JP2021019103A - 磁気結合型リアクトル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来技術と比べて、結合度を高くすることで磁気漏れの低減を図るとともに直流重畳特性の向上を図ることができる磁気結合型リアクトル装置を提供する。【解決手段】１対の鉄系のＥ字型コア１０１Ａ、Ｂを、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３が互いに突き合せられるように配設するとともに、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の各々に、コイル１０３Ａ、Ｂを巻回状態で装着してなる。また、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の延びる方向に直交する、中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の断面積をＳｉ、外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の延びる方向に直交する、外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の断面積をＳｏ、としたとき、下記条件式（１）が成り立つように設定されている。１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１）【選択図】図１
Description
本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載される磁気結合型リアクトル装置に関し、詳しくは、磁路を構成するコアの一部に複数のコイル部を挿通し、これらのコイル部が磁気結合するように構成してなる磁気結合型リアクトル装置に関するものである。
車載の磁気結合型リアクトルとして、１対のＵ型コアを、両脚部の先端部を互いに突き合せることにより環状のコア部とするとともにＵの脚部に各々コイル部を巻回するようにして、合計４つのコイル部を有するように構成された磁気結合型リアクトル装置が知られている。また、磁気結合型リアクトルは、２つのコイルについて、互いに相殺される方向の磁束を発生させることでコアの磁気飽和がされにくいようにし、さらに、相互インダクタンスを利用してリプルを抑制することで小型化・高効率化を達成することができる（下記特許文献１を参照）。
しかし、磁気結合型のリアクトルにおいては、上述したように、通常、１対のＵ型コアが用いられていることから、低リプル化のためのキーパラメータである結合度（結合係数）を高くすることが難しく、磁気漏れも大きくなり易い。さらに、結合度が低いと直流重畳特性が悪化しやすい、ということも問題となっていた。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、従来技術と比べて、結合度を高くすることで磁気漏れの低減を図るとともに直流重畳特性の向上を図ることができる磁気結合型リアクトル装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気結合型リアクトル装置は、
ベースコア部分と、このベースコア部分から同一方向に突出する３つ以上の脚部コア部分とを備えた鉄系材料よりなる多脚コア部材を少なくとも１対有し、
これら少なくとも１対の多脚コア部材を、対応する脚部コア部分が互いに突き合せられるように配設するとともに、対応する該脚部コア部分のうち、両外側の脚部コア部分を除く、内側の脚部コア部分であって、少なくとも１つのコイル巻回用脚部コア部分の、当該内側の脚部コア部分の突き合せ部分を挟む、該脚部コア部分の各々に、コイル部を巻回する状態で装着して磁気結合型の構造をなし、
前記コイル巻回用脚部コア部分の延びる方向に直交する、該コイル巻回用脚部コア部分の断面積をＳｉ、前記両外側の脚部コア部分の延びる方向に直交する、該両外側の脚部コア部分の各々の断面積をＳｏ、としたとき、下記条件式（１）が成り立つことを特徴とするものである。
１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１）
ここで、「両外側の脚部コア部分の各々の断面積」とは、外側の脚部コア部分の断面積が互いに異なる場合には、両外側の脚部コア部分の各々について、上記（１）式を満足する必要がある。
ベースコア部分と、このベースコア部分から同一方向に突出する３つ以上の脚部コア部分とを備えた鉄系材料よりなる多脚コア部材を少なくとも１対有し、
これら少なくとも１対の多脚コア部材を、対応する脚部コア部分が互いに突き合せられるように配設するとともに、対応する該脚部コア部分のうち、両外側の脚部コア部分を除く、内側の脚部コア部分であって、少なくとも１つのコイル巻回用脚部コア部分の、当該内側の脚部コア部分の突き合せ部分を挟む、該脚部コア部分の各々に、コイル部を巻回する状態で装着して磁気結合型の構造をなし、
前記コイル巻回用脚部コア部分の延びる方向に直交する、該コイル巻回用脚部コア部分の断面積をＳｉ、前記両外側の脚部コア部分の延びる方向に直交する、該両外側の脚部コア部分の各々の断面積をＳｏ、としたとき、下記条件式（１）が成り立つことを特徴とするものである。
１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１）
ここで、「両外側の脚部コア部分の各々の断面積」とは、外側の脚部コア部分の断面積が互いに異なる場合には、両外側の脚部コア部分の各々について、上記（１）式を満足する必要がある。
前記条件式（１）の範囲は、下記条件式（２）の範囲に限定したものとすることが好ましい。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．５ （２）
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．５ （２）
前記多脚コア部材がＥ字型コア部材からなり、
該Ｅ字型コア部材の前記コイル巻回用脚部コア部分である中脚コア部分の各々に、１つのコイル部を巻回する状態で装着してなることが好ましい。
