JP2012094924A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、ハイブリッド車や燃料電池車のような電気自動車に搭載されるリアクトル及びリアクトル用スペーサに関する。 The present invention relates to a reactor and a reactor spacer mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a fuel cell vehicle.
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ており、リアクトルはこの昇圧コンバータの主要部品である。 In recent years, automobiles that run by driving a motor with a DC power source such as a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle have been developed due to environmental problems. These automobiles are equipped with a boost converter that boosts the voltage of a battery that is a DC power supply, and a reactor is a main component of the boost converter.
上記リアクトルは、特許文献1に記載されているように、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形成されている。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形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。上記各コアブロック間には、上記磁気回路のインダクタンスを調整するためにギャップが設けられており、このギャップに非磁性体から形成されたスペーサが介挿されている。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。 As described in Patent Document 1, the reactor includes an annular core and a coil wound around a predetermined portion of the core. In a vehicle-mounted reactor, a pair of parallel I-shaped parts are formed by assembling two or more core blocks, respectively, due to restrictions on mounting space and manufacturing method, and substantially U-shaped at both ends of these I-shaped parts In many cases, a substantially oval annular core formed by connecting core blocks is employed. A gap is provided between the core blocks in order to adjust the inductance of the magnetic circuit, and a spacer made of a nonmagnetic material is inserted in the gap. By passing a current through the coil, an annular magnetic circuit is formed in the core.
上記スペーサは、非磁性材料から形成されているため、ギャップの周縁部から漏れ磁束が生じやすい。漏れ磁束が生じるとコイルやコアブロックに渦電流が発生して損失が増加し、リアクトルのエネルギ変換効率が低下する。また、上記漏れ磁束によって、コア内部の磁束密度に偏在が生じ、上記コアの振動や騒音が誘起される。 Since the spacer is made of a nonmagnetic material, leakage magnetic flux is likely to be generated from the peripheral edge of the gap. When the leakage magnetic flux is generated, eddy current is generated in the coil and the core block, the loss is increased, and the energy conversion efficiency of the reactor is lowered. Moreover, the magnetic flux density in the core is unevenly distributed due to the leakage magnetic flux, and the vibration and noise of the core are induced.
図6に、従来のスペーサSを、コアブロックC,Cの間に設けられるギャップGに介挿した場合の漏れ磁束の状態を模式的に示す。この図に示すように、ギャップGの周縁部においては、略円弧を描くようにして磁束LFがコアC,Cの縁部から漏れ出ているのが判る。また、スペーサないしこの近傍のコア内部において磁束密度の偏在が生じているのが判る。 FIG. 6 schematically shows the state of leakage magnetic flux when a conventional spacer S is inserted in a gap G provided between the core blocks C and C. As shown in this figure, at the peripheral edge of the gap G, it can be seen that the magnetic flux LF leaks from the edges of the cores C and C so as to draw a substantially circular arc. It can also be seen that the magnetic flux density is unevenly distributed in the spacer or in the vicinity of the core.
一方、上記ギャップは、上記リアクトルのインダクタンスを調整するために設けられるものであり、所要の性能を得るためにはコア全長に対して所定の長さのギャップを設けなければならない。 On the other hand, the gap is provided to adjust the inductance of the reactor. In order to obtain a required performance, a gap having a predetermined length must be provided with respect to the entire length of the core.
本願発明は、上記ギャップ周縁部において生じる漏れ磁束を減少させることにより、損失を減少させるとともに磁束密度の偏在を緩和して、エネルギ変換効率を向上させることのできるスペーサを用いたリアクトルを提供するものである。 The present invention provides a reactor using a spacer that can reduce energy loss by reducing the leakage magnetic flux generated in the peripheral edge of the gap and improve the energy conversion efficiency by mitigating the uneven distribution of magnetic flux density. It is.
