JP2021089910A - Magnetic body core and reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトルに用いられる磁性体コア及びリアクトルに関する。 The present invention relates to a magnetic core and a reactor used in a reactor.
特許文献1には、磁性体コアとして、軟磁性金属粉やフェライト等の粉末を金型で圧縮して成形し、コイルの外周の大部分を外側コアで覆うポット型コアが記載されている。
特許文献1のような従来のポット型コアは、内側コアと外側コアとが一体成形されているため、コイルが巻き回される内側コア及びコイルの外周側を覆う外側コアの肉厚が厚くなり、渦電流が発生しやすくなることから損失が大きくなりやすい傾向がある。
In a conventional pot-type core as in
そこで、ポット型コアを、積層鋼板で形成することが考えられる。しかし、ポット型コアの内側コア及び外側コアを積層鋼板で形成すると、一部分において積層鋼板の積層面を貫く方向に磁束が通過する磁路が生じてしまう。そのため、渦電流が増大する部分が生じてしまい、積層鋼板の良さを生かしきれないという問題がある。 Therefore, it is conceivable to form the pot-type core with a laminated steel plate. However, when the inner core and the outer core of the pot type core are formed of the laminated steel plate, a magnetic path through which magnetic flux passes in a direction penetrating the laminated surface of the laminated steel plate is generated in a part thereof. Therefore, there is a problem that a portion where the eddy current increases is generated and the goodness of the laminated steel sheet cannot be fully utilized.
本発明は、ポット型コアに薄板状の軟磁性材料を積層した積層磁性材料を適用するにあたり渦電流を抑制することで、損失の少ない磁性体コア及びリアクトルを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a magnetic core and a reactor having low loss by suppressing an eddy current when applying a laminated magnetic material in which a thin plate-shaped soft magnetic material is laminated on a pot type core.
本発明の一観点は、コイルの中心部に配置される内側コアと、前記コイルの外側に配置される外側コアと、前記内側コアの両端部に配置され前記外側コアが連結される連結部材と、を備えた磁性体コアであって、前記内側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第1積層体を有し、前記外側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第2積層体を有し、前記連結部材は、磁路が無方向性の磁性体からなる、磁性体コアにある。 One aspect of the present invention is an inner core arranged at the center of the coil, an outer core arranged outside the coil, and a connecting member arranged at both ends of the inner core and connected to the outer core. The inner core has a first laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated, and the outer core has a plurality of thin plate-shaped magnetic materials. It has a second laminated body in which a magnetic material and an insulating layer are alternately laminated, and the connecting member is in a magnetic material core in which the magnetic path is made of a non-directional magnetic material.
本発明の別の一観点は、コイルと、前記コイルの中心部に配置された内側コアと、前記コイルの外側に配置された外側コアと、前記内側コアの両端部に配置され、前記外側コアが連結される連結部材と、を備えたリアクトルであって、前記内側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第1積層体を有し、前記外側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第2積層体を有し、前記連結部材は、磁路が無方向性の磁性体からなる、リアクトルにある。 Another aspect of the present invention is the coil, the inner core arranged in the center of the coil, the outer core arranged outside the coil, and the outer core arranged at both ends of the inner core. The inner core has a first laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated, and the outer core is a reactor. It has a second laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated, and the connecting member is in a reactor in which the magnetic path is made of a non-directional magnetic material.
上記観点の磁性体コア及びリアクトルによれば、ポット型コアに積層鋼板を適用するにあたり、積層鋼板を貫く方向に磁束が通過する部分の発生を防ぐことができ、渦電流を抑制して損失を低減できる。 According to the magnetic core and the reactor from the above viewpoint, when applying the laminated steel plate to the pot type core, it is possible to prevent the generation of a portion through which the magnetic flux passes in the direction penetrating the laminated steel plate, and suppress the eddy current to reduce the loss. Can be reduced.