また、前記中脚コア部分が前記両外側の脚部コア部分よりも、少なくとも前記コイル部の幅分だけ上方側にオフセットされていることが好ましい。
該Ｅ字型コア部材の前記コイル巻回用脚部コア部分である中脚コア部分の各々に、１つのコイル部を巻回する状態で装着してなることが好ましい。
また、前記中脚コア部分が前記両外側の脚部コア部分よりも、少なくとも前記コイル部の幅分だけ上方側にオフセットされていることが好ましい。
前記１対の多脚コア部材の対応する前記コイル巻回用脚部コア部分の各々に装着されてなる前記コイル部の入力端が、前記多脚コア部材の軸に対して一側に配されるとともに前記コイル部の巻回方向が互いに逆とされていることが好ましい。
前記１対の多脚コア部材の対応する前記コイル巻回用脚部コア部分の各々に装着されてなる前記コイル部の各々の前記入力端および前記出力端が、一側の前記外側の脚部コア部分における上端面上に引き出されるように構成し、前記一側の外側の脚部コア部分の高さが、他側の前記外側の脚部コア部分の高さよりも該コイル部の幅分に対応する寸法だけ低く設定されていることが好ましい。
前記１対の多脚コア部材の対応する前記コイル巻回用脚部コア部分の各々に装着されてなる前記コイル部の各々の前記入力端および前記出力端が、一側の前記外側の脚部コア部分における上端面上に引き出されるように構成し、前記一側の外側の脚部コア部分の高さが、他側の前記外側の脚部コア部分の高さよりも該コイル部の幅分に対応する寸法だけ低く設定されていることが好ましい。
一側の前記外側の脚部コア部分の軸に直交する方向の断面の面積が、他側の前記外側の脚部コア部分の軸に直交する方向の断面の面積と等しくなるように形成され、これらの２つの断面において、前記一側に係る断面は、前記他側に係る断面に比べて、高さが低く幅が広くなるように形成されていることが好ましい。
さらに、一側の前記外側の脚部コア部分と、他側の前記外側の脚部コア部分との高さの差に相当する厚みの樹脂材料を、前記一側の外側の脚部コア部分の上面上で、前記コイル部の各々の入力端および出力端が非配置とされた部分に取り付けてなることが好ましい。
また、前記中脚コア部分に１つもしくは複数のエアギャップを設けることが好ましい。
さらに、前記中脚コア部分に替え、または前記中脚コア部分に加えて、前記両外脚コア部分の少なくとも一方に１つもしくは複数のエアギャップを設けることが好ましい。
また、前記中脚コア部分に１つもしくは複数のエアギャップを設けることが好ましい。
さらに、前記中脚コア部分に替え、または前記中脚コア部分に加えて、前記両外脚コア部分の少なくとも一方に１つもしくは複数のエアギャップを設けることが好ましい。
本発明の磁気結合型リアクトル装置によれば、鉄系の多脚コア部材を突き合せてコア部を構成し、多脚コア部材の対向する内側の脚の各々にコイル部を配置することで、前述した特許文献１の磁気結合型リアクトル装置と比べて、コイル部の軸方向に配列されるコイル同士の距離を短くすることができ、結合度を高くすることが容易であり、磁束漏れの割合を低減することができる。
また、外側の脚部コア部分の断面積に対するコイル巻回用脚部コア部分の断面積の比の値を1.0〜5.0の間に設定することで自己インダクタンスを大きな値に設定することができ、かつ、直流重畳特性を所望の値に維持することが可能となる。
また、コイル部は、多脚コア部材の対向する少なくとも１対の内側の脚部コア部分の各々に配置されているため、周囲を磁路で囲まれることになり、外部への磁気漏れを大幅に低減することができる。
また、外側の脚部コア部分の断面積に対するコイル巻回用脚部コア部分の断面積の比の値を1.0〜5.0の間に設定することで自己インダクタンスを大きな値に設定することができ、かつ、直流重畳特性を所望の値に維持することが可能となる。
また、コイル部は、多脚コア部材の対向する少なくとも１対の内側の脚部コア部分の各々に配置されているため、周囲を磁路で囲まれることになり、外部への磁気漏れを大幅に低減することができる。
＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置について、図１およびその他の図を適宜用いて説明する。なお、本実施形態の磁気結合型リアクトル装置は、上部が開口した金属（アルミニウム等）製等の熱伝導性の良い材料からなるケース１０８と、その内部に収納されたリアクトル本体１００と、ケース１０８およびリアクトル本体１００の間に注入された絶縁性を有する充填材１１０とを備えてなる。
また、本実施形態においては、特に、ベースコア部（ヨーク部：以下、単にベースコア部と称する）に対して直角に突き出すように配された脚部が３本の場合であるＥ字型コアを用いた場合について説明する。
以下、本発明の実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置について、図１およびその他の図を適宜用いて説明する。なお、本実施形態の磁気結合型リアクトル装置は、上部が開口した金属（アルミニウム等）製等の熱伝導性の良い材料からなるケース１０８と、その内部に収納されたリアクトル本体１００と、ケース１０８およびリアクトル本体１００の間に注入された絶縁性を有する充填材１１０とを備えてなる。
また、本実施形態においては、特に、ベースコア部（ヨーク部：以下、単にベースコア部と称する）に対して直角に突き出すように配された脚部が３本の場合であるＥ字型コアを用いた場合について説明する。
〈磁気結合型リアクトル装置の主要構成〉
＜コア部＞
本発明の実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置１００は磁気結合型の構成とされ、その主要部は、図１および図２に示すように、１対のＥ字型コア１０１Ａ、Ｂを、各ベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４から直角に突出した各脚部（両外脚コア部１０１Ａ１、Ａ２、中脚コア部１０１Ａ３、および両外脚コア部１０１Ｂ１、Ｂ２、中脚コア部１０１Ｂ３）の先端が互いに対向するように配置することで、図２に示すように、日字状のコア部が形成されている。また、各中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の各々にコイル１０３Ａ、Ｂが巻回されるように装着された構成とされている。