請求項1に記載した発明は、略U字状コアブロックと、2以上の矩形状コアブロックを組み付けることにより構成された一対のI字部とを備え、上記一対のI字部の両端部に、上記略U字状コアブロックを接続することにより環状コアが形成されるとともに、上記環状コアの外周にコイルを設けて構成される、リアクトルであって、非磁性材料からなる基材中に、粉状磁性材料を分散して構成されたスペーサを、少なくとも上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿して構成したものである。 The invention described in claim 1 includes a substantially U-shaped core block and a pair of I-shaped parts configured by assembling two or more rectangular core blocks, and at both ends of the pair of I-shaped parts. An annular core is formed by connecting the substantially U-shaped core block, and a reactor configured by providing a coil on the outer periphery of the annular core, and in a base material made of a non-magnetic material, A spacer formed by dispersing a powdered magnetic material is interposed between at least the I-shaped portion and the substantially U-shaped core block.
コアは磁性体から形成されているため、磁束はコア断面に対して直交する方向に流れる。一方、従来のスペーサは、セラミック等の非磁性材料から形成されているため、このスペーサの外部空間に臨む周縁部を回り込むようにして漏れ磁束が生じやすい。 Since the core is made of a magnetic material, the magnetic flux flows in a direction orthogonal to the core cross section. On the other hand, since the conventional spacer is made of a nonmagnetic material such as ceramic, leakage magnetic flux is likely to occur around the periphery of the spacer facing the outer space.
本願発明においては、スペーサの内部に粉状の磁性体を分散しているため、従来の非磁性体から形成されるスペーサに比べて、スペーサ内部を磁束が通りやすい。このため、上記スペーサの外部への漏れ磁束を低減させることができる。 In the present invention, since the powdery magnetic material is dispersed inside the spacer, the magnetic flux easily passes through the spacer as compared with the spacer formed from the conventional non-magnetic material. For this reason, the leakage magnetic flux to the outside of the spacer can be reduced.
上記スペーサの形態、スペーサを構成する材料の比透磁率等は、リアクトルに要求される性能等に応じて設定することができる。また、漏れ磁束の生じやすいギャップ部分に、選択的に本願発明に係るスペーサを設けることもできる。 The form of the spacer, the relative permeability of the material constituting the spacer, and the like can be set according to the performance required for the reactor. Moreover, the spacer which concerns on this invention can also be selectively provided in the gap part which a leak magnetic flux tends to produce.
請求項2に記載した発明のように、上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率を、上記I字部を構成する上記矩形状コアブロック間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率より大きく設定するのが好ましい。
As in the invention described in
スペーサを構成する材料の比透磁率を大きくするほど、スペーサからの漏れ磁束を小さくすることができる。このため、漏れ磁束が生じやすい上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率を、上記I字部を構成する上記矩形状コアブロック間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率より大きく設定することにより、漏れ磁束を効率よく防止することができる。 As the relative permeability of the material constituting the spacer is increased, the leakage magnetic flux from the spacer can be reduced. For this reason, the relative magnetic permeability of the material constituting the spacer inserted between the I-shaped part and the substantially U-shaped core block, in which leakage magnetic flux is likely to be generated, is used as the rectangular core block constituting the I-shaped part. By setting the relative permeability of the material constituting the spacer interposed therebetween, leakage magnetic flux can be efficiently prevented.
また、上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率を、他の部位に介挿されるスペーサを構成する材料より大きく設定した場合、一定の性能のリアクトルを構成するには、他のスペーサの厚さ、あるいはこれらスペーサを構成する材料の比透磁率を変更する必要が生じる。このため、上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率を、上記I字部を構成する上記矩形状コアブロック間に介挿されるスペーサを構成する材料の比透磁率より大きく設定するとともに、上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿されるスペーサの厚みを、上記I字部を構成する上記矩形状コアブロック間に介挿されるスペーサの厚みより大きく設定することにより、同じ透磁性能を有するスペーサを構成することができる。すなわち、スペーサの性能が同じになるように、比透磁率を大きく設定するとともに厚さを大きく設定しているのである。
Further, when the relative permeability of the material constituting the spacer inserted between the I-shaped portion and the substantially U-shaped core block is set larger than the material constituting the spacer inserted in another part, In order to construct a reactor with a certain performance, it is necessary to change the thickness of other spacers or the relative magnetic permeability of the material constituting these spacers. For this reason, the relative magnetic permeability of the material which comprises the spacer inserted between the said I-shaped part and the said substantially U-shaped core block is inserted between the said rectangular core blocks which comprise the said I-shaped part. The rectangular core which is set larger than the relative magnetic permeability of the material constituting the spacer and the thickness of the spacer inserted between the I-shaped portion and the substantially U-shaped core block is configured as the I-shaped portion. By setting the thickness larger than the thickness of the spacer inserted between the blocks, a spacer having the same magnetic permeability can be configured. That is, the relative permeability is set large and the thickness is set large so that the performance of the spacer is the same.
