JP2009267074A - Reactor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトル装置に関し、特に、平角線を用いたリアクトル装置に関する。 The present invention relates to a reactor device, and more particularly to a reactor device using a rectangular wire.
コアにコイルを捲回することにより形成されるリアクトル装置については、これまで様々な技術が開示されている。例えば、特許文献1〜3である。 Various techniques have been disclosed so far for a reactor device formed by winding a coil around a core. For example, it is patent documents 1-3.
このようなリアクトル装置に、図8に示されるような直流電流が重畳した高周波電流を流す場合には、直流成分Ioについては大電流化に対応できるとともに、交流成分ioについては高周波化に対応できることが必要である。 When a high-frequency current superimposed with a direct current as shown in FIG. 8 is passed through such a reactor device, the direct current component Io can be adapted to a large current and the alternating current component io can be adapted to a high frequency. is required.
大電流化に対応するためには、一般的にはコイルを構成する導線の断面積を大きくする。これにより、電流が増加しても発熱を抑制することができる。一方、高周波化に対応するためには、一般的にはコイルを構成する導線の表面積を大きくする。これは、高周波では表皮効果が顕著になる結果、電流が表面へ集中して流れるためである。よって、高周波における損失を低減するためには、表面積を大きくすることが必要になる。 In order to cope with an increase in current, generally the cross-sectional area of the conducting wire constituting the coil is increased. Thereby, even if the current increases, heat generation can be suppressed. On the other hand, in order to cope with higher frequencies, the surface area of the conducting wire constituting the coil is generally increased. This is because at a high frequency, the skin effect becomes conspicuous, and current flows concentrated on the surface. Therefore, in order to reduce the loss at high frequency, it is necessary to increase the surface area.
また従来、リアクトル装置については、搭載スペースの制約上、小型化も要求される。 Conventionally, reactor devices are also required to be downsized due to restrictions on mounting space.
特許文献1では、平角線をコイルに使用している。この構造では、高周波化に対応してリアクトル装置を小型化するために、平角線の厚さを薄くする必要がある。加えて、大電流を流すのに必要な断面積を確保するためには、平角線の幅を大きくする必要がある。しかし、平角線の幅を大きくすると、表皮効果のために、幅方向に電流が不均一になってしまい、中央部には電流が流れにくくなり、電流の流れる有効断面積が減少するため、損失が増大する。 In Patent Document 1, a flat wire is used for the coil. In this structure, it is necessary to reduce the thickness of the rectangular wire in order to reduce the size of the reactor device in response to higher frequencies. In addition, it is necessary to increase the width of the rectangular wire in order to secure a cross-sectional area necessary for flowing a large current. However, if the width of the rectangular wire is increased, the current becomes non-uniform in the width direction due to the skin effect, current becomes difficult to flow in the center, and the effective cross-sectional area through which the current flows decreases. Will increase.
特許文献2では、断面形状が円形の丸線をコイルに使用している。この構造では、表皮効果により中央部に電流が流れにくくなってしまい、有効断面積が減少してしまうことを抑制するために丸線を細くする必要がある。しかし、丸線を細くすると、大電流を流すのに必要な断面積が確保できない。大電流を流せるように、細い丸線を束ねてコイルに加工する方法もあるが、外周側の丸線に電流が集中するため、損失を低減することはできない。さらに、これを解決するために、細い丸線を束ねて撚り合わせたリッツ線を使用する方法もあるが、コストが高いという問題がある。 In Patent Document 2, a round wire having a circular cross-sectional shape is used for the coil. In this structure, it is necessary to make the round line thinner in order to prevent the current from flowing through the central portion due to the skin effect and suppressing the effective area from decreasing. However, if the round wire is made thin, the cross-sectional area necessary for flowing a large current cannot be secured. There is also a method of bundling thin round wires so that a large current can flow, but processing the coil into a coil, but the current concentrates on the round wires on the outer peripheral side, so the loss cannot be reduced. Furthermore, in order to solve this, there is a method of using a litz wire in which thin round wires are bundled and twisted together, but there is a problem that the cost is high.
