JP2011124367A

JP2011124367A - リアクトル

Info

Publication number: JP2011124367A
Application number: JP2009280362A
Authority: JP
Inventors: Takeji Yoda; 武治依田; Kiyotaka Miki; 清貴三木; Eiichi Motoyoshi; 英一本吉; Hirohisa Toya; 浩久戸谷
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】リアクトル特性の向上を図りながら、小型軽量化を図ることができるリアクトルを提供する。
【解決手段】リアクトル１０は、中央に設けられてコイル１２内に配置される円柱状の内側突起１４と、該内側突起の両側に設けられてコイル外に配置される一対の外側突起１５とを有する一対のＥ型コア部材１１を、前記各突起の先端面同士を突き合わせて形成したもので、前記内側突起の内部にギャップ（内部ギャップＧｉ）となる空間を形成している。さらに、前記外側突起の先端面同士の間には、ギャップ（サイドギャップＧｓ）となる空隙を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される電力変換装置に用いられるリアクトルに関する。

従来から、リアクトルの特性を改善するため、ギャップを挿入して磁性体内部への磁気抵抗を確保することが行われており、さらに、鉄損の抑制や漏れ磁束の低減、組立性の向上などを図るため、ギャップの位置や構造として種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜６参照。）。

特開平９−２０５０２２号公報特開２００６−３５１９２０号公報特開２００７−１６５３４６号公報特開２００９−３２９２２号公報特開２００３−３０９０２５号公報特開２００４−４７９１０号公報

しかしながら、太陽光発電、ハイブリッド自動車や電気自動車等の昇圧用回路におけるリアクトルでは、より小型化、軽量化を図りながら、特性向上、損失抑制を図ることが望まれている。

そこで本発明は、リアクトル特性の向上を図りながら、小型軽量化を図ることができるリアクトルを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のリアクトルは、周囲にコイルを巻回されるコア部材の内部に、閉塞された空間からなるギャップを設けたことを特徴とするものであって、特に、中央に設けられてコイル内に配置される円柱状の内側突起と、該内側突起の両側に設けられてコイル外に配置される外側突起とを有する一対のＥ型コア部材を、前記各突起の先端面同士を突き合わせて形成したリアクトルにおいて、前記内側突起の内部にギャップとなる閉塞空間を形成したことを特徴としている。

さらに、本発明のリアクトルでは、前記外側突起の先端面同士の間にギャップとなる空隙を設けたことを特徴としている。また、前記コイルは、表面に絶縁被膜を有する平角銅線を縦巻きした複数巻きコイルであって、該複数巻きコイルにおけるコイル間に放熱部が設けられていること、さらに、前記放熱部に熱伝導性を有する樹脂が注入されていることを特徴としている。また、前記リアクトルが硬化させたゲル状磁性体内に封入されていることを特徴としている。さらに、本発明はこのようなリアクトルを使用したインバータ装置も含むものである。

本発明のリアクトルによれば、コア部材の内部、特にＥ型コア部材における内側突起の内部に閉塞された空間からなるギャップを設けたので、磁気抵抗を確保しながら鉄損を小さくすることができるとともに、温度上昇も抑えることができる。また、外側突起の先端面同士の間にギャップを設けることにより、インダクタンス値の低下を抑えることができる。さらに、前記コイルとして平角銅線を縦巻きした複数巻きコイルを使用し、この複数巻きコイルにおけるコイル間に放熱部を設けることにより、放熱効果を向上させることができ、前記放熱部に熱伝導性を有する樹脂を封入することにより、放熱効果を更に向上させることができる。また、コイルは単一では横幅を伸ばすのに限界があるが、複数巻きにすることによって同一の厚みで大きい横幅（スケア数）を得ることが可能となり、しかも、コイルを標準化することができる。さらに、巻線後のリアクトルにゲル状磁性体を注入してゲル状磁性体を硬化させ、硬化させたゲル状磁性体内に封入することによって磁性体の断面積を向上させることができ、磁性体のゲル化に際して熱伝導性が良好な樹脂を用いることにより、リアクトルの放熱性を向上させることができる。そして、このようなリアクトルを使用したインバータ装置は、小型軽量化や発熱抑制などを図ることができる。