本願発明に係るスペーサでは、上記粉状磁性材料を分散させることにより、スペーサを構成する材料の比透磁率を1より大きく設定する。漏れ磁束を低減させる効果を発揮させるには、請求項3に記載した発明のように、スペーサを構成する材料の比透磁率を1.5〜5に設定するのが好ましい。
In the spacer according to the present invention, the relative magnetic permeability of the material constituting the spacer is set to be larger than 1 by dispersing the powdered magnetic material. In order to exert the effect of reducing the leakage magnetic flux, it is preferable to set the relative permeability of the material constituting the spacer to 1.5 to 5, as in the invention described in
スペーサを構成する材料の比透磁率が1.5以下であると、従来の非磁性体スペーサと同様の漏れ磁束が生じやすく、漏れ磁束を低減させる効果を期待できない。 If the relative magnetic permeability of the material constituting the spacer is 1.5 or less, leakage flux similar to that of the conventional non-magnetic spacer is likely to be generated, and an effect of reducing leakage flux cannot be expected.
一方、リアクトルの性能を規定するため、環状コアの全長に対して比透磁率1の換算でギャップを所定長さだけ設けなければならない。したがって、比透磁率が1より大きい材料から形成されたスペーサを設けた場合、同じ磁気特性を得るには、比透磁率にほぼ比例してスペーサの厚さを増加させなければならない。たとえば、比透磁率2のスペーサを採用する場合には、スペーサの厚さを約2倍に設定しなければならない。このため、比透磁率が5より大きな材料でスペーサを形成した場合、コアの長さに対してスペーサの厚さがあまりに大きくなり、その分装置全体の寸法も大きくなる。また、コアの全長が大きくなると損失が増加する恐れもある。したがって、スペーサを構成する材料の比透磁率は5以下に設定するのが望ましい。 On the other hand, in order to regulate the performance of the reactor, it is necessary to provide a gap of a predetermined length in terms of relative permeability 1 with respect to the entire length of the annular core. Therefore, when a spacer made of a material having a relative permeability greater than 1 is provided, to obtain the same magnetic characteristics, the thickness of the spacer must be increased substantially in proportion to the relative permeability. For example, when a spacer having a relative magnetic permeability of 2 is employed, the thickness of the spacer must be set to about twice. For this reason, when the spacer is formed of a material having a relative permeability greater than 5, the thickness of the spacer is too large with respect to the length of the core, and the size of the entire apparatus is correspondingly increased. In addition, the loss may increase as the total length of the core increases. Therefore, it is desirable to set the relative permeability of the material constituting the spacer to 5 or less.
本願の請求項4に記載した発明は、上記スペーサを構成する材料が、比透磁率が1000以上である粉状磁性材料を、非磁性材料から形成された基材中に15容量%〜25容量%含んで形成されたものである。
The invention described in
高い比透磁率を有する粉状磁性材料は磁束を引き付けやすく、磁束がスペーサから漏れ出るのを防止することができる。したがって、できるだけ比透磁率が大きい磁性材料を採用するのが好ましい。また、粉状磁性材料を非磁性材料から形成された基材中に均等に分散することにより、スペーサ内部における磁束の乱れを防止できる。 The powdered magnetic material having a high relative permeability can easily attract the magnetic flux, and can prevent the magnetic flux from leaking from the spacer. Therefore, it is preferable to employ a magnetic material having as large a relative permeability as possible. Further, by dispersing the powdered magnetic material evenly in the base material made of a nonmagnetic material, it is possible to prevent the magnetic flux from being disturbed inside the spacer.
上記粉状磁性材料の粒度は特に限定されることはないが、1μm〜250μmの粉体状磁性材料を採用するのが好ましい。 The particle size of the powdery magnetic material is not particularly limited, but it is preferable to employ a powdery magnetic material of 1 μm to 250 μm.