特許文献3では、平角線をその幅方向に折り曲げてなる平型折曲線をコイルに使用している。この構造では、表皮効果による損失の増大を抑えつつ、大電流を流すためには、平型折曲線の幅を大きくしなければならない。そのため、小型化が要求されるリアクトル装置において、小さいコアに平型折曲線を捲回した場合に、平型折曲線の外周側で絶縁被膜が引っ張られて伸びることにより、薄くなる。その結果、絶縁耐圧性能の低下や、絶縁被膜の破損などのおそれがある。よって、コアの小型化に問題があり、コアを含めたリアクトル装置の外形が大きくなってしまう。 In Patent Document 3, a flat folding curve formed by bending a flat wire in the width direction is used for the coil. In this structure, the width of the flat folding curve must be increased in order to allow a large current to flow while suppressing an increase in loss due to the skin effect. Therefore, in a reactor device that is required to be miniaturized, when a flat folding curve is wound around a small core, the insulation film is pulled and stretched on the outer peripheral side of the flat folding curve, thereby reducing the thickness. As a result, the withstand voltage performance may be degraded, or the insulating coating may be damaged. Therefore, there exists a problem in size reduction of a core, and the external shape of the reactor apparatus containing a core will become large.
本発明は上記の課題に鑑み提案されたものである。本発明は、直流電流が重畳した高周波電流を流す場合に大電流化及び高周波化に対応することができ、発熱や損失を抑え、小型化が可能なリアクトル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a reactor device that can cope with an increase in current and frequency when flowing a high-frequency current superimposed with a direct current, suppresses heat generation and loss, and can be miniaturized.
第1の発明に係るリアクトル装置は、平角線を幅方向に捲回してなるコイルを備える。平角線は、互いに電気的に絶縁された3本の平角線を重ねた3層構造を有する。 The reactor apparatus which concerns on 1st invention is provided with the coil formed by winding a flat wire in the width direction. The flat wire has a three-layer structure in which three flat wires that are electrically insulated from each other are stacked.
第1の発明によれば、3本の平角線を重ねた3層構造の平角線を、幅方向に、いわゆるエッジワイズに巻いて、コイルが形成される。ここで、平角線とは、断面形状が長方形の導線をいう。これにより、直流成分は主に3層構造の真ん中の平角線を流れ、交流成分は主に3層構造の両端の平角線を流れる。そのため、表皮効果による損失の増大を抑えながら、大電流を流すことができる。 According to the first aspect of the present invention, a coil is formed by winding a rectangular wire having a three-layer structure in which three rectangular wires are overlapped, so-called edgewise in the width direction. Here, a flat wire means a conducting wire having a rectangular cross-sectional shape. As a result, the DC component mainly flows through the middle rectangular wire of the three-layer structure, and the AC component mainly flows through the rectangular wires at both ends of the three-layer structure. Therefore, a large current can be passed while suppressing an increase in loss due to the skin effect.
第2の発明に係るリアクトル装置は、第1の発明の構成に加えて、3本の平角線それぞれの厚さは、3層構造の真ん中の平角線の厚さが3層構造の両端の平角線の厚さ以上とされる。 In addition to the configuration of the first invention, the reactor device according to the second invention is such that the thickness of each of the three flat wires is equal to the thickness of the flat wire in the middle of the three-layer structure is the flat angle at both ends of the three-layer structure. The thickness is greater than the thickness of the line.
これにより、直流の大電流は主に真ん中の厚い平角線を流れるようにして、高周波電流は主に真ん中の厚い平角線を挟むように巻かれた両端の薄い平角線を流れるようにすることができる。そのため、表皮効果による損失の増大を抑えながら、大電流を流すことができ、また、コイルの小型化が可能となる。 As a result, a large DC current mainly flows through a thick rectangular wire in the middle, and a high-frequency current mainly flows through thin rectangular wires wound at both ends so as to sandwich the thick rectangular wire in the middle. it can. Therefore, a large current can be passed while suppressing an increase in loss due to the skin effect, and the coil can be downsized.
第3の発明に係るリアクトル装置は、平角線を幅方向に捲回してなるコイルを備える。平角線は、互いに電気的に絶縁された4本以上の平角線を重ねた厚さ方向に対称な多層構造を有する。 The reactor apparatus which concerns on 3rd invention is provided with the coil formed by winding a flat wire in the width direction. The rectangular wire has a multilayer structure symmetrical in the thickness direction in which four or more rectangular wires electrically insulated from each other are stacked.
