JP5662255B2 - Reactor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電気回路や電子回路等に好適に用いられるリアクトルに関する。 The present invention relates to a reactor suitably used for, for example, an electric circuit or an electronic circuit.
リアクトルは、巻き線を利用した受動素子であり、例えば、力率改善回路における高調波電流の防止、電流型インバータやチョッパ制御における電流脈動の平滑化およびコンバータにおける直流電圧の昇圧等の様々な電気回路や電子回路等に用いられている。 A reactor is a passive element that uses a winding, for example, various electric currents such as prevention of harmonic current in a power factor correction circuit, smoothing of current pulsation in a current type inverter or chopper control, and boosting of a DC voltage in a converter. Used in circuits and electronic circuits.
また、近年では、環境負荷の軽減等の観点から、光起電力効果を利用することによって二酸化炭素を排出することなく直接的に光エネルギーを電力に変換することができる太陽電池の導入が進められており、例えば、住宅用に太陽電池による発電システムの導入が進められている。このような太陽電池発電システムは、例えば、太陽の光エネルギーを電力に変換する太陽電池モジュールと、系統連係を行うために、前記太陽電池モジュールによって発電された直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナーと、前記パワーコンディショナーによって変換された交流電力を住宅内の各所や電力会社へ分配する分電盤とを備えて構成され、このパワーコンディショナーには、通常、リアクトルが用いられている。 Also, in recent years, from the viewpoint of reducing environmental load, etc., the introduction of solar cells that can directly convert light energy into electric power without discharging carbon dioxide by using the photovoltaic effect has been promoted. For example, a solar power generation system is being introduced for residential use. Such a solar cell power generation system includes, for example, a solar cell module that converts solar light energy into electric power, and a power conditioner that converts DC power generated by the solar cell module into AC power in order to perform system linkage. And a distribution board that distributes the AC power converted by the power conditioner to various places in the house and to the electric power company. A reactor is usually used for the power conditioner.
また、前記環境負荷の軽減等の観点から、二酸化炭素の排出量を低減可能なハイブリッド自動車や電気自動車(以下、まとめて「環境対応型自動車」と呼称する。)が研究、開発されており、その普及も進められている。このような環境対応型自動車では、駆動モータの運転効率を向上するために、駆動モータの駆動制御システムに昇圧回路が用いられており、通常、この昇圧回路にリアクトルが組み込まれている。 In addition, from the viewpoint of reducing the environmental load, etc., hybrid vehicles and electric vehicles (hereinafter collectively referred to as “environment-friendly vehicles”) capable of reducing carbon dioxide emissions have been researched and developed. Its spread is also being promoted. In such an environment-friendly vehicle, a booster circuit is used in the drive control system of the drive motor in order to improve the driving efficiency of the drive motor, and a reactor is usually incorporated in this booster circuit.
図21は、従来技術におけるリアクトルの構成を示す図である。図21(A)は、特許文献1に開示のリアクトルを示し、図21(B)は、特許文献2に開示のリアクトルを示す。
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a reactor according to a conventional technique. FIG. 21A shows the reactor disclosed in
前記太陽光発電システムのパワーコンディショナー用のリアクトルは、例えば、特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示のリアクトルPDAは、図21(A)に示すように、2つの対向する磁心継部と、前記磁心継部の間に配置された複数の磁心脚部からなる環状のコア201を備えるリアクトルであって、前記磁心継部は、前記磁心脚部に向けた突起部を有し、前記磁心脚部と前記磁心継部との間には、ギャップが形成され、かつ磁心脚部は、一体の磁心ブロックから構成されており、前記磁心継部の突起部の長さAと前記磁心脚部の磁路方向の平均長さBとの比A/Bが、0.3以上8.0以下であり、前記磁心脚部の周囲にコイル202が巻回されたリアクトルである(特許文献1の図3参照)。このような構成のリアクトルは、前記比A/Bの適切化を図ったので、ギャップ部の漏れ磁束による銅損の増大を抑制した高効率のリアクトルを得ることができ、これにより電力変換効率の高いパワーコンディショナーを製造することができる、と記載されている。
A reactor for a power conditioner of the solar power generation system is disclosed in
また、前記駆動制御システムの昇圧回路用のリアクトルは、例えば、特許文献2に開示されている。この特許文献2に開示のリアクトルPDBは、図21(B)に示すように、コイル301と、コイル301の内側に配される内側コア302と、コイル301の外側に配される外側コア303と、コイル301の両端側の各々に配される端部コア304、304とを備え、前記内側コア302は、ギャップ材302aとコア片302bとから成り、前記ギャップ材302aのうちの少なくとも1つは、25℃での熱伝導率が100W/m・K以上の高熱伝導材料から成るものである。このような構成のリアクトルは、高熱伝導率ギャップ材302aによってコア片302bの放熱性を改善することができる、と記載されている。
A reactor for a booster circuit of the drive control system is disclosed in
ところで、このような用途のリアクトルには、前記特許文献1のような高効率や前記特許文献2のような放熱性だけでなく、比較的大きなインダクタンスや低騒音化や低損失化も求められている。特に、太陽電池発電システムのパワーコンディショナーは、室内に設置されることが多いため、それに用いられるリアクトルには、低騒音化が重要である。この騒音対策として、騒音が生じた場合に例えば18kHz程度以上の可聴帯域以上となるように、高周波でリアクトルが動作される場合には、このような高周波化によって損失が増大するため、前記低損失化が重要な点となる。
By the way, the reactor for such use is required not only for high efficiency as in
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、比較的大きなインダクタンスであって低損失で低騒音であるリアクトルを提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a reactor having a relatively large inductance, low loss, and low noise.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるリアクトルは、コイルと、前記コイルを内包する第1コア部と、前記コイルの芯部に配置される第2コア部とを備え、前記コイルは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、前記軸方向における前記コイルの一方端部に対向する前記第1コア部の一方内面と前記軸方向における前記コイルの他方端部に対向する前記第1コア部の他方内面とは、前記コイルの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では、平行であり、前記第2コア部の一方端部は、前記第1コア部に形成された開口部内に、前記一方端部の周面と前記開口部の周面との間にギャップを空けて配置され、前記第2コア部の他方端部は、前記第1コア部と連結されており、前記第1コア部は、前記開口部を形成する周縁部から前記第1コア内へ延びる突起部をさらに備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the reactor according to one aspect of the present invention includes a coil, a first core portion that includes the coil, and a second core portion that is disposed at a core portion of the coil, and the coil includes a strip-shaped conductor. The member is formed by winding so that the width direction of the conductor member is along the axial direction of the coil, and one inner surface of the first core portion facing one end portion of the coil in the axial direction and the The second inner surface of the first core portion facing the other end portion of the coil in the axial direction is parallel to at least a region covering each end portion of the one end portion and the other end portion of the coil, and the second One end of the core part is disposed in the opening formed in the first core part with a gap between the peripheral surface of the one end part and the peripheral surface of the opening part, and the second core The other end of the part is connected to the first core part. And has the first core portion further comprises characterized Rukoto protrusions extending into the first inner core from the peripheral edge portion forming the opening.
このような構成のリアクトルでは、前記コイルが、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、前記軸方向における前記コイルの一方端部に対向する前記第1コア部の一方内面と前記軸方向における前記コイルの他方端部に対向する前記第1コア部の他方内面とは、前記コイルの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では、平行である。このため、前記コイルでは磁束の方向に沿って帯状の導体部材の幅方向が配置されることになるので、このような構成のリアクトルは、渦電流損を低減することができる。 In the reactor having such a configuration, the coil is configured by winding a strip-shaped conductor member such that the width direction of the conductor member is along the axial direction of the coil, and one of the coils in the axial direction is wound. The one inner surface of the first core portion facing the end portion and the other inner surface of the first core portion facing the other end portion of the coil in the axial direction are each of the one end portion and the other end portion of the coil. In the region covering at least the end portion, they are parallel. For this reason, in the said coil, since the width direction of a strip | belt-shaped conductor member is arrange | positioned along the direction of magnetic flux, the reactor of such a structure can reduce an eddy current loss.
また、このような構成のリアクトルは、前記コイルを内包する第1コア部を備えるいわゆるポット型のリアクトルであり、前記コイルがその芯部に第2コア部を備えるので、比較的大きなインダクタンスを持つことができる。 In addition, the reactor having such a configuration is a so-called pot-type reactor including a first core portion that encloses the coil, and the coil includes a second core portion at a core portion thereof, and thus has a relatively large inductance. be able to.
また、このような構成のリアクトルは、前記第2コア部の一方端部が前記第1コア部に形成された開口部内に、前記一方端部の周面と前記開口部の周面との間にギャップを空けて配置されているので、前記ギャップの間隔(ギャップ長)を調整することによって所望の電流範囲におけるインダクタンスの変動を制御することができる。そして、前記ギャップ長は、例えば、前記第1コア部の開口部が円形であって前記第2コア部の一方端部も円形である場合には、前記開口部の直径(内径)と前記一方端部の直径(外径)との差によって規定されるので、このような構成のリアクトルは、前記開口部の中心と前記一方端部の中心とのズレによる前記ギャップ長の変動を抑制することができる。このため、このような構成のリアクトルでは、前記ギャップ長の製品バラツキ(リアクトルの個体差)が低減され、この結果、このような構成のリアクトルは、インダクタンスの製品バラツキも低減することができる。 In addition, the reactor having such a configuration is such that the one end portion of the second core portion is in the opening portion formed in the first core portion, and is between the peripheral surface of the one end portion and the peripheral surface of the opening portion. Therefore, by adjusting the gap distance (gap length), it is possible to control the variation in inductance in a desired current range. For example, when the opening portion of the first core portion is circular and the one end portion of the second core portion is also circular, the gap length is equal to the diameter (inner diameter) of the opening portion and the one side. Since it is defined by the difference from the diameter (outer diameter) of the end, the reactor having such a configuration suppresses the variation in the gap length due to the deviation between the center of the opening and the center of the one end. Can do. For this reason, in the reactor having such a configuration, the product variation of the gap length (individual difference of reactors) is reduced. As a result, the reactor having such a configuration can also reduce the product variation of inductance.
