JP5114679B2

JP5114679B2 - リアクトル

Info

Publication number: JP5114679B2
Application number: JP2008262206A
Authority: JP
Inventors: 政男籔本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: JP2010093084A

Description

本発明は、リアクトルに関し、特に、電気回路の高周波成分を除去したり電気信号を昇圧したりするために用いて好適なものである。

従来から、電気回路の高周波成分を除去したり昇圧したりする目的でリアクトルが使用される。リアクトルは、ギャップを設けた鉄心にコイルを巻き回すことにより形成される。コイルとしては、例えばエッジワイズ巻構造のコイルが使用される。エッジワイズ巻構造のコイルは、帯状の導体板である平角線の板面同士が相互に対向し、且つ、平角線の間隔が略均等になるようにして平角線を巻き回すことにより形成される。このエッジワイズ巻構造のコイルを用いると、コイルのキャパシタンスを低減することができるというメリットがある。エッジワイズ巻構造のコイルを用いたリアクトルとして、特許文献１に記載のものがある。

特開２００５−２９４４２７号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載の技術では、磁路が形成される方向に対して垂直な方向の断面が四角形の鉄心に合わせてコイルを巻き回しており、コイルの形状を四角形にしている。このようにコイルの形状を四角形にすると、コイルを巻き回す際にコーナー部分が生じるため、コイルを容易に巻き回すことができなくなる虞がある。特に、前述したエッジワイズ巻構造のコイルを用いた場合には、コイルを容易に巻き回すことができなくなる虞が高くなる。また、コイルの形状を四角形にした場合には、コイルにコーナーの部分が存在することにより、コイルの形状を円形又は楕円形にした場合よりもコイル長が長くなり、コイルの直流抵抗が大きくなる。

したがって、コイルの形状を円形又は楕円形にするのが望ましい。しかしながら、磁路が形成される方向に対して垂直な方向の断面が四角形の鉄心に対して、円形又は楕円形のコイルを形成すると、鉄心とコイルとの隙間が大きくなり、漏れ磁束が大きくなる。そこで、磁路が形成される方向に対して垂直な方向の断面が円形又は楕円形の鉄心を用いるのが望ましい。このような鉄心としてＲコアと称される鉄心があるが、この鉄心は、特殊な装置により特殊な方法で製造しなければならないという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、良好な特性を有するリアクトルを従来よりも容易に形成できるようにすることを目的とする。

本発明のリアクトルは、間隔を有して並列に配置される複数の脚部と、前記複数の脚部の一端側と他端側にそれぞれ配置される２つの胴部と、を有するリアクトルであって、前記複数の脚部の領域と前記２つの胴部の領域に配置される非磁性体板と、前記複数の脚部の領域と、前記２つの胴部の領域とのそれぞれで、前記非磁性体板の板面を介して相互に対向するように当該板面の上下に取り付けられた複数の鉄心と、前記複数の鉄心のうち、前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心に対して巻き回されたコイルとを有し、前記複数の鉄心のうち、前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心の、前記鉄心内に形成される磁路と垂直な方向の断面の外形は、半円又は半楕円であり、当該半円又は半楕円の直線部分は、前記非磁性体板の板面に接しており、前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心は、断面の形状が半円弧又は半楕円弧である複数の磁性体板が積層された構成であることを特徴とする。

本発明によれば、磁路が形成される方向に対して垂直な方向の断面が概ね円形又は楕円形となる鉄心を、非磁性体板に鉄心を取り付けることによって形成することができる。これにより、磁路が形成される方向に対して垂直な方向の断面が概ね円形又は楕円形となる鉄心を、従来よりも容易に形成することができる。よって、良好な特性を有するリアクトルを従来よりも容易に形成することができる。

次に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、リアクトルの外観構成の一例を示す図である。
図１において、リアクトル１０は、コア部１１と、ボビン１２と、コイル１３とを有している。

図２は、コア部１１の外観構成の一例を示す図である。また、図３は、コア部１１の詳細な構成の一例を示す図である。具体的に図３（ａ）は、コア部１１の正面図（図３（ａ）のＡ方向から見た図）であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´方向から見た断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ´方向から見た断面図である。また、図３（ｄ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ´方向から見た断面図であり、図３（ｅ）は、図３（ａ）のＥ方向から見た図（コア部１１の側面図）である。