以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be mentioned and described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態に係るリアクトル10は、コイル12と、コイル12の周囲に磁路を形成する磁性体コア14とによって構成されている。このリアクトル10は、例えば昇圧/降圧コンバータ等の電源回路のインダクタとして用いられる素子であり、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される。
(First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the
コイル12は、枠部材16と、枠部材16に収容された巻線18とを備えている。枠部材16は、軸線A方向に貫通する中空部16aを有する輪状の部材であり、外周側に開口した断面コの字状の巻線収容部20を備えている。巻線18は、巻線収容部20に銅線等の配線材を巻き付けて構成されており、図の軸線A方向の一端と他端とに磁極を発生させる。
The coil 12 includes a
磁性体コア14は、図2に示すように、コイル12の中央(中心部)の中空部16a内に配置される内側コア22と、内側コア22の一端と他端とにそれぞれ配置された連結部材24A、24Bと、コイル12の外方を覆うように配置され、一方の連結部材24Aと他方の連結部材24Bとを結ぶ磁路を形成する外側コア26とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
内側コア22は、2つの直方体状のブロック状磁性体28(第1積層体)を備える。これらのブロック状磁性体28は互いに所定幅のギャップ30を介して配置される。ギャップ30は、磁気飽和を防ぐために設けられており、例えば、樹脂等の非磁性且つ絶縁性の部材により構成される。ギャップ30の幅は、コイル12に流す電流値に応じて適宜設定される。
The
図3に示すように、ブロック状磁性体28は、軸線A方向から見て矩形状に形成されており、軟磁性材料よりなる複数の矩形状の薄板32と絶縁層65を交互に積層して形成された積層磁性材料(例えば、積層鋼板)よりなる。ブロック状磁性体28において、薄板32及び絶縁層65は、渦電流による損失の発生を防ぐべく、その主面が磁束通過方向(軸線Aの方向)と平行になる向きで交互に積層されている。薄板32を構成する軟磁性材料としては、例えば、電磁鋼板(ケイ素鋼板)、パーマロイ、及びアモルファス軟磁性合金等が挙げられる。また、絶縁層65を構成する絶縁材料としては、例えば、有機質のワニス被膜やエナメル被膜等が挙げられる。
As shown in FIG. 3, the block-shaped
図1に示すように、内側コア22の軸線A方向の一端(図の上端)には連結部材24Aが接合され、内側コア22の他端(図の下端)には連結部材24Bが接合されている。連結部材24Aとブロック状磁性体28との間及び、連結部材24Bとブロック状磁性体28との間には、必要に応じて非磁性の絶縁材料よりなるギャップ30が設けられる。連結部材24A、24Bは、軸線A方向から平面視してブロック状磁性体28と同様の寸法の正方形状の板状の部材であり、内側コア22とともに、角柱状の構造物を構成する。
As shown in FIG. 1, a connecting
連結部材24A、24Bは、磁路に方向性を有さない無方向性の軟磁性材料よりなる。この軟磁性材料は、複数の粒状の軟磁性体を非磁性の絶縁体を介してバルク状に固めたものであり、方向性を有さない非磁性絶縁体によって細かく分割された構造を有している。連結部材24A、24Bは、等方的な磁気特性を有するとともに、絶縁体によって粒状の軟磁性体が細かく分割されていることにより、渦電流の発生を防ぐことができる。連結部材24A、24Bの材料としては、具体的には、鉄、鉄−ケイ素合金、センダスト又はフェライト等の粉末を圧縮成形した圧粉体や、これらの粉末を焼結した焼結体等を用いることができる。
The connecting
外側コア26は、図2に示すように複数の外側磁性体34(第2積層体)によって構成される。外側磁性体34は、屈曲部が直角に形成されたC字状に形成されている。外側磁性体34は、連結部材24A、24Bの4つの側面に各々1つ設けられており、軸線A方向からみて周方向に90°離間して4方向に突出している。外側コア26の4つの外側磁性体34は、コイル12の外周の過半を覆う。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、各々の外側磁性体34は、軸線A方向に2分割されており、2つのL字型ブロック36によって構成される。L字型ブロック36は、L字型に成形された軟磁性材料の薄板38と絶縁層70を交互に、且つ厚さ方向に積層して形成されてなる。薄板38は、ブロック状磁性体28を構成する薄板32と同様の材料よりなる。
In the present embodiment, each outer