また、前記ギャップで発生する電磁吸引力および磁歪膨張は、一般に、いずれも径方向に発生するが、このような構成のリアクトルでは、この径方向における機械構造上の剛性が高いため、このような構成のリアクトルは、振動および騒音を低減することができる。そして、騒音対策として、仮に、騒音が生じた場合でも例えば18kHz程度以上の可聴帯域以上となるように、高周波でリアクトルが動作される場合であっても、前記のように、渦電流損の低減化を図っているので、損失を低減することもできる。 In general, the electromagnetic attraction force and magnetostrictive expansion generated in the gap both occur in the radial direction. However, the reactor having such a configuration has high mechanical structural rigidity in the radial direction. The configured reactor can reduce vibration and noise. As a countermeasure against noise, even if noise occurs, even if the reactor is operated at a high frequency so that the frequency is higher than the audible band of, for example, about 18 kHz, the eddy current loss is reduced as described above. Therefore, loss can be reduced.
したがって、このような構成のリアクトルは、インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 Therefore, the reactor having such a configuration can have a relatively large inductance, low loss, and low noise.
前記コイルの巻き数を増加して大きなインダクタンスに設計する場合に、前記突起部を備えない構造のリアクトルでは通電時における前記コイルを貫く磁束線が湾曲するが、このような構成のリアクトルでは、前記通電時における前記コイルを貫く磁束線を前記軸方向と平行な方向に近づけることができるため、このような構成のリアクトルは、渦電流損を、前記突起部を備えない場合よりも低減することができる。 When designing a large inductance by increasing the number of turns of the coil, a magnetic flux line penetrating the coil at the time of energization is curved in a reactor having a structure not provided with the protrusion, but in a reactor having such a configuration, Since the magnetic flux lines penetrating the coil during energization can be made closer to the direction parallel to the axial direction, the reactor having such a configuration can reduce eddy current loss as compared with the case where the protrusion is not provided. it can.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、前記導体部材の幅Wに対する径方向の厚さtの比t/Wが1/10以下であることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described reactor, the coil has a ratio t / W of a radial thickness t to a width W of the conductor member of 1/10 or less.
このような構成のリアクトルは、その渦電流損をより低減することができる。 The reactor having such a configuration can further reduce the eddy current loss.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、前記導体部材の前記厚さtが当該リアクトルに給電される交流電力における周波数に対する表皮厚み以下であることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described reactor, the coil is characterized in that the thickness t of the conductor member is equal to or less than a skin thickness with respect to a frequency in AC power supplied to the reactor.
このような構成のリアクトルは、その渦電流損をより低減することができる。 The reactor having such a configuration can further reduce the eddy current loss.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記第1コア部は、磁気的に等方性を有し、軟磁性粉末を形成したものであることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described reactors, the first core portion is magnetically isotropic and is formed of soft magnetic powder.
この構成によれば、前記第1コア部について、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。 According to this configuration, desired magnetic characteristics can be obtained relatively easily with respect to the first core portion, and can be formed into a desired shape relatively easily.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記第1コア部は、磁気的に等方性を有するフェライトコアであることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described reactor, the first core portion is a ferrite core having magnetic isotropy.
この構成によれば、前記第1コア部について、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。 According to this configuration, desired magnetic characteristics can be obtained relatively easily with respect to the first core portion, and can be formed into a desired shape relatively easily.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルと前記第1コア部との間に生じる間隙に充填される熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする。 According to another aspect, the above-described reactor further includes a heat conductive member that fills a gap generated between the coil and the first core portion.
この構成によれば、前記間隙に熱伝導部材が充填されるので、このような構成のリアクトルは、コイルで生じる熱を、熱伝導部材を介してコイルを外囲する第1コア部に伝導することができ、放熱性を改善することができる。 According to this configuration, the gap is filled with the heat conductive member, and thus the reactor configured as described above conducts heat generated in the coil to the first core portion surrounding the coil via the heat conductive member. Can improve heat dissipation.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、複数のサブコイルから成り、トランスに転用可能である。 Moreover, in another one aspect | mode, the said coil consists of a some subcoil in these above-mentioned reactors, and can be diverted to a transformer.
この構成によれば、これら上述のリアクトルと同様な構造のトランスを提供することができる。このような上述のいずれかのリアクトルを転用したトランスは、相互インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 According to this configuration, it is possible to provide a transformer having the same structure as the above-described reactor. Such a transformer using any of the above reactors can have a relatively large mutual inductance, low loss, and low noise.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、複数のサブコイルから成り、前記複数のサブコイルは、前記コイルの軸方向に積層されることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described reactors, the coil includes a plurality of subcoils, and the plurality of subcoils are stacked in the axial direction of the coils.
この構成によれば、軸方向に複数のサブコイルを重ねたリアクトルを提供することができる。 According to this structure, the reactor which piled up the some subcoil in the axial direction can be provided.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、複数のサブコイルから成り、前記複数のサブコイルは、前記コイルの径方向に積層されていることを特徴とする。 According to another aspect, in the above-described reactor, the coil includes a plurality of subcoils, and the plurality of subcoils are stacked in a radial direction of the coil.
この構成によれば、径方向に複数のサブコイルを重ねたリアクトルを提供することができる。 According to this structure, the reactor which piled up the some subcoil in the radial direction can be provided.
また、他の一態様では、これら上述のリアクトルにおいて、前記コイルは、複数の帯状の導体部材を、該複数の導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように、かつ、絶縁層を介して径方向に積層するように、巻回することによって構成されることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described reactors, the coil includes a plurality of strip-shaped conductor members, and an insulating layer is provided so that the width direction of the plurality of conductor members is along the axial direction of the coils. It is comprised by winding so that it may laminate | stack in a radial direction through.
この複数のサブコイルから成る構成によれば、これら上述のリアクトルと同様な構造のトランスを提供することができる。このような上述のいずれかのリアクトルを転用したトランスは、相互インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 According to the configuration including the plurality of subcoils, a transformer having the same structure as the above-described reactor can be provided. Such a transformer using any of the above reactors can have a relatively large mutual inductance, low loss, and low noise.
本発明にかかるリアクトルは、インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 The reactor according to the present invention has a relatively large inductance, low loss, and low noise.
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態におけるリアクトルの構成を示す図である。図1(A)は、コイル1Aの中心軸を含み、前記中心軸方向に沿って切断した縦断面図であり、図1(B)は、前記中心軸方向から平面視した場合における上面図である。図1(B)に示すAA線は、図1(A)の縦断面図における切断線である。図2は、第1実施形態のリアクトルのコイルを構成する導体部材において、その幅Wと厚さtとの関係を説明するための図である。図3は、コイルの巻線構造と渦電流損との関係を説明するための図である。図3(A)は、フラットワイズ巻線構造の場合を示し、図3(B)は、エッジワイズ巻線構造の場合を示す。図4は、コイルの巻線構造別の、リアクトルにおける周波数fと損失との関係を示すグラフである。図5は、第1実施形態におけるリアクトルの振動および騒音について説明するための図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a reactor in the first embodiment. 1A is a longitudinal sectional view including the central axis of the
第1実施形態におけるリアクトルは、コイルと、前記コイルを内包する第1コア部と、前記コイルの芯部に配置される第2コア部とを備え、前記コイルは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、前記軸方向における前記コイルの一方端部に対向する前記第1コア部の一方内面と前記軸方向における前記コイルの他方端部に対向する前記第1コア部の他方内面とは、前記コイルの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では、平行であり、前記第2コア部の一方端部は、前記第1コア部に形成された開口部内に、前記一方端部の周面と前記開口部の周面との間にギャップを空けて配置されているものである。 The reactor according to the first embodiment includes a coil, a first core part including the coil, and a second core part disposed at a core part of the coil, and the coil includes a strip-shaped conductor member, It is configured by winding so that the width direction of the conductor member is along the axial direction of the coil, and one inner surface of the first core portion facing the one end portion of the coil in the axial direction and the axial direction in the axial direction. The other inner surface of the first core portion facing the other end portion of the coil is parallel to at least one end portion of the coil and each end portion of the other end portion, and is one of the second core portions. The end portion is disposed in the opening formed in the first core portion with a gap between the peripheral surface of the one end portion and the peripheral surface of the opening portion.