＜コア部＞
本発明の実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置１００は磁気結合型の構成とされ、その主要部は、図１および図２に示すように、１対のＥ字型コア１０１Ａ、Ｂを、各ベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４から直角に突出した各脚部（両外脚コア部１０１Ａ１、Ａ２、中脚コア部１０１Ａ３、および両外脚コア部１０１Ｂ１、Ｂ２、中脚コア部１０１Ｂ３）の先端が互いに対向するように配置することで、図２に示すように、日字状のコア部が形成されている。また、各中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３の各々にコイル１０３Ａ、Ｂが巻回されるように装着された構成とされている。
また、これらのＥ字型コア１０１Ａ、Ｂの各角部は、各々面取りされて肩部１０１Ｃ１、１０１Ｃ２、１０１Ｄ１、１０１Ｄ２が形成されている。すなわち、このような各角部は磁束が流れにくいので、この角部を除去してコア全体をコンパクト化するように面取りが施されている。
また、コア部を構成するコア部材は、鉄材によって形成されている。鉄系を用いることにより、高い磁気密度を実現し、かつ本構造により低下しやすい結合度を高く設定することができる。鉄系材料としては、電磁鋼板、圧粉磁心(純鉄、Fe-Si-AL系合金、Ni-Fe-Mo系合金、Ni-Fe系合金)、アモルファス等を用いることができる。
また、上記Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、両先端部間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを設けてもよい。
また、上記Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、両先端部間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを設けてもよい。
＜コイル＞
また、上記コイル１０３Ａ、Ｂは平角線をエッジワイズ巻きによって巻回することにより形成されている。平角線は、図１等に示すように帯状の扁平な導線であって、例えば、厚みが0.5〜6.0mm、幅が1.0〜16.0mm等とされたものが一般的に用いられる。平角線を用いることで占積率が向上し、コンパクト化を図ることができるとともに表皮効果についても優位とすることができる。ただし、丸線や角線等の他の断面形状のものを用いることも可能である。
また、上記コイル１０３Ａ、Ｂは平角線をエッジワイズ巻きによって巻回することにより形成されている。平角線は、図１等に示すように帯状の扁平な導線であって、例えば、厚みが0.5〜6.0mm、幅が1.0〜16.0mm等とされたものが一般的に用いられる。平角線を用いることで占積率が向上し、コンパクト化を図ることができるとともに表皮効果についても優位とすることができる。ただし、丸線や角線等の他の断面形状のものを用いることも可能である。
２つのコイル１０３Ａおよびコイル１０３Ｂは、各々から発生する直流磁束が互いに打ち消されるように巻回されている（この点については後述する）。これらのコイル１０３Ａ、Ｂは予め筒状に巻回されていて、ケース１０８に収納される際に、各Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に嵌挿することにより、コア部と組み合わされることになる。
すなわち、コイル１０３Ａ、およびコイル１０３Ｂの一方の端部から他方の端部へ電流が流れたとき、中脚コア部１０１Ａ３を流れる磁束と、中脚コア部１０１Ｂ３を流れる磁束とが、互いに逆方向となり、２つの中脚コア部１０３Ａ、Ｂ内を貫通する磁束が相殺される。これにより、ベースコア部１０１Ａ４⇒外脚コア部１０１Ａ１⇒外脚コア部１０１Ｂ１⇒ベースコア部１０１Ｂ４⇒外脚コア部１０１Ｂ２⇒外脚コア部１０１Ａ２⇒ベースコア部１０１Ａ４の順にコア１０１Ａ、Ｂを周回する磁束ループが形成される。
なお、これら２つのコイル部１０３Ａ、Ｂにより２相のリアクトル装置が構成されるので、１相のリアクトル装置を２つ設けるよりも装置のコンパクト化を図ることができる。
また、Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、１０１Ｂ３に各々コイル部１０３Ａ、Ｂを設けることにより、装置全体として対称形状となり、磁気結合が効率的となる。
すなわち、コイル１０３Ａ、およびコイル１０３Ｂの一方の端部から他方の端部へ電流が流れたとき、中脚コア部１０１Ａ３を流れる磁束と、中脚コア部１０１Ｂ３を流れる磁束とが、互いに逆方向となり、２つの中脚コア部１０３Ａ、Ｂ内を貫通する磁束が相殺される。これにより、ベースコア部１０１Ａ４⇒外脚コア部１０１Ａ１⇒外脚コア部１０１Ｂ１⇒ベースコア部１０１Ｂ４⇒外脚コア部１０１Ｂ２⇒外脚コア部１０１Ａ２⇒ベースコア部１０１Ａ４の順にコア１０１Ａ、Ｂを周回する磁束ループが形成される。
なお、これら２つのコイル部１０３Ａ、Ｂにより２相のリアクトル装置が構成されるので、１相のリアクトル装置を２つ設けるよりも装置のコンパクト化を図ることができる。
また、Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの中脚コア部１０１Ａ３、１０１Ｂ３に各々コイル部１０３Ａ、Ｂを設けることにより、装置全体として対称形状となり、磁気結合が効率的となる。
＜樹脂成型体＞
Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂは、それぞれ樹脂成型体（コイル１０３Ａ、Ｂのボビンや、コア１０１Ａ、Ｂのカバーを含む）１０５Ａ、Ｂ内に埋め込まれた状態で収容されており、この状態で、金型中に樹脂が充填されることにより、樹脂成型体１０５Ａ、Ｂと一体形成される。Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂとコイル１０３Ａ、Ｂは、この樹脂成型体１０５Ａ、Ｂが、間に介在することにより絶縁される。樹脂成型体材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)等及び上記樹脂成形体材料にガラス及び熱伝導性フィラーを添加したものを用いることができる。
Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂは、それぞれ樹脂成型体（コイル１０３Ａ、Ｂのボビンや、コア１０１Ａ、Ｂのカバーを含む）１０５Ａ、Ｂ内に埋め込まれた状態で収容されており、この状態で、金型中に樹脂が充填されることにより、樹脂成型体１０５Ａ、Ｂと一体形成される。Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂとコイル１０３Ａ、Ｂは、この樹脂成型体１０５Ａ、Ｂが、間に介在することにより絶縁される。樹脂成型体材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)等及び上記樹脂成形体材料にガラス及び熱伝導性フィラーを添加したものを用いることができる。
＜磁気結合型リアクトル装置＞
図３は、本実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置の概略斜視図を示すものである。この磁気結合型リアクトル装置２００は、磁気結合型リアクトル装置２００が取り付けられる基部（図示せず）に対してねじ固定される。すなわち、アルミ等の金属からなるケース１０８は、四方にねじ止め部１０８Ａが形成されており、このねじ止め部１０８Ａのねじ孔１０８Ｂを介してねじ（図示せず）を基部に螺入することで、磁気結合型リアクトル装置２００を基部に取り付けることができる。上述したＥ字型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを１つもしくは複数個設けてもよい。すなわち、中脚コア部１０１Ａ３、１０１Ｂ３にエアギャップを１つもしくは複数個設けてもよいし、これに替えて、またはこれに加えて、両外脚コア部１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にエアギャップを１つもしくは複数個設けてもよい。ここで、「エアギャップを１つもしくは複数個設ける」とは、コア部を複数に分割し、分割されたコア部の間に空間を設けるか、このコア部の間を非磁性材料(例えば、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、フェノール樹脂、前述の樹脂成型体材料等)で満たす場合のことをいう。
図３は、本実施形態に係る磁気結合型リアクトル装置の概略斜視図を示すものである。この磁気結合型リアクトル装置２００は、磁気結合型リアクトル装置２００が取り付けられる基部（図示せず）に対してねじ固定される。すなわち、アルミ等の金属からなるケース１０８は、四方にねじ止め部１０８Ａが形成されており、このねじ止め部１０８Ａのねじ孔１０８Ｂを介してねじ（図示せず）を基部に螺入することで、磁気結合型リアクトル装置２００を基部に取り付けることができる。上述したＥ字型コア１０１Ａ、Ｂの先端部は直接突き合わせても良いが、間にスペーサーを介在させてもよいし、エアギャップを１つもしくは複数個設けてもよい。すなわち、中脚コア部１０１Ａ３、１０１Ｂ３にエアギャップを１つもしくは複数個設けてもよいし、これに替えて、またはこれに加えて、両外脚コア部１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２にエアギャップを１つもしくは複数個設けてもよい。ここで、「エアギャップを１つもしくは複数個設ける」とは、コア部を複数に分割し、分割されたコア部の間に空間を設けるか、このコア部の間を非磁性材料(例えば、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、フェノール樹脂、前述の樹脂成型体材料等)で満たす場合のことをいう。
また、このケース１０８内には、Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂとコイル１０３Ａ、Ｂを組み合わせたリアクトル本体が収納されており、樹脂成型体（ボビン）１０５Ａ、Ｂが、これらＥ字型コア１０１Ａ、Ｂとコイル１０３Ａ、Ｂの間に介在して絶縁をとることができるとともに、上方からリアクトル本体を拘束してこのリアクトル本体をケース１０８内に固定できるようになっている。なお、この樹脂成型体（ボビン）はボルト１０７によってケース１０８に固定される。
また、ケース１０８には２か所に樹脂製の端子台１０６Ａ、Ｂが取り付けられており、各コイル１０３Ａ、Ｂの入力端１０３Ａ１、Ｂ１および各コイル１０３Ａ、Ｂの出力端１０３Ａ２、Ｂ２に接続された金属端子１０３Ｃ１、Ｄ１、Ｃ２、Ｄ２を指示する構成とされている。
さらに、リアクトル本体の温度を測定するサーミスタ１０９、およびケース１０８の内部の隙間を充填して熱分布の均一化を図り得る充填材１１０とを備えている。この充填材１１０としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等および上記充填剤に熱伝導性フィラーを添加したもの等からなる液状やゲル状のものを固化することで用いることができる。
さらに、リアクトル本体の温度を測定するサーミスタ１０９、およびケース１０８の内部の隙間を充填して熱分布の均一化を図り得る充填材１１０とを備えている。この充填材１１０としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等および上記充填剤に熱伝導性フィラーを添加したもの等からなる液状やゲル状のものを固化することで用いることができる。
ところで、本実施形態においては、外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２に対する中脚コア部１０１Ａ３の断面積の比率を所定範囲に規定することにより、自己インダクタンスを増加させることができ、直流重畳特性の改善を図ることができる。
