JP2013157352A - Coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばインバータ回路やアクティブフィルタ回路などに用いられるリアクトルを構成するコイル装置に関する。 The present invention relates to a coil device that constitutes a reactor used in, for example, an inverter circuit and an active filter circuit.
インバータ回路やアクティブフィルタ回路などに用いられるリアクトルのためのコイル装置としては、中央脚にコイルを巻回したE字型のコアに、I字型のコアを組み合わせたものや、コイルを巻回した2つのコアを、2つの外部コアで接続したもの等が提案されている。 As a coil device for a reactor used in an inverter circuit, an active filter circuit, or the like, an E-shaped core having a coil wound around a central leg and an I-shaped core or a coil wound There have been proposed two cores connected by two external cores.
さらに、コアとコアの接続部にギャップを設け、リアクトルのインダクタンス特性を調整する技術も提案されている(特許文献1、特許文献2等参照)。
Furthermore, a technique for adjusting the inductance characteristics of the reactor by providing a gap in the connecting portion between the cores has also been proposed (see Patent Document 1,
従来技術において、コアとコアの接続部にギャップを設けるリアクトルでは、インダクタンス特性を容易に調整できるという効果がある一方で、ギャップからの漏れ磁束がコイルを流れる電流と鎖交し、損失が大きくなるという問題が発生している。 In the prior art, a reactor in which a gap is provided at the connecting portion between the cores has an effect that the inductance characteristics can be easily adjusted. On the other hand, the leakage magnetic flux from the gap is linked to the current flowing through the coil, resulting in a large loss. The problem has occurred.
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、小型で低損失、しかも直流重畳特性に優れたリアクトルなどとして用いて好適なコイル装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a coil device suitable for use as a reactor that is small in size, has low loss, and has excellent direct current superposition characteristics.
上記目的を達成するために、本発明に係るコイル装置は、
軸方向に沿って柱状に配置してある巻芯コア部と、
前記巻芯コア部の軸方向の両端にそれぞれ配置される鍔状の鍔コア部と、
前記巻芯コア部の外周に配置されるコイルと、
前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との間に配置され、前記巻芯コア部の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔が形成してあり、前記コイルの外形と同等以上の外形を有し、前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との双方に接触する軸方向凸部が形成してある絶縁性のカバー部材と、を有する。
In order to achieve the above object, a coil device according to the present invention comprises:
A core core portion arranged in a columnar shape along the axial direction;
A bowl-shaped bowl core part disposed at each of axial ends of the core core part,
A coil disposed on the outer periphery of the core core portion;
A through hole is formed between the facing surface of the flange core portion and the axial end portion of the coil, and each of the axial end portions of the core core portion is formed therein, and is equivalent to the outer shape of the coil. An insulating cover member having the above-described outer shape and formed with an axial convex portion that contacts both the opposing surface of the collar core portion and the axial end portion of the coil.
本発明のコイル装置では、鍔コア部の対向面とコイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してあることから、カバー部材を鍔コア部の対向面に設置するのみで、コイルの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、コア部の放熱性を低下させることなく、コイルとコア部との沿面距離を確保することができる。 In the coil device of the present invention, since the axial convex portion that secures the distance between the facing surface of the heel core portion and the axial end portion of the coil is formed, the cover member is installed on the facing surface of the heel core portion. Only in this manner, the coil can be easily positioned in the axial direction. In addition, the creepage distance between the coil and the core portion can be ensured without reducing the heat dissipation of the core portion.
本発明に係るコイル装置は、鍔コア部と鍔コア部との間が、単一の巻芯コア部で連結され、コイルにより発生する磁界は、コア部以外の部分では空中を伝搬する開磁路となる。従来では、一本の巻芯コア部で開磁路のコイル装置の場合には、仮に鍔コア部と巻芯コア部との間にギャップ材を介在させても、インダクタンスの直流重畳特性は向上することがないと考えられていた。 In the coil device according to the present invention, the heel core portion and the heel core portion are connected by a single core core portion, and the magnetic field generated by the coil is an open magnetic field that propagates in the air at portions other than the core portion. It becomes a road. Conventionally, in the case of a coil device having an open magnetic circuit with a single core core, even if a gap material is interposed between the saddle core and the core core, the direct current superimposition characteristics of the inductance are improved. It was thought that there was nothing to do.