このような構成の第1実施形態におけるリアクトルDAは、例えば、図1に示すように、コイル1Aと、コア部材2Aと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。
For example, as shown in FIG. 1, the reactor DA in the first embodiment having such a configuration includes a
コア部材2Aは、例えば、磁気的に(例えば透磁率が)等方性を有する材料で形成され、上部コア部材21Aと、下部コア部材22Aとを備えている。上部コア部材21Aは、所定の厚さを有する多角形形状、図1に示す例では、六角形形状の板状体の上端部コア部材21aと、所定の厚さを有し、上端部コア部材21aの外周縁部から略垂直方向に延びる筒状体の側壁コア部材21bとを備えている。筒状体の側壁コア部材21bにおける軸方向に垂直な横断面は、図1に示す例では上端部コア部材21aが六角形形状であることから、その輪郭(外形)が六角形であり、そして、後述するように円筒状のパンケーキ構造のコイル1Aが側壁コア部材21bの筒状体内に配置されることから、前記六角形内に円形の開口がある。上端部コア部材21aには、貫通開口である開口部APAが形成されている。開口部APAは、図1に示す例では、上端部コア部材21aの中央位置(幾何重心位置)を中心とする、所定の長さの直径を持った円形の孔である。下部コア部材22Aは、上端部コア部材21aと同形の、所定の厚さを有する多角形形状、図1に示す例では、六角形形状の板状体の下端部コア部材22aと、下端部コア部材22aの一方主面に形成されている凸片コア部材22bとを備えている。凸片コア部材22bは、図1に示す例では、下端部コア部材22aの中央位置(幾何重心位置)を中心とする、所定の長さの外直径を持った円柱体であり、その軸方向途中から下端部コア部材22aまで前記外直径が徐々に大きくなり、前記円柱体の側面がテーパ状となっている。凸片コア部材22bは、図1に示す例では、中実であるが中空であってもよく、さらに、この中空の部分に例えば空気や水等の所定の流体を流してリアクトルの放熱性を向上させてもよい。
The
コア部材2Aは、このような構造の上部コア部材21Aにおける側壁コア部材21bの端部を、下部コア部材22Aにおける下端部コア部材22aの周縁部に、実質的にギャップレスで連結(接続)することによって構成される。これによって、上端部コア部材21aと下端部コア部材22aとの間であって側壁コア部材21bと凸片コア部材22bとの間に、コイル1Aを収容するための空間が形成される。そして、このように上部コア部材21Aと下部コア部材22Aとが連結された場合に、凸片コア部材22bの先端は、上端部コア部材21aの開口部APAに差し入れられ、凸片コア部材22bの先端における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間にギャップGAを空けて、この開口部APA内に配置される。すなわち、開口部APAの直径は、凸片コア部材22bの直径より大きい。図1に示す例では、凸片コア部材22bの先端は、上端部コア部材21aの外面より外側へ若干突き出ている。
In the
これら上部コア部材21Aにおける上端部コア部材21a、側壁コア部材21bおよび下部コア部材22Aにおける下端部コア部材22aは、コイル1Aを内包する前記第1コア部の一例に対応し、下部コア部材22Aの凸片コア部材22bは、コイル1Aの芯部に配置される前記第2コア部の一例に対応する。
The upper
前記第1コア部(図1に示す例では、上端部コア部材21a、側壁コア部材21bおよび下端部コア部材22a)は、外部へ漏れる磁束を低減する機能を果たし、例えば、仕様等によって規定される、リアクトルDAに許容されている漏れ磁束の大きさに基づいて、その最大比透磁率が設計される。前記第1コア部の最大比透磁率は、太陽電池発電システムのパワーコンディショナーに好適に用いられるリアクトルDAとして、好ましくは、例えば、約100以上である。
The first core portion (in the example shown in FIG. 1, the upper
また、前記第2コア部(図1に示す例では、凸片コア部材22b)の最大比透磁率は、リアクトルDAのインダクタンスに影響を与えるため、例えば、仕様等によって規定される、リアクトルDAに要求されるインダクタンスの大きさに基づいて設計される。太陽電池発電システムのパワーコンディショナーでは、電流の変化に対し安定的に動作するように、電流の変化に対しインダクタンスの変化が小さいというインダクタンス特性の安定性も求められる。インダクタンスが比較的小さい場合には電流の変化が急峻になってしまうため、インダクタンスは、比較的大きい方がよい。しかしながら、インダクタンスを大きくするとリアクトルDAのサイズが大きくなってしまう。一方、上述したように、太陽電池発電システムのパワーコンディショナーでは、特に、住戸向けでは、リアクトルDAに流れる電流値の平均は、20A程度であり、最大でも30A程度であり、幅広い電流範囲に対応する必要がない。すなわち、太陽電池発電システムのパワーコンディショナーでは、所定の範囲以上の電流が流れないため、大電流までインダクタンス特性の安定性は、求められていない。このため、この電流値20A付近で前記両者のバランスから1mH程度が好ましく、ギャップ効果等を加味して前記第2コア部の最大比透磁率は、設定される。
Further, the maximum relative permeability of the second core portion (in the example shown in FIG. 1, the
そして、コア部材2Aは、所望の磁気特性の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、例えば、軟磁性粉末単独もしくは軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであることが好ましい。例えば、軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合率比は、比較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、コア部材2Aの磁気特性を所望の磁気特性に容易に実現することが可能となる。また、軟磁性粉末単独もしくは軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物であるので、様々な形状に成形することができ、コア部材2Aの形状をそれぞれ所望の形状に容易に成形することが可能となる。また、これら上部コア部材21Aおよび下部コア部材22Aは、低コスト化の観点から、同一原料であることが好ましい。
The
この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末(Fe−Al合金、Fe−Si合金、センダスト、パーマロイ等)およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。 This soft magnetic powder is a ferromagnetic metal powder. More specifically, for example, pure iron powder, iron-based alloy powder (Fe-Al alloy, Fe-Si alloy, Sendust, Permalloy, etc.) and amorphous powder, Furthermore, the iron powder etc. with which electric insulation films, such as a phosphoric acid system chemical film, were formed on the surface are mentioned. These soft magnetic powders can be produced, for example, by a method of making fine particles by an atomizing method or the like, or a method of finely pulverizing iron oxide or the like and then reducing it.
上部コア部材21Aおよび下部コア部材22Aは、所定の磁束密度−比透磁率特性を有し、例えば、公知の常套手段を用いることによって、軟磁性粉末としての鉄粉と、非磁性体粉末としての樹脂とを混合して成形した所定の密度の部材である。なお、磁束密度−比透磁率特性は、磁束密度の変化に対する比透磁率の変化である。
The
上部コア部材21Aは、図1に示す例では、上端部コア部材21aと側壁コア部材21bとを一体に形成したものであるが、上端部コア部材21aと側壁コア部材21bとを個別に形成した後に、これらを連結(接続)して形成したものであってもよい。また同様に、下部コア部材22Aは、図1に示す例では、下端部コア部材22aと凸片コア部材22bとを一体に形成したものであるが、下端部コア部材22aと凸片コア部材22bとを個別に形成した後に、これらを連結(接続)して形成したものであってもよい。コア部材2Aは、図1に示す例では、上部コア部材21Aと下部コア部材22Aとに分けたが、各部材の分け方は、任意である。
In the example shown in FIG. 1, the
コイル1Aは、長尺状の導体部材を所定の回数だけ巻き回したものであり、通電することによって、磁場を発生するものである。本実施形態では、コイル1Aは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向がコイル1Aの軸方向に沿うように巻回することによって構成される。コイル1Aは、上述した、上端部コア部材21aと下端部コア部材22aとの間であって側壁コア部材21bと凸片コア部材22bとの間に形成される空間に配置されるとともに、コイル1Aの芯部にコイル1Aを貫通するように凸片コア部材22bが配置される。このように本実施形態にかかるリアクトルDAは、有芯コイル1Aをコア部材2Aの内部空間に収容する、いわゆるポット型のリアクトルである。さらに、本実施形態のリアクトルDAでは、軸方向におけるコイル1Aの一方端部に対向する上端部1コア部材21aの一方内面と前記軸方向におけるコイル1Aの他方端部に対向する下端部1コア部22aの他方内面とは、コイル1Aの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では平行となるように、構成されている。
The
前記帯状とは、図2に示すように、厚さtよりも幅Wの方が大きい場合をいい、すなわち、幅Wと厚さtとの間に、W>t(W/t>1)の関係が成り立つ。このように本実施形態のコイル1Aは、いわゆるフラットワイズ巻線構造である。
As shown in FIG. 2, the band shape means a case where the width W is larger than the thickness t, that is, W> t (W / t> 1) between the width W and the thickness t. The relationship holds. As described above, the
ここで、このような導体部材が径方向に重なるように巻回されたフラットワイズ巻線構造のコイル1Aを備えるリアクトルDA(図1、図3(A))、および、導体部材が軸方向に重なるように巻回されたエッジワイズ巻線構造のコイル1Hを備えるリアクトルDH(図3(B))について、その渦電流損について以下に説明する。
Here, a reactor DA (FIG. 1, FIG. 3 (A)) provided with a
一般的に、コイルに通電すると、コイルは、導体から構成されているので、磁力線に垂直な面(直交面)に渦電流が発生し、それによって損失(ロス)が発生する。この渦電流の大きさは、磁束密度が同一である場合には、磁束線と交差する面積、すなわち、磁力線に垂直な連続する面の面積に比例する。磁力線は、図3(A)および図3(B)に示すように、コイル内では軸方向に沿っているので、渦電流は、コイルを構成する導体の、軸方向に直交する径方向の面の面積に比例することになる。 Generally, when a coil is energized, since the coil is composed of a conductor, an eddy current is generated on a plane (orthogonal plane) perpendicular to the lines of magnetic force, thereby causing a loss. When the magnetic flux density is the same, the magnitude of the eddy current is proportional to the area intersecting the magnetic flux lines, that is, the area of a continuous surface perpendicular to the magnetic force lines. As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), the magnetic lines of force are along the axial direction in the coil, so the eddy current is a radial surface perpendicular to the axial direction of the conductor constituting the coil. It is proportional to the area.
このため、エッジワイズ巻線構造では、図3(B)に示すように、前記導体部材は、径方向の面積が大きく、渦電流を生じやすく、電気抵抗によって生じる損失よりも渦電流によって生じる損失の方が支配的となる。したがって、エッジワイズ巻線構造では、図4に示すように、損失が、通電電流の周波数に依存して周波数の増加に伴い増大する。 For this reason, in the edgewise winding structure, as shown in FIG. 3 (B), the conductor member has a large area in the radial direction, is likely to generate eddy current, and loss caused by eddy current rather than loss caused by electric resistance. Is more dominant. Therefore, in the edgewise winding structure, as shown in FIG. 4, the loss increases with an increase in frequency depending on the frequency of the energized current.
一方、本実施形態におけるリアクトルDAのフラットワイズ巻線構造では、図3(A)(図1)に示すように、前記導体部材は、径方向の面積が小さく、渦電流を生じ難い一方で、軸方向の面積が大きい。したがって、フラットワイズ巻線構造では、図4に示すように、渦電流が殆ど生じず、損失は、電気抵抗によるもののみであり、通電電流の周波数によらず略一定となる。 On the other hand, in the flat-wise winding structure of the reactor DA in the present embodiment, as shown in FIG. 3 (A) (FIG. 1), the conductor member has a small area in the radial direction and hardly generates eddy currents. The axial area is large. Therefore, in the flatwise winding structure, as shown in FIG. 4, almost no eddy current is generated, and the loss is only due to the electrical resistance, and is substantially constant regardless of the frequency of the energized current.
さらに、図3(B)に示すように、エッジワイズ巻線構造では、前記導体部材が軸方向に重ねられた構造であるが、図3(A)(図1)に示すように、フラットワイズ巻線構造では、前記導体部材は、その幅方向が軸方向に略一致し、連続しているため、フラットワイズ巻線構造は、エッジワイズ巻線構造よりも効果的にコイルでの発生熱がコアに熱伝導する。 Further, as shown in FIG. 3B, the edgewise winding structure has a structure in which the conductor members are stacked in the axial direction. However, as shown in FIG. 3A and FIG. In the winding structure, the width direction of the conductor member is substantially coincident with the axial direction and is continuous. Therefore, the flat-wise winding structure generates heat generated in the coil more effectively than the edge-wise winding structure. Conducts heat to the core.
