JP2008041876A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板積層体から形成されたコアブロックと圧粉成形体から形成されたコアブロックとを組み合わせて損失及びコストを低減させることのできるリアクトルを提供する。
【解決手段】２以上のコアブロック５ａ，５ｂ，５ｃが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部５と、一対の略Ｕ字状コアブロック４と、上記Ｉ字部外周に巻き回されたコイル３とを備え、上記Ｉ字部の両端部に上記略Ｕ字状コアブロックが接続されたリアクトル１であって、上記Ｉ字部を構成するコアブロックを鋼板積層体で形成する一方、上記略Ｕ字状コアブロックを磁性粉末の圧粉成形体で形成する。
【選択図】図３

Description

本願発明は、ハイブリッド車や燃料電池自動車のような電気自動車に搭載されるリアクトルに関する。

近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池自動車等の直流電源でモータを駆動して走行する自動車が開発されている。これら自動車においては、直流電源であるバッテリーの電圧を昇圧する昇圧コンバータが搭載されおり、リアクトルはこの昇圧コンバータの主要部品である。

上記リアクトルは、環状のコアとこのコアの所定部分に巻き回されたコイルとを備えて構成されている。車載用リアクトルでは、搭載スペースや製造方法等の制限から、２以上のコアブロックをそれぞれ組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部を構成するとともに、これらＩ字部の両端部に略Ｕ字状コアブロックを接続して構成される略長円形状の環状コアが採用されることが多い。上記コイルに電流を流すことにより、上記コア内に環状の磁気回路が形成される。

上記リアクトルのコアとして、特許文献１に記載されているような電磁鋼板を積層して形成されるものや、特許文献２に記載されているような磁性粉体を圧粉成形して形成されるものが採用されている。

特開２００４−３２７４７９ 特開２００５−３４７６２６

上記電磁鋼板を積層して形成されるコアは、板材から多数の積層板を打ち抜き形成し、これらを積層しなければならない。このため、多くの製造工程を要する。また、高周波の領域で使用可能な電磁鋼板は非常に高価である。

しかも、板材から上記積層板を打ち抜いて形成する場合、板材の歩留りが低くなる。特に、上記略Ｕ字状部を構成する積層板を打ち抜き形成する場合、無駄になる部分が多い。このため、コアを鋼板積層体から形成すると、製造コストが大きくなる。

一方、磁性粉体を圧粉成形してコアを形成する場合には、上記問題は生じない。ところが、上記鋼板の積層体から形成されるコアに比べて鉄損が大きく、性能が劣るという問題がある。

本願発明は、上記従来の問題を解決するために案出されたものであり、鋼板積層体から形成されたコアと圧粉成形体から形成されたコアを組み合わせて損失及びコストを低減させることのできるリアクトルを提供するものである。

本願の請求項１に記載した発明は、２以上のコアブロックが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部と、一対の略Ｕ字状コアブロックと、上記Ｉ字部外周に巻き回されたコイルとを備え、上記Ｉ字部の両端部に上記略Ｕ字状コアブロックが接続されたリアクトルであって、上記Ｉ字部を構成するコアブロックを鋼板積層体で形成する一方、上記略Ｕ字状コアブロックを磁性粉末の圧粉成形体で形成したものである。

本願発明では、環状コアを、鋼板積層体で形成されたコアブロックと圧粉成形体で形成されたコアブロックとを組み合わせて形成する。

特に、コイルが巻き回されるとともに高い磁気特性を要求されるＩ字部を構成するコアブロックに鋼板積層体を採用している。これにより、Ｉ字部に効率よく磁束を生じさせることができる。しかも、上記Ｉ字部のコアブロックは矩形状に打ち抜いた板材を積層して形成されるため材料の歩留りが良い。したがって、Ｉ字部を構成するコアブロックに鋼板積層体を採用しても製造コストをそれほど増加させることはない。

一方、上記略Ｕ字状コアブロックを圧粉成形体で形成すると、鋼板積層体で形成した場合に比べて製造コストを大幅に低減させることができる。しかも、上記略Ｕ字状コアブロックを鋼板積層体で形成する場合には形状等に大きな制限が加わり、損失等を低下させる３次元形状に形成することは不可能であったが、圧粉成形体で形成することにより上記制限がなくなる。このため、リアクトルの特性等に応じて損失を低下させることのできる形態を採用することも可能となる。

