JP2011096744A - Inductor - Google Patents

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Yoshio Yoshida
佳夫 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inductor reducing leakage flux in a gap by a method for preventing deterioration of safety due to heat generation without impeding miniaturization and thinning of the inductor. <P>SOLUTION: Force F is applied to a piezoelectric element inserted into the gap with magnetic attraction generated in the gap 7 when excitation current flows to an excitation coil 4 and is generated in a magnitude proportional to a magnitude of the excitation current so as to generate power. Then, the current is made to flow in a cancellation coil 6 by the power and cancellation magnetic flux Φc is generated. The prescribed cancellation magnetic flux Φc can be generated and a diameter of winding of the cancellation coil 6 can freely be selected without considering a diameter of the excitation coil 4 and the size of the excitation current, so that the cancellation coil 6 can be miniaturized, thereby installation properties of the cancellation coil 6 are improved and also the miniaturization and thinning of the reactor 1 are not impeded. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、コアにギャップを設けたインダクタに係り、特に、ギャップに圧電素子を挿入し、圧電素子から供給される電力を用いて磁気特性の改善を行うインダクタに関する。   The present invention relates to an inductor having a gap provided in a core, and more particularly, to an inductor in which a piezoelectric element is inserted into a gap and magnetic characteristics are improved by using electric power supplied from the piezoelectric element.

従来、リアクトル及びチョークコイルといったインダクタにおいては、コアの磁気飽和特性を改善するためにコアにギャップを設けて、コアに所定回数巻回するコイル(以下、励磁コイルと記載する)に大電流が流れた際に、ギャップでの磁気抵抗を大きくすることによってコアで磁気飽和が発生しないようにしている。しかし、コアにギャップを設けるとギャップから漏れ磁束が発生し、リアクトルあるいはチョークコイル周辺に設置されている電子機器に漏れ磁束が影響を及ぼして電子機器の誤動作等不具合が発生するという問題があった。   Conventionally, in inductors such as reactors and choke coils, a large current flows through a coil (hereinafter referred to as an exciting coil) that is provided with a gap in the core in order to improve the magnetic saturation characteristics of the core and is wound around the core a predetermined number of times. In this case, the magnetic resistance in the gap is increased to prevent magnetic saturation from occurring in the core. However, if a gap is provided in the core, there is a problem that leakage magnetic flux is generated from the gap, and the leakage magnetic flux affects the electronic devices installed around the reactor or the choke coil, causing malfunctions such as malfunction of the electronic devices. .

この漏れ磁束による影響を防ぐために、リアクトルあるいはチョークコイルを鉄等の軟磁性材料で形成されたケースに挿入してシールドすることによって、漏れ磁束がケースより外側に漏れないようにすることが行なわれている。しかし、このような方法ではケースを設けることによってリアクトル及びチョークコイルの小型化・薄型化が困難となり、リアクトルあるいはチョークコイルを設ける電気機器の小型化・薄型化を阻害するという問題があった。   In order to prevent the influence of this leakage flux, the leakage flux is prevented from leaking outside the case by inserting a reactor or a choke coil into a case made of a soft magnetic material such as iron and shielding it. ing. However, in such a method, it is difficult to reduce the size and thickness of the reactor and the choke coil by providing the case, and there is a problem that the reduction of the size and thickness of the electric device provided with the reactor or the choke coil is hindered.

このような問題点を解決する方法として、コアのギャップ近傍に、ギャップで発生する漏れ磁束と反対の方向の磁束(以下、打消し磁束と記載する)が発生するよう巻回されたコイル(以下、打消しコイルと記載する)を設けて漏れ磁束を低減する方法(例えば、特許文献1参照)や、ギャップ断面積より少し大きい軟磁性材料で形成された箔を複数枚重ねてギャップに挿入して漏れ磁束を低減する方法(例えば、特許文献2参照)が提案されている。   As a method for solving such a problem, a coil wound so that a magnetic flux in the direction opposite to the leakage magnetic flux generated in the gap (hereinafter referred to as a canceling magnetic flux) is generated in the vicinity of the gap of the core (hereinafter referred to as a canceling magnetic flux). (Referred to as Patent Document 1) or a plurality of foils made of a soft magnetic material slightly larger than the gap cross-sectional area are inserted into the gap. Thus, a method for reducing leakage magnetic flux (for example, see Patent Document 2) has been proposed.

特許文献1に開示されているのは、ギャップを設けたトロイダルコアに励磁コイルを巻回してなる大電流用インダクタにおいて、ギャップ近傍に打消し磁束を発生する打消しコイルを配置し、打消しコイルと励磁コイルとを直列接続している。トロイダルコア内に生じる磁束は励磁コイルを流れる励磁電流の上昇に伴って大きくなり、これによって漏れ磁束も大きくなるが、打消しコイルは励磁コイルと直列接続されているため、励磁電流の上昇に伴って打消しコイルで生じる打消し磁束も大きくなるので、インダクタの動作に対し追随性のよい漏れ磁束の低減を行なうことができる。   Patent Document 1 discloses a large current inductor in which an exciting coil is wound around a toroidal core provided with a gap, and a canceling coil that generates a canceling magnetic flux is disposed in the vicinity of the gap. And the exciting coil are connected in series. The magnetic flux generated in the toroidal core increases as the exciting current flowing through the exciting coil increases, and this increases the leakage flux, but the canceling coil is connected in series with the exciting coil, so as the exciting current increases. Since the canceling magnetic flux generated by the canceling coil is also increased, the leakage magnetic flux can be reduced with good followability to the operation of the inductor.

しかしながら、この方法では打消しコイルは励磁コイルと直列接続されているため、打消しコイルにも励磁コイルに流れる励磁電流が流れることとなる。励磁電流は通常値が大きい(例えば10(A))ため、励磁コイルに使用されている巻線(一般的に銅線が使用される)は流れる励磁電流による発熱や抵抗値変化を考慮して線径が決められており、例えば直径が1.5mmや2.0mmといった比較的線径の大きい巻線が選択されるが、同じ励磁電流が流れる打消しコイルの巻線も励磁コイルと同等かそれ以上の線径とする必要がある。   However, in this method, since the canceling coil is connected in series with the exciting coil, the exciting current flowing through the exciting coil also flows through the canceling coil. Since the excitation current is usually large (for example, 10 (A)), the winding used for the excitation coil (generally copper wire is used) takes into account the heat generated by the flowing excitation current and the resistance value change. The wire diameter is determined. For example, a winding with a relatively large wire diameter, such as 1.5 mm or 2.0 mm, is selected. Is the winding of the cancellation coil through which the same excitation current flows equal to the excitation coil? It is necessary to make the wire diameter larger than that.

打消しコイルは漏れ磁束を打ち消せるだけの打消し磁束を発生させるために、巻き回数を数十〜数百回とする必要があるが、上述したように打消しコイルの巻線径は大きいため、打消しコイルが非常に大きなものとなってしまう。このため、打消しコイルをインダクタのギャップ近傍に配置することが困難となったり、配置できた場合でもインダクタの小型化・薄型化の障害になるという問題があった。   The canceling coil needs to have several tens to several hundreds of turns to generate a canceling magnetic flux that can cancel out the leakage magnetic flux. However, as described above, the winding diameter of the canceling coil is large. The cancellation coil becomes very large. For this reason, there is a problem that it is difficult to dispose the canceling coil in the vicinity of the gap of the inductor, and even if it can be disposed, it becomes an obstacle to downsizing and thinning of the inductor.

