JP2011108981A - リアクトル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リアクトル1は、多角形環状の閉磁路を形成してなるコア3とコア3に巻回してなるコイル2とを有する。コア3は、辺部コア31と角部コア32とにより構成されている。辺部コア31は、磁路に直交する2つの辺と磁路に平行な2つの辺とからなる長方形状を呈している。角部コア32は、磁路に直交する辺と磁路に平行な辺とその両辺が成す直角に相対する斜辺とからなる直角三角形状を呈する2つの三角コア411、412を互いの斜辺を共有するように合わせたコアブロック41からなる。三角コア411、412は、磁路に直交する辺と斜辺とが成す角度をθ1、θ2、透磁率をμ1、μ2(μ1≠μ2)とした場合に、実質的にtanθ1/tanθ2=μ1/μ2の関係を満たす。
【選択図】図1
Description
例えば、図15に示すごとく、四角形環状の閉磁路を形成するコア93では、特に角部の内周側(図中の領域P)において磁束線Mが集中し、磁束密度が高くなって飽和しやすくなるため、直流重畳特性が悪化してしまう。
このリアクトル用磁心は、内周側と外周側との磁気抵抗の差を小さくすることにより、内周側の磁束線の集中を緩和し、直流重畳特性を改善することができるというものである。
すなわち、図17に示すごとく、従来のリアクトル用磁心93では、スリット状のギャップ99の両端近傍、すなわちコア93の角部におけるギャップ99の内側(角部の内周部(領域P))及び外側(角部の外周部(領域L))において磁気抵抗が局所的に均一にならず、この箇所で磁束密度の不均一を生じる。ここで、磁束線Mは、磁束密度の不均一によって褶曲する性質を有する。そのため、磁束線Mがギャップ99を迂回するように形成される。これにより、ギャップ99の内側(領域P)において、やはり磁束線Mが集中し、直流重畳特性が悪化してしまう。また、ギャップ99の内側(領域P)及び外側(領域L)において、磁束線Mが磁路から外れることによる漏れ磁束が増大し、損失の増大を招いてしまう。
したがって、磁気抵抗を均一にするだけでなく、局所的な磁束密度の不均一をなくし、漏れ磁束の低減と直流重畳特性の向上とを両立させることができるコア(磁心)及びそれを用いたリアクトルが望まれていた。
上記コアは、上記閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する3つ以上の辺部コアと、辺部と辺部との間を連結する角部を構成する3つ以上の角部コアとにより構成されており、
上記辺部コアは、磁路に直交する2つの辺と磁路に平行な2つの辺とからなる正方形状又は長方形状を呈しており、
上記角部コアは、磁路に直交する辺と磁路に平行な辺とその両辺が成す直角に相対する斜辺とからなる直角三角形状を呈する2つの三角コアを互いの斜辺を共有するように合わせてなるコアブロックを1又は複数有しており、
該コアブロックにおける上記2つの三角コアは、互いに異なる透磁率を有しており、
該2つの三角コアのそれぞれについて、磁路に直交する辺と斜辺とが成す角度をθ1、θ2、透磁率をμ1、μ2とした場合に、実質的にtanθ1/tanθ2=μ1/μ2(式(1))の関係を満たすことを特徴とするリアクトルにある(請求項1)。
以下、この理由を次に示す例を用いて説明する。
一般的に、互いに透磁率の異なる材料同士の境界面において、磁束線がその境界面に対して斜め方向(垂直方向とは異なる方向)に入射すると、その磁束線が屈折することが知られている。
このとき、屈折角をθBとすると、マックスウェル方程式に基づいて導かれる磁束線の屈折の原理から、tanθA/tanθB=μ1/μ2の式が成り立つ。
よって、上記のtanθA/tanθB=μ1/μ2の式の角度θAをθ1に、角度θBをθ2に置き換えることにより、上記式(1)が得られる。
ここで、微小断面S1、S2の面積ΔS1、ΔS2の比は、磁束線Mに沿って互いに投影される関係にあるため、幅W1、W2の比と等しい。したがって、W1/W2=ΔS1/ΔS2の関係が成り立つ。
R3=(h/W1)・R1+(1−h/W1)・R2 (h/W1:0〜1)・・・式(2)
R1=W1・tanθ1/(ΔS1・μ1) ・・・式(3)
R2=W2・tanθ2/(ΔS2・μ2) ・・・式(4)
上述のごとく、tanθ1/tanθ2=μ1/μ2(式(1))、W1/W2=ΔS1/ΔS2が成り立つことから、式(3)と式(4)との関係は、R1=R2となる。