すなわち、例えば図４に示すように、リアクトル本体の断面図によれば、中央部に、コイル部１０３Aが巻回装着されてなる中脚コア部１０１A３が配され、その中脚コア部１０１A３の両側に、各々外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２が配されることになる。
ここで、この中脚コア部１０１A３の断面積をＳｉとし、この外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２の断面積（外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２のいずれか一方の断面積）をＳｏとしたとき、下記条件式（１）が成り立つように構成されている。なお、ここでの断面とは、各脚部の軸に直交する方向の断面を示す。
１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１）
ここで、この中脚コア部１０１A３の断面積をＳｉとし、この外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２の断面積（外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２のいずれか一方の断面積）をＳｏとしたとき、下記条件式（１）が成り立つように構成されている。なお、ここでの断面とは、各脚部の軸に直交する方向の断面を示す。
１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１）
図５は、上記Ｓｉ／Ｓｏの値（図５では、中脚断面積／外脚断面積と記す）に対するインダクタンス（μH）の変化を示すグラフである。図５によれば、Ｓｉ／Ｓｏの値が、２〜２．５付近で最大とされており、１未満になるとインダクタンスの値が急激に減少する。
本実施形態においては、Ｓｉ／Ｓｏの下限を１．０、上限を５．０としているので、インダクタンスを４００μH程度以上とすることができ、自己インダクタンスをある程度大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をより良化することができる磁気結合型リアクトル装置とすることができる。
本実施形態においては、Ｓｉ／Ｓｏの下限を１．０、上限を５．０としているので、インダクタンスを４００μH程度以上とすることができ、自己インダクタンスをある程度大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をより良化することができる磁気結合型リアクトル装置とすることができる。
なお、条件式（１）に替えて、下記条件式（２）とすることがさらに望ましい。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．５ （２）
このように、Ｓｉ／Ｓｏの下限が１．５、上限が３．５となるように設定すれば、インダクタンスを４５０μH程度以上とすることができ、自己インダクタンスをより大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をより良化することができる磁気結合型リアクトル装置とすることができる。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．５ （２）
このように、Ｓｉ／Ｓｏの下限が１．５、上限が３．５となるように設定すれば、インダクタンスを４５０μH程度以上とすることができ、自己インダクタンスをより大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をより良化することができる磁気結合型リアクトル装置とすることができる。
さらに、条件式（２）に替えて、下記条件式（３）とすることがさらに望ましい。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．０ （３）
このように、Ｓｉ／Ｓｏの下限が１．５、上限が３．０となるように設定すれば、インダクタンスを４５０μH以上とすることができ、自己インダクタンスをさらに大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をさらに良化することができる。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．０ （３）
このように、Ｓｉ／Ｓｏの下限が１．５、上限が３．０となるように設定すれば、インダクタンスを４５０μH以上とすることができ、自己インダクタンスをさらに大きな値とすることができるとともに、直流重畳特性をさらに良化することができる。
本実施形態の磁気結合型リアクトル装置において、低背化を促進するための変型例に係るコア形状について図６を用いて説明する。
すなわち、図６に示すように、リアクトル本体の断面図によれば、中央部に、コイル部１０３Aが巻回装着されてなる中脚コア部１０１A３が配され、その中脚コア部１０１A３の両側に、各々外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２が配されることになる。各部材の間には、充填材１１０が注入されている。
すなわち、図６に示すように、リアクトル本体の断面図によれば、中央部に、コイル部１０３Aが巻回装着されてなる中脚コア部１０１A３が配され、その中脚コア部１０１A３の両側に、各々外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２が配されることになる。各部材の間には、充填材１１０が注入されている。
この変型例においては、図６に示すように、巻回されたコイル１０３Ａから、入力端１０３Ａ１および出力端１０３Ａ２が、図中横方向に引き出されており、引き出された入力端１０３Ａ１は外脚コア部１０１Ａ２の上方のボビン１０５Ａ上に載置され、また、引き出された出力端１０３Ａ２は外脚コア部１０１Ａ１の上方のボビン１０５Ａ上に載置されている。このように、図６中、コイル１０３Ａの高さは、巻回部の上辺と、引き出された入力端１０３Ａ１および引き出された出力端１０３Ａ２とが一直線になるようにした場合が、最も小さくなる。
