第１コア部の端部における磁束密度を低下させることが可能となる。その結果、内側への磁束の集中が緩和され、コイルを通過する漏れ磁束の発生を解消することが可能となる。これにより、リアクトルの性能を最大限引き出すことを可能とする。

以下、図面を参照しつつ、本発明に基づいた各実施の形態について図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において同一または相当部分については、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととする。

（実施の形態１）
まず、図１および図２を参照して、本実施の形態におけるリアクトル１の構造について説明する。図１は、本実施の形態におけるリアクトル１の構造を示す全体斜視図であり、図２は、本実施の形態におけるリアクトル１の特徴的構造部分を示す部分拡大模式図である。なお、図１中において、コア構造の理解を容易にするために、コイルを一点鎖線で図示している。

本実施の形態におけるリアクトル１は、第１のコイル２１、第２のコイル２２、および、これらのコイルが捲回されるコア１１を有している。コア１１は、積層ケイ素鋼板などからなる、複数のＩ型ブロックコアの組み合わせから構成され、第１のコイル２１および第２のコイル２２がそれぞれ捲回される第１コア部としての、Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３を有している。このＩ型ブロックコア１２は、ブロックコア１２ａおよびブロックコア１２ｂにより構成され、Ｉ型ブロックコア１３も、ブロックコア１３ａおよびブロックコア１３ｂにより構成されている。ブロックコア１２ａとブロックコア１２ｂとの間、およびブロックコア１３ａとブロックコア１３ｂとの間には、所定間隔のギャップＧが形成されている。

Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３の上端部および下端部には、ループ状の磁束経路の形成が可能なように、Ｉ型ブロックコア１４およびＩ型ブロックコア１５が、Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３のそれぞれの端部に対して、所定間隔のギャップＧを形成するように配置されている。ギャップＧを構成する間隙部には、樹脂等が充填され、Ｉ型ブロックコア１２，１３，１４，１５により、コア１１としての形態が維持されている。また、上記したように、Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３には、それぞれ第１のコイル２１および第２のコイル２２が捲回されている。

さらに、本実施の形態におけるリアクトル１においては、Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３の、Ｉ型ブロックコア１４およびＩ型ブロックコア１５に対向する端面の内側部分（４箇所）に、切欠部として傾斜領域１６が設けられている。この傾斜領域１６は、コア１１に形成されるループ状の磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられている。

具体的には、図２に示すように、ブロックコア１３ａの端部におけるＩ型ブロックコア１４への突合せ部においては、磁束経路に沿った方向において最も狭小なギャップ長さはｈ１に設けられ、傾斜領域１６におけるギャップ長さｈ２は、内側に位置するコイル２２に近づくにつれて徐々にギャップ長さｈ２が大きくなる傾斜形状が採用されている。

上記構成からなる本実施の形態におけるリアクトル１によれば、図２に示すように、磁束経路に沿った方向におけるギャップＧの長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられていることから、内側のギャップＧの長さが大きい領域は抵抗が大きくなるため、磁束の通過経路は外側に移動する。その結果、磁束の集中する領域（図２中Ｐで囲まれる領域）が、磁束経路Ｍの内側に位置するコイル２２から引き離されることにより、内側での磁束の集中が緩和され、コイル２２を通過する漏れ磁束の発生を解消することができる。これにより、コイル２２内で渦電流の発生によるジュール損失を回避し、リアクトルの性能を最大限引き出すことが可能となる。

なお、図２においては、一つの内側コーナ部を代表例として説明したが、他の３つの内側コーナ部においても同様の作用効果を得ることが可能である。また、図１においては、４つの内側コーナ部の全てに切欠部を設ける場合について説明したが、少なくともいずれか一つの内側コーナ部に切欠部を設けることにより、上記作用効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態においては、切欠部として徐々に傾斜する傾斜領域１６を採用した場合について説明したが、内側コーナ部において磁束経路に沿った方向におけるギャップＧの長さが、ループ状に形成される磁束の外側よりも内側のほうが大きくなる形態としては、図３（Ａ）から（Ｃ）に示すように、階段状の切欠部１６Ａを設ける形態（図３（Ａ））、外方に向かって凸となる円弧状の切欠部１６Ｂを設ける形態(図３（Ｂ））、内方に向かって凹となる円弧状の切欠部１６Ｃを設ける形態(図３（Ｃ））の採用も可能である。

（実施の形態２）
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態におけるリアクトル１Ａの構造について説明する。本実施の形態におけるリアクトル１Ａの基本的構造は、上記実施の形態において説明したリアクトル１の構造と同じであり、Ｉ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３の、Ｉ型ブロックコア１４およびＩ型ブロックコア１５に対向する端部の形状に特徴を有している。したがって、ここでは、このＩ型ブロックコア１２およびＩ型ブロックコア１３の端部の形状について詳細に説明する。なお、図４は、本実施の形態におけるリアクトル１Ａの特徴的構造部分を示す部分拡大模式図であり、図５は、本実施の形態におけるリアクトル１Ａの特徴的構造部分における磁束の状態を示す模式図である。