このようにフラットワイズ巻線構造のコイル1Aを備えるリアクトルDAは、前記損失および熱伝導の点で、エッジワイズ巻線構造のコイル1Hを備えるリアクトルDHよりも優れている。
Thus, the reactor DA including the
なお、この熱伝導の観点から、リアクトルDAには、図1に破線で示すように、コイル1Aと前記第1コア部(上端部コア部材21a、側壁コア部材21bおよび下端部コア部材22a)との間に生じる間隙に、熱を比較的良好に伝導する熱伝導部材6が充填されてもよい。このような構成のリアクトルDAは、コイル1Aで生じる熱を、前記熱伝導部材を介して、コイル1Aを外囲する前記第1コア部に伝導することができ、放熱性を改善することができる。前記熱伝導部材は、例えば、比較的熱伝導性のよい高分子部材(比較的高伝導率の高分子部材)を挙げることができる。この高分子部材は、例えば、接着性に優れたエポキシ系の樹脂等である。また例えば、前記熱伝導部材は、BNセラミック(チッ化ボロンセラミック)等の絶縁材であってもよく、コンパウンドで充填されてもよい。このような前記熱伝導部材によって、絶縁性も改善することができる。
From this viewpoint of heat conduction, the reactor DA includes the
そして、本実施形態では、前記フラットワイズ巻線構造において、上述したように、前記導体部材は、帯状である。すなわち、図2(A)に示すように、コイル1Aを構成する導体部材の幅Wが厚さt(前記導体部材の径方向の長さ)より大きい矩形断面を有する導体部材でリアクトルDAは、構成されている。
In this embodiment, as described above, in the flatwise winding structure, the conductor member has a strip shape. That is, as shown in FIG. 2A, the reactor DA is a conductor member having a rectangular cross section in which the width W of the conductor member constituting the
これにより、図2(B)に示すように、厚さtの方が幅Wより長い矩形断面を有する導体部材で構成されたリアクトルに較べて、径方向の面積が小さくなる。その結果、前記損失の点でフラットワイズ巻線構造のコイル1Aの方が前記エッジワイズ巻線構造のコイルDHよりも優れている理由と同様の理由により、渦電流損を小さくすることができる。そして、特に、前記導体部材の厚さtに対する幅Wの比t/Wを1/10以下(t/W≦1/10、10t≦W)とすると、渦電流損の発生を大幅に低減することができる。
As a result, as shown in FIG. 2B, the area in the radial direction is smaller than that of a reactor formed of a conductor member having a rectangular cross section in which the thickness t is longer than the width W. As a result, the eddy current loss can be reduced for the same reason as the reason why the
そして、本実施形態のリアクトルDAでは、上述したように、軸方向におけるコイル1Aの一方端部に対向する前記第1コア部(上端部コア部材21a)の一方内面と前記軸方向におけるコイル1Aの他方端部に対向する前記第1コア部(下端部コア部材22a)の他方内面とは、コイル1Aの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では平行となるように、構成されてある。
In the reactor DA of the present embodiment, as described above, the one inner surface of the first core portion (upper
すなわち、上述のようにコイル1Aにかかる条件(フラットワイズ巻線構造であって幅Wが厚さtより大きい)を設定しても、コイル1Aの上下両端面にそれぞれ対向する、前記第1コア部における上下の内壁面(上壁面および下壁面)を、コイル1Aの端部を少なくとも覆う領域において、平行であるように、リアクトルDAを構成しておかないと、コイル1Aの内部を通る磁束線(磁力線)が軸方向に略平行にならないからである。
That is, even if the conditions concerning the
例えば、前記第1コア部の前記上壁面と前記下壁面との間隔のうち、最もコイル1Aの内周側の位置(最内周位置)における間隔をL1とし、最もコイル1Aの外周側の位置(最外周位置)における間隔をL2とし、前記最内周位置から前記最外周位置までの各間隔の平均値をL3とする場合に、コイル1Aの最内周位置における前記第1コア部の前記上壁面と前記下壁面との間隔L1と、コイル1Aの最外周位置における前記第1コア部の前記上壁面と前記下壁面との間隔L2との差(L1−L2)を平均値L3で除算して得られる値(L1−L2)/L3を平行度として定義する。なお、前記平均値L3は、前記最内周位置と前記最外周位置との間を所定間隔で刻む複数の位置における各間隔の平均値である。
For example, among the intervals between the upper wall surface and the lower wall surface of the first core portion, the interval at the innermost side position (innermost peripheral position) of the
このような平行度を定義した場合に、本発明者は、平行度を種々変えつつ磁束線の分布を検証したところ、例えば、前記平行度が1/100の場合には、コイル1の内部を通る磁束線が軸方向に平行になる一方、前記平行度が−1/10や1/10の場合には、コイル1の内部を通る磁束線が軸方向に平行にならない。このような検証の元、コイル1Aの内部を通る磁束線を平行にするためには、前記平行度の絶対値は、1/50以下であることが好ましい。
When such parallelism is defined, the present inventor verified the distribution of magnetic flux lines while changing the parallelism in various ways. For example, when the parallelism is 1/100, the inside of the
そして、コイル1Aの両端には、それぞれ、外部からコイル1Aへ給電するための図略の端子が接続されており、これら端子は、前記第1コア部、例えば、上端部コア部材21aに設けられた貫通孔を介して前記第1コア部の外部に臨むように設けられている。
The both ends of the
ギャップ部材3は、凸片コア部材22bの先端における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に所定の間隔(ギャップ長)で形成されるギャップGAに挟み込まれる部材である。ギャップ部材3は、ギャップ長を維持し、そして、上部コア部材21Aの上端部コア部材21aと下部コア部材22Aの凸片コア部材22bとを固定する。図1に示す例では、ギャップ部材3は、平面視にてドーナツ状のキャップ部と、このキャップ部の下面から垂下されギャップGAに挟み込まれる円筒状のギャップ部とを備えている。ギャップ部材3における周方向に垂直な縦断面は、略T字状となっている。このようなギャップ部材3は、例えば、エポキシ樹脂やアルミナ等で形成される。そして、このギャップ長を調整することによって、所望の電流範囲におけるインダクタンスの変動を制御することができる。
The
また、このような構造のリアクトルDAでは、従来の、例えば図21(A)および(B)に示す構造のリアクトルPDA、PDBに較べて、ギャップ長の製品バラツキ(リアクトルの個体差)が低減され、この結果、第1実施形態におけるリアクトルDAは、インダクタンスの製品バラツキも低減することができる。 Further, in the reactor DA having such a structure, the product variation of the gap length (individual difference of reactors) is reduced as compared with the conventional reactors PDA and PDB having the structure shown in FIGS. 21 (A) and (B), for example. As a result, the reactor DA in the first embodiment can also reduce product variations in inductance.
すなわち、図21(A)および(B)に示す従来構造のリアクトルPDA、PDBでは、ギャップ長は、各ギャップに挟み込まれる材料の製作精度および接着剤等の塗布条件等により変動し、その各変動値をεnとし、設計値をgとすれば、Σ(g+εn)(ただし、Σはnについて1からギャップ数までの和をとる)となる。この従来構造のリアクトルPDA、PDBでは、この変動値εの変動によってインダクタンスに製品バラツキが比較的大きく生じてしまう。そこで、従来構造のリアクトルPDA、PDBにおいて、ギャップ長の精度を向上させるべく、ギャップ数を減らすと、同等の特性を得ようとすればギャップ長を大きくする必要が生じる。このため、ギャップから漏れる漏れ磁束が多くなり、この漏れ磁束がコイルの導体を貫くために渦電流損が大きくなってしまい、この結果、リアクトルの効率が低下してしまう。 That is, in the reactors PDA and PDB having the conventional structure shown in FIGS. 21A and 21B, the gap length varies depending on the manufacturing accuracy of the material sandwiched between the gaps and the application conditions such as the adhesive. If the value is ε n and the design value is g, Σ (g + ε n ) (where Σ is the sum of 1 to the number of gaps for n). In the reactors PDA and PDB having the conventional structure, the variation of the variation value ε causes a product variation in the inductance to be relatively large. Therefore, in the conventional reactors PDA and PDB, if the number of gaps is reduced in order to improve the accuracy of the gap length, it is necessary to increase the gap length in order to obtain equivalent characteristics. For this reason, the leakage magnetic flux which leaks from a gap increases, and since this leakage magnetic flux penetrates the conductor of a coil, an eddy current loss will become large, and, as a result, the efficiency of a reactor will fall.
一方、本実施形態におけるリアクトルDAでは、ギャップGAは、凸片コア部材22bが上端部コア部材21aの開口部APAに差し入れられ、凸片コア部材22bの先端における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に形成される。このため、凸片コア部材22bの中心(軸芯)と開口部APAの中心とが一致せずに(同心と成らずに)ズレが生じていたとしても、図1に示すように、ギャップ長は、中心(軸芯)を挟んだ両側で互いに相殺される(g+ε、g−ε)。したがって、環状のギャップGAにおける全周の平均は、((g+ε)+(g−ε))/2=gで一定であり、この結果、本実施形態におけるリアクトルDAは、インダクタンスが一定となる。例えば、鉄粉を圧粉することでコア部材2Aを製造した場合では、上端部コア部材21aの開口部APAの直径および凸片コア部材22bの直径の各製作精度は、金型の精度に略一致するため、インダクタンスの製品バラツキは、低減もしくは生じない。
On the other hand, in the reactor DA according to the present embodiment, the gap GA has the
また、このような構造のリアクトルDAでは、従来の、例えば図21(A)および(B)に示す構造のリアクトルPDA、PDBに較べて、この径方向における機械構造上の剛性が高いため、このような構成のリアクトルDAは、振動および騒音を低減することができる。 Further, in the reactor DA having such a structure, since the mechanical structure rigidity in the radial direction is higher than the conventional reactors PDA and PDB having the structure shown in FIGS. 21A and 21B, for example, The reactor DA having such a configuration can reduce vibration and noise.