第3の発明によれば、4本以上の平角線を重ねた厚さ方向に対称な多層構造の平角線を、幅方向に、いわゆるエッジワイズに巻いて、コイルが形成される。これにより、直流成分は主に多層構造の内層側の平角線を流れ、交流成分は主に多層構造の外層側の平角線を流れる。そのため、表皮効果による損失の増大を抑えながら、大電流を流すことができる。 According to the third aspect, a coil is formed by winding a flat wire having a multilayer structure symmetrical in the thickness direction, in which four or more flat wires are overlapped, in the width direction so-called edgewise. Thereby, the direct current component mainly flows through a rectangular wire on the inner layer side of the multilayer structure, and the alternating current component mainly flows through a rectangular wire on the outer layer side of the multilayer structure. Therefore, a large current can be passed while suppressing an increase in loss due to the skin effect.
第4の発明に係るリアクトル装置は、第3の発明の構成に加えて、4本以上の平角線それぞれの厚さは、多層構造の内層側の平角線の厚さが多層構造の外層側の平角線の厚さ以上とされる。 In the reactor device according to the fourth invention, in addition to the structure of the third invention, the thickness of each of the four or more rectangular wires is equal to the thickness of the rectangular wire on the inner layer side of the multilayer structure on the outer layer side of the multilayer structure. The thickness is equal to or greater than the thickness of the flat wire.
これにより、直流の大電流は主に内層側の厚い平角線を流れるようにして、高周波電流は主に内層側の厚い平角線を挟むように巻かれた外層側の薄い平角線を流れるようにすることができる。そのため、電流の各周波数成分ごとに流れる領域を確保し、表皮効果による損失の増大を抑えながら、大電流を流すことができ、また、コイルの小型化が可能となる。 As a result, a large DC current mainly flows through a thick rectangular wire on the inner layer side, and a high-frequency current mainly flows through a thin rectangular wire on the outer layer wound so as to sandwich the thick rectangular wire on the inner layer side. can do. For this reason, it is possible to secure a region for each frequency component of the current, flow a large current while suppressing an increase in loss due to the skin effect, and to reduce the size of the coil.
本発明のリアクトル装置によれば、直流電流が重畳した高周波電流を流す場合に大電流化及び高周波化に対応することができ、発熱や損失を抑え、小型化が可能となる。 According to the reactor device of the present invention, when a high-frequency current superimposed with a direct current is passed, it is possible to cope with a large current and a high frequency, thereby suppressing heat generation and loss and miniaturization.
図1〜図3を参照して、本発明のリアクトル装置の構成について説明する。図1は本発明のリアクトル装置の外観の一例を示す斜視図である。図2は図1に示されるリアクトル装置の正面図である。図3は図1に示されるリアクトル装置の断面図である。図2の正面図において一点鎖線で示された切断線X−Xでリアクトル装置を切断し、その切断面を矢印で示された向きに見た断面図が図3である。 With reference to FIGS. 1-3, the structure of the reactor apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the appearance of the reactor device of the present invention. FIG. 2 is a front view of the reactor device shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the reactor device shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view in which the reactor device is cut along the cutting line XX indicated by the alternate long and short dash line in the front view of FIG. 2 and the cut surface is viewed in the direction indicated by the arrow.
このリアクトル装置100は、U字コア110、120と、4つのI字コア160と、コイル130、140とを含む。U字コア110、120及びI字コア160に、コイル130、140が捲回される。コイル130、140は、平角線が幅方向に、いわゆるエッジワイズに巻かれて形成される。また、図3に示されるように、U字コア110とI字コア160との間、I字コア160、160間、及びI字コア160とU字コア120との間には、それぞれエアギャップ150が形成される。
This
図4を参照して、コイル130、140について詳細に説明する。図4は本発明のリアクトル装置の第1実施形態に係るコイル130、140を示す。説明のために、図4ではコイル130、140の一部が拡大されて示されている。図4に示されるように、第1実施形態では、3本の平角線を重ねた3層構造の平角線がエッジワイズに巻かれて、コイル130、140が形成される。