図２、図３において、コア部１１は、直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄと、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌと、絶縁体板２３とを有している。
直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄは、板面が長方形である強磁性体製の薄板を積層させることにより形成される。強磁性体製の薄板としては、アモルファス磁性箔や薄珪素鋼板等を用いることができる。尚、直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄは、全て同等のものである。

図４は、半円筒状鉄心２２の製造方法の一例を概念的に説明する図である。
まず、帯状の強磁性体の薄板を、円筒状の巻芯に巻き回す。強磁性体の薄板としては、アモルファス磁性箔や薄珪素鋼板等を用いることができる。これにより、図４の上図に示すように、軸方向に垂直な方向の断面が渦巻状（バームクーヘン状）であり、外形が円筒状（中空円筒状）の鉄心４１が形成される。そして、この外形が円筒状の鉄心４１を、その軸に沿って切断し、切断した面のバリを除去するためにエッチング処理する。これにより、図４の下図に示すように、２つの半円筒状鉄心２２ａ、２２ｂが形成される。本実施形態ではこのようにして、断面の形状が半円弧である複数の磁性体製の薄板が積層された構成となるように半円筒状鉄心２２を形成している。尚、その他の半円筒状鉄心２２ｃ〜２２ｌも、図４に示す半円筒状鉄心２２ａ、２２ｂと同じようにして形成されるので、その詳細な説明を省略する。

図５は、絶縁体板２３の外観構成の一例を示す図である。
図５に示すように、絶縁体板２３は、口の字の形状を有する絶縁体製の薄板である。ただし、ボビン１２ａ〜１２ｄおよびコイル１３の組み付けが容易となるように、分割された絶縁板を口の字の形状に組むことが好ましい。

このような構成の絶縁体板２３に、前述した"直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄと半円筒状鉄心２２ａ、２２ｂ"が、例えば耐熱性の接着剤（ワニス等）を用いて接着される。
具体的に直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄは、当該直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄを構成する磁性体製の薄板の板面が絶縁体板２３の板面と平行になるようにして、絶縁体板２３の領域２３ａ〜２３ｄに接着される。
一方、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌは、その上面及び下面（半円状の面）が絶縁体板２３の口の字状の部分の幅方向と平行になり、且つ当該半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌの切断面が絶縁体板２３を介して相互に対向するように、略等間隔で、絶縁体板２３の領域２３ｅ〜２３ｈに接着される。

また、図３（ａ）、図３（ｄ）、図３（ｅ）に示すように、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌの側方の空間部分は、絶縁性の樹脂３１ａ〜３１ｌで埋められている。尚、樹脂３１ａ〜３１ｌは、熱膨張率が小さく硬度が高い材料、振動を吸収する材料（例えば振動を熱に変換する材料）で形成するのが好ましい。

以上のようにしてコア部１１が組み立てられ、樹脂３１ａ〜３１ｌが埋め込まれた後に、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌを覆うように、ボビン１２ａ〜１２ｄがコア部１１に取り付けられる。尚、ボビン１２ａ〜１２ｄは、樹脂等の成型品である。その後、巻線機を用いてボビン１２ａ〜１２ｄにコイル１３が巻き回される。または、予めコイル１３を巻き回したボビン１２ａ〜１２ｄを、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌを覆うように、コア部１１に取り付けてもよい。
図６は、コイル１３の構成の一例を示す図である。
図６に示すように、本実施形態におけるコイル１３は、エッジワイズ巻構造のコイルである。具体的にコイル１３は、平角線の板面同士が相互に対向し、且つ、平角線の間隔が略均等になるようにして平角線をボビン１２ａ、１２ｂに巻き回すことにより形成される。ただし、コイル１３は、このようなエッジワイズ巻構造のコイルに限定されるものではない。