一方、特許文献2に開示されているのは、ギャップを設けたトロイダルコアに励磁コイルを巻回してなるインダクタにおいて、ギャップ断面積より少し大きく、鉄や珪素鋼等の保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料で形成された箔を複数枚重ねてギャップに挿入している。軟磁性材料で形成された箔はギャップ断面積より大きいため、ギャップで生じた漏れ磁束は軟磁性材料で形成された箔を通ってトロイダルコアに引き込まれるので、漏れ磁束の低減を行なうことができると共に、挿入する軟磁性材料箔はギャップ断面積より少し大きい程度であるためインダクタの小型化・薄型化に対して障害とはならない。   On the other hand, Patent Document 2 discloses that an inductor in which an exciting coil is wound around a toroidal core having a gap is slightly larger than the gap cross-sectional area, has a small coercive force such as iron or silicon steel, and has a magnetic permeability. A plurality of foils made of a large soft magnetic material are stacked and inserted into the gap. Since the foil formed of the soft magnetic material is larger than the gap cross-sectional area, the leakage magnetic flux generated in the gap is drawn into the toroidal core through the foil formed of the soft magnetic material, so that the leakage magnetic flux can be reduced. At the same time, since the soft magnetic material foil to be inserted is slightly larger than the gap cross-sectional area, it does not hinder the downsizing / thinning of the inductor.

しかしながら、このような方法では、軟磁性材料箔を漏れ磁束が通過する際に渦電流が発生するため、渦電流損により軟磁性材料箔が発熱しトロイダルコアを加熱する虞があり、安全性の確保に問題があった。   However, in such a method, an eddy current is generated when the leakage magnetic flux passes through the soft magnetic material foil. Therefore, the soft magnetic material foil may generate heat due to eddy current loss and heat the toroidal core. There was a problem in securing.

特開平11−121239号公報(第2〜3頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-121239 (pages 2 and 3, FIG. 1) 特開平11−121240号公報(第2頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-121240 (page 2, FIG. 1)

本発明は以上述べた問題点を解決し、インダクタの小型化・薄型化を阻害することなく、又、発熱による安全性の低下も発生しない方法でギャップでの漏れ磁束を低減するインダクタを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems and provides an inductor that reduces leakage magnetic flux in the gap in a manner that does not hinder downsizing and thinning of the inductor and that does not cause a decrease in safety due to heat generation. For the purpose.

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のインダクタは、コアに設けられたギャップに圧力が加わると発電する圧電素子を挿入し、圧電素子で発生した電圧をギャップ近傍に配置された打消しコイルに印加することで、ギャップから発生する漏れ磁束を打消すための打消し磁束を打消しコイルから発生させて漏れ磁束を低減するものである。   The present invention solves the above-mentioned problems, and the inductor of the present invention inserts a piezoelectric element that generates electricity when pressure is applied to the gap provided in the core, and arranges the voltage generated by the piezoelectric element in the vicinity of the gap. When applied to the canceling coil, the canceling magnetic flux for canceling the leakage magnetic flux generated from the gap is generated from the canceling coil to reduce the leakage magnetic flux.

本発明のインダクタは、励磁コイルに励磁電流が流れた際にギャップで発生し励磁電流の大きさに比例した大きさで発生する磁気吸引力でギャップに挿入された圧電素子に力を加えて発電を行い、発生した電圧を打消しコイルに印加して打消し磁束を発生させている。打消しコイルに流れる電流は、励磁電流に比べてはるかに小さいので、所定の打消し磁束を発生させることができれば打消しコイル巻線の線径を自由に選択することができるため、打消しコイルを小型化することができ、打消しコイルの設置性が向上すると共に、インダクタの小型化・薄型化を阻害することがない。   The inductor according to the present invention generates power by applying a force to the piezoelectric element inserted in the gap by a magnetic attraction force generated in the gap when the exciting current flows through the exciting coil and generated in proportion to the magnitude of the exciting current. And the generated voltage is applied to the canceling coil to generate a canceling magnetic flux. Since the current flowing through the cancellation coil is much smaller than the excitation current, the wire diameter of the cancellation coil winding can be freely selected if a predetermined cancellation magnetic flux can be generated. Can be downsized, the installation of the cancellation coil is improved, and the downsizing / thinning of the inductor is not hindered.

また、ギャップで発生する漏れ磁束を打消しコイルで発生する打消し磁界で打ち消すことによって低減しているため、漏れ磁束が軟磁性材料を通過して発生する渦電流損による発熱を防ぐことができ、インダクタの安全性を高めることができる。   In addition, the leakage magnetic flux generated in the gap is reduced by canceling with the canceling magnetic field generated by the canceling coil, so it is possible to prevent heat generation due to eddy current loss that occurs when the leakage magnetic flux passes through the soft magnetic material. Inductor safety can be increased.

本発明の第1の実施例であるリアクトルの説明図であり、(A)はリアクトルの要部断面図、(B)は打消しコイルの概略図、(C)は(B)におけるD−D断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing of the reactor which is 1st Example of this invention, (A) is principal part sectional drawing of a reactor, (B) is the schematic of a cancellation coil, (C) is DD in (B). It is sectional drawing. 本発明の第1の実施例における漏れ磁束低減の原理を説明する図であり、(A)はギャップでの漏れ磁束説明図、(B)は圧電素子に加わる力の説明図、(C)は打消し磁束の説明図である。It is a figure explaining the principle of the leakage magnetic flux reduction in 1st Example of this invention, (A) is an explanatory drawing of the leakage magnetic flux in a gap, (B) is explanatory drawing of the force added to a piezoelectric element, (C) is It is explanatory drawing of a cancellation magnetic flux. 本発明の第1の実施例における漏れ磁束と打消し磁束の位相関係を説明する図であり、(A)は漏れ磁束と圧電素子の出力電圧の位相を表す位相関係図1、(B)は漏れ磁束と調整手段前/中での出力電圧及び打消し磁束の位相を表す位相関係図2である。It is a figure explaining the phase relationship of the leakage magnetic flux and the cancellation magnetic flux in 1st Example of this invention, (A) is the phase relationship diagram 1 which represents the phase of leakage magnetic flux and the output voltage of a piezoelectric element, (B) is FIG. 3 is a phase relationship diagram 2 showing the phases of the leakage magnetic flux, the output voltage before / in the adjusting means, and the phase of the canceling magnetic flux. 本発明の第1の実施例における打消し磁束の周期及び位相を調整する調整回路のブロック図である。It is a block diagram of the adjustment circuit which adjusts the period and phase of the cancellation magnetic flux in 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例であるチョークコイルの説明図であり、(A)はチョークコイルの要部断面図、(B)は打消しコイルの概略図、(C)は漏れ磁束低減の原理を説明する図である。It is explanatory drawing of the choke coil which is 2nd Example of this invention, (A) is principal part sectional drawing of a choke coil, (B) is the schematic of a cancellation coil, (C) is the principle of leakage magnetic flux reduction. FIG.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施例としては、インダクタの一種であり、空気調和機等に力率改善用等として使用されるリアクトルや、ノイズフィルタやインバータ回路等に使用されるチョークコイルを例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, as an Example, it demonstrates as an example the inductor used and the choke coil used for the reactor used for a power factor improvement etc. for an air conditioner etc., a noise filter, an inverter circuit, etc. is mentioned as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

図1は、第1の実施例であるリアクトルの構成を示している。図1(A)の要部断面図に示すように、このリアクトル1は、E型コア2と、I型コア3と、励磁コイル4と、圧電素子5と、打消しコイル6とで構成されている。また、図示は省略するが、励磁コイル4に巻き付けられてE型コア2及びI型コア3と励磁コイル4とを絶縁するための絶縁紙や、リアクトル1を電気機器に取り付けるための底板、リアクトル1を電気機器の制御基板と接続するためのリード線や端子及び端子台がそれぞれ設けられている。   FIG. 1 shows the configuration of a reactor according to the first embodiment. As shown in the sectional view of the main part of FIG. 1A, the reactor 1 includes an E-type core 2, an I-type core 3, an exciting coil 4, a piezoelectric element 5, and a canceling coil 6. ing. Although not shown in the figure, insulating paper that is wound around the exciting coil 4 to insulate the E-type core 2 and I-type core 3 from the exciting coil 4, a bottom plate for attaching the reactor 1 to an electric device, and a reactor Lead wires, terminals, and terminal blocks for connecting 1 to a control board of an electric device are provided.