本願の請求項２に記載した発明は、上記Ｉ字部を構成するコアブロックのうち、少なくとも上記略Ｕ字状コアブロックに接続するコアブロックを、鋼板の積層方向を環状コアの内側に向けて配置したものである。

通常、上記各コアブロックは、各コアブロック間に設けられるギャップに非磁性体から形成されたスペーサを介挿して接続される。上記ギャップは、リアクトルの抵抗を制御するために設けられるのであるが、このギャップ部分において磁束漏れが生じやすい。磁束漏れが生じると、リアクトルの損失が増加するばかりでなく、コア内部に磁束密度の偏在が生じて振動や騒音の原因となる。特に、上記略Ｕ字状コアブロック近傍に設けられるギャップの内周部において、Ｉ字部の縁部から上記Ｕ字状コアのＵ字内面に直接入り込むように磁束漏れが生じやすい。

上記圧粉成形体から形成されたコアは内部構造が均一であるため、条件が同一であれば、いずれの方向に対しても磁束を流すことができるとともに、いずれの方向に対しても磁束漏れが生じる。また、上記特性からコア内部における磁束密度の偏在が大きくなる傾向がある。

一方、上記鋼板積層体で形成されたコアは、上記各鋼板に沿うように磁束が流れ、上記各鋼板を横切るような磁束の流れは生じにくい。したがって、圧粉成形されたコアブロックに比べて磁束密度の偏在が生じにくい。また、磁束漏れは各鋼板の積層端面から生じやすく、鋼板面から生じる磁束漏れは少なくなる傾向にある。

鋼板積層体から形成されたコアブロックを、鋼板の積層方向を環状コアの内側に向けて配置すると、鋼板面が内側に位置させられるため上記磁気特性から磁束漏れが生じにくくなる。また、各鋼板に沿うように磁束が流れるため、最内側の鋼板の端面から磁束漏れが生じても、コア内部の磁束密度に与える影響は小さい。このため、磁束漏れを低減させて損失を減少させることが可能となる。

磁束漏れは、上記Ｉ字部と上記Ｕ字状コアブロック間のギャップにおいて生じやすいため、請求項２に記載した発明のように、少なくとも上記略Ｕ字状コアブロックに接続するコアブロックを、鋼板の積層方向を環状コアの内側に向けて配置するのが好ましい。

請求項３に記載した発明は、上記略Ｕ字状コアブロックの磁束方向と直交するコア断面積を、上記Ｉ字部のコア断面積より大きく設定したものである。

上記環状コア材料の損失は、磁束密度のほぼ二乗に比例して増加する。一方、磁束密度は磁束に直交するコア断面積に反比例する。コア全体の損失は、上記材料損失にコア全体の体積を乗じたものである。したがって、理論的には、コア断面積を大きくして、磁束密度を低下させるとコアの損失は減少することになる。本願発明は、略Ｕ字状コアブロックのコア断面積を増加させることにより、これら部分の磁束密度を低下させ、これにより、リアクトル全体としての損失を低下させるものである。

上記略Ｕ字状コアブロックは、圧粉成形体から形成されているため形状設計の自由度が高く、いずれの方向にも断面積を増加させることができる。

しかも、コイルが巻き回されていない略Ｕ字状コアブロックのコア断面積を増加させるものであるため、従来のリアクトルの寸法や形態をほとんど変更することなく、損失を低減させて効率を向上させることも可能となる。この結果、鋼板積層体に比べて磁気特性が劣る圧粉成形体を一部に採用した場合であっても、コア全体に鋼板積層体を採用した場合と同等、あるいはそれ以上の性能を発揮するリアクトルを形成することができる。

また、巻き回されるコイルの厚さ分のコア断面積を増加させると、デッドスペースを利用してコア断面積を増加させることができる。したがって、リアクトルの形態を変更することなく損失を低減させることも可能となる。

さらに、通常、環状コアの内周部側にコア断面積を増加させると、上記増加部分に向かう漏れ磁束が増加して損失が大きくなる傾向があるが、鋼板の積層方向を環状コアの内側に向けて配置することにより、内周部における漏れ磁束を抑制することが可能となる。このため、上記略Ｕ字状コアブロックのコア断面積を、内周部側に増加させることも可能となる。