次に、磁性体コア14の製造方法の概略について説明する。図3に示すように、ブロック状磁性体28の一端に連結部材24A(又は連結部材24B)を接合し、さらに連結部材24Aの4つの側辺にL字型ブロック36を接合して、磁性体コア14の半分を構成する構造体40を組み立てる。各部材は、接着剤で接合される。また、必要に応じて、ブロック状磁性体28と連結部材24Aとの間に、樹脂部材等よりなるギャップ30を設けてもよい。
Next, the outline of the manufacturing method of the
次に、図3に示す構造体40をもう一組作成し、コイル12(図1参照)の上下から、一対の構造体40を組み付けることで、図1に示すリアクトル10が完成する。
Next, another set of the
以下、磁性体コア14及びそれを用いたリアクトル10の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
図1のリアクトル10のコイル12に電流が流れると、磁場が発生し、内側コア22の一端と他端とに磁極が生ずる。内側コア22の磁束は、一端及び他端に設けられた連結部材24A、24Bを経て、外側磁性体34に流れ込む。その際に、図2に矢印を付して示すように、連結部材24A、24Bでは、外側磁性体34の配置方向に向けて4方向に磁束が通過する。
When a current flows through the coil 12 of the
このような場合、従来のポット型コアのように、全ての部分を薄板状の磁性体で積層した構造にしてしまうと、4方向のうち、2方向については薄板を貫くように磁束が通過するため、薄板の面内方向に渦電流が発生してしまい、損失が大きくなってしまう。 In such a case, if the structure is such that all parts are laminated with a thin plate-shaped magnetic material like a conventional pot-type core, magnetic flux passes through the thin plate in two of the four directions. Therefore, an eddy current is generated in the in-plane direction of the thin plate, and the loss becomes large.
これに対し、本実施形態のリアクトル10では、内側コア22の両端部に設けられた連結部材24A、24Bを磁路に方向性を有さない磁性材料で構成したことで、4方向のいずれについても渦電流の発生を防ぐことができ、損失を低減できる。これにより、コイル12の外周の過半を外側コア26で覆ったポット型コアに積層磁性材料を適用する場合であっても、損失を低減させることができる。
On the other hand, in the
本実施形態のリアクトル10は、以下の効果を奏する。
The
リアクトル10に用いられる磁性体コア14は、コイル12が巻き付けられる内側コア22と、内側コア22の端部に配置された連結部材24A、24Bと、連結部材24A、24Bを介して内側コア22に接続され、コイル12の外方の少なくとも一部を覆う外側コア26と、を備え、内側コア22及び外側コア26は薄板状の軟磁性材料と絶縁材料を積層した積層磁性材料よりなり、連結部材24A、24Bは磁路の方向性を有さない軟磁性材料よりなる。これにより、連結部材24A、24Bでの渦電流による損失を減少させることができる。
The
上記の磁性体コア14において、連結部材24A、24Bは、軟磁性材料の粉末を成形してなる磁性材料としてもよい。これにより、磁路の方向性を有さない連結部材24A、24Bを容易に製造することができる。
In the above
上記の磁性体コア14において、連結部材24A、24Bは、コイル12に対して軸方向に突出して設けられていてもよい。コイル12に対して軸方向に突出した部分は、外側磁性体34との接続部分に当たるため、この部分に連結部材24A、24Bを用いることにより渦電流の発生を防ぐことができる。
In the
上記の磁性体コア14において、連結部材24A、24Bは、コイル12の軸方向からみて内側コア22と同じサイズに形成されていてもよい。このように構成することで、磁路において、積層磁性材料の占める範囲を大きくすることができ、積層磁性材料の低損失によるメリットを生かすことができる。
In the
上記の磁性体コア14において、外側コア26は側面視してC字型に形成された複数の外側磁性体34よりなり、外側磁性体34は、コイル12の軸方向からみて、複数の方向から連結部材24A、24Bに接続されていてもよい。このように構成することにより、コイル12の外周の過半を外側コア26で覆うことができるので、リアクトル10のインダクタンスが高くなり、小型化が可能となる。
In the above