しかしながら、本発明者等の研究により、鍔コア部と巻芯コア部との間に、隙間を設けたり、ギャップ材を介在させることで、インダクタンスの直流重畳特性が向上することが見出された。したがって、本発明に係るコイル装置は、リアクトルとして好適に用いられ、直流重畳特性が良好で、小型且つ低損失のリアクトルを実現することができる。 However, as a result of research by the present inventors, it has been found that the direct current superposition characteristics of the inductance can be improved by providing a gap or interposing a gap material between the flange core portion and the core core portion. . Therefore, the coil device according to the present invention can be suitably used as a reactor, and can realize a small-sized and low-loss reactor having good DC superposition characteristics.
好ましくは、少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部とは、所定の隙間にて連結してある。また、さらに好ましくは、少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部との間には、所定厚みで絶縁性のギャップ材が介在してある。 Preferably, at least one of the core core part and the flange core part are connected with a predetermined gap. More preferably, an insulating gap material having a predetermined thickness is interposed between at least one of the core core part and the flange core part.
本発明に係るコイル装置では、鍔コア部の対向面とコイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してあることから、隙間またはギャップ材とコイルとの距離を確保することが可能になる。そのため、隙間またはギャップ材からの漏れ磁束がコイルを流れる電流と鎖交することを効果的に防止することができる。したがって、損失を低減し、リアクトル効率を向上させることができる。 In the coil device according to the present invention, since the axial convex portion that secures the distance between the opposing surface of the flange core portion and the axial end portion of the coil is formed, the clearance between the gap or the gap material and the coil is ensured. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to effectively prevent the leakage magnetic flux from the gap or gap material from interlinking with the current flowing through the coil. Therefore, loss can be reduced and reactor efficiency can be improved.
前記カバー部材は、前記貫通孔以外で前記対向面の全面を覆うように、前記鍔コア部に取り付けられていてもよい。 The cover member may be attached to the saddle core portion so as to cover the entire surface of the facing surface except for the through hole.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1および図2に示すように、本発明の一実施形態に係るコイル部品としてのリアクトル10は、軸方向(Z軸の方向)に沿って柱状に配置してある巻芯コア部20を有する。なお、Z軸を含めて、相互に垂直な方向をX軸およびY軸とする。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a
この実施形態では、巻芯コア部20は、軸方向Zに沿って3つのコア部20a〜20cに分割されているが、3つに限らず、2つまたは4つ以上に分割されていても良く、さらには、分割されていなくとも良い。ただし、巻芯コア部20を分割させて構成することで、筒状のボビン40の内部に巻芯コア部20を配置しやすくなると共に、コア間にギャップを設ける場合も容易であるなどの利点がある。
In this embodiment, the
巻芯コア部20の軸方向の両端には、磁気ギャップを形成するギャップ材70a,70bを介して、鍔状の鍔コア部30a,30bが配置してある。ギャップ材70a,70bの形状は、本実施形態では、円形シート状であるが、その形状は、特に限定されず、その他の形状であっても良い。また、鍔コア部30a,30bは、本実施形態では、四角板形状であるが、その他の多角形状、あるいは円形板形状、あるいは楕円板形状であっても良い。