E型コア2は珪素鋼鈑等の軟磁性材料を積層して形成され、正面から見て略E型の形状を有し所定の奥行き寸法とされている。このE型コア2は、中央部に設けられた中脚2aと、その両側に設けられた外脚2bを供えており、中脚2aは図1(A)に示すように外脚2bに比べて短く形成されている。また、外脚2bの幅寸法Hに対し中脚2aの幅寸法は2倍の2Hとされている。   The E-type core 2 is formed by laminating soft magnetic materials such as silicon steel plates and has a substantially E-shape when viewed from the front and has a predetermined depth dimension. The E-shaped core 2 includes a middle leg 2a provided at the center and outer legs 2b provided on both sides thereof. The middle leg 2a is compared with the outer leg 2b as shown in FIG. And short. Further, the width dimension of the middle leg 2a is 2H, which is twice the width dimension H of the outer leg 2b.

I型コア3は珪素鋼鈑等の軟磁性材料を積層して形成され、所定の寸法で略直方体形状とされている。このI型コア3の厚み寸法はE型コア2の外脚2bの幅寸法Hと、I型コア3の奥行き寸法はE型コア2の奥行き寸法Hとそれぞれ同じ寸法とされており、図1(A)に示すようにE型コア2の外脚2bの先端部の端面が、I型コア3の対応する面と溶接等によって接合されて長さがl2の磁路を有するコアが形成される。   The I-type core 3 is formed by laminating soft magnetic materials such as silicon steel plates, and has a substantially rectangular parallelepiped shape with a predetermined dimension. The thickness dimension of the I-type core 3 is the same as the width dimension H of the outer leg 2b of the E-type core 2, and the depth dimension of the I-type core 3 is the same as the depth dimension H of the E-type core 2. FIG. As shown to (A), the end surface of the front-end | tip part of the outer leg 2b of the E type | mold core 2 is joined with the corresponding surface of the I type | mold core 3 by welding etc., and the core which has a magnetic path of length 12 is formed. The

また、E型コア2の中脚2aの先端面とI型コア3の対応する面によって、図1(A)に示すようにギャップ7が形成される。ギャップ7を設けることにより、ギャップ7での磁気抵抗を大きくしてコアで磁気飽和が発生しないようにすることで、リアクトル1の磁気飽和特性を改善している。ギャップ7の寸法は、幅寸法がE型コア2の中脚2aの幅寸法であるH、高さ寸法は中脚2aの先端部とI型コア3下面との距離であるl1、奥行き寸法がE型コア2の奥行き寸法と同じ寸法となっている。 Further, a gap 7 is formed by the front end surface of the middle leg 2a of the E-type core 2 and the corresponding surface of the I-type core 3 as shown in FIG. By providing the gap 7, the magnetic resistance in the gap 7 is increased to prevent magnetic saturation from occurring in the core, thereby improving the magnetic saturation characteristics of the reactor 1. The gap 7 has a width H that is the width of the middle leg 2 a of the E-type core 2, a height that is a distance l 1 between the tip of the middle leg 2 a and the lower surface of the I-type core 3, and a depth dimension of The size is the same as the depth of the E-type core 2.

励磁コイル4は、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーを所定の回数/形状に巻回して形成されている。この励磁コイル4には上述したように、E型コア2及びI型コア3と接触する箇所に紙等の絶縁体で形成された絶縁紙が巻装されており、E型コア2及びI型コア3と励磁コイル4とが絶縁されている。   The exciting coil 4 is formed by winding an insulated wire, a so-called magnet wire, in which a polyester insulating coating is provided on a conductor such as copper in a predetermined number of times / shape. As described above, the exciting coil 4 is wound with insulating paper formed of an insulator such as paper at a position where it contacts the E-type core 2 and the I-type core 3. The core 3 and the exciting coil 4 are insulated.

圧電素子5は、プラスチックの一種であるポリフッ化ビリニデン(PVDF)やセラミックスの一種であるジルコン酸チタン酸鉛等といった誘電体の一種である圧電体を2枚の電極で挟んでなる素子であり、一般にピエゾ素子とも呼ばれるものである。この圧電素子5は、加えられた力を電圧に変換する圧電効果を有しており、加えられる力が大きいほど発生する電圧値も大きくなる。図1(A)に示すように、圧電素子5はリアクトル1のギャップ7に挿入されており、大きさがE型コア2の中脚2a断面積S(=中脚2aの先端部面積)とされた圧電体を複数枚重ねて2枚の電極で挟みギャップ7の寸法であるl1と略同じ寸法とされている。   The piezoelectric element 5 is an element formed by sandwiching a piezoelectric body, which is a kind of dielectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF), which is a kind of plastic, or lead zirconate titanate, which is a kind of ceramic, between two electrodes, Generally, it is also called a piezo element. The piezoelectric element 5 has a piezoelectric effect that converts an applied force into a voltage, and the generated voltage value increases as the applied force increases. As shown in FIG. 1A, the piezoelectric element 5 is inserted in the gap 7 of the reactor 1, and the size is equal to the cross-sectional area S of the middle leg 2a of the E-type core 2 (= the tip end area of the middle leg 2a). A plurality of the piezoelectric bodies stacked are sandwiched between two electrodes, and have substantially the same dimensions as l1 which is the dimension of the gap 7.

打消しコイル6は、図1(B)の打消しコイル概略図および図1(C)の(B)におけるD−D断面図に示すように、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーである巻線6cを所定の回数/形状に巻回してコイル部6aが形成されており、巻線6cの巻き始め及び巻き終わりの一部を所定の長さでコイル部6aより引き出して、圧電素子5と接続するためのリード線6bが形成されている。図1(A)に示すように、打消しコイル6はギャップ7の近傍、より具体的にはE型コア2の中脚2aの一部及び圧電素子5を囲むように設置されている。   The canceling coil 6 is provided with a polyester insulating coating on a conductor such as copper as shown in the schematic diagram of the canceling coil in FIG. 1B and the DD cross-sectional view in FIG. A coil portion 6a is formed by winding a winding 6c, which is a so-called magnet wire, in a predetermined number of times / shape, and a coil portion 6a is formed with a predetermined length at the beginning and end of winding 6c. Lead wires 6b are formed to be pulled out from the portion 6a and to be connected to the piezoelectric element 5. As shown in FIG. 1A, the canceling coil 6 is installed in the vicinity of the gap 7, more specifically, so as to surround a part of the middle leg 2 a of the E-type core 2 and the piezoelectric element 5.