本実施形態のリアクトル10は、上記の磁性体コア14を備えることにより、ポット型コアに薄板状の軟磁性材料と絶縁材料を交互に積層した積層磁性材料を適用するにあたり渦電流による損失を減少させることができる。
By providing the above-mentioned
(第2実施形態)
図4Aに示すように、本実施形態の磁性体コア14Aは、外側コア26がC字型の外側磁性体34Aによって一体的に構成されている点で、2分割された外側磁性体34を有する磁性体コア14(図2参照)と異なる。なお、磁性体コア14Aにおいて、外側コア26以外の構成は、図2の磁性体コア14と同様であるので、同様の構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 4A, the
外側磁性体34Aは、C字型に成形された軟磁性材料の薄板42と絶縁層75を交互に積層した積層磁性材料よりなる。外側磁性体34Aは、積層磁性材料とすることにより、磁束の通過方向に直交する方向が薄板状に分割されているため、渦電流の発生を防ぐことができる。また、第1実施形態のL字型ブロック36を組み合わせて形成される外側磁性体34に比べて部品点数を減らすことができ、構造が簡素化される。
The outer
なお、本実施形態に係る外側磁性体34Aは、上記の例に限定されるものではなく、図4Bに示す外側磁性体34Bのように、軟磁性材料の薄板42の両端を厚さ方向に折り曲げることにより、C字型に形成し、これを絶縁層75と交互に複数積層して構成してもよい。このように構成した場合にも、磁束の通過方向に直交する方向が薄板状に細かく分割されることにより、渦電流の発生を防ぐことができる。
The outer
(第3実施形態)
図5に示すように、本実施形態の磁性体コア14Bは、内側コア22の両端に設けられる連結部材44A、44Bの形状及び、外側コア46の形状が、図2の磁性体コア14(第1実施形態)と異なっている。なお、本実施形態の磁性体コア14Bにおいて、図2の磁性体コア14と同様の構成には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Third Embodiment)
As shown in FIG. 5, in the
連結部材44Aは、軸線A方向から見て、内側コア22(ブロック状磁性体28)よりも大きな寸法の矩形状に形成された板状部材であり、内側コア22の外側に突出している。連結部材44Aの外周部は、図1に示すコイル12の外周の外側にまで延び出ている。内側コア22の他端に設けられる連結部材44Bは、連結部材44Aと同一形状及び同一寸法に形成されている。本実施形態の連結部材44A、44Bは、連結部材24A、24Bと同様の材料によって構成することができる。
The connecting
外側コア46は、4枚の外側磁性体48を備えており、これらの外側磁性体48によって磁性体コア14Bの周縁を囲む壁状に形成されている。外側磁性体48は、矩形状に成形された軟磁性材料の薄板50と絶縁層80を交互に複数積層して形成されており、側面視して矩形の板状部材として構成されている。外側磁性体48は、一方の連結部材44Aと他方の連結部材44Bとの間に接合され、これらの間の磁路を形成する。なお、外側磁性体48は、連結部材44A、44Bの外側面44aに接合するようにしてもよい。また、外側磁性体48は分離した4枚の板状の構造に限定されるものではなく、矩形の筒状に一体的に形成されていてもよい。
The
本実施形態の磁性体コア14Bでは、4枚の外側磁性体48と、ブロック状磁性体28との間に形成される空間内にコイル12(図1参照)を配置することで、リアクトル10を構成できる。
In the
以上のように構成された本実施形態の磁性体コア14Bは、連結部材44A、44Bが前記内側コア22のブロック状磁性体28よりも大きな寸法に形成されてコイル12(図1参照)の外側に突出しており、外側コア46はコイル12の外周部を覆うように壁状に形成されるとともに、連結部材44A、44Bの周縁部に接続されている。このように構成する場合には、磁性体コア14Bの外側コア46の形状が単純な形状となり、製造が容易になる。
In the
(第4実施形態)
図6に示すように、本実施形態の磁性体コア14Cは、図5の磁性体コア14B(第3実施形態)を円柱状に形成した変形例に関する。なお、本実施形態の磁性体コア14Cにおいて、図5の磁性体コア14Bと同様の構成には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Fourth Embodiment)
As shown in FIG. 6, the
磁性体コア14Cにおいて、連結部材52Aは、軸線A方向から見て、内側コア22(ブロック状磁性体28)よりも大きな寸法の円形に形成された円板状部材であり、内側コア22の外側に突出している。連結部材52Aの外周部は、図1に示すコイル12の外周の外側にまで延び出ている。内側コア22の他端に設けられる連結部材52Bは、上記の連結部材52Aと同一寸法の円板状に形成されている。本実施形態の連結部材52A、52Bは、図2を参照しつつ説明した連結部材24A、24Bと同様の磁性材料によって構成することができる。