At both ends in the axial direction of the
ただし、鍔コア部30a,30bの外径は、巻芯コア部20の外径よりも大きく、巻芯コア部20の外形に対して鍔コア部30a,30bの外形が、X−Y軸平面において、突き出た形状になる。なお、鍔コア部30a,30bが円形板形状以外の場合には、鍔コア部30a,30bの外径とは、内接円の径を意味する。巻芯コア部20の外径も同様である。
However, the outer diameters of the
本実施形態では、鍔コア部30a,30bと巻芯コア部20との間には、ギャップ材70a,70bが配置してあるが、いずれかのギャップ材70a,70bは、必ずしも設けなくとも良い。
In the present embodiment, the
巻芯コア部20の外周には、筒状のボビン40が配置してある。ボビン40の外周には、コイル50が巻回して配置してある。ボビン40は、巻芯コア部20の形状に合わせて円筒形状に成形してあるが、巻芯コア部20が多角柱形状である場合には、ボビン40の形状も、それに合わせて多角筒形状であっても良い。また、ボビン40の外周に巻回してあるコイル50は、ボビン40の外周に配置する前に、コイル状に巻回してあることが好ましい。コイル50は、たとえば絶縁層によって被覆された導線を巻回することによって作製されるが、特に限定されない。
A
本実施形態では、鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bとコイル50の軸方向端部52a,52bとの間には、絶縁性のカバー部材60a,60bが配置してある。各カバー部材60a,60bは、平板状のベース板部62a,62bを各々有し、その中央部に、巻芯コア部20の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔68a,68bがそれぞれ形成してある。
In the present embodiment, insulating
本実施形態では、ベース板部62a,62bは、鍔コア部30a,30bの形状に合わせて、四角形状にしてあり、その外周に、側壁部66a,66bが一体に形成してある。ベース板部62a,62bと側壁部66a,66bとで、各鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bを一体的に覆うようになっている。
In the present embodiment, the
また、ベース板部62a,62bの貫通孔68a,68bの周囲には、鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bとコイル50の軸方向端部52a,52bとの距離を確保する軸方向凸部64a,64bが一体に形成してある。軸方向凸部64a,64bは、鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bとコイルの軸方向端部52a,52bとの双方に接触するようになっている。
Further, in the periphery of the through
軸方向凸部64a,64bは、図3Aに示すように、本実施形態では、円筒形状であるが、図3(B)に示すように、多角筒形状でも良く、あるいは、その他の形状でも良い。また、軸方向凸部64a,64bは、必ずしも周方向に連続して形成する必要はなく、図4に示すように、貫通孔68a,68bの周方向に沿って、断続的に形成しても良い。
As shown in FIG. 3A, the axial
本実施形態では、巻芯コア部20のZ軸方向の両端部に配置される一対のカバー部材60a,60bは、形状が同一のカバー部材で構成されるが、必ずしも同一である必要はなく、たとえば一方が、図3Aに示すカバー部材であり、他方が、図3Bに示すカバー部材であっても良い。
In the present embodiment, the pair of
カバー部材60a,60bは、たとえばPBT、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、PPS、PCなどの絶縁性部材により成形される。巻芯コア部20および鍔コア部30a,30bは、それぞれ、フェライトあるいは金属磁性材料などで構成され、同じ磁性材料で構成することもできるが、好ましくは、巻芯コア部20が、金属磁性材料で構成され、鍔コア部30a,30bがフェライトで構成される。
The
すなわち、コイル50が巻回される巻芯コア部20では、磁束密度が高くなりやすいことから、飽和磁束密度が高い金属磁性材料を使い、磁束密度が上がりにくい鍔コア部30a,30bでは、低損失のフェライト材料を使用することで、小型で低損失なリアクトルを実現することができる。
That is, since the magnetic flux density tends to be high in the
なお、金属磁性材料としては、鉄粉、センダスト、Fe−Si合金、パーマロイ、アモルファスなどを用いることが可能であり、フェライトとしては、高飽和磁束密度材、低損失材などを用いることが可能である。 In addition, iron powder, sendust, Fe-Si alloy, permalloy, amorphous, etc. can be used as the metal magnetic material, and high saturation magnetic flux density material, low loss material, etc. can be used as the ferrite. is there.