したがって、この変型例では、中脚コア部１０１Ａ３が外脚コア部１０１Ａ１、１０１Ａ２に対して、上方にオフセットするように配置して、中脚コア部１０１Ａ３がコイル１０３Ａの中空部に収まるようにすることにより、リアクトル本体の低背化を担保することができる。
図６中、コイル１０３Ａの下表面と、図示されないヒートシンクとの間には熱伝導部材１１１が配されており、コイル１０３Ａがこの熱伝導部材１１１上に載置されるようになっている。このようにすることでヒートシンクに当接する部材面を平坦とすることが可能であるので、ヒートシンクに対する熱伝導効率を向上させることができ、放熱性を改善することができる。
なお、中脚コア部１０１Ａ３の上記オフセット量は、コイル１０３Ａの幅に、絶縁性を確保するための距離と、組み立てマージンの総計であるαを加えたものとなる。
なお、中脚コア部１０１Ａ３の上記オフセット量は、コイル１０３Ａの幅に、絶縁性を確保するための距離と、組み立てマージンの総計であるαを加えたものとなる。
本実施形態の磁気結合型リアクトル装置において、端子部のレイアウトの自由度を向上させるための態様について説明する。
図３に示すように、この磁気結合型リアクトル装置２００の、端子台１０６Ａにおいては、端部接続部１０３Ｃ１、１０３Ｄ１が設けられており、これらの端部接続部１０３Ｃ１、１０３Ｄ１からの電流が、コイルの入力端１０３Ａ１、Ｂ１からコイル１０３Ａ、Ｂに入力されるようになっている。すなわち、２つのコイル１０３Ａ、Ｂにおいて、電流の入力端がコイル１０３Ａ、Ｂの一側に位置するように構成されている。他方、端子台１０６Ｂにおいては、端部接続部１０３Ｃ２、１０３Ｄ２が設けられており、コイル１０３Ａ、Ｂからの電流が、出力端１０３Ａ２、Ｂ２を介して端部接続部１０３Ｃ２、１０３Ｄ２に出力されるようになっている。すなわち、２つのコイル１０３Ａ、Ｂについて、電流の出力端が、電流の入力部とは逆側の、コイル１０３Ａ、Ｂの他側に位置するように揃えられている。
図３に示すように、この磁気結合型リアクトル装置２００の、端子台１０６Ａにおいては、端部接続部１０３Ｃ１、１０３Ｄ１が設けられており、これらの端部接続部１０３Ｃ１、１０３Ｄ１からの電流が、コイルの入力端１０３Ａ１、Ｂ１からコイル１０３Ａ、Ｂに入力されるようになっている。すなわち、２つのコイル１０３Ａ、Ｂにおいて、電流の入力端がコイル１０３Ａ、Ｂの一側に位置するように構成されている。他方、端子台１０６Ｂにおいては、端部接続部１０３Ｃ２、１０３Ｄ２が設けられており、コイル１０３Ａ、Ｂからの電流が、出力端１０３Ａ２、Ｂ２を介して端部接続部１０３Ｃ２、１０３Ｄ２に出力されるようになっている。すなわち、２つのコイル１０３Ａ、Ｂについて、電流の出力端が、電流の入力部とは逆側の、コイル１０３Ａ、Ｂの他側に位置するように揃えられている。
このように２つのコイル１０３Ａ、Ｂの入力端、および出力端の位置が揃えられているので、端子部周りの設計等の効率を図ることができるが、電流がコイル１０３Ａ、Ｂに流されたときにコイル１０３Ａとコイル１０３Ｂを貫く磁束が、互いに逆方向に流れるようにして、磁束を相殺する構成とする必要があるので、コイル１０３Ａ、Ｂの巻回方向は、２つのコイル１０３Ａ、Ｂ間で互いに逆とされている。
これにより、配線における損失の低減、および端子部のレイアウトの自由度向上、低背化を図ることができる。
これにより、配線における損失の低減、および端子部のレイアウトの自由度向上、低背化を図ることができる。
また、本実施形態の磁気結合型リアクトル装置において、低背化を促進するための別の変型例に係るコア形状について図７を用いて説明する。
図７に示す変型例においては、リアクトル本体１００Ａが、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂと１対のコイル１０３Ａ、Ｂにより構成されている点では、図３に示す磁気結合型リアクトル装置２００のリアクトル本体１００と同様であるが、コイル１１３Ａ、Ｂの入力端１１３Ａ１、Ｂ１および出力端１１３Ａ２、Ｂ２が、全てコイル１０３Ａ、Ｂの一側に引き出される構成とされている。そして、このコイル１０３Ａ、Ｂが引き出される側の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さが、他側の外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１やベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４の高さに比べて、コイル１１３Ａ、Ｂの幅分だけ低くなるように形成されている。これにより自己インダクタンスの向上、および配線における損失の低減を図ることができる。
図７に示す変型例においては、リアクトル本体１００Ａが、１対のＥ型コア１０１Ａ、Ｂと１対のコイル１０３Ａ、Ｂにより構成されている点では、図３に示す磁気結合型リアクトル装置２００のリアクトル本体１００と同様であるが、コイル１１３Ａ、Ｂの入力端１１３Ａ１、Ｂ１および出力端１１３Ａ２、Ｂ２が、全てコイル１０３Ａ、Ｂの一側に引き出される構成とされている。そして、このコイル１０３Ａ、Ｂが引き出される側の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さが、他側の外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１やベースコア部１０１Ａ４、１０１Ｂ４の高さに比べて、コイル１１３Ａ、Ｂの幅分だけ低くなるように形成されている。これにより自己インダクタンスの向上、および配線における損失の低減を図ることができる。