次に図1乃至図4を用いて、リアクトル1のギャップ7で発生する漏れ磁束を、圧電素子5及び打消しコイル6の動作により低減する原理について説明する。励磁コイル4に交流電流である励磁電流が流れると、励磁電流の向きによってE型コア2の中脚2a→ギャップ7→I型コア3→E型コア2の外脚2bの順あるいはこの逆順でコアを磁束が通過する。この時、図2(A)に矢印で示すように、ギャップ7の外側にはコアを流れる磁束の一部が漏れて漏れ磁束Φmが発生する。尚、図2(A)では漏れ磁束の発生状態をわかりやすくするために圧電素子5及び打消しコイル6の記載は省略している。   Next, the principle of reducing the leakage magnetic flux generated in the gap 7 of the reactor 1 by the operation of the piezoelectric element 5 and the canceling coil 6 will be described with reference to FIGS. When an exciting current, which is an alternating current, flows through the exciting coil 4, the direction of the exciting current is such that the middle leg 2 a of the E-type core 2 → the gap 7 → the I-type core 3 → the outer leg 2 b of the E-type core 2 in this order. Magnetic flux passes through the core. At this time, as indicated by an arrow in FIG. 2A, a part of the magnetic flux flowing through the core leaks outside the gap 7 to generate a leakage magnetic flux Φm. In FIG. 2A, the description of the piezoelectric element 5 and the canceling coil 6 is omitted for easy understanding of the generation state of the leakage magnetic flux.

一方、図2(B)に示すように、ギャップ7ではE型コア2及びI型コア3を磁束が通過することにより発生する磁気吸引力(励磁電流の向きによって、E型コア2の中脚2a先端面がN極/I型コア3の対応する面がS極、あるいはその逆となって互いに引き付けあう力が発生する)によって、ギャップ7に挿入されている圧電素子5に力Fが加わる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the gap 7, the magnetic attraction force generated by the magnetic flux passing through the E-type core 2 and the I-type core 3 (depending on the direction of the excitation current, the middle leg of the E-type core 2). The force F is applied to the piezoelectric element 5 inserted in the gap 7 by generating a force that attracts each other with the tip surface of 2a being the N pole / I type core 3 and the corresponding surface of the N pole / I-type core 3 being the S pole or vice versa. .

圧電素子5に力Fが加わると、圧電素子5で電圧が発生する。この電圧が圧電素子5に接続されている打消しコイル6に印加され打消しコイル6に電流が流れると、図2(C)に矢印で示すように打消しコイル6では打消し磁束Φcが発生する。打消し磁束Φcの大きさは、打消しコイル6に加わる電圧値に応じて巻線6cの巻回数を決定することで漏れ磁束Φmと同じ大きさに調整できるが、打消し磁束Φcの位相は漏れ磁束Φmからずれるため、別途位相の調整を行なわないと打消し磁束Φcで漏れ磁束Φmを打ち消すことができない。この位相を調整する方法について次に説明する。   When a force F is applied to the piezoelectric element 5, a voltage is generated in the piezoelectric element 5. When this voltage is applied to the canceling coil 6 connected to the piezoelectric element 5 and a current flows through the canceling coil 6, a canceling magnetic flux Φc is generated in the canceling coil 6 as shown by an arrow in FIG. To do. The magnitude of the canceling magnetic flux Φc can be adjusted to the same magnitude as the leakage magnetic flux Φm by determining the number of turns of the winding 6c according to the voltage value applied to the canceling coil 6, but the phase of the canceling magnetic flux Φc is Since it deviates from the leakage flux Φm, the leakage flux Φm cannot be canceled out by the cancellation flux Φc unless the phase is adjusted separately. Next, a method for adjusting the phase will be described.

図3は、漏れ磁束Φmと打消し磁束Φcの位相関係を説明する波形図であり、図3(A)は漏れ磁束Φmと圧電素子5の出力電圧Ecの波形を、(B)は漏れ磁束Φmと後述する調整手段前/中での出力電圧Ec1/Ec2及び打消し磁束Φcの波形を、それぞれ示している。尚、図3(A)/(B)共に横軸は時間(ωt)、縦軸は振幅を表しており、ここでは主に位相関係についての説明を行なうため、縦軸は任意の値とし単位の記載等は省略している。   FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the phase relationship between the leakage magnetic flux Φm and the canceling magnetic flux Φc. FIG. 3A shows the waveform of the leakage magnetic flux Φm and the output voltage Ec of the piezoelectric element 5, and FIG. The waveforms of Φm, the output voltage Ec1 / Ec2 before and during the adjusting means described later, and the canceling magnetic flux Φc are shown. 3 (A) / (B), the horizontal axis represents time (ωt) and the vertical axis represents amplitude. Here, in order to mainly explain the phase relationship, the vertical axis is an arbitrary value and is a unit. Is omitted.

漏れ磁束Φmはコアを通過する磁束と同位相であり、リアクトル1のコアを通過する磁束は励磁コイル4を流れる励磁電流(交流電流)によって発生するため、コアを流れる磁束と励磁電流は同位相となる。従って、漏れ磁束Φmは励磁電流と同位相であり、図3(A)に示すように漏れ磁束Φmの波形は漏れ磁束Φm50のようになる。また、漏れ磁束Φmの振幅値がプラスの場合とマイナスの場合とでは、リアクトル1のコアを通過する磁束の向きは逆となる。   The leakage flux Φm is in phase with the magnetic flux passing through the core, and the magnetic flux passing through the core of the reactor 1 is generated by the exciting current (alternating current) flowing through the exciting coil 4, so that the magnetic flux flowing through the core and the exciting current are in phase. It becomes. Therefore, the leakage magnetic flux Φm has the same phase as the exciting current, and the waveform of the leakage magnetic flux Φm becomes the leakage magnetic flux Φm50 as shown in FIG. Further, the direction of the magnetic flux passing through the core of the reactor 1 is reversed between the case where the amplitude value of the leakage magnetic flux Φm is positive and the case where it is negative.

一方、圧電素子5に加わる力Fは、リアクトル1のコアを通過する磁束の向き(=漏れ磁束Φmの向き)がどちらであってもギャップ7で発生する磁気吸引力は同様に発生するため、漏れ磁束Φmの振幅がプラス側であってもマイナス側であっても同じ大きさの力Fが発生する。従って、力Fを受けて圧電素子5で発生する出力電圧Ecも力Fと同位相となり、図3(A)に示すように出力電圧Ecの波形は、プラス側に直流バイアスされ、かつ漏れ磁束Φmの波形に対して周期が1/2の出力電圧Ec51のようになる。   On the other hand, the force F applied to the piezoelectric element 5 is the same as the magnetic attraction force generated in the gap 7 regardless of the direction of the magnetic flux passing through the core of the reactor 1 (= direction of the leakage magnetic flux Φm). A force F having the same magnitude is generated regardless of whether the amplitude of the leakage flux Φm is on the plus side or the minus side. Therefore, the output voltage Ec generated by the piezoelectric element 5 in response to the force F has the same phase as the force F, and the waveform of the output voltage Ec is DC biased to the plus side as shown in FIG. The output voltage Ec51 has a period of ½ with respect to the waveform of Φm.

この出力電圧Ecが打消しコイル6に印加されても、発生する打消し磁束Φcが一方向のみの磁束となってしまい、漏れ磁束Φmを十分に打ち消すことができない。そこで、圧電素子5と打消しコイル6との間に、図4に示す調整回路を挿入し、出力電圧Ecの直流バイアスを補正すると共に、周期/位相を調整して打消しコイル6から漏れ磁束Φmを十分に打ち消すことができる打消し磁束Φcを発生させるよう調整を行なう。   Even if this output voltage Ec is applied to the cancellation coil 6, the generated cancellation magnetic flux Φc becomes a magnetic flux in only one direction, and the leakage magnetic flux Φm cannot be canceled sufficiently. Therefore, an adjusting circuit shown in FIG. 4 is inserted between the piezoelectric element 5 and the canceling coil 6 to correct the DC bias of the output voltage Ec and adjust the period / phase to leak the magnetic flux from the canceling coil 6. Adjustment is made to generate a canceling magnetic flux Φc that can sufficiently cancel Φm.