さらに、このR1=R2の関係を上記式(2)に代入することにより、R3=R1=R2であることが導き出される。すなわち、磁束線Mが角部コア32(三角コア411及び三角コア412)を通過する際に受ける磁気抵抗R3は、距離hに依存せず、内周側及び外周側にかかわらずどの経路で通過する場合でも同じ値となる。
よって、コア3を構成する各辺部コア31及び各角部コア32のそれぞれにおいて、磁束線Mが通過する際に受ける磁気抵抗は、距離hに依存せず、均一である。これにより、コア3を構成する各辺部コア31及び各角部コア32の内部のそれぞれにおいて、磁束密度が偏りなく均一になる。
また、上記コアを構成する各コア(辺部コア、角部コア)の内部において磁束密度を偏りなく均一にすることができることから、局所的な磁束密度の不均一によって生じる直流重畳特性の悪化を抑制することができる。
よって、漏れ磁束の低減と直流重畳特性の向上とを両立させることができる。
ここで、「実質的にtanθ1/tanθ2=μ1/μ2の関係を満たす」とは、厳密にtanθ1/tanθ2=μ1/μ2が成立する場合のみならず、上述した本発明の効果を得ることができる許容範囲を含んでいることを意味している。例えば、製造において上記の各コアをつなぎ合わせる際に生じた隙間や傾斜等に起因する誤差を含んでいる。
以下、その理由について説明する。
0.9≦R1/R2≦1.1 ・・・式(5)
ここで、「μ1/μ2」の値の誤差をαとすると、誤差を含んだ場合の上記式(1)は、次の式(6)で表される。
tanθ1/tanθ2=(1+α)μ1/μ2 ・・・式(6)
0.9≦1+α≦1.1 ・・・式(7)
よって、上記式(7)より、「μ1/μ2」の値の誤差「α」が10%以内(±0.1)となる。
以上により、「μ1/μ2」の値の10%前後の誤差範囲、すなわちtanθ1/tanθ2=0.9μ1/μ2〜1.1μ1/μ2であれば、磁束密度の不均一を10%前後の誤差範囲にすることができ、上述した本発明の効果を十分に得ることができる。
また、上記コイルは、上記コアによって形成される磁路を中心軸とする周方向に(磁路に略直交する方向に)巻回されていることが好ましい。これは、上記コアによって形成される磁路に対して平行な方向に磁束線を形成することができるからである。
この場合には、上記コアを構成する各コア(辺部コア、角部コア)の内部において磁束密度をより均一にすることができる。また、漏れ磁束の低減という本発明の効果をより一層発揮することができる。
この場合にも、上記コアを構成する各コア(辺部コア、角部コア)の内部において磁束密度をより均一にすることができる。また、漏れ磁束の低減という本発明の効果をより一層発揮することができる。
この場合には、上記コアを構成する上で必要な材料の数や部材の数を少なくすることが可能となり、製造が容易となる(後述する実施例2、4、5等参照)。
この場合にも、上記コアを構成する上で必要な材料の数や部材の数を少なくすることが可能となり、製造が容易になる(後述する実施例3〜5等参照)。
この場合には、上記ギャップの幅やその数を調整することにより、磁束密度の調整を行うことが可能となる。そのため、上記コアを構成する材料の選定における自由度を高めることができる。また、磁束密度の調整により、小型かつエネルギー容量が大きなリアクトルを設計することが可能となる(後述する実施例6参照)。
この場合には、上記リアクトルの通電により発生する磁束とは反対方向に磁気バイアスをかけることができる。そのため、上記コアにおける磁気飽和を抑制することができ、該コアにおける損失を低減することができる(後述する実施例7参照)。
この場合には、ギャップ又は永久磁石が上記コイルを巻回しない部分にあるため、ギャップ又は永久磁石において漏れ磁束が上記コイルに渦電流を誘導することによって生じる渦電流損失を低減することができる(後述する実施例8、9参照)。
この場合には、上記連結部にのみ上記コイルを巻回することにより、その他の部分に上記コイルを巻回する必要がなくなるため、上記コアに巻回する上記コイルによって体格が増大するという問題を防ぐことができる(後述する実施例10参照)。
本発明の実施例にかかるリアクトルについて、図を用いて説明する。
本例のリアクトル1は、図1〜図3に示すごとく、多角形環状の閉磁路を形成してなるコア3とコア3に巻回してなるコイル2とを有する。
コア3は、閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する6つの辺部コア31と、辺部と辺部との間を連結する角部を構成する6つの角部コア32とにより構成されている。