前述したように、一側（配線取り出し側）の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２と、他側の外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の断面積は等しく形成されていることが望ましい。上記のように、一側の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２と、他側の外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さに差を持たせた結果、両者の断面積を等しくするためには、図８の磁気結合型リアクトル装置２００Ａに示すように、一側（配線取り出し側）の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の横幅を、他側の外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の横幅よりも長くするように構成する。すなわち、外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さをＨ１、横幅をＷ１とし、外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さをＨ２、横幅をＷ２とすると、Ｈ１×Ｗ１＝Ｈ２×Ｗ２との等式が成り立つように、横幅Ｗ１、Ｗ２を調整する。これにより、リアクトル本体１００Ａ全体のサイズを小さくすることができる。
また、上記のように、コイル１０３Ａ、Ｂが引き出される側の外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さを低くした場合、放熱効果のために充填する充填材１１０を外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さまでしか充填できない虞がある。
そこで、図９に示すように、外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の上方の領域に、充填材１１０とは異なる材料からなる樹脂部材１２１を配設し、この樹脂部材１２１を含めた外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さが外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さと同程度となるようにしているので、充填材１１０を、外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さまで充填することができる。これにより、放熱性能の向上を図ることができる。
上記樹脂部材１２１としては、充填を容易なものとするために流動性を有する材料とすることが望ましく、さらには絶縁性を有し安価であることが望ましい。具体的な材料としては、例えば、フェノール樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などが好適である。
そこで、図９に示すように、外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の上方の領域に、充填材１１０とは異なる材料からなる樹脂部材１２１を配設し、この樹脂部材１２１を含めた外脚コア部１０１Ａ２、Ｂ２の高さが外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さと同程度となるようにしているので、充填材１１０を、外脚コア部１０１Ａ１、Ｂ１の高さまで充填することができる。これにより、放熱性能の向上を図ることができる。
上記樹脂部材１２１としては、充填を容易なものとするために流動性を有する材料とすることが望ましく、さらには絶縁性を有し安価であることが望ましい。具体的な材料としては、例えば、フェノール樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などが好適である。
なお、本実施形態の磁気結合型リアクトル装置の組立工程においては、事前にコイル部１０３Ａ、Ｂを筒状に形成しておき、このコイル１０３Ａ、Ｂの中空部にＥ字型コア１０１Ａ、Ｂを挿通し、これにより、Ｅ字型コア１０１Ａ、Ｂの周囲にコイル１０３Ａ、Ｂが巻回された状態に形成する。
本発明の磁気結合型リアクトル装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態の磁気結合型リアクトル装置においては、ベースコア部から３つの脚部コア部が突出したＥ字型コアを２つ組み合わせてコア部が形成されているが、本発明の磁気結合型リアクトル装置としてはこれに限られるものではなく、ベースコア部から４つ以上の任意の数の脚部コア部が突出した多脚コア部材を２つ以上の任意の数だけ設けるように構成することができる。
例えば、上述した実施形態の磁気結合型リアクトル装置においては、ベースコア部から３つの脚部コア部が突出したＥ字型コアを２つ組み合わせてコア部が形成されているが、本発明の磁気結合型リアクトル装置としてはこれに限られるものではなく、ベースコア部から４つ以上の任意の数の脚部コア部が突出した多脚コア部材を２つ以上の任意の数だけ設けるように構成することができる。
また、ベースコア部から４つ以上の数の脚部コア部が突出した多脚コア部材を用いる場合は、任意の中脚コア部に巻回可能である。また、各多脚コア部材には２相以上の任意の多相のものとすることが可能である。
また、この多脚コア部材の断面形状は矩形でなくてもよく、円、楕円などの他の形状とすることも可能である。
また、この多脚コア部材の断面形状は矩形でなくてもよく、円、楕円などの他の形状とすることも可能である。
上記では、各Ｅ字型コアの中脚コア部に設けられたコイルは１つとされているが、１つの中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３に、任意の数のコイルを設けるようにしてもよい。ただし、全体として対称形の形態をなすように構成することが好ましい。
また、２つのコイル部１０３Ａ、Ｂは、前述したように、発生する磁束が中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３を互いに打ち消しあうような方向に巻回することになるので、両コイル部に通電される電流の向きを同じとし、前述したように平角線を逆向きに巻回することが好ましいが、両コイル１０３Ａ、Ｂに通電される電流の向きを逆向きとし、平角線を同じ向きに巻回することにより、各コイル１０３Ａ、Ｂで発生する磁束が互いに打ち消しあうような作用を得ることも可能である。