請求項４に記載した発明は、上記略Ｕ字状コアブロックの上記Ｉ字部に対する接続面に、上記Ｉ字部と同一の断面を有する凸部を一体形成し、上記凸部端面に対して上記Ｉ字部を接続したものである。

漏れ磁束は、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップにおいて生じやすい。この部分において漏れ磁束が大きくなるのは、上記略Ｕ字状コアブロックのＵ字内周面が上記Ｉ字状部の内周縁部に近接して位置し、上記Ｉ字部から略Ｕ字状コアブロックの内周面に向かう漏れ磁束が増加するためであると考えられる。

請求項４に記載した発明では、上記問題を回避するため、上記略Ｕ字状コアブロックの上記Ｉ字部に対する接続面に上記Ｉ字部と同一の断面を有する凸部を一体形成し、上記凸部端面に対して上記Ｉ字部を接続している。この構成を採用することにより、上記ギャップを上記略Ｕ字状コアブロックのＵ字内面から遠ざけて、上記ギャップにおいて生じる漏れ磁束を大幅に低減させることが可能となる。しかも、上記略Ｕ字状コアブロックは、圧粉成形体から形成されているため、上記凸部を容易に形成することができる。

また、上記凸部を上記Ｉ字部の断面と同一の形態に形成することにより、上記凸部と上記Ｉ字部とに上記コイルを巻き回すことが可能となり、リアクトルの全体寸法や形態をほとんど変更することなく、損失を減少させることができる。

リアクトルの環状コアにおいて、Ｉ字部を構成するコアブロックを鋼板積層体で形成する一方、略Ｕ字状コアブロックを磁性粉末の圧粉成形体で形成することにより、損失及び製造コストを低減させたリアクトルを構成することができる。

以下、本願発明に係るリアクトルの実施例を図に基づいて説明する。

図１に示すように、リアクトル１は、環状のコア２と、このコア２の周囲に装着されたコイル３とを備えて形成される。通常、上記コア２と上記コイル３との間には、上記コイル３を上記コア２の外周部に所定間隔をあけて保持するためのボビンが介挿されるとともに全体が箱状のケースに収容されている。

図２に、本願発明の第１の実施例に係るコア２の全体斜視図を示す。

本実施例では、３個の矩形状コアブロック５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部５，５を構成するとともに、これらＩ字部の両端部に略Ｕ字状のコアブロック４，４を接続して略長円状の環状コア２が形成されている。上記各コアブロック４，５ａ，５ｂ，５ｃの間には、セラミック材料等から形成されたスペーサ６がそれぞれ介挿されている。

上記Ｉ字部を構成する上記矩形状コアブロック５ａ，５ｂ，５ｃは複数のケイ素鋼板Ｓを積層して形成されており、鋼板Ｓの積層方向を環状コア２の内周側に向けて配置されている。一方、上記略Ｕ字状コアブロック４は、磁性粉末を圧粉成形して一体形成されている。

本実施例では、図２及び図３に示すように、上記略Ｕ字状コアブロック４は、上記Ｉ字部５の断面に対して、環状コアの軸芯から外周に向かう方向へのコア断面積と、軸方向に沿う方向（紙面では上下方向）へのコア断面積を大きくした形態に形成されている。上記コア断面積を大きくすることにより、上記Ｉ字部５と上記略Ｕ字状コアブロック４との接続部には、段部７，８が形成されている。そして、図１に示すように、この段部７，８を埋めるようにして、上記コイル３が巻き回されている。

図４に、上記構成のコア２における磁束１０の状態を一点鎖線で示す。図４に示すように、コイル３が巻き回されたＩ字部５においては、鋼板Ｓに沿う直線状の磁束が生じている。一方、上記略Ｕ字状コアブロック４では、上記Ｕ字形状に沿う円弧状の磁束が形成される。本実施例では、略Ｕ字状コアブロック４のコア断面積をＩ字部５より大きく形成しているため、その分磁束１０が広がって磁束密度が低下している。これにより、上記略Ｕ字状コアブロック４おける損失を低下させて、リアクトルの性能を向上させることが可能となる。