本実施の形態におけるリアクトル１Ａは、図４に示すように、Ｉ型ブロックコア１３を構成するブロックコア１３ａの端部において、コイル２２が捲回される領域の断面積（幅Ｗで示される領域の断面積）よりも、端部面積（幅Ｗ１で示される領域の面積）の方が大きく設けられている。具体的には、ブロックコア１３ａの端部は、ループ状に形成される磁束経路Ｍの内側に向けて（内側のコイル２２に向けて）、内側側面が徐々に突出する突起部１８（縦断面が略三角形状）が設けられていることを特徴としている。

ここで、コア１１を流れる磁束の量は、コイル２２が捲回される領域の断面積（幅Ｗで示される領域の断面積）により決定される。したがって、上記構成からなる本実施の形態におけるリアクトル１Ａによれば、図５に示すように、コイル２２が捲回される領域の断面積（幅Ｗで示される領域の断面積）よりも、ブロックコア１３ａの端部面積（幅Ｗ１で示される領域の面積）の方を大きく設けることで、ブロックコア１３ａの端部における磁束密度を低下させることができる。

その結果、磁束の集中する領域が緩和され、コイル２２を通過する漏れ磁束の発生を解消することが可能となる。これにより、コイル２２内で渦電流の発生によるジュール損失を回避し、リアクトルの性能を最大限引き出すことが可能となる。

なお、図５においては、一つの内側コーナ部を代表例として説明したが、他の３つの内側コーナ部においても同様の作用効果を得ることが可能である。また、少なくともいずれか一つの内側コーナ部に突起部１８（縦断面が略三角形状）を設けることによっても、上記作用効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態においては、突起部として内側側面が徐々に突出する縦断面が略三角形状を採用した場合について説明したが、コイル２２が捲回される領域の断面積よりも、ブロックコアの端部面積の方が大きく設けられる形態としては、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、内側側面が内方に向かって凹となる円弧状の突起部１８Ａを設ける形態（図６（Ａ））、矩形の突起部１８Ｂを設ける形態（図６（Ｂ））の採用も可能である。

また、上記各実施の形態において、コア１１としては、プレス加工で打ち抜いたケイ素鋼板を積層させたＩ型ブロックを用いた場合について説明しているが、コアに、鉄粉等をブロック状に固めたダストコアを用いることも可能である。

したがって、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明に基づいた実施の形態１におけるリアクトルの構造を示す全体斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１におけるリアクトルの特徴的構造部分を示す部分拡大模式図である。 この発明に基づいた実施の形態１におけるリアクトルの特徴的構造部分の他の構造を示す部分模式図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるリアクトルの特徴的構造部分を示す第１部分拡大模式図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるリアクトルの特徴的構造部分における磁束の状態を示す模式図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるリアクトルの特徴的構造部分の他の構造を示す部分模式図である。 背景技術におけるリアクトルの構造を示す第１の図である。 背景技術におけるリアクトルの構造を示す第２の図である。 背景技術におけるリアクトルの磁束の状態を示す模式図である。

符号の説明

１，１Ａ リアクトル、１１ コア、１２，１３，１４，１５ Ｉ型ブロックコア、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ ブロックコア、１６ 傾斜領域、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 切欠部、１８，１８Ａ，１８Ｂ 突起部、２１ 第１のコイル、２２ 第２のコイル、Ｇ ギャップ、Ｍ 磁束経路。

Claims (4)

1. コイルとコアとを有するリアクトルであって、
   前記コアは、前記コイルが捲回される第１コア部と、
   前記第１コア部に対し、所定のギャップを規定するように配置される第２コア部と、を有し、
   磁束経路に沿った方向における前記ギャップ長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように設けられている、リアクトル。
2. 前記第１コア部の端部に対して、前記第２コア部が付き合わされるように配置され、
   前記ギャップ長さが、ループ状に形成される磁束経路の外側よりも内側のほうが大きくなるように、前記第１コア部の端部に切欠部が設けられる、請求項１に記載のリアクトル。
3. コイルとコアとを有するリアクトルであって、
   前記コアは、前記コイルが捲回される第１コア部と、
   前記第１コア部に対して所定のギャップを規定するように配置される第２コア部と、を有し、
   前記第１コア部の端部に対して、前記第２コア部が付き合わされるように配置され、
   前記第１コア部の端部は、前記コイルが捲回される領域の断面積よりも、前記第１コア部の端部面積の方が大きく設けられている、リアクトル。
4. 前記第１コア部の端部は、ループ状に形成される磁束経路の内側に向けて突出するように設けられている、請求項３に記載のリアクトル。

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