また、２つのコイル部１０３Ａ、Ｂは、前述したように、発生する磁束が中脚コア部１０１Ａ３、Ｂ３を互いに打ち消しあうような方向に巻回することになるので、両コイル部に通電される電流の向きを同じとし、前述したように平角線を逆向きに巻回することが好ましいが、両コイル１０３Ａ、Ｂに通電される電流の向きを逆向きとし、平角線を同じ向きに巻回することにより、各コイル１０３Ａ、Ｂで発生する磁束が互いに打ち消しあうような作用を得ることも可能である。
１００、１００Ａ リアクトル本体
２００、２００Ａ 磁気結合型リアクトル装置
１０１Ａ、Ｂ、 Ｅ字型コア
１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 外脚コア部
１０１Ａ３、Ｂ３ 中脚コア部
１０１Ａ４、Ｂ４ ベースコア部
１０１Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２ 肩部
１０３Ａ、Ｂ コイル部
１０３Ａ１、Ｂ１、１１３Ａ１、Ｂ１ 入力端
１０３Ａ２、Ｂ２、１１３Ａ２、Ｂ２ 出力端
１０３Ｃ１、Ｄ１、Ｃ２、Ｄ２ 金属端子
１０５Ａ、Ｂ 樹脂成型体
１０６Ａ、Ｂ 端子台
１０７ ボルト
１０８ ケース
１０８Ａ ねじ止め部
１０８Ｂ ねじ孔
１０９ サーミスタ
１１０ 充填材
１１１ 熱伝導部材
１２１ 樹脂部材
２００、２００Ａ 磁気結合型リアクトル装置
１０１Ａ、Ｂ、 Ｅ字型コア
１０１Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 外脚コア部
１０１Ａ３、Ｂ３ 中脚コア部
１０１Ａ４、Ｂ４ ベースコア部
１０１Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２ 肩部
１０３Ａ、Ｂ コイル部
１０３Ａ１、Ｂ１、１１３Ａ１、Ｂ１ 入力端
１０３Ａ２、Ｂ２、１１３Ａ２、Ｂ２ 出力端
１０３Ｃ１、Ｄ１、Ｃ２、Ｄ２ 金属端子
１０５Ａ、Ｂ 樹脂成型体
１０６Ａ、Ｂ 端子台
１０７ ボルト
１０８ ケース
１０８Ａ ねじ止め部
１０８Ｂ ねじ孔
１０９ サーミスタ
１１０ 充填材
１１１ 熱伝導部材
１２１ 樹脂部材
Claims (10)
- ベースコア部分と、このベースコア部分から同一方向に突出する３つ以上の脚部コア部分とを備えた鉄系材料よりなる多脚コア部材を少なくとも１対有し、
これら少なくとも１対の多脚コア部材を、対応する脚部コア部分が互いに突き合せられるように配設するとともに、対応する該脚部コア部分のうち、両外側の脚部コア部分を除く、内側の脚部コア部分であって、少なくとも１つのコイル巻回用脚部コア部分の、当該内側の脚部コア部分の突き合せ部分を挟む、該脚部コア部分の各々に、コイル部を巻回する状態で装着して磁気結合型の構造をなし、
前記コイル巻回用脚部コア部分の延びる方向に直交する、該コイル巻回用脚部コア部分の断面積をＳｉ、前記両外側の脚部コア部分の延びる方向に直交する、該両外側の脚部コア部分の各々の断面積をＳｏ、としたとき、下記条件式（１）が成り立つことを特徴とする磁気結合型リアクトル装置。
１．０≦Ｓｉ／Ｓｏ≦５．０ （１） - 前記条件式（１）の範囲は、下記条件式（２）の範囲に限定したものとすることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合型リアクトル装置。
１．５≦Ｓｉ／Ｓｏ≦３．５ （２） - 前記多脚コア部材がＥ字型コア部材からなり、
該Ｅ字型コア部材の前記コイル巻回用脚部コア部分である中脚コア部分の各々に、１つのコイル部を巻回する状態で装着してなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気結合型リアクトル装置。 - 前記中脚コア部分が前記両外側の脚部コア部分よりも、少なくとも前記コイル部の幅分だけ上方側にオフセットされていることを特徴とする請求項３に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 前記１対の多脚コア部材の対応する前記コイル巻回用脚部コア部分の各々に装着されてなる前記コイル部の入力端が、前記多脚コア部材の軸に対して一側に配されるとともに前記コイル部の巻回方向が互いに逆とされていることを特徴とする請求項４に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 前記１対の多脚コア部材の対応する前記コイル巻回用脚部コア部分の各々に装着されてなる前記コイル部の各々の入力端および出力端が、一側の前記外側の脚部コア部分における上端面上に引き出されるように構成し、前記一側の外側の脚部コア部分の高さが、他側の前記外側の脚部コア部分の高さよりも該コイル部の幅分に対応する寸法だけ低く設定されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 一側の前記外側の脚部コア部分の軸に直交する方向の断面の面積が、他側の前記外側の脚部コア部分の軸に直交する方向の断面の面積と等しくなるように形成され、これらの２つの断面において、前記一側に係る断面は、前記他側に係る断面に比べて、高さが低く幅が広くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 一側の前記外側の脚部コア部分と、他側の前記外側の脚部コア部分との高さの差に相当する厚みの樹脂材料を、前記一側の外側の脚部コア部分の上面上で、前記コイル部の各々の入力端および出力端が非配置とされた部分に取り付けてなることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 前記中脚コア部分に１つもしくは複数のエアギャップを設けることを特徴とする請求項３〜８のうちいずれか１項に記載の磁気結合型リアクトル装置。
- 前記両外脚コア部分の少なくとも一方に１つもしくは複数のエアギャップを設けることを特徴とする請求項４〜９のうちいずれか１項に記載の磁気結合型リアクトル装置。
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