ボビン40は、たとえばPBT、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、PPS、PCなどの絶縁性部材で構成される。ボビン40の厚みは、特に限定されないが、好ましくは1〜2mmである。
The
ギャップ材70a,70bは、たとえばPBT、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、PPS、PCなどの非磁性材料で構成される。ギャップ材70a,70bの厚みg1(図5に示すように装着後の厚み)は、特に限定されないが、直流重畳特性を向上させるように決定され、好ましくは0.1〜2mmである。
The
カバー部材60a(60bも同様)における軸方向凸部64a(64bも同じ)の突出高さは、図5に示すように、ギャップ材70a(70bも同様)の表面からコイル50の軸方向端部52a(52bも同様)までの距離c1が、好ましくは2〜10mm、さらに好ましくは5〜10mmとなるように決定される。距離c1を、このような範囲に設定することで、リアクトル効率が向上すると共に、リアクトルの小型化に寄与する。
As shown in FIG. 5, the protrusion height of the
本実施形態では、巻芯コア部20のX-Y軸横断面の面積S1と、鍔コア部30a(30bも同様)の対向面32a(32bも同様)の面積S2との比(S1/S2)は、好ましくは2〜6である。この面積比を、このような範囲に設定することで、リアクトル効率が向上すると共に、リアクトルの小型化に寄与する。
In the present embodiment, the ratio (S1 / S2) between the area S1 of the XY axis cross section of the
なお、上述した実施形態では、図1に示すように、カバー部材60a,60bのベース板部62a,62bは、各鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bを一体的に覆うようになっているが、これに限らず、図6に示すように、対向面32a,32bの一部のみを覆うようにしても良い。
In the embodiment described above, as shown in FIG. 1, the
ただし、カバー部材60a,60bのベース板部62a,62bの外周部63a,63bは、コイル50の外径形状よりもはみ出して大きいことが好ましい。
However, it is preferable that the outer
本実施形態のリアクトル10では、鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bとコイル50の軸方向端部52a,52bとの距離を確保する軸方向凸部64a,64bが形成してあることから、カバー部材60a,60bを鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bに設置するのみで、コイル50の軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、コア部20,30a,30bの放熱性を低下させることなく、コイル50とコア部30a,30bとの沿面距離を確保することができる。
In the
しかも本実施形態に係るリアクトル10は、鍔コア部30aと鍔コア部30bとの間が、一本の巻芯コア部20で連結され、コイル20により発生する磁界は、コア部以外の部分では空中を伝搬する開磁路となる。従来では、一本の巻芯コア部で開磁路のリアクトルの場合には、仮に鍔コア部と巻芯コア部との間にギャップ材を介在させても、インダクタンスの直流重畳特性は向上することがないと考えられていた。
In addition, the
しかしながら、本発明者等の研究により、鍔コア部30a,30bと巻芯コア部20との間に、隙間を設けたり、ギャップ材70a,70bを介在させることで、インダクタンスの直流重畳特性が向上することが見出された。したがって、本実施形態では、直流重畳特性が良好で、小型且つ低損失のリアクトルを実現することができる。
However, due to research by the present inventors, a direct current superposition characteristic of inductance is improved by providing a gap between the
本実施形態に係るリアクトル10では、鍔コア部30a,30bの対向面32a,32bとコイル50の軸方向端部52a,52bとの距離を確保する軸方向凸部64a,64bが形成してあることから、ギャップ材70a,70bとコイル50との距離を確保することが可能になる。そのため、ギャップ材からの漏れ磁束がコイル50を流れる電流と鎖交することを効果的に防止することができる。したがって、損失を低減し、リアクトル効率を向上させることができる。
In the
本実施形態に係るリアクトル10は、たとえば図7に示すように、太陽光発電におけるパワーコンディショナ100の昇圧リアクトル10Aあるいは平滑リア本実施形態に係るリアクトル10は、太陽光発電におけるDC−DCコンバータにおける大電力トランスとしても用いることができる。
For example, as shown in FIG. 7, the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.