すなわち、例えば、図21(B)に示す従来構造のリアクトルPDBでは、図21(B)に示すように、外側コア303の半径(外半径)をaとし、その厚さをhとし、内側コア302の半径をbとすると、ギャップ間引力による荷重がpである場合には、中心部最大変位量uは、α×p×a4/(E×h3)=[α×a4/h3]×(p/E)であり、(p/E)に比例する(ここで、式中Eはヤング率であり、αはたわみ係数である)。
That is, for example, in the reactor PDB having the conventional structure shown in FIG. 21B, as shown in FIG. 21B, the radius (outer radius) of the
一方、本実施形態におけるリアクトルDAでは、図1(A)および図5に示すように、上端部コア部材21a(コア部材2A)の半径(外半径)をaとし、その厚さをhとし、凸片コア部材22bの半径をbとすると、ギャップ間引力による荷重がpである場合には、中心部最大変位量uは、{1−ν+(1+ν)×a2/b2}×{p×b3/(E×(a2−b2))}=[{1−ν+(1+ν)×a2/b2}×{b3/(a2−b2)}]×(p/E)であり、(p/E)に比例する(ここで、式中Eはヤング率であり、νはポアソン比である)。ポアソン比νは、一般に、液体では0.5程度であり、固体では0.3程度である。
On the other hand, in the reactor DA in the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 5, the radius (outer radius) of the upper
したがって、図21(B)に示す従来構造のリアクトルPDBおよび本実施形態におけるリアクトルDAを同一の素材で製造し、これら両者のインダクタンスを同等とした場合、これら比例係数([α×a4/h3]、[{1−ν+(1+ν)×a2/b2}×{b3/(a2−b2)}])を比較することで、これら両者の変位量を比較することができる。そこで、一般的な形状としてa:b:h=2:1:0.5とし、たわみ係数α=0.1〜0.35とし、ポアソン比ν=0.3として試算すると、図21(B)に示す従来構造のリアクトルPDBでは、その比例係数は、13〜45となるのに対し、本実施形態におけるリアクトルDAでは、その比例係数は、1.5でなる。このため、本実施形態におけるリアクトルDAでの比例係数は、図21(B)に示す従来構造のリアクトルPDBでの比例係数の3〜12%程度であり、本実施形態におけるリアクトルDAは、図21(B)に示す従来構造のリアクトルPDBに較べて、変位量が小さく、この結果、騒音も低減される。 Therefore, when the reactor PDB having the conventional structure shown in FIG. 21B and the reactor DA in the present embodiment are manufactured using the same material and the inductances of both are made equal, these proportional coefficients ([α × a 4 / h 3 ], [{1−ν + (1 + ν) × a 2 / b 2 } × {b 3 / (a 2 −b 2 )}]), the displacement amounts of both can be compared. . Therefore, as a general shape, a: b: h = 2: 1: 0.5, a deflection coefficient α = 0.1 to 0.35, and a Poisson's ratio ν = 0.3 are calculated. In the reactor PDB having the conventional structure shown in FIG. 3, the proportional coefficient is 13 to 45, whereas in the reactor DA in the present embodiment, the proportional coefficient is 1.5. For this reason, the proportionality coefficient in the reactor DA in this embodiment is about 3 to 12% of the proportionality coefficient in the reactor PDB having the conventional structure shown in FIG. 21B, and the reactor DA in this embodiment is shown in FIG. Compared to the reactor PDB having the conventional structure shown in FIG. 5B, the amount of displacement is small, and as a result, noise is also reduced.
なお、上述では、たわみ係数αは、0.1ないし0.35としたが、これは、たわみ係数αが周辺の固定条件によって変化するためであり、このたわみ係数αは、図22(A)に示す周辺単純支持の場合における値から、図22(B)に示す周辺固定支持の場合における値までの範囲になると考えられる。内外径比b/aに対するたわみ係数αの特性曲線を図22(C)に示す。図22(C)から分かるように、a:b=2:1では、0.1<α<0.35となる。 In the above description, the deflection coefficient α is set to 0.1 to 0.35. This is because the deflection coefficient α changes depending on the surrounding fixed conditions. This deflection coefficient α is shown in FIG. It is considered that the range is from the value in the case of simple peripheral support shown in FIG. A characteristic curve of the deflection coefficient α with respect to the inner / outer diameter ratio b / a is shown in FIG. As can be seen from FIG. 22C, when a: b = 2: 1, 0.1 <α <0.35.
ここで、上述では、凸片コア部材22bの中心(軸芯)と開口部APAの中心とが一致していることを前提としていたが、これらが一致せずに(同心と成らずに)ズレが生じていたとしても、本実施形態におけるリアクトルDAは、騒音が低減される。
Here, in the above description, it is assumed that the center (axial center) of the convex
すなわち、ギャップ長gが微小△gだけ変化した場合における、ギャップを挟むコアに働く引力Fは、電流をIとし、インダクタンスをLとすると、F=I2/2・∂L/∂gとなる。図21(A)および(B)に示す構造のリアクトルPDA、PDBでは、ギャップ長を精密に管理するために、ギャップ材に硬質な材料が使用されたとしても、コアの面およびこれに対向するギャップ材の面は、数μmのオーダでは完全な平面とは言えず、凹凸が存在する。このため、コアとギャップ材とは、コアの面およびこれに対向するギャップ材の面を完全な平面として一体化することはできず、比較的軟質な接着剤等の穴埋め材を用いて互いに密着させる必要があり、この軟質な穴埋め材で緩みやガタによるギャップ長の変化が生じてしまい、振動や騒音の原因となる。特に、太陽光発電システムのパワーコンディショナー用のリアクトルや環境対応型自動車用のリアクトルでは、高周波で用いられる場合には、コアの振動は、数μm程度となっている。 That is, when the gap length g is changed by a minute △ g, attraction F acting on core sandwiching the gap, the current and I, when the inductance is L, the F = I 2/2 · ∂L / ∂g . In the reactors PDA and PDB having the structure shown in FIGS. 21A and 21B, even if a hard material is used for the gap material in order to precisely control the gap length, the core surface and the surface are opposed to each other. The surface of the gap material cannot be said to be a perfect plane on the order of several μm, and there are irregularities. For this reason, the core and the gap material cannot be integrated as a complete plane with the surface of the core and the surface of the gap material facing the core, and the core and the gap material are in close contact with each other using a relatively soft hole filling material such as adhesive. This soft hole filling material causes a change in gap length due to looseness or looseness, which causes vibration and noise. In particular, in a reactor for a power conditioner of a solar power generation system and a reactor for an environment-friendly vehicle, when used at a high frequency, the vibration of the core is about several μm.
一方、本実施形態におけるリアクトルDAでは、ギャップGAは、上述したように、凸片コア部材22bが上端部コア部材21aの開口部APAに差し入れられ、凸片コア部材22bの先端における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に形成されるため、環状のギャップGAにおける全周の平均が一定となるから、このギャップGAのギャップ長を精密に管理する必要がなく、したがって、上述したような軟質の穴埋め材も必要とせず、従来構造のリアクトルPDA、PDBにおける組立時のギャップ管理に起因する騒音は、低減もしくは生じない。
On the other hand, in the reactor DA according to the present embodiment, as described above, the gap GA is formed such that the convex
このような本実施形態のリアクトルDAは、次の各工程によって製作可能である。まず、絶縁材で絶縁被覆された所定の厚さtを有する帯状(リボン状)の長尺な導体部材が用意され、この導体部材が、凸片コア部材22bの外周に所定回数だけ巻き回される。あるいは、前記導体部材が、中心(軸芯)から所定の径だけ離間した位置から所定回数だけ巻き回され、空芯コイルが製作され、そして、この空芯コイルが、その芯部に凸片コア部材22bを配置するように、下部コア部材22Aに装着される。これにより、中心部(芯部)に凸片コア部材22bを持つとともに、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の長尺な導体部材を所定回数だけ巻回することによって構成されて成るパンケーキ構造のコイル1Aが形成される。次に、上部コア部材21Aにおける側壁コア部材21bの端部が、下部コア部材22Aにおける下端部コア部材22aの周縁部に、実質的にギャップレスで連結(接続)される。そして、ギャップGAにギャップ材3が装着される。これにより、図1に示すリアクトルDAが製作される。
Such a reactor DA of this embodiment can be manufactured by the following steps. First, a strip-shaped (ribbon-shaped) long conductor member having a predetermined thickness t that is insulated and coated with an insulating material is prepared, and this conductor member is wound around the outer periphery of the
以上説明したように、上記構成のリアクトルDAでは、コイル1Aが、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向がコイル1Aの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、前記軸方向におけるコイル1Aの一方端部に対向する上部コア部材21Aにおける上端部コア部材21aの内壁面と前記軸方向におけるコイル1Aの他方端部に対向する下部コア部材22Aにおける下端部コア部材22aの内壁面とは、コイル1Aの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では、平行である。このため、コイル1Aでは磁束の方向に沿って帯状の導体部材の幅方向が配置されることになるので、上述したように、このような構成のリアクトルDAは、渦電流損を低減することができる。
As described above, in the reactor DA configured as described above, the
また、上記構成のリアクトルDAは、コイル1Aを内包する上部コア部材21Aおよび下部コア部材22Aを備えるいわゆるポット型のリアクトルであり、コイル1Aがその芯部に下部コア部材22Aの凸片コア部材22bを備えるので、比較的大きなインダクタンスを持つことができる。
The reactor DA having the above-described configuration is a so-called pot-type reactor including an
また、上記構成のリアクトルDAは、下部コア部材22Aにおける凸片コア部材22bの一方端部(先端)が上部コア部材21Aにおける上端部コア部材21aに形成された開口部APA内に、前記一方端部の周面と開口部APAの周面との間にギャップGAを空けて配置されているので、ギャップGAの間隔(ギャップ長)を調整することによって所望の電流範囲におけるインダクタンスの変動を制御することができる。そして、前記ギャップ長は、例えば、開口部APAが円形であって凸片コア部材22bの一方端部(先端)も円形である場合には、開口部APAの直径(内径)と凸片コア部材22bの前記一方端部の直径(外径)との差によって規定されるので、このような構成のリアクトルDAは、開口部APAの中心と凸片コア部材22bの前記一方端部の中心とのズレによる前記ギャップ長の変動を抑制することができる。このため、このような構成のリアクトルDAでは、前記ギャップ長の製品バラツキ(リアクトルの個体差)が低減され、この結果、このような構成のリアクトルDAは、インダクタンスの製品バラツキも低減することができる。
In addition, the reactor DA having the above-described configuration has the one end (tip) of the
また、ギャップGAで発生する電磁吸引力および磁歪膨張は、一般に、いずれも径方向に発生するが、このような構成のリアクトルDAでは、この径方向における機械構造上の剛性が高いため、このような構成のリアクトルDAは、振動および騒音を低減することができる。そして、騒音対策として、仮に、騒音が生じた場合でも例えば18kHz程度以上の可聴帯域以上となるように、高周波でリアクトルDAが動作される場合であっても、前記のように、渦電流損の低減化を図っているので、損失を低減することもできる。 In general, both the electromagnetic attractive force and magnetostrictive expansion generated in the gap GA occur in the radial direction. However, the reactor DA having such a configuration has high mechanical structural rigidity in the radial direction. The reactor DA having a simple configuration can reduce vibration and noise. And as a noise countermeasure, even if noise occurs, even if the reactor DA is operated at a high frequency so that it is above the audible band of, for example, about 18 kHz, the eddy current loss is reduced as described above. Since the reduction is achieved, the loss can be reduced.
したがって、このような構成のリアクトルDAは、インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 Therefore, the reactor DA having such a configuration can have a relatively large inductance, low loss, and low noise.