本発明のリアクトルの一形態例を示す分解斜視図である。同じく斜視図である。同じく平面図である。図三のIV−IV断面図である。直流重畳特性を示す図である。インダクタンス特性を示す図である。

本形態例に示すリアクトル１０は、一対のＥ型コア部材１１，１１と、該コア部材１１，１１内に配置されるコイル１２とで形成されている。Ｅ型コア部材１１は、偏平直方体形状のベース部１３の中央から突設した内側突起１４と、該内側突起１４の両側で、ベース部１３の短辺側からそれぞれ突設した一対の外側突起１５，１５とを有するもので、内側突起１４の外周面は、ベース部１３の短辺寸法より小さく、コイル１２の内径より僅かに小さな内径に形成されており、外側突起１５の対向面は、コイル１２の外径より僅かに大きな内径の円弧面に形成されている。

さらに、ベース部１３の長辺部分は、中央の内側突起１４の外周面に向かって徐々に幅狭となる斜面１３ａとなっている。そして、内側突起１４の先端面には、内側突起１４の外周面と同心円を描く小径の円形凹部１６がそれぞれ形成されており、外側突起１５，１５のベース部１３からの突出寸法は、内側突起１４の突出寸法より小さく形成されている。このようなＥ型コア部材１１は、鉄粉などの金属磁性粉末に樹脂コンパウンドを混合して圧縮成形する圧粉成形法などによって一体成形することができる。

一方、前記コイル１２は、同心円上に配置される内側コイル１２ａと外側コイル１２ｂとを有する複数巻きコイルであって、内側コイル１２ａ及び外側コイル１２ｂは、表面に絶縁被膜を有する平角銅線を同一巻数で縦巻き（エッジワイズ巻き）したものがそれぞれ用いられている。内側コイル１２ａ及び外側コイル１２ｂの高さは、内側突起１４の突出寸法の２倍に設定されている。さらに、内側コイル１２ａの外径は、外側コイル１２ｂの内径より小さく形成し、内側コイル１２ａの外周面と外側コイル１２ｂの内周面との間に寸法差による空隙を形成することにより、内外のコイル間に放熱部１７を設けるようにしている。なお、コイル１２には、内側コイル１２ａ及び外側コイル１２ｂからなる二重巻コイル以外に、コイルを三重巻きや四重巻とした複数巻きコイルを用いることができ、三重巻き以上の複数巻きコイルの場合は、内外のコイル間に放熱部となる空隙をそれぞれ設けることが好ましい。

リアクトル１０は、あらかじめ所定形状に形成した一対のＥ型コア部材１１，１１の内側突起１４の一方に、所定形状に巻回した前記コイル１２を装着した状態で内側突起１４の先端面同士を突き合わせて接合することにより形成される。突き合わされた内側突起１４の先端面同士の内側には、前記円形凹部１６がそれぞれ形成されていることから、内側突起１４の突き合わせ部分には、内側突起１４の外周部分が接続し、内部にギャップ（内部ギャップ）Ｇｉとなる閉塞空間が形成された状態となる。

このようにしてリアクトル１０の内側突起１４の内部に、閉塞された内部ギャップＧｉを形成することにより、磁気抵抗を確保しながら鉄損を小さくすることができるとともに、内側突起１４の周辺に位置するコイル１２への漏れ磁束を小さくすることができるので、コイル１２の発熱を抑制することができる。

また、コイル１２を内側コイル１２ａと外側コイル１２ｂとを有する複数巻きコイルを用いるとともに、内側コイル１２ａの外周面と外側コイル１２ｂの内周面との間のコイル間に放熱部１７を設けたことにより、この放熱部１７を空気が流れることによってコイル１２の温度上昇を効果的に抑制することができる。特に、ベース部１３の長辺中央部分を幅狭として放熱部１７を露出させていることにより、放熱効果を更に向上させることができる。

さらに、外側突起１５の突出寸法を小さく形成したことにより、リアクトル１０において対向する外側突起１５の先端面同士の間にギャップ（サイドギャップ）Ｇｓとなる空隙が形成されるため、インダクタンス値の低下を抑えて安定化させることができる。