図4に示すように、調整回路は出力電圧Ecの直流分をカットするためのコンデンサ8(容量は任意)と、オペアンプ等で構成される周期変更手段9aと同じくオペアンプ等から構成される位相反転手段9bとからなる調整手段9で構成されている。尚、周期変更手段9a及び位相反転手段9bはいずれも公知の技術であるため、詳細な説明は省略しここではそれぞれの効果のみ記載する。   As shown in FIG. 4, the adjustment circuit includes a capacitor 8 (capacitance is arbitrary) for cutting a direct current component of the output voltage Ec, and a phase inversion composed of an operational amplifier as well as a period changing means 9a composed of an operational amplifier. It is comprised by the adjustment means 9 which consists of a means 9b. Since both the period changing unit 9a and the phase inverting unit 9b are well-known techniques, detailed description thereof is omitted, and only the respective effects are described here.

圧電素子5で発生した出力電圧Ecは、コンデンサ8によって直流バイアスが補正された補正出力電圧Ec1となり、その波形は図3(B)に示すような補正出力電圧Ec1(52)のようになる。次に、この補正出力電圧Ec1は調整手段9の周期変更手段9aにより周期が2倍とされて補正出力電圧Ec2となり、その波形は図3(B)に示すような補正出力電圧Ec2(53)のようになる。   The output voltage Ec generated by the piezoelectric element 5 becomes a corrected output voltage Ec1 whose DC bias is corrected by the capacitor 8, and the waveform thereof becomes a corrected output voltage Ec1 (52) as shown in FIG. Next, this corrected output voltage Ec1 is doubled by the period changing means 9a of the adjusting means 9 to become the corrected output voltage Ec2, and the waveform thereof is corrected output voltage Ec2 (53) as shown in FIG. become that way.

さらに、この補正出力電圧Ec2は調整手段9の位相反転手段9bにより位相が180°反転された補正出力電圧Ec3となり打消しコイル6に印加される。補正出力電圧Ec3により打消しコイル6に流れる電流は、補正出力電圧Ec3より位相が90°遅れた波形となり、この時打消しコイル6から発生する打消し磁束Φcも打消しコイル6を流れる電流と同位相となるため、打消し磁束Φcの波形は図3(B)に示すような打消し磁束Φc54のようになる。   Further, the corrected output voltage Ec2 is applied to the canceling coil 6 as a corrected output voltage Ec3 whose phase is inverted by 180 ° by the phase inverting means 9b of the adjusting means 9. The current flowing through the canceling coil 6 by the corrected output voltage Ec3 has a waveform whose phase is delayed by 90 ° from the corrected output voltage Ec3. At this time, the canceling magnetic flux Φc generated from the canceling coil 6 is also a current flowing through the canceling coil 6. Since the phase is the same, the waveform of the canceling magnetic flux Φc becomes a canceling magnetic flux Φc54 as shown in FIG.

図3(B)に示すように、この打消し磁束Φc54の波形は、漏れ磁束Φm波形50の波形と振幅や周期が同じであり、位相が180°異なった波形となる。従って、漏れ磁束Φmは打消し磁束Φcによって打ち消され、漏れ磁束Φmを大幅に低減することができる。
尚、上述した調整回路に圧電素子5の出力電圧Ecの振幅を調整する振幅調整手段を設けて、打消しコイル6で発生する打消し磁束Φcの大きさを漏れ磁束Φmの大きさと合わせるようにしてもよい。
As shown in FIG. 3B, the waveform of the canceling magnetic flux Φc54 has the same amplitude and period as the waveform of the leakage magnetic flux Φm waveform 50, and has a phase that is 180 ° different. Therefore, the leakage flux Φm is canceled by the cancellation flux Φc, and the leakage flux Φm can be greatly reduced.
The adjustment circuit described above is provided with amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the output voltage Ec of the piezoelectric element 5 so that the magnitude of the canceling magnetic flux Φc generated in the canceling coil 6 matches the magnitude of the leakage magnetic flux Φm. May be.

次に、漏れ磁束Φmを打ち消す打消し磁束Φcを発生させるための打消しコイル6の巻回数を決定する方法について、図1を用いて説明する。尚、以下の説明では、圧電素子5を構成する圧電体として、厚さ30(μm)で、500(N)の力が加わった際の発電効率が100(mW/m)のポリフッ化ビリニデン(PVDF)を使用し、この圧電素子5を励磁電流:10(A)でインダクタンス:3(mH)が得られるリアクトル1に挿入した場合を例に挙げて説明する。尚、以下に説明する方法は、他のリアクトル及びチョークコイルについても同様に適用することができる。 Next, a method of determining the number of turns of the cancellation coil 6 for generating the cancellation magnetic flux Φc that cancels the leakage magnetic flux Φm will be described with reference to FIG. In the following description, the piezoelectric body constituting the piezoelectric element 5 is a polyvinylidene fluoride having a thickness of 30 (μm) and a power generation efficiency of 100 (mW / m 2 ) when a force of 500 (N) is applied. (PVDF) is used, and the case where this piezoelectric element 5 is inserted in the reactor 1 which can obtain inductance: 3 (mH) by exciting current: 10 (A) is mentioned as an example, and is demonstrated. It should be noted that the method described below can be similarly applied to other reactors and choke coils.

図1(A)に示すように、リアクトル1の仕様を、励磁電流I:10(A)、インダクタンスL:3.0(mH)、励磁コイル巻回数N:56(ターン)、ギャップ寸法l1:2.0(mm)、コアを磁束が通過する際の経路である磁路の長さl2:94(mm)、E型コア中脚断面積S:576(mm)、真空の透磁率μ:4π×10−7(H/m)、比透磁率μ:7,000、として、打消しコイル6の巻回数を算出する。 As shown in FIG. 1A, the specifications of the reactor 1 are as follows: exciting current I: 10 (A), inductance L: 3.0 (mH), exciting coil winding number N: 56 (turns), gap dimension 11: 2.0 (mm), magnetic path length l2: 94 (mm), which is a path when magnetic flux passes through the core, E-type core middle leg cross-sectional area S: 576 (mm 2 ), vacuum permeability μ Assuming that 0 : 4π × 10 −7 (H / m) and the relative permeability μ s : 7,000, the number of turns of the canceling coil 6 is calculated.

まず、圧電素子5に加わる力Fを求める。リアクトル1のコアの磁気抵抗Rmは、ギャップ寸法l1、磁路長さl2、E型コア中脚断面積S、真空の透磁率μ0、比透磁率μs、を使用して「数1」式により求めることができる。 First, the force F applied to the piezoelectric element 5 is obtained. The magnetic resistance Rm of the core of the reactor 1 is expressed by “Equation 1” using the gap dimension l1, the magnetic path length l2, the E-shaped core leg cross-sectional area S, the vacuum permeability μ 0 and the relative permeability μ s. It can be obtained by an expression.

磁路を通過する磁束Φは、磁気抵抗Rm、励磁電流I、励磁コイル巻回数Nを使用して「数2」式により求めることができる。   The magnetic flux Φ passing through the magnetic path can be obtained by the formula 2 using the magnetic resistance Rm, the exciting current I, and the exciting coil winding number N.