このような構成のリアクトルDAにおいて、大電流範囲で低インダクタンス得る場合の磁場解析結果を図7に示す。この磁場解析には、図6に実線で示す磁気特性を持つ鉄粉圧粉がコア部材2Aに用いられた。なお、図6には、破線で方向性電磁鋼板の磁気特性も示されている。図6は、第1実施形態のリアクトルに使用される、コアの磁場−磁束密度特性を示す図である。図6の横軸は、A/m単位で表す磁場であり、その縦軸は、T単位で表す磁束密度である。図7は、第1実施形態におけるリアクトルの磁束線の様子を示す図である。
FIG. 7 shows a magnetic field analysis result when a low inductance is obtained in a large current range in the reactor DA having such a configuration. In this magnetic field analysis, iron powder compacts having magnetic characteristics indicated by solid lines in FIG. 6 were used for the
図7から理解されるように、多くの磁束線は、コア部材2A内を環流しており、その一部は、上部コア部材21Aから流出してコイル1A内を貫通して下部コア部材22Aに流入している。本実施形態では、上述のように構成しているので、この磁束線は、コイル1Aの導体部材の幅方向に略沿っており、この磁束線により生じる渦電流は、低減される。
As can be understood from FIG. 7, many magnetic flux lines circulate in the
なお、鉄粉圧粉は、方向性電磁鋼板に較べて透磁率が低いが、本実施形態の構成や後述の構成を採用することで、リアクトルDは、例えば、後述の図16に示すように、各種用途に適したインダクタンス性能を得ることができる。 In addition, although iron powder compaction has a low magnetic permeability compared with a grain-oriented electrical steel sheet, the reactor D is, for example, as shown in FIG. Inductance performance suitable for various applications can be obtained.
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。図9は、第2実施形態におけるリアクトルの磁束線の様子を示す図である。図10は、第1実施形態におけるリアクトルの磁束線と第2実施形態におけるリアクトルの磁束線とを対比して示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the second embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating a state of the magnetic flux lines of the reactor in the second embodiment. FIG. 10 is a diagram showing a comparison between the magnetic flux lines of the reactor in the first embodiment and the magnetic flux lines of the reactor in the second embodiment.
第2実施形態におけるリアクトルDBは、前記第2コア部の他方端部は、前記第1コア部と連結されており、前記第1コア部は、前記開口部を形成する周縁部から前記第1コア内へ延びる突起部をさらに備えている。このような第2実施形態におけるリアクトルDBは、例えば、図8に示すように、コイル1Aと、コア部材2Bと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。これら第2実施形態のリアクトルDBにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3は、それそれ、第1実施形態のリアクトルDAにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
In the reactor DB according to the second embodiment, the other end portion of the second core portion is connected to the first core portion, and the first core portion extends from the peripheral portion that forms the opening portion to the first end. A protrusion that extends into the core is further provided. For example, as shown in FIG. 8, the reactor DB in the second embodiment includes a
コア部材2Bは、例えば、磁気的に(例えば透磁率が)等方性を有する材料で形成され、上部コア部材21Bと、下部コア部材22Aとを備えている。この第2実施形態のリアクトルDBにおける下部コア部材22Aは、第1実施形態のリアクトルDAにおける下部コア部材22Aと同様であるので、その説明を省略する。
The
上部コア部材21Bは、所定の厚さを有する多角形形状、例えば、六角形形状の板状体の上端部コア部材21aと、所定の厚さを有し、上端部コア部材21aの外周縁部から略垂直方向に延びる筒状体の側壁コア部材21bとを備え、上端部コア部材21aには、貫通開口である開口部APAが形成されている。これら第2実施形態のリアクトルDBにおける上端部コア部材21aおよび側壁コア部材21bは、それそれ、第1実施形態のリアクトルDAにおける上端部コア部材21aおよび側壁コア部材21bと同様であるので、その説明を省略する。そして、第2実施形態では、上部コア部材21Bは、上端部コア部材21aにおける、開口部APAを形成する周縁部から前記第1コア内へ延びる突起部21cをさらに備えている。
The upper core member 21B has a polygonal shape having a predetermined thickness, for example, an upper
このような構成の第2実施形態におけるリアクトルDBでは、コイル1Aの巻き数を増加することによって比較的小電流範囲で高インダクタンスとなるようにリアクトルDBが設計された場合でも、図9に示すように、コイル1A内を貫通する磁束線は、コイル1Aの軸方向に平行な方向に近づけることができ、上述した理由により、渦電流損を低減することができる。これは、第1実施形態におけるリアクトルDAと比較した図10を参照すると、容易に理解することができる。すなわち、より大きなインダクタンスを得るべくコイル1Aの巻き数を増加すると、突起部21cを備えない構造の第1実施形態におけるリアクトルDAでは、通電時におけるコイル1Aを貫く磁束線が、図10(B)に示すように湾曲するが、第2実施形態におけるリアクトルDBは、図10(A)に示すように、通電時におけるコイル1Aを貫く磁束線を突起部21cによってコイル1Aの軸方向と平行な方向に近づけることができる。このため、第2実施形態におけるリアクトルDBは、渦電流損を、突起部21cを備えない場合よりも低減することができる。
In the reactor DB according to the second embodiment having such a configuration, even when the reactor DB is designed to have a high inductance in a relatively small current range by increasing the number of turns of the
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第3実施形態)
図11は、第3実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。図12は、第3実施形態におけるリアクトルの磁束線の様子を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the third embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating a state of the magnetic flux lines of the reactor in the third embodiment.
第3実施形態におけるリアクトルDCは、前記第2コア部の他方端部は、前記第1コア部に形成された第2開口部内に、前記他方端部の周面と前記第2開口部の周面との間に第2ギャップを空けて配置される。このような第3実施形態におけるリアクトルDCは、例えば、図11に示すように、コイル1Aと、コア部材2Cと、ギャップ部材3、4とを備えて構成されている。これら第3実施形態のリアクトルDCにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3は、それそれ、第1実施形態のリアクトルDAにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
In the reactor DC according to the third embodiment, the other end portion of the second core portion is disposed in the second opening portion formed in the first core portion, and the peripheral surface of the other end portion and the periphery of the second opening portion. A second gap is provided between the surface and the surface. For example, as shown in FIG. 11, the reactor DC in the third embodiment includes a
コア部材2Cは、例えば、磁気的に(例えば透磁率が)等方性を有する材料で形成され、上部コア部材21Aと、下部コア部材22Bと、芯部コア部材23Aとを備えている。この第3実施形態のリアクトルDCにおける上部コア部材21Aは、第1実施形態のリアクトルDAにおける上部コア部材21Aと同様であるので、その説明を省略する。
The
下部コア部材22Bは、上部コア部材21Aにおける上端部コア部材21aと同様であり、上端部コア部材21aの形状と同じ多角形形状、例えば、六角形形状の板状体であり、上端部コア部材21aにおける開口部APAと同様な貫通開口である開口部APBが形成されている。開口部APBは、図11に示す例では、下部コア部材22Bの中央位置(幾何重心位置)を中心とする、所定の長さの直径を持った円形の孔である。
The
芯部コア部材23Aは、第1実施形態の凸片コア部材22bと同様な、所定の長さの外直径を持った円柱体である。芯部コア部材23Aは、中実であるが中空であってもよく、さらに、この中空の部分に例えば空気や水等の所定の流体を流してリアクトルの放熱性を向上させてもよい。芯部コア部材23Aの一方端部は、上端部コア部材21aの開口部APAに差し入れられ、芯部コア部材23Aの一方端部における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に第1ギャップGAAを空けて、この開口部APA内に配置されるとともに、芯部コア部材23Aの他方端部は、下部コア部材22Bの開口部APBに差し入れられ、芯部コア部材23Aの他方端部における周面(外周面)と開口部APBの周面(内周面)との間に第2ギャップGABを空けて、この開口部APB内に配置される。
The core
これら上部コア部材21Aおよび下部コア部材22Bは、コイル1Aを内包する前記第1コア部の一例に対応し、芯部コア部材23Aは、コイル1Aの芯部に配置される前記第2コア部の一例に対応する。
The
ギャップ部材3は、芯部コア部材23Aの一方端部における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に所定の間隔(ギャップ長)で形成されるギャップGAAに挟み込まれる部材である。ギャップ部材4は、芯部コア部材23Aの他方端部における周面(外周面)と開口部APBの周面(内周面)との間に所定の間隔(ギャップ長)で形成されるギャップGABに挟み込まれる部材である。そして、ギャップ部材3は、ギャップ長を維持し、そして、上部コア部材21Aの上端部コア部材21aと芯部コア部材23Aとを固定するとともに、ギャップ部材4は、ギャップ長を維持し、そして、下部コア部材22Bと芯部コア部材23Aとを固定する。これらギャップ部材3、4は、それぞれ、平面視にてドーナツ状のキャップ部と、このキャップ部の下面から垂下されギャップGAに挟み込まれる円筒状のギャップ部とを備えている。ギャップ部材3、4における周方向に垂直な縦断面は、略T字状となっている。このようなギャップ部材3、4は、例えば、エポキシ樹脂やアルミナ等である。
The
なお、コイル1Aは、上端部コア部材21aと下部コア部材22Bとの間であって側壁コア部材21bと芯部コア部材23Aとの間に形成される空間に配置されるとともに、コイル1Aの芯部にコイル1Aを貫通するように芯部コア部材23Aが配置される。
The
このような構成の第3実施形態におけるリアクトルDCでは、図12(A)から理解されるように、多くの磁束線は、コア部材2C内を環流しており、その一部は、上部コア部材21Aから流出してコイル1A内を貫通して下部コア部材22Bに流入している。本実施形態では、上述のように構成しているので、この磁束線は、コイル1Aの導体部材の幅方向に略沿っており、この磁束線により生じる渦電流は、低減される。
In the reactor DC according to the third embodiment having such a configuration, as is understood from FIG. 12A, many magnetic flux lines circulate in the
そして、このような構成の第3実施形態におけるリアクトルDCでは、第1ギャップGAAおよび第2ギャップGABの複数のギャップGAを持つ構造であるので、ギャップGAを分割配置することが可能である。このため、このような構成の第3実施形態におけるリアクトルDCは、図7と図12とを比較すると分かるように、第1実施形態におけるリアクトルDAに較べて外部への漏れ磁束を低減することができ、この結果、リアクトルDCの周辺に配置される周辺機器へ与える漏れ磁束による影響を最小化することができる。 And since reactor DC in 3rd Embodiment of such a structure has the structure of several gap GA of 1st gap GAA and 2nd gap GAB, it is possible to arrange | position the gap GA separately. Therefore, the reactor DC in the third embodiment having such a configuration can reduce the leakage magnetic flux to the outside as compared with the reactor DA in the first embodiment, as can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. As a result, it is possible to minimize the influence of the leakage magnetic flux on the peripheral devices arranged around the reactor DC.