すなわち、内側突起１４の内部に内部ギャップＧｉを形成するとともに、外側突起１５の先端面同士の間にサイドギャップＧｓを形成し、コイル１２に放熱部１７を設けることにより、巻線を増加させずに、小型、低損失で、インダクタンス値が安定し、直流重畳特性にも優れたリアクトル１０を得ることができる。また、内側突起１４の先端面同士を当接させて突き合わせ、外側突起１５の先端面同士は離間した状態になるので、各突起１４，１５，１５の３箇所の先端面同士を当接する場合に比べてＥ型コア部材１１の製作精度を緩和させることができる。

したがって、このようなリアクトル１０をインバータ装置に使用することにより、インバータ装置の小型軽量化や発熱の抑制を図ることができ、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するインバータ装置として最適なものとなる。

例えば、外側にギャップを設けずに中央にギャップを挿入した従来のリアクトル（Ａ）と、中央にギャップを挿入するとともに両側にもギャップを挿入した従来のリアクトル（Ｂ）と、中央に前記内部ギャップＧｉを設けるとともに両側にもギャップＧｓを挿入した本形態例に示すリアクトル（Ｃ）とにおける直流重畳特性及びインダクタンス特性を比較すると、図５に示す直流重畳特性では、常用域（動作点：１５０ＡＤＣ付近）におけるインダクタンス値を電流値の変化に対して適度な傾斜状態とすることができ、インダクタンス依存率の向上や損失の低減を図ることができる。また、図６に示すギャップの大きさとインダクタンス値との関係では、ギャップの大きさに対するインダクタンス値の変化が小さくなり、ギャップの製作誤差に対するインダクタンス値の変化率を抑えることができるので、量産時における個々のリアクトルの特性誤差を小さくすることができ、品質の安定した製品を量産することができる。

また、リアクトル１０に熱伝導性を有する樹脂を注入し、この樹脂が前記放熱部１７に注入されることにより、コイル１２の放熱性を更に向上させることができ、コイル１２の発熱を効果的に抑制することができる。さらに、リアクトル１０にゲル状磁性体を挿入し、ゲル状磁性体を硬化させることにより、磁性体の断面積を向上させることができ、リアクトル特性の向上が図れる。

なお、本発明は、前記形態例に示すＥ型コア部材を用いたリアクトルに限らず、例えばＵ型コア部材を用いたリアクトルにも適用可能であり、周囲にコイルを巻回されるコア部材の内部に閉塞空間からなるギャップを設けることにより、磁気抵抗を確保しながら鉄損を小さくし、温度上昇も抑えることができる。

１０…リアクトル、１１…Ｅ型コア部材、１２…コイル、１２ａ…内側コイル、１２ｂ…外側コイル、１３…ベース部、１３ａ…斜面、１４…内側突起、１５…外側突起、１６…円形凹部、１７…放熱部、Ｇｉ…内部ギャップ、Ｇｓ…サイドギャップ

Claims

周囲にコイルを巻回されるコア部材の内部に、閉塞された空間からなるギャップを設けたことを特徴とするリアクトル。
中央に設けられてコイル内に配置される円柱状の内側突起と、該内側突起の両側に設けられてコイル外に配置される外側突起とを有する一対のＥ型コア部材を、前記各突起の先端面同士を突き合わせて形成したリアクトルにおいて、前記内側突起の内部にギャップとなる閉塞空間を形成したことを特徴とするリアクトル。
前記外側突起の先端面同士の間にギャップとなる空隙を設けたことを特徴とする請求項２記載のリアクトル。
前記コイルは、表面に絶縁被膜を有する平角銅線を縦巻きした複数巻きコイルであって、該複数巻きコイルにおけるコイル間に放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のリアクトル。
前記放熱部に熱伝導性を有する樹脂が注入されていることを特徴とする請求項４記載のリアクトル。
硬化させたゲル状磁性体内に封入されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のリアクトル。
請求項１乃至６のいずれか１項記載のリアクトルを使用したことを特徴とするインバータ装置。