The
図5を参照して、第1実施形態に係るコイル130、140について、さらに詳細に説明する。図5は第1実施形態に係るコイル130、140を構成する平角線の側面図である。コイル130、140を構成する平角線は、平角線Aを両側から平角線Bで挟んだ3層構造を有する。平角線A、Bそれぞれの表面には絶縁被膜が施されており、平角線Aと平角線Bとは互いに電気的に絶縁されている。平角線Aの厚さaと平角線Bの厚さbとは、a≧bとされる。
The
このように構成されたコイル130、140を備えるリアクトル装置の作用について説明する。コイル130、140を構成する平角線は、互いに電気的に絶縁された、厚さの異なる平角線A、Bが重ねられた3層構造を有する。そのため、このリアクトル装置に直流電流が重畳した高周波電流が流れると、直流電流は主に真ん中の厚い平角線Aを流れ、高周波電流は主に両端の薄い平角線Bを流れる。したがって、直流電流、高周波電流それぞれが流れる領域を分けることができる。その結果、高周波電流の表皮効果の影響による損失を抑えることができる。また、直流電流は主に厚い平角線Aを流れるため、電流が増加しても発熱を抑えることができる。
An operation of the reactor device including the
さらに、平角線Bの厚さbを表皮(浸透)深さ以下とすれば、高周波電流は平角線Bの断面をほぼ均一に流れる。そのため、高周波電流の表皮効果の影響が軽減される。よって、平角線Aの厚さaについては、薄くする必要が相対的に軽減されるため、大電流を流すのに必要な断面積を確保できる。その結果、第1実施形態に係るコイル130、140では平角線の幅を大きくする必要がなくなり、コイルの小型化が可能となって、リアクトル装置の外形を小さくすることができる。
Furthermore, if the thickness b of the flat wire B is less than or equal to the skin (penetration) depth, the high-frequency current flows almost uniformly in the cross section of the flat wire B. Therefore, the influence of the skin effect of the high frequency current is reduced. Therefore, the thickness a of the flat wire A is relatively reduced, so that the cross-sectional area necessary for flowing a large current can be secured. As a result, in the
図6を参照して、本発明のリアクトル装置の第2実施形態に係るコイル130、140について説明する。図6は第2実施形態に係るコイル130、140を構成する平角線の側面図である。コイル130、140を構成する平角線は、平角線Aを両側から平角線Bと平角線Cとで挟んだ厚さ方向に対称な5層構造を有する。平角線A、B、Cそれぞれの表面には絶縁被膜が施されており、平角線Aと平角線Bと平角線Cとは互いに電気的に絶縁されている。平角線Aの厚さaと平角線Bの厚さbと平角線Cの厚さcとは、a≧b≧cとされる。
With reference to FIG. 6, the
このように構成されたコイル130、140を備えるリアクトル装置の作用について説明する。コイル130、140を構成する平角線は、互いに電気的に絶縁された、厚さの異なる平角線A、B、Cが重ねられた厚さ方向に対称な5層構造を有する。そのため、このリアクトル装置に直流電流が重畳した高周波電流が流れると、直流電流は主に内層側の厚い平角線Aを中心に流れ、高周波電流は主に外層側の薄い平角線Cを中心に流れる。したがって、直流電流、高周波電流それぞれが流れる領域を分けることができるので、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、高周波電流の表皮効果の影響による損失を抑えることができる。また、直流電流は主に厚い平角線Aを中心に流れるため、電流が増加しても発熱を抑えることができる。
An operation of the reactor device including the
一般に高周波電流は、複数の周波数成分を含んでいる。第2実施形態では、上記のように、コイル130、140を構成する平角線は5層構造を有する。そのため、電流の各周波数成分ごとに流れる領域を確保することができる。電流の各周波数成分ごとに領域を制限することで、表皮効果による損失の増大を抑制することが可能となる。そのため、第2実施形態においても、平角線Aの厚さaについては、薄くする必要が相対的に軽減されるため、大電流を流すのに必要な断面積を確保できる。その結果、第2実施形態に係るコイル130、140でも平角線の幅を大きくする必要がなくなり、コイルの小型化が可能となって、リアクトル装置の外形を小さくすることができる。
Generally, a high frequency current includes a plurality of frequency components. In the second embodiment, as described above, the rectangular wires constituting the
以上、詳細に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、互いに電気的に絶縁された平角線Aと平角線Bとが重ねられた3層構造を有する平角線により、コイル130、140が形成される。平角線Aの厚さaと平角線Bの厚さbとは、a≧bとされる。これにより、直流電流、高周波電流それぞれが流れる領域を分けることができる。
As described above in detail, according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第2実施形態によれば、互いに電気的に絶縁された平角線Aと平角線Bと平角線Cとが重ねられた5層構造を有する平角線により、コイル130、140が形成される。平角線Aの厚さaと平角線Bの厚さbと平角線Cの厚さcとは、a≧b≧cとされる。これにより、電流の各周波数成分ごとに流れる領域を確保することができる。
In addition, according to the second embodiment of the present invention, the
本発明のリアクトル装置の第1及び第2実施形態ともに、直流電流が重畳した高周波電流を流す場合に大電流化及び高周波化に対応することができ、発熱や損失を抑え、リアクトル装置の小型化が可能となる。 Both the first and second embodiments of the reactor device of the present invention can cope with an increase in current and frequency when flowing a high-frequency current superimposed with a direct current, suppresses heat generation and loss, and reduces the size of the reactor device. Is possible.