ここで、このような第1および第2ギャップを有する第3実施形態におけるリアクトルDCを取付部材に取り付ける場合について説明する。図13は、第3実施形態の変形形態におけるリアクトルおよび取付部材の構成を示す図である。図13(A)は、前記変形形態の第1態様における全体斜視図であり、図13(B)は、前記変形形態の第1態様における断面図であり、図13(C)は、前記変形形態の第1態様における取付部材側から見た底面図であり、図13(D)は、前記変形形態の第1態様における断面を模式的に表した断面模式図(図13(C)の模式図)であり、そして、図13(E)は、前記変形形態の第2態様における断面を模式的に表した断面模式図である。 Here, the case where reactor DC in 3rd Embodiment which has such a 1st and 2nd gap is attached to an attachment member is demonstrated. FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a reactor and an attachment member according to a modification of the third embodiment. FIG. 13A is an overall perspective view of the first aspect of the modified embodiment, FIG. 13B is a cross-sectional view of the first aspect of the modified embodiment, and FIG. 13C is the modified embodiment. It is the bottom view seen from the attachment member side in the 1st mode of a form, and Drawing 13 (D) is a section schematic diagram showing the section in the 1st mode of the above-mentioned modification (scheme of Drawing 13 (C)) FIG. 13E is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-section in the second mode of the modified embodiment.
通常、リアクトルは、種々の損失により発熱するものであり、高温化する場合には、リアクトルは、伝熱放熱を目的として、例えば、熱伝導率の比較的低い良熱伝導性の金属材料によって形成された平板状の放熱板に接触固定される。前記金属材料は、例えば、銅およびその合金、鉄およびその合金、ならびに、アルミニウムおよびその合金等である。伝熱放熱を目的として第3実施形態におけるリアクトルDCが単なる平板状の放熱板に取り付けられると、このリアクトDCが第2ギャップGABを有し、そして、放熱板が電気伝導性を有するので、この第2ギャップGABに起因して漏れ出した漏れ磁束がこの放熱板に渦電流を生じさせる虞がある。 Normally, the reactor generates heat due to various losses, and when the temperature is increased, the reactor is formed of, for example, a heat-conductive metal material having a relatively low thermal conductivity for the purpose of heat transfer and heat dissipation. It is fixed in contact with the flat plate-shaped heat sink. Examples of the metal material include copper and its alloys, iron and its alloys, aluminum and its alloys, and the like. When the reactor DC in the third embodiment is attached to a simple flat heat sink for the purpose of heat transfer and heat dissipation, the reactor DC has the second gap GAB, and the heat sink has electrical conductivity. Leakage magnetic flux leaking out due to the second gap GAB may cause an eddy current in the heat sink.
そこで、第3実施形態の変形形態として、その第1態様では、図13(A)〜(D)に示すように、放熱板6Aには、リアクトルDC’が取り付けられる取付面に、コイル1Aの軸方向から見た平面視にて、長手方向が第2ギャップGABと交差するとともに放熱板6Aを貫通するスリット孔6aが1または複数形成される。
Therefore, as a modification of the third embodiment, in the first mode, as shown in FIGS. 13A to 13D, the
また、その第2第1態様では、図13(E)に示すように、放熱板6Bには、リアクトルDC’が取り付けられる取付面に、コイル1Aの軸方向から見た平面視にて、長手方向が第2ギャップGABと交差するとともに第2ギャップGABの間隔以上の深さを有するスリット溝6bが1または複数形成される。
Moreover, in the 2nd 1st aspect, as shown to FIG.13 (E), it is long in the planar view seen from the axial direction of the
図13(A)〜(D)および(E)に示す例では、複数のスリット孔6a、6bは、コイル1Aの軸を中心として、長手方向が第2ギャップGABと交差するように径方向に放射状であって周方向に所定の間隔で、リアクトルDC’が取り付けられる取付面に形成されている。
In the example shown in FIGS. 13A to 13D and FIG. 13E, the plurality of
なお、図13に示す変形形態では、リアクトルDC’は、図11に示すリアクトルDCに対し、ギャップ部材3、4を備えず、コア部材2C’に形成された貫通孔を介してボルト7によって放熱板6A、6Bに締結されている。また、コア部材2C’の全体形状は、コア部材2Cと同形であるが、コア部材2C’は、上部と下部の同形の2部材で構成されている。
In the modification shown in FIG. 13, the reactor DC ′ does not include the
このような構成のリアクトルDC’では、放熱板6Aにスリット孔6aが形成されているので、あるいは、放熱板6Bにスリット溝6bが形成されているので、前記渦電流が流れることがこのスリット孔6aまたはスリット溝6bによって阻止される。したがって、このような構成のリアクトルDC’は、電力損失およびインダクタンス変化を伴うことなく、放熱することが可能となる。
In the reactor DC ′ having such a configuration, the
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第4実施形態)
図14は、第4実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。図15は、第4実施形態におけるリアクトルの磁束線の様子を示す図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the fourth embodiment. FIG. 15 is a diagram illustrating a state of the magnetic flux lines of the reactor in the fourth embodiment.
第4実施形態におけるリアクトルDCは、前記第2コア部の他方端部は、前記第1コア部の他方内面との間に第3ギャップを空けて配置される。このような第4実施形態におけるリアクトルDDは、例えば、図14に示すように、コイル1Aと、コア部材2Dと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。これら第4実施形態のリアクトルDDにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3は、それそれ、第1実施形態のリアクトルDAにおけるコイル1Aおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
In the reactor DC according to the fourth embodiment, the other end portion of the second core portion is disposed with a third gap between the other inner surface of the first core portion. For example, as shown in FIG. 14, the reactor DD in the fourth embodiment includes a
コア部材2Dは、例えば、磁気的に(例えば透磁率が)等方性を有する材料で形成され、上部コア部材21Aと、下部コア部材22Cと、芯部コア部材23Bとを備えている。この第4実施形態のリアクトルDDにおける上部コア部材21Aは、第1実施形態のリアクトルDAにおける上部コア部材21Aと同様であるので、その説明を省略する。
The core member 2D is formed of, for example, a magnetically (for example, magnetic permeability) isotropic material, and includes an
下部コア部材22Cは、所定の厚さを有し、上端部コア部材21aの外形形状と同じ多角形形状、例えば、六角形形状の板状体である。
The
芯部コア部材23Bは、第1実施形態の凸片コア部材22bと同様な、所定の長さの外直径を持った円柱体である。芯部コア部材23Bは、中実であるが中空であってもよく、さらに、この中空の部分に例えば空気や水等の所定の流体を流してリアクトルの放熱性を向上させてもよい。芯部コア部材23Bの一方端部は、上端部コア部材21aの開口部APAに差し入れられ、芯部コア部材23Bの一方端部における周面(外周面)と開口部APAの周面(内周面)との間に第1ギャップGAAを空けて、この開口部APA内に配置されるとともに、芯部コア部材23Bの他方端部は、下部コア部材22C内側内面との間に第3ギャップGACを空けて配置される。第3ギャップGACには、例えばエポキシ樹脂やアルミナ等のギャップ部材(不図示)が挟み込まれる。芯部コア部材23Bの他方端部における周縁部分は、例えばR面取りやC面取り等で面取りされていてよい。図14に示す例では、前記周縁部分は、R面取りされている。
The core
これら上部コア部材21Aおよび下部コア部材22Cは、コイル1Aを内包する前記第1コア部の一例に対応し、芯部コア部材23Bは、コイル1Aの芯部に配置される前記第2コア部の一例に対応する。
The
なお、コイル1Aは、上端部コア部材21aと下部コア部材22Bとの間であって側壁コア部材21bと芯部コア部材23Bとの間に形成される空間に配置されるとともに、コイル1Aの芯部内に芯部コア部材23Bが配置される。
The
このような構成の第4実施形態におけるリアクトルDDでは、図15(A)から理解されるように、多くの磁束線は、コア部材2D内を環流しており、その一部は、上部コア部材21Aから流出してコイル1A内を貫通して下部コア部材22Cに流入している。本実施形態では、上述のように構成しているので、この磁束線は、コイル1Aの導体部材の幅方向に略沿っており、この磁束線により生じる渦電流は、低減される。
In the reactor DD in the fourth embodiment having such a configuration, as is understood from FIG. 15A, many magnetic flux lines circulate in the core member 2D, and a part thereof is an upper core member. It flows out of 21A, penetrates the inside of the
そして、このような構成の第4実施形態におけるリアクトルDDでは、第1ギャップGAAおよび第3ギャップGACの複数のギャップGAを持つ構造であるので、ギャップGAを分割配置することが可能である。このため、このような構成の第4実施形態におけるリアクトルDCは、図7と図15とを比較すると分かるように、第1実施形態におけるリアクトルDAに較べて外部への漏れ磁束を低減することができ、この結果、リアクトルDDの周辺に配置される周辺機器へ与える漏れ磁束による影響を最小化することができる。 And since reactor DD in 4th Embodiment of such a structure has the several gap GA of 1st gap GAA and 3rd gap GAC, it is possible to arrange | position the gap GA separately. For this reason, the reactor DC in the fourth embodiment having such a configuration can reduce the leakage magnetic flux to the outside as compared with the reactor DA in the first embodiment, as can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. As a result, it is possible to minimize the influence of the leakage magnetic flux on the peripheral devices arranged around the reactor DD.
これら第1ないし第4実施形態における各リアクトルDA、DB、DC、DDのインダクタンス特性を図16に示す。図16の横軸は、対数目盛であってA単位で表す電流であり、その縦軸は、μH単位で表すインダクタンスである。■、○、△および◇は、それぞれ、第1ないし第4実施形態における各リアクトルDA、DB、DC、DDの各インダクタンス特性を示している。 FIG. 16 shows inductance characteristics of the reactors DA, DB, DC, and DD in the first to fourth embodiments. The horizontal axis of FIG. 16 is a logarithmic scale and represents the current expressed in units of A, and the vertical axis represents the inductance expressed in units of μH. (3), (circle), (triangle | delta), and (circle) show each inductance characteristic of each reactor DA, DB, DC, and DD in 1st thru | or 4th embodiment, respectively.