本実施形態では、以上のようにすることにより、コイル１３が巻き回されている絶縁体板の領域２３ｅ〜２３ｈに配置される半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌの、鉄心１１内に形成される磁路と垂直な方向の断面の外形が概ね半円となり、且つ当該半円の直線部分が絶縁体板２３の板面に接するようにしている。

以上のように本実施形態では、半円筒状鉄心２２の軸の方向と磁路が形成される方向とが平行になるように、半円筒状鉄心２２の切断面を、絶縁体板２３を介して相互に対向させる。そして、半円筒状鉄心２２を覆うようにボビン１２ａ〜１２ｄを取り付けてボビン１２ａ〜１２ｄにコイル１３を巻き回す。したがって、少なくともコイル１３が巻き回される部分については、磁路が形成される方向に対して垂直な方向における断面が概ね円形になる鉄心を、絶縁体板２３に半円筒状鉄心２２を取り付けることによって実現できる。これにより、磁路に垂直な方向における断面が概ね円形になる鉄心を従来よりも容易に実現できる。よって、良好な特性を有するリアクトルを従来よりも容易に形成することができる。

また、外形が円筒状であり、その円筒の軸に垂直な方向の断面が渦巻状である鉄心を、その軸に沿って切断することにより半円筒状鉄心２２を形成するようにした。したがって、磁路が形成される方向に垂直な方向におけるコア部１１の断面を概ね円形にしても、その円形の部分の外周に渦電流が発生することを抑制することができる。
また、直方体状鉄心２１と半円筒状鉄心２２とを絶縁体板２３に取り付ける（接着する）ようにしているので、コア部１１の剛性を向上させることができる。具体的には、例えば、絶縁体板２３の厚み・大きさ・材質・接着方法等を調整することにより、コア部１１の剛性を向上させることが可能になる。よって、コア部１１（リアクトル１０）が振動することを可及的に抑制することができる。
また、エッジワイズ巻構造のコイル１３に適した構造となるので、コイルの直流抵抗及びキャパシタンスを低減することができる。
以上のような効果を奏することから、本実施形態のリアクトル１０は、特に電力用のリアクトルに適したものとなる。

（変形例）
図７は、絶縁体板の外観構成の変形例を示す図である。
図７に示すように、絶縁体板７１は、口の字状の絶縁体板７１ａ、７１ｂと樹脂７１ｃとを有する。
絶縁体板７１ａ、７１ｂは同じものであり、口の字の形状を有する絶縁体製の薄板である。ただし、絶縁体板７１ａ、７１ｂを形成する材料は、絶縁体に限定されず、非磁性材料であれば、どのような材料を用いてもよい。尚、絶縁体板７１ａ、７１ｂは、熱膨張係数が小さい材料で形成するのが好ましい。

樹脂７１ｃは、振動を吸収する材料（例えば振動を熱に変換する材料）で形成されたものであり、２枚の絶縁体板７１ａ、７１ｂの口の字の部分の間に付けられる。すなわち、２枚の絶縁体板７１ａ、７１ｂは、その口の字の部分が、樹脂７１ｃを介して相互に対向するように、例えば樹脂７１ｃの粘着力により接着される。
このような構成を有する絶縁体板７１を前述した絶縁体板２３の代わりに用いることにより、コア部１１（リアクトル１０）が振動することを、より一層抑制することができる。

図８は、半円筒状鉄心の製造方法の変形例を概念的に説明する図である。
まず、帯状の強磁性体の薄板を、楕円筒状の巻芯に巻き回す。これにより、図８の上図に示すように、軸方向に垂直な方向の断面が渦巻状（バームクーヘン状）であり、外形が楕円筒状（中空楕円筒状）の鉄心８１が形成される。そして、この外形が楕円筒状の鉄心８１を、その長軸（又は短軸）に沿って切断し、切断した面のバリを除去するためにエッチング処理する。これにより、図８の下図に示すように、２つの半楕円筒状鉄心８１ａ、８１ｂが形成される。このようにすれば、断面の形状が半楕円弧である複数の磁性体製の薄板が積層された構成となるように半楕円筒状鉄心８１ａ、８１ｂを形成することができる。このような半楕円筒状鉄心８１ａ、８１ｂを半円筒状鉄心２２の代わりに用いた場合には、磁路が形成される方向に垂直な方向におけるコア部１１の断面を概ね楕円形にすることができる。