角部コア32は、磁路に直交する辺411a、412aと磁路に平行な辺411b、412bとその両辺が成す直角に相対する斜辺411c、412cとからなる直角三角形状を呈する2つの三角コア411、412を互いの斜辺411c、412cを共有するように合わせてなるコアブロック41を1つ有している。
なお、図1〜図3は、すべて閉磁路に直交する方向から見た平面図あるいは断面図である。後述する図4〜図14も同様である。
以下、これを詳説する。
コア3は、閉磁路に直交する方向の高さが一定となっており、閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する6つの辺部コア31と角部を構成する6つの角部コア32とにより構成されている。
第1辺部コア311及び第2辺部コア312は、閉磁路に平行な断面において、それぞれ磁路に直交する2つの辺311a、312a(図3)と磁路に平行な2つの辺311b、312b(図3)とからなる長方形状を呈している。
また、第1辺部コア311には、その第1辺部コア311によって形成された磁路を中心軸として周方向に(磁路に略直交する方向に)コイル2が巻回されている。
図3に示すごとく、コアブロック41は、閉磁路に平行な断面において、磁路に直交する辺411a、412aと磁路に平行な辺411b、412bとその両辺が成す直角に相対する斜辺411c、412cとからなる直角三角形状を呈する2つの三角コア411、412により構成されている。2つの三角コア411、412は、互いの斜辺411c、412cを共有するように配置されている。
本例では、三角コア411、412は、それぞれ比透磁率μ1=10の磁性粉末混合樹脂、比透磁率μ2=100の磁性粉末混合樹脂を用いて均質に構成されている。
また、その許容範囲としては、例えば、「μ1/μ2」の値の10%前後の誤差範囲、すなわちtanθ1/tanθ2=0.9μ1/μ2〜1.1μ1/μ2であれば、上述したように、磁束密度の不均一を10%前後の誤差範囲にすることができ、後述する本例の効果を十分に得ることができる。
本例のリアクトル1は、上述したような構成とすることにより、コイル2への通電により発生する磁束線Mをコア3の内周側・外周側にかかわらず磁路に対して平行な方向に形成することができると共に、コア3を構成する各コア(辺部コア31、角部コア32)の内部において偏りなく均一にすることができる。
以下、この理由を説明する。
そのため、図3に示すごとく、第1辺部コア311において磁路に平行な方向に形成された磁束線Mが第1辺部コア311から角部コア32に向かって入射した場合、磁束線Mは、第1辺部コア311と三角コア411との境界面(311a、411a)に対して垂直方向に入射することになるため、屈折しない。
このとき、屈折角をθBとすると、マックスウェル方程式に基づいて導かれる磁束線の屈折の原理から、tanθA/tanθB=μ1/μ2の式が成り立つ。
よって、上記のtanθA/tanθB=μ1/μ2の式の角度θAをθ1に、角度θBをθ2に置き換えることにより、上記式(1)が得られる。
ここで、微小断面S1、S2の面積ΔS1、ΔS2の比は、磁束線Mに沿って互いに投影される関係にあるため、幅W1、W2の比と等しい。したがって、W1/W2=ΔS1/ΔS2の関係が成り立つ。
R3=(h/W1)・R1+(1−h/W1)・R2 (h/W1:0〜1)・・・式(2)
R1=W1・tanθ1/(ΔS1・μ1) ・・・式(3)
R2=W2・tanθ2/(ΔS2・μ2) ・・・式(4)
上述のごとく、tanθ1/tanθ2=μ1/μ2(式(1))、W1/W2=ΔS1/ΔS2が成り立つことから、式(3)と式(4)との関係は、R1=R2となる。
さらに、このR1=R2の関係を上記式(2)に代入することにより、R3=R1=R2であることが導き出される。すなわち、磁束線Mが角部コア32(三角コア411及び三角コア412)を通過する際に受ける磁気抵抗R3は、距離hに依存せず、内周側及び外周側にかかわらずどの経路で通過する場合でも同じ値となる。
よって、コア3を構成する各辺部コア31及び各角部コア32のそれぞれにおいて、磁束線Mが通過する際に受ける磁気抵抗は、距離hに依存せず、均一である。これにより、コア3を構成する各辺部コア31及び各角部コア32の内部のそれぞれにおいて、磁束密度が偏りなく均一になる。
また、コア3を構成する各コア(辺部コア31、角部コア32)の内部において磁束密度を偏りなく均一にすることができることから、局所的な磁束密度の不均一によって生じる直流重畳特性の悪化を抑制することができる。
よって、漏れ磁束の低減と直流重畳特性の向上とを両立させることができる。