また、本発明のリアクトル装置では平角線を使用しているため、捲回する際にボビンが不要であり、丸線と比較してコイルへの加工が容易となる利点がある。さらに、リッツ線に比べてコストが低いという利点もある。 In addition, since the reactor device of the present invention uses a rectangular wire, a bobbin is unnecessary when winding, and there is an advantage that machining into a coil is easier compared to a round wire. Furthermore, there is an advantage that the cost is lower than that of the litz wire.
一般にリアクトル装置においては、高周波化するとコアを小型化できることが知られている。上記のように本発明のリアクトル装置では、高周波化に対応することができ、また、平角線の幅を大きくする必要がないため、小さいコアに捲回しても絶縁被膜の破損等のおそれがない。したがって、小型化が要求されるリアクトル装置において、コアを小型化することが可能であり、コアを含めたリアクトル装置の外形を小さくすることができる。 Generally, in a reactor device, it is known that the core can be reduced in size when the frequency is increased. As described above, in the reactor device of the present invention, it is possible to cope with high frequency, and since there is no need to increase the width of the rectangular wire, there is no risk of damage to the insulating coating even if it is wound around a small core. . Therefore, in the reactor device that is required to be downsized, the core can be downsized, and the outer shape of the reactor device including the core can be reduced.
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
コイルを形成する平角線の有する層構造については、厚さ方向に対称であればよい。4本以上の平角線を重ねて巻くことにより、さらに大きい電流にも対応できる。例えば、図7に示されるような4層構造であってもよい。図7において、平角線Aの厚さaと平角線Bの厚さbとがa≧bとされれば、前記実施形態と同様の効果が得られる。また、第1及び第2実施形態も含めて、平角線A、B、Cそれぞれの厚さは、内層側の平角線の厚さが外層側の平角線の厚さ以上とされればよく、同じ板厚であってもよいことは言うまでもない。 The layer structure of the rectangular wire forming the coil may be symmetric in the thickness direction. By winding four or more rectangular wires on top of each other, a larger current can be handled. For example, a four-layer structure as shown in FIG. In FIG. 7, if the thickness a of the flat wire A and the thickness b of the flat wire B satisfy a ≧ b, the same effect as in the above embodiment can be obtained. Also, including the first and second embodiments, the thickness of each of the flat wires A, B, and C may be such that the thickness of the flat wire on the inner layer side is equal to or greater than the thickness of the flat wire on the outer layer side, Needless to say, the same thickness may be used.
また、コアの形状は任意であり、図示されたコアの形状に限られるものではない。コアのない空芯リアクトルとしてもよい。 Moreover, the shape of the core is arbitrary, and is not limited to the illustrated shape of the core. It is good also as an air core reactor without a core.
100 リアクトル装置
110、120 U字コア
130、140 コイル
150 エアギャップ
160 I字コア
A、B、C 平角線
a、b、c 平角線の厚さ
100
Claims (4)
前記平角線は、互いに電気的に絶縁された3本の平角線を重ねた3層構造を有する、リアクトル装置。 A reactor device including a coil formed by winding a flat wire in the width direction,
The flat wire is a reactor device having a three-layer structure in which three flat wires that are electrically insulated from each other are stacked.
前記平角線は、互いに電気的に絶縁された4本以上の平角線を重ねた厚さ方向に対称な多層構造を有する、リアクトル装置。 A reactor device including a coil formed by winding a flat wire in the width direction,
The said rectangular wire is a reactor apparatus which has a multilayered structure symmetrical in the thickness direction which accumulated 4 or more rectangular wires electrically insulated mutually.
4. The reactor according to claim 3, wherein the thickness of each of the four or more rectangular wires is such that the thickness of the rectangular wire on the inner layer side of the multilayer structure is equal to or greater than the thickness of the rectangular wire on the outer layer side of the multilayer structure. apparatus.
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