上記粉状磁性材料の種類も限定されることはない。また、1種類の粉状磁性材料のみならず、複数種類の磁性材料を混合したものを採用することもできる。たとえば、フェライト、金属磁性粒子(Fe,FeSi,センダスト等)のうちから選択された1以上の成分を含んだものを採用できる。 The kind of the powdery magnetic material is not limited. Further, not only one kind of powdery magnetic material but also a mixture of a plurality of kinds of magnetic materials can be adopted. For example, one containing one or more components selected from ferrite and metal magnetic particles (Fe, FeSi, Sendust, etc.) can be adopted.
請求項5に記載した発明は、上記非磁性材料を樹脂材料から形成したものである。上記樹脂材料の種類は限定されることはなく、スペーサとして機能しうる磁気特性、硬度及び成形性があれば、種々の樹脂材料を採用することができる。たとえば、フェノール樹脂を採用できる。また、請求項6に記載した発明のように、上記非磁性材料としてセラミック材料を採用できる。
According to a fifth aspect of the present invention, the nonmagnetic material is formed from a resin material. The kind of the resin material is not limited, and various resin materials can be used as long as they have magnetic characteristics, hardness, and moldability that can function as a spacer. For example, a phenol resin can be adopted. Further, as in the invention described in
上記スペーサを形成する手法も特に限定されることはない。すなわち、請求項7に記載した発明のように、上記スペーサとして、圧粉成形体又は焼結成形体を採用することができる。さらに、樹脂を基材とする場合には、射出成形体、押し出し成形体を採用することもできる。
The method of forming the spacer is not particularly limited. That is, as in the invention described in
請求項8に記載した発明は、上記コアブロックを、粉状磁性体とバインダ樹脂とを含む圧粉成形体から形成するとともに、上記スペーサを構成する材料を、上記コアブロックのバインダ樹脂の配合量を変更することにより比透磁率を所定の値に設定した圧粉成形体から形成したものである。
In the invention described in
コアを製造するのと同じ材料及び手法を利用することにより、共通の製造設備を利用できる。また、これにより、コストを低減することもできる。 By using the same materials and techniques for manufacturing the core, a common manufacturing facility can be used. This can also reduce the cost.
ギャップ周縁部において生じる漏れ磁束を減少させることにより、損失を減少させるとともに磁束密度の偏在を緩和して、エネルギ変換効率を向上させることのできるリアクトル用スペーサ及びこのスペーサを用いたリアクトルを提供することができる。 To provide a reactor spacer and a reactor using this spacer which can improve energy conversion efficiency by reducing leakage magnetic flux generated in the peripheral portion of the gap and reducing loss and mitigating uneven magnetic flux density. Can do.
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とを備えて構成される。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図示しない箱状のケースに収容されている。
As shown in FIG. 1, the reactor 1 includes an
図2は、上記環状コア2の全体斜視図である。本実施例では、3個の矩形状コアブロック4a,4b,4cをそれぞれ組み付けることにより一対の平行状I字部4,4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5,5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5,4a,4b,4cの間に設けられたギャップ6には、板状のスペーサ7がそれぞれ介挿されている。
FIG. 2 is an overall perspective view of the
図3は、本実施例に係るスペーサの内部構造を模式的に表したものである。 FIG. 3 schematically shows the internal structure of the spacer according to the present embodiment.
スペーサ7は、フェノール樹脂からなる基材中に、粉状磁性材料9を均一に分散して形成されている。本実施例では、上記樹脂材料として粉状のフェノール樹脂を採用するとともに、粉状磁性材料として平均粒度が150μmのFe−6.5%Si粉末を採用し、これらの混合体を圧粉成形することにより、矩形板状の上記スペーサ7が形成されている。上記粉状樹脂材料の種類は特に限定されることはなく、上記フェノール樹脂の他、エポキシ樹脂等を採用することができる。
The
また、本実施例では、上記粉状磁性材料9を、基材に対して17容量%配合することにより、上記スペーサを構成する材料の比透磁率を約2に設定している。なお、上記磁性材料の配合量、比透磁率は、リアクトルの性能に応じて設定することができる。 Further, in this embodiment, the relative magnetic permeability of the material constituting the spacer is set to about 2 by blending the powdered magnetic material 9 with 17 volume% with respect to the base material. In addition, the compounding quantity of the said magnetic material and a relative magnetic permeability can be set according to the performance of a reactor.