本例は、図4に示すごとく、実施例1のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3において、角部コア32のコアブロック41における2つの三角コア411、412のうち、辺部コア31に隣接する三角コア411、412は、その隣接する辺部コア31と同じ材料よりなる。
その他は、実施例1と同様の構成である。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図5、図6に示すごとく、コア3の形状及び角部コア32の構成を変更した例である。
本例では、図5に示すごとく、コア3は、外周が四角形、内周が八角形である環状の閉磁路を形成してなる。また、コア3は、閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する4つの辺部コア31と角部を構成する4つの角部コア32とにより構成されている。
また、コアブロック41の三角コア411とコアブロック42の三角コア421とは、同じ材料により構成されている。また、両者は、互いに隣接して配置されているため、一体的に構成されている。また、コアブロック41の三角コア412とコアブロック42の三角コア422とは、同じ材料により構成されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
すなわち、リアクトル1は、上述したような構成を有することにより、図6に示すごとく、コイル2への通電により発生する磁束線Mをコア3の内周側・外周側にかかわらず磁路に対して平行な方向に形成することができると共に、コア3を構成する各コア(辺部コア31、角部コア32)の内部において磁束密度を偏りなく均一にすることができる。
これにより、磁気抵抗を均一にすると共に局所的な磁束密度の不均一をなくし、漏れ磁束の低減と直流重畳特性の向上とを両立させることができるリアクトル1を得ることができる。
本例は、図7に示すごとく、実施例3のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3において、角部コア32のコアブロック41における2つの三角コア411、412及びコアブロック42における2つの三角コア421、422のうち、辺部コア31に隣接する三角コア412、422は、その隣接する辺部コア31と同じ材料よりなる。
その他は、実施例3と同様の構成である。
その他は、実施例3と同様の作用効果を有する。
本例は、図8、図9に示すごとく、コア3の形状及び角部コア32の構成を変更した例である。
本例では、図8に示すごとく、コア3は、外周が八角形、内周が四角形である環状の閉磁路を形成してなる。また、コア3は、閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する4つの辺部コア31と角部を構成する4つの角部コア32とにより構成されている。
また、図9に示すごとく、コアブロック41、42の基本的な構成は、実施例3、4と同様である。
その他は、実施例1と同様の構成である。
すなわち、リアクトル1は、上述したような構成を有することにより、図9に示すごとく、コイル2への通電により発生する磁束線Mをコア3の内周側・外周側にかかわらず磁路に対して平行な方向に形成することができると共に、コア3を構成する各コア(辺部コア31、角部コア32)の内部において磁束密度を偏りなく均一にすることができる。
これにより、磁気抵抗を均一にすると共に局所的な磁束密度の不均一をなくし、漏れ磁束の低減と直流重畳特性の向上とを両立させることができるリアクトル1を得ることができる。
本例は、図10に示すごとく、実施例1のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3における辺部コア31には、磁路方向に所定の幅を有するギャップ51が複数箇所設けられている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図11に示すごとく、実施例1のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3における辺部コア31には、磁路方向に所定の幅を有する永久磁石52が複数箇所設けられている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図12に示すごとく、実施例5のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3における角部コア32は、2つのコアブロック41、42により構成されている。また、2つのコアブロック41、42の間には、磁路方向に所定の幅を有するギャップ51が設けられている。すなわち、ギャップ51をコア3においてコイル2を巻回しない部分に設けている。