従って、E型コア2の中脚2aでの磁束密度Bは、磁束ΦとE型コア中脚断面積Sを使用して、また、ギャップ7に加わる力すなわち圧電素子5に加わる力Fは、E型コア2の中脚2aでの磁束密度B、E型コア中脚断面積S、真空の透磁率μ0、を使用して、それぞれ「数3」式により求めることができる。 Accordingly, the magnetic flux density B at the middle leg 2a of the E-type core 2 is obtained by using the magnetic flux Φ and the cross-sectional area S of the E-type core middle leg. Using the magnetic flux density B at the middle leg 2a of the E-type core 2, the cross-sectional area S of the E-type core middle leg, and the magnetic permeability μ 0 of the vacuum, each can be obtained by the “Equation 3”.

「数3」式の圧電素子5に加わる力Fを求める式に上述した仕様(数値)を代入して、実際に圧電素子5に加わる力Fを求めると、「数4」式に示すように圧電素子5に加わる力Fは最大で50(N)と算出される。 By substituting the above-mentioned specification (numerical value) into the formula for obtaining the force F applied to the piezoelectric element 5 of the “Equation 3”, the force F actually applied to the piezoelectric element 5 is obtained as shown in the “Equation 4”. The force F applied to the piezoelectric element 5 is calculated to be 50 (N) at the maximum.

次に、圧電素子5での発電量Wを求める。上述したように、圧電体の厚さが30(μm)でありギャップ7の寸法l1が2.0(mm)であるため、圧電体に取り付ける端子の厚さを考慮し圧電体を60枚積層して圧電素子5が形成されているとして計算する。圧電体1枚の発電効率は上述したように500(N)の力が加わった際に100(mW/m)であるため、単位力当たりの発電効率は0.2(mW/mN)となる。 Next, the power generation amount W at the piezoelectric element 5 is obtained. As described above, since the thickness of the piezoelectric body is 30 (μm) and the dimension l1 of the gap 7 is 2.0 (mm), 60 piezoelectric bodies are stacked in consideration of the thickness of the terminal attached to the piezoelectric body. Thus, the calculation is performed assuming that the piezoelectric element 5 is formed. Since the power generation efficiency of one piezoelectric body is 100 (mW / m 2 ) when a force of 500 (N) is applied as described above, the power generation efficiency per unit force is 0.2 (mW / m 2 N )

圧電素子5は、E型コア2の中脚3a断面積Sと同じ大きさとされているので、圧電体を60枚積層した際の圧電体の総面積は、3.5×10−2(m)となる。従って、単位力当たりの発電効率:0.2(mW/mN)、圧電体の総面積:3.5×10−2(m)、圧電素子5に加わる力F:50(N)を使用して、「数5」式に示すように圧電素子5での発電量Wは0.35(mW)と算出される。 Since the piezoelectric element 5 has the same size as the cross-sectional area S of the middle leg 3a of the E-type core 2, the total area of the piezoelectric bodies when 60 piezoelectric bodies are stacked is 3.5 × 10 −2 (m 2 ). Therefore, power generation efficiency per unit force: 0.2 (mW / m 2 N), total area of the piezoelectric body: 3.5 × 10 −2 (m 2 ), force F applied to the piezoelectric element 5: 50 (N) As shown in “Expression 5”, the power generation amount W at the piezoelectric element 5 is calculated as 0.35 (mW).

次に、打消しコイル6の巻回数nを求める。打消しコイル6で発生する打消し磁束Φcは、打消しコイル6のインダクタンスLcと打消しコイル6に流れる電流Icを使用して「数6」式により求めることができる。   Next, the number of turns n of the cancellation coil 6 is obtained. The canceling magnetic flux Φc generated in the canceling coil 6 can be obtained by the equation (6) using the inductance Lc of the canceling coil 6 and the current Ic flowing through the canceling coil 6.

圧電素子5の出力電圧Ecは、「数7」式に示すように、打消し磁束Φcを時間微分することにより求めることができる。   The output voltage Ec of the piezoelectric element 5 can be obtained by differentiating the canceling magnetic flux Φc with respect to time as shown in “Expression 7”.

打消しコイル6に流れる電流Icは、圧電素子5での発電量Wと圧電素子5の出力電圧Ecを使用して「数8」式により求めることができる。   The current Ic flowing through the canceling coil 6 can be obtained by the equation (8) using the power generation amount W in the piezoelectric element 5 and the output voltage Ec of the piezoelectric element 5.

従って、打消しコイル6で発生する打消し磁束Φcは、「数6」式、「数7」式、「数8」式より、「数9」式で求めることができる。   Therefore, the canceling magnetic flux Φc generated in the canceling coil 6 can be obtained by the “Expression 9” from the “Expression 6”, the “Expression 7”, and the “Expression 8”.

一方、ギャップ7での漏れ磁束Φmは、リアクトル1で発生する磁束Φの1%が漏れるとして実際の値を計算すると、「数10」式に示すように、3×10−4(Wb)となる。 On the other hand, the leakage flux Φm in the gap 7 is calculated as an actual value assuming that 1% of the magnetic flux Φ generated in the reactor 1 leaks, and as shown in the “Equation 10”, 3 × 10 −4 (Wb) Become.

ここで漏れ磁束Φm=打消し磁束Φcとして、「数9」式を変形した「数11」式に実際の数値を代入することによって、漏れ磁束Φmを打消すことができる打消し磁束Φcを発生することができる打消しコイル6のインダクタンスLcを求めることができ、その値は5.25×10−7(H)となる。 Here, the leakage magnetic flux Φc = cancellation magnetic flux Φc that can cancel the leakage magnetic flux Φm is generated by substituting the actual numerical value into the mathematical expression 11 obtained by modifying the mathematical expression 9 as the leakage magnetic flux Φm = cancellation magnetic flux Φc. The inductance Lc of the cancellation coil 6 that can be obtained can be obtained, and the value is 5.25 × 10 −7 (H).

また、打消しコイル6のインダクタンスLcは、真空の透磁率μ0、打消しコイル6の巻回数n、打消しコイル6の断面積S’、打消しコイル6の巻幅l’を使用して「数12」式で求めることができる。 Further, the inductance Lc of the canceling coil 6 uses the vacuum permeability μ 0, the number of turns n of the canceling coil 6, the cross-sectional area S ′ of the canceling coil 6, and the winding width l ′ of the canceling coil 6. It can be obtained by the “Expression 12” equation.

打消しコイル6はE型コア2の中脚2a及びギャップ7の周りに巻回されるので、コイル6の断面積S’=E型コア中脚断面積S、打消しコイル6の巻幅l’=ギャップ寸法l1とし、「数12」式を変形した「数13」式に実際の数値を代入することによって、打消しコイル6の巻回数nを求めることができ、その値は602回となる。   Since the canceling coil 6 is wound around the middle leg 2a and the gap 7 of the E-type core 2, the cross-sectional area S ′ of the coil 6 = the cross-sectional area S of the E-type core middle leg, the winding width l of the canceling coil 6 '= Gap dimension l1 and by substituting an actual numerical value into "Formula 13" obtained by modifying "Formula 12", the number of turns n of the canceling coil 6 can be obtained. Become.

以上説明したように、打消し磁束Φcを発生する打消しコイル6の巻回数が約600回と求められる。次に、この巻回数で実際の打消しコイル6を作成した場合の形状やリアクトル1への設置性について説明する。打消しコイル6に流れる電流Icの実際の値は、「数8」式に数値を代入して求めると、70(μA)となる。   As described above, the number of turns of the canceling coil 6 that generates the canceling magnetic flux Φc is required to be about 600 times. Next, the shape when the actual canceling coil 6 is created with this number of turns and the installation property to the reactor 1 will be described. The actual value of the current Ic flowing through the canceling coil 6 is 70 (μA) when calculated by substituting a numerical value into the “Equation 8”.