In the
外側コア54は、連結部材52A、52Bの周縁部に接合可能な円筒状に形成されている。外側コア54を構成する外側磁性体56は、円筒状に形成された軟磁性材料の薄板58と絶縁層85を交互に、且つ径方向に複数積層して形成されている。外側磁性体56は、一方の連結部材52Aと他方の連結部材52Bとの間に接合されて、連結部材52A、52Bを結ぶ磁路を形成する。なお、連結部材52A、52Bの外側面52aの外側から接合されるように構成してもよい。また、外側磁性体56の周方向の一部には、コイル12の線材を引き出すための切欠部60が設けられている。
The
以上のように構成された本実施形態の磁性体コア14Cは、図5を参照しつつ説明した磁性体コア14Bと同様の効果を奏する。
The
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. No.
10…リアクトル 12…コイル
14、14A、14B、14C…磁性体コア 22…内側コア
24A、24B、44A、44B、52A、52B…連結部材
26、46、54…外側コア 28…ブロック状磁性体
30…ギャップ
32、38、42、50、58…薄板
34、34A、34B、48、56…外側磁性体
65、70、75、80、85…絶縁層
10 ... Reactor 12 ...
Claims (5)
前記コイルの外側に配置される外側コアと、
前記内側コアの両端部に配置され前記外側コアが連結される連結部材と、
を備えた磁性体コアであって、
前記内側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第1積層体を有し、
前記外側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第2積層体を有し、
前記連結部材は、磁路が無方向性の磁性体からなる、磁性体コア。 With the inner core located in the center of the coil,
An outer core arranged outside the coil and
A connecting member arranged at both ends of the inner core and connecting the outer core,
It is a magnetic core equipped with
The inner core has a first laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated.
The outer core has a second laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated.
The connecting member is a magnetic core made of a magnetic material whose magnetic path is non-directional.
前記コイルの中心部に配置された内側コアと、
前記コイルの外側に配置された外側コアと、
前記内側コアの両端部に配置され、前記外側コアが連結される連結部材と、
を備えたリアクトルであって、
前記内側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第1積層体を有し、
前記外側コアは、複数の薄板状の磁性材料と絶縁層が交互に積層された第2積層体を有し、
前記連結部材は、磁路が無方向性の磁性体からなる、リアクトル。 With the coil
An inner core located in the center of the coil and
An outer core arranged outside the coil and
A connecting member arranged at both ends of the inner core and to which the outer core is connected,
It is a reactor equipped with
The inner core has a first laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated.
The outer core has a second laminated body in which a plurality of thin plate-shaped magnetic materials and insulating layers are alternately laminated.
The connecting member is a reactor in which the magnetic path is made of a non-directional magnetic material.
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