図16から分かるように、第1、第3および第4実施形態における各リアクトルDA、DC、DDは、比較的大きな電流の範囲、図16に示す例では、約20Aないし約200Aの範囲で、インダクタンスの変動が少なく、安定的である。特に、約20Aないし約150Aの範囲では、インダクタンスの変動がより少なく、より安定的であって好ましく、さらに、約20Aないし約100Aの範囲では、インダクタンスの変動がさらにより少なく、さらにより安定的であってより好ましい。これら第1、第3および第4実施形態における各リアクトルDA、DC、DDは、大電流型である。 As can be seen from FIG. 16, each of the reactors DA, DC, DD in the first, third and fourth embodiments has a relatively large current range, in the example shown in FIG. 16, in the range of about 20 A to about 200 A. Inductance fluctuation is small and stable. In particular, in the range of about 20A to about 150A, the inductance variation is less and more stable and preferable, and in the range of about 20A to about 100A, the inductance variation is even less and even more stable. More preferable. Each of the reactors DA, DC, DD in the first, third, and fourth embodiments is a large current type.
また、第2実施形態におけるリアクトルDBは、比較的小さな電流の範囲、図16に示す例では、約5Aないし約25Aの範囲で、インダクタンスの変動が少なく、安定的である。特に、約5Aないし約20Aの範囲では、インダクタンスの変動がより少なく、より安定的であって好ましい。 In addition, the reactor DB in the second embodiment is stable with little variation in inductance in a relatively small current range, in the example shown in FIG. 16, in a range of about 5 A to about 25 A. In particular, in the range of about 5A to about 20A, the variation in inductance is smaller and more stable and preferable.
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第5実施形態)
図17は、第5実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDでは、コイル1Aは、パンケーキ構造の単コイルであったが、第5実施形態におけるリアクトルDEは、これら第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDにおいて、コイル1Aに代え、軸方向に積層された複数のサブコイルから成るコイル1Bを用いたものである。図17には、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bを用いた場合における第5実施形態のリアクトルDEが示されている。この図17に示す例では、第5実施形態におけるリアクトルDEは、コイル1Bと、コア部材2Bと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。これら第5実施形態のリアクトルDEにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3は、それそれ、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the fifth embodiment. In the reactors DA, DB, DC, and DD in the first to fourth embodiments, the
コイル1Bは、軸方向に積層された複数のサブコイル、図17に示す例では、2個のサブコイル11a、11bを備えている。サブコイル11a、11bは、それぞれ、コイル1Aと同様に、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向がサブコイル11a、11b(コイル1B)の軸方向に沿うように巻回することによって構成される。
The
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第6実施形態)
図18は、第6実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDでは、コイル1Aは、パンケーキ構造の単コイルであったが、第6実施形態におけるリアクトルDFは、これら第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDにおいて、コイル1Aに代え、径方向に積層された複数のサブコイルから成るコイル1Cを用いたものである。図18には、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bを用いた場合における第6実施形態のリアクトルDFが示されている。この図18に示す例では、第6実施形態におけるリアクトルDFは、コイル1Cと、コア部材2Bと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。これら第6実施形態のリアクトルDFにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3は、それそれ、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the sixth embodiment. In the reactors DA, DB, DC, and DD in the first to fourth embodiments, the
コイル1Cは、径方向に積層された複数のサブコイル、図18に示す例では、2個のサブコイル12a、12bを備えている。サブコイル12a、12bは、それぞれ、コイル1Aと同様に、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向がサブコイル12a、12b(コイル1C)の軸方向に沿うように巻回することによって構成される。サブコイル12aは、相対的に内側に配置されており、サブコイル12bは、相対的に外側に配置されている。
The coil 1C includes a plurality of sub-coils stacked in the radial direction, and in the example shown in FIG. 18, two sub-coils 12a and 12b. Each of the
次に、別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
(第7実施形態)
図19は、第7実施形態におけるリアクトルの構成を示す断面図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the configuration of the reactor in the seventh embodiment.
第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDでは、コイル1Aは、パンケーキ構造の単コイルであったが、第7実施形態におけるリアクトルDGは、これら第1ないし第4実施形態におけるリアクトルDA、DB、DC、DDにおいて、コイル1Aに代え、複数の帯状の導体部材を絶縁層を介して積層して巻回することによって構成されたコイル1Dを用いたものである。図19には、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bを用いた場合における第7実施形態のリアクトルDGが示されている。この図19に示す例では、第7実施形態におけるリアクトルDGは、コイル1Dと、コア部材2Bと、ギャップ部材3とを備えて構成されている。これら第7実施形態のリアクトルDGにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3は、それそれ、第2実施形態のリアクトルDBにおけるコア部材2Bおよびギャップ部材3と同様であるので、その説明を省略する。
In the reactors DA, DB, DC, and DD in the first to fourth embodiments, the
コイル1Dは、複数の帯状の導体部材13を、これら複数の導体部材13の幅方向がコイル1Dの軸方向に沿うように、かつ、絶縁層を介して径方向に積層するように、巻回することによって構成される。
The
そして、第5ないし第7実施形態における各リアクトルDE、DF、DGは、複数のサブコイルを備えているので、複数のサブコイルの結線を変更して複数のサブコイルのうちの少なくとも1つを1次側コイルとするとともに複数のサブコイルのうちの他の少なくとも1つを2次側コイルとすることによって、トランスに転用することができる。このような第5ないし第7実施形態における各リアクトルDE、DF、DGを転用したトランスは、相互インダクタンスを比較的大きくすることができ、低損失であって低騒音である。 Since each reactor DE, DF, and DG in the fifth to seventh embodiments includes a plurality of subcoils, the connection of the plurality of subcoils is changed so that at least one of the plurality of subcoils is placed on the primary side. A coil can be used and at least one of the plurality of subcoils can be used as a secondary coil, so that it can be diverted to a transformer. Such transformers using the reactors DE, DF, and DG in the fifth to seventh embodiments can have a relatively large mutual inductance, low loss, and low noise.
このような第5ないし第7実施形態における各リアクトルDE、DF、DGを転用したトランスは、例えば、図20(A)に等価回路で示すように、いわゆる絶縁トランスとして用いることができ、また、図20(B)および(C)に等価回路で示すように、いわゆるチョークトランス(フィルタ)として用いることができる。図20(B)は、コモンモードの場合を示し、図20(C)は、差動モードの場合を示している。 Such a transformer that diverts each reactor DE, DF, DG in the fifth to seventh embodiments can be used as a so-called insulating transformer, for example, as shown in an equivalent circuit in FIG. As shown in an equivalent circuit in FIGS. 20B and 20C, it can be used as a so-called choke transformer (filter). FIG. 20B shows the case of the common mode, and FIG. 20C shows the case of the differential mode.
また、これら上述の実施形態において、コイル1A〜1Dは、前記導体部材の厚さtがリアクトルDA〜DGに給電される交流電力における周波数に対する表皮厚み以下であることが好ましい。このような構成のリアクトルDA〜DGは、その渦電流損をより低減することができる。一般に、コイルに流れる電流は、表皮厚みδまでの範囲でしか流れず、導体断面全体に一様に電流が流れない。したがって、導体部材の厚みtを表皮厚みδ以下に設定することで渦電流損が減少できる。表皮厚みδは、交流電力の角周波数をωとし、導体部材の透磁率をμとし、導体部材の電気伝導率をρとする場合に、一般に、δ=(2/ωμρ)1/2である。
Moreover, in these above-mentioned embodiment, it is preferable that the
また、これら上述の実施形態のリアクトルDA〜DGでは、コア部材2A〜2Dは、磁気的に等方性を有し、軟磁性粉末を形成したものであったが、コア部材2A〜2Dは、磁気的に等方性を有するフェライトコアであってもよい。このようなフェライトコアであっても、所望の磁気特性を比較的容易に実現することができると共に、比較的容易に所望の形状に成形することができる。
Further, in the reactors DA to DG of the above-described embodiments, the
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.
DA〜DG リアクトル
APA、APB 開口部
GAA〜GAC ギャップ
1A〜1D コイル
2A〜2D コア部材
6 熱伝導部材
DA-DG Reactor APA, APB Opening GAA-
Claims (10)
前記コイルを内包する第1コア部と、
前記コイルの芯部に配置される第2コア部とを備え、
前記コイルは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、
前記軸方向における前記コイルの一方端部に対向する前記第1コア部の一方内面と前記軸方向における前記コイルの他方端部に対向する前記第1コア部の他方内面とは、前記コイルの一方端部および他方端部の各端部を少なくとも覆う領域では、平行であり、
前記第2コア部の一方端部は、前記第1コア部に形成された開口部内に、前記一方端部の周面と前記開口部の周面との間にギャップを空けて配置され、
前記第2コア部の他方端部は、前記第1コア部と連結されており、
前記第1コア部は、前記開口部を形成する周縁部から前記第1コア内へ延びる突起部をさらに備えること
を特徴とするリアクトル。 Coils,
A first core part containing the coil;
A second core portion disposed on the core portion of the coil,
The coil is configured by winding a strip-shaped conductor member such that the width direction of the conductor member is along the axial direction of the coil,
One inner surface of the first core portion facing the one end portion of the coil in the axial direction and the other inner surface of the first core portion facing the other end portion of the coil in the axial direction are one side of the coil In an area covering at least each end of the end and the other end, they are parallel,
The one end portion of the second core portion is disposed in the opening formed in the first core portion with a gap between the peripheral surface of the one end portion and the peripheral surface of the opening portion,
The other end of the second core part is connected to the first core part ,
Wherein the first core portion, the reactor characterized by further comprising Rukoto a protrusion extending into said first inner core from the peripheral edge portion forming the opening.
を特徴とする請求項1に記載のリアクトル。 The reactor according to claim 1 , wherein the coil has a ratio t / W of a radial thickness t to a width W of the conductor member of 1/10 or less.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のリアクトル。 The coil is a reactor according to claim 1 or claim 2, wherein the thickness t of the conductive member is equal to or less than the skin thickness to the frequency of the AC power fed to the reactor.
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The reactor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first core portion is magnetically isotropic and formed of soft magnetic powder.
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のリアクトル。 The reactor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first core part is a magnetically isotropic ferrite core.
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル。 The reactor according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a heat conduction member filled in a gap generated between the coil and the first core portion.
前記複数のサブコイルは、前記コイルの軸方向に積層されること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The coil is composed of a plurality of subcoils,
The reactor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the plurality of subcoils are stacked in an axial direction of the coil.
前記複数のサブコイルは、前記コイルの径方向に積層されていること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The coil is composed of a plurality of subcoils,
The reactor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the plurality of subcoils are stacked in a radial direction of the coil.
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The coil is wound with a plurality of strip-shaped conductor members such that the width direction of the plurality of conductor members is along the axial direction of the coil and is laminated in the radial direction via an insulating layer. It is comprised by these. The reactor of any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
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