また、図４から明らかなように、本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック４のコア断面積を、Ｉ字部５に巻き回されたコイル３の厚さに対応した分だけ増加させ、コイル３を上記略Ｕ字状コアブロックのコア断面積の増加により生じた段部７，８を埋めるように巻き回している。このため、リアクトル１の全体の寸法や形態をほとんど変更することなく、性能を向上させることが可能となる。

しかも、本実施例では、上記Ｉ字部を構成するコアブロック５ａ，５ｂ，５ｃを、これらを構成する鋼板Ｓの積層方向を環状コアの内側に向けて配置している。このため、上記Ｉ字部５を構成する矩形状コアブロック５ａ，５ｃの内周縁部から上記略Ｕ字状コアブロック４のＵ字内面１４に向かう漏れ磁束を抑制することができる。この結果、漏れ磁束による損失を低減させることが可能となる。

図５及び図６に本願発明の第２の実施例を示す。この実施例は、コア断面積を環状コア２２の外周側だけでなく、環状コア２２の内周側にも増加させたものである。なお、第２の実施例において、第１の実施例と同一の部材には同一の符号を付している。

図５に示すように、コア断面積を環状コアの内周側へも増加させることにより、上記Ｉ字部５と上記略Ｕ字状コアブロック２４との接続部において、図２に示す段部７，８に加えて内周側の段部１１が形成されている。そして、これら段部７，８，１１を埋めるようにコイル３が巻き回されている。

さらに、第２の実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック２４の上記Ｉ字部５に対する接続面に、上記Ｉ字部５と同一断面の凸部１２を一体形成し、この凸部１２に対して上記矩形状 コアブロック５ａ又は５ｃを接続している。

上記凸部１２を設けることにより、上記Ｉ字状部５と上記Ｕ字状コアブロック２４との間に設けられるギャップ１３を、上記Ｕ字状コアブロック２４のＵ字内面１４から遠ざけることができる。このため、上記ギャップ１３から上記Ｕ字内面１４に向かう漏れ磁束の発生を防止することができる。

図６に示すように、上記形態のコア２２においては、上記略Ｕ字状コアブロック２４において、磁束１０が上記略Ｕ字状コアブロック２４のコアの内周側と外周側の双方に向けて広がって流れる。このため、磁束密度をさらに低下させることが可能となり、損失をさらに低減させることができる。また、上記凸部１２を設けてスペーサ６を介挿したギャップ１３を上記略Ｕ字状コアブロック２４のＵ字内周面１４から遠ざけているため、上記ギャップ１３からの漏れ磁束の発生を防止することもできる。

本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。今回開示された実施例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。本願発明の範囲は、上記した意味ではなく、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及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。

本願発明に係るリアクトルの外観を示す斜視図である。 図１に示すリアクトルのコアの外観を示す斜視図である。 図１に示すリアクトルの III−III 線に沿う断面図である。 図３に示すコア内の磁束の状態を模式的に示す断面図である。 本願発明の第２の実施例に係るリアクトルを示す図であり、図２に相当する断面図である。 図５に示すコア内の磁束の状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ リアクトル
２ コア
３ コイル
４ 略Ｕ字状コアブロック
５ Ｉ字部
５ａ コアブロック
５ｂ コアブロック
５ｃ コアブロック

Claims (4)

1. ２以上のコアブロックが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部と、一対の略Ｕ字状コアブロックと、上記Ｉ字部外周に巻き回されたコイルとを備え、上記Ｉ字部の両端部に上記略Ｕ字状コアブロックが接続されたリアクトルであって、
   上記Ｉ字部を構成するコアブロックを鋼板積層体で形成する一方、
   上記略Ｕ字状コアブロックを磁性粉末の圧粉成形体で形成した、リアクトル。
2. 上記Ｉ字部を構成するコアブロックのうち、少なくとも上記略Ｕ字状コアブロックに接続するコアブロックを、鋼板の積層方向を環状コアの内側に向けて配置した、請求項１に記載のリアクトル。
3. 上記略Ｕ字状コアブロックの磁束方向と直交するコア断面積を、上記Ｉ字部のコア断面積より大きく設定した、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリアクトル。
4. 上記略Ｕ字状コアブロックの上記Ｉ字部に対する接続面に、上記Ｉ字部と同一の断面を有する凸部を一体形成し、上記凸部端面に対して上記Ｉ字部を接続した、請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
   
   

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