たとえば、リアクトル10の全体が樹脂で覆われている構成でも良く、あるいは、固定治具により固定されていても良い。さらに、ギャップ材70a,70bと軸方向凸部64a,64bとは、一体成形されていても良い。すなわち、ギャップ材70a,70bとカバー部材60a,60bとは、一体成形されていても良い。また、本発明に係るコイル装置は、リアクトルの用途以外に用いられても良い。
For example, the
さらに、巻芯コア部20を構成する軸方向に分割されたコア部20a〜20cの相互間にも、ギャップ材を介在させても良い。
Further, a gap material may be interposed between the
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例1
Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
図1〜図3(A)に示すリアクトル10を作製した。PBTで構成してあるギャップ材70a,70bの厚みは、それぞれ1.5mmであった。リアクトル10の直流重畳特性を測定した結果を、図8(A)および図8(B)に示す実線で示す。
A
リアクトル10の直流重畳特性の測定は、リアクトル10に対して、直流電流Idcを流しながら、インダクタンスを測定し、その変化を調べることで測定した。
The direct current superposition characteristics of the
ギャップ材70a,70bを設けない以外は、同様にして作製した比較例1に係るリアクトルの直流重畳特性を、図8(A)および図8(B)に示す点線で示す。比較例1に比較して、実施例1では、電流(Idc)の大きさによらず、インダクタの変化が少なく、直流重畳特性が向上することが確認できた。
実施例2
The direct current superposition characteristics of the reactor according to Comparative Example 1 manufactured in the same manner except that the
Example 2
巻芯コア部20のX-Y軸横断面の面積S1と、鍔コア部30a(30bも同様)の対向面32a(32bも同様)の面積S2との比(S1/S2)を、1.5倍とした以外は、実施例1と同様にして、リアクトル10を作製した。この実施例2に係るリアクトルのリアクトル効率を測定した。結果を図9の点線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が向上することが確認できた。
The ratio (S1 / S2) of the area S1 of the XY axis cross section of the winding
なお、リアクトル効率は、2chPowermeter(横河WT1800)により測定した。リアクトル効率とは、入力電力に対する出力電力の比率である。
実施例3
The reactor efficiency was measured with a 2ch Powermeter (Yokogawa WT1800). Reactor efficiency is the ratio of output power to input power.
Example 3
面積比(S1/S2)を、実施例2の二倍とした以外は、実施例2と同様にして、リアクトル10を作製した。この実施例3に係るリアクトルのリアクトル効率を測定した。結果を図9の実線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が向上することが確認できた。
比較例2
A
Comparative Example 2
鍔コア部30aと鍔コア部30bとの間を、2つの巻芯コア部で連結するコア部を有する比較例2に係るリアクトルについて、リアクトル効率を測定した。結果を図9の2点鎖線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が低下することが確認できた。
The reactor efficiency was measured about the reactor which concerns on the comparative example 2 which has the core part which connects between the
10… リアクトル
20… 巻芯コア部
30a,30b… 鍔コア部
32a,32b… 対向面
40… ボビン
50… コイル
52a,52b… 軸方向端部
60a,60b… カバー部材
62a,62b… ベース板部
64a,64b… 軸方向凸部
68a,68b… 貫通孔
70a,70b… ギャップ部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記巻芯コア部の軸方向の両端にそれぞれ配置される鍔状の鍔コア部と、
前記巻芯コア部の外周に配置されるコイルと、
前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との間に配置され、前記巻芯コア部の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔が形成してあり、前記コイルの外形よりも大きな外形を有し、前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してある絶縁性のカバー部材と、
を有するコイル装置。 A core core portion arranged in a columnar shape along the axial direction;
A bowl-shaped bowl core part disposed at each of axial ends of the core core part,
A coil disposed on the outer periphery of the core core portion;
A through-hole is formed between the facing surface of the flange core portion and the axial end portion of the coil, and the axial end portion of the core core portion is inserted thereinto. An insulating cover member having a large outer shape and formed with an axial convex portion that secures a distance between the opposing surface of the flange core portion and the axial end portion of the coil;
A coil device.
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