この他、本実施形態では、半円筒状鉄心２２の数が、１２個である場合を例に挙げて示したが、磁路が形成される方向に垂直な方向におけるコア部１１の断面を概ね円形にすることができれば、半円筒状鉄心２２の数は、これに限定されるものではない。すなわち、半円筒状鉄心２２は、２個以上（偶数）であれば幾つであってもよい。
また、直方体状鉄心２１ａ〜２１ｄの代わりに、直方体以外の形状の鉄心を用いてもよい。また、この鉄心は、前述した半円筒状鉄心２２ａ，２２ｂと対向する面が平面であり、磁路を形成することができれば、必ずしも薄板を積層させて構成しなくてもよい。例えば、圧粉磁心を用いてもよい。
また、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌの全ての側方に空間部分を設ける必要はない。リアクトルの設計内容によっては、互いに隣接する半円筒状鉄心２２を接触させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、コア部１１を組み立ててからコイル１３を形成するようにした。しかしながら、予めコイル１３を形成しておき、形成したコイル１３の中空部分を、半円筒状鉄心２２が配置されている部分に挿入する構成にしてもよい。このようにした場合には、例えば、コの字状の絶縁体板と、長方形状の絶縁体板とを組み合わせることにより、絶縁体板２３に相当する絶縁体板を構成すればよい。すなわち、コの字状の絶縁体板に、半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌ及び直方体状鉄心２１ｃ、２１ｄを接着する。その後、半円筒状鉄心２２が配置されている部分にコイル１３の中空部分を挿入する。このようにして半円筒状鉄心２２ａ〜２２ｌと直方体状鉄心２１ｃ、２１ｄとが接着され、コイル１３が取り付けられたコの字状の絶縁体板に、直方体状鉄心２１ａ、２１ｂが接着された長方形状の絶縁体板を接着する。以上のようにすれば、コイル１３をより一層容易に形成することができる。また、ボビンを、樹脂等の成型品ではなく、より薄い絶縁紙等で構成することも可能になる。

以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の実施形態を示し、リアクトルの外観構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、鉄心の外観構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、鉄心の詳細な構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、半円筒状鉄心の製造方法の一例を概念的に説明する図である。本発明の実施形態を示し、絶縁体板の外観構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、コイルの構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、絶縁体板の外観構成の変形例を示す図である。本発明の実施形態を示し、半円筒状鉄心の製造方法の変形例を概念的に説明する図である。

符号の説明

１０リアクトル
１１コア部
１２ボビン
１３コイル
２１直方体状鉄心
２２半円筒状鉄心
２３、７１絶縁体板
３１樹脂
７１ｃ樹脂

Claims

間隔を有して並列に配置される複数の脚部と、前記複数の脚部の一端側と他端側にそれぞれ配置される２つの胴部と、を有するリアクトルであって、
前記複数の脚部の領域と前記２つの胴部の領域に配置される非磁性体板と、
前記複数の脚部の領域と、前記２つの胴部の領域とのそれぞれで、前記非磁性体板の板面を介して相互に対向するように当該板面の上下に取り付けられた複数の鉄心と、
前記複数の鉄心のうち、前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心に対して巻き回されたコイルとを有し、
前記複数の鉄心のうち、前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心の、前記鉄心内に形成される磁路と垂直な方向の断面の外形は、半円又は半楕円であり、当該半円又は半楕円の直線部分は、前記非磁性体板の板面に接しており、
前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心は、断面の形状が半円弧又は半楕円弧である複数の磁性体板が積層された構成であることを特徴とするリアクトル。
前記脚部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心は、外形が円筒又は楕円筒であり且つ当該円筒又は楕円筒の軸に垂直な方向の断面が渦巻状である鉄心が、当該軸に沿って切断されることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記胴部の領域で前記非磁性体板の板面を介して相互に対向する位置に取り付けられている鉄心は、前記非磁性体板の板面と板面が平行になるように複数の磁性体板が積層された構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。