図4に、上記構成のスペーサ7をコアブロック4a,4bの間に形成されるギャップ6に介挿してリアクトルを作動させた場合の磁束の状態を模式的に示す。本実施例では、上記スペーサ7を構成する材料の比透磁率を2に設定しているため、図6に示す比透磁率1の材料から形成された従来のスペーサSに比べて厚さを2倍に設定している。これにより、従来のスペーサと同等の機能を発揮させることができる。
FIG. 4 schematically shows the state of magnetic flux when the reactor is operated with the
図4と図6とを比較すると明らかなように、本実施例に係るスペーサ7においては、スペーサの縁部における漏れ磁束LFが少なくなる。また、スペーサないしこの近傍のコア内部における磁束の乱れも少ない。このため、渦電流等の発生が少なくなり、損失が減少してリアクトルの効率を高めることができる。
As is clear from comparison between FIG. 4 and FIG. 6, in the
図5に、本願発明に係るスペーサ27a,27dと従来のスペーサ27b,27cの双方を、図2示す形態の環状コア22に採用した場合の例を示す。この実施例では、矩形状コアブロック24a,24b,24c間に設けられるギャップに従来のセラミック材料から形成されたスペーサ27b,27cを採用する一方、漏れ磁束の生じやすい略U字状コアブロック25,25と矩形状コアブロック24a,24cとの間に設けられるギャップに本願発明に係るスペーサ27a,27dを採用している。
FIG. 5 shows an example in which both the
上記従来のセラミックから形成されたスペーサ27b,27cは、比透磁率が1であり、一方、上記スペーサ27a,27dは比透磁率が2に設定されている。実施例ではこれらの磁気回路中での性能を同じにするため、上記スペーサ27a,27dの厚さを、上記スペーサ27b,27c約2倍に設定している。
The
上記略U字状コアブロック25と矩形状コアブロック24a,24cの間に設けられるギャップにおいては、漏れ磁束が生じやすかったが、上記構成を採用することにより、この部分における漏れ磁束を減少させ、リアクトルの効率を向上させることができる。
In the gap provided between the substantially
実施例では、スペーサを矩形板状に形成したが、寸法形態はリアクトルの形態に応じて設定することができる。 In the embodiment, the spacer is formed in a rectangular plate shape, but the dimensional form can be set according to the form of the reactor.
また、基材を構成する非磁性材料及び粉状磁性材料の種類、配合量等も実施例に限定されることはなく、必要に応じて種々の材料を用いて、所望の比透磁率及び形態のスペーサを形成することができる。 In addition, the types and blending amounts of the nonmagnetic material and the powdered magnetic material constituting the base material are not limited to the examples, and a desired relative magnetic permeability and form can be obtained using various materials as necessary. The spacer can be formed.
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments. The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
4aコアブロック
4bコアブロック
7スペーサ
Claims (8)
上記一対のI字部の両端部に、上記略U字状コアブロックを接続することにより環状コアが形成されるとともに、
上記環状コアの外周にコイルを設けて構成される、リアクトルであって、
非磁性材料からなる基材中に、粉状磁性材料を分散して構成された材料からなるスペーサを、少なくとも上記I字部と上記略U字状コアブロックとの間に介挿して構成された、リアクトル。 A substantially U-shaped core block and a pair of I-shaped parts configured by assembling two or more rectangular core blocks;
An annular core is formed by connecting the substantially U-shaped core block to both ends of the pair of I-shaped portions,
A reactor configured by providing a coil on the outer periphery of the annular core,
A spacer made of a material formed by dispersing a powdery magnetic material in a base material made of a non-magnetic material is inserted at least between the I-shaped portion and the substantially U-shaped core block. , Reactor.
上記スペーサは、上記コアブロックのバインダ樹脂の配合量を変更することにより比透磁率を所定の値に設定した圧粉成形体から形成されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル。
While forming the core block from a powder compact including a powdery magnetic material and a binder resin,
The said spacer is formed from the compacting body which set the relative permeability to the predetermined value by changing the compounding quantity of the binder resin of the said core block, The any one of Claims 1-5. The reactor described in.
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