このように電流Icの値が非常に小さいので電流Icによる打消しコイル6の発熱や抵抗値変化による影響も小さいため、打消しコイル6の巻線6cは線径の小さい絶縁電線を使用することができる。例えば、巻線6cの線径を0.1(mm)とし巻回数を600回とした場合、図1(C)に示すように、1層当たりの巻回数を75(ターン)として8層巻きにすることによって、打消しコイル6の寸法を、巻幅:7.5(mm)、コイル部6aの厚み:0.8(mm)とすることができ、リアクトル1のギャップ7近傍に設置できる大きさとすることができる。   Thus, since the value of the current Ic is very small, the influence of the heat generation of the canceling coil 6 and the change in resistance value due to the current Ic is small, so that the winding 6c of the canceling coil 6 should use an insulated wire having a small wire diameter. Can do. For example, when the wire diameter of the winding 6c is 0.1 (mm) and the number of turns is 600, as shown in FIG. 1 (C), the number of turns per layer is 75 (turns). Thus, the dimensions of the cancellation coil 6 can be set to a winding width: 7.5 (mm) and a thickness of the coil portion 6a: 0.8 (mm), and can be installed in the vicinity of the gap 7 of the reactor 1. It can be a size.

次に、第2の実施例であるチョークコイルでの漏れ磁束の低減について説明する。尚、漏れ磁束と打消し磁束の位相を合わせる方法や、打消しコイルの巻回数を求める方法については、実施例1で説明した方法と同じであるため詳細な説明を省略し、チョークコイルの構成及び漏れ磁束低減の原理についてのみ説明する。   Next, the reduction of leakage flux in the choke coil according to the second embodiment will be described. The method for matching the phases of the leakage magnetic flux and the canceling magnetic flux and the method for obtaining the number of turns of the canceling coil are the same as those described in the first embodiment, and therefore detailed description thereof is omitted, and the choke coil configuration is omitted. Only the principle of reducing leakage flux will be described.

図5は、第2の実施例であるチョークコイルの構成を示している。図5(A)の要部断面図に示すように、このチョークコイル10は、トロイダルコア11と、巻線12と、圧電素子13と、打消しコイル14とで構成されている。また、図示は省略するが、チョークコイル10を電気機器に取り付けるためのケース、電気機器の制御基板と接続するためのリード線や端子及びリード線を覆う耐熱チューブがそれぞれ設けられている。   FIG. 5 shows the configuration of a choke coil according to the second embodiment. As shown in the cross-sectional view of the main part in FIG. 5A, the choke coil 10 includes a toroidal core 11, a winding 12, a piezoelectric element 13, and a canceling coil 14. Although not shown, a case for attaching the choke coil 10 to an electric device, a lead wire and a terminal for connecting to a control board of the electric device, and a heat-resistant tube covering the lead wire are provided.

トロイダルコア11は鉄基アモルファス等の軟磁性材料で形成されており、ドーナツ状の形状を有している。具体的には、予め定められた透磁率を有し薄い板状に成形された軟磁性材料を巻き取り成形してドーナツ状の形状が形成されており、トロイダルコア11の一部にギャップ15を設け、ギャップ15での磁気抵抗を大きくして磁気飽和が発生しないようにすることで、チョークコイル10の磁気飽和特性を改善している。   The toroidal core 11 is made of a soft magnetic material such as iron-based amorphous and has a donut shape. Specifically, a soft magnetic material having a predetermined magnetic permeability and formed into a thin plate shape is wound up to form a donut shape, and a gap 15 is formed in a part of the toroidal core 11. The magnetic saturation characteristics of the choke coil 10 are improved by providing the magnetic resistance in the gap 15 and preventing magnetic saturation from occurring.

巻線12は、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーであり、トロイダルコア11に所定の回数で巻回されている。この巻線12に励磁電流が流れることで、トロイダルコア11に磁束が発生する。圧電素子13は、第1の実施例で説明した圧電素子5と同様のものであり、図5(A)に示すように、チョークコイル10のギャップ15に挿入できるよう、トロイダルコア10の断面積と同じ大きさとされた圧電体を複数枚重ねて2枚の電極で挟みギャップ15の寸法と略同じ寸法とされている。   The winding 12 is a so-called magnet wire in which a polyester insulating coating is provided on a conductor such as copper, and is wound around the toroidal core 11 a predetermined number of times. A magnetic flux is generated in the toroidal core 11 when an exciting current flows through the winding 12. The piezoelectric element 13 is the same as the piezoelectric element 5 described in the first embodiment, and the cross-sectional area of the toroidal core 10 is inserted into the gap 15 of the choke coil 10 as shown in FIG. A plurality of piezoelectric bodies having the same size as that of the gap 15 are sandwiched between two electrodes and have substantially the same dimensions as the gap 15.

打消しコイル14は、図5(B)の打消しコイル概略図に示すように、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線からなる巻線を所定の回数/形状に巻回してコイル部14aが形成されており、巻線の巻き始め及び巻き終わりの一部を所定の長さでコイル部14aより引き出して、圧電素子13と接続するためのリード線14bが形成されている。図5(A)に示すように、打消しコイル14はギャップ15の近傍に設置されており、より具体的には、トロイダルコア10の一部及び圧電素子13を囲むように設置されている。   As shown in the schematic diagram of the canceling coil in FIG. 5B, the canceling coil 14 is formed by winding a winding made of an insulated wire in which a polyester insulating coating is provided on a conductor such as copper in a predetermined number of times / shape. The coil portion 14a is formed, and a lead wire 14b for connecting a part of the winding start and end of the winding with a predetermined length from the coil portion 14a and connecting to the piezoelectric element 13 is formed. . As shown in FIG. 5A, the canceling coil 14 is installed in the vicinity of the gap 15, and more specifically, is installed so as to surround a part of the toroidal core 10 and the piezoelectric element 13.

次に図5を用いて、第2の実施例におけるギャップ15で発生する漏れ磁束を、圧電素子13及び打消しコイル14の動作により低減する原理について説明する。巻線12に交流電流である励磁電流が流れると、励磁電流の向きによってトロイダルコア11を時計回りあるいは反時計回りで磁束が通過する。この時、図5(C)に矢印で示すように、ギャップ15の外側にはトロイダルコア11を流れる磁束の一部が漏れて漏れ磁束Φm’が発生する。   Next, the principle of reducing the leakage magnetic flux generated in the gap 15 in the second embodiment by the operation of the piezoelectric element 13 and the canceling coil 14 will be described with reference to FIG. When an exciting current that is an alternating current flows through the winding 12, the magnetic flux passes through the toroidal core 11 clockwise or counterclockwise depending on the direction of the exciting current. At this time, as indicated by an arrow in FIG. 5C, a part of the magnetic flux flowing through the toroidal core 11 leaks outside the gap 15 to generate a leakage magnetic flux Φm ′.

一方、ギャップ15ではトロイダルコア11を磁束が通過することにより発生する磁気吸引力(励磁電流の向きによって、ギャップ15近傍のトロイダルコア11の一方がN極、他方がS極となって互いに引き付けあう磁力が発生する)によって、ギャップ15に挿入されている圧電素子13に力F’が加わる。   On the other hand, in the gap 15, the magnetic attraction force generated by the magnetic flux passing through the toroidal core 11 (depending on the direction of the excitation current, one of the toroidal cores 11 in the vicinity of the gap 15 becomes an N pole and the other attracts each other. Force F ′ is applied to the piezoelectric element 13 inserted in the gap 15.