その他は、実施例5と同様の構成である。
その他は、実施例5と同様の作用効果を有する。
本例は、図13に示すごとく、実施例4のリアクトル1について、コア3の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、コア3における角部コア32は、2つのコアブロック41、42により構成されている。また、2つのコアブロック41、42の間には、磁路方向に所定の幅を有する永久磁石52が設けられている。すなわち、永久磁石52をコア3においてコイル2を巻回しない部分に設けている。
その他は、実施例4と同様の構成である。
また、これに加え、コイル2によって誘導されて永久磁石52にかかる逆方向の磁束密度は、辺部コア31に永久磁石を設ける場合に比べて小さいため、永久磁石52が減磁し難いという効果も得られる。
その他は、実施例4と同様の作用効果を有する。
本例は、図14に示すごとく、コア3の形状及び構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、リアクトル1は、2つのコア3を連結させて構成された連結リアクトル11である。なお、コア3の構成は、実施例4と同様である。
連結リアクトル11は、隣接するコア3において、辺部コア31同士を連結してなる連結部111を有しており、連結部111にのみコイル(図示略)を巻回してなる。
その他は、実施例1と同様の構成である。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
2 コイル
3 コア
31 辺部コア
32 角部コア
41 コアブロック
411、412 三角コア
Claims (7)
- 多角形環状の閉磁路を形成してなるコアと該コアに巻回してなるコイルとを有するリアクトルにおいて、
上記コアは、上記閉磁路に平行な断面において、辺部を構成する3つ以上の辺部コアと、辺部と辺部との間を連結する角部を構成する3つ以上の角部コアとにより構成されており、
上記辺部コアは、磁路に直交する2つの辺と磁路に平行な2つの辺とからなる正方形状又は長方形状を呈しており、
上記角部コアは、磁路に直交する辺と磁路に平行な辺とその両辺が成す直角に相対する斜辺とからなる直角三角形状を呈する2つの三角コアを互いの斜辺を共有するように合わせてなるコアブロックを1又は複数有しており、
該コアブロックにおける上記2つの三角コアは、互いに異なる透磁率を有しており、
該2つの三角コアのそれぞれについて、磁路に直交する辺と斜辺とが成す角度をθ1、θ2、透磁率をμ1、μ2とした場合に、実質的にtanθ1/tanθ2=μ1/μ2の関係を満たすことを特徴とするリアクトル。 - 請求項1において、上記コアは、上記閉磁路に直交する方向の高さが一定であることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1又は2において、上記コアブロックにおける上記2つの三角コアのうち、上記辺部コアに隣接する三角コアは、その隣接する上記辺部コアと同じ材料よりなることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、上記角部コアは、上記コアブロックを複数有しており、該複数のコアブロックにおける上記三角コアのうち、磁路に直交する辺を共有して隣接する三角コア同士は、同じ材料よりなることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1〜4のいずれか1項において、上記コアには、磁路方向に所定の幅を有するギャップが1又は複数箇所設けられていることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1〜5のいずれか1項において、上記コアには、磁路方向に所定の幅を有する永久磁石が1又は複数設けられていることを特徴とするリアクトル。
- 請求項1〜6のいずれか1項において、上記リアクトルは、複数の上記コアを連結させて構成された連結リアクトルであり、該連結リアクトルは、隣接する上記コアにおいて、上記辺部コア同士を連結してなる連結部を有しており、該連結部にのみ上記コイルを巻回してなることを特徴とするリアクトル。
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