圧電素子13に力F’が加わると、圧電素子13で電圧が発生する。この電圧が圧電素子13に接続されている打消しコイル14に印加され打消しコイル13に電流が流れると、図5(C)に矢印で示すように打消しコイル14からは打消し磁束Φc’が発生する。打消し磁束Φc’の大きさは、打消しコイル6に流れる電流に応じて巻線の巻回数を決定することで漏れ磁束Φm’と同じ大きさに調整することができ、打消し磁束Φc’の漏れ磁束Φm’に対する位相のずれは、図4に示す調整回路を圧電素子13と打消しコイル14との間に挿入し、第1の実施例で説明した方法と同様の方法で調整を行なう。従って、漏れ磁束Φm’は打消し磁束Φc’によって打ち消され、漏れ磁束Φm’を大幅に低減することができる。   When a force F ′ is applied to the piezoelectric element 13, a voltage is generated in the piezoelectric element 13. When this voltage is applied to the canceling coil 14 connected to the piezoelectric element 13 and a current flows through the canceling coil 13, a canceling magnetic flux Φc ′ is generated from the canceling coil 14 as indicated by an arrow in FIG. Will occur. The magnitude of the canceling magnetic flux Φc ′ can be adjusted to the same magnitude as the leakage magnetic flux Φm ′ by determining the number of turns of the winding in accordance with the current flowing through the canceling coil 6. The phase shift with respect to the leakage magnetic flux Φm ′ is adjusted by inserting the adjusting circuit shown in FIG. 4 between the piezoelectric element 13 and the canceling coil 14 and using the same method as described in the first embodiment. . Accordingly, the leakage flux Φm ′ is canceled by the cancellation flux Φc ′, and the leakage flux Φm ′ can be greatly reduced.

以上説明した通り、本発明によれば、励磁コイルに励磁電流が流れた際にギャップで発生し励磁電流の大きさに比例した大きさで発生する磁気吸引力でギャップに挿入された圧電素子に力を加えて発電を行い、発生した電圧を打消しコイルに印加し、打消しコイルに電流を流して打消し磁束を発生させている。このため、励磁コイルの線径や励磁電流の大きさを考慮せず、所定の打消し磁束を発生させることができれば打消しコイル巻線の線径を自由に選択することができるため、打消しコイルを小型化することができ、打消しコイルの設置性が向上すると共に、インダクタの小型化・薄型化を阻害することがない。   As described above, according to the present invention, the piezoelectric element inserted in the gap by the magnetic attraction force generated in the gap when the exciting current flows through the exciting coil and generated in a magnitude proportional to the magnitude of the exciting current. Power is generated by applying force, the generated voltage is applied to the canceling coil, and a current is passed through the canceling coil to generate a canceling magnetic flux. Therefore, the wire diameter of the canceling coil winding can be freely selected if a predetermined canceling magnetic flux can be generated without considering the wire diameter of the exciting coil and the magnitude of the excitation current. The coil can be reduced in size, and the installation property of the canceling coil is improved, and the downsizing / thinning of the inductor is not hindered.

また、ギャップで発生する漏れ磁束を打消しコイルで発生する打消し磁界で打ち消すことによって低減しているため、漏れ磁束が軟磁性材料を通過して発生する渦電流損による発熱を防ぐことができ、インダクタの安全性を高めることができる。   In addition, the leakage magnetic flux generated in the gap is reduced by canceling with the canceling magnetic field generated by the canceling coil, so it is possible to prevent heat generation due to eddy current loss that occurs when the leakage magnetic flux passes through the soft magnetic material. Inductor safety can be increased.

以上説明した実施例では、第1の実施例としてE型コアとI型コアからなるリアクトルについて、第2の実施例ではドーナツ形状のトロイダルコアからなるチョークコイルについて、それぞれ説明したが、これに限るものではなく、リアクトルについては、コア形状がE型コアを2個使用したものやU型あるいはC型コアとI型コアからなるものであってもよい。また、チョークコイルについては、トロイダルコアの形状が正方形や長方形あるいは楕円形であってもよい。   In the above-described embodiment, the reactor including the E-type core and the I-type core is described as the first embodiment, and the choke coil including the toroidal core having a donut shape is described in the second embodiment. Instead of the reactor, the reactor may have a core shape using two E-type cores, a U-type or a C-type core and an I-type core. As for the choke coil, the shape of the toroidal core may be a square, a rectangle or an ellipse.

また、第1の実施例及び第2の実施例では、軟磁性材料を積層もしくは巻回してコアを形成していたが、これに限るものではなく、フェライト等の磁性材料を圧粉成形することによって形成されたコアであってもよい。   In the first and second embodiments, the soft magnetic material is laminated or wound to form the core. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic material such as ferrite is compacted. The core formed by may be used.

また、第1の実施例及び第2の実施例では、打消しコイルをコアのギャップの周りに巻回して設置した場合について説明したが、打消しコイルをギャップ近傍の一部、例えば図5(A)のトロイダルコア11のギャップ右側(トロイダルコア11の外周側)のみに配置して、インダクタの外側等一方向に漏れる磁束のみを打ち消すようにしてもよい。   In the first and second embodiments, the case where the canceling coil is installed around the gap of the core has been described. However, the canceling coil is part of the vicinity of the gap, for example, FIG. It may be arranged only on the gap right side (the outer peripheral side of the toroidal core 11) of the toroidal core 11 of A) so as to cancel only the magnetic flux leaking in one direction such as the outside of the inductor.

1 リアクトル
2 E型コア
2a 中脚
2b 外脚
3 I型コア
4 励磁コイル
5 圧電素子
6 打消しコイル
6a コイル部
6b リード線
6c 巻線
7 ギャップ
8 コンデンサ
9 調整手段
9a 周期変更装置
9b 位相反転装置
10 チョークコイル
11 トロイダルコア
12 巻線
13 圧電素子
14 打消しコイル
14a コイル部
14b リード線
15 ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2 E type core 2a Middle leg 2b Outer leg 3 I type core 4 Exciting coil 5 Piezoelectric element 6 Canceling coil 6a Coil part 6b Lead wire 6c Winding 7 Gap 8 Capacitor 9 Adjustment means 9a Period change device 9b Phase inversion device DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Choke coil 11 Toroidal core 12 Winding 13 Piezoelectric element 14 Counter coil 14a Coil part 14b Lead wire 15 Gap

Claims (2)

磁性材料からなり一部にギャップを有するコアと、同コアに巻装される励磁コイルと、前記ギャップに配置された圧電素子と、同圧電素子に接続されると共に前記ギャップの近傍に配置された打消しコイルとを備え、
前記ギャップで発生する漏れ磁束を、前記打消しコイルで発生させる打消し磁束で打消すことを特徴とするインダクタ。
A core made of a magnetic material and having a gap in part, an exciting coil wound around the core, a piezoelectric element disposed in the gap, and connected to the piezoelectric element and disposed in the vicinity of the gap With a cancellation coil,
An inductor characterized in that leakage magnetic flux generated in the gap is canceled by canceling magnetic flux generated in the canceling coil.
前記圧電素子と前記打消しコイルとの間に、前記打消し磁束を調整するための調整回路を備えたことを特徴とする請求項1記載のインダクタ。   The inductor according to claim 1, further comprising an adjustment circuit for adjusting the cancellation magnetic flux between the piezoelectric element